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JP5759935B2 - DC brushless motor and control method thereof - Google Patents

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JP5759935B2 JP2012122766A JP2012122766A JP5759935B2 JP 5759935 B2 JP5759935 B2 JP 5759935B2 JP 2012122766 A JP2012122766 A JP 2012122766A JP 2012122766 A JP2012122766 A JP 2012122766A JP 5759935 B2 JP5759935 B2 JP 5759935B2
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俊宏 野木
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敦生 井元
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Description

本発明は、DCブラシレスモータおよびその制御方法に関し、主に圧粉磁芯を鉄心として用いるモータに関するものである。   The present invention relates to a DC brushless motor and a control method thereof, and more particularly to a motor using a dust core as an iron core.

モータは、電力を動力に変換する部品として、自動車、家電や産業用途など、幅広い分野で利用されている。モータは、非回転部分である固定子と、出力軸と共に回転する回転子とを備えて構成され、これら固定子および回転子には、電磁コイルや磁石、鉄心が含まれている。   Motors are used in a wide range of fields such as automobiles, home appliances, and industrial applications as components that convert electric power into power. The motor includes a stator that is a non-rotating part and a rotor that rotates together with the output shaft. The stator and the rotor include an electromagnetic coil, a magnet, and an iron core.

モータは、駆動力を発生する原理や構造によって幾つかの種類に分けられるが、永久磁石を用いたモータはPM(Permanent Magnet)モータと呼ばれ、特に幅広い分野で用いられている。このPMモータは、その回転子に前記永久磁石が設けられており、固定子に設けられた電磁コイルと、前記永久磁石が発する磁束との相互作用によって、回転力を得ている。   Motors are classified into several types depending on the principle and structure for generating a driving force. Motors using permanent magnets are called PM (Permanent Magnet) motors and are used in a wide range of fields. In this PM motor, the rotor is provided with the permanent magnet, and a rotational force is obtained by the interaction between the electromagnetic coil provided in the stator and the magnetic flux generated by the permanent magnet.

ところで、モータは動力源であるので、小型化へのニーズは強く、小型化のためにはより強い磁力を発生することが必要である。そのより強い磁力を得るモータには、強い磁束を発する磁石が必要であり、例えば特許文献1には、Nd―Fe−B系の元素を用いた磁石が開発されている。しかしながら、これらの磁石には、Dy(ジスプロシウム:Dysprosium)やNd(ネオジム:Neodymium)などの高価で希少な金属が必要であるという問題点もある。一方、電磁コイルで発生する磁場を大きくすることによっても強い磁力(電磁力)を得ることができ、その手法としては、励磁電流を大きくする、あるいは電磁コイルの巻き数を増やすことが有効である。しかしながら、前者はコイルの断面積、後者は巻き線の空間的な制約があり、自ずと限界がある。   By the way, since the motor is a power source, there is a strong need for downsizing, and it is necessary to generate a stronger magnetic force for downsizing. For a motor that obtains a stronger magnetic force, a magnet that emits a strong magnetic flux is required. For example, in Patent Document 1, a magnet using an Nd—Fe—B element is developed. However, these magnets also have a problem that expensive and rare metals such as Dy (Dysprosium) and Nd (Neodymium) are necessary. On the other hand, it is possible to obtain a strong magnetic force (electromagnetic force) by increasing the magnetic field generated by the electromagnetic coil, and it is effective to increase the excitation current or increase the number of turns of the electromagnetic coil as the method. . However, the former has a cross-sectional area of the coil, and the latter has a space limitation of the winding, and thus has a limit.

そこで近年では、鉄心に圧紛磁芯を用いたモータの開発が進んでいる。前記圧紛磁芯は、軟磁性用粉末の表面に絶縁皮膜を形成した後、圧紛成形と熱処理とによって成形される。ここで、従来から、モータには、電磁鋼板を打抜き、積層した積層磁芯が使用されており、その積層磁芯は積層した方向には磁束を通し難く、板面内方向に磁束を通し易いので、従来のモータには、平面内での磁気回路設計がなされてきた。これに対して上記圧紛磁芯は、軟磁性用粉末を圧粉成形して成るので、磁気特性が等方的であり、三次元的な磁気回路を有するモータの設計を可能にする磁芯材料と言える。また、圧粉磁芯は、圧紛成形における金型形状の変更や成形後の機械加工などによって任意の形状とすることができるので、三次元的な磁気設計によりモータコア形状の多様化を可能にし、扁平型や小型なモータの設計を可能にすることができる。   Therefore, in recent years, development of a motor using a powder magnetic core in an iron core has progressed. The powder magnetic core is formed by compacting and heat treatment after forming an insulating film on the surface of the soft magnetic powder. Here, conventionally, a laminated magnetic core obtained by punching and laminating electromagnetic steel sheets has been used for a motor. The laminated magnetic core is difficult to pass magnetic flux in the laminated direction and easily passes magnetic flux in the in-plane direction. Therefore, a conventional motor has been designed with a magnetic circuit in a plane. On the other hand, since the above-mentioned powder magnetic core is formed by compacting a soft magnetic powder, the magnetic characteristics are isotropic, and the magnetic core enables the design of a motor having a three-dimensional magnetic circuit. It can be said that it is a material. In addition, the powder magnetic core can be made into any shape by changing the mold shape in compacting or machining after molding, so the motor core shape can be diversified by three-dimensional magnetic design. It can enable the design of flat and small motors.

そのような圧粉磁芯を活用し、小型化したモータとして、例えば特許文献2〜4には、三次元磁気回路を用いたクローティース型モータが開示されている。これらの特許文献2〜4によれば、従来、各々のティースにコイルを巻回していたものを、クローポール型の鉄心に円環状のコイルを内装することで、巻線密度の向上、すなわち磁力の向上による小型化を可能にしている。また、圧粉磁芯を使用することで、交流磁界での駆動が可能になり、電気角で相互に120°ずれた3層構造のステータとすることにより、3相交流磁界でのブラシレス駆動をも可能にしている。   For example, Patent Documents 2 to 4 disclose a claw teeth motor using a three-dimensional magnetic circuit as a motor that is miniaturized by utilizing such a dust core. According to these Patent Documents 2 to 4, by improving the winding density, i.e., by applying a circular coil to a claw pole type iron core, which has been conventionally wound around each tooth, the magnetic force is increased. This makes it possible to reduce the size. In addition, by using a dust core, it is possible to drive with an alternating magnetic field, and by using a three-layered stator with an electrical angle shifted by 120 ° from each other, brushless driving with a three-phase alternating magnetic field is possible. It also makes it possible.

特開2009−43776号公報JP 2009-43776 A 特開2006−333545号公報JP 2006-333545 A 特開2007−32573号公報JP 2007-32573 A 特開2009−142086号公報JP 2009-142086 A

上述の特許文献2〜4には、圧紛磁芯を用いたクローポールモータが開示されている。しかしながら、クローポールモータは、単相の基本構造だけでは回転できないので、複数個積層して三相以上のユニットを構成する必要がある。ところが、三相の場合で、平均的にトルク発生に寄与しているのは最大でも2相分の磁気回路であり、1相分は体積当り出力の観点から無駄である。また、前記クローポールモータでは、回転子側に永久磁石を必要とするので、高コストであるという問題もある。さらにまた、前記クローポールモータでは、温度変化による減磁特性を考慮する必要があり、磁石選定、形状設計、冷却系の設計等において、制約があるという問題もある。   Patent Documents 2 to 4 described above disclose a claw pole motor using a powder magnetic core. However, since the claw pole motor cannot be rotated only with a single-phase basic structure, it is necessary to form a unit of three or more phases by stacking a plurality of claw pole motors. However, in the case of three phases, it is a magnetic circuit for two phases at most that contributes to torque generation on average, and one phase is useless from the viewpoint of output per volume. Further, the claw pole motor requires a permanent magnet on the rotor side, so that there is a problem of high cost. Further, the claw pole motor needs to consider demagnetization characteristics due to temperature changes, and there is a problem that there are restrictions in magnet selection, shape design, cooling system design, and the like.

本発明の目的は、低コストでスペース効率に優れ、かつ温度変化による影響も少ないDCブラシレスモータおよびその制御方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a DC brushless motor that is low in cost, excellent in space efficiency, and less affected by temperature changes, and a control method thereof.

本発明のDCブラシレスモータは、励磁コイルを有する固定子と、該固定子に同軸で設けられる回転子とを備えて構成され、前記励磁コイルの周囲に生じる磁束の流れに対する前記固定子と回転子との間の磁気抵抗変化を駆動力とするスイッチド・リラクタンス動作を行うDCブラシレスモータであって、前記固定子は、軸線方向断面における半径分で大略E字状に形成され、前記励磁コイルは、円環状に形成されて前記E字の2つの凹部にそれぞれ収容され、前記E字の3段の平行な部分において、上段および下段の部分は周方向に磁極となる複数の突起が形成された鉄芯部材を有し、中段の部分は回転子に近接する円環状に形成された鉄芯部材を有し、前記回転子は、磁極となる複数の突起が周方向に繰返し形成された鉄芯部材から成り、前記固定子における上段および下段の鉄芯部材における磁極の数は相互に等しく、かつ磁極位置が周方向に相互にずれて配置されていることを特徴とする。   A DC brushless motor according to the present invention includes a stator having an excitation coil and a rotor provided coaxially with the stator, and the stator and the rotor against the flow of magnetic flux generated around the excitation coil. A DC brushless motor that performs a switched reluctance operation using a change in magnetoresistance as a driving force. The stator is formed in an approximately E shape with a radius in an axial cross section, and the excitation coil is , Formed in an annular shape and accommodated in the two concave portions of the E-shape, and in the three parallel portions of the E-shape, the upper and lower portions are formed with a plurality of protrusions that serve as magnetic poles in the circumferential direction. The iron core member has an iron core member formed in an annular shape close to the rotor, and the rotor has an iron core in which a plurality of protrusions serving as magnetic poles are repeatedly formed in the circumferential direction. Consisting of members The number of magnetic poles in the upper and lower iron core member in the stator is characterized by being arranged offset equal to one another, and with each other the magnetic pole position in the circumferential direction.

