JPH0487544A - Dc brushless motor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
本発明は、低電圧大電流駆動用のＤＣブラシレスモータ
に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Field of Industrial Application" The present invention relates to a DC brushless motor for low voltage, high current drive.
「従来の技術」
従来のＤＣブラシレスモータ（以下「モータ」と略称す
る。）を第４図ないし第７図に基づき説明する。"Prior Art" A conventional DC brushless motor (hereinafter abbreviated as "motor") will be explained based on FIGS. 4 to 7.
このモータは、ステータｌＯと、ロータ２０と、ロータ
２０に固定された出力軸３０と、磁性を有する金属、例
えば純鉄からなるバックヨーク４０とから概略構成され
ている。This motor is generally composed of a stator lO, a rotor 20, an output shaft 30 fixed to the rotor 20, and a back yoke 40 made of a magnetic metal such as pure iron.
前記ステータ１０は、非磁性材料からなる樹脂製の円盤
状基板１１と、この基板１１上に円周方向に沿って配置
された、例えば３の倍数の個数（第５図に示したモータ
では１２個）のコイル１２とから構成されている。コイ
ル１２としては、第６図に示すように、銅箔のコイル材
１２ａを厚さ方向に重ねて略３角形状に巻き付けたもの
、あるいは第７図に示すように丸線のコイル材１２ｂを
略３角形状に巻き付けたもの等があるが、いずれも−本
あるいは一枚のコイル材を巻き付けて構成したものであ
る。また、前記基板１１の外周端部は図示しないハウジ
ングに固定される。The stator 10 includes a resin disk-shaped substrate 11 made of a non-magnetic material, and a number of pieces arranged on the substrate 11 along the circumferential direction, for example, a multiple of 3 (in the motor shown in FIG. 5, 12 pieces). The coil 12 is made up of several coils 12. As the coil 12, as shown in FIG. 6, coil material 12a of copper foil is overlapped in the thickness direction and wound in a substantially triangular shape, or as shown in FIG. 7, a coil material 12b of round wire is used. There are some that are wound into a substantially triangular shape, but all of them are constructed by winding one or more coils of material. Further, the outer peripheral end portion of the substrate 11 is fixed to a housing (not shown).
前記ロータ２０は、円盤状に形成されかつ前記出力軸３
０に外嵌された支持板２１と、この支持板２１の内側面
（第５図中下面）に、前記コイル１２に対向して配置さ
れた磁石２２と、支持板２１と出力軸３０とに固定され
て両者を連結する筒状のスペーサ２３とを備えている。The rotor 20 is formed into a disk shape and is connected to the output shaft 3.
0, a magnet 22 disposed on the inner surface of the support plate 21 (lower surface in FIG. 5) facing the coil 12, and a magnet 22 between the support plate 21 and the output shaft 30. It includes a cylindrical spacer 23 that is fixed and connects the two.
前記バックヨーク４０は、前記基板１１の裏面側であっ
てかつ前記磁石２２に相当する位置に配置され、ロータ
２０の回転と共に回転する。The back yoke 40 is disposed on the back side of the substrate 11 at a position corresponding to the magnet 22, and rotates with the rotation of the rotor 20.
前記した従来のモータにおいては、第５図に示すように
、１２個のコイル１２に、Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相の位相を有
するそれぞれの電流を選択的に流すことによりロータ２
０に回転力を与えて駆動することができる。In the conventional motor described above, as shown in FIG.
It can be driven by applying rotational force to the 0.
「発明が解決しようとする課題」
ところで、上記のようなりＣブラシレスモータでは、高
速で回転させる場合、コイル１２に流す電流の向きを順
次に変えて行う。このようにコイル１２に流す電流の向
きを順次変えると、周波数が上昇するときに（回転数が
上昇するときに）、コイル材の表面付近にしか電流が流
れにくくなるいわゆる表皮効果が生じる。したがって、
高速で回転させようとすると、抵抗が大になって電流値
か減少し、トルクおよび効率も下がってしまう。"Problems to be Solved by the Invention" By the way, when the above-mentioned C brushless motor is rotated at high speed, the direction of the current flowing through the coil 12 is sequentially changed. By sequentially changing the direction of the current flowing through the coil 12 in this way, when the frequency increases (when the rotational speed increases), a so-called skin effect occurs in which the current is difficult to flow only near the surface of the coil material. therefore,
If you try to rotate it at high speed, the resistance will increase, the current value will decrease, and the torque and efficiency will also decrease.
