JP2542600B2 - Segment magnet - Google Patents
Segment magnetInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は直流モータのステータに係り、特にステータ
用セグメント磁石の改良に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a stator of a DC motor, and more particularly to improvement of a segment magnet for a stator.
［従来の技術］ 従来、一般に直流モータ用ステータは巻線が使用され
ており、その巻線には多数の部品と製作工程を要し、ま
た、工数も要している。ところが、近年これ等が永久磁
石化され、ステータに永久磁石のセグメント磁石が用い
られている。[Prior Art] Conventionally, a winding is generally used for a stator for a DC motor, and the winding requires a large number of parts and a manufacturing process, and also requires man-hours. However, in recent years, these have been made permanent magnets, and segment magnets of permanent magnets are used for the stator.
例えば、第４図に示したステータにおいて、ステータ
ヨーク１の内周面にセグメント磁石2a〜2dを固着したこ
とにより製造工程が減少し、製造能率が大幅に向上し、
製作工数も低減して来た。For example, in the stator shown in FIG. 4, by fixing the segment magnets 2a to 2d to the inner peripheral surface of the stator yoke 1, the number of manufacturing processes is reduced, and the manufacturing efficiency is significantly improved.
The manufacturing man-hour has also been reduced.
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、単に内外径同芯のセグメント磁石2a〜
2dを用いただけでは、回転トルク変動が大きく、回転が
スムーズに行なわれず、ロータを駆動させた時のギャッ
プ部の円周方向の磁束密度の変化を測定すると、例え
ば、第５図の如く角ばった波形であって、なめらかな回
転性が得られていない等の問題点が見られた。[Problems to be Solved by the Invention] However, the segment magnets 2a to
If only 2d is used, the rotational torque fluctuates greatly and the rotation does not occur smoothly. When the change in the magnetic flux density in the circumferential direction of the gap when the rotor is driven is measured, for example, it is angular as shown in FIG. There were some problems such as the waveform was not obtained, and smooth rotatability was not obtained.
また、直流モータ用ステータは、低騒音化、回転性を
良くするために、回転トルク変動を極力小さくする必要
があり、ロータにスキューを施したり、セグメント磁石
を偏芯させたりして対応しているのが現状である。In addition, in order to reduce noise and improve rotatability, it is necessary for the stator for DC motors to minimize fluctuations in rotational torque, and the rotor is skewed and the segment magnets are eccentric. It is the current situation.
しかし、ロータにスキューをした場合は巻線作業が非
常に面倒であって、巻線の自動化を難しいという問題が
ある。また、セグメント磁石を単に偏芯させただけでは
充分な低騒音化ならびに回転性が得られないことと、有
効磁束量の低下が大きいという問題がある。However, when the rotor is skewed, the winding work is very troublesome, and there is a problem that automation of the winding is difficult. Further, there is a problem that sufficient eccentricity of the segment magnets does not result in sufficient noise reduction and rotatability, and the effective magnetic flux amount is largely reduced.
したがって、本発明の目的は、回転性を向上し、か
つ、有効磁束量の低下が少ないセグメント磁石を提供す
ることである。Therefore, an object of the present invention is to provide a segment magnet with improved rotatability and with less reduction in the effective magnetic flux amount.
［問題点を解決するための手段］ 本発明はステータ側永久磁石の形状変更のみで、騒音
が少なく、しかも良好な回転性を有する直流モータが得
られるセグメント磁石である。[Means for Solving the Problems] The present invention is a segment magnet that can obtain a DC motor with less noise and good rotation by simply changing the shape of the permanent magnet on the stator side.
すなわち、本発明においては、セグメント磁石の軸方
向両端部の形状をスキュー形状とすることと、内径側を
偏芯させることを組合せることにより、回転トルク変動
を従来よりも大幅に低減できるようにしたものである。
このようなセグメント形状、特に内径側の偏芯から得ら
れる稼動波形は、第３図の如くＮ、Ｓ極の変極点からな
めらかな立上りを有し、各極中央部に於いても丸まった
正弦波状となり、なめらかな回転性が得られるものであ
る。また、同一の回転トルク変動を得る場合、有効磁束
量は従来の偏芯のみを行なったものやスキューのみを行
なったものに比較して、高い値が得られるものである。That is, in the present invention, the rotational torque fluctuation can be significantly reduced as compared with the conventional one by combining the axial ends of the segment magnet with the skewed shape and the eccentricity of the inner diameter side. It was done.
