JPS63157652A - Brushless motor - Google Patents

Brushless motor

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Publication number
JPS63157652A
JPS63157652A JP30151186A JP30151186A JPS63157652A JP S63157652 A JPS63157652 A JP S63157652A JP 30151186 A JP30151186 A JP 30151186A JP 30151186 A JP30151186 A JP 30151186A JP S63157652 A JPS63157652 A JP S63157652A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
teeth
motor
rotor yoke
magnet
magnets
Prior art date
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Pending
Application number
JP30151186A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuzo Ujo
鵜城 達三
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.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
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Publication of JPS63157652A publication Critical patent/JPS63157652A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain a brushless motor with less rotation irregularity, by a method wherein gear-shaped teeth are formed on the outer periphery of a rotor yoke and magnets, fixed so as to correspond to the teeth, are provided on the outer periphery of the teeth. CONSTITUTION:Gear-shaped teeth 15 are provided along the whole outer periphery of a rotor yoke 14. Three pieces of the teeth are provided with respect to one pole of a multi-pole magnet, provided on the side of a rotor. Accordingly, the number of teeth is 24 and a pitch angle is 15 deg. when the number of pole is eight. Magnets 16 are fixed at positions opposing to the teeth 15 of the toothed rotor yoke 14. Upon the provision of the magnets 16, the position of the magnets 16 is set so that a loss torque, corresponding to a torque ripple generated in a motor, is generated. In a motor, constituted in such a manner, the flux changes into waveform between a position, whereat the teeth 15 are opposed to the fixed magnets 16, and another position, whereat the groove or the trough 17 between the teeth 15 is opposed to the fixed magnet 16, whereby torque ripple may be restrained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ブラシレスモータに関し、詳しくはステータ
ヨークに複数のうず巻状コイルが配設され、ロータ側の
これらと対向する位置に永久磁石が配置されていて、ロ
ータの回転位相を検出素子により検出し、所定のタイミ
ングで上記コイルに順次電流を切換えて供給することに
より回転駆動力が得られるようにした偏平型のブラシレ
スモータに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a brushless motor, and more specifically, a stator yoke is provided with a plurality of spiral coils, and a permanent magnet is located on the rotor side facing the coils. The present invention relates to a flat type brushless motor in which rotational driving force is obtained by detecting the rotational phase of the rotor with a detection element and sequentially switching and supplying current to the coils at predetermined timing.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第8図に従来のこの種の偏平型ブラシレスモータの一例
として磁気記録再生装置等に使用されるキャプスタンモ
ータの例を示す。ここで1はハウジング2に取付けられ
たステータヨークであり、ステータヨーク1には複数の
うず巻状のコイル3が周方向に配列されている。また、
ロータヨーク4の方は回転軸5にブツシュ6を介して保
持されており、ロータヨーク4上にはうず巻型コイル3
の対向位置にこれに対応した多極マグネット7が取付け
られている。更にまた、ロータヨーク4の外周部には細
かいピッチで着磁されたFGマグネット8が周設され、
ステータヨーク1に取付けられた磁気検知素子9、一般
には磁気抵抗の変化を検知する半導体の磁気抵抗素子が
使用されるが、この磁気検知素子9によりマグネット8
による磁場の変動を介して回転軸5の回転状態が検出さ
れる。
FIG. 8 shows an example of a capstan motor used in a magnetic recording/reproducing device, etc., as an example of a conventional flat type brushless motor of this type. Here, 1 is a stator yoke attached to a housing 2, and a plurality of spiral coils 3 are arranged in the circumferential direction of the stator yoke 1. Also,
The rotor yoke 4 is held on the rotating shaft 5 via a bush 6, and a spiral coil 3 is mounted on the rotor yoke 4.
A corresponding multipolar magnet 7 is attached at a position opposite to . Furthermore, FG magnets 8 magnetized at a fine pitch are provided around the outer periphery of the rotor yoke 4.
The magnetic sensing element 9 attached to the stator yoke 1 is generally a semiconductor magnetic resistance element that detects changes in magnetic resistance.
The rotational state of the rotating shaft 5 is detected through the fluctuation of the magnetic field caused by the magnetic field.

lOはステータヨーク1に固着されたホール素子であり
、このホール素子10によってロータヨーク4が軸5の
周りに回転するときの多極マグネット7の位相を検知す
ることができる。
IO is a Hall element fixed to the stator yoke 1, and the phase of the multipolar magnet 7 when the rotor yoke 4 rotates around the axis 5 can be detected by this Hall element 10.

