JPH10322997A - Brushless motor - Google Patents

Brushless motor

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JPH10322997A
JPH10322997A JP12574497A JP12574497A JPH10322997A JP H10322997 A JPH10322997 A JP H10322997A JP 12574497 A JP12574497 A JP 12574497A JP 12574497 A JP12574497 A JP 12574497A JP H10322997 A JPH10322997 A JP H10322997A
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JP
Japan
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armature coil
brushless motor
slot
rotor
conductor
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Application number
JP12574497A
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Japanese (ja)
Inventor
Akio Kobayashi
明男 小林
Shogo Tanaka
省吾 田中
Yoshihiko Kuriyama
義彦 栗山
Kazumi Matsui
一三 松井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Magnetic Transportation System Engineering Co
Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
Magnetic Transportation System Engineering Co
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To operate a brushless motor at a high speed, equal to or above a specified number of revolutions by forming an armature coil from a single conductor, and serially connecting a single conductor positioned in a required pole or phase at a coil end. SOLUTION: The present invention relates to a brushless motor, which is driven at a high speed of 4000 rpm or above by a flip-flop inverter and delivers a favorable performance. In case of 8-pole and 6-phase, a coil in each phase of an armature coil 22 is formed into a wave shape. To move a rotor 10 to the right, the phases of the armature coil 22 are connected, respectively, so that traveling waves in the same direction are produced. In addition, a circular or an elliptic closed or open slot is formed in the stator core, and a single insulated conductor is inserted into the slot to be connected to the armature coil 22. As a result, leakage flux within the slot can be reduced, and further the skin effect at the cross section of the conductor within the slot can be effectively reduced, especially during high-frequency driving. Thus, highly efficient operation is possible.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はインバータ等の可変
周波電源で駆動されるブラシレスモータに関するもの
で、特にフリップフロップ型インバータによって400
0rpm以上の高速で駆動され、良好な性能を発揮でき
るブラシレスモータに係わるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a brushless motor driven by a variable frequency power supply such as an inverter.
The present invention relates to a brushless motor driven at a high speed of 0 rpm or more and capable of exhibiting good performance.

【0002】[0002]