上記の構成によれば、永久磁石を用いないモータとして、従来から、SRモータが用いられている。このSRモータは、回転に伴う磁気抵抗の変化に起因したリラクタンストルクを利用したモータで、駆動回路が、回転子の突極が近付いてきた固定子のコイルに通電を順次切り替えてゆく(switchする)ことで、前記回転子を回転させるものである。したがって、回転子に磁石を使用していないために低コストという利点があり、かつ磁石の熱減磁が問題にならないので、前記のPMモータに比べて、高温での運転が可能という利点もある。   According to said structure, SR motor is conventionally used as a motor which does not use a permanent magnet. This SR motor is a motor that uses reluctance torque caused by a change in magnetic resistance with rotation, and a drive circuit sequentially switches energization to a stator coil to which a rotor salient pole approaches. Thus, the rotor is rotated. Therefore, since no magnet is used for the rotor, there is an advantage of low cost, and thermal demagnetization of the magnet does not become a problem, and there is also an advantage that operation at a high temperature is possible compared with the PM motor. .

しかしながら、このSRモータは、1相では、回転磁界が発生しないので、回転角度によっては静止状態でトルクが得られず、自立起動ができない場合がある。すなわち、SRモータは磁気抵抗変化を駆動力として回転するものであるので、磁気抵抗変化が無い回転角度位置ではトルクを得ることができず、そのため一定速度での回転中ではトルクの無い回転角であっても慣性によって回転することができるが、静止状態でトルクの無い回転角の場合には、起動せず、回らないという問題がある。   However, since this SR motor does not generate a rotating magnetic field in one phase, depending on the rotation angle, torque may not be obtained in a stationary state and may not be able to start up independently. That is, since the SR motor rotates with the change in magnetoresistance as the driving force, torque cannot be obtained at the rotation angle position where there is no change in magnetoresistance, and therefore at a rotation angle without torque during rotation at a constant speed. Even if it exists, it can rotate by inertia, but in the case of a rotational angle without torque in a stationary state, there is a problem that it does not start and does not rotate.

そこで本発明では、励磁コイルを2層構造とし、固定子の鉄芯部材を、軸線方向断面における半径分で大略E字状に形成し、円環状の前記励磁コイルを前記E字の2つの凹部にそれぞれ収容する。また、前記E字の3段の平行な部分において、上段および下段の部分は、周方向に磁極となる複数の突起を形成し、中段の部分は回転子に近接する円環状に、すなわち回転子への対向面が、前記突起が形成されていない平滑面となるように形成する。したがって、たとえばインナーロータの場合には、外周側の固定子の鉄芯部材は、筒状の外壁から、内周側に3つの辺(リング)を延設した形状を呈する。また、前記回転子は、磁極となる複数の突起が周方向に形成される鉄芯部材から構成する。そして、前記E字の鉄芯部材の上段および下段における磁極の数を相互に等しく形成するものの、上段および下段の磁極位置を、周方向に相互に逆方向にずれて配置する。   Therefore, in the present invention, the exciting coil has a two-layer structure, the iron core member of the stator is formed in an approximately E shape with a radius in the axial cross section, and the annular exciting coil is formed by the two E-shaped recesses. Housed in each. In the three parallel parts of the E-shape, the upper and lower parts form a plurality of protrusions that are magnetic poles in the circumferential direction, and the middle part has an annular shape close to the rotor, that is, the rotor. The surface facing the surface is formed to be a smooth surface on which the protrusion is not formed. Therefore, for example, in the case of an inner rotor, the iron core member of the stator on the outer peripheral side has a shape in which three sides (rings) are extended from the cylindrical outer wall to the inner peripheral side. Further, the rotor is composed of an iron core member in which a plurality of protrusions serving as magnetic poles are formed in the circumferential direction. Then, although the number of magnetic poles in the upper and lower stages of the E-shaped iron core member is formed to be equal to each other, the upper and lower pole positions are shifted in the opposite directions in the circumferential direction.

さらに、制御方法としては、前記2つの励磁コイルの内、駆動回路は、前記回転子を正転方向に起動させる場合は一方の励磁コイルに正符号の電流を流し、逆転方向に起動させる場合は他方の励磁コイルに負符号の電流を流して起動させる。その後、前記回転子が回転起動すると、前記駆動回路は、前記2つの励磁コイルに矩形波電流を流すことで、加速や定常回転など、回転を制御する。   Further, as a control method, of the two excitation coils, the drive circuit allows a positive sign current to flow in one excitation coil when starting the rotor in the normal rotation direction, and when starting the rotor in the reverse rotation direction. The other exciting coil is activated by passing a negative sign current. Thereafter, when the rotor starts to rotate, the drive circuit controls rotation such as acceleration and steady rotation by causing a rectangular wave current to flow through the two excitation coils.

したがって、1相では回らないSRモータの起動を可能にするとともに、回転を始めると、2相分の磁気回路は常にトルクの発生に寄与しているので、スペース効率(大きさ当りの出力)を高めることができる。さらにまた、SRモータは、前述のように回転子と固定子との磁気抵抗変化を駆動力として、磁石を必要とせず、ロータの回転に必要なトルクが得られることから、該SRモータは、産業用および民生用に必須な動力源であるDCブラシレスモータにおいて、希土類磁石など希少金属を節約する効果がある。   Therefore, it is possible to start the SR motor that does not rotate in one phase, and when the rotation starts, the magnetic circuit for two phases always contributes to the generation of torque, so space efficiency (output per size) is increased. Can be increased. Furthermore, as described above, since the SR motor can obtain the torque necessary for the rotation of the rotor without using a magnet by using the magnetoresistance change between the rotor and the stator as a driving force as described above, In a DC brushless motor which is an essential power source for industrial and consumer use, there is an effect of saving rare metals such as rare earth magnets.

ところで、前記E字の鉄芯部材の中段にも突起を設け、その中段の突起に対して、上下段の突起が±βだけ位相がずれて形成される場合は、各段において凸極同士が対向する位相が異なることから、上段−中段、および下段−中段で構成される磁気回路において、インダクタンスの最大値のピーク、および最小値の谷間が尖鋭でなくなって(鈍って)しまう。ここで、SRモータでは、この稜線の傾きがトルク生成に寄与することから、前記E字の鉄芯部材の中段にも突起を設ける場合、トルクを損することになる。一方、本発明のように中段の凹凸を無くして平滑にすれば、上段側および下段側の双方の磁気回路のインダクタンスは、凸極の回転子への対向面積にのみ依存することになって、最大値ピーク、最小値谷間は尖鋭になり、結果として、大きなトルクが得られることになる。   By the way, if the E-shaped iron core member is also provided with a protrusion on the middle stage, and the upper and lower stage protrusions are formed with a phase shift of ± β with respect to the middle stage protrusion, the protruding poles at each stage Since the opposing phases are different, in the magnetic circuit constituted by the upper stage-middle stage and the lower stage-middle stage, the peak of the maximum value of the inductance and the valley of the minimum value are not sharp (blunted). Here, in the SR motor, the inclination of the ridge line contributes to the torque generation. Therefore, when the protrusion is provided also in the middle stage of the E-shaped iron core member, the torque is lost. On the other hand, if the middle stage unevenness is eliminated as in the present invention, the inductance of the magnetic circuit on both the upper stage side and the lower stage side depends only on the area facing the rotor of the convex pole, The maximum value peak and the minimum value valley become sharp, and as a result, a large torque is obtained.

また、本発明のDCブラシレスモータでは、前記励磁コイルは、帯状の導体部材が、その幅方向が該励磁コイルの回転軸方向に沿うように巻回されて成ることを特徴とする。   In the DC brushless motor of the present invention, the excitation coil is formed by winding a strip-shaped conductor member so that the width direction thereof is along the rotation axis direction of the excitation coil.

上記の構成によれば、固定子の磁芯内を流れる磁束に対して、渦電流の原因となる導体部材で直交する面は、帯の厚みに相当する幅だけであり、前記渦電流を抑制し、発熱を抑えることができる。しかも帯状の導体部材は、隙間無く巻回できるので、円柱状の素線を巻回する場合に比べて、電流密度を大きくすることができるとともに、導体部材内部からの放熱も良好である。   According to the above configuration, the surface perpendicular to the conductor member causing eddy current with respect to the magnetic flux flowing in the magnetic core of the stator is only the width corresponding to the thickness of the band, and suppresses the eddy current. And heat generation can be suppressed. Moreover, since the strip-shaped conductor member can be wound without a gap, the current density can be increased and heat radiation from the inside of the conductor member is good as compared with the case of winding a cylindrical strand.

さらにまた、本発明のDCブラシレスモータでは、前記固定子および回転子の鉄芯部材は、鉄基軟磁性粉末からなる圧紛磁芯、フェライト磁芯、または軟磁性合金粉末を樹脂中に分散させた軟磁性材料からなることを特徴とする。   Furthermore, in the DC brushless motor of the present invention, the iron core members of the stator and the rotor are made by dispersing a powder magnetic core, a ferrite magnetic core, or a soft magnetic alloy powder made of iron-based soft magnetic powder in a resin. It is characterized by comprising a soft magnetic material.

上記の構成によれば、固定子および回転子を、最適で複雑な任意形状に成型することができる。   According to said structure, a stator and a rotor can be shape | molded in the optimal and complicated arbitrary shape.

