JPH09266646A - Brushless dc motor - Google Patents

Brushless dc motor

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JPH09266646A
JPH09266646A JP8101822A JP10182296A JPH09266646A JP H09266646 A JPH09266646 A JP H09266646A JP 8101822 A JP8101822 A JP 8101822A JP 10182296 A JP10182296 A JP 10182296A JP H09266646 A JPH09266646 A JP H09266646A
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magnetic
brushless
stator
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To utilize the reluctance torque of a rotor effectively, by a method wherein permanent magnets of which respective rotor poles are composed are arranged with spacings at least larger than the opening widths of the slots of a stator. SOLUTION: In a rotor core 1a made of high permeability magnetic material, one pole is composed of 3 permanent magnets 2a, 2b and 2c. 4 groups of such permanent magnets are arranged in quadrants to constitute a 4-pole rotor. Stator coils are wound in a plurality of slots 5 in a stator core 4. If the widths of the rotor core parts 10a and 10b between the permanent magnets 2a, 2b and 2c are larger than the widths of the slot openings of the stator, the parts 10a and 10b face some of the tooth parts of the stator with shortest air gap distances without fail, so that a reluctance torque can be utilized effectively, flux Ψ can pass easily, and stable magnetic paths can be formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ロータ内部に永久磁石
を埋め込んで配置した構成のブラシレスDCモータに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a brushless DC motor having a permanent magnet embedded in a rotor.

【0002】[0002]

【従来の技術】ロータ内部に永久磁石を埋め込んで構成
するインテリア・パーマネントマグネットモータ(以下
IPMと略す)は、従来、図11及び図12のように構
成されている。即ち、IPMの極数と同数の磁極数とす
べく、永久磁石2p,2q,2r,2sまたは2t,2
u,2v,2wをロータ内部にほぼ等配に配して構成し
ている。埋め込まれる永久磁石は、通常、IPMが運転
されている状態において、ステータ側からの起磁力に対
して減磁もしくは脱磁が生じないような十分な耐力を保
有させるべく十分厚く形成される。一方、永久磁石を埋
め込むべきロータのハウジング部1dまたは1eは、通
常高透磁率材料が使用され、埋め込まれた永久磁石の磁
束がステータとロータ間のエアギャップを介して磁路を
形成する。この場合、ロータの相隣り合う異極の永久磁
石間の漏れ磁束を最小限にしてモータとしてのトルクに
有効な磁束量を少しでも多く確保すべく、永久磁石の極
間幅δt1やδt2、そして永久磁石の端部とエアギャ
ップ間の磁路幅δs1やδs2を極力狭くするようにし
ている。
2. Description of the Related Art An interior permanent magnet motor (hereinafter abbreviated as IPM) constructed by embedding a permanent magnet inside a rotor has conventionally been constructed as shown in FIGS. That is, the permanent magnets 2p, 2q, 2r, 2s or 2t, 2 are arranged so as to have the same number of magnetic poles as the number of poles of the IPM.
u, 2v, and 2w are arranged in the rotor substantially evenly. The embedded permanent magnet is usually formed sufficiently thick so as to have sufficient proof stress so that demagnetization or demagnetization does not occur with respect to the magnetomotive force from the stator side when the IPM is operating. On the other hand, the rotor housing 1d or 1e in which the permanent magnet is to be embedded is usually made of a high magnetic permeability material, and the magnetic flux of the embedded permanent magnet forms a magnetic path through the air gap between the stator and the rotor. In this case, in order to minimize the leakage flux between adjacent permanent magnets of different poles of the rotor and secure a large amount of magnetic flux effective for the torque of the motor, the inter-pole widths δt1 and δt2, and The magnetic path widths δs1 and δs2 between the end of the permanent magnet and the air gap are made as narrow as possible.

