JPH08126279A - Brushless dc motor - Google Patents
Brushless dc motorInfo
- Publication number
- JPH08126279A JPH08126279A JP6254886A JP25488694A JPH08126279A JP H08126279 A JPH08126279 A JP H08126279A JP 6254886 A JP6254886 A JP 6254886A JP 25488694 A JP25488694 A JP 25488694A JP H08126279 A JPH08126279 A JP H08126279A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pole
- salient
- brushless
- motor
- poles
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Brushless Motors (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石を備えた回転
子を構成要素とするブラシレスDCモータに関するもの
であり、特に出力トルク定数が大であると共に、トルク
リップル定数が小になるように構成したブラシレスDC
モータに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a brushless DC motor having a rotor provided with a permanent magnet as a constituent element, and has a large output torque constant and a small torque ripple constant. Brushless DC configured
It concerns a motor.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から駆動源としてのモータには多数
の種類があるが、なかでもDCモータは小型で駆動トル
クが大であり、電子回路を利用することによって、速度
や位置決めの制御を容易に行ない得るという優れた特性
を持っている。しかしながら給電用のブラシと整流子と
が摺動するために、ブラシの摩耗があり、火花を発生す
る等の欠点がある。このため数千時間という長時間の運
転は不可能であり、一定時間を経過する毎にブラシを交
換したり、整流子面の加工を行なわなければならないと
いう煩雑な保守作業が必要である。このような欠点を解
消したブラシレスDCモータが近年広く利用されてい
る。2. Description of the Related Art Conventionally, there are many kinds of motors as a drive source, but among them, a DC motor is small and has a large drive torque, and it is easy to control speed and positioning by using an electronic circuit. It has the excellent property of being able to However, since the brush for power feeding and the commutator slide, the brush is worn and sparks are generated. For this reason, it is impossible to operate for a long time of several thousand hours, and complicated maintenance work is required such that the brush must be replaced and the commutator surface must be machined every time a certain period of time elapses. In recent years, brushless DC motors that have solved such drawbacks have been widely used.
【0003】図7および図8は各々従来のブラシレスD
Cモータの例を示す要部縦断面図および要部横断面説明
図であり、8磁極、12突極、(磁極数):(突極数)
を1:1.5に形成したものである。図7および図8にお
いて、1は固定子であり、例えば有底中空円筒状に形成
したケース2内に、円周方向に例えば12個の突極3を
等間隔に配設してなる固定子コア4を設け、この突極3
に夫々コイル5を巻回する。7 and 8 show a conventional brushless D
FIG. 3 is a longitudinal sectional view and an explanatory transverse sectional view of an essential part showing an example of a C motor, where 8 magnetic poles, 12 salient poles, (number of magnetic poles): (number of salient poles)
Is formed at 1: 1.5. 7 and 8, reference numeral 1 denotes a stator, for example, a stator formed by arranging, for example, twelve salient poles 3 in the circumferential direction at equal intervals in a case 2 formed in the shape of a hollow cylinder with a bottom. The core 4 is provided, and this salient pole 3
The coil 5 is wound around each.
【0004】次に6は回転子であり、シャフト7を貫通
させたホルダ8の外周に、例えばアークセグメント状に
形成した8個の永久磁石9を、円周方向に交互に極性の
異なる磁極が現れるように固着して構成する。10は蓋
板であり、ケース2の開口部に嵌着し、ケース2の底部
と蓋板10に設けた軸受11,12および前記シャフト
7により、回転子6を回転可能に支持する。13は位置
検出用の永久磁石であり、例えば円板状に形成して回転
子6の一方の端面に固着し、その端面に前記永久磁石9
と同一の極性の磁極が現れるように形成する。14は基
板であり、蓋板10内に設けられると共に、前記永久磁
石13と対向してホール素子15および駆動回路16が
搭載されている。なおホール素子15は、例えば3個が
60°間隔で搭載されている。Next, 6 is a rotor, and eight permanent magnets 9 formed in, for example, an arc segment are provided on the outer periphery of a holder 8 which penetrates the shaft 7, and magnetic poles having different polarities alternately in the circumferential direction. It is fixed so that it can be seen. Reference numeral 10 denotes a lid plate, which is fitted in the opening of the case 2 and rotatably supports the rotor 6 by the bottom portion of the case 2, the bearings 11 and 12 provided on the lid plate 10, and the shaft 7. Reference numeral 13 denotes a permanent magnet for position detection, which is formed, for example, in the shape of a disk and is fixed to one end face of the rotor 6, and the permanent magnet 9 is attached to the end face.
It is formed so that a magnetic pole having the same polarity as the above appears. Reference numeral 14 denotes a substrate, which is provided in the lid plate 10 and has a Hall element 15 and a drive circuit 16 mounted thereon, facing the permanent magnet 13. The three Hall elements 15 are mounted at intervals of 60 °, for example.
【0005】上記の構成により、ホール素子15は位置
検出用の永久磁石13により、回転子6を構成する永久
磁石9の磁極を検出して信号を出し、この信号により駆
動回路16は固定子1のコイル5を順次通電付勢するか
ら、回転子6が回転し、シャフト7により外部機器(図
示せず)を駆動することができるのである。With the above structure, the hall element 15 detects the magnetic pole of the permanent magnet 9 constituting the rotor 6 by the position detecting permanent magnet 13 and outputs a signal, and the drive circuit 16 causes the stator 1 to generate a signal. Since the coils 5 are sequentially energized and energized, the rotor 6 rotates and the shaft 7 can drive an external device (not shown).
