JPS63167657A - Dc brushless motor - Google Patents

Dc brushless motor

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Publication number
JPS63167657A
JPS63167657A JP31401386A JP31401386A JPS63167657A JP S63167657 A JPS63167657 A JP S63167657A JP 31401386 A JP31401386 A JP 31401386A JP 31401386 A JP31401386 A JP 31401386A JP S63167657 A JPS63167657 A JP S63167657A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
torque
brushless motor
permanent magnet
rotor yoke
yoke
Prior art date
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Pending
Application number
JP31401386A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masao Karibe
苅部 征夫
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
Canon Precision Inc
Original Assignee
Canon Inc
Canon Precision Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc, Canon Precision Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP31401386A priority Critical patent/JPS63167657A/en
Publication of JPS63167657A publication Critical patent/JPS63167657A/en
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Abstract

PURPOSE:To suppress a torque ripple by forming a thin part or a slot radially in a rotor yoke to reduce an air gap magnetic flux density, and varying a torque waveform. CONSTITUTION:A rotor yoke 11 to which a permanent magnet 1 is attached and an armature yoke 12 in which a flat coil 2 is disposed are all composed of a soft magnetic material. A radial thin part or a cutout slot 13 is disposed on the yoke 11. The thin part or slot 13 is formed at a part corresponding to the pole of the magnet 1, and two slots are provided at an interval of 15 deg. at 3-equally divided positions of the respective poles.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野〕 本発明は、直流ブラシレスそ一夕に関し、特にトルクリ
ップルの発生を抑制するようにした無鉄心型小型の直流
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 DC brushless motors, and more particularly to a small, ironless DC brushless motor that suppresses the occurrence of torque ripple.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来から小型直流ブラシレスモータは、トルク!l11
1御や速度flJmが容易でしかも長寿命で信頼性が高
いことからAV機器や0^機器等に広く使用されてきた
Conventionally, small DC brushless motors have a high torque! l11
It has been widely used in AV equipment, 0^ equipment, etc. because it is easy to control speed flJm, has a long life, and is highly reliable.

しかし、ビデオテープレコーダのドラムモータやキャプ
スタンモータ等のように高度の定速性と回転速度変動特
性の双方が要求されるような用途に対しては、モータが
原理的に有している発生トルクの変動のために回転むら
が生じるのでかかる点の技術的解決が極めて難しいとい
う問題点かあフた。
However, for applications such as drum motors and capstan motors for videotape recorders that require both highly constant speed and rotational speed fluctuation characteristics, motors in principle have The problem is that it is extremely difficult to technically solve this problem because rotational unevenness occurs due to fluctuations in torque.

第3A図および第3Bは3相、両方向通電型の従来のブ
ラシレスモータの構成の一例を示す。第3A図はロータ
を構成している永久磁石の形態を示し、ここで、1^、
 1B、 IC,・・・、IHは周方向に対してN極と
S極とに交互に着磁された永久磁石の8個の6B極であ
る。また、第3B図は電機子を示し、ここで、2−1 
と2−1°、2−2と2−2°、2−3 と2−3°は
中心対称位置にそれぞれ構成された1つの相を有する偏
平型のコイルである。
3A and 3B show an example of the configuration of a conventional three-phase, bidirectional current-carrying brushless motor. Figure 3A shows the form of the permanent magnets constituting the rotor, where 1^,
1B, IC, . . . , IH are eight 6B poles of permanent magnets that are alternately magnetized to N and S poles in the circumferential direction. Also, FIG. 3B shows the armature, where 2-1
and 2-1°, 2-2 and 2-2°, and 2-3 and 2-3° are flat coils each having one phase arranged at centrally symmetrical positions.