【0003】さて、IPMではロータの外周部にケイ素
鋼板のような高透磁率の磁性材料を有するため、同容量
のモータでサフェイス型の永久磁石ロータ(永久磁石の
飛散防止部材を除いてロータ最外周部に永久磁石を配し
た構造)を有するモータに比べてステータ巻線のインダ
クタンスが大きく、モータを駆動する際の印加電圧位相
に対する電流の位相遅れが顕著になる。これを避けるた
めに、一般的に、正規のロータ位置に対する所定の相の
通電を進ませる進み角通電制御が行われる。また、IP
Mロータの構造上生じる永久磁石とエアギャップ間に介
在する磁性材料に着目し、積極的に前記の進み角通電制
御を行って、本来の永久磁石によるd軸(ロータ磁極中
央とロータ回転軸中心Oを結ぶ方向)に対応する位相電
流のトルクに加え、これと直交方向のq軸に対応する位
相電流によって生じるリラクタンストルクを利用するこ
とが行われる。
Since the IPM has a magnetic material having a high magnetic permeability such as a silicon steel plate on the outer peripheral portion of the rotor, a surface type permanent magnet rotor (excluding a member for preventing scattering of the permanent magnets) is used for a motor of the same capacity. The inductance of the stator winding is larger than that of a motor having a structure in which a permanent magnet is arranged on the outer peripheral portion), and the phase delay of the current with respect to the applied voltage phase when driving the motor becomes significant. In order to avoid this, generally, advance angle energization control for advancing energization of a predetermined phase to the regular rotor position is performed. Also, IP
Focusing on the magnetic material that is present between the permanent magnet and the air gap generated in the structure of the M rotor, the advancing angle energization control is positively performed, and the d-axis (center of the rotor magnetic pole and the center of the rotor rotation axis) is formed by the original permanent magnet. In addition to the torque of the phase current corresponding to the direction connecting O), the reluctance torque generated by the phase current corresponding to the q-axis in the direction orthogonal thereto is used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来構造のIPM
のロータにおいては、相隣り合う磁極間において、リラ
クタンストルクを有効に利用するためのq軸方向用磁束
経路が十分確保されない。即ち、図11,図12におい
て、永久磁石の漏れ磁束を極力少なくするために、極間
幅δt1,δt2端部外周磁路幅δs1,δs2を狭く
する故に、図11におけるθd1図12におけるθd2
なる角度に対応するロータ外周部分がリラクタンストル
ク用磁路として有効に作用しないことになる。しかも、
この部分はロータの全ての磁極間に生じる。このリラク
タンストルク用磁路の非有効角θd1もしくはθd2
は、ステータ起磁力による永久磁石の減磁もしくは脱磁
に対する耐力を上げようとする場合、幾何学的にさらに
大きくなることは必然である。
The above-mentioned conventional IPM structure.
In the rotor of No. 2, the q-axis direction magnetic flux path for effectively utilizing the reluctance torque is not sufficiently secured between the adjacent magnetic poles. That is, in FIGS. 11 and 12, in order to reduce the leakage flux of the permanent magnet as much as possible, the inter-electrode widths δt1 and δt2 are narrowed at the end outer peripheral magnetic path widths δs1 and δs2. Therefore, θd1 in FIG. 11 and θd2 in FIG.
Therefore, the outer peripheral portion of the rotor corresponding to the above angle does not act effectively as the magnetic path for reluctance torque. Moreover,
This portion occurs between all magnetic poles of the rotor. The ineffective angle θd1 or θd2 of the magnetic path for reluctance torque
In the case of increasing the proof stress against demagnetization or demagnetization of the permanent magnet due to the stator magnetomotive force, it is inevitably geometrically larger.

【0005】別の問題として、上記の非有効角θd1や
θd2というのは、ロータ磁極としてとらえると永久磁
石からの磁束がステータへ通るための経路として有効に
作用しない部分であり、IPMとしてステータとロータ
が組み合わされた場合のエアギャップ磁束Φの分布は図
13の如く極めて歪みの多い分布となり、発生する線間
の誘起電圧vは第3調波を多く含んだものとなる。この
ようなモータにおいては、音や振動が大きくなる。
As another problem, the above-mentioned ineffective angles θd1 and θd2 are portions that do not effectively act as a path for the magnetic flux from the permanent magnets to pass through to the stator, if they are regarded as rotor magnetic poles, and the IPM is used as the stator. The distribution of the air gap magnetic flux Φ in the case where the rotors are combined has a distribution with a large amount of distortion as shown in FIG. 13, and the induced voltage v generated between the lines includes many third harmonics. In such a motor, sound and vibration are increased.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、IPMとして
のロータのリラクタンストルクを有効に利用できるよう
にし、音や振動を低減したものであり、ロータコア中に
永久磁石が1極当たりラジアル方向に複数個分割して内
蔵されるようにしたブラシレスDCモータにおいて、同
一磁極を形成するロータ軸心側に配される永久磁石(以
下内側磁石と称す)とロータ外周側に配される永久磁石
(以下外側磁石と称す)とを、少なくともこのロータと
対向するステータのスロットオープニング幅以上の間隔
をもたせて配置したことを特徴とするものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention makes it possible to effectively utilize the reluctance torque of a rotor as an IPM to reduce noise and vibration. A permanent magnet is arranged in a radial direction per pole in a rotor core. In a brushless DC motor that is divided into a plurality of parts and incorporated, a permanent magnet (hereinafter referred to as an inner magnet) arranged on the rotor shaft side that forms the same magnetic pole and a permanent magnet (hereinafter referred to as an inner magnet) that is arranged on the outer peripheral side of the rotor Outer magnet) and at least a slot opening width of the stator facing the rotor.

【0007】第2の発明としては、前記内側磁石と前記
外側磁石との間にロータコア以外の磁性材料を介在させ
たことを特徴とする。また第3の発明としては、前記内
側磁石と前記外側磁石との間隔が一定であるように構成
したことを特徴とする。
A second aspect of the invention is characterized in that a magnetic material other than the rotor core is interposed between the inner magnet and the outer magnet. A third aspect of the invention is characterized in that the distance between the inner magnet and the outer magnet is constant.

【0008】第4の発明としては、上記第1〜3のいず
れかの発明において、同一磁極を形成する全ての永久磁
石が、ロータ軸心と当該磁極中央をラジアル方向に結ぶ
線と平行な方向に磁気配向されていることを特徴とす
る。第5の発明としては、上記第1〜3のいずれかの発
明において、同一磁極を形成する全ての永久磁石が、ロ
ータ軸心と当該磁極中央をラジアル方向に結ぶ延長線上
であって、少なくとも焦点がロータ外周面より外側とな
る方向に磁気配向されていることを特徴とする。また第
6の発明としては、上記第5の発明において、同一磁極
を形成する複数の永久磁石の磁気配向の焦点が各永久磁
石相互で異なっていることを特徴とする。
As a fourth invention, in any one of the first to third inventions, all the permanent magnets forming the same magnetic pole are in a direction parallel to a line connecting a rotor shaft center and the magnetic pole center in a radial direction. It is characterized in that it is magnetically oriented. As a fifth invention, in any one of the first to third inventions, all the permanent magnets forming the same magnetic pole are on an extension line connecting a rotor shaft center and a magnetic pole center in a radial direction, and at least the focal point. Is magnetically oriented in a direction outside the outer peripheral surface of the rotor. A sixth invention is characterized in that, in the fifth invention, the focal points of the magnetic orientation of the plurality of permanent magnets forming the same magnetic pole are different from each other.