The operating waveform obtained from such a segment shape, especially from the eccentricity on the inner diameter side, has a smooth rising from the inflection points of the N and S poles as shown in FIG. It has a wavy shape and smooth rotation. Further, when the same rotational torque fluctuation is obtained, a higher effective magnetic flux amount can be obtained as compared with the conventional one in which only eccentricity is performed and one in which only skew is performed.
特に、軸方向長さをＬ、スキュー角度をθとした時に
Ltanθで表されるスキュー量Ｓを、θが５〜30゜の範囲
にあるように設定し、かつ、偏芯量Δｒを２〜30mmの範
囲とすることが望ましい。Especially when the axial length is L and the skew angle is θ
It is desirable that the skew amount S represented by Ltan θ is set so that θ is in the range of 5 to 30 ° and the eccentricity amount Δr is in the range of 2 to 30 mm.
［作用］ 本発明のセグメント磁石によりなめらかな回転性が得
られる理由は次の通りである。[Operation] The reason why the segment magnet of the present invention can provide smooth rotation is as follows.
まずセグメント磁石の軸方向両端部をスキューさせる
と、ローターが一つの磁極からそれと逆極性の隣りの磁
極に移動する時の回転抵抗が少なくなってコンギングト
ルクが減少し、変極点付近での回転はなめらかとなる。First, by skewing both ends of the segment magnet in the axial direction, the rotation resistance when the rotor moves from one magnetic pole to the adjacent magnetic pole with the opposite polarity decreases, conging torque decreases, and rotation near the inflection point occurs. It becomes smooth.
しかるに磁石を単にスキュー形状としただけでは、円
周方向のギャップ磁束密度は変革しないので、稼動波形
を改善することはできない。However, merely making the magnet into a skewed shape does not change the gap magnetic flux density in the circumferential direction, so the operating waveform cannot be improved.
そこで、このスキュー形状の磁石の内径部を第２図の
ように偏芯させると、ロータと磁石のギャップ寸法は、
円周方向において、セグメント磁石断面の中心線ｌまで
はなめらかに減少し、中心線を過ぎるとなめらかに増加
する。そしてギャップ磁束密度はギャツプ寸法に反比例
することから、円周方向にわたってなめらかに変化す
る。Therefore, when the inner diameter portion of the skew-shaped magnet is eccentric as shown in FIG. 2, the gap size between the rotor and the magnet becomes
In the circumferential direction, it smoothly decreases up to the center line 1 of the segment magnet cross section, and increases smoothly beyond the center line. Since the gap magnetic flux density is inversely proportional to the gap size, it smoothly changes in the circumferential direction.
したがって本発明によれば、これらの相乗効果により
第３図に示すような略正弦波状の波形を得ることができ
る。Therefore, according to the present invention, due to these synergistic effects, a substantially sinusoidal waveform as shown in FIG. 3 can be obtained.
［実施例］ 以下本発明の実施例を図面により説明する。Embodiments Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図は本発明の一実施例に係るセグメント磁石を用
いた直流モータの断面図である。このモータにおいて
は、第２図に示したセグメント磁石２がステータヨーク
１に固着されており、ステータヨーク１と同芯上に軸受
3a、3bを介してロータ４が取付けられている。FIG. 1 is a sectional view of a DC motor using a segment magnet according to an embodiment of the present invention. In this motor, the segment magnet 2 shown in FIG. 2 is fixed to the stator yoke 1, and the bearing is coaxial with the stator yoke 1.
The rotor 4 is attached via 3a and 3b.
第２図は本発明の一実施例に係るセグメント磁石の側
面図である。このセグメント磁石２は軸方向両端部21、
22をスキューさせ、かつ、外径（半径R0）の中心O1に対
して内径（半径ri）の中心O2を偏心させた形状を有する
ものである。このセグメント磁石は、軸方向の任意断面
において総べて同一形状を有する。このような構成の場
合、ロータ４を駆動させると、第３図に示すようにセグ
メント磁石端部より除々に立上り、そのゆるやかでスム
ーズな近似正弦波状の波形が得られ、回転トルク変動を
小さくすることができる。更に、高速回転時において
も、なめらかな回転性が得られるものである。FIG. 2 is a side view of a segment magnet according to an embodiment of the present invention. This segment magnet 2 has axial end portions 21,
It has a shape in which 22 is skewed and the center O 2 of the inner diameter (radius ri) is eccentric with respect to the center O 1 of the outer diameter (radius R 0 ). The segment magnets all have the same shape in an arbitrary axial cross section. In the case of such a configuration, when the rotor 4 is driven, it gradually rises from the end of the segment magnet as shown in FIG. 3, and a gentle and smooth approximate sinusoidal waveform is obtained, and the rotational torque fluctuation is reduced. be able to. Further, smooth rotation can be obtained even at high speed rotation.
