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JP2004248363A - Claw pole motor - Google Patents

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Publication number
JP2004248363A
JP2004248363A JP2003033339A JP2003033339A JP2004248363A JP 2004248363 A JP2004248363 A JP 2004248363A JP 2003033339 A JP2003033339 A JP 2003033339A JP 2003033339 A JP2003033339 A JP 2003033339A JP 2004248363 A JP2004248363 A JP 2004248363A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
claw
poles
field
claw pole
pole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2003033339A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akio Toba
章夫 鳥羽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd filed Critical Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority to JP2003033339A priority Critical patent/JP2004248363A/en
Publication of JP2004248363A publication Critical patent/JP2004248363A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

【課題】コギングトルクを低減すると共に磁気特性を向上させ、部品の種類を減少させてコストの低減を図る。
【解決手段】界磁磁極21が周方向に等間隔かつ交互に配置された界磁子20と、界磁磁極21に対向して等ピッチで配置されたクローポール13,13’が一つおきに軸方向端部でほぼリング状のヨーク12にそれぞれ磁気結合され、かつ相互に結合される一対の磁性部材11,11と、これらの磁性部材を磁化するコイルとからなる相ユニットが同軸上に複数個結合されると共に、各相ユニット間で界磁磁極21に対するクローポールの位置が周方向に順次ずれるように形成された電機子10と、を備え、各相のコイルに電流を通流して界磁子20と電機子10とを相対的に回転させるクローポールモータに関する。クローポール13,13’を、界磁磁極21との間の距離が周方向両端部に向かうに従って長くなる立体形状とする。
【選択図】 図1
An object of the present invention is to reduce cogging torque, improve magnetic characteristics, reduce the number of types of components, and reduce costs.
A field element (20) in which field poles (21) are alternately arranged in the circumferential direction at equal intervals and alternately, and claw poles (13, 13 ') arranged at equal pitches opposite to the field pole (21). A phase unit composed of a pair of magnetic members 11, 11 magnetically coupled to a substantially ring-shaped yoke 12 at their axial ends and mutually coupled, and a coil for magnetizing these magnetic members is coaxial. And a plurality of armatures 10 which are formed so that the positions of the claw poles with respect to the field poles 21 are sequentially shifted in the circumferential direction between the phase units. The present invention relates to a claw pole motor that relatively rotates the field element 20 and the armature 10. The claw poles 13, 13 ′ have a three-dimensional shape in which the distance between the claw poles 13 and 13 ′ becomes longer toward both ends in the circumferential direction.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体形状であるかぎ爪状磁極(claw−pole)を有するクローポールモータに関し、特にコギングトルクの抑制やコストの低減を可能にしたクローポールモータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図5は、クローポールモータの第1の従来技術を示す分解斜視図である。図5において、100は固定子としての電機子、200は回転子としての界磁子であり、これらの電機子100及び界磁子200によって三相のインナーロータ型クローポールモータが構成されている。
【0003】
