JP2013240179A - Brushless motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブラシレスモータに係り、特に、環状のコアを備えるステータの内側と外側にそれぞれ界磁体が設けられており、かつ、スロット数が磁極数よりも多くなっているブラシレスモータに関する。 The present invention relates to a brushless motor, and more particularly, to a brushless motor in which field bodies are provided on the inside and outside of a stator having an annular core and the number of slots is larger than the number of magnetic poles.
ブラシレスモータの中には、所謂デュアルロータモータ（あるいは、デュアルギャップモータとも呼ばれる）のように、環状のコアを備えるステータの内側と外側にそれぞれロータが設けられているものが存在する。かかる構造のブラシレスモータでは、従来のシングルロータの構造に比して出力密度が向上している上に、サイズの小型化や静音化が実現されている。 Some brushless motors have a rotor provided inside and outside a stator having an annular core, such as a so-called dual rotor motor (also called a dual gap motor). In the brushless motor having such a structure, the output density is improved as compared with the structure of the conventional single rotor, and the size is reduced and the noise is reduced.
一方、上記構造のブラシレスモータでは、内側のロータであるインナロータとステータとの間、及び、外側のロータであるアウタロータとステータとの間に、それぞれコギングトルクが発生する。このコギングトルクを低減させる技術は、従来から開発されており、例えば、ロータマグネットの着磁またはステータコアの積層にスキューを施す手法や、ロータに装着した磁石を円弧状に削る手法等が挙げられる。ただし、これらの方法では、モータのトルク定数が低下してしまう場合があるため、近年、高いトルク定数を維持したままでコギングトルクを低減する方法が開発されている（例えば、特許文献１参照）。 On the other hand, in the brushless motor having the above structure, cogging torque is generated between the inner rotor, which is the inner rotor, and the stator, and between the outer rotor, which is the outer rotor, and the stator. Techniques for reducing this cogging torque have been developed in the past, such as a technique for skewing the rotor magnet or stacking the stator core, and a technique for cutting the magnet mounted on the rotor into an arc. However, in these methods, the torque constant of the motor may decrease, and in recent years, a method of reducing the cogging torque while maintaining a high torque constant has been developed (for example, see Patent Document 1). .
特許文献１に記載のモータでは、コギングトルク低減のためにティースの形状が調整されている。より詳しく説明すると、特許文献１に記載のモータは、上述したデュアルロータモータであり、ステータのコアには、外周部に形成された外側ティースと、内周部に形成された内側ティースが設けられている。そして、特許文献１では、外側ティース及び内側ティースの各々のティース開角を調整することにより、アウタロータとステータとの間に発生するコギングトルクと、インナロータとステータとの間に発生するコギングトルクと、が互いに打ち消し合うようになっている。なお、ティース開角とは、ティースの両端を通る２つの仮想線がモータの回転軸の中心に対してなす角度のことである。 In the motor described in Patent Document 1, the shape of the teeth is adjusted to reduce cogging torque. More specifically, the motor described in Patent Document 1 is the above-described dual rotor motor, and the stator core is provided with outer teeth formed on the outer peripheral portion and inner teeth formed on the inner peripheral portion. ing. And in patent document 1, the cogging torque which generate | occur | produces between an outer rotor and a stator, and the cogging torque which generate | occur | produces between an inner rotor and a stator by adjusting each teeth opening angle of an outer tooth and an inner tooth, Are designed to cancel each other. The teeth opening angle is an angle formed by two imaginary lines passing through both ends of the teeth with respect to the center of the rotation shaft of the motor.
ところで、特許文献１に記載のモータでは、磁極数が２０極で、スロット数が１２スロットであり、磁極数がスロット数よりも多くなっている。このような構成であれば、磁極をなすマグネットの基本角よりもティースの基本角の方が大きくなるので、コギングトルクを低減する上でマグネットの形状よりもティースの形状を操作する方が容易である。ここで、基本角とは、３６０度をマグネットまたはティースの個数で除して算出される角度のことである。 By the way, in the motor described in Patent Document 1, the number of magnetic poles is 20 and the number of slots is 12 and the number of magnetic poles is larger than the number of slots. In such a configuration, since the basic angle of the teeth is larger than the basic angle of the magnet that forms the magnetic pole, it is easier to manipulate the shape of the teeth than the shape of the magnet to reduce cogging torque. is there. Here, the basic angle is an angle calculated by dividing 360 degrees by the number of magnets or teeth.
一方で、特許文献１に記載のモータとは異なり、スロット数が磁極数よりも多い場合、すなわち、マグネットの基本角がティースの基本角よりも大きくなる場合がある。特に、マグネットの基本角がティースの基本角に比して格段に大きくなっているケース（例えば、磁極数が８極で、スロット数が２４スロットであるケース）では、ティースの形状を調整しても、コギングトルク波形が微調整されるだけであり、効果的にコギングトルクを低減するまでには至らない。 On the other hand, unlike the motor described in Patent Document 1, there are cases where the number of slots is larger than the number of magnetic poles, that is, the basic angle of the magnet is larger than the basic angle of the teeth. Especially in cases where the basic angle of the magnet is significantly larger than the basic angle of the teeth (for example, the case where the number of magnetic poles is 8 and the number of slots is 24), the shape of the teeth is adjusted. However, the cogging torque waveform is only finely adjusted, and the cogging torque cannot be effectively reduced.
そこで、本発明の目的は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、環状のコアを備えるステータの内側と外側にそれぞれ界磁体が設けられており、かつ、スロット数が磁極数よりも多いモータ構成において、効果的にコギングトルクを低減することが可能なブラシレスモータを提供することである。 Accordingly, an object of the present invention has been made in view of the above-described problems, and a field body is provided on each of an inner side and an outer side of a stator having an annular core, and the number of slots is larger than the number of magnetic poles. To provide a brushless motor capable of effectively reducing cogging torque in a motor configuration.
前記課題は、本発明のブラシレスモータによれば、環状のコアと、該コアの外周に沿って並んだ複数の外側ティースと、前記コアの内周に沿って並んだ複数の内側ティースと、前記外側ティース同士の間及び前記内側ティース同士の間にそれぞれ巻回された巻線と、を備えたステータと、前記コアの径方向において前記ステータよりも内側に配置された回転自在なシャフトと、前記径方向において前記シャフトと前記ステータとの間に配置され、前記シャフトの回転方向に前記シャフトとともに回転する第１界磁体と、前記径方向において前記ステータよりも外側に配置され、前記回転方向に前記シャフトとともに回転する第２界磁体と、を有するブラシレスモータであって、前記第１界磁体が、前記回転方向に沿って円状に並べられた複数の第１磁石片を備えており、該第１磁石片の個数よりも前記内側ティースの個数の方が多く、前記第２界磁体が、前記回転方向に沿って円状に並べられた複数の第２磁石片を備えており、該第２磁石片の個数よりも前記外側ティースの個数の方が多く、前記第１界磁体と前記ステータとの間に生じるコギングトルクの、前記シャフトの基準位置からの回転角度に対する変化傾向を示す第１コギングトルク波形が、前記回転方向における前記第１磁石片の両縁を延長してなる２つの仮想線の間に形成される第１開角の大きさによって変化し、前記第２界磁体と前記ステータとの間に生じるコギングトルクの、前記シャフトの前記基準位置からの回転角度に対する変化傾向を示す第２コギングトルク波形が、前記回転方向における前記第２磁石片の両縁を延長してなる２つの仮想線の間に形成される第２開角の大きさによって変化し、前記第１開角の大きさを変えていったときに、前記第１コギングトルク波形のピークトルク値における、前記シャフトが前記基準位置から回転し始めてからの正負の順序が反転する時点の大きさとなるように前記第１開角が設定されており、前記第２開角の大きさを変えていったときに、前記第２コギングトルク波形のピークトルク値における、前記シャフトが前記基準位置から回転し始めてからの正負の順序が反転する時点の大きさとなるように前記第２開角が設定されていることにより解決される。 According to the brushless motor of the present invention, the subject is an annular core, a plurality of outer teeth aligned along the outer periphery of the core, a plurality of inner teeth aligned along the inner periphery of the core, Windings wound between outer teeth and between the inner teeth, respectively, a rotatable shaft disposed inside the stator in the radial direction of the core, and A first field body disposed between the shaft and the stator in a radial direction and rotating together with the shaft in a rotation direction of the shaft; and disposed outside the stator in the radial direction; A brushless motor having a second field body rotating together with the shaft, wherein the first field body is arranged in a circle along the rotation direction. A plurality of first magnet pieces, wherein the number of the inner teeth is larger than the number of the first magnet pieces, and the second field bodies are arranged in a circle along the rotation direction. The number of the outer teeth is larger than the number of the second magnet pieces, and the cogging torque generated between the first field body and the stator is determined from the reference position of the shaft. The first cogging torque waveform showing the change tendency with respect to the rotation angle of the first rotation angle depends on the size of the first opening angle formed between two virtual lines formed by extending both edges of the first magnet piece in the rotation direction. A second cogging torque waveform showing a changing tendency of the cogging torque generated between the second field body and the stator with respect to the rotation angle from the reference position of the shaft changes in the second magnet in the rotation direction. Fragment The first cogging torque waveform changes depending on the magnitude of the second opening angle formed between two imaginary lines formed by extending both edges, and the magnitude of the first opening angle is changed. The first opening angle is set so that the positive and negative order after the shaft starts to rotate from the reference position is reversed at the peak torque value, and the magnitude of the second opening angle The second opening angle is set so that the magnitude of the peak torque value of the second cogging torque waveform when the shaft starts rotating from the reference position is reversed. This is solved by setting.
第１界磁体とステータとの間に生じるコギングトルクの波形、すなわち、第１コギングトルクの波形については、第１磁石片の開角を調整することで操作することができる。同様に、第２界磁体とステータとの間に生じるコギングトルクの波形、すなわち、第２コギングトルクの波形については、第２磁石片の開角を調整することで操作することができる。以上のような性質を利用して、上記のブラシレスモータでは、各コギングトルク波形のピークトルク値における、シャフトが基準位置から回転し始めてからの正負の順序が反転する時点の大きさとなるように各磁石片の開角が設定されている。
ここで、ピークトルク値における、シャフトが基準位置から回転し始めてからの正負の順序が反転する段階では、例えば、図４や図５に示すように、コギングトルク波形の振幅が最も小さくなる。一方、モータ全体としては、第１コギングトルク波形と第２コギングトルク波形を足し合わせた波形のコギングトルクが作用する。したがって、各コギングトルク波形の振幅が最小となるように各磁石片の開角を設定すれば、モータ全体に作用するコギングトルクの大きさも比較的小さくなる。
以上のような作用により、本発明のブラシレスモータでは、スロット数が磁極数よりも多いモータ構成になっているものの、効果的にコギングトルクを低減することが可能となる。
The waveform of the cogging torque generated between the first field body and the stator, that is, the waveform of the first cogging torque can be manipulated by adjusting the opening angle of the first magnet piece. Similarly, the waveform of the cogging torque generated between the second field body and the stator, that is, the waveform of the second cogging torque can be operated by adjusting the opening angle of the second magnet piece. Using the above properties, in the above brushless motor, each peak value of each cogging torque waveform has a magnitude at which the positive and negative order after the shaft starts rotating from the reference position is reversed. The opening angle of the magnet piece is set.
