JP2007068323A - Dc brushless motor device and its permanent magnet - Google Patents
Dc brushless motor device and its permanent magnet Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007068323A JP2007068323A JP2005250761A JP2005250761A JP2007068323A JP 2007068323 A JP2007068323 A JP 2007068323A JP 2005250761 A JP2005250761 A JP 2005250761A JP 2005250761 A JP2005250761 A JP 2005250761A JP 2007068323 A JP2007068323 A JP 2007068323A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnet
- stator
- motor
- thickness
- radius
- 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.)
- Pending
Links
- 150000002910 rare earth metals Chemical group 0.000 claims abstract description 38
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 20
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 27
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 22
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 8
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] Chemical compound N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000011038 discontinuous diafiltration by volume reduction Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Brushless Motors (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Description
本発明は、ＤＣブラシレスモータ装置及びそれに用いられる永久磁石に関する。特に、インナーロータ形ＤＣブラシレスモータにおいてＳＰＭ型モータを使用したファンモータ等の常時連続運転状態で使用されるモータにおいて、永久磁石に異方性希土類ボンド磁石を用い、モータ出力特性を保ったまま、所定の回転数を維持しつつ、大幅な小型化と回転ムラの低減、高効率化を可能としたＤＣブラシレスモータ装置及びそれに用いられる永久磁石に関する。
本発明は、例えば、出力が５０−４００W級で、モータ半径（磁気回路構成部分であって、本発明においてはステータ半径に相当する。以下同じ。）が１５−５０ｍｍの大きさのモータに関する。例えば、パワーステアリング用モータのように７００Wを超えるようなモータにおいては、出力が高すぎ、本発明の対象には含まれない。
また、本発明は一般交流電源での使用を対象としている。一般交流電源は通常、１００〜４００Ｖで使用され、本発明もその使用電圧範囲を対象とするものである。よって、本発明は自動車用等の１２Ｖ，２４Ｖ等の低電圧で使用されるモータには使用されない。
The present invention relates to a DC brushless motor device and a permanent magnet used therefor. In particular, in an inner rotor type DC brushless motor, such as a fan motor using an SPM type motor, which is used in a constantly continuous operation state, an anisotropic rare earth bonded magnet is used as a permanent magnet, and the motor output characteristics are maintained. The present invention relates to a DC brushless motor device and a permanent magnet used in the DC brushless motor device capable of significantly reducing the size, reducing rotational unevenness, and improving efficiency while maintaining a predetermined rotational speed.
The present invention relates to a motor having an output of 50 to 400 W class and a motor radius of 15 to 50 mm (which is a magnetic circuit component and corresponds to a stator radius in the present invention, the same shall apply hereinafter). For example, in a motor that exceeds 700 W, such as a power steering motor, the output is too high and is not included in the subject of the present invention.
The present invention is also intended for use with a general AC power source. A general AC power supply is normally used at 100 to 400 V, and the present invention is also intended for the voltage range used. Therefore, the present invention is not used for a motor that is used at a low voltage such as 12V or 24V for automobiles.
産業用、家電用に限らず、主として常時回転して使用されるモータにおいては、モータとしてポピュラーなブラシモータはブラシの磨耗のため使用されていなかった。
この常時回転して使用されるモータにおいては、産業用では３相交流電源に対応したかご型三相誘導モータが使用されていた。家庭用では、単相交流電源に対応したかご型単相誘導モータが使用されていた。１９８０年代中盤にはいると産業用マイコンが登場した。産業用かご型三相誘導モータでは、そのマイコンを利用したインバータ制御により効率化を図った。
さらに、かご型３相誘導モータにおいては、ロータも電磁石であり、かごに電流をながすため、永久磁石を使用するモータに比べ、鉄損、銅損とも大きく更なる効率化が求められていた。
おなじころ、かご型３相誘導モータの効率化のため永久磁石を使用したＤＣブラシレスモータ化により更なる効率化が図られた。
このブラシレスモータにおいては最大磁気エネルギー積が３２ｋＪ／ｍ３程度のフェライト焼結磁石や、８ｋＪ／ｍ３程度のフェライトボンド磁石が使用されていた。
In motors that are used not only for industrial use and home appliances but mainly always rotated, brush motors that are popular as motors have not been used due to brush wear.
In this motor that is always rotated, a cage-type three-phase induction motor compatible with a three-phase AC power source has been used for industrial use. For home use, a cage-type single-phase induction motor corresponding to a single-phase AC power source was used. In the mid 1980s, industrial microcomputers appeared. In the industrial basket type three-phase induction motor, efficiency was achieved by inverter control using the microcomputer.
Furthermore, in the cage type three-phase induction motor, the rotor is also an electromagnet, and current is passed through the cage. Therefore, both iron loss and copper loss have been greatly increased compared to a motor using a permanent magnet.
The same efficiency was achieved by using a DC brushless motor that uses permanent magnets to improve the efficiency of the cage-type three-phase induction motor.
And the maximum magnetic energy product 32 kJ / m 3 approximately ferrite sintered magnet in this brushless motor, 8 kJ / m 3 approximately ferrite bond magnets are used.
一方、家電用では、１９９０年ごろまで、主として、かご型単相誘導モータが使用されていた。
しかし、１９９０年代はじめ頃から、家電用の汎用のインバータ制御用のマイコンの登場した。それを採用することで電流を３相へ変換することで、かご型三相誘導モータとすることで効率を５０％程度から６０％程度まで向上し、インバータ制御によりモータ回転数の可変化を図った。その後、地球温暖化対策のための省エネルギー化のニーズの増大により、２０００年ごろより、家電用においてもＤＣブラシレスモータが採用されるにいたり、効率も７５％程度まで向上した。
On the other hand, for home appliances, a cage-type single-phase induction motor was mainly used until around 1990.
However, since the early 1990s, general-purpose inverter control microcomputers for home appliances have appeared. By adopting it, the current is converted into three phases, and the efficiency is improved from about 50% to about 60% by using a squirrel-type three-phase induction motor, and the motor speed is made variable by inverter control. It was. Later, due to the increasing needs for energy saving as a countermeasure against global warming, DC brushless motors have been adopted for home appliances from around 2000, and the efficiency has improved to about 75%.