電機子100は、相数の自然数倍個(図5は三相の例であるため、三相の1倍個すなわち3個)の相ユニット100a,100b,100cを同軸上に連結して構成されている。各相ユニット100a,100b,100cは、リング状に形成されたコイル110と、これを取り巻くように形成された第1軟磁性部材120及び第2軟磁性部材130とから構成されている。
【0004】
第1軟磁性部材120及び第2軟磁性部材130は、鋼板を加工して形成される高透磁率部材であり、第1軟磁性部材120を構成する断面L字形のヨークの内周部には、電機子100の中心軸に並行して、ほぼ平板状のクローポール121が内周方向に等ピッチで下方に向け折曲形成されている。また、第2軟磁性部材130を構成する断面L字形のヨークの内周部には、同じく電機子100の中心軸に並行して、ほぼ平板状のクローポール131が内周方向に等ピッチで上方に向け折曲形成されている。つまり、隣り合うクローポール121,131はそれぞれ別個のヨークに磁気結合されている。
そして、各クローポール121,131は電機子100の内周に沿って交互に配置されており、これらのクローポール121,131のピッチは後述する界磁子200の界磁磁極(NS磁極)210のピッチと等しくなっている。
【0005】
一方、界磁子200は、円筒状に配置された界磁磁極210及び回転軸220を有し、界磁磁極210は周方向に異極(N極、S極)が交互に配置されている。
また、この界磁子200を電機子100の内部空間に同心状に配置した状態では、界磁磁極210と電機子100側のクローポール121,131とが対向するようになっている。
【0006】
このように構成することにより、電機子100のコイル110に電流を通流すると隣り合うクローポール121,131が互いに逆極性に励磁されるため、界磁子200の界磁磁極210を所定位置に吸引することができる。
図5の例では、各相ユニット100a,100b,100cのクローポール121,131は電気角で60°ずつ周方向の位置が順次ずれている。よって、三相ユニットに三相交流電流を通流することにより、界磁子200の界磁磁極210は各相ユニット100a,100b,100cのクローポール121,131に順次、連続的に吸引されて回転する。
【0007】
この種のクローポールモータは、安価なステッピングモータとして実用化されており、例えばプリンタのドラム駆動などに用いられている。更に、例示したモータは電気的には通常の三相永久磁石モータと同様であるため、回転位置センサを取り付けて位置フィードバック制御を行うことも可能である。
なお、第1軟磁性部材120及び第2軟磁性部材130の代表的な構成方法は、図に示したように、それぞれクローポール121,131を有する2個のヨークを、コイル110を挟み込むようにして結合するものである。このような構成方法をとる場合、各軟磁性部材120,130は、板状の軟磁性材料をプレス加工して成形するのが一般的となっている。
【0008】
次に、図6は第2の従来技術を示す分解斜視図である。
前述した図5の従来技術では、界磁磁極210からクローポール121,131の表面に至る磁束がクローポール121,131の付け根に集中するため磁気飽和が顕著になり、トルクを増加できないという問題がある。
そこで、軟磁性材料を平板状ではなく、部位により断面積が異なる立体形状に加工して、クローポールの磁束が集中する部位の断面積を増やすことにより磁気飽和を緩和し、トルクを増加させるようにした構造が、図6に示す如く提案されている。
【0009】
図6はクローポールモータの組立工程を示したもので、第1軟磁性部材170及び第2軟磁性部材180によりコイル160を軸方向両側から挟み込んで一つの相ユニット150aを形成し、同一構成の三つの相ユニット150a,150b,150cを同軸上に連結することにより電機子150が形成される。
なお、250は界磁磁極260及び回転軸270を有する界磁子である。
【0010】
第1軟磁性部材170において、171はリング状のヨーク、172はヨーク171に磁気的に結合され、かつ付け根部分の断面積が大きくなるように形成された突起状のクローポールであり、これらのクローポール172は、コイル160の内部空間を通って第2軟磁性部材180の内周面の凹部183に嵌合されるようになっている。また、第2軟磁性部材180において、181はリング状のヨークであり、182はヨーク181に磁気的に結合されて付け根部分の断面積が大きくなるように形成された突起状のクローポールである。
なお、この従来技術では第1軟磁性部材170及び第2軟磁性部材180の構造が互いに若干異なり、また、図5の従来技術の構造とも異なっているが、その動作原理は図5と同様である。
【0011】
図6に示したような立体形状のクローポールを有する電動機は、例えば後述の非特許文献1に示されるように、自動車のオルタネータとして従来から用いられている。
自動車のオルタネータにおけるクローポールは、各ポールごとに極性が固定された界磁磁極として用いられており、渦電流が流れないことから、クローポールを磁性体の金属の塊によって形成することが可能である。
【0012】
これに対して、図5,図6のように電機子側にクローポールを有するクローポールモータでは、クローポールの極性が時間的に変化するので、渦電流を実用的な範囲に抑制するためには、クローポールの材料として金属の塊を使用することができない。
そこで、このような渦電流を抑制する観点から、表面に絶縁処理を施した磁性粉末を固着して成形する方法が用いられる。この種の方法により形成されたクローポールを有するモータについては、例えば非特許文献2に開示されている。
【0013】
【非特許文献1】
エンジン電装研究会編著「自動車工学シリーズ エンジン電装部品」ISBN4−381−10077−8 C3053, P.109
【非特許文献2】
A.G. Jack, et al“Claw Pole Armature Permanent Magnet MachinesExploiting Soft Iron Powder Metallurgy”Proceedings of IEEE International Electric Machines and Drives Conference ’97
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
電機子側にクローポールを有するクローポールモータでは、一般に界磁子の界磁磁極数と電機子のクローポールの数とが等しいため、コイルの無通流状態では、界磁磁極の磁束によって界磁磁極とクローポールとが揃う方向に比較的大きな力が働き、この力がいわゆるコギングトルクの原因となる。
