JP6100943B2 - Motor and electric pump - Google Patents
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Description
本発明は、コンシクエントポール型構造のロータを採用したモータ及び電動ポンプに関するものである。 The present invention relates to a motor and an electric pump that employ a rotor having a continuous pole type structure.
モータとしては、例えば特許文献１に開示されたように、１２スロットのステータと、ロータコアの周方向に一方の磁極のマグネット（ネオジム磁石）が４個埋め込み配置されるとともに、ロータコアに設けられた突極が各マグネット間に空隙を以て配置され、該突極を他方の磁極として機能させる８磁極のロータとを備えたものがある。このような所謂コンシクエントポール型構造のロータを採用したモータやそのモータを用いた電動ポンプ等の駆動装置では、高出力化や小型軽量化や低コスト化を図ることが可能となる。 As a motor, for example, as disclosed in Patent Document 1, a 12-slot stator and four magnetic pole magnets (neodymium magnets) are embedded in the circumferential direction of the rotor core, and a protrusion provided on the rotor core. Some have an eight-pole rotor in which poles are arranged with gaps between the magnets and the salient pole functions as the other magnetic pole. In a drive device such as a motor employing such a so-called consequent pole type rotor and an electric pump using the motor, it is possible to achieve high output, small size, light weight and low cost.
本発明の目的は、径方向内側に延びるティースが周方向に３×ｎ（但しｎは自然数）個設けられ、該ティースに３相の巻線が順次巻装された３×ｎスロットのステータと、前記ステータの内側に配置されるロータコアの周方向に一方の磁極を構成するマグネットがｎ個配置されるとともに、前記ロータコアに設けられた突極が各マグネット間に空隙を以て配置され、前記突極を他方の磁極として機能するように構成された２×ｎ磁極のロータとを備え、各相間の誘起電圧の波形に基づいて前記ロータの回転位置が検出されて前記巻線に供給される駆動電流が制御されるモータであって、前記各マグネットは、３相の内のある１つの同じ相のティースに対向するとき、前記各突極は、残りの２相のティースの周方向中間に対向するように構成されたモータを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a 3 × n slot stator in which 3 × n (n is a natural number) teeth extending inward in the radial direction are provided, and three-phase windings are sequentially wound around the teeth. N magnets constituting one magnetic pole are arranged in the circumferential direction of the rotor core arranged inside the stator, and salient poles provided on the rotor core are arranged with gaps between the magnets, and the salient poles And a 2 × n magnetic pole rotor configured to function as the other magnetic pole, and the rotational position of the rotor is detected based on the waveform of the induced voltage between the phases and the drive current supplied to the winding When each of the magnets faces one of the same phase teeth of the three phases, each of the salient poles faces the middle in the circumferential direction of the remaining two-phase teeth. Configured as It is to provide a motor.
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、径方向内側に延びるティースが周方向に３×ｎ（但しｎは自然数）個設けられ、該ティースに３相の巻線が順次巻装された３×ｎスロットのステータと、前記ステータの内側に配置されるロータコアの周方向に一方の磁極を構成するマグネットがｎ個配置されるとともに、前記ロータコアに設けられた突極が各マグネット間に空隙を以て配置され、前記突極を他方の磁極として機能するように構成された２×ｎ磁極のロータとを備え、各相間の誘起電圧の波形に基づいて前記ロータの回転位置が検出されて前記巻線に供給される駆動電流が制御されるモータであって、前記各マグネットは、３相の内のある１つの同じ相のティースに対向するとき、前記各突極は、残りの２相のティースの周方向中間に対向するように構成されており、前記マグネット及び前記空隙は、前記ロータコアの外縁よりも内側に配置され、前記一方の磁極の両端電気角は、前記他方の磁極の両端電気角よりも小さくなるように設定され、前記マグネットの周方向幅は、前記ティースの先端の周方向幅以下であり、前記一方の磁極の両端電気角をＡ、前記他方の磁極の両端電気角をＢとして、１．０≦Ａ／（６．１０×１０ −３ ×Ｂ ２ −８．６９×１０ −１ ×Ｂ＋１．１４×１０ ２ ）≦１．０８を満たすように設定されたことを要旨とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, 3 × n (n is a natural number) teeth extending radially inward are provided in the circumferential direction, and three-phase windings are sequentially wound around the teeth. The mounted 3 × n-slot stator and n magnets constituting one magnetic pole in the circumferential direction of the rotor core arranged inside the stator are arranged, and salient poles provided on the rotor core are arranged as magnets. A 2 × n magnetic pole rotor arranged with a gap in between and configured to function as the other magnetic pole, and the rotational position of the rotor is detected based on the waveform of the induced voltage between the phases. The drive current supplied to the winding is controlled, and when each magnet faces one of the same phase teeth of the three phases, each salient pole has the remaining 2 Tooth of teeth Is configured to face the medial, the magnet and the air gap is disposed inward from an outer edge of the rotor core, both ends electrical angle of the one pole, than across the electrical angle of the other magnetic pole The circumferential width of the magnet is less than or equal to the circumferential width of the tip of the teeth, the electrical angle at both ends of the one magnetic pole is A, and the electrical angle at both ends of the other magnetic pole is B, The gist is set to satisfy 1.0 ≦ A / (6.10 × 10 −3 × B 2 −8.69 × 10 −1 × B + 1.14 × 10 2 ) ≦ 1.08 .