このように、常時回転用のモータにおいては、高効率化は進んできたものの、家電分野において期待される小型化・軽量化のニーズは満足されていなかった。
小型化に関しては、１９８０年代前半になって希土類焼結磁石（例えば、Ｎｄ焼結磁石（３１８ｋＪ／ｍ３））の登場によりその検討がなされた。しかしながら、単に磁力の強い磁石を適用しただけでは供給磁束が大きすぎるため、ステータ側の電磁石ヨークが飽和してしまうため、ステータ外径を広げざるを得なかった。
また、単に磁力の強い磁石を使用するとコギングトルクが増大する傾向にある。更に、磁石の磁力が上がるとトルクが増加するが、逆に、磁石による供給磁束の増加によりステータコイルに発生する逆起電力のため回転数が低下してしまう関係にある。よって、単に強力な希土類磁石を使用するだけでは、小型化ができず、むしろ、コギングトルクが増大して回転ムラが増大し、所定の回転数がでないこととなっていた。そのため、モータ出力特性を保ったまま、所定の回転数を維持しつつ、大幅な小型化と回転ムラの低減の両立は、困難であり磁力の強いＮｄ焼結等の希土類焼結磁石はこの分野のブラシレスモータに使用されてこなかった。
As described above, although the motor for continuous rotation has been improved in efficiency, the needs for reduction in size and weight expected in the home appliance field have not been satisfied.
The miniaturization was studied in the early 1980s with the advent of rare earth sintered magnets (for example, Nd sintered magnets (318 kJ / m 3 )). However, simply applying a magnet having a strong magnetic force causes the supply magnetic flux to be too large, and the electromagnet yoke on the stator side is saturated, so the stator outer diameter has to be increased.
Further, if a magnet having a strong magnetic force is simply used, the cogging torque tends to increase. Further, the torque increases as the magnet's magnetic force increases, but conversely, the rotational speed decreases due to the counter electromotive force generated in the stator coil due to the increase in the magnetic flux supplied by the magnet. Therefore, simply using a strong rare earth magnet cannot reduce the size, but rather increases the cogging torque and increases rotation unevenness, and does not have a predetermined rotation speed. For this reason, it is difficult to achieve both a significant reduction in size and reduction in rotation unevenness while maintaining a predetermined rotational speed while maintaining the motor output characteristics, and rare earth sintered magnets such as Nd sintering with strong magnetic force are difficult to achieve in this field. It has not been used for brushless motors.
一方、これらのモータには、常時連続運転で使用されるため、更に、高効率化も同時に求められていた。
近年、磁石分野において特開２００５−１１６９９１に記載されているように１５９ｋＪ／ｍ３級の異方性希土類ボンド磁石が登場した。
この磁石は、焼結磁石にくらべ、成形性に優れ、リング形状で成形、配向・着磁できるため組み付け工数の低減、組み付け精度の向上が期待でき、ブラシレスモータへの適用が検討されていた。
しかし、本磁石もＮｄ焼結磁石程ではないが、従来のフェライト系磁石に比べ少なくとも４倍以上のはるかに磁力を有するため同様の問題を抱えており、その適用が困難と思われていた。
In recent years, 159 kJ / m 3 grade anisotropic rare earth bonded magnets have appeared in the magnet field as described in JP-A-2005-116991.
Compared to sintered magnets, this magnet has excellent moldability and can be molded, oriented and magnetized in a ring shape, so that reduction in assembly man-hours and improvement in assembly accuracy can be expected, and application to brushless motors has been studied.
However, although this magnet is not as large as an Nd sintered magnet, it has a similar magnetic force because it has a magnetic force that is at least four times that of conventional ferrite magnets, and its application has been considered difficult.
ファンモータ等に使用される一方向に常時回転するブラシレスモータにおいて、モータ出力特性を保ったまま、大幅な小型化と回転ムラの低減の両立を達成することを目的とする。
言い換えると、同じ大きさのモータ（磁気回路構成部）であれば、高い出力特性と回転ムラの低減を両立を達成することを目的とする。
更には、ファンモータ等に使用される一方向に常時回転するブラシレスモータにおいて、大幅に小型化と回転ムラの低減と高効率化の両立を達成することを目的とする。
言い換えると、同じ大きさのモータ（磁気回路構成部）であれば、高い出力特性と回転ムラの低減と高効率化の両立を達成することを目的とする。
In a brushless motor that is always rotated in one direction used for a fan motor or the like, an object is to achieve both a reduction in size and a reduction in rotational unevenness while maintaining the motor output characteristics.
In other words, an object of the present invention is to achieve both high output characteristics and reduction in rotational unevenness if the motors (magnetic circuit components) have the same size.
Another object of the present invention is to achieve both reduction in size, reduction in rotation unevenness and high efficiency in a brushless motor that is always rotated in one direction used for a fan motor or the like.
In other words, it is an object to achieve both high output characteristics, reduction of rotation unevenness and high efficiency if the motors (magnetic circuit constituent parts) have the same size.
本発明者等は、異方性希土類ボンド磁石の有する１５９ｋＪ／ｍ３級の優れた磁気特性と形状自由度の高さを、いかに活用するかを鋭意検討した結果、次のような構成により、そのエネルギーを十分に活用し、モータの小型化を達成しつつ、その他のすべての課題を解決できることを見出した。 The present inventors have a height of excellent magnetic characteristics and the degree of freedom of the shape of 159kJ / m 3 grade having anisotropic rare earth bonded magnet, the results of extensive studies how to take advantage, by the following structure, It was found that all the other problems could be solved while fully utilizing the energy and miniaturizing the motor.
上記の課題を達成するためには、以下の手段が有効である。
本発明のＤＣブラシレスモータは、電磁石からなるステータと、中心部に配置され、磁性コアとその外周に永久磁石を有するロータからなるＤＣブラシレスモータであって、
前記永久磁石は、最大エネルギー積が１１１ｋＪ／ｍ３以上、２３９ｋＪ／ｍ３以下であり、１４極に着磁された、一体リング形状で、薄肉形状な異方性希土類ボンド磁石であり、
前記ステータは、ティース数が１２極であり、
前記ステータ半径をｒ、前記ステータの径方向厚さをｔ、前記異方性希土類ボンド磁石の径方向厚さをｄ、前記ロータの半径をＲとする時、
磁石厚さ対ステータ半径比ｄ／ｒが０．０１以上、０．１０未満で、
ロータ半径対ステータ厚さ比Ｒ／ｔが２．０以上、３．５以下であることを特徴とするものである。
In order to achieve the above-mentioned problem, the following means are effective.
The DC brushless motor of the present invention is a DC brushless motor comprising a stator made of an electromagnet, a rotor disposed at the center, and having a magnetic core and a permanent magnet on the outer periphery thereof.
The permanent magnet is an anisotropic rare-earth bonded magnet having a maximum energy product of 111 kJ / m 3 or more and 239 kJ / m 3 or less, an integral ring shape, and a thin-walled shape magnetized to 14 poles,
The stator has 12 teeth,
When the stator radius is r, the radial thickness of the stator is t, the radial thickness of the anisotropic rare earth bonded magnet is d, and the radius of the rotor is R,
The magnet thickness to stator radius ratio d / r is 0.01 or more and less than 0.10,
The rotor radius to stator thickness ratio R / t is 2.0 or more and 3.5 or less.
