JP5127865B2 - DC motor and valve opening / closing device - Google Patents
DC motor and valve opening / closing device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5127865B2 JP5127865B2 JP2010076807A JP2010076807A JP5127865B2 JP 5127865 B2 JP5127865 B2 JP 5127865B2 JP 2010076807 A JP2010076807 A JP 2010076807A JP 2010076807 A JP2010076807 A JP 2010076807A JP 5127865 B2 JP5127865 B2 JP 5127865B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- field
- motor
- armature
- valve
- field coil
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Dc Machiner (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Description
この発明は、排気ガス再循環装置等に用いられるバルブ開閉装置において、装置内に閉弁用のリターンスプリングを有し、なおかつ、回転方向が変わることで被駆動体(バルブ)の開閉動作や所定位置での駆動保持をするための、駆動源となる直流モータに関する。また、その直流モータを搭載したバルブ開閉装置に関する。 The present invention relates to a valve opening / closing device used for an exhaust gas recirculation device or the like, which has a return spring for closing the valve, and changes the rotation direction to change the opening / closing operation of a driven body (valve) or a predetermined value. The present invention relates to a direct current motor serving as a drive source for maintaining drive in position. The present invention also relates to a valve opening / closing device equipped with the DC motor.
従来、バルブ開閉装置やアクチュエータ等、出力軸の直動機構を持つ装置の駆動源として、直流モータが使用されている。 Conventionally, a direct current motor has been used as a drive source for a device having a linear motion mechanism of an output shaft, such as a valve opening / closing device or an actuator.
例えば、車載用のEGRバルブ(EGRとは、Exhaust Gas Recirculationの略で、日本語では「排気ガス再循環装置」と訳されている。これから燃焼室で燃焼爆発させようとする混合気に、燃え終わった排気ガスを混ぜる装置)においては、排気ガス通路を開閉する制御弁の駆動手段となる直流モータ、モータケース内に軸受を介して回転自在に支持されたロータ、ロータ軸心部を貫通するネジ孔を有しており、先端に制御弁を有するスクリューシャフトがネジ孔に螺合され、ロータの回転によってスクリューシャフトが軸方向に移動し、バルブが開く。閉弁時は、開弁時と逆方向にロータが回転する。また、直流モータに電源が供給できない場合は閉弁状態を保てるよう、リターンスプリングが設けられているEGRバルブが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For example, an EGR valve for vehicle use (EGR is an abbreviation for Exhaust Gas Recirculation, which is translated as “exhaust gas recirculation device” in Japanese. In the exhaust gas mixing device), a direct current motor serving as a drive means for a control valve that opens and closes the exhaust gas passage, a rotor rotatably supported in the motor case via a bearing, and a rotor shaft center portion are passed through. A screw shaft having a screw hole and having a control valve at the tip is screwed into the screw hole, and the screw shaft moves in the axial direction by rotation of the rotor, and the valve is opened. When the valve is closed, the rotor rotates in the opposite direction to that when the valve is opened. Further, an EGR valve provided with a return spring has been proposed so that the valve can be kept closed when power cannot be supplied to the DC motor (see, for example, Patent Document 1).
上記のような構成のEGRバルブに所望の動作をさせるために、通電制御装置が備えられており、特に閉弁時の通電制御においては、ロータ内部に設けられたストッパー(制御弁およびスクリューシャフトの位置決め機構)が、シャフトの衝突で破損することのないように、閉弁途中から制動制御がかけられている。 In order to make the EGR valve configured as described above perform a desired operation, an energization control device is provided. Especially in energization control when the valve is closed, a stopper (control valve and screw shaft) provided in the rotor is provided. The braking control is applied from the middle of the valve closing so that the positioning mechanism) is not damaged by the collision of the shaft.
また、駆動源である直流モータは、電機子が固定子側に配置され、界磁石が回転子側に配置される構成となっている。図示はされていないが、この場合、電機子の通電を切り替えるために、固定子側に給電ブラシと配電ブラシが設けられ、回転子に配置された整流子に向かって突出している。 Further, the DC motor as a drive source has a configuration in which the armature is disposed on the stator side and the field magnet is disposed on the rotor side. Although not shown, in this case, in order to switch the energization of the armature, a power supply brush and a power distribution brush are provided on the stator side, and project toward the commutator disposed on the rotor.
また、電機子が回転子側に、界磁石が固定子側に配置される直流モータを駆動源として用いられている他のリターンスプリングを有するバルブ開閉装置やバルブアクチュエータが提案されている(例えば、特許文献2参照)。 Further, valve opening / closing devices and valve actuators having other return springs using a direct current motor in which the armature is disposed on the rotor side and the field magnet is disposed on the stator side have been proposed (for example, Patent Document 2).