同構成によれば、一方の磁極（マグネットの磁極）の両端電気角は、他方の磁極（突極の磁極）の両端電気角よりも小さいため、マグネット及び空隙がロータコアの外縁よりも内側に配置されても、マグネットのティースに働く吸引力は狭い範囲に集中し、マグネットとティースが向かい合った状態で停止し易くなる。よって、始動時に同じ位置から回転を開始する確率が増えるので、短時間で安定した誘起電圧を取得し易くでき、誘起電圧を用いた制御を開始するまでの時間を平均的に短くすることが可能となる。 According to this configuration, the electrical angle at one end of one magnetic pole (the magnetic pole of the magnet) is smaller than the electrical angle at both ends of the other magnetic pole (the magnetic pole of the salient pole), so the magnet and the air gap are arranged inside the outer edge of the rotor core. Even so, the attractive force acting on the magnet teeth is concentrated in a narrow range, and it is easy to stop the magnet and the teeth facing each other. Therefore, since the probability of starting rotation from the same position at the start increases, it is easy to acquire a stable induced voltage in a short time, and it is possible to shorten the time until starting control using the induced voltage on average. It becomes.
同構成によれば、前記一方の磁極（マグネットの磁極）の両端電気角をＡ、前記他方の磁極（突極の磁極）の両端電気角をＢとして、１．０≦Ａ／（６．１０×１０−３×Ｂ２−８．６９×１０−１×Ｂ＋１．１４×１０２）≦１．０８を満たすように設定されるため、実験結果より、誘起電圧の波形の乱れが小さくなる。具体的には、実験結果より、通常の（突極を有さず全てのマグネットが全ての磁極を構成する）モータの誘起電圧の波形に対して同等以上に乱れていない波形とすることができる。よって、例えば、良好にセンサレスの駆動方法を採用することが可能となる。 According to this configuration, assuming that the electrical angle at both ends of the one magnetic pole (magnetic pole of the magnet) is A and the electrical angle at both ends of the other magnetic pole (magnetic pole of the salient pole) is B, 1.0 ≦ A / (6.10 × 10 −3 × B 2 −8.69 × 10 −1 × B + 1.14 × 10 2 ) ≦ 1.08 is set, so that the disturbance in the waveform of the induced voltage is smaller than the experimental result. Specifically, from the experimental results, it is possible to obtain a waveform that is not disturbed more than equivalent to the waveform of the induced voltage of a normal motor (all the magnets constitute all the magnetic poles without salient poles). . Therefore, for example, a sensorless driving method can be favorably employed.
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のモータにおいて、１２スロット、８磁極で、前記一方の磁極の機械角が２７°、前記他方の磁極の機械角が３３°に設定されたことを要旨とする。 In the invention according to claim 2 , in the motor according to claim 1 , with 12 slots and 8 magnetic poles, the mechanical angle of the one magnetic pole is set to 27 °, and the mechanical angle of the other magnetic pole is set to 33 °. This is the gist.
同構成によれば、１２スロット、８磁極のモータにおいて、具体的に請求項１に記載の発明の効果を得ることができる。
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載のモータと、前記モータを収容するケースと、前記ケース内で前記ロータと一体回転可能に設けられたインペラ部材とを備えたことを要旨とする。
According to this configuration, the effect of the invention of claim 1 can be obtained specifically in a 12-slot, 8-pole motor.
According to a third aspect of the present invention, the motor according to the first or second aspect , a case that accommodates the motor, and an impeller member that is integrally rotatable with the rotor in the case are provided. The gist.
同構成によれば、電動ポンプにおいて、センサレスの駆動方法を採用することが可能となるとともに、例えば電動ポンプの小型軽量化を図ることができる。 According to this configuration, it is possible to employ a sensorless driving method in the electric pump, and it is possible to reduce the size and weight of the electric pump, for example.
本発明によれば、径方向内側に延びるティースが周方向に３×ｎ（但しｎは自然数）個設けられ、該ティースに３相の巻線が順次巻装された３×ｎスロットのステータと、前記ステータの内側に配置されるロータコアの周方向に一方の磁極を構成するマグネットがｎ個配置されるとともに、前記ロータコアに設けられた突極が各マグネット間に空隙を以て配置され、前記突極を他方の磁極として機能するように構成された２×ｎ磁極のロータとを備え、各相間の誘起電圧の波形に基づいて前記ロータの回転位置が検出されて前記巻線に供給される駆動電流が制御されるモータであって、前記各マグネットは、３相の内のある１つの同じ相のティースに対向するとき、前記各突極は、残りの２相のティースの周方向中間に対向するように構成されたモータを提供することができる。 According to the present invention, 3 × n teeth (where n is a natural number) are provided in the circumferential direction extending radially inward, and a 3 × n slot stator in which three-phase windings are sequentially wound around the teeth, N magnets constituting one magnetic pole are arranged in the circumferential direction of the rotor core arranged inside the stator, and salient poles provided on the rotor core are arranged with gaps between the magnets, and the salient poles And a 2 × n magnetic pole rotor configured to function as the other magnetic pole, and the rotational position of the rotor is detected based on the waveform of the induced voltage between the phases and the drive current supplied to the winding When each of the magnets faces one of the same phase teeth of the three phases, each of the salient poles faces the middle in the circumferential direction of the remaining two-phase teeth. Configured as It is possible to provide a motor.
