JP4463947B2 - Structure of brushless DC motor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はブラシレスDCモータに関するものであり、特に容易にコギングトルクを低減させる構造を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来ブラシレスDCモータ(以下、モータと略す。)では巻線を施すスロットの存在の故に生起されるトルク変動、即ちコギングトルクが発生する。即ち、ロータとステータとの相対移動時にロータの磁極から発生する界磁磁束の磁路が、ステータのスロット開口部をロータの磁極が横切る度に周期的に変化して、ギャップでの磁束分布に変化が生じることによる。したがって、このコギングの周期及び大きさはステータコアに設けられたスロットの数とロータの磁極数に依存しており、回転角度に対する波形はステータのスロット開口部やロータの磁極の形状や寸法によって大きく変化する。
【0003】
従来、このコギング対策には様々な方法が提案されているが、一般的に行われているものとしてはロータとステータ間の磁気的な空間距離(ギャップ)をロータ磁極の両端において大きくさせ不等となるように構成し、任意のステータティースへ鎖交する磁束の変化を滑らかにさせている。又、ロータの磁極を回転軸の方向に関してスキューを施すことでロータの磁極極間部がステータティースを横切る際のステータへの磁束鎖交の変化を緩和させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
不等ギャップによるコギング対策では通常永久磁石の形状を加工で対応しており、その形状はステータのティース形状やスロット開口部の大きさに応じて変える必要があり、永久磁石の形状の決定には多数の試作や多種の解析を行っているのが現状である。この様な対策によりモータのコギングトルクはかなり改善されるものの十分とはいえない。また、この様な処置を施すことでコギングトルクを低減しようとすればするほどロータの極間部でのギャップを大幅に広げる必要があり、ロータからステータへの鎖交磁束は低下することになる。
【0005】
また、別の方法として、ロータ磁極にスキューを施す場合ではスキューの角度を大きくすれば効果が期待できるが、これにより磁極の有効磁束がスキュー角度に比例して減少しモータ特性の悪化を起こす。即ち、モータとしての電気的特性面から見れば、スキューの存在する部位の永久磁石はモータ性能としての有効な磁束として作用せず無駄な永久磁石を使用していると言える。
【0006】
更に、近年多くのモータが高磁束密度の希土類の永久磁石を使用してそのサイズを小型化しようとしており、コギングトルクそのものが大きくなり、この場合、従来のコギングトルク低減方法の構造では十分な対応がとれなくなってきている。また、永久磁石の加工も小さい形状のものを精度良く加工しなくてはならず難しくなっている。また、スキューを施すものにあっては、永久磁石の組み合わせで行おうとするとセグメントでの永久磁石自身にスキューを施さなくてはならず全く量産性のないものとなってしまう。
【0007】
図9にスキューが施された永久磁石2を組み合わせたロータの斜視図を示す。該図では、ロータコア3の表面に回転軸方向にスキュー角度θSを有する永久磁石2を4個、円周方向に並べ4極のロータを構成している。永久磁石に形状的にスキューを施さない方法としては、リング形状の永久磁石を使用することがあるが、前述のモータとしての電気特性面でスキューの部位にあたる無駄な領域が、存在するという問題が依然として残っている。
【0008】
また、この種のモータにおいては、ロータのコア内部に永久磁石を埋め込むものが提案されており電気的な特性の改善がなされているにも係わらず、根本的には、この様なモータ構造においては有効で簡便なコギングトルクを低減するための構成や、製造方法の提案は成されていない。
【0009】
【問題点を解決するための手段】
本発明は前記問題に鑑み成され、ロータの有効磁極開角をステータのスロットピッチの整数倍に1スロット開口角に相当する角度を加えた値に設定し、前記ロータを軸方向に分割し、該分割されたロータが其々のコギングトルクに関して1/2周期に相当する機械角度分を軸周りにずらして構成し、
前記軸方向の中央部に位置するロータが両端に位置するロータに比べ2倍の大きさのコギングトルク波形を有し、且つ、両端に位置するロータは同一のコギングトルクの位相と大きさとなるように組み上げられることを特徴とするブラシレスDCモータの構造を提供するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施例に基づいて説明する。尚、ロータ構成上同じもの若しくは実施使用上同じ意味を持つものは、図1と同じ記号を付して説明を省略する。図1はステータのスロット数が24の分布巻が施される4極モータを示す。但し、巻線については図を見易くするために省略してある。2は永久磁石、3はロータコア、4はステータコアであり永久磁石2はロータコア3の表面に取りつけられている。該モータの構成ではステータ側の励磁に係わる磁極ピッチは24スロット/4極で表され、6スロットピッチ毎となる。通常、一般的な巻線の方法では1スロットに1コイル分一括収納するのでステータの有効な励磁磁極角は、ロータに対向する様に6スロットピッチ内の5個分のティースに跨る角度となる。
【0011】
