JP2012130090A - Apparatus for magnetizing motor rotor - Google Patents
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Description
本発明はモータロータの着磁装置に関し、特に、低コギングかつ低トルクリップルのブラシレスモータを実現するための着磁装置の構造改良に関するものである。 The present invention relates to a magnetizing device for a motor rotor, and more particularly to a structure improvement of a magnetizing device for realizing a brushless motor with low cogging and low torque ripple.
ブラシレスモータではロータの磁性周面を周方向へ交互に極性の異なる磁極に着磁し、ロータに回転磁界を作用させてこれを回転させている。この場合、ロータ周面に対する着磁磁界の径方向(ラジアル方向)磁束密度は、図5に示すように、ロータ周方向における各磁極部分(図のV領域)では完全着磁に必要な充分な大きさを確保する必要があるとともに、磁極間部分(図のW領域)では低コギングかつ低トルクリップルを実現するために最適な着磁傾斜となるような磁束変化角度を持たせる必要がある。 In the brushless motor, the magnetic peripheral surface of the rotor is alternately magnetized to magnetic poles having different polarities in the circumferential direction, and a rotating magnetic field is applied to the rotor to rotate it. In this case, as shown in FIG. 5, the magnetic flux density in the radial direction (radial direction) of the magnetic field with respect to the circumferential surface of the rotor is sufficient for each magnetic pole portion (V region in the figure) in the circumferential direction of the rotor. In addition to ensuring the size, it is necessary to provide a magnetic flux change angle that provides an optimum magnetization inclination in order to realize low cogging and low torque ripple in the portion between the magnetic poles (W region in the figure).
ここで、従来の着磁装置の一例を図6に示す。図6において、着磁ヨーク2は図略のロータを収容する円形の内空間23を形成した円環状をなしている。そして、着磁されるロータの磁性外周面に対向する着磁ヨーク2の内周部には、スロット21によって周方向へ等間隔に区画されたティース22が、ロータに形成する磁極数に応じた必要数(図6では4つ)設けられて、これらティース22に着磁用コイル25が巻回されている。
An example of a conventional magnetizing apparatus is shown in FIG. In FIG. 6, the
図7には、ロータの一つの磁極を形成するためにティース22に巻回された着磁用コイル25の様子を示す。着磁ヨーク2のスロット21は内周端が小間隙24を介して当該ヨーク2の内空間23へ開放するとともに、上記ヨーク2の径方向へ延びる長孔状に形成されている。そして、このようなスロット21で区画されたティース22の外周に、着磁用コイル25が着磁ヨーク2の内周面2a、すなわちロータの外周面と直交する内外方向へ三段(3ターン)に積層されるように巻回されている。なお、図7中、着磁コイルの一段目の巻回部分をx´、二段目の巻回部分をy´、三段目の巻回部分をz´としてある。
FIG. 7 shows a state of the magnetizing
なお、特許文献1には、径方向へ延びる長孔状に形成されたスロットを備える着磁ヨークが示されている。
しかし、上記従来の着磁装置により実現される着磁磁界の、ラジアル方向の磁束密度分布は図8に概念的に示すように、同一形状の台形状分布(図中の細実線)を示す各段のコイル巻回部分x´、y´、z´の磁束密度を足した、図8の太実線で示す両端の角度が急な台形状のものになる。実際、このような従来の着磁装置により形成される着磁磁界の磁束密度分布を実測すると、図4のA´、B´、C´で示すように両端の角度が急な略台形状となる。なお、A´、B´、C´で示す磁束密度分布は、着磁用コイルが3ターンで、着磁電流をそれぞれ10kA、15kA、20kAとした場合のものである。 However, the radial magnetic flux density distribution of the magnetizing magnetic field realized by the conventional magnetizing apparatus, as shown conceptually in FIG. 8, shows the trapezoidal distribution of the same shape (thin solid line in the figure). A trapezoidal shape having steep angles at both ends indicated by thick solid lines in FIG. Actually, when the magnetic flux density distribution of the magnetizing magnetic field formed by such a conventional magnetizing apparatus is actually measured, it is substantially trapezoidal with sharp angles at both ends as indicated by A ′, B ′, and C ′ in FIG. Become. The magnetic flux density distributions indicated by A ′, B ′, and C ′ are those when the magnetizing coil has 3 turns and the magnetizing currents are 10 kA, 15 kA, and 20 kA, respectively.