本発明のDCブラシレスモータは、以上のように、励磁コイルを有する固定子と、該固定子に同軸で設けられる回転子とを備えて構成され、SR動作を行なうDCブラシレスモータにおいて、前記固定子の鉄芯部材を、軸線方向断面における半径分で大略E字状に形成して2層構造とし、そのE字の3段の平行な部分において、上段および下段には周方向に磁極となる複数の突起を形成し、中段は回転子に近接する円環状に形成するとともに、前記固定子における上段および下段の鉄芯部材における磁極の数は相互に等しく、かつ磁極位置を相互に逆方向にずれて配置することで起動を可能にする。   As described above, the DC brushless motor according to the present invention includes a stator having an exciting coil and a rotor provided coaxially with the stator, and in the DC brushless motor performing SR operation, the stator The iron core member is formed into a two-layer structure by forming an approximately E shape with a radius in the axial cross section, and a plurality of poles in the circumferential direction in the upper stage and the lower stage in the three parallel parts of the E shape. The middle stage is formed in an annular shape close to the rotor, the number of magnetic poles in the upper and lower iron core members in the stator is equal to each other, and the magnetic pole positions are shifted in opposite directions. It is possible to start by arranging.

それゆえ、回転子に磁石を使用していないために低コストであり、かつ磁石の熱減磁の問題も無い。また、2相分の磁気回路は常にトルクの発生に寄与しているので、スペース効率(大きさ当りの出力)を高めることもできる。また、前記E字の鉄芯部材の中段にも突起を設ける場合に比べて、磁気回路のインダクタンスの最大値ピークおよび最小値谷間が鋭くなり、大きなトルクを得ることができる。   Therefore, since no magnet is used for the rotor, the cost is low and there is no problem of thermal demagnetization of the magnet. Further, since the magnetic circuit for two phases always contributes to the generation of torque, the space efficiency (output per size) can be improved. In addition, the maximum peak value and the minimum value valley of the inductance of the magnetic circuit are sharper than those in the case where the protrusions are also provided in the middle stage of the E-shaped iron core member, and a large torque can be obtained.

本発明の実施の一形態に係るDCブラシレスモータの軸線方向断面図である。1 is an axial sectional view of a DC brushless motor according to an embodiment of the present invention. 前記DCブラシレスモータの一部を切り欠いて示す斜視図である。It is a perspective view which cuts and shows a part of said DC brushless motor. 前記DCブラシレスモータの固定子の一部を切り欠いて示す斜視図である。It is a perspective view which cuts and shows a part of stator of the said DC brushless motor. 前記DCブラシレスモータの軸直角断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view perpendicular to the axis of the DC brushless motor. 前記DCブラシレスモータの固定子の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the stator of the DC brushless motor. 前記DCブラシレスモータの励磁コイルに通電したときの磁束の流れを示す磁界解析結果の図である。It is a figure of the magnetic field analysis result which shows the flow of magnetic flux when it supplies with electricity to the exciting coil of the said DC brushless motor. 前記DCブラシレスモータの回転子の斜視図である。It is a perspective view of the rotor of the DC brushless motor. 前記DCブラシレスモータの駆動回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the drive circuit of the said DC brushless motor. 前記駆動回路による駆動方法の一例を説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating an example of the drive method by the said drive circuit. 回転子および固定子の磁極数を4とし、所定の磁極幅とした場合の回転に伴うインダクタンスの計算結果を示す図である。It is a figure which shows the calculation result of the inductance accompanying rotation when the number of magnetic poles of a rotor and a stator is set to 4 and it is set as the predetermined magnetic pole width. 前記駆動回路による駆動方法の他の例を説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating the other example of the drive method by the said drive circuit. 本願発明の比較例のDCブラシレスモータにおける図4に対応した軸直角断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view perpendicular to the axis corresponding to FIG. 4 in a DC brushless motor of a comparative example of the present invention. 図12の比較例における図10に対応した回転に伴うインダクタンスの計算結果を示す図である。It is a figure which shows the calculation result of the inductance accompanying the rotation corresponding to FIG. 10 in the comparative example of FIG. 本発明の実施の他の形態に係るDCブラシレスモータのケーシングを外して内部構造を示す斜視図である。It is a perspective view which removes the casing of the DC brushless motor which concerns on the other form of implementation of this invention, and shows an internal structure. 図14で示すDCブラシレスモータの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the DC brushless motor shown in FIG. 本発明の実施のさらに他の形態に係るDCブラシレスモータの軸直角断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view perpendicular to the axis of a DC brushless motor according to still another embodiment of the present invention. 本発明の実施のさらに他の形態に係るDCブラシレスモータの軸直角断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view perpendicular to the axis of a DC brushless motor according to still another embodiment of the present invention.

(実施の形態1)
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted suitably.

図1は本発明の実施の一形態に係るDCブラシレスモータ1の軸線方向断面図であり、図2はそのDCブラシレスモータ1の一部を切り欠いて示す斜視図であり、図3は固定子2の一部を切り欠いて示す斜視図であり、図4(a)(b)(c)はそのDCブラシレスモータ1のA−A,B−B,C−Cの各切断面における軸直角断面図であり、図5は固定子2の分解斜視図である。   FIG. 1 is an axial sectional view of a DC brushless motor 1 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a part of the DC brushless motor 1, and FIG. 3 is a stator. 4 is a perspective view of the DC brushless motor 1 cut along a part of AA, BB, and CC along the axis perpendicular to each other. FIG. 5 is an exploded perspective view of the stator 2.

このDCブラシレスモータ1は、大略的に、2つの励磁コイル31,32を有する固定子2と、該固定子2の内部に同軸で設けられるインナーロータの回転子4とを備えて構成され、前記励磁コイル31,32の周囲に生じる磁束の流れに対する前記固定子2と回転子4との間の磁気抵抗変化を駆動力とするSR動作を行なうDCブラシレスモータである。そして、このDCブラシレスモータ1は、前記励磁コイル31,32を2層構造で実現し、以下の構成を採用している。   The DC brushless motor 1 is generally configured to include a stator 2 having two exciting coils 31 and 32, and an inner rotor rotor 4 provided coaxially inside the stator 2, It is a DC brushless motor that performs an SR operation using a change in magnetoresistance between the stator 2 and the rotor 4 as a driving force with respect to the flow of magnetic flux generated around the exciting coils 31 and 32. And this DC brushless motor 1 implement | achieves the said exciting coils 31 and 32 by 2 layer structure, and has employ | adopted the following structures.

先ず、図1〜図3および図5で示すように、前記固定子2の鉄芯部材20は、軸線Z方向に3つに分割される部材21,22,23から構成されている。そして、この鉄芯部材20は、軸線Z方向の断面における半径分で大略E字状に形成される。すなわち、このようなインナーロータの場合で、外周側の固定子2の鉄芯部材20は、筒状の外壁から、内周側に3つの辺(リング)を延設した形状を呈する。   First, as shown in FIG. 1 to FIG. 3 and FIG. 5, the iron core member 20 of the stator 2 includes members 21, 22, and 23 that are divided into three in the axis Z direction. The iron core member 20 is formed in an approximately E shape with a radius in a cross section in the axis Z direction. That is, in the case of such an inner rotor, the iron core member 20 of the stator 2 on the outer peripheral side has a shape in which three sides (rings) are extended from the cylindrical outer wall to the inner peripheral side.

注目すべきは、前記E字の3段の平行な部分211,221,231において、図4で示すように、上段および下段の部分211,231には、磁極となる複数の突起212,232がそれぞれ周方向に繰返し形成されるのに対して、中段の部分221は、回転子4との間に微小ギャップを有する円環状に形成されていることである。上段の部分211の突起(磁極)212と、下段の部分の突起(磁極)232とは、相互に等しい数で、かつ図4で示すように、所定の中心線Yに対して、相互に逆方向に等しい角度βだけずれて配置されている。したがって、中段の部分221は、全周が磁極となる。   It should be noted that, in the E-shaped three-stage parallel portions 211, 221, 231, as shown in FIG. 4, the upper and lower portions 211, 231 have a plurality of protrusions 212, 232 serving as magnetic poles. Each of them is repeatedly formed in the circumferential direction, whereas the middle portion 221 is formed in an annular shape having a minute gap with the rotor 4. The protrusions (magnetic poles) 212 of the upper part 211 and the protrusions (magnetic poles) 232 of the lower part are equal in number to each other and reverse to each other with respect to a predetermined center line Y as shown in FIG. They are offset by an angle β equal to the direction. Therefore, the entire middle portion 221 is a magnetic pole.

そして、前記E字の2つの凹部24,25に、円環状の前記励磁コイル31,32が、それぞれ収容されている。そのため、上段および下段の部材21,23については、周方向に展開した場合における軸線Z方向の断面が大略L字状に形成され、L字の周壁213,233上が中段の部材22で閉塞されて、前記凹部24,25を形成する。実際の組立ては、上段および下段の部材21,23のL字の部分に励磁コイル31,32を収容し、周壁213,233上に接着剤を塗布した後、各部材21,22,23を組上げることで行われる。或いは、接着に代えて、各部材21,22,23がボルト締めされてもよい。前記励磁コイル31,32は、帯状の導体部材が、その幅方向が該励磁コイル31,32の回転軸Z方向に沿うように巻回されて成る。   The annular exciting coils 31 and 32 are accommodated in the two E-shaped recesses 24 and 25, respectively. Therefore, for the upper and lower members 21 and 23, the cross section in the axis Z direction when deployed in the circumferential direction is substantially L-shaped, and the L-shaped peripheral walls 213 and 233 are closed by the middle member 22. Thus, the recesses 24 and 25 are formed. In actual assembly, the exciting coils 31 and 32 are accommodated in the L-shaped portions of the upper and lower members 21 and 23, and an adhesive is applied to the peripheral walls 213 and 233, and then the members 21, 22, and 23 are assembled. It is done by raising. Or each member 21, 22, 23 may be bolted instead of adhesion. The excitation coils 31 and 32 are formed by winding a strip-shaped conductor member so that the width direction thereof is along the rotation axis Z direction of the excitation coils 31 and 32.