しかしてここで、1^〜IHの8個の磁極は紙面とは直
角の方向に均一飽和磁化されてはいるが、上述の永久磁
石1を有するロータが回転するにあたってコイル2と交
叉するときに双方間の空隙に発生する磁束の密度は隣接
する磁極の影響を受けて、はぼ正弦波状に変化すること
が知られている。従って、個々の相のコイル2との間に
発生する電磁トルクは、定電流駆動の場合第4図の(^
)で示すように正弦波状に変化する。
However, although the eight magnetic poles 1^ to IH are uniformly saturated magnetized in the direction perpendicular to the plane of the paper, when the rotor having the above-mentioned permanent magnet 1 rotates and intersects the coil 2, It is known that the density of the magnetic flux generated in the gap between the two changes almost sinusoidally under the influence of the adjacent magnetic poles. Therefore, in the case of constant current drive, the electromagnetic torque generated between the coils 2 of each phase is as shown in Fig. 4 (^
) changes in a sinusoidal manner.

すなわち、第4図は上述のモータコイル2に両方向に位
相角120°を保って定電流をそれぞれ供給し駆動した
ときのロータに発生するトルクの状態を示し、ここで、
横軸は電気角で示されたロータの回転角度、縦軸は発生
トルクの変化の状態を示す。なお、U、VおよびWはそ
れぞれ電気角において位相が60度ずつずれている3相
のコイル2間に発生する電磁トルクを示す。
That is, FIG. 4 shows the state of the torque generated in the rotor when the above-mentioned motor coil 2 is driven by supplying a constant current with a phase angle of 120° in both directions, and here,
The horizontal axis represents the rotation angle of the rotor expressed in electrical angle, and the vertical axis represents the state of change in the generated torque. Note that U, V, and W each represent electromagnetic torque generated between the three-phase coils 2 whose phases are shifted by 60 degrees in electrical angle.

そこでいま、各相におけるトルク変動の振幅を1とする
と、例えば電気角90”から150°までの間ではトル
クUとVとの合成されたトルク曲線が第4図の(B)に
示すように例えば電気角120°のところで最大となり
、その最大値は理論的に1.732となる。また、電気
角9G’のところと150°のところで最小となり、そ
の最小値は1.5となって(B)に示すように正弦波の
一部を連続させたようなリップルの波形が生じる。なお
、このような状態はトルクVとWおよびWとUとの合成
においても同様である。
Therefore, assuming that the amplitude of torque fluctuation in each phase is 1, for example, from 90'' to 150 degrees electrical angle, the combined torque curve of torques U and V will be as shown in Fig. 4 (B). For example, it reaches its maximum at an electrical angle of 120°, and its maximum value is theoretically 1.732.It also reaches its minimum at an electrical angle of 9G' and 150°, and its minimum value is 1.5 ( As shown in B), a ripple waveform that looks like a continuous part of a sine wave is generated.This situation is also the same when the torques V and W and W and U are combined.

その結果、第4図に示すように合成トルクにおいて約1
4%の振幅を有するトルクリップルが発生することにな
り、このようなトルクリップルが機器によってはその機
能に障害をもたらす。
As a result, as shown in Figure 4, the resultant torque is approximately 1
Torque ripples with an amplitude of 4% will occur, and such torque ripples may impede the functionality of some equipment.

そこで、上述のようなトルクリップルの発生を抑制する
ために種々な提案がなされてきた。第5図は特開昭58
−22574号公報に開示された例を示し、本例は主永
久磁石の個々の磁極に無磁化部または非飽和磁化部若し
くは異極部を設け、このような補償磁極の形成によって
合成トルクリップルの低減を図ったものである。
Therefore, various proposals have been made to suppress the occurrence of torque ripple as described above. Figure 5 is JP-A-58
This example shows an example disclosed in Japanese Patent No. 22574, in which a non-magnetized portion, a non-saturated magnetized portion, or a different polarity portion is provided in each magnetic pole of the main permanent magnet, and by forming such compensation magnetic poles, the composite torque ripple is reduced. This is an attempt to reduce the amount of water used.

第5図において、3^、3B、・−,3Hは主磁極をな
す永久磁石1のIA〜IHのそれぞれに2個ずつ15度
の間隔を保って配置された補償磁極であって、永久磁石
1の個々の磁極に対して電気角で60°。
In FIG. 5, 3^, 3B, . 60° in electrical angle for each individual magnetic pole of 1.