【0009】[0009]

【作用】上記第1の発明においては、ロータの回転に伴
うステータコイルのインダクタンスの変化が、スロット
オープニングに起因するリプルが少なくなるとともに、
最大と最小の幅が大きいものとなり、q軸電流によるリ
ラクタンストルクを大きくすることができる。
In the first aspect of the present invention, the change in the inductance of the stator coil due to the rotation of the rotor reduces the ripple caused by the slot opening, and
Since the maximum and minimum widths are large, the reluctance torque due to the q-axis current can be increased.

【0010】上記第2の発明においては、ロータコアと
の間に大きなガタを生じることなく永久磁石を装着する
ことができるとともに、高透磁率、高周波特性、高飽和
磁束密度等の特性を有する磁性材料を選択採用すること
ができる。また上記第3の発明においては、q軸成分の
電流による磁束経路を有効に確保する作用がある。
In the second aspect of the present invention, the permanent magnet can be mounted without causing large play between the rotor core and the rotor core, and the magnetic material has characteristics such as high permeability, high frequency characteristics, and high saturation magnetic flux density. Can be selected and adopted. Further, the third aspect of the invention has an effect of effectively ensuring the magnetic flux path by the current of the q-axis component.

【0011】また上記第4〜第6の発明においては、エ
アギャップにおける磁束分布をIPMの使用目的に適し
た分布にするための設計操作が容易となる。
Further, in the fourth to sixth inventions, the design operation for making the magnetic flux distribution in the air gap suitable for the purpose of use of the IPM becomes easy.

【0012】[0012]

【実施例】図1において、1aは高透磁率の磁性材より
なるロータコアであり、永久磁石2a,2b,2cのハ
ウジングを形成し、中心部にシャフト3が嵌入されてい
る。永久磁石2a,2b,2cはこの3個で1極を形成
しており、この3個の永久磁石群が4等配で配置されて
4極構造のロータが構成されている。4は複数のスロッ
ト5を有するステータコアであり、スロット5にはステ
ータコイル6が装着されている。図2は図1のモータの
要部を拡大したものであり、Dr1は永久磁石2aと2
bとの間に介在するロータコア1aの幅を示し、同様に
Dr2は永久磁石2bと2cとの間に介在するロータコ
ア1aの幅を示している。またDsはステータコア4の
スロットオープニング幅を示している。本発明において
は、上記Dr1及びDr2の値はともにDsよりも大き
く設定され、好ましくはステータコア4のスロットピッ
チ角度に対応するロータ外周の対向幅以上とするのがよ
い。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In FIG. 1, reference numeral 1a is a rotor core made of a magnetic material having high magnetic permeability, which forms a housing for permanent magnets 2a, 2b, 2c, and a shaft 3 is fitted in the central portion thereof. The three permanent magnets 2a, 2b, 2c form one pole, and the three permanent magnet groups are arranged in an equal arrangement to form a four-pole rotor. Reference numeral 4 is a stator core having a plurality of slots 5, and a stator coil 6 is mounted in the slots 5. FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the motor shown in FIG. 1. Dr1 is permanent magnets 2a and 2
b shows the width of the rotor core 1a interposed therebetween, and similarly Dr2 shows the width of the rotor core 1a interposed between the permanent magnets 2b and 2c. Further, Ds indicates the slot opening width of the stator core 4. In the present invention, the values of Dr1 and Dr2 are both set to be larger than Ds, and it is preferable that the value is equal to or larger than the facing width of the rotor outer circumference corresponding to the slot pitch angle of the stator core 4.

【0013】図3は図2をさらに拡大して示すものであ
り、8a,8b,8cはステータコア4のティース部、
ψはステータコイルの起磁力による磁束を示している。
永久磁石2a,2b,2cの相互間に介在するロータコ
ア部10a,10bの幅がステータのスロットオープニ
ング9の幅より広ければ、この部分10a,10bが必
ずいずれかのティース部と最短のエアギャップ距離で対
向することになり、磁束ψが通り易くなるとともに安定
した磁路を形成することができ、この結果磁束ψは大き
く安定したものとなる。このことは、ステータコイル側
から測定される巻線インダクタンスによって容易に確認
できる。
FIG. 3 is an enlarged view of FIG. 2, where 8a, 8b and 8c are the teeth of the stator core 4,
ψ indicates the magnetic flux due to the magnetomotive force of the stator coil.
If the width of the rotor core portions 10a, 10b interposed between the permanent magnets 2a, 2b, 2c is wider than the width of the slot opening 9 of the stator, the portions 10a, 10b will always have the shortest air gap distance with any of the teeth portions. Thus, the magnetic flux ψ can easily pass through and a stable magnetic path can be formed. As a result, the magnetic flux ψ becomes large and stable. This can be easily confirmed by the winding inductance measured from the stator coil side.

