JP2020089258A - Brushless motor - Google Patents

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JP2020089258A
JP2020089258A JP2019204443A JP2019204443A JP2020089258A JP 2020089258 A JP2020089258 A JP 2020089258A JP 2019204443 A JP2019204443 A JP 2019204443A JP 2019204443 A JP2019204443 A JP 2019204443A JP 2020089258 A JP2020089258 A JP 2020089258A
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春山 哲也
Tetsuya Haruyama
哲也 春山
祐介 北田
Yusuke Kitada
祐介 北田
小林 義明
Yoshiaki Kobayashi
義明 小林
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Abstract

To provide a brushless motor capable of reducing an over current.SOLUTION: A brushless motor comprises: a rotor 20 having a plurality of magnetic poles on an external peripheral surface; and a stator 30 having a lamination core 31 in which a teeth part 33 having a winding part to which an excitation coil 34 is wound and a non-winding part 331 which is opposite to the external peripheral surface of the rotor 20, and a base part 32 which is opposite to a side surface of the rotor 20 are integrated. In the teeth part 33, a plurality of steel plates 311 and 312 having a different thickness is laminated in a radial direction, and is laminated to a direction orthogonal to a direction of a magnetic flux generated from the rotor 20.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、複数の鋼板を積層して形成されたコアを有するステータと複数の磁極を有するロータを備えたブラシレスモータに関する。 The present invention relates to a brushless motor including a stator having a core formed by laminating a plurality of steel plates and a rotor having a plurality of magnetic poles.

情報機器や産業機器などにおいては、ステータの内部にロータを配置した構造を有するインナーロータ型のブラシレスモータが使用されている。インナーロータ型のブラシレスモータは、慣性力が小さいので、制御性に優れているという利点がある。 In information equipment, industrial equipment, and the like, an inner rotor type brushless motor having a structure in which a rotor is arranged inside a stator is used. Since the inner rotor type brushless motor has a small inertial force, it has an advantage of excellent controllability.

上記ブラシレスモータの小型化及び高出力化を図るために、種々の構造が提案されている。例えば特許文献1には、周方向に複数の磁極を有するロータと、コイル巻線体が巻回される複数の突条鉄心部を有するステータとを備え、突条鉄心部をロータ側に延在させることにより、ロータと突条鉄心部のコイル巻線領域とが回転軸方向において上下に配置され、各突条鉄心部の先端部を介してコイルから発生する磁力線をロータの外周面に作用させるようにしたラジアルギャップ型のモータが記載されている。この構成によれば、モータの組み付け作業が容易であり、且つ、モータ外径を大きくすることなく、従来に比して高出力化を図ることができるといった利点を有するとされている。 Various structures have been proposed to reduce the size and increase the output of the brushless motor. For example, Patent Document 1 includes a rotor having a plurality of magnetic poles in the circumferential direction and a stator having a plurality of projecting iron core portions around which a coil winding body is wound, and the projecting iron core portions extend to the rotor side. By doing so, the rotor and the coil winding area of the protruding core portion are arranged vertically in the rotation axis direction, and the magnetic force lines generated from the coil act on the outer peripheral surface of the rotor via the tip end portion of each protruding core portion. Such a radial gap type motor is described. According to this configuration, it is said that there are advantages that the work of assembling the motor is easy, and that the output can be increased as compared with the conventional one without increasing the outer diameter of the motor.

ブラシレスモータでは、鉄損を少なくするために、例えば特許文献2に記載されているように、透磁率の高い材料である電磁鋼板を軸方向に積層したステータコアを使用し、高出力化を図ることが行われている。 In a brushless motor, in order to reduce iron loss, for example, as described in Patent Document 2, a stator core in which electromagnetic steel sheets, which are materials having high magnetic permeability, are axially laminated is used to achieve high output. Is being done.

特開2013−201884号公報JP, 2013-201884, A 特開2010−178489号公報JP, 2010-178489, A

ブラシレスモータでは、例えば、巻数を変えて(但し巻線の占積率は変えない)抵抗値を変化させることにより、モータの回転数やトルクなどの特性を変えることができ、T−N曲線を平行移動させることが可能である。例えば線径を小さくして巻き数を増大させる(抵抗値を上げて電流を抑える)場合、回転数は巻き数に反比例して低下し、トルクは線径の2乗に比例して下がる。線径を大きくして、巻き数を減少させる(抵抗値を下げて電流を上げる)場合、回転数は巻き数に反比例して上昇し、トルクは線径の2乗に比例して上昇する。 In a brushless motor, for example, by changing the resistance value by changing the number of turns (however, the space factor of the winding is not changed), it is possible to change the characteristics such as the rotation speed and torque of the motor, and It can be moved in parallel. For example, when the wire diameter is reduced and the number of turns is increased (the resistance value is increased to suppress the current), the rotation speed decreases in inverse proportion to the number of turns, and the torque decreases in proportion to the square of the wire diameter. When the wire diameter is increased and the number of turns is decreased (the resistance value is decreased and the current is increased), the number of revolutions increases in inverse proportion to the number of turns, and the torque increases in proportion to the square of the wire diameter.