以下、本発明を具体化した実施の形態を図１〜図５に従って説明する。
図１（ａ）に示すように、インナロータ型のブラシレスモータ（以下、単にモータという）Ｍのステータ１０は、径方向内側に延びるティース１１ａが周方向に１２個設けられたステータコア１１と、前記ティース１１ａに順次巻装された３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の巻線１２とからなる１２スロットのものが用いられている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1A, an inner rotor type brushless motor (hereinafter simply referred to as a motor) M has a stator 10 having a stator core 11 provided with twelve teeth 11a extending radially inward and the teeth. A 12-slot slot comprising three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) windings 12 wound around 11a is used.
又、モータＭにおいて前記ステータ１０の内側に配置されるロータ２０は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、回転軸２１の外周面に外嵌された円環状のロータコア２２を有する。そして、ロータコア２２の外周側には周方向に（９０°間隔に）４つのマグネット収容孔２２ａが形成され、該マグネット収容孔２２ａにはＮ極のマグネット２３がそれぞれ（全部で４個）配置されている。 In addition, the rotor 20 disposed inside the stator 10 in the motor M has an annular rotor core 22 that is externally fitted to the outer peripheral surface of the rotating shaft 21 as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). . Then, four magnet housing holes 22a are formed in the circumferential direction (at intervals of 90 °) on the outer peripheral side of the rotor core 22, and N-pole magnets 23 are respectively disposed in the magnet housing holes 22a (four in total). ing.
又、各マグネット２３間には、ロータコア２２の外周部に設けられた突極２２ｂがそれぞれマグネット２３との各境界部に軸方向から見て一定面積の空隙Ｋ（マグネット収容孔２２ａの一部）を以て配置されている。尚、本実施の形態の空隙Ｋは、マグネット２３の周方向の両側に対称（マグネット２３の中心を通る径方向の線に対して線対称）な形状に形成されることで一定の面積とされるとともに、ロータコア２２の軸方向の全体に渡って（一定面積が維持されたまま）形成されている。尚、上記構成により前記マグネット２３及び空隙Ｋは、ロータコア２２の外縁（外周）よりも内側に配置されている。 In addition, between the magnets 23, salient poles 22b provided on the outer peripheral portion of the rotor core 22 are gaps K having a certain area at each boundary portion with the magnet 23 when viewed from the axial direction (a part of the magnet housing hole 22a). It is arranged with. Note that the gap K of the present embodiment has a constant area by being formed in a symmetrical shape on both sides in the circumferential direction of the magnet 23 (axisymmetric with respect to a radial line passing through the center of the magnet 23). In addition, it is formed over the entire axial direction of the rotor core 22 (while maintaining a constant area). With the above configuration, the magnet 23 and the gap K are arranged on the inner side of the outer edge (outer periphery) of the rotor core 22.
つまり、各マグネット２３及び突極２２ｂの周方向中心は等角度（４５°）間隔に交互に配置され、ロータ２０は、一方の磁極であるＮ極を構成するマグネット２３に対して突極２２ｂを他方の磁極であるＳ極として機能させる８磁極の所謂コンシクエントポール型にて構成されている。 That is, the circumferential centers of the magnets 23 and the salient poles 22b are alternately arranged at equiangular (45 °) intervals, and the rotor 20 places the salient poles 22b with respect to the magnets 23 constituting the N pole that is one of the magnetic poles. It is constituted by a so-called continuous pole type of eight magnetic poles functioning as the S pole which is the other magnetic pole.
ここで、本実施の形態のロータ２０は、図１（ｂ）に示すように、一方の磁極（マグネット２３の磁極）の両端電気角（Ａ）が、他方の磁極（突極２２ｂの磁極）の両端電気角（Ｂ）よりも小さくなるように設定されている。 Here, in the rotor 20 of the present embodiment, as shown in FIG. 1B, the electrical angle (A) at one end of one magnetic pole (the magnetic pole of the magnet 23) is the other magnetic pole (the magnetic pole of the salient pole 22b). Is set to be smaller than the electrical angle (B) at both ends.
又、ロータ２０は、一方の磁極（マグネット２３の磁極）の両端電気角をＡ、他方の磁極（突極２２ｂの磁極）の両端電気角をＢとして、
Ａ＝（６．１０×１０−３×Ｂ２−８．６９×１０−１×Ｂ＋１．１４×１０２）±８％を満たすように設定され、
具体的にはＡが１０８°（機械角で２７°）で、Ｂが１３２°（機械角で３３°）に設定されている。
In the rotor 20, the electrical angle at both ends of one magnetic pole (the magnetic pole of the magnet 23) is A, and the electrical angle at both ends of the other magnetic pole (the magnetic pole of the salient pole 22b) is B.
A = (6.10 × 10 −3 × B 2 −8.69 × 10 −1 × B + 1.14 × 10 2 ) ± 8% is set,
Specifically, A is set to 108 ° (mechanical angle 27 °) and B is set to 132 ° (mechanical angle 33 °).
言い換えると、Ａは、
（６．１０×１０−３×Ｂ２−８．６９×１０−１×Ｂ＋１．１４×１０２）×０．９２≦Ａ≦（６．１０×１０−３×Ｂ２−８．６９×１０−１×Ｂ＋１．１４×１０２）×１．０８を満たすように設定されている。
In other words, A is
(6.10 × 10 −3 × B 2 −8.69 × 10 −1 × B + 1.14 × 10 2 ) × 0.92 ≦ A ≦ (6.10 × 10 −3 × B 2 −8.69 × 10 −1 × B + 1.14 × 10 2 ) × 1.08 is set.