11はボールベアリング、12はメタル軸受であり、こ
れらの軸受により回転軸5がハウジング2に支承される
11 is a ball bearing, 12 is a metal bearing, and the rotating shaft 5 is supported by the housing 2 by these bearings.

そこで、このように構成されたブラシレスモータにおい
ては、ホール素子lOからの出力によってコイル3に所
定のタイミングで電流が切換えて供給されることにより
回転トルクが発生し、ロータヨーク4が°回転駆動され
るが、いま、このようなモータが3相の場合について述
べると、この場合は第9図に示すような形態で合成トル
クが発生する。
Therefore, in the brushless motor configured as described above, a current is switched and supplied to the coil 3 at a predetermined timing by the output from the Hall element 1O, thereby generating rotational torque and driving the rotor yoke 4 to rotate by degrees. However, let us now discuss the case where such a motor has three phases. In this case, a composite torque is generated in the form shown in FIG. 9.

すなわち、多極マグネット7の磁極数がnであるとする
と、各相のコイル3はこれらの極に対して電気角として
120°ずつずらせた状態でステータヨーク1上に配設
されているので、各相のコイル3においては磁束密度分
布が第9図の(A)で示すようにその(イ)の第1相、
その(ロ)の第2相、その(ハ)の第3相とそれぞれず
れた正弦波の状態で変化する。なお、各相のコイル3に
はホール素子10による出力に応じ、第9図の(B)に
それぞれ(イ)〜(ハ)によって示すようなタイミング
で正負方向に順次電流が供給されるため個々の相により
第9図の(C)の(ニ)のようにトルクが発生し、これ
らの合成トルクとしてはその(ホ)に示すような波形形
態となってトルクリップルが生じる。
That is, assuming that the number of magnetic poles of the multi-pole magnet 7 is n, the coils 3 of each phase are arranged on the stator yoke 1 with an electrical angle of 120° shifted from these poles. In the coil 3 of each phase, the magnetic flux density distribution is as shown in FIG. 9 (A), the first phase of (A),
The second phase (b) and the third phase (c) change in a sine wave state that is shifted from each other. Note that current is sequentially supplied to the coils 3 of each phase in the positive and negative directions at the timings shown by (a) to (c) in FIG. 9(B), respectively, according to the output from the Hall element 10. Due to the phase, torque is generated as shown in (d) of FIG. 9(C), and the combined torque of these has a waveform form as shown in (e), and a torque ripple occurs.

そこで、このようなトルクリップルにより回転むらが生
じるが、トルクリップルの大きさをT1回転軸5の回転
数をN1慣性力をJ1回転むらをΔNとした場合、 式(1)の関係が成立つため、特に回転数Nの低いキャ
プスタンの場合はトルクリップルTによる回転むらΔN
の大きさが大きくなり、磁気記録再生装Mでは音声信号
における低周波数のワウフラッタ−や映像信号における
ジッターが生じるという一問題点があり、従来は慣性力
を大きくすることによって対処されてきたが、このよう
にすることは装置の軽量化に逆行することになる。
Therefore, rotational unevenness occurs due to such torque ripple, but if the magnitude of the torque ripple is T1, the rotational speed of the rotating shaft 5 is N1, the inertial force is J1, and the rotational unevenness is ΔN, then the relationship in equation (1) holds true. Therefore, especially in the case of a capstan with a low rotational speed N, rotational unevenness ΔN due to torque ripple T
As a result, the magnetic recording and reproducing device M suffers from low-frequency wow and flutter in the audio signal and jitter in the video signal. Conventionally, this problem has been solved by increasing the inertial force. Doing this would go against the desire to reduce the weight of the device.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

木発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑み、トルク
リップルの発生を抑制することができ、回転性能の向上
を図ると共に軽量化に貢献し、磁気記録再生装置等に好
適なブラシレスモータを提イ共することにある。
In view of the above-mentioned conventional problems, the purpose of the invention is to provide a brushless motor that can suppress the occurrence of torque ripple, improve rotational performance, contribute to weight reduction, and is suitable for magnetic recording and reproducing devices. Our goal is to share our ideas.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

