JPS6139842A - Motor - Google Patents

Motor

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Publication number
JPS6139842A
JPS6139842A JP15895184A JP15895184A JPS6139842A JP S6139842 A JPS6139842 A JP S6139842A JP 15895184 A JP15895184 A JP 15895184A JP 15895184 A JP15895184 A JP 15895184A JP S6139842 A JPS6139842 A JP S6139842A
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JP
Japan
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pole
poles
motor
salient
magnet
Prior art date
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Pending
Application number
JP15895184A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuzo Seo
雄三 瀬尾
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.)
Mitsubishi Kasei Corp
Original Assignee
Mitsubishi Kasei Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Kasei Corp filed Critical Mitsubishi Kasei Corp
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Publication of JPS6139842A publication Critical patent/JPS6139842A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Brushless Motors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce cogging to the minimum limit and to enhance the efficiency of a motor by providing a nonmagnetic portion or a portion having no magnet at an electric angle of the prescribed range between poles of a permanent magnet of a rotor. CONSTITUTION:A 4n pieces of permanent magnets 2 are mounted on the inner surface of a yoke 1 as a rotor, 3n pieces of salient poles 4a opposed to the magnets 2 over 180 deg. of electric angle and a coil 5 wound on the poles 4 and coupled in 3-phase Y-connection at 120 deg. form an armature, and a nonmagnetic portion or a portion 7 having no magnet is provided at 30 to 60 deg. of an electric angle is provided between the poles of the magnets 2 of the rotor. Thus, a cogging can be suppressed to the minimum limit, and a motor having a high efficiency can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、コギングが少なく、かつ、効率の高いモー
タに関し、特に小出力のブラシレスモータに適したモー
タに係るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a motor with low cogging and high efficiency, and particularly to a motor suitable for a small-output brushless motor.

〔従来技術〕[Prior art]

突極を有するモータは、エアギャップを狭くする。こと
ができるため、効率の高いモータが作り易い、しかしな
がら、突極と永久磁石の磁極の吸引力のためコギングと
呼ばれる有害なトルクムラを発生ずぶ、このコギングを
低減するため、永久磁石の着磁を正弦波状とすることや
、突極または磁極を回転方向に傾斜をもたせること(ス
キュー)などが一般に行われているが、これらはいずれ
もモータトルクの低下と、モータ効率の低下を招く、こ
れらをさらに図面により説明する。
Motors with salient poles narrow the air gap. However, due to the attractive force between the salient poles and the magnetic poles of the permanent magnet, harmful torque unevenness called cogging occurs.In order to reduce this cogging, it is necessary to magnetize the permanent magnet. It is common practice to create a sinusoidal waveform or to make the salient poles or magnetic poles tilted in the direction of rotation (skew), but these all lead to a decrease in motor torque and motor efficiency. This will be further explained with reference to the drawings.

第1図は従来の3相モータの理想的な構成を示したもの
である。この図で、1はヨーク、2は永久磁石であり、
これらでロータIが構成される。
FIG. 1 shows an ideal configuration of a conventional three-phase motor. In this figure, 1 is a yoke, 2 is a permanent magnet,
These constitute the rotor I.

3はエアギャップ、4−1.4−2.4−3.は電機子
鉄心の突極(以下総称するときは単に4という。
3 is an air gap, 4-1.4-2.4-3. is the salient pole of the armature core (hereinafter collectively referred to as 4).

他の符号についても同様とする。)、5−1゜5−2.
5−3はコイルで各突極4−1〜4−3にそれぞれ巻回
されている。6は前記各突極4−1〜4−3間のスロ)
トを示す、これら4〜6で電機子■が構成されている。
The same applies to other symbols. ), 5-1°5-2.
A coil 5-3 is wound around each of the salient poles 4-1 to 4-3. 6 is a slot between each salient pole 4-1 to 4-3)
These 4 to 6 constitute armature (2).

第1図において、モータトルクはロータエの移動に伴う
電流の流れるコイル5中を通過す゛る磁束の変化によっ
て生じる。
In FIG. 1, motor torque is generated by changes in magnetic flux passing through a current-carrying coil 5 as the rotor moves.