近年、あらゆる製品に搭載されるモータには、高性能かつ低コスト化が求められており、特に生産台数が多く、構成部品点数の多い自動車などにおいては、直流モータが用いられている例が多い。特に、自動車の構成部品の一つである排気ガス再循環装置などのバルブ開閉装置の駆動源である直流モータには、低コスト化に加え、性能面での要求も高く、開閉の応答性を向上するため、直流モータの高出力化及び低イナーシャ化が求められている。 In recent years, motors mounted on all products have been required to have high performance and low cost. In particular, there are many examples in which DC motors are used in automobiles with a large number of produced parts and a large number of components. . In particular, DC motors, which are the driving sources of valve opening and closing devices such as exhaust gas recirculation devices, which are one of the components of automobiles, have high performance requirements and high open / close responsiveness in addition to cost reduction. In order to improve, there is a demand for higher output and lower inertia of the DC motor.
また、開閉機構を持つ装置の負荷トルクは、回転方向によって負荷トルクが異なることが多い。上記特許文献1の例では、リターンスプリングがバルブを閉弁方向に押し戻す向きに力を加えるため、開弁方向の負荷トルクが閉弁方向よりも大きくなる。即ち、高出力化の中でも特に、開弁方向での高トルク化が求められる。 Further, the load torque of a device having an opening / closing mechanism often varies depending on the rotation direction. In the example of Patent Document 1, a force is applied in a direction in which the return spring pushes the valve back in the valve closing direction, so that the load torque in the valve opening direction is larger than that in the valve closing direction. That is, among the high output, a high torque in the valve opening direction is required.
直流モータの高出力化の手段としては、界磁石の高磁力化や、電機子コアの大型化、即ち外径拡大やコア軸長の伸長などが挙げられる。 Examples of means for increasing the output of the DC motor include increasing the magnetic force of the field magnet and increasing the size of the armature core, that is, expanding the outer diameter and extending the core shaft length.
しかしながら、界磁石の高磁力化には、磁石の高コスト化やコギングトルクの増大する傾向があり、また電機子コアの大型化には、イナーシャが増大する傾向があった。 However, increasing the magnetic force of the field magnet tends to increase the cost of the magnet and increase the cogging torque, and increasing the armature core tends to increase the inertia.
また、低イナーシャ化の手段として、回転子の小型・軽量化が挙げられる。例えば、上記特許文献1では、回転子を界磁石にすることで回転子を軽量化している。別の例では、出力軸にギアを介することで必要トルクを確保し、回転子の電機子コアを小径化している(モータそのものは高回転・低トルクの仕様である)。 Further, as a means for reducing inertia, there is a reduction in the size and weight of the rotor. For example, in the said patent document 1, the rotor is reduced in weight by making a rotor into a field magnet. In another example, the required torque is secured by using a gear on the output shaft, and the armature core of the rotor is reduced in diameter (the motor itself has high rotation and low torque specifications).
しかしながら、回転子を界磁石にした例では、回転子側に設置された整流子を介して固定子側の電機子に通電をするため、整流のための機構が複雑になり、高コストであり、出力軸にギアを介する例では、高コスト化、装置の大型化の傾向があった。 However, in the example in which the rotor is a field magnet, the armature on the stator side is energized via the commutator installed on the rotor side, so the mechanism for rectification becomes complicated and expensive. In the example in which the output shaft is provided with a gear, there has been a tendency to increase the cost and the size of the apparatus.
さらに、一方向での高トルク化を実現する手段として、ブラシと整流子の位置関係によって作られる通電位相角を進み角にする例が挙げられる。 Further, as a means for realizing high torque in one direction, an example in which the energization phase angle formed by the positional relationship between the brush and the commutator is set to the advance angle can be given.
しかしながら、上記の例では逆方向では通電位相角が遅れ位相になるため、トルク脈動が著しく増大してしまう傾向があった。 However, in the above example, the energization phase angle becomes a lagging phase in the reverse direction, so that torque pulsation tends to increase remarkably.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、コストの増大やコギングトルク脈動の増大を招くことなく、高出力・低イナーシャ化を実現する、電機子回転型の直流モータ及びその直流モータを搭載したバルブ開閉装置を提供する。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is an armature rotating type DC motor that realizes high output and low inertia without increasing cost and cogging torque pulsation. And a valve opening / closing device equipped with the DC motor.
この発明に係る直流モータは、電機子が回転子、界磁が固定子であるインナーロータ形の直流モータであって、
界磁は、
磁性体により所定の形状に形成される界磁鉄心と、
界磁鉄心の所定箇所に設けられる複数個の界磁石と、
界磁石の夫々を軸方向に対して略直角に囲むように所定巻数巻回される界磁コイルと、を備え、
隣接する界磁コイルは、電流の向きが異なるように構成されるものである。
A DC motor according to the present invention is an inner rotor type DC motor in which an armature is a rotor and a field is a stator,
The field is
A field core formed in a predetermined shape by a magnetic material;
A plurality of field magnets provided at predetermined locations of the field core;
A field coil wound with a predetermined number of turns so as to surround each of the field magnets at a substantially right angle with respect to the axial direction,
Adjacent field coils are configured to have different current directions.