更に、言い換えると、本実施の形態のロータ２０は、
０．９２≦Ａ／（６．１０×１０−３×Ｂ２−８．６９×１０−１×Ｂ＋１．１４×１０２）≦１．０８を満たすように設定されている。
Furthermore, in other words, the rotor 20 of the present embodiment is
It is set to satisfy 0.92 ≦ A / (6.10 × 10 −3 × B 2 −8.69 × 10 −1 × B + 1.14 × 10 2 ) ≦ 1.08.
これは、実験結果より得たデータに基づいた式であって、波形が図４及び図５に示すようになったときの角度（プロット）を図３のように繋いだ曲線Ｘから得た近似式に、通常の（突極を有さず全てのマグネットが全ての磁極を構成する）モータの誘起電圧の波形に対して同等以上に乱れていない波形となる幅（±８％）を追加した式である。 This is an expression based on the data obtained from the experimental results, and is an approximation obtained from the curve X in which the angles (plots) when the waveforms are as shown in FIGS. 4 and 5 are connected as shown in FIG. Added a width (± 8%) in the equation so that the waveform is not disturbed more than equal to the waveform of the induced voltage of a normal motor (all magnets make up all magnetic poles without salient poles) It is a formula.
即ち、Ａ＝６．１０×１０−３×Ｂ２−８．６９×１０−１×Ｂ＋１．１４×１０２を満たせば（図３の曲線Ｘ上にあれば）、波形が図４及び図５に示すようになる。そして、その±８％（図３の２点鎖線で囲まれた範囲）では、通常の（突極を有さず全てのマグネットが全ての磁極を構成する）モータの誘起電圧の波形に対して同等以上に乱れていない波形となる（例えば正弦波に対する歪み率が１．３％となる）。尚、図４は、Ａ＝６．１０×１０−３×Ｂ２−８．６９×１０−１×Ｂ＋１．１４×１０２に設定された（図３の曲線Ｘ上にある）モータの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の誘起電圧の波形であって、正弦波に対する歪み率が０．９％となっている。又、図５は、Ａ＝６．１０×１０−３×Ｂ２−８．６９×１０−１×Ｂ＋１．１４×１０２に設定された（図３の曲線Ｘ上にある）モータ（Ｙ結線及びΔ結線）の各端子間（Ｕ−Ｖ間、Ｖ−Ｗ間、Ｗ−Ｕ間）の誘起電圧の波形である。 That is, if A = 6.10 × 10 −3 × B 2 −8.69 × 10 −1 × B + 1.14 × 10 2 is satisfied (if it is on the curve X in FIG. 3), the waveform is as shown in FIGS. As shown in FIG. And in that ± 8% (the range surrounded by the two-dot chain line in FIG. 3), with respect to the waveform of the induced voltage of the normal motor (all the magnets make up all the magnetic poles without salient poles) The waveform is not disturbed more than equal (for example, the distortion rate with respect to a sine wave is 1.3%). FIG. 4 shows each of the motors (on the curve X in FIG. 3) set to A = 6.10 × 10 −3 × B 2 −8.69 × 10 −1 × B + 1.14 × 10 2 . It is a waveform of the induced voltage of the phase (U phase, V phase, W phase), and the distortion rate with respect to the sine wave is 0.9%. FIG. 5 shows a motor (Y on curve X in FIG. 3) set to A = 6.10 × 10 −3 × B 2 −8.69 × 10 −1 × B + 1.14 × 10 2 . It is a waveform of the induced voltage between terminals (between U and V, between V and W, and between W and U) of connection and Δ connection.
そして、モータＭは、図２に示すように、その巻線１２の各端子１２ｕ，１２ｖ，１２ｗが制御装置５１に接続され、その誘起電圧の波形に基づいて（それを制御信号として）ステータ１０の巻線１２に供給する駆動電流が制御されるセンサレスの駆動方法が採用されている。詳しくは、本実施の形態の制御装置５１は、図２に示すように、各相の巻線１２のそれぞれの端子１２ｕ，１２ｖ，１２ｗに接続された回転位置検出回路５２を備える。回転位置検出回路５２は、各相の巻線１２に誘起される誘起電圧を検出し、それら各相間の誘起電圧の波形に基づいてロータ２０の回転位置と対応した回転位置パルス信号を生成し、該回転位置パルス信号をマイコン５３に出力する。マイコン５３は、入力された回転位置パルス信号に基づいて転流信号を生成し、ドライバ回路５４を介してインバータ回路５５に出力する。インバータ回路５５は、入力された転流信号によって各スイッチング素子５５ａ〜５５ｆがスイッチング制御され、各相の巻線１２に順次駆動電流を流す転流動作を行うことになる。 As shown in FIG. 2, in the motor M, the terminals 12u, 12v, 12w of the winding 12 are connected to the control device 51, and the stator 10 is based on the waveform of the induced voltage (using it as a control signal). A sensorless driving method is used in which the driving current supplied to the winding 12 is controlled. Specifically, as shown in FIG. 2, the control device 51 of the present embodiment includes a rotational position detection circuit 52 connected to the terminals 12u, 12v, 12w of the windings 12 of each phase. The rotational position detection circuit 52 detects an induced voltage induced in the winding 12 of each phase, generates a rotational position pulse signal corresponding to the rotational position of the rotor 20 based on the waveform of the induced voltage between the phases, The rotational position pulse signal is output to the microcomputer 53. The microcomputer 53 generates a commutation signal based on the input rotational position pulse signal and outputs the commutation signal to the inverter circuit 55 via the driver circuit 54. In the inverter circuit 55, the switching elements 55a to 55f are subjected to switching control by the input commutation signal, and a commutation operation is performed in which a drive current is sequentially supplied to the windings 12 of each phase.