【従来の技術】直流モータは鉄道用として長年にわたり
使用されてきた実績を有するが、ブラシと整流子を不可
欠とするため、その保守及び維持経費が嵩み、その良好
な性能に見合うメリットが薄れつつある。また、整流子
面にフラッシュオーバなどが発生する恐れがあるため高
速回転に不向きであり、高い電機子電圧に耐えられるも
のを製作することが困難であり、結果的に高価になって
しまう等の欠点を持っていた。近年、VVVF(可変電
圧周波数)インバータの出現により一定速度運転のニー
ズだけに適応されていた籠形回転子を有する誘導型モー
タが活用できるようになり、保守経費を大幅に軽減でき
ると共に速度制御の容易さが生かされて、その応用範囲
は急速に拡大している。しかし、VVVFインバータを
使用する誘導型モータでは起動トルクが小さいことのほ
かに、完全な正弦波電流でないため、円滑な回転が困難
であること、高調波電流による損失の増大などの欠点を
持っている。
2. Description of the Related Art DC motors have been used for railways for many years, but brushes and commutators are indispensable, so maintenance and maintenance costs are increased, and the merits corresponding to their good performance are diminished. It is getting. In addition, since there is a possibility that flashover or the like may occur on the commutator surface, it is not suitable for high-speed rotation, and it is difficult to manufacture a device that can withstand a high armature voltage, and as a result, it becomes expensive. Had drawbacks. In recent years, the emergence of a VVVF (variable voltage frequency) inverter has made it possible to utilize an induction motor having a cage rotor adapted only to the need of constant speed operation, thereby greatly reducing maintenance costs and speed control. Taking advantage of simplicity, its range of applications is expanding rapidly. However, an induction motor using a VVVF inverter has disadvantages such as a small starting torque, a difficulty in smooth rotation because it is not a perfect sine wave current, and an increase in loss due to a harmonic current. I have.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】誘導型モータでは本質
的に回転子の滑りに比例したトルクを発生しほぼ一定速
の運転特性を有するが、極数と周波数で決まる同期速度
以上の運転はできない。従って、速度制御を行うにはイ
ンバータなどの可変周波電源が必要である。しかし、イ
ンバータなどの出力は基本波以外の高調波を多く含む歪
み波電流であるため、高調波損失あるいは逆相トルク等
の発生により著しい効率と出力トルクの低下を生じてし
まう。さらに、商用周波数で決まる同期速度以上の高速
回転駆動が不可能である等の問題点を有していた。一
方、モータ内部の整流子およびブラシにより直流電流を
矩形波状電流に切り替える直流モータでは、上述した誘
導型モータの欠点は本質的には有していないが、高効率
運転、高起動トルクの他に、速度及びトルク制御が容易
である特徴を持っている。機器の小型軽量化が必至であ
る交通部門において、モータの回転速度を上げ、モータ
の小型軽量化を図ることは極めて重要である。幸いなこ
とに、本発明者の一人はフリップフロップ形リニアモー
タ(松井、松岡:永久磁石界磁式リニアモータカーの試
作、平成4年電気学会産業応用部門全国大会、865−
870頁)の開発を行った経験を生かし、整流子および
ブラシの代わりにフリップフロップ形インバータを使用
し、高速回転に適した永久磁石式回転子を持つブラシレ
スモータの構成を想到するに至った。本発明は、従来の
モータの製造ではスロットに巻線を挿入し整形する極め
て繁雑な作業と多くの工数を削減するものであり、加え
て製造原価の大幅な低減が可能なブラシレスモータを提
供することにある。
An induction motor essentially generates a torque proportional to the rotor slip and has an almost constant speed operating characteristic, but cannot operate at a synchronous speed determined by the number of poles and the frequency. . Therefore, a variable frequency power supply such as an inverter is required to perform speed control. However, since the output of the inverter or the like is a distorted wave current including many harmonics other than the fundamental wave, a significant loss of the efficiency and output torque is caused by generation of a harmonic loss or a reverse phase torque. Further, there is a problem that high-speed rotation drive at a synchronous speed determined by a commercial frequency is impossible or the like. On the other hand, a DC motor that switches a DC current to a rectangular wave current by a commutator and a brush inside the motor does not essentially have the above-described drawbacks of the induction motor, but in addition to high efficiency operation and high starting torque, It is easy to control speed and torque. In the transportation sector where it is inevitable to reduce the size and weight of the equipment, it is extremely important to increase the rotation speed of the motor and reduce the size and weight of the motor. Fortunately, one of the inventors of the present invention is a flip-flop type linear motor (Matsui, Matsuoka: Prototype of permanent magnet field type linear motor car;