前記図6は、このDCブラシレスモータ1の励磁コイル31,32に通電したときの磁束の流れを示す磁界解析結果の図である。上段および下段の部材21,23における突起(磁極)212,232の厚みを1とするとき、中段の部材22の厚みを、(a)は0.6倍としたものであり、(b)は1.5倍としたものであり、(c)は1.9倍としたものである。これらの図で示すように、中段の部材22では、上段および下段の部材21,23の両方からの磁束線が通過するので、磁束線が過密になり、該中段の部材22の厚みが薄くなる程、突起(磁極)212,232や該中段の部材22の先端以外から回転子4の表面に漏れる磁束が多くなっている。このため、該中段の部材22の厚みとしては、上段および下段の部材21,23における突起(磁極)212,232の厚みの1.5倍以上とすることが好ましい。   FIG. 6 is a magnetic field analysis result showing the flow of magnetic flux when the exciting coils 31 and 32 of the DC brushless motor 1 are energized. When the thicknesses of the protrusions (magnetic poles) 212 and 232 in the upper and lower members 21 and 23 are 1, the thickness of the middle member 22 is (a) 0.6 times, and (b) 1.5 times, and (c) is 1.9 times. As shown in these drawings, in the middle member 22, the magnetic flux lines from both the upper and lower members 21 and 23 pass, so the magnetic flux lines become overcrowded and the thickness of the middle member 22 is reduced. The more magnetic flux leaks to the surface of the rotor 4 from other than the protrusions (magnetic poles) 212 and 232 and the tip of the middle member 22. Therefore, the thickness of the middle member 22 is preferably 1.5 times or more the thickness of the protrusions (magnetic poles) 212 and 232 in the upper and lower members 21 and 23.

一方、前記回転子4は、図7でも示すように、磁極となる複数の突起41が周方向に繰返し形成される鉄芯部材40から成る。回転子4の出力軸42は、前記鉄芯部材40に圧入される別体であっても、或いは鉄芯部材40と一体で成型されてもよい。   On the other hand, as shown in FIG. 7, the rotor 4 includes an iron core member 40 in which a plurality of protrusions 41 serving as magnetic poles are repeatedly formed in the circumferential direction. The output shaft 42 of the rotor 4 may be a separate body that is press-fitted into the iron core member 40 or may be molded integrally with the iron core member 40.

図8は、上記のように構成されるDCブラシレスモータ1の駆動回路5の一例を示す図である。本実施形態では、上述のような2層構造の励磁コイル31,32は、図1で示すように、相互に逆方向の磁界を発生する必要がある。そして、これらの励磁コイル31,32は、後述するように、加速時および定常回転時には、相互に直列に接続されて、矩形波パルスで駆動される。このため、図5で示すように励磁コイル31,32が相互に等しく形成される場合(図5では、上から見て、共に時計回りに巻回されている)、電流の向きを相互に逆方向にする必要があり、一方の励磁コイル(31)の内周端(311)と他方の励磁コイル(32)の外周端(321)とが接続され、一方の励磁コイル(31)の外周端(312)と他方の励磁コイル(32)の内周端(322)とが、それぞれ直流電源51からのライン52,53に接続される。前記ライン52,53の一方(図8ではハイ側の52)には、通電を制御するスイッチTr0が介在されている。また、前記ライン52,53間には、後述する正逆転の選択スイッチTr1,Tr2が直列に介在されており、それらの接続点54に前記一方の励磁コイル(31)の内周端(311)と他方の励磁コイル(32)の外周端(321)とが接続される。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the drive circuit 5 of the DC brushless motor 1 configured as described above. In the present embodiment, the excitation coils 31 and 32 having the two-layer structure as described above need to generate magnetic fields in opposite directions as shown in FIG. As will be described later, these exciting coils 31 and 32 are connected in series to each other and driven by a rectangular wave pulse during acceleration and steady rotation. For this reason, when the exciting coils 31 and 32 are formed equally as shown in FIG. 5 (in FIG. 5, both are wound clockwise when viewed from above), the directions of the currents are reversed to each other. The inner peripheral end (311) of one exciting coil (31) and the outer peripheral end (321) of the other exciting coil (32) are connected, and the outer peripheral end of one exciting coil (31) is required. (312) and the inner peripheral end (322) of the other exciting coil (32) are connected to lines 52 and 53 from the DC power supply 51, respectively. A switch Tr0 for controlling energization is interposed in one of the lines 52 and 53 (52 on the high side in FIG. 8). Further, between the lines 52 and 53, forward / reverse selection switches Tr1 and Tr2 to be described later are interposed in series, and an inner peripheral end (311) of the one exciting coil (31) is connected to a connection point 54 thereof. And the outer peripheral end (321) of the other exciting coil (32).

これに対して、2つの励磁コイル31,32の巻回方向が相互に逆方向である場合、内周端(311,322)が前記ライン52,53または接続点54の一方に接続され、外周端(312,321)が前記ライン52,53または接続点54の他方に接続されればよい。   On the other hand, when the winding directions of the two exciting coils 31 and 32 are opposite to each other, the inner peripheral ends (311 and 322) are connected to one of the lines 52 and 53 or the connection point 54 to The end (312 and 321) may be connected to the other of the lines 52 and 53 or the connection point 54.

図9は、上記のように構成される駆動回路5による駆動方法を説明するための波形図である。図9(a)は正転駆動の場合を示し、図9(b)は逆転駆動の場合を示す。この図9は、上述のように励磁コイル31,32を相互に等しいものとした場合の駆動波形を示す。そして、図4で示すモータ1のインダクタンス特性は、たとえば図10のようになる。図10は、回転に伴うインダクタンスL(θ)の計算結果を半周分示す図である。ただし、図10では、回転子4および固定子2の上段および下段の部材21,23における磁極数を4とし、回転子4の磁極の周期に対する磁極幅αを50%とし、固定子2では、上下段の突起(磁極)212,232の磁極幅γを同様に50%とし、前記中心線Yに対する上下段の突起(磁極)212,232のずれの角度βを22.5°としている。♯1のグラフは一方の励磁コイル31のインダクタンスを示し、♯2のグラフは他方の励磁コイル32のインダクタンスを示す。   FIG. 9 is a waveform diagram for explaining a driving method by the driving circuit 5 configured as described above. FIG. 9A shows the case of forward drive, and FIG. 9B shows the case of reverse drive. FIG. 9 shows drive waveforms when the exciting coils 31 and 32 are equal to each other as described above. And the inductance characteristic of the motor 1 shown in FIG. 4 becomes like FIG. 10, for example. FIG. 10 is a diagram illustrating a calculation result of the inductance L (θ) accompanying the rotation for a half circumference. However, in FIG. 10, the number of magnetic poles in the upper and lower members 21 and 23 of the rotor 4 and the stator 2 is 4, and the magnetic pole width α with respect to the period of the magnetic poles of the rotor 4 is 50%. Similarly, the magnetic pole width γ of the upper and lower protrusions (magnetic poles) 212 and 232 is 50%, and the deviation angle β of the upper and lower protrusions (magnetic poles) 212 and 232 with respect to the center line Y is 22.5 °. The graph of # 1 shows the inductance of one exciting coil 31, and the graph of # 2 shows the inductance of the other exciting coil 32.

この図10から、2つの励磁コイル31,32の内、回転子4を正転方向に起動させる場合は、図9(a)で示すように、先ず一方の励磁コイル(31(♯1のグラフ))に正符号の電流を流し、前記回転子4が回転し始めた後は、両方の励磁コイル(31,32(♯1,♯2のグラフ))に、相互に極性が反転した矩形波電流を流すことで、加速や定常回転を行わせられることが理解される。一方、逆転させる場合は、図9(b)で示すように、起動時に他方の励磁コイル(32(♯2のグラフ))に負符号の電流を流し、前記回転子4が回転し始めた後は、両方の励磁コイル(31,32(♯1,♯2のグラフ))に、相互に極性が反転した矩形波電流を流すことで、加速や定常回転を行わせられることが理解される。したがって、この図9で示すように、励磁コイル31,32は、相互に逆相の電流で駆動され、擬似的に2相で駆動されることになる。励磁コイル31,32の巻回方向自体が相互に反対である場合は、同相の電流で駆動される。ただし、後述のように、起動の関係で、個別にスイッチング制御される。   From FIG. 10, when the rotor 4 is activated in the forward rotation direction out of the two excitation coils 31, 32, first, as shown in FIG. 9A, one excitation coil (31 (# 1 graph) )), A positive wave is passed through and the rotor 4 begins to rotate. After that, the rectangular waves whose polarities are reversed are applied to both excitation coils (31 and 32 (graphs of # 1 and # 2)). It is understood that acceleration and steady rotation can be performed by passing a current. On the other hand, in the case of reverse rotation, as shown in FIG. 9B, a negative sign current is supplied to the other exciting coil (32 (graph of # 2)) at the time of startup, and the rotor 4 starts to rotate. It is understood that acceleration and steady rotation can be performed by flowing rectangular wave currents having opposite polarities to both excitation coils (31, 32 (graphs of # 1, # 2)). Therefore, as shown in FIG. 9, the exciting coils 31 and 32 are driven by currents having opposite phases, and are driven in a pseudo two-phase manner. When the winding directions of the exciting coils 31 and 32 are opposite to each other, the exciting coils 31 and 32 are driven with an in-phase current. However, as will be described later, switching control is individually performed in relation to activation.