次に、上記のように構成されたモータＭの作用について説明する。
ロータ２０が回転を開始すると、その回転に応じて誘起電圧が生じる。すると、制御装置５１にて、各端子間（Ｕ−Ｖ間、Ｖ−Ｗ間、Ｗ−Ｕ間）の誘起電圧の波形（図５参照）に基づいて（それを制御信号として）具体的には０［Ｖ］を境にして回転位置パルス信号が生成され、該回転位置パルス信号に基づいて転流信号が生成され、巻線１２に供給する駆動電流が切り換えられる。このとき生じる誘起電圧の波形は乱れていないため、良好にロータ２０が回転制御されることになる。
Next, the operation of the motor M configured as described above will be described.
When the rotor 20 starts to rotate, an induced voltage is generated according to the rotation. Then, in the control device 51, based on the waveform (see FIG. 5) of the induced voltage between the terminals (between U-V, V-W, W-U) (see FIG. 5 as a control signal). A rotation position pulse signal is generated at 0 [V] as a boundary, a commutation signal is generated based on the rotation position pulse signal, and the drive current supplied to the winding 12 is switched. Since the waveform of the induced voltage generated at this time is not disturbed, the rotor 20 is favorably controlled for rotation.
次に、上記実施の形態の特徴的な効果を以下に記載する。
（１）ティース１１ａの数（１２個）はマグネット２３の数（４個）の３倍であるため、各マグネット２３は常に３相の内のある１つの同じ相（Ｕ相又はＶ相又はＷ相）のティース１１ａに対向することになる。そして、一方の磁極（マグネット２３の磁極）の両端電気角は、他方の磁極（突極２２ｂの磁極）の両端電気角よりも小さいため、マグネット２３及び空隙Ｋがロータコア２２の外縁よりも内側に配置されても、マグネット２３のティース１１ａに働く吸引力は狭い範囲に集中し、マグネット２３とティース１１ａが向かい合った状態で停止し易くなる。よって、始動時に同じ位置から回転を開始する確率が増えるので、短時間で安定した誘起電圧を取得し易くでき、誘起電圧を用いた制御を開始するまでの時間を平均的に短くすることが可能となる。
Next, the characteristic effects of the above embodiment will be described below.
(1) Since the number of teeth 11a (12) is three times the number of magnets 23 (four), each magnet 23 is always one of the same three phases (U phase, V phase, or W). Phase) teeth 11a. Since the electrical angle at both ends of one magnetic pole (the magnetic pole of the magnet 23) is smaller than the electrical angles at both ends of the other magnetic pole (the magnetic pole of the salient pole 22b), the magnet 23 and the gap K are located inside the outer edge of the rotor core 22. Even if it arrange | positions, the attraction force which acts on the teeth 11a of the magnet 23 concentrates in a narrow range, and it becomes easy to stop in the state where the magnet 23 and the teeth 11a face each other. Therefore, since the probability of starting rotation from the same position at the start increases, it is easy to acquire a stable induced voltage in a short time, and it is possible to shorten the time until starting control using the induced voltage on average. It becomes.
（２）一方の磁極（マグネット２３の磁極）の両端電気角をＡ、他方の磁極（突極２２ｂの磁極）の両端電気角をＢとして、Ａ＝（６．１０×１０−３×Ｂ２−８．６９×１０−１×Ｂ＋１．１４×１０２）±８％を満たすように設定されるため、実験結果より、誘起電圧の波形の乱れが小さくなる。具体的には、実験結果より、通常の（突極２２ｂを有さず全てのマグネットが全ての磁極を構成する）モータの誘起電圧の波形に対して同等以上に乱れていない波形とすることができる。よって、コンシクエントポール型構造のロータ２０を採用したモータＭにおいて、良好に（前記通常のモータと同等のトルク特性としながら）センサレスの駆動方法を採用することが可能となる。 (2) A = (6.10 × 10 −3 × B 2 ) where A is the electrical angle at both ends of one magnetic pole (the magnetic pole of the magnet 23), and B is the electrical angle at both ends of the other magnetic pole (the magnetic pole of the salient pole 22b). −8.69 × 10 −1 × B + 1.14 × 10 2 ) Since the setting is made to satisfy ± 8%, the disturbance of the waveform of the induced voltage is reduced from the experimental result. Specifically, from the experimental results, a waveform that is not disturbed more than equal to the waveform of the induced voltage of a normal motor (all the magnets constitute all the magnetic poles without the salient poles 22b) may be used. it can. Therefore, in the motor M that employs the rotor 20 having the consequent pole type structure, it is possible to employ the sensorless driving method satisfactorily (while maintaining the same torque characteristics as the normal motor).
上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では特に言及していないが、上記実施の形態のモータＭを用いた何らかの駆動装置に具体化してもよく、例えば、図９に示すように、上記実施の形態のモータＭを用いた電動ポンプ６１に具体化してもよい。詳しくは、この電動ポンプ６１は、略有底筒状のモータハウジング６２と、モータハウジング６２の開口端に固定され吸入口６３ａ及び排出口６３ｂを有したポンプハウジング６３と、モータハウジング６２の底部外側に固定されるエンドハウジング６４とからなるケース６５を備える。又、電動ポンプ６１は、前記モータハウジング６２の筒部６２ａに保持された前記ステータ１０と、モータハウジング６２の底部内側に固定されたシャフト６６と、そのシャフト６６に回転可能に支持された前記ロータ２０と、そのロータ２０と一体回転可能に設けられたインペラ部材６７とを備える。又、この電動ポンプ６１は、前記モータハウジング６２の底部外側と前記エンドハウジング６４とに囲まれた収容部内に保持されて上記実施の形態の制御装置５１を構成する制御回路基板６８を備える。このように構成された電動ポンプ６１では、良好にセンサレスの駆動方法を採用することが可能となるとともに、例えば電動ポンプ６１の小型軽量化を図ることができる。
The above embodiment may be modified as follows.
