JP2938267B2 - DC machine - Google Patents

DC machine

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JP2938267B2
JP2938267B2 JP10546392A JP10546392A JP2938267B2 JP 2938267 B2 JP2938267 B2 JP 2938267B2 JP 10546392 A JP10546392 A JP 10546392A JP 10546392 A JP10546392 A JP 10546392A JP 2938267 B2 JP2938267 B2 JP 2938267B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石を用いた直流
機、特にその永久磁石の磁束分布が改良された直流機に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC machine using a permanent magnet, and more particularly to a DC machine in which the magnetic flux distribution of the permanent magnet is improved.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般の直流機、例えば直流モータ等は、
固定子側に界磁用の永久磁石を設け、界磁用磁石により
生じる磁束中におかれた電機子導体に通電することによ
り、回転子を回転させている。
2. Description of the Related Art A general DC machine, such as a DC motor,
A permanent magnet for the field is provided on the stator side, and the rotor is rotated by energizing the armature conductor placed in the magnetic flux generated by the field magnet.

【0003】このとき、直流モータの界磁用磁石と回転
子のコアとの間に作用する吸引力は、回転角度によって
急激に変化するため、コギングトルクが発生する。例え
ば、円弧状の2つの界磁用磁石の間に回転子がある場合
を考えると、回転子のコアがいずれかの界磁用磁石と対
向した位置にある場合は、コアに大きなトルクが作用す
る。一方、コアが2つの界磁用磁石の間にある場合は、
作用するトルクは急激に減少する。
At this time, the attraction force acting between the field magnet of the DC motor and the core of the rotor rapidly changes depending on the rotation angle, so that cogging torque is generated. For example, considering the case where the rotor is between two arc-shaped field magnets, if the core of the rotor is located at a position facing one of the field magnets, a large torque acts on the core. I do. On the other hand, if the core is between the two field magnets,
The acting torque decreases sharply.

【0004】このコギングトルクは、直流モータの運転
時に振動及び騒音の発生要因となっている。そのため、
このコギングトルクによる振動等を低減するために以下
の,及びに示す対策が施されている。
[0004] The cogging torque causes vibration and noise during operation of the DC motor. for that reason,
In order to reduce the vibration due to the cogging torque, the following measures are taken.

【0005】磁石の端部を薄くして磁束密度を下げ
て、滑らかな磁束密度変化を実現する、いわゆる偏心磁
石を用いる。
A so-called eccentric magnet is used which realizes a smooth change in magnetic flux density by reducing the magnetic flux density by thinning the end of the magnet.

【0006】回転子の軸方向より磁束密度分布を回転
方向に漸次ずらす、いわゆるスキュー磁石を用いる。
A so-called skew magnet, which gradually shifts the magnetic flux density distribution in the rotational direction from the axial direction of the rotor, is used.

【0007】前記,の方式によれば、磁束密度分布
の変化が滑らかになるので、トルクの急激な変化を防止
することができる。
According to the above-mentioned method, since the change in the magnetic flux density distribution becomes smooth, it is possible to prevent a sudden change in the torque.

【0008】特開昭63−260118号公報に開示
された着磁装置を用いてラジアル異方性円筒磁石の着磁
を行う。この方式によれば、正弦波形状の滑らかな磁束
分布が得られる。
The radial anisotropic cylindrical magnet is magnetized by using a magnetizing device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-260118. According to this method, a smooth sinusoidal magnetic flux distribution can be obtained.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した
及びの方式においては、回転力に対して有効な磁束を
犠牲にしているため、最大トルク及び出力の低下は避け
られないという問題点があった。また、の方式では、
磁石の端部を薄くするため、電機子反作用による減磁が
起こるという問題点があった。
However, in the above-mentioned methods, there is a problem that a reduction in the maximum torque and the output is unavoidable because an effective magnetic flux is sacrificed for the rotational force. . Also, in the method of
There has been a problem that demagnetization occurs due to armature reaction because the end of the magnet is made thin.

【0010】また、の方式においては、着磁制御が難
しいうえに、着磁が不十分な部分ではトルクが減少して
最大トルクの低下は避けられず、出力が低下するという
問題点があった。また、十分に磁化されないため、減磁
も避けることができなかった。
In addition, in the method (1), there is a problem that the magnetization control is difficult and the torque is reduced in a portion where the magnetization is insufficient, so that the maximum torque is inevitably reduced, and the output is reduced. . In addition, demagnetization could not be avoided due to insufficient magnetization.