また、図5や図6に示した従来技術のように、クローポールと界磁磁極との間の距離がクローポールの周方向にわたって一定であると、図2(a)に示す如く、各相ユニットのコギングトルク波形の極性が入れ替わる際の変化率が大きくなり、全ての相を合成したコギングトルク波形に大きな脈動が発生する。
【0015】
更に、軟磁性部材内部のコイルを引き出すためにヨークに形成される開口部は、磁路の断面積を減少させて磁気特性を悪化させるため、この開口部の配置や大きさ等を最適に設計することが要請されている。
また、軟磁性部材の立体加工では一般に高価な金型を用いるため、低コスト化の観点から、部品の種類を少なくすることが望ましい。
【0016】
そこで本発明は、軟磁性部材を加工する場合の形状の自由度に着目し、構造を改良してコギングトルクを低減すると共に磁気特性を向上させ、更に、部品の種類を減少させてコストの低減を図ったクローポールモータを提供しようとするものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に記載した発明は、N極及びS極の界磁磁極が周方向に等間隔かつ交互に配置された界磁子と、
前記界磁磁極に対向してこれらの界磁磁極と等ピッチで配置されたクローポールが一つおきに軸方向端部でほぼリング状のヨークにそれぞれ磁気結合され、かつ相互に結合される一対の磁性部材と、これらの磁性部材を磁化するコイルとからなる相ユニットが、同軸上にK(Kは2以上の整数)個連結されると共に、これらK個の相ユニット間で前記界磁磁極に対する前記クローポールの位置が周方向に順次ずれるように形成された電機子と、
を備え、
各相ユニットの前記コイルに電流を通流することにより前記界磁子と前記電機子とが相対的に回転可能であるクローポールモータにおいて、
前記クローポールを、前記界磁磁極との間の距離がクローポールの周方向両端部に向かうに従って長くなるような立体形状としたものである。
【0018】
請求項2に記載した発明は、N極及びS極の界磁磁極が周方向に等間隔かつ交互に配置された界磁子と、
前記界磁磁極に対向してこれらの界磁磁極と等ピッチで配置されたクローポールが一つおきに軸方向端部でほぼリング状のヨークにそれぞれ磁気結合され、かつ相互に結合される一対の磁性部材と、これらの磁性部材を磁化するコイルとからなる相ユニットが、同軸上にK(Kは2以上の整数)個連結されると共に、これらK個の相ユニット間で前記界磁磁極に対する前記クローポールの位置が周方向に順次ずれるように形成された電機子と、
を備え、
各相ユニットの前記コイルに電流を通流することにより前記界磁子と前記電機子とが相対的に回転可能であるクローポールモータにおいて、
一対の磁性部材を、同一部材により形成したものである。
【0019】
請求項3に記載した発明は、請求項2に記載したクローポールモータにおいて、コイルを引き出すための開口部を、クローポールの側辺の延長上に位置するヨークの周縁部に形成したものである。
【0020】
請求項4に記載した発明は、請求項3に記載したクローポールモータにおいて、一対の磁性部材を結合した際に開口部の位置が一致するように前記開口部を配置したものである。
【0021】
請求項5に記載した発明は、請求項1〜4の何れか1項に記載したクローポールモータにおいて、一対の磁性部材が、粉末磁性体により形成された軟磁性部材であることを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図1は本発明の第1実施形態を示す主要部の断面図であり、クローポールモータの一つの相ユニットの軸方向中心部を軸に垂直な面で切断した断面を示している。
図1において、10は電機子、11はこの電機子10を構成する一方の軟磁性部材であり、リング状のヨーク12の内周面には1個置きにクローポール13が軸方向に突設されている。なお、13’は他方の軟磁性部材に形成されたクローポールである。
【0023】
また、20は電機子10の内部空間に同心的に配置される界磁子であり、クローポール13,13’の極数と同数でN極,S極が交互に配置された円筒状の界磁磁極21と、回転軸22とを備えている。なお、クローポール13,13’の磁極ピッチと界磁磁極21の磁極ピッチとは等しくなっている。
【0024】
本実施形態でも、図6に示した如く一対の軟磁性部材によってコイルを挟み込むことにより電機子10の一相分の相ユニットが形成されるものであるが、図では他方の軟磁性部材及びコイルを省略してある。
また、電機子10は、相ユニットを同軸上にK個(Kは2以上の整数であり、三相であれば3個)連結して構成され、各相ユニット間では、界磁磁極21に対するクローポールの位置が周方向に順次ずれるように形成される。
【0025】
さて、従来ではクローポールと界磁磁極との間の距離がクローポールの周方向にわたって一定であるが、この実施形態では、クローポール13,13’と界磁磁極21との間の距離を、クローポール13,13’の周方向両端部に向かうにつれて長くしてある。すなわち、図1において、aはクローポール13,13’と界磁磁極21との間の最短距離を結んだ最短距離線であり、個々のクローポール13,13’の界磁磁極21との対向面は、クローポール13,13’の周方向両端部に向かうに従って最短距離線aから遠ざかっている。
【0026】
上記のような構造とすることにより、クローポール13,13’を通り抜ける磁束の界磁子20の回転に伴う変化が緩やかになり、図2(b)に示す如く、各相ユニットのコギングトルク波形は正弦波に近くなると共に、コギングトルク波形の極性が入れ替わる際の変化率を図2(a)の従来技術よりも小さくすることができる。従って、合成コギングトルク波形の脈動も小さくなり、スムーズな回転が可能になる。
なお、コギングトルク波形が一つの相ユニットについて完全な正弦波である場合、三相分を合成すると相殺されてゼロとなるので、一つの相ユニットのコギングトルク波形を正弦波に近付けることが、全体のコギングトルク低減において重要である。
【0027】
次に、図3は本発明の第2実施形態における電機子の相ユニットの分解斜視図である。
この実施形態では、同一形状、同一構造の2個の軟磁性部材14を、コイル30を挟んで反対向きに結合することにより、一相分の相ユニットが形成される。軟磁性部材14において、15はリング状のヨーク、16はヨーク15と磁気的に結合されたクローポールであり、このクローポール16は、同一の他方の軟磁性部材14のクローポール16の相互間に形成された凹部16aに嵌合可能である。また、15aはコイル30を外部に引き出すためにヨーク15の周縁部に形成された開口部である。