しかし、特許文献1に記載のブラシレスモータにおいては、その図4に示すように、1枚の鋼板を折り曲げて突条鉄心部(コア)を形成しているため、コア表面の渦電流損が大きいので、このような通常の特性変化ができず、特に線径を太くして、抵抗を下げると、無負荷電流が大幅に増大し、回転数も設計値以上に増大し、所望のトルクが得られないといった不具合がある。無負荷電流が増加することで、発熱も大きくなり、効率も低下するといった問題も生じる。 However, in the brushless motor described in Patent Document 1, as shown in FIG. 4, a single steel plate is bent to form a ridged iron core (core), so that the eddy current loss on the core surface is large. Therefore, such a normal characteristic change cannot be made.In particular, if the wire diameter is made thicker and the resistance is lowered, the no-load current will increase significantly, the rotation speed will also increase above the design value, and the desired torque will be obtained. There is a problem that it can not be done. As the no-load current increases, the amount of heat generated increases and the efficiency also decreases.

特許文献1に記載のモータにおいては、渦電流損(鉄損)を軽減することができず、無負荷電流の増大を招くことで、トルク低下をもたらす。しかもこの構造では、ステータコア(回転軸と平行な複数の突条鉄心部)を電磁鋼板で形成することは困難である。これは、電磁鋼板は極めて硬い材料であるため、突条鉄心部を円環部の外周から立設するような形状に曲加工することにより、クラックや微細なヒビ割れ等が発生し、磁路としての本来の機能が阻害されることから、トルク低下の原因となる。 In the motor described in Patent Document 1, it is not possible to reduce the eddy current loss (iron loss), which causes an increase in the no-load current, resulting in a decrease in torque. Moreover, in this structure, it is difficult to form the stator core (the plurality of projecting iron core portions parallel to the rotation axis) from the electromagnetic steel plate. This is because the electromagnetic steel sheet is an extremely hard material, so by bending the ridge core into a shape that stands upright from the outer circumference of the annular portion, cracks and fine cracks occur, and the magnetic path As a result, the original function as is hindered, which causes a decrease in torque.

特許文献2に記載のように軸方向に電磁鋼板を積層させる構造は、特許文献1に記載のブラシレスモータのようなカップ状のコアに適用できない。 The structure in which electromagnetic steel plates are laminated in the axial direction as described in Patent Document 2 cannot be applied to a cup-shaped core such as the brushless motor described in Patent Document 1.

したがって本発明の目的は、無負荷電流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。 Therefore, an object of the present invention is to provide a brushless motor capable of reducing no-load current.

本発明に係わるブラシレスモータは、外周面に複数の磁極を有するロータと、励磁コイルが巻回される巻線部と前記ロータの外周面に対向する非巻線部を有するティース部と前記ロータの端面に対向するベース部とが一体化された積層コアを有するステータを備え、前記ティース部は、鋼板が半径方向に積層され、前記ロータから発生する磁束の向きと直交する方向に積層されたことを特徴とする。 A brushless motor according to the present invention includes a rotor having a plurality of magnetic poles on an outer peripheral surface, a winding portion around which an exciting coil is wound, and a tooth portion having a non-winding portion facing the outer peripheral surface of the rotor and the rotor. A stator having a laminated core in which a base portion facing the end face is integrated, and the teeth portion is formed by laminating steel plates in a radial direction and laminating in a direction orthogonal to a direction of magnetic flux generated from the rotor. Is characterized by.

上記ブラシレスモータにおいて、前記積層コアは、複数の鋼板が積層された状態から折り曲げられた構造とすることができる。 In the brushless motor, the laminated core may have a structure in which a plurality of steel plates are laminated and bent.

上記ブラシレスモータにおいて、前記積層コアは、電磁鋼板又は冷間圧延鋼板からなる複数の鋼板が積層された構造とすることができる。 In the brushless motor, the laminated core may have a structure in which a plurality of steel plates made of an electromagnetic steel plate or a cold rolled steel plate are laminated.

上記ブラシレスモータにおいて、前記積層コアは、2層構造であり、前記ロータの外周面に対向する側の鋼板は電磁鋼板とし、他方の鋼板は冷間圧延鋼板または電磁鋼板とすることができる。 In the brushless motor, the laminated core may have a two-layer structure, the steel plate on the side facing the outer peripheral surface of the rotor may be an electromagnetic steel plate, and the other steel plate may be a cold rolled steel plate or an electromagnetic steel plate.

