JP4629840B2

JP4629840B2 - Brushless DC motor

Info

Publication number: JP4629840B2
Application number: JP2000277285A
Authority: JP
Inventors: 伴文高橋; 実北林
Original assignee: アイチエレック株式会社
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2020-08-09
Also published as: JP2002058218A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はブラシレスDCモータのコギングトルクの低減に関するものであり、安定且つ容易にコギングトルクを低減させるブラシレスDCモータを提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種のブラシレスDCモータ（もしくは、「モータ」と略す。）のコギングトルク低減対策としてロータ磁極開角内に有効磁極を施し該有効磁極内に更に磁極凸部を施し、有効磁極と磁極凸部によって生ずるコギングトルクが互いに逆相になるよう其々の開角を設定することで大きな効果を上げている。
【０００３】
従来例の動作について図７の展開図を用いて説明する。スロット数が２４スロットのステータと、永久磁石を有した４極のロータが、ギャップを介して面対向になった展開図である。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。図中の１はステータコア、２はロータコア、３は永久磁石、４は永久磁石３が収納された残りの空孔であり、永久磁石部以外は空気となるが非磁性材を充填してもよい。Ｓ１〜Ｓ１２はステータ１のティースを表す。ロータ２の其々の磁極は該磁極の展開方向に於いて中央に磁極凸部が施されておりその端部を磁極凸部の端部領域Ｒ１、Ｒ２及びＲ５、Ｒ６で示してある。又、磁極凸部と同じように磁極の展開方向に中央となるよう永久磁石３が配され、凸部より広い幅で有効磁極が設定され該有効磁極の端部領域もＲ３、Ｒ４及びＲ７、Ｒ８で示してある。
【０００４】
該図の左側は第１磁極で右側が第２磁極で両磁極は全く同一である。ステータは２４スロットでロータが４極のモータであるのでロータの磁極当りに対向するステータのティースは６ヶ分となる。ロータの第１磁極では磁極凸部の左端がティースＳ２の左端に対向して揃えられた時、該磁極凸部が４ヶのティース数に対向するよう右端がティースＳ５の右端に対向して揃えられている。当該磁極の有効磁極に関しては磁極凸部よりステータのスロット開口部に相当する幅分左右に其々開いた広さに設定されており、結果として有効磁極の左端はティースＳ１の右端に対向し、当該有効磁極の右端はティースＳ６の左端に対向する。第２磁極に関しても全く同様である。
【０００５】
図７に示したロータとステータとの相対的な位置関係により発生するコギングトルクは、ロータ磁極から発する磁束がギャップを介してステータのティースに鎖交する方向と量がバランスの取れる状態に落ち着こうとして当該ロータを移動させるべく作用する力である。従って、図７においてのロータの均一な状態の磁極角内に対向するステータのティースやスロット開口部が存在する場合、ロータからの磁束量や磁束の方向は変化が無くバランスがとれているため作用する力を合成すればコギングトルクとしては平均化され見かけ上存在しない様に見える。
【０００６】
また、ロータとステータとの相対的な位置関係により発生するロータの磁極両端付近のコギングトルクの状態について説明する。前記ロータが例えば左から右に移動した場合のコギングトルクの様相を示す。図７に示した（１）から（３）はティースピッチであり、（２）はティースピッチの中央である。同様に（４）から（６）はティースピッチであり、（５）はティースピッチの中央である。図７に示された状態、即ち磁極凸部の左端がティースＳ２の左端である（１）の点から（２）の点へロータが右方向に移動（磁極凸部の右端は（４）から（５）に移動）したとすると、ロータの端部領域Ｒ１に関してティースＳ２との吸引によって左方向、端部領域Ｒ４に関してティースＳ６との吸引により右方向の力が其々働き、互いに逆方向であるので相殺されることになる。
【０００７】
端部領域Ｒ２とＲ３はスロット開口部に対面しているのでその力は弱い。端部領域Ｒ２はティースＳ５とＳ６の中央まではティースＳ５に吸引されて左方向に力が働き、該中央を越えるとティースＳ６に吸引され右方向の力が作用するようになる。端部領域Ｒ３はティースＳ１とＳ２との中央まではティースＳ１に吸引されて左方向に力が作用し、該中央を越えるとティースＳ２に吸引されて右方向の力を受ける。何れの状態に於いても互いに力の方向が逆に作用するので互いに相殺され移動方向成分の力は零であるか僅かな残差分しか存在しなくなる。
【０００８】
（２）の点（磁極凸部の右端は（５））はティースピッチの中央を示しており磁極凸部の左端がここに達するとロータに対向するステータのティースの配置は当該磁極の中央を基準に対称となるので其々の端部領域に作用するコギングに関与する力は完全に逆となる。従って、端部領域R１が（２）の点から（３）の点へロータが右方向に移動（磁極凸部の右端は（５）から（６）に移動）したとすると、端部領域Ｒ１とＲ４はスロット開口部に対面するため、その力は弱く端部領域Ｒ１及びＲ４の該ティースにより働く力の方向は前述した磁極凸部の左端部ティースＳ２の左端部（１）の点から（２）の点へロータが右方向に移動させた場合の端部領域Ｒ２とＲ３の動きと同様の力が作用することになり互いの力が逆方向に作用し相殺されるか僅かな残差分となる。また、端部領域Ｒ３は左方向へ端部領域Ｒ２は右方向の力が其々働くことになり互いに逆方向の力であるため相殺されることになる。
【０００９】
