JP4632194B2 - Small DC brushless motor - Google Patents
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Description
本発明は、主に小型ロボットなどのメカトロニクス製品、または医療機器や精密測定装置などに利用されるインナーロータ型の小型DCブラシレスモータに関する。 The present invention relates to an inner rotor type small DC brushless motor mainly used for mechatronics products such as small robots, medical equipment, precision measuring devices, and the like.
従来より、インナーロータマグネット型のDC(直流)ブラシレスモータでは、ハウジングケース自体が磁気回路の一部をなすことから、また機械的強度の観点から、鉄鋼などの磁性材料を切削加工、あるいはプレス加工などにより形成した単一鋼塊の略円筒状のパーツ部品を用いるのが一般的であった。また、フランジ、エンドフランジには、機械的強度、加工性の面で有利な鉄鋼、真鍮、アルミニウムなどが一般的に用いられていた。 Conventionally, in an inner rotor magnet type DC (direct current) brushless motor, the housing case itself forms part of the magnetic circuit, and from the viewpoint of mechanical strength, cutting or pressing of magnetic materials such as steel It is common to use a single cylindrical ingot formed of a substantially cylindrical part. Further, steel, brass, aluminum, etc., which are advantageous in terms of mechanical strength and workability, are generally used for the flange and end flange.
このハウジングケースは基本的に導電体であることから、インナーロータマグネットの回転動作に伴って、前記マグネットの磁束がハウジングケースを通過する際に変化するため、渦電流が生じる。この渦電流はインナーロータマグネットの回転運動を妨げる作用を有するため、この渦電流に起因する損失が生じて、インナーロータの回転効率が低下することが問題となっていた。 Since this housing case is basically a conductor, an eddy current is generated because the magnetic flux of the magnet changes as it passes through the housing case as the inner rotor magnet rotates. Since this eddy current has an effect of hindering the rotational motion of the inner rotor magnet, a loss due to this eddy current occurs, and the rotational efficiency of the inner rotor is reduced.
特許文献1には、インナーロータを内包するハウジングケースを、界面にエポキシ系の絶縁薄膜を介在させて互いに電気的に絶縁された構造とし、鉄鋼からなる薄円筒体を径方向に密着積層させて構成することにより、前記渦電流による損失の低減を実現する小型DCブラシレスモータが開示されている(特許文献1:段落[0016]、[0017])。
In
また、特許文献2には、インナーロータマグネット全長の領域幅に磁性材料からなる互いに電気的に絶縁された複数枚の略リング状積層コアを形成させて、この積層コアと界磁コイルとを樹脂で一体的に成形してハウジングケースを形成することで、同ケース内を通過する渦電流の主経路を遮断する小型DCブラシレスモータが開示されている(特許文献2:段落[0008]、[0019]、[0020])。
ところで、近年、モータは小型化が進み、さらに高速化する傾向にあり、またモータの単位体積当たりの発生トルクを向上させるため、インナーロータに用いられるマグネットとして、エネルギー積の高いものを用いるのが一般的である。一方で、渦電流による損失は、インナーロータの回転数の二乗と最大鎖交磁束密度の二乗に比例するため、さらなる渦電流による損失の増加が問題となるようになってきた。 By the way, in recent years, motors have been reduced in size and have a tendency to increase in speed, and in order to improve torque generated per unit volume of the motor, a magnet having a high energy product is used as a magnet used in the inner rotor. It is common. On the other hand, the loss due to the eddy current is proportional to the square of the rotation speed of the inner rotor and the square of the maximum flux linkage density, so that further increase in the loss due to the eddy current has become a problem.
また、損失は熱となり消費されるため、小径化にともない表面積が減少し、発熱を促進するという課題を有していた。 Further, since the loss is consumed as heat, there is a problem that the surface area is reduced as the diameter is reduced and heat generation is promoted.
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、渦電流による損失を低減し、発熱を抑制するとともに、モータの小型化が可能な小型DCブラシレスモータを提供することを目的としている。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a small DC brushless motor capable of reducing loss due to eddy current, suppressing heat generation, and miniaturizing the motor. Yes.
