JP2005045978A - Motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転子の外周又は固定子の内周に磁石を有するモータに関するものである。 The present invention relates to a motor having magnets on the outer periphery of a rotor or the inner periphery of a stator.
ブラシレスDCモータのロータ(回転子)には、図7(A)に示すように回転子120の表面に棒状のセグメント磁石28を複数枚配置した物の他、図7(B)に示すように回転子120の表面に筒形状に形成された異方性のリング磁石22を配置した物が用いられている。リング磁石には、例えば、周方向に交互に異極を単に径方向に着磁したラジアル異方性リング磁石や、径方向から磁石に入った磁束が周方向に曲がって入って来た径方向に出ていく極異方性リング磁石があり(下記、非特許文献1参照)、これらはいずれもブラシレスDCモータのロータ(回転子)等に用いられている。
セグメント磁石を用いる場合には、セグメント磁石自身の磁力が強いので、コギングトルク及びトルクリプルを低減するために、周方向の位置決め精度が要求されるが、精度を確保するために組み付け性が低下した。さらに、コギングトルク及びトルクリプルを低減する目的で、スキューを付けるためには、セグメント磁石を軸線に対して斜めに配置する必要があり、組み付けが非常に困難になる。 When the segment magnet is used, the magnetic force of the segment magnet itself is strong, so that positioning accuracy in the circumferential direction is required to reduce the cogging torque and torque ripple, but the assemblability has been lowered to ensure the accuracy. Furthermore, in order to reduce the cogging torque and torque ripple, it is necessary to dispose the segment magnets obliquely with respect to the axis in order to add skew, which makes it very difficult to assemble.
一方、リング磁石は、組み付けた後に着磁することが可能であるため、組み付け性が高く、また、スキュー着磁が容易である反面、セグメント磁石と比較して樹脂で固められているため磁力が弱いという課題があった。 On the other hand, ring magnets can be magnetized after they are assembled, so they are easy to assemble and are easy to skew magnetize. On the other hand, they are hardened with resin compared to segment magnets. There was a problem of being weak.
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、組み付け性が高く、強力な磁束密度を有する磁石を用い得るモータを提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a motor that can be used with a magnet having a high magnetic flux density and high assemblability.
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、回転子の外周又は固定子の内周に磁石を有するモータにおいて、
回転子又は固定子がリング磁石からなり、該リング磁石に設けられた凹部にセグメント磁石を収容したことを技術的特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is a motor having magnets on the outer periphery of the rotor or the inner periphery of the stator.
A technical feature is that the rotor or the stator is formed of a ring magnet, and the segment magnet is accommodated in a recess provided in the ring magnet.
請求項2の発明は、回転子の外周に磁石を有するモータにおいて、
回転子が一対のリング磁石からなり、該リング磁石に設けられた櫛歯の凹部にセグメント磁石を収容し、該一対のリング磁石の櫛歯先端を当接させたことを技術的特徴とする。
The invention of claim 2 is a motor having a magnet on the outer periphery of the rotor,
The rotor is composed of a pair of ring magnets, and a segment magnet is accommodated in a comb-shaped recess provided in the ring magnet, and the comb-shaped tips of the pair of ring magnets are brought into contact with each other.
請求項3の発明は、回転子の外周に磁石を有するモータにおいて、
回転子がリング磁石からなり、該リング磁石の外周であって軸線方向へ設けられた凹部にセグメント磁石を収容したことを技術的特徴とする。
The invention of claim 3 is a motor having a magnet on the outer periphery of the rotor,
The rotor is composed of a ring magnet, and the technical feature is that the segment magnet is accommodated in a recess provided in the axial direction on the outer periphery of the ring magnet.