【0006】しかしながら上記構成のブラシレスDCモ
ータにおいては、回転子6を構成する永久磁石9,9間
の境界線が軸線方向に軸線と平行に一直線に形成されて
いるため、所謂トルクリップルが発生し、回転子6の回
転が不円滑となるという問題点がある。またこのトルク
リップルは、回転子6の回転速度とは無関係に発生して
モータの振動となり、この振動が他の構成部材と共鳴し
て騒音を誘発する等の問題点があり、特に回転子6の低
速回転時においてその影響が顕著に現れる。However, in the brushless DC motor having the above-described structure, the boundary line between the permanent magnets 9, 9 forming the rotor 6 is formed in a straight line parallel to the axis line in the axial direction, so that a so-called torque ripple is generated. However, there is a problem that the rotation of the rotor 6 is not smooth. Further, this torque ripple is generated irrespective of the rotation speed of the rotor 6 and causes vibration of the motor, and this vibration resonates with other components to induce noise. The effect becomes noticeable when the vehicle rotates at low speed.
【0007】上記のようなトルクリップルを解消する手
段として、図9に示すように回転子6を構成する磁極ヨ
ーク90,90の境界線をスキューさせた提案がある
(例えば実開平2−37553号公報参照) 。このよう
に回転子6の磁極ヨーク90を形成することにより、ト
ルクリップルを減少させることができ、非所望な振動若
しくは騒音の発生を防止させ得るとしている。なお上述
のような(磁極数):(突極数)を1:1.5としたもの
以外に、これを1:3としたブラシレスDCモータが広
く実用に供されている。As a means for eliminating the above torque ripple, there is a proposal in which the boundary line between the magnetic pole yokes 90, 90 constituting the rotor 6 is skewed as shown in FIG. 9 (for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 2-37553). (See gazette). By forming the magnetic pole yoke 90 of the rotor 6 in this way, it is possible to reduce torque ripple and prevent generation of undesired vibration or noise. In addition to the above-mentioned (number of magnetic poles) :( number of salient poles) of 1: 1.5, brushless DC motors of 1: 3 are widely put into practical use.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】前記のように、従来の
ブラシレスDCモータにおいて、磁極数と突極数との比
が1:1.5あるいは1:3であり、かつ永久磁石または
磁極ヨークにスキューを施したものは公知である。そし
てこのスキューを形成する目的は、従来のブラシレスD
Cモータを構成する磁極と突極との間に作用する磁気的
吸引力によって発生するトルクリップルを減少させるた
めのものであった。As described above, in the conventional brushless DC motor, the ratio between the number of magnetic poles and the number of salient poles is 1: 1.5 or 1: 3, and the permanent magnet or the magnetic pole yoke is used. Those skewed are known. And the purpose of forming this skew is the conventional brushless D
The purpose was to reduce the torque ripple generated by the magnetic attractive force acting between the magnetic poles and the salient poles of the C motor.
【0009】しかしながら、前記のようにスキューを形
成することによってトルクリップル定数の低減化が達成
される反面において、同時に出力トルク定数が低下する
という問題点が発生する。そして現在まで上記スキュー
形成による出力トルク定数の低下を抑制するために有効
な技術的手段が見出されていないのが現状である。However, although the torque ripple constant is reduced by forming the skew as described above, there is a problem that the output torque constant is reduced at the same time. In the present situation, no effective technical means has been found to suppress the decrease of the output torque constant due to the skew formation.
【0010】図10は従来のモータにおけるスキュー角
とトルク定数との関係を示す図である。図10において
横軸のスキュー角は電気角で表しており、曲線aはトル
クリップル定数、曲線bは出力トルク定数を示してい
る。図10において、スキュー角を増大させるにつれ
て、トルクリップル定数が漸減することが示されてい
る。しかし一方において出力トルク定数もまた減少する
ことがわかる。FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a skew angle and a torque constant in a conventional motor. In FIG. 10, the skew angle on the horizontal axis is represented by an electrical angle, the curve a shows the torque ripple constant, and the curve b shows the output torque constant. FIG. 10 shows that the torque ripple constant gradually decreases as the skew angle increases. However, on the one hand it can be seen that the output torque constant also decreases.
【0011】上記のように出力トルク定数が減少する原
因について考察すると、例えば図8において、コイル5
の任意の1個のコイル5aが巻回された突極3の任意の
1個の突極3aについて観察すると、スキューを付して
いない場合には、コイル5aに通電されている間は、突
極3aの全体が永久磁石9の任意の1磁極(例えばN極
9a)に完全に覆われ(最近接対向し)た状態から、隣
接する磁極(例えばS極9b)に完全に覆われ(最近接
対向し)た状態まで、回転子6の回転によって相対的に
移動する。そしてこの移動が継続されることによって所
定の出力トルク定数が得られるのである。Considering the cause of the decrease in the output torque constant as described above, for example, in FIG.
Observing any one salient pole 3a of the salient pole 3 around which any one coil 5a is wound, when no skew is added, the The entire pole 3a is completely covered by one arbitrary magnetic pole (for example, N pole 9a) of the permanent magnet 9 (closest to face) and is completely covered by an adjacent magnetic pole (for example, S pole 9b). The rotor 6 is relatively moved by the rotation of the rotor 6 until it comes into contact with each other. Then, by continuing this movement, a predetermined output torque constant can be obtained.
【0012】しかしながら、永久磁石9にスキューを付
した場合には、永久磁石9,9の境界線が図9における
磁極ヨーク90の場合と同様に、円周方向にずれるた
め、コイル5の通電開始時および通電終了時において、
任意の突極3が対向する永久磁石9のある任意の1磁極
によって完全には覆われないことになる。このためスキ
ュー角が増大するにつれて出力トルク定数が漸減するこ
とになり、図10において曲線aにて示すような結果と
なるのである。However, when the permanent magnet 9 is skewed, the boundary line between the permanent magnets 9 and 9 is displaced in the circumferential direction as in the case of the magnetic pole yoke 90 in FIG. At the time of
Any salient pole 3 will not be completely covered by any one magnetic pole with opposing permanent magnets 9. Therefore, the output torque constant gradually decreases as the skew angle increases, and the result shown by the curve a in FIG. 10 is obtained.
