JP4153504B2 - Skeleton type BLDC motor - Google Patents
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Description
本発明は、スケルトンタイプのBLDCモータに関し、特に、コギングトルクを低減して共振騒音を低減したBLDCモータに関する。 The present invention relates to a skeleton type BLDC motor, and more particularly to a BLDC motor in which resonance noise is reduced by reducing cogging torque.
図7は、従来のスケルトンタイプ(skeleton type)のBLDCモータの斜視図で、図8は、従来のスケルトンタイプのBLDCモータの断面図で、図9は、図8のB−B線断面図である。 7 is a perspective view of a conventional skeleton type BLDC motor, FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional skeleton type BLDC motor, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. is there.
これらの図に示すように、従来のスケルトンタイプのBLDCモータは、電源が印加されるステータ102と、ステータ102の内周面にエアギャップをおいて配置され、ステータ102との相互作用により回転するロータ104と、ロータ104の中央に装着され、ロータ104と共に回転しながら外部に回転力を伝達する回転軸106とを含む。
As shown in these drawings, the conventional skeleton type BLDC motor is arranged with a
ステータ102の一方側には、ロータ104を駆動するための駆動回路が実装されたPCB108が設置され、このPCB108は、PCBカバー110内に収納される。
A
ステータ102は、複数のシートが積層されてリベットにより締結され、内側にロータ104が収容される第1ポールシュー112と第2ポールシュー114とが一体に形成されるステータコア116と、このステータコア116に固定される一対のボビン118、120と、この1対のボビン118、120にそれぞれ巻かれ、交互に電源が印加される一対のコイル122、124とから構成される。
The
上記の第1ポールシュー112及び第2ポールシュー114には、ロータ104の初期起動のために、ロータのトルクが0の位置に整列されないように、ロータ104の回転軸線に対し対称をなすようにデテントグルーブ126がそれぞれ形成される。
The
ロータ104は、図10に示すように、ロータ104の中心から半径方向に形成される磁極分離線128を基準にして、一方側はN極、他方側はS極からなる円板状のマグネット130と、このマグネット130の内周面に配置され、その中央に回転軸106が固定されるマグネットフレーム132とから構成される。
As shown in FIG. 10, the
ロータ104は、モータハウジング140の内部に収容され、このモータハウジング140には、回転軸106を回転自在に支持する一対の軸受142、144が配設される。
The
PCBカバー110には、ロータ104の回転位置を検出する位置検出センサ(図示せず)が配設され、この位置検出センサは、センサ収容部136に収容される。
The
以下、このように構成された従来のスケルトンタイプのBLDCモータの動作を説明する。 Hereinafter, the operation of the conventional skeleton type BLDC motor configured as described above will be described.
モータに電源が印加されると、位置検出センサは、ロータ104の磁極分離線128の情報を利用してロータ104の回転位置を検出し、その検出された結果に基づいて、一対のコイル122、124の何れか一つに直流電源が印加される。すると、ステータコア116が励磁されてマグネット130を回転させ、これにより、マグネット130が装着されるマグネットフレーム132が共に回転し、このマグネットフレーム132に固定された回転軸106が回転する。
When power is applied to the motor, the position detection sensor detects the rotational position of the
初期起動時に、ロータ104は、第1ポールシュー112及び第2ポールシュー114に比べて相対的に大きいエアギャップを有するように形成されたデテントグルーブ126により、トルクが0の位置に整列されないようになる。
At the initial start-up, the
しかしながら、上記のような従来のスケルトンタイプのBLDCモータにおいては、磁気エネルギーが最小の平衡状態に移動しようとする接線方向の力であるコギングトルク(cogging torque)が必然的に発生し、このようなコギングトルクは、電流とは関係なくマグネットと第1ポールシュー及び第2ポールシュー間で発生する。 However, in the conventional skeleton type BLDC motor as described above, a cogging torque, which is a tangential force trying to move to an equilibrium state where the magnetic energy is minimized, is inevitably generated. The cogging torque is generated between the magnet and the first and second pole shoes regardless of the current.