Utilizing the experience of the development of 870 pages), a brushless motor having a permanent magnet rotor suitable for high-speed rotation using a flip-flop type inverter instead of a commutator and a brush has been conceived. The present invention is to provide a brushless motor which can reduce extremely complicated work and a lot of man-hours for inserting and shaping a winding into a slot in the conventional manufacturing of a motor, and also capable of greatly reducing the manufacturing cost. It is in.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】高効率運転が行える上に
制御性、起動トルクに優れる直流モータの本質的な良さ
を考えると、直流モータの長所を生かすとともに、整流
子およびブラシの無いモータを開発することは、その適
用される範囲が驚異的に拡大するものと考えられる。高
速用フリップフロップ形モータ(以下FFMと省略)の
電機子コイルの構成を図1に示す。図1に示すFFMの
電機子コイルと固定子の展開図は8極6相の場合であ
り、電機子コイル22の各相のコイルを波形状に形成す
る。さらに、例えば図の右方向に回転子10を移動させ
るには、電機子コイル22を同方向の進行波が発生する
ように各相をそれぞれ接続処理することになる。更に、
電機子コイル22は固定子鉄心に円形または楕円形のク
ローズスロットまたはオープンスロットを設け、このス
ロットに単線の絶縁導体を挿入することにより形成す
る。このような形態を採ることによりスロット内におけ
る洩れ磁束即ち洩れリアクタンスを少なくできると共
に、特に高周波駆動時のスロット内導体断面における表
皮効果を効果的に低減でき、高効率運転を行うことが可
能となる。永久磁石について電機子コイルのピッチ幅
(Cw)および相数(N)から、界磁となる永久磁石の
磁極幅Mwを下式に示す範囲に選択することにより、ほ
ぼ一定のトルク特性を得ることができる。 Cw×(N−1)/(N)≦Mw≦Cw 更に上式を変形すると、回転子の着磁極数をPとした場
合、磁極アーク角度θを 360×(N−1)/(N×P)≦θ≦360×N/
(N×P) とすることに等価になる。永久磁石の磁極幅Mwまたは
磁極アーク角度θを上式から算定される範囲に選択する
ことは、極間の磁束分布を正弦波状に平均化する効果が
得られ、フリップフロップ形インバータの転流時の改善
にも役立てることが可能である。これはFFMの負荷運
転時において、電機子反作用の低減に顕著な効果を示す
ものである。以下、本発明の詳細について述べる
In consideration of the essential advantages of a DC motor that can perform high-efficiency operation and has excellent controllability and start-up torque, it is possible to take advantage of the advantages of a DC motor and to use a motor without a commutator and brush. Development is expected to dramatically expand the scope of its application. FIG. 1 shows the configuration of an armature coil of a high-speed flip-flop type motor (hereinafter abbreviated as FFM). The development view of the armature coil and the stator of the FFM shown in FIG. 1 is a case of eight poles and six phases, and the coils of each phase of the armature coil 22 are formed in a wave shape. Further, for example, to move the rotor 10 in the right direction in the drawing, the armature coil 22 is connected to each phase so that a traveling wave in the same direction is generated. Furthermore,
The armature coil 22 is formed by providing a circular or elliptical closed slot or open slot in the stator core, and inserting a single-wire insulated conductor into this slot. By adopting such a mode, the leakage magnetic flux in the slot, that is, the leakage reactance, can be reduced, and the skin effect in the cross section of the conductor in the slot particularly at the time of high-frequency driving can be effectively reduced, and high-efficiency operation can be performed. . A substantially constant torque characteristic can be obtained by selecting the magnetic pole width Mw of the permanent magnet as the field from the pitch width (Cw) and the number of phases (N) of the armature coil in the range shown in the following equation. Can be. Cw × (N−1) / (N) ≦ Mw ≦ Cw By further transforming the above equation, when the number of magnetized poles of the rotor is P, the magnetic pole arc angle θ is 360 × (N−1) / (N × P) ≦ θ ≦ 360 × N /
(N × P). Selecting the magnetic pole width Mw or the magnetic pole arc angle θ of the permanent magnet in the range calculated from the above equation has the effect of averaging the magnetic flux distribution between the poles in a sinusoidal manner. It can also be used for improvement. This shows a remarkable effect in reducing the armature reaction during the load operation of the FFM. Hereinafter, the details of the present invention will be described.