上記の説明の各端部領域に作用する力のうちコギングトルクに関与する移動方向成分の力についてロータ移動方向を横軸にして波形で示すと図８のようになる。磁極凸部の端部領域全体としての端部領域コギングトルクＴ１、有効磁極部の端部領域全体としての端部領域コギングトルクＴ２として表している。其々のコギングトルク波形は互いに力の作用方向が逆であるので波形としても逆相関係にありこれを合成すると該当磁極の磁極コギングトルクＴｒ１で示すような波形となりコギングトルクの低減がされることとなっている。他の磁極においても同様であり、モータとしての総合的なコギングトルクは磁極コギングトルクＴｒ１に磁極数分掛けた波形値となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記の従来例で説明したコギングトルクの低減方法はその作用を説明したように極めて有効な方法である。しかし、図７における各端部領域に作用する力の相殺は磁極凸部の両端部領域Ｒ１とＲ２によるコギングトルクと有効磁極の両端部領域Ｒ３とＲ４のコギングトルクの相殺によって成り立っている。従来例によれば磁極凸部の端部領域Ｒ１に対しては有効磁極の端部領域Ｒ４、磁極凸部の端部領域Ｒ２に対しては有効磁極の端部領域Ｒ３が移動方向の成分として互いに逆方向の力の大きさが同じ若しくは近い値でなくては効果を発揮することが出来ない。
【００１１】
しかしながらロータの構造から明らかなように、ロータの磁極凸部の端部領域Ｒ１及びＲ２との力の作用に関係するティースとの空隙と有効磁極端部領域Ｒ３及びＲ４との力の作用に関係するティースとの空隙距離には差がある。各端部領域に作用する力は当該端部領域でのティースとの空隙の磁束密度の二乗に比例するので結果としてティースとの空隙距離の二乗に反比例している。このため一般的に磁極凸部の端部領域での力の作用が大きく有効磁極の端部領域に作用する力は相対的に小さくなる。これを解決しようとすると有効磁極の端部領域での空隙の磁束密度を磁極凸部端部領域での空隙の磁束密度に対して空隙距離の二乗の比で大きくしなくてはならない。例えば、有効磁極の端部領域に関与する永久磁石の種類を更に高磁束密度を有するものに替える等の対策を施すという必要がある。この様な処置は複数種類の永久磁石を必要とするため製造が煩雑となる上により高価な永久磁石を使わざるを得ないということになる。
【００１２】
【問題点を解決するための手段】
本発明は前記に鑑み成され、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モータであって、ロータ軸孔の中心を基準とする所定の開角で設定されたロータの有効磁極と該有効磁極内に施された磁極凸部とを有し、前記有効磁極によって生ずるコギングトルクと前記磁極凸部によって生ずるコギングトルクが互いに逆相になるよう其々の開角が設定されているブラシレスDCモータに於いて、相隣り合うロータの磁極の有効磁極同士と磁極凸部同士のコギングトルクが互いに逆相になるよう其々の開角が設定されているブラシレスDCモータとした。
【００１３】
また、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モータであって、ロータ軸孔の中心を基準とする所定の開角で設定されたロータの有効磁極と該有効磁極内に施された磁極凸部とを有し、前記有効磁極によって生ずるコギングトルクと前記磁極凸部によって生ずるコギングトルクが互いに逆相になるよう其々の開角が設定されているブラシレスDCモータに於いて、前記ブラシレスDCモータの同一磁極において、有効磁極同士と磁極凸部同士のコギングトルクが互いに逆相になるよう其々の開角が設定されているブロックロータを軸方向に複数組合せた低コギングのブラシレスDCモータとした。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例について図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の動作を説明する図であり、従来例図７と対比して説明するためにスロット数が２４スロットのステータと、永久磁石を有した４極のロータがギャップを介して面対向しているモータの展開図である。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。図中の記号は、図７と実施使用上同じか若しくは同等の機能を有するものは、同一記号を付して説明を省略する。
【００１５】
図１の第１磁極は図７と同じであるが、第２磁極においては磁極凸部と有効磁極を備えた構成は同じであるが対向するステータのティースとの位置関係が異なる。第１磁極の磁極凸部がその左端部をティースＳ２の左端に対向して揃えられた時、第２磁極については磁極凸部の左端がティースＳ８の右端に対向して揃い、同磁極凸部の右端がティースＳ１１の左端に対向して揃う様に磁極凸部の幅を設定する。
【００１６】
又、第２磁極の有効磁極については当該磁極凸部の幅に対し左右両側にティースの幅に相当する幅分広げた幅に設定する。従って第２磁極の有効磁極の左端部はティースＳ８の左端に対向して揃い、同有効磁極の右端はティースＳ１１の右端に対向して揃う。
【００１７】
第１磁極と第２磁極においてティースに対する位置関係については、其々の端部領域に関して見てみると第１磁極の磁極凸部と第２磁極の有効磁極が同じで第２磁極の磁極凸部と第１磁極の有効磁極が同じである。この様にされたロータを右方向に移動させると、各端部領域に作用する力の説明は従来例で記述しているので省略するが、ティースとの端部領域においての位置関係が第１磁極の磁極凸部と第２磁極の有効磁極で同じであることから同じ位相のコギングトルクを示し、ティースとの端部領域においての位置関係が第２磁極の磁極凸部と第１磁極の有効磁極で同じであることから同じ位相のコギングトルクを示すと共に、ティースとの位置関係が異なるもの同士、互いに逆位相となっている。