【0011】その他には、モータのブラケット部に防振
ゴム等を用いたフローティング構造により、振動,騒音
対策を行うことも考えられるが、この場合は部品追加に
よるコストの上昇が生じてしまい、有効な対策とはいえ
なかった。
In addition, it is conceivable to take measures against vibration and noise by using a floating structure using a vibration-proof rubber or the like for the bracket portion of the motor. However, in this case, the cost increases due to the addition of parts, which is effective. Could not be said to be a countermeasure.

【0012】本発明は、このような点に鑑みて創作され
たものであり、製造コストを上げず、出力低下や減磁の
発生もなくコギングトルクを減らし、振動や騒音を低減
することができる直流機を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and can reduce the cogging torque without lowering the production cost, reducing the output and causing no demagnetization, and reducing vibration and noise. It is intended to provide a DC machine.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明は、界磁磁束を発生させるP対の永久磁
石を含む固定子と、1スロット角度がθ1 で、ティース
間角度がθ2 のロータと、を含む直流機において、n を
0以上の整数として用い、前記永久磁石の磁極中心を基
準として、次式(1),(2)で角度θa 2(n+1)、θa
(2n+1)を定義した場合に、 θa 2(n+1)=(2n+1)θ1 /2+θ2 …………………(1) 但し、0°≦(2n+1)θ1 /2+θ2 ≦π/2P θa (2n+1)= nθ1 +θ2 /2………………………(2) 但し、0°≦ nθ1 +θ2 /2≦π/2P前記永久磁石
は、その両端の磁束密度分布の立ち上がり及び立ち下が
り領域の変極点位置が、前記θa 2(n+1)またはθa
(2n+1)のいずれかの角度付近に設定されることを特徴と
する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a stator including P pairs of permanent magnets for generating a field magnetic flux, a slot angle of θ 1 , and an angle between teeth. And a rotor having θ 2 , wherein n is an integer equal to or greater than 0, and the angle θ a 2 (n + 1) is calculated by the following equations (1) and (2) with reference to the center of the magnetic pole of the permanent magnet. , Θa
When the (2n + 1) have defined, θa 2 (n + 1) = (2n + 1) θ 1/2 + θ 2 ..................... (1) where, 0 ° ≦ (2n + 1 ) θ 1/2 + θ 2 ≦ π / 2P θa (2n + 1) = nθ 1 + θ 2/2 ........................... (2) where, 0 ° ≦ nθ 1 + θ 2/2 ≦ π / 2P said permanent The magnet has the inflection point positions of the rising and falling regions of the magnetic flux density distribution at both ends thereof, the angle θa 2 (n + 1) or θa
(2n + 1) is set near one of the angles.

【0014】[0014]

【作用】直流機のローターが回転する際、ローターのス
ロットが固定子側永久磁石を通過する際における現象を
解析してみたところ、スロットが永久磁石へ侵入しその
変極点を通過する時にローターの回転を妨げる方向にコ
ギングトルクが発生し、スロットが永久磁石から離脱し
その変極点を通過する時にローターを回転させる方向に
コギングトルクが発生した。
[Function] When the rotor of the DC machine rotates, the phenomenon of the rotor slot passing through the stator-side permanent magnet was analyzed. When the slot penetrated the permanent magnet and passed the inflection point, the rotor Cogging torque was generated in the direction that hindered rotation, and cogging torque was generated in the direction to rotate the rotor when the slot was separated from the permanent magnet and passed the inflection point.

【0015】従来の直流機では、ローターのスロット位
置と、固定子側永久磁石の変極点位置との間に何ら考慮
が払われていなかったため、ローターの回転を妨げる方
向と回転を加速する方向へのコギングトルクが交互にか
つ大きく現れることが避けられなかった。
In the conventional DC machine, no consideration is given between the slot position of the rotor and the position of the inflection point of the permanent magnet on the stator side. Therefore, the direction is such that the rotation of the rotor is hindered and the rotation is accelerated. It was unavoidable that the cogging torques appeared alternately and greatly.

【0016】これに対し、本発明では、永久磁石の、界
磁磁束密度分布の立上り/立ち下がり領域の変極点位置
を、ローターのスロットおよびティース位置との関係か
ら、前述した角度付近に設定することにより、ローター
の回転を加速する方向へのコギングトルクと、減速する
方向へのコギングトルクがほぼ同時に現れ、両トルクが
互いにほぼ相殺するため、モーターに発生するコギング
トルクを全体として大幅に低減することができる。
On the other hand, in the present invention, the inflection point position of the rising / falling region of the field magnetic flux density distribution of the permanent magnet is set near the above-mentioned angle from the relationship with the rotor slot and teeth position. As a result, the cogging torque in the direction of accelerating the rotation of the rotor and the cogging torque in the direction of deceleration appear almost simultaneously, and the two torques substantially cancel each other, so that the cogging torque generated in the motor is largely reduced as a whole. be able to.