本発明者は、種々の形状寸法のセグメント磁石を用い
て、磁石の形状寸法に対して回転トルク変動ならびに所
定のモータトルクを得るに必要な有効磁束量がどのよう
に変化するのか実験により確認した。その結果を第６図
および第７図に示す。The present inventor confirmed by experiments using segment magnets of various shapes and dimensions how the rotational torque fluctuation and the effective magnetic flux amount required to obtain a predetermined motor torque change with respect to the shapes and dimensions of the magnets. . The results are shown in FIGS. 6 and 7.
ここで、使用した磁石の形状は、（Ａ）偏芯のみを施
したもの（第８図参照、）、（Ｂ）軸方向両端部をスキ
ューさせ、軸方向断面形状の異なる偏芯を施したもの
（第９図参照）、（Ｃ）軸方向両端部をスキューさせ、
かつ、内径部を軸方向断面形状が同一となる偏芯をさせ
たもの（第10図参照）の３種類であり、いずれもR0＝3
5.8mm、ri＝28.5〜68.55mm、Ｌ＝64mmとし、偏芯量Δｒ
を０〜40mmまで変化させ、（Ｂ）、（Ｃ）についてはス
キュー量をＳ＝11.6mmとした。Here, the shape of the magnet used was (A) only eccentric (see FIG. 8), and (B) both ends in the axial direction were skewed, and eccentric with different axial sectional shapes were applied. (See FIG. 9), (C) both ends in the axial direction are skewed,
In addition, there are three types of eccentricity (see Fig. 10) in which the inner diameter portion has the same axial cross-sectional shape, and all are R 0 = 3
5.8 mm, ri = 28.5 to 68.55 mm, L = 64 mm, eccentricity Δr
Was changed from 0 to 40 mm, and the skew amount was set to S = 11.6 mm for (B) and (C).
第６図から、いずれの磁石でも偏芯量が大きくなると
回転トルク変動が少なくなり、更に内径部の偏芯に加え
てスキューさせることにより回転トルク変動が少なくな
ることがわかる。例えば、ある種の直流モータにおいて
は、回転トルク変動が一般的に小さい程、望ましいの
で、偏芯量は大きい程よいが、偏芯量の増加に伴い磁束
量が低下するので、偏芯量は30mm以下がよい。ただし、
偏芯量が小さすぎると、その効果が小さいので2mm以上
は必要である。また、スキューが小さくなると、回転ト
ルク変動の低減に効果が少ないので、θは５゜以上が必
要である。更に、スキューが大きすぎると、磁束量の低
下が大きく、回転トルク変動の低減効果も小さい為、θ
は30゜以下とする必要がある。It can be seen from FIG. 6 that in any magnet, the fluctuation of the rotational torque decreases as the amount of eccentricity increases, and the fluctuation of the rotational torque decreases by skewing in addition to the eccentricity of the inner diameter portion. For example, in a DC motor of a certain type, the smaller the rotational torque fluctuation is, the more preferable it is. Therefore, the larger the eccentricity amount is, the better the eccentricity amount is, but the magnetic flux amount decreases as the eccentricity amount increases. The following is good. However,
If the amount of eccentricity is too small, the effect is small, so 2 mm or more is necessary. Further, if the skew becomes small, the effect of reducing the fluctuation of the rotational torque is small, so that θ is required to be 5 ° or more. Further, if the skew is too large, the amount of magnetic flux is greatly reduced and the effect of reducing the fluctuation of the rotational torque is small.
Must be less than 30 °.