【００１８】
ここで其々の磁極の、其々の端部領域に作用する力の大きさについて見てみると、任意の時点で、例えば第１磁極の磁極凸部の進行方向端がスロット開口部に対向し始めるとすると当該磁極凸部の後方端はティースに対向し始める。一方、第２磁極の磁極凸部の進行方向端はティースに対向し始め、当該磁極凸部の後方端はスロット開口部に対向し始める。有効磁極に関しては第１磁極の有効磁極の進行方向端がティースに対向し始めて、当該磁極凸部の後方端はスロット開口部に対向し始める。一方、第２磁極の有効磁極の進行方向端はスロット開口部に対向し始め、当該磁極凸部の後方端はティースに対向し始める。両端部領域のステータのティースやスロット開口部との関係に於いて、第１磁極と第２磁極の磁極凸部同士、有効磁極同士は互いに進行方向端と後方端がティースとスロット開口部に関して其々逆の関係にあり、且つ同一磁極の磁極凸部と有効磁極間でも同様に其々逆の関係となっている。
【００１９】
本発明においては第１磁極と第２磁極のステータとの空隙距離は磁極凸部、有効磁極の其々に関して同一に設定されるため図１の例で磁極凸部端部R１とR６の関係、磁極凸部端部R２とR５の関係、有効磁極端部R３とR８の関係、有効磁極端部R４とR７の関係において、其々のコギングトルク成分として作用する力は、互いに同じ大きさで逆の位相となる。
【００２０】
以上の記述を図８と同様コギングトルクに関与する移動方向成分の力についてロータを横軸として波形で表すと図２の様になる。図２のＴ１は第１磁極の磁極凸部の端部領域コギングトルク、Ｔ２は第１磁極の有効磁極の端部領域コギングトルク、Ｔ３は第２磁極の磁極凸部の端部領域コギングトルク、Ｔ４は第２磁極の有効磁極の端部領域コギングトルクである。従来例の説明と同様に同一磁極毎にコギングトルクを合成すると互いに逆相関係にあるので相殺されるがいずれか一方の大きな値である端部領域コギングトルクが残って第１磁極としては磁極コギングトルクＴｒ１及び第２磁極としては磁極コギングトルクＴｒ２となる。
【００２１】
ここでステータとロータの間の空隙が有効磁極部より磁極凸部側が狭いため磁極コギングトルクは其々の磁極凸部における端部領域に作用する力が相対的に大きくなり該成分のコギングトルクが残ってしまう。ところが第１磁極の磁極コギングトルクと第２磁極の磁極コギングトルクは互いに逆位相の関係となるのでこれが合成されると磁極対毎の合成コギングトルクは図２に示すＴｒ０の如く完全に相殺され全くコギングトルクが現れない。従って図１の構成となる磁極の組合せ毎にコギングトルクを相殺することが出来る。
【００２２】
本発明を適用した具体的な実施例を図３に示す。図１の展開されたモータを回転機として表したもので図１と同じ記号の部位は同じものを表している。θ１及びθ３は有効磁極開角を表し、θ２及びθ４は磁極凸部開角を表している。其々の開角は図１の有効磁極の幅及び磁極凸部の幅に相当する。図３のロータは図１の第１磁極と第２磁極が2組である組合せで構成されている。
【００２３】
図１及び図３では本発明を実現するにあたりロータに装着すべき永久磁石３は少なくとも２種類を必要とするがこれを１種類で構成する実施例を図４に示す。図４に於いて有効磁極の幅となる開角を決定せしめるために、永久磁石とロータ外周間に介在する磁性材の構造を変えて永久磁石からの磁束の流れを強制させることにより実現している。即ち、ロータの磁極両側に存在する空孔のステータに対向する開角を図３の空孔に合致させれば容易に実現可能となる。
【００２４】
本発明の別の実施形態として図５と図６を示す。図１の実施例は相隣合う磁極の組合せでコギングトルクの相殺を行っているがロータを軸方向に分割して分割されたブロック毎にコギングトルクを相殺させても同様の効果を得る事は言うまでもない。図５はロータブロック５とロータブロック６の組合せで、ロータブロック５は図１における第１磁極のみで構成されており、ロータブロック６は図１における第２磁極のみで構成されている。これを軸方向に組合せれば同一磁極を形成する其々のロータブロックの磁極同士でコギングトルクを相殺出来る事は言うまでもない。
【００２５】
図６においては図１の構成のロータを更に軸方向に分割したロータブロック７とロータブロック８の組合せで構成したものである。ロータブロック７とロータブロック８は磁極の構造としては同じで図１における第１磁極と第２磁極が同一の磁極を形成するよう組合されている。従って、ロータブロック毎にコギングトルクが相殺されると同時に組合せられたロータとしての磁極毎に関してもコギングトルクが相殺される。
【００２６】
【発明の効果】
従来の方法が同一磁極を構成する磁極凸部と有効磁極の両端部領域のティースとの関係を適宜設定することで逆相のコギングトルクとさせて低減させているのに対し、本発明では図２のコギングトルク波形の関係から明らかなように、結果として同一のステータとの空隙で相隣合う磁極凸部同士、相隣合う有効磁極同士が逆相のコギングトルクとなるよう設定されているので、ロータ全体としてのコギングトルクを殆ど零とすることが出来る。従って、極めて低コギングのモータとすることが出来る。
【００２７】
又、本発明では永久磁石とロータ外周間に介在する磁性材の構造を適宜調整し図４に代表されるような形態とすることで全ての磁極を構成する永久磁石を同一とする事が出来る。このことはロータに複数の種類の永久磁石を使用することがないのであるからロータとしての製造が簡素なままで低コギングトルクのモータが実現できることを意味する。
【００２８】
更に、これら逆相コギングトルクの相殺は相隣合う磁極同士でなくてもよく、図１の第１磁極と第２磁極の数が同じであれば本考案の主旨は満足され実現は可能である。又、ロータを軸方向に複数分割し、同一の磁極を構成する各ロータブロック間で其々のコギングトルクが相殺されるため磁極間でのコギングトルクが存在しなくなるのでモータの運転中に発生するコギングトルクによる微振動もなくなり振動や騒音の低減につながる。