【0017】[0017]

【実施例】次に本発明の好適な実施例を図面に基づき詳
細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0018】図1には、本発明に係る直流モーターの好
適な実施例が示されている。実施例の直流モーターは、
ステータ10と、ロータ110とを含む。
FIG. 1 shows a preferred embodiment of the DC motor according to the present invention. The DC motor of the embodiment is
It includes a stator 10 and a rotor 110.

【0019】前記ステータ10は、ヨーク12の内周に
筒状の永久磁石14を取付けることによって形成されて
いる。前記永久磁石14は、フェライト磁石やネオジウ
ム磁石等の異方性磁石が用いられ、Y軸を中心としてそ
の右半分がS極16、左半分がN極18として形成され
ている。ここで、Y軸と直交するX軸は、それぞれS極
16、N極18の磁極中心を通るように設計されてい
る。
The stator 10 is formed by mounting a cylindrical permanent magnet 14 on the inner periphery of a yoke 12. As the permanent magnet 14, an anisotropic magnet such as a ferrite magnet or a neodymium magnet is used, and the right half thereof is formed as an S pole 16 and the left half thereof is formed as an N pole 18 around the Y axis. Here, the X axis orthogonal to the Y axis is designed to pass through the magnetic pole centers of the S pole 16 and the N pole 18, respectively.

【0020】前記ロータ110は、ステータ10の内部
に回動可能に軸支されている。ここでは、発明の理解を
容易にするために、ロータ110を構成する鉄芯のみを
図示し、本発明の主要部とは直接関係のない電機子巻
線、整流子、ブラシ等は図から除外している。
The rotor 110 is rotatably supported inside the stator 10. Here, in order to facilitate understanding of the present invention, only the iron core constituting the rotor 110 is shown, and armature windings, commutators, brushes, etc., which are not directly related to the main part of the present invention, are excluded from the drawing. doing.

【0021】図2には、この直流モータの磁束密度分布
が示され、横軸はロータ110の回転角θであり、縦軸
は永久磁石14とロータ110との間のギャップ磁束密
度を現している。
FIG. 2 shows the magnetic flux density distribution of this DC motor, wherein the horizontal axis represents the rotation angle θ of the rotor 110, and the vertical axis represents the gap magnetic flux density between the permanent magnet 14 and the rotor 110. I have.

【0022】本発明者の検討によれば、ロータ110が
回転する際、そのスロット114が永久磁石に突入する
際と脱出する際とでは、コギングトルクが逆方向に作用
することが確認された。例えば、ロータ110のスロッ
ト116がN極18へ突入する際と脱出する際とを考え
る。このとき、スロット114が、N極18の磁束密度
分布の立上り部分における変極点100を突入通過する
間は、回転方向とは逆方向に作用するコギングトルクが
発生し、スロット114がN極18の磁束密度分布の立
下り部分における変極点100を脱出通過する間は、ロ
ータ110の回転と同方向に作用するコギングトルクが
発生する。
According to the study of the present inventor, it has been confirmed that the cogging torque acts in the opposite direction when the rotor 114 rotates, when the slot 114 enters the permanent magnet and when the slot 114 escapes. For example, consider the case where the slot 116 of the rotor 110 enters the N pole 18 and the case where it exits. At this time, while the slot 114 rushes and passes through the inflection point 100 at the rising portion of the magnetic flux density distribution of the N pole 18, a cogging torque acting in a direction opposite to the rotation direction is generated, and the slot 114 While escaping and passing the inflection point 100 at the falling portion of the magnetic flux density distribution, cogging torque acting in the same direction as the rotation of the rotor 110 is generated.

【0023】このことは、スロット114がS極16を
通過する場合においても同様である。
The same applies to the case where the slot 114 passes through the south pole 16.

【0024】図3には、ロータ110を反時計方向へ回
転した際、N極18の入口側に位置する変極点100を
ロータ110のスロット114が通過する際発生するコ
ギングトルクAの様子が概念的に示されている。
FIG. 3 shows the concept of cogging torque A generated when the slot 114 of the rotor 110 passes through the inflection point 100 located on the inlet side of the N pole 18 when the rotor 110 is rotated counterclockwise. Is shown.