この発明に係る直流モータは、界磁石の夫々を軸方向に対して略直角に囲むように所定巻数巻回される界磁コイルを備え、電源に接続される界磁コイルに流れる電流が、一回転方向において界磁の磁束を増やす方向に流れ、回転トルクを高くすることができ、簡単な構成により高出力な直流モータを得ることができる。 The direct current motor according to the present invention includes a field coil wound by a predetermined number of turns so as to surround each of the field magnets at a substantially right angle with respect to the axial direction, and a current flowing through the field coil connected to the power source is It can flow in the direction of increasing the magnetic flux of the field in the rotational direction, and the rotational torque can be increased, and a high-output DC motor can be obtained with a simple configuration.
実施の形態1.
本実施の形態では、バルブ開閉装置の駆動源であり、電機子が回転子、界磁が固定子であるインナーロータ形の直流モータを対象とする。
Embodiment 1 FIG.
The present embodiment is directed to an inner rotor type DC motor that is a drive source of a valve opening / closing device, and in which an armature is a rotor and a field is a stator.
先ず、直流モータ200で駆動されるバルブ開閉装置100の構成を簡単に説明する。
First, the configuration of the valve opening /
図1は実施の形態1を示す図で、直流モータ200を搭載したバルブ開閉装置100の縦断面図である。
FIG. 1 shows the first embodiment and is a longitudinal sectional view of a valve opening /
図1に示すように、バルブ開閉装置100は、ハウジング40の内周部に直流モータ200の界磁10(詳細は、後述する)が固定される。また、ハウジング40のバルブ(図示せず)側の軸方向端部に一方の軸受(例えば、ボールベアリング)が設けられる。
As shown in FIG. 1, in the valve opening /
ハウジング40のバルブの反対側に、ケース30が嵌合する。ケース30には、ハウジング40の反対側の軸方向端部に他方の軸受(例えば、ボールベアリング)が設けられる。また、ケース30には、電機子20に電力を供給する給電ブラシ15(図示はしないが、一対)が固定される。
The case 30 is fitted to the opposite side of the valve of the
界磁10の内側に、電機子20(詳細は、後述する)が配置される。電機子20の回転軸24が、前述した一方の軸受と他方の軸受とにより支持される。
An armature 20 (details will be described later) is disposed inside the
給電ブラシ15に回転しながら接触する整流子26が回転軸24に固定されている。整流子26は、結線板27を介して電機子20の電機子コイル22(後述する)に電気的に接続している。
A
ハウジング40のバルブ側に、スプリングケース50が設けられる。そして、スプリングケース50内に、リターンスプリング60と、スプリング受け61とが収納されている。
A
回転軸24にはスクリューシャフト80(回転トルクを直動方向の推力に変換させる機構)が螺合し、スクリューシャフト80はスプリングケース50から突出してバルブ(図示せず)に連結する。
A screw shaft 80 (mechanism for converting rotational torque into thrust in the linear motion direction) is screwed onto the
また、バルブ開閉装置100は、図示はしないが、直流電源、通電信号を与えるための制御装置を備える。制御装置は、少なくとも、印加電圧を反転させる回路を備える。直流電源は、バルブ開閉装置100とは別体に設けられることが通常であるが、制御装置はバルブ開閉装置100と一体または別体のいずれでもよい。
The valve opening /
図2、図3は実施の形態1を示す図で、図2は直流モータ200の横断面図(図3のB−B断面図)、図2は直流モータ200の縦断面図(図2のA−A断面図)である。 2 and 3 are diagrams showing the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the DC motor 200 (BB cross-sectional view of FIG. 3). FIG. It is AA sectional drawing.
図2、図3に示すように、直流モータ200(ブラシ付DCモータ)は、少なくとも界磁10(固定子)と、界磁10の内側に位置する電機子20(回転子)とを備える。界磁10は固定されていて(例えば、バルブ開閉装置のハウジング40に固定される)、電機子20が界磁10の内側で回転する。一般的に、このような構成のモータをインナーロータ形と呼ぶ。
As shown in FIGS. 2 and 3, the DC motor 200 (DC motor with brush) includes at least a field 10 (stator) and an armature 20 (rotor) positioned inside the
直流モータ200の出力は、例えば、10〜20W(ワット)程度のものである。
The output of the
本実施の形態は、界磁10(固定子)の構成に特徴があるが、先ず電機子20(回転子)について、図4乃至図7を参照しながら説明する。 The present embodiment is characterized by the configuration of the field 10 (stator). First, the armature 20 (rotor) will be described with reference to FIGS.