図8の駆動回路5において、具体的には、回転子4を正転方向に起動させる場合には、該駆動回路5は、選択スイッチTr1はOFFしたままとし、選択スイッチTr2およびスイッチTr0をONして、直流電源51−スイッチTr0−励磁コイル31−選択スイッチTr2−直流電源51の電流経路を形成して起動させた後、選択スイッチTr2をOFFし、直流電源51−スイッチTr0−励磁コイル31−励磁コイル32−直流電源51の電流経路に切換え、スイッチTr0をON/OFFすることで、矩形波電流を与える。これに対して、回転子4を逆転方向に起動させる場合は、該駆動回路5は、選択スイッチTr2はOFFしたままとし、選択スイッチTr1およびスイッチTr0をONして、直流電源51−スイッチTr0−選択スイッチTr1−励磁コイル32−直流電源51の電流経路を形成して起動させた後、選択スイッチTr1をOFFし、直流電源51−スイッチTr0−励磁コイル31−励磁コイル32−直流電源51の電流経路に切換え、スイッチTr0をON/OFFすることで、矩形波電流を与える。   In the drive circuit 5 of FIG. 8, specifically, when the rotor 4 is started in the forward rotation direction, the drive circuit 5 keeps the selection switch Tr1 OFF and turns on the selection switch Tr2 and the switch Tr0. Then, after the DC power source 51-switch Tr0-excitation coil 31-selection switch Tr2-DC power source 51 is formed and activated, the selection switch Tr2 is turned off, and the DC power source 51-switch Tr0-excitation coil 31 is activated. -Excitation coil 32-Switching to the current path of the DC power supply 51 and turning on / off the switch Tr0 gives a rectangular wave current. On the other hand, when starting the rotor 4 in the reverse rotation direction, the drive circuit 5 keeps the selection switch Tr2 turned off, turns on the selection switch Tr1 and the switch Tr0, and turns on the DC power supply 51-switch Tr0-. After the current path of the selection switch Tr1-excitation coil 32-DC power supply 51 is formed and activated, the selection switch Tr1 is turned OFF, the DC power supply 51-switch Tr0-excitation coil 31-excitation coil 32-current of the DC power supply 51 Switching to the path and turning on / off the switch Tr0 gives a rectangular wave current.

好ましくは、図11で示すように、駆動回路5は、起動側の励磁コイルのみに電流を流した後、加速および定常回転のために両方の励磁コイルに電流パルスを与えるにあたって、(後から電流を流す)追従側の励磁コイルへの電流パルスを、遅れて与えることである。図11では、駆動回路5は、両方の励磁コイルに与える1発目の電流パルスに、時間差τを設けている。図11(a)および図11(b)は、それぞれ図9(a)および図9(b)に対応している。前記時間差τは、回転速度が高くなる程小さくなり、また前記突起(磁極)212,232のずれβが大きくなる程大きく設定される。そのような制御は、図示しないエンコーダによる回転子4の回転角度位置の検出結果に応答して、図示しない制御回路によって行われる。このように構成することで、より効率的に加速することができる。   Preferably, as shown in FIG. 11, the drive circuit 5 applies a current pulse only to the excitation coil on the starting side and then applies a current pulse to both excitation coils for acceleration and steady rotation (afterwards, the current The current pulse to the exciting coil on the tracking side is given with a delay. In FIG. 11, the drive circuit 5 provides a time difference τ for the first current pulse applied to both exciting coils. FIG. 11A and FIG. 11B correspond to FIG. 9A and FIG. 9B, respectively. The time difference τ becomes smaller as the rotational speed becomes higher and becomes larger as the deviation β between the protrusions (magnetic poles) 212 and 232 becomes larger. Such control is performed by a control circuit (not shown) in response to the detection result of the rotation angle position of the rotor 4 by an encoder (not shown). By comprising in this way, it can accelerate more efficiently.

なお、起動電流は、図9や図11で示すような1発のパルスに限らず、複数発のパルスで構成されてもよく、また可変電圧電流出力が可能な素子を用いる場合には、三角波で出力されてもよい。すなわち、どの位置から起動するか、或いは、負荷の重さなどに応じて、同じ起動パルスや駆動パルスを入力しても、実際にはそれに対する応答が異なるので、図9や図11で示す例は、あくまで目安であり、前記制御回路は、前記エンコーダの検出結果に応答して、起動パルス数や駆動パルスの波高値を逐次制御する。   The starting current is not limited to a single pulse as shown in FIG. 9 or FIG. 11, and may be composed of a plurality of pulses. When an element capable of variable voltage current output is used, a triangular wave is used. May be output. That is, even if the same start pulse or drive pulse is input depending on the position from which to start or the weight of the load, etc., the response to that actually differs, so the examples shown in FIGS. 9 and 11 Is a guide only, and the control circuit sequentially controls the number of start pulses and the peak value of the drive pulse in response to the detection result of the encoder.

以下に、本実施形態のモータ構造で生じるトルク(=吸引力)T・δθ(=N・δθ=F・δx=ΔE)の評価を行う。前記トルクTは、モデル磁気回路から以下のようにして近似計算されるインダクタンスLの、回転子4の回転角θに対する変化率∂L(θ)/∂θに比例する。   In the following, torque (= attraction force) T · δθ (= N · δθ = F · δx = ΔE) generated in the motor structure of the present embodiment is evaluated. The torque T is proportional to the rate of change ∂L (θ) / ∂θ with respect to the rotation angle θ of the rotor 4 of the inductance L approximately calculated from the model magnetic circuit as follows.

そして、一般にインダクタンスLは起電力で定義されるので、その起電力Vと幾何寸法との関係は、以下のようになる。なお、SRモータでの起電力は、励磁コイルに一定電流を流し、励磁させた状態で、回転子を回してインダクタンスを変化させると、電流を流さないような逆起電力が生じる現象であり、無電流で回転させて、適切なタイミングで(交流)電流を流すと、SRモータは電磁ブレーキとして使用することができる。   Since the inductance L is generally defined by an electromotive force, the relationship between the electromotive force V and the geometric dimension is as follows. The electromotive force in the SR motor is a phenomenon in which, when a constant current is passed through the excitation coil and the inductance is changed by turning the rotor to change the inductance, a back electromotive force that does not pass the current is generated. The SR motor can be used as an electromagnetic brake when rotating with no current and passing an (alternating current) current at an appropriate timing.

ただし、SuおよびSmは、回転子4の突起41と、固定子2の上段の突起(磁極)212および中段の部材22との重なり面積を表し、guおよびgmは、回転子4の突起41と、固定子2の上段の突起(磁極)212および中段の部材22とのギャップを表す。また、Scおよびlcは、(ヨーク)コアの中を貫通する磁束線に対する平均的(実効的)な断面積および経路長さを表し、その(ヨーク)コアの透磁率μは、真空中の透磁率μより充分大きく、(μ/μ)・(lc/Sc)は、実質的に0とみなすことができる。こうして、起電力Vは、磁束密度Bと磁束線に対する断面積Sとの時間変化に対応することが理解される。 However, Su and Sm represent the overlapping area of the protrusion 41 of the rotor 4, the upper protrusion (magnetic pole) 212 of the stator 2 and the middle member 22, and gu and gm are the protrusion 41 of the rotor 4. The gap between the upper projection (magnetic pole) 212 and the middle member 22 of the stator 2 is shown. Sc and lc represent the average (effective) cross-sectional area and path length with respect to the magnetic flux lines penetrating through the (yoke) core, and the permeability μ of the (yoke) core is the permeability in vacuum. It is sufficiently larger than the magnetic permeability μ 0 , and (μ / μ 0 ) · (lc / Sc) can be regarded as substantially zero. Thus, it is understood that the electromotive force V corresponds to the time change of the magnetic flux density B and the cross-sectional area S with respect to the magnetic flux lines.

さらに、固定子2と、回転子4との磁極間のギャップgは充分小さく、磁束線は、それら磁極同士の重なりのみを通過するという近似モデルを考える。その時の本モータ構造の等価磁気回路のインダクタンスは、突起(磁極)212,232と回転子4との間の磁気抵抗と、回転子4と中段の部材22との間の磁気抵抗との直列磁気抵抗に反比例することから、次式のような近似見積式が得られる。なお、次式は、固定子2の上段の突起(磁極)212から中段の部材22までの間のインダクタンスであり、下段の突起(磁極)232から中段の部分221までの間のインダクタンスも、同様に求めることができる。   Further, an approximate model is considered in which the gap g between the magnetic poles of the stator 2 and the rotor 4 is sufficiently small, and the magnetic flux lines pass only through the overlap between the magnetic poles. The inductance of the equivalent magnetic circuit of the motor structure at that time is the series magnetism of the magnetic resistance between the protrusions (magnetic poles) 212 and 232 and the rotor 4 and the magnetic resistance between the rotor 4 and the middle member 22. Since it is inversely proportional to the resistance, an approximate estimation expression such as the following expression is obtained. The following equation is the inductance between the upper projection (magnetic pole) 212 of the stator 2 and the middle member 22, and the inductance between the lower projection (magnetic pole) 232 and the middle portion 221 is the same. Can be requested.

すなわち、磁極の重なり面積がインダクタンスLになり、トルクの大小は、そのインダクタンスL(θ)の最大Lmaxと最小Lminとの差ΔLで、凡そその大きさが評価できる。   That is, the overlapping area of the magnetic poles becomes the inductance L, and the magnitude of the torque can be evaluated by the difference ΔL between the maximum Lmax and the minimum Lmin of the inductance L (θ).

