JP2013128341A - Surface permanent magnet type brushless motor - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an SPM motor with reduced noise being generated during a high speed rotation.SOLUTION: There is provided a surface permanent magnet type brushless motor comprising a rotor 10 that is freely rotatable and a stator 20 disposed inside or outside the rotor 10. The rotor 10 has a plurality of flat plate-like magnets 16 interposing inter-magnetic pole air gaps 18 among them on a core 14. The stator 20 has a plurality of teeth 24 protruding radially from the peripheral surface of a yoke 22. Widened parts 24a are provided at projecting ends of the teeth 24, and face the magnets 16. The motor is driven in a low rotation region LRR and in a high rotation region HRR for a certain time, a weaker field control being performed in the high rotation region HRR. Relation among θm and θmp is set 0.5<θm/θmp<0.7 where θm is the central angle of both endpoints of the magnet 16, and θmp is the central angle of two median points 18a each of them is a median point of two adjacent inter-magnetic pole air gaps 18.

Description

本発明は、ロータの表面に磁石が配置されている表面磁石型のブラシレスモータ（ＳＰＭモータ）に関し、その中でも特に低騒音化技術に関する。   The present invention relates to a surface magnet type brushless motor (SPM motor) in which magnets are arranged on the surface of a rotor, and more particularly to a noise reduction technique.

一般に、ＳＰＭモータはその構造上、磁石の漏れ磁束が少なく誘起電圧が大きくとれ、磁気飽和し難い特徴があるため、低回転で駆動されるモータ、特に高トルクな出力が求められるモータによく用いられる。   In general, SPM motors are characterized by their low magnetic flux leakage and large induced voltage, and magnetic saturation is difficult. Therefore, SPM motors are often used for motors driven at low speeds, especially motors that require high torque output. It is done.

本発明に関し、トルクリップルの抑制や低騒音を目的としたＳＰＭモータが開示されている（特許文献１）。   In relation to the present invention, an SPM motor aimed at suppressing torque ripple and reducing noise is disclosed (Patent Document 1).

特許文献１のＳＰＭモータは、エレベータの駆動に用いられるアウターロータ型のモータである。そのモータでは、リング状の回転子鉄心の内周面に、直方体形状をした４２個の永久磁石が配置されている。回転子の内側には、放射状に延びる３６個の固定子突極を有する固定子が配置されている。   The SPM motor of Patent Document 1 is an outer rotor type motor used for driving an elevator. In the motor, 42 permanent magnets having a rectangular parallelepiped shape are arranged on the inner peripheral surface of the ring-shaped rotor core. A stator having 36 stator salient poles extending radially is disposed inside the rotor.

更に、このモータでは、高トルクにするために、固定子突極の表面磁極幅を固定子突極のピッチの４４〜５４％にしている。また、トルクリップルを小さくするために、永久磁石の極ピッチに占める極幅を０．７または０．８７にしている。   Further, in this motor, the surface magnetic pole width of the stator salient pole is set to 44 to 54% of the pitch of the stator salient pole in order to obtain a high torque. In order to reduce the torque ripple, the pole width occupying the pole pitch of the permanent magnet is set to 0.7 or 0.87.

特開２０１０−１７８４４２号公報JP 2010-178442 A

ＳＰＭモータは、洗濯機の駆動源としても用いられている。その場合、モータ性能として、異なった２つの回転領域での安定した出力が求められる場合がある。例えば、洗濯時に、低回転での高トルクな出力が求められ、脱水時に、低トルクでの高回転な出力が求められる。   The SPM motor is also used as a drive source for the washing machine. In that case, as the motor performance, a stable output in two different rotation regions may be required. For example, a high torque output at low rotation is required during washing, and a high rotation output at low torque is required during dehydration.

更に、一般家庭向けの洗濯機の場合には、生活空間に設置されるため、上述したモータ性能に加えて高度な静音性も求められる。   Furthermore, in the case of a general household washing machine, since it is installed in a living space, a high level of silence is also required in addition to the motor performance described above.

それに対し、従来技術のモータでは、高速回転で駆動させると、騒音が発生するため、その低騒音化が１つの課題となっている。この騒音は、ステータの共振を原因としているため、トルクリップルを抑制するだけでは解消することができない。   On the other hand, in the motor of the prior art, noise is generated when driven at a high speed rotation, so the reduction of the noise is one problem. Since this noise is caused by the resonance of the stator, it cannot be eliminated simply by suppressing the torque ripple.

図１を参照しながら、その仕組みについて説明する。図１は、インナーロータ型のＳＰＭモータを例示したものであり、回転軸方向から見たそのロータの外周部分を概略的に表している。   The mechanism will be described with reference to FIG. FIG. 1 exemplifies an inner rotor type SPM motor, and schematically shows an outer peripheral portion of the rotor viewed from the direction of the rotation axis.

１０１はロータ、１０２はロータの外周面に取り付けられたマグネットである。マグネット１０２は、Ｎ極とＳ極とが交互になるように、一定の磁極間空隙１０３を隔てて周方向に配置されている。   101 is a rotor, 102 is a magnet attached to the outer peripheral surface of the rotor. The magnets 102 are arranged in the circumferential direction with a certain gap 103 between the magnetic poles so that N poles and S poles are alternated.

そして、１０４は、ステータの円環状のコアから中心に向かって放射状に延びるティースである。各ティース１０４には、それぞれコイル１０５が形成されている。ロータ１０１は矢印Ｒが示す方向に回転する。   Reference numeral 104 denotes teeth extending radially from the annular core of the stator toward the center. Each tooth 104 is formed with a coil 105. The rotor 101 rotates in the direction indicated by the arrow R.

ロータ１０１は、コイル１０５に電流が供給されることによって回転するが、ここでは、電流が供給されていない状態（無負荷状態ともいう）を想定する。   The rotor 101 rotates when a current is supplied to the coil 105. Here, a state where no current is supplied (also referred to as a no-load state) is assumed.

