JP4363600B2

JP4363600B2 - Smooth armature type 3-phase brushless motor

Info

Publication number: JP4363600B2
Application number: JP04445198A
Authority: JP
Inventors: 竜一郎富永
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1998-02-10
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2018-02-10
Also published as: JPH11234989A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＦＡ、ＯＡに使用されるブラシレスモータにおける、特に平滑電機子形のブラシレスモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の３相、４極、６コイルのブラシレスモータは、図３に示すように構成されている。
図において、強磁性体薄板を積層したステータコア１０の内径側には、３相分６個のコイル１１Ｕ、１１Ｕ’、１１Ｖ、１１Ｖ’１１Ｗ、１１Ｗ’がシリーズに結線して集中巻きして取付けてある。ロータコア１２の表面には、４個の希土類永久磁石１３を等円周ピッチで、隣同志が異極になるように交互に貼付しロータ磁極を形成している。１４は回転軸で、図示しないフレームに固定したブラケットに軸受を介して取付けてある。
このように構成したブラシレスモータの動作について説明をする。
前記コイル１１ｕ、１１ｕ’、１１ｖ、１１ｖ’、１１ｗ、１１ｗ’に通電すると、ロータに取付けた永久磁石１３との電磁作用によりロータが回転する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが固定子ヨークの厚さはギャップの磁束密度と極ピッチに比例する。
Ｄｇをギャップ径、Ｐを極数とすると、極ピッチ＝Ｄｇ／Ｐとなる。
ギャップ密度Ｂｇが一定であるとすれば、極数Ｐが大きいほどヨークを薄くできるので、モータが小形となる。
しかしながら、極数を増加すると、コイル数も増加し、生産性の低下につながるため、非重ね集中巻きの分数スロット巻線等が用いられる。従来の４極、６コイルの例も毎極、毎相のスロット数ｑが、１／２の分数スロット巻線である。
ｑ＝１／５とすれば６コイルで１０極を構成できるが、非重ね集中巻きとした場合、短節係数が０．５と低く効率が低下してしまう。
そこで、本発明は短節係数を向上することにより高性能の平滑電機子形ブラシレスモータを提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、鉄心の表面に偶数個の永久磁石を等間隔に互いに異極となるよう配置した回転子と、前記回転子と対向するように空隙を介して配置された固定子と、前記固定子鉄心に非重ね集中巻きの複数個のコイルとを備えた平滑電機子形３相ブラシレスモータにおいて、コイル数を６ｎ、極数を１０ｎ（ｎは自然数）とし、前記コイルの内側幅をコイルピッチに対して０．０５〜０．３としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例を示す平滑電機子形３相ブラシレスモータの正断面図である。
図において、１はコイルで、円筒状の固定子鉄心３の内面に含浸樹脂等で固着してある。前記コイル１の数は６個で、図に示すようにＵ、Ｕ’、Ｗ、Ｗ’、Ｖ、Ｖ’の相順で３相のコイル１が配置されている。２は永久磁石で、鉄心４の外周に相隣合う永久磁石２が互いに異極となるように固定してある。前記永久磁石２のコイル１に対向する面を円弧状に構成しているが、正弦波状にして磁束変化を滑らかにして誘起電圧波形の高調波成分を少なくするようにしてもよく、また、永久磁石２をリング状の磁石に多極着磁して製作の工数を低減してもよい。前記永久磁石２は鉄心４の外周に１０個配置している。前記電機子鉄心４の内周にはシャフト５を電機子鉄心４と一体となるよう配置している。シャフト５は図示されない軸受により回転自在に支持されている。図２は図１で示したコイル１の概略を示したものである。互いのコイル１は、所定のコイルピッチで配置されている。前記コイル１は集中巻となっておりコイル１の内側にはコイル内側幅Ｗ１が設けられている。前記コイル１は所定の内側幅Ｗ１となるような巻型に巻回し製作される。前記コイル１には丸線や平角線を用いるが、占積率を高くできる点で平角線を用いた方がモータ特性を向上できる。
つぎに、本発明の平滑電機子形３相ブラシレスモータの巻線係数について説明する。
巻線係数は、分布係数、短節係数、スキュー係数などからなり、短節係数は極ピッチに対するコイル１の飛びで決定される。
スロット巻線形モータの短節係数ｋｐは次式で表される。
kp = sin( βπ/2) （kp≦１）
β = P/N (Ｘ＃−１)
Ｐ：極数
Ｎ：スロット数
Ｘ＃：コイルの飛び
βは磁極ピッチに対するコイルの飛びを示し、１に近いほど短節係数の基本波成分は高くなる。
６スロット、１０極、集中巻の場合、β =１０／６（２−１）＝１．６６‥で１よりも大きな値となる。この場合短節係数は上記式より０．５となり、最大値１の半分である。
平滑電機子のスロット巻線のコイルの飛びは、図２に示すコイル飛び等価寸法Ｈに置き換えられる。このコイル飛び等価寸法Ｈはコイル幅Ｗとコイル内側幅Ｗ１の和で表され、コイルピッチＡに比べ小さくなり、コイル内側幅Ｗ１を適当に設定することでβを１に近づけることができる。例えばコイル内側幅を大きくすればコイル飛び等価寸法Ｈは大きくなり、コイル内側幅Ｗ１を小さくすればコイル飛び等価寸法Ｈは小さくなる。実験の結果、コイル内側幅をコイルピッチに対して０．０５〜０．３とすれば良いことがわかった。
つぎに、平滑電機子形ブラシレスモータの動作について説明する。
図示されない磁極検出手段によりコイルに所定の電流を通電することで永久磁石２、鉄心４、シャフト５などで構成される回転子はコイル１、固定子鉄心３等で構成された固定子に対して回転する。前記短節係数が向上するので、回転性能が向上する。
実施例では円筒状軟磁性体の鉄心４の外周面に円弧状の永久磁石を貼付けたインナロータについて説明したが、電機子鉄心の内周面に永久磁石を貼付けたアウタロータにしてもよい。また、実施例では少ないスロット数で、効率の良いモータをうるために、３相、６コイル、１０極のモータについて説明をしたが、コイル数と極数は整数倍の組み合わせても同様の特性を持つので４０極モータを製作する場合でも２４コイルで済む。さらに、実施例では回転形モータについて説明をしたが、リニアモータにも適用できる。
【０００６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、短節係数が向上して、高性能の平滑電機子形３相ブラシレスモータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す平滑電機子形３相ブラシレスモータの正断面図である。
【図２】本発明の平滑電機子形３相ブラシレスモータのコイルの概略構成図である。
【図３】従来技術を示す平滑電機子形３相のブラシレスモータの正断面図である。
【符号の説明】
１コイル、２永久磁石、３固定子鉄心、４電機子鉄心、５シャフト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a brushless motor used for FA and OA, particularly a smooth armature brushless motor.
[0002]
[Prior art]
A conventional three-phase, four-pole, six-coil brushless motor is configured as shown in FIG.
In the figure, six coils 11U, 11U ′, 11V, 11V′11W, and 11W ′ for three phases are connected in series and attached in a concentrated manner on the inner diameter side of the stator core 10 laminated with ferromagnetic thin plates. is there. On the surface of the rotor core 12, four rare earth permanent magnets 13 are alternately attached at equal circumferential pitches so that adjacent neighbors have different polarities, thereby forming a rotor magnetic pole. Reference numeral 14 denotes a rotating shaft, which is attached to a bracket fixed to a frame (not shown) via a bearing.
The operation of the brushless motor configured as described above will be described.
When the coils 11u, 11u ′, 11v, 11v ′, 11w, and 11w ′ are energized, the rotor rotates by electromagnetic action with the permanent magnet 13 attached to the rotor.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the thickness of the stator yoke is proportional to the magnetic flux density of the gap and the pole pitch.
When Dg is the gap diameter and P is the number of poles, the pole pitch = Dg / P.
If the gap density Bg is constant, the larger the number of poles P, the thinner the yoke, and the smaller the motor.
However, when the number of poles is increased, the number of coils also increases, leading to a decrease in productivity. Therefore, fractional slot winding with non-overlapping concentrated winding is used. The conventional 4-pole and 6-coil examples also have a fractional slot winding in which the number of slots q per pole and phase is ½.
