JPH0634566B2 - Brushless motor - Google Patents

Brushless motor

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JPH0634566B2
JPH0634566B2 JP2554786A JP2554786A JPH0634566B2 JP H0634566 B2 JPH0634566 B2 JP H0634566B2 JP 2554786 A JP2554786 A JP 2554786A JP 2554786 A JP2554786 A JP 2554786A JP H0634566 B2 JPH0634566 B2 JP H0634566B2
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rotor
coil
coils
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radians
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峰世 遠藤
英二 坂口
陽介 川手
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Nidec Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はブラシレスモータに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a brushless motor.

〔従来の技術とその問題点〕 従来のブラシレスモータにおいては、コイルが巻設され
るティースを有するステータを使用していた(つまり、
該ティースを形成するために複雑な形状のスロットを有
していた)ので、発生するコギングトルクが大きく、非
常になめらかな回転を要求される場合には、使用しにく
かった。また、高効率を要求される用途において、例え
ば、起動電流を低くする必要がある場合、その電流が小
さくなったことにより、ステータ磁界によって生じるト
ルクに対するコギングトルクの比が非常に大きくなる。
従って、みかけ上のトルクリップルが増加し、起動トル
クの最少値が非常に低くなるという欠点があった。
[Prior Art and Its Problems] In a conventional brushless motor, a stator having teeth around which a coil is wound is used (that is,
Since it has a slot having a complicated shape to form the teeth), it is difficult to use when a large cogging torque is generated and a very smooth rotation is required. Further, in applications requiring high efficiency, for example, when it is necessary to lower the starting current, the current becomes small, and the ratio of the cogging torque to the torque generated by the stator magnetic field becomes very large.
Therefore, there is a drawback that the apparent torque ripple increases and the minimum value of the starting torque becomes extremely low.

本発明は従来のこのような問題点を解決して、滑らかに
回転してコギングトルクが極めて小さいブラシレスモー
タを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve such a conventional problem and provide a brushless motor that smoothly rotates and has an extremely small cogging torque.

〔問題点を解決するための手段〕 本発明のブラシレスモータは、N極・S極が交互に相隣
位するように円周等ピッチにて着磁されるロータと、ト
ロイダルコアが使用されると共にコイルが巻設されるス
テータと、を備え、ロータの磁極数をPとすると共に該
コイルの相数をAとしたときに、該ステータに、夫々の
コイルにて、巻設方向が順次逆となる2π/(A×P)ラ
ジアンのコイルピッチを、2π/Pラジアンのコイル間
ピッチで夫々P個形成し、かつ、該コイルの各相を、相
互に2π/(A×P)ラジアンずらせている。
[Means for Solving the Problems] The brushless motor of the present invention uses a rotor magnetized at equal pitches on the circumference so that N poles and S poles are alternately adjacent to each other, and a toroidal core. And a stator around which a coil is wound, and when the number of magnetic poles of the rotor is P and the number of phases of the coil is A, the winding direction of each coil is sequentially reversed in the stator. P coil pitches of 2π / (A × P) radians are formed at a pitch between the coils of 2π / P radians, and the phases of the coils are displaced from each other by 2π / (A × P) radians. ing.

〔作用〕[Action]

上述の如く構成された本発明のブラシレスモータにあっ
ては、ステータにトロイダルコアが使用され、これに複
数相のコイルがそれぞれコイルピッチαで順次連続的に
巻設されているため、各コイルへの通電電流をロータの
磁極に合わせて順次切り換えることにより、ロータの各
磁極に対しステータ側にスロット式コアのような無磁極
部が生じることがなく、つまり回転中にトルクが現れな
い位置が存在せず、コギングトルクの極めて小さいロー
タの円滑な回転が得られる。
In the brushless motor of the present invention configured as described above, the toroidal core is used for the stator, and the coils of a plurality of phases are sequentially wound around the coil at the coil pitch α. By sequentially switching the energizing current according to the magnetic poles of the rotor, there is no magnetic pole-like portion such as a slotted core on the stator side for each magnetic pole of the rotor, that is, there is a position where torque does not appear during rotation. Without this, smooth rotation of the rotor with extremely small cogging torque can be obtained.

〔実施例〕〔Example〕

以下、実施例を示す図面に基づいて本発明を詳説する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating examples.