上記ブラシレスモータにおいて、前記積層コアは、複数の鋼板が積層され、前記ロータの外周面に対向する前記鋼板の方が、他方の鋼板よりも薄い構造とすることができる。 In the brushless motor, the laminated core may have a structure in which a plurality of steel plates are laminated, and the steel plate facing the outer peripheral surface of the rotor is thinner than the other steel plate.

上記ブラシレスモータにおいて、前記ロータは、希土類焼結磁石からなる多極磁石を有することができる。 In the brushless motor, the rotor may have a multi-pole magnet made of a rare earth sintered magnet.

本発明によれば、特定の積層コアを使用することから、渦電流損を最小限に抑えることができるため、無負荷電流を低下させることで、トルク損失が抑えられ、トルクを理論値に近い値まで引き出すことができる。 According to the present invention, since a specific laminated core is used, the eddy current loss can be minimized. Therefore, by reducing the no-load current, the torque loss is suppressed and the torque is close to the theoretical value. You can pull up to the value.

本発明のブラシレスモータの分解斜視図である。It is an exploded perspective view of the brushless motor of the present invention. 図1に示すブラシレスモータの平面図である。It is a top view of the brushless motor shown in FIG. 図2のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. ステータの分解斜視図である。It is an exploded perspective view of a stator. 積層コアの平面図である。It is a top view of a laminated core. 図5のB−B線断面図である。It is the BB sectional view taken on the line of FIG. 積層コア及びロータの一部を拡大した断面図である。It is sectional drawing which expanded a laminated core and a part of rotor. 実施例1及び比較例のモータ特性を示す図である。It is a figure which shows the motor characteristic of Example 1 and a comparative example. 実施例2及び比較例のモータ特性を示す図である。It is a figure which shows the motor characteristic of Example 2 and a comparative example. 実施例3及び比較例のモータ特性を示す図である。It is a figure which shows the motor characteristic of Example 3 and a comparative example. 多極磁石の磁束線の流れを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the flow of the magnetic flux line of a multipolar magnet. 図11をC方向から見た矢視図である。It is the arrow line view which looked at FIG. 11 from the C direction.

本発明を実施するための形態を図1〜図10を参照して説明する。 Modes for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS.

図1〜3に示すように、ブラシレスモータは、12極9スロットタイプの3相DCモータであり、シャフト21に嵌装されたスリーブ22の外周面に固定された多極磁石23を有するロータ20と、ロータ20を取り囲むステータ30を有する。開放端側がエンドカバー11で密閉されたカップ状のケース10の内部に、ロータ20と、ステータ30とこれらを支持するための部材が収容されている。軸受14が圧入固定されたケース10の密閉端側には、第1のコアガイド12が内装され、そこにステータ30の一端側が支持される。ケース10の開放端側には、軸受14を有する第2のコアガイド13が内装され、そこにステータ30の他端側が支持される。ロータ20は軸受14を介してステータ30の内部に回転自在に支持される。ケース10の開放端側では、多極磁石23の端面に対向するホール素子16が実装される回路基板15が、エンドカバー11と第2のコアガイド13との間に挟着される状態で装着される。 As shown in FIGS. 1 to 3, the brushless motor is a 12-pole 9-slot type three-phase DC motor and has a rotor 20 having a multi-pole magnet 23 fixed to the outer peripheral surface of a sleeve 22 fitted to a shaft 21. And a stator 30 surrounding the rotor 20. A rotor 20, a stator 30, and members for supporting these are housed inside a cup-shaped case 10 whose open end side is sealed by an end cover 11. A first core guide 12 is internally provided on the closed end side of the case 10 into which the bearing 14 is press-fitted and fixed, and one end side of the stator 30 is supported therein. A second core guide 13 having a bearing 14 is internally provided on the open end side of the case 10, and the other end side of the stator 30 is supported therein. The rotor 20 is rotatably supported inside the stator 30 via a bearing 14. On the open end side of the case 10, the circuit board 15 on which the Hall element 16 facing the end surface of the multi-pole magnet 23 is mounted is mounted in a state of being sandwiched between the end cover 11 and the second core guide 13. To be done.

図3及び図4に示すように、ステータ30は、磁路形成部材となる、2枚の鋼板が積層された積層コア31と励磁コイル34を有する。積層コア31は、第1のコアガイド12に当接する円環状のベース部32と、ベース部32からロータ20の軸方向に延びる複数のティース部33を有する。複数のティース部33はロータ20を取り囲むように円周方向に沿って等角度間隔で配置される。ティース部33の先端は、第2のコアガイド13のガイド溝131に嵌装され、磁石に対向する非巻線部331と空芯状の励磁コイル34が装着される巻線部を有する。非巻線部331の長さは、多極磁石23からの磁束が有効に流入させるために、多極磁石23の軸方向長さとほぼ同様の長さを有するように設定されている。 As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the stator 30 has a laminated core 31 that is a magnetic path forming member and is formed by laminating two steel plates, and an exciting coil 34. The laminated core 31 has an annular base portion 32 that contacts the first core guide 12, and a plurality of teeth portions 33 that extend from the base portion 32 in the axial direction of the rotor 20. The plurality of tooth portions 33 are arranged at equal angular intervals along the circumferential direction so as to surround the rotor 20. The tip of the tooth portion 33 has a non-winding portion 331 that is fitted into the guide groove 131 of the second core guide 13 and faces the magnet, and a winding portion to which the air-core exciting coil 34 is attached. The length of the non-winding portion 331 is set to have substantially the same length as the axial length of the multipolar magnet 23 in order to effectively allow the magnetic flux from the multipolar magnet 23 to flow in.