Here, at the stage where the positive and negative order after the shaft starts to rotate from the reference position in the peak torque value is reversed, the amplitude of the cogging torque waveform becomes the smallest as shown in FIGS. 4 and 5, for example. On the other hand, a cogging torque having a waveform obtained by adding the first cogging torque waveform and the second cogging torque waveform acts on the motor as a whole. Therefore, if the opening angle of each magnet piece is set so that the amplitude of each cogging torque waveform is minimized, the magnitude of the cogging torque acting on the entire motor is also relatively small.
With the above operation, the brushless motor of the present invention has a motor configuration in which the number of slots is larger than the number of magnetic poles, but the cogging torque can be effectively reduced.
また、上記のブラシレスモータにおいて、前記第１開角の大きさは、３５度以上、かつ、３７度未満に設定されており、前記第２開角の大きさは、３３度以上、かつ、３５度未満に設定されていると、好適である。
前述したように、各コギングトルク波形のピークトルク値における、シャフトが基準位置から回転し始めてからの正負の順序が反転する時点の大きさとなるように各磁石片の開角が設定されていれば、効果的にコギングトルクを低減することが可能である。そして、コギングトルク波形のピークトルク値における正負の順序を反転させる開角の大きさについては、実験により明らかになっており、具体的に説明すると、第１開角が３５度以上、かつ、３７度未満の範囲であり、第２開角が３３度以上、かつ、３５度未満の範囲である。したがって、上記の範囲内の大きさに各磁石片の開角を設定することにより、コギングトルク低減の効果が確実に得られるようになる。
In the brushless motor, the first opening angle is set to 35 degrees or more and less than 37 degrees, and the second opening angle is set to 33 degrees or more and 35. It is preferable that the angle is set to less than a degree.
As described above, if the opening angle of each magnet piece is set so that the magnitude of the peak torque value of each cogging torque waveform is reversed at the time when the positive and negative order after the shaft starts rotating from the reference position is reversed. It is possible to effectively reduce the cogging torque. The magnitude of the opening angle that reverses the positive and negative order in the peak torque value of the cogging torque waveform has been clarified by experiments. Specifically, the first opening angle is 35 degrees or more and 37 The second opening angle is 33 ° or more and less than 35 °. Therefore, the effect of reducing the cogging torque can be reliably obtained by setting the opening angle of each magnet piece to a size within the above range.
また、前述した課題は、本発明の他のブラシレスモータによれば、環状のコアと、該コアの外周に沿って並んだ複数の外側ティースと、前記コアの内周に沿って並んだ複数の内側ティースと、前記外側ティース同士の間及び前記内側ティース同士の間にそれぞれ巻回された巻線と、を備えたステータと、前記コアの径方向において前記ステータよりも内側に配置された回転自在なシャフトと、前記径方向において前記シャフトと前記ステータとの間に配置され、前記シャフトの回転方向に前記シャフトとともに回転する第１界磁体と、前記径方向において前記ステータよりも外側に配置され、前記回転方向に前記シャフトとともに回転する第２界磁体と、を有するブラシレスモータであって、前記第１界磁体が、前記回転方向に沿って円状に並べられた複数の第１磁石片を備えており、該第１磁石片の個数よりも前記内側ティースの個数の方が多く、前記第２界磁体が、前記回転方向に沿って円状に並べられた複数の第２磁石片を備えており、該第２磁石片の個数よりも前記外側ティースの個数の方が多く、前記第１界磁体と前記ステータとの間に生じるコギングトルクの、前記シャフトの基準位置からの回転角度に対する変化傾向を示す第１コギングトルク波形が、前記回転方向における前記第１磁石片の両縁を延長してなる２つの仮想線の間に形成される第１開角の大きさによって変化し、前記第２界磁体と前記ステータとの間に生じるコギングトルクの、前記シャフトの前記基準位置からの回転角度に対する変化傾向を示す第２コギングトルク波形が、前記回転方向における前記第２磁石片の両縁を延長してなる２つの仮想線の間に形成される第２開角の大きさによって変化し、前記第１コギングトルク波形のピークトルク値における、前記シャフトが前記基準位置から回転し始めてからの正負の順序が、前記第２コギングトルク波形のピークトルク値における、前記シャフトが前記基準位置から回転し始めてからの正負の順序に対して反転するように、前記第１開角及び前記第２開角の各々が設定されていることにより解決される。 In addition, according to another brushless motor of the present invention, the above-described problem is an annular core, a plurality of outer teeth aligned along the outer periphery of the core, and a plurality of teeth aligned along the inner periphery of the core. A stator provided with inner teeth, windings wound between the outer teeth and between the inner teeth, and rotatable disposed inside the stator in the radial direction of the core An intermediate shaft, a first field body that is disposed between the shaft and the stator in the radial direction, rotates together with the shaft in the rotational direction of the shaft, and is disposed outside the stator in the radial direction, A brushless motor having a second field body rotating with the shaft in the rotation direction, wherein the first field body is circular along the rotation direction. A plurality of first magnet pieces, and the number of the inner teeth is larger than the number of the first magnet pieces, and the second field bodies are arranged in a circle along the rotation direction. A plurality of second magnet pieces, wherein the number of the outer teeth is larger than the number of the second magnet pieces, and the cogging torque generated between the first field body and the stator is A first cogging torque waveform showing a change tendency with respect to the rotation angle from the reference position of the shaft is formed between two imaginary lines formed by extending both edges of the first magnet piece in the rotation direction. A second cogging torque waveform, which changes depending on the size of the angle and indicates a change tendency of the cogging torque generated between the second field body and the stator with respect to the rotation angle from the reference position of the shaft, In The shaft changes according to the magnitude of the second opening angle formed between two imaginary lines formed by extending both edges of the second magnet piece, and the shaft at the peak torque value of the first cogging torque waveform The positive and negative order after starting to rotate from the reference position is reversed with respect to the positive and negative order after the shaft starts to rotate from the reference position at the peak torque value of the second cogging torque waveform. This is solved by setting each of the first opening angle and the second opening angle.
上記のブラシレスモータでは、第１コギングトルク波形のピークトルク値における、シャフトが基準位置から回転し始めてからの正負の順序が、第２コギングトルク波形のピークトルク値における、シャフトが基準位置から回転し始めてからの正負の順序に対して反転するように、各磁石片の開角が設定されている。つまり、上記のブラシレスモータでは、第１コギングトルク波形の位相に対して第２コギングトルク波形の位相が反転するように、各磁石片の開角が設定されている。そして、第１コギングトルク波形及び第２コギングトルク波形が互いに逆位相となっていれば、コギングトルク波形同士が互いに打ち消し合うようになり、その分、モータ全体に作用するコギングトルクの大きさも小さくなる。
以上のような作用により、本発明の他のブラシレスモータでは、スロット数が磁極数よりも多いモータ構成になっているものの、効果的にコギングトルクを低減することが可能となる。
In the brushless motor described above, the positive and negative order after the shaft starts to rotate from the reference position in the peak torque value of the first cogging torque waveform indicates that the shaft rotates from the reference position in the peak torque value of the second cogging torque waveform. The opening angle of each magnet piece is set so as to be reversed with respect to the positive and negative order from the beginning. That is, in the brushless motor, the opening angle of each magnet piece is set so that the phase of the second cogging torque waveform is inverted with respect to the phase of the first cogging torque waveform. If the first cogging torque waveform and the second cogging torque waveform are in opposite phases, the cogging torque waveforms cancel each other, and accordingly, the magnitude of the cogging torque acting on the entire motor is reduced. .
With the above operation, the other brushless motor of the present invention has a motor configuration in which the number of slots is larger than the number of magnetic poles, but it is possible to effectively reduce the cogging torque.
また、上記のブラシレスモータにおいて、前記第１開角の大きさは、２９度以上、かつ、３１度未満に設定されており、前記第２開角の大きさは、３７度より大きく、かつ、３９度以下に設定されていると、好適である。
前述したように、第１コギングトルク波形及び２コギングトルク波形が互いに逆位相となるように各磁石片の開角が設定されていれば、コギングトルク波形同士が互いに打ち消し合うようになる。また、コギングトルク波形同士の打ち消し効果は、コギングトルク波形間で振幅が等しくなっていれば、特に顕著なものとなる。そして、第１コギングトルク波形及び第２コギングトルク波形が互いに逆位相となり、かつ、コギングトルク波形間で振幅が等しくなるような開角の大きさについては、実験により明らかになっており、具体的に説明すると、第１開角が２９度以上、かつ、３１度未満の範囲であり、第２開角が３７度より大きく、かつ、３９度以下の範囲である。したがって、上記の範囲内の大きさに各磁石片の開角を設定することにより、より効果的にコギングトルクを低減することが可能になる。
In the brushless motor, the first opening angle is set to 29 degrees or more and less than 31 degrees, the second opening angle is larger than 37 degrees, and It is preferable that the angle is set to 39 degrees or less.
As described above, if the opening angle of each magnet piece is set so that the first cogging torque waveform and the second cogging torque waveform are in opposite phases, the cogging torque waveforms cancel each other. In addition, the canceling effect between the cogging torque waveforms becomes particularly remarkable if the amplitudes are equal between the cogging torque waveforms. The magnitude of the opening angle at which the first cogging torque waveform and the second cogging torque waveform are out of phase with each other and the amplitude is equal between the cogging torque waveforms has been clarified through experiments. In other words, the first opening angle is in the range of 29 degrees or more and less than 31 degrees, and the second opening angle is in the range of more than 37 degrees and 39 degrees or less. Therefore, the cogging torque can be more effectively reduced by setting the opening angle of each magnet piece to a size within the above range.
また、以上までに説明してきたブラシレスモータのいずれかにおいて、前記第１磁石片の各々は、隙間を隔てて前記内側ティースと対向し、前記第２磁石片の各々は、隙間を隔てて前記外側ティースと対向し、前記第１磁石片及び前記第２磁石片のうち、少なくとも一方の磁石片の前記回転方向における両端部では、前記回転方向における中央部よりも、前記内側ティース及び前記外側ティースのうち、前記少なくとも一方の磁石片が対向する側のティースと前記少なくとも一方の磁石片との間隔が大きくなっていると、好適である。
コギングトルクは、磁石片がコアに対して相対回転する期間中、磁石片が存在しない領域と磁石片が存在する領域との境界位置をティースの頂部が通過する際に発生する。これは、当該境界位置において磁束密度が急激に変化するためである。したがって、磁石片のうち、上記の境界位置周辺に位置する端部の厚みが中央部の厚みよりも薄くなっていれば、上記の境界位置における磁束密度の変化を緩和することができ、以て、コギングトルクを低減することが可能になる。
Further, in any one of the brushless motors described above, each of the first magnet pieces faces the inner teeth with a gap therebetween, and each of the second magnet pieces has a gap between the outer sides. Opposite to the teeth, of the first magnet piece and the second magnet piece, at both ends in the rotation direction of at least one of the magnet pieces, the inner teeth and the outer teeth of the inner teeth and the outer teeth than the central portion in the rotation direction. Of these, it is preferable that the distance between the teeth facing the at least one magnet piece and the at least one magnet piece is large.
Cogging torque is generated when the top of the tooth passes through the boundary position between the area where the magnet piece does not exist and the area where the magnet piece exists during the period in which the magnet piece rotates relative to the core. This is because the magnetic flux density rapidly changes at the boundary position. Therefore, if the thickness of the end portion located around the boundary position among the magnet pieces is thinner than the thickness of the central portion, the change in magnetic flux density at the boundary position can be reduced, and thus The cogging torque can be reduced.
