工学院大学

The Design Method of Dual Halbach Field Magnet Coreless Synchronous Motor

Kogakuin University

An IPMSM is used for various industrial machines. However, magnetic flux density distribution in an air gap
of the IPMSM has space harmonics. Then, IPMSM causes vibration and noise problems. We focused on Halbach
array that can make the magnetic flux density distribution strong and sinusoidal, to solve such problems. This
paper describes a design method of coreless synchronous motor using dual Halbach field magnets without
harmonics of the magnetic flux density distribution.

キーワード：ハルバッハ配列，同期電動機，コアレス，設計法，空間高調波
(Halbach array, Synchronous motor, Coreless, Design method, Space harmonics)

埋込磁石型同期電動機（以下，IPMSM）は，リラクタン ストルクを活用できることから，高性能かつ高効率な電動 機として産業界に幅広く用いられている。しかし，一般的 なIPMSM には構造に起因したコギングトルクとトルクリ ップルが存在する。コギングトルクはコアを用いることに より発生し，トルクリップルはギャップ中の磁束密度分布 に空間高調波を多く含むことで引き起こされる。これらコギングトルクとトルクリップルは騒音や振動の原因となる だけでなく，機械系や制御系との共振現象によってシステ ム全体に悪影響を及ぼす。

そのため，ロータ形状の最適化 やリップルキャンセラの導入など，ハード・ソフトウェア の両面から低減を試みる研究成果(1)が報告されている。 本研究室では，ハードウェア面からのアプローチとして， 強磁性体のコアを使用せずに極めて高い磁束密度を得るこ とができ，かつギャップ中の空間高調波が少ない界磁とし てデュアルハルバッハ配列に着目した。デュアルハルバッ ハ配列を利用することで，高い磁束密度と正弦波状の磁束 密度分布を実現できるため，コギングトルクとトルクリッ プルが極めて少ないコアレス電動機の実現が可能となる。

先行研究ではデュアルハルバッハ界磁型同期電動機の実 現を目標として，平行型デュアルハルバッハ界磁を円筒型 へ変形する場合の磁石分割数やギャップ間距離が磁束鎖交 数へ与える影響(2)(3)について明らかにされている。また、これらに基づき電磁界解析ソフトを用いた実機設計が行われ た。 本稿では上記設計に基づき製作した45 度回転型デュアル ハルバッハ界磁を有するコアレス同期電動機の設計方法を 報告する。