図5〜図7に示すように、積層コア31は、厚さの異なる複数の鋼板(同じ材質の鋼板でもあるいは異なる材質の鋼板でもよい)、例えば厚さt1を有する第1の鋼板311と厚さt2(<t1)を有する第2の鋼板312が積層されているので、渦電流を低減することができる。積層コア31は同じ厚さ(t1=t2)の鋼板で形成しても良く、更には3枚以上の複数枚の鋼板で形成しても良い。 As shown in FIGS. 5 to 7, the laminated core 31 includes a plurality of steel plates having different thicknesses (steel plates of the same material or steel plates of different materials), for example, a first steel plate 311 having a thickness t1 and a thickness. Since the second steel plate 312 having the thickness t2 (<t1) is laminated, the eddy current can be reduced. The laminated core 31 may be formed of steel plates having the same thickness (t1=t2), or may be formed of three or more steel plates.

上記の積層コア31は、例えば絶縁処理を施した電磁鋼板又は構造用鋼板などの鋼板を所定形状(円環状のベース部32の外周に放射状にティース部33を形成)にプレス加工で打ち抜く、これらの鋼板を加締めて一体化し、ついでティース部33を曲げ加工することにより、形成することができる。 The laminated core 31 is formed by stamping a steel plate such as an electromagnetic steel plate or a structural steel plate that has been subjected to an insulation treatment into a predetermined shape (the teeth portion 33 is radially formed on the outer circumference of the annular base portion 32) by pressing. It can be formed by swaging the steel plates of No. 3 and integrating them, and then bending the tooth portions 33.

ステータ30においては、図4に示されるように、積層コア31に巻回された励磁コイル34は、各々が空芯コイルとして形成されており、コントローラ(不図示)から印加される電圧の位相によって、U相、V相、W相の3相に分類される3群のコイルであり、それぞれがティース部33の根元部まで挿入されている。 In the stator 30, as shown in FIG. 4, each of the exciting coils 34 wound around the laminated core 31 is formed as an air core coil, and the exciting coil 34 is formed according to the phase of a voltage applied from a controller (not shown). , U-phase, V-phase, and W-phase are three groups of coils, each of which is inserted up to the root of the tooth portion 33.

各相のコイルの信号線(図示を省略)と接続される円環状の回路基板15は、ホール素子16が実装される。ホール素子16は、ロータ20の回転位置を検出するために、磁石22の端面に対向するように配置される。ホール素子16は、ロータ20の磁極位置の検出を行い、磁極位置に対応する検出信号を出力するために、永久磁石22の端面に対向するように、着磁極数の2極分を1周期とした電気角360°の内の、電気角120°分に相当する機械角分(今回の12極着磁では、6周期分が機械角360°に相当するため、電気角120°に相当する機械角は20°に相当する)に、円周方向に所定の間隔で配置されている。回路基板15は、図示を省略するが、ホール素子16から出力された位置信号(電圧)を比較する比較回路と、比較回路の出力に基づいてPWM信号を出力する制御回路と、PWM信号により励磁コイル34への通電を制御するインバータ回路を有するように構成して、ロータの回転角に応じて駆動電圧を正弦波状に変化させることができる。 The hall element 16 is mounted on the annular circuit board 15 connected to the signal line (not shown) of the coil of each phase. The hall element 16 is arranged so as to face the end surface of the magnet 22 in order to detect the rotational position of the rotor 20. The hall element 16 detects the magnetic pole position of the rotor 20 and outputs the detection signal corresponding to the magnetic pole position so that the two poles of the number of the attached magnetic poles are set to one cycle so as to face the end surface of the permanent magnet 22. Of the electrical angle of 360°, the mechanical angle corresponding to the electrical angle of 120° (in the present 12-pole magnetization, since six cycles correspond to the mechanical angle of 360°, the mechanical angle of 120° corresponds to the mechanical angle of 120°). The angles correspond to 20°) and are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. Although not shown, the circuit board 15 includes a comparison circuit that compares the position signal (voltage) output from the Hall element 16, a control circuit that outputs a PWM signal based on the output of the comparison circuit, and an excitation by the PWM signal. An inverter circuit for controlling the energization of the coil 34 is provided to change the drive voltage in a sinusoidal manner according to the rotation angle of the rotor.