また、ロータの回転によりロータの磁極分離線がデテントグルーブを過ぎるとき、ロータとステータ間のエアギャップが変わり、これにより磁束密度が変化して基本次数だけでなく高次のコギングトルクが発生し、その高次のコギングトルクがモータの共振騒音の主要原因となり、モータにおいて騒音が増加するという問題点がある。 In addition, when the rotor magnetic pole separation line passes the detent groove due to the rotation of the rotor, the air gap between the rotor and the stator changes, thereby changing the magnetic flux density and generating not only the basic order but also higher order cogging torque, The higher-order cogging torque becomes a major cause of motor resonance noise, and there is a problem that noise increases in the motor.
上述のようなコギングトルクの発生を減らすために、マグネットの着磁方法を改善するか、マグネットの形状を変更して加振源を低減させるなどの方法を用いて騒音を低減するための研究開発に力を注いだが、これらの方法を用いる場合、高次(4次、5次....)のコギングトルクはもちろん、基本次数のコギングトルクも共に減少して、一定水準のコギングトルクを必要とするモータの性能低下を招くという問題点がある。 R & D to reduce noise using methods such as improving the magnet magnetization method or changing the magnet shape to reduce the excitation source in order to reduce the occurrence of cogging torque as described above However, when these methods are used, not only high order (4th order, 5th order ...) cogging torque but also basic order cogging torque is reduced, and a certain level of cogging torque is required. There is a problem that the performance of the motor is reduced.
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、モータ駆動時に発生するコギングトルクのうち、高次のコギングトルクのみを減少させることにより、モータの性能を維持しながらも共振騒音を低減させることができるスケルトンタイプのBLDCモータを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and maintains the performance of the motor by reducing only the higher-order cogging torque among the cogging torque generated when the motor is driven. An object of the present invention is to provide a skeleton type BLDC motor that can reduce resonance noise.
このような目的を達成するために、本発明によるスケルトンタイプのBLDCモータは、磁極分離線を基準にN極とS極とに分離されるロータと、該ロータがエアギャップをおいて配置され、内側面に第1ポールシュー、第2ポールシュー及び一対のデテントグルーブが形成されるステータとから構成され、前記磁極分離線が通過するロータの両端部には、前記デテントグルーブとの間のエアギャップを大きくするために、円形から所定の幅だけ除去された形状のエアギャップ形成部が形成されることを特徴とする。 In order to achieve such an object, a skeleton type BLDC motor according to the present invention includes a rotor that is separated into an N pole and an S pole based on a magnetic pole separation line, and the rotor is disposed with an air gap therebetween. A stator having a first pole shoe, a second pole shoe, and a pair of detent grooves formed on the inner surface, and air gaps between the detent grooves at both ends of the rotor through which the magnetic pole separation line passes. In order to increase the air gap, an air gap forming portion having a shape removed from the circle by a predetermined width is formed.
本発明によるスケルトンタイプのBLDCモータにおいては、ロータのN極とS極とを分離する磁極分離線が通過するロータの両端部を除去したエアギャップ形成部を有するようにすることで、ステータに形成されたデテントグルーブとの間のエアギャップを大きくして、高次のコギングトルクを減少させて共振騒音を減らすことができるという効果がある。 In the skeleton type BLDC motor according to the present invention, a magnetic pole separation line that separates the N pole and the S pole of the rotor is provided with an air gap forming portion in which both ends of the rotor are removed to form the stator. There is an effect that the resonance noise can be reduced by increasing the air gap between the detent groove and the high-order cogging torque.
以下、添付の図面を参照して、本発明によるスケルトンタイプのBLDCモータの好ましい実施形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a skeleton type BLDC motor according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明によるスケルトンタイプのBLDCモータの断面図で、図2は、図1のA−A 線断面図である。 FIG. 1 is a sectional view of a skeleton type BLDC motor according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG.