上述した課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、円筒状マグネット中心に回転軸を備えたインナーロータと、前記インナーロータの周囲に配置されたステータ界磁コイルと、前記インナーロータおよびステータ界磁コイルを内包し収めるとともに、前記ステータ界磁コイルの外周部に位置し、外装部分を形成して、単一材質からなるハウジングケースと、前記ハウジングケースの一端の開口部を覆うフランジと、前記ハウジングケースの他端の開口部を覆うとともに、前記ステータ界磁コイルに電流を供給するリード線を通すリード線孔が設けられたエンドフランジとを備え、
駆動時にインナーロータマグネットが回転し、主にマグネットの磁束が導電体を鎖交することにより生じる渦電流の主経路を遮断する位置に絶縁層または絶縁体を配するとともに、前記インナーロータは前記フランジおよび前記エンドフランジにより回転自在に支持され、外径がφ12mm以下であり、前記絶縁層または絶縁体が、前記フランジおよび前記ハウジングケースの接合部、または前記エンドフランジおよび前記ハウジングケースの接合部の少なくとも一方に配されることを特徴とする小型DCブラシレスモータとしている。
In order to solve the above-described problem, an invention according to
An inner rotor magnet rotates during driving, and an insulating layer or an insulator is disposed at a position where the main path of eddy current generated mainly by the magnetic flux of the magnet interlinking the conductor, and the inner rotor includes the flange and is rotatably supported by said end flanges, the outer diameter of Ri der less 12mm, the insulating layer or insulator, of the flange and the joint of the housing case or the junction of the end flange and the housing casing, It is a small DC brushless motor characterized by being arranged in at least one of them.
請求項1に記載の発明によれば、インナーロータ形DCブラシレスモータは、リード線からステータ界磁コイルに電流が供給され、ステータ界磁コイルとインナーロータマグネットとの間で磁気作用が生じて、インナーロータが回転する。
According to the invention described in
このとき、インナーロータの回転に伴ってマグネットの磁束が導電体であるハウジング、フランジ、エンドフランジを鎖交するため、渦電流が生じるのであるが、本発明者等は有限要素法を用いた電磁場解析により、新たに、この渦電流の主経路がハウジングケース内のみならず、ハウジングケース→フランジ→ハウジングケース→エンドフランジ→ハウジングケース→・・・であることを発見した。本発明は、この主経路を遮断する位置に絶縁層または絶縁体を配置することにより、渦電流による損失の低減を図ることが可能になる。 At this time, as the inner rotor rotates, the magnetic flux of the magnets links the housing, flange, and end flange, which are conductors, and an eddy current is generated. Through the analysis, it was newly discovered that the main path of this eddy current is not only in the housing case but also in the housing case → flange → housing case → end flange → housing case →. In the present invention, the loss due to the eddy current can be reduced by disposing an insulating layer or an insulator at a position where the main path is interrupted.
また、渦電流がハウジングケースおよびフランジの接合部、およびハウジングケースおよびエンドフランジの接合部で遮断されるため、渦電流に起因した損失を低減することができる。 Moreover , since the eddy current is interrupted at the joint between the housing case and the flange and at the joint between the housing case and the end flange, the loss due to the eddy current can be reduced.
また請求項2に記載の発明では、円筒状マグネット中心に回転軸を備えたインナーロータと、前記インナーロータの周囲に配置されたステータ界磁コイルと、前記インナーロータおよびステータ界磁コイルを内包し収めるとともに、前記ステータ界磁コイルの外周部に位置し、外装部分を形成して、単一材質からなるハウジングケースと、前記ハウジングケースの一端の開口部を覆うフランジと、前記ハウジングケースの他端の開口部を覆うとともに、前記ステータ界磁コイルに電流を供給するリード線を通すリード線孔が設けられたエンドフランジとを備え、駆動時にインナーロータマグネットが回転し、主にマグネットの磁束が導電体を鎖交することにより生じる渦電流の主経路を遮断する位置に絶縁層または絶縁体を配するとともに、前記インナーロータは前記フランジおよび前記エンドフランジにより回転自在に支持され、外径がφ12mm以下であり、前記絶縁層または絶縁体が、前記ハウジングケースの軸に垂直な断面に配されることを特徴としている。 According to a second aspect of the invention, an inner rotor having a rotating shaft at the center of a cylindrical magnet, a stator field coil disposed around the inner rotor, the inner rotor and the stator field coil are included. A housing case made of a single material and positioned on the outer periphery of the stator field coil, covering the opening at one end of the housing case, and the other end of the housing case And an end flange provided with a lead wire hole through which a lead wire for supplying current to the stator field coil is passed. The inner rotor magnet rotates during driving, and the magnetic flux of the magnet is mainly conducted. An insulating layer or insulator is placed at a position where the main path of eddy current generated by linking the bodies is interrupted, Serial inner rotor is rotatably supported by said flanges and said end flanges, an outer diameter of not more than 12mm, as wherein the insulating layer or insulator, disposed in the cross section perpendicular to the axis of the housing case Yes.