【0014】図4はロータの回転角度θに対する任意の
ステータコイル端子間のインダクタンスLを示したもの
である。この図において、永久磁石相互間に介在するロ
ータコア部10a,10bのステータ対向面における
幅、即ちDr1,Dr2が、曲線Laはステータのスロ
ットピッチ角度にほぼ等しい場合、曲線Lbはスロット
オープニング幅にほぼ等しい場合、また曲線Lcはスロ
ットオープニング幅より狭い場合をそれぞれ示してい
る。図4からも明らかなように、Laのインダクタンス
の変化はステータスロットオープニングに起因するリプ
ルが少なく、最大と最小の幅が大きいのに対し、Lcの
場合はリプルが大きく、インダクタンスの平均最大と平
均最小幅が小さくなっている。またLbはLaとLcの
中間となっている。リラクタンストルクの発生を決定す
るものとして、インダクタンスLの変化がほぼ正弦波に
近い場合、インダクタンスの平均最大Lmaxと平均最
小Lminから求まるαなる係数がリラクタンスモータ
の解析において周知である。
FIG. 4 shows an inductance L between arbitrary stator coil terminals with respect to the rotation angle θ of the rotor. In this figure, when the widths of the rotor core portions 10a and 10b between the permanent magnets on the stator facing surface, ie, Dr1 and Dr2, are such that the curve La is approximately equal to the slot pitch angle of the stator, the curve Lb is approximately the slot opening width. In the case of equality, the curve Lc shows the case where it is narrower than the slot opening width. As is clear from FIG. 4, the change in the La inductance has few ripples due to the status lot opening, and the maximum and minimum widths are large, whereas in the case of Lc, the ripples are large and the average maximum and average inductances are large. The minimum width is getting smaller. Further, Lb is between La and Lc. As a factor for determining the generation of reluctance torque, when the change of the inductance L is almost a sine wave, a coefficient α obtained from the average maximum Lmax and the average minimum Lmin of the inductance is well known in the analysis of the reluctance motor.

【0015】[0015]

【数1】 [Equation 1]

【0016】上記係数αが大きいほど、リラクタンスト
ルクが大きいとされている。従って図1〜図3の実施例
の如く、同一磁極を形成する内側磁石と外側磁石との間
に介在する磁性材料幅を少なくともステータのスロット
オープニング幅以上となるように複数の永久磁石を配置
することにより、q軸電流によるリラクタンストルクを
大きくすることができるのである。
It is said that the larger the coefficient α, the larger the reluctance torque. Therefore, as in the embodiment of FIGS. 1 to 3, a plurality of permanent magnets are arranged so that the width of the magnetic material interposed between the inner magnet and the outer magnet forming the same magnetic pole is at least the slot opening width of the stator. As a result, the reluctance torque due to the q-axis current can be increased.

【0017】上記本発明の説明において、同一磁極にお
ける相隣り合う永久磁石間に介在する磁性材料幅をロー
タ外周におけるステータとの対向幅を基準にして考えた
が、IPMとしてq軸成分の電流による磁束経路を有効
に確保するためには、ロータ内におけるこの幅、即ち図
2にDr1,Dr2で示す幅は一定にされているのが好
ましい。但し実際の設計の課程においては、機械的に変
更を必要とされる設計上の都合等により、幾何学的に可
能な範囲内でロータ内部において広くしたり狭くしたり
しても構わない。これによって図4におけるロータ回転
角θに対するインダクタンスLの変化において、ステー
タスロットオープニングに起因するリプルの影響を小さ
くしたまま、インダクタンスLの変化の振幅を大きくし
たり小さくしたりすることができ、リラクタンストルク
成分を任意に調整することができる。
In the above description of the present invention, the width of the magnetic material interposed between the adjacent permanent magnets of the same magnetic pole is considered based on the width of the rotor outer periphery facing the stator, but the IPM depends on the current of the q-axis component. In order to effectively secure the magnetic flux path, it is preferable that this width in the rotor, that is, the widths indicated by Dr1 and Dr2 in FIG. 2 be constant. However, in the actual design process, the width may be widened or narrowed within the rotor within a geometrically possible range due to design considerations that require mechanical changes. As a result, in the change of the inductance L with respect to the rotor rotation angle θ in FIG. 4, it is possible to increase or decrease the amplitude of the change of the inductance L while keeping the influence of the ripple caused by the status lot opening small. The ingredients can be adjusted arbitrarily.