同図の（ａ）に示すように、磁極間空隙１０３がティース１０４と正対する位置にある時には、ティース１０４を介して、近接している２つのマグネット１０２，１０２（Ｎ極とＳ極）の間で強い磁界が形成される。その結果、各ティース１０４には、白抜き矢印が示すように、回転中心側に引力が作用する。   As shown to (a) of the figure, when the space | gap 103 between magnetic poles exists in the position which opposes the teeth 104, two magnets 102 and 102 (N pole and S pole) which adjoined via the teeth 104 are shown. A strong magnetic field is formed between them. As a result, an attractive force acts on each tooth 104 toward the center of rotation as indicated by the white arrow.

同図の（ｂ）に示すように、マグネット１０２がティース１０４と正対する位置にある時には、磁界の形成が弱わるため、それに伴って各ティース１０４に作用する引力も弱くなる。   As shown in FIG. 5B, when the magnet 102 is in a position facing the teeth 104, the magnetic field is weakened, and accordingly, the attractive force acting on each tooth 104 is also weakened.

従って、ロータ１０１が回転すれば、同図の（ａ）のように、各ティース１０４に回転中心側に引力が作用する状態と、同図の（ｂ）のように、その引力が弱まる状態とが周期的に発生する。   Therefore, if the rotor 101 rotates, as shown in (a) of the figure, an attractive force acts on the teeth 104 toward the center of rotation, and a state where the attractive force weakens as shown in (b) of the figure. Periodically occurs.

図２に、その周期的な引力の変化を表したグラフを示す（実線）。このグラフでは、ロータのマグネット２つ（Ｎ極とＳ極）分の回転に相当する電気角１周期（電気角３６０°）分での引力の変化を表している。同図に示すように、ロータが電気角１周期分回転する間には、磁極間空隙はティースと２回正対するため、引力が高くなるピークは２つ発生する。   FIG. 2 shows a graph showing the change in the periodic attractive force (solid line). This graph represents the change in attractive force for one electrical angle period (electric angle 360 °) corresponding to the rotation of two rotor magnets (N pole and S pole). As shown in the figure, while the rotor rotates by one electrical angle, the gap between the magnetic poles faces the tooth twice, so that two peaks with high attractive force are generated.

すなわち、ロータが電気角１周期分回転するごとに、ステータは、半径方向を中心に向かって２回強く引っ張られ、周期的に収縮変化する。その結果、ステータには、電気角周波数の２倍の周波数で振動が発生する。   That is, every time the rotor rotates by one electrical angle cycle, the stator is strongly pulled twice toward the center in the radial direction, and periodically contracts and changes. As a result, vibration is generated in the stator at a frequency twice the electrical angular frequency.

その周波数と、ステータの固有振動数とが一致すると、共振して騒音が発生する。なお、同図では、電気角周波数の２倍の周波数で発生する２次成分の引力を例に説明したが、ステータには、更にその２次成分の倍数（４倍、６倍等）の周波数でも高次成分の引力が作用するため、それら周波数においても騒音は発生し得る。   When the frequency matches the natural frequency of the stator, noise is generated due to resonance. In the figure, the description has been given by taking as an example the attractive force of the secondary component generated at a frequency twice the electrical angular frequency. However, the stator has a frequency that is a multiple of the secondary component (4 times, 6 times, etc.). However, since high-order component attractive forces act, noise can be generated even at those frequencies.

更に、ＳＰＭモータでは、高速回転で駆動する際に、弱め界磁制御が行われる場合がある。その場合、図１の（ｂ）に示したような、マグネットとティースとが正対してトルクへの影響が小さいタイミングで、コイルに、マグネットの磁束を打ち消す磁束が形成される。   Further, in the SPM motor, field weakening control may be performed when driven at high speed rotation. In this case, as shown in FIG. 1B, a magnetic flux that cancels out the magnetic flux of the magnet is formed in the coil at the timing when the magnet and the teeth face each other and the influence on the torque is small.

そうすると、マグネットとティースとが正対している時にティースに作用する引力は、更に弱まる。その結果、図２に破線で示したように、引力の強弱変化がより大きくなるため、ステータの収縮変化も増加する。従って、弱め界磁制御を行うと、騒音の増加を招くという問題がある。   Then, the attractive force acting on the teeth when the magnet and the teeth are facing each other is further weakened. As a result, as shown by the broken line in FIG. 2, the strength change of the attractive force becomes larger, so that the stator contraction change also increases. Therefore, when field weakening control is performed, there is a problem that noise increases.

そこで、本発明の目的は、高速回転時に発生する騒音の低騒音化が図れるＳＰＭモータを提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide an SPM motor that can reduce noise generated during high-speed rotation.

本発明に係るブラシレスモータは、回転軸を中心に回転自在なロータと、上記ロータの内側又は外側に配置されるステータと、を備える。上記ロータは、上記ステータ側に面する断面円環状の対向面を有するコア部と、上記対向面の上に、周方向に一定の磁極間空隙を隔ててＮ極とＳ極とが交互に並ぶように配置された複数の平板状のマグネットと、を有している。   A brushless motor according to the present invention includes a rotor that is rotatable about a rotation axis, and a stator that is disposed inside or outside the rotor. The rotor includes a core portion having an annular cross-sectional facing surface facing the stator side, and N poles and S poles alternately arranged on the facing surface with a certain gap between the magnetic poles in the circumferential direction. And a plurality of flat-plate magnets arranged in this manner.