この請求項2に記載の発明によれば、請求項1と同様に、渦電流の主経路を遮断する位置に絶縁層または絶縁体を配置することにより渦電流による損失の低減を図ることが可能になるほか、渦電流がハウジングケースの中を軸方向に流れる途中で遮断されるため、渦電流に起因した損失を低減することができる。 According to the second aspect of the present invention, similarly to the first aspect, it is possible to reduce the loss due to the eddy current by disposing the insulating layer or the insulator at the position where the main path of the eddy current is cut off. In addition, since the eddy current is interrupted while flowing in the housing case in the axial direction, the loss due to the eddy current can be reduced.
さらに請求項3に記載の発明では、前記ハウジングケースが、ニッケルと鉄とからなる磁性合金で形成されることを特徴としている。
Furthermore, the invention according to
この請求項3に記載の発明によれば、Fe−Ni系合金、いわゆるパーマロイは軟磁性材料であり、鋳鉄に対して電気抵抗が高いため、このパーマロイでハウジングケースを構成することで、渦電流がハウジングケース内を流れにくくなり、結果として渦電流に起因する損失を低減することができる。したがって、前記絶縁層または絶縁体による渦電流の遮蔽効果がより一層大きくなる。 According to the third aspect of the present invention, the Fe—Ni alloy, so-called permalloy, is a soft magnetic material and has a high electric resistance with respect to cast iron. Can hardly flow in the housing case, and as a result, loss due to eddy current can be reduced. Therefore, the eddy current shielding effect by the insulating layer or the insulator is further increased.
請求項1に記載の発明によれば、インナーロータの回転に伴って生じる渦電流の主経路を遮断する位置に絶縁層または絶縁体を配置することにより、渦電流による損失の低減を図ることが可能になる。 According to the first aspect of the present invention, the loss due to the eddy current can be reduced by disposing the insulating layer or the insulator at the position where the main path of the eddy current generated along with the rotation of the inner rotor is interrupted. It becomes possible.
また、渦電流がハウジングケースおよびフランジの接合部、およびハウジングケースおよびエンドフランジの接合部で遮断されるため、渦電流に起因した損失を低減することができる。 Moreover , since the eddy current is interrupted at the joint between the housing case and the flange and at the joint between the housing case and the end flange, the loss due to the eddy current can be reduced.
また請求項2に記載の発明によれば、請求項1と同様に、渦電流の主経路を遮断する位置に絶縁層または絶縁体を配置することにより渦電流による損失の低減を図ることが可能になるほか、渦電流がハウジングケースの中を軸方向に流れる途中で遮断されるため、渦電流に起因した損失を低減することができる。 According to the second aspect of the present invention, similarly to the first aspect, it is possible to reduce the loss due to the eddy current by disposing the insulating layer or the insulator at the position where the main path of the eddy current is cut off. In addition, since the eddy current is interrupted while flowing in the housing case in the axial direction, the loss due to the eddy current can be reduced.
また請求項3に記載の発明によれば、Fe−Ni系合金、いわゆるパーマロイは軟磁性材料であり、鋳鉄に対して電気抵抗が高いため、このパーマロイでハウジングケースを構成することで、渦電流がハウジングケース内を流れにくくなり、結果として渦電流に起因する損失を低減することができる。したがって、前記絶縁層あるいは絶縁体による渦電流の遮蔽効果がより一層大きくなる。
According to the invention described in
また請求項1〜3に記載の発明によれば、外径がφ12mm以下である超小型DCブラシレスモータにおいて、本発明の効果を得ることが可能になる。 In addition, according to the first to third aspects of the present invention, the effect of the present invention can be obtained in an ultra-compact DC brushless motor having an outer diameter of φ12 mm or less.
以下、本発明の実施形態を図1から図9を参照して説明する。
図1は小型DCブラシレスモータの第一の実施形態を示す図であり、当該モータ1は、外部からリード線13を通じて供給される電流により、回転磁界を発生させるステータ界磁コイル4と、回転磁界に基づいて回転するインナーロータ20と、これらの各部材が収めら
れるハウジングケース6などとから概略構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a small DC brushless motor. The
インナーロータ20は、希土類永久磁石からなる円筒型のマグネット2と回転軸3とからなり、フランジ7およびエンドフランジ8の中心位置に配置した軸受9および10により二点間で回転自在に支持されている。またマグネット2の中央には、長手方向に沿って回転軸3が貫通固定されている。
The
ハウジングケース6は、円筒状で両端が開口した形状を有しており、好ましくは、Fe
−Ni系磁性合金であるパーマロイで構成されるとよい。
また、ハウジングケース6の図面左端には、ハウジングケース6の開口部を覆うように
フランジ7が設けられ、フランジ7のモータ1の内部側の中心位置に設けられた凹部には、インナーロータ20の回転軸3を支持するための軸受9が嵌め込まれており、回転軸3はこの軸受9を介してフランジ7の中心を貫いている。このフランジ7は、機械的強度が高い材質であることが好ましく、例えばステンレス材料にて構成される。
The
It is preferable to be made of permalloy which is a Ni-based magnetic alloy.