120°、240°および300°を保った位置にそれ
ぞれ補償磁極を形成することによって、第5図に示すよ
うな形態の極を設けたロータを得ることができ、このよ
うな構成とすることにより補償磁極3のところで電磁ト
ルクを変化させてトルクリップルの低減を図ることが可
能である。
By forming compensating magnetic poles at positions maintaining angles of 120°, 240°, and 300°, a rotor with poles as shown in FIG. 5 can be obtained. It is possible to reduce the torque ripple by changing the electromagnetic torque at the compensating magnetic pole 3.

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

しかしながら、上述した例のように、界磁永久磁石の主
磁極領域に無磁化部または非飽和磁化部若しくは逆極性
の磁化部による補償磁極を形成することは、設計的な観
点から、更にはその主磁極磁化電流と補償電極の磁化電
流との間の微妙な関係を保つようにすることが難しく、
複雑な磁化工程を要する上に、安定した磁化分布の実現
がまた容易でなく、更にまた実現し得たとしても大きい
トルクのロスが生じる。
However, as in the above example, forming a compensating magnetic pole by a non-magnetized part, a non-saturated magnetized part, or a magnetized part of opposite polarity in the main pole region of a field permanent magnet is difficult from a design point of view, and furthermore, It is difficult to maintain the delicate relationship between the main pole magnetizing current and the compensation electrode magnetizing current.
In addition to requiring a complicated magnetization process, it is also difficult to achieve a stable magnetization distribution, and even if it could be achieved, a large torque loss would occur.

本発明の目的は、特別な磁化工程作業を要せず、従来使
用されてきた界磁永久磁石によりしかも主磁束が形成さ
れる磁気回路における磁気抵抗の分布を変化させること
によってトルクリップルを抑制することができるように
した小形の直流ブラシレスモータを提供することにある
The purpose of the present invention is to suppress torque ripple by changing the distribution of magnetic resistance in the magnetic circuit in which the main magnetic flux is formed by conventionally used field permanent magnets without requiring any special magnetization process. The object of the present invention is to provide a small DC brushless motor that can perform the following functions.

〔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、ロータヨーク
に多極磁化された永久磁石の複数の磁極を設け、永久磁
石に対向して電機子に配設された3相を構成するコイル
の個々に両方通電するようにした直流ブラシレスモータ
において、複数の磁極に対応したロータヨーク上の位置
にコイルが配置された電気角に関連して薄肉部または溝
孔部を配設し、薄肉部または溝孔部において空隙磁束密
度を減少させることによりトルク波形を変化させるよう
にしたことを特徴とするものである。
In order to achieve such an object, the present invention provides a rotor yoke with a plurality of magnetic poles of a multi-pole magnetized permanent magnet, and each of the coils constituting the three phases disposed on the armature facing the permanent magnet. In a DC brushless motor in which both sides are energized, a thin-walled part or slotted part is arranged in relation to the electrical angle in which the coil is arranged at a position on the rotor yoke corresponding to a plurality of magnetic poles, and the thin-walled part or slotted part The present invention is characterized in that the torque waveform is changed by reducing the air gap magnetic flux density.

〔作 用〕[For production]

本発明直流ブラシレスモータによれば、ロータヨークの
半径方向に設けた薄肉部若しくは溝孔部において磁束密
度をその他の部分より低下させることができ、それによ
って合成トルクリップルの振幅を小さくすることが可能
となり、更にはリップルの周波数が元来のリップルの基
本波の2倍となることによって、ロータ自体の慣性で回
転むらを半減させることもできる。
According to the DC brushless motor of the present invention, the magnetic flux density can be lowered in the thin walled part or the slotted part provided in the radial direction of the rotor yoke than in other parts, thereby making it possible to reduce the amplitude of the composite torque ripple. Furthermore, by making the frequency of the ripple twice as high as the fundamental wave of the original ripple, the rotation unevenness can be halved by the inertia of the rotor itself.