同様に、図2は6スロットで1つのティースに巻線が集中的に施される所謂集中巻の例である。この場合のステータ側の励磁に係わる磁極ピッチは1スロットピッチ毎であり、ステータの有効な磁極角はロータに対向する1個分のティースの角度であることは明白である。
【0012】
コギングトルクはステータの巻線とは無関係に発生するので、無励磁での該ステータ内にて着磁された永久磁石が組まれたロータを任意の角度位置から左回転にて回転させた場合のコギングトルクを磁界解析で算出させた例を図3に示す。尚、該図では本発明がコギングトルクのロータとステータの相対位置関係を問題にしているのではなく、コギングトルク波形の形を問題にしているので波形を見易くするためにコギングトルクの発生が全て正方向の値を示すステータとロータの位置関係を基点としている。
【0013】
今、ロータ側の有効磁極開角についてロータのいかなる回転位置においても少なくとも一端がステータティースの開角内にある場合、即ち、図1及び図2におけるθ1のような有効磁極開角では、コギングトルク波形は図3内のTθ1の如く立ち上がりが急峻で立下りがなだらかな形を描く。
【0014】
逆に、ロータ側の有効磁極開角の回転位置が、ロータ磁極両端がスロット開口部の開角内にある状態が存在するような場合、即ち、図1及び図2におけるθ2のような有効磁極開角では、コギングトルク波形は図3内のTθ2の如く立ち上がりがなだらかで立下りが急峻な形を描く。
【0015】
ここで、ロータ側の有効磁極開角をステータのスロットピッチの整数倍に1スロットの開口角度に相当する角度を加えた値に設定する。即ち、図1及び図2におけるθkに示す如くロータの有効磁極開角が対向するステータのティースの内側に跨る角度に合致するよう設定すると、コギングトルク波形は図3内のTθkの如く半周期の波形が左右対称で正負同一振幅の波形になる。本発明におけるθkはモータとしての界磁磁束を確保するために幾何学上のステータ励磁磁極角度に最も近い角度が選択される。
【0016】
図1及び図2では、永久磁石がロータの表面に取り付けられる構造の場合であるが、永久磁石をロータコアの内部に埋め込む場合を図4の(1)及び(2)に示す。図4の(1)の場合では、永久磁石とロータ表面が近いので有効磁極開角は永久磁石の開角にほぼ等しくなる。従って、永久磁石の開角をθkとすることで本発明の趣旨を満足することが出来る。図4の(2)の場合では、永久磁石とロータ表面に磁性材のロータコアがロータの径方向に広い部位が介在するので該部位の開角が有効磁極開角となる。従って、該開角をθkとすることで本発明の趣旨が満足される。
【0017】
有効磁極開角を有するロータをコギングトルクの振幅周期の半周期に相当する機械角度分を相対的に異なる様に組み合わせることでコギングトルクが相殺することができる。本発明の図1及び図2で説明された構造のもので構成されたロータを図5の斜視図で示す。また、図6は、図5のロータ構造でのコギングトルク相殺の様子を示す波形である。図5のRC1及びRC2は、軸方向に分割し、図6に示した振幅周期θeの半周期に相当する機械角度分を相対的に異ならせた状態となっている。また、本発明のロータ構造において軸方向に2分割されたロータは全く同一のロータ構造を有している。尚、図4の(1)及び(2)で説明したロータ構造のものも図1及び図2と同様の方法によるためここでは説明を省略する。
【0018】
其々の分割ロータRC1とRC2のコギングトルクは、図6にTC1とTC2とで表され、図5において分割ロータが互いにθmなる角度で組み合わされている。該θmが、図6に示されるコギングトルクの半周期であるθeに相当する機械角とすることにより合成されたコギングトルクは、図6中に示されるTC0の如く理論的に零となり、個々の分割ロータのコギングは互いに相殺される。
【0019】
また、軸方向に分割されたロータの有効磁極開角が図1のθ1や図2のθ2である場合では、コギングトルクの正負の変化が点対称であるためコギングトルクの半周期に相当する機械角度分を相対的に異ならせた状態で組み合わせてもコギングトルクを相殺することは出来ないが、図1のθ1や図2のθ2なる有効磁極開角を有し図3に示される様なTθ1とTθ2の波形の如く互いに相手のコギングトルク波形を逆方向にたどるような波形と大きさを示すロータを選択することにより、其々のロータをコギングトルクの半周期に相当する機械角度分を相対的に異ならせた状態で組み合わせてコギングトルクを相殺することは可能である。
【0020】
従って、ロータの有効磁極開角にTθkを選択すれば同一構造のロータを組み合わせるだけで図6中に示したTC0の如く理論的にコギングトルクが零になる。尚、図5には、軸方向に2分割されたロータ構造を示したが、本発明を逸脱しない範囲において軸方向の各構成要素を複数に分割することにより、より良い効果を得ることができる。
【0021】
しかしながら、モータ仕様によっては、図5で示した最も単純な分割ロータの組み合わせでは其々の分割ロータのコギングトルクが大きい場合において、互いの分割ロータのコギングトルクが逆位相であるためロータコアを介してシャフトにねじりの力を与えることになる。この力は分割ロータの位置が物理的に離れているのでシャフトに対して作用点が異なり、この結果シャフトに対して曲げモーメントが発生して複雑な振動モードを与えることになる。該振動はモータの回転数に対して高次のコギング周波数と同期した音となってモータから発生する。
【0022】