【0005】[0005]

【発明の実施の形態】本発明によるFFMの固定子の構
造を図2及び3に示す。図2はエンドブラケット側から
見た側面図であり、右側半分にはエンドブラッケトを除
いたコイルエンド部の詳細を示す。一方、図3はFFM
の固定子のコイルエンド部の正面図である。両図から容
易にわかるように固定子に収められている電機子コイル
22は、1スロット1導体の構造上の特徴を備えたもの
で、単体導体21はスロット26に配置され、毎極当り
の各相の単体導体21はそれぞれ渡り導体23にて接続
される構造である。本発明の技術思想から上記単体導体
21は、バー状の導体あるいはスロットに絶縁皮膜など
を施した後導体をダイキャストするかご型構造などで構
成できることは容易に理解されるものである。図4はF
FMの回転子の構成を示す。シャフト12に非磁性部材
14を介して磁性部材16に永久磁石18を固着したも
のである。アークセグメント状の永久磁石18の構造の
一例を図5に示す。回転子10が8極の場合であり、永
久磁石の磁極アーク角θは37.5度に選んだものであ
る。なお、永久磁石18の固着方法は樹脂などの接着剤
を使用する方法があるが、CFRP等の高張力強化繊維
で固定する方法も考え得る。また、永久磁石の接着に際
しては、遠心応力はもちろん温度上昇による熱歪みによ
る応力緩和方法として、永久磁石中央部の固着を強化し
逆に端部側を弱くするかフリーの状態にすることが有効
である。図6は本発明によるFFMをフリップフロップ
形インバータに接続した結線図(一例として、回転子の
磁極数P=4、電機子コイルの相数N=3の場合)であ
る。フリップフロップ形インバータ35による矩形波状
の交番電流を固定子側の電機子コイル22に通電し、か
つ電機子コイルと回転子側の永久磁石の相対位置の変化
に応じ電機子コイルに流れる電流を転流することによ
り、電流の転流速さに対応して回転子を駆動することが
可能である。まず、商用電源31をコンバータ33によって
直流電圧に変える。コンバータ33には位相制御回路38
によって直流を制御する手段を備えている。次に、コン
バータ33の出力はフリップフロップ型インバータ35
に供給され、矩形波状電流に変換される。この時、フリ
ップフロップ型インバータ35は、回転子の永久磁石の
位置検出センサ37信号を入力された転流制御回路39
によって制御される構成である。図7は本発明のFFM
をフリップフロップ型インバータで駆動する場合の動作
を説明するものである。説明の理解を容易にするため、
一相分を示した。同図(a)において、左端にあるコンバ
ータ33はサイリスタブリッジ構成の定電流制御が行わ
れ、その出力はフリップフロップ型インバータの一相分
35に印加される。図にあるように電流制御素子例えば
サイリスタ、ダイオードおよびコンデンサを結線したも
のであり、通常のインバータ動作と異なって直流を単に
交流に変換する機能ではなく、むしろサイリスタによる
スイッチ動作で直流電流の方向を切り替えるだけのもの
である。サイリスタTH1およびTH2がオンすると、
図中に示す方向に電流が流れ、永久磁石18のS極から
の磁束と作用して電磁力は電機子コイル22を右方向に
移動させる。(b)はサイリスタTH1とTH3からT
H2とTH4への転流期間である。この時、永久磁石1
8はS極からN極になるタイミングである。(c)は
(a)の場合と逆で、サイリスタTH2とTH4がオン
し、サイリスタTH1とTH3がオフ状態の期間であ
る。以上の説明からわかるように、フリップフロップ型
インバータの一次側に定電流順逆変換装置を設けること
により、フリップフロップ形インバータの転流速さの制
御が可能になり、起動から停止までの全領域にわたりモ
ータの回転を制御することができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of a stator of an FFM according to the present invention is shown in FIGS. FIG. 2 is a side view as seen from the end bracket side, and the right half shows details of the coil end portion excluding the end bracket. On the other hand, FIG.
It is a front view of the coil end part of the stator of FIG. As can be easily understood from both figures, the armature coil 22 housed in the stator has a structural characteristic of one slot and one conductor, and the single conductor 21 is disposed in the slot 26 and has The single conductor 21 of each phase has a structure in which the single conductor 21 is connected by a crossover conductor 23. From the technical idea of the present invention, it is easily understood that the single conductor 21 can be constituted by a cage structure or the like in which a bar-shaped conductor or a slot is coated with an insulating film or the like and then the conductor is die-cast. FIG.