本発明者等は、時に５０−４００W級の小型ＤＣブラシレスモータに適用する場合に効果が大きいことを見出した。
更に、この発明により、例えば、出力特性を従来のフェライト焼結磁石を使用したＤＣブラシレスモータと同等の特性をもたせた場合は、所定の回転数を維持したまま、５０％程度の小型化を図ることができつつ、回転ムラを低減することができる。また、小型化レベルをたとえば３０％程度とすれば、回転ムラを低減しつつ、高効率化を同時に達成することができる。ここで、ファンモータにおける定格回転数は１０００〜４０００ｒｐｍ程度である。
この時、従来のフェライト焼結磁石を用いた、ＤＣブラシレスモータの実力は、単位体積（磁気回路部体積）当たりの出力（以下モータ性能指標という）は、０．３〜０．６W／ｃｍ３のレベルである。
本発明の、ＤＣブラシレスモータはモータ性能指標を０．６〜１．３５W／ｃｍ３のレベルとするものであり、非常に優れたものである。
The present inventors have found that the effect is great when applied to a small DC brushless motor of 50-400 W class.
Further, according to the present invention, for example, when the output characteristic is equivalent to that of a DC brushless motor using a conventional sintered ferrite magnet, the size is reduced by about 50% while maintaining a predetermined rotational speed. It is possible to reduce rotation unevenness. Further, if the miniaturization level is, for example, about 30%, high efficiency can be achieved at the same time while reducing rotation unevenness. Here, the rated rotational speed of the fan motor is about 1000 to 4000 rpm.
At this time, the DC brushless motor using a conventional sintered ferrite magnet has an output per unit volume (magnetic circuit section volume) (hereinafter referred to as a motor performance index) of 0.3 to 0.6 W / cm 3. Level.
The DC brushless motor of the present invention has a motor performance index of 0.6 to 1.35 W / cm 3 and is very excellent.
この発明の画期的な効果がでる理由は、明確ではないが、結果から考えてみると以下のように推測できる。
磁石から発生した供給磁束に関する磁気回路においては、まず、従来のフェライトを使用したモータにおいては磁極は８極が用いられているが（図１（ｄ））、それを更に１４極へ多極化することにより、磁気抵抗を低減した。更に、１１１ｋＪ／ｍ３以上、２３９ｋＪ／ｍ３以下高い最大磁気エネルギー積を有する異方性希土類ボンド磁石を一体リング形状で、磁石厚さ対ステータ半径比ｄ／ｒが０．０１以上、０．１０未満へ薄肉形状することにより、従来のモータでのフェライト焼結磁石よりは多い供給磁束だが、単にフェライト焼結磁石を肉厚一定で異方性希土類ボンド磁石に置き換えただけの場合（図１（ｅ）に比べ供給磁束を減らすことでステータの磁気飽和を防いで磁気抵抗の増大を防いでいる。また、その異方性希土類ボンド磁石からの供給磁束の増加に伴い、同一出力を狙う場合、ステータ側のコイルの巻き数が減らせる。そのため、コイル領域が小さくなることでティース部のポール長さｐ（図１（ａ）のｐ）を小さくできるため、大幅に磁気抵抗を低減している。これらの作用が相互に作用しモータの磁気抵抗を全体として大幅に低減することにより、異方性希土類ボンド磁石による供給磁束を十分に引き出してモータの磁気回路部分の大幅な小型化を達成している。
同時に、供給磁束が単に肉厚一定でフェライト焼結磁石を異方性希土類ボンド磁石に置き換えた場合（図１（ｅ））よりも減ることで、コギングトルクの増大を抑え、さらに多極化でコギングトルクが減少し、回転ムラも低減している。
更には、ロータ半径対ステータ厚さ比Ｒ／ｔが２．０以上、３．５以下であることにより、磁石の外径が大きくなり、回転トルクが増大するため、更なる小型化を可能にしている。
The reason for the epoch-making effect of the present invention is not clear, but it can be inferred from the results as follows.
In the magnetic circuit related to the supplied magnetic flux generated from the magnet, first, in a motor using a conventional ferrite, 8 poles are used (FIG. 1 (d)), but this is further increased to 14 poles. As a result, the magnetic resistance was reduced. Further, an anisotropic rare earth bonded magnet having a maximum magnetic energy product higher than 111 kJ / m 3 or more and 239 kJ / m 3 or less is formed in an integral ring shape, and the magnet thickness to stator radius ratio d / r is 0.01 or more, 0. By thinning the shape to less than 10, the supplied magnetic flux is larger than that of a ferrite sintered magnet in a conventional motor, but the ferrite sintered magnet is simply replaced with an anisotropic rare earth bonded magnet with a constant thickness (FIG. 1). Compared to (e), the magnetic flux of the stator is reduced to prevent the magnetic saturation and the magnetic resistance is prevented from increasing, and the same output is aimed at as the magnetic flux supplied from the anisotropic rare earth bonded magnet increases. Since the number of turns of the coil on the stator side can be reduced, the pole length p (p in FIG. 1 (a)) of the teeth portion can be reduced by reducing the coil area, which greatly reduces the magnetic field. These actions interact to greatly reduce the overall magnetoresistance of the motor, thereby sufficiently extracting the magnetic flux supplied by the anisotropic rare-earth bonded magnet and greatly increasing the magnetic circuit portion of the motor. A small size has been achieved.
At the same time, the supplied magnetic flux is simply constant and the ferrite sintered magnet is replaced with an anisotropic rare earth bonded magnet (Fig. 1 (e)), so that the increase in cogging torque is suppressed, and the cogging torque is increased by increasing the number of poles. And the rotation unevenness is reduced.
Furthermore, since the rotor radius to stator thickness ratio R / t is not less than 2.0 and not more than 3.5, the outer diameter of the magnet is increased and the rotational torque is increased, thereby enabling further miniaturization. ing.
一方、電磁石から発生した供給磁束に関する磁気回路においては、従来のフェライトを使用したモータに比べ、異方性希土類ボンド磁石を一体リング形状で、磁石厚さ対ステータ半径比ｄ／ｒが０．０１以上、０．１０未満へ薄肉形状することにより、磁石を極端に薄くできている。ここで、電磁石側から見た磁石はエアギャップと同じ働きをするため、大幅な磁気抵抗の低減ができている。これにより、電磁石からの供給磁束を増加できるため、従来のモータと同等の性能にする場合は、電磁石部を小型化できる。 On the other hand, in the magnetic circuit relating to the supplied magnetic flux generated from the electromagnet, the anisotropic rare earth bonded magnet is formed in an integral ring shape and the magnet thickness to stator radius ratio d / r is 0.01 compared with a motor using conventional ferrite. As described above, the magnet can be made extremely thin by thinning it to less than 0.10. Here, since the magnet viewed from the electromagnet side functions in the same manner as the air gap, the magnetic resistance can be greatly reduced. Thereby, since the supply magnetic flux from an electromagnet can be increased, when making it the performance equivalent to the conventional motor, an electromagnet part can be reduced in size.