ここで、本実施形態のDCブラシレスモータ1は、前述のように、前記E字の断面において、3段の平行な部分211,221,231の内、図4で示すように、上段および下段の部分211,231には、磁極となる複数の突起212,232がそれぞれ周方向に繰返し形成されるのに対して、中段の部分221は、回転子4との間に微小ギャップを有する円環状に形成されている。これに対して、比較例として、図12のDCブラシレスモータ1’で示すように、中段の部分221にも、磁極となる複数の突起222を周方向に繰返し形成される構成を考える。このようなDCブラシレスモータ1’は、たとえば国際公開第2006/126552号の図84および図85や、永久磁石モータではあるが、実願昭49−106499号のマイクロフィルムなどに示されている。   Here, as described above, the DC brushless motor 1 of the present embodiment has an upper stage and a lower stage as shown in FIG. 4 among the three parallel parts 211, 221, and 231 in the E-shaped cross section. In the portions 211 and 231, a plurality of protrusions 212 and 232 that are magnetic poles are repeatedly formed in the circumferential direction, whereas the middle portion 221 is in an annular shape having a minute gap between the rotor 4 and the middle portion 221. Is formed. On the other hand, as a comparative example, consider a configuration in which a plurality of protrusions 222 serving as magnetic poles are repeatedly formed in the circumferential direction on the middle portion 221 as shown by a DC brushless motor 1 ′ in FIG. 12. Such a DC brushless motor 1 'is shown, for example, in FIGS. 84 and 85 of International Publication No. 2006/126552 or a microfilm of Japanese Patent Application No. 49-106499, although it is a permanent magnet motor.

上述のようなDCブラシレスモータ1’について、図13は、回転に伴うインダクタンスL(θ)の計算結果を半周分示す図である。このDCブラシレスモータ1’と、本願のDCブラシレスモータ1とは、前記中段の部分221に突起(磁極)222が形成されているか(図12)、形成されていないか(図4)が相違するだけである。   For the DC brushless motor 1 ′ as described above, FIG. 13 is a diagram showing a calculation result of the inductance L (θ) associated with the rotation for half a circle. The DC brushless motor 1 ′ and the DC brushless motor 1 of the present application differ in whether a protrusion (magnetic pole) 222 is formed on the middle portion 221 (FIG. 12) or not (FIG. 4). Only.

図10と図13とを比較すると、図10の方が、インダクタンス(♯1,♯2のグラフ)の変化が大きいことが理解される。これは、本願のDCブラシレスモータ1は、中段の部分221に突起222が形成されていないために、前記数2および数3におけるギャップgmおよび磁極の重なり面積Smが変化せず、特に磁極の重なり面積Smは、常に比較例のDCブラシレスモータ1’の最大値にあるためである。   Comparing FIG. 10 with FIG. 13, it is understood that the change in inductance (graphs of # 1 and # 2) is larger in FIG. This is because, in the DC brushless motor 1 of the present application, since the protrusion 222 is not formed in the middle portion 221, the gap gm and the overlapping area Sm of the magnetic poles in the equations 2 and 3 do not change, and especially the overlapping of the magnetic poles This is because the area Sm is always at the maximum value of the DC brushless motor 1 ′ of the comparative example.

さらに、図10の方が、インダクタンス(♯1,♯2のグラフ)の極大値Lmax付近および極小値Lmin付近での変化が激しくなっている。図12では、特に、○印を付して示す回転角で増(減)変化勾配が小さく、中でも、極小値Lmin付近では、両方のインダクタンス(♯1,♯2のグラフ)の増(減)変化勾配が小さい。したがって、比較例のDCブラシレスモータ1’では、起動トルクが小さい位相角が多く存在し、特に極小値Lmin付近で起動し難いことが予想されるのに対して、本願のDCブラシレスモータ1では、良好な起動性を確保し、始動時の回転を任意方向に起動することもできる。   Further, in FIG. 10, the inductances (graphs of # 1 and # 2) change more rapidly near the maximum value Lmax and the minimum value Lmin. In FIG. 12, the increase (decrease) change gradient is particularly small at the rotation angle indicated by a circle, and in particular, in the vicinity of the minimum value Lmin, both inductances (graphs of # 1 and # 2) increase (decrease). The change gradient is small. Accordingly, in the DC brushless motor 1 ′ of the comparative example, there are many phase angles with a small starting torque, and it is expected that starting is particularly difficult in the vicinity of the minimum value Lmin. Good startability can be secured, and rotation at the start can be started in any direction.

表1には、本実施の形態のDCブラシレスモータ1と、従来技術の各タイプのモータとの比較結果を示す。   Table 1 shows a comparison result between the DC brushless motor 1 of the present embodiment and each type of motor of the prior art.

すなわち、本実施の形態のDCブラシレスモータ1は、永久磁石が不要で、安価な材料で実現できるSRモータの動作で、クローティースモータやクローポールモータのように、コアや巻線構造を簡略化し、低コスト化することができるとともに、磁石の熱減磁が問題にならないので、PMモータに比べて、高温での運転が可能である。   In other words, the DC brushless motor 1 of the present embodiment does not require a permanent magnet, and is an SR motor operation that can be realized with an inexpensive material. Thus, the core and winding structure are simplified as in the case of the crotches motor and the claw pole motor. The cost can be reduced, and thermal demagnetization of the magnet does not become a problem, so that it can be operated at a higher temperature than the PM motor.

しかしながら、このSRモータは、1相では、回転磁界が発生しないので、回転角度によっては静止状態でトルクが得られず、自立起動ができない場合がある。すなわち、SRモータは磁気抵抗変化を駆動力として回転するものであるので、磁気抵抗変化が無い回転角度位置では、トルクを得ることができず、一定速度での回転中ではトルクの無い回転角であっても慣性によって回転することができるが、静止状態でトルクの無い回転角の場合には起動できず、回らないという問題がある。   However, since this SR motor does not generate a rotating magnetic field in one phase, depending on the rotation angle, torque may not be obtained in a stationary state and may not be able to start up independently. That is, since the SR motor rotates using the magnetoresistance change as a driving force, torque cannot be obtained at a rotation angle position where there is no magnetoresistance change, and at a rotation angle without torque during rotation at a constant speed. Even if it exists, it can be rotated by inertia, but there is a problem that it cannot start and does not rotate when the rotation angle is stationary and there is no torque.

そこで本実施の形態のDCブラシレスモータ1では、励磁コイルを31,32の2層構造とし、固定子2の鉄芯部材20を、周方向に展開した場合における軸線Z方向の断面を大略E字状に形成し、さらにそのE字の3段の平行な部分211,221,231において、上段および下段の部分211,231には磁極となる複数の突起212,232を周方向に繰返し形成する一方、中段の部分221は回転子4との間に微小ギャップを有する円環状に形成し、円環状の前記励磁コイル31,32を前記E字の2つの凹部24,25にそれぞれ収容する。また、前記回転子4は、磁極となる複数の突起41が周方向に繰返し形成される鉄芯部材40から構成する。そして、前記突起(磁極)212,232の数を相互に等しく形成するものの、所定の中心線Yに対して、上段および下段の突起(磁極)212,232の位置を相互に逆方向にずれて配置する。   Therefore, in the DC brushless motor 1 of the present embodiment, the excitation coil has a two-layer structure of 31 and 32, and the cross section in the axis Z direction when the iron core member 20 of the stator 2 is expanded in the circumferential direction is approximately E-shaped. Furthermore, in the E-shaped three-stage parallel parts 211, 221, 231 thereof, a plurality of protrusions 212, 232 serving as magnetic poles are repeatedly formed in the circumferential direction on the upper and lower parts 211, 231. The middle portion 221 is formed in an annular shape having a minute gap between the rotor 4 and the annular exciting coils 31 and 32 are accommodated in the two E-shaped recesses 24 and 25, respectively. The rotor 4 is composed of an iron core member 40 in which a plurality of protrusions 41 serving as magnetic poles are repeatedly formed in the circumferential direction. Then, although the number of the protrusions (magnetic poles) 212 and 232 is formed to be equal to each other, the positions of the upper and lower protrusions (magnetic poles) 212 and 232 are shifted in opposite directions with respect to a predetermined center line Y. Deploy.

したがって、本実施の形態のDCブラシレスモータ1は、1相では回らないSRモータの起動を可能にするとともに、回転を始めると、2相分の磁気回路は常にトルクの発生に寄与しているので、スペース効率(大きさ当りの出力)を高めることができる。さらにまた、SRモータは前述のように回転子と固定子との磁気抵抗変化を駆動力として、磁石を必要とせず、ロータの回転に必要なトルクが得られることから、本実施の形態のDCブラシレスモータ1は、産業用および民生用に必須な動力源であるDCブラシレスモータにおいて、希土類磁石など希少金属を節約する効果がある。   Therefore, the DC brushless motor 1 according to the present embodiment enables the SR motor that does not rotate in one phase, and the magnetic circuit for two phases always contributes to the generation of torque when the rotation starts. , Space efficiency (output per size) can be increased. Furthermore, as described above, the SR motor uses the change in magnetoresistance between the rotor and the stator as a driving force and does not require a magnet, and can obtain the torque necessary for the rotation of the rotor. The brushless motor 1 has an effect of saving rare metals such as rare earth magnets in a DC brushless motor which is an essential power source for industrial and consumer use.