図に示すように、本発明によるスケルトンタイプのBLDCモータは、モータハウジング10と、このモータハウジング10の内部に固定され、電源が印加されるステータ12と、ステータ12の内周面にエアギャップをおいて配置され、ステータ12との相互作用により回転するロータ14と、このロータ14の中央に装着され、ロータ14と共に回転しながら外部に回転力を伝達する回転軸16とを含む。
As shown in the figure, a skeleton type BLDC motor according to the present invention includes a
ステータ12の一方側には、ロータ14を駆動するための駆動回路が実装されたPCB18が設置され、このPCB18は、PCBカバー20内に収納される。PCBカバー20には、ロータ14の回転位置を検出する位置検出センサ(図示せず)が配設され、この位置検出センサは、センサ収容部52に収容される。
A
ステータ12は、複数のシートが積層されてリベットにより締結され、内部にロータ14が収容される第1ポールシュー22と第2ポールシュー24とが一体に形成されるステータコア26と、このステータコア26に固定される一対のボビン28、30と、この一対のボビン28、30にそれぞれ巻かれ、交互に電源が印加される一対のコイル32、34とから構成される。
The
第1ポールシュー22及び第2ポールシュー24には、ロータ14の初期起動のために、ロータのトルクが0の位置に整列されないように、ロータ14の回転軸線に対し対称になる位置に一対のデテントグルーブ36がそれぞれ形成される。
The
回転軸16とモータハウジング10との間には、軸受50が装着されて回転軸16を回転自在に支持する。
A
ロータ14は、図3に示すように、ロータ14の中心を横切ってロータ14を二つの部分に区画する磁極分離線40を基準にして、一方側はN極、他方側はS極からなる円板状のマグネット42と、このマグネット42の内周面に固定され、その中央に回転軸16が固定されるマグネットフレーム44とから構成される。
As shown in FIG. 3, the
ここで、ロータ14は、円形に形成され、半円状のN極と半円状のS極とからなる。
Here, the
また、上記の磁極分離線40が通過するロータ14の両端部には、円形から幅Tだけ除去された形状を有するエアギャップ形成部60が形成される。このエアギャップ形成部60は、磁極分離線40が通過するロータ14の直径L1が、磁極分離線40と90°をなすロータ14の直径Lより小さくなるように形成される。
In addition, air
また、エアギャップ形成部60は、磁極分離線40が通過するロータ14の直径L1から、磁極分離線40と90°をなすロータ14の直径L側に行くほど、その直径が次第に大きくなるように形成されることが好ましい。そして、エアギャップ形成部60は、円の中心から左/右方向に1〜1.5mm程度偏心して形成されることが好ましい。
Further, the air
このようなエアギャップ形成部60は、磁極分離線40がステータ12に形成されたデテントグルーブ36を通過するときに大きなエアギャップが形成されるようにして、高次のコギングトルクを減少させる。
Such an air
以下、このように構成された本発明によるスケルトンタイプのBLDCモータの動作を説明する。 Hereinafter, the operation of the skeleton type BLDC motor configured as described above according to the present invention will be described.
モータに電源が印加されると、位置検出センサは、ロータ14の位置情報を検出し、駆動回路は、上記の位置検出センサにより検出された結果に基づいて、一対のコイル32、34の何れか一つに直流電源を供給する。すると、ステータコア26が励磁されて、ロータ14との相互作用によりロータ14が回転する。
When power is applied to the motor, the position detection sensor detects the position information of the
このとき、ロータ14は、N極とS極との分離線である磁極分離線40がステータ12のデテントグルーブ36を通過するときに、ロータ14に形成されたエアギャップ形成部60により最大のエアギャップを有するようになるので、高次のコギングトルク成分が減少する。
At this time, when the magnetic
ここで、上記のコギングトルクとは、磁気エネルギーが最小の平衡状態に移動しようとする接線方向の力であり、電流とは関係なくロータとステータ間のエアギャップにより発生し、本発明の構成により、微小回転角の変化による磁気エネルギーのエネルギー変化が正弦波状になって、高周波成分のコギングトルクが効果的に減少し、これにより、共振騒音を減少させることができる。 Here, the above cogging torque is a tangential force that tends to move to an equilibrium state where the magnetic energy is minimum, and is generated by an air gap between the rotor and the stator regardless of the current. The energy change of the magnetic energy due to the change in the minute rotation angle becomes a sine wave, and the cogging torque of the high frequency component is effectively reduced, thereby reducing the resonance noise.