上記ステータは、上記ロータ側に面する断面円環状の周面を有するヨーク部と、上記ヨーク部の周面から上記ロータに向かって放射状に突出する複数のティース部と、隣接する上記ティース部の間に形成されるスロットに巻線を通しながら当該ティース部に巻回して形成された複数のコイルと、を有している。上記ティース部の突端に、両側面が張り出して幅が広くなった幅広部が設けられ、当該幅広部が上記マグネットと微小隙間を隔てて対向している。   The stator includes a yoke portion having an annular peripheral surface facing the rotor side, a plurality of tooth portions projecting radially from the peripheral surface of the yoke portion toward the rotor, and adjacent tooth portions. And a plurality of coils formed by winding around the tooth portion while passing the winding through a slot formed therebetween. The protruding portion of the tooth portion is provided with a wide portion having both sides projecting and widened, and the wide portion faces the magnet with a small gap.

このブラシレスモータでは、回転数の異なる少なくとも２つの低回転数域と高回転数域とにおいて一定時間駆動され、当該高回転数域では、弱め界磁制御が行われる。   This brushless motor is driven for a certain period of time in at least two low and high rotational speed ranges having different rotational speeds, and field weakening control is performed in the high rotational speed areas.

そして、回転軸方向から見て、上記マグネットにおける周方向側の両端の各々と当該回転軸とを結ぶ２つの半径線によって挟まれる中心角をθｍとし、隣接する２つの上記磁極間空隙の中点の各々と当該回転軸とを結ぶ２つの半径線によって挟まれる中心角をθｍｐとしたとき、０．５＜θｍ／θｍｐ＜０．７となるように設定されている。   Then, when viewed from the direction of the rotation axis, the central angle between the two radial lines connecting each of the circumferential ends of the magnet and the rotation axis is θm, and the midpoint between two adjacent gaps between the magnetic poles Is set such that 0.5 <θm / θmp <0.7, where θmp is a central angle between two radial lines connecting each of the rotation axes and the rotation axis.

すなわち、本発明に係るブラシレスモータは、低回転数域と高回転数域とで一定時間駆動され、高回転数域では弱め界磁制御が行われるブラシレスモータであり、ロータの対向面に平板状のマグネットが設置されている表面磁石型のモータ（ＳＰＭモータ）である。ステータのヨーク部の周面から放射状にティース部が突出しており、そのティース部の突端に設けられた幅広部が微小隙間を隔ててロータのマグネットと対向している。そして、上述したような所定の条件を満たすようにマグネットが配置されている。   That is, the brushless motor according to the present invention is a brushless motor that is driven for a certain period of time in a low rotational speed range and a high rotational speed range, and field-weakening control is performed in the high rotational speed range. Is a surface magnet type motor (SPM motor). A tooth portion projects radially from the circumferential surface of the yoke portion of the stator, and a wide portion provided at the protruding end of the tooth portion faces the magnet of the rotor with a small gap. And the magnet is arrange | positioned so that the predetermined conditions as mentioned above may be satisfy | filled.

このような構成のブラシレスモータによれば、ＳＰＭモータを、低回転数域だけでなく、弱め界磁制御を行うことによって高回転数域で駆動させても、従来のモータに比べて、高回転数でステータに周期的に作用する引力を抑制することができる。従って、低騒音化が図れる。   According to the brushless motor having such a configuration, even if the SPM motor is driven not only in the low rotation speed region but also in the high rotation speed region by performing field-weakening control, the rotation speed is higher than that of the conventional motor. The attractive force that periodically acts on the stator can be suppressed. Therefore, noise reduction can be achieved.

更に、回転軸方向から見て、上記幅広部における周方向側の両端の各々と当該回転軸とを結ぶ２つの半径線によって挟まれる中心角をθｔとし、隣接する２つの上記スロットの中点の各々と当該回転軸とを結ぶ２つの半径線によって挟まれる中心角をθｔｐとしたとき、０．５＜θｔ／θｔｐ＜０．７となるように設定するのが好ましい。   Furthermore, when viewed from the rotational axis direction, θt is a central angle sandwiched between two radial lines connecting each of the circumferential ends of the wide portion and the rotational axis, and the center point of two adjacent slots is It is preferable to set so that 0.5 <θt / θtp <0.7, where θtp is a central angle between two radial lines connecting each and the rotation axis.

そうすれば、よりいっそう低騒音化が図れる。   By doing so, the noise can be further reduced.

具体的には、上記マグネットの個数をＰ、上記スロットの個数をＳとしたとき、Ｓが２４以上であって、４／３×Ｓ＞Ｐ＞Ｓの関係を満たすように設定することができる。   Specifically, when the number of magnets is P and the number of slots is S, S can be set to be 24 or more and satisfy the relationship 4/3 × S> P> S. .

そうすれば、特に低回転数域において安定したモータ性能を発揮させることができる。   If it does so, the stable motor performance can be exhibited especially in a low rotation speed range.

このブラシレスモータは、洗濯機の駆動源に好適である。従って、洗濯機に搭載すれば、洗濯機の性能を向上させることができる。   This brushless motor is suitable as a drive source for a washing machine. Therefore, if installed in a washing machine, the performance of the washing machine can be improved.

本発明を適用した表面磁石型のブラシレスモータによれば、高速回転時にステータに周期的に作用する引力を抑制することができるので、低騒音化を図ることができる。   According to the surface magnet type brushless motor to which the present invention is applied, it is possible to suppress the attractive force that periodically acts on the stator during high-speed rotation, so that the noise can be reduced.