Further, a
軸受9とマグネット2との間には、例えばポリエチレンテレフタレートからなる平板環状の二枚のライナー15,16が挿入されている。ライナー15,16は、ライナー間ですべり摺動することにより、インナーロータ20をスムーズに回転させるものであり、中央に設けられた孔には回転軸3が貫通している。
Between the
また、ハウジングケース6の図面右端には、ハウジングケース6の開口部を覆うようにエンドフランジ8が設けられている。このエンドフランジ8は、機械的強度が高い材質であることが好ましく、例えばステンレス材料にて構成される。
An
図2はハウジングケース6の右端側部分を拡大したものであり、エンドフランジ8のモータ1内部側の中心に設けられた凹部には、インナーロータ20の回転軸3を支持するための軸受10が嵌め込まれており、回転軸3はこの軸受10を介してエンドフランジ8の中心に位置している。軸受10とマグネット2との間には、後述する基板5を設置するための空間を確保するためのスペーサ19が設けられている。また、スペーサ19と軸受10との間には、前述のランナー15,16と同様のランナー17,18が挿入されている。
FIG. 2 is an enlarged view of the right end portion of the
また、ハウジングケース6の内周面6aには、回転磁界を発生させる円筒状の界磁コイル4が固定されており、この界磁コイル4の内方側に、間隙を介して上述のインナーロータ20が回転可能に収められている。またハウジングケース6のエンドフランジ8側開口部内径部分には、円筒径方向に段差を設け、界磁コイル4が収められる部分の内径R1よりも
、エンドフランジ8が嵌め込まれる部分の内径R2の方が大きくなるように設計されてい
る。
A
この段差からなる固定部25(規制部)に押し付けられるように、基板5が配置される。基板5には、図示しない外部ドライバからの出力電流をリード線13を介して界磁コイル4に供給するための配線パターンが設けられている。またエンドフランジ8には、図3に示したように、前記界磁コイル4に電流を供給するためのリード線13,13・・を通す長円形状の貫通孔13aが設けられており、リード線13,13・・の端部は、外部の駆動用ドライバ
に接続されている。そしてリード線13、モータ1内部の基板5を介して界磁コイル4へと接続されている。
The
このとき、リード線13,13・・は、界磁コイル4をスター結線で接続した場合、U・V・W・COMの4本となり、このうちCOMは中性点である。一方界磁コイル4をデルタ結線で接続した場合、U・V・W3本となる。モータ1が、小径であればあるほどセンサレスブラシレス駆動が一般的に適用されるが、センサレスブラシレス駆動方式の場合、基本的に前記中性点が必要となる。
At this time, when the
図1に戻り、フランジ7とハウジングケース6との界面部およびエンドフランジ8とハウジングケース6との界面部には、絶縁層または絶縁体11,12がそれぞれ設けられている。この絶縁層または絶縁体11,12は、電気的に絶縁する材料であればどのような材料であってもよく、例えばフランジ7(またはエンドフランジ8)あるいはハウジングケース6の表面への絶縁処理、例えば電着塗装、アルミニウム表面のアルマイト処理により形成された絶縁層、具体的にはアルミニウムにて構成されるフランジの場合におけるハウジングケースとの接合部にアルマイト処理により形成された絶縁層、またはフランジ7(またはエンドフランジ8)とハウジングケース6とを接着させる接着層に樹脂材料を用いた絶縁
層、またはフランジ7(またはエンドフランジ8)とハウジングケース6との間に配される絶縁材料、例えばポリフェニレンサルファイド(PPS)などの樹脂材料からなる絶縁体のいずれであってもよい。
以下に、本実施形態の作用について説明する。
Returning to FIG. 1, insulating layers or
The operation of this embodiment will be described below.
リード線13、および基板5を介して、ステータ側界磁コイル4に電流を供給すると、ステータ側界磁コイル4とインナーロータ側マグネット2との間で磁気作用が生じて、インナーロータが回転駆動する。
When a current is supplied to the stator
このとき、インナーロータ20の回転に伴って主にマグネット2の磁束が導電体を鎖交するため、いわゆる渦電流が生じる。従来においては、ハウジングケース内を主経路として回る渦電流がモータの損失に影響を与えると考えられていたが、本発明者等による解析により渦電流の新たな主経路を発見した。
以下に、この渦電流の主経路について説明する。
At this time, a so-called eddy current is generated because the magnetic flux of the
Below, the main path | route of this eddy current is demonstrated.