【0028】
なお、図3におけるクローポール16の形状は図1の第1実施形態と異なっているが、この第2実施形態でも、図1のように、クローポールと界磁磁極との間の距離を、クローポールの周方向両端部に向かうにつれて長くすることが可能であり、そのようなクローポールを有する同一の軟磁性部材を反対向きにしてコイルを挟んで2個結合することにより、電機子を形成してもよい。
【0029】
一般に、粉末磁性体を成型して立体的な軟磁性部材を形成するための型は高価であるため、本実施形態のように同一構造の軟磁性部材14を2個用いることによって型の種類を半減することができ、モータの低コスト化に大きく寄与する。なお、同一部材に互いに嵌合可能な凹凸部(クローポール16及び凹部16a)を設けることは容易であり、これによって一対の軟磁性部材14の位置決めを高精度に行うことができる。
【0030】
図4は、本発明の第3実施形態における電機子の相ユニットの説明図である。図4(a),(b)において、17はリング状のヨーク15とクローポール18とを有する軟磁性部材、15aは内部のコイルを引き出すためにヨーク15に形成された開口部である。
この実施形態においても、図3と同様に同一構造の軟磁性部材17をコイルを挟んで反対向きに結合することにより、一相分の相ユニットが形成される。また、この相ユニットを同軸上にK個(Kは2以上の整数)連結して電機子が構成され、各相ユニット間では、界磁磁極に対するクローポールの位置が周方向に順次ずれている点も各実施形態と同様である。
【0031】
ここで、クローポール18の側辺18aの延長上に位置するヨーク15の周縁部に開口部15aを形成することにより、図4(b)のように、一方の軟磁性部材17のクローポール18を他方の軟磁性部材17のクローポール相互間の凹部に嵌合して二つの軟磁性部材17を結合する際に、二つの開口部15aをちょうど合致させることができ、この開口部15aから内部のコイルを容易に引き出すことができる。
なお、開口部15aは軟磁性部材17における磁路の断面積を減少させるため、磁気飽和を緩和して鉄損を低減させる観点から、開口部15aの面積をできるだけ小さくすることが望ましい。
【0032】
上記各実施形態では、本発明をインナーロータ型モータに適用した場合につき説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、例えばアウターロータ型モータや、円筒状の界磁子の内外両方に電機子を有するモータにも適用可能である。
また、本発明のクローポールモータは三相モータ以外の多相モータにも適用可能であり、相数に制約はない。
【0033】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、クローポールやコイル引き出し用の開口部を含む軟磁性部材の構造を改良してコギングトルクを低減すると共に磁気特性を向上させ、また、同一の一対の軟磁性部材を用いることで部品の種類を少なくしてコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態における相ユニットの断面図である。
【図2】従来技術及び本発明の実施形態におけるクローポールの構造とコギングトルク波形の説明図である。
【図3】本発明の第2実施形態における相ユニットの分解斜視図である。
【図4】本発明の第3実施形態における相ユニットの説明図である。
【図5】第1の従来技術を示す分解斜視図である。
【図6】第2の従来技術を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
10:電機子
11,14,17:軟磁性部材
12,15:ヨーク
13,13’,16,18:クローポール
15a:開口部
16a:凹部
18a:側辺
20:界磁子
21:界磁磁極
22:回転軸
30:コイル
a:最短距離線
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a claw-pole motor having a three-dimensional claw-shaped magnetic pole, and more particularly to a claw-pole motor capable of suppressing cogging torque and reducing cost.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 is an exploded perspective view showing a first conventional technique of a claw pole motor. In FIG. 5, reference numeral 100 denotes an armature as a stator, 200 denotes a field element as a rotor, and the armature 100 and the field element 200 constitute a three-phase inner rotor type claw pole motor. .
[0003]
The armature 100 is configured by coaxially connecting the phase units 100a, 100b, and 100c which are a natural number times the number of phases (FIG. 5 is an example of three phases, and is one time three times, that is, three). Have been. Each of the phase units 100a, 100b, and 100c includes a coil 110 formed in a ring shape, and a first soft magnetic member 120 and a second soft magnetic member 130 formed so as to surround the coil 110.