【0025】同図(A)に示すよう、ティース112−
1の後端がN極18の入口側変極点付近にある場合に
は、ロータティース112に磁束の疎密差が発生し、こ
れが矢印Aで示す方向(回転方向と逆方向)にコギング
トルクAを発生させる。このとき、ティース112内の
磁束の疎密差が大きくなればなるほど大きなコギングト
ルクが発生する。
[0025] As shown in FIG.
When the rear end of 1 is near the inflection point on the inlet side of the N pole 18, a difference in magnetic flux density occurs in the rotor teeth 112, and this causes the cogging torque A in the direction indicated by the arrow A (the direction opposite to the rotation direction). generate. At this time, the larger the density difference of the magnetic flux in the teeth 112, the larger the cogging torque is generated.

【0026】そして、ロータ110がさらに回転し、ス
ロット114の後端部が、N極18の入口側端部付近に
位置すると、このスロット114と対向するN極18の
領域(同図中斜線で示す領域)は、対向領域に磁性材料
(ティース112)が存在しなくなるため、弱いマグネ
ットになる。したがって、このスロット114に近接し
ている上流側のティース112−1は極めて強いマグネ
ットになり、磁気的なアンバランスが最大となる。した
がって、この時発生するコギングトルクAの値も最大値
となる。
When the rotor 110 further rotates and the rear end of the slot 114 is located near the end of the N pole 18 on the entrance side, the region of the N pole 18 facing the slot 114 (shown by oblique lines in FIG. The region shown in the figure) becomes a weak magnet because the magnetic material (the teeth 112) does not exist in the facing region. Therefore, the upstream teeth 112-1 close to the slots 114 become extremely strong magnets, and the magnetic imbalance is maximized. Therefore, the value of the cogging torque A generated at this time also becomes the maximum value.

【0027】さらに、ロータ110が回転していき、同
図(C)のようになると、下流側のティース112−2
にも磁束の流れが発生し、全体として磁束の疎密差は緩
和され、コギングトルクAの値は次第に小さくなってい
く。
Further, when the rotor 110 rotates and becomes as shown in FIG.
The flow of the magnetic flux also occurs, the difference in the density of the magnetic flux is reduced as a whole, and the value of the cogging torque A gradually decreases.

【0028】同様なことは、N極18の出口側において
も発生し、この場合には、発生するコギングトルクは、
前述とは逆に、ロータ回転方向と同方向になる。
A similar phenomenon occurs on the exit side of the N pole 18. In this case, the generated cogging torque is
Contrary to the above, the direction is the same as the rotor rotation direction.

【0029】したがって、従来の直流モータのように、
例えばN極18の両端の変極点100を、ロータ110
のスロット114,114の位置と無関係に設定する
と、図4の特性曲線200で示すよう、ロータ110の
回転にともない、正方向(回転方向と同方向)および逆
方向(回転方向と反対方向)の最大コギングトルクが異
なるタイミングで交互に現れることとなる。
Therefore, like a conventional DC motor,
For example, the inflection points 100 at both ends of the N pole 18 are
Irrespective of the positions of the slots 114, 114, as shown by the characteristic curve 200 in FIG. 4, the rotation in the forward direction (the same direction as the rotation direction) and the reverse direction (the direction opposite to the rotation direction) occur as the rotor 110 rotates. The maximum cogging torque appears alternately at different timings.

【0030】これに対し、本発明では、ティース112
の間隔をθ2 、1スロット114の間隔をθ1 とした
際、これらθ1 ,θ2 との関係で、例えばN極18の入
口側の変極点位置100をa1 ,a2 ,a3 ,a4 ,a
5 ,a6 のいずれかの位置に設定し、N極18の出口側
位置100の変極点をa´1 ,a´2 ,a´3 ,a
´4,a´5 ,a´6 のいずれかの位置に設定すること
によって、コギングトルクを低減させることを特徴とす
るものである。
On the other hand, in the present invention, the teeth 112
Is θ 2 and the interval between the slots 114 is θ 1 , for example, the inflection point position 100 on the entrance side of the N pole 18 is set to a 1 , a 2 , a 3 in relation to θ 1 and θ 2. , A 4 , a
5 and a 6 , and the inflection points at the exit side position 100 of the N pole 18 are set to a ′ 1 , a ′ 2 , a ′ 3 , a
'4, a'5, by setting at any position a'6, is characterized in reducing the cogging torque.

【0031】すなわち、nを0以上の整数、2Dを永久
磁石14の内径、S極16,N極18をP対(但し、実
施例ではP=1である)とする。
That is, n is an integer of 0 or more, 2D is the inner diameter of the permanent magnet 14, S pole 16 and N pole 18 are P pairs (however, P = 1 in the embodiment).