多極磁石23は、全体が一体に形成されたリング磁石の外周面に多極着磁を施すことにより、作製することができる。これに限らず、半径方向に磁化したアークセグメント磁石を、円周方向に沿って異極性の磁極が並ぶようにスリーブ22の外周面に固定することにより作製することができる。多極磁石23は、コキングトルク低減の観点、及び、ロータイナーシャ軽減による機械的時定数低減の観点から、公知の永久磁石材料、例えば希土類ボンド磁石で形成することが望ましい。更に高トルク化を図るためにエネルギー積の高いNd−Fe−B系焼結磁石(ネオジム系焼結磁石)を使用することもできる。 The multi-pole magnet 23 can be manufactured by applying multi-pole magnetization to the outer peripheral surface of a ring magnet which is integrally formed as a whole. Not limited to this, the arc segment magnet magnetized in the radial direction can be manufactured by fixing it to the outer peripheral surface of the sleeve 22 so that magnetic poles of different polarities are aligned along the circumferential direction. The multi-pole magnet 23 is preferably formed of a known permanent magnet material, for example, a rare earth bonded magnet, from the viewpoint of reducing the coking torque and the mechanical time constant by reducing the rotor inertia. In order to further increase the torque, it is possible to use an Nd-Fe-B system sintered magnet (neodymium system sintered magnet) having a high energy product.

上記のブラシレスモータによれば、3個のホール素子16によりロータの磁極位置を検出し、磁極位置にあった正弦波電圧を出力し、比較回路で正弦波電圧を比較し、制御回路でPWM信号を出力し、次いでインバータ回路から120°位相の異なる駆動電圧を出力して、3相コイルを適切なタイミングで励磁することで、正弦波駆動される。このように各相のコイルに選択的に通電し、また通電電流の向きを変えることで、2相間(例えばU相とV相)に通電すると、発生した磁束の強さに応じて、一方の相における積層コア31の先端部分にN極が、他方の相の積層コア31の先端部分にS極が夫々形成される。すなわちU相からV相へ通電するとU相はN極に、W相はS極に励磁される。続いてU相はN極に、W相はS極に励磁される。そしてW相からU相に通電すると、W相はN極に、U相はS極に励磁される。このように隣り合うスロットに存在する2相のコイルが順に励磁されて、隣接する2相間を磁束が通り、それが順に隣の相へ移って励磁状態を切り替えることで、積層コア31と多極磁石23の磁極とが吸引・反発し、モータに回転トルクが発生する。本発明においては、ホール素子を用いずに、ホール素子レス(センサーレス)でも、センサーレス専用ドライブIC等を用いることで駆動できることは勿論である。更には、ステップ信号入力による、断続的又は連続的なステップ駆動も可能である。 According to the above brushless motor, the magnetic pole position of the rotor is detected by the three Hall elements 16, the sine wave voltage corresponding to the magnetic pole position is output, the sine wave voltage is compared by the comparison circuit, and the PWM signal is generated by the control circuit. Is output, and then the drive voltages having different phases of 120° are output from the inverter circuit to excite the three-phase coils at appropriate timings, thereby driving the sine wave. In this way, by selectively energizing the coils of each phase and changing the direction of the energizing current, when energizing between the two phases (for example, the U phase and the V phase), one of the coils is generated according to the strength of the generated magnetic flux. An N pole is formed at the tip of the laminated core 31 in one phase, and an S pole is formed at the tip of the laminated core 31 in the other phase. That is, when the U phase is energized to the V phase, the U phase is excited to the N pole and the W phase is excited to the S pole. Subsequently, the U phase is excited to the N pole and the W phase is excited to the S pole. When the W phase is energized to the U phase, the W phase is excited to the N pole and the U phase is excited to the S pole. In this way, the two-phase coils existing in the adjacent slots are sequentially excited, the magnetic flux passes between the two adjacent phases, and the magnetic fluxes are sequentially transferred to the adjacent phases to switch the excitation state. The magnetic pole of the magnet 23 is attracted and repelled, and a rotational torque is generated in the motor. In the present invention, it is needless to say that even if the Hall element is not used (sensorless) without using the Hall element, it can be driven by using a sensorless dedicated drive IC or the like. Furthermore, intermittent or continuous step driving by the step signal input is also possible.