【0013】本発明は上記従来技術に存在する問題点を
解決し、トルクリップル定数が小であると共に、出力ト
ルク定数が大であるブラシレスDCモータを提供するこ
とを目的とする。An object of the present invention is to solve the problems existing in the above-mentioned prior art and to provide a brushless DC motor having a small torque ripple constant and a large output torque constant.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明においては、円周方向に配設した複数個
の突極に突極集中巻により夫々コイルを巻回してなる固
定子の内側または外側に、永久磁石を用いて円周方向に
交互に極性が異なる磁極が現れるように形成した回転子
を回転可能に介装し、前記コイルを電気角120°の3
相矩形波電流で順次付勢する駆動回路を備えてなるブラ
シレスDCモータにおいて、前記磁極数と前記突極数と
の比を1:3n(nは自然数)に形成すると共に、前記
磁極のスキュー角を電気角で40〜80°に形成する、
という技術的手段を採用した。In order to achieve the above object, in the first aspect of the present invention, a coil is wound around a plurality of salient poles arranged in the circumferential direction by concentrated winding of salient poles. A rotor, which is formed by using permanent magnets so that magnetic poles having different polarities alternately appear in the circumferential direction, is rotatably interposed inside or outside the child, and the coil is arranged at an electrical angle of 3
In a brushless DC motor including a drive circuit for sequentially energizing with a rectangular phase-wave current, a ratio between the number of magnetic poles and the number of salient poles is set to 1: 3n (n is a natural number), and a skew angle of the magnetic poles is formed. Is formed at an electrical angle of 40 to 80 °,
I adopted the technical means.
【0015】次に第2の発明においては、円周方向に配
設した複数個の突極に突極集中巻により夫々コイルを巻
回してなる固定子の内側または外側に、永久磁石を用い
て円周方向に交互に極性が異なる磁極が現れるように形
成した回転子を回転可能に介装し、前記コイルを電気角
120°の3相矩形波電流で順次付勢する駆動回路を備
えてなるブラシレスDCモータにおいて、前記磁極数と
前記突極数との比を1:3n(nは自然数)に形成する
と共に、前記突極のスキュー角を電気角で40〜80°
に形成する、という技術的手段を採用した。Next, in the second invention, a permanent magnet is used inside or outside a stator formed by winding a coil around a plurality of salient poles arranged in a circumferential direction by concentrated salient pole winding. A rotor formed so that magnetic poles having different polarities alternately appear in the circumferential direction is rotatably interposed, and a drive circuit for sequentially energizing the coils with a three-phase rectangular wave current having an electrical angle of 120 ° is provided. In the brushless DC motor, the ratio between the number of magnetic poles and the number of salient poles is set to 1: 3n (n is a natural number), and the skew angle of the salient poles is 40 to 80 ° in electrical angle.
The technical means of forming it was adopted.
【0016】上記の発明において、スキュー角を電気角
で60°若しくは磁極の弧の中心角の1/3に形成する
と、トルクリップル定数を0とすることができるので最
も好ましい。なおモータ特性上トルクリップル定数は、
一般に出力トルク定数の20%以下であることが好まし
いため、スキュー角を電気角で40〜80°に形成する
ことが好ましい。In the above invention, it is most preferable to form the skew angle at an electrical angle of 60 ° or 1/3 of the center angle of the arc of the magnetic pole because the torque ripple constant can be zero. The torque ripple constant in terms of motor characteristics is
In general, it is preferably 20% or less of the output torque constant, and therefore it is preferable to form the skew angle to an electrical angle of 40 to 80 °.
【0017】なお上記の発明において、永久磁石の横断
面形状をアークセグメント状若しくはリング状に形成す
ることができる。また上記の発明において、前記突極が
前記コイルの通電開始時および通電終了時において前記
磁極の任意の1個の磁極によって完全に覆われるように
形成すると共に、前記スキュー角を電気角で40〜60
°に形成することが好ましい。In the above invention, the cross-sectional shape of the permanent magnet can be formed into an arc segment shape or a ring shape. Further, in the above invention, the salient pole is formed so as to be completely covered by any one of the magnetic poles at the start and end of energization of the coil, and the skew angle is 40 to 40 in electrical angle. 60
Preferably, it is formed at a temperature of 90 degrees.
【0018】上記の発明においては、公知の製造方法、
例えば焼結法、鋳造法、超急冷法、ボンド磁石法等によ
って製造された永久磁石を使用できる。このような永久
磁石としては、その基本組成を表す一般式がR−Fe−
B系およびR−Co5 系、R 2 −Co17系(RはYを含
む希土類元素のうちの1種または2種以上であり、必要
に応じてCo,Al,Nb,Ca,Fe,Cu,Zr,
Ti,Hf,Ni,Si等の磁気特性に有効な公知の添
加元素の1種または2種以上およびO,C,H,N等の
不可避不純物元素の1種または2種以上を含有できる)
等で表される希土類磁石、ならびにフェライト磁石、ア
ルニコ磁石、Mn−Al−C磁石等の公知の永久磁石の
1種または2種以上を使用することができる。これらの
うち、特にR−Fe−B系焼結磁石を使用するのが好ま
しい。In the above invention, a known manufacturing method,
For example, by the sintering method, casting method, ultra-quenching method, bonded magnet method, etc.
A permanent magnet manufactured according to the above method can be used. Forever like this
As a magnet, a general formula expressing its basic composition is R-Fe-
B system and R-CoFiveSystem, R 2-Co17System (R includes Y
One or more of the rare earth elements, necessary
Depending on Co, Al, Nb, Ca, Fe, Cu, Zr,
Known additives effective for magnetic properties of Ti, Hf, Ni, Si, etc.
One or more additional elements and O, C, H, N, etc.
Can contain one or more unavoidable impurity elements)
Rare earth magnets, ferrite magnets,
Of known permanent magnets such as Lunico magnets and Mn-Al-C magnets
One kind or two or more kinds can be used. these
Of these, it is particularly preferable to use an R-Fe-B system sintered magnet.