If q = 1/5, 6 coils can form 10 poles. However, when the non-overlapping concentrated winding is used, the short-node coefficient is as low as 0.5 and the efficiency is lowered.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a high performance smooth armature brushless motor by improving a short-pitch coefficient.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a rotor in which an even number of permanent magnets are arranged on the surface of an iron core so as to be different from each other at equal intervals, and a gap is provided so as to face the rotor. In the smooth armature type three-phase brushless motor provided with a stator and a plurality of non-concentrated concentrated winding coils on the stator core, the number of coils is 6n, the number of poles is 10n (n is a natural number) , The inner width of the coil is set to 0.05 to 0.3 with respect to the coil pitch .
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front sectional view of a smooth armature type three-phase brushless motor showing an embodiment of the present invention.
In the figure, reference numeral 1 denotes a coil, which is fixed to the inner surface of a cylindrical stator core 3 with an impregnating resin or the like. The number of the coils 1 is six, and three-phase coils 1 are arranged in the phase order of U, U ′, W, W ′, V, and V ′ as shown in the figure. Reference numeral 2 denotes a permanent magnet, which is fixed on the outer periphery of the iron core 4 so that adjacent permanent magnets 2 have different polarities. Although the surface of the permanent magnet 2 facing the coil 1 is formed in an arc shape, it may be sinusoidal to smooth the magnetic flux change so as to reduce the harmonic component of the induced voltage waveform. The magnet 2 may be magnetized on a ring-shaped magnet to reduce the number of manufacturing steps. Ten permanent magnets 2 are arranged on the outer periphery of the iron core 4. A shaft 5 is disposed on the inner circumference of the armature core 4 so as to be integrated with the armature core 4. The shaft 5 is rotatably supported by a bearing (not shown). FIG. 2 shows an outline of the coil 1 shown in FIG. The coils 1 are arranged at a predetermined coil pitch. The coil 1 is concentrated winding, and a coil inner width W <b> 1 is provided inside the coil 1. The coil 1 is manufactured by being wound around a winding mold having a predetermined inner width W1. A round wire or a rectangular wire is used for the coil 1, but the motor characteristics can be improved by using the rectangular wire in that the space factor can be increased.
Next, the winding coefficient of the smooth armature type three-phase brushless motor of the present invention will be described.
The winding coefficient is composed of a distribution coefficient, a short-pitch coefficient, a skew coefficient, and the like.
The short-pitch coefficient kp of the slot winding type motor is expressed by the following equation.
kp = sin (βπ / 2) (kp ≦ 1)
β = P / N (X # -1)
P: Number of poles N: Number of slots X #: Coil jump β indicates the coil jump with respect to the magnetic pole pitch, and the closer to 1, the higher the fundamental wave component of the short coefficient.
In the case of 6 slots, 10 poles and concentrated winding, β = 10/6 (2-1) = 1.66... In this case, the short coefficient is 0.5 from the above formula, which is half of the maximum value of 1.
The coil jump of the slot winding of the smooth armature is replaced with a coil jump equivalent dimension H shown in FIG. This coil jump equivalent dimension H is expressed as the sum of the coil width W and the coil inner width W1, and is smaller than the coil pitch A. By appropriately setting the coil inner width W1, β can be made close to 1. For example, if the coil inner width is increased, the coil jump equivalent dimension H is increased, and if the coil inner width W1 is decreased, the coil jump equivalent dimension H is decreased. As a result of the experiment, it was found that the coil inner width should be 0.05 to 0.3 with respect to the coil pitch.
Next, the operation of the smooth armature brushless motor will be described.
A rotor composed of a permanent magnet 2, an iron core 4, a shaft 5 and the like is applied to a coil composed of a coil 1, a stator iron core 3 and the like by applying a predetermined current to the coil by magnetic pole detection means (not shown). Rotate. Since the short section coefficient is improved, the rotation performance is improved.
In the embodiment, the inner rotor in which the arc-shaped permanent magnet is attached to the outer peripheral surface of the cylindrical soft magnetic iron core 4 has been described. However, an outer rotor in which a permanent magnet is attached to the inner peripheral surface of the armature core may be used. Further, in the embodiment, in order to obtain an efficient motor with a small number of slots, a three-phase, six-coil, and ten-pole motor has been described. Even if a 40-pole motor is manufactured, 24 coils are sufficient. Further, the rotary motor has been described in the embodiment, but the present invention can also be applied to a linear motor.
[0006]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a high-performance smooth armature type three-phase brushless motor with an improved short-pitch coefficient.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view of a smooth armature type three-phase brushless motor showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a coil of a smooth armature type three-phase brushless motor according to the present invention.
FIG. 3 is a front sectional view of a smooth armature type three-phase brushless motor showing the prior art.
[Explanation of symbols]
1 coil, 2 permanent magnet, 3 stator core, 4 armature core, 5 shaft

