JP7108378B2 - motor and magnet - Google Patents
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Description
本発明は、モータおよび磁石に関する。 The present invention relates to motors and magnets.
特許文献1には、マグネット、マグネットの外周に配置されるヨーク、マグネットの内周に配置される鉄心および鉄心を保持する回転軸を備え、マグネットの外周面に各磁極中心を対称中心として軸方向に伸びる一対の溝が形成されているモータが開示されている。
In
しかしながら、特許文献1のモータでは、マグネットには磁極の中心となる厚肉部と磁極の境目となる薄肉部が周方向に沿って形成されているため、薄肉部で割れやすいなど取扱いが難しい。
However, in the motor of
また、マグネットのラジアル着磁が複雑であり、さらに溝の形状が傾いているため、金型で成型することが難しく、溝を二次加工する必要がある。また、金型が大型化および複雑化してしまうため、投資コストが肥大化してしまう。 In addition, since the radial magnetization of the magnet is complicated and the shape of the groove is inclined, it is difficult to mold with a mold, and the groove must be formed by secondary processing. Moreover, since the mold becomes large and complicated, the investment cost becomes bloated.
また、マグネットを長尺化した場合、金型の抜きテーパがあるため磁石の内径がテーパ形となり、コアとマグネットの隙間が徐々に広がっていくことでモータ特性は低下していく。そのため、長尺化による高出力化が難しい。 In addition, when the magnet is lengthened, the inner diameter of the magnet becomes tapered due to the tapered shape of the mold, and the gap between the core and the magnet gradually widens, thereby degrading the motor characteristics. Therefore, it is difficult to increase the output by increasing the length.
また、磁石を長尺化するために磁石を極数分に分割すると、コギングトルクが増加するため、制御性が悪くなってしまう。 In addition, if the magnet is divided into the number of poles in order to lengthen the magnet, the cogging torque increases, resulting in poor controllability.
このような課題に鑑みて、本発明は、取扱いが簡単であり、容易かつ安価に製造可能であり、高出力化可能であり、コギングトルクを低減可能なモータ、およびモータに取り付けられる磁石を提供することを目的とする。 In view of such problems, the present invention provides a motor that is easy to handle, can be manufactured easily and inexpensively, can be increased in output, and can reduce cogging torque, and a magnet attached to the motor. intended to
本発明の一側面としてのモータは、磁性体で形成された外筒と、外筒の内側の面に配置された複数の磁石と、複数の磁石の内側に、回転可能に配置されたコアと、を有し、複数の磁石はそれぞれ、平行着磁され、複数の磁石にはそれぞれ、複数の磁石とコアとの間、外筒の内部に複数の磁気回路が複数の磁石それぞれの周方向の片側に発生するように、複数の溝が形成されており、複数の磁石のそれぞれにおいて、複数の溝は、外筒との接触面に、軸方向に形成され、複数の溝のそれぞれの側面は、接触面に対して垂直に形成されていることを特徴とする。 A motor as one aspect of the present invention includes an outer cylinder made of a magnetic material, a plurality of magnets arranged on the inner surface of the outer cylinder, and a core rotatably arranged inside the plurality of magnets. , and each of the plurality of magnets is magnetized in parallel, and each of the plurality of magnets has a plurality of magnetic circuits between the plurality of magnets and the core and inside the outer cylinder in the circumferential direction of each of the plurality of magnets. A plurality of grooves are formed so as to occur on one side, and in each of the plurality of magnets, the plurality of grooves are formed in the contact surface with the outer cylinder in the axial direction, and each side surface of the plurality of grooves , is formed perpendicular to the contact surface.
また、本発明の他の側面としての磁石は、磁性体で形成された外筒と、回転可能に配置されたコアと、を有するモータに、外筒の内側の面かつコアの外側に取り付けられる磁石であって、磁石は、平行着磁され、磁石には、モータに取り付けられた場合に、磁石とコアとの間、外筒の内部に複数の磁気回路が磁石の周方向の片側に発生するように、複数の溝が形成されており、磁石において、複数の溝は、外筒との接触面に、軸方向に形成されており、複数の溝のそれぞれの側面は、接触面に対して垂直に形成されていることを特徴とする。 Also, a magnet as another aspect of the present invention is attached to a motor having an outer cylinder made of a magnetic material and a rotatably arranged core on the inner surface of the outer cylinder and the outer side of the core. The magnet is magnetized in parallel, and when the magnet is attached to the motor, a plurality of magnetic circuits are generated on one side of the magnet in the circumferential direction between the magnet and the core and inside the outer cylinder. In the magnet, the plurality of grooves are formed in the contact surface with the outer cylinder in the axial direction, and the side surfaces of each of the plurality of grooves face the contact surface. characterized in that it is formed vertically
本発明によれば、取扱いが簡単であり、容易かつ安価に製造可能であり、高出力化可能であり、コギングトルクを低減可能なモータ、およびモータに取り付けられる磁石を提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide a motor that is easy to handle, can be manufactured easily and inexpensively, can have a high output, and can reduce cogging torque, and a magnet attached to the motor.