図4、図5は、それぞれ従来の小型DCブラシレスモータと、本実施形態の小型DCブラシレスモータとを、駆動させたときに発生する渦電流について、有限要素法を用いた電磁場解析を行った結果を示している。なお、本実施形態のモータについては、フランジおよびハウジングケースの間(R)、およびエンドフランジおよびハウジングケースの間(S)で導通しないという境界条件を導入した以外は、同じ条件にして解析を行った。また、図4、図5において、渦電流の方向と大きさを、図に示す四角錐の向きと大きさで示している。なお、四角錐の大きさは図4、図5において、比較のため共に同一のスケールで示されている。 4 and 5 show the results of electromagnetic field analysis using the finite element method for eddy currents generated when a conventional small DC brushless motor and the small DC brushless motor of this embodiment are driven, respectively. Is shown. For the motor of this embodiment, analysis was performed under the same conditions except that boundary conditions of not conducting between the flange and the housing case (R) and between the end flange and the housing case (S) were introduced. It was. 4 and 5, the direction and magnitude of the eddy current are indicated by the direction and magnitude of the quadrangular pyramid shown in the figure. Note that the size of the quadrangular pyramid is shown on the same scale in FIGS. 4 and 5 for comparison.
このように、従来の小型DCブラシレスモータである図4によれば、渦電流がハウジングケース→フランジ→ハウジングケース→エンドフランジ→ハウジングケース→・・・という経路で渦電流が発生することが示される。また、本実施形態の小型DCブラシレスモータである図5によれば、前記図4で発生した渦電流と同じ経路で渦電流が発生しているが、渦電流の大きさは前記図4に比べ非常に小さい。すなわち、同解析の境界条件の違いから、ハウジングケースおよびフランジの間(R)、およびハウジングケースおよびエンドフランジの間(S)で絶縁層あるいは絶縁体を配置させて遮断することで、渦電流が抑制されたと考えられる。 Thus, according to FIG. 4, which is a conventional small DC brushless motor, it is shown that eddy current is generated in the path of housing case → flange → housing case → end flange → housing case →. . Further, according to FIG. 5 which is a small DC brushless motor of the present embodiment, eddy current is generated in the same path as the eddy current generated in FIG. 4, but the magnitude of the eddy current is larger than that in FIG. Very small. That is, due to the difference in boundary conditions in the analysis, an insulating layer or an insulator is disposed between the housing case and the flange (R) and between the housing case and the end flange (S) to cut off the eddy current. It is thought that it was suppressed.
したがって、この有限要素法を用いた電磁場解析によれば、渦電流の主経路ハウジングケース6→フランジ7→ハウジングケース6→エンドフランジ8→ハウジングケース6→・・・であり、前記ハウジングケースおよびフランジの間(R)、およびハウジングケースおよびエンドフランジの間(S)に限らず、この主経路を同経路上のいずれかの位置で遮断することができれば、渦電流を効果的に抑制することができることが示唆される。
Therefore, according to the electromagnetic field analysis using this finite element method, the eddy current main
よって図1に示すように、本実施形態では、絶縁層または絶縁体11,12をフランジ7およびハウジングケース6の接合部およびエンドフランジ8およびハウジングケース6の接合部に配することにより、渦電流の主経路のうち、ハウジングケース6およびフランジ7の接合部、またはハウジングケース6およびエンドフランジ8の接合部にて遮断されるため、渦電流に起因した損失を低減することができる。
Therefore, as shown in FIG. 1, in this embodiment, the insulating layers or
また、本実施形態では、ハウジングケース6を、鋳鉄に対して電気抵抗が高いFe−Ni系合金であるパーマロイで構成することが好ましい。パーマロイは電気抵抗が高い(例えば、パーマロイPB抵抗率(Fe−45%Ni);45μΩ・cm,SUM抵抗率;11μΩ・cm)ことから、マグネット2の回転に伴い発生する渦電流がハウジングケース6内を流れにくくなり、結果として渦電流に起因する損失を低減することができる。したがって、絶縁層
または絶縁体11,12による渦電流の遮蔽効果をより一層高めることができる。また、本実施形態では、外径をφ12mm以下にすることができ、DCブラシレスモータのさらなる小型化が可能になる。
Moreover, in this embodiment, it is preferable to comprise the
以上により、本実施形態によれば、より効果的にモータ運転時の渦電流に起因した損失の低減を図り、発熱を抑制することが可能になると共に、モータの超小型化も可能になる。なお、本実施形態のように、絶縁層は、フランジ7とハウジングケース6との接合部、エンドフランジ8とハウジングケース6との接合部の両方に配する必要はなく、いずれか一方に設けてあれば、本発明の効果を得ることが可能である。
As described above, according to the present embodiment, loss due to eddy current during motor operation can be reduced more effectively, heat generation can be suppressed, and the motor can be miniaturized. Note that, as in the present embodiment, the insulating layer does not need to be disposed at both the joint between the
図6は本発明の小型DCブラシレスモータの第二の実施形態を示す図であり、図1に示したモータ1の絶縁層または絶縁体11,12の代わりに、エンドフランジ自身を絶縁体にして渦電流の主経路を遮断したものである。図6のモータ21では、エンドフランジ22部分を除いては、図1のモータ1と同様に構成されている。エンドフランジ22は、図1のモータ1のエンドフランジ8と同様の形状を有するが、材質が絶縁体、例えばポリフェニレンサルファイド(PPS)などの樹脂材料からなるものである。
以下に、第二の本実施形態の作用について説明する。
FIG. 6 is a view showing a second embodiment of the small DC brushless motor of the present invention. Instead of the insulating layer or the
The operation of the second embodiment will be described below.