更に、磁気回路面からはなれて、力学的観点からみると、ロータ半径対ステータ厚さ比Ｒ／ｔが２．０以上、３．５以下とすることにより、従来のフェライト使用モータに比べ、ロータ半径とステータ厚さの比を大きくすることで、ロータの慣性モーメントを増大させることができる。
以上の効果が相互に作用することで、例えば、図１（ｂ）に示すような径方向への小型化により、同一出力性能であれば大幅な小型化と回転ムラの低減を同時に達成すること等ができるものと考える。更には、図１（ｃ）に示すように、例えば、軸方向に小型化した場合に小型化のレベルを少し抑えれば、回転ムラの低減と、高効率化を同時に達成することもできる。
言い換えると、発明が解決しようとする課題で述べたように、同じ大きさのモータ（磁気回路構成部）であれば、高い出力特性と回転ムラの低減と高効率化の両立を達成することもできる。
Further, when viewed from a mechanical point of view away from the magnetic circuit surface, the rotor radius to stator thickness ratio R / t is set to 2.0 or more and 3.5 or less, so that the rotor can be compared with the conventional ferrite motor. By increasing the ratio of the radius and the stator thickness, the inertia moment of the rotor can be increased.
By interacting with the above effects, for example, by reducing the size in the radial direction as shown in FIG. 1 (b), if the output performance is the same, significant reduction in size and reduction in rotational unevenness can be achieved simultaneously. We think that we can do. Furthermore, as shown in FIG. 1C, for example, when the size is reduced in the axial direction, if the level of downsizing is suppressed a little, it is possible to simultaneously achieve reduction in rotation unevenness and higher efficiency.
In other words, as described in the problem to be solved by the invention, if the motor (magnetic circuit component) has the same size, it is possible to achieve both high output characteristics, reduction in rotation unevenness and high efficiency. it can.
それぞれの数値限定理由について説明する。なおこれらは、単独では効果を発揮しえず、他の構成との相互作用で効果を発揮するものである。
１．磁石最大磁気エネルギー積
前記永久磁石は、本発明の他の構成に満足した上で、最大エネルギー積が１１１ｋＪ／ｍ３以上、２３９ｋＪ／ｍ３以下である必要がある。これにより、上述したように本発明の課題を達成することができる。
１１１ｋＪ／ｍ３以下では、磁石による供給磁束が不十分となってしまい、主としてモータ性能指標の向上が図れず、２３９ｋＪ／ｍ３以上では、磁石による供給磁束が本発明の構成を取っても過剰となってしまい、ステータにおいて磁気飽和が生じ、主としてモータ性能指標が十分に向上しない。また、鉄損が大きくなり効率が低下してしまう。
The reason for each numerical limitation will be described. In addition, these cannot show an effect independently, but show an effect by interaction with other structures.
1. Magnet Maximum Magnetic Energy Product The permanent magnet needs to have a maximum energy product of 111 kJ / m 3 or more and 239 kJ / m 3 or less after satisfying the other configuration of the present invention. Thereby, the subject of this invention can be achieved as mentioned above.
If the magnetic flux is 111 kJ / m 3 or less, the magnetic flux supplied by the magnet is insufficient, and the motor performance index cannot be improved. If the magnetic flux is 239 kJ / m 3 or higher, the magnetic flux supplied by the magnet is excessive even if the configuration of the present invention is adopted. As a result, magnetic saturation occurs in the stator, and the motor performance index is not sufficiently improved. Moreover, an iron loss becomes large and efficiency will fall.
２．磁石極数
前記永久磁石は、本発明の他の構成に満足した上で、１４極に、主としてラジアル方向に磁化されていることが必要である。
主としてラジアル方向に磁化されていることで、磁石に対面しているステータに磁束を供給することができる。これにより、上述したように本発明の課題を達成することができる。
磁石の磁極は２の倍数で構成される。
１２極以下では、多極化が不十分であり、磁気抵抗の低減が不十分のため小型化が不十分となる。また、コギングトルクの低下が不十分なため回転ムラの低減が不十分となる。
１６極以上では、多極化は十分ではあるが、ステータの巻線コイルに発生する逆起電圧が増大するため、所定の回転数が得られなくなる場合がある。また、１６極以上では、１磁極当たりの着磁の不感帯部の相対的割合が増え、供給磁束が低下するため、小型化が図れなくなるためである。
磁石に対面しているステータに磁束を供給するため、磁石の配向・着磁は、一般的に行われるラジアル配向・着磁、極配向・着磁や、ハイブリッド配向・着磁等によることが好ましい。ハイブリッド配向・着磁とは、複数磁極からなるリング磁石において、主極部をラジアル配向・着磁し、隣接する主極部間の界面部を極異方配向・着磁するものである。
その他、公知の配向・着磁方法を使用することができる。
2. Number of Magnet Pole The permanent magnet needs to be magnetized mainly in the radial direction with 14 poles after satisfying the other configuration of the present invention.
By being magnetized mainly in the radial direction, magnetic flux can be supplied to the stator facing the magnet. Thereby, the subject of this invention can be achieved as mentioned above.
The magnetic pole of the magnet is a multiple of two.
With 12 poles or less, the multipolarization is insufficient, and the reduction in magnetic resistance is insufficient, so that the miniaturization becomes insufficient. Further, since the cogging torque is not sufficiently reduced, the rotation unevenness is not sufficiently reduced.
With 16 poles or more, multipolarization is sufficient, but the counter electromotive voltage generated in the winding coil of the stator increases, so that a predetermined rotational speed may not be obtained. In addition, when the number of poles is 16 or more, the relative ratio of the dead zone of magnetization per magnetic pole increases and the supplied magnetic flux decreases, so that the size cannot be reduced.
In order to supply a magnetic flux to the stator facing the magnet, the orientation / magnetization of the magnet is preferably performed by generally used radial orientation / magnetization, polar orientation / magnetization, hybrid orientation / magnetization, etc. . The hybrid orientation / magnetization is a method in which, in a ring magnet composed of a plurality of magnetic poles, the main pole portion is radially oriented / magnetized, and the interface portion between adjacent main pole portions is polar anisotropic oriented / magnetized.
In addition, a known orientation / magnetization method can be used.
３．異方性希土類ボンド磁石
ボンド磁石であるため、磁石粉末と樹脂との結合により、張り合わせのない１ピースで、寸法精度良く成形できる。
フェライト焼結、希土類焼結磁石を使用したときは、各ピース毎の製造交差内の寸法差による磁石とロータ間の隙間、磁石とロータ間の接着材による隙間等による磁気抵抗が存在する。また、これらの使用したときは、張り合わせ位置決め時の位置決め誤差による磁石と磁石間の隙間の不均一、ステータと磁石間の隙間の不均一等によるによるコギングトルクが生じている。それに対し、一体でリング形状に成形された異方性希土類ボンド磁石を使用することで、これらの磁気抵抗を大幅に低減したり、コギングトルクの発生を改善できる。また、磁極間の隙間がないので、磁束供給面積を大きくとることができ、十分な磁束を供給できる。
また、焼結磁石は電気抵抗が小さいが、ボンド磁石は絶縁体である樹脂で希土類の金属粒子が覆われているため、渦電流の発生が小さくなり効率を向上させる。
3. Anisotropic rare earth bonded magnet Because it is a bonded magnet, it can be molded with high precision and dimensional accuracy in one piece with no bonding by bonding magnet powder and resin.