（ａ）、（ｂ）は、ＳＰＭモータで騒音が発生する仕組みを説明するための図である。(A), (b) is a figure for demonstrating the mechanism in which a noise generate | occur | produces with an SPM motor. ステータに作用する周期的な引力の変化を表したグラフである。It is a graph showing the change of the periodic attractive force which acts on a stator. 本実施形態のモータを示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the motor of this embodiment. 図３のＸ−Ｘ線における概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in the XX line of FIG. モータの主な出力領域を表した概略図である。It is the schematic showing the main output area | regions of the motor. 図４の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. マグネットの配置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating arrangement | positioning of a magnet. θｍ／θｍｐの値と、ステータに作用する引力（２次成分）及び誘起電圧（ＥＭＦ）との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the value of (theta) m / (theta) mp, the attractive force (secondary component) which acts on a stator, and an induced voltage (EMF). ティース部の配置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating arrangement | positioning of a teeth part. θｔ／θｔｐの値と、ステータに作用する引力（２次成分）及び誘起電圧（ＥＭＦ）との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the value of (theta) t / (theta) tp, the attractive force (secondary component) which acts on a stator, and an induced voltage (EMF). ステータに作用する引力の測定結果を表したグラフである（比較例）。It is a graph showing the measurement result of the attractive force which acts on a stator (comparative example). ステータに作用する引力の測定結果を表したグラフである（実施例）。It is a graph showing the measurement result of the attractive force which acts on a stator (Example).

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the following description is merely illustrative in nature and does not limit the present invention, its application, or its use.

図３、図４に、本実施形態のブラシレスモータ（単にモータ１ともいう）を示す。このモータ１は、１つのドラムで洗濯処理やすすぎ処理、脱水処理が行える、いわゆる全自動式の洗濯機に搭載され、そのドラムの駆動源として用いられる。   3 and 4 show a brushless motor (also simply referred to as motor 1) of the present embodiment. The motor 1 is mounted on a so-called fully automatic washing machine that can perform washing processing, rinsing processing, and dewatering processing with a single drum, and is used as a driving source for the drum.

このモータ１は、減速機を介さずにドラムを駆動する機器に接続されている（ダイレクトドライブモータ）。従って、ドラムが回転する場合には、ドラムはモータ１と略同一の回転数で回転する。   The motor 1 is connected to a device that drives a drum without using a reduction gear (direct drive motor). Therefore, when the drum rotates, the drum rotates at substantially the same rotational speed as the motor 1.

洗濯処理やすすぎ処理では、洗濯物や多量の水が収容されたドラムを、比較的ゆっくりとした動きで一定時間作動させる必要がある。一方、脱水処理では、水が抜かれて軽くなったドラムを、高速で一定時間作動させる必要がある。   In the washing process and the rinsing process, it is necessary to operate the drum containing the laundry and a large amount of water for a certain period of time with a relatively slow movement. On the other hand, in the dehydration treatment, it is necessary to operate a drum that has been drained and lightened for a certain period of time at a high speed.

従って、このモータ１は、条件の異なる２つの領域において、一定時間安定した出力が得られるように設定されている。具体的には、図５に示すように、洗濯処理やすすぎ処理に対応して、相対的に低い回転数で高トルクな出力が求められる領域（低回転数域ＬＲＲ）と、脱水処理に対応して、相対的に高い回転数で低トルクな出力が求められる領域（高回転数域ＨＲＲ）とで、それぞれ一定時間安定した出力が得られるように、このモータ１は設定されている。   Therefore, the motor 1 is set so as to obtain a stable output for a certain time in two regions having different conditions. Specifically, as shown in FIG. 5, corresponding to the washing process and the rinsing process, it corresponds to an area where a high torque output is required at a relatively low rotation speed (low rotation speed area LRR) and a dehydration process. The motor 1 is set so that a stable output can be obtained for a certain period of time in a region where a low torque output is required at a relatively high rotational speed (high rotational speed region HRR).

図４に示したように、モータ１は、シャフト２やモータケース４、ロータ１０、ステータ２０などで構成されている。このモータ１は、インナーロータ型であり、ロータ１０は、ステータ２０の内側に配置されている。   As shown in FIG. 4, the motor 1 includes a shaft 2, a motor case 4, a rotor 10, a stator 20, and the like. The motor 1 is an inner rotor type, and the rotor 10 is disposed inside the stator 20.

ロータ１０は、ホルダ部１２やコア部１４、マグネット１６などで構成されている。   The rotor 10 includes a holder part 12, a core part 14, a magnet 16, and the like.

ホルダ部１２は、円筒状の側壁１２ａを有している。側壁１２ａの一端は端壁１２ｂによって塞がれており、その端壁１２ｂの中心部にシャフト２が直交した状態で固定されている。回転軸Ａとなるシャフト２の軸心は、側壁１２ａの中心を通っている。シャフト２及びロータ１０は、モータケース４に回転自在に支持されており、回転軸Ａを中心に回転する。シャフト２の一端は、モータケース４に形成された軸孔を通じて外方に突出している。   The holder part 12 has a cylindrical side wall 12a. One end of the side wall 12a is closed by an end wall 12b, and the shaft 2 is fixed in a state of being orthogonal to the central portion of the end wall 12b. The axis of the shaft 2 serving as the rotation axis A passes through the center of the side wall 12a. The shaft 2 and the rotor 10 are rotatably supported by the motor case 4 and rotate around the rotation axis A. One end of the shaft 2 protrudes outward through a shaft hole formed in the motor case 4.

ホルダ部１２の側壁１２ａの外面には、金属板を回転軸Ａの方向に積層して構成された円筒状のコア部１４が取り付けられている。コア部１４の外面は、回転軸Ａを中心とする断面円環状に形成され、ステータ２０に対向する対向面１４ａとなっている。その対向面１４ａの上には、４２個のマグネット１６が取り付けられている（４２極）。すなわち、このモータ１は表面磁石型のモータ（ＳＰＭモータ）である。   A cylindrical core portion 14 formed by laminating metal plates in the direction of the rotation axis A is attached to the outer surface of the side wall 12 a of the holder portion 12. The outer surface of the core portion 14 is formed in an annular cross section with the rotation axis A as a center, and is an opposing surface 14 a that faces the stator 20. Forty-two magnets 16 are mounted on the facing surface 14a (42 poles). That is, the motor 1 is a surface magnet type motor (SPM motor).