この問題に鑑みて、本発明ではロータを軸方向に3分割し、3分割されたロータに関して中央に配される分割ロータがその両側に配される分割ロータの2倍のコギングトルクとなるよう設定し、尚且つ、両側に配される分割ロータはコギングトルクに対して全く同一の大きさと位相の関係を持たせる。この構成を図7の斜視図に示す。中央の分割ロータRC4を挟むように両側に分割ロータRC3とRC5が配される。該分割ロータRC3とRC5はロータの回転に対してコギングトルクが全く同一となるよう配され、中央の分割ロータRC4は分割ロータRC3若しくはRC5に対してコギング周期の半周期分に相当する機械角だけ異なる位置に配される。
【0023】
従って、其々の分割ロータのコギングトルクは図8に示される波形となる。TC3は分割ロータRC3のコギングトルク波形、TC5は分割ロータRC5のコギングトルク波形、これら2つのコギングトルク波形を合成したものがTC3+TC5、TC4は中央の分割ロータRC4のコギングトルク波形である。分割ロータRC4は両端の分割ロータのコギングトルクに対して2倍の大きさを有するよう設定されていて、コギングトルクの周期の半周期に相当する機械角度分だけ異なる位置で組まれているため総合の合成されたコギングトルクは図5及び図6で説明した様に互いに相殺され、結果として、図8のTC0の波形となる。即ち、図5のTC0と同じ零となる。更に、コギングトルクによるシャフトに対するねじりの力は存在するがシャフトに作用する曲げモーメントは相殺されて生ずることがない。尚、図7には、軸方向に3分割されたロータ構造を示したが、本発明を逸脱しない範囲においてRC3、RC4、RC5の各々の分割ロータの構成要素を、更に複数に分割することにより、より良い効果を得ることができる。
【0024】
【発明の効果】
該当モータにおいて、請求項1ではロータの有効磁極開角をステータスロットピッチの整数倍に1スロット開口角度を加えた値にすることで、コギングトルクの波形は正負同一となり、且つ、コギングトルクの半周期に関して左右対称となるので、該コギングトルクを有する分割ロータを、その周期の半周期に相当する機械角度分だけ異なる状態で組み上げることで可及的に、互いのコギングトルクを相殺させることができる。
【0025】
コギングトルクの相殺に際し回転軸の軸方向に作用する其々の分割ロータの曲げモーメントに関し、軸方向に3分割し、中央部に位置するロータが、両端に位置するロータに比べ2倍の大きさのコギングトルク波形を有し、且つ、両端に位置するロータは同一のコギングトルクの位相と大きさとすることで合成のモーメントを相殺させることができコギングトルクによるモータの振動やこれに起因する騒音を防止することが可能である。
【0026】
尚、前記説明の中に本発明に必要な永久磁石の形状についてなんら触れなかったように、特別な形状を要求するものではない。従って、本発明の主旨に沿ってロータの有効磁極開角を満足させるだけでコギングトルクが激減するものである。
【0027】
また、本発明の条件さえ満足すればロータの有効磁極開角は任意に選択することが可能であるが、ロータの有効磁極開角をステータの幾何学的な励磁磁極角度に最も近い角度を選択することでロータからの磁束はモータとして必要な磁束をほぼ確保することができ、従来の様に永久磁石にスキューを施す必要がないのでモータ特性を犠牲にすることがない。また、1回転中のコギングトルクの振幅数はステータのスロット数以上となるので本発明のロータの構成での分割ロータの組み合わせに際し機械的ずらし角度量は大きくても1/2スロットである。従って、例えこの機械角度で組み上げられたとしてもロータの有効磁極開角は物理的に可能な最大磁極開角を越えることはない。よって、分割されたロータの其々の磁極を構成する永久磁石の磁束は互いに打ち消しあう事は無く、余すことなく有効に利用されるモータとすることができる。
【0028】
本発明のロータ構造における永久磁石の配置に関しては、ロータコアの表面に取り付けられたものや、内部に埋め込まれたものでも適用が可能で、また、ステータ構造に関しては、分布巻や集中巻においても適用可能であり、どのようなモータにも使用することができる。
【0029】
特に、例えば冷凍空調機に使用されるコンプレッサーに組み込まれ使用される時等にありがちなモータのロータが片持ちで回転する場合等では、前記の曲げモーメントの影響を受け易いのでその効果が大きい。
【0030】
本発明は、其々の分割ロータのコギングトルクが永久磁石の形状的大きさ、磁束量の多さ、種類及び慣例的に使用されるモータとしてのギャップ広さによってその振幅の大きさが変わっても何ら影響を受けることなく実現可能であるので、モータの適用される機器や用途に応じて高いパーフォマンスを要求されても適用が可能である。従って、特に高精度な位置決めや高出力密度を要求するサーボモータをはじめ低振動、低騒音が求められるモータに有効である。
【0031】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例を示す分布巻モータの横断面図。
【図2】 本発明の一実施例を示す集中巻モータの横断面図。
【図3】 図1及び図2におけるコギングトルクの様相を示す図。
【図4】 本発明の別の実施例を示すロータの横断面図。
【図5】 本発明の実施例を示すロータ構造の斜視図。
【図6】 図5におけるロータのコギングトルクの相殺を示す図。
【図7】 本発明の実施例を示すロータ構造の斜視図。
【図8】 図7のコギングトルク相殺の様相を示す図。
【図9】 従来例を示すロータの横断面図。
【符号の説明】