前記表皮効果の原因となる逆起電力は電流値に比例する
ことから、特に、低電圧で大電流を流す場合には表皮効
果の影響が大になり、高回転時においてトルクおよび効
率が大きく下がってしまう不具合が生じる。Since the back electromotive force that causes the skin effect is proportional to the current value, the effect of the skin effect becomes particularly large when a large current is passed at a low voltage, causing a significant drop in torque and efficiency at high rotations. This may cause problems.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高回
転時でも高トルクおよび高効率を発揮するＤＣブラシレ
スモータを提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a DC brushless motor that exhibits high torque and high efficiency even at high rotation speeds.
「課題を解決するための手段」
発明では、基板上に配置される個々のコイルを、互いに
同芯状に配置されかつ電源側に対して並列に接続された
複数の分割コイルによって構成した。"Means for Solving the Problem" In the invention, each coil arranged on a substrate is constituted by a plurality of divided coils arranged concentrically with each other and connected in parallel to the power supply side.
「作用」
複数の分割コイルによって構成される個々のコイルにつ
いてみると、従来のコイルに比べ、分割コイル材の断面
積を１／Ｎ１分割コイルの数をＮ個とすることにより、
コイル全体のアンペアターンを変えることなくコイルの
表面積を増やすことができる。このため、表皮効果の影
響を小さく抑えることができ、高回転時でも高トルク高
効率が発揮できる。"Effect" Looking at individual coils made up of multiple split coils, compared to conventional coils, by setting the cross-sectional area of the split coil material to 1/N1 and the number of split coils to N,
The surface area of the coil can be increased without changing the overall ampere turns of the coil. Therefore, the influence of the skin effect can be suppressed to a small extent, and high torque and high efficiency can be achieved even at high rotation speeds.
「実施例」
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。なお
、上記従来の技術と共通する構成については、同一符号
を付して説明を省略する。"Example" Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that configurations common to those of the above-mentioned conventional technology are given the same reference numerals and description thereof will be omitted.
第１実施例 第１図は本発明の第１実施例を示す要部断面図である。First example FIG. 1 is a sectional view of a main part showing a first embodiment of the present invention.
この実施例は、ステータのコイル１２０が銅箔のコイル
材１２０ａを巻回して構成されたものの例である。すな
わち、この実施例では、基板上に配置される複数のコイ
ル１２０・・・それぞれは、互いに同芯状に配置されか
つ電源に対して並列に接続された複数の分割コイル１２
０ａ、１２０ｂが上下に２段積み重ねて構成されている
。個々の分割コイル１２０ａ、１２０ｂは共に同一構成
であり、それらを構成する銅箔のコイル材１２１は、前
記第６図に示した従来のコイル材１２ａに比べて、厚さ
ｔおよび長さＣがそれぞれ同じであって、幅Ｗが略半分
の値に設定されたものを用いる。すなわち、従来の銅箔
コイル材１２ａに比べて断面積が半分のものを用いてお
り、分割コイル１２０ａ （１２０ｂ）の抵抗値は２倍
になるものの、それら分割コイルを２個組とし、電源側
に並列に接続して用いているので、一つのコイルとして
みた場合には、インダクタンスおよび抵抗値も従来のも
のと何等変わらず、アンペアターンも変わらないことと
なる。なお、前記両分割コイル１２０ａ。This embodiment is an example in which the stator coil 120 is constructed by winding a coil material 120a of copper foil. That is, in this embodiment, a plurality of coils 120 arranged on the board are each a plurality of divided coils 12 arranged concentrically with each other and connected in parallel to the power supply.
0a and 120b are stacked vertically in two stages. The individual divided coils 120a and 120b have the same configuration, and the copper foil coil material 121 that constitutes them has a thickness t and a length C compared to the conventional coil material 12a shown in FIG. They are the same, and the width W is set to approximately half the value. In other words, although the cross-sectional area of the conventional copper foil coil material 12a is half that of the conventional copper foil coil material 12a, and the resistance value of the divided coils 120a (120b) is doubled, the divided coils are made into a set of two, and the power supply side Since the coil is used in parallel connection with the coil, when viewed as a single coil, the inductance and resistance values are no different from conventional ones, and the ampere turns are also the same. Note that both the split coils 120a.
１２０ｂの合わせ面は必ずしも接合する必要はないが、
取扱等を考慮した場合必要に応じて絶縁性を有する接着
材で接合してもよい。Although the mating surfaces of 120b do not necessarily need to be joined,
In consideration of handling, etc., they may be joined using an insulating adhesive if necessary.