2 shows a configuration of an FM rotor. A permanent magnet 18 is fixed to a magnetic member 16 via a nonmagnetic member 14 on a shaft 12. FIG. 5 shows an example of the structure of the arc segment-shaped permanent magnet 18. The rotor 10 has eight poles, and the magnetic pole arc angle θ of the permanent magnet is selected to be 37.5 degrees. The permanent magnet 18 may be fixed by using an adhesive such as a resin, but may be fixed by a high-tension reinforcing fiber such as CFRP. In addition, when bonding permanent magnets, it is effective to strengthen the fixing of the central part of the permanent magnet and weaken the end part or make it free, as a method of relaxing the stress due to thermal strain due to temperature rise as well as centrifugal stress. It is. FIG. 6 is a wiring diagram in which the FFM according to the present invention is connected to a flip-flop type inverter (for example, when the number of magnetic poles of the rotor is P = 4 and the number of phases of the armature coil is N = 3). A rectangular wave alternating current by the flip-flop type inverter 35 is supplied to the armature coil 22 on the stator side, and the current flowing through the armature coil is changed according to a change in the relative position between the armature coil and the permanent magnet on the rotor side. By flowing the current, the rotor can be driven in accordance with the current flow velocity. First, the commercial power supply 31 is changed to a DC voltage by the converter 33. The converter 33 has a phase control circuit 38.
Means for controlling the direct current. Next, the output of the converter 33 is a flip-flop type inverter 35.
And is converted into a rectangular wave current. At this time, the flip-flop type inverter 35 operates the commutation control circuit 39 to which the signal of the position detection sensor 37 of the permanent magnet of the rotor is inputted.
It is a configuration controlled by. FIG. 7 shows the FFM of the present invention.
In the case where is driven by a flip-flop type inverter. To make the explanation easier to understand,
One phase was shown. In FIG. 9A, the converter 33 at the left end is subjected to constant current control in a thyristor bridge configuration, and its output is applied to one phase 35 of a flip-flop type inverter. As shown in the figure, a current control element such as a thyristor, a diode and a capacitor are connected.Unlike a normal inverter operation, it is not a function of simply converting DC to AC, but rather a direction of DC current by a switch operation by a thyristor. Just switch. When the thyristors TH1 and TH2 are turned on,
A current flows in the direction shown in the figure, and acts on magnetic flux from the S pole of the permanent magnet 18 to cause the electromagnetic force to move the armature coil 22 to the right. (B) shows T from thyristors TH1 and TH3.
This is a commutation period to H2 and TH4. At this time, the permanent magnet 1
Reference numeral 8 denotes a timing at which the potential changes from the south pole to the north pole. (C) is the reverse of the case of (a), in which thyristors TH2 and TH4 are on and thyristors TH1 and TH3 are off. As can be seen from the above description, by providing a constant current forward / inverting device on the primary side of the flip-flop inverter, it is possible to control the commutation speed of the flip-flop inverter, and the motor is controlled over the entire area from start to stop. The rotation of can be controlled.