θ1,θ2,θk,θm…機械角度、θe…電気角度、2…磁石、3…ロータコア、4…ステータコア、RC1至るRC5…分割ロータ、TC0至るTC5…コギングトルク波、θs…スキュー角度。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a brushless DC motor, and particularly provides a structure that easily reduces cogging torque.
[0002]
[Prior art]
Conventional brushless DC motors (hereinafter abbreviated as motors) generate torque fluctuations, that is, cogging torque, which occurs due to the presence of slots for winding. That is, the magnetic flux of the field magnetic flux generated from the magnetic pole of the rotor during relative movement between the rotor and the stator changes periodically every time the magnetic pole of the rotor crosses the slot opening of the stator, resulting in a magnetic flux distribution in the gap. Due to changes. Therefore, the period and size of this cogging depend on the number of slots provided in the stator core and the number of magnetic poles of the rotor, and the waveform with respect to the rotation angle varies greatly depending on the shape and dimensions of the stator slot opening and rotor magnetic poles. To do.
[0003]
Conventionally, various methods have been proposed for cogging countermeasures. However, as a general practice, the magnetic spatial distance (gap) between the rotor and the stator is increased at both ends of the rotor magnetic poles to cause inequality. It is constituted so that the change of magnetic flux interlinking with an arbitrary stator tooth is made smooth. Further, the magnetic poles of the rotor are skewed with respect to the direction of the rotation axis, thereby mitigating the change in the magnetic flux linkage to the stator when the magnetic pole pole portion of the rotor crosses the stator teeth.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In order to prevent cogging due to unequal gaps, the shape of the permanent magnet is usually handled by machining, and the shape needs to be changed according to the shape of the teeth of the stator and the size of the slot opening. At present, many prototypes and various types of analysis are performed. Although such a measure improves the cogging torque of the motor considerably, it cannot be said to be sufficient. In addition, the more the cogging torque is reduced by applying such measures, the more the gap between the rotor poles needs to be greatly widened, and the interlinkage magnetic flux from the rotor to the stator decreases. .