図4乃至図7は実施の形態1を示す図で、図4は電機子20の横断面図(図5のD−D断面図)、図5は電機子20の縦断面図(図4のC−C断面図)、図6は電機子鉄心21の横断面図、図7は電機子スロット23付近の拡大平面図である。
4 to 7 show the first embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view of the armature 20 (cross-sectional view taken along the line DD in FIG. 5), and FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of the armature 20 (shown in FIG. 4). 6 is a cross-sectional view of the
図4、図5に示すように、電機子20は、電機子鉄心21と、電機子鉄心21に形成された電機子スロット23に収納される電機子コイル22と、電機子鉄心21の略中心部に形成される軸孔25(図5参照)に嵌合する回転軸24と、回転軸24に固定される整流子26(図1参照)と、電機子コイル22と整流子26とを電気的に接続する結線板27(図1参照)と、を備える。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
図6に示すように、電機子鉄心21は、平面視略ドーナッツ状で、外周縁に沿って複数個の電機子スロット23が周方向に略等間隔に形成されている。図6に示す例では、電機子スロット23の数は6個であるが、電機子スロット23の数は6個に限定されるものではなく任意でよい。
As shown in FIG. 6, the
また、電機子鉄心21の略中心部に、回転軸24が嵌合する円形の軸孔25が形成されている。
In addition, a
電機子鉄心21は、板厚が0.1〜1.5mmの電磁鋼板(例えば、無方向性電磁鋼板(鋼板の特定方向に偏って磁気特性を示さないよう、各結晶の結晶軸方向をできる限りランダムに配置させたもの))を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数軸方向(積層方向)に積層し、抜きカシメや溶接等により固定して製作される。
The
図7の電機子スロット23付近の拡大図に示すように、電機子スロット23は、断面が略五角形である。電機子スロット23は、電機子鉄心21の外周縁において開口している。この開口部をスロットオープニング23aと呼ぶ。電機子コイル22(通常、銅線の表面に絶縁が施されたマグネットワイヤが使用される)は、このスロットオープニング23aから、電機子スロット23内に挿入される。
As shown in the enlarged view of the vicinity of the
図8、図9は実施の形態1を示す図で、図8は界磁10の横断面図(図9のF−F断面図)、図9は界磁10の縦断面図(図8のE−E断面図)である。 8 and 9 show the first embodiment. FIG. 8 is a transverse sectional view of the field 10 (FF sectional view of FIG. 9). FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the field 10 (of FIG. 8). EE sectional drawing).
図8、図9に示すように、界磁10は、少なくとも界磁鉄心11と、界磁鉄心11の界磁石挿入部11a(図10参照)に挿入される界磁石12と、夫々の界磁石12を軸方向に対して略直角に囲むように所定ターン巻回される界磁コイル13とを備える。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
図8、図9に示す界磁10は、例えば、外径がφ50[mm]、極数が4極のものである。
The
界磁鉄心11の軸方向長さL1(図9参照)は、電機子鉄心21の軸方向長さL2(図5参照)よりも長くするのが好ましい。電機子20側からの磁束を効率よく拾うためである。
The axial length L1 of the field core 11 (see FIG. 9) is preferably longer than the axial length L2 of the armature core 21 (see FIG. 5). This is for efficiently picking up the magnetic flux from the
図10は実施の形態1を示す図で、界磁鉄心11の横断面図である。図10に示すように、界磁鉄心11は、略円筒形で、内周縁に沿って、界磁石挿入部11a(空間)が極数分(ここでは、4個)形成されている。
FIG. 10 shows the first embodiment, and is a cross-sectional view of the
界磁鉄心11も電機子鉄心21と同様、板厚が0.1〜1.5mmの電磁鋼板(例えば、無方向性電磁鋼板(鋼板の特定方向に偏って磁気特性を示さないよう、各結晶の結晶軸方向をできる限りランダムに配置させたもの))を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数軸方向(積層方向)に積層し、抜きカシメや溶接等により固定して製作される。但し、界磁鉄心11は、電磁鋼板を積層したものでなくてもよい。即ち、磁性体の一体コアでもよい。
Similarly to the
また、界磁鉄心11の夫々の界磁石挿入部11aの間に、界磁コイル13を設けるための界磁コイル収納部11bが形成されている。界磁コイル収納部11bは、円弧形状の界磁石12と略同形状である。界磁コイル収納部11bは、内側に開口している。この開口から界磁コイル13が界磁コイル収納部11bに収納される。
A field
さらに、界磁鉄心11の界磁石挿入部11aの外側の部分は、円筒状の界磁バックヨーク11cである。
Furthermore, the outer part of the field
界磁石12の磁束の短絡を防ぐため、界磁石挿入部11aの両端もしくは電機子20との対向面等に複数のスリットを設けるようにしてもよい。
In order to prevent short-circuiting of the magnetic flux of the
界磁石12は、図8の例では、一磁極に対して一個設けられているが、複数個に分割されたものでもよい。また、界磁石12の軸方向長さは、界磁鉄心11の軸方向長さL1(図9参照)と同等とするのがよい。
In the example of FIG. 8, one
界磁石12には、本実施の形態の直流モータ200が、低出力(10〜20W)のブラシ付DCモータであるので、フェライト焼結磁石を用いる。フェライト焼結磁石は、Fe2O3(酸化第2鉄)とBaCO3(炭酸バリウム)もしくはSrCO3(炭酸ストロンチュウム)を主原料とし、粉末冶金法により製造されるコストパフォーマンスの優れたマグネットである。
Since the
図11は実施の形態1を示す図で、界磁石12の拡大横断面図である。図8(図11の拡大図も参照)に示すように、界磁石12は、同心円の円弧を持つセグメント(分割、ここでは4分割)磁石であるが、平板状のセグメントでもよく、形状は問わない。着磁方向はラジアル方向、平行方向いずれでもよいが、界磁鉄心11の形状にあわせ、表面磁束密度分布がより滑らか(高調波成分が少ない)になるような着磁方向であることが望ましい。
FIG. 11 shows the first embodiment, and is an enlarged cross-sectional view of the
図12乃至図14は実施の形態1を示す図で、図12は界磁コイル13の巻線方向を示す図、図13は界磁コイル13の巻線方法(波巻)を示す図、図14は直流モータ200の結線図である。
12 to 14 show the first embodiment, FIG. 12 shows the winding direction of the
界磁コイル13は界磁石12を囲むように、単数もしくは複数ターン巻回される。例えば、図12に示すように、界磁コイル13は、N極とS極とで電流の向きが逆向きになるように、界磁石12を囲むように巻回(結線)される。
The
即ち、隣接する磁極(界磁石12)界磁コイル13は、互いに逆向きに巻かれる。 That is, the adjacent magnetic poles (field magnets 12) and field coils 13 are wound in opposite directions.