請求項1のモータは、リング磁石の凹部にセグメント磁石を収容することで回転子又は固定子を製造できるため、磁石の組み付け性が高い。また、磁力の小さいリング磁石に磁力の大きいセグメント磁石を組み込むため、回転子又は固定子で強力な磁束密度を得ることができる。更に、リング磁石の凹部にセグメント磁石を収容してあるため、セグメント磁石が剥がれても、凹部が回り止めの役割を果たし安全性が向上する。従って、電気式動力舵取装置等のモータに用いる際には、機械的信頼性を高めることができる。また更に、組み付け後着磁が可能なリング磁石を用いているため、磁束を周方向に均一化するためのスキュー着磁が容易に行え、コギングトルク及びトルクリプルを低減して滑らかな回転を実現できる。 Since the motor according to claim 1 can manufacture the rotor or the stator by housing the segment magnet in the concave portion of the ring magnet, the magnet can be easily assembled. In addition, since a segment magnet having a large magnetic force is incorporated into a ring magnet having a small magnetic force, a strong magnetic flux density can be obtained with a rotor or a stator. Furthermore, since the segment magnet is accommodated in the concave portion of the ring magnet, even if the segment magnet is peeled off, the concave portion serves as a detent and the safety is improved. Therefore, when used for a motor such as an electric power steering apparatus, the mechanical reliability can be improved. In addition, since a ring magnet that can be magnetized after assembly is used, skew magnetization for making the magnetic flux uniform in the circumferential direction can be easily performed, and smooth rotation can be realized by reducing cogging torque and torque ripple. .
請求項2のモータは、リング磁石の櫛歯の凹部にセグメント磁石を収容することで回転子を製造できるため、磁石の組み付け性が高い。また、磁力の小さいリング磁石に磁力の大きいセグメント磁石を組み込むため、回転子で強力な磁束密度を得ることができる。更に、リング磁石の櫛歯の凹部にセグメント磁石を収容してあるため、セグメント磁石が剥がれても、凹部が回り止めの役割を果たし安全性が向上する。更に、1対のリング磁石に設けられた櫛歯の凹部にセグメント磁石を収容してあるため、リング磁石同士が分離しても、セグメント磁石でリング磁石の回り止めができ安全性が向上する。従って、電気式動力舵取装置等のモータに用いる際には、機械的信頼性を高めることができる。また更に、組み付け後着磁が可能なリング磁石を用いているため、磁束を周方向に均一化するためのスキュー着磁が容易に行え、コギングトルク及びトルクリプルを低減して滑らかな回転を実現できる。 In the motor according to the second aspect, since the rotor can be manufactured by housing the segment magnet in the concave portion of the comb teeth of the ring magnet, the magnet can be easily assembled. Further, since a segment magnet having a large magnetic force is incorporated into a ring magnet having a small magnetic force, a strong magnetic flux density can be obtained with the rotor. Furthermore, since the segment magnet is accommodated in the concave part of the comb teeth of the ring magnet, even if the segment magnet is peeled off, the concave part serves as a detent and the safety is improved. Further, since the segment magnets are accommodated in the concave portions of the comb teeth provided on the pair of ring magnets, even if the ring magnets are separated from each other, the segment magnets can prevent the ring magnets from rotating and the safety is improved. Therefore, when used for a motor such as an electric power steering apparatus, the mechanical reliability can be improved. In addition, since a ring magnet that can be magnetized after assembly is used, skew magnetization for making the magnetic flux uniform in the circumferential direction can be easily performed, and smooth rotation can be realized by reducing cogging torque and torque ripple. .