【0006】FFMの製作例として、P=8及びN=6
の場合の設計諸元を以下述べることにする。FFMの磁
石回転子は8個のアークセグメント状の永久磁石とシャ
フト付きロータで構成される。シャフト付きロータはシ
ャフト1(直径30mm、長さ360mmで材質はS4
5C)、円筒状の非磁性部材2(外径139.7mm、
内径30.3mm、長さ160mmで材質はSUS30
4)及び円筒状の磁性部材3(外径189.7mm、内
径140mm、長さ160mmで材質はS10C)で構
成される。シャフト付きロータの表面に配置される8個
の永久磁石4の断面形状を図5に示す。1個の永久磁石
4はアークセグメント状の永久磁石(幅61.0―6
8.0mm、厚さ10.0mm、長さ160mm、永久
磁石:Nd−Fe−B系最大エネルギー積35MGOe)
である。電機子コイルのピッチ幅(Cw)の角度が45
度(360/P)であるため、永久磁石の磁極アーク角
度は、図5に示すように37.5度[45×(N−1)
/N]である。電機子コイルを配設する固定子を図2に
示す。図2は固定子の正面図で、図3は固定子の側面図
である。固定子は円筒状の磁性部材(外径274.0m
m、内径214.0mm、長さ160mmで材質はモー
タ用珪素鋼板)で、電機子コイルを配設するN×P=4
8個のスロット26を有する。スロット6は直径8.0
mm、長さ160mmで、その中心は固定子5の回転子
に対向する内周面から5.0mmの位置にある。また、
48個のスロット6は角度7.5毎[360/(N×
P)]に固定子5に配設される。48個のスロット6に
48個の単線の絶縁導体(導体直径6.0mm)を挿入
し、図2及び図3に示す方法で、同相の絶縁導体の端部
を板状の導体で接続する。板状の導体の形状の条件とし
て、その断面積28mm2以上が必要である。以上に述
べた図2に示す固定子と図4に示す磁石回転子で構成さ
れる本発明によるモータをフリップフロップ形インバー
タ(電気子コイル相数N=6、電気子コイル電圧V=3
60V、転流周波数f=800Hz)に接続し試験評価
を行った結果、モータの回転数は5,750rpmであ
った。図4および5に示すように、円筒状の鉄心の外周
に複数のアークセグメント状の永久磁石を配置し回転子
としても良いが、リング状磁石でも本発明の効果は十分
得られることは言うまでもない。また、アークセグメン
ト状の永久磁石を、鉄心の外周でなく内部に配置しても
良い。回転子内部に永久磁石を配置することにより、高
速回転用の回転子としての信頼性が一層向上する。目的
に合わせて、リング状の永久磁石またはアークセグメン
ト状永久磁石を交互にN極、S極の多極に着磁し、回転
子用の磁界とすることができる。また、高速回転の場
合、軸受け用ベアリングのボールに鋼球の代わりにセラ
ミックス球を使用することにより、耐久性の向上が期待
できる。
As an example of manufacturing an FFM, P = 8 and N = 6
In the following, the design data will be described. The FFM magnet rotor is composed of eight arc segment-shaped permanent magnets and a rotor with a shaft. The rotor with shaft is shaft 1 (diameter 30mm, length 360mm, material is S4
5C), a cylindrical non-magnetic member 2 (outer diameter: 139.7 mm,
Inner diameter 30.3mm, length 160mm, material is SUS30
4) and a cylindrical magnetic member 3 (outside diameter: 189.7 mm, inside diameter: 140 mm, length: 160 mm, material is S10C). FIG. 5 shows a cross-sectional shape of the eight permanent magnets 4 arranged on the surface of the shaft-equipped rotor. One permanent magnet 4 is an arc segment-shaped permanent magnet (width 61.0-6).
8.0 mm, thickness 10.0 mm, length 160 mm, permanent magnet: Nd-Fe-B system maximum energy product 35 MGOe)
It is. The angle of the pitch width (Cw) of the armature coil is 45
Degree (360 / P), the magnetic pole arc angle of the permanent magnet is 37.5 degrees [45 × (N-1)] as shown in FIG.
/ N]. FIG. 2 shows a stator on which armature coils are provided. FIG. 2 is a front view of the stator, and FIG. 3 is a side view of the stator. The stator is a cylindrical magnetic member (outer diameter 274.0 m
m, inner diameter 214.0 mm, length 160 mm, material is silicon steel plate for motor), and N × P = 4 in which armature coils are arranged.
It has eight slots 26. Slot 6 has a diameter of 8.0
mm and a length of 160 mm, the center of which is located 5.0 mm from the inner peripheral surface of the stator 5 facing the rotor. Also,
Forty-eight slots 6 are provided at every angle 7.5 [360 / (N ×
P)] in the stator 5. Forty-eight single-wire insulated conductors (conductor diameter: 6.0 mm) are inserted into the forty-eight slots 6, and the ends of the in-phase insulated conductors are connected by plate-shaped conductors by the method shown in FIGS. As a condition of the shape of the plate-shaped conductor, a cross-sectional area of 28 mm 2 or more is required. A motor according to the present invention comprising the above-described stator shown in FIG. 2 and the magnet rotor shown in FIG. 4 is connected to a flip-flop type inverter (number of armature coil phases N = 6, armature coil voltage V = 3).
(60 V, commutation frequency f = 800 Hz), and the test evaluation was performed. As a result, the number of rotations of the motor was 5,750 rpm. As shown in FIGS. 4 and 5, a plurality of arc segment-shaped permanent magnets may be arranged on the outer periphery of the cylindrical iron core to form a rotor. However, it goes without saying that the effects of the present invention can be sufficiently obtained with a ring-shaped magnet. . Further, the arc segment-shaped permanent magnet may be arranged inside the iron core instead of the outer periphery. By arranging the permanent magnet inside the rotor, the reliability as a rotor for high-speed rotation is further improved. According to the purpose, ring-shaped permanent magnets or arc-segmented permanent magnets can be alternately magnetized to multiple N-poles and S-poles to provide a magnetic field for the rotor. In the case of high-speed rotation, durability can be expected to be improved by using ceramic balls instead of steel balls for the balls of the bearing for bearings.