【0032】このとき、変極点100を偶数番目の位置
2(n+1)に設定する場合には、X軸を基準としたその角
度位置θa 2(n+1)は次式で与えられる。
At this time, when the inflection point 100 is set to an even-numbered position a 2 (n + 1) , its angular position θa 2 (n + 1) with respect to the X axis is given by the following equation. .

【式1】 そして、前記、各変極点a2(n+1)の座標は次式で与えら
れる。
(Equation 1) The coordinates of each inflection point a 2 (n + 1) are given by the following equations.

【式2】 また、変極点を奇数番目の位置a2(n+1)に設定する場合
には、X軸を基準としたその角度位置θa (2n+1)の値は
次式で与えられる。
(Equation 2) When the inflection point is set at the odd-numbered position a 2 (n + 1) , the value of the angular position θa (2n + 1) with respect to the X axis is given by the following equation.

【式3】 そして、前記変極点a2n+1の座標は次式で与えられる。(Equation 3) The coordinates of the inflection point a 2n + 1 are given by the following equation.

【式4】 このとき注意しなければならないのは、N極18の入口
側の変極点位置を、式1で表される偶数番の位置a2
4 ,a6 のいずれかの位置に設定した場合には、N極
18の出口側の変極点位置も前記式1で表される偶数番
の位置a´2 ,a´4 ,a´6 のいずれかの位置に設定
する必要がある。また、N極18の入口側の変極点位置
をa1 ,a3 ,a5 の奇数番のいずれかの位置に設定し
た場合には、その出口側の変極点もa´1 ,a´3 ,a
´5 のいずれかの位置に設定する必要がある。
(Equation 4) At this time, it should be noted that the position of the inflection point on the entrance side of the N pole 18 is determined by the even-numbered positions a 2 ,
If the position is set to any one of the positions a 4 and a 6 , the inflection point position on the exit side of the N pole 18 is also an even-numbered position a ′ 2 , a ′ 4 , a ′ 6 represented by the above equation (1). Must be set to one of the positions. When the inflection point position on the entrance side of the N pole 18 is set to any of odd-numbered positions of a 1 , a 3 , and a 5 , the inflection point on the exit side is also a ′ 1 , a ′ 3 , A
It must be set to one of the positions of ' 5 .

【0033】従って、N極18の両端を変極点をa6
a´6 の位置に設定した場合には、そのときの角度±θ
6 は、前記式1で与えられる。すなわち、式1に、n
=2を代入し、前記角度を求めればよい。そして、X軸
を基準として、+θa6 の角度が入口側変極点a6 の位
置となり、−θa6 の角度が出口側変極点θa´6 の位
置となる。
Therefore, the inflection points at both ends of the N pole 18 are a 6 ,
When set to the position of the a'6, the angle ± theta at that time
a 6 is given by Equation 1 above. That is, in Equation 1, n
= 2, and the angle may be obtained. Then, based on the X-axis, + angle .theta.a 6 becomes the position of the inlet-side inflection point a 6, the angle of -Shitaei 6 is a position of the outlet-side inflection point θa' 6.

【0034】また、N極18の両端変極点を奇数番目に
設定する場合、例えばa5 ,a´5に設定する場合に
は、前記式3にa2 =2を代入し、角度+θa5 ,−θ
5 を求めればよい。
Further, when setting the opposite ends inflection point of N pole 18 in odd-numbered, for example a 5, when setting the a'5 substitutes a 2 = 2 in the equation 3, the angle + .theta.a 5, −θ
a a 5 may be obtained.

【0035】そこで注意することは、N極18の入口側
の変極点を前記式1の偶数番目の値に設定する場合に
は、出口側の変極点位置も偶数番目の変極点位置に設定
しなければならないということである。なお、N極の一
方の変極点をa6 に設定し、他方の変極減少をa´4
位置に設定することも可能である。
It should be noted that when the inflection point on the entrance side of the N pole 18 is set to the even-numbered value of the above equation 1, the inflection point position on the exit side is also set to the even-numbered inflection point position. It must be. Incidentally, it sets one of the inflection point of the N pole to a 6, it is possible to set the other inflection reduced to the position of the a'4.

【0036】N極18の両端に奇数番目の変極点を設定
する場合でも同様である。
The same applies to the case where odd-numbered inflection points are set at both ends of the N pole 18.