請求項3のモータは、リング磁石の凹部にセグメント磁石を収容することで回転子を製造できるため、磁石の組み付け性が高い。また、磁力の小さいリング磁石に磁力の大きいセグメント磁石を組み込むため、回転子で強力な磁束密度を得ることができる。更に、リング磁石の凹部にセグメント磁石を収容してあるため、セグメント磁石が剥がれても、凹部が回り止めの役割を果たし安全性が向上する。従って、電気式動力舵取装置等のモータに用いる際には、機械的信頼性を高めることができる。また更に、組み付け後着磁が可能なリング磁石を用いているため、磁束を周方向に均一化するためのスキュー着磁が容易に行え、コギングトルク及びトルクリプルを低減して滑らかな回転を実現できる。 Since the rotor of a motor of Claim 3 can manufacture a rotor by accommodating a segment magnet in the recessed part of a ring magnet, the assembly | attachment property of a magnet is high. Further, since a segment magnet having a large magnetic force is incorporated into a ring magnet having a small magnetic force, a strong magnetic flux density can be obtained with the rotor. Furthermore, since the segment magnet is accommodated in the concave portion of the ring magnet, even if the segment magnet is peeled off, the concave portion serves as a detent and the safety is improved. Therefore, when used for a motor such as an electric power steering apparatus, the mechanical reliability can be improved. In addition, since a ring magnet that can be magnetized after assembly is used, skew magnetization for making the magnetic flux uniform in the circumferential direction can be easily performed, and smooth rotation can be realized by reducing cogging torque and torque ripple. .
また、請求項3のモータを複数個のリング磁石で構成した際に、複数個のリング磁石に設けられた凹部にセグメント磁石を収容してあるため、リング磁石同士が分離しても、セグメント磁石でリング磁石の回り止めができ安全性が向上する。 Further, when the motor according to claim 3 is composed of a plurality of ring magnets, the segment magnets are accommodated in the recesses provided in the plurality of ring magnets, so even if the ring magnets are separated from each other, the segment magnets This prevents the rotation of the ring magnet and improves safety.
セグメント磁石を回転子から見て周方向に極の中心に、軸線と平行になるように配置することで、極の中心に磁力の強いセグメント磁石を配置し、極と極との間に磁力の弱いリング磁石を配置することになるため、滑らかな磁束の切り替わりを作り出すことができ、モータを滑らかに回転させることが可能となる。 By placing the segment magnet in the center of the pole in the circumferential direction as viewed from the rotor and parallel to the axis, a segment magnet with strong magnetic force is placed at the center of the pole, and the magnetic force between the poles Since a weak ring magnet is disposed, smooth magnetic flux switching can be created, and the motor can be smoothly rotated.
以下、本発明のDCモータの実施形態について図を参照して説明する。
[第1実施形態]
図1〜図3を参照して本発明の第1実施形態に係るブラシレスDCモータ10について説明する。このブラシレスDCモータ10は、電気式動力舵取装置の操舵アシスト用に用いられる。