かかる目的を達成するために、本発明は、周方向に複数
のコイルが配jrtされたステータヨークと、複数のコ
イルと対向する位置に多極に岩礁された永久磁石を有す
るロータヨークとを具え、複数のコイルに所定のタイミ
ングで電流を供給することによりロータヨークを回転さ
せるようにしたブラシレス(−夕において、ロータヨー
クの外周部に歯車状に歯形を周設し、歯形の先端と対向
した位置に歯形に対応した形状の磁石を設け、ロータヨ
ーク?回転させたときに磁石と歯形との相対位置の変動
によってモータにロストルクのリップルを発生させ、ロ
ストルクのリップルによりモータに発生するトルクリッ
プルを消去させるようにしたことを特徴とする。
In order to achieve such an object, the present invention includes a stator yoke having a plurality of coils arranged in the circumferential direction, and a rotor yoke having a multi-pole permanent magnet at a position facing the plurality of coils. In a brushless system that rotates the rotor yoke by supplying current to multiple coils at predetermined timing, the rotor yoke is provided with gear-shaped teeth around its outer periphery, and the teeth are placed opposite the tips of the teeth. A magnet with a shape corresponding to the rotor yoke is installed, and when the rotor yoke rotates, loss torque ripples are generated in the motor due to fluctuations in the relative position of the magnet and tooth profile, and the loss torque ripples eliminate the torque ripples generated in the motor. It is characterized by what it did.

(作用) 本発明ブラシレスモータによれば、ロータヨークの外周
部に歯車状に歯形を周設し、ステータヨークの歯形と対
向する位置にマグネットを設けて、マグネットと歯車状
の歯形との間に発生する磁束の変化によりコギングトル
クを発生させ、以てこのコギングロストルクのリップル
によってモータに発生するトルクリップルを消去させる
ことができるもので、すなわちコギングロストルクのリ
ップルと本来のモータに発生するトリクリップルとの合
成によりリップルを著しく小さく抑制することができる
(Function) According to the brushless motor of the present invention, a gear-shaped tooth profile is provided around the outer periphery of the rotor yoke, and a magnet is provided at a position facing the tooth profile of the stator yoke, so that a magnetic field is generated between the magnet and the gear-shaped tooth profile. Cogging torque is generated by changes in magnetic flux, and the ripple of this cogging loss torque can eliminate the torque ripple that occurs in the motor. Ripples can be significantly suppressed by combining with.

(実施例〕 以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。
(Examples) Examples of the present invention will be described below in detail and specifically based on the drawings.

第1図は本発明の一実施例を示す。本例では、そのロー
タヨーク14の外周部に歯車状の歯部15が全周にわた
り周設される。しかして、この歯車15が設けられる歯
形のピッチの占める角度(以下でピッチ角という)θX
は、ロータ側に設けられる多極マグネット7の極数nに
よって決まるが、その歯数Nは極nの1つについて3つ
の割合とする。従って、 で示されることになり、本例では極数nが8ボールであ
るので24の歯数、ピッチ角度θXは15@ どなる。
FIG. 1 shows an embodiment of the invention. In this example, a gear-shaped tooth portion 15 is provided on the outer circumference of the rotor yoke 14 over the entire circumference. Therefore, the angle occupied by the pitch of the tooth profile on which this gear 15 is provided (hereinafter referred to as pitch angle) θX
is determined by the number n of poles of the multi-pole magnet 7 provided on the rotor side, and the number N of teeth is assumed to be three per pole n. Therefore, in this example, since the number of poles n is 8 balls, the number of teeth is 24, and the pitch angle θX is 15@.

16は上述したようにして歯形が設けられたロータヨー
ク14に対し、その歯部15の対向位置に固定された磁
石である。なおこの磁石16を設けるにあたっては、後
述するようにモータに発生するトルクリップルに対応し
たロストルクのリップルが発生するようにその位置が設
定されている。
Reference numeral 16 denotes a magnet fixed to the rotor yoke 14, which is provided with a tooth profile as described above, at a position opposite to the tooth portion 15 of the rotor yoke 14. In providing this magnet 16, its position is set so that a loss torque ripple corresponding to the torque ripple generated in the motor occurs, as will be described later.