図６に詳しく示すように、これらマグネット１６は、周方向に一定の磁極間空隙１８を隔てて配置されている。各マグネット１６は、ステータ２０側に向かう磁極（Ｎ極とＳ極）が交互になるように周方向に並べられている。   As shown in detail in FIG. 6, these magnets 16 are arranged with a certain gap 18 between the magnetic poles in the circumferential direction. The magnets 16 are arranged in the circumferential direction so that magnetic poles (N pole and S pole) heading toward the stator 20 are alternated.

各マグネット１６には、強力な磁力を有する永久磁石、例えば、ネオジム磁石等の希土類磁石が用いられている。各マグネット１６には、部材コストの観点から、断面矩形の平板形状をした磁石が用いられている。   Each magnet 16 is a permanent magnet having a strong magnetic force, for example, a rare earth magnet such as a neodymium magnet. Each magnet 16 is a magnet having a rectangular plate shape in terms of member cost.

詳しくは、各マグネット１６は、同形同寸法の直方体形状をしており、それぞれが異なる磁極を構成する長方形状をした一対の作用面１６ａと、両作用面１６ａの短手側の両縁に連なる一対の短手端面１６ｂと、両作用面１６ａの長手方向の両縁に連なる一対の長手端面１６ｃとを有している。   Specifically, each magnet 16 has a rectangular parallelepiped shape with the same shape and the same size, and a pair of rectangular working surfaces 16a each forming a different magnetic pole, and both edges on the short side of both working surfaces 16a. It has a pair of continuous short end surfaces 16b and a pair of long end surfaces 16c connected to both edges in the longitudinal direction of both working surfaces 16a.

各マグネット１６は、回転軸Ａの方向に短手端面１６ｂが向くように、対向面１４ａに設置されている。また、各マグネット１６は、回転軸Ａの方向から見て、作用面１６ａが、その中点と回転軸Ａとを通る直線Ｌ１に対して直交するように、対向面１４ａに設置されている。なお、マグネット１６の詳細な配置設定については別途後述する。   Each magnet 16 is installed on the facing surface 14a so that the short end surface 16b faces in the direction of the rotation axis A. Further, each magnet 16 is installed on the facing surface 14a so that the action surface 16a is orthogonal to a straight line L1 passing through the midpoint and the rotation axis A when viewed from the direction of the rotation axis A. Detailed arrangement setting of the magnet 16 will be described later.

ステータ２０は、ヨーク部２２やティース部２４、コイル２６などで構成されている。   The stator 20 includes a yoke portion 22, a teeth portion 24, a coil 26, and the like.

ヨーク部２２は、円筒形状を有し、モータケース４の内面に固定されている。ヨーク部２２の内周面２２ａは、回転軸Ａを中心とする断面円環状に形成されている。この内周面２２ａに３６個のティース部２４が形成されている。ヨーク部２２及びティース部２４は一体の構造物であり、ロータ１０のコア部１４と同様に、金属板を回転軸Ａの方向に積層して形成されている。   The yoke portion 22 has a cylindrical shape and is fixed to the inner surface of the motor case 4. The inner peripheral surface 22a of the yoke part 22 is formed in an annular cross section around the rotation axis A. 36 teeth portions 24 are formed on the inner peripheral surface 22a. The yoke portion 22 and the teeth portion 24 are an integral structure, and are formed by laminating metal plates in the direction of the rotation axis A, like the core portion 14 of the rotor 10.

ティース部２４は、ヨーク部２２の内周面２２ａからロータ１０側に向かって放射状に突出している。詳しくは、ティース部２４は、回転軸のＡ方向から見て、各ティース部２４の中心を通る直線Ｌ２が回転軸Ａの上で交差するように、ヨーク部２２の内周面２２ａからロータ１０側に向かって突出している。   The teeth part 24 protrudes radially from the inner peripheral surface 22a of the yoke part 22 toward the rotor 10 side. Specifically, the tooth portion 24 is formed from the inner peripheral surface 22a of the yoke portion 22 to the rotor 10 so that a straight line L2 passing through the center of each tooth portion 24 intersects on the rotation axis A when viewed from the A direction of the rotation shaft. Projects toward the side.

各ティース部２４の突端には、両側面が張り出して幅が広くなった幅広部２４ａが設けられている。詳しくは、図６に示したように、各ティース部２４の突端部分は、周方向側の両側面が突端側に向かって末広がりに広がるように形成されている。それにより、ティース部２４の突端に、相対的に大きな断面幅を有する幅広部２４ａが設けられている。   At the protruding end of each tooth portion 24, a wide portion 24a having both sides projecting and widened is provided. Specifically, as shown in FIG. 6, the protruding end portion of each tooth portion 24 is formed such that both side surfaces on the circumferential side widen toward the protruding end side. Thereby, a wide portion 24 a having a relatively large cross-sectional width is provided at the protruding end of the tooth portion 24.

各ティース部２４は、周方向に等間隔で配置されており、隣接する２つのティース部２４の間には、回転軸Ａの方向に延びるスロット２８（空間）が形成されている。   Each tooth part 24 is arranged at equal intervals in the circumferential direction, and a slot 28 (space) extending in the direction of the rotation axis A is formed between two adjacent tooth parts 24.

このステータ２０の場合、スロット２８は３６個形成されている。これらスロット２８に繰り返し通しながら各ティース部２４に巻線を巻回することにより、このステータ２０には３６個のコイル２６が形成されている。このモータ１では、コイル２６はティース部２４ごとに形成されている（集中巻）。   In the case of the stator 20, 36 slots 28 are formed. The stator 20 is formed with 36 coils 26 by winding a winding around each tooth portion 24 while repeatedly passing through the slots 28. In this motor 1, the coil 26 is formed for each tooth portion 24 (concentrated winding).