When a ferrite sintered or rare earth sintered magnet is used, there is a magnetic resistance due to a gap between the magnet and the rotor due to a dimensional difference within a manufacturing intersection for each piece, a gap due to an adhesive between the magnet and the rotor, or the like. Further, when these are used, cogging torque is generated due to non-uniform gaps between the magnets due to positioning errors during bonding positioning, non-uniform gaps between the stator and magnets, and the like. On the other hand, by using an anisotropic rare earth bonded magnet integrally formed into a ring shape, it is possible to significantly reduce these magnetic resistances and improve the generation of cogging torque. In addition, since there is no gap between the magnetic poles, the magnetic flux supply area can be increased and sufficient magnetic flux can be supplied.
In addition, although the sintered magnet has a small electric resistance, the bond magnet is covered with a resin, which is an insulator, and rare earth metal particles are covered. Therefore, the generation of eddy current is reduced and the efficiency is improved.
異方性希土類ボンド磁石の磁石厚さ対ステータ半径比ｄ／ｒが０．０１以上、０．１０未満の薄肉形状化することで、他の構成要件と相まって、上述したように本発明の課題を達成することができる。
磁石厚さ対ステータ半径比ｄ／ｒが０．０１未満では、反磁界が大となり急激に供給磁束が低下し、主としてモータ性能指標の向上が図れない。また、磁石厚さ対ステータ半径比ｄ／ｒが０．１０を超えた場合は、磁石からの供給磁束が大きすぎ、ステータの磁気飽和を招き磁気抵抗の増大や、磁気抵抗を減少するにはステータを大きくする必要があり、主としてモータ性能指標の向上が図れない。
As described above, the anisotropic rare earth bonded magnet has a magnet thickness-to-stator radius ratio d / r of 0.01 or more and less than 0.10. Can be achieved.
When the magnet thickness to stator radius ratio d / r is less than 0.01, the demagnetizing field becomes large and the supplied magnetic flux decreases rapidly, so that the motor performance index cannot be mainly improved. In addition, when the magnet thickness to stator radius ratio d / r exceeds 0.10, the magnetic flux supplied from the magnet is too large, causing magnetic saturation of the stator and increasing the magnetic resistance or decreasing the magnetic resistance. The stator needs to be enlarged, and the motor performance index cannot be improved mainly.
また、異方性希土類ボンド磁石の厚さは、０．７ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下であることが好ましい。 The thickness of the anisotropic rare earth bonded magnet is preferably 0.7 mm or more and 2.5 mm or less.
４．本発明の他の構成に満足した上で、ロータ半径対ステータ厚さ比Ｒ／ｔが２．０以上、３．５以下であることにより、上述したように本発明の課題を達成することができる。
Ｒ／ｔ値が２．０未満となると、磁石の外形が小さくなり、回転トルクの向上が得られにくくなり、主としてモータ性能指標の向上が図れない。また、回転トルクの慣性モーメントが急激に小さくなり、回転ムラの向上の効果も得られない。
また、Ｒ／ｔ値が３．５を超えると、ステータ厚さｔが、薄くなりすぎ、主としてモータ性能指標の向上が図れない。更に、Ｒ／ｔ値が２．５〜３．０がより好ましい。
ここで、従来においては、ステ−タ厚さを低減すると、ステ−タからの供給磁束が低下して、出力特性が低下してしまうと考えられてきたが、本発明の構成をとることと、ステ−タを薄くすることで、逆にステ−タ部の磁気抵抗が大幅に小さくなり、磁石側の供給磁束を有効に利用することができることで、本発明の効果が得られているとも考えられる。
この場合、図１（ａ）のティース部のポール長さｐも、従来モータに比べ大幅に短くなることとなる。尚、ティース部の厚さは磁気飽和を防ぐために厚く設けられる。
4). In addition to satisfying other configurations of the present invention, the rotor radius to stator thickness ratio R / t is 2.0 or more and 3.5 or less, thereby achieving the object of the present invention as described above. it can.
When the R / t value is less than 2.0, the outer shape of the magnet becomes small, and it becomes difficult to improve the rotational torque, and the motor performance index cannot be mainly improved. In addition, the moment of inertia of the rotational torque decreases rapidly, and the effect of improving rotational unevenness cannot be obtained.
On the other hand, if the R / t value exceeds 3.5, the stator thickness t becomes too thin, and the motor performance index cannot be improved mainly. Furthermore, the R / t value is more preferably 2.5 to 3.0.
Here, conventionally, it has been considered that when the thickness of the stator is reduced, the magnetic flux supplied from the stator is lowered and the output characteristics are lowered. However, the configuration of the present invention is taken. On the contrary, by reducing the thickness of the stator, the magnetoresistance of the stator portion is significantly reduced, and the supply flux on the magnet side can be used effectively, so that the effect of the present invention is obtained. Conceivable.
In this case, the pole length p of the teeth portion in FIG. 1A is also significantly shorter than that of the conventional motor. In addition, the thickness of a teeth part is thickly provided in order to prevent magnetic saturation.
５．ステータスロット数
スロット数は、１２極であることが必要である。
ブラシレスモータの場合は、スロット数は３の倍数である。
磁石の磁極数が１４極である場合は、コギングトルクを最小化するために、及び、ステ−タに係る磁気吸引力の対称性の観点から、スロット数は、磁石磁極数とスロット数の最小公倍数が比較的大きく、偶数極となる１２極とした。
また、１８極では、本発明の対象である小型モータでは、コイルスペースの確保が困難であり、６極では、コギングトルクの減少が少ない。
5. Status lot number The number of slots must be 12 poles.
In the case of a brushless motor, the number of slots is a multiple of three.
When the number of magnetic poles of the magnet is 14, the number of slots is the minimum of the number of magnetic poles and the number of slots in order to minimize the cogging torque and from the viewpoint of symmetry of the magnetic attraction force related to the stator. The common multiple is relatively large and 12 poles, which are even poles.
With 18 poles, it is difficult to secure a coil space with the small motor that is the subject of the present invention, and with 6 poles, there is little decrease in cogging torque.
６．コイル巻数
コイル巻数の限定範囲は、通常、一般交流電源の小型（インナーロータ型ＳＰＭ型）ＤＣブラシレスモータで使用される常識的な範囲である１５０−４００巻きが好ましい。
6). The number of coil turns is preferably 150 to 400 turns, which is a common-sense range that is usually used in a small (inner rotor type SPM) DC brushless motor of a general AC power supply.