第1図はブラシレスモータの簡略図を示し、同図におい
て、1は4つの磁極を有するロータであって、N極・S
極が交互に相隣位するように円周等ピッチにて着磁され
ている。即ち、ロータ1はその外側を中心角90度毎にN
極、S極、N極、S極と順次着磁されている。2は上記
ロータ1に外嵌されるステータであって、トロイダルコ
アが使用されている。そして、該ステータ2には、3相
分のコイル3が巻設されるが、図例では、1相目のみが
示され、2相目、3相目は省略されている。
FIG. 1 shows a simplified diagram of a brushless motor. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a rotor having four magnetic poles, which has N poles and S poles.
The poles are magnetized at equal pitches so that the poles are alternately adjacent to each other. That is, the rotor 1 has N
The poles, S poles, N poles, and S poles are sequentially magnetized. Reference numeral 2 denotes a stator which is fitted onto the rotor 1 and uses a toroidal core. The coils 3 for three phases are wound around the stator 2, but only the first phase is shown and the second and third phases are omitted in the illustrated example.

しかして、コイル3は、ロータ1の磁極数をPとすると
共にステータ2に巻設される相数をAとしたときに、巻
設方向が順次逆となる2π/(A×P)ラジアンのコイル
ピッチαを2π/Pラジアンのコイル間ピッチβにてP個
形成する。そして、コイル3の各相は相互に2π/(A×
P)ラジアンずらされている。
Thus, the coil 3 has a winding direction of 2π / (A × P) radians which is sequentially opposite when the number of magnetic poles of the rotor 1 is P and the number of phases wound around the stator 2 is A. P coils are formed at a coil pitch α of 2π / P radians and a pitch β between the coils. And each phase of the coil 3 is 2π / (A ×
P) Radian offset.

従って、図例では、ロータ1の磁極数は4、コイル3の
相数は3であるので、コイルピッチαは2π/3×4ラジ
アン=π/6ラジアンとなり、また、各コイル間ピッチβ
は2π/4ラジアン=π/2ラジアンのピッチにて形成され
ると共に、各相が2π/3×4ラジアン=π/6ラアンずれ
ることになる。つまり、1相目のコイル3は、部位Xか
ら反時計廻りに部位Yまで巻設されると共に、π/2ラジ
アンおきに巻設方向が順次逆のπ/6ラジアンのコイルピ
ッチαを4個形成する。また、2相目(図示省略)も1
相目と同様な巻き方にて巻設されるが、この2相目のコ
イルは、1相目のコイル3から時計廻り方向に夫々π/6
ラジアンずれる。さらに、3相目も1相目と同様な巻き
方にて巻設されるが、この3相目のコイルは、2相目の
コイルから時計廻り方向に夫々π/6ラジアンずれる。
(つまり、3相目のコイルは、1相目のコイル3から夫
々π/3ラジアンずれる。) そして、ロータ1の回転位置に対応して、これらを順次
通電することよってモータは回転する。
Therefore, in the illustrated example, since the number of magnetic poles of the rotor 1 is 4 and the number of phases of the coil 3 is 3, the coil pitch α is 2π / 3 × 4 radians = π / 6 radians, and the inter-coil pitch β is
Are formed at a pitch of 2π / 4 radians = π / 2 radians, and each phase is shifted by 2π / 3 × 4 radians = π / 6 radians. That is, the coil 3 of the first phase is wound counterclockwise from the part X to the part Y, and the coil pitch α of four π / 6 radians whose winding directions are sequentially reversed at every π / 2 radian. Form. Also, the second phase (not shown) is 1
The coils are wound in the same manner as the first phase, but this second-phase coil is π / 6 clockwise from the first-phase coil 3.
Radian shift. Further, the third phase is also wound in the same winding manner as the first phase, but this third phase coil is shifted from the second phase coil in the clockwise direction by π / 6 radians.
(That is, the coils of the third phase deviate from the coils 3 of the first phase by π / 3 radians.) Then, the motor is rotated by sequentially energizing them according to the rotational position of the rotor 1.

なお、ホール素子等による各相毎のロータ位置検出器は
(図示省略したが)ロータ1の近傍の固定部に順次π/
3ずらせて付設され、各ロータ位置検出器にてロータ1
の位置を検出し、このロータ位置に応じて各コイル3…
への通電を制御することにより、モータは回転する。
In addition, the rotor position detector for each phase by a hall element or the like (not shown) is sequentially set to a fixed portion near the rotor 1 by π /
The rotor 1 is attached to each rotor position detector with three offsets.
The position of each coil 3 is detected according to the rotor position.
The motor rotates by controlling the power supply to the motor.