すなわち、このモータ１は、３６個のスロット２８と、４２個のマグネット１６（磁極）とで構成されている。低回転数域ＬＲＲで安定した出力を得るためには、モータ設計上、スロット２８の個数は２４以上であることが好ましい。それに対応して、マグネット１６の個数は、それより多く、かつ、スロット２８の個数の４／３倍より小さいのが好ましい。   That is, the motor 1 is composed of 36 slots 28 and 42 magnets 16 (magnetic poles). In order to obtain a stable output in the low rotation speed range LRR, the number of slots 28 is preferably 24 or more in terms of motor design. Correspondingly, the number of magnets 16 is preferably larger and smaller than 4/3 times the number of slots 28.

例えば、スロット２８が２４個であれば、マグネット１６の個数は２５〜３２個の範囲で選択すればよい。また、スロット２８が３６個であれば、マグネット１６の個数は３７〜４８個の範囲で選択すればよい。従って、本実施形態のモータ１では、４２個のマグネット１６が用いられている。   For example, if there are 24 slots 28, the number of magnets 16 may be selected in the range of 25-32. If the number of slots 28 is 36, the number of magnets 16 may be selected in the range of 37 to 48. Therefore, in the motor 1 of this embodiment, 42 magnets 16 are used.

そして、このような形態のロータ１０及びステータ２０は、幅広部２４ａがマグネット１６と微小な隙間（微小隙間）を隔てて対向するように配置されている。   And the rotor 10 and the stator 20 of such a form are arrange | positioned so that the wide part 24a may oppose the magnet 16 across a micro clearance gap (micro clearance gap).

このモータ１は、低回転数域ＬＲＲだけでなく、高回転数域ＨＲＲでも駆動される。そのため、このモータ１では、高回転数域ＨＲＲにおいて弱め界磁制御が行われる。すなわち、高速回転で駆動する際に、上述したような所定のタイミングで界磁を弱める制御が行われる。   The motor 1 is driven not only in the low rotation speed range LRR but also in the high rotation speed range HRR. Therefore, in this motor 1, field-weakening control is performed in the high rotation speed range HRR. That is, when driving at high speed rotation, the control for weakening the field is performed at the predetermined timing as described above.

具体的には、マグネット１６の磁束は一定であるため、回転数の上昇に伴ってその磁束によって生じる誘起電圧が増加する。そして、この誘起電圧が電源の印加電圧と等しくなるまで回転数が上昇すると、モータ１に電流が流れなくなるため、それ以上に回転数を上げることができなくなってしまう。   Specifically, since the magnetic flux of the magnet 16 is constant, the induced voltage generated by the magnetic flux increases as the rotational speed increases. When the rotational speed increases until the induced voltage becomes equal to the applied voltage of the power source, no current flows through the motor 1, and thus the rotational speed cannot be increased further.

そこで、このモータ１では、トルクの発生に影響の少ないタイミングでその誘起電圧の増加を抑制する弱め界磁制御を行うことで、高回転数域ＨＲＲでも回転できるようにしている。なお、弱め界磁制御は周知の技術であるため、これ以上の詳細な説明は省略する。   Therefore, the motor 1 can be rotated even in the high rotation speed range HRR by performing field-weakening control that suppresses the increase of the induced voltage at a timing with little influence on the generation of torque. It should be noted that field weakening control is a well-known technique, and thus detailed description thereof is omitted.

従って、このモータ１では、低回転数域ＬＲＲだけでなく高回転数域ＨＲＲでも安定した出力を得ることができる。しかしながら、高回転数域ＨＲＲでは、冒頭で説明したように、騒音が発生するという問題がある。この騒音は、ステータ２０の共振を原因としているため、トルクリップルを抑制するだけでは解消することができない。そこで、このモータ１では、マグネット１６等の配置を工夫してその騒音の低騒音化を図っている。   Therefore, the motor 1 can obtain a stable output not only in the low rotation speed range LRR but also in the high rotation speed range HRR. However, in the high rotation speed range HRR, as described at the beginning, there is a problem that noise is generated. Since this noise is caused by the resonance of the stator 20, it cannot be eliminated only by suppressing the torque ripple. Therefore, in the motor 1, the arrangement of the magnet 16 and the like is devised to reduce the noise.

（マグネットの配置）
図７を参照しながら、マグネット１６の配置について説明する。このマグネット１６の配置は、ステータ２０に作用する引力（２次成分）と誘起電圧（ＥＭＦ）とにマグネット１６の配置が及ぼす影響を調べ、その結果に基づいて見出したものである。 (Arrangement of magnet)
The arrangement of the magnet 16 will be described with reference to FIG. The arrangement of the magnet 16 has been found based on the results of examining the influence of the arrangement of the magnet 16 on the attractive force (secondary component) acting on the stator 20 and the induced voltage (EMF).

具体的には、図７に示すように、回転軸Ａの方向から見て、マグネット１６における短手端面１６ｂの両端の各々と回転軸Ａとを結ぶ２つの半径線によって挟まれる中心角をθｍとした。また、ロータ１０における隣接する２つの磁極間空隙１８の中点１８ａの各々と回転軸Ａとを結ぶ２つの半径線によって挟まれる中心角をθｍｐとした。   Specifically, as shown in FIG. 7, when viewed from the direction of the rotation axis A, the central angle sandwiched between two radial lines connecting each of both ends of the short end surface 16 b of the magnet 16 and the rotation axis A is θm. It was. In addition, the central angle between two radial lines connecting each of the midpoints 18a of the two adjacent magnetic pole gaps 18 in the rotor 10 and the rotation axis A is θmp.