そこで、このように構成したモータにあっては、歯部1
5が固定磁石16と対向する位置にあるときと、歯部1
5間の歯溝、すなわち谷部17が固定磁石16と対向す
る位置にあるときとで磁束が波形に変化し、ために、第
2図に示すようなコギングロストルクが発生する。しか
して、この場合のリップルの数は、ロータヨーク1回転
につき24個の割合となる。第3図において(A)は第
2図に示すロストルクを示し、(B)は先に第9図の(
C)において(ホ)として示した種類の合成された発生
トルクである。
Therefore, in the motor configured in this way, the tooth portion 1
5 is in a position facing the fixed magnet 16, and when the tooth portion 1
The magnetic flux changes into a waveform when the groove between the teeth, that is, the trough 17 is in a position facing the fixed magnet 16, and as a result, cogging loss torque as shown in FIG. 2 occurs. Therefore, the number of ripples in this case is 24 per rotation of the rotor yoke. In Fig. 3, (A) shows the loss torque shown in Fig. 2, and (B) shows the loss torque shown in Fig. 9 first.
This is the combined generated torque of the type shown as (e) in C).

そこで、このように発生トルク(B)とロストルク(A
)とのリップル発生の周波数およびその山谷が一致する
ことにより、モータにおいては、第3図の(C)で示す
ようにトルクが差引き合成されて、トルクリップルを著
しく小さく抑制することが可能となる。
Therefore, the generated torque (B) and loss torque (A
) and the peaks and troughs of the ripples match, in the motor, the torque is subtracted and synthesized as shown in (C) in Figure 3, making it possible to suppress the torque ripple significantly. Become.

第4図は本発明の他の実施例を示す。本例は歯部25お
よび谷部27をいずれもコの字型のくし歯状としたもの
で、その他の構成については第1図と変わらない。更に
また、第5図〜第7図もそれぞれ本発明の更に他の実施
例を示し、第5図は2つの磁石26^および26Bを歯
部15とこれに隣接する谷部17とに配置するようにし
たもの、第6図は3つの隣接する歯部15にまたがって
1つの磁石36を設けたもの、第7図は第6図に示した
磁石36と同一形状の高透磁金属体、例えば鉄部材36
A上に磁石46を設けたものであって、いずれにおいて
も同様な効果をあげることができる。
FIG. 4 shows another embodiment of the invention. In this example, the teeth 25 and the valleys 27 are both U-shaped and comb-like, and the other configurations are the same as in FIG. 1. Furthermore, FIGS. 5 to 7 each show still other embodiments of the present invention, in which two magnets 26^ and 26B are arranged in the tooth 15 and the valley 17 adjacent thereto. FIG. 6 shows one in which one magnet 36 is provided across three adjacent teeth 15, and FIG. 7 shows a high magnetic permeability metal body having the same shape as the magnet 36 shown in FIG. 6. For example, the iron member 36
A magnet 46 is provided on A, and the same effect can be achieved in either case.

なお以上の説明では、ロータヨークに設ける多極マグネ
ットの極数が8ボールの場合の例について述べたが、そ
の極数はこれに限られるものではなく、例えば4ボール
でも12ボールでもよく、また、歯部を構成する歯形の
形状についても特に上述した例のような形状に限られる
ものではないことはいうまでもない。
In addition, in the above explanation, an example was described in which the number of poles of the multi-pole magnet provided on the rotor yoke is 8 balls, but the number of poles is not limited to this, and may be, for example, 4 balls or 12 balls. It goes without saying that the shape of the tooth profile constituting the tooth portion is not particularly limited to the shape as in the above-mentioned example.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明してきたように、本発明によれば、そのロータ
ヨークの外周部に歯車状に歯形を形成すると共に、その
歯形の外側に歯形に対応駿た形状の磁石を固定して設け
、ロータヨークが回転するときにこの磁石とヨークの歯
形との相対位置の変動によって発生するロストルクのリ
ップルをモータに発生するトルクリップルと一致させる
ようにしたので、モータのトルクリップルをロストルク
のリップルにより消去させることができて、回転むらが
少なく、磁気記録再生装置等に好適なブラシレスモータ
を提供することが可能となった。
As explained above, according to the present invention, a gear-shaped tooth profile is formed on the outer periphery of the rotor yoke, and a magnet having a sharp shape corresponding to the tooth profile is fixedly provided on the outside of the tooth profile, so that the rotor yoke rotates. The loss torque ripple that occurs due to fluctuations in the relative position between the magnet and the tooth profile of the yoke is made to match the torque ripple that occurs in the motor, so the motor's torque ripple can be canceled out by the loss torque ripple. Therefore, it has become possible to provide a brushless motor that has less uneven rotation and is suitable for magnetic recording/reproducing devices and the like.