図12は、界磁コイル13に流れる電流による磁束の向きと、界磁石12の磁束の向きとが同じ場合である。
FIG. 12 shows a case where the direction of the magnetic flux due to the current flowing in the
各磁極(界磁石12)に巻かれた界磁コイル13は、直列に結線される。巻線方法は、全ての磁極分を連続に巻回してもよいし、夫々の磁極を巻回し、後から結線してもよい。
A
界磁コイル13のターン数が少ない場合には、図13に示すように波状に巻回してもよい。
When the number of turns of the
界磁コイル13に用いられる線材は、界磁コイル13が複数ターンであればマグネットワイヤなどを使用し、界磁コイル13が単数であれば角線などでもよく、いずれの場合も抵抗率の小さい銅線などが好ましい。
The wire used for the
図14の直流モータ200の結線図に示すように、整流子26を介して一対の給電ブラシ15に接続される電機子20に、直列に接続された界磁コイル13が並列に接続され、それらが直流電源90に並列に接続される。但し、図14では、界磁コイル13は2極分のみを示している。
As shown in the connection diagram of the
さらに、給電ブラシ15と整流子26とは、いずれの回転方向においても同じ通電タイミングとなるような位置に取り付けられている。
Furthermore, the
以上のような構成の直流モータ200を動作させたときの回転トルクの発生について説明する。
The generation of rotational torque when the
以下、バルブ開閉装置100の開弁方向を正転、閉弁方向を逆転とする。また、印加電圧(直流電源90)は、正転時をプラス電圧、逆転時をマイナス電圧と表記する。尚、プラス電圧印加時は、図12の巻線方向に沿った電流が流れる。
Hereinafter, the valve opening direction of the valve opening /
図15乃至図18は実施の形態1を示す図で、図15は直流モータ200が正転時の界磁石12の作る磁束の向きと界磁コイル13の作る磁束の向きとを示す図、図16は直流モータ200が逆転時の界磁石12の作る磁束の向きと界磁コイル13の作る磁束の向きとを示す図、図17は直流モータ200のトルクと回転数との関係を示す図、図18はトルク定数とバルブ開閉装置の応答特性を示す図である。
15 to 18 are diagrams showing the first embodiment, and FIG. 15 is a diagram showing the direction of the magnetic flux generated by the
バルブ開閉装置100が開弁方向である正転時(直流モータ200)は、印加電圧(直流電源90)がプラスであり、各界磁コイル13には図12に示すような電流が流れる。そのため、図15に示すように、界磁コイル13の作る磁束と、界磁石12の作る磁束とが同じ方向を向くため、電機子コイル22に鎖交する磁束量を増やすことができ、トルク定数が大きくなる。
When the valve opening /
バルブ開閉装置100が閉弁方向である逆転時(直流モータ200)は、印加電圧(直流電源90)がマイナスであり、各界磁コイル13には図12に示す電流と反対方向の電流が流れる。そのため、図16に示すように、界磁コイル13の作る磁束と、界磁石12の作る磁束とが逆の方向を向くため、電機子コイル22に鎖交する磁束量が減少して、トルク定数が小さくなる。
When the valve opening /
次にそれぞれの状態(正転時、逆転時、界磁コイル13なし)での回転数とトルクとの関係について説明する。 Next, the relationship between the rotational speed and torque in each state (during forward rotation, reverse rotation, and no field coil 13) will be described.
ここで、
(1)回転数(電機子20):N[rad/s];
(2)トルク:T[Nm];
(3)電流(電機子20):I[A];
(4)印加電圧(直流電源90):E[V];
(5)コイル抵抗(電機子コイル22(一相分):R[Ω];
(6)トルク定数:K[Nm/A];
とすると、次式(1)が成立する。
here,
(1) Rotational speed (armature 20): N [rad / s];
(2) Torque: T [Nm];
(3) Current (armature 20): I [A];
(4) Applied voltage (DC power supply 90): E [V];
(5) Coil resistance (armature coil 22 (for one phase): R [Ω];
(6) Torque constant: K [Nm / A];
Then, the following equation (1) is established.