そして、シミュレーション試験により、θｍ／θｍｐの値に対する、ステータ２０に作用する引力（２次成分）と誘起電圧（ＥＭＦ）の変化を調べた。その結果を図８に示す。   Then, a change in attractive force (secondary component) acting on the stator 20 and induced voltage (EMF) with respect to the value of θm / θmp was examined by a simulation test. The result is shown in FIG.

同図中、実線がステータ２０に作用する引力（ｆ）を示し、破線が誘起電圧（ＥＭＦ）を示している。誘起電圧は、θｍ／θｍｐが小さくなるに従って緩やかに低下する傾向が認められ、特に０．５辺りから大きく低下する傾向が認められた。従って、トルクの観点からはθｍ／θｍｐは高い方が好ましいといえる。   In the figure, the solid line indicates the attractive force (f) acting on the stator 20, and the broken line indicates the induced voltage (EMF). The induced voltage tended to gradually decrease as θm / θmp decreased, and in particular, a tendency to greatly decrease from around 0.5 was observed. Therefore, it can be said that the higher θm / θmp is preferable from the viewpoint of torque.

引力もまた、θｍ／θｍｐが小さくなるに従って低下したが、誘起電圧よりも急激に低下する傾向が認められ、０．５をピークにそれ以下では上昇する傾向が認められた。   The attractive force also decreased as θm / θmp decreased, but a tendency to decrease more rapidly than the induced voltage was observed, and a tendency to increase below 0.5 was observed.

従って、これら結果に基づけば、θｍ／θｍｐは０．５より大きく、かつ、０．７より小さく設定すれば、従来のモータに比べて、トルクを大きく損なわずに低騒音化を図ることができる。   Therefore, based on these results, if θm / θmp is set to be larger than 0.5 and smaller than 0.7, it is possible to reduce noise without greatly losing torque as compared with a conventional motor. .

（ティース部の配置）
図９を参照しながら、ティース部２４の配置について説明する。このティース部２４の配置は、マグネット１６の配置と同様に、ステータ２０に作用する引力（２次成分）と誘起電圧（ＥＭＦ）とにティース部２４の配置が及ぼす影響を調べ、その結果に基づいて見出したものである。 (Arrangement of teeth)
The arrangement of the tooth portion 24 will be described with reference to FIG. The arrangement of the tooth portion 24 is similar to the arrangement of the magnet 16 and the influence of the arrangement of the tooth portion 24 on the attractive force (secondary component) and the induced voltage (EMF) acting on the stator 20 is investigated and based on the result. This is what we found.

具体的には、図９に示すように、回転軸Ａの方向から見て、幅広部２４ａにおける周方向側の両端の各々と回転軸Ａとを結ぶ２つの半径線によって挟まれる中心角をθｔとした。また、ステータ２０における隣接する２つのスロット２８のそれぞれに臨むヨーク部２２の中点２２ｂの各々と回転軸Ａとを結ぶ２つの半径線によって挟まれる中心角をθｔｐとした。   Specifically, as shown in FIG. 9, when viewed from the direction of the rotation axis A, the central angle sandwiched between the two radial lines connecting the rotation axis A and each of both ends on the circumferential direction side of the wide portion 24a is θt. It was. In addition, the center angle between two radial lines connecting the respective midpoints 22b of the yoke portions 22 facing the two adjacent slots 28 in the stator 20 and the rotation axis A is defined as θtp.

そして、シミュレーション試験により、θｔ／θｔｐの値に対する、ステータ２０に作用する引力（２次成分）と誘起電圧（ＥＭＦ）の変化を調べた。その結果を図１０に示す。   Then, by a simulation test, changes in attractive force (secondary component) and induced voltage (EMF) acting on the stator 20 with respect to the value of θt / θtp were examined. The result is shown in FIG.

同図中、実線がステータ２０に作用する引力（ｆ）を示し、破線が誘起電圧（ＥＭＦ）を示している。誘起電圧は、θｔ／θｔｐが小さくなるに従って緩やかに低下する傾向が認められ、特に０．５辺りから大きく低下する傾向が認められた。従って、トルクの観点からはθｔ／θｔｐは高い方が好ましいといえる。   In the figure, the solid line indicates the attractive force (f) acting on the stator 20, and the broken line indicates the induced voltage (EMF). The induced voltage tended to decrease gradually as θt / θtp decreased, and in particular, the induced voltage tended to decrease greatly from around 0.5. Therefore, it can be said that the higher θt / θtp is preferable from the viewpoint of torque.

引力もまた、θｔ／θｔｐが小さくなるに従って低下したが、誘起電圧よりも急激に低下する傾向が認められ、０．５をピークにそれ以下では上昇する傾向が認められた。   The attractive force also decreased as θt / θtp decreased, but a tendency to decrease more rapidly than the induced voltage was observed, and a tendency to increase below 0.5 was reached.

従って、これら結果に基づけば、θｔ／θｔｐは０．５より大きく、かつ、０．７より小さく設定すれば、従来のモータに比べて、トルクを大きく損なわずに低騒音化を図ることができる。特に、マグネット１６及びティース部２４の双方をこれらの配置条件に設定すれば、よりいっそう効果的である。   Therefore, based on these results, if θt / θtp is set to be larger than 0.5 and smaller than 0.7, it is possible to achieve a reduction in noise without greatly impairing torque as compared with a conventional motor. . In particular, if both the magnet 16 and the tooth portion 24 are set to these arrangement conditions, it is more effective.

（比較例、実施例）
図１１、図１２に、比較例及び実施例を示す。これら図は、所定の高回転数においてステータ２０に作用する引力（１〜１３次成分）を測定した結果を表したものである。比較例は、ステータの共振を考慮していない従来のモータであり、実施例は、θｍ／θｍｐを０．６、θｔ／θｔｐを０．５５に設定したモータ１である。 (Comparative example, Example)
11 and 12 show comparative examples and examples. These drawings show the results of measuring the attractive force (1st to 13th order components) acting on the stator 20 at a predetermined high rotational speed. The comparative example is a conventional motor that does not consider the resonance of the stator, and the embodiment is the motor 1 in which θm / θmp is set to 0.6 and θt / θtp is set to 0.55.