【0007】[0007]

【発明の効果】以上詳述したように、フリップフロップ
形インバータによる矩形波の交番電流で駆動する本発明
によるモータは、原理的に整流子およびブラシを持たな
い。本発明によるモータと直流モータの相違点は整流子
及びブラシの有無である。整流子及びブラシを持たない
本発明によるモータでは、整流電圧の異常による整流火
花の発生もない。また、整流子及びブラシの摩耗の問題
が無いため、本発明においては大型のモータの設計が容
易となる。さらに、高速回転用とした場合、電機子コイ
ルに波形コイルを採用するため、従来のようにスロット
に巻き線を挿入し整形する必要がなく、極めて構成が簡
単でコイル製作とモータ組立が容易となる。すなはち、
本発明によるブラシレスモータは従来のモータの概念を
越えて、量産化が容易となるほか、耐久性、信頼性の大
幅な向上が期待できる。また、大幅な小型軽量化も可能
である。
As described above in detail, the motor according to the present invention driven by the alternating current of the rectangular wave by the flip-flop type inverter does not have a commutator and a brush in principle. The difference between the motor according to the present invention and the DC motor is the presence or absence of a commutator and a brush. In the motor according to the present invention having no commutator and no brush, there is no occurrence of commutation spark due to abnormal commutation voltage. Further, since there is no problem of abrasion of the commutator and the brush, the present invention facilitates the design of a large motor. Furthermore, in the case of high-speed rotation, the waveform coil is adopted as the armature coil, so there is no need to insert and shape windings into the slot as in the conventional case, and the structure is extremely simple, making coil production and motor assembly easy. Become. Sunahachi,
The brushless motor according to the present invention can be easily mass-produced beyond the concept of a conventional motor, and can be expected to greatly improve durability and reliability. Further, it is possible to significantly reduce the size and weight.

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

【図1】本発明による電機子コイルと回転子の展開図。FIG. 1 is a development view of an armature coil and a rotor according to the present invention.

【図2】本発明によるブラシレスモータの側面図。FIG. 2 is a side view of the brushless motor according to the present invention.

【図3】本発明によるブラシレスモータの正面図。FIG. 3 is a front view of the brushless motor according to the present invention.

【図4】本発明によるブラシレスモータの磁石回転子。FIG. 4 is a magnet rotor of a brushless motor according to the present invention.

【図5】本発明による磁石回転子の永久磁石。FIG. 5 shows a permanent magnet of a magnet rotor according to the invention.

【図6】フリップフロップ型インバータとブラシレスモ
ータの結線図。
FIG. 6 is a connection diagram of a flip-flop type inverter and a brushless motor.