N=E/K−(R/K2)T (1)
つまり、回転数NとトルクTとの関係は、切片E/K、傾きR/K2の直線となる。
N = E / K− (R / K 2 ) T (1)
That is, the relationship between the rotational speed N and the torque T is the intercept E / K, the slope of the straight line R / K 2.
実際の直流モータ200には、電機子コイル22のインダクタンスや軸受70(図1参照)などのロストルクも発生するが、ここでは直流モータ200が小型であり、無視できるほど小さいことが多いので、ここでは割愛する。
The
(1)式を用いて求めた回転数NとトルクTとの関係を図17に示す。図17において、横軸がトルク(回転方向を正とする)、縦軸が回転数を表す。また、図中、
(a)本実施の形態で、印加電圧(直流電源90)がプラスの場合(正転);
(b)本実施の形態で、印加電圧(直流電源90)がマイナスの場合(逆転);
(c)界磁コイル13を設けない場合;
であり、印加電圧の大きさは、全て同じとする。
FIG. 17 shows the relationship between the rotational speed N and the torque T obtained using the equation (1). In FIG. 17, the horizontal axis represents torque (the rotation direction is positive), and the vertical axis represents the number of rotations. In the figure,
(A) In the present embodiment, when the applied voltage (DC power supply 90) is positive (forward rotation);
(B) In the present embodiment, when the applied voltage (DC power supply 90) is negative (reverse);
(C) When the
And the magnitudes of the applied voltages are all the same.
図17において、界磁コイル13を設けない場合(c)、印加電圧の正負によらず、トルク−回転数の関係は同じである。これに対して、本実施の形態の直流モータ200はトルク定数Kが変わるため、
(a)印加電圧(直流電源90)がプラスの場合(正転)、ストールトルクが上がり無負荷回転数が下がる;
(b)印加電圧(直流電源90)がマイナスの場合(逆転)、ストールトルクが下がり、無負荷回転数が上がる。
尚、このように界磁コイル13を設けることで、トルク−回転数の関係を自由に変えることができる。
In FIG. 17, when the
(A) When the applied voltage (DC power supply 90) is positive (forward rotation), the stall torque increases and the no-load rotation speed decreases;
(B) When the applied voltage (DC power supply 90) is negative (reverse rotation), the stall torque decreases and the no-load rotation speed increases.
In addition, by providing the
ここで、バルブ開閉装置100と本実施の形態の直流モータ200との関係について述べる。前述したように、バルブ開閉装置100はリターンスプリング60を有し、常にバルブを閉じる方向にリターンスプリング60の力が働く。そのため、開弁時にはリターンスプリング60の力が回転方向のトルクを妨げる向きに負荷がかかり、閉弁時にはリターンスプリング60の力が回転方向のトルクを助けることになる。従って、直流モータ200は開弁時にはより大きな回転トルクを必要とし(=トルク定数K大)、閉弁時にはより小さな回転トルクで済む(=トルク定数K小)。
Here, the relationship between the valve opening /
図18はトルク定数とバルブ開閉装置の応答特性を示す図で、バルブ開閉100%に達するまでの応答時間を示すグラフである。図18において、横軸は、直流モータ200のトルク定数Kを示す。トルク定数Kは界磁コイル13を設けない場合を1として規格化している。縦軸の右側は、開弁時の応答時間を示し、縦軸の左側は閉弁時の応答時間を示す。また、この例では、リターンスプリング60に、4.0kgのばねを使用している。
FIG. 18 is a graph showing the torque constant and the response characteristics of the valve opening / closing device, and is a graph showing the response time until the valve opening / closing reaches 100%. In FIG. 18, the horizontal axis represents the torque constant K of the
図18に示すように、開弁時と閉弁時とで、応答時間が最短となるトルク定数Kは異なり、開弁時の方が閉弁時よりもトルク定数Kを大きくすることが必要であることがわかる。 As shown in FIG. 18, the torque constant K that gives the shortest response time differs between when the valve is opened and when the valve is closed, and it is necessary to increase the torque constant K when the valve is opened than when the valve is closed. I know that there is.