図3にブラシレスDCモータ10の断面を示す。ブラシレスDCモータ10は、主に、回転軸12の外周にリング磁石22及びセグメント磁石28を設けて成る回転子20と、この回転子20の全周囲に設けられた固定子30とから構成されている。なお、これらを収容するハウジングは、図3において省略されている。
Embodiments of a DC motor according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First embodiment]
A
FIG. 3 shows a cross section of the
ブラシレスDCモータ10の回転子20は、回転軸12を中心に回転可能に設けられており、この回転軸12はリング磁石22の穴部22aを貫通してこのリング磁石22とともに回転することで回転子20として機能するように構成されている。即ち、固定子30による回転界磁によって当該回転子20が回転することにより発生する回転力を、回転軸12からモータトルクとして出力可能に構成されている。
The
固定子30は、円環状に形成された強磁性体からなる積層鋼板を積み重ねた円筒形状に構成されており、その内側には回転界磁を発生させるコイル34を巻回するため、複数のスロット32が形成されている。
The
第1実施形態に係る回転子20を構成するリング磁石及びセグメント磁石について、図1及び図2を参照して説明する。図1(A)は、第1実施形態のブラシレスDCモータ10の回転子20の断面図であり、図1(B)は、回転子20の側面図である。図1(A)は、図1(B)のA−A断面に相当する。図2は、回転子20を構成するリング磁石及びセグメント磁石の組み立て図である。
A ring magnet and a segment magnet constituting the
図2に示すように、1対のリング磁石22A、22Bは、それぞれ、中央に穴部22aが設けられ、櫛歯22bがそれぞれ対向するように設けられている。各櫛歯22bの間には、棒状のセグメント磁石28を収容するための凹部22cが形成されている。リング磁石22A、22Bの凹部22cは、セグメント磁石28を回転子20から見て周方向に極の中心に、軸線と平行になるよう配置できるように形成されている。ここで、リング磁石22Aの櫛歯22bの先端と、リング磁石22Bの櫛歯22bとを当接させ、リング磁石22Aの櫛歯22b、22bの間の凹部22cとリング磁石22Bの櫛歯22b、22bの間の凹部22cとに、セグメント磁石28を収容することで、図1(A)及び図1(B)に示すように、回転子20を構成する。上述したようにリング磁石22A、22の凹部22cにセグメント磁石28を収容することで、セグメント磁石28を回転子20から見て周方向に極の中心に、軸線と平行になるように配置できる。
As shown in FIG. 2, each of the pair of
図1(B)に示す回転子20に組み付け後、リング磁石22A、22Bの着磁を行う。この際に、図中Sで示すように軸線方向に対して斜めに着磁することで、スキュー着磁を行う。ここでは、リング磁石22A、22Bを回転軸12に組み付けた後に着磁を行ったが、組み付け前に着磁することも可能である。
After assembling to the
なお、第1実施形態では、リング磁石22A、22Bは、例えば、ネオジウム・鉄・ホウ素や、サマリウム・コバルトからなるボンド磁石(ゴム磁石、プラスチック磁石等)として構成されている。一方、セグメント磁石28は、例えば、ネオジウム・鉄・ホウ素や、サマリウム・コバルトからなる磁石から構成される。リング磁石22A、22Bは、樹脂等で固められているため、セグメント磁石28よりも磁力が弱い。また、セグメント磁石28は着磁された状態で組み付けられる。
In the first embodiment, the
第1実施形態のブラシレスDCモータ10によれば、リング磁石22A、22Bの櫛歯22bの凹部22cにセグメント磁石28を収容することで回転子20を製造できるため、磁石の組み付け性が高い。また、磁力の小さいリング磁石22A、22Bに磁力の大きいセグメント磁石28を組み込むため、回転子20で強力な磁束密度を得ることができる。更に、リング磁石22の櫛歯22bの凹部22cにセグメント磁石28を収容してあるため、セグメント磁石28が剥がれても、凹部22cが回り止めの役割を果たし安全性が向上する。更に、1対のリング磁石22A、22Bに設けられた櫛歯22bの凹部22cにセグメント磁石28を収容してあるため、リング磁石22A、22B同士が分離しても、櫛歯22bの凹部22cに収容したセグメント磁石28でリング磁石22A、22Bの回り止めができ安全性が向上する。従って、電気式動力舵取装置等のモータに用いる際に、機械的信頼性を高めることができる。また更に、組み付け後着磁が可能なリング磁石22を用いているため、周方向の磁束を均一化するスキュー着磁が容易に行え、コギングトルク及びトルクリプルを低減して滑らかな回転を実現できる。
According to the
更に、セグメント磁石28は、回転子20から見て周方向に極の中心に、軸線と平行になるように配置されている。このため、極の中心に磁力の強いセグメント磁石28を配置し、極と極との間に磁力の弱いリング磁石22A、22Bを配置することになるため、滑らかな磁束の切り替わりを作り出すことができ、DCモータを滑らかに回転させることが可能となる。
Further, the
[第2実施形態]