【0018】図1〜図3の実施例においては、ロータコ
ア1a内に永久磁石2a,2b,2cを埋め込んだ構成
となっているため、同一磁極における相隣り合う永久磁
石間にはロータコア材であるケイ素鋼板等の磁性材料が
介在する構成となっているが、この相隣り合う内側磁石
と外側磁石との間には別の磁性材料を介在させてもよ
く、一例を図5に示す。図5において、7は永久磁石2
aと2bとの間に挿入した無方向性の磁性材料であり、
その他の構成は図1〜図3の実施例と同様である。図5
に示すロータコア1bの場合は永久磁石2a,2b及び
磁性材料7を一緒に挿入するための大きな収容孔が設け
られることになるため、永久磁石2a,2bの仕上がり
精度のばらつきを磁性材料7の厚み寸法を調節すること
によって吸収することができ、ロータコア1bとの間に
大きなガタを生じることなく永久磁石2a,2bを装着
することができる。また図5のように構成すれば、主た
るロータコア材1bには比較的強度の高い磁性材を用い
てロータの回転に伴う遠心力による変形に対応し、永久
磁石2a,2b間にはさらに高透磁率の磁性材料を用い
て磁路の磁気抵抗を低減させたり、高周波特性の良好な
磁性材料や、飽和磁束密度の高い磁性材料を用いる等、
機械的強度をあまり気にせず選択採用することができ
る。また磁性材料7は図5の例に限定されるものではな
く、永久磁石2aと2b間、または2bと2c間、また
はその両方同時に介在させるように構成してもよいこと
は勿論である。
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the permanent magnets 2a, 2b and 2c are embedded in the rotor core 1a, so that a rotor core material is provided between adjacent permanent magnets of the same magnetic pole. Although a magnetic material such as a silicon steel plate is interposed, another magnetic material may be interposed between the inner magnet and the outer magnet adjacent to each other, and an example is shown in FIG. In FIG. 5, 7 is a permanent magnet 2
a non-directional magnetic material inserted between a and 2b,
Other configurations are similar to those of the embodiment shown in FIGS. FIG.
In the case of the rotor core 1b shown in (1), a large accommodating hole for inserting the permanent magnets 2a, 2b and the magnetic material 7 together is provided. It can be absorbed by adjusting the dimensions, and the permanent magnets 2a and 2b can be mounted without causing a large play with the rotor core 1b. Also, with the structure shown in FIG. 5, a magnetic material having a relatively high strength is used for the main rotor core material 1b to cope with the deformation due to the centrifugal force due to the rotation of the rotor, and the permanent magnets 2a and 2b have a higher permeability. Using magnetic materials with magnetic susceptibility to reduce the magnetic resistance of the magnetic path, using magnetic materials with good high frequency characteristics, magnetic materials with high saturation magnetic flux density, etc.
It can be selected and adopted without much concern for mechanical strength. Further, the magnetic material 7 is not limited to the example shown in FIG. 5, and it goes without saying that the magnetic material 7 may be arranged between the permanent magnets 2a and 2b, between 2b and 2c, or both of them at the same time.

【0019】また本発明の実施例では同一磁極を形成す
る永久磁石の個数を3個としているが、これに限定され
るものではなく、2個以上であれば本発明の構成が得ら
れることは明らかである。このように同一磁極を形成す
る永久磁石を複数にして構成することは、各々の永久磁
石に各々異なる特性を有するものを採用することもでき
る。従来のIPMロータにおいては、1個の磁極に対し
て1個の永久磁石を使用しており、磁石材料の配向方向
もラジアルか平行のいずれかを選択するのみであって、
永久磁石が決定されるとその寸法と固有特性とモータ構
成上のパーミアンスとによってステータとロータ間の磁
束量や分布が決定されてしまう。その結果、エアギャッ
プにおける磁束分布は前述の図13に従って説明した通
りとなっていたものである。
Further, although the number of permanent magnets forming the same magnetic pole is three in the embodiment of the present invention, the number of permanent magnets is not limited to this, and the constitution of the present invention can be obtained if the number is two or more. it is obvious. By forming a plurality of permanent magnets that form the same magnetic pole in this way, it is possible to employ permanent magnets having different characteristics. In the conventional IPM rotor, one permanent magnet is used for one magnetic pole, and the orientation direction of the magnet material is only selected either radial or parallel.
When the permanent magnet is determined, the amount and distribution of the magnetic flux between the stator and the rotor are determined by the size, the characteristic, and the permeance of the motor structure. As a result, the magnetic flux distribution in the air gap was as described above with reference to FIG.

【0020】図6〜図8はそれぞれ本発明の別の実施例
を示し、永久磁石の磁気配向の例を示している。図6
は、同一磁極を形成する永久磁石2d,2e,2fが、
ロータ軸心と当該磁極中央をラジアル方向に結ぶ線P−
Pと平行な方向に磁気配向された例を示している。永久
磁石2d,2e,2fを有する磁極以外の磁極も同構成
となっており、図中矢印で示される磁気配向を有し、周
方向にNS交互に着磁されて全体で4等配4極の磁極を
構成している。
6 to 8 each show another embodiment of the present invention, which shows an example of magnetic orientation of a permanent magnet. FIG.
Is the permanent magnets 2d, 2e, 2f forming the same magnetic pole,
A line P- connecting the rotor shaft center and the magnetic pole center in the radial direction
An example of magnetic orientation in a direction parallel to P is shown. The magnetic poles other than the magnetic poles having the permanent magnets 2d, 2e, 2f also have the same structure, have the magnetic orientation shown by the arrow in the figure, and are alternately magnetized in the circumferential direction in the NS direction to form a total of 4 equally distributed 4 poles Constitutes the magnetic pole of.