本発明のブラシレスモータによれば、各コギングトルク波形の振幅が最も小さくなるように各磁石片の開角が設定されているので、モータ全体に作用するコギングトルクの大きさも比較的小さくなる。また、本発明の他のブラシレスモータによれば、第１コギングトルク波形の位相に対して第２コギングトルク波形の位相が反転するように各磁石片の開角が設定されているので、コギングトルク波形同士が互いに打ち消し合うようになり、その分、モータ全体に作用するコギングトルクの大きさも小さくなる。
以上の作用により、本発明に係る２つのブラシレスモータの各々では、スロット数が磁極数よりも多いモータ構成になっているものの、効果的にコギングトルクを低減することが可能となる。
According to the brushless motor of the present invention, since the opening angle of each magnet piece is set so that the amplitude of each cogging torque waveform is minimized, the magnitude of the cogging torque acting on the entire motor is also relatively small. According to another brushless motor of the present invention, the opening angle of each magnet piece is set so that the phase of the second cogging torque waveform is inverted with respect to the phase of the first cogging torque waveform. Waveforms cancel each other, and the amount of cogging torque acting on the entire motor is reduced accordingly.
With the above operation, each of the two brushless motors according to the present invention has a motor configuration in which the number of slots is larger than the number of magnetic poles, but the cogging torque can be effectively reduced.
以下、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と呼ぶ）に係るブラシレスモータについて図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るブラシレスモータの構成を示す模式断面図である。図２は、本実施形態に係るブラシレスモータのロータヨーク及びステータを示す模式図であり、シャフトの軸方向から見たときの図である。図３は、コギングトルクを低減するための手法についての説明図であり、図３の（Ａ）は、通常設計時のコギングトルク波形を示し、（Ｂ）は、コギングトルク低減設計時のコギングトルク波形を示し、（Ｃ）は、理想設計時のコギングトルク波形を示している。なお、図３の各図において、実線は第１コギングトルク波形を示し、一点鎖線は第２コギングトルク波形を示し、太実線は合成コギングトルク波形を示している。図４は、第１磁石片の開角度と第１コギングトルク波形の対応関係を示す図である。図５は、第２磁石片の開角度と第２コギングトルク波形の対応関係を示す図である。図６は、開角度の説明図である。図７は、コギングトルク低減手法の第１例についての説明図である。図８は、コギングトルク低減手法の第２例についての説明図である。なお、図７及び図８において、実線は第１コギングトルク波形を示し、一点鎖線は第２コギングトルク波形を示し、太実線は合成コギングトルク波形を示している。 Hereinafter, a brushless motor according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as the present embodiment) will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a brushless motor according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic view showing the rotor yoke and the stator of the brushless motor according to the present embodiment, and is a view when seen from the axial direction of the shaft. FIG. 3 is an explanatory diagram of a technique for reducing the cogging torque. FIG. 3A shows a cogging torque waveform at the normal design, and FIG. 3B shows a cogging torque at the cogging torque reduction design. A waveform is shown, and (C) shows a cogging torque waveform in an ideal design. 3, the solid line indicates the first cogging torque waveform, the alternate long and short dash line indicates the second cogging torque waveform, and the thick solid line indicates the combined cogging torque waveform. FIG. 4 is a diagram illustrating a correspondence relationship between the opening angle of the first magnet piece and the first cogging torque waveform. FIG. 5 is a diagram illustrating a correspondence relationship between the opening angle of the second magnet piece and the second cogging torque waveform. FIG. 6 is an explanatory diagram of the opening angle. FIG. 7 is an explanatory diagram of a first example of a cogging torque reduction method. FIG. 8 is an explanatory diagram of a second example of the cogging torque reduction method. 7 and 8, the solid line indicates the first cogging torque waveform, the alternate long and short dash line indicates the second cogging torque waveform, and the thick solid line indicates the combined cogging torque waveform.
図９〜図１１は、磁石片の厚み調整による効果を説明するための図であり、図９は、比較例におけるコギングトルク波形及びトルクリップル波形を示し、図１０は、厚み調整を実施した場合のコギングトルク波形及びトルクリップル波形を示し、図１１は、厚み調整及び開角度調整を実施した場合のコギングトルク波形及びトルクリップル波形を示している。なお、図９、図１０及び図１１の各々において、コギングトルク波形を示す図中、実線は第１コギングトルク波形を示し、一点鎖線は第２コギングトルク波形を示し、太実線は合成コギングトルク波形を示している。また、トルクリップル波形を示す図中、実線は、第１界磁体の影響によるトルクリップルの波形を示し、一点鎖線は、第２界磁体の影響によるトルクリップルの波形を示し、太実線は、上記２つのトルクリップルの波形を合成した合成波形を示す。
図１２は、回転中心に対する第１磁石片の位置関係についての説明図である。
図１３及び図１４は、変形例に係るブラシレスモータの構成を示す図である。図１３は、変形例に係るブラシレスモータの構成を示す模式断面図である。図１４は、変形例に係るブラシレスモータのロータヨーク及びステータを示す図である。
9 to 11 are diagrams for explaining the effect of adjusting the thickness of the magnet piece. FIG. 9 shows a cogging torque waveform and a torque ripple waveform in the comparative example, and FIG. 10 shows a case where the thickness adjustment is performed. FIG. 11 shows the cogging torque waveform and the torque ripple waveform when the thickness adjustment and the opening angle adjustment are performed. 9, 10, and 11, the solid line indicates the first cogging torque waveform, the alternate long and short dash line indicates the second cogging torque waveform, and the thick solid line indicates the combined cogging torque waveform. Is shown. In the figure showing the torque ripple waveform, the solid line indicates the torque ripple waveform due to the influence of the first field body, the alternate long and short dash line indicates the torque ripple waveform due to the influence of the second field body, and the thick solid line indicates the above The composite waveform which synthesize | combined the waveform of two torque ripples is shown.
FIG. 12 is an explanatory diagram of the positional relationship of the first magnet piece with respect to the rotation center.
13 and 14 are diagrams showing a configuration of a brushless motor according to a modification. FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a brushless motor according to a modification. FIG. 14 is a diagram illustrating a rotor yoke and a stator of a brushless motor according to a modification.
なお、図３、４、５、７、８、９、１０、１１の各図に示されるコギングトルク波形については、横軸が、シャフト４が基準位置から回転した際の回転角度を機械角度にて示しており、縦軸が、コギングトルクの大きさを示している。 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, and 11, the horizontal axis indicates the rotation angle when the shaft 4 rotates from the reference position as the mechanical angle. The vertical axis indicates the magnitude of cogging torque.
本実施形態に係るブラシレスモータ（以下、単にモータ）１は、所謂デュアルロータモータであり、環状のコア２の内側と外側に若干の隙間を隔てて２つのロータ５，６が設けられている。具体的に説明すると、モータ１は、図１及び２に示すように、有底形状のハウジング３と、出力軸としてのシャフト４と、略カップ形のロータヨーク７と、ステータ８とを有する。ステータ８は、上記のコア２を有し、コア２の内側には環状のインナロータ５が、コア２の外側には環状のアウタロータ６が、それぞれコア２と同心円状に配置されている。これらのロータ５，６は、ロータヨーク７の一部分をなし、シャフト４と一体的に回転する。 A brushless motor (hereinafter simply referred to as a motor) 1 according to the present embodiment is a so-called dual rotor motor, and two rotors 5 and 6 are provided on the inner side and the outer side of an annular core 2 with a slight gap therebetween. Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the motor 1 includes a bottomed housing 3, a shaft 4 as an output shaft, a substantially cup-shaped rotor yoke 7, and a stator 8. The stator 8 has the core 2 described above, and an annular inner rotor 5 is disposed inside the core 2, and an annular outer rotor 6 is disposed concentrically with the core 2 outside the core 2. These rotors 5 and 6 form part of the rotor yoke 7 and rotate integrally with the shaft 4.
さらに、本実施形態に係るモータ１は、ＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）形式のモータであり、界磁体を構成する永久磁石片がインナロータ５やアウタロータ６の表面に貼り付けられた構成となっている。 Furthermore, the motor 1 according to the present embodiment is a SPM (Surface Element Magnet) type motor, and has a configuration in which permanent magnet pieces constituting a field body are attached to the surfaces of the inner rotor 5 and the outer rotor 6.
モータ１の各構成要素についてより詳しく説明すると、ステータ８は、環状のコア２と、コア２の外周に沿って並んだ複数の外側ティースＴｏと、コア２の内周に沿って並んだ複数の内側ティースＴｉと、外側ティースＴｏ同士の間及び内側ティースＴｉ同士の間にそれぞれ巻回された巻線Ｃｌと、を備えている。外側ティースＴｏと内側ティースＴｉは、略円弧状に広がった頂部を有し、本実施形態では、両ティースＴｏ，Ｔｉがコア２の周方向において同一の位置に同じ数だけ配置されている。したがって、外側ティースＴｏの間に形成される外側スロットＳｏと、内側ティースＴｉの間に形成される内側スロットＳｉとが、同一ピッチで同じ数だけ形成されている。なお、本実施形態に係るモータ１では、スロット数が２４スロットに設定されている。 The constituent elements of the motor 1 will be described in more detail. The stator 8 includes an annular core 2, a plurality of outer teeth To arranged along the outer periphery of the core 2, and a plurality of elements arranged along the inner periphery of the core 2. Inner teeth Ti and windings Cl wound between outer teeth To and between inner teeth Ti are provided. The outer teeth To and the inner teeth Ti have apexes that extend in a substantially arc shape, and in the present embodiment, the same number of both teeth To, Ti are arranged at the same position in the circumferential direction of the core 2. Accordingly, the same number of outer slots So formed between the outer teeth To and inner slots Si formed between the inner teeth Ti are formed at the same pitch. In the motor 1 according to this embodiment, the number of slots is set to 24 slots.
そして、各外側スロットＳｏとそれに対応する内側スロットＳｉには、トロイダル状に巻線Ｃｌが巻回されている。巻線Ｃｌの端部には、スター結線やデルタ結線等の結線１１が接続されており、不図示の電源からの供給電流が上記結線１１を通じて巻線Ｃｌに流れるようになっている。 A winding Cl is wound around each outer slot So and the corresponding inner slot Si in a toroidal shape. A connection 11 such as a star connection or a delta connection is connected to the end of the winding Cl, and a supply current from a power source (not shown) flows to the winding Cl through the connection 11.
ハウジング３は、軸受部材９を介してシャフト４を回転自在に支持する。なお、図１に示すように、ハウジング３の底部のうち、軸受部材９を保持している部分には、シャフト４のスラスト方向（軸方向）への抜けを防止するためのスラスト軸受部材１０が取り付けられている。また、ハウジング３の底部のうち、シャフト４が支持される部分よりも外側に位置する部分に、ステータ８が載置され固定ピン１２によって固定されている。換言すると、本実施形態に係るモータ１では、シャフト４がコア２の径方向においてステータ８よりも内側に配置されている。 The housing 3 rotatably supports the shaft 4 via the bearing member 9. As shown in FIG. 1, a thrust bearing member 10 for preventing the shaft 4 from coming off in the thrust direction (axial direction) is provided at a portion of the bottom portion of the housing 3 that holds the bearing member 9. It is attached. Further, a stator 8 is placed on a portion of the bottom portion of the housing 3 that is located outside a portion where the shaft 4 is supported, and is fixed by a fixing pin 12. In other words, in the motor 1 according to the present embodiment, the shaft 4 is disposed inside the stator 8 in the radial direction of the core 2.