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

第1図は本発明ブラシレスモータの構成の一例を分解し
て示す斜視図、 第2図は本発明ブラシレスモータによって得られるロス
トルクの一形態を示す波形図、第3図はそのロストルク
によりモータ発生トルクのリップル消滅が得られること
を説明するための一連の波形図、 第4図は本発明の他の実施例の構成を分解して示す斜視
図、 第5図〜第7図はそれぞれ本発明の更に他の実施例によ
る主要部の構成図、 第8図は従来のブラシレスモータの構成の一例を示す断
面図、 第9図はその従来のブラシレスモータにおいて各コイル
に発生する磁束の変化およびそのコイルに供給される電
流のタイミングと、モータに発生するトルクリップルの
形状との関係を示す説明図である。 1・・・ステータヨーク、 3・・・うず巻状コイル、 4.14・・・ロータヨーク、 5・・・回転軸、 7・・・多極マグネット、 10・・・ホール素子、 15、25−・・歯部、 18、26A 、 26B 、 36.46・・・磁石
、36^・・・鉄部材。 第7図
Fig. 1 is an exploded perspective view showing an example of the configuration of the brushless motor of the present invention, Fig. 2 is a waveform diagram showing one form of loss torque obtained by the brushless motor of the invention, and Fig. 3 is a torque generated by the motor due to the loss torque. A series of waveform diagrams for explaining that ripple disappearance can be obtained, FIG. 4 is an exploded perspective view showing the configuration of another embodiment of the present invention, and FIGS. Furthermore, FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a conventional brushless motor, and FIG. 9 is a diagram showing changes in magnetic flux generated in each coil in the conventional brushless motor and the coils. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the timing of current supplied to the motor and the shape of torque ripple generated in the motor. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Stator yoke, 3... Spiral coil, 4.14... Rotor yoke, 5... Rotating shaft, 7... Multipolar magnet, 10... Hall element, 15, 25- ... Teeth, 18, 26A, 26B, 36.46... Magnet, 36^... Iron member. Figure 7

Claims (1)

【特許請求の範囲】 周方向に複数のコイルが配置されたステータヨークと、
前記複数のコイルと対向する位置に多極に着磁された永
久磁石を有するロータヨークとを具え、前記複数のコイ
ルに所定のタイミングで電流を供給することにより前記
ロータヨークを回転させるようにしたブラシレスモータ
において、 前記ロータヨークの外周部に歯車状に歯形を周設し、該
歯形の先端と対向した位置に当該歯形に対応した形状の
磁石を設け、前記ロータヨークを回転させたときに前記
磁石と前記歯形との相対位置の変動によって前記モータ
にロストルクのリップルを発生させ、該ロストルクのリ
ップルにより前記モータに発生するトルクリップルを消
去させるようにしたことを特徴とするブラシレスモータ
[Claims] A stator yoke in which a plurality of coils are arranged in the circumferential direction;
A brushless motor comprising a rotor yoke having a permanent magnet magnetized with multiple poles at a position facing the plurality of coils, and rotating the rotor yoke by supplying current to the plurality of coils at a predetermined timing. A gear-shaped tooth profile is provided around the outer periphery of the rotor yoke, a magnet having a shape corresponding to the tooth profile is provided at a position opposite to the tip of the tooth profile, and when the rotor yoke is rotated, the magnet and the tooth profile are disposed. A brushless motor, characterized in that loss torque ripples are generated in the motor by fluctuations in relative position with respect to the motor, and the torque ripples generated in the motor are canceled by the loss torque ripples.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007221955A (en) * 2006-02-20 2007-08-30 Ibaraki Univ Permanent magnet field brushless motor

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