New
【0019】[0019]
【作用】上記の構成により、通電開始時および通電終了
時においてコイルが巻回された任意の突極は、対向する
永久磁石のある1磁極に最近接対向して覆われることに
なり、スキュー形成によるトルクリップル定数の大幅な
低減という作用に加えて、突極と永久磁石との磁気的吸
引力を所定の値に確保できる結果、スキューを施さない
場合と略同等の所定の出力トルク定数を得ることができ
るのである。With the above structure, any salient pole around which the coil is wound at the start and end of energization is covered with the one magnetic pole having the opposing permanent magnet, which is most closely opposed to the magnetic pole. In addition to the effect of drastically reducing the torque ripple constant due to, the magnetic attraction force between the salient poles and the permanent magnets can be secured to a predetermined value, and as a result, a predetermined output torque constant that is almost the same as when no skew is applied is obtained. It is possible.
【0020】[0020]
【実施例】図1は本発明の実施例を示す構成説明図であ
り、(a) は要部横断面、(b) は(a) における回転子の要
部側面を示し、同一部分は前記図7および図8と同一の
参照符号で示す。図1(a) において、固定子1は24個
の突極3を円周方向に等間隔に設け、コイル5を夫々の
突極3に集中巻とした。なお図1(b) における永久磁石
9の端面9eにおける磁極パターンを図1(a) における
永久磁石9内に破線によって図示している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a structural explanatory view showing an embodiment of the present invention. (A) shows a cross section of a main part, (b) shows a side surface of a main part of a rotor in (a), and the same parts are the same as the above. The same reference numerals as in FIGS. 7 and 8 are used. In FIG. 1A, the stator 1 has 24 salient poles 3 arranged at equal intervals in the circumferential direction, and the coils 5 are concentratedly wound on each salient pole 3. The magnetic pole pattern on the end surface 9e of the permanent magnet 9 in FIG. 1 (b) is shown by a broken line in the permanent magnet 9 in FIG. 1 (a).
【0021】次に回転子6を構成する永久磁石9は、N
d−Fe−B系焼結磁石(日立金属(株)製 HS−3
7BH)により、横断面をアークセグメント状に形成す
ると共に、横断面の中心角において、例えば電気角でθ
=55°なるスキューを付し、外表面に円周方向にNS
磁極が交互に現れるように8個をホルダ8の外周面に固
着する。なお図1(a) における360°は電気角で表し
てある。Next, the permanent magnet 9 constituting the rotor 6 has N
d-Fe-B system sintered magnet (HS-3 manufactured by Hitachi Metals, Ltd.)
7BH), the cross section is formed into an arc segment shape, and at the central angle of the cross section, for example, θ in electrical angle.
= 55 ° skewed, NS on the outer surface in the circumferential direction
Eight pieces are fixed to the outer peripheral surface of the holder 8 so that the magnetic poles appear alternately. Note that 360 ° in FIG. 1 (a) is represented by an electrical angle.
【0022】上記の構成により、付属して設けた駆動回
路(図示せず)を介して電気角120°の3相矩形波電
流により、コイル5を順次付勢することにより、回転子
6を回転させ得る。With the above structure, the rotor 5 is rotated by sequentially energizing the coil 5 with a three-phase rectangular wave current having an electrical angle of 120 ° via a drive circuit (not shown) additionally provided. Can be done.
【0023】図2はブラシレスDCモータにおける永久
磁石の展開図であり、(a) はスキューを付してないも
の、(b) は電気角θのスキューを付したものを示す。図
2において、例えばコイル(図1(a) における符号5参
照)が突極集中巻で、突極3個が1磁極と同一中心角を
覆っているとすると、磁極上に施した実線ハッチングの
領域Aの磁束が突極と鎖交していることになる。そして
出力トルク定数は上記鎖交磁束が変化する磁極と突極と
の相対位置で発生する。2A and 2B are development views of a permanent magnet in a brushless DC motor, where FIG. 2A shows a non-skewed one and FIG. 2B shows a skewed electrical angle θ. In FIG. 2, for example, if the coil (see reference numeral 5 in FIG. 1A) is concentrated salient pole winding, and three salient poles cover the same central angle as one magnetic pole, the solid line hatching on the magnetic pole The magnetic flux in the area A is linked to the salient poles. The output torque constant is generated at the relative position between the magnetic pole and the salient pole where the flux linkage changes.
【0024】一般に高出力トルクを志向するブラシレス
DCモータは、電気角120°の3相矩形波電流によっ
て駆動されており、1相の通電パターンは矢印で示すよ
うになっている。すなわちONの矢印は、図1(a) に示
す突極3の任意の1個の中央部がこの範囲にある場合
に、その突極3の任意の1個に巻回されているコイル5
に通電がされていることを表している。この場合、突極
3と永久磁石9との相対位置において、磁極が理想的に
切り換わるとすると、破線ハッチングで示す領域Bの位
置において鎖交磁束の変化は無くなり、領域Bと領域C
との間においては、コイル5には通電はされているもの
の、出力トルクが得られない所謂無効部分が存在する。
但し実際には鎖交磁束波形は完全な矩形波とはなり得な
いため、若干の出力トルクの発生がある。Generally, a brushless DC motor aiming at high output torque is driven by a three-phase rectangular wave current having an electrical angle of 120 °, and a one-phase energization pattern is shown by an arrow. That is, the ON arrow indicates the coil 5 wound around any one of the salient poles 3 when the center of any one of the salient poles 3 shown in FIG. 1 (a) is in this range.
It means that electricity is being supplied to. In this case, if the magnetic poles are ideally switched at the relative positions of the salient poles 3 and the permanent magnets 9, there is no change in the interlinkage magnetic flux at the position of the region B shown by the hatching in broken lines, and the regions B and C are not changed.
In between, the coil 5 is energized, but there is a so-called ineffective portion where the output torque is not obtained.
However, in reality, the interlinkage magnetic flux waveform cannot be a perfect rectangular wave, so that some output torque is generated.