ブラシレスモータでは、磁極数とスロット数の最小公倍数がコギングトルクの周波数(山数)となるので、12極9スロットの構成では大きな値となるため、コギングの振幅は相殺される(分散される)ことから、コギングトルクが抑制され、滑らかに回転することができる。なお、磁極数とスロット数の関係は、モータのサイズ、出力、コストを考慮して、定められる。全体形状や磁極形状により適宜変更される。磁極数とスロット数の関係は、例えば、8極9スロット、10極9スロット、16極9スロット、又は10極12スロットなどとしても良い。 In a brushless motor, the least common multiple of the number of magnetic poles and the number of slots is the frequency (number of peaks) of the cogging torque, and therefore has a large value in the configuration of 12 poles and 9 slots, so the cogging amplitude is canceled (dispersed). Therefore, the cogging torque is suppressed and smooth rotation is possible. The relationship between the number of magnetic poles and the number of slots is determined in consideration of the motor size, output, and cost. It is appropriately changed depending on the overall shape and the magnetic pole shape. The relationship between the number of magnetic poles and the number of slots may be, for example, 8 poles 9 slots, 10 poles 9 slots, 16 poles 9 slots, or 10 poles 12 slots.

上記のブラシレスモータによれば、励磁コイル34への通電により、積層コア31に発生した磁束が非巻線部331に流れると、多極磁石23に流入する。ステータコアとして複数の鋼板が積層された積層コア31を使用することにより、渦電流を低減することができる。特に図7に示すように、ティース部33において、鋼板311、312は半径方向に積層されるとともに、多極磁石23はティース部33との空隙側には正弦波状の磁束密度分布を有し、鋼板の積層方向は多極磁石から発生する磁束と直交する(積層方向と磁束の向きとのなす角度が厳密に90°でない場合も含まれる)。すなわち、1つのティース部33に注目すると、多極磁石23から発生した磁束は、ティース部33の内部を通り、円環状のベース部32を経て(図11参照)、隣接するティース部33に流れ込むような経路で通過する。従って磁束がティース部33の内部を通過する方向は鋼板の積層方向に直交し、ティース部33は積層されて各々の断面積は小さくなっているため、渦電流が流れにくくなるので、トルク損失を大幅に低減することができる。図11において、破線は磁束線の流れを示す。図12に多極磁石(12極)の磁極配置を示す According to the above brushless motor, when the magnetic flux generated in the laminated core 31 due to the energization of the exciting coil 34 flows into the non-winding portion 331, the magnetic flux flows into the multipolar magnet 23. Eddy current can be reduced by using the laminated core 31 in which a plurality of steel plates are laminated as the stator core. In particular, as shown in FIG. 7, in the tooth portion 33, the steel plates 311 and 312 are laminated in the radial direction, and the multipole magnet 23 has a sinusoidal magnetic flux density distribution on the gap side with the tooth portion 33. The stacking direction of the steel plates is orthogonal to the magnetic flux generated from the multipolar magnet (including the case where the angle formed by the stacking direction and the direction of the magnetic flux is not exactly 90°). That is, focusing on one tooth portion 33, the magnetic flux generated from the multi-pole magnet 23 passes through the inside of the tooth portion 33, passes through the annular base portion 32 (see FIG. 11 ), and flows into the adjacent tooth portion 33. Pass through a route like this. Therefore, the direction in which the magnetic flux passes through the inside of the teeth portion 33 is orthogonal to the stacking direction of the steel plates, and the teeth portion 33 is stacked and the cross-sectional area of each is small, so it becomes difficult for eddy currents to flow, and torque loss is reduced. It can be significantly reduced. In FIG. 11, broken lines indicate the flow of magnetic flux lines. Fig. 12 shows the magnetic pole arrangement of a multi-pole magnet (12 poles).

上記の積層コア31は、多極磁石23と対向する内側の鋼板312として電磁鋼板を使用し、外側の鋼板311として一般的な冷間圧延鋼板を使用し、これらを積層後折り曲げることによって形成することが好ましい。電磁鋼板はケイ素を含んだ鋼板であるため、通常の冷間圧延鋼板より鉄損が極めて小さいため、多極磁石23と対向する側に電磁鋼板を配置することで、鉄損を下げる効果を十分に発揮することができる。電磁鋼板は難加工性の材料であるが、冷間圧延鋼板と共に折り曲げることにより、冷間圧延鋼板が機械的及び磁気的にも補助的な機能を果たし、折れやクラックの発生を大幅に低減することができる。本発明においては、これに限らず、複数枚の冷間圧延鋼板または複数枚の電磁鋼板を使用し、あるいは冷間圧延鋼板を内側の鋼板312、電磁鋼板を外側の鋼板311として使用し、これらの鋼板を積層後折り曲げて形成することができる。冷間圧延鋼板が多極磁石23と対向した場合でも、鋼板はティース部33において半径方向に積層されており、磁束は鋼板の積層方向に直交するので、渦電流損を低減する効果を得ることができる。 The laminated core 31 is formed by using an electromagnetic steel sheet as the inner steel sheet 312 facing the multi-pole magnet 23, using a general cold-rolled steel sheet as the outer steel sheet 311, and bending these after lamination. Preferably. Since the electromagnetic steel sheet is a steel sheet containing silicon, the iron loss is extremely smaller than that of a normal cold-rolled steel sheet. Therefore, by arranging the electromagnetic steel sheet on the side facing the multipolar magnet 23, the effect of lowering the iron loss is sufficiently achieved. Can be demonstrated to. Electromagnetic steel sheet is a material that is difficult to work, but by bending it together with the cold-rolled steel sheet, the cold-rolled steel sheet fulfills an auxiliary function mechanically and magnetically, greatly reducing the occurrence of folds and cracks. be able to. In the present invention, not limited to this, a plurality of cold rolled steel sheets or a plurality of electromagnetic steel sheets are used, or a cold rolled steel sheet is used as an inner steel sheet 312 and an electromagnetic steel sheet is used as an outer steel sheet 311. It can be formed by stacking and then bending the steel sheets. Even when the cold-rolled steel sheet faces the multi-pole magnet 23, the steel sheets are laminated in the radial direction in the teeth portion 33, and the magnetic flux is orthogonal to the lamination direction of the steel sheets, so that an effect of reducing eddy current loss can be obtained. You can