Although not specifically mentioned in the above embodiment, the present invention may be embodied in some drive device using the motor M of the above embodiment. For example, as shown in FIG. The electric pump 61 used may be embodied. Specifically, the electric pump 61 includes a substantially bottomed cylindrical motor housing 62, a pump housing 63 that is fixed to the opening end of the motor housing 62 and has a suction port 63 a and a discharge port 63 b, and a bottom outer side of the motor housing 62. A case 65 comprising an end housing 64 fixed to the housing. The electric pump 61 includes the stator 10 held by the cylindrical portion 62a of the motor housing 62, a shaft 66 fixed to the inside of the bottom of the motor housing 62, and the rotor rotatably supported by the shaft 66. 20 and an impeller member 67 provided so as to be rotatable together with the rotor 20. The electric pump 61 includes a control circuit board 68 which is held in a housing part surrounded by the bottom outer side of the motor housing 62 and the end housing 64 and constitutes the control device 51 of the above embodiment. In the electric pump 61 configured as described above, a sensorless driving method can be favorably adopted, and for example, the electric pump 61 can be reduced in size and weight.
・上記実施の形態では、ティース１１ａが１２個の１２スロットのステータ１０で、マグネット２３が４個で８磁極のロータ２０であるとしたが、ティースが３×ｎ（但しｎは自然数）個の３×ｎスロットのステータで、且つマグネットがｎ個で２×ｎ磁極のロータであれば、他のモータに変更して実施してもよい。 In the above embodiment, the teeth 11a are the twelve 12-slot stators 10, the four magnets 23 and the eight-pole rotor 20, but the teeth are 3 × n (where n is a natural number). If the stator has 3 × n slots and the rotor has n magnets and 2 × n magnetic poles, the motor may be changed to another motor.
例えば、ティースが１８個の１８スロットのステータと、マグネットが６個で１２磁極のロータとを備えたモータに変更してもよい。尚、勿論、この場合もＡ＝（６．１０×１０−３×Ｂ２−８．６９×１０−１×Ｂ＋１．１４×１０２）±８％を満たすことが好ましい。 For example, the motor may be replaced with an 18-slot stator with 18 teeth and a rotor with 6 magnets and 12 magnetic poles. Of course, in this case, it is preferable that A = (6.10 × 10 −3 × B 2 −8.69 × 10 −1 × B + 1.14 × 10 2 ) ± 8% is satisfied.
・上記実施の形態では、Ａ＝（６．１０×１０−３×Ｂ２−８．６９×１０−１×Ｂ＋１．１４×１０２）±８％を満たすように設定するとしたが、±８％未満を満たすように設定してもよく、例えばＡ＝（６．１０×１０−３×Ｂ２−８．６９×１０−１×Ｂ＋１．１４×１０２）±４％を満たすよう設定してもよい。 In the above embodiment, the setting is made so as to satisfy A = (6.10 × 10 −3 × B 2 −8.69 × 10 −1 × B + 1.14 × 10 2 ) ± 8%, but ± 8 %, For example, A = (6.10 × 10 −3 × B 2 −8.69 × 10 −1 × B + 1.14 × 10 2 ) ± 4% may be set. May be.
このようにすると、誘起電圧の波形をより乱れていない波形とすることができる。よって、更に良好にセンサレスの駆動方法を採用することが可能となり、例えば高効率化を図ることが可能となる。 In this way, the waveform of the induced voltage can be made less disturbed. Therefore, it is possible to employ a sensorless driving method more satisfactorily, and for example, high efficiency can be achieved.
又、Ａ＝（６．１０×１０−３×Ｂ２−８．６９×１０−１×Ｂ＋１．１４×１０２）±８％を満たさず、一方の磁極（マグネット２３の磁極）の両端電気角（Ａ）が、他方の磁極（突極２２ｂの磁極）の両端電気角（Ｂ）よりも小さくなるように設定してもよい。この場合でも、上記実施の形態の効果（１）と同様の効果を得ることができる。 Further, A = (6.10 × 10 −3 × B 2 −8.69 × 10 −1 × B + 1.14 × 10 2 ) ± 8% is not satisfied, and both ends of one magnetic pole (the magnetic pole of the magnet 23) The angle (A) may be set to be smaller than the electrical angle (B) at both ends of the other magnetic pole (the magnetic pole of the salient pole 22b). Even in this case, an effect similar to the effect (1) of the above embodiment can be obtained.
・ところで、モータとしては、別途回転センサを設けずに誘起電圧の波形に基づいて（それを制御信号として）ステータに供給する駆動電流を制御するセンサレスの駆動方法を採用したものがある。しかしながら、上記のようなマグネットがロータコアに埋め込み配置されたコンシクエントポール型構造のロータを採用したモータでは、回転し始めてからしばらく回転しないと安定した誘起電圧を取得できず、誘起電圧を用いた制御を開始するまでに時間を要するという問題がある。 By the way, some motors employ a sensorless driving method that controls the driving current supplied to the stator based on the waveform of the induced voltage (using it as a control signal) without providing a separate rotation sensor. However, in a motor that employs a rotor having a consequent pole structure in which the magnet is embedded in the rotor core as described above, a stable induced voltage cannot be obtained unless it rotates for a while after starting to rotate, and control using the induced voltage is not possible. There is a problem that it takes time to start.