【0025】本発明においては、上記の無効部分を利用
して、図2(b) に示すように永久磁石9に電気角θ(θ
=40〜80°)のスキューを付したものであり、この
ように形成することにより、通電開始時および通電終了
時においてコイル5を巻回した任意の突極3が、任意の
1磁極によって完全に覆われることになるのである。In the present invention, by utilizing the above-mentioned ineffective portion, the electrical angle θ (θ
= 40 to 80 °), and by forming in this way, the arbitrary salient pole 3 around which the coil 5 is wound at the start of energization and the end of energization is completely formed by any one magnetic pole. Will be covered by.
【0026】図3は本発明の実施例における永久磁石と
突極との相対位置を示す説明図である。図3において、
3A,3Bは各々図1(a) における任意の突極3のコイ
ル5への通電開始の位置および通電終了の位置である。
なお3Cは通電中間の位置を示している。すなわちコイ
ル5への通電中においては、前記コイル5を巻回した任
意の突極3は、図3における位置3A〜3B間にあり、
通電開始時および通電終了時においては、永久磁石9の
任意の1磁極、例えばN極またはS極1極によって完全
に覆われ得るのである。FIG. 3 is an explanatory view showing the relative positions of the permanent magnet and the salient pole in the embodiment of the present invention. In FIG.
Reference numerals 3A and 3B respectively indicate a start position and a end position of energization of the coil 5 of the arbitrary salient pole 3 in FIG. 1 (a).
It should be noted that 3C indicates an intermediate position of energization. That is, during energization of the coil 5, the arbitrary salient pole 3 around which the coil 5 is wound is between positions 3A and 3B in FIG.
At the start of energization and the end of energization, it can be completely covered by any one magnetic pole of the permanent magnet 9, for example, N pole or S pole.
【0027】図4は本発明の実施例におけるスキュー角
とトルク定数との関係を示す図であり、前記図10と対
応する。図4においてスキュー角は電気角で表してい
る。また図4において曲線aはトルクリップル定数、曲
線bは出力トルク定数を表している。図4から明らかな
ように、スキュー角を増大させるとトルクリップル定数
が漸減し、スキュー角60°で0になり、以後漸増す
る。一方スキュー角を増大しても、出力トルク定数は略
一定(スキュー角が60°以下では0.240、スキュー
角80°では0.235である)に維持され得る。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the skew angle and the torque constant in the embodiment of the present invention and corresponds to FIG. In FIG. 4, the skew angle is represented by an electrical angle. Further, in FIG. 4, the curve a represents the torque ripple constant, and the curve b represents the output torque constant. As is clear from FIG. 4, when the skew angle is increased, the torque ripple constant gradually decreases, becomes 0 at the skew angle of 60 °, and thereafter gradually increases. On the other hand, even if the skew angle is increased, the output torque constant can be maintained substantially constant (0.240 when the skew angle is 60 ° or less and 0.235 when the skew angle is 80 °).
【0028】これは前記のように、図1(a) に示す任意
の突極3は、巻回されたコイル5の通電開始時および通
電終了時においては、永久磁石9の1磁極によって完全
に覆われていることによる。例えば図1(a) の突極31
はスキュー角が電気角で40〜60°の場合において、
コイル51に矩形波電流を通電中に回転子6が回転する
ことによって、1磁極(N極)に完全に覆われる位置か
ら、隣接する1磁極(S極)に完全に覆われる位置まで
相対的に移動する。一方突極32および33は、巻回さ
れたコイル52および53に各々矩形波電流を通電中
に、回転子6が回転することによって、前記突極31と
同様に1磁極に完全に覆われる位置から、隣接する1磁
極に完全に覆われる位置まで相対的に移動する。そして
コイル51〜53には夫々電気角120°の3相矩形波
電流が順次通電されるように制御されている。As described above, the arbitrary salient pole 3 shown in FIG. 1 (a) is completely driven by one magnetic pole of the permanent magnet 9 at the start and end of the energization of the wound coil 5. Because it is covered. For example, the salient pole 31 of FIG.
When the skew angle is 40 to 60 degrees in electrical angle,
By rotating the rotor 6 while the rectangular wave current is being applied to the coil 51, the rotor 6 is relatively covered from a position completely covered by one magnetic pole (N pole) to a position completely covered by an adjacent one magnetic pole (S pole). Move to. On the other hand, the salient poles 32 and 33 are completely covered with one magnetic pole like the salient pole 31 as the rotor 6 rotates while the rectangular wave current is being applied to the wound coils 52 and 53, respectively. To the position where it is completely covered by one adjacent magnetic pole. The coils 51 to 53 are controlled so that a three-phase rectangular wave current having an electrical angle of 120 ° is sequentially applied.
【0029】上記の説明においては、図1(a) における
1個の磁極と3個の突極31〜33について記述した
が、図1(a) に示す全部の磁極と全部の突極3に亘って
上記説明における相対移動関係が成立するから、前記の
ようにスキュー角の増大により、トルクリップル定数が
低減し、出力トルク定数が略一定に維持され得るのであ
る。In the above description, one magnetic pole and three salient poles 31 to 33 in FIG. 1 (a) were described, but all magnetic poles and all salient poles 3 shown in FIG. 1 (a) are described. Since the relative movement relationship in the above description is established over the above range, the torque ripple constant can be reduced and the output torque constant can be maintained substantially constant due to the increase in the skew angle as described above.
【0030】一方前記スキュー角が電気角で60°を超
え80°以下の範囲においては、図1(a) における任意
の突極3に巻回されたコイル5への通電開始時におい
て、この任意の突極3が1磁極によって完全に覆われな
い場合が発生する。しかしこの場合のトルクリップル定
数は出力トルク定数の20%以下であり、かつ出力トル
ク定数の低下も僅少で無視できる程度であるため、実用
上における問題はない。On the other hand, when the skew angle is in the range of more than 60 ° and less than 80 ° in terms of electrical angle, this arbitrary value is set at the start of energization of the coil 5 wound around an arbitrary salient pole 3 in FIG. 1 (a). The salient pole 3 may not be completely covered by one magnetic pole. However, since the torque ripple constant in this case is 20% or less of the output torque constant, and the decrease in the output torque constant is negligible and negligible, there is no practical problem.