[0004]
The first soft magnetic member 120 and the second soft magnetic member 130 are high magnetic permeability members formed by processing a steel plate. In parallel with the central axis of the armature 100, a substantially flat claw pole 121 is bent downward at an equal pitch in the inner circumferential direction. On the inner peripheral portion of the yoke having the L-shaped cross section that constitutes the second soft magnetic member 130, a substantially flat claw pole 131 is also arranged at an equal pitch in the inner peripheral direction, similarly to the central axis of the armature 100. It is bent upward. That is, the adjacent claw poles 121 and 131 are magnetically coupled to separate yokes.
The claw poles 121 and 131 are alternately arranged along the inner periphery of the armature 100, and the pitch between the claw poles 121 and 131 is set to a field pole (NS pole) 210 of a field element 200 described later. Is equal to the pitch.
[0005]
On the other hand, the field element 200 has a field pole 210 and a rotation axis 220 which are arranged in a cylindrical shape, and the field pole 210 has different poles (N pole, S pole) alternately arranged in the circumferential direction. .
In a state where the field element 200 is concentrically arranged in the internal space of the armature 100, the field pole 210 and the claw poles 121 and 131 on the armature 100 side face each other.
[0006]
With this configuration, when a current flows through the coil 110 of the armature 100, the adjacent claw poles 121 and 131 are excited to have opposite polarities, so that the field pole 210 of the field element 200 is positioned at a predetermined position. Can be aspirated.
In the example of FIG. 5, the positions of the claw poles 121, 131 of the phase units 100a, 100b, 100c in the circumferential direction are sequentially shifted by 60 electrical degrees. Thus, by passing a three-phase alternating current through the three-phase unit, the field poles 210 of the field element 200 are successively attracted to the claw poles 121 and 131 of the phase units 100a, 100b and 100c, respectively. Rotate.
[0007]
This type of claw pole motor has been put to practical use as an inexpensive stepping motor, and is used, for example, for driving a drum of a printer. Further, since the illustrated motor is electrically similar to a normal three-phase permanent magnet motor, it is possible to perform a position feedback control by attaching a rotational position sensor.
Note that a typical configuration method of the first soft magnetic member 120 and the second soft magnetic member 130 is such that two yokes each having claw poles 121 and 131 sandwich the coil 110 as shown in the drawing. Are combined. When such a configuration method is adopted, each of the soft magnetic members 120 and 130 is generally formed by pressing a plate-shaped soft magnetic material.
[0008]
Next, FIG. 6 is an exploded perspective view showing a second conventional technique.
5, the magnetic flux from the field pole 210 to the surfaces of the claw poles 121 and 131 concentrates on the roots of the claw poles 121 and 131, so that the magnetic saturation becomes remarkable and the torque cannot be increased. is there.
In order to reduce the magnetic saturation and increase the torque by processing the soft magnetic material into a three-dimensional shape with a different cross-sectional area depending on the part, instead of a flat plate, and increasing the cross-sectional area of the part where the magnetic flux of the claw pole is concentrated. The structure shown in FIG. 6 has been proposed as shown in FIG.
[0009]
FIG. 6 shows an assembling process of the claw pole motor, in which the first soft magnetic member 170 and the second soft magnetic member 180 sandwich the coil 160 from both sides in the axial direction to form one phase unit 150a, and have the same configuration. The armature 150 is formed by connecting the three phase units 150a, 150b, 150c coaxially.
Reference numeral 250 denotes a field element having a field pole 260 and a rotating shaft 270.
[0010]
In the first soft magnetic member 170, 171 is a ring-shaped yoke, 172 is a projection-shaped claw pole magnetically coupled to the yoke 171 and formed so as to increase the cross-sectional area of the base portion. The claw pole 172 passes through the internal space of the coil 160 and is fitted into the concave portion 183 on the inner peripheral surface of the second soft magnetic member 180. In the second soft magnetic member 180, reference numeral 181 denotes a ring-shaped yoke, and reference numeral 182 denotes a projection-shaped claw pole magnetically coupled to the yoke 181 and formed so as to increase the cross-sectional area of the base portion. .
In this prior art, the structures of the first soft magnetic member 170 and the second soft magnetic member 180 are slightly different from each other, and are also different from the structure of the prior art of FIG. 5, but the operation principle is the same as that of FIG. is there.
[0011]
An electric motor having a three-dimensional claw pole as shown in FIG. 6 has been conventionally used as an alternator for an automobile, for example, as shown in Non-Patent Document 1 described below.
Claw poles in automotive alternators are used as field poles with fixed polarity for each pole, and eddy currents do not flow, so it is possible to form a claw pole with a mass of magnetic metal. is there.