ロータヨーク７は、ハウジング３との間にステータ８を挟み込むようにシャフト４に固定されており、シャフト４と一体的に回転する。そして、前述したように、ロータヨーク７には、インナロータ５及びアウタロータ６が備えられている。具体的に説明すると、ロータヨーク７は、外筒部、内筒部及び両筒部を連結する底部７ａを備えており、外筒部がアウタロータ６をなし、内筒部がインナロータ５をなしている。 The rotor yoke 7 is fixed to the shaft 4 so as to sandwich the stator 8 with the housing 3, and rotates integrally with the shaft 4. As described above, the rotor yoke 7 is provided with the inner rotor 5 and the outer rotor 6. More specifically, the rotor yoke 7 includes an outer cylinder part, an inner cylinder part, and a bottom part 7 a that connects both cylinder parts. The outer cylinder part constitutes the outer rotor 6, and the inner cylinder part constitutes the inner rotor 5. .
インナロータ５の外側周面には、シャフト４の回転方向に沿って等ピッチで円状に並べられた８個の第１磁石片１３ａ〜１３ｈが取り付けられている。この円状に並べられた８個の第１磁石片１３ａ〜１３ｈが第１界磁体１３を構成している。すなわち、インナロータ５の外側周面に設けられた第１界磁体１３は、コア２の径方向においてシャフト４とステータ８との間に配置され、シャフト４の回転方向にシャフト４とともに回転する。 On the outer peripheral surface of the inner rotor 5, eight first magnet pieces 13 a to 13 h that are arranged in a circle at an equal pitch along the rotation direction of the shaft 4 are attached. The eight first magnet pieces 13 a to 13 h arranged in a circle form a first field body 13. That is, the first field body 13 provided on the outer peripheral surface of the inner rotor 5 is disposed between the shaft 4 and the stator 8 in the radial direction of the core 2 and rotates together with the shaft 4 in the rotation direction of the shaft 4.
第１界磁体１３を構成する第１磁石片１３ａ〜１３ｈは、略円弧状の永久磁石片であり、シャフト４の回転方向に沿ってＮ極の磁石片とＳ極の磁石片が交互に配置されている。また、第１磁石片１３ａ〜１３ｈの各々は、コア２の径方向において、隙間を隔てて内側ティースＴｉと対向する。さらに、第１磁石片１３ａ〜１３ｈは、内側スロットＳｉより少なく、本実施形態では８極となっている。つまり、本実施形態では、第１磁石片１３ａ〜１３ｈの個数よりも内側ティースＴｉの個数、換言すると内側スロットＳｉの方が多くなっている。 The first magnet pieces 13 a to 13 h constituting the first field body 13 are substantially arc-shaped permanent magnet pieces, and N-pole magnet pieces and S-pole magnet pieces are alternately arranged along the rotation direction of the shaft 4. Has been. In addition, each of the first magnet pieces 13a to 13h faces the inner teeth Ti with a gap in the radial direction of the core 2. Furthermore, the first magnet pieces 13a to 13h are fewer than the inner slots Si, and have eight poles in this embodiment. That is, in the present embodiment, the number of the inner teeth Ti, that is, the number of the inner slots Si is larger than the number of the first magnet pieces 13a to 13h.
他方、アウタロータ６の内側周面には、シャフト４の回転方向に沿って等ピッチで円状に並べられた８個の第２磁石片１４ａ〜１４ｈが取り付けられている。この円状に並べられた８個の第２磁石片１４ａ〜１４ｈが第２界磁体１４を構成している。すなわち、アウタロータ６の内側周面に設けられた第２界磁体１４は、コア２の径方向においてステータ８の外側に配置され、シャフト４の回転方向にシャフト４とともに回転する。 On the other hand, on the inner peripheral surface of the outer rotor 6, eight second magnet pieces 14 a to 14 h that are arranged in a circle at an equal pitch along the rotation direction of the shaft 4 are attached. The eight second magnet pieces 14 a to 14 h arranged in a circle form a second field body 14. That is, the second field body 14 provided on the inner peripheral surface of the outer rotor 6 is disposed outside the stator 8 in the radial direction of the core 2 and rotates together with the shaft 4 in the rotation direction of the shaft 4.
第２界磁体１４を構成する第２磁石片１４ａ〜１４ｈは、略円弧状の永久磁石片であり、シャフト４の回転方向に沿ってＮ極の磁石片とＳ極の磁石片が交互に配置されている。また、第２磁石片１４ａ〜１４ｈの各々は、コア２の径方向において、隙間を隔てて外側ティースＴｏと対向する。そして、本実施形態では、第２磁石片１４ａ〜１４ｈの個数が第１磁石片１３ａ〜１３ｈの個数と同数、すなわち、８極となっている。つまり、本実施形態では、第２磁石片１４ａ〜１４ｈの個数よりも外側ティースＴｏの個数、換言すると外側スロットＳｏの方が多くなっている。 The second magnet pieces 14 a to 14 h constituting the second field body 14 are substantially arc-shaped permanent magnet pieces, and N-pole magnet pieces and S-pole magnet pieces are alternately arranged along the rotation direction of the shaft 4. Has been. Each of the second magnet pieces 14a to 14h faces the outer teeth To with a gap in the radial direction of the core 2. In the present embodiment, the number of the second magnet pieces 14a to 14h is the same as the number of the first magnet pieces 13a to 13h, that is, eight poles. That is, in the present embodiment, the number of outer teeth To, that is, the number of outer slots So, is greater than the number of second magnet pieces 14a to 14h.
なお、シャフト４の回転方向において、第２磁石片１４ａ〜１４ｈの配置位置は、第１磁石片１３ａ〜１３ｈの配置位置に対応しており、さらに、第１磁石片１３ａ〜１３ｈ及び第２磁石片１４ａ〜１４ｈは、図２に示すように、同心円状に配置されている。 In addition, in the rotation direction of the shaft 4, the arrangement positions of the second magnet pieces 14a to 14h correspond to the arrangement positions of the first magnet pieces 13a to 13h, and further, the first magnet pieces 13a to 13h and the second magnet. The pieces 14a to 14h are arranged concentrically as shown in FIG.
以上までに説明してきた構成のモータ１では、シャフト４の回転時、ロータ５，６とステータ８との間にコギングトルクが発生し、かかるコギングトルクの発生により出力が低下し、モータ効率が低下する場合がある。特に、本実施形態に係るモータ１のように、コア２の内側と外側にそれぞれロータ５，６が配置されている場合には、ロータ毎にコギングトルクが発生することになる。そして、モータ全体としては、インナロータ５側で発生したコギングトルクと、アウタロータ６側で発生したコギングトルクと、を合成した合成トルクが作用するようになる。 In the motor 1 having the configuration described above, cogging torque is generated between the rotors 5 and 6 and the stator 8 when the shaft 4 is rotated, and the output is reduced due to the generation of the cogging torque, so that the motor efficiency is reduced. There is a case. In particular, when the rotors 5 and 6 are respectively disposed inside and outside the core 2 as in the motor 1 according to the present embodiment, cogging torque is generated for each rotor. As a whole motor, a combined torque obtained by combining the cogging torque generated on the inner rotor 5 side and the cogging torque generated on the outer rotor 6 side is applied.
ここで、インナロータ５側で発生したコギングトルクとは、第１界磁体１３とステータ８との間に生じるコギングトルクのことであり、当該コギングトルクの、シャフト４の基準位置からの回転角度に対する変化傾向を示す波形を、第１コギングトルク波形と呼ぶこととする。同様に、アウタロータ６側で発生したコギングトルクとは、第２界磁体１４とステータ８との間に生じるコギングトルクのことであり、当該コギングトルクの、シャフト４の基準位置からの回転角度に対する変化傾向を示す波形を、第２コギングトルク波形と呼ぶこととする。 Here, the cogging torque generated on the inner rotor 5 side is a cogging torque generated between the first field body 13 and the stator 8, and the change of the cogging torque with respect to the rotation angle from the reference position of the shaft 4. A waveform indicating the tendency is referred to as a first cogging torque waveform. Similarly, the cogging torque generated on the outer rotor 6 side is the cogging torque generated between the second field body 14 and the stator 8, and the change of the cogging torque with respect to the rotation angle from the reference position of the shaft 4. A waveform indicating the tendency is referred to as a second cogging torque waveform.
なお、シャフト４の基準位置とは、シャフト４の回転角度を求める際に基準となる位置、すなわち、回転角度が０度であるものとして設定された位置のことであり、本実施形態では、インナロータ５側及びアウタロータ６側で発生する各コギングトルクが０となる位置である。また、本実施例において、回転角度とは、機械角度のことを意味する。 Note that the reference position of the shaft 4 is a position that serves as a reference when the rotation angle of the shaft 4 is obtained, that is, a position that is set with the rotation angle being 0 degree. This is a position where each cogging torque generated on the 5 side and the outer rotor 6 side becomes zero. In this embodiment, the rotation angle means a mechanical angle.
モータ全体に作用するコギングトルクの波形は、先に述べたように、第１コギングトルク波形と第２コギングトルク波形を合成したものとなるが、コギングトルク低減策を講じていない通常設計のディアルロータモータでは、一般に、図３の（Ａ）に示すように、モータ全体に作用するコギングトルクの波形の振幅が比較的大きくなる。これは、通常設計時の場合、第１コギングトルク波形の位相に対して、第２コギングトルク波形の位相が略同位相となるため、両波形を合成した合成波形では振幅がより大きくなってしまうからである。 As described above, the waveform of the cogging torque acting on the entire motor is a combination of the first cogging torque waveform and the second cogging torque waveform, but a normally designed dual rotor that does not take cogging torque reduction measures. In the motor, generally, as shown in FIG. 3A, the amplitude of the waveform of the cogging torque acting on the entire motor becomes relatively large. This is because, in normal design, the phase of the second cogging torque waveform is substantially the same as the phase of the first cogging torque waveform, so that the combined waveform obtained by synthesizing both waveforms has a larger amplitude. Because.
一方、コギングトルクを低減するための設計が採用されたモータでは、第１コギングトルク波形の位相が第２コギングトルク波形の位相に対して反転するように、一方のコギングトルク波形が操作される。これにより、図３の（Ｂ）に示すように、一方のコギングトルク波形が他方のコギング波形と干渉するようになり、結果として、モータ全体に作用するコギングトルクの波形の振幅が小さくなり、当該コギングトルクを低減させることが可能になる。さらに、理想的な設計では、第１コギングトルク波形の位相が第２コギングトルク波形の位相に対して反転し、かつ、両波形の振幅が揃うように波形操作を行うことで、第１コギングトルク波形と第２コギングトルク波形とが完全に相殺されるようになり、図３の（Ｃ）に示すように、モータ全体に作用するコギングトルクを最小限に抑えることが可能となる。 On the other hand, in a motor employing a design for reducing the cogging torque, one cogging torque waveform is manipulated so that the phase of the first cogging torque waveform is inverted with respect to the phase of the second cogging torque waveform. As a result, as shown in FIG. 3B, one cogging torque waveform interferes with the other cogging waveform, and as a result, the amplitude of the waveform of the cogging torque acting on the entire motor is reduced. Cogging torque can be reduced. Furthermore, in an ideal design, the first cogging torque waveform is operated such that the phase of the first cogging torque waveform is inverted with respect to the phase of the second cogging torque waveform and the amplitudes of both waveforms are aligned. The waveform and the second cogging torque waveform are completely canceled out, and as shown in FIG. 3C, the cogging torque acting on the entire motor can be minimized.