これら図から明らかなように、実施例は比較例に比べて明らかに引力の２次成分や４次成分が低下している。従って、ステータ２０の収縮変化を小さくすることができるため、共振に基づく騒音を抑制することができる。   As is clear from these figures, the second and fourth order components of the attractive force are clearly lower in the example than in the comparative example. Therefore, since the shrinkage change of the stator 20 can be reduced, noise based on resonance can be suppressed.

なお、本発明にかかるブラシレスモータは、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば、実施形態ではインナーロータ型のモータを例に説明したが、アウターロータ型のモータであってもよい。   The brushless motor according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various other configurations. For example, in the embodiment, an inner rotor type motor has been described as an example, but an outer rotor type motor may be used.

１ モータ
１０ ロータ
１４ａ 対向面
１６ マグネット
１８ 磁極間空隙
２０ ステータ
２２ａ 内周面
２４ ティース部
２４ａ 幅広部
２６ コイル
２８ スロット
Ａ 回転軸
ＬＲＲ 低回転数域
ＨＲＲ 高回転数域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor 10 Rotor 14a Opposite surface 16 Magnet 18 Magnetic pole space | gap 20 Stator 22a Inner peripheral surface 24 Teeth part 24a Wide part 26 Coil 28 Slot A Rotating shaft LRR Low rotational speed area HRR High rotational speed area

Claims (4)

回転軸を中心に回転自在なロータと、
上記ロータの内側又は外側に配置されるステータと、
を備え、
上記ロータは、
上記ステータ側に面する断面円環状の対向面を有するコア部と、
上記対向面の上に、周方向に一定の磁極間空隙を隔ててＮ極とＳ極とが交互に並ぶように配置された複数の平板状のマグネットと、
を有し、
上記ステータは、
上記ロータ側に面する断面円環状の周面を有するヨーク部と、
上記ヨーク部の周面から上記ロータに向かって放射状に突出する複数のティース部と、
隣接する上記ティース部の間に形成されるスロットに巻線を通しながら当該ティース部に巻回して形成された複数のコイルと、
を有し、
上記ティース部の突端に、両側面が張り出して幅が広くなった幅広部が設けられ、当該幅広部が上記マグネットと微小隙間を隔てて対向し、
回転数の異なる少なくとも２つの低回転数域と高回転数域とにおいて一定時間駆動され、当該高回転数域では、弱め界磁制御が行われるブラシレスモータであって、
回転軸方向から見て、上記マグネットにおける周方向側の両端の各々と当該回転軸とを結ぶ２つの半径線によって挟まれる中心角をθｍとし、隣接する２つの上記磁極間空隙の中点の各々と当該回転軸とを結ぶ２つの半径線によって挟まれる中心角をθｍｐとしたとき、０．５＜θｍ／θｍｐ＜０．７となるように設定されているブラシレスモータ。 A rotor that can rotate around a rotation axis;
A stator disposed inside or outside the rotor;
With
The rotor is
A core portion having an annular facing cross-section facing the stator side;
A plurality of plate-like magnets arranged on the facing surface such that N poles and S poles are alternately arranged with a certain gap between the magnetic poles in the circumferential direction;
Have
The stator is
A yoke portion having an annular circumferential surface facing the rotor side;
A plurality of teeth protruding radially from the peripheral surface of the yoke toward the rotor;
A plurality of coils formed by winding the teeth portion while passing the winding through a slot formed between the adjacent teeth portions;
Have
The protruding portion of the teeth portion is provided with a wide portion where both side surfaces protrude and are widened, and the wide portion faces the magnet with a minute gap therebetween,
A brushless motor that is driven for a certain period of time in at least two low and high rotational speed ranges having different rotational speeds, and in which the field weakening control is performed.
When viewed from the rotational axis direction, θm is a central angle sandwiched between two radial lines connecting each of the circumferential ends of the magnet and the rotational axis, and each of the midpoints of two adjacent gaps between the magnetic poles A brushless motor that is set to satisfy 0.5 <θm / θmp <0.7, where θmp is a central angle between two radial lines connecting the rotation axis and the rotation axis. 請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、
更に、回転軸方向から見て、上記幅広部における周方向側の両端の各々と当該回転軸とを結ぶ２つの半径線によって挟まれる中心角をθｔとし、隣接する２つの上記スロットの中点の各々と当該回転軸とを結ぶ２つの半径線によって挟まれる中心角をθｔｐとしたとき、０．５＜θｔ／θｔｐ＜０．７となるように設定されているブラシレスモータ。 The brushless motor according to claim 1,
Furthermore, when viewed from the rotational axis direction, θt is a central angle sandwiched between two radial lines connecting each of the circumferential ends of the wide portion and the rotational axis, and the center point of two adjacent slots is A brushless motor that is set to satisfy 0.5 <θt / θtp <0.7, where θtp is a central angle between two radial lines connecting each and the rotation axis. 請求項１又は請求項２に記載のブラシレスモータにおいて、
上記マグネットの個数をＰ、上記スロットの個数をＳとしたとき、Ｓが２４以上であって、４／３×Ｓ＞Ｐ＞Ｓの関係を満たすブラシレスモータ。 The brushless motor according to claim 1 or 2,
A brushless motor satisfying the relationship of 4/3 × S>P> S, where S is 24 or more, where P is the number of magnets and S is the number of slots. 請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のブラシレスモータにおいて、
洗濯機に搭載されるブラシレスモータ。 In the brushless motor according to any one of claims 1 to 3,
A brushless motor mounted on a washing machine.

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