[0012]
On the other hand, in the claw pole motor having the claw pole on the armature side as shown in FIGS. 5 and 6, since the polarity of the claw pole changes with time, it is necessary to suppress the eddy current to a practical range. Cannot use metal clumps as claw pole material.
Therefore, from the viewpoint of suppressing such eddy currents, a method of fixing and molding a magnetic powder having a surface subjected to insulation treatment is used. A motor having a claw pole formed by this type of method is disclosed in Non-Patent Document 2, for example.
[0013]
[Non-patent document 1]
"Automotive Engineering Series Engine Electrical Parts", edited by IEEJ Technical Committee, ISBN4-381-10077-8 C3053, P.E. 109
[Non-patent document 2]
A. G. FIG. Jack, et al, "Claw Pole Armature Permanent Magnet Machines Exploiting Soft Iron Powder Metallurgy," Proceedings of the IEEE International Electronics Corporation's International Electronics Corporation.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
In a claw pole motor having a claw pole on the armature side, the number of field poles of the field element and the number of claw poles of the armature are generally equal. A relatively large force acts in the direction in which the magnetic poles and the claw pole are aligned, and this force causes so-called cogging torque.
Further, when the distance between the claw pole and the field magnetic pole is constant in the circumferential direction of the claw pole as in the related art shown in FIGS. 5 and 6, as shown in FIG. The rate of change when the polarity of the cogging torque waveform of the unit is switched becomes large, and a large pulsation occurs in the cogging torque waveform obtained by combining all phases.
[0015]
Furthermore, the opening formed in the yoke for extracting the coil inside the soft magnetic member reduces the cross-sectional area of the magnetic path and deteriorates the magnetic characteristics, so the layout and size of this opening are optimally designed. Is required to do so.
In addition, since three-dimensional processing of a soft magnetic member generally uses an expensive mold, it is desirable to reduce the types of components from the viewpoint of cost reduction.
[0016]
Therefore, the present invention focuses on the degree of freedom of the shape when processing a soft magnetic member, improves the structure, reduces the cogging torque, improves the magnetic characteristics, and further reduces the number of types of parts to reduce costs. It is an object of the present invention to provide a claw pole motor aiming at the above.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 includes a field element in which N-pole and S-pole field poles are arranged at equal intervals and alternately in a circumferential direction,
A pair of claw poles arranged opposite to the field poles and arranged at equal pitches with these field poles are magnetically coupled to a substantially ring-shaped yoke at every other axial end, and are coupled to each other. K (K is an integer of 2 or more) are connected coaxially to each other, and the field magnetic poles are connected between these K phase units. An armature formed so that the position of the claw pole with respect to
With
A claw pole motor in which the field element and the armature are relatively rotatable by passing a current through the coil of each phase unit,
The claw pole has a three-dimensional shape such that the distance between the claw pole and the field pole becomes longer toward both ends in the circumferential direction of the claw pole.
[0018]
The invention described in claim 2 is a field element in which N-pole and S-pole field poles are alternately arranged at regular intervals in the circumferential direction;
A pair of claw poles arranged opposite to the field poles and arranged at equal pitches with these field poles are magnetically coupled to a substantially ring-shaped yoke at every other axial end, and are coupled to each other. K (K is an integer of 2 or more) are connected coaxially to each other, and the field magnetic poles are connected between these K phase units. An armature formed so that the position of the claw pole with respect to
With
A claw pole motor in which the field element and the armature are relatively rotatable by passing a current through the coil of each phase unit,
A pair of magnetic members are formed by the same member.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, in the claw pole motor according to the second aspect, an opening for extracting a coil is formed in a peripheral portion of a yoke located on an extension of a side of the claw pole. .
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, in the claw pole motor according to the third aspect, the openings are arranged such that the positions of the openings coincide when the pair of magnetic members are joined.
[0021]
According to a fifth aspect of the present invention, in the claw pole motor according to any one of the first to fourth aspects, the pair of magnetic members is a soft magnetic member formed of a powder magnetic material. .
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part showing a first embodiment of the present invention, and shows a cross-section of an axial center portion of one phase unit of a claw pole motor cut along a plane perpendicular to the axis.
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes an armature, 11 denotes one of the soft magnetic members constituting the armature 10, and claw poles 13 protrude in the axial direction on the inner peripheral surface of a ring-shaped yoke 12 every other one. Have been. Reference numeral 13 'denotes a claw pole formed on the other soft magnetic member.
[0023]
A field element 20 is arranged concentrically in the internal space of the armature 10, and has a cylindrical field in which N poles and S poles are alternately arranged in the same number as the number of poles of the claw poles 13 and 13 '. A magnetic pole 21 and a rotating shaft 22 are provided. Note that the magnetic pole pitch of the claw poles 13 and 13 ′ is equal to the magnetic pole pitch of the field magnetic pole 21.
