JP2006333545A - Three-phase claw pole type motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は産業用、家電、自動車分野で使用される3相クローポール型モータの構造に関するものである。 The present invention relates to the structure of a three-phase claw pole type motor used in the industrial, household, and automobile fields.
クローポール型モータは安価な構造と駆動回路の簡単さなどから、OA用機器、自動車機器などに使用されており、通常は特許文献1、2などに記載のように内転形ステッピングモータとして構成されている。モータ形式には単相,2相,3相があり、用途によって使い分けがなされている。その中でも3相モータは制御性が良く、少ないトランジスタ数で駆動できる利点がある。
Claw pole type motors are used in OA equipment and automobile equipment due to their inexpensive structure and simplicity of drive circuit, etc., and are usually configured as inversion type stepping motors as described in
従来のクローポールモータは、ステータコアの内側にロータが配置された内転形であり、モータの小型化にはステータ及びロータの径を縮小する必要があった。しかし、モータの回転トルクはロータの径に比例するので、ロータ径を縮小すると回転トルクの低下を招いてしまう。このため、同一出力を維持したままでの小型化が困難な状況にあった。 A conventional claw pole motor is an add-on type in which a rotor is disposed inside a stator core, and it is necessary to reduce the diameters of the stator and the rotor in order to reduce the size of the motor. However, since the rotational torque of the motor is proportional to the diameter of the rotor, reducing the rotor diameter causes a reduction in rotational torque. For this reason, it was difficult to reduce the size while maintaining the same output.
また、内転形クローポールモータにおいては、ベアリングとエンドリングからなるロータ支持機構部がステータコアの軸方向の両端に設けられているため、これらの軸方向厚み分によるモータの体格増大が避けられなかった。 In addition, in an addendum type claw pole motor, since the rotor support mechanism part which consists of a bearing and an end ring is provided at both ends in the axial direction of the stator core, the increase in the size of the motor due to the axial thickness is inevitable. It was.
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、同一出力を維持したまま小型化を可能にする3相クローポール型モータを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a three-phase claw pole type motor that enables downsizing while maintaining the same output in view of the above-mentioned problems of the prior art.
上記目的を達成する本発明は、外転形の3相クローポール型モータである。すなわち、複数の上側及び下側の爪磁極を固定子コアの外周部に設け、前記爪磁極の外周側に所定の空隙を介して回転可能に支持された回転子を設けることを特徴とする。前記上側及び下側の爪磁極間にトロイダル状(リング状)に巻線されたコイルを挟み込んで1相を構成し、該1相と同一形状の相を電気角で120度づつずらして軸方向に配置して他の2相を構成する。 The present invention for achieving the above object is an abduction type three-phase claw pole type motor. That is, a plurality of upper and lower claw magnetic poles are provided on the outer peripheral portion of the stator core, and a rotor supported rotatably via a predetermined gap is provided on the outer peripheral side of the claw magnetic pole. A coil wound in a toroidal shape (ring shape) is sandwiched between the upper and lower claw magnetic poles to form one phase, and the same phase as the one phase is shifted by 120 degrees in electrical angle in the axial direction. To arrange the other two phases.
前記固定子コアの全体または少なくとも爪磁極は、粉体によって一体成型される。前記固定子コアの内周側軸接触面にはリング状コイルの端末線を外部に取り出すための穴部と、該穴部と連結して軸方向に伸びる溝部を設けている。 The entire stator core or at least the claw magnetic poles are integrally formed of powder. The inner core side contact surface of the stator core is provided with a hole for taking out the terminal wire of the ring coil to the outside and a groove extending in the axial direction connected to the hole.
また、前記固定子コアの軸方向の両端部に凹部を設け、回転子を支持するベアリングを前記凹部に配置することを特徴とする。 In addition, a concave portion is provided at both axial end portions of the stator core, and bearings for supporting the rotor are disposed in the concave portion.
本発明による外転形の3相クローポール型モータは、内転形モータと比較して同一出力での小型化、及び同一体格での高出力化を実現できる。また、ステータコアが内周側に配置されることでコイル長が短縮され電気抵抗が減少するため、モータ効率の向上を実現できる。 The outer-rotation type three-phase claw pole motor according to the present invention can achieve downsizing with the same output and higher output with the same physique compared with the inner-rotation motor. Further, since the stator core is arranged on the inner peripheral side, the coil length is shortened and the electric resistance is reduced, so that the motor efficiency can be improved.