【００２９】
更に、この様な軸方向のロータブロックの組合せでは全体としての磁極は全て磁気的に同一となるのでモータの特性のばらつきを防ぐことにもなる。尚、本発明の説明においては２分割の場合について説明したが多数の分割であっても本発明の主旨に基づき合成のゴギングトルクを相殺すればよく、同一位相のコギングトルクを示すロータブロックの軸方向の合計が相反する位相のコギングトルクを示すロータブロックの軸方向の合計と等しければよいのであるから、同じ種類の永久磁石を使用する場合は、互いに同じ積厚にする。又、異なる永久磁石を使用する場合は、等価的に同じコギングトルクの大きさになるようにすればよい。以上説明したように本発明の適用により極めて低コギングのモータを容易に実現可能であり、これによってモータの低騒音低振動が実現できるものである。
【００３０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動作を説明するモータの展開図。
【図２】図１におけるコギングトルクの様相を示す図。
【図３】本発明の具体的な実施例
【図４】本発明の別の実施例。
【図５】本発明の別の実施例を示す斜視図。
【図６】本発明の別の実施例を示す斜視図。
【図７】従来例の動作を説明するモータの展開図。
【図８】図７におけるコギングトルクの様相を示す図。
【符号の説明】
１…ステータコア、２…ロータコア、３…永久磁石、４…空孔、Ｓ１〜Ｓ１２…ステータティース、Ｒ１〜Ｒ８…端部領域、Ｔ、Ｔ１〜Ｔ４，Ｔｒ０〜Ｔｒ２…コギングトルク波、５〜８…ロータブロック、θ１，θ３…有効磁極開角、θ２，θ４…磁極凸部開角。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to reduction of cogging torque of a brushless DC motor, and provides a brushless DC motor that can stably and easily reduce cogging torque.
[0002]
[Prior art]
Conventionally , as a countermeasure for reducing the cogging torque of this type of brushless DC motor ( or abbreviated as “motor” ), an effective magnetic pole is provided in the rotor magnetic pole opening angle, and a magnetic pole protrusion is further provided in the effective magnetic pole. A great effect is achieved by setting the respective opening angles so that the cogging torques generated by the portions are in opposite phases to each other.
[0003]
The operation of the conventional example will be described with reference to the developed view of FIG. FIG. 4 is a development view in which a stator having 24 slots and a four-pole rotor having permanent magnets face each other through a gap. However, the windings are omitted for the sake of clarity. In the figure, 1 is a stator core, 2 is a rotor core, 3 is a permanent magnet, 4 is a remaining hole in which the permanent magnet 3 is accommodated, and air other than the permanent magnet portion may be filled with a nonmagnetic material. . S1 to S12 represent teeth of the stator 1. Each magnetic pole of the rotor 2 is provided with a magnetic pole convex portion at the center in the developing direction of the magnetic pole, and the end portions thereof are indicated by end regions R1, R2 and R5, R6 of the magnetic pole convex portion. Similarly to the magnetic pole convex portion, the permanent magnet 3 is arranged so as to be centered in the magnetic pole developing direction, the effective magnetic pole is set with a wider width than the convex portion, and the end region of the effective magnetic pole is also R3, R4 and R7, This is indicated by R8.