[0024]
Also in this embodiment, a phase unit for one phase of the armature 10 is formed by sandwiching a coil between a pair of soft magnetic members as shown in FIG. Is omitted.
Further, the armature 10 is formed by connecting K phase units coaxially (K is an integer of 2 or more, and 3 in the case of three phases). The claw poles are formed so that their positions are sequentially shifted in the circumferential direction.
[0025]
Now, conventionally, the distance between the claw pole and the field pole is constant over the circumferential direction of the claw pole, but in this embodiment, the distance between the claw poles 13 and 13 ′ and the field pole 21 is The claw poles 13, 13 ′ are longer toward the both ends in the circumferential direction. That is, in FIG. 1, a is a shortest distance line connecting the shortest distances between the claw poles 13 and 13 'and the field magnetic poles 21, and the individual claw poles 13 and 13' are opposed to the field magnetic poles 21. The surface is further away from the shortest distance line a toward the both ends in the circumferential direction of the claw poles 13 and 13 '.
[0026]
With the above structure, the change in the magnetic flux passing through the claw poles 13 and 13 'with the rotation of the field element 20 becomes gentle, and the cogging torque waveform of each phase unit as shown in FIG. Is closer to a sine wave, and the rate of change when the polarity of the cogging torque waveform is switched can be made smaller than in the prior art of FIG. Therefore, the pulsation of the combined cogging torque waveform is also reduced, and smooth rotation is possible.
If the cogging torque waveform is a complete sine wave for one phase unit, the three phases are combined and canceled out to zero. This is important in reducing the cogging torque.
[0027]
Next, FIG. 3 is an exploded perspective view of a phase unit of an armature according to a second embodiment of the present invention.
In this embodiment, a phase unit for one phase is formed by connecting two soft magnetic members 14 having the same shape and structure in opposite directions with the coil 30 interposed therebetween. In the soft magnetic member 14, reference numeral 15 denotes a ring-shaped yoke, and reference numeral 16 denotes a claw pole magnetically coupled to the yoke 15. This claw pole 16 is provided between the claw poles 16 of the same other soft magnetic member 14. Can be fitted into the recessed portion 16a formed in the recess. Reference numeral 15a denotes an opening formed in a peripheral portion of the yoke 15 for drawing out the coil 30 to the outside.
[0028]
Although the shape of the claw pole 16 in FIG. 3 is different from that of the first embodiment in FIG. 1, also in the second embodiment, as shown in FIG. The armature can be formed by making the same soft magnetic member having such a claw pole in the opposite direction and connecting two coils with the coil interposed therebetween. May be.
[0029]
Generally, since a mold for forming a three-dimensional soft magnetic member by molding a powder magnetic material is expensive, the type of mold is reduced by using two soft magnetic members 14 having the same structure as in the present embodiment. It can be reduced by half, which greatly contributes to cost reduction of the motor. In addition, it is easy to provide the concave and convex portions (the claw pole 16 and the concave portion 16a) that can be fitted to each other on the same member, so that the positioning of the pair of soft magnetic members 14 can be performed with high accuracy.
[0030]
FIG. 4 is an explanatory diagram of the armature phase unit according to the third embodiment of the present invention. In FIGS. 4A and 4B, reference numeral 17 denotes a soft magnetic member having a ring-shaped yoke 15 and a claw pole 18, and reference numeral 15a denotes an opening formed in the yoke 15 for drawing out an internal coil.
Also in this embodiment, a phase unit for one phase is formed by coupling soft magnetic members 17 having the same structure in opposite directions with a coil interposed therebetween as in FIG. Further, an armature is formed by connecting K (K is an integer of 2 or more) coaxially with the phase units, and the positions of the claw poles relative to the field poles are sequentially shifted in the circumferential direction between the phase units. The points are also the same as in each embodiment.
[0031]
Here, by forming an opening 15a in the peripheral portion of the yoke 15 located on the extension of the side 18a of the claw pole 18, the claw pole 18 of one soft magnetic member 17 is formed as shown in FIG. When the two soft magnetic members 17 are joined by fitting them into the concave portions between the claw poles of the other soft magnetic member 17, the two openings 15 a can be made to exactly coincide with each other. Coil can be easily pulled out.
In addition, since the opening 15a reduces the cross-sectional area of the magnetic path in the soft magnetic member 17, the area of the opening 15a is desirably as small as possible from the viewpoint of relaxing magnetic saturation and reducing iron loss.
[0032]
In each of the above embodiments, the case where the present invention is applied to an inner rotor type motor has been described. However, the scope of the present invention is not limited to this. For example, an outer rotor type motor or a cylindrical field element is used. Can be applied to a motor having an armature both inside and outside.