又、上記のようなモータでは、その誘起電圧の波形が、通常の（突極を有さず８個のマグネットが８磁極を構成する）モータの誘起電圧の波形に対して乱れてしまうという問題があり、ひいてはセンサレスの駆動方法を採用することが困難となってしまっていた。 In addition, in the motor as described above, the waveform of the induced voltage is disturbed with respect to the waveform of the induced voltage of a normal motor (no 8 salient poles and 8 magnets constitute 8 magnetic poles). As a result, it has become difficult to adopt a sensorless driving method.
具体的には、前記通常のモータの各相の誘起電圧の波形は、正弦波に対する歪み率が１．３％と小さく、良好にセンサレスの駆動方法を採用することが可能となる。これに対して、前記一方の磁極（マグネットの磁極）と前記他方の磁極（突極の磁極）の両端電気角が等しい（例えば、機械角が２７°の）コンシクエントポール型構造のロータを採用したモータの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の誘起電圧の波形は、図６に示すように、正弦波に対する歪み率が２１．１％となってしまう。又、同様のコンシクエントポール型構造のロータを採用したモータ（Ｙ結線）の各端子間（Ｕ−Ｖ間、Ｖ−Ｗ間、Ｗ−Ｕ間）の誘起電圧の波形は、図７に示すように乱れ、同様のコンシクエントポール型構造のロータを採用したモータ（Δ結線）の各端子間（Ｕ−Ｖ間、Ｖ−Ｗ間、Ｗ−Ｕ間）の誘起電圧の波形は、図８に示すように乱れてしまう。尚、このことは、突極の磁極がマグネットの磁極のような強制的な磁極の流れを発生させていないことに基づいていると考えられる。 Specifically, the waveform of the induced voltage of each phase of the normal motor has a small distortion rate with respect to a sine wave of 1.3%, and it is possible to employ a sensorless driving method satisfactorily. On the other hand, a rotor having a contiguous pole type structure in which the electrical angle at both ends of the one magnetic pole (the magnetic pole of the magnet) and the other magnetic pole (the magnetic pole of the salient pole) are equal (for example, the mechanical angle is 27 °) is adopted. As shown in FIG. 6, the waveform of the induced voltage of each phase (U phase, V phase, W phase) of the motor has a distortion rate of 21.1% with respect to the sine wave. FIG. 7 shows the waveform of the induced voltage between terminals (between U-V, V-W, and W-U) of a motor (Y-connection) employing a rotor having a similar consequent pole structure. FIG. 8 shows the waveform of the induced voltage between terminals (between U-V, V-W, and W-U) of a motor (Δ connection) that employs a rotor having the same consequent pole type structure. Will be disturbed. This is thought to be based on the fact that the magnetic pole of the salient pole does not generate a forced magnetic pole flow like the magnetic pole of the magnet.
そして、上記のように乱れた波形（図６〜図８参照）では、例えばピークがずれている（本来９０°のところ約１１０°となっている）ことや、ピークに対して左右非対称となっていることから、制御信号として用いることが困難となり、センサレスの駆動方法を採用することが困難となる。そこで、良好にセンサレスの駆動方法を採用することが可能となるモータ及び電動ポンプを提供することを目的とする。 Then, in the waveform disturbed as described above (see FIGS. 6 to 8), for example, the peak is shifted (originally about 110 ° at 90 °), or is asymmetric with respect to the peak. For this reason, it is difficult to use as a control signal, and it becomes difficult to employ a sensorless driving method. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a motor and an electric pump that can satisfactorily employ a sensorless driving method.
上記目的を達成するための技術思想において、径方向内側に延びるティースが周方向に３×ｎ（但しｎは自然数）個設けられ、該ティースに３相の巻線が順次巻装された３×ｎスロットのステータと、前記ステータの内側に配置されるロータコアの周方向に一方の磁極を構成するマグネットがｎ個配置されるとともに、前記ロータコアに設けられた突極が各マグネット間に空隙を以て配置され、前記突極を他方の磁極として機能するように構成された２×ｎ磁極のロータとを備え、各相間の誘起電圧の波形に基づいて前記ロータの回転位置が検出されて前記巻線に供給される駆動電流が制御されるモータであって、前記各マグネットは、３相の内のある１つの同じ相のティースに対向するように構成されており、前記マグネット及び前記空隙は、前記ロータコアの外縁よりも内側に配置され、前記一方の磁極の両端電気角は、前記他方の磁極の両端電気角よりも小さくなるように設定されたことを要旨とする。 In the technical idea for achieving the above-mentioned object, 3 × n (where n is a natural number) teeth extending inward in the radial direction are provided in the circumferential direction, and 3 × windings are sequentially wound around the teeth. An n-slot stator and n magnets constituting one magnetic pole are arranged in the circumferential direction of the rotor core arranged inside the stator, and salient poles provided on the rotor core are arranged with gaps between the magnets. A 2 × n magnetic pole rotor configured so that the salient pole functions as the other magnetic pole, and the rotational position of the rotor is detected based on the waveform of the induced voltage between the phases to A motor in which a drive current to be supplied is controlled, wherein each magnet is configured to face one of the same phase teeth among three phases, and the magnet and the gap are Wherein disposed inside the outer edge of the rotor core, both ends electrical angle of said one magnetic pole is summarized in that which is set to be smaller than both end electrical angle of the other magnetic pole.