このような従来の着磁装置の磁束密度分布では、ロータの磁極部分(磁束密度の中央部)で完全着磁に必要な臨界量(図4中の線L)以上の磁束密度を得ようとすると、磁極間部分(磁束密度の両側部)での着磁傾斜は往々にして最適なものよりも急峻になってしまうため、モータのコギングとトルクリップルを充分に低減することは困難であった。 With the magnetic flux density distribution of such a conventional magnetizing device, an attempt is made to obtain a magnetic flux density that is equal to or higher than the critical amount (line L in FIG. 4) necessary for complete magnetization at the magnetic pole portion of the rotor (the central portion of the magnetic flux density). As a result, the magnetization gradient at the portion between the magnetic poles (both sides of the magnetic flux density) is often steeper than the optimum one, and it is difficult to sufficiently reduce the cogging and torque ripple of the motor. .
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、ロータ磁極の中央付近での完全着磁を確保しつつ低コギングと低トルクリップルを実現できるモータロータの着磁装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention is to solve such problems, and an object thereof is to provide a magnetizing device for a motor rotor capable of realizing low cogging and low torque ripple while ensuring complete magnetization near the center of the rotor magnetic pole. To do.
上記目的を達成するために、本第1発明では、ブラシレスモータのロータ周面に、周方向へ極性の異なる磁極を交互に着磁するためのモータロータの着磁装置であって、前記ロータ周面に対向するティース(12)を必要数設けた着磁ヨーク(1)を備え、前記各ティース(12)に着磁用コイル(15)を前記ロータ周面に沿って延びる面内で複数回巻回してある。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a motor rotor magnetizing apparatus for alternately magnetizing magnetic poles having different polarities in the circumferential direction on the rotor peripheral surface of the brushless motor, A magnetizing yoke (1) provided with a necessary number of teeth (12) facing each other is provided, and a magnetizing coil (15) is wound around each of the teeth (12) a plurality of times in a plane extending along the circumferential surface of the rotor. It is turned.
本第1発明においては、着磁時の磁束密度分布を、従来のような両端の角度が急な略台形状ではなく、中央部が充分な高さを持った略山形状にできる。したがって、ロータ磁極部分で完全着磁に必要な臨界量以上の磁束密度を確保しても、磁極間部分での着磁度合いの変化を緩やかなものにすることができ、この結果、モータのコギングおよびトルクリップルを充分に小さくすることが可能である。 In the first invention, the magnetic flux density distribution at the time of magnetization can be made to be a substantially mountain shape with a sufficient height at the center portion, instead of a substantially trapezoidal shape where the angles at both ends are steep as in the prior art. Therefore, even if a magnetic flux density higher than the critical amount necessary for complete magnetization is secured in the rotor magnetic pole part, the change in the degree of magnetization in the part between the magnetic poles can be made gradual. And torque ripple can be made sufficiently small.
本第2発明では、前記着磁ヨーク(1)の、前記ロータに対向する周面(1a)にスロット(11)によって前記ティース(12)を区画形成し、前記スロット(11)を前記着磁ヨーク(1)の周面(1a)に沿ってこれと平行に周方向へ延びる湾曲した長孔状として、当該スロット(11)内に前記着磁用コイル(15)を収容して前記各ティース(12)に巻回してある。 In the second aspect of the invention, the teeth (12) are defined by slots (11) on the circumferential surface (1a) of the magnetizing yoke (1) facing the rotor, and the slots (11) are magnetized. Each of the teeth is accommodated in the slot (11) by accommodating the magnetizing coil (15) as a curved long hole extending in the circumferential direction along the circumferential surface (1a) of the yoke (1). It is wound around (12).
上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 The reference numerals in the parentheses indicate the correspondence with specific means described in the embodiments described later.
以上のように、本発明のモータロータの着磁装置によれば、ロータ磁極の中央付近での完全着磁を確保しつつ低コギングと低トルクリップルを実現することができる。 As described above, according to the magnetizing device for a motor rotor of the present invention, low cogging and low torque ripple can be realized while ensuring complete magnetization near the center of the rotor magnetic pole.