【0037】図5(a)〜(e)、図6(f),(g)
には、従来の直流モータと、本実施例の直流モータの動
作が対比説明されている。図中左側の列は、従来の直流
モータ、右側の列は本実施例の直流モータの動作を図示
している。
FIGS. 5A to 5E and FIGS. 6F and 6G.
Describes the operation of the conventional DC motor and the operation of the DC motor of the present embodiment in comparison. The left column in the drawing shows the operation of the conventional DC motor, and the right column shows the operation of the DC motor of the present embodiment.

【0038】ここで、実施例の直流モータは、N極1
8、S極16の両端における変極点位置を、前記式3で
表されるa5 ,a´5 の角度位置に設定し、これら変極
点より外部の磁石はカッティングにより除去したものを
用いている。
Here, the DC motor of the embodiment has an N pole 1
8, the inflection point positions at both ends of the S-pole 16, the equation 3 a 5 represented by the set angular position of the a'5, the external magnet from these inflection point is used after removal by cutting .

【0039】図5、図6に示す実施例では、それぞれロ
ータ110を反時計方向に3度ずつ18度まで回転した
状態が概略的に示されている。
In the embodiments shown in FIGS. 5 and 6, the state in which the rotor 110 is rotated counterclockwise by 3 degrees to 18 degrees is schematically shown.

【0040】図5,図6の左側の列に示すよう、従来の
ようにS極16、N極18の両端の変極点を、ロータ1
10のスロット114の位置と無関係に設定すると、ロ
ータ110が順次回転していくにしたがって、例えば、
図5(e)に示すよう、S極16、N極18の入口側変
極点位置にロータ110がさしかかったときに、ロータ
の回転を阻害する方向に大きなコギングトルクが発生
し、さらに回転が進み、図6(g)に示すよう、S極1
6、N極18の出口側にスロット114,114がさし
かかったときには、前述とは逆にロータを加速する方向
にコギングトルクが発生する。
As shown in the left column of FIGS. 5 and 6, the inflection points at both ends of the S pole 16 and the N pole 18 are changed to the rotor 1 as in the prior art.
If it is set independently of the position of the slot 114, as the rotor 110 rotates sequentially, for example,
As shown in FIG. 5E, when the rotor 110 approaches the position of the inflection point on the inlet side of the S pole 16 and the N pole 18, a large cogging torque is generated in a direction that hinders the rotation of the rotor, and the rotation further proceeds. As shown in FIG.
6. When the slots 114, 114 approach the outlet side of the N pole 18, a cogging torque is generated in the direction of accelerating the rotor, contrary to the above.

【0041】すなわち、ロータの回転を妨げる方向にコ
ギングトルクを発生させる磁気アンバランスの最大値
と、ロータを加速する方向にコギングトルクを発生させ
る磁気アンバランスの最大値が異なるタイミングで発生
するため、この従来の直流モータでは、図4の特性曲線
200で示すよう、大きなピークをもったコギングトル
クが交互にしかも逆向きに発生することになる。
That is, the maximum value of the magnetic unbalance that generates the cogging torque in the direction that hinders the rotation of the rotor and the maximum value of the magnetic unbalance that generates the cogging torque in the direction of accelerating the rotor are generated at different timings. In this conventional DC motor, as shown by a characteristic curve 200 in FIG. 4, cogging torque having a large peak is generated alternately and in the opposite direction.

【0042】これに対し、図5、図6の右列に示すよ
う、実施例の直流モータでは、ロータ110が反時計方
向へ順次回転していくと、図6(f)に示すタイミング
で、図3(B)に示すような磁気アンバランスが最大と
なる箇所(コギングトルクが最大となる箇所)がS極1
6の入口側および出口側両端位置と、N極18の入口側
および出口側両端位置の合計4ヵ所で同時に発生する。
したがって、ロータ110を加速する方向へ作用するコ
ギングトルクとロータを減速する方向へ作用するコギン
グトルクとが互いに相殺しあい、全体としてそのコギン
グトルクの値は大幅に低減される。図4において、特性
曲線300は、実施例の直流モータにおいて発生するコ
ギングトルクの特性を表している。
On the other hand, as shown in the right columns of FIGS. 5 and 6, in the DC motor of the embodiment, when the rotor 110 sequentially rotates in the counterclockwise direction, at the timing shown in FIG. As shown in FIG. 3B, the point where the magnetic imbalance is maximum (the point where the cogging torque is maximum) is the S pole 1
6 at the both ends of the inlet and outlet sides of the N pole 6 and the both ends of the N pole 18 at the inlet and outlet sides.
Therefore, the cogging torque acting in the direction of accelerating the rotor 110 and the cogging torque acting in the direction of decelerating the rotor cancel each other, and the value of the cogging torque is greatly reduced as a whole. In FIG. 4, a characteristic curve 300 represents the characteristic of the cogging torque generated in the DC motor of the embodiment.