また、界磁コイル13の線径及びターン数は、印加電圧(直流電源90)の大きさ、直流モータ200の磁気回路、及び変化させたいトルク定数Kの値に応じて、適宜決定する。例えば、界磁コイル13のない場合に対して、±10%トルク定数Kを変化させたい場合には、界磁コイル13の作る磁束量をΦe、界磁石12の作る磁束量をΦmとしたとき、Φe=0.1×Φmとなるように、
Φe=AT×P (2)
を満たすように、界磁コイル13の巻線仕様を決定する。ここで、Aは界磁コイル13に流れる電流であり、印加電圧E/界磁コイル抵抗で求められる。Tは界磁コイル13のターン数、Pは電機子鉄心21−磁極(界磁石12)中心−界磁バックヨーク11cを通る磁気回路の合成パーミアンスである。
Further, the wire diameter and the number of turns of the
Φe = AT × P (2)
The winding specifications of the
以上のように、本実施の形態による直流モータ200は、簡単な構成により各回転方向(正転、逆転)での負荷トルク特性に応じた動作を行うことができ、界磁10、電機子20ともに設計の自由度が広がり(小型化することができ)、低コギング化や低イナーシャ化を図ることも可能となる。
As described above, the
また、回転方向によらず同じ通電タイミングで通電されることで、位相ずれによるトルク脈動の増大がなく、振動の少ない直流モータ200となる(図19参照)。
In addition, by energizing at the same energization timing regardless of the rotation direction, there is no increase in torque pulsation due to phase shift, and the
図19は実施の形態1を示す図で、シフト角設定時の正・逆回転のトルク脈動及び本実施の形態の直流モータ200の逆回転のトルク脈動を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing the first embodiment, and is a diagram showing forward / reverse rotation torque pulsation when the shift angle is set and reverse rotation torque pulsation of the
一般的に、一方向のみに回転させる直流モータでは、電機子コイルのインダクタンスの影響等による出力の低下を抑制するために、整流子と給電ブラシとを所定角度シフトすることが行われる。図19に示すように、この直流モータを逆方向に回転させると、例えば、位相ずれによるトルク脈動が増大し、振動が大きくなる現象が生じる。 Generally, in a DC motor that rotates only in one direction, the commutator and the power supply brush are shifted by a predetermined angle in order to suppress a decrease in output due to the influence of the inductance of the armature coil. As shown in FIG. 19, when the DC motor is rotated in the reverse direction, for example, a torque pulsation due to a phase shift increases and a phenomenon in which the vibration becomes large occurs.
これに対して、本実施の形態の直流モータ200は、回転方向によらず同じ通電タイミングで通電されることで、逆回転においても位相ずれによるトルク脈動の増大がなく、振動の少ない直流モータ200となる。
On the other hand, the
次に、変形例の直流モータ300について、図20、図21を参照しながら説明する。
Next, a modified
図20、図21は実施の形態1を示す図で、図20は変形例の直流モータ300の結線図、図21は変形例の直流モータ300のトルクと回転数との関係を示す図である。
FIGS. 20 and 21 are diagrams showing the first embodiment, FIG. 20 is a connection diagram of a
変形例の直流モータ300は、界磁コイル13が、図20に示すように、整流子26を介して一対の給電ブラシ15に接続される電機子20と直列に接続されていることを特徴とする。界磁コイル13は、より低抵抗(太線)であることが望ましい。ここでも、界磁コイル13は2極分のみを示している。
The
界磁コイル13が電機子20と直列に接続された場合のトルク−回転数の関係は、界磁コイル13が電機子20と並列に接続した場合とは異なり、ストールトルクに差はでるが、無負荷回転数は、印加電圧の正/負による差がない傾向となる(図21参照)。
The torque-rotational speed relationship when the
界磁コイル13が電機子20と直列につながれた場合、界磁コイル13に流れる電流≒電機子20に流れる電流、となる。そのため、高速側では界磁石12の誘起電圧の影響を受けて、回路全体に電流が流れなくなるためである。そのため、トルク定数Kは、回転数とともに変動していることになる。
When the
このような場合でも、中速域まではトルク定数Kの差が作り出せることにより、負荷トルクに応じたモータ特性を得ることが可能である。 Even in such a case, a motor characteristic corresponding to the load torque can be obtained by producing a difference in the torque constant K up to the middle speed range.
また、界磁コイル13を電機子20と並列に接続した場合と比べて、界磁コイル13に流れる電流を抑えることができるため、界磁10(固定子)での発熱量を低く抑えることができる。
Further, since the current flowing through the
10 界磁、11 界磁鉄心、11a 界磁石挿入部、11b 界磁コイル収納部、11c 界磁バックヨーク、12 界磁石、13 界磁コイル、15 給電ブラシ、20 電機子、21 電機子鉄心、22 電機子コイル、23 電機子スロット、23a スロットオープニング、24 回転軸、25 軸孔、26 整流子、27 結線板、30 ケース、40 ハウジング、50 スプリングケース、60 リターンスプリング、61 スプリング受け、70 軸受、80 スクリューシャフト、90 直流電源、100 バルブ開閉装置、200 直流モータ、300 直流モータ。
10 field, 11 field iron core, 11a field magnet insertion part, 11b field coil housing part, 11c field back yoke, 12 field magnet, 13 field coil, 15 feeding brush, 20 armature, 21 armature core, 22 Armature coil, 23 Armature slot, 23a Slot opening, 24 Rotating shaft, 25 Shaft hole, 26 Commutator, 27 Connection plate, 30 Case, 40 Housing, 50 Spring case, 60 Return spring, 61 Spring receiver, 70
Claims (7)
前記界磁は、
磁性体により所定の形状に形成される界磁鉄心と、
前記界磁鉄心の所定箇所に設けられる複数個の界磁石と、
前記界磁石の夫々を軸方向に対して略直角に囲むように所定巻数巻回される界磁コイルと、を備え、
隣接する前記界磁コイルは、電流の向きが異なるように構成され、
前記電機子は、回転軸を備え、
前記回転軸は、回転トルクを直動方向の推力に変換させる機構を具備することを特徴とする直流モータ。 An inner rotor type DC motor in which the armature is a rotor and the field is a stator,
The field is
A field core formed in a predetermined shape by a magnetic material;
A plurality of field magnets provided at predetermined locations of the field core;
A field coil that is wound a predetermined number of turns so as to surround each of the field magnets at a substantially right angle with respect to the axial direction,
The adjacent field coils are configured to have different current directions ,
The armature includes a rotating shaft,
DC motor the rotating shaft, characterized that you include a mechanism for converting a rotational torque to thrust of the linear motion direction.