(実施例1)
図1に示す構造を有し、外径12mm、長さ17mm(ケース10の寸法)のブラシレスモータを作成した。このモータにおいて、ロータ20は多極磁石23として12個のアークセグメント状の希土類ボンド磁石(外径7.5mm、内径2.7mm、厚さ6.0mm、96kJ/m[12MGOe]の最大エネルギー積を有する。)を使用し、厚さ0.5mmの冷間圧延鋼板(SPCC)(鋼板311)と厚さ0.35mmの電磁鋼板(鋼板312)とを積層して形成した幅1.4mm、厚さ0.85mmのティース部33を有し、17Ωの抵抗値を有するモータとした。コイルに12Vの直流電圧を供給してモータを回転させて、モータ特性を測定した。その結果を図8に破線で示す。図8において、a1はT−I曲線であり、b1はT−N曲線である。
(Example 1)
A brushless motor having the structure shown in FIG. 1 and having an outer diameter of 12 mm and a length of 17 mm (dimensions of the case 10) was prepared. In this motor, the rotor 20 has 12 arc segment-shaped rare earth bonded magnets (outer diameter 7.5 mm, inner diameter 2.7 mm, thickness 6.0 mm, maximum energy of 96 kJ/m 3 [12 MGOe] as the multi-pole magnet 23. 1.4 mm in width formed by stacking a cold rolled steel plate (SPCC) (steel plate 311) having a thickness of 0.5 mm and an electromagnetic steel sheet (steel plate 312) having a thickness of 0.35 mm. A motor having a tooth portion 33 having a thickness of 0.85 mm and a resistance value of 17Ω was obtained. A DC voltage of 12 V was supplied to the coil to rotate the motor, and the motor characteristics were measured. The result is shown by a broken line in FIG. In FIG. 8, a1 is a TI curve and b1 is a TN curve.

(実施例2)
厚さ0.5mmの電磁鋼板(鋼板311)と厚さ0.35mmの電磁鋼板(鋼板312)を積層して形成した幅1.4mm、厚さ0.85mmのティース部33を有する以外は実施例1と同様のブラシレスモータとし、実施例1と同様の条件で、モータ特性を測定した。その結果を図9に破線で示す。図8において、a2はT−I曲線であり、b2はT−N曲線である。
(Example 2)
Implemented except that it has a teeth portion 33 having a width of 1.4 mm and a thickness of 0.85 mm formed by laminating an electromagnetic steel plate (steel plate 311) having a thickness of 0.5 mm and an electromagnetic steel plate (steel plate 312) having a thickness of 0.35 mm A brushless motor similar to that of Example 1 was used, and the motor characteristics were measured under the same conditions as in Example 1. The result is shown by a broken line in FIG. In FIG. 8, a2 is a TI curve and b2 is a TN curve.

(実験例3)
多極磁石23として12個のアークセグメント状の希土類焼結磁石で多極磁石(外径 7.5mm、内径2.7mm、厚さ6.0mm、310kJ/m3[40MGOe]の最大エネルギー積を有する。)23を形成した以外は、実験例1と同様のブラシレスモータを使用し、実施例1と同じ条件で、モータ特性を測定した。その結果を図10に破線で示す。図8において、a3はT−I曲線であり、b3はT−N曲線である。
(Experimental example 3)
Twelve arc segment rare earth sintered magnets are used as the multi-pole magnet 23, and the multi-pole magnet has an outer diameter of 7.5 mm, an inner diameter of 2.7 mm, a thickness of 6.0 mm, and a maximum energy product of 310 kJ/m3 [40 MGOe]. .) 23 was formed, the same brushless motor as in Experimental Example 1 was used, and the motor characteristics were measured under the same conditions as in Example 1. The result is shown by a broken line in FIG. In FIG. 8, a3 is a TI curve and b3 is a TN curve.

(比較例)
比較のために、積層コア31の代わりに厚さ0.8mmの冷間圧延鋼板(SPCC)を折り曲げて形成したコアを使用した以外は、実験例と同様の構成としたブラシレスモータを作成し、実施例1と同様の条件で、モータ特性を測定した。その結果を図8〜10に実線で示す。図8において、a4はT−I曲線であり、b4はT−N曲線である。
(Comparative example)
For comparison, a brushless motor having the same configuration as that of the experimental example was prepared, except that a core formed by bending a cold rolled steel plate (SPCC) having a thickness of 0.8 mm was used instead of the laminated core 31. The motor characteristics were measured under the same conditions as in Example 1. The results are shown by solid lines in FIGS. In FIG. 8, a4 is a TI curve and b4 is a TN curve.

表1に各実施例及び比較例のトルク定数、無負荷電流、無負荷回転数及び起動トルクを示す。 Table 1 shows the torque constant, the no-load current, the no-load rotation speed, and the starting torque of each example and comparative example.

表1から、本発明(実施例1〜3)により、従来のコア(比較例)と対比すると、約70%の無負荷電流を約70%低減することができるとともに、トルク定数を約2〜8%向上できることがわかる。無負荷電流を低減することで、図示はないが、入力に対する出力効率も向上することができ、効率向上により、モータの発熱も低減できることは言うまでもない。 From Table 1, according to the present invention (Examples 1 to 3), a no-load current of about 70% can be reduced by about 70% and a torque constant of about 2 can be compared with a conventional core (comparative example). It can be seen that it can be improved by 8%. Although not shown, the output efficiency for the input can be improved by reducing the no-load current, and it is needless to say that the heat generation of the motor can be reduced by the efficiency improvement.

10:ケース、11:エンドカバー、12:第1のコアガイド、121:カバー部、122:ネック部、13:第2のコアガイド、131:ガイド溝、14:軸受、15:回路基板、16:ホール素子、20:ロータ、21:シャフト、22:スリーブ、23:多極磁石
30:ステータ、31:積層コア、311:第1の鋼板、312:第2の鋼板、32:ベース部、33:ティース部、331:非巻線部、34:励磁コイル
Reference numeral 10: case, 11: end cover, 12: first core guide, 121: cover portion, 122: neck portion, 13: second core guide, 131: guide groove, 14: bearing, 15: circuit board, 16 : Hall element, 20: Rotor, 21: Shaft, 22: Sleeve, 23: Multipolar magnet 30: Stator, 31: Laminated core, 311: First steel plate, 312: Second steel plate, 32: Base part, 33 : Teeth part, 331: Non-winding part, 34: Excitation coil

Claims (6)

外周面に複数の磁極を有するロータと、励磁コイルが巻回される巻線部と前記ロータの外周面に対向する非巻線部を有するティース部と前記ロータの端面に対向するベース部とが一体化された積層コアを有するステータを備え、前記ティース部は、鋼板が半径方向に積層され、前記ロータから発生する磁束の向きと直交する方向に積層されたことを特徴とするブラシレスモータ。 A rotor having a plurality of magnetic poles on the outer peripheral surface, a winding portion around which an exciting coil is wound, a tooth portion having a non-winding portion facing the outer peripheral surface of the rotor, and a base portion facing the end surface of the rotor. A brushless motor comprising a stator having an integrated laminated core, wherein the teeth portion is formed by laminating steel plates in a radial direction and in a direction orthogonal to a direction of magnetic flux generated from the rotor. 前記積層コアは、複数の鋼板が積層された状態から折り曲げられた構造であ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 brushless motor according to claim 1, wherein the laminated core has a structure in which a plurality of steel plates are laminated and bent. 前記積層コアは、電磁鋼板又は冷間圧延鋼板からなる複数の鋼板が積層された構造であることを特徴とする請求項2に記載のブラシレスモータ。 The brushless motor according to claim 2, wherein the laminated core has a structure in which a plurality of steel plates made of an electromagnetic steel plate or a cold rolled steel plate are laminated. 前記積層コアは、複数の鋼板が積層され、前記ロータの外周面に対向する鋼板は電磁鋼板とし、他方の鋼板は冷間圧延鋼板または電磁鋼板とす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 said laminated core laminated|stacks a some steel plate, The steel plate which opposes the outer peripheral surface of the said rotor is an electromagnetic steel plate, and the other steel plate is a cold-rolled steel plate or an electromagnetic steel plate, The claim 1 characterized by the above-mentioned. Brushless motor. 前記積層コアは2層構造であり、前記ロータの外周面に対向する側の鋼板の方が、他方の鋼板よりも薄い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 brushless motor according to claim 1, wherein the laminated core has a two-layer structure, and a steel plate facing the outer peripheral surface of the rotor is thinner than the other steel plate. 前記ロータは、希土類焼結磁石からなる多極磁石を有す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 brushless motor according to claim 1, wherein the rotor has a multi-pole magnet made of a rare earth sintered magnet.

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