Claims

鉄心の表面に偶数個の永久磁石を等間隔に互いに異極となるよう配置した回転子と、前記回転子と対向するように空隙を介して配置された固定子と、前記固定子鉄心に非重ね集中巻きの複数個のコイルとを備えた平滑電機子形３相ブラシレスモータにおいて、
コイル数を６ｎ、極数を１０ｎ（ｎは自然数）とし、前記コイルの内側幅をコイルピッチに対して０．０５〜０．３にしたことを特徴とする平滑電機子形３相ブラシレスモータ。A rotor in which an even number of permanent magnets are arranged on the surface of the iron core so as to have different polarities from each other at equal intervals, a stator arranged through a gap so as to face the rotor, and a non- In a smooth armature type three-phase brushless motor provided with a plurality of coils of concentrated and concentrated winding,
A smooth armature type three-phase brushless motor , wherein the number of coils is 6n, the number of poles is 10n (n is a natural number), and the inner width of the coil is 0.05 to 0.3 with respect to the coil pitch .

前記永久磁石のコイル対向面を正弦波状の永久磁石にした請求項１記載の平滑電機子形３相ブラシレスモータ。 The smooth armature type three-phase brushless motor according to claim 1, wherein the coil facing surface of the permanent magnet is a sinusoidal permanent magnet.

前記永久磁石を多極着磁リング状にした請求項１記載の平滑電機子形３相ブラシレスモータ。 The smooth armature type three-phase brushless motor according to claim 1, wherein the permanent magnet is formed in a multipolar magnetized ring shape.

前記コイルを平角巻線で形成した請求項１から３までのいずれかの項に記載の平滑電機子形３相ブラシレスモータ。The smooth armature type three-phase brushless motor according to any one of claims 1 to 3, wherein the coil is formed by a rectangular winding.