【0043】同図から明らかなように、従来の直流モー
タに比べ、本実施例の直流モータでは発生するコギング
トルクを大幅に低減可能であることが理解される。図7
には、図5,図6において左列に示す従来の直流モータ
と、右列に示す本実施例の直流モータのそれぞれに発生
するコギングトルクの実測データが示されている。本実
施例によれば、従来品に比べ、そのコギングトルクを5
分の1にまで低減できたことが確認された。
As is apparent from the drawing, it is understood that the cogging torque generated in the DC motor of this embodiment can be significantly reduced as compared with the conventional DC motor. FIG.
5 shows actual measurement data of cogging torque generated in each of the conventional DC motor shown in the left column in FIG. 5 and FIG. 6 and the DC motor of the present embodiment shown in the right column. According to this embodiment, the cogging torque is 5 times less than that of the conventional product.
It was confirmed that it could be reduced to one-half.

【0044】このように、本実施例の直流モータによれ
ば、モータ出力に直接寄与する有効磁束にほとんど影響
を与えることなく、コギングトルクを効果的に抑制する
ことが可能となる。
As described above, according to the DC motor of this embodiment, the cogging torque can be effectively suppressed without substantially affecting the effective magnetic flux directly contributing to the motor output.

【0045】なお、本発明は、前記実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨の範囲内で各種の変形実施
が可能である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention.

【0046】例えば、前記実施例では、N極とS極とを
一対設けた場合を例に取り説明したが、本発明はこれに
限らず、必要に応じこれN極とS極を2対以上設けるこ
ともできる。
For example, in the above embodiment, the case where a pair of N pole and S pole is provided has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and two or more pairs of N pole and S pole may be used as necessary. It can also be provided.

【0047】この場合でも、各磁極の磁極中心を基準と
し、前記実施例と同様にして変極点を設定してやればよ
い。
In this case, the inflection point may be set in the same manner as in the above embodiment, with the center of each magnetic pole as a reference.

【0048】また、前記実施例では、異方性磁石を例に
取り説明したが、本発明はこれに限らず、必要に応じて
等方性磁石を用いることもできる。
Further, in the above-described embodiment, the description has been made by taking an anisotropic magnet as an example. However, the present invention is not limited to this, and an isotropic magnet can be used if necessary.

【0049】さらに、図5,図6に示す実施例では、S
極、N極の両端が、入口側および出口側の変極点位置と
一致する場合を例に取り説明したが、本発明はこれに限
らず、N極、S極を、入口側および出口側の変極点間の
幅より大きく形成し、変極点の外部領域を、例えば図8
(A)に示すようパラレル配向としても良く、また図8
(B)に示すよう変極点の外部領域を薄くし、部分偏心
させた構造とすることもできる。
Further, in the embodiment shown in FIGS. 5 and 6, S
Although the case where both ends of the pole and the N pole coincide with the inflection point positions on the entrance side and the exit side has been described as an example, the present invention is not limited to this. The width formed between the inflection points is larger than the width between the inflection points.
As shown in FIG. 8A, a parallel orientation may be used.
As shown in (B), a structure in which the outer region of the inflection point is thinned and partially eccentric may be employed.

【0050】さらに、前記実施例では、本発明を直流モ
ータに適用した場合を例に取り説明したが、本発明はこ
れに限らず、これ以外にも各種直流発電機等にも適用す
ることができる。
Further, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to a DC motor has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to various DC generators and the like. it can.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固定子側永久磁石両端の界磁磁束密度分布の立ち上がり
/立ち下がり領域における変極点位置を、ロータの1ス
ロットの角度およびティース間角度との関係で最適位置
に設定することにより、本発明を直流モータに適用する
場合には、モータの出力等を低下させることなくコギン
グトルクを大幅に低減することができ、また本発明を直
流発電機に適用する場合には、発電出力に悪影響を与え
ることなく、振動を有効に低減することが可能となる。
As described above, according to the present invention,
By setting the position of the inflection point in the rising / falling region of the field magnetic flux density distribution at both ends of the stator-side permanent magnet at an optimum position in relation to the angle of one slot of the rotor and the angle between the teeth, the present invention is applied to When applied to a motor, the cogging torque can be significantly reduced without lowering the output of the motor, etc., and when the present invention is applied to a DC generator, without adversely affecting the power generation output. And vibration can be effectively reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明が適用された直流モータにおける変極点
の設定位置を説明するための断面概略説明図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a setting position of an inflection point in a DC motor to which the present invention is applied.

