JP2502942B2 - Motor - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石、特にリング
状でラジアル方向に多極着磁されている永久磁石からな
る磁極と、その内側または外側に配置されている突極を
有するコアとを備えたモ−タに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a permanent magnet, in particular, a magnetic pole composed of a ring-shaped permanent magnet magnetized in the radial direction and having multiple poles, and a core having salient poles arranged inside or outside thereof. The present invention relates to a motor equipped with.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、種々の新しい機械装置、電気およ
び電子機器の開発に伴ない、コギングが少なく、かつ大
きなトルクを有する高品位の小型モ−タが強く望まれる
ようになった。2. Description of the Related Art In recent years, with the development of various new mechanical devices, electric and electronic devices, there has been a strong demand for high-quality compact motors with little cogging and large torque.

【０００３】コギング対策としてはコアレスモ−タ等が
使用されていたが、コアレスモ−タは充分に大きいトル
クが得られず、大きいトルクを得るためには大型化を免
れ得なかった。Although a coreless motor or the like has been used as a measure against cogging, the coreless motor cannot obtain a sufficiently large torque, and in order to obtain a large torque, the size cannot be avoided.

【０００４】一方、図６に示すような突極を有するモ−
タが大きなトルクを得られるために使用されている。す
なわち、図６において、１はコアで、突極２を有してい
る。なお、巻線は省略してある。３は磁極で、リング状
永久磁石からなりラジアル方向に着磁されており、しか
も円周方向に沿ってＮ極，Ｓ極が交互に形成されてい
る。４は磁気ヨ−クである。そして、コア１側か磁気ヨ
−ク４側の一方がステ−タとなり、他方がロ−タとなる
が、図６の場合はコア１がステ−タ、磁気ヨ−ク４がロ
−タとなっているアウタ−ロ−タ型モ−タである。On the other hand, a motor having salient poles as shown in FIG.
Is used to obtain a large torque. That is, in FIG. 6, 1 is a core having salient poles 2. The winding is omitted. Reference numeral 3 denotes a magnetic pole, which is composed of a ring-shaped permanent magnet and is magnetized in the radial direction. Further, N poles and S poles are alternately formed along the circumferential direction. 4 is a magnetic yoke. One of the core 1 side and the magnetic yoke 4 side serves as a stator and the other serves as a rotor. In the case of FIG. 6, the core 1 is the stator and the magnetic yoke 4 is the rotor. It is an outer rotor type motor.

【０００５】このような突極２を有するモ−タは、大き
なトルクが得られるものの、コギングが発生するという
不都合があった。A motor having such salient poles 2 can obtain a large torque, but has a disadvantage that cogging occurs.

【０００６】従来、突極２を有するモ−タ（以下単にモ
−タと略称する）は、コギングを減少させるために、例
えば特公昭５８−５２４２６号公報に開示されているよ
うに、電機子鉄心に加工を施す方法が提案されている。Conventionally, a motor having salient poles 2 (hereinafter simply referred to as a motor) has an armature as disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 58-52426 in order to reduce cogging. A method of processing an iron core has been proposed.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記した電機子鉄心に
加工を施す方法は複雑であり、コギングの減少も、ます
ます増大する高品位化への要望に対し充分なものでなか
った。The method of machining the armature core described above is complicated, and the reduction of cogging is not sufficient for the ever-increasing demand for higher quality.

【０００８】さらに、最近は、永久磁石の磁力の強い希
土類磁石等を用いるに至って、小型化は促進されるもの
のコギングがより顕著となり、実用上の不都合が増し
た。Further, recently, with the use of a rare earth magnet having a strong magnetic force of a permanent magnet, etc., although miniaturization is promoted, cogging becomes more prominent and practical inconvenience increases.