また、固定子コアを粉体成形品によって一体成型するので、爪磁極を含む固定子コアの小型化が容易で、製造のばらつきも低減できる。 In addition, since the stator core is integrally formed with a powder molded product, the stator core including the claw magnetic poles can be easily downsized and manufacturing variations can be reduced.
さらに、ステータコアの両端に凹部を設け、そこにベアリングを配置することで、ベアリングの軸方向厚み分だけモータの軸方向長さを短縮することができ、より一層の小型化を可能にする。 Furthermore, by providing recesses on both ends of the stator core and disposing the bearings there, the axial length of the motor can be shortened by the axial thickness of the bearing, thereby enabling further miniaturization.
3相クローポール型モータの小型化・高トルク化、及びモータ効率の向上を実現するため、固定子コアを圧粉磁心という粉体成形品によって構成するモータ構造とした。以下、図面を用いて実施例を説明する。なお、各図を通して同一の符合は同等のものを示している。 In order to reduce the size, increase the torque, and improve the motor efficiency of the three-phase claw pole type motor, a motor structure in which the stator core is constituted by a powder molded product called a dust core is adopted. Embodiments will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol has shown the equivalent thing through each figure.
図4は従来の内転形3相クローポールモータの構造を示す一例である。図4において、1はロータ、2はシャフト、3はロータコア、4はロータ磁石、5はステータ、6は爪磁極、7は巻線を示している。 FIG. 4 is an example showing the structure of a conventional inward-rotating three-phase claw pole motor. In FIG. 4, 1 is a rotor, 2 is a shaft, 3 is a rotor core, 4 is a rotor magnet, 5 is a stator, 6 is a claw pole, and 7 is a winding.
図5に従来の一極分の爪磁極の斜視図を示す。図5において、6は上側爪磁極、6’は下側爪磁極を示す。(a)は図4におけるステータ5をロータ側からみた部分図で、上下の爪磁極はリングコイル7を挟み込んで配置され、円周上に上側爪磁極6と下側爪磁極6’が交互に配置される状態で1相(u相)を構成する。その1相分を電気角で120度ずらした位置に別の相(v相)、さらに120度ずらした位置に別の相(w層)を軸方向に並べて積み重ね、3相のモータを得る。
FIG. 5 shows a perspective view of a conventional claw magnetic pole for one pole. In FIG. 5, 6 is an upper claw magnetic pole and 6 'is a lower claw magnetic pole. FIG. 4A is a partial view of the
図5(b)は(a)における各相の断面を示す。磁石の極数は爪の対数と同じ(同極対)で、図示のモデルは12極の例である。この場合、上側磁極爪6と下側磁極爪6’の位置関係は図示のとおりとなる。
FIG. 5B shows a cross section of each phase in FIG. The number of poles of the magnet is the same as the number of pairs of claws (same pole pair), and the model shown is an example of 12 poles. In this case, the positional relationship between the upper
次に、このような3相クローポールモータにおける磁界と永久磁石の関係を説明する。図3はステータの磁界とロータの永久磁石の関係を示す説明図である。ステータコイル7に、(a)に示す三相交流電流を通電しているとすると、時刻t1の瞬間においてステータに形成される磁界とロータの永久磁石との関係は(b)のようになる。ただし、リング状コイルの時計回り方向を電流の正方向とする。
Next, the relationship between the magnetic field and the permanent magnet in such a three-phase claw pole motor will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the magnetic field of the stator and the permanent magnet of the rotor. Assuming that the
すなわち、時刻t1のときU相には正の電流が流れている。このときU相における磁束の流れは(b)のA断面に示す点線矢印のようになり、爪磁極6uはN極の働きを、爪磁極6u’はS極の働きをするため、ステータとロータとの間には反発力が生じる。同様にして、時刻t1のときV相には正の電流が流れている。V相における磁束の流れは(b)のB断面に示す点線矢印のようになり、爪磁極6vはN極の働きをするためロータS極との間に吸引力が生じる。一方、6v’はS極の働きをするため、ロータS極との間には反発力が、ロータN極との間には吸引力が生じる。同様にして、時刻t1のときW相には負の電流が流れている。このときW相における磁束の流れは図3(b)のC断面に示す点線矢印のようになり、爪磁極6wはS極の働きをするためロータS極との間には反発力が、ロータN極との間には吸引力が生じる。一方、6w’はN極の働きをするためロータS極との間には吸引力が、ロータN極との間には反発力が生じる。従って、各相の合力がロータの回転力となり、図では反時計回りにロータが回転する。
That is, a positive current flows in the U phase at time t1. At this time, the flow of magnetic flux in the U-phase is as indicated by the dotted arrow shown in the A cross section of (b). The claw