７．使用電圧
本発明の使用電圧の範囲は、用途が一般交流電源のため、１００〜４００Vの範囲で使用される。一般に、消費電力をさげるためには、高電圧タイプを使用する。高電圧タイプは、コイル巻き数を増やして、起磁力を強め、コイル線径を細くしてコイルの電気抵抗を高め、電流を小さくすることで、消費電力を下げている。
7). Working voltage The working voltage range of the present invention is used in the range of 100 to 400 V because the application is a general AC power supply. In general, a high voltage type is used to reduce power consumption. In the high voltage type, the number of coil turns is increased, the magnetomotive force is increased, the coil wire diameter is reduced, the electric resistance of the coil is increased, and the current is reduced, thereby reducing the power consumption.
尚、ステータ１と磁石一体型ロータ２とのエアギャップは、今回、０．５ｍｍと一定にしているが、このギャップを縮めると更なる、磁気抵抗の低下が見られ、より小型化を図ることができる。
Note that the air gap between the stator 1 and the magnet-integrated
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.
図１（ａ）、（ｂ）にそれぞれ実施例１、実施例２のＤＣブラシレスモータ（以下、単にモータとする。）の１例を示す。
上図は、モータの磁気回路構成部の断面図である。実施例１のモータは図面に垂直方向のモータの厚さ方向に扁平小型化を目的としたものである。磁気回路部体積は５７％の大幅な小型化をしたものである。実施例２のモータは径方向に小型化を目的としたものである。磁気回路部体積は４８％程度の小型化をしたものである。図１（ｃ）に実施例３のモータを示す。実施例３は厚さ方向に扁平小型化をしたもので、実施例１のモータに比べ、従来例に比べ小型化を５１％に抑えたものである。
FIGS. 1A and 1B show examples of DC brushless motors (hereinafter simply referred to as motors) according to the first and second embodiments, respectively.
The upper diagram is a cross-sectional view of the magnetic circuit component of the motor. The motor according to the first embodiment is intended to be flat and compact in the thickness direction of the motor in the direction perpendicular to the drawing. The volume of the magnetic circuit part is significantly reduced by 57%. The motor according to the second embodiment is intended for downsizing in the radial direction. The volume of the magnetic circuit part is reduced by about 48%. FIG. 1C shows a motor according to the third embodiment. The third embodiment is flat and downsized in the thickness direction. Compared with the motor of the first embodiment, the downsizing is reduced to 51% as compared with the conventional example.
本実施例のモータは、ステータ１、ステータに巻回されたコイル２、モータの中央部に設けられたロータ３、そしてロータ３の中心部から延出された回転軸４から構成されている。尚、ロータ３は円筒形状の磁性コア３１の外周に一体リング形状の永久磁石３２である異方性希土類ボンド磁石３２ａを配置したものである。
容積比較のため、従来例として従来のフェライト焼結磁石３２ｂを使用した８磁極−１２ティースのモータを図１（ｄ）に示す。また、比較例１として従来のフェライト焼結磁石３２ｂを使用した８磁極―１２ティースの構造において、単に、フェライト焼結磁石３２ｂと異方性希土類ボンド磁石３２ａを置換した場合を図１（ｅ）に示す。この場合、単に異方性希土類ボンド磁石を９ｍｍに置き換えても、着磁をすることができない。そこでこの比較例１では着磁できたものと想定して、コンピュータシミュレーションした結果を載せる。ここで、比較のため、従来のフェライト焼結磁石３２ｂを使用したモータと単に磁石を置換したモータについては、その他の諸元を同一としている。
The motor according to this embodiment includes a stator 1, a
For volume comparison, FIG. 1D shows an 8-pole-12-tooth motor using a conventional
また、比較例２として従来のフェライト焼結磁石３２ｂを使用した８磁極―１２ティースの構造において、出力特性を従来例と同じになるように、フェライト焼結磁石３２ｂと異方性希土類ボンド磁石３２ａを置換した場合を図１（ｆ）に示す。ここで、比較のため、磁石厚さｄ以外の寸法諸元を同一にして、出力特性を従来例と同じになるように、磁石厚さｄを設定した。
また、従来モータと本発明との比較のため、実施例１については、ステータ外径（モータ外径と同じ）を従来モータと同一にして、出力特性を同一としている。
また、実施例２については、モータの磁気回路構成部の厚さに略相当する、ステータ軸長をほぼ同一にして、出力特性を同一としている。
In Comparative Example 2, in the structure of 8 poles and 12 teeth using the conventional
For comparison between the conventional motor and the present invention, in Example 1, the stator outer diameter (same as the motor outer diameter) is the same as that of the conventional motor, and the output characteristics are the same.
In the second embodiment, the stator shaft length is substantially the same, which is substantially equivalent to the thickness of the magnetic circuit component of the motor, and the output characteristics are the same.
ここでモータの磁気回路構成部の体積は、ステータ部とロータ部の体積をそれぞれ求めて足し合わせた。なお、ロータ部については、磁石及び鉄からなる磁性コアの体積をもとめ、軸部は体積から除外した。
各実施例及び、従来例、比較例の緒元及び評価結果を表１に記載する。
Here, the volume of the magnetic circuit constituent part of the motor was obtained by adding the volumes of the stator part and the rotor part. In addition, about the rotor part, the volume of the magnetic core which consists of a magnet and iron was calculated | required, and the axial part was excluded from the volume.
Table 1 shows the specifications and evaluation results of each example, conventional example, and comparative example.