図1には着磁装置の着磁ヨークを示す。図1において、着磁ヨーク1は図略のロータを収容する円形の内空間13を有する円環状をなしている。そして、着磁されるロータの磁性外周面に対向する着磁ヨーク1の内周面1aには、スロット11によって周方向へ等間隔に区画されたティース12が、ロータに形成する磁極数に応じた必要数(図1では4つ)設けられている。
FIG. 1 shows a magnetizing yoke of a magnetizing device. In FIG. 1, the
各スロット11は着磁ヨーク1の内周面1aに沿ってこれと平行に周方向へ延びる湾曲した長孔状となっており、各スロット11はその幅が着磁用コイル15の外径よりやや大きい程度であるとともに、内周側中央部で間隙14によって着磁ヨーク1の内空間13に開放している。そして、このようなスロット11で区画されたティース12の外周に着磁用コイル15が巻回されている。
Each
図2には、ロータの一つの磁極を形成するためにティース12に巻回された着磁用コイル15の様子を示し、着磁用コイル15は、着磁ヨーク1の内周面1a、すなわちロータの外周面に沿って平行に延びる湾曲面内で三段(3ターン)に積層されるように巻回されている。なお、図2中、着磁コイル15の一段目の巻回部分をx、二段目の巻回部分をy、三段目の巻回部分をzとしてある。
FIG. 2 shows a state of the magnetizing
本実施形態の着磁装置により実現される、ラジアル方向の磁束密度分布を図3に概念的に示す。この場合の磁束密度分布は、各段のコイル巻回部分x,y,zによって生じる、周方向へ幅の異なる台形状分布となる磁束密度を足したものとなり、これは図3の太実線で示すような、中央部が高くその両側では二段の段付きに低くなった山形状となる。 FIG. 3 conceptually shows the radial magnetic flux density distribution realized by the magnetizing apparatus of this embodiment. In this case, the magnetic flux density distribution is obtained by adding the magnetic flux density that is generated by the coil winding portions x, y, and z in each stage and becomes a trapezoidal distribution having different widths in the circumferential direction. As shown in the figure, the central part is high, and on both sides thereof, it becomes a mountain shape that is low in two steps.
実際、本実施形態の着磁装置により形成される磁石挿入位置での磁束密度分布を実測(シャフトのみをヨーク内に入れ、本来磁石がある位置にプローブを設置し、その地点での磁束密度を測定)すると、図4のA、B、Cで示すように中央部が充分な高さを持ち、従来のA´、B´、C´に比べ両端が緩やかな略山形状となる。なお、A、B、Cで示す磁束密度分布は、着磁用コイルが3ターンで、着磁電流をそれぞれ10kA、15kA、20kAとした場合のものである。 Actually, the magnetic flux density distribution at the magnet insertion position formed by the magnetizing apparatus of the present embodiment was measured (only the shaft was put in the yoke, the probe was installed at the position where the magnet was originally located, and the magnetic flux density at that point was measured. Measurement), the central portion has a sufficient height as shown by A, B, and C in FIG. 4 and has a substantially mountain shape with gentle ends at both ends compared to the conventional A ′, B ′, and C ′. The magnetic flux density distributions indicated by A, B, and C are obtained when the magnetizing coil has three turns and the magnetizing currents are 10 kA, 15 kA, and 20 kA, respectively.
このような磁束密度分布A、B、Cを実現した本実施形態の着磁装置では、ロータ磁極部分(磁束密度の中央部)で完全着磁に必要な臨界量(図4中の線L)以上の磁束密度を確保しても、磁極間部分(磁束密度の両側部)での着磁度合いの変化を緩やかなものにすることができるから、モータのコギングおよびトルクリップルを充分に小さくすることが可能である。 In the magnetizing apparatus of the present embodiment that realizes such magnetic flux density distributions A, B, and C, the critical amount (line L in FIG. 4) necessary for complete magnetization at the rotor magnetic pole portion (the center portion of the magnetic flux density). Even if the above magnetic flux density is secured, the change in the degree of magnetization at the part between the magnetic poles (both sides of the magnetic flux density) can be made gradual, so the cogging and torque ripple of the motor must be made sufficiently small. Is possible.
なお、上記実施形態ではモータのインナロータの外周面に着磁する場合について説明したが、モータのアウタロータの内周面に着磁する場合にも本発明が適用できることはもちろんである。 In the above embodiment, the case of magnetizing the outer peripheral surface of the inner rotor of the motor has been described. However, the present invention can be applied to the case of magnetizing the inner peripheral surface of the outer rotor of the motor.
1…着磁ヨーク、1a…内周面(周面)、11…スロット、12…ティース、15…着磁用コイル。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2019009941A (en) * | 2017-06-27 | 2019-01-17 | 山本電気株式会社 | Dc motor and manufacturing method of the same |
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2010
- 2010-12-13 JP JP2010276638A patent/JP2012130090A/en active Pending
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