[0004]
The left side of the figure is the first magnetic pole, the right side is the second magnetic pole, and both magnetic poles are exactly the same. Since the stator is a motor having 24 slots and a rotor having 4 poles, there are 6 teeth of the stator facing each rotor magnetic pole. In the first magnetic pole of the rotor, when the left end of the magnetic pole protrusion is aligned facing the left end of the tooth S2, the right end is aligned opposite the right end of the tooth S5 so that the magnetic pole protrusion is opposed to the number of four teeth. It has been. With respect to the effective magnetic pole of the magnetic pole, the width is set to open to the left and right by the width corresponding to the slot opening of the stator from the magnetic pole projection, and as a result, the left end of the effective magnetic pole faces the right end of the tooth S1. The right end of the effective magnetic pole faces the left end of the tooth S6. The same applies to the second magnetic pole.
[0005]
The cogging torque generated by the relative positional relationship between the rotor and the stator shown in FIG. 7 should be settled in a state where the direction and amount in which the magnetic flux generated from the rotor magnetic poles interlinks with the stator teeth through the gap can be balanced. As a force acting to move the rotor. Therefore, when there are opposing stator teeth and slot openings in the uniform magnetic pole angle of the rotor in FIG. 7, the amount of magnetic flux from the rotor and the direction of the magnetic flux are unchanged and balanced. If the force to be combined is averaged as the cogging torque, it appears that it does not exist.
[0006]
The state of cogging torque in the vicinity of both ends of the magnetic pole of the rotor, which is generated by the relative positional relationship between the rotor and the stator, will be described. The aspect of cogging torque when the rotor moves from left to right, for example, is shown. (1) to (3) shown in FIG. 7 are teeth pitches, and (2) is the center of the teeth pitch. Similarly, (4) to (6) are teeth pitches, and (5) is the center of the teeth pitch. The state shown in FIG. 7, that is, the left end of the magnetic pole convex portion is the left end of the tooth S2, and the rotor moves in the right direction from the point (2) (the right end of the magnetic pole convex portion is from (4). (Moving to (5)), a force in the left direction is applied to the end region R1 of the rotor by suction with the tooth S2, and a force in the right direction is applied to the end region R4 by suction with the tooth S6. Because there is, it will be offset.
[0007]
Since the end regions R2 and R3 face the slot opening, the force is weak. The end region R2 is sucked by the teeth S5 up to the center of the teeth S5 and S6 and exerts a force in the left direction. When the center is exceeded, the force is exerted by the teeth S6 and a right force is applied. The end region R3 is attracted to the teeth S1 up to the center of the teeth S1 and S2 and exerts a force in the left direction. When the center is exceeded, the teeth are attracted to the teeth S2 and receive a rightward force. In any state, the directions of the forces act in opposite directions, so that they cancel each other, and the force of the moving direction component is zero or there is only a small residual difference.
[0008]
The point (2) (the right end of the magnetic pole convex part (5)) indicates the center of the tooth pitch. When the left end of the magnetic pole convex part reaches here, the arrangement of the stator teeth facing the rotor is centered on the magnetic pole. Since it is symmetrical with respect to the reference, the forces involved in cogging acting on each end region are completely reversed. Therefore, if the end region R1 moves from the point (2) to the point (3) in the right direction (the right end of the magnetic pole protrusion moves from (5) to (6)), the end region R1 And R4 face the slot opening, so the force is weak and the direction of the force acting on the teeth in the end regions R1 and R4 is from the point of the left end portion (1) of the left end portion tooth S2 of the magnetic pole convex portion described above ( 2) When the rotor is moved rightward to the point, a force similar to the movement of the end regions R2 and R3 acts, and the mutual force acts in the opposite direction to cancel or a slight residual difference. It becomes. Further, the end region R3 is moved to the left, and the end region R2 is counteracted by the force in the right direction and the forces in the opposite directions.
[0009]
Of the forces acting on the respective end regions in the above description, the force of the moving direction component related to the cogging torque is shown as a waveform with the rotor moving direction as the horizontal axis as shown in FIG. The end region cogging torque T1 as the entire end region of the magnetic pole convex portion and the end region cogging torque T2 as the entire end region of the effective magnetic pole portion are represented. Since the cogging torque waveforms are opposite in direction of the action of the forces, the waveforms are also in opposite phase, and when combined, the waveforms become as shown by the magnetic pole cogging torque Tr1 of the corresponding magnetic pole, and the cogging torque is reduced. It has become. The same applies to the other magnetic poles, and the total cogging torque as a motor has a waveform value obtained by multiplying the magnetic pole cogging torque Tr1 by the number of magnetic poles.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The cogging torque reduction method described in the above-described conventional example is a very effective method as described above. However, the canceling of the force acting on each end region in FIG. 7 is realized by canceling the cogging torque by both end regions R1 and R2 of the magnetic pole convex portion and the cogging torque of both end regions R3 and R4 of the effective magnetic pole. According to the conventional example, the end region R4 of the effective magnetic pole is the end region R1 of the magnetic pole protrusion, and the end region R3 of the effective magnetic pole is the component of the moving direction for the end region R2 of the magnetic pole protrusion. The effect cannot be exhibited unless the magnitudes of the forces in the opposite directions are the same or close to each other.