前記第一の実施形態と同様に、リード線13、および基板5を介して、ステータ界磁コイル4に電流を供給すると、ステータ側界磁コイル4と、インナーロータ側マグネット2との間で磁気作用が生じて、インナーロータ20全体が回転する。このとき、インナーロータ20の回転に伴って主にマグネット2の磁束が導電体を鎖交するため、渦電流が生じる。
Similarly to the first embodiment, when a current is supplied to the
この渦電流の主経路は、ハウジングケース6→フランジ7→ハウジングケース6→エンドフランジ22→ハウジングケース6→・・・であり、本実施形態では、エンドフランジ22を絶縁体で構成して、渦電流の主経路のうち,エンドフランジ22側のところで遮断する。これにより、渦電流に起因した損失を低減することができる。また、前記図1に示した絶縁層または絶縁体11,12を配するための新たな空間が不要でとなり、モータのさらなる小型化を図ることが可能になる。
The main path of this eddy current is:
また、本実施形態では、ハウジングケース6を、鋳鉄に対して電気抵抗が高いFe−Ni系合金であるパーマロイで構成することが好ましい。これにより、マグネット2の回転に伴い発生する渦電流がハウジングケース6内を流れにくくなり、結果として渦電流に起因する損失を低減することができる。したがって、絶縁体としてのエンドフランジ22による渦電流の遮蔽効果をより一層高めることができる。
Moreover, in this embodiment, it is preferable to comprise the
また本実施形態では、渦電流の遮蔽効果を得ながら、小型DCブラシレスモータの外径をφ12mm以下にすることができ、小径タイプのDCブラシレスモータのさらなる小型化が可能になる。
以上により、本実施形態によれば、より効果的にモータ運転時の渦電流に起因した損失の低減を図り、発熱を抑制することが可能になると共に、DCブラシレスモータの超小型化も可能になる。なお、本実施形態のように、エンドフランジ22だけを絶縁体で構成するのではなく、フランジ7側を絶縁体で構成してもよいし、フランジおよびエンドフランジの両方を絶縁体で構成してもよい。
Further, in the present embodiment, the outer diameter of the small DC brushless motor can be reduced to φ12 mm or less while obtaining the eddy current shielding effect, and the small diameter type DC brushless motor can be further downsized.
As described above, according to the present embodiment, loss due to eddy current during motor operation can be reduced more effectively, heat generation can be suppressed, and the DC brushless motor can be miniaturized. Become. As in this embodiment, not only the
図7は本発明の小型DCブラシレスモータの第三の実施形態を示す図であり、図1に示したモータ1の絶縁層または絶縁体11,12の代わりに、ハウジングケース27の軸に垂直な方向の断面に電気絶縁性を有する絶縁層または絶縁体24,24,24を配し、渦電流の主経路をそれぞれ遮断するものである。図7のモータ23では、前記絶縁層または絶縁体11,12の代わりに、複数のハウジングケースを構成する略円筒状部材26とその間に各絶縁層または
絶縁体24,24,24を挟んで構成することを除いては、図1のモータ1と同様に構成されている。この各絶縁層または絶縁体24は、電気的に絶縁する材料であればどのような材料であってもよく、例えば円筒状部材26の端部表面の絶縁処理、例えば電着塗装、および各部材26を接着させる接着層に樹脂材料を用いた絶縁層、および部材26,26の間に配される絶縁材料、例えばポリフェニレンサルファイド(PPS)などの樹脂材料からなる絶縁体のいずれであってもよい。
以下に、本実施形態の作用について説明する。
FIG. 7 is a view showing a third embodiment of the small DC brushless motor of the present invention, and is perpendicular to the axis of the
The operation of this embodiment will be described below.