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals are given to the same members, and overlapping descriptions are omitted.
まず、図1を参照して、本発明の実施形態に係るモータ1の構成について説明する。図1は、本発明の実施形態に係るモータ1の縦断面図である。
First, the configuration of a
モータ1は、コア2、外筒3、磁石4a,4b、回転軸5、およびモータ駆動用コイルU1,V1,W1,U2,V2,W2を有する。
The
コア2は、磁性体(例えば、電磁珪素鋼板の積層体、焼結加工された鉄と珪素との結合体、または鉄鋼の切削物)で形成され、回転軸5に回転可能に保持されている。
The
外筒3は、磁性体(例えば、焼結加工された鉄と珪素との結合体、鉄鋼の切削物、または鉄鋼の板金)で形成されている。
The
磁石4a,4bは、磁性粉末(例えば、NdFeB)と、バインダ樹脂(例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS))と、からなるボンド磁石であり、外筒3の内側の4隅に着磁方向が交互に異なるように配置されている。磁石4a,4bは、平行着磁されており、等方性または異方性の磁石である。また、磁石4a,4bは、極数の数だけ分割(本実施形態では4極なので4分割(磁石4aが2個、磁石4bが2個))されている。すなわち、本実施形態では、磁石4a,4bはそれぞれ、コア2の回転中心に対して、回転対称に配置されている。
The
回転軸5は、コア2の回転中心に配置され、コア2を保持している。また、回転軸5は、軸受(不図示)により支持されている。
The rotating
モータ駆動用コイルU1,V1,W1,U2,V2,W2は、銅線やアルミニウム線等の導体電線で形成されている。 The motor drive coils U1, V1, W1, U2, V2, and W2 are formed of conductor wires such as copper wires and aluminum wires.
以下、磁石4a,4bの構成について説明する。図2は、磁石4a,4bの斜視図である。
The configuration of the
図2に示されるように、磁石4a,4bと外筒3の内面とが接触する接触面には、上端面から下端面に向かって軸方向に延びる複数(本実施形態では、2本)の溝6が形成されている。各磁石に形成されている2本の溝6はそれぞれ、磁石4a,4bの内側に空隙を介して配置されているコア2との間、外筒3の内部に磁気回路を発生させる。
As shown in FIG. 2, the contact surface between the
図3は、溝6が形成されていない場合のモータ1内の磁束の流れを示すFEM(Finite Element Method)の結果図である。図4は、溝6が形成されている場合のモータ1内の磁束の流れを示すFEMの結果図である。
FIG. 3 is a result diagram of FEM (Finite Element Method) showing the flow of magnetic flux in the
図3に示されるように、磁石4a,4bとコア2との間、外筒3の内部には、磁気回路7aが発生している。本実施形態では、2本の溝6の側面は、各磁石と外筒3とが接触する接触面に対して垂直に形成されているため、図4に示されるように、磁石4a,4bとコア2との間、外筒3の内部には、磁気回路7aだけでなく、磁気回路7bも発生している。
As shown in FIG. 3, a
図5は、コア2と溝6との位置関係を示す図である。直線8は、コア2の回転中心およびコア2の外径先端を通る直線を表している。各磁石に形成された溝6の少なくとも1つ以上の片溝(第1の溝)は、直線8を基準として、磁石4a,4bの磁気センター11側に始角度9が1度から終角度10が6度の範囲内に形成されている。また、少なくとも1つ以上の対溝(第2の溝)は、磁気センター11に対して線対称に形成されている。
FIG. 5 is a diagram showing the positional relationship between the
図6は、磁気センター11の磁束密度の変化率を示す図である。図7は、外筒3の磁束密度の変化率を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the change rate of the magnetic flux density of the magnetic center 11. As shown in FIG. FIG. 7 is a diagram showing the change rate of the magnetic flux density of the
図6に示されるように、本実施形態では、磁束の流路が増え、磁気センター11を通る磁束密度の変化率は、溝6が形成されていない場合に比べて小さくなる。一方、図7に示されるように、外筒3を通る磁束密度の変化率は、溝6が形成されていない場合に対して変化がない。すなわち、磁気センター11を通る磁束の流れが分散されている。したがって、コギングトルクを低減することができる。
As shown in FIG. 6, in this embodiment, the number of magnetic flux flow paths is increased, and the rate of change in magnetic flux density passing through the magnetic center 11 is smaller than in the case where the
図8は、コギングトルクの比較図である。図9は、コキングトルク、鎖交磁束および誘起電圧の比率を示す図である。 FIG. 8 is a comparison diagram of cogging torque. FIG. 9 is a diagram showing ratios of cogging torque, interlinkage magnetic flux, and induced voltage.