上記構成のモータによれば、ステータのコイル１２０・
・・それぞれが、電源側に並列に接続した複数の分割コ
イル１２０ａ、１２０ｂによって構成しており、１個の
コイル１２０についてみれば、従来のコイル１２に比べ
て巻数、断面積、およびアンペアターンを変えることな
く、両分割コイル１２０ａ、１２０ｂの合わせ面Ｓが増
した分だけ表面積が増えている。したがって、表皮効果
の影響が少なくなり、高回転時においても電流値が減少
することなく、モータのトルクを従来ものに比べて大き
くできる。According to the motor with the above configuration, the stator coils 120 and
Each coil 120 is composed of a plurality of divided coils 120a and 120b connected in parallel to the power supply side, and each coil 120 has a smaller number of turns, cross-sectional area, and ampere turns than the conventional coil 12. Without any change, the surface area increases by the increase in the mating surface S of both split coils 120a and 120b. Therefore, the influence of the skin effect is reduced, and the torque of the motor can be increased compared to conventional motors without decreasing the current value even at high rotation speeds.
第２図（ａ）〜（ｆ）は上記構成のモータと従来のモー
タとの性能を比較したものである。これらの図かられか
るように、上記構成のモータは、回転数が増しそれと同
時にコイルに流す電流の周波数が増した場合でも、従来
のモータに比べて実効抵抗値が上昇するのを抑えること
ができ、また同時に電流が下がるのを減少でき、理想値
に近い値でトルクを発揮できる（第２図（ａ）〜（ｄ）
参照）。FIGS. 2(a) to 2(f) compare the performance of the motor with the above configuration and a conventional motor. As can be seen from these figures, the motor with the above configuration is better able to suppress the increase in effective resistance value than conventional motors even when the rotational speed increases and at the same time the frequency of the current flowing through the coil increases. At the same time, it is possible to reduce the current drop, and it is possible to exert torque at a value close to the ideal value (Fig. 2 (a) to (d))
reference).
これらの結果、第２図（ｅ）、（ｆ）に示すように、モ
ータのトルク−効率特性、および回転数−効率特性を理
想曲線に近付けることができる。As a result, as shown in FIGS. 2(e) and 2(f), the torque-efficiency characteristics and rotational speed-efficiency characteristics of the motor can be brought closer to ideal curves.
第２実裡％１ 第３図は本発明の第２実施例である。2nd fruit %1 FIG. 3 shows a second embodiment of the invention.
［前記した第１実施例ではステータコイルが銅箔のコイ
ル材によって構成されたものに本発明を適用した例を示
したが、ここでは丸線のコイル材によってステータコイ
ルが構成されたものに本発明を適用している。[In the above-mentioned first embodiment, an example was shown in which the present invention was applied to a stator coil made of a copper foil coil material, but here, the present invention is applied to a stator coil made of a round wire coil material. Applying the invention.
この例でも、丸線のコイル材１２２は従来の丸線コイル
材１２ｂに比へて長さおよび巻数を同じとし、断面積は
その半分に設定する。この実施例においても、前記第１
実施例と同様、コイル１２０の表面積を増やすことがで
き、表皮効果を減少させて、特に高周波数域の効率を図
ることができる。」
ナオ、上記各実施例では、それぞれステータコイルを２
個の分割コイルによって構成したが、これに限られるこ
となく、３個以上の分割コイルによって構成してもよい
。その場合、分割コイルを構成するコイル材の断面積を
従来のコイル材の断面積の１／Ｎ（Ｎ：分割コイル数）
に設定し、かつ長さおよび巻数を従来のコイルと同じ値
にすれば、抵抗値およびインダクタンスは従来のコイル
と同程度に保持できる。In this example as well, the round wire coil material 122 has the same length and the same number of turns as the conventional round wire coil material 12b, and the cross-sectional area is set to half that. In this embodiment as well, the first
Similar to the embodiment, the surface area of the coil 120 can be increased, the skin effect can be reduced, and efficiency can be achieved, especially in the high frequency range. ” Nao, in each of the above embodiments, two stator coils are used.
Although the configuration is made up of three divided coils, the present invention is not limited to this, and may be configured with three or more divided coils. In that case, the cross-sectional area of the coil material constituting the split coil should be set to 1/N (N: number of split coils) of the cross-sectional area of the conventional coil material.
If the length and number of turns are set to the same value as the conventional coil, the resistance value and inductance can be maintained at the same level as the conventional coil.