【０００９】本発明者等は上記の点にかんがみ、永久磁
石、特にリング状でラジアル方向に着磁され、円周方向
に交互に多極着磁されている永久磁石を磁極として用い
たモ−タについて種々研究を重ね、その結果、本発明は
なされたもので、小型でトルクが大きく、しかもコギン
グが少ないモ−タを提供することを目的とする。In view of the above points, the present inventors have used a permanent magnet, particularly a ring-shaped permanent magnet magnetized in the radial direction and alternately magnetized in the circumferential direction as a magnetic pole. The present invention has been made as a result of various studies on the motor, and as a result, an object thereof is to provide a motor which is small in size, has a large torque, and has a small cogging.

【００１０】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明に係るモ−タは、
突極数と磁極数の最小公倍数をｉとすると３６０°／ｉ
で決まる角度θ_i に対し、３６０°／（磁極の極数）で
規定されるＮ極およびＳ極の各境界を起点として各磁極
毎に、（１／２＋ｎ）θ_i の位置のうち、ある１つ以上
のｎの値に対応した位置において、コアに相対する磁極
面に永久磁石あるいは軟磁性材料からなる凸部を形成し
たものである。ただし、ｎは０から３６０°／{(磁極の
極数）×θ_i}−１までの整数とする。The motor according to the present invention comprises:
If the least common multiple of salient poles and magnetic poles is i, 360 ° / i
For the angle θ _i determined by, there is one of (1/2 + n) θ _i positions for each magnetic pole starting from the boundaries of the N and S poles defined by 360 ° / (the number of magnetic poles). At a position corresponding to one or more values of n, a convex portion made of a permanent magnet or a soft magnetic material is formed on the magnetic pole surface facing the core. However, n is an integer from 0 to 360 ° / {(number of magnetic poles) × θ _i } -1.

【００１１】[0011]

【作用】本発明においては、コアに相対する磁極面に、
（１／２＋ｎ）θ_i の位置に形成した凸部によって着磁
幅を大きくしてもコギングが抑制される。In the present invention, the magnetic pole surface facing the core is
Even if the magnetization width is increased by the convex portion formed at the position of (1/2 + n) θ _i , cogging is suppressed.

【００１２】[0012]

【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。EXAMPLES Examples of the present invention will be described in detail below.

【００１３】図１は本発明のモ−タの一実施例であるア
ウタ−ロ−タ型モ−タの断面略図である。このアウタ−
ロ−タ型モ−タは、６個の突極２を有するコア１と、極
数が４から成る磁極３および磁気ヨ−ク４を主要部とし
て構成されている。FIG. 1 is a schematic sectional view of an outer rotor type motor which is an embodiment of the motor of the present invention. This outer
The rotor type motor is mainly composed of a core 1 having six salient poles 2, a magnetic pole 3 having four poles and a magnetic yoke 4.

【００１４】この磁極３は、形態的に通常のものとは異
なり、Ｎ極およびＳ極の境界Ｌを起点としてＮ極とＳ極
の境界を除く（１／２＋ｎ）θ_i なる位置においてコア
１に相対する磁極面に凸部５を持っている。The magnetic pole 3 is different from a normal one in terms of morphology, and the core 1 is located at a position (1/2 + n) θ _i excluding the boundary between the N and S poles starting from the boundary L between the N and S poles. Has a convex portion 5 on the magnetic pole surface opposite to.

【００１５】ただし、θ_i はコア１の突極数（この例で
は“６”）と、磁極の極数（この例では“４”）の最小
公倍数をｉ（この例では“１２”）とすると３６０°／
ｉ（この例では３０°）で決まる角度であり、ｎは０ま
たは正の整数である。なお、ｎについては後述する。However, θ _i is the least common multiple of the number of salient poles of the core 1 (“6” in this example) and the number of poles of magnetic poles (“4” in this example) as i (“12” in this example). Then 360 ° /
The angle is determined by i (30 ° in this example), and n is 0 or a positive integer. Note that n will be described later.