同構成によれば、ティースの数はマグネットの数の３倍であるため、各マグネットは常に３相の内のある１つの同じ相のティースに対向することになる。そして、一方の磁極（マグネットの磁極）の両端電気角は、他方の磁極（突極の磁極）の両端電気角よりも小さいため、マグネット及び空隙がロータコアの外縁よりも内側に配置されても、マグネットのティースに働く吸引力は狭い範囲に集中し、マグネットとティースが向かい合った状態で停止し易くなる。よって、始動時に同じ位置から回転を開始する確率が増えるので、短時間で安定した誘起電圧を取得し易くでき、誘起電圧を用いた制御を開始するまでの時間を平均的に短くすることが可能となる。 According to this configuration, since the number of teeth is three times the number of magnets, each magnet always faces one of the same phase of the three phases. And since the electrical angle at both ends of one magnetic pole (the magnetic pole of the magnet) is smaller than the electrical angles at both ends of the other magnetic pole (magnetic pole of the salient pole), even if the magnet and the air gap are disposed inside the outer edge of the rotor core, The attractive force acting on the magnet teeth is concentrated in a narrow range, and it is easy to stop the magnet and teeth facing each other. Therefore, since the probability of starting rotation from the same position at the start increases, it is easy to acquire a stable induced voltage in a short time, and it is possible to shorten the time until starting control using the induced voltage on average. It becomes.
１０…ステータ、１１ａ…ティース、１２…巻線、２０…ロータ、２２…ロータコア、２２ｂ…他方の磁極を構成する突極、２３…一方の磁極を構成するマグネット、６５…ケース、６７…インペラ部材、Ａ…一方の磁極の両端電気角、Ｂ…他方の磁極の両端電気角、Ｋ…空隙。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Stator, 11a ... Teeth, 12 ... Winding, 20 ... Rotor, 22 ... Rotor core, 22b ... Salient pole which comprises the other magnetic pole, 23 ... Magnet which comprises one magnetic pole, 65 ... Case, 67 ... Impeller member A: electrical angle at both ends of one magnetic pole, B: electrical angle at both ends of the other magnetic pole, K: gap.
Claims (3)
前記ステータの内側に配置されるロータコアの周方向に一方の磁極を構成するマグネットがｎ個配置されるとともに、前記ロータコアに設けられた突極が各マグネット間に空隙を以て配置され、前記突極を他方の磁極として機能するように構成された２×ｎ磁極のロータとを備え、各相間の誘起電圧の波形に基づいて前記ロータの回転位置が検出されて前記巻線に供給される駆動電流が制御されるモータであって、
前記各マグネットは、３相の内のある１つの同じ相のティースに対向するとき、前記各突極は、残りの２相のティースの周方向中間に対向するように構成されており、
前記マグネット及び前記空隙は、前記ロータコアの外縁よりも内側に配置され、
前記一方の磁極の両端電気角は、前記他方の磁極の両端電気角よりも小さくなるように設定され、
前記マグネットの周方向幅は、前記ティースの先端の周方向幅以下であり、
前記一方の磁極の両端電気角をＡ、前記他方の磁極の両端電気角をＢとして、
１．０≦Ａ／（６．１０×１０ −３ ×Ｂ ２ −８．６９×１０ −１ ×Ｂ＋１．１４×１０ ２ ）≦１．０８
を満たすように設定されたことを特徴とするモータ。 A 3 × n slot stator in which 3 × n (where n is a natural number) teeth are provided extending inward in the radial direction, and three-phase windings are sequentially wound around the teeth;
N magnets constituting one magnetic pole are arranged in the circumferential direction of the rotor core arranged inside the stator, salient poles provided on the rotor core are arranged with gaps between the magnets, and the salient poles are arranged. A 2 × n magnetic pole rotor configured to function as the other magnetic pole, and based on the waveform of the induced voltage between the phases, the rotational position of the rotor is detected and the drive current supplied to the winding is A controlled motor,
Each of the magnets is configured to face each other in the circumferential middle of the remaining two-phase teeth when facing one same-phase tooth of the three phases .
The magnet and the gap are arranged on the inner side of the outer edge of the rotor core,
The electrical angle at both ends of the one magnetic pole is set to be smaller than the electrical angles at both ends of the other magnetic pole,
The circumferential width of the magnet is equal to or less than the circumferential width of the tip of the tooth,
The electrical angle at both ends of the one magnetic pole is A, and the electrical angle at both ends of the other magnetic pole is B.
1.0 ≦ A / (6.10 × 10 −3 × B 2 −8.69 × 10 −1 × B + 1.14 × 10 2 ) ≦ 1.08
A motor characterized by being set to satisfy .
１２スロット、８磁極で、前記一方の磁極の機械角が２７°、前記他方の磁極の機械角が３３°に設定されたことを特徴とするモータ。 The motor according to claim 1 ,
A motor having 12 slots and 8 magnetic poles, wherein the mechanical angle of the one magnetic pole is set to 27 °, and the mechanical angle of the other magnetic pole is set to 33 °.
前記モータを収容するケースと、
前記ケース内で前記ロータと一体回転可能に設けられたインペラ部材と
を備えたことを特徴とする電動ポンプ。 The motor according to claim 1 or 2 ,
A case for housing the motor;
An electric pump comprising: an impeller member provided to rotate integrally with the rotor in the case.
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