また、上記各実施例では、分割コイルを上下に重ねてス
テータコイルを構成しているが、これに限られることな
く、同芯上に保ったまま同一平面上で内周側と外周側に
位置するよう半径方向にずらして配置させてもよい。In addition, in each of the above embodiments, the stator coil is constructed by stacking the split coils one above the other; however, the stator coil is not limited to this, and the stator coils are arranged on the inner and outer circumferential sides on the same plane while remaining concentric. They may be arranged radially shifted so that
「発明の効果」
以上説明したように本発明では、基板上に配置される個
々のコイルを、互いに同芯状に配置されかつ電源側に対
して並列に接続された複数の分割コイルによって構成し
たから、コイル全体のアンペアターンを変えることなく
、コイルの表面積を増すことができ、表皮効果の影響を
小さくすることができる。このため、高回転時でも高ト
ルク高効率が発揮できる。"Effects of the Invention" As explained above, in the present invention, each coil arranged on the board is composed of a plurality of divided coils arranged concentrically with each other and connected in parallel to the power supply side. Therefore, the surface area of the coil can be increased without changing the ampere turns of the entire coil, and the influence of the skin effect can be reduced. Therefore, high torque and high efficiency can be achieved even at high rotation speeds.
第１図は本発明の第１実施例を示す要部の縦断面図、第
２図は上記第１実施例のモータと従来のモータとの特性
を比較した図、第３図は本発明の第２実施例を示す要部
の縦断面図である。
第４図〜第７図は、従来のモータを示す図で、第４図は
モータの拡大縦断面図、第５図は基板およびモータの平
面図、第６図はコイルの一例を示す斜視図、第７図はコ
イルの他の例を示す斜視図である。
Ｏ・・・・・・ステータ
Ｏ・・・・・・ロータ
Ｏ・・・・・・出力軸
ＯＯ・・・・・・基板
２０・・・・・・コイル
２０ａ、１２０ｂ・・・・・分割コイル２１・・・・・
・コイル材
２２・・・・・・コイル材FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of the main parts showing the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram comparing the characteristics of the motor of the first embodiment and a conventional motor, and FIG. 3 is a diagram of the motor of the present invention. FIG. 7 is a vertical cross-sectional view of main parts showing a second embodiment. Figures 4 to 7 are diagrams showing conventional motors, with Figure 4 being an enlarged vertical sectional view of the motor, Figure 5 being a plan view of the board and motor, and Figure 6 being a perspective view showing an example of the coil. , FIG. 7 is a perspective view showing another example of the coil. O...Stator O...Rotor O...Output shaft OO...Substrate 20...Coil 20a, 120b...Divided Coil 21...
・Coil material 22...Coil material
Claims (1)
タに回転力を付与するため複数のコイルが周方向に沿っ
て配置されたステータとを備えてなるＤＣブラシレスモ
ータにおいて、前記基板上に配置される個々のコイルは
、互いに同芯状に配置されかつ電源側に対して並列に接
続された複数の分割コイルによって構成されていること
を特徴とするＤＣブラシレスモータ。A DC brushless motor comprising a rotor that rotates integrally with an output shaft, and a stator in which a plurality of coils are arranged along the circumferential direction to apply rotational force to the rotor on the board, wherein the stator is arranged on the board. A DC brushless motor characterized in that each coil is constituted by a plurality of divided coils arranged concentrically with each other and connected in parallel to a power supply side.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19589890A JPH0487544A (en) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | Dc brushless motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19589890A JPH0487544A (en) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | Dc brushless motor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0487544A true JPH0487544A (en) | 1992-03-19 |
Family
ID=16348826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19589890A Pending JPH0487544A (en) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | Dc brushless motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0487544A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0574181U (en) * | 1992-03-10 | 1993-10-08 | 株式会社三協精機製作所 | Brushless motor |
| JP2012039836A (en) * | 2010-08-12 | 2012-02-23 | Kobe Steel Ltd | Dc brushless motor |
| JP2014007947A (en) * | 2012-05-28 | 2014-01-16 | Pal-Data Corp | Power generator |
| US9160219B2 (en) | 2010-01-06 | 2015-10-13 | Kobe Steel, Ltd. | Axial gap type brushless motor |
| CN105990967A (en) * | 2015-03-20 | 2016-10-05 | 铃木株式会社 | Axial gap type rotation motor |
| EP3257138A4 (en) * | 2015-02-13 | 2018-09-26 | Electric Vehicle Systems And Technology Pty Ltd | Electric motor |
-
1990
- 1990-07-24 JP JP19589890A patent/JPH0487544A/en active Pending
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