[0011]
However, as apparent from the structure of the rotor, it is related to the action of the force between the gap between the teeth and the effective magnetic pole end regions R3 and R4, which are related to the action of the force with the end regions R1 and R2 of the magnetic pole convex portion of the rotor. There is a difference in the gap distance from the teeth to be used. The force acting on each end region is proportional to the square of the magnetic flux density of the gap with the tooth in the end region, and as a result, is inversely proportional to the square of the gap distance with the tooth. For this reason, generally, the action of the force in the end region of the magnetic pole protrusion is large, and the force acting on the end region of the effective magnetic pole is relatively small. In order to solve this problem, the magnetic flux density of the air gap in the end area of the effective magnetic pole must be increased by the ratio of the square of the air gap distance to the magnetic flux density of the air gap in the end area of the magnetic pole protrusion. For example, it is necessary to take measures such as changing the type of the permanent magnet involved in the end region of the effective magnetic pole to one having a higher magnetic flux density. Such a treatment requires a plurality of types of permanent magnets, which complicates the manufacturing and requires the use of more expensive permanent magnets.
[0012]
[Means for solving problems]
The present invention has been made in view of the above, and is a brushless DC motor including a rotor on which a permanent magnet is mounted and a stator having a plurality of slots, and is set at a predetermined opening angle with respect to the center of the rotor shaft hole. Effective rotor magnetic poles and magnetic pole protrusions formed in the effective magnetic poles, and the cogging torque generated by the effective magnetic poles and the cogging torque generated by the magnetic pole protrusions are reversed in phase with each other. In a brushless DC motor with a set angle, the open angle is set so that the cogging torques between the effective magnetic poles of the adjacent rotor magnetic poles and the magnetic pole protrusions are opposite to each other. A motor was used.
[0013]
The brushless DC motor is composed of a rotor on which a permanent magnet is mounted and a stator having a plurality of slots, and an effective magnetic pole of the rotor set at a predetermined opening angle with respect to the center of the rotor shaft hole; A brushless portion having a magnetic pole convex portion provided in the effective magnetic pole, wherein the opening angle is set so that the cogging torque generated by the effective magnetic pole and the cogging torque generated by the magnetic pole convex portion are opposite to each other. In the DC motor, in the same magnetic pole of the brushless DC motor, a plurality of block rotors in which the opening angles are set in the axial direction so that the cogging torques between the effective magnetic poles and the magnetic pole protrusions are opposite to each other are set in the axial direction. The combined low cogging brushless DC motor.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram for explaining the operation of the present invention. For comparison with FIG. 7 of the prior art, a stator having a slot number of 24 slots and a four-pole rotor having permanent magnets are provided through a gap. It is an expanded view of the motor which has opposed. However, the windings are omitted for the sake of clarity. Symbols in the figure that have the same or equivalent functions in practical use as in FIG. 7 are given the same symbols and description thereof is omitted.
[0015]
The first magnetic pole shown in FIG. 1 is the same as that shown in FIG. 7, but the second magnetic pole has the same configuration including the magnetic pole protrusion and the effective magnetic pole, but the positional relationship between the opposing stator teeth is different. When the magnetic pole convex part of the first magnetic pole is aligned with its left end facing the left end of the tooth S2, the left end of the magnetic pole convex part is aligned with the right end of the tooth S8 for the second magnetic pole, and the magnetic pole convex part The width of the magnetic pole convex portion is set so that the right end of the magnetic pole is aligned to face the left end of the teeth S11.
[0016]
The effective magnetic pole of the second magnetic pole is set to a width that is widened by a width corresponding to the width of the teeth on both the left and right sides with respect to the width of the magnetic pole convex portion. Therefore, the left end portion of the effective magnetic pole of the second magnetic pole is aligned facing the left end of the tooth S8, and the right end of the effective magnetic pole is aligned facing the right end of the tooth S11.
[0017]
Regarding the positional relationship with respect to the teeth in the first magnetic pole and the second magnetic pole, the magnetic pole convex part of the first magnetic pole and the effective magnetic pole of the second magnetic pole are the same when looking at the respective end regions, and the magnetic pole convex part of the second magnetic pole And the effective magnetic pole of the first magnetic pole is the same. When the rotor thus configured is moved to the right, the description of the force acting on each end region is omitted because it has been described in the conventional example, but the positional relationship with the teeth in the end region is the first. Since the magnetic pole convex part of the magnetic pole and the effective magnetic pole of the second magnetic pole are the same, the cogging torque of the same phase is shown, and the positional relationship in the end region with the tooth is effective between the magnetic pole convex part of the second magnetic pole and the first magnetic pole. Since the magnetic poles are the same, they exhibit cogging torque of the same phase, and those having different positional relationships with the teeth are in opposite phases.