図8に示されるように、溝6の配置位置や深さによりモータ1のコキングトルクの1周あたりの0(零)を境目とするピークの数(=極数とスロット数の最小公倍数)が自然数倍(本実施形態では、3倍が最良の実施形態である)される。これにより、コギングトルクによる回転軸5の回転抵抗の感触は滑らかになる。
As shown in FIG. 8, the number of peaks (=least common multiple of the number of poles and the number of slots) per revolution of the coking torque of the
また、図9に示されるように、溝6の深さが溝幅に対して1%から60%である場合、コキングトルクが低減される。本実施形態では、溝幅が0.3mmであるとき、溝深さが溝幅の約33%の0.1mmであることが最良の実施形態である。このとき、コギングトルクは、約70%低減される。なお、コギングトルクが低減されても鎖交磁束および誘起電圧には影響はないため、トルク定数にも影響はない。
Also, as shown in FIG. 9, when the depth of the
以上説明したように、本発明のモータ1は、磁極の境目となる薄肉部を有しない磁石4a,4bを備える構造であるため、取扱いが容易である。また、磁石4a,4bは平行着磁され、溝6bの側面が各磁石と外筒とが接触する接触面に対して垂直に形成されているため、着磁が簡単で、溝6の2次加工が不要であるため、容易にモータ1を製造することができる。また、磁石成型の金型が複雑ではないため、投資コストの肥大化を抑制することができる。また、モータ1は、磁石4a,4bの内側をテーパ形ではなく外側と平行に製作可能であるため、長尺化による高出力化が可能である。さらに、モータ1は、磁石4a,4bに形成された溝6により磁気センター11を通る磁束が分散され、コギングトルクが低減されているため、制御性を向上させることができる。
As described above, the
なお、本発明のモータにおけるコギングトルクの低減方法は、小型DCモータだけでなく、大型DCモータや、ACモータ、リニアモータ、アクチュエータ等に好適に使用することができる。 The method for reducing cogging torque in a motor according to the present invention can be suitably used not only for small DC motors, but also for large DC motors, AC motors, linear motors, actuators, and the like.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist.
1 モータ
2 コア
3 外筒
4a,4b 磁石
6 溝
1
Claims (6)
前記外筒の内側の面に配置された複数の磁石と、
前記複数の磁石の内側に、回転可能に配置されたコアと、を有し、
前記複数の磁石はそれぞれ、平行着磁され、
前記複数の磁石にはそれぞれ、前記複数の磁石と前記コアとの間、前記外筒の内部に複数の磁気回路が前記複数の磁石それぞれの周方向の片側に発生するように、複数の溝が形成されており、
前記複数の磁石のそれぞれにおいて、前記複数の溝は、前記外筒との接触面に、軸方向に形成され、
前記複数の溝のそれぞれの側面は、前記接触面に対して垂直に形成されていることを特徴とするモータ。 an outer cylinder made of a magnetic material;
a plurality of magnets arranged on the inner surface of the outer cylinder;
a core rotatably arranged inside the plurality of magnets;
each of the plurality of magnets is magnetized in parallel,
Each of the plurality of magnets has a plurality of grooves such that a plurality of magnetic circuits are generated on one side of each of the plurality of magnets in the circumferential direction between the plurality of magnets and the core and inside the outer cylinder. is formed and
In each of the plurality of magnets, the plurality of grooves are axially formed in the contact surface with the outer cylinder,
A motor according to claim 1, wherein each side surface of each of the plurality of grooves is formed perpendicular to the contact surface.
前記第1の溝とは異なる第2の溝は、前記磁気センターに対して線対称に形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のモータ。 A first groove among the plurality of grooves is formed within a range of 1 degree to 6 degrees on the magnetic center side of the magnet with respect to a straight line passing through the center of rotation of the core and the tip of the outer diameter of the core,
4. The motor according to any one of claims 1 to 3, wherein the second grooves different from the first grooves are formed line-symmetrically with respect to the magnetic center.
前記磁石は、平行着磁され、
前記磁石には、前記モータに取り付けられた場合に、前記磁石と前記コアとの間、前記外筒の内部に複数の磁気回路が前記磁石の周方向の片側に発生するように、複数の溝が形成されており、
前記磁石において、前記複数の溝は、前記外筒との接触面に、軸方向に形成されており、
前記複数の溝のそれぞれの側面は、前記接触面に対して垂直に形成されていることを特徴とする磁石。 A magnet attached to a motor having an outer cylinder made of a magnetic material and a rotatable core, on the inner surface of the outer cylinder and on the outer side of the core,
the magnets are parallel magnetized,
The magnet has a plurality of grooves so that a plurality of magnetic circuits are generated on one side of the magnet in the circumferential direction between the magnet and the core and inside the outer cylinder when the magnet is attached to the motor. is formed and
In the magnet, the plurality of grooves are formed in the axial direction on the contact surface with the outer cylinder,
A magnet, wherein each side surface of each of the plurality of grooves is formed perpendicular to the contact surface.
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