【0021】図7は、同一磁極を形成する永久磁石2
g,2h,2iが、ロータ軸心と当該磁極中央をラジア
ル方向に結ぶ延長線Q−Q上であって、少なくとも焦点
がロータ外周面より外側となる点Q1となるように磁気
配向された例を示している。永久磁石2g,2h,2i
を有する磁極以外の磁極も同構成となっており、図中矢
印で示される磁気配向を有し、周方向にNS交互に着磁
されて全体で4等配4極の磁極を構成している。また図
8は、図7の実施例の変形例を示しており、同一磁極を
形成する永久磁石2j、2k、2lの磁気配向の焦点
が、磁石2lの焦点がR1、磁石2kの焦点がR2、磁
石2jの焦点がR3というように、外側磁石2lから内
側磁石2jへ向けて順にロータ軸心から遠ざかる方向に
あるように構成した例を示している。
FIG. 7 shows a permanent magnet 2 forming the same magnetic pole.
An example in which g, 2h, and 2i are magnetically oriented on an extension line Q-Q connecting the rotor shaft center and the magnetic pole center in the radial direction, and at least at a point Q1 where the focal point is outside the rotor outer peripheral surface. Is shown. Permanent magnets 2g, 2h, 2i
Magnetic poles other than the magnetic poles having the same structure have the same magnetic orientation as shown by the arrow in the drawing, and are alternately magnetized in the circumferential direction in the NS direction to form a magnetic pole having four equally distributed four poles. . FIG. 8 shows a modification of the embodiment shown in FIG. 7, in which the magnetic orientations of the permanent magnets 2j, 2k and 2l forming the same magnetic pole are R1 and R2, respectively. An example is shown in which the focus of the magnet 2j is R3, and the focus is in the direction away from the rotor axis in order from the outer magnet 21 to the inner magnet 2j.

【0022】これら図6〜図8の各々のいずれの場合
も、ロータに配された永久磁石の磁束は、ラジアル方向
に配されたロータの磁性材を通って、ロータ外周面と対
向するステータティースに流れる。このとき、前述のよ
うに、同一磁極を形成する内側磁石と外側磁石との間の
磁性材がステータのスロットオープニング幅以上の間隔
を有しているため、少なくとも最短のエアギャップ距離
でもって対向し得る領域が存在することになるので、永
久磁石の磁束を効果的に導くことができる。結果とし
て、図11や図12に示される従来のロータが図13の
如く局部的に矩形波状のエアギャップ磁束分布となるの
に対し、図6〜図8のロータにおいては、図9に示すよ
うに、図6の場合がBa、図7の場合がBb、図8の場
合がBcの如く分布する。図9において、横軸Lgはエ
アギャップ中央における円周方向距離である。
In any of these FIGS. 6 to 8, the magnetic flux of the permanent magnets arranged in the rotor passes through the magnetic material of the rotor arranged in the radial direction and faces the outer peripheral surface of the rotor. Flow to. At this time, as described above, since the magnetic material between the inner magnet and the outer magnet forming the same magnetic pole has a gap equal to or larger than the slot opening width of the stator, they face each other with at least the shortest air gap distance. Since there is a region to obtain, the magnetic flux of the permanent magnet can be effectively guided. As a result, the conventional rotor shown in FIGS. 11 and 12 locally has a rectangular wave-shaped air gap magnetic flux distribution as shown in FIG. 13, whereas the rotors shown in FIGS. In the case of FIG. 6, the distribution is Ba, the case of FIG. 7 is Bb, and the case of FIG. 8 is Bc. In FIG. 9, the horizontal axis Lg is the circumferential distance at the center of the air gap.

【0023】図6の実施例では、永久磁石の磁気配向が
平行であるので、各永久磁石のラジアル方向外側の磁性
材を通って直接ステータティースに向かう磁束は、磁気
配向に対して90゜もしくはそれ以下の角度で曲がって
向かうことになる。図7の実施例では、永久磁石の磁気
配向が例えば焦点Q1に向かう方向であるので、永久磁
石のラジアル方向外側の磁性材を通って直接ステータテ
ィースに向かう磁束は、図6の平行配向の場合に比べ比
較的大きく曲がって向かわなくてはならない。それゆえ
各々の永久磁石から磁性材を介して直接ステータへ向か
う磁束量が低下し、エアギャップの磁束分布は図9に示
すBaとBbの違いとなって現れる。図8の実施例の場
合は、図6及び図7の説明から明らかなように、内側磁
石に関しては図6のものと類似した傾向、外側磁石に関
しては図7のものと類似した傾向で作用し、それによる
エアギャップの磁束分布は図9に示すBcの如くなるこ
とは容易に理解されるであろう。
In the embodiment of FIG. 6, since the magnetic orientations of the permanent magnets are parallel, the magnetic flux passing directly through the magnetic material on the radially outer side of each permanent magnet toward the stator teeth is 90 ° or with respect to the magnetic orientation. It will turn at an angle less than that. In the embodiment of FIG. 7, since the magnetic orientation of the permanent magnet is in the direction toward the focus Q1, for example, the magnetic flux directly passing through the magnetic material on the outer side in the radial direction of the permanent magnet to the stator teeth has the parallel orientation of FIG. You have to make a relatively large turn as compared to. Therefore, the amount of magnetic flux from each permanent magnet directly to the stator via the magnetic material decreases, and the magnetic flux distribution in the air gap appears as the difference between Ba and Bb shown in FIG. In the case of the embodiment shown in FIG. 8, as is apparent from the description of FIGS. 6 and 7, the inner magnet operates in a tendency similar to that in FIG. 6, and the outer magnet operates in a tendency similar to that in FIG. It will be easily understood that the resulting magnetic flux distribution in the air gap is as shown by Bc in FIG.