【図2】図1に示す直流モータの回転角とギャップ磁束
密度との関係を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between a rotation angle of the DC motor shown in FIG. 1 and a gap magnetic flux density.

【図3】直流モータにおけるコギングトルク発生原理の
概略説明図である。
FIG. 3 is a schematic explanatory diagram of a principle of generating a cogging torque in a DC motor.

【図4】従来の直流モータと本実施例の直流モータを用
いて実測したロータ回転角とコギングトルクとの相関関
係データの説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of correlation data between a rotor rotation angle and cogging torque measured using a conventional DC motor and the DC motor of the present embodiment.

【図5】同図(a)ないし(e)は、ロータを3度ずつ
反時計方向へ回転駆動した状態のロータとステータとの
相対位置の変化を示す説明図であり、同図において左列
は、従来の直流モータの一連の動作を表し、右列は本実
施例の直流モータの一連の動作を表している。
FIGS. 5A to 5E are explanatory diagrams showing a change in the relative position between the rotor and the stator in a state where the rotor is driven to rotate counterclockwise three times at a time, and FIG. Represents a series of operations of the conventional DC motor, and the right column represents a series of operations of the DC motor of the present embodiment.

【図6】同図(a),(g)は、図5に続いてロータを
3度ずつ反時計方向へ回転駆動した場合におけるロータ
とステータとの相対位置の変化が示され、左列は従来の
直流モータの動作、右列は本実施例の直流モータの動作
を表している。
6 (a) and 6 (g) show changes in the relative position between the rotor and the stator when the rotor is driven to rotate counterclockwise three times at a time following FIG. 5; The operation of the conventional DC motor, and the right column shows the operation of the DC motor of this embodiment.

【図7】従来の直流モータと本実施例の直流モータのコ
ギングトルクの実測データの説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of actually measured cogging torque data of the conventional DC motor and the DC motor of the present embodiment.

【図8】図8(A)は、変極点の外部領域にパラレル配
向を施した場合の説明図であり、図8(B)は、変極点
の外部領域を部分偏心させた場合の実施例の説明図であ
る。
FIG. 8A is an explanatory diagram in a case where a parallel orientation is applied to an outer region of an inflection point, and FIG. 8B is an embodiment in a case where the outer region of the inflection point is partially decentered. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ステータ 12 ヨータ 14 永久磁石 16 S極 18 N極 100 変極点 110 ロータ 112 ティース 114 スロット DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Stator 12 Yota 14 Permanent magnet 16 S pole 18 N pole 100 Inflection point 110 Rotor 112 Teeth 114 Slot

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 界磁磁束を発生させるP対の永久磁石を
含む固定子と、 1スロット角度がθ1 で、ティース間角度がθ2 のロー
タと、 を含む直流機において、 n を0以上の整数として用い、前記永久磁石の磁極中心
を基準として、次式(1),(2)で角度θa 2(n+1)
θa (2n+1)を定義した場合に、 θa 2(n+1)=(2n+1)θ1 /2+θ2 …………………(1) 但し、0°≦(2n+1)θ1 /2+θ2 ≦π/2P θa (2n+1)= nθ1 +θ2 /2………………………(2) 但し、0°≦ nθ1 +θ2 /2≦π/2P前記永久磁石
は、その両端の磁束密度分布の立ち上がり及び立ち下が
り領域の変極点位置が、前記θa 2(n+1)またはθa
(2n+1)のいずれかの角度付近に設定されることを特徴と
する直流機。
1. A DC machine comprising: a stator including P pairs of permanent magnets for generating a field magnetic flux; and a rotor having a slot angle of θ 1 and an inter-teeth angle of θ 2 , wherein n is 0 or more. And the angle θa 2 (n + 1) in the following equations (1) and (2) with respect to the center of the magnetic pole of the permanent magnet.
.theta.a if you define the (2n + 1), θa 2 (n + 1) = (2n + 1) θ 1/2 + θ 2 ..................... (1) where, 0 ° ≦ (2n + 1 ) θ 1/2 + θ 2 ≦ π / 2P θa (2n + 1) = nθ 1 + θ 2/2 ........................... (2) where, 0 ° ≦ nθ 1 + θ 2/2 ≦ π / 2P said In the permanent magnet, the inflection point position of the rising and falling regions of the magnetic flux density distribution at both ends is the angle θa 2 (n + 1) or θa
A DC machine characterized by being set near one of the angles (2n + 1) .
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