【００１６】コギングとは回転時に発生する回転むらで
あり、その原因は突極２と磁極３の各極との間の相対的
な回転位置によって、磁極各部に働く力が回転軸に対し
て対称とならない場合に発生する力（コギング力）によ
ってもたらされる。そして、コギングトルクは突極数と
磁極数の最小公倍数をｉとすると３６０°／ｉの周期を
もつ。[0016] Cogging is rotation irregularity that occurs during rotation, and the cause thereof is the relative rotational position between the salient pole 2 and each pole of the magnetic pole 3, and the force acting on each portion of the magnetic pole is symmetrical with respect to the rotation axis. It is brought about by the force (cogging force) that occurs when it does not. The cogging torque has a cycle of 360 ° / i, where i is the least common multiple of the number of salient poles and the number of magnetic poles.

【００１７】ところで、図６に示す従来のモ−タでは、
突極数が６、磁極数が４であるからｉ＝１２であり、コ
ギングトルクの周期は３０°であり、ロ−タの回転角に
対するトルク特性は磁極３の着磁角度を変えると図８，
図９のような変化を示す。By the way, in the conventional motor shown in FIG.
Since the number of salient poles is 6 and the number of magnetic poles is 4, i = 12, the cycle of cogging torque is 30 °, and the torque characteristic with respect to the rotation angle of the rotor is shown in FIG. 8 when the magnetization angle of the magnetic pole 3 is changed. ，
Changes as shown in FIG. 9 are shown.

【００１８】すなわち、図８，図９は横軸にロータ回転
角をとり、縦軸にコギングトルク（相対値）をとったも
のである。曲線ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇはそれぞれ
着磁角度が９０°，７２°，６６°，５４°，４０°，
２５°，１０°の場合である。That is, in FIGS. 8 and 9, the horizontal axis represents the rotor rotation angle and the vertical axis represents the cogging torque (relative value). The curves a, b, c, d, e, f, and g have magnetization angles of 90 °, 72 °, 66 °, 54 °, 40 °,
This is the case of 25 ° and 10 °.

【００１９】ここで着磁角度とは図７に示すように、例
えばＳ極中に着磁された部分、つまり斜線を施した部分
の中心Ｏに対して張る角度θ_m をいう。As shown in FIG. 7, the magnetization angle means an angle θ _{m formed} with respect to the center O of a portion magnetized in the S pole, that is, a shaded portion, for example.

【００２０】図８，図９からわかるように、トルク特性
が正から負に変化する着磁角度θ_mでコギングトルクが
小さくなることがわかる。As can be seen from FIGS. 8 and 9, the cogging torque decreases at the magnetizing angle θ _m at which the torque characteristic changes from positive to negative.

【００２１】図８，図９に示す特性のモ−タで、通常の
肉厚の均一なリング状の永久磁石からなる磁極３を使用
した場合、コギングトルクが減少する最適な着磁角度θ
_m は約６６°と２５°付近の２つである。In the motor having the characteristics shown in FIGS. 8 and 9, when the magnetic pole 3 made of a normal ring-shaped permanent magnet having a uniform wall thickness is used, the optimum magnetizing angle .theta.
There are two _m around 66 ° and around 25 °.

【００２２】着磁角度θ_m を６６°または２５°に選ぶ
ことによってコギングトルクは減少するわけであるが、
通常永久磁石の有効利用から大きな着磁角度θ_m が選ば
れる。Although the cogging torque is reduced by selecting the magnetizing angle θ _m as 66 ° or 25 °,
A large magnetization angle θ _m is usually selected from the effective use of permanent magnets.

【００２３】しかし、それにしても９０°の磁石部分に
対し６６°しか利用しておらず、もっと大きな着磁角度
θ_m に対してコギングトルクが減少するような方法が望
まれる。However, even so, only 66 ° is used for the 90 ° magnet portion, and a method is desired in which the cogging torque is reduced for a larger magnetizing angle θ _m .