すなわち、第1図において、永久磁石2が右方向に移動
すると、突極4−1に対向する磁極の面積はN極部分が
減少し、S極部分が増加し、突極4−1を通過する磁束
は上向きに変化する。このとき突極4−2を流れる磁極
は逆に下向き変化し、突極4−3を流れる磁束は変化し
ない。
That is, in FIG. 1, when the permanent magnet 2 moves to the right, the area of the magnetic pole facing the salient pole 4-1 decreases in the north pole part, increases in the south pole part, and passes through the salient pole 4-1. The magnetic flux changes upward. At this time, the magnetic flux flowing through the salient pole 4-2 changes downward, and the magnetic flux flowing through the salient pole 4-3 does not change.

同様なことは永久磁石2と電機子■のいかなる位置関係
についてもあてはまり、常に2つの突極4を流れる磁束
が反対方向に変化し、他の1つの突極を流れる磁束は変
化しない。従って、磁束の変化する2つの突極に巻かれ
たコイル5のみ通電を行うことによって効率的にトルク
を発生することができる。3つのコイル5−1〜5−3
の内、2つのみに通電を行う方法は120°通電と呼ば
れ、論理回路により簡単に構成することができる。
The same thing applies to any positional relationship between the permanent magnet 2 and the armature (2), and the magnetic flux flowing through the two salient poles 4 always changes in opposite directions, while the magnetic flux flowing through the other salient pole does not change. Therefore, torque can be efficiently generated by energizing only the coil 5 wound around the two salient poles whose magnetic flux changes. Three coils 5-1 to 5-3
The method of energizing only two of them is called 120° energization, and can be easily configured using logic circuits.

ところで、第1図に示すモータは現実的ではない。なぜ
なら精度上の理由により突極4は通常一枚板で製造され
るため、第1図のようにスロット6が閉じた構造ではコ
イル5の巻線が事実上不可能である。また、エアギャッ
プ3より突極4に流入した磁力線の一部がコイル5を貫
通することなくスロット6を経てバイパスし、そのため
充分なトルクを発生させることができない。
By the way, the motor shown in FIG. 1 is not realistic. This is because the salient pole 4 is usually manufactured as a single plate for accuracy reasons, and therefore, it is virtually impossible to wind the coil 5 in a structure in which the slot 6 is closed as shown in FIG. In addition, a portion of the magnetic lines of force flowing into the salient pole 4 from the air gap 3 bypasses the coil 5 through the slot 6, making it impossible to generate sufficient torque.

そこで、通常のモータは第2図に示す如くスロット6a
のように大きくし、巻線を施すことができるようにする
とともに、磁束のバイパスを遮断している。
Therefore, a normal motor has a slot 6a as shown in FIG.
This makes it possible to make the wire larger and wind it, as well as to block the bypass of the magnetic flux.

ところで、第2図に示すモータは効率が悪く、また好ま
しくないコギングが生じる。すなわち、第2図の位置関
係では永久磁石2が電機子Iに対し、右へずれても左に
ずれても磁束の変化する突極4は中央の突極4−2の1
つのみであり、この状態で120′通電が行われると、
もう1つの突極4−1または突極4−3に巻かれたコイ
ル5−1または5−3に流れる電流はトルクを発生し、
ない無効電流となる。
However, the motor shown in FIG. 2 is inefficient and causes undesirable cogging. That is, in the positional relationship shown in FIG. 2, even if the permanent magnet 2 shifts to the right or left with respect to the armature I, the salient pole 4 whose magnetic flux changes is 1 of the central salient pole 4-2.
If 120' current is applied in this state,
The current flowing through the coil 5-1 or 5-3 wound around the other salient pole 4-1 or 4-3 generates torque,
There will be no reactive current.