【0031】図5は本発明の他の実施例を示す要部縦断
面図である。前記図1、図7および図8に示すものがイ
ンナーロータ型と称されるのに対して、図5に示すもの
はアウターロータ型と称される。図5において、21は
固定子であり、中空円筒状に形成したホルダ22の外周
に、例えば24個の突極23を円周方向に等間隔に設け
ると共に、突極23にはコイル24を集中巻して構成す
る。次に25は回転子であり、有底中空円筒状に形成し
たホルダ26の内周面に、リング状に形成した永久磁石
27を例えば円周方向に交互に極性の異なる8個の磁極
が現れるように着磁後、固着して構成する。FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a main part showing another embodiment of the present invention. The one shown in FIGS. 1, 7 and 8 is called an inner rotor type, while the one shown in FIG. 5 is called an outer rotor type. In FIG. 5, reference numeral 21 denotes a stator, and, for example, 24 salient poles 23 are provided at equal intervals in the circumferential direction on the outer periphery of a holder 22 formed in a hollow cylindrical shape, and the coil 24 is concentrated on the salient pole 23. Roll and configure. Next, 25 is a rotor, and eight magnetic poles having different polarities appear alternately on the inner peripheral surface of the holder 26 formed in the shape of a hollow cylinder with a bottom, for example, in the form of a ring-shaped permanent magnet 27 in the circumferential direction. After being magnetized, it is fixed and configured.
【0032】ホルダ26にはシャフト28を固着し、前
記ホルダ22に設けた軸受29を介して嵌挿し、永久磁
石27が突極23に対向するように、固定子21に対し
て回転子25を回転可能に介装する。30は基板であ
り、回転子25の開放側に臨むようにホルダ22に固着
すると共に、基板30にはホール素子34および駆動回
路32を搭載する。A shaft 28 is fixed to the holder 26, and is fitted and inserted through a bearing 29 provided on the holder 22, so that the rotor 25 is attached to the stator 21 so that the permanent magnet 27 faces the salient pole 23. It is rotatably installed. Reference numeral 30 denotes a substrate, which is fixed to the holder 22 so as to face the open side of the rotor 25, and the substrate 30 is provided with the Hall element 34 and the drive circuit 32.
【0033】上記の構成により、ホール素子34は回転
子25の永久磁石27の磁極を検出して信号を出し、こ
の信号により駆動回路32は固定子21のコイル24を
順次付勢することにより、回転子25が回転し、シャフ
ト28により外部機器(図示せず)を駆動するのであ
る。With the above structure, the Hall element 34 detects the magnetic pole of the permanent magnet 27 of the rotor 25 and outputs a signal, and the drive circuit 32 sequentially energizes the coil 24 of the stator 21 by this signal, The rotor 25 rotates and the shaft 28 drives an external device (not shown).
【0034】なお図5における固定子21を構成する突
極23にはスキュー(例えばスキュー角が電気角θ=6
0°)を付しておく。この場合、突極23は通常珪素鋼
板を積層して形成されるので、積層の際に順次円周方向
にずらして組立てることにより、突極23にスキューを
付することができる。そしてこのスキュー角が電気角で
40〜80°において、永久磁石27の磁極と突極23
との関係は、前記実施例におけるものと同様である。The salient poles 23 forming the stator 21 in FIG. 5 have a skew (for example, a skew angle of electrical angle θ = 6).
0 °) is attached. In this case, since the salient poles 23 are usually formed by stacking silicon steel plates, the salient poles 23 can be skewed by sequentially shifting and assembling them in the circumferential direction during stacking. When the skew angle is 40 to 80 in electrical angle, the magnetic pole of the permanent magnet 27 and the salient pole 23 are
The relationship with is similar to that in the above-mentioned embodiment.
【0035】図6は図5における永久磁石27と突極2
3との相対位置を示す説明図であり、前記図3と対応す
るものである。図6において、23A,23Bは各々図
5における突極23のコイル24への通電開始の位置お
よび通電終了の位置であり、23Cは通電中間の位置を
示している。すなわち通電開始時および通電終了時にお
いて、コイル24が巻回された任意の突極23は、永久
磁石27の例えばN極1極によって完全に覆われ得るの
である。従って前記実施例におけるものと同様にトルク
リップル定数を減少することができると共に、出力トル
ク定数はスキュー角の増大によっても所定の値を維持す
ることができる。なおスキュー角とトルク定数との関係
は、前記図4に示すものと同様である。FIG. 6 shows the permanent magnet 27 and the salient pole 2 in FIG.
It is explanatory drawing which shows the relative position with respect to 3, and corresponds to said FIG. In FIG. 6, 23A and 23B are the positions at which the salient pole 23 in FIG. 5 starts and ends the energization of the coil 24, and 23C indicates the intermediate position. That is, at the start of energization and the end of energization, any salient pole 23 around which the coil 24 is wound can be completely covered by, for example, one N pole of the permanent magnet 27. Therefore, the torque ripple constant can be reduced as in the above-described embodiment, and the output torque constant can be maintained at a predetermined value even if the skew angle is increased. The relationship between the skew angle and the torque constant is the same as that shown in FIG.
【0036】上記の実施例においては、回転子を構成す
る永久磁石の横断面形状をアークセグメント状およびリ
ング状に形成した例について記述したが、例えばアーク
セグメント状または棒状(ブロック状)に形成した永久
磁石とヨーク材(非磁性材または磁性材)とを組合せて
回転子を構成し、回転子の円周方向に交互に極性が異な
る複数の磁極が現れるように形成してもよい。In the above-mentioned embodiment, an example was described in which the cross-sectional shape of the permanent magnet constituting the rotor was formed into an arc segment shape and a ring shape. However, for example, it was formed into an arc segment shape or a rod shape (block shape). A permanent magnet and a yoke material (non-magnetic material or magnetic material) may be combined to form a rotor, and a plurality of magnetic poles having different polarities may appear alternately in the circumferential direction of the rotor.