また、本実施の形態のDCブラシレスモータ1では、図5等で示すように、励磁コイル31,32は、帯状の導体部材が、その幅方向が該励磁コイル31,32の回転軸Z方向に沿うように、フラットワイズに巻回されて成る。ここで、一般的にコイルに通電すると、コイルは導体から構成されているので、図1や図6で示す磁力線に、垂直な面(直交面)に渦電流が発生し、それによって損失(ロス)が発生する。その渦電流の大きさは、磁束密度が同一である場合、磁束線と交差する面積、すなわち磁束線に垂直な連続する面の面積に比例する。磁束線は、コイル内では軸方向に沿っているので、渦電流は、コイルを構成する導体の軸Z方向に直交する径方向の面の面積に比例することになる。そこで、本実施の形態のDCブラシレスモータ1では、前記励磁コイル31,32を構成する帯状の導体部材を、幅Wに対する径方向の厚さtの比t/Wが1/10以下に形成することが望ましい。   Further, in the DC brushless motor 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 5 and the like, the excitation coils 31 and 32 are strip-shaped conductor members whose width direction is in the direction of the rotation axis Z of the excitation coils 31 and 32. Along the way, it is wound around flatwise. In general, when a coil is energized, since the coil is composed of a conductor, an eddy current is generated on a plane (orthogonal plane) perpendicular to the magnetic field lines shown in FIG. 1 and FIG. ) Occurs. When the magnetic flux density is the same, the magnitude of the eddy current is proportional to the area intersecting with the magnetic flux lines, that is, the area of a continuous surface perpendicular to the magnetic flux lines. Since the magnetic flux lines are along the axial direction in the coil, the eddy current is proportional to the area of the radial surface perpendicular to the axis Z direction of the conductor constituting the coil. Therefore, in the DC brushless motor 1 of the present embodiment, the strip-shaped conductor members constituting the exciting coils 31 and 32 are formed so that the ratio t / W of the radial thickness t to the width W is 1/10 or less. It is desirable.

このように構成することで、前記渦電流を抑制し、発熱を抑えることができる。しかも帯状の導体部材は、隙間無く巻回できるので、円柱状の素線を巻回する場合に比べて、電流密度を大きくすることができるとともに、導体部材内部からの放熱も良好である。さらに、前記導体部材の前記厚さtが当該励磁コイル31,32に給電される交流電力における周波数に対する表皮厚み以下であれば、さらに渦電流損を低減することができる。   By comprising in this way, the said eddy current can be suppressed and heat_generation | fever can be suppressed. Moreover, since the strip-shaped conductor member can be wound without a gap, the current density can be increased and heat radiation from the inside of the conductor member is good as compared with the case of winding a cylindrical strand. Furthermore, if the thickness t of the conductor member is equal to or smaller than the skin thickness with respect to the frequency in the AC power supplied to the exciting coils 31 and 32, eddy current loss can be further reduced.

さらに、前記励磁コイル31,32と前記固定子2の凹部24,25との間に生じる間隙には、熱伝導部材が充填されていることが好ましい。このように構成することで、前記励磁コイル31,32で生じる熱を、前記熱伝導部材を介して、該励磁コイル31,32を外囲する鉄芯部材20に効果的に伝導することができ、放熱性を改善することができる。   Furthermore, it is preferable that a gap formed between the exciting coils 31 and 32 and the concave portions 24 and 25 of the stator 2 is filled with a heat conducting member. With this configuration, the heat generated in the exciting coils 31 and 32 can be effectively conducted to the iron core member 20 surrounding the exciting coils 31 and 32 through the heat conducting member. , Can improve heat dissipation.

さらにまた、前記回転軸Z方向における該励磁コイル31,32の一方端部に対向する前記固定子2の部分211,231の内面と、他方端部に対向する部分221の内面とは、少なくともそれらの各端部を覆う領域では、平行に形成される。これは、上述のような励磁コイル31,32に係る条件(フラットワイズ巻線構造であって幅Wが厚さtより大きい)を設定しても、励磁コイル31,32の上下両端面を覆う部分211,221,231に傾きがあると、実際に励磁コイル31,32の内部を通る磁束線(磁力線)が、特に前記上下両端面付近で、回転軸Z方向と略平行にならないからである。   Furthermore, the inner surfaces of the portions 211 and 231 of the stator 2 facing one end of the exciting coils 31 and 32 in the direction of the rotation axis Z and the inner surfaces of the portion 221 facing the other end are at least those In the area | region which covers each edge part, it forms in parallel. This covers the upper and lower end faces of the exciting coils 31 and 32 even if the conditions relating to the exciting coils 31 and 32 as described above (flat width winding structure and width W is greater than the thickness t) are set. This is because if the portions 211, 211, and 231 are inclined, the magnetic flux lines (magnetic lines) that actually pass through the inside of the exciting coils 31 and 32 do not become substantially parallel to the rotation axis Z direction, particularly near the upper and lower end faces. .

本件発明者は、部分211,221,231の内壁面の平行度を種々変えつつ磁束線の分布を検証したところ、例えば、前記平行度が1/100の場合には、励磁コイル31,32の内部を通る磁束線が回転軸Z方向に平行になる一方、前記平行度が−1/10や1/10の場合には、励磁コイル31,32の内部を通る磁束線が回転軸Z方向に平行にならない。このような検証の下、励磁コイル31,32の内部を通る磁束線を平行にするためには、前記平行度の絶対値は、1/50以下であることが好ましい。   The present inventor verified the distribution of magnetic flux lines while changing the parallelism of the inner wall surfaces of the portions 211, 211, 231 in various ways. For example, when the parallelism is 1/100, the excitation coils 31, 32 While the magnetic flux lines passing through the inside are parallel to the rotation axis Z direction, when the parallelism is −1/10 or 1/10, the magnetic flux lines passing through the inside of the excitation coils 31 and 32 are aligned in the rotation axis Z direction. It will not be parallel. Under such verification, in order to make the magnetic flux lines passing through the excitation coils 31 and 32 parallel, the absolute value of the parallelism is preferably 1/50 or less.

さらにまた、本発明のDCブラシレスモータ1では、前記固定子2および回転子4の鉄芯部材20,40は、鉄基軟磁性粉末からなる圧紛磁芯、フェライト磁芯、または軟磁性合金粉末を樹脂中に分散させた軟磁性材料から成る磁芯で形成する。このように構成することで、前記回転子4および固定子2の2つの磁芯について、最適で複雑な任意形状に成型することができるので、所望の磁気特性を比較的容易に得ることができるとともに、比較的容易に所望の形状に形成することができる。   Furthermore, in the DC brushless motor 1 of the present invention, the iron core members 20 and 40 of the stator 2 and the rotor 4 are a powder magnetic core, a ferrite magnetic core, or a soft magnetic alloy powder made of iron-based soft magnetic powder. Is formed of a magnetic core made of a soft magnetic material dispersed in a resin. With this configuration, the two magnetic cores of the rotor 4 and the stator 2 can be molded into an optimal and complicated arbitrary shape, so that desired magnetic characteristics can be obtained relatively easily. At the same time, it can be formed in a desired shape relatively easily.

前記軟磁性粉末は、強磁性の金属粉末であり、より具体的には、例えば、純鉄粉、鉄基合金粉末(Fe−Al合金、Fe−Si合金、センダスト、パーマロイ等)およびアモルファス粉末、さらには、表面にリン酸系化成皮膜などの電気絶縁皮膜が形成された鉄粉等が挙げられる。これら軟磁性粉末は、例えば、アトマイズ法等によって微粒子化する方法や、酸化鉄等を微粉砕した後にこれを還元する方法等によって製造することができる。   The soft magnetic powder is a ferromagnetic metal powder, and more specifically, for example, pure iron powder, iron-based alloy powder (Fe-Al alloy, Fe-Si alloy, Sendust, Permalloy, etc.) and amorphous powder, Furthermore, the iron powder etc. with which electric insulation films, such as a phosphoric acid system chemical film, were formed on the surface are mentioned. These soft magnetic powders can be produced, for example, by a method of making fine particles by an atomizing method or the like, or a method of finely pulverizing iron oxide or the like and then reducing it.

このような軟磁性粉末は、単体或いは前記樹脂などの非磁性体粉末との混合で用いることができ、混合の場合の比率は比較的容易に調整することができ、該混合比率を適宜に調整することによって、該磁芯材の磁気特性を所望の磁気特性に容易に実現することが可能となる。これら固定子2の鉄芯部材20の材料、さらには回転子4の鉄芯部材40の材料も、低コスト化の観点から、同一原料であることが好ましい。   Such soft magnetic powder can be used alone or mixed with non-magnetic powder such as the resin, and the mixing ratio can be adjusted relatively easily, and the mixing ratio can be adjusted appropriately. By doing so, it is possible to easily realize the magnetic characteristics of the magnetic core material to the desired magnetic characteristics. The material of the iron core member 20 of the stator 2 and the material of the iron core member 40 of the rotor 4 are preferably the same raw material from the viewpoint of cost reduction.

(実施の形態2)
図14は本発明の実施の他の形態に係るDCブラシレスモータ1aのケーシングを外して内部構造を示す斜視図であり、図15はそのDCブラシレスモータ1aの分解斜視図である。注目すべきは、このDCブラシレスモータ1aは、アウターロータであることである。したがって、このDCブラシレスモータ1aでは、固定軸43に対して内周側の固定子2aが固着され、その外周側に回転子4aが設けられる。図15(a)は固定子2aの分解斜視図であり、図15(b)は回転子4aの分解斜視図である。このDCブラシレスモータ1aにおいて、前述のDCブラシレスモータ1の構成に、機能的に対応する部分には、同一の参照符号に、添字aを付して示す。これによって、各部の機能の理解が容易になる。
(Embodiment 2)
14 is a perspective view showing the internal structure of a DC brushless motor 1a according to another embodiment of the present invention with the casing removed, and FIG. 15 is an exploded perspective view of the DC brushless motor 1a. It should be noted that the DC brushless motor 1a is an outer rotor. Therefore, in this DC brushless motor 1a, the stator 2a on the inner peripheral side is fixed to the fixed shaft 43, and the rotor 4a is provided on the outer peripheral side thereof. FIG. 15A is an exploded perspective view of the stator 2a, and FIG. 15B is an exploded perspective view of the rotor 4a. In this DC brushless motor 1a, portions functionally corresponding to the configuration of the DC brushless motor 1 described above are indicated by the same reference numerals with the suffix a. This facilitates understanding of the function of each part.