前記第一の実施形態と同様に、リード線13、および基板5を介して、ステータ界磁コイル4に電流を供給すると、ステータ側界磁コイル4と、インナーロータ側マグネット2との間で磁気作用が生じて、インナーロータ20全体が回転する。このとき、インナーロータ20の回転に伴って主にマグネット2の磁束が導電体を鎖交するため渦電流が生じる。
Similarly to the first embodiment, when a current is supplied to the
この渦電流の主経路は、ハウジングケース27→フランジ7→ハウジングケース27→エンドフランジ8→ハウジングケース27→・・・であり、本実施形態では、ハウジングケース27を構成する複数の略円筒状部材26と26の間に、絶縁層または絶縁体24をそれぞれ配することにより、渦電流の主経路のうち、ハウジングケース27の内部でこれを遮断する。これにより、渦電流に起因した損失を低減することができる。
The main path of this eddy current is:
また、本実施形態では、ハウジングケース27の略円筒状部材26を、Fe−Ni系合金であるパーマロイで構成することが好ましい。これにより、マグネット2の回転に伴い発生する渦電流が流れにくくなり、結果として渦電流に起因する損失をより低減することができる。したがって、絶縁層または絶縁体24による渦電流の遮蔽効果をより一層高めることができる。また、本実施形態では、渦電流の遮蔽効果を得ながら外径をφ12mm以下にすることができ、DCブラシレスモータのさらなる小型化が可能になる。
以上により、本実施形態によれば、より効果的にモータ運転時の渦電流に起因した損失の低減を図り、発熱を抑制することが可能になるとともに、モータの超小型化も可能になる。
In this embodiment, it is preferable that the substantially
As described above, according to the present embodiment, loss due to eddy current during motor operation can be reduced more effectively, heat generation can be suppressed, and the motor can be miniaturized.
以下に、本発明の実施例としてのモータA,B、および比較例としての従来のモータCに使用したモータ要部のハウジングケース、フランジ、エンドフランジの材料の組合せの具体的な構成例を示す。なお、下記表中の鉄鋼としては、今回、ステンレスが用いられている。 Below, the concrete structural example of the combination of the material of the housing case of the motor principal part used for the motors A and B as an Example of this invention and the conventional motor C as a comparative example, a flange, and an end flange is shown. . In addition, as the steel in the table below, stainless steel is used this time.
ここで、表1に示したように、エンドフランジの表面にアルマイト処理を施したモータA、フランジおよびエンドフランジの両方の表面にアルマイト処理を施したモータB、および図8に示したような、前記と構成が同じで、絶縁層または絶縁体をどこにも設けない従来タイプのモータCを用いて、各モータ駆動時の損失比率を計測した。この損失比率は
、(無負荷電流/起動電流)× 100(%)で算出した。結果を、下記の表2に示す。
Here, as shown in Table 1, the motor A with alumite treatment on the surface of the end flange, the motor B with alumite treatment on the surfaces of both the flange and the end flange, and as shown in FIG. The loss ratio at the time of driving each motor was measured using a conventional type motor C having the same configuration as described above and having no insulating layer or insulator provided anywhere. This loss ratio was calculated by (no-load current / starting current) × 100 (%). The results are shown in Table 2 below.
なお、図8に示したように、従来のモータCとしては、マグネット2および回転軸3からなるインナーロータ20と、このインナーロータ20の周囲に配置されたステータ界磁コイル4と、これらインナーロータ20およびステータ界磁コイル4を内包し収めるとともにステータ界磁コイル4の外周に位置し、外装部分を形成するハウジングケース6と、ハウジングケース6の一端の開口部を覆うフランジ7と、他端の開口部を覆うとともにステータ界磁コイル4に電流を供給するリード線13を通すリード線孔が設けられたエンドフランジ8と、この電流をステータ界磁コイル4に供給するための配線パターンが配された基板5と、インナーロータ20を回転自在に支持する軸受9,10とで構成した基本部品が共通で同サイズのモータ28を用いた。下記表2は損失比率である。
As shown in FIG. 8, the conventional motor C includes an
表2によれば、モータAおよびBでは、損失比率において、モータCよりも優れていることがわかる。また、表1のモータB(例えば図1のモータ1相当)および従来のモータC(例えば図8のモータ28相当)について、モータを駆動させたときの回転軸3、ハウジングケース6、フランジ7、エンドフランジ8、軸受9,10における渦電流損とヒステリシス損とを電磁場解析を用いて求めた解析結果を、下記の表3に示す。
According to Table 2, it can be seen that the motors A and B are superior to the motor C in the loss ratio. For the motor B shown in Table 1 (for example, equivalent to the
表3については同時に、損失の合計をヒステリシス損および渦電流損により内訳にした棒グラフを図9に示す。このように表3および図9によれば、モータCと比較して、モータBの方が渦電流損を大幅に低減して、損失全体の低減を実現していることがわかる。また、表1のモータAについても前記同様の損失を求めた合計は、モータBの結果に準じた低減効果が得られ、共に渦電流損の低減に効果が見られた。 For Table 3, FIG. 9 shows a bar graph in which the total loss is broken down by hysteresis loss and eddy current loss. Thus, according to Table 3 and FIG. 9, it can be seen that compared to the motor C, the motor B significantly reduces the eddy current loss and realizes a reduction in the overall loss. In addition, for the motor A in Table 1, the total obtained for the same loss as described above was reduced according to the result of the motor B, and both were effective in reducing eddy current loss.