【0037】なおスキュー角は永久磁石または突極の何
れか一方に設ければよい。また永久磁石の磁極数および
突極の数は、ブラシレスDCモータに要求される特性に
よって、磁極数と突極数との比1:3n(nは自然数)
の範囲内において任意に設定することができる。但し、
磁気特性の点から、磁極数は2〜100極が好ましく、
4〜36極がより好ましい。The skew angle may be provided on either the permanent magnet or the salient pole. The number of magnetic poles and the number of salient poles of the permanent magnet depends on the characteristics required for the brushless DC motor, and the ratio of the number of magnetic poles to the number of salient poles is 1: 3n (n is a natural number).
It can be arbitrarily set within the range. However,
From the viewpoint of magnetic characteristics, the number of magnetic poles is preferably 2 to 100,
4-36 poles are more preferable.
【0038】[0038]
【発明の効果】本発明は以上記述のような構成および作
用であるから、下記の効果を奏し得る。EFFECTS OF THE INVENTION Since the present invention has the structure and operation as described above, the following effects can be obtained.
【0039】(1) 永久磁石とコイルを巻回した突極との
間にスキューを付した構成であるため、回転子の回転が
円滑であり、トルクリップル定数を大幅に低減させるこ
とができる。(1) Since the permanent magnet and the salient pole around which the coil is wound are skewed, the rotor rotates smoothly and the torque ripple constant can be greatly reduced.
【0040】(2) スキュー角を所定範囲に収めることに
より、スキューを施さない場合と略同等の出力トルク定
数を確保することができる。(2) By keeping the skew angle within a predetermined range, it is possible to secure an output torque constant that is substantially the same as that when no skew is applied.
【図1】本発明の実施例を示す構成説明図であり,(a)
は要部横断面、(b) は(a) における回転子の要部側面を
示す。FIG. 1 is a configuration explanatory view showing an embodiment of the present invention, (a)
Shows the cross section of the main part and (b) shows the side surface of the main part of the rotor in (a).
【図2】ブラシレスDCモータにおける永久磁石の展開
図であり、(a) はスキューを付してないもの、(b) は電
気角θのスキューを付したものを示す。2A and 2B are development views of a permanent magnet in a brushless DC motor, where FIG. 2A is a diagram without a skew, and FIG. 2B is a diagram with a skew of an electrical angle θ.
【図3】本発明の実施例における永久磁石と突極との相
対位置を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing relative positions of a permanent magnet and a salient pole in the embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施例におけるスキュー角とトルク定
数との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a skew angle and a torque constant in the example of the present invention.
【図5】本発明の他の実施例を示す要部縦断面図であ
る。FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a main part showing another embodiment of the present invention.
【図6】図5における永久磁石27と突極23との相対
位置を示す説明図である。6 is an explanatory diagram showing relative positions of a permanent magnet 27 and a salient pole 23 in FIG.
【図7】従来のブラシレスDCモータの例を示す要部縦
断面図である。FIG. 7 is a longitudinal sectional view of an essential part showing an example of a conventional brushless DC motor.
【図8】従来のブラシレスDCモータの例を示す要部横
断面説明図である。FIG. 8 is a cross-sectional explanatory view of a main part showing an example of a conventional brushless DC motor.
【図9】磁石ヨークにスキューを付した従来の回転子の
例を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a conventional rotor in which a magnet yoke is skewed.
【図10】従来のモータにおけるスキュー角とトルク定
数との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a skew angle and a torque constant in a conventional motor.
【符号の説明】 3,23 突極 9,27 永久磁石[Explanation of symbols] 3,23 salient poles 9,27 permanent magnets
Claims (5)
集中巻により夫々コイルを巻回してなる固定子の内側ま
たは外側に、永久磁石を用いて円周方向に交互に極性が
異なる磁極が現れるように形成した回転子を回転可能に
介装し、前記コイルを電気角120°の3相矩形波電流
で順次付勢する駆動回路を備えてなるブラシレスDCモ
ータにおいて、 前記磁極数と前記突極数との比を1:3n(nは自然
数)に形成すると共に、前記磁極のスキュー角を電気角
で40〜80°に形成したことを特徴とするブラシレス
DCモータ。1. A permanent magnet is used to alternately polarize in a circumferential direction inside or outside a stator formed by winding coils by salient pole concentrated winding around a plurality of salient poles arranged in a circumferential direction. In a brushless DC motor, the rotor formed so that different magnetic poles appear is rotatably interposed, and a drive circuit for sequentially energizing the coils with a three-phase rectangular wave current with an electrical angle of 120 ° is provided. The brushless DC motor is characterized in that the ratio between the number of the poles and the number of the salient poles is formed to be 1: 3n (n is a natural number), and the skew angle of the magnetic poles is formed to an electrical angle of 40 to 80 °.
集中巻により夫々コイルを巻回してなる固定子の内側ま
たは外側に、永久磁石を用いて円周方向に交互に極性が
異なる磁極が現れるように形成した回転子を回転可能に
介装し、前記コイルを電気角120°の3相矩形波電流
で順次付勢する駆動回路を備えてなるブラシレスDCモ
ータにおいて、 前記磁極数と前記突極数との比を1:3n(nは自然
数)に形成すると共に、前記突極のスキュー角を電気角
で40〜80°に形成したことを特徴とするブラシレス
DCモータ。2. A permanent magnet is used to alternately polarize in a circumferential direction inside or outside a stator formed by winding a coil around a plurality of salient poles arranged in a circumferential direction by concentrated winding of salient poles. In a brushless DC motor, the rotor formed so that different magnetic poles appear is rotatably interposed, and a drive circuit for sequentially energizing the coils with a three-phase rectangular wave current with an electrical angle of 120 ° is provided. The brushless DC motor is characterized in that the ratio between the number of the salient poles and the number of the salient poles is set to 1: 3n (n is a natural number), and the skew angle of the salient poles is set to an electrical angle of 40 to 80 °.