尚、上記異方性希土類ボンド磁石３２ａは、出願人により、近年ようやく量産化が可能となったものである。例えば、この異方性希土類ボンド磁石３２ａは、特許２８１６６６８号公報、特許第３０６０１０４号公報の製造方法で作成される。この異方性希土類ボンド磁石３２ａは、最大磁気エネルギー積で１１１ｋＪ／ｍ３〜１９９ｋＪ／ｍ３のものを現在製造することができる。
The anisotropic rare earth bonded
本実施例のモータ（図１（ａ）（ｂ）（ｃ））と従来のモータ（図１（ｄ））の異なるところは、まず、従来のモータの永久磁石３２である最大磁気エネルギー積が３２ｋＪ／ｍ３であるフェライト焼結磁石３２ｂの８極貼り付け配置に代えて、最大磁気エネルギー積が１８３ｋＪ／ｍ３であるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末等からなる一体リング状の異方性希土類ボンド磁石３２ａにおいて１４磁極を採用したことである。ここで異方性希土類ボンド磁石は、公知のあらゆる材料が利用できる。
又、第二の特徴は、永久磁石３２を薄型化することにある。従来モータでは、磁石厚さが９ｍｍであるが、本発明の磁石厚さは、実施例１で１．５ｍｍ、実施例２で１．３ｍｍ、実施例３で１．５ｍｍと非常に薄い。これらは、表１より磁石厚さ対ステータ半径比ｄ／ｒが、０．０３で０．０１以上、０．１０未満を満足している。尚、ｄ／ｒは０．０１以上、０．０６未満がより好ましい。
更に、第三の特徴は、径方向においてモータ全体に占めるロータ径とステータ厚さの比を従来のモータに比べ、大幅にロータ径の割合を多くすることにある。従来例のモータでは、ロータ半径対ステータ厚さ比Ｒ／ｔ値が、１．３５とロータの割合は小さいが、本発明のモータでは、Ｒ／ｔ値が、２．７６と大幅に増加している。ロータ半径対ステータ厚さ比Ｒ／ｔ値は２．５以上、３．０以下がより好ましい。
The difference between the motor of this embodiment (FIGS. 1A, 1B and 1C) and the conventional motor (FIG. 1D) is that the maximum magnetic energy product which is the permanent magnet 32 of the conventional motor is first. 32 kJ / m 3 at a place of the 8-pole attachment arrangement of the
The second feature is that the permanent magnet 32 is thinned. In the conventional motor, the magnet thickness is 9 mm, but the magnet thickness of the present invention is as very thin as 1.5 mm in Example 1, 1.3 mm in Example 2, and 1.5 mm in Example 3. According to Table 1, the ratio of magnet thickness to stator radius d / r is 0.03 and satisfies 0.01 or more and less than 0.10. In addition, d / r is more preferably 0.01 or more and less than 0.06.
Furthermore, the third feature is that the ratio of the rotor diameter to the stator thickness in the entire motor in the radial direction is greatly increased as compared with the conventional motor. In the motor of the conventional example, the rotor radius to stator thickness ratio R / t value is 1.35, which is a small proportion of the rotor, but in the motor of the present invention, the R / t value is greatly increased to 2.76. ing. The rotor radius to stator thickness ratio R / t value is more preferably 2.5 or more and 3.0 or less.
これらの構成をとることにより、表１に示したように、従来例に比較し、実施例１の場合は、同一出力特性においてモータ軸方向の磁石軸長、ステータ軸長を大幅に低減し、体積を５７％削減し、モータ性能指標を２．３倍に向上しつつ、コギングトルクを従来レベルより良好なレベルに保ち、更に、慣性モーメントも大幅に上昇しているため、回転ムラが大きく低減できている。更に、効率面においても従来例よりも向上している。
実施例１における、扁平率（ステータ軸長ｌ／ステータ外径２ｒ）は、０．１１である。
実施例２においては、従来例に比べ、体積を４８％削減し、モータ性能指標を１．９倍に向上しつつ、コギングトルクを従来レベルと同等レベルに保ち、更に、慣性モーメントも大幅に上昇しているため、回転ムラが大きく低減できている。但し、この場合は、慣性モーメントの増加が、実施例１に比べやや低下している。
実施例２における、扁平率は、０．２５である。
モータ性能指標を重視した場合には、磁気回路部体積を一定とした場合、偏平率が高いほどモータ性能指標は向上する。好ましい偏平率は０．０５以上、０．１５以下である。
０．０５未満では、軸方向への漏れ磁束が増加するため、磁石からのステ-タへの供給磁束が減少し、モータ性能指標が低下する。０．１５を超えるとロータ径が小さくなりモータ性能指標が低下する。
By adopting these configurations, as shown in Table 1, compared to the conventional example, in the case of Example 1, the magnet shaft length in the motor shaft direction and the stator shaft length are greatly reduced in the same output characteristics, The volume is reduced by 57%, the motor performance index is improved by 2.3 times, the cogging torque is kept at a better level than the conventional level, and the moment of inertia is greatly increased, so the rotation unevenness is greatly reduced. is made of. Further, the efficiency is improved over the conventional example.
In Example 1, the flatness ratio (stator shaft length l / stator outer diameter 2r) is 0.11.
In Example 2, compared with the conventional example, the volume is reduced by 48%, the motor performance index is improved by 1.9 times, the cogging torque is maintained at the same level as the conventional level, and the moment of inertia is greatly increased. Therefore, the rotation unevenness can be greatly reduced. However, in this case, the increase in the moment of inertia is slightly lower than that in the first embodiment.
The flatness in Example 2 is 0.25.
When the motor performance index is regarded as important, the motor performance index is improved as the flatness ratio is higher when the volume of the magnetic circuit unit is constant. A preferred aspect ratio is 0.05 or more and 0.15 or less.
If it is less than 0.05, the magnetic flux leakage in the axial direction increases, so the magnetic flux supplied from the magnet to the stator decreases, and the motor performance index decreases. If it exceeds 0.15, the rotor diameter is reduced and the motor performance index is lowered.
実施例３においては、モータ性能指標の向上は、従来例に比べ、体積を５１％削減し、モータ性能指標を２．０倍に向上しつつ、コギングトルクを従来レベルより良好なレベルに保ち、更に、回転ムラが大きく低減しつつ、同時に鉄損を３２％低減させることにより従来例より高効率化が図れている。 In Example 3, the motor performance index is improved by 51% in volume compared to the conventional example, the motor performance index is improved by 2.0 times, and the cogging torque is maintained at a level better than the conventional level. Further, the rotational unevenness is greatly reduced, and at the same time, the iron loss is reduced by 32%, thereby achieving higher efficiency than the conventional example.
比較例１においては、単に、フェライト焼結磁石３２ｂを異方性希土類ボンド磁石３２ａに適用すると、出力特性は、モータ性能指標で１．５倍となるが、磁石からの供給磁束が大きすぎるため、回転数の増加に伴う逆起電力の増大による無負荷回転数の減少してしまう。そのため、定格時に所定のトルクがでない可能性がある。また異方性希土類ボンド磁石３２ａからの供給磁束が大きくなりすぎることでコギングトルクが従来例に比べ２４倍と極端に増大し、慣性モーメントは変化無く、回転ムラは使用できない程度に劣化している。効率は、ステータでの磁気飽和等で大きくなっているため、鉄損が２．４倍となり大幅に低下している。
In Comparative Example 1, when the
比較例２においては、磁石使用量は低減でき体積減少は４８％程度あり、モータ性能指標も、従来例の１．９倍と、本発明レベルとなるが、磁石の厚みを薄くするのみでは、コギングトルクは比較例１よりも更に大きくなり（従来例の２６倍）、慣性モーメントも低下するため、回転ムラは、使用できないレベルまで劣化している。効率においても、従来例に比べ鉄損が約１．５倍と大幅に劣化して、効率が低下している。
以上より、本発明は、従来のフェライト焼結磁石を使用した８磁極―１２ティースの構造に単に高性能の異方性希土類ボンド磁石を適用したものでなく、異方性希土類ボンド磁石の高いポテンシャルを磁極数、磁石厚さ、ステータ厚さ、磁石一体型ロータ径等を有機的に組合せることで、従来では予測できないレベルでの高いモータ性能指標、回転ムラの低減、高効率化を同時に達成したＤＣブラシレスモータを提供するものである。
In Comparative Example 2, the amount of magnet used can be reduced and the volume reduction is about 48%, and the motor performance index is 1.9 times that of the conventional example, which is at the level of the present invention, but only by reducing the thickness of the magnet, The cogging torque is further larger than that of Comparative Example 1 (26 times that of the conventional example), and the moment of inertia is also reduced, so that the rotation unevenness is degraded to a level where it cannot be used. Also in efficiency, the iron loss is significantly deteriorated by about 1.5 times compared to the conventional example, and the efficiency is lowered.