1,21,23,28 モータ
2 マグネット
3 回転軸
4 界磁コイル
5 基板
6, 27 ハウジングケース
7 フランジ
8,22 エンドフランジ
9,10 軸受
11,12,24 絶縁層(または絶縁体)
13 リード線
20 インナーロータ
26 円筒状部材
1, 21, 23, 28
11, 12, 24 Insulating layer (or insulator)
13 Lead wire
20 Inner rotor
26 Cylindrical member
Claims (3)
前記インナーロータの周囲に配置されたステータ界磁コイルと、
前記インナーロータおよびステータ界磁コイルを内包し収めるとともに、前記ステータ界磁コイルの外周部に位置し、外装部分を形成して、単一材質からなるハウジングケースと、
前記ハウジングケースの一端の開口部を覆うフランジと、
前記ハウジングケースの他端の開口部を覆うとともに、前記ステータ界磁コイルに電流を供給するリード線を通すリード線孔が設けられたエンドフランジとを備え、
駆動時にインナーロータマグネットが回転し、主にマグネットの磁束が導電体を鎖交することにより生じる渦電流の主経路を遮断する位置に、絶縁層または絶縁体を配するとともに、前記インナーロータは前記フランジおよび前記エンドフランジにより回転自在に支持され、
外径がφ12mm以下であり、
前記絶縁層または絶縁体が、前記フランジおよび前記ハウジングケースの接合部、または前記エンドフランジおよび前記ハウジングケースの接合部の少なくとも一方に配されることを特徴とする小型DCブラシレスモータ。 An inner rotor with a rotating shaft at the center of the cylindrical magnet;
A stator field coil disposed around the inner rotor;
A housing case made of a single material, containing the inner rotor and the stator field coil, being located on the outer periphery of the stator field coil, forming an exterior part,
A flange covering an opening at one end of the housing case;
An end flange provided with a lead wire hole for covering the opening at the other end of the housing case and passing a lead wire for supplying a current to the stator field coil;
An inner rotor magnet rotates at the time of driving, and an insulating layer or an insulator is disposed at a position where the main path of eddy current generated mainly when the magnetic flux of the magnet is linked to the conductor. Rotatably supported by the flange and the end flange,
An outer diameter of Ri der below φ12mm,
The small DC brushless motor, wherein the insulating layer or the insulator is disposed at at least one of a joint portion of the flange and the housing case or a joint portion of the end flange and the housing case .
前記インナーロータの周囲に配置されたステータ界磁コイルと、
前記インナーロータおよびステータ界磁コイルを内包し収めるとともに、前記ステータ界磁コイルの外周部に位置し、外装部分を形成して、単一材質からなるハウジングケースと、
前記ハウジングケースの一端の開口部を覆うフランジと、
前記ハウジングケースの他端の開口部を覆うとともに、前記ステータ界磁コイルに電流を供給するリード線を通すリード線孔が設けられたエンドフランジとを備え、
駆動時にインナーロータマグネットが回転し、主にマグネットの磁束が導電体を鎖交することにより生じる渦電流の主経路を遮断する位置に、絶縁層または絶縁体を配するとともに、前記インナーロータは前記フランジおよび前記エンドフランジにより回転自在に支持され、
外径がφ12mm以下であり、
前記絶縁層または絶縁体が、前記ハウジングケースの軸に垂直な断面に配されることを特徴とする小型DCブラシレスモータ。 An inner rotor with a rotating shaft at the center of the cylindrical magnet;
A stator field coil disposed around the inner rotor;
A housing case made of a single material, containing the inner rotor and the stator field coil, being located on the outer periphery of the stator field coil, forming an exterior part,
A flange covering an opening at one end of the housing case;
An end flange provided with a lead wire hole for covering the opening at the other end of the housing case and passing a lead wire for supplying a current to the stator field coil;
An inner rotor magnet rotates at the time of driving, and an insulating layer or an insulator is disposed at a position where the main path of eddy current generated mainly when the magnetic flux of the magnet is linked to the conductor. Rotatably supported by the flange and the end flange,
Outer diameter is φ12mm or less,
A small DC brushless motor, wherein the insulating layer or the insulator is disposed in a cross section perpendicular to the axis of the housing case .
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