内転形クローポールモータを小型化するにはステータ及びロータの径を縮小する必要がある。しかしながら、一般にモータの回転トルクはロータの径に比例し、ロータ径を縮小すると、それに伴い回転トルクの低下を招いてしまう。一方、ロータ径を一定に保ちステータ外径を縮小することにより小型化を図る場合においても、コイルスロットの断面積減少に伴い通電電流が減少するので、結果的に回転トルクが低下する。従って、同一出力を維持したままでの内転形クローポールモータの小型化には困難がある。 In order to reduce the size of the add-on claw pole motor, it is necessary to reduce the diameters of the stator and the rotor. However, generally, the rotational torque of the motor is proportional to the diameter of the rotor, and when the rotor diameter is reduced, the rotational torque is reduced accordingly. On the other hand, even in the case of downsizing by keeping the rotor diameter constant and reducing the outer diameter of the stator, the energizing current is reduced as the coil slot cross-sectional area is reduced, resulting in a reduction in the rotational torque. Therefore, it is difficult to reduce the size of the add-on claw pole motor while maintaining the same output.
この問題を解決するために、本発明のクローポール型モータはロータを外転形とした。これにより、従来の内転形クローポールモータに比べ小型化・高出力化を実現できる。 In order to solve this problem, the claw pole type motor of the present invention has an abduction type rotor. As a result, a smaller size and higher output can be realized as compared with a conventional add-on claw pole motor.
図1は本発明の外転形3相クローポールモータの全体構造を示す斜視図である。図1において、1はロータ、2はシャフト、3はロータコア、4はロータ磁石、5はステータを示す。ステータコア5の上下の爪磁極間にはトロイダル状のコイルが巻かれている。また、ステータコア5の全体または少なくとも爪磁極は圧粉磁心で一体成形されている。
FIG. 1 is a perspective view showing the entire structure of an outer rotation type three-phase claw pole motor of the present invention. In FIG. 1, 1 is a rotor, 2 is a shaft, 3 is a rotor core, 4 is a rotor magnet, and 5 is a stator. Between the upper and lower claw magnetic poles of the
図2に本実施例の一極分の爪磁極の斜視図を示す。ステータコア5の基本的な構成は図5の場合と同じであるが、本実施例のステータコア5はロータ1の内側に配置されている。すなわち、円周上に上側爪磁極6uと下側爪磁極6u’が交互に配置される状態で1相(u相)を設ける。その1相分(u相)を電気角で120度ずらした位置に上側爪磁極6vと下側爪磁極6v’を軸方向に配置して別の相(v相)を設ける。さらに120度ずらした位置に上側爪磁極6wと下側爪磁極6w’を軸方向に配置して別の相(w層)を設け、3相のクローポールモータを構成している。
FIG. 2 is a perspective view of a claw magnetic pole for one pole of the present embodiment. The basic configuration of the
図6に内転形と外転形の寸法の違いを示す。(a)は従来の内転形で、ロータ径r、その外側のステータ厚みaである。(b)は本実施例の外転形で、ロータ1の内周側にステータコア5を配置する。このため、ロータ径rの減少並びに回転トルクの減少を招くことなくステータコア5の径方向厚みaに相当する分だけ、従来の内転形に比べ小型化が可能になる。
FIG. 6 shows the difference in dimensions between the addendum and the addendum. (A) is a conventional internal rotation type, and is a rotor diameter r and an outer stator thickness a. (B) is an abduction type of this embodiment, and a
また、ステータコア内径を適当に選ぶことで、所望のコイルスロット断面積(=a×軸方向長さ)を確保することができるので、通電電流の減少や回転トルクの減少を招くことはない。さらに、ステータコアが内周側に配置されることにより、コイルの周長が減少し、電気抵抗が減少することからモータ効率の向上を実現できる。 Further, by appropriately selecting the inner diameter of the stator core, a desired coil slot cross-sectional area (= a × length in the axial direction) can be ensured, so that there is no reduction in energization current or reduction in rotational torque. Furthermore, since the stator core is arranged on the inner peripheral side, the peripheral length of the coil is reduced and the electric resistance is reduced, so that the motor efficiency can be improved.