【００２４】図８，図９から明らかなように、着磁角度
θ_m が非常に広い（６６°以上）場合と狭い（２５°以
上）場合のコギングトルクの位相は同じである。As is clear from FIGS. 8 and 9, the phase of the cogging torque is the same when the magnetization angle θ _m is very wide (66 ° or more) and when it is narrow (25 ° or more).

【００２５】したがって、狭い着磁部分を図１のように
Ｎ極とＳ極の境界Ｌを起点として（１／２＋ｎ）θ_i の
位置に作れれば、逆位相のトルク波を形成させ、全体の
着磁角度θ_m がより広いところでコギングトルクの減少
が起こることになる。Therefore, if a narrow magnetized portion can be formed at the position of (1/2 + n) θ _i starting from the boundary L between the N pole and the S pole as shown in FIG. A decrease in cogging torque occurs at a wider magnetization angle θ _m .

【００２６】このように、Ｎ極，Ｓ極の境界Ｌから（１
／２＋ｎ）θ_i の位置でコア１に相対する磁極３の磁極
面に凸部５を設けることにより、その部分のみコア１と
のギャップが小さくなり磁極３からの磁束が増加するた
め、あたかもその位置に新たに磁極が生成したかのよう
な効果があり、コギングが抑止される。Thus, from the boundary L between the N pole and the S pole, (1
By providing the convex portion 5 on the magnetic pole surface of the magnetic pole 3 facing the core 1 at the position of / 2 + n) θ _i , the gap between the magnetic pole 3 and the core 1 is reduced only in that portion, and the magnetic flux from the magnetic pole 3 increases, as if There is an effect that a magnetic pole is newly generated at the position, and cogging is suppressed.

【００２７】すなわち、Ｎ極およびＳ極の各境界Ｌを起
点として各磁極毎に（１／２＋ｎ）θ_i なる位置のう
ち、ある１つ以上のｎの値に対応した位置においてコア
１に相対する磁極角に凸部５を形成するものであり、ｎ
の値は０から３０°／｛（磁石の磁数）×θ_i ｝−１ま
での整数となる。That is, relative to the core 1 at a position corresponding to one or more values of n among the positions of (1/2 + n) θ _i for each magnetic pole starting from each boundary L of the N pole and the S pole. The convex portion 5 is formed at the magnetic pole angle
The value of is an integer from 0 to 30 ° / {(magnetic number of magnet) × θ _i } -1.

【００２８】ただし、図８，図９に示されているように
コギングのトルクリップルは正弦波的な波とは異なり歪
んでいるため、正確に（１／２＋ｎ）θ_i の位置に凸部
５を合せるよりも多少ずらした方がコギングが減少する
場合がある。また、（１／２＋ｎ）θ_i の位置と上記凸
部５の中心位置の角度が±（１／４）θ_i の範囲内で最
適な角度を選ぶことが望ましい。However, as shown in FIGS. 8 and 9, the torque ripple of cogging is distorted unlike a sinusoidal wave, and therefore the convex portion 5 is accurately located at (1/2 + n) θ _i. Cogging may be reduced if they are shifted a little rather than being adjusted. Further, it is desirable to select an optimal angle within a range of ± (1/4) θ _i between the position of (1/2 + n) θ _i and the central position of the convex portion 5.

【００２９】なお、凸部５の１個が占める角度は磁極３
のＮ極およびＳ極の１極が占める角度の２５〜６０％が
適当であることが実験の結果、確認された。The angle occupied by one of the protrusions 5 is determined by the magnetic pole 3.
It was confirmed as a result of the experiment that 25 to 60% of the angle occupied by one of the N pole and the S pole is suitable.

【００３０】また、凸部５の凸出量は磁極３と磁極面と
コア１とのギャップ長の１０〜９０％の間で調節すれば
よい。The amount of protrusion of the protrusion 5 may be adjusted within the range of 10 to 90% of the gap length between the magnetic pole 3, the magnetic pole surface and the core 1.