[0018]
Here, looking at the magnitude of the force acting on each end region of each magnetic pole, for example, the traveling direction end of the magnetic pole convex portion of the first magnetic pole faces the slot opening at an arbitrary time. If it starts, the rear end of the magnetic pole convex part will begin to face the teeth. On the other hand, the traveling direction end of the magnetic pole convex portion of the second magnetic pole starts to face the teeth, and the rear end of the magnetic pole convex portion starts to face the slot opening. Regarding the effective magnetic pole, the traveling direction end of the effective magnetic pole of the first magnetic pole starts to face the teeth, and the rear end of the magnetic pole convex portion starts to face the slot opening. On the other hand, the traveling direction end of the effective magnetic pole of the second magnetic pole starts to face the slot opening, and the rear end of the magnetic pole convex part starts to face the teeth. In relation to the teeth and slot openings of the stator in both end regions, the magnetic pole protrusions of the first magnetic pole and the second magnetic pole, and the effective magnetic poles with respect to the teeth and the slot opening at the traveling direction end and the rear end, respectively. Similarly, there is an opposite relationship between the magnetic pole projections and the effective magnetic poles of the same magnetic pole.
[0019]
In the present invention, the gap distance between the first magnetic pole and the stator of the second magnetic pole is set to be the same for each of the magnetic pole convex portion and the effective magnetic pole, so the relationship between the magnetic pole convex portion ends R1 and R6 in the example of FIG. The forces acting as the cogging torque components in the relationship between the magnetic pole projection ends R2 and R5, the relationship between the effective magnetic pole ends R3 and R8, and the relationship between the effective magnetic pole ends R4 and R7 are the same and opposite. It becomes the phase.
[0020]
The above description is similar to FIG. 8 and the force of the moving direction component related to the cogging torque is represented as a waveform with the rotor as the horizontal axis as shown in FIG. In FIG. 2, T1 is an end region cogging torque of the magnetic pole convex portion of the first magnetic pole, T2 is an end region cogging torque of the effective magnetic pole of the first magnetic pole, T3 is an end region cogging torque of the magnetic pole convex portion of the second magnetic pole, T4 is the end region cogging torque of the effective magnetic pole of the second magnetic pole. If the cogging torque is synthesized for each of the same magnetic poles as in the description of the conventional example, they are offset because they are in opposite phase relationship, but one of the large end region cogging torques remains and the magnetic pole cogging is used as the first magnetic pole. The torque Tr1 and the second magnetic pole are the magnetic pole cogging torque Tr2.
[0021]
Here, since the gap between the stator and the rotor is narrower on the magnetic pole convex side than the effective magnetic pole part, the magnetic cogging torque has a relatively large force acting on the end region of each magnetic pole convex part, and the cogging torque of the component is It will remain. However, since the magnetic pole cogging torque of the first magnetic pole and the magnetic pole cogging torque of the second magnetic pole are in opposite phases to each other, when they are combined, the combined cogging torque for each magnetic pole pair is completely canceled as Tr0 shown in FIG. Cogging torque does not appear. Accordingly, the cogging torque can be canceled for each combination of magnetic poles having the configuration shown in FIG.
[0022]
A specific embodiment to which the present invention is applied is shown in FIG. The developed motor of FIG. 1 is represented as a rotating machine, and the parts with the same symbols as in FIG. 1 represent the same parts. θ1 and θ3 represent the effective magnetic pole opening angle, and θ2 and θ4 represent the magnetic pole convex portion opening angle. Each opening angle corresponds to the width of the effective magnetic pole and the width of the magnetic pole protrusion in FIG. The rotor shown in FIG. 3 is composed of two combinations of the first magnetic pole and the second magnetic pole shown in FIG.
[0023]
1 and 3, at least two types of permanent magnets 3 to be mounted on the rotor are required to realize the present invention. FIG. 4 shows an embodiment in which these are configured by one type. In order to determine the opening angle as the effective magnetic pole width in FIG. 4, it is realized by forcing the flow of magnetic flux from the permanent magnet by changing the structure of the magnetic material interposed between the permanent magnet and the outer periphery of the rotor. Yes. In other words, it can be easily realized if the opening angles of the holes on both sides of the magnetic pole of the rotor facing the stator are matched with the holes shown in FIG.
[0024]
5 and 6 show another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 1, cogging torque is canceled by a combination of adjacent magnetic poles, but the same effect can be obtained even if the rotor is divided in the axial direction and the cogging torque is canceled for each divided block. Needless to say. FIG. 5 shows a combination of the rotor block 5 and the rotor block 6. The rotor block 5 is composed only of the first magnetic pole in FIG. 1, and the rotor block 6 is composed only of the second magnetic pole in FIG. Needless to say, if this is combined in the axial direction, the cogging torque can be offset between the magnetic poles of the respective rotor blocks forming the same magnetic pole.