[0005]
As another method, when skew is applied to the rotor magnetic poles, an effect can be expected by increasing the skew angle. However, the effective magnetic flux of the magnetic poles decreases in proportion to the skew angle, thereby deteriorating motor characteristics. That is, from the viewpoint of the electrical characteristics of the motor, it can be said that the permanent magnet at the portion where the skew exists does not act as an effective magnetic flux as the motor performance and uses a useless permanent magnet.
[0006]
Furthermore, in recent years, many motors have attempted to reduce the size of rare earth permanent magnets with high magnetic flux density, and the cogging torque itself has increased. In this case, the structure of the conventional cogging torque reduction method is sufficient. It has become impossible to take. In addition, it is difficult to process a permanent magnet with a small shape with high accuracy. In addition, in the case of applying a skew, a combination of the permanent magnets must skew the permanent magnets themselves in the segment, which makes the mass production impossible.
[0007]
FIG. 9 shows a perspective view of a rotor in which the skewed permanent magnet 2 is combined. In the figure, four permanent magnets 2 having a skew angle θS in the direction of the rotation axis are arranged on the surface of the rotor core 3 in the circumferential direction to constitute a four-pole rotor. As a method of not skewing the permanent magnet in shape, there is a case where a ring-shaped permanent magnet is used. However, there is a problem that there is a useless area corresponding to the skew portion in terms of electrical characteristics as the motor described above. Still remains.
[0008]
In addition, in this type of motor, a motor in which a permanent magnet is embedded in the core of the rotor has been proposed, and the electrical characteristics have been improved. There is no proposal for a configuration or manufacturing method for reducing effective and simple cogging torque.
[0009]
[Means for solving problems]
The present invention has been made in view of the above problems, and the effective magnetic pole opening angle of the rotor is set to a value obtained by adding an angle corresponding to one slot opening angle to an integral multiple of the slot pitch of the stator, and the rotor is divided into three in the axial direction. The divided rotors are configured by shifting the mechanical angle corresponding to 1/2 cycle with respect to each cogging torque around the axis ,
The rotor located at the central portion in the axial direction has a cogging torque waveform twice as large as that of the rotor located at both ends, and the rotor located at both ends has the same cogging torque phase and magnitude. The present invention provides a brushless DC motor structure characterized by being assembled in the following manner.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on examples. The same components in the rotor configuration or those having the same meaning in practical use are designated by the same reference numerals as those in FIG. FIG. 1 shows a four-pole motor having distributed winding with 24 stator slots. However, the windings are omitted for the sake of clarity. 2 is a permanent magnet, 3 is a rotor core, 4 is a stator core, and the permanent magnet 2 is attached to the surface of the rotor core 3. In the configuration of the motor, the magnetic pole pitch related to the excitation on the stator side is expressed by 24 slots / 4 poles, and is every 6 slot pitch. Normally, in a general winding method, one coil is housed in one slot at a time, so the effective excitation magnetic pole angle of the stator is an angle that spans five teeth in a 6-slot pitch so as to face the rotor. .
[0011]
Similarly, FIG. 2 shows an example of so-called concentrated winding in which winding is concentrated on one tooth with six slots. In this case, the magnetic pole pitch related to the excitation on the stator side is every slot pitch, and it is obvious that the effective magnetic pole angle of the stator is the angle of one tooth facing the rotor.
[0012]
The cogging torque is generated independently of the stator windings. Therefore, when the rotor with a permanent magnet magnetized in the stator without excitation is rotated counterclockwise from an arbitrary angular position, An example in which the cogging torque is calculated by magnetic field analysis is shown in FIG. In the figure, the present invention does not consider the relative positional relationship between the rotor and the stator of the cogging torque, but the cogging torque waveform is a problem. The positional relationship between the stator and the rotor showing the positive value is used as a base point.