しかして、上述の如く構成すれば、3個のロータ位置検
出器のそれぞれの出力波形が第2図に示す様なI,II,
IIIとなると共に、各コイルに発生する逆起電力波形は
それぞれ第3図におけるI,II,IIIに示す様な波形と
なる。そして、3相のコイルによりロータに発生する合
成トルク波形は第4図に示す様な一直線状の波形とな
る。なお、図において、合成トルクの波形には段差を有
しているが、この段差は各相の切換点をわかりやすくす
るために示したもので、実際には、この段差(つまり、
リップル)は非常に少ない。なお、角度は機械角で示さ
れ、また、各コイル3の巻数は、図例では簡素化されて
いるが、実際は多数巻かれる。
With the above-mentioned configuration, the output waveforms of the three rotor position detectors are I, II, and
In addition to III, the back electromotive force waveforms generated in each coil are the waveforms I, II, and III in FIG. 3, respectively. The combined torque waveform generated in the rotor by the three-phase coils has a straight-line waveform as shown in FIG. In the figure, there is a step in the waveform of the combined torque, but this step is shown to make the switching point of each phase easier to understand. Actually, this step (that is,
Very little ripple). Note that the angle is shown as a mechanical angle, and the number of turns of each coil 3 is actually many, although it is simplified in the illustrated example.

本発明は図示の実施例に限定されず、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で設計変更自由であり、実施例では3相4
極ユニポーラを示しているが、相数、極数は自由である
と共に、バイポーラ式とするも自由であり、また、イン
ナー・ロータ・タイプ、アウター・ロータ・タイプとす
るも自由である。さらに、ステータとマグネットについ
ては、アキシャル対向タイプ、ラジアル対向タイプ等と
するも自由である。
The present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings, and design changes can be freely made without departing from the gist of the present invention.
Although a polar unipolar is shown, the number of phases and the number of poles are free, and the bipolar type is also free, and the inner rotor type and the outer rotor type are also free. Furthermore, the stator and the magnet may be of an axial facing type, a radial facing type, or the like.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明のブラシレスモータは、ロータに磁極数Pの磁極
(N極,S極)を相互に相隣位させて配設する一方、ス
テータにトロイダルコアを使用し、これに複数相のコイ
ルをそれぞれコイルピッチαで順次に連続的に巻設する
構成としたため、各コイルへの通電電流をロータの磁極
に合わせて順次切り換えることにより、リップルが非常
に小さい合成トルクを得ることができ、コギングトルク
が極めて小さく、ロータは常になめらかに回転するもの
であり、高効率のモータを得ることができる。
In the brushless motor of the present invention, magnetic poles (N poles, S poles) having a number of magnetic poles P are arranged adjacent to each other in the rotor, while a toroidal core is used in the stator, and coils of a plurality of phases are respectively attached to the toroidal core. Since the coil is continuously wound at the coil pitch α, the combined current with very small ripple can be obtained by sequentially switching the current to each coil according to the magnetic poles of the rotor. Since the rotor is extremely small and the rotor always rotates smoothly, a highly efficient motor can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す簡略平面図、第2図の
(I),(II),(III)は3個のロータ位置検出器そ
れぞれの出力波形図、第3図の(I),(II),(II
I)は3相のコイルそれぞれに発生する逆起電力波形
図、第4図は合成トルク波形図である。 1……ロータ、2……ステータ、3……コイル、α……
コイルピッチ、β……コイル間ピッチ。
FIG. 1 is a simplified plan view showing an embodiment of the present invention, (I), (II) and (III) of FIG. 2 are output waveform diagrams of three rotor position detectors respectively, and FIG. I), (II), (II
I) is a back electromotive force waveform diagram generated in each of the three-phase coils, and FIG. 4 is a combined torque waveform diagram. 1 ... Rotor, 2 ... Stator, 3 ... Coil, α ...
Coil pitch, β ... Pitch between coils.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】N極・S極が交互に相隣位するように円周
等ピッチにて着磁されるロータ1と、トロイダルコアが
使用されると共にコイル3…が巻設されるステータ2
と、を備え、該ロータ1の磁極数をPとすると共に該コ
イル3…の相数をAとしたときに、該ステータ2に、夫
々のコイル3にて、巻設方向が順次逆となる2π/(A
×P)ラジアンのコイルピッチαを、2π/Pラジアン
のコイル間ピッチβで夫々P個形成し、かつ、該コイル
3…の各相を、相互に2π/(A×P)ラジアンずらせた
ことを特徴とするブラシレスモータ。
Claim: What is claimed is: 1. A rotor 1 magnetized at equal circumferential pitches so that N poles and S poles are alternately adjacent to each other, and a stator 2 in which a toroidal core is used and coils 3 are wound.
When the number of magnetic poles of the rotor 1 is P and the number of phases of the coils 3 is A, the winding directions of the respective coils 3 on the stator 2 are sequentially reversed. 2π / (A
× P) radian coil pitch α is formed with a coil pitch β of 2π / P radians, and the phases of the coils 3 ... Are mutually shifted by 2π / (A × P) radians. Brushless motor characterized by.
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