[0025]
In FIG. 6, the rotor having the configuration shown in FIG. 1 is constituted by a combination of a rotor block 7 and a rotor block 8 which are further divided in the axial direction. The rotor block 7 and the rotor block 8 have the same magnetic pole structure, and the first magnetic pole and the second magnetic pole in FIG. 1 are combined to form the same magnetic pole. Accordingly, the cogging torque is canceled for each rotor block, and at the same time, the cogging torque is canceled for each magnetic pole as a combined rotor.
[0026]
【The invention's effect】
The conventional method reduces the cogging torque of the opposite phase by appropriately setting the relationship between the magnetic pole convex portion constituting the same magnetic pole and the teeth of the both end regions of the effective magnetic pole. As is clear from the relationship between the two cogging torque waveforms, as a result, the adjacent magnetic pole protrusions in the gap with the same stator and the adjacent effective magnetic poles are set to have the opposite phase cogging torque. The cogging torque of the entire rotor can be made almost zero. Therefore, a very low cogging motor can be obtained.
[0027]
Further, in the present invention, the structure of the magnetic material interposed between the permanent magnet and the outer periphery of the rotor is appropriately adjusted so that the permanent magnets constituting all the magnetic poles can be made the same by adopting the form represented by FIG. . This means that since a plurality of types of permanent magnets are not used for the rotor, a motor with a low cogging torque can be realized while the manufacture of the rotor remains simple.
[0028]
Furthermore, the cancellation of these anti-phase cogging torques does not have to be between adjacent magnetic poles. If the number of first magnetic poles and second magnetic poles in FIG. 1 is the same, the gist of the present invention is satisfied and can be realized. . Also, the rotor is divided into a plurality of parts in the axial direction, and each cogging torque is canceled between the rotor blocks constituting the same magnetic pole, so there is no cogging torque between the magnetic poles. There is no micro vibration due to cogging torque, which reduces vibration and noise.
[0029]
Further, in such a combination of rotor blocks in the axial direction, the magnetic poles as a whole are all magnetically the same, so that variations in motor characteristics can be prevented. In the description of the present invention, the case of two divisions has been described. However, even in the case of a large number of divisions, the combined gogging torque may be canceled based on the gist of the present invention, and the axial direction of the rotor block showing the cogging torque in the same phase Is equal to the sum in the axial direction of the rotor block showing the cogging torques of the opposite phases. Therefore, when using the same type of permanent magnets, the same thickness is used. In addition, when different permanent magnets are used, the same cogging torque may be equivalently obtained. As described above, an extremely low cogging motor can be easily realized by applying the present invention, and thereby, low noise and low vibration of the motor can be realized.
[0030]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a development view of a motor for explaining the operation of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a state of cogging torque in FIG. 1;
FIG. 3 is a specific embodiment of the present invention. FIG. 4 is another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a development view of a motor for explaining the operation of a conventional example.
FIG. 8 is a view showing a state of cogging torque in FIG. 7;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Stator core, 2 ... Rotor core, 3 ... Permanent magnet, 4 ... Hole, S1-S12 ... Stator teeth, R1-R8 ... End region, T, T1-T4, Tr0-Tr2 ... Cogging torque wave, 5-8 ... rotor block,? 1,? 3 ... effective magnetic pole opening angle,? 2,? 4 ... magnetic pole convex part opening angle.

Claims

A brushless DC motor comprising a rotor on which a permanent magnet is mounted and a stator having a plurality of slots, wherein the effective magnetic pole of the rotor is set at a predetermined opening angle with respect to the center of the rotor shaft hole, and the rotor Brushless DC having a magnetic pole convex portion provided in the effective magnetic pole, and having an opening angle set so that the cogging torque generated by the effective magnetic pole and the cogging torque generated by the magnetic pole convex portion are in opposite phases to each other Low cogging brushless DC, characterized in that the opening angle is set so that the cogging torques between the effective magnetic poles of the adjacent rotor magnetic poles and the magnetic pole protrusions are opposite to each other in the motor. motor.

A brushless DC motor comprising a rotor on which a permanent magnet is mounted and a stator having a plurality of slots, wherein the effective magnetic pole of the rotor is set at a predetermined opening angle with respect to the center of the rotor shaft hole, and the rotor Brushless DC having a magnetic pole convex portion provided in the effective magnetic pole, and having an opening angle set so that the cogging torque generated by the effective magnetic pole and the cogging torque generated by the magnetic pole convex portion are in opposite phases to each other In the motor, in the same magnetic pole of the brushless DC motor, a plurality of block rotors in which the opening angles are set so that the cogging torques between the effective magnetic poles and the magnetic pole protrusions are opposite to each other are combined in the axial direction. This is a low cogging brushless DC motor.