[0013]
As for the effective magnetic pole opening angle on the rotor side, when at least one end is within the opening angle of the stator teeth at any rotational position of the rotor, that is, in the effective magnetic pole opening angle such as θ1 in FIGS. The waveform has a steep rise and a gentle fall as indicated by Tθ1 in FIG.
[0014]
Conversely, when the rotational position of the effective magnetic pole opening angle on the rotor side is such that there is a state where both ends of the rotor magnetic pole are within the opening angle of the slot opening, that is, the effective magnetic pole as indicated by θ2 in FIGS. At the open angle, the cogging torque waveform has a gentle rise and a steep fall as shown in FIG.
[0015]
Here, the effective magnetic pole opening angle on the rotor side is set to a value obtained by adding an angle corresponding to the opening angle of one slot to an integral multiple of the slot pitch of the stator. That is, if the effective magnetic pole opening angle of the rotor is set so as to match the angle over the inner side of the opposing stator teeth as indicated by θk in FIGS. 1 and 2, the cogging torque waveform is a half cycle as indicated by Tθk in FIG. The waveform is symmetrical and has the same positive and negative amplitude. In the present invention, θk is selected to be the closest angle to the geometrical stator excitation magnetic pole angle in order to secure a field magnetic flux as a motor.
[0016]
FIGS. 1 and 2 show a structure in which the permanent magnet is attached to the surface of the rotor. FIGS. 4A and 4B show a case where the permanent magnet is embedded in the rotor core. In the case of (1) in FIG. 4, since the permanent magnet and the rotor surface are close, the effective magnetic pole opening angle is substantially equal to the opening angle of the permanent magnet. Therefore, the purpose of the present invention can be satisfied by setting the opening angle of the permanent magnet to θk. In the case of (2) in FIG. 4, since the magnetic magnet rotor core has a wide portion in the rotor radial direction on the surface of the permanent magnet and the rotor, the opening angle of the portion becomes the effective magnetic pole opening angle. Therefore, the gist of the present invention is satisfied by setting the opening angle to θk.
[0017]
Cogging torque can be canceled by combining rotors having an effective magnetic pole opening angle with mechanical angles corresponding to half the amplitude period of the cogging torque so as to be relatively different. FIG. 5 is a perspective view of a rotor formed of the structure described in FIGS. 1 and 2 of the present invention. FIG. 6 is a waveform showing a state of cogging torque cancellation in the rotor structure of FIG. RC1 and RC2 in FIG. 5 are divided in the axial direction and are in a state in which the mechanical angle corresponding to the half cycle of the amplitude cycle θe shown in FIG. 6 is relatively different. The rotor divided into two in the axial direction in the rotor structure of the present invention has the same rotor structure. Note that the rotor structure described in FIGS. 4A and 4B is the same as that in FIGS.
[0018]
The cogging torques of the respective divided rotors RC1 and RC2 are represented by TC1 and TC2 in FIG. 6, and the divided rotors are combined at an angle θm in FIG. The cogging torque synthesized by setting the θm to a mechanical angle corresponding to θe which is a half cycle of the cogging torque shown in FIG. 6 is theoretically zero as shown by TC0 shown in FIG. The cogging of the split rotor cancels each other out.
[0019]
Further, when the effective magnetic pole opening angle of the rotor divided in the axial direction is θ1 in FIG. 1 or θ2 in FIG. 2, the positive / negative change of the cogging torque is point-symmetric, and therefore the machine corresponds to a half cycle of the cogging torque. Although the cogging torque cannot be canceled even when combined in a state where the angles are relatively different, Tθ1 having an effective magnetic pole opening angle of θ1 in FIG. 1 and θ2 in FIG. 2 is shown in FIG. And a rotor having a waveform and a magnitude that follow each other's cogging torque waveform in the opposite direction, such as the waveform of Tθ2, each rotor can be set to a relative mechanical angle corresponding to a half cycle of the cogging torque. It is possible to cancel the cogging torque by combining them in different states.
[0020]
Therefore, if Tθk is selected as the effective magnetic pole opening angle of the rotor, the cogging torque theoretically becomes zero as in TC0 shown in FIG. 6 only by combining the rotors having the same structure. FIG. 5 shows the rotor structure divided in two in the axial direction, but a better effect can be obtained by dividing each component in the axial direction into a plurality of parts without departing from the present invention. .