前記界磁コイルは、前記一対の給電ブラシに並列に接続されることを特徴とする請求項1記載の直流モータ。 The field includes a pair of power supply brushes for supplying power to the armature,
The DC motor according to claim 1, wherein the field coil is connected in parallel to the pair of power supply brushes.
前記界磁コイルは、前記一対の給電ブラシに直列に接続されることを特徴とする請求項1記載の直流モータ。 The field includes a pair of power supply brushes for supplying power to the armature,
The DC motor according to claim 1, wherein the field coil is connected in series to the pair of power supply brushes.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010076807A JP5127865B2 (en) | 2010-03-30 | 2010-03-30 | DC motor and valve opening / closing device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010076807A JP5127865B2 (en) | 2010-03-30 | 2010-03-30 | DC motor and valve opening / closing device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011211825A JP2011211825A (en) | 2011-10-20 |
JP5127865B2 true JP5127865B2 (en) | 2013-01-23 |
Family
ID=44942302
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010076807A Expired - Fee Related JP5127865B2 (en) | 2010-03-30 | 2010-03-30 | DC motor and valve opening / closing device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5127865B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6472375B2 (en) | 2015-12-25 | 2019-02-20 | ミネベアミツミ株式会社 | motor |
US10826337B2 (en) * | 2016-03-23 | 2020-11-03 | Mitsubishi Electric Corporation | Direct-current motor and actuator |
CN108023455A (en) * | 2018-01-03 | 2018-05-11 | 海盐龙博直流电机有限公司 | A kind of high power high torque has brush excitation dc motor |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1574255A (en) * | 1977-02-03 | 1980-09-03 | Polico Moteurs Electriques | Rotary electrical machine |
JPS5944174U (en) * | 1982-09-10 | 1984-03-23 | 三菱電機株式会社 | Magnetic DC motor |
JPS59165972U (en) * | 1983-04-25 | 1984-11-07 | 日産自動車株式会社 | Internal combustion engine starting device |
JPS63121458A (en) * | 1986-11-11 | 1988-05-25 | Shinko Electric Co Ltd | Dc motor |
JPH04344159A (en) * | 1991-05-20 | 1992-11-30 | Hitachi Ltd | Dc motor |
JPH07163112A (en) * | 1993-11-26 | 1995-06-23 | Tai-Her Yang | Permanet magnet type d.c. motor |
JP3274763B2 (en) * | 1994-03-18 | 2002-04-15 | 株式会社日立製作所 | Valve open / close control method and apparatus |
US6913122B2 (en) * | 2001-09-17 | 2005-07-05 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Brake for DC motor |
-
2010
- 2010-03-30 JP JP2010076807A patent/JP5127865B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011211825A (en) | 2011-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7876019B2 (en) | Electrical devices with reduced flux leakage using permanent magnet components | |
US10734851B2 (en) | Outer rotor type brushless motor | |
JP5491484B2 (en) | Switched reluctance motor | |
JP4250878B2 (en) | Vernier type brushless motor | |
EP2497185B1 (en) | Rotary single-phase electromagnetic actuator | |
JP3134160B2 (en) | Low cost stepper or synchro motor | |
EP3490120B1 (en) | Rotary electric machine equipped with magnetic flux variable mechanism | |
JP6139007B2 (en) | Rotating electrical machine | |
JP6432016B2 (en) | Rotating electrical machine | |
JP4728765B2 (en) | Rotating machine | |
JP5176225B2 (en) | Rotary electromagnetic generator | |
US6995490B2 (en) | Flux modifier for a permanent magnet brush-type motor using wound field coils combined with permanent magnets | |
JP5127865B2 (en) | DC motor and valve opening / closing device | |
CN115378156A (en) | Electric motor | |
JP2019187132A (en) | Motor and brushless wiper motor | |
JP4974482B2 (en) | Flat coreless motor, armature in flat coreless motor, and manufacturing method thereof | |
KR20210043438A (en) | Stator core for electric motor and electric motor including the same | |
JP2010093929A (en) | Axial gap-type motor | |
EP4084291A1 (en) | Stator for electric motor, and electric motor comprising same | |
JP5891428B2 (en) | Actuator device | |
JP5965527B1 (en) | Coilless motor | |
JP2007006598A (en) | Dc motor | |
KR20240122717A (en) | Coggingless Coreless BLDC Motor | |
JP2015106976A (en) | Electric motor | |
JP2010154722A (en) | Torque transmission device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120530 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120612 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120807 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20121002 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121030 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5127865 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151109 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |