JP2009284568A - Electromagnetic structure of slotless brushless dc motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はFA、OAに使用されるブラシレスDCモータにおいて、特にスロットレス形ブラシレスDCモータ固定子の電機子の構成に関するものである。 The present invention relates to a configuration of an armature of a slotless brushless DC motor stator in a brushless DC motor used for FA and OA.
従来のスロットレス形ブラシレスDCモータの固定子はスロットを持たない円筒状の積層電磁鋼板に絶縁シートを介して電機子コイルを固着することで構成されている。例えば、図3は実公平7−50867号公報に示されている例で、永久磁石回転子18と該永久磁石回転子18を囲む積層構造の固定子鉄心11との間の空隙21内において、固定子鉄心11の円筒上内面と両端面を覆って固定子鉄心11に固着された絶縁物製カバー12と、該絶縁物製カバー12の内面に磁極対数の3倍の個数、突設されて単層巻コイル13が装着される突起17とを有し、単層巻コイル13はコイルサイド14同士を互いに接して絶縁物製カバー12の内面に整列させられてコイルエンド15で絶縁物製カバー12の両端面を覆うよう構成されている。
従来例のスロットレス形ブラシレスDCモータでは磁気的ギャップが大きく、電機子巻線インダクタンスが小さくなる。したがってモータの電気的時定数が小さくなるので、PWMアンプと組み合わせて駆動した場合、電流波形に含まれる高調波成分が大きくなり鉄損が増加するという問題点があった。電機子巻線インダクタンスを大きくする方法として、固定子に小さなスロットを設け、電機子巻線を小スロットとギャップに分割して配置したモータを本出願人が出願しているが(特開平1−315243号公報を参照)、コイルを分割配置するため、生産性が悪いという問題があった。
そこで本発明は、インダクタンスを増加し、PWM駆動時のモータ鉄損を抑制できるスロットレス形ブラシレスDCモータを提供することを目的とする。
In the conventional slotless brushless DC motor, the magnetic gap is large and the armature winding inductance is small. Therefore, since the electric time constant of the motor becomes small, when driving in combination with a PWM amplifier, there is a problem that the harmonic component contained in the current waveform becomes large and the iron loss increases. As a method for increasing the armature winding inductance, the present applicant has applied for a motor in which a small slot is provided in a stator and the armature winding is divided into a small slot and a gap (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 1). No. 315243), and the coil is divided and disposed, so that there is a problem that productivity is poor.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a slotless brushless DC motor that can increase inductance and suppress motor iron loss during PWM driving.
上記問題を解決するため,本発明は、次のように構成したものである。
請求項1に記載の発明は、同心的に所定の空隙をもって配置した固定子鉄心と中空穴を有する回転子鉄心より構成され、前記空隙に面する前記固定子鉄心周面上に絶縁体を介して集中巻コイルを等間隔で固着するとともに、前記回転子鉄心に所定の磁極を構成するよう永久磁石を等間隔に配置して成るスロットレス形ブラシレスDCモータにおいて、
前記固定子鉄心を積層電磁鋼板によって円筒形状に形成するとともに、前記集中巻コイルの空芯部に軟磁性体の突起を設けたものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のスロットレス形ブラシレスDCモータにおいて、前記空隙内に、円筒形状の磁性体を前記突起に密着するように設けたものである。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載のスロットレス形ブラシレスDCモータにおいて、前記集中巻コイルの空芯部の幅とコイルピッチの比率が0.45以上となるように構成したものである。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1 is composed of a stator core disposed concentrically with a predetermined gap and a rotor core having a hollow hole, and an insulator is provided on a circumferential surface of the stator core facing the gap. In the slotless brushless DC motor, in which concentrated winding coils are fixed at regular intervals, and permanent magnets are arranged at regular intervals so as to constitute predetermined magnetic poles in the rotor core,
The stator iron core is formed into a cylindrical shape with laminated electromagnetic steel sheets, and a soft magnetic projection is provided on the air core of the concentrated winding coil.
According to a second aspect of the present invention, in the slotless brushless DC motor according to the first aspect, a cylindrical magnetic body is provided in the gap so as to be in close contact with the protrusion.
A third aspect of the present invention is the slotless brushless DC motor according to the first or second aspect, wherein the ratio of the air core width to the coil pitch of the concentrated winding coil is 0.45 or more. It is.
請求項1に記載の発明によると、等価磁気ギャップが減少するため固定子コイルの自己インダクタンスを増加することができる。従って、PWMアンプと組み合わせて駆動した場合の電流波形に含まれる高調波成分が抑制され鉄損を低減することができる。
また、同一の永久磁石投入量の場合、空隙の磁束密度を高めることができるので、モータの効率が向上する。空隙磁束密度を同一とした場合は、永久磁石を小さくすることができるのでコストダウンが可能となる。
さらにコイルを自己融着線を用いてプレワインディングし、コイル空芯部を軟磁性突起で位置決めすることでコイルを正確に配置でき、コイルが固定子鉄心に支えられる構造となるため、コイルの固着強度が増し信頼性の高いスロットレス形ブラシレスDCモータの製作が可能となる。
請求項2に記載の発明によると、突起部に接するように、永久磁石対向面に軟磁性材料で構成された円筒形状の磁性体を固着することで、コイルの鎖交磁束数が増加するため、モータの更なる効率向上が実現できる。
請求項3に記載の発明によると、突起部の磁気飽和が発生しないため、洩れ磁束が減少し、モータの効率が向上するとともに、電流に対するトルク直線性に優れたモータを実現できる。
According to the first aspect of the present invention, since the equivalent magnetic gap is reduced, the self-inductance of the stator coil can be increased. Therefore, the harmonic component contained in the current waveform when driven in combination with the PWM amplifier is suppressed, and iron loss can be reduced.
Further, in the case of the same permanent magnet input amount, the magnetic flux density of the air gap can be increased, so that the efficiency of the motor is improved. If the gap magnetic flux density is the same, the permanent magnet can be made smaller, so the cost can be reduced.
In addition, the coil is pre-winded using self-bonding wires, and the coil air core is positioned with soft magnetic protrusions so that the coil can be placed accurately and the coil is supported by the stator core. It is possible to manufacture a slotless brushless DC motor with increased strength and high reliability.
According to the second aspect of the present invention, the number of interlinkage magnetic fluxes of the coil is increased by fixing a cylindrical magnetic body made of a soft magnetic material to the surface facing the permanent magnet so as to contact the protrusion. Further improvement in motor efficiency can be realized.
According to the third aspect of the present invention, since magnetic saturation of the protrusion does not occur, the leakage magnetic flux is reduced, the motor efficiency is improved, and a motor excellent in torque linearity with respect to current can be realized.
以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の実施例1におけるスロットレス形ブラシレスDCモータを示す図(正断面図)である。本例は8極、6コイルのインナーロータ形モータの例を示している。固定子鉄心3は珪素鋼板を積層して構成されている。軟磁性の突起1は固定子鉄心3と一体化されており、固定子鉄心3の内周面に6個打ち抜かれている。突起1の形状は集中巻コイル(以降、単に「コイル」と呼ぶ)2の空芯部の形状と略同一となっており、コイル2は絶縁体6を介して突起1に固定される。また、コイル2をボビンにプレワインディングしたものを突起1に固着しても良い。 FIG. 1 is a diagram (a front sectional view) illustrating a slotless brushless DC motor according to a first embodiment of the present invention. This example shows an example of an inner rotor type motor having 8 poles and 6 coils. The stator core 3 is configured by laminating silicon steel plates. The soft magnetic protrusions 1 are integrated with the stator core 3, and six are punched on the inner peripheral surface of the stator core 3. The shape of the protrusion 1 is substantially the same as the shape of the air core portion of the concentrated winding coil (hereinafter simply referred to as “coil”) 2, and the coil 2 is fixed to the protrusion 1 via an insulator 6. Alternatively, the coil 2 prewinded on the bobbin may be fixed to the protrusion 1.
コイル2の空芯部の幅をxとすると、xはコイルピッチCpに対して以下の式を満足するよう選定されている。
X/Cp ≧ 0.45 (1)
以下に、(1)式の導出過程を説明する。永久磁石4の磁束は突起1に集中するため、突起幅Wtは突起部が飽和しないよう選定する必要がある。空隙の磁束密度Bgを0.8T、突起1の飽和磁束密度Bsを1.8Tとすればコイル2の空芯幅xは突起幅Wtとほぼ同一なので次式が成立する。
Bg・Cp/Wt ≦ Bs (2)
∴ Bg/Bs ≦ Wt/Cp
∴ Bg/Bs ≦ x/Cp
∴ 0.8/1.8 ≦ x/Cp
∴ x/Cp ≧ 0.444
この結果から、
X/Cp ≧ 0.45
とした。
When the width of the air core part of the coil 2 is x, x is selected so as to satisfy the following expression with respect to the coil pitch Cp.