ところで、第１コギングトルク波形は、図４に示すように、第１磁石片１３ａ〜１３ｈの各々の開角である第１開角の大きさに応じて変化する。同様に、第２コギングトルク波形は、図５に示すように、第２磁石片１４ａ〜１４ｈの各々の開角である第２開角の大きさに応じて変化する。ここで、第１開角とは、シャフト４の回転方向における各第１磁石片１３ａ〜１３ｈの両端を延長してなる２つの仮想線の間に形成される角度のことであり、図６中、記号αにて示された角度のことである。同様に、第２開角とは、シャフト４の回転方向における各第２磁石片１４ａ〜１４ｈの両端を延長してなる２つの仮想線の間に形成される角度のことであり、図６中、記号βにて示された角度のことである。 By the way, as shown in FIG. 4, the first cogging torque waveform changes according to the magnitude of the first opening angle that is the opening angle of each of the first magnet pieces 13a to 13h. Similarly, as shown in FIG. 5, the second cogging torque waveform changes according to the magnitude of the second opening angle that is the opening angle of each of the second magnet pieces 14 a to 14 h. Here, the first opening angle is an angle formed between two imaginary lines formed by extending both ends of each of the first magnet pieces 13a to 13h in the rotation direction of the shaft 4, and in FIG. The angle indicated by symbol α. Similarly, the second opening angle is an angle formed between two imaginary lines formed by extending both ends of each of the second magnet pieces 14a to 14h in the rotation direction of the shaft 4, as shown in FIG. , The angle indicated by the symbol β.
開角の大きさとコギングトルク波形との対応関係に関して説明すると、当該対応関係は、既に実験データにより明らかになっており、具体的に説明すると、図４や図５に示すデータは、各開角を２９°から２°間隔で４３°まで変化させたときに、対応するコギングトルク波形を実測したものである。 The correspondence relationship between the magnitude of the opening angle and the cogging torque waveform will be described. The correspondence relationship has already been clarified by experimental data. Specifically, the data shown in FIG. 4 and FIG. When the angle is changed from 29 ° to 43 ° at intervals of 2 °, the corresponding cogging torque waveform is actually measured.
ここで、図４を見ると明らかであるように、第１開角αを２９°から２°間隔で４３°まで変化させたとき、これに応じて第１コギングトルク波形の振幅が変化する。より具体的に説明すると、振幅の大きさは当初、単調減少傾向にあるが、３５°から３７°の間を境にして単調増加傾向に転じる。換言すると、第１開角αの大きさを変えていったときに、３５°から３７°の間で、第１コギングトルク波形のピークトルク値における、シャフト４が上記の基準位置から回転し始めてからの正負（正負符号）の順序が反転する。 Here, as is apparent from FIG. 4, when the first opening angle α is changed from 29 ° to 43 ° at intervals of 2 °, the amplitude of the first cogging torque waveform changes accordingly. More specifically, the magnitude of the amplitude initially tends to be monotonously decreasing, but starts to monotonically increase between 35 ° and 37 °. In other words, when the magnitude of the first opening angle α is changed, the shaft 4 starts to rotate from the reference position at the peak torque value of the first cogging torque waveform between 35 ° and 37 °. The order of positive and negative (positive and negative signs) from is reversed.
より分かり易く説明すると、第１開角αが３５°よりも小さいとき、シャフト４が基準位置から回転し始めてからのピークトルク値の符号の順序が＋、−、＋、−の順序となるのに対し、第１開角αが３７°以上となると、上記の順序が−、＋、−、＋となる。なお、第１開角αの大きさを変えていったときに、シャフト４が基準位置から回転し始めてからのピークトルク値の正負の順序が反転する時点の大きさを、第１開角αについての反転時角度と呼ぶこととする。 More specifically, when the first opening angle α is smaller than 35 °, the order of the signs of the peak torque values after the shaft 4 starts to rotate from the reference position is the order of +, −, +, −. On the other hand, when the first opening angle α is 37 ° or more, the above order is −, +, −, +. In addition, when the magnitude | size of the 1st opening angle (alpha) is changed, the magnitude | size when the positive / negative order of the peak torque value after the shaft 4 begins to rotate from a reference position reverses is set to 1st opening angle (alpha). This is called the angle at the time of inversion.
他方、図５を見ると明らかであるように、第２開角βを２９°から２°間隔で４３°まで変化させたとき、これに応じて第２コギングトルク波形の振幅が変化し、当初単調減少傾向にあるが、３３°から３５°の間を境にして単調増加傾向に転じる。換言すると、第２開角βの大きさを変えていったときに、３３°から３５°の間で、第２コギングトルク波形のピークトルク値における、シャフト４が上記の基準位置から回転し始めてからの正負の順序が反転する。 On the other hand, as is apparent from FIG. 5, when the second opening angle β is changed from 29 ° to 43 ° at intervals of 2 °, the amplitude of the second cogging torque waveform changes accordingly. Although it is in a monotonous decreasing trend, it turns to a monotonous increasing trend between 33 ° and 35 °. In other words, when the magnitude of the second opening angle β is changed, the shaft 4 starts to rotate from the reference position at the peak torque value of the second cogging torque waveform between 33 ° and 35 °. The order of positive and negative from is reversed.
より分かり易く説明すると、第２開角βが３３°よりも小さいとき、シャフト４が基準位置から回転し始めてからのピークトルク値の正負符号の順序が＋、−、＋、−の順序となるのに対し、第２開角βが３５°以上となると、上記の順序が−、＋、−、＋となる。
なお、第２開角βの大きさを変えていったときに、シャフト４が基準位置から回転し始めてからのピークトルク値の正負符号の順序が反転する時点の大きさを、第２開角βについての反転時角度と呼ぶこととする。
More specifically, when the second opening angle β is smaller than 33 °, the order of the positive and negative signs of the peak torque values after the shaft 4 starts to rotate from the reference position is the order of +, −, +, −. On the other hand, when the second opening angle β is 35 ° or more, the above order becomes −, +, −, +.
In addition, when the magnitude | size of 2nd opening angle (beta) is changed, the magnitude | size at the time of the order of the positive / negative sign of a peak torque value reversing after the shaft 4 begins to rotate from a reference position being 2nd opening angle. Let us call it the angle of reversal for β.
本実施形態に係るモータ１では、以上のような対応関係を利用してコギングトルク低減を図っている。具体的に説明すると、本実施形態では、第１開角α及び第２開角βの大きさを調整して第１コギングトルク波形及び第２コギングトルク波形を操作することにより、モータ全体として作用するコギングトルクの低減を図っている。このように第１開角α及び第２開角βの大きさ、すなわち、第１磁石片１３ａ〜１３ｈ及び第２磁石片１４ａ〜１４ｈの形状を調整してコギングトルクを低減させる方法は、スロット数が磁極数よりも多いモータ構成に対して特に有効である。 In the motor 1 according to the present embodiment, the cogging torque is reduced by utilizing the above correspondence. More specifically, in this embodiment, the first cogging torque waveform and the second cogging torque waveform are adjusted by adjusting the magnitudes of the first opening angle α and the second opening angle β, thereby acting as a whole motor. The cogging torque is reduced. As described above, the method of reducing the cogging torque by adjusting the sizes of the first opening angle α and the second opening angle β, that is, the shapes of the first magnet pieces 13a to 13h and the second magnet pieces 14a to 14h, This is particularly effective for a motor configuration in which the number is larger than the number of magnetic poles.
つまり、発明が解決しようとする課題の項で説明したように、スロット数が磁極数に対して格段に多い構成では、ティースの形状を調整してもコギングトルク波形が微調整されるだけであり、効果的にコギングトルクを低減するまでには至らない。これに対して、スロット数が磁極数よりも多い構成では、第１開角α及び第２開角βの大きさを調整することによって、図４や図５に示すように第１コギングトルク波形及び第２コギングトルク波形を十分に操作することができ、結果として、モータ全体として作用するコギングトルクを効果的に低減させることが可能になる。
以下、本実施形態に係るモータ１にて講じているコギングトルク低減策について、２つの具体例を挙げて説明する。
In other words, as explained in the section of the problem to be solved by the invention, in the configuration in which the number of slots is significantly larger than the number of magnetic poles, the cogging torque waveform is only finely adjusted even if the shape of the teeth is adjusted. It does not lead to effectively reducing the cogging torque. On the other hand, in the configuration in which the number of slots is larger than the number of magnetic poles, the first cogging torque waveform is adjusted as shown in FIGS. 4 and 5 by adjusting the first opening angle α and the second opening angle β. And the second cogging torque waveform can be sufficiently manipulated, and as a result, the cogging torque acting as the entire motor can be effectively reduced.
Hereinafter, the cogging torque reduction measures taken by the motor 1 according to the present embodiment will be described with two specific examples.
（第１例について）
本実施形態に係るモータ１にて講じられているコギングトルク低減策の第１例は、第１開角αの大きさ及び第２開角βの大きさを、それぞれの開角についての反転時角度となるように設定するものである。すなわち、第１例では、第１開角αの大きさが３５°以上、かつ、３７°未満に設定され、第２開角βの大きさが３３°以上、かつ、３５°未満に設定されている。特に、本実施形態では、第１開角αの大きさが３５°に設定され、第２開角βの大きさが３３°に設定されている。
(About the first example)
In the first example of the cogging torque reduction measure taken in the motor 1 according to the present embodiment, the magnitude of the first opening angle α and the magnitude of the second opening angle β are set at the time of reversal for each opening angle. It is set to be an angle. That is, in the first example, the first opening angle α is set to be 35 ° or more and less than 37 °, and the second opening angle β is set to be 33 ° or more and less than 35 °. ing. In particular, in the present embodiment, the first opening angle α is set to 35 °, and the second opening angle β is set to 33 °.
それぞれの開角α、βの大きさを変化させていき反転時角度となると、前述したように、対応するコギングトルク波形におけるピークトルク値の符号の、シャフト４が基準位置から回転し始めてからの順序が反転する。そして、上記の順序が反転する時点で、コギングトルク波形の振幅が最小となる。したがって、第１開角αの大きさ及び第２開角βの大きさを、それぞれの開角についての反転時角度となっていれば、第１コギングトルク波形及び第２コギングトルク波形の各々の振幅が最小となる。この結果、図７に示すように、両波形を合成した波形、すなわち、モータ全体として作用するコギングトルクの波形の振幅についても比較的小さくなる。
以上のような作用により、第１開角αの大きさ及び第２開角βの大きさを、それぞれの開角についての反転時角度となるように設定すれば、効果的にコギングトルクを低減することが可能となる。
When the angles of reversal are changed by changing the magnitudes of the respective open angles α and β, as described above, the sign of the peak torque value in the corresponding cogging torque waveform after the shaft 4 starts to rotate from the reference position. The order is reversed. At the time when the above order is reversed, the amplitude of the cogging torque waveform is minimized. Therefore, if the magnitude of the first opening angle α and the magnitude of the second opening angle β are the inversion angles for the respective opening angles, each of the first cogging torque waveform and the second cogging torque waveform is obtained. Amplitude is minimized. As a result, as shown in FIG. 7, the amplitude of the waveform obtained by synthesizing both waveforms, that is, the waveform of the cogging torque acting as the entire motor is relatively small.