〔実施例〕〔Example〕

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。
Embodiments of the present invention will be described in detail and specifically below based on the drawings.

第1A図および第1B図は本発明の一実施例を示し、本
例においても3相、両方向通電型であることについては
変わりはない。ここで、11は永久磁石1が取付けられ
ているロータヨーク、12は偏平コイル2が配設された
電機子ヨークであり、ヨーク11および12はいずれも
軟磁性の材料によって構成される。
FIG. 1A and FIG. 1B show an embodiment of the present invention, and this embodiment is also of the three-phase, bidirectional current-carrying type. Here, 11 is a rotor yoke to which the permanent magnet 1 is attached, 12 is an armature yoke to which the flat coil 2 is arranged, and both yokes 11 and 12 are made of a soft magnetic material.

しかして、本例ではロータヨーク11上に第1B図に図
示したように半径方向の薄肉部または切欠いた溝孔部(
以下で補償孔という)13を配設する。
In this example, as shown in FIG.
13 (hereinafter referred to as a compensation hole) is provided.

なおこの場合、補償孔13Aは永久磁石1のうち磁極I
Aに対応した部分に、以下、13B、 13C,・・・
、 13Hはそれぞれ磁極IB、 IC,・・・、 I
Hに対応した部分に形成され、個々の磁極における3等
分の位置に15°の間隔を保って2個ずつ設けられる。
In this case, the compensation hole 13A is located at the magnetic pole I of the permanent magnet 1.
Below, in the part corresponding to A, 13B, 13C,...
, 13H are magnetic poles IB, IC,..., I, respectively.
They are formed in the portion corresponding to H, and two of them are provided at 15° intervals at three equal positions on each magnetic pole.

そこで、このように構成した直流ブラシレスモータにお
いては、第2図の(A)で示すように、電気角6G’ 
、120°、・・・のところで補償孔13により空隙磁
束密度がその他の電気角位置での空l!!磁束密度より
低くなることにより、永久磁石1の方は均一に磁化され
ていても各相において電磁トルクu’ 、v’およびW
oをそれぞれ低下させ、その結果、第2図の(B)で示
すように先に第4図の(B)で示したリップルに比べて
合成トルクの山の高さを半減させ、その周波数を倍とな
して細かいリップルに変化させることが可能である。す
なわち、第4図の(B)においてはリップルの山の高さ
が(1,732−1,5) = 0.232であったの
が、約局程度にまで低められ、しかもその周波数が細か
くなることによって著しくトルクリップルを抑制するこ
とが可能である。
Therefore, in the DC brushless motor configured in this way, as shown in FIG.
, 120°, . . . due to the compensation hole 13, the air gap magnetic flux density is reduced by the air gap l! at other electrical angle positions. ! Even if the permanent magnet 1 is uniformly magnetized, the electromagnetic torques u', v' and W are lower than the magnetic flux density in each phase.
As a result, as shown in (B) in Figure 2, the height of the peak of the composite torque is halved compared to the ripple shown in (B) in Figure 4, and its frequency is reduced. It is possible to double the amount and change it into a fine ripple. In other words, in (B) of Figure 4, the height of the ripple peak was (1,732-1,5) = 0.232, but it has been reduced to about the same level, and the frequency has been finely tuned. By doing so, it is possible to significantly suppress torque ripple.

なお、上述したようなトルクリップルの抑制を達成する
ためには、上述した補償孔13を設定するにあたり、そ
の位置での磁束密度が約14%引下げられるようにすれ
ばよい。
In order to suppress the torque ripple as described above, when setting the compensation hole 13 described above, the magnetic flux density at that position may be reduced by about 14%.