X / Cp ≧ 0.45 (1)
Hereinafter, the process of deriving the equation (1) will be described. Since the magnetic flux of the permanent magnet 4 is concentrated on the protrusion 1, it is necessary to select the protrusion width Wt so that the protrusion is not saturated. If the magnetic flux density Bg of the air gap is 0.8 T and the saturation magnetic flux density Bs of the protrusion 1 is 1.8 T, the air core width x of the coil 2 is almost the same as the protrusion width Wt, and the following equation is established.
Bg ・ Cp / Wt ≦ Bs (2)
∴ Bg / Bs ≤ Wt / Cp
∴ Bg / Bs ≤ x / Cp
∴ 0.8 / 1.8 ≦ x / Cp
X x / Cp ≧ 0.444
from this result,
X / Cp ≧ 0.45
It was.
本例においてコイル2は自己融着線を用いて、固定子鉄心3の内周面に合うようR成形されたもので、コイル2が等間隔となるように絶縁体6を介して、突起1に固着することで、コイル2の正確な位置決め固定ができる。
コイル2が所定の磁極を構成するよう結線し、固定子8を形成する。永久磁石4は軟磁性体で構成された回転子鉄心5の表面に隣り合う磁極が互いに異極となるよう交互に固着され、空隙7を介してコイル2と対向するよう配置される。回転子鉄心5はシャフトと一体に固着され、図示しない軸受けにより回転自在に支承され、モータを構成する。
In this example, the coil 2 is R-shaped using a self-bonding wire so as to fit the inner peripheral surface of the stator core 3, and the protrusions 1 are interposed via the insulator 6 so that the coils 2 are equally spaced. By fixing to the coil 2, the coil 2 can be accurately positioned and fixed.
The coil 2 is connected to form a predetermined magnetic pole, and the stator 8 is formed. The permanent magnets 4 are alternately fixed to the surface of the rotor core 5 made of a soft magnetic material so that adjacent magnetic poles are different from each other, and are arranged so as to face the coil 2 through the gap 7. The rotor core 5 is fixed integrally with the shaft, and is rotatably supported by a bearing (not shown) to constitute a motor.
図2は本発明の実施例2におけるスロットレス形ブラシレスDCモータを示す図(正断面図)である。本例は上述の実施例1の突起1に密着するように、永久磁石4の対向面に軟磁性材料で構成された円筒形状の磁性体9を固着したものである。その他の構成については実施例1と同一である。 FIG. 2 is a diagram (a front sectional view) showing a slotless brushless DC motor according to a second embodiment of the present invention. In this example, a cylindrical magnetic body 9 made of a soft magnetic material is fixed to the opposing surface of the permanent magnet 4 so as to be in close contact with the protrusion 1 of the first embodiment. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
1 突起
2 集中巻コイル
3 固定子鉄心
4 永久磁石
5 回転子鉄心
6 絶縁体
7 空隙
8 固定子
9 円筒形状の磁性体
1 Protrusion 2 Concentrated Winding Coil 3 Stator Core 4 Permanent Magnet 5 Rotor Core 6 Insulator 7 Gap 8 Stator 9 Cylindrical Magnetic Body
Claims (3)
前記固定子鉄心を積層電磁鋼板によって円筒形状に形成するとともに、前記集中巻コイルの空芯部に軟磁性体の突起を設けたことを特徴とするスロットレス形ブラシレスDCモータ。 Concentric winding coils are arranged concentrically with a predetermined gap and a rotor core having a hollow hole, and concentrated winding coils are equidistantly arranged on the peripheral surface of the stator core facing the gap via an insulator. In the slotless type brushless DC motor, in which permanent magnets are arranged at equal intervals so as to form a predetermined magnetic pole in the rotor core, while being fixed,
A slotless brushless DC motor, wherein the stator iron core is formed in a cylindrical shape by a laminated electromagnetic steel plate, and a soft magnetic projection is provided on an air core portion of the concentrated winding coil.
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CN114123552A (en) * | 2021-11-27 | 2022-03-01 | 西安磁林电气有限公司 | Six-phase slotless square wave motor |
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