【0024】また図8の実施例の場合は、同一磁極を構
成する永久磁石の磁気配向を外側磁石より内側磁石がよ
り遠くにその焦点を持つようにするのではなく、磁極中
心線上の任意の点で相互に異ならせることにより、エア
ギャップにおける磁束分布をIPMの使用目的に応じて
変更することがより容易となる。このように図6〜図8
の実施例に示すように、永久磁石の磁気配向を種々設計
操作することにより、エアギャップにおける磁束分布が
変更可能となり、例えば磁束分布を正弦波に近づけるこ
とによって騒音や振動を低減したり、あるいは120゜
通電を行うモータにおいて、該通電領域のみ誘起電圧が
高くなるような磁束分布とすることによってモータ効率
を向上させたりすることが容易となる。
In the case of the embodiment shown in FIG. 8, the magnetic orientation of the permanent magnets forming the same magnetic pole is not set so that the inner magnet has its focal point farther than the outer magnet, but rather an arbitrary magnetic pole centerline. By making the points different from each other, it becomes easier to change the magnetic flux distribution in the air gap according to the purpose of use of the IPM. As shown in FIGS.
As shown in the embodiment of the present invention, by performing various design operations of the magnetic orientation of the permanent magnet, it becomes possible to change the magnetic flux distribution in the air gap, for example, by reducing the noise and vibration by making the magnetic flux distribution close to a sine wave, or In a motor that conducts electricity at 120 °, it is easy to improve the motor efficiency by providing a magnetic flux distribution in which the induced voltage is increased only in the conduction region.

【0025】図10は本発明のさらに別の実施例を示す
ものであり、図1に示した1極を形成する円弧状の永久
磁石2a,2b,2cに代えて、コの字状の永久磁石2
m,2n,2oによって構成したものであり、図1に示
したものと何ら変わりなく本発明の構成が適用可能であ
る。またこれらの形状に限らず、極端な場合は、平板状
の永久磁石を平行配列して組み合わせて構成したものに
おいても本発明の適用効果は大いに期待できる。
FIG. 10 shows another embodiment of the present invention. Instead of the arc-shaped permanent magnets 2a, 2b, 2c forming one pole shown in FIG. 1, a U-shaped permanent magnet is used. Magnet 2
It is constituted by m, 2n and 2o, and the constitution of the present invention can be applied without any difference from that shown in FIG. Further, not limited to these shapes, in an extreme case, the application effect of the present invention can be greatly expected even in a case where flat permanent magnets are arranged in parallel and combined.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明は、ロータコア中に永久磁石が1
極当たりラジアル方向に複数個分割して内蔵されるよう
にしたブラシレスDCモータにおいて、同一磁極を形成
する内側磁石と外側磁石とを、少なくともこのロータと
対向するステータのスロットオープニング幅以上の間隔
をもたせて配置したものであり、これによりロータの回
転に伴うステータコイルのインダクタンスの変化が、ス
ロットオープニングに起因するリプルが少なくなるとと
もに、最大と最小の幅が大きいものとなり、q軸電流に
よるリラクタンストルクを大きくすることができ、また
このリラクタンストルク成分を任意に調整することも可
能となる。
According to the present invention, one permanent magnet is provided in the rotor core.
In a brushless DC motor which is divided into a plurality of parts in the radial direction for each pole and is built in, the inner magnet and the outer magnet forming the same magnetic pole are spaced at least by a slot opening width of a stator facing the rotor. As a result, the change in the stator coil inductance due to the rotation of the rotor has less ripple due to slot opening, and the maximum and minimum widths are large, and the reluctance torque due to the q-axis current is reduced. It is possible to increase the value, and it is possible to arbitrarily adjust the reluctance torque component.

【0027】また内側磁石と外側磁石との間にロータコ
ア以外の磁性材料を介在させることにより、ロータコア
との間に大きなガタを生じることなく永久磁石を装着す
ることができるとともに、高透磁率、高周波特性、高飽
和磁束密度等の特性を有する磁性材料を選択採用するこ
とができる。さらに同一磁極を形成する全ての永久磁石
の磁気配向を、ロータ軸心と当該磁極中央をラジアル方
向に結ぶ線と平行な方向とすること、またはロータ軸心
と当該磁極中央をラジアル方向に結ぶ延長線上であっ
て、少なくとも焦点がロータ外周面より外側となる方向
とすること、さらには該焦点を各永久磁石相互で異なら
せることによって、エアギャップにおける磁束分布をI
PMの使用目的に適した分布に操作することが容易とな
り、騒音や振動を低減したりモータ効率を向上させたり
することが可能となる。
Further, by interposing a magnetic material other than the rotor core between the inner magnet and the outer magnet, the permanent magnet can be mounted without causing a large play with the rotor core, and high magnetic permeability and high frequency can be achieved. A magnetic material having characteristics such as characteristics and high saturation magnetic flux density can be selectively adopted. Further, the magnetic orientation of all permanent magnets forming the same magnetic pole is set in a direction parallel to a line connecting the rotor shaft center and the magnetic pole center in the radial direction, or an extension connecting the rotor shaft center and the magnetic pole center in the radial direction. The magnetic flux distribution in the air gap is set to I on the line by making at least the focal point outside the rotor outer peripheral surface, and by making the focal point different for each permanent magnet.
It becomes easy to operate the distribution so as to be suitable for the purpose of use of PM, and it is possible to reduce noise and vibration and improve motor efficiency.

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

【図1】本発明の第1実施例を示すブラシレスDCモー
タの平面断面図。
FIG. 1 is a plan sectional view of a brushless DC motor showing a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の要部拡大図。FIG. 2 is an enlarged view of a main part of FIG.