次にクローポール型モータのコイル端末の引き出し構造について説明する。図7はクローポール型モータのコイル端末の引き出し構造で、(a)は従来の内転形、(b)は本実施例の外転形の場合である。内転形の場合、ステータが外側に位置するので各相のコイル端末を引き出すためには、(a)に示すようにコイル端末線引き出し用の穴部10を設ければよい。しかし、外転形の場合はステータがロータに覆われているため簡単な構造にはならず、特に従来の珪素鋼板では引き出し溝の加工が困難であった。
Next, the drawer structure of the coil terminal of the claw pole type motor will be described. FIG. 7 shows a pull-out structure of a coil terminal of a claw pole type motor. FIG. 7A shows a conventional inner rotation type, and FIG. 7B shows an outer rotation type of this embodiment. In the case of the add-on type, since the stator is located outside, in order to draw out the coil terminal of each phase, it is only necessary to provide a
本実施例では圧粉磁心等の粉末成形体を用いた3次元構造により、図7(b)に示すようなステータを構成することで、外転形クローポールモータのコイル端末線の引き出しを簡易化している。図7(b)はステータ5をシャフト2側から見た部分図であり、各相にはコイル端末引き出し用の穴部11および、これと連結する引き出し溝11が設けられ、穴部10から取り出した各相のコイル端末は溝11を通じて外部に引き出される。
In this embodiment, a stator as shown in FIG. 7B is configured by a three-dimensional structure using a powder molded body such as a dust core, so that the coil terminal wire of the outer claw pole motor can be easily drawn. It has become. FIG. 7B is a partial view of the
次にクローポール型モータのロータ支持機構について説明する。図8はクローポール型モータのロータ支持機構を示している。(a)は従来の内転形3相クローポール型モータの断面図を示す。内転形モータの場合、ベアリング8とエンドリング9からなるロータ支持機構がステータコア5の軸方向両端面に設けられる。このロータ支持機構部の軸方向厚み分によるモータの体格増大は避けられない。
Next, the rotor support mechanism of the claw pole type motor will be described. FIG. 8 shows a rotor support mechanism of a claw pole type motor. (A) shows a sectional view of a conventional inward-rotating three-phase claw pole type motor. In the case of an internal motor, a rotor support mechanism including a
図8(b)は本実施例による外転形3相クローポール型モータの断面図を示す。(b)において、ステータコア5の両端に凹部を設け、そこにベアリング8を配置する。これによれば、ベアリング8の軸方向厚み分だけモータの軸方向長さを短縮することができるので、より一層の小型化を実現することができる。
FIG. 8B shows a cross-sectional view of an outer rotation type three-phase claw pole type motor according to this embodiment. In (b), concave portions are provided at both ends of the
1…ロータ、2…シャフト、3…ロータ(ロータコア)、4…ロータ磁石、5…ステータ(ステータコア)、6…爪磁極、6u,6v,6w…上側爪磁極、6u’,6v’,6w’…下側爪磁極、7,7u,7v,7w…コイル、8…ベアリング、9…エンドリング。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotor, 2 ... Shaft, 3 ... Rotor (rotor core), 4 ... Rotor magnet, 5 ... Stator (stator core), 6 ... Claw magnetic pole, 6u, 6v, 6w ... Upper claw magnetic pole, 6u ', 6v', 6w ' ... lower claw magnetic pole, 7, 7u, 7v, 7w ... coil, 8 ... bearing, 9 ... end ring.
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