すなわち、このDCブラシレスモータ1aでも、前述のDCブラシレスモータ1と同様に、励磁コイル31,32を2層構造とし、固定子2aの鉄芯部材20aを、周方向に展開した場合における軸線Z方向の断面を大略E字状に形成し、さらにそのE字の3段の平行な部分211a,221a,231aにおいて、上段および下段の部分211a,231aには磁極となる複数の突起212a,232aを周方向に繰返し形成し、中段の部分221aは回転子4aとの間に微小ギャップを有する円環状に形成するとともに、円環状の前記励磁コイル31,32を前記E字の2つの凹部にそれぞれ収容する。また、回転子4aは、磁極となる複数の突起41aが周方向に繰返し形成される鉄芯部材40aから構成する。そして、前記E字の上段および下段の部分211a,231aにおける突起(磁極)212a,232aの数を相互に等しく形成するものの、相互に位置をずれて配置する。このように構成することで、前記アウターロータの構造も実現することができる。   That is, also in this DC brushless motor 1a, similarly to the DC brushless motor 1 described above, the exciting coils 31 and 32 have a two-layer structure, and the iron core member 20a of the stator 2a is expanded in the circumferential direction in the Z direction. Is formed in an approximately E shape, and in the three parallel portions 211a, 221a, 231a of the E shape, the upper and lower portions 211a, 231a are provided with a plurality of protrusions 212a, 232a that serve as magnetic poles. The middle portion 221a is formed in an annular shape having a minute gap with the rotor 4a, and the annular exciting coils 31 and 32 are accommodated in the two E-shaped recesses, respectively. . Moreover, the rotor 4a is comprised from the iron core member 40a in which the some protrusion 41a used as a magnetic pole is repeatedly formed in the circumferential direction. And although the number of protrusions (magnetic poles) 212a and 232a in the upper and lower portions 211a and 231a of the E-shape is formed to be equal to each other, the positions are shifted from each other. By configuring in this way, the structure of the outer rotor can also be realized.

(実施の形態3)
図16および図17は、本発明の実施のさらに他の形態に係るDCブラシレスモータ1b,1cの軸直角断面図である。前述のDCブラシレスモータ1では、固定子2側の突起(磁極)212,232および回転子4側の突起(磁極)41は、軸直角断面が円弧状であったけれども、注目すべきは、図16に示すDCブラシレスモータ1bでは、固定子2b側の上段および下段の突起(磁極)212b,232bおよび回転子4b側の突起(磁極)41bが、ステッピングモータのように、矩形に形成されることである。中段の部分221bは、円環状である。
(Embodiment 3)
16 and 17 are cross-sectional views perpendicular to the axes of DC brushless motors 1b and 1c according to still another embodiment of the present invention. In the DC brushless motor 1 described above, the protrusions (magnetic poles) 212 and 232 on the stator 2 side and the protrusions (magnetic poles) 41 on the rotor 4 side have arcuate cross sections, but it should be noted that FIG. In the DC brushless motor 1b shown in FIG. 16, the upper and lower protrusions (magnetic poles) 212b and 232b on the stator 2b side and the protrusion (magnetic pole) 41b on the rotor 4b side are formed in a rectangular shape like a stepping motor. It is. The middle part 221b is annular.

一方、図17に示すDCブラシレスモータ1cでは、固定子2c側の突起(磁極)212c,232cおよび回転子4c側の突起(磁極)41cが、5極に形成される。この場合、β≦18°である。図17は、前述の図4に対応し、(a)(b)(c)の各断面は、図1のA−A,B−B,C−Cの各切断面の位置である。   On the other hand, in the DC brushless motor 1c shown in FIG. 17, the protrusions (magnetic poles) 212c and 232c on the stator 2c side and the protrusions (magnetic poles) 41c on the rotor 4c side are formed in five poles. In this case, β ≦ 18 °. FIG. 17 corresponds to FIG. 4 described above, and each cross section of (a), (b), and (c) is the position of each cut plane of AA, BB, and CC in FIG.

これらの図16および図17で示すように、磁極の数や、形状は任意に選択することができる。   As shown in FIGS. 16 and 17, the number and shape of the magnetic poles can be arbitrarily selected.

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ充分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。   In order to express the present invention, the present invention has been properly and fully described through the embodiments with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily change and / or improve the above-described embodiments. It should be recognized that this is possible. Therefore, unless the modifications or improvements implemented by those skilled in the art are at a level that departs from the scope of the claims recited in the claims, the modifications or improvements are not covered by the claims. To be construed as inclusive.

1,1a,1b,1c DCブラシレスモータ
2,2a,2b,2c 固定子
20,20a 鉄芯部材
21,22,23 部材
211,221,231;211a,221a,221b,231a 部分
212,232;212a,232a;212b,232b 突起(磁極)
24,25 凹部
213,233 周壁
31,32 励磁コイル
4,4a,4b,4c 回転子
40,40a 鉄芯部材
41,41a,41b,41c 突起
42 出力軸
43 固定軸
5 駆動回路
51 直流電源
52,53 ライン
Tr0 スイッチ
Tr1,Tr2 選択スイッチ
1, 1a, 1b, 1c DC brushless motor 2, 2a, 2b, 2c Stator 20, 20a Iron core member 21, 22, 23 Member 211, 221, 231; 211a, 221a, 221b, 231a Portions 212, 232; 212a , 232a; 212b, 232b Protrusion (magnetic pole)
24, 25 Recesses 213, 233 Peripheral walls 31, 32 Excitation coils 4, 4a, 4b, 4c Rotors 40, 40a Iron core members 41, 41a, 41b, 41c Protrusions 42 Output shaft 43 Fixed shaft 5 Drive circuit 51 DC power supply 52, 53 Line Tr0 switch Tr1, Tr2 selection switch

Claims (5)

励磁コイルを有する固定子と、該固定子に同軸で設けられる回転子とを備えて構成され、前記励磁コイルの周囲に生じる磁束の流れに対する前記固定子と回転子との間の磁気抵抗変化を駆動力とするスイッチド・リラクタンス動作を行うDCブラシレスモータであって、
前記固定子は、軸線方向断面における半径分で大略E字状に形成され、
前記励磁コイルは、円環状に形成されて前記E字の2つの凹部にそれぞれ収容され、
前記E字の3段の平行な部分において、上段および下段の部分は周方向に磁極となる複数の突起が形成された鉄芯部材を有し、中段の部分は回転子に近接する円環状に形成された鉄芯部材を有し、
前記回転子は、磁極となる複数の突起が周方向に繰返し形成された鉄芯部材から成り、
前記固定子における上段および下段の鉄芯部材における磁極の数は相互に等しく、かつ磁極位置が周方向に相互にずれて配置されていることを特徴とするDCブラシレスモータ。
A stator having an excitation coil and a rotor provided coaxially with the stator are configured to change a magnetoresistance between the stator and the rotor with respect to a flow of magnetic flux generated around the excitation coil. A DC brushless motor that performs a switched reluctance operation as a driving force,
The stator is formed in an approximately E shape with a radius in an axial cross section,
The exciting coil is formed in an annular shape and accommodated in each of the two E-shaped recesses,
In the three parallel parts of the E shape, the upper and lower parts have iron core members formed with a plurality of protrusions that are magnetic poles in the circumferential direction, and the middle part has an annular shape close to the rotor. Having an iron core member formed,
The rotor is composed of an iron core member in which a plurality of protrusions serving as magnetic poles are repeatedly formed in the circumferential direction,
The DC brushless motor, wherein the number of magnetic poles in the upper and lower iron core members of the stator is equal to each other, and the magnetic pole positions are shifted from each other in the circumferential direction.
前記励磁コイルは、帯状の導体部材が、その幅方向が該励磁コイルの回転軸方向に沿うように巻回されて成ることを特徴とする請求項1記載のDCブラシレスモータ。   The DC brushless motor according to claim 1, wherein the exciting coil is formed by winding a strip-shaped conductor member so that a width direction thereof is along a rotation axis direction of the exciting coil. 前記固定子および回転子の鉄芯部材は、鉄基軟磁性粉末からなる圧紛磁芯、フェライト磁芯、または軟磁性合金粉末を樹脂中に分散させた軟磁性材料から成ることを特徴とする請求項1または2記載のDCブラシレスモータ。   The iron core member of the stator and the rotor is made of a soft magnetic material in which a powder magnetic core made of iron-based soft magnetic powder, a ferrite magnetic core, or a soft magnetic alloy powder is dispersed in a resin. The DC brushless motor according to claim 1 or 2. 前記請求項1〜3のいずれか1項に記載のDCブラシレスモータの制御方法であって、
前記2つの励磁コイルの内、駆動回路は、前記回転子を正転方向に起動させる場合は一方の励磁コイルに正符号の電流を流し、逆転方向に起動させる場合は他方の励磁コイルに負符号の電流を流して起動させることを特徴とするDCブラシレスモータの制御方法。
A method for controlling a DC brushless motor according to any one of claims 1 to 3,
Of the two excitation coils, the drive circuit sends a positive sign current to one excitation coil when starting the rotor in the forward direction, and a negative sign to the other excitation coil when starting the rotor in the reverse direction. A method for controlling a DC brushless motor, which is started by flowing a current of
前記回転子が回転起動した後、前記駆動回路は、前記2つの励磁コイルに矩形波電流を流すことで、回転を制御することを特徴とする請求項4記載のDCブラシレスモータの制御方法。   5. The method of controlling a DC brushless motor according to claim 4, wherein after the rotor starts rotating, the drive circuit controls rotation by causing a rectangular wave current to flow through the two exciting coils. 6.
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