As a result of the above actions, the cogging torque can be effectively reduced by setting the magnitudes of the first opening angle α and the second opening angle β to be the reversal angles for the respective opening angles. It becomes possible to do.
なお、上記の角度設定、すなわち、第１開角αの大きさを３５°〜３７°で設定し、第２開角βの大きさを３３°〜３５°で設定する構成は、極数が８極で、スロット数が２４スロットであるモータ構造において有効である。一方、極数及びスロット数が上記以外の値であるモータ構造については、極数をｍとし、スロット数をｓとしたとき、下記の（１）、（２）が示す範囲内で第１開角α、第２開角βの大きさを設定すればよい。なお、極数ｍ及びスロット数ｓは、自然数であり、３ｍ＝ｓという関係が成立するものとする。
第１開角αの大きさ： ３５×（８／ｍ）°〜３７×（８／ｍ）° （１）
第２開角βの大きさ： ３３×（８／ｍ）°〜３５×（８／ｍ）° （２）
Note that the above-described angle setting, that is, the configuration in which the first opening angle α is set to 35 ° to 37 ° and the second opening angle β is set to 33 ° to 35 ° has a number of poles. This is effective in a motor structure with 8 poles and 24 slots. On the other hand, for a motor structure in which the number of poles and the number of slots are values other than those described above, when the number of poles is m and the number of slots is s, the first opening is within the range indicated by What is necessary is just to set the magnitude | size of angle (alpha) and 2nd opening angle (beta). Note that the pole number m and the slot number s are natural numbers, and the relationship 3m = s is established.
First opening angle α: 35 × (8 / m) ° to 37 × (8 / m) ° (1)
Size of second opening angle β: 33 × (8 / m) ° to 35 × (8 / m) ° (2)
（第２例について）
本実施形態に係るモータ１にて講じられているコギングトルク低減策の第２例は、第１開角α及び第２開角βのうち、一方の開角の大きさをその反転時角度よりも大きくなるように設定し、他方の開角の大きさをその反転時角度よりも小さくなるように設定するものである。つまり、第２例では、第１コギングトルク波形のピークトルク値における、シャフト４が基準位置から回転し始めてからの正負の順序が、第２コギングトルク波形のピークトルク値における、シャフト４が基準位置から回転し始めてからの正負の順序に対して反転するように、第１開角α及び第２開角βの各々が設定される。
(About the second example)
In the second example of the cogging torque reduction measure taken by the motor 1 according to the present embodiment, the magnitude of one of the first opening angle α and the second opening angle β is determined based on the reversal angle. Also, the other opening angle is set to be smaller than its reversal angle. That is, in the second example, the order of positive and negative after the shaft 4 starts to rotate from the reference position in the peak torque value of the first cogging torque waveform is the shaft 4 in the peak torque value of the second cogging torque waveform. Each of the first opening angle α and the second opening angle β is set so as to be reversed with respect to the positive and negative order after the rotation starts.
より分かり易く説明すると、第２例では、第１コギングトルク波形の位相が、第２コギングトルク波形の位相に対して略反転するように、第１開角αと第２開角βが設定されている。これにより、第１コギングトルク及び第２コギングトルク波形が互いに打ち消し合い、波形同士が打ち消し合う分、両波形の合成波形、すなわち、モータ全体に作用するコギングトルクの波形の振幅が小さくなる。 More specifically, in the second example, the first opening angle α and the second opening angle β are set so that the phase of the first cogging torque waveform is substantially inverted with respect to the phase of the second cogging torque waveform. ing. As a result, the first cogging torque waveform and the second cogging torque waveform cancel each other and the waveforms cancel each other, so that the combined waveform of both waveforms, that is, the amplitude of the cogging torque waveform acting on the entire motor is reduced.
なお、打ち消し合いの作用は、第１コギングトルク波形の振幅と第２コギングトルク波形の振幅とが互いに等しくなっていると、より一層顕著に発揮される。そこで、本実施形態では、第１開角α及び第２開角βを、上記の要件に加えて、第１コギングトルク波形及び第２コギングトルク波形の各々の振幅が等しくなるように設定する。具体的に説明すると、第２例では、第１開角αの大きさが２９°以上、かつ、３１°未満に設定されており、第２開角βの大きさが３７°より大きく、かつ、３９°以下に設定されている。特に、本実施形態では、第１開角αの大きさが２９°に設定されており、第２開角βの大きさが３９°に設定されている。 Note that the canceling action is more prominent when the amplitude of the first cogging torque waveform and the amplitude of the second cogging torque waveform are equal to each other. Therefore, in the present embodiment, the first opening angle α and the second opening angle β are set so that the amplitudes of the first cogging torque waveform and the second cogging torque waveform are equal to each other in addition to the above requirements. Specifically, in the second example, the first opening angle α is set to be 29 ° or more and less than 31 °, the second opening angle β is larger than 37 °, and , 39 ° or less. In particular, in the present embodiment, the first opening angle α is set to 29 °, and the second opening angle β is set to 39 °.
そして、第１コギングトルク波形及び第２コギングトルク波形が互いに逆位相となり、かつ、コギングトルク波形間で振幅が等しくなるように各開角α、βが設定される結果、図８に示すように、コギングトルク同士を効果的に相殺させ、その分、モータ全体としてのコギングトルク波形の振幅を効果的に減少させることが可能になる。
以上のような作用により、第１開角α及び第２開角βのうち、一方の開角の大きさをその反転時角度よりも大きくなるように設定し、他方の開角の大きさをその反転時角度よりも小さくなるように設定すれば、効果的にコギングトルクを低減することが可能となる。
Then, as shown in FIG. 8, the opening angles α and β are set so that the first cogging torque waveform and the second cogging torque waveform are in opposite phases and the amplitude is equal between the cogging torque waveforms. Thus, the cogging torques are effectively canceled out, and the amplitude of the cogging torque waveform of the motor as a whole can be effectively reduced by that amount.
As a result of the above operation, the opening angle of one of the first opening angle α and the second opening angle β is set to be larger than the inversion angle, and the opening angle of the other is set to If the angle is set to be smaller than the reversal angle, the cogging torque can be effectively reduced.
なお、上記の角度設定、すなわち、第１開角αの大きさを３５°〜３７°で設定し、第２開角βの大きさを３３°〜３５°で設定する構成は、極数が８極で、スロット数が２４スロットであるモータ構造において有効である。一方、極数及びスロット数が上記以外の値であるモータ構造については、極数をｍとし、スロット数をｓとしたとき、下記の（３）、（４）が示す範囲内で第１開角α、第２開角βの大きさを設定すればよい。なお、極数ｍ及びスロット数ｓは、自然数であり、３ｍ＝ｓという関係が成立するものとする。
第１開角αの大きさ： ２９×（８／ｍ）°〜３１×（８／ｍ）° （３）
第２開角βの大きさ： ３７×（８／ｍ）°〜３９×（８／ｍ）° （４）
Note that the above-described angle setting, that is, the configuration in which the first opening angle α is set to 35 ° to 37 ° and the second opening angle β is set to 33 ° to 35 ° has a number of poles. This is effective in a motor structure with 8 poles and 24 slots. On the other hand, for a motor structure in which the number of poles and the number of slots are other than the above, when the number of poles is m and the number of slots is s, the first opening is within the range indicated by What is necessary is just to set the magnitude | size of angle (alpha) and 2nd opening angle (beta). Note that the pole number m and the slot number s are natural numbers, and the relationship 3m = s is established.
First opening angle α: 29 × (8 / m) ° to 31 × (8 / m) ° (3)
Second opening angle β: 37 × (8 / m) ° to 39 × (8 / m) ° (4)
ところで、コギングトルク低減策としては、第１磁石片１３ａ〜１３ｈや第２磁石片１４ａ〜１４ｈの開角の大きさを調整することの他に、界磁体をシャフト４の軸方向に対して斜めになるようにスキュー配置する等して急激な磁束密度の変化を抑制する手法が考えられる。そこで、本実施形態では、急激な磁束密度の変化を抑制する観点から、第１磁石片１３ａ〜１３ｈ及び第２磁石片１４ａ〜１４ｈの各々について、シャフト４の回転方向における端部の厚みを中央部の厚みよりも薄くしている。ここで、厚みとは、コア２の径方向における長さを意味する。 By the way, as a cogging torque reduction measure, in addition to adjusting the opening angle of the first magnet pieces 13 a to 13 h and the second magnet pieces 14 a to 14 h, the field body is inclined with respect to the axial direction of the shaft 4. A method of suppressing a sudden change in magnetic flux density by, for example, arranging a skew so as to be conceivable can be considered. Therefore, in this embodiment, from the viewpoint of suppressing a rapid change in magnetic flux density, the thickness of the end portion in the rotation direction of the shaft 4 is set to the center for each of the first magnet pieces 13a to 13h and the second magnet pieces 14a to 14h. It is thinner than the thickness of the part. Here, the thickness means the length of the core 2 in the radial direction.
換言すると、例えば、図２に示すように、各第１磁石片１３ａ〜１３ｈ中、シャフト４の回転方向における両端部では中央部よりも、当該各第１磁石片１３ａ〜１３ｈと内側ティースＴｉとの間隔が大きくなっている。より具体的に説明すると、図１２に示すように、円弧状となった第１磁石片１３ａ〜１３ｈの外周面の中心（外周面中心角を求める際の中心）がシャフト４の中心、すなわち、回転中心に対して偏心しており、第１磁石片１３ａ〜１３ｈと内側ティースＴｉとの間隔が、第１磁石片１３ａ〜１３ｈの端部で最大となっていて、中央部に向かうにつれて漸次的に小さくなっている。 In other words, for example, as shown in FIG. 2, in each first magnet piece 13 a to 13 h, the first magnet pieces 13 a to 13 h and the inner teeth Ti are located at both ends in the rotation direction of the shaft 4 rather than the center portion. The interval of is larger. More specifically, as shown in FIG. 12, the center of the outer peripheral surface of the arc-shaped first magnet pieces 13a to 13h (the center when the outer peripheral surface central angle is obtained) is the center of the shaft 4, that is, The distance between the first magnet pieces 13a to 13h and the inner teeth Ti is maximum at the ends of the first magnet pieces 13a to 13h, and gradually increases toward the center. It is getting smaller.
同様に、各第２磁石片１４ａ〜１４ｈ中、シャフト４の回転方向における両端部では中央部よりも、当該各第２磁石片１４ａ〜１４ｈと外側ティースＴｏとの間隔が大きくなっている。より具体的に説明すると、第２磁石片１４ａ〜１４ｈについては、その内側表面、すなわち、外側ティースＴｏとの対向面が平面となっており、第２磁石片１４ａ〜１４ｈと外側ティースＴｏとの間隔が、第２磁石片１４ａ〜１４ｈの端部で最大となり、中央部に向かうにつれて漸次的に小さくなっている。 Similarly, in each 2nd magnet piece 14a-14h, the space | interval of each said 2nd magnet piece 14a-14h and the outer teeth To is larger than the center part in the both ends in the rotation direction of the shaft 4. More specifically, regarding the second magnet pieces 14a to 14h, the inner surface thereof, that is, the surface facing the outer teeth To is a flat surface, and the second magnet pieces 14a to 14h and the outer teeth To The interval is maximized at the ends of the second magnet pieces 14a to 14h and gradually decreases toward the center.