図4は、従来のスケルトンモータのロータと本発明によるスケルトンモータのロータとが360°回転するときのコギングトルクを比較したグラフである。 FIG. 4 is a graph comparing the cogging torque when the rotor of the conventional skeleton motor and the rotor of the skeleton motor according to the present invention rotate 360 °.
図4に示すように、従来のロータ104によるコギングトルクの測定値Pに比べて、本発明のロータ14によるコギングトルクの測定値Q、Rは、高周波成分の4次以上のコギングトルクが減少したことが分かる。
As shown in FIG. 4, compared with the measured value P of the cogging torque by the
図5は、本発明と従来技術との高次のコギングトルクを比較したグラフで、本発明のコギングトルクBが従来のコギングトルクAに比べて低く、特に、ハーモニックレベル(harmonic level)が4以上の高いレベルにおいて、本発明のコギングトルクが従来に比べて80%以上減少したことが分かる。 FIG. 5 is a graph comparing high-order cogging torques of the present invention and the prior art. The cogging torque B of the present invention is lower than the conventional cogging torque A, and in particular, the harmonic level is 4 or more. It can be seen that at a high level, the cogging torque of the present invention is reduced by more than 80% compared to the conventional case.
図6は、本発明のスケルトンモータと従来のスケルトンモータとから発生する騒音を比較したグラフで、本発明のスケルトンモータの騒音Tが従来のスケルトンモータの騒音Sに比べて顕著に低いことが分かる。 FIG. 6 is a graph comparing the noise generated from the skeleton motor of the present invention and the conventional skeleton motor. It can be seen that the noise T of the skeleton motor of the present invention is significantly lower than the noise S of the conventional skeleton motor. .
10 モータハウジング
12 ステータ
14 ロータ
16 回転軸
18 PCB
20 PCBカバー
22 第1ポールシュー
24 第2ポールシュー
26 ステータコア
28、30 ボビン
32、34 コイル
36 デテントグルーブ
40 磁極分離線
42 マグネット
44 マグネットフレーム
60 エアギャップ形成部
10
20
Claims (3)
前記ロータがエアギャップをおいて配置され、内側面に第1ポールシュー、第2ポールシュー及び一対のデテントグルーブが形成されるステータとから構成され、
前記磁極分離線が通過する前記マグネットの外周面の両端部には、高次のコギングトルクを低減できるように前記デテントグルーブとの間のエアギャップを大きくするためのエアギャップ形成部が形成され、
前記エアギャップ形成部は、前記磁極分離線が通過する前記マグネットの外周面の両端部が円形から所定部分が除去されて、前記磁極分離線が通過する前記ロータの直径から、前記磁極分離線に垂直な前記ロータの直径側に行くほど、直径が次第に大きくなるように、楕円形に形成されることを特徴とするスケルトンタイプのBLDCモータ。 A rotor including a cylindrical magnet separated into an N pole and an S pole on the basis of a magnetic pole separation line; and a magnet frame fixed to the inner peripheral surface of the magnet and provided with a rotation shaft at the center thereof ;
The rotor is disposed with an air gap, and includes a stator having a first pole shoe, a second pole shoe, and a pair of detent grooves formed on an inner surface,
At both ends of the outer peripheral surface of the magnet through which the magnetic pole separation line passes, an air gap forming portion is formed for increasing the air gap between the detent groove so as to reduce higher-order cogging torque ,
The air gap forming portion is formed by removing predetermined portions from both ends of the outer peripheral surface of the magnet through which the magnetic pole separation line passes and removing the predetermined portion from the diameter of the rotor through which the magnetic pole separation line passes. toward the diameter side of vertical the rotor, so that the diameter becomes gradually larger, skeleton type BLDC motor, characterized in Rukoto formed elliptical.
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