図4及び図5を参照して本発明の第2実施形態に係るブラシレスDCモータ10について説明する。このブラシレスDCモータ10は、電気式動力舵取装置の操舵アシスト用に用いられる。
図5にブラシレスDCモータ10の断面を示す。ブラシレスDCモータ10は、主に、回転軸12の外周にリング磁石22及びセグメント磁石28を設けて成る回転子20と、この回転子20の全周囲に設けられた固定子30とから構成されている。ブラシレスDCモータ10の回転子20は、回転軸12を中心に回転可能に設けられており、この回転軸12はリング磁石22の穴部22aを貫通してこのリング磁石22とともに回転することで回転子20として機能するように構成されている。固定子30は、積層鋼板を積み重ねた円筒形状に構成されており、その内側には回転界磁を発生させるコイル34を巻回するため、複数のスロット32が形成されている。
[Second Embodiment]
A
FIG. 5 shows a cross section of the
第2実施形態に係る回転子20を構成するリング磁石及びセグメント磁石について、図4を参照して説明する。図4(A)は第2実施形態のブラシレスDCモータの回転子20を構成するリング磁石の断面図であり、図4(B)は回転子20の断面図であり、図4(C)は回転子20の側面図である。図4(B)は、図4(C)のB−B断面に相当する。
A ring magnet and a segment magnet constituting the
1対のリング磁石22A、22Bは、それぞれ中央に穴部22aが設けられ、外周にセグメント磁石28を回転子20から見て周方向に極の中心に、軸線と平行になるように配置できるように凹部22dが形成されている。ここで、リング磁石22Aの側端とリング磁石22Bの側端とを当接させ、リング磁石22A、22Bの凹部22dにセグメント磁石28を収容することで、図4(B)及び図4(C)に示すように、回転子20を構成する。上述したようにリング磁石22A、22Bの凹部22dにセグメント磁石28を収容することで、セグメント磁石28を回転子20から見て周方向に極の中心に、軸線と平行になるように配置できる。
Each of the pair of
図4(C)に示す回転子20に組み付け後、リング磁石22の着磁を行う。この際に、図中Sで示すように軸線方向に対して斜めに着磁することで、スキュー着磁を行う。
After assembling to the
第2実施形態のブラシレスDCモータ10では、リング磁石22A、22Bの凹部22dにセグメント磁石28を収容することで回転子20を製造できるため、セグメント磁石の組み付け性が高い。また、磁力の小さいリング磁石22A、22Bに磁力の大きいセグメント磁石28を組み込むため、回転子20で強力な磁束密度を得ることができる。更に、リング磁石22A、22Bの凹部22dにセグメント磁石28を収容してあるため、セグメント磁石28が剥がれても、凹部22dが回り止めの役割を果たし安全性が向上する。従って、電気式動力舵取装置等のモータに用いる際には、機械的信頼性を高めることができる。また更に、組み付け後着磁が可能なリング磁石22を用いているため、周方向の磁束を均一化するスキュー着磁が容易に行え、コギングトルク及びトルクリプルを低減して滑らかな回転を実現できる。
In the
また、回転子20を2個のリング磁石22A、22Bで構成し、複数個のリング磁石22A、22Bに設けられた凹部22dにセグメント磁石28を収容してあるため、リング磁石22A、22B同士が分離しても、セグメント磁石28でリング磁石22A、22Bの回り止めができ安全性が向上する。なお、第1実施形態では、回転子20を一対のリング磁石22A、22Bで構成したが、第2実施形態では、3個以上のリング磁石を用いても容易に構成できる利点があり、軸方向に長さのあるDCモータに好適に用いることができる。
Further, since the
[第3実施形態]
図6を参照して本発明の第3実施形態に係るDCモータ100について説明する。
上述した第1実施形態、第2実施形態では、回転子20側にリング磁石及びセグメント磁石を配置した。これに対して、第3実施形態では、固定子30側にリング磁石及びセグメント磁石を用いている。
[Third embodiment]
A
In the first embodiment and the second embodiment described above, the ring magnet and the segment magnet are arranged on the
図6(B)は、第3実施形態に係るDCモータ100の断面を示している。
DCモータ100は、主に、回転軸120の外周に固定された回転子20と、内周にリング磁石22及びセグメント磁石28を設けて成る固定子30とから構成されている。回転子20は、積層鋼板を積み重ねた円筒形状に構成されており、その外側には回転界磁を発生させるコイル34を収容するスロット26が形成されている。
FIG. 6B shows a cross section of the
The
図6(A)は、DCモータの固定子30を構成するリング磁石及びセグメント磁石の断面図である。
リング磁石22は、内周にセグメント磁石28を固定子30から見て周方向に極の中心に、軸線と平行になるように配置できるように凹部22eが形成されている。リング磁石22の凹部22eにセグメント磁石28を収容することで、セグメント磁石28を固定子30から見て周方向に極の中心に、軸線と平行になるように配置する。図示しないが、リング磁石22の内周には第1、第2実施形態と同様にスキュー着磁が行われている。
