JP2017212762A - Brushless motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロータに永久磁石を配設された異極性を有するブラシレスモータに関し、特に永久磁石の配置間隔を面内スキュー角で不均一にしてコギングトルク及びトルクリップルを低減した構造のブラシレスモータに関する。 The present invention relates to a brushless motor having a different polarity in which a permanent magnet is disposed on a rotor, and more particularly, to a brushless motor having a structure in which cogging torque and torque ripple are reduced by making the arrangement interval of permanent magnets nonuniform with an in-plane skew angle. .
近年、永久磁石により形成される磁極がロータ側に設けられるブラシレスモータが広い分野で採用され、注目されている。この種のブラシレスモータは、例えば図1及び図2に示されているように、ステータ110にロータ120が収容され、ステータ110のスロット111にコイルが巻回され、ロータ120の表面に永久磁石121〜128が配置されている。そして、永久磁石121〜128は隣接する永久磁石とそれぞれ角度θ0だけ離間されて均等間隔に配置されている。これは、永久磁石をロータコアの外周面に固着されて構成されるSPM(Surface Permanent Magnet)構造のロータや、永久磁石をロータコアの内部に埋め込んだIPM(Interior Permanent Magnet)構造のロータについても同様である。
In recent years, brushless motors in which magnetic poles formed by permanent magnets are provided on the rotor side have been adopted and attracted attention in a wide range of fields. In this type of brushless motor, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, a
このようなブラシレスモータでは一層の小型化及び高出力化が要請されると共に、コギングトルク及びトルクリップルの抑制も要請される。 In such a brushless motor, further downsizing and higher output are required, and cogging torque and torque ripple are also required to be suppressed.
かかる課題を解決するモータとして、特開2011−83047号公報(特許文献1)に開示されたブラシレスモータがある。特許文献1に開示されたブラシレスモータは、ロータコアに配置した第1永久磁石M1〜第4永久磁石M4を中心軸線からみてそれぞれ不等角度間隔となるように配置することによって、非対称の空隙を設けた等角度配置のブラシレスモータのトルク特性を維持しつつ、トルクリップル、コギングトルクの低減を図るものである。 As a motor for solving such a problem, there is a brushless motor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-83047 (Patent Document 1). The brushless motor disclosed in Patent Document 1 provides an asymmetric air gap by arranging the first permanent magnet M1 to the fourth permanent magnet M4 arranged in the rotor core so as to be at unequal angular intervals as seen from the central axis. It is intended to reduce torque ripple and cogging torque while maintaining the torque characteristics of a brushless motor having an equiangular arrangement.
しかしながら、特許文献1のブラシレスモータは、コンシクエント型のロータであり、ロータの回転中心からステータを見た磁石の着磁方向が同極性となっている。コンシクエント型のロータであるため、製造にコストがアップする問題がある。また、特許文献1のブラシレスモータの構成は,特定の回転方向を想定したものであり、不等間隔とする角度の算出に関しても理論的根拠が不明であるという問題がある。 However, the brushless motor of Patent Document 1 is a continuous type rotor, and the magnetizing direction of the magnet viewed from the rotation center of the rotor is the same polarity. Since it is a continuous type rotor, there is a problem that the manufacturing cost increases. In addition, the configuration of the brushless motor of Patent Document 1 assumes a specific rotational direction, and there is a problem that the theoretical basis for the calculation of angles with unequal intervals is unknown.
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、SPMのロータであって双方向に回転可能であり、ロータの回転中心からステータを見た磁石の着磁方向が逆方向の異極性であり、ロータやステータをスキューさせることなく、トルクリップルやコギングトルクの低減を図るブラシレスモータを提供することにある。 The present invention has been made under the circumstances as described above, and an object of the present invention is an SPM rotor that can be rotated in both directions, and the magnetizing direction of the magnet viewed from the rotor rotation center when the stator is viewed. It is an object of the present invention to provide a brushless motor that has a reverse polarity and that reduces torque ripple and cogging torque without skewing the rotor and stator.
本発明は、ステータと、前記ステータに収容され、分離された永久磁石を表面側に装着されたロータとで成るブラシレスモータに関し、本発明の上記目的は、前記永久磁石の極対数が少なくとも2以上であり、前記永久磁石の間隔が等間隔ではなく、前記極対数の隣接する永久磁石の間隔を、一方で前記等間隔に対して面内スキュー角θsだけ接近させると共に、対向する隣接した永久磁石を前記面内スキュー角θsだけ離間させた構造により達成される。 The present invention relates to a brushless motor comprising a stator and a rotor housed in the stator and having a separated permanent magnet mounted on the surface side. The object of the present invention is to provide at least two pole pairs of the permanent magnet. The interval between the permanent magnets is not equal, but the interval between the adjacent permanent magnets of the number of pole pairs is close to the equal interval by an in-plane skew angle θ s , and the adjacent permanent This is achieved by a structure in which magnets are separated by the in-plane skew angle θ s .