【００３１】図２は図１に示した本発明によるモ−タに
おけるコギングトルクの特性図である。曲線ｈ’，
ｉ’，ｊ’は着磁角度が９０°，７５°，６０°の場合
のコギングトルク（相対値）を示す。この図から通常の
リングマグネットを使用した場合に較べ、コギングトル
ク減少のための最適着磁角度θ_m が７５°と増大してい
ることがわかる。FIG. 2 is a characteristic diagram of the cogging torque in the motor according to the present invention shown in FIG. Curve h ',
i ′ and j ′ represent cogging torque (relative values) when the magnetization angles are 90 °, 75 °, and 60 °. From this figure, it can be seen that the optimum magnetization angle θ _m for reducing the cogging torque is increased to 75 ° as compared with the case of using a normal ring magnet.

【００３２】本発明では、上記のように磁極面のＮ極，
Ｓ極の境界Ｌより（１／２＋ｎ）θ_i の位置に凸部５を
形成するが、ｎのとり得る範囲は０から３６０°／{(磁
極の極数）×θ_i}−１である。In the present invention, as described above, the N pole of the magnetic pole surface,
The convex portion 5 is formed at a position of (1/2 + n) θ _i from the boundary L of the S pole, and the range of n is 0 to 360 ° / {(number of magnetic poles) × θ _i } -1. .

【００３３】図１の実施例の場合、前述したように突極
数は６、磁極数は４であり、最小公倍数ｉ＝１２とな
る。したがってθ_i ＝３０°であるから、 ３６０°／｛４×３０°｝−１＝３６０°／１２０°−
１＝２ すなわち、ｎ＝０〜２となる。In the embodiment of FIG. 1, the number of salient poles is 6, the number of magnetic poles is 4, and the least common multiple i = 12, as described above. Therefore, since θ _i = 30 °, 360 ° / {4 × 30 °} −1 = 360 ° / 120 ° −
1 = 2 That is, n = 0 to 2.

【００３４】図１はｎ＝０，２の位置に凸部５を形成し
た実施例であり、図３はｎ＝１の位置に凸部５を設けた
実施例である。FIG. 1 shows an embodiment in which the convex portions 5 are formed at the positions of n = 0 and 2, and FIG. 3 shows an embodiment in which the convex portions 5 are provided at the position of n = 1.

【００３５】図４は、磁極３にＣ型の永久磁石使った実
施例であり、Ｎ極とＳ極の境界Ｌの部分は空隙となって
いるが、凸部５は（１／２＋ｎ）θ_i 、すなわち、θ_i
＝６０°，ｎ＝１として境界Ｌから９０°の位置に設け
られている。FIG. 4 shows an embodiment in which a C-type permanent magnet is used for the magnetic pole 3, and a void is formed at the boundary L between the N pole and the S pole, but the convex portion 5 is (1/2 + n) θ. _i , that is, θ _i
= 60 ° and n = 1, they are provided at a position of 90 ° from the boundary L.

【００３６】図５（ａ）〜（ｄ）は、凸部５の各種の例
を示すものである。図５（ａ）は凸部５に鉄等の軟磁性
体や永久磁石材料を貼り付けた実施例である。FIGS. 5A to 5D show various examples of the convex portion 5. FIG. 5A shows an embodiment in which a soft magnetic material such as iron or a permanent magnet material is attached to the convex portion 5.

【００３７】図５（ｂ）は凸部５を連続的に磁極３の全
面に形成し、凸部５の位置で最も高くした実施例であ
る。さらに、図５（ｃ）は凸部５を磁極３の上部に付
け、コア１の突極２は、図５（ｄ）のように対向させる
実施例である。FIG. 5B shows an embodiment in which the convex portion 5 is continuously formed on the entire surface of the magnetic pole 3 and the height is highest at the position of the convex portion 5. Further, FIG. 5C is an embodiment in which the convex portion 5 is attached to the upper portion of the magnetic pole 3 and the salient poles 2 of the core 1 are opposed to each other as shown in FIG. 5D.