【図3】図1のブラシレスDCモータにおける作用を示
す要部拡大説明図。
FIG. 3 is an enlarged explanatory view of an essential part showing the action in the brushless DC motor of FIG. 1.

【図4】ロータの回転角度θに対するステータコイル端
子間のインダクタンスLの関係を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the rotation angle θ of the rotor and the inductance L between the stator coil terminals.

【図5】本発明の第2実施例を示すブラシレスDCモー
タのロータの要部平面断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional plan view of the essential parts of the rotor of the brushless DC motor according to the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3実施例を示すブラシレスDCモー
タのロータの平面断面図。
FIG. 6 is a plan sectional view of a rotor of a brushless DC motor showing a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第4実施例を示すブラシレスDCモー
タのロータの平面断面図。
FIG. 7 is a plan sectional view of a rotor of a brushless DC motor showing a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第5実施例を示すブラシレスDCモー
タのロータの平面断面図。
FIG. 8 is a plan sectional view of a rotor of a brushless DC motor showing a fifth embodiment of the present invention.

【図9】IPMにおける円周方向距離Lgに対するエア
ギャップ磁束密度Bの分布の関係を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship of the distribution of the air gap magnetic flux density B with respect to the circumferential distance Lg in the IPM.

【図10】本発明の第6実施例を示すブラシレスDCモ
ータの平面断面図。
FIG. 10 is a plan sectional view of a brushless DC motor showing a sixth embodiment of the present invention.

【図11】従来例を示すブラシレスDCモータのロータ
の平面断面図。
FIG. 11 is a plan sectional view of a rotor of a brushless DC motor showing a conventional example.

【図12】別の従来例を示すブラシレスDCモータのロ
ータの平面断面図。
FIG. 12 is a plan sectional view of a rotor of a brushless DC motor showing another conventional example.

【図13】IPMにおける時間tに対するステータコイ
ルに鎖交する磁束量Φ及び誘起電圧vの関係を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the amount of magnetic flux Φ interlinking with the stator coil and the induced voltage v with respect to time t in the IPM.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a〜1e ロータコア 2a〜2w 永久磁石 3 シャフト 4 ステータコア 5 ステータスロット 6 ステータコイル 7 磁性材料 9 スロットオープニング 1a-1e Rotor core 2a-2w Permanent magnet 3 Shaft 4 Stator core 5 Status lot 6 Stator coil 7 Magnetic material 9 Slot opening

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ロータコア中に永久磁石が1極当たり複
数個内蔵されるようにしたブラシレスDCモータにおい
て、同一磁極を形成するロータ軸心側に配される永久磁
石(以下内側磁石と称す)とロータ外周側に配される永
久磁石(以下外側磁石と称す)とを、少なくともこのロ
ータと対向するステータのスロットオープニング幅以上
の間隔をもたせて配置したことを特徴とするブラシレス
DCモータ。
1. A brushless DC motor having a rotor core in which a plurality of permanent magnets are incorporated for each pole, and a permanent magnet (hereinafter referred to as an inner magnet) arranged on the rotor shaft center side forming the same magnetic pole. A brushless DC motor, characterized in that permanent magnets (hereinafter referred to as outer magnets) arranged on the outer peripheral side of the rotor are arranged with a gap of at least the slot opening width of the stator facing the rotor.
【請求項2】 前記内側磁石と前記外側磁石との間にロ
ータコア以外の磁性材料を介在させたことを特徴とする
請求項1に記載のブラシレスDCモータ。
2. The brushless DC motor according to claim 1, wherein a magnetic material other than the rotor core is interposed between the inner magnet and the outer magnet.
【請求項3】 前記内側磁石と前記外側磁石との間隔が
一定であるように構成したことを特徴とする請求項1ま
たは2に記載のブラシレスDCモータ。
3. The brushless DC motor according to claim 1, wherein the inner magnet and the outer magnet are arranged so that a distance between them is constant.
【請求項4】 同一磁極を形成する全ての永久磁石が、
ロータ軸心と当該磁極中央をラジアル方向に結ぶ線と平
行な方向に磁気配向されていることを特徴とする請求項
1〜3のいずれかに記載のブラシレスDCモータ。
4. All permanent magnets forming the same magnetic pole are
4. The brushless DC motor according to claim 1, wherein the brushless DC motor is magnetically oriented in a direction parallel to a line connecting the rotor shaft center and the magnetic pole center in the radial direction.
【請求項5】 同一磁極を形成する全ての永久磁石が、
ロータ軸心と当該磁極中央をラジアル方向に結ぶ延長線
上であって、少なくとも焦点がロータ外周面より外側と
なる方向に磁気配向されていることを特徴とする請求項
1〜3のいずれかに記載のブラシレスDCモータ。
5. All permanent magnets forming the same magnetic pole are
The magnetic orientation is on an extension line connecting the rotor shaft center and the magnetic pole center in the radial direction, and at least the focal point is magnetically oriented in a direction outside the rotor outer peripheral surface. Brushless DC motor.
【請求項6】 同一磁極を形成する複数の永久磁石の磁
気配向の焦点が各永久磁石相互で異なっていることを特
徴とする請求項5に記載のブラシレスDCモータ。
6. The brushless DC motor according to claim 5, wherein the magnetic orientations of the plurality of permanent magnets forming the same magnetic pole have different focal points.
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