上記の結果から、例えば、回転トルク変動を0.3kg−c
mとするには、本発明のセグメント磁石では、スキュー
と軸方向断面の異なる単純な偏芯を施した磁石に比較し
て、有効磁束量を約６％も向上できることがわかる。こ
れにより、モータトルクを大きくすることができたり、
消費電流を少なくすることができる。従って、モータの
効率を大幅に向上することができる。From the above results, for example, change the rotational torque by 0.3 kg-c
In order to set m, it is understood that the segment magnet of the present invention can improve the effective magnetic flux amount by about 6% as compared with a magnet that is simply eccentric with different skew and axial cross section. This makes it possible to increase the motor torque,
The current consumption can be reduced. Therefore, the efficiency of the motor can be significantly improved.
［発明の効果］ 以上説明した如く、本発明はセグメント磁石の軸方向
両端部をスキュー形状とし、かつ、内径部を偏芯させた
セグメント磁石形状としたことにより、次のような効果
を得ることができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the axial magnet ends of the segment magnet have a skewed shape and the inner diameter has an eccentric segment magnet shape. You can
１）ロータの回転がスムーズになり、同一有効磁束量を
得る場合、回転トルク変動を小さく抑えることができ
る。1) When the rotor rotates smoothly and the same effective magnetic flux amount is obtained, the rotational torque fluctuation can be suppressed small.
２）ロータをスキュー形状とする必要がなく、コスト的
には従来のものと変らないまま、なめらかな回転性が得
られる。2) It is not necessary to make the rotor into a skew shape, and the smooth rotatability can be obtained without changing the cost from the conventional one.
３）回転トルク変動が小さく、なめらかな回転性が得ら
れることにより、直流モータでの制御特性が向上し、用
途範囲の拡大が可能となる。3) Since the fluctuation of the rotational torque is small and the smooth rotatability is obtained, the control characteristics of the DC motor are improved and the range of applications can be expanded.
第１図は本発明によるセグメント磁石を用いた直流モー
タの断面図、第２図は本発明によるセグメント磁石の一
実施例を示す側面図、第３図は本発明によるセグメント
磁石を使用した稼動波形図、第４図は従来のセグメント
磁石を用いたステータの側面図、第５図は第４図のステ
ータでの稼動波形図、第６図は内径偏芯量と回転トルク
変動の関係を示す図、第７図は内径偏芯量と有効磁束量
の関係を示す図であり、第８図、第９図ならびに第10図
はセグメント磁石形状の差を表わす図である。 1:ステータヨーク、2,2a〜2d:セグメント磁石、3a,3b:
軸受、4:ロータ1 is a sectional view of a DC motor using a segment magnet according to the present invention, FIG. 2 is a side view showing an embodiment of the segment magnet according to the present invention, and FIG. 3 is an operating waveform using the segment magnet according to the present invention. Fig. 4, Fig. 4 is a side view of a stator using a conventional segment magnet, Fig. 5 is an operation waveform diagram in the stator of Fig. 4, and Fig. 6 is a diagram showing a relationship between an inner diameter eccentricity amount and a rotational torque fluctuation. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the inner diameter eccentricity amount and the effective magnetic flux amount, and FIGS. 8, 9 and 10 are diagrams showing the difference in segment magnet shape. 1: Stator yoke, 2, 2a to 2d: Segment magnet, 3a, 3b:
Bearing, 4: rotor
Claims (1)
形状を有するセグメント磁石において、軸方向両端部を
軸方向に対して同じ方向にかつ同じ角度（θ）だけスキ
ューさせ、かつ、磁石の軸方向長さをＬとした時にスキ
ュー量ＳをLtanθ（但し、θ＝５〜30゜）の範囲に設定
すると共に、外径（Ro）の中心に対して内径（ri、但し
ri＞Ro）の中心を偏芯させ、かつ、偏芯量Δを２〜30mm
の範囲に設定し、そして軸方向の任意断面において同一
の形状を有することを特徴とするセグメント磁石。1. A segment magnet having an arc shape used for a stator of a DC motor, wherein both axial end portions are skewed in the same direction and at the same angle (θ) with respect to the axial direction, and the axial direction of the magnet is also skewed. When the length is L, the skew amount S is set in the range of Ltan θ (however, θ = 5 to 30 °) and the inner diameter (ri, but not the center of the outer diameter (Ro)
ri> Ro) eccentric center and eccentricity Δ is 2 to 30 mm
And a segment magnet having the same shape in an arbitrary cross section in the axial direction.
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