FIG. 6A is a cross-sectional view of a ring magnet and a segment magnet constituting the
The
第3実施形態では、リング磁石22の凹部22eにセグメント磁石28を収容することで固定子30を製造できるため、磁石の組み付け性が高い。また、磁力の小さいリング磁石22に磁力の大きいセグメント磁石28を組み込むため、固定子30で強力な磁束密度を得ることができる。更に、リング磁石22の凹部22eにセグメント磁石28を収容してあるため、セグメント磁石28が剥がれても、凹部22eが回り止めの役割を果たし安全性が向上する。従って、電気式動力舵取装置等のモータに用いる際には、機械的信頼性を高めることができる。また更に、組み付け後着磁が可能なリング磁石を用いているため、周方向の磁束を均一化するスキュー着磁が容易に行え、コギングトルク及びトルクリプルを低減して滑らかな回転を実現できる。
In 3rd Embodiment, since the
上述した実施形態では、本発明の構成をブラシレスDCモータに適用した例を挙げたが、本発明は、各種のDCモータの他、磁石を用いる種々のモータに適用可能であることは言うまでもない。更に、第1、第2実施形態では、リング磁石は一対(2個)のものを用いたが、1個のリング磁石でも構成可能である。 In the above-described embodiment, an example in which the configuration of the present invention is applied to a brushless DC motor has been described. However, it goes without saying that the present invention can be applied to various motors using magnets in addition to various DC motors. Furthermore, in the first and second embodiments, a pair (two) of ring magnets are used, but a single ring magnet can be used.
10 ブラシレスDCモータ
12 回転軸
20、120 回転子
22、22A、22B リング磁石
22a 穴部
22b 櫛歯
22c 凹部
22d 凹部
26 スロット
28 セグメント磁石
30 固定子
32 スロット
34 コイル
100 DCモータ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
回転子又は固定子がリング磁石からなり、該リング磁石に設けられた凹部にセグメント磁石を収容したことを特徴とするモータ。 In a motor having magnets on the outer periphery of the rotor or the inner periphery of the stator,
A motor characterized in that a rotor or a stator comprises a ring magnet, and a segment magnet is accommodated in a recess provided in the ring magnet.
回転子が一対のリング磁石からなり、該リング磁石に設けられた櫛歯の凹部にセグメント磁石を収容し、該一対のリング磁石の櫛歯先端を当接させたことを特徴とするモータ。 In a motor having a magnet on the outer periphery of the rotor,
A motor characterized in that the rotor is composed of a pair of ring magnets, a segment magnet is accommodated in a comb-shaped recess provided in the ring magnet, and the comb-teeth tips of the pair of ring magnets are brought into contact with each other.
回転子がリング磁石からなり、該リング磁石の外周であって軸線方向へ設けられた凹部にセグメント磁石を収容したことを特徴とするモータ。 In a motor having a magnet on the outer periphery of the rotor,
A motor characterized in that a rotor is made of a ring magnet, and a segment magnet is housed in a recess provided in an axial direction on the outer periphery of the ring magnet.
6. The motor according to claim 1, wherein skew magnetizing is performed on the ring magnet.
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