ト状に形成したことを特徴とする請求項1若しくは2記
載のブラシレスDCモータ。3. The brushless DC motor according to claim 1, wherein the permanent magnet is formed in an arc segment shape in cross section.
したことを特徴とする請求項1若しくは2記載のブラシ
レスDCモータ。4. The brushless DC motor according to claim 1, wherein the permanent magnet has a ring-shaped cross section.
び通電終了時において前記磁極の任意の1個の磁極によ
って完全に覆われるように形成すると共に、前記スキュ
ー角を電気角で40〜60°に形成したことを特徴とす
る請求項1ないし4何れかに記載のブラシレスDCモー
タ。5. The salient pole is formed so as to be completely covered by any one of the magnetic poles at the start and end of energization of the coil, and the skew angle is 40 to 60 in electrical angle. The brushless DC motor according to any one of claims 1 to 4, wherein the brushless DC motor is formed at a temperature of 5 °.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6254886A JPH08126279A (en) | 1994-10-20 | 1994-10-20 | Brushless dc motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6254886A JPH08126279A (en) | 1994-10-20 | 1994-10-20 | Brushless dc motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08126279A true JPH08126279A (en) | 1996-05-17 |
Family
ID=17271209
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6254886A Pending JPH08126279A (en) | 1994-10-20 | 1994-10-20 | Brushless dc motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08126279A (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001157428A (en) * | 1999-11-26 | 2001-06-08 | Mitsubishi Electric Corp | Permanent magnet-type synchronous motor and elevator apparatus using it |
KR100429613B1 (en) * | 2000-10-12 | 2004-05-03 | 엘지전자 주식회사 | brushless DC motor |
US6853105B2 (en) | 2000-05-25 | 2005-02-08 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Permanent magnet motor |
KR100589817B1 (en) * | 2000-05-25 | 2006-06-14 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | Permanent magnet motor |
JP2009213282A (en) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Mitsuba Corp | Brushless motor |
JP2009213286A (en) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Mitsuba Corp | Brushless motor |
DE102009038268A1 (en) | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Mitsubishi Electric Corp. | Three-phase motor of permanent magnet type |
CN103546011A (en) * | 2012-07-09 | 2014-01-29 | 株式会社电装 | Rotating electrical machine |
CN105743249A (en) * | 2015-11-28 | 2016-07-06 | 贵州航天林泉电机有限公司 | Brushless DC motor rotor |
-
1994
- 1994-10-20 JP JP6254886A patent/JPH08126279A/en active Pending
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001157428A (en) * | 1999-11-26 | 2001-06-08 | Mitsubishi Electric Corp | Permanent magnet-type synchronous motor and elevator apparatus using it |
US6853105B2 (en) | 2000-05-25 | 2005-02-08 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Permanent magnet motor |
US6876116B2 (en) | 2000-05-25 | 2005-04-05 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Permanent magnet motor |
KR100589817B1 (en) * | 2000-05-25 | 2006-06-14 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | Permanent magnet motor |
KR100429613B1 (en) * | 2000-10-12 | 2004-05-03 | 엘지전자 주식회사 | brushless DC motor |
JP2009213286A (en) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Mitsuba Corp | Brushless motor |
JP2009213282A (en) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Mitsuba Corp | Brushless motor |
DE102009038268A1 (en) | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Mitsubishi Electric Corp. | Three-phase motor of permanent magnet type |
US8680731B2 (en) | 2009-03-25 | 2014-03-25 | Mitsubishi Electric Corporation | Permanent-magnetic type rotary electric machine |
DE102009038268B4 (en) | 2009-03-25 | 2019-01-17 | Mitsubishi Electric Corp. | Three-phase motor of permanent magnet type |
CN103546011A (en) * | 2012-07-09 | 2014-01-29 | 株式会社电装 | Rotating electrical machine |
JP2014017966A (en) * | 2012-07-09 | 2014-01-30 | Denso Corp | Rotary electric machine |
US9929629B2 (en) | 2012-07-09 | 2018-03-27 | Denso Corporation | Rotating electrical machine |
CN105743249A (en) * | 2015-11-28 | 2016-07-06 | 贵州航天林泉电机有限公司 | Brushless DC motor rotor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5041749A (en) | High speed, high power, single phase brushless DC motor | |
JP2594922B2 (en) | Operating method of permanent magnet field type motor | |
JPH0378458A (en) | Motor | |
JPS61180019A (en) | Magnetic bearing | |
JPH08126279A (en) | Brushless dc motor | |
JP4823425B2 (en) | DC motor | |
JP2005278268A (en) | Permanent magnet type motor | |
JPS5855747B2 (en) | Brushless rotary motor | |
JP2004215326A (en) | Dc motor with brush | |
JP2912412B2 (en) | Surface-facing motor | |
JPS5932985B2 (en) | surface facing motor | |
JPH0746657B2 (en) | Magnetization method | |
JP2003018774A (en) | Dc brushless motor | |
JP2825912B2 (en) | Commutator motor | |
JP3414780B2 (en) | Stepping motor | |
JPS61221563A (en) | Brushless motor | |
JP3456760B2 (en) | Brushless DC motor | |
JPH034133Y2 (en) | ||
JPS62126848A (en) | Dc motor | |
JP2003284302A (en) | Craw pole rotating electric machine | |
JP2004236400A (en) | Reluctance motor | |
JPH0723027Y2 (en) | Brushless motor | |
JP2006050703A (en) | Structure of axial gap motor | |
JP3128283B2 (en) | Brushless motor | |
JPH01259748A (en) | Stepping motor |