以上のような構成となっていることにより、インナロータ５とアウタロータ６において、磁石片が存在しない領域と磁石片が存在する領域との境界位置における磁束密度の変化を緩和させることが可能になる。この結果、ロータヨーク７がステータ８のコア２に対して相対回転する期間中、内側ティースＴｉ及び外側ティースＴｏの各々の頂部が上記の境界位置を通過する際に発生するコギングトルクを低減させることが可能になる。 With the above configuration, in the inner rotor 5 and the outer rotor 6, it is possible to alleviate the change in magnetic flux density at the boundary position between the area where the magnet piece does not exist and the area where the magnet piece exists. As a result, during the period in which the rotor yoke 7 rotates relative to the core 2 of the stator 8, the cogging torque generated when the top portions of the inner teeth Ti and the outer teeth To pass the boundary position can be reduced. It becomes possible.
磁石片の厚み調整による効果についてより詳しく説明すると、図９に図示した比較例では、つまり、第１磁石片１３ａ〜１３ｈ及び第２磁石片１４ａ〜１４ｈの各々における厚みが、シャフト４の回転方向における一端から他端に亘って略均一であるケースでは、第１コギングトルク波形及び第２コギングトルク波形の振幅が比較的大きくなる。これは、比較例では、磁石片が存在する領域と磁石片が存在しない領域との境界位置で磁束密度が急激に変化する結果、図９に示すように各磁石片の影響によるトルクリップルが大きくなるためである。なお、図９に示したケースでは、各第１磁石片１３ａ〜１３ｈの厚みが１．４５ｍｍであり、各第２磁石片１４ａ〜１４ｈの厚みが１．７ｍｍであり、リップル電流値が２０Ａｒｍｓに設定されている。そして、かかる設定条件の下では、モータ全体におけるトルクリップルのリップル率が約３３．２％となる。 The effect of adjusting the thickness of the magnet pieces will be described in more detail. In the comparative example illustrated in FIG. 9, that is, the thickness of each of the first magnet pieces 13 a to 13 h and the second magnet pieces 14 a to 14 h is the rotation direction of the shaft 4. In the case where the first cogging torque waveform and the second cogging torque waveform are substantially uniform from one end to the other end in FIG. This is because, in the comparative example, the magnetic flux density rapidly changes at the boundary position between the region where the magnet piece is present and the region where the magnet piece is not present, resulting in a large torque ripple due to the influence of each magnet piece as shown in FIG. Because it becomes. In the case shown in FIG. 9, the thickness of each first magnet piece 13a to 13h is 1.45 mm, the thickness of each second magnet piece 14a to 14h is 1.7 mm, and the ripple current value is 20 Arms. Is set. Under such setting conditions, the ripple rate of torque ripple in the entire motor is about 33.2%.
また、図９に示したケースでは、第１開角αが４０．５°であり、第２開角βが４０．５°となっている。このため、第１コギングトルク波形と第２コギングトルク波形とが略同位相となり、両波形を合成して得られるモータ全体として作用するコギングトルクの波形では、振幅がより一層大きくなり、コギングトルクの上限と下限の差が約１３９．０ｍＮｍとなる。 In the case shown in FIG. 9, the first opening angle α is 40.5 °, and the second opening angle β is 40.5 °. For this reason, the first cogging torque waveform and the second cogging torque waveform have substantially the same phase, and the amplitude of the cogging torque waveform acting as the entire motor obtained by synthesizing both waveforms is further increased. The difference between the upper limit and the lower limit is about 139.0 mNm.
これに対し、第１磁石片１３ａ〜１３ｈ及び第２磁石片１４ａ〜１４ｈの各々における厚みが、シャフト４の回転方向における中央部よりも端部でより薄くなった構成では、前述したように、磁石片が存在しない領域と磁石片が存在する領域との境界位置における磁束密度の変化が緩和するため、図１０に示すようにトルクリップルが小さくなる。この結果、第１コギングトルク波形及び第２コギングトルク波形の振幅が小さくなる。なお、図１０に示したケースでは、第１磁石片１３ａ〜１３ｈの厚みが中央部で１．４５ｍｍに設定されており、端部で１．１ｍｍに設定されており、第２磁石片１４ａ〜１４ｈの厚みが中央部で１．７ｍｍに設定されており、端部で１．０ｍｍに設定されている。そして、かかる設定条件の下では、リップル電流値が２０Ａｒｍｓであるとき、モータ全体におけるトルクリップルのリップル率が約１６．２％となり、コギングトルクの上限と下限の差が約４７．２ｍＮｍまで減少する。 On the other hand, in the configuration in which the thickness of each of the first magnet pieces 13a to 13h and the second magnet pieces 14a to 14h is thinner at the end portion than the center portion in the rotation direction of the shaft 4, as described above, Since the change in the magnetic flux density at the boundary position between the area where the magnet piece does not exist and the area where the magnet piece exists is alleviated, the torque ripple is reduced as shown in FIG. As a result, the amplitudes of the first cogging torque waveform and the second cogging torque waveform are reduced. In the case shown in FIG. 10, the thickness of the first magnet pieces 13a to 13h is set to 1.45 mm at the center, and 1.1 mm at the end, and the second magnet pieces 14a to 14h are set. The thickness of 14h is set to 1.7 mm at the center and 1.0 mm at the end. Under such setting conditions, when the ripple current value is 20 Arms, the ripple ratio of torque ripple in the entire motor is about 16.2%, and the difference between the upper limit and the lower limit of the cogging torque is reduced to about 47.2 mNm. .
その上で、さらに第１開角α及び第２開角βを調整して第１コギングトルク波形及び第２コギングトルク波形が互いに逆位相となるようにすると、第１コギングトルク波形と第２コギングトルク波形が打ち消し合うようになる。この結果、図１１に示すように、一層トルクリップルが小さくなり、モータ全体に作用するコギングトルクをより一層減少させることが可能になる。なお、図１１に示したケースでは、第１開角αが３０°に設定されており、第２開角βが３８°に設定されている。そして、かかる設定条件の下では、リップル電流値が２０ｍＡｒｍｓであるとき、モータ全体におけるトルクリップルのリップル率が約３．３％となり、コギングトルクの上限と下限の差が約４．４ｍＮｍまで減少する。 In addition, if the first opening angle α and the second opening angle β are further adjusted so that the first cogging torque waveform and the second cogging torque waveform are in opposite phases, the first cogging torque waveform and the second cogging torque are obtained. Torque waveforms will cancel each other. As a result, as shown in FIG. 11, the torque ripple is further reduced, and the cogging torque acting on the entire motor can be further reduced. In the case shown in FIG. 11, the first opening angle α is set to 30 °, and the second opening angle β is set to 38 °. Under such setting conditions, when the ripple current value is 20 mArms, the ripple ratio of the torque ripple in the entire motor is about 3.3%, and the difference between the upper limit and the lower limit of the cogging torque is reduced to about 4.4 mNm. .
なお、磁石片の厚み調整によるコギングトルク低減方法は、第１コギングトルク波形及び第２コギングトルク波形が互いに逆位相となるように第１開角α及び第２開角βを調整する場合、すなわち、第２例に係るコギングトルク低減方法と併用可能であるだけでなく、第１開角α及び第２開角βの大きさを反転時角度となるように設定する場合、すなわち、前述の第１例に係るコギングトルク低減方法と併用することも可能である。 In the cogging torque reduction method by adjusting the thickness of the magnet piece, the first opening angle α and the second opening angle β are adjusted so that the first cogging torque waveform and the second cogging torque waveform are in opposite phases, that is, In addition to the cogging torque reduction method according to the second example, the first opening angle α and the second opening angle β are set so as to be the reversal angles, that is, The cogging torque reducing method according to one example can be used in combination.
＜＜その他の実施形態＞＞
上記の実施形態では、主として本発明のブラシレスモータについて説明した。ただし、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするための一例に過ぎず、本発明を限定するものではなく、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
<< Other Embodiments >>
In the above embodiment, the brushless motor of the present invention has been mainly described. However, the above embodiment is merely an example for facilitating the understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit of the present invention. Of course, the present invention includes equivalents thereof.
また、上記の実施形態では、本発明のブラシレスモータの一例として、磁極数が８極で、スロット数が２４スロットとなっているブラシレスモータ（すなわち、本件例のモータ１）について説明したが、これに限定されるものではない。磁極数よりもスロット数が大きくなっている限り、磁極数及びスロット数を任意に設定することができ、例えば、図１３や図１４に示すブラシレスモータ（以下、変形例のモータ２１）についても本発明は適用可能である。 In the above embodiment, as an example of the brushless motor of the present invention, a brushless motor having eight magnetic poles and 24 slots (that is, the motor 1 of this example) has been described. It is not limited to. As long as the number of slots is larger than the number of magnetic poles, the number of magnetic poles and the number of slots can be set arbitrarily. For example, the brushless motor shown in FIGS. The invention is applicable.
変形例のモータ２１について説明すると、本件例と同様、環状のコア２２がステータ８に備えられ、ステータ８の内側と外側にロータ５，６が設けられたデュアルロータモータである。一方、図１４に示すように、磁極数が６極で、スロット数が１８スロットとなっているブラシレスモータである。また、変形例のモータ２１では、本件例のモータ１と異なり、第１界磁体２３を構成する６個の第１磁石片２３ａ〜２３ｆの各々について、厚みが均一となっている。同様に、第２界磁体２４を構成する６個の第２磁石片２４ａ〜２４ｆの各々についても、厚みが均一となっている。したがって、変形例のモータ２１は、磁石片の端部の厚みを中央部の厚みよりも薄くすることによりコギングトルクを小さくする構成となっておらず、第１開角α及び第２開角βの調整のみによってコギングトルクの低減が図られている。なお、上記の点を除き、変形例のモータ２１のモータ構造は、本件例のモータ１と同様の構造となっており、図１３及び１４中、図１及び２と同じ符号が付された部品については、本件例と同じ構成、機能を有するものである。 The motor 21 according to the modified example will be described. As in the present example, the annular core 22 is provided in the stator 8, and the dual rotor motor is provided in which the rotors 5 and 6 are provided inside and outside the stator 8. On the other hand, as shown in FIG. 14, the brushless motor has 6 magnetic poles and 18 slots. Further, in the motor 21 of the modified example, unlike the motor 1 of the present example, the thickness of each of the six first magnet pieces 23 a to 23 f constituting the first field body 23 is uniform. Similarly, the thickness of each of the six second magnet pieces 24 a to 24 f constituting the second field body 24 is uniform. Therefore, the motor 21 of the modification is not configured to reduce the cogging torque by making the thickness of the end of the magnet piece thinner than the thickness of the central portion, and the first opening angle α and the second opening angle β. The cogging torque is reduced only by adjusting the angle. Except for the above points, the motor structure of the modified motor 21 is the same as that of the motor 1 of the present example, and in FIG. 13 and FIG. Has the same configuration and function as the present example.