〔発明の効果〕 以上説明してきたように、本発明によれば、ロータヨー
クに薄肉部または切欠ぎの溝孔部を配設し、所定の電気
角で上記の薄肉部または溝孔部によって空隙磁束密度を
低下させることにより電磁トルクの波形を変形させるよ
うにしたので、トルクリップルの発生周波数を高めると
共にその振幅の低減を図って、トルクリップルを抑制す
ることが可能となった。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the rotor yoke is provided with a thin walled portion or a slotted hole, and the air gap magnetic flux density is adjusted by the thin walled portion or slotted hole at a predetermined electrical angle. Since the waveform of the electromagnetic torque is modified by lowering the torque ripple, it is possible to suppress the torque ripple by increasing the frequency at which the torque ripple occurs and reducing its amplitude.

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

第1A図および第1B図は本発明直流ブラシレスモータ
の構成の一例を示すそれぞれ断面図およびそのロータヨ
ークの平面図、第2図は本発明直流ブラシレスモータに
よって達成し得るトルクリップルの抑制効果を説明する
ための電磁トルクの波形曲線図、第3A図および第3B
図は従来の直流ブラシレスモータにおけるロータヨーク
側における永久磁石の構成および電機子側の偏平コイル
の構成をそれぞれ示す模式図、第4図は従来の直流ブラ
シレスモータにおいて発生するトルクリップルを説明す
るための電磁トルクの波形曲線図、第5図は従来の直流
ブラシレスモータにおけるトルクリップル抑制のための
手段の一例を示す模式図である。 1・・・永久磁石、 l^〜18・・・磁極、 2・・・偏平コイル、 11・・・ロータヨーク、 13A〜13)1・・・薄肉部または溝孔部(補償孔)
、u’、v’、w’・・・電磁トルク。 IA 2;j!極 1ヒ 第1B図 第3A図 第3B図 。
FIGS. 1A and 1B are a sectional view and a plan view of the rotor yoke, respectively, showing an example of the structure of the DC brushless motor of the present invention, and FIG. 2 illustrates the torque ripple suppression effect that can be achieved by the DC brushless motor of the present invention. Electromagnetic torque waveform curve diagrams, Figures 3A and 3B for
The figure is a schematic diagram showing the configuration of the permanent magnet on the rotor yoke side and the flat coil on the armature side in a conventional DC brushless motor, and Figure 4 is an electromagnetic diagram to explain the torque ripple that occurs in a conventional DC brushless motor. The torque waveform curve diagram in FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of means for suppressing torque ripple in a conventional DC brushless motor. 1... Permanent magnet, l^~18... Magnetic pole, 2... Flat coil, 11... Rotor yoke, 13A~13) 1... Thin wall part or slotted hole (compensation hole)
, u', v', w'...electromagnetic torque. IA 2;j! Pole 1 Hi Figure 1B Figure 3A Figure 3B.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 ロータヨークに多極磁化された永久磁石の複数の磁極を
設け、前記永久磁石に対向して電機子に配設された3相
を構成するコイルの個々に両方通電するようにした直流
ブラシレスモータにおいて、 前記複数の磁極に対応した前記ロータヨーク上の位置に
前記コイルが配置された電気角に関連して薄肉部または
溝孔部を配設し、該薄肉部または溝孔部において空隙磁
束密度を減少させることによりトルク波形を変化させる
ようにしたことを特徴とする直流ブラシレスモータ。
[Scope of Claims] A rotor yoke is provided with a plurality of magnetic poles of a multi-pole magnetized permanent magnet, and each of the coils constituting three phases arranged on the armature facing the permanent magnet is energized. In the DC brushless motor, a thin wall portion or a slotted portion is provided in relation to an electrical angle at which the coil is arranged at a position on the rotor yoke corresponding to the plurality of magnetic poles, and a thin wall portion or a slotted portion is provided in the thin wall portion or the slotted portion. A DC brushless motor characterized in that the torque waveform is changed by reducing the air gap magnetic flux density.
JP31401386A 1986-12-27 1986-12-27 Dc brushless motor Pending JPS63167657A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02136054A (en) * 1988-11-15 1990-05-24 Sanyo Electric Co Ltd Brushless motor
JPH04222448A (en) * 1990-12-25 1992-08-12 Oki Electric Ind Co Ltd Flat dc brushless motor

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