また、第2図に示すモータは永久磁石2と電機子■の位
置関係により突極4に対向するN極とS極の面積が変化
する。このような場合は、磁気吸引力により電機子Iに
対向するN極とS極の面積が等しい位置が安定となり、
他の位置関係にある場合は安定な位置に向って引きょせ
るカが働き、コギングを発生することになる。
Further, in the motor shown in FIG. 2, the areas of the N and S poles facing the salient poles 4 change depending on the positional relationship between the permanent magnet 2 and the armature (2). In such a case, the position where the areas of the N and S poles facing armature I are equal becomes stable due to magnetic attraction,
If they are in any other positional relationship, the force that pulls them toward a stable position will work, causing cogging.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
である。すなわち、本発明者等はコギング発生機構につ
いて検討を加えた結果、各N極とS極の間に磁極幅の1
72の無着磁部または磁石のない部分を設けた4n極の
永久磁石と、磁極幅の3/2の幅を持っ3n個の突極を
用いることにより、コギングが少なく、かつ効率の高い
モータが構成可能であることを見出し、この発明を完成
したものである。以下、−面についてこの発明を説明す
る。
This invention has been made to solve the above problems. In other words, as a result of studying the cogging generation mechanism, the present inventors found that 1 of the magnetic pole width was set between each N pole and S pole.
By using a 4n-pole permanent magnet with 72 non-magnetized parts or parts without magnets and 3n salient poles with a width of 3/2 of the magnetic pole width, a motor with low cogging and high efficiency is achieved. This invention was completed by discovering that it is possible to construct the following. Hereinafter, the present invention will be explained with respect to the negative side.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第3図はこの発明の原理説明図で、n=1の場合、すな
わち、永久磁石を2−1.2−2.2−3゜2−4.の
4個とし、突極を4−1.4−2.4−3  の3個と
した場合である。なお、7は無着磁部または磁石のない
部分(以下単に無着磁部という)であり、永久磁石2の
磁極幅をり、無着磁部7の幅をdとすると、d=D/2
に選んである。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the principle of this invention, in the case of n=1, that is, the permanent magnet is 2-1.2-2.2-3°2-4. This is a case where the number of salient poles is 4, and the number of salient poles is 4-1.4-2.4-3. In addition, 7 is a non-magnetized part or a part without a magnet (hereinafter simply referred to as a non-magnetized part), and if the magnetic pole width of the permanent magnet 2 is multiplied and the width of the non-magnetized part 7 is d, then d=D/ 2
has been selected.

また、突極4の幅Wは、W= (3/2)・Dに選んで
ある。
Further, the width W of the salient pole 4 is selected to be W=(3/2)·D.

第3図から明らかなように、永久磁石2と電機子Iのい
かなる位置関係においても、2つの突極4については対
向するN極またはS極の面積が変化し、残りの1つの突
極4に関しては変化しない、すなわち、今ロータエが第
3図の矢印の方向に動くとすると、位置関係の変化によ
り突極4−2については対向するN極面積が増し、S極
面積が減り、突極4−1については対向するS極面積が
増し、N極面積が減り、突極4−3については変化を生
じない、したがって、磁極面積が変化する突極4−2と
4−1に巻かれたコイル5−2.5−1に通電すること
により最大の効率でトルクを発生することができる。ま
た、全突極4に対向するN極とS極の各々の面積の和は
ロータIと電機子Iのいかなる位置関係においても等し
く、かつ、一定に保たれるため、コギングの発生は最小
に抑えられる。
As is clear from FIG. 3, in any positional relationship between the permanent magnet 2 and the armature I, the areas of the opposing N or S poles of the two salient poles 4 change, and the areas of the remaining salient poles 4 change. In other words, if the rotor moves in the direction of the arrow in Figure 3, due to the change in positional relationship, the area of the N pole facing the salient pole 4-2 increases, the area of the S pole decreases, and the salient pole For 4-1, the opposing S pole area increases, the N pole area decreases, and no change occurs for salient pole 4-3.Therefore, the magnetic pole area is wound around salient poles 4-2 and 4-1, where the magnetic pole area changes. By energizing the coil 5-2.5-1, torque can be generated with maximum efficiency. Furthermore, since the sum of the areas of the N and S poles facing all the salient poles 4 is equal and constant regardless of the positional relationship between the rotor I and the armature I, the occurrence of cogging is minimized. It can be suppressed.