また、上記の実施形態では、第１磁石片１３ａ〜１３ｈ，２３ａ〜２３ｆ及び第２磁石片１４ａ〜１４ｈ，２４ａ〜２４ｆがシャフト４の回転中心周りに同心円状に配置されていることとした。ただし、これに限定されるものではなく、第１磁石片１３ａ〜１３ｈ，２３ａ〜２３ｆを円状に並べる際の中心と、第２磁石片１４ａ〜１４ｈ，２４ａ〜２４ｆを円状に並べる際の中心と、が互いにずれている（偏心している）こととしてもよい。さらに、第１磁石片１３ａ〜１３ｈ，２３ａ〜２３ｆを円状に並べる際の中心と、第２磁石片１４ａ〜１４ｈ，２４ａ〜２４ｆを円状に並べる際の中心とのうち、少なくとも一方の中心が、シャフト４の回転中心に対して偏心していることとしてもよい。 In the above embodiment, the first magnet pieces 13 a to 13 h and 23 a to 23 f and the second magnet pieces 14 a to 14 h and 24 a to 24 f are arranged concentrically around the rotation center of the shaft 4. However, the present invention is not limited to this. The center when the first magnet pieces 13a to 13h and 23a to 23f are arranged in a circle and the second magnet pieces 14a to 14h and 24a to 24f are arranged in a circle. The center may be shifted (eccentric) from each other. Furthermore, at least one of the center when the first magnet pieces 13a to 13h and 23a to 23f are arranged in a circle and the center when the second magnet pieces 14a to 14h and 24a to 24f are arranged in a circle. However, it may be eccentric with respect to the rotation center of the shaft 4.
１ モータ（ブラシレスモータ）、２ コア、３ ハウジング
４ シャフト、５ インナロータ、６ アウタロータ
７ ロータヨーク、７ａ 底部、８ ステータ、９ 軸受部材
１０ スラスト軸受部材、１１ 結線、１２ 固定ピン
１３ 第１界磁体
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈ 第１磁石片
１４ 第２界磁体
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈ 第２磁石片
２１ 変形例のモータ、２２ コア
２３ 第１界磁体
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ 第１磁石片
２４ 第２界磁体
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ 第２磁石片
Ｃｌ 巻線、Ｔｉ 内側ティース、Ｔｏ 外側ティース
Ｓｉ 内側スロット、Ｓｏ 外側スロット
α 第１開角、β 第２開角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor (brushless motor), 2 cores, 3 housing 4 shaft, 5 inner rotor, 6 outer rotor 7 rotor yoke, 7a bottom part, 8 stator, 9 bearing member 10 thrust bearing member, 11 connection, 12 fixed pin 13 1st field magnet body 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g, 13h First magnet piece 14 Second field bodies 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f, 14g, 14h Second magnet piece 21 Modified motor, 22 core 23 First field body 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f First magnet piece 24 Second field body 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f Second magnet piece Cl winding, Ti inner teeth, To outer teeth Si inner slot, So outer slot α first opening angle, β second opening angle
Claims (5)
前記コアの径方向において前記ステータよりも内側に配置された回転自在なシャフトと、
前記径方向において前記シャフトと前記ステータとの間に配置され、前記シャフトの回転方向に前記シャフトとともに回転する第１界磁体と、
前記径方向において前記ステータよりも外側に配置され、前記回転方向に前記シャフトとともに回転する第２界磁体と、を有するブラシレスモータであって、
前記第１界磁体が、前記回転方向に沿って円状に並べられた複数の第１磁石片を備えており、
該第１磁石片の個数よりも前記内側ティースの個数の方が多く、
前記第２界磁体が、前記回転方向に沿って円状に並べられた複数の第２磁石片を備えており、
該第２磁石片の個数よりも前記外側ティースの個数の方が多く、
前記第１界磁体と前記ステータとの間に生じるコギングトルクの、前記シャフトの基準位置からの回転角度に対する変化傾向を示す第１コギングトルク波形が、前記回転方向における前記第１磁石片の両縁を延長してなる２つの仮想線の間に形成される第１開角の大きさによって変化し、
前記第２界磁体と前記ステータとの間に生じるコギングトルクの、前記シャフトの前記基準位置からの回転角度に対する変化傾向を示す第２コギングトルク波形が、前記回転方向における前記第２磁石片の両縁を延長してなる２つの仮想線の間に形成される第２開角の大きさによって変化し、
前記第１開角の大きさを変えていったときに、前記第１コギングトルク波形のピークトルク値における、前記シャフトが前記基準位置から回転し始めてからの正負の順序が反転する時点の大きさとなるように前記第１開角が設定されており、
前記第２開角の大きさを変えていったときに、前記第２コギングトルク波形のピークトルク値における、前記シャフトが前記基準位置から回転し始めてからの正負の順序が反転する時点の大きさとなるように前記第２開角が設定されていることを特徴とするブラシレスモータ。 An annular core, a plurality of outer teeth aligned along the outer periphery of the core, a plurality of inner teeth aligned along the inner periphery of the core, and between the outer teeth and between the inner teeth A stator with each wound winding;
A rotatable shaft disposed inside the stator in the radial direction of the core;
A first field body that is disposed between the shaft and the stator in the radial direction and rotates with the shaft in a rotation direction of the shaft;
A brushless motor having a second field body disposed outside the stator in the radial direction and rotating with the shaft in the rotational direction,
The first field body includes a plurality of first magnet pieces arranged in a circle along the rotation direction;
The number of the inner teeth is larger than the number of the first magnet pieces,
The second field body includes a plurality of second magnet pieces arranged in a circle along the rotation direction;
The number of the outer teeth is larger than the number of the second magnet pieces,
A first cogging torque waveform showing a change tendency of a cogging torque generated between the first field body and the stator with respect to a rotation angle from a reference position of the shaft is expressed by both edges of the first magnet piece in the rotation direction. Depending on the size of the first opening angle formed between two imaginary lines formed by extending
A second cogging torque waveform indicating a change tendency of the cogging torque generated between the second field body and the stator with respect to the rotation angle from the reference position of the shaft is obtained by changing both the second magnet pieces in the rotation direction. It changes depending on the size of the second opening angle formed between two imaginary lines formed by extending the edge,
When the magnitude of the first opening angle is changed, the magnitude of the peak torque value of the first cogging torque waveform at the time when the positive and negative order after the shaft starts rotating from the reference position is reversed. The first opening angle is set so that
When the magnitude of the second opening angle is changed, the magnitude of the peak torque value of the second cogging torque waveform at the time when the order of positive and negative after the shaft starts to rotate from the reference position is reversed. The brushless motor is characterized in that the second opening angle is set so as to be.
前記第２開角の大きさは、３３度以上、かつ、３５度未満に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。 The size of the first opening angle is set to 35 degrees or more and less than 37 degrees,
2. The brushless motor according to claim 1, wherein the magnitude of the second opening angle is set to 33 degrees or more and less than 35 degrees.
前記コアの径方向において前記ステータよりも内側に配置された回転自在なシャフトと、
前記径方向において前記シャフトと前記ステータとの間に配置され、前記シャフトの回転方向に前記シャフトとともに回転する第１界磁体と、
前記径方向において前記ステータよりも外側に配置され、前記回転方向に前記シャフトとともに回転する第２界磁体と、を有するブラシレスモータであって、
前記第１界磁体が、前記回転方向に沿って円状に並べられた複数の第１磁石片を備えており、
該第１磁石片の個数よりも前記内側ティースの個数の方が多く、
前記第２界磁体が、前記回転方向に沿って円状に並べられた複数の第２磁石片を備えており、
該第２磁石片の個数よりも前記外側ティースの個数の方が多く、
前記第１界磁体と前記ステータとの間に生じるコギングトルクの、前記シャフトの基準位置からの回転角度に対する変化傾向を示す第１コギングトルク波形が、前記回転方向における前記第１磁石片の両縁を延長してなる２つの仮想線の間に形成される第１開角の大きさによって変化し、
前記第２界磁体と前記ステータとの間に生じるコギングトルクの、前記シャフトの前記基準位置からの回転角度に対する変化傾向を示す第２コギングトルク波形が、前記回転方向における前記第２磁石片の両縁を延長してなる２つの仮想線の間に形成される第２開角の大きさによって変化し、
前記第１コギングトルク波形のピークトルク値における、前記シャフトが前記基準位置から回転し始めてからの正負の順序が、前記第２コギングトルク波形のピークトルク値における、前記シャフトが前記基準位置から回転し始めてからの正負の順序に対して反転するように、前記第１開角及び前記第２開角の各々が設定されていることを特徴とするブラシレスモータ。 An annular core, a plurality of outer teeth aligned along the outer periphery of the core, a plurality of inner teeth aligned along the inner periphery of the core, and between the outer teeth and between the inner teeth A stator with each wound winding;
A rotatable shaft disposed inside the stator in the radial direction of the core;
A first field body that is disposed between the shaft and the stator in the radial direction and rotates with the shaft in a rotation direction of the shaft;
A brushless motor having a second field body disposed outside the stator in the radial direction and rotating with the shaft in the rotational direction,
The first field body includes a plurality of first magnet pieces arranged in a circle along the rotation direction;
The number of the inner teeth is larger than the number of the first magnet pieces,
The second field body includes a plurality of second magnet pieces arranged in a circle along the rotation direction;
The number of the outer teeth is larger than the number of the second magnet pieces,
A first cogging torque waveform showing a change tendency of a cogging torque generated between the first field body and the stator with respect to a rotation angle from a reference position of the shaft is expressed by both edges of the first magnet piece in the rotation direction. Depending on the size of the first opening angle formed between two imaginary lines formed by extending
A second cogging torque waveform indicating a change tendency of the cogging torque generated between the second field body and the stator with respect to the rotation angle from the reference position of the shaft is obtained by changing both the second magnet pieces in the rotation direction. It changes depending on the size of the second opening angle formed between two imaginary lines formed by extending the edge,
The positive and negative order after the shaft starts to rotate from the reference position in the peak torque value of the first cogging torque waveform indicates that the shaft rotates from the reference position in the peak torque value of the second cogging torque waveform. Each of the first opening angle and the second opening angle is set so as to be reversed with respect to the positive and negative order from the beginning.
前記第２開角の大きさは、３７度より大きく、かつ、３９度以下に設定されていることを特徴とする請求項３に記載のブラシレスモータ。 The magnitude of the first opening angle is set to 29 degrees or more and less than 31 degrees,
4. The brushless motor according to claim 3, wherein the magnitude of the second opening angle is set to be greater than 37 degrees and equal to or less than 39 degrees.
前記第２磁石片の各々は、隙間を隔てて前記外側ティースと対向し、
前記第１磁石片及び前記第２磁石片のうち、少なくとも一方の磁石片の前記回転方向における両端部では、前記回転方向における中央部よりも、前記内側ティース及び前記外側ティースのうち、前記少なくとも一方の磁石片が対向する側のティースと前記少なくとも一方の磁石片との間隔が大きくなっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のブラシレスモータ。 Each of the first magnet pieces faces the inner teeth with a gap between them,
Each of the second magnet pieces faces the outer teeth with a gap between them,
Of the first magnet piece and the second magnet piece, at least one of the inner teeth and the outer teeth at both ends in the rotation direction of at least one of the magnet pieces, rather than a central portion in the rotation direction. 5. The brushless motor according to claim 1, wherein an interval between the teeth facing the magnet pieces and the at least one magnet piece is large.
Priority Applications (1)
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Family Applications (1)
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| Country | Link |
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2012
- 2012-05-14 JP JP2012110882A patent/JP2013240179A/en active Pending
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