【００３８】[0038]

【発明の効果】本発明は以上説明したように、（１／２
＋ｎ）・θ_i の位置の磁極面に凸部を形成させたので、
着磁角度を大きくしてもコギングトルクを小さくするこ
とができ、かつ、凸部の占める角度をより大きくでき
る。As described above, the present invention provides (1/2
Since a convex portion is formed on the magnetic pole surface at the position of + n) · θ _i ,
Even if the magnetizing angle is increased, the cogging torque can be reduced, and the angle occupied by the convex portion can be increased.

【００３９】かように、本発明はコギングトルクが小さ
く、トルクの大きいモ−タが得られるので、各種の用途
に使用でき、その工業的意義は極めて大きいものであ
る。As described above, according to the present invention, since a motor having a small cogging torque and a large torque can be obtained, it can be used for various purposes and its industrial significance is extremely great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の一実施例を示す断面略図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of the present invention.

【図２】図１の実施例のコギング特性図である。FIG. 2 is a cogging characteristic diagram of the embodiment of FIG.

【図３】他の実施例を示す断面略図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment.

【図４】他の実施例を示す断面略図である。FIG. 4 is a schematic sectional view showing another embodiment.

【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明のさらに他の実施例の
凸部の形状例を示す斜視図および側面図である。5 (a) to 5 (d) are a perspective view and a side view showing an example of the shape of a protrusion according to still another embodiment of the present invention.

【図６】従来のモ−タの一例を示す断面略図である。FIG. 6 is a schematic sectional view showing an example of a conventional motor.

【図７】着磁角度の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a magnetization angle.

【図８】図６の従来のモ−タのコギング特性図である。FIG. 8 is a cogging characteristic diagram of the conventional motor of FIG.

【図９】図６の従来のモ−タのコギング特性図である。9 is a cogging characteristic diagram of the conventional motor of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ コア ２ 突極 ３ 磁極 ４ 磁気ヨ−ク ５ 凸部 1 core 2 salient pole 3 magnetic pole 4 magnetic yoke 5 convex portion

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 永久磁石からなる磁極と、その内側また
は外側に配置されている突極を有するコアとを備えたモ
−タにおいて、突極数と磁極数の最小公倍数をｉとする
と３６０°／ｉで決まる角度θ_i に対し、３６０°／
（磁極の極数）で規定されるＮ極およびＳ極の各境界を
起点として前記各磁極毎に、（１／２＋ｎ）θ_i なる位
置のうち、ある１つ以上のｎの値に対応した位置におい
て前記コアに相対する磁極面に永久磁石あるいは軟磁性
材料からなる凸部を形成したことを特徴とするモ−タ。
ただし、ｎは０から３６０°／{(磁極の極数）×θ_i}−
１までの整数とする。1. A motor having a magnetic pole made of a permanent magnet and a core having salient poles arranged inside or outside thereof, where 360 is a minimum common multiple of salient poles and magnetic poles. 360 ° / with respect to the angle θ _i determined by / i
Starting from each boundary of the N pole and the S pole defined by (the number of poles of the magnetic pole), corresponding to one or more values of n among the positions of (1/2 + n) θ _{i for} each magnetic pole. A motor characterized in that a convex portion made of a permanent magnet or a soft magnetic material is formed on a magnetic pole surface facing the core at a position.
However, n is 0 to 360 ° / {(number of magnetic poles) × θ _i } −
It is an integer up to 1. 【請求項２】 凸部１個が占める角度がＮ極およびＳ極
が占める角度の２５〜６０％の間にあることを特徴とす
る特許請求の範囲第 (1)項記載のモ−タ。2. The motor according to claim 1, wherein the angle occupied by one convex portion is between 25% and 60% of the angle occupied by the N pole and the S pole.