Further, the claw pole motor of the present invention can be applied to a polyphase motor other than a three-phase motor, and there is no limitation on the number of phases.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the structure of the soft magnetic member including the claw pole and the opening for pulling out the coil is improved to reduce the cogging torque and to improve the magnetic characteristics. By using the member, the number of types of components can be reduced and the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a phase unit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a claw pole structure and a cogging torque waveform according to a conventional technique and an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an exploded perspective view of a phase unit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a phase unit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an exploded perspective view showing a first conventional technique.
FIG. 6 is an exploded perspective view showing a second conventional technique.
[Explanation of symbols]
10: armatures 11, 14, 17: soft magnetic members 12, 15: yokes 13, 13 ', 16, 18: claw pole 15a: opening 16a: recess 18a: side 20: field element 21: field magnetic pole 22: rotating shaft 30: coil a: shortest distance line

Claims (5)

N極及びS極の界磁磁極が周方向に等間隔かつ交互に配置された界磁子と、
前記界磁磁極に対向してこれらの界磁磁極と等ピッチで配置されたクローポールが一つおきに軸方向端部でほぼリング状のヨークにそれぞれ磁気結合され、かつ相互に結合される一対の磁性部材と、これらの磁性部材を磁化するコイルとからなる相ユニットが、同軸上にK(Kは2以上の整数)個連結されると共に、これらK個の相ユニット間で前記界磁磁極に対する前記クローポールの位置が周方向に順次ずれるように形成された電機子と、
を備え、
各相ユニットの前記コイルに電流を通流することにより前記界磁子と前記電機子とが相対的に回転可能であるクローポールモータにおいて、
前記クローポールを、前記界磁磁極との間の距離がクローポールの周方向両端部に向かうに従って長くなるような立体形状としたことを特徴とするクローポールモータ。
A field element in which N-pole and S-pole magnetic field poles are alternately arranged at equal intervals in the circumferential direction;
A pair of claw poles arranged opposite to the field poles and arranged at equal pitches with these field poles are magnetically coupled to a substantially ring-shaped yoke at every other axial end, and are coupled to each other. K (K is an integer of 2 or more) are connected coaxially to each other, and the field magnetic poles are connected between these K phase units. An armature formed so that the position of the claw pole with respect to
With
A claw pole motor in which the field element and the armature are relatively rotatable by passing a current through the coil of each phase unit,
A claw pole motor, wherein the claw pole has a three-dimensional shape such that the distance between the claw pole and the field pole increases toward both ends in the circumferential direction of the claw pole.
N極及びS極の界磁磁極が周方向に等間隔かつ交互に配置された界磁子と、
前記界磁磁極に対向してこれらの界磁磁極と等ピッチで配置されたクローポールが一つおきに軸方向端部でほぼリング状のヨークにそれぞれ磁気結合され、かつ相互に結合される一対の磁性部材と、これらの磁性部材を磁化するコイルとからなる相ユニットが、同軸上にK(Kは2以上の整数)個連結されると共に、これらK個の相ユニット間で前記界磁磁極に対する前記クローポールの位置が周方向に順次ずれるように形成された電機子と、
を備え、
各相ユニットの前記コイルに電流を通流することにより前記界磁子と前記電機子とが相対的に回転可能であるクローポールモータにおいて、
一対の磁性部材を、同一部材により形成したことを特徴とするクローポールモータ。
A field element in which N-pole and S-pole magnetic field poles are alternately arranged at equal intervals in the circumferential direction;
A pair of claw poles arranged opposite to the field poles and arranged at equal pitches with these field poles are magnetically coupled to a substantially ring-shaped yoke at every other axial end, and are coupled to each other. K (K is an integer of 2 or more) are connected coaxially to each other, and the field magnetic poles are connected between these K phase units. An armature formed so that the position of the claw pole with respect to
With
A claw pole motor in which the field element and the armature are relatively rotatable by passing a current through the coil of each phase unit,
A claw pole motor comprising a pair of magnetic members formed of the same member.
請求項2に記載したクローポールモータにおいて、
コイルを引き出すための開口部を、クローポールの側辺の延長上に位置するヨークの周縁部に形成したことを特徴とするクローポールモータ。
The claw pole motor according to claim 2,
A claw pole motor, wherein an opening for extracting a coil is formed in a peripheral portion of a yoke located on an extension of a side of the claw pole.
請求項3に記載したクローポールモータにおいて、
一対の磁性部材を結合した際に開口部の位置が一致するように前記開口部を配置したことを特徴とするクローポールモータ。
The claw pole motor according to claim 3,
A claw pole motor, wherein the openings are arranged so that the positions of the openings coincide when a pair of magnetic members are joined.
請求項1〜4の何れか1項に記載したクローポールモータにおいて、
一対の磁性部材が、粉末磁性体により形成された軟磁性部材であることを特徴とするクローポールモータ。
The claw pole motor according to any one of claims 1 to 4,
A claw pole motor, wherein the pair of magnetic members is a soft magnetic member formed of a powder magnetic material.
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