第4図、第5図は上記原理に基づくこの発明の一実施例
を示す平面図と側断面図である。
FIGS. 4 and 5 are a plan view and a side sectional view showing an embodiment of the present invention based on the above principle.

これらの図において、1〜6a、7は第3図と同じもの
を示し、8はシャフトで、ロータエのヨーク1が固定さ
れ、このシャフト8が軸受9により電機子πに対し回転
自在に軸支される。小形で高出力を得るためには永久磁
□石2はラジアル配向の希土類プラスチイクマグネット
を用いるのが良い。ヨーク1は強磁性材料なら何でも使
用できるが、鉄板をプレス加工したものが安価である。
In these figures, 1 to 6a and 7 are the same as in FIG. be done. In order to obtain high output with a small size, it is preferable to use a radially oriented rare earth plastic magnet as the permanent magnet 2. The yoke 1 can be made of any ferromagnetic material, but a pressed iron plate is inexpensive.

突極4はけい素鋼板を打抜いたものを積層して形成し、
これを炭素鋼の切削加工により形成したベアリングハウ
ジング10に圧入して用いる。そして、コイル5はY結
線に接続する。ベアリングハウジング1oにはプリント
基板11が固定され、このプリント基板11上にはコイ
ル5への通電切換タイミングを検出するためのホール素
子12が3個(図では1個のみを示す)、通電制御回路
13が取り付けられる。
The salient pole 4 is formed by stacking punched silicon steel plates,
This is used by being press-fitted into a bearing housing 10 formed by cutting carbon steel. The coil 5 is then connected to a Y connection. A printed circuit board 11 is fixed to the bearing housing 1o, and on this printed circuit board 11 there are three Hall elements 12 (only one is shown in the figure) for detecting the timing of switching the energization to the coil 5, and an energization control circuit. 13 is attached.

さらに、ホール素子12に対向するロータIの表面輪は
ホール素子12を感応させるためのゴム磁石14が取り
付けられている。一般にこの種のモータは速度制御をか
けて駆動が行われるが、このための速度信号を得るため
、ゴム磁石14上の通電切替用の着磁パターンに重ねて
多極(例えば、 160極)の弱い着磁を行うことが好
ましい、この多極による磁界変化はプリント基板11上
の対向する位置に作られた蛇行形状のFG(フリケンシ
イ拳ゼネレータ)コイルによって検出される。
Furthermore, a rubber magnet 14 is attached to the surface ring of the rotor I facing the Hall element 12 to make the Hall element 12 sensitive. Generally, this type of motor is driven by speed control, but in order to obtain the speed signal for this purpose, a multi-pole (for example, 160 poles) is superimposed on the magnetized pattern for energization switching on the rubber magnet 14. It is preferable to perform weak magnetization, and the magnetic field change due to this multipole is detected by meandering FG (frequency fist generator) coils formed at opposing positions on the printed circuit board 11.

検出された信号は市販のIC(例えば日本電気部;gP
c1043c等)により速度信号に変換され、通電制御
用IC(例えば東芝製;TA7245AP)に直接導入
される。このようにして、ホール素子12の検出に基づ
いて通電切替えを行い、120@通電をコイル5に行う
ことにより駆動することができる。
The detected signal is transmitted using a commercially available IC (e.g., Nippon Electric Corporation; gP
c1043c, etc.), and is directly introduced into an energization control IC (for example, Toshiba's TA7245AP). In this way, the coil 5 can be driven by switching the energization based on the detection of the Hall element 12 and energizing the coil 5 at 120@.

上記の構成によれば第3図の原理で説明したように、コ
ギングの発生がなく、しかも効率の高いモータが得られ
る。
According to the above configuration, as explained in the principle of FIG. 3, a motor that does not cause cogging and has high efficiency can be obtained.