[0021]
However, depending on the motor specifications, when the cogging torque of each divided rotor is large in the simplest combination of divided rotors shown in FIG. This gives a twisting force to the shaft. Since this force is physically separated from the position of the split rotor, the point of action differs with respect to the shaft. As a result, a bending moment is generated on the shaft to give a complicated vibration mode. The vibration is generated from the motor as a sound synchronized with a higher-order cogging frequency with respect to the rotational speed of the motor.
[0022]
In view of this problem, in the present invention, the rotor is divided into three in the axial direction, and the divided rotor arranged in the center with respect to the three divided rotors is set to have a cogging torque twice that of the divided rotor arranged on both sides thereof. In addition, the divided rotors arranged on both sides have the same magnitude and phase relationship with respect to the cogging torque. This configuration is shown in the perspective view of FIG. Split rotors RC3 and RC5 are arranged on both sides so as to sandwich central split rotor RC4. The divided rotors RC3 and RC5 are arranged so that the cogging torque is exactly the same with respect to the rotation of the rotor, and the central divided rotor RC4 has a mechanical angle corresponding to a half of the cogging cycle with respect to the divided rotor RC3 or RC5. Arranged at different positions.
[0023]
Therefore, the cogging torque of each divided rotor has a waveform shown in FIG. TC3 is a cogging torque waveform of the divided rotor RC3, TC5 is a cogging torque waveform of the divided rotor RC5, and a combination of these two cogging torque waveforms is TC3 + TC5 and TC4 is a cogging torque waveform of the central divided rotor RC4. The divided rotor RC4 is set to have twice the cogging torque of the divided rotors at both ends, and is assembled at different positions by a mechanical angle corresponding to a half cycle of the cogging torque cycle. The combined cogging torques cancel each other as described with reference to FIGS. 5 and 6, resulting in the waveform of TC0 in FIG. That is, it becomes zero, which is the same as TC0 in FIG. Furthermore, there exists a twisting force on the shaft due to the cogging torque, but the bending moment acting on the shaft is not canceled out. Although FIG. 7 shows the rotor structure divided into three in the axial direction, the components of each of the divided rotors RC3, RC4, and RC5 are further divided into a plurality of parts without departing from the present invention. , Better effect can be obtained.
[0024]
【The invention's effect】
In the motor according to the first aspect, by setting the effective magnetic pole opening angle of the rotor to a value obtained by adding one slot opening angle to an integer multiple of the status lot pitch, the waveform of the cogging torque becomes positive and negative, and the cogging torque half Since it is symmetrical with respect to the cycle, it is possible to cancel each other's cogging torque as much as possible by assembling the divided rotors having the cogging torque in different states by the mechanical angle corresponding to the half cycle of the cycle. .
[0025]
Regarding the bending moment of each divided rotor acting in the axial direction of the rotating shaft when canceling the cogging torque, the rotor divided into three in the axial direction is twice as large as the rotor located at both ends. The rotors located at both ends have the same cogging torque phase and magnitude so that the combined moment can be canceled out, and the motor vibration caused by the cogging torque and the noise caused by this can be reduced. It is possible to prevent.
[0026]
In addition, a special shape is not requested | required so that it may not mention at all about the shape of the permanent magnet required for this invention in the said description. Accordingly, the cogging torque is drastically reduced only by satisfying the effective magnetic pole opening angle of the rotor in accordance with the gist of the present invention.
[0027]
The effective magnetic pole opening angle of the rotor can be arbitrarily selected as long as the conditions of the present invention are satisfied. However, the effective magnetic pole opening angle of the rotor is selected to be the closest angle to the geometric excitation magnetic pole angle of the stator. As a result, the magnetic flux from the rotor can almost ensure the magnetic flux required for the motor, and there is no need to skew the permanent magnet as in the prior art, so the motor characteristics are not sacrificed. In addition, since the number of cogging torques during one rotation is equal to or greater than the number of slots in the stator, the mechanical shift angle amount when combining the divided rotors in the configuration of the rotor of the present invention is at most ½ slot. Therefore, even if assembled at this mechanical angle, the effective magnetic pole opening angle of the rotor does not exceed the physically possible maximum magnetic pole opening angle. Therefore, the magnetic fluxes of the permanent magnets constituting the magnetic poles of the divided rotors do not cancel each other, and the motor can be used effectively without leaving any excess.