また、本発明の上記目的は、前記ロータの回転中心から前記ステータを見た前記永久磁石の着磁方向が、前記隣接した永久磁石間で逆方向の異極性を有していることにより、或いは前記面内スキュー角θsが機械角の半周期となっていることにより、より効果的に達成される。 Further, the object of the present invention is that the magnetization direction of the permanent magnet when the stator is viewed from the rotation center of the rotor has opposite polarities between the adjacent permanent magnets, or The in-plane skew angle θ s is a half cycle of the mechanical angle, which is achieved more effectively.
本発明のブラシレスモータはSPMのロータであり、ロータの回転中心からステータを見た磁石の着磁方向が逆方向の異極性であり、永久磁石の極対数の隣接する永久磁石の間隔を、一方で等間隔に対して面内スキュー角θsだけ接近させると共に、対向する隣接した永久磁石を面内スキュー角θsだけ離間させた構造にし、面内スキュー角θsを機械角の半周期としているので、製造も容易であり、安価な構成で、トルクリップルやコギングトルクの低減を図ることができる。 The brushless motor of the present invention is an SPM rotor, the magnetizing direction of the magnet viewed from the rotation center of the rotor is opposite to the opposite polarity, and the distance between adjacent permanent magnets in the number of pole pairs of the permanent magnet is In this case, the in-plane skew angle θ s is approached with respect to the equal interval, and the adjacent permanent magnets facing each other are separated by the in-plane skew angle θ s , and the in-plane skew angle θ s is set as a half cycle of the mechanical angle. Therefore, manufacturing is easy, and it is possible to reduce torque ripple and cogging torque with an inexpensive configuration.
上記ブラシレスモータを電動パワーステアリング装置に搭載することにより、トルクリップルやコギングトルクを抑制され、操舵感を向上した高性能な電動パワーステアリング装置を提供することができる。 By mounting the brushless motor on the electric power steering device, it is possible to provide a high-performance electric power steering device in which torque ripple and cogging torque are suppressed and steering feeling is improved.
本発明のブラシレスモータのロータはSPM型であり、永久磁石の極対数が少なくとも2以上(極数は4以上)であり、永久磁石の間隔が等間隔ではなく、極対数の隣接する永久磁石の間隔を、一方で等間隔に対して面内スキュー角θsだけ接近させると共に、対向する隣接した永久磁石を面内スキュー角θsだけ離間させた構造となっており、ロータの回転中心からステータを見た永久磁石の着磁方向が、隣接した永久磁石間で逆方向の異極性を有している。これにより、本発明のブラシレスモータは双方向の回転に対応可能であり、かつ最適な不等間隔である面内スキュー角θsが理論的に明らかな構造であり、以下に具体的な構造を示して説明する。 The rotor of the brushless motor of the present invention is of the SPM type, the number of pole pairs of the permanent magnet is at least 2 (number of poles is 4 or more), and the interval between the permanent magnets is not equal, but the number of pole pairs adjacent to each other. On the other hand, the interval is made closer to the equal interval by the in-plane skew angle θ s , and the adjacent adjacent permanent magnets are separated by the in-plane skew angle θ s , and the stator is rotated from the rotation center of the rotor. The magnetizing direction of the permanent magnets seen in FIG. 3 has opposite polarities between adjacent permanent magnets. As a result, the brushless motor of the present invention can cope with bidirectional rotation, and the in-plane skew angle θ s which is the optimal unequal interval is theoretically clear. Shown and explained.
図3は本発明に係るブラシレスモータ100の断面図であり、図4はロータ120の詳細を示す断面図である。本発明では、ロータの回転中心からステータを見た磁石の着磁方向は、隣接する磁石間で逆方向となる、いわゆる異極性を有している。つまり、図4における永久磁石121〜128について、例えば永久磁石121,123,125,127は同極で、122,124,126,128は異極になっている。また、最適な面内スキュー角θsは、図3に示すような8極12スロットのブラシレスモータ100の場合、“8”と“12”の最大公約数24で360°を除算した15°の半分、即ち7.5°と算出できる。
FIG. 3 is a sectional view of the
具体的な最適な面内スキュー角θsの算出過程を、以下に示す。ブラシレスモータの極対数がPの場合、トルクリップルの主成分である電気角6次成分を低減することを考える。機械角は1周期θmp=360[deg]なので、電気角1周期θepは下記数1となる。
(数1)
θep=360/P[deg]
従って,トルクリップルの1周期分の機械角θtは、 下記数2となる。
(数2)
θt=(360/P)/6=60/P[deg]
面内スキュー角θsを機械角θtの半周期分とすることで、トルクリップルの山と谷が打ち消し合うことになる。よって、面内スキュー角θsは、下記数3で求められる。
(数3)
θs=θt/2=60/P/2=30/P[deg]
数3より、例えば極数8のモータ、即ち極対数P=4の場合、面内スキュー角θsは、 θs=30/4=7.5[deg]と算出できる。
A specific calculation process of the optimum in-plane skew angle θ s will be described below. When the number of pole pairs of the brushless motor is P, consider reducing the sixth component of the electrical angle, which is the main component of torque ripple. Since the mechanical angle is one cycle θ mp = 360 [deg], one electrical angle cycle θ ep is expressed by the following formula 1.