なお、上記の実施例ではn=2の場合を示したが、シャ
フト8の振れを防止するためにはnは2またはそれ異常
とし駆動力をバランスさせるのが良い。
Although the above embodiment shows the case where n=2, in order to prevent the shaft 8 from wobbling, it is preferable to set n to 2 or abnormally so that the driving force is balanced.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳細に説明したように、この発明は、N極とS極と
の間に磁極幅の1/2の幅の無着磁部もしくは磁石のな
い部分を有する4n極の永久磁石と、これらの永久磁石
に対向して各突極の永久磁石に対向する輻が磁極幅の3
/2であ63n個の突極とを用いて構成したので、コギ
ングが最小限に抑えられるとともに、高い効率のモータ
が得られる。したがって、ブラシレスモータ、特にラジ
アルギャップ形のモータに最適であり、今後の広い利用
が期待されるものでる。
As explained in detail above, the present invention provides a 4n-pole permanent magnet having a non-magnetized part or a part without a magnet with a width of 1/2 of the magnetic pole width between the north pole and the south pole, and The radius facing the permanent magnet of each salient pole is 3 of the magnetic pole width.
/2 and 63n salient poles, cogging can be minimized and a highly efficient motor can be obtained. Therefore, it is ideal for brushless motors, especially radial gap type motors, and is expected to find wide use in the future.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の3相モータの理想的な構成を示す原理説
明図、第2図は従来の3相モータの構成の一例を示す原
理説明図、第3図はこの発明の原理説明図、第4図、第
5図はこの発明の一実施例を示す平面図および側断面図
である。 図中、工はロータ、■は電機子、1はヨーク、2は永″
久磁石、3はエアギャップ、4は突極、5はコイル、6
aはスロット、7は無着磁部分、8はシャフト、9は軸
受、1oはベアリングハウジング、11はプリント基板
、12はホール素子、13は通電制御回路、14はゴム
磁石である。 なお、図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 手続補正書(自船 昭和58年11月28日・
FIG. 1 is a principle explanatory diagram showing an ideal configuration of a conventional three-phase motor, FIG. 2 is a principle explanatory diagram showing an example of the configuration of a conventional three-phase motor, and FIG. 3 is a principle explanatory diagram of the present invention. FIGS. 4 and 5 are a plan view and a side sectional view showing an embodiment of the present invention. In the diagram, "E" is the rotor, ■ is the armature, 1 is the yoke, and 2 is the rotor.
permanent magnet, 3 is air gap, 4 is salient pole, 5 is coil, 6
a is a slot, 7 is a non-magnetized portion, 8 is a shaft, 9 is a bearing, 1o is a bearing housing, 11 is a printed circuit board, 12 is a Hall element, 13 is an energization control circuit, and 14 is a rubber magnet. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or corresponding parts. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Procedure amendment (Own ship November 28, 1981)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 ヨークと、このヨークの内面に取付けられたN極とS極
との間に磁極幅の1/2の幅の無着磁部もしくは磁石の
ない部分を有する4n極の永久磁石とを有するロータと
、前記永久磁石に対向して各突極の前記永久磁石に対向
する幅が前記磁極幅の3/2である3n個の突極と、さ
らに前記各突極に巻回され3相Y結線で120°通電さ
れるコイルとを有する電機子とからなることを特徴とす
るモータ。 ただし、nは1以上の整数とする。
[Claims] A permanent 4n pole having a non-magnetized part or a part without a magnet with a width of 1/2 of the magnetic pole width between the yoke and the N and S poles attached to the inner surface of the yoke. a rotor having a magnet, 3n salient poles facing the permanent magnet, each of which has a width that is 3/2 of the magnetic pole width, and further wound around each of the salient poles; and an armature having a coil that is energized through 120 degrees in a three-phase Y-connection. However, n is an integer of 1 or more.
JP15895184A 1984-07-31 1984-07-31 Motor Pending JPS6139842A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7064465B2 (en) * 2004-07-09 2006-06-20 Delta Electronics, Inc. Motor
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