[0028]
With regard to the arrangement of the permanent magnets in the rotor structure of the present invention, those attached to the surface of the rotor core and those embedded in the interior can be applied. Also, the stator structure can be applied to distributed winding and concentrated winding. Yes, it can be used with any motor .
[0029]
In particular, when the rotor of a motor, which is often used when incorporated in a compressor used in a refrigeration air conditioner or the like, rotates in a cantilever manner, the effect is great because it is easily affected by the bending moment.
[0030]
In the present invention, the cogging torque of each divided rotor varies depending on the shape and size of the permanent magnet, the amount of magnetic flux, the type, and the gap width as a conventionally used motor. Therefore, the present invention can be realized without being affected at all, and can be applied even if high performance is required according to the equipment and application to which the motor is applied. Therefore, it is particularly effective for servo motors that require high-accuracy positioning and high output density, as well as motors that require low vibration and low noise.
[0031]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a distributed winding motor showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a concentrated winding motor showing an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a state of cogging torque in FIGS. 1 and 2;
FIG. 4 is a cross-sectional view of a rotor showing another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of a rotor structure showing an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing cancellation of cogging torque of the rotor in FIG. 5;
FIG. 7 is a perspective view of a rotor structure showing an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a state of cogging torque cancellation in FIG. 7;
FIG. 9 is a cross-sectional view of a rotor showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
θ1, θ2, θk, θm: mechanical angle, θe: electrical angle, 2: magnet, 3: rotor core, 4: stator core, RC1 leading to RC5: split rotor, TC0 leading TC5: cogging torque wave, θs: skew angle.

Claims (1)

永久磁石が装着されたロータと複数のスロットを有するステータとで構成されるブラシレスDCモータにおいて、該ロータの有効磁極開角がステータのスロットピッチの整数倍に1スロット開口角に相当する角度を加えた値に設定され、
前記ロータを軸方向に分割し、該分割されたロータが其々のコギングトルクに関して1/2周期に相当する機械角度分軸周りにずらして構成し、
前記軸方向に3分割された中央部に位置するロータが、両端に位置するロータに比べ2倍の大きさのコギングトルク波形を有し、且つ、両端に位置するロータは同一のコギングトルクの位相と大きさであることを特徴とするブラシレスDCモータ。
In a brushless DC motor composed of a rotor on which a permanent magnet is mounted and a stator having a plurality of slots, the effective magnetic pole opening angle of the rotor is an integral multiple of the slot pitch of the stator plus an angle corresponding to one slot opening angle. Set to
The rotor is divided into three parts in the axial direction, and the divided rotors are configured to be shifted around the axis corresponding to ½ period with respect to each cogging torque ,
The rotor located at the center divided into three in the axial direction has a cogging torque waveform twice as large as the rotor located at both ends, and the rotor located at both ends has the same cogging torque phase. Brushless DC motor characterized by its size.
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JP5012837B2 (en) * 2002-10-18 2012-08-29 三菱電機株式会社 Manufacturing method of permanent magnet type rotating electrical machine
JP2004248422A (en) 2003-02-14 2004-09-02 Moric Co Ltd Field magnet type rotary electric equipment
JP2004343886A (en) * 2003-05-15 2004-12-02 Asmo Co Ltd Embedded magnet type motor
JP4270942B2 (en) * 2003-05-29 2009-06-03 株式会社日立製作所 Electric motor
JP2005218228A (en) * 2004-01-29 2005-08-11 Asmo Co Ltd Magnet-embedded motor
JP4062269B2 (en) 2004-03-11 2008-03-19 日産自動車株式会社 Synchronous rotating electrical machine
US7541710B2 (en) * 2005-01-21 2009-06-02 Hitachi, Ltd. Rotating electric machine
JP4068653B2 (en) * 2006-05-31 2008-03-26 山洋電気株式会社 Rotor for motor
DE102006033718B4 (en) * 2006-07-20 2017-10-19 Siemens Aktiengesellschaft Electric machine with oblique magnetic pole boundaries
JP2008029130A (en) * 2006-07-21 2008-02-07 Daikin Ind Ltd Rotating electric machine
JP2009033927A (en) 2007-07-30 2009-02-12 Jtekt Corp Brushless motor
JP6157340B2 (en) * 2013-12-18 2017-07-05 三菱電機株式会社 Permanent magnet rotating electric machine

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