【図7】フリップフロップ型インバータの動作説明図。FIG. 7 is an operation explanatory diagram of a flip-flop inverter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 回転子、12 シャフト、14 非磁性部材、1
6 磁性部材、18 永久磁石、21 単体導体、22
電機子コイル、23 渡り導体、24 固定子鉄心、
25 導体端部、26 スロット、31 電源、33
コンバータ、35 フリップフロップ型インバータ、3
7 位置検出センサ、38 位相制御回路、39 転流
制御回路、42 ベアリング、44 エンドブラッケ
ト、46 ヨーク
10 rotor, 12 shaft, 14 non-magnetic member, 1
6 magnetic members, 18 permanent magnets, 21 single conductors, 22
Armature coil, 23 transition conductor, 24 stator core,
25 conductor end, 26 slot, 31 power supply, 33
Converter, 35 flip-flop type inverter, 3
7 position detection sensor, 38 phase control circuit, 39 commutation control circuit, 42 bearing, 44 end bracket, 46 yoke

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗山 義彦 埼玉県熊谷市三ケ尻5200番地日立金属株式 会社熊谷工場内 (72)発明者 松井 一三 東京都千代田区外神田1丁目17番4号磁石 輸送システム開発株式会社 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yoshihiko Kuriyama 5200 Mikajiri, Kumagaya City, Saitama Prefecture Inside the Kumagaya Plant of Hitachi Metals Co., Ltd. (72) Inventor Ichizo Matsui 1-17-4 Sotokanda, Chiyoda-ku, Tokyo Magnet Transport System Development Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固定子に設けたスロットに電機子コイル
を配し、永久磁石を回転子に固着してなるブラシレスモ
ータにおいて、前記電機子コイルは単体導体で形成され
ると共に、コイルエンド部にて所要の極あるいは相に位
置する前記単体導体を直列に接続し、4000rpm上の
高速で運転されることを特徴とするブラシレスモータ。
1. A brushless motor in which an armature coil is arranged in a slot provided in a stator and a permanent magnet is fixed to a rotor, wherein the armature coil is formed of a single conductor, and has a coil end portion. A brushless motor characterized in that the single conductors located at required poles or phases are connected in series and are operated at a high speed of 4000 rpm.
【請求項2】 請求項1において、前記電機子コイルの
導体断面は略円形または楕円形状であり、一極当りのス
ロット数が6未満の場合にはクローズスロット、6以上
の場合はオープンスロットであることを特徴とするブラ
シレスモータ。
2. The armature coil according to claim 1, wherein a conductor cross section of the armature coil has a substantially circular or elliptical shape. When the number of slots per pole is less than 6, the slot is a closed slot. A brushless motor.
【請求項3】 請求項1または2のいずれかにおいて、
前記回転子の着磁極数をPとした場合、永久磁石の磁極ア
ーク角度θを360×(N−1)/(N×P)≦θ≦3
60×N/(N×P)とすることを特徴とするブラシレ
スモータ。.
3. The method according to claim 1, wherein
When the number of magnetized poles of the rotor is P, the magnetic pole arc angle θ of the permanent magnet is set to 360 × (N−1) / (N × P) ≦ θ ≦ 3.
A brushless motor characterized by 60 × N / (N × P). .
【請求項4】 固定子に設けたスロットに電機子コイル
を配し、永久磁石を回転子に固着してなるブラシレスモ
ータにおいて、前記電機子コイルは単体導体で形成され
ると共に、コイルエンド部にて所要の極あるいは相に位
置する前記単体導体を直列に接続し、フリップフロップ
型インバータによって高速駆動されることを特徴とする
ブラシレスモータ。
4. A brushless motor in which an armature coil is arranged in a slot provided in a stator and a permanent magnet is fixed to a rotor, wherein the armature coil is formed of a single conductor and has a coil end portion. A brushless motor, wherein the single conductors located at required poles or phases are connected in series and driven at high speed by a flip-flop type inverter.
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