(Equation 1)
θ ep = 360 / P [deg]
Therefore, the mechanical angle θ t for one cycle of torque ripple is given by
(Equation 2)
θ t = (360 / P) / 6 = 60 / P [deg]
By setting the in-plane skew angle θ s to be a half cycle of the mechanical angle θ t , torque ripple peaks and troughs cancel each other. Therefore, the in-plane skew angle θ s is obtained by the following formula 3.
(Equation 3)
θ s = θ t / 2 = 60 / P / 2 = 30 / P [deg]
From Equation 3, for example, in the case of a motor with 8 poles, that is, the number of pole pairs P = 4, the in-plane skew angle θ s can be calculated as θ s = 30/4 = 7.5 [deg].
このように永久磁石を不均一に配置した構造を採用することで、本発明のモータはステータやロータのスキュー構成と同等の効果を有し、コギングトルクやトルクリップルの低減に効果がある。つまり、既存のスキューと、本発明の磁石位置を面内スキュー角θsだけ近接及び離間させることは、ステータ巻線が形成する回転磁界に対して、ロータ磁極を進む方向ないしは遅れる方向に変位させる点で共通する。 By adopting such a structure in which the permanent magnets are non-uniformly arranged, the motor of the present invention has an effect equivalent to the skew configuration of the stator and the rotor, and is effective in reducing cogging torque and torque ripple. In other words, when the existing skew and the magnet position of the present invention are moved closer to and away from each other by the in-plane skew angle θ s , the rotor magnetic pole is displaced in a direction to advance or delay with respect to the rotating magnetic field formed by the stator winding. In common.
図3及び図4の例では、隣接した永久磁石121と永久磁石128を面内スキュー角θsだけ近接させると共に、対向しており、隣接した永久磁石124と永久磁石125を面内スキュー角θsだけ近接させる。また、隣接した永久磁石122と永久磁石123を面内スキュー角θsだけ離間させると共に、対向しており、隣接した永久磁石126と永久磁石127を面内スキュー角θsだけ離間させる。面内スキュー角θsを上記数3に基づいて設定することにより、トルクリップルの山と谷が打ち消し合うことになる。
3 and 4, the adjacent
このようにステータの回転磁界に対して、ロータ磁極の進んだ箇所で発生するトルクと、磁極の遅れた箇所で発生するトルクリップルを相殺することで、トルクリップルを低減する。 Thus, the torque ripple is reduced by offsetting the torque generated at the position where the rotor magnetic pole is advanced and the torque ripple generated at the position where the magnetic pole is delayed with respect to the rotating magnetic field of the stator.
図5は、面内スキュー角θsが平均トルクに及ぼす影響を示しており、面内スキュー角θs=0の平均トルクを100[%]基準としている。また、図6は、面内スキュー角θsがトルクリップルに及ぼす影響を示しており、面内スキュー角θs=0のトルクリップルを100[%]基準としている。これらを表にまとめると、下記表1となる。 Figure 5 is a plane skew angle theta s is shows the effect on the average torque, and the average torque plane skew angle theta s = 0 and 100% reference. Also, FIG. 6, plane skew angle theta s is shows the effect on the torque ripple, and the torque ripple of the plane skew angle theta s = 0 and 100% reference. These are summarized in Table 1 below.
100,100A ブラシレスモータ
110 ステータ
111 スロット
120 ロータ
121〜128 永久磁石
100, 100A
Claims (3)
前記永久磁石の極対数が少なくとも2以上であり、前記永久磁石の間隔が等間隔ではなく、前記極対数の隣接する永久磁石の間隔を、一方で前記等間隔に対して面内スキュー角θsだけ接近させると共に、対向する隣接した永久磁石を前記面内スキュー角θsだけ離間させた構造のブラシレスモータ。 In a brushless motor consisting of a stator and a rotor housed in the stator and separated from the permanent magnet mounted on the surface side,
The number of pole pairs of the permanent magnet is at least 2 and the interval between the permanent magnets is not equal, but the interval between the adjacent permanent magnets of the number of pole pairs is set to the in-plane skew angle θ s with respect to the equal interval. And a brushless motor having a structure in which the adjacent permanent magnets facing each other are spaced apart by the in-plane skew angle θ s .
The brushless motor according to claim 1, wherein the in-plane skew angle θ s is a half cycle of a mechanical angle.
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