As described above, the present invention does not simply apply a high performance anisotropic rare earth bonded magnet to the structure of 8 poles-12 teeth using a conventional sintered ferrite magnet, but has a high potential of the anisotropic rare earth bonded magnet. By organically combining the number of magnetic poles, magnet thickness, stator thickness, magnet-integrated rotor diameter, etc., a high motor performance index, reduction in rotational unevenness, and high efficiency can be achieved at a level that could not be predicted in the past. A DC brushless motor is provided.
本発明は、一方向に常時回転するＤＣブラシレスモータにおいて、モータ出力特性を保ったまま、大幅な小型化と回転ムラの低減が必要とされるＤＣブラシレスモータに利用できる。モータサイズが同じ場合は、高性能化と回転ムラの低減が必要とされるＤＣブラシレスモータに利用できる。更には、大幅な小型化と回転ムラの低減と高効率化が必要とされるＤＣブラシレスモータに利用できる。モータサイズが同じ場合は、高性能化と回転ムラの低減と高効率化が必要とされるＤＣブラシレスモータに利用できる。特に、出力が５０−４００W級のファンモータに用いる場合に本発明は有用である。また、位置決め用のサーボモータにも有用である。但し、用途をファンモータ等に限定するものではない。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in a DC brushless motor that always rotates in one direction and requires a significant reduction in size and reduction in rotational unevenness while maintaining the motor output characteristics. When the motor size is the same, it can be used for a DC brushless motor that requires high performance and reduced rotation unevenness. Furthermore, the present invention can be used for a DC brushless motor that requires a significant downsizing, reduction in rotation unevenness and high efficiency. When the motor size is the same, it can be used for a DC brushless motor that requires high performance, reduced rotation unevenness, and high efficiency. In particular, the present invention is useful when used for a fan motor having an output of 50 to 400 W class. It is also useful for positioning servo motors. However, the application is not limited to a fan motor or the like.
１ ステータ
２ コイル
３ ロータ
３１ 磁性コア
３２ａ 異方性希土類ボンド磁石
３２ｂ フェライト焼結磁石
４ 回転軸
５ 従来例の磁性コア
６ 従来例のロータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
前記永久磁石は、最大エネルギー積が１１１ｋＪ／ｍ３以上、２３９ｋＪ／ｍ３以下であり、１４極に着磁された、一体リング形状で、薄肉形状な異方性希土類ボンド磁石であり、
前記ステータは、ティース数が１２極であり、
前記ステータ半径をｒ、前記ステータの径方向厚さをｔ、前記異方性希土類ボンド磁石の径方向厚さをｄ、前記ロータの半径をＲとする時、
磁石厚さ対ステータ半径比ｄ／ｒが０．０１以上、０．１０未満で、
ロータ半径対ステータ厚さ比Ｒ／ｔが２．０以上、３．５以下であることを特徴とするＤＣブラシレスモータ。
A DC brushless motor comprising a stator comprising an electromagnet, a rotor disposed at the center, and having a magnetic core and a permanent magnet on the outer periphery thereof;
The permanent magnet is an anisotropic rare-earth bonded magnet having a maximum energy product of 111 kJ / m 3 or more and 239 kJ / m 3 or less, an integral ring shape, and a thin-walled shape magnetized to 14 poles,
The stator has 12 teeth,
When the stator radius is r, the radial thickness of the stator is t, the radial thickness of the anisotropic rare earth bonded magnet is d, and the radius of the rotor is R,
The magnet thickness to stator radius ratio d / r is 0.01 or more and less than 0.10,
A DC brushless motor having a rotor radius to stator thickness ratio R / t of 2.0 or more and 3.5 or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005250761A JP2007068323A (en) | 2005-08-31 | 2005-08-31 | Dc brushless motor device and its permanent magnet |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005250761A JP2007068323A (en) | 2005-08-31 | 2005-08-31 | Dc brushless motor device and its permanent magnet |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007068323A true JP2007068323A (en) | 2007-03-15 |
Family
ID=37929860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005250761A Pending JP2007068323A (en) | 2005-08-31 | 2005-08-31 | Dc brushless motor device and its permanent magnet |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2007068323A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013099171A (en) * | 2011-11-02 | 2013-05-20 | Suzuki Motor Corp | Electric rotary machine |
| KR101491934B1 (en) | 2013-12-11 | 2015-02-10 | 대성전기공업 주식회사 | The rotor of the brushless motor and the manufacturing method thereof |
| JP5758488B2 (en) * | 2011-05-26 | 2015-08-05 | 三菱電機株式会社 | Permanent magnet type motor |
-
2005
- 2005-08-31 JP JP2005250761A patent/JP2007068323A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5758488B2 (en) * | 2011-05-26 | 2015-08-05 | 三菱電機株式会社 | Permanent magnet type motor |
| US9601950B2 (en) | 2011-05-26 | 2017-03-21 | Mitsubishi Electric Corporation | Permanent magnet motor |
| JP2013099171A (en) * | 2011-11-02 | 2013-05-20 | Suzuki Motor Corp | Electric rotary machine |
| KR101491934B1 (en) | 2013-12-11 | 2015-02-10 | 대성전기공업 주식회사 | The rotor of the brushless motor and the manufacturing method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106877615B (en) | Motor and electric device having the same mounted thereon | |
| JP5491484B2 (en) | Switched reluctance motor | |
| JP4623471B2 (en) | Rotating motor | |
| JP5589506B2 (en) | Permanent magnet motor | |
| JP2009142144A (en) | Anisotropic permanent magnet motor | |
| WO2014188628A1 (en) | Rotor and motor | |
| JP6285623B2 (en) | Two-phase hybrid stepping motor | |
| EP2568577A2 (en) | Brushless DC electric motor | |
| JP6408766B2 (en) | Axial three-dimensional gap type rotating electric machine | |
| CN104247213B (en) | Magneto | |
| JP6045804B2 (en) | Hybrid stepping motor | |
| CN203219034U (en) | Rotors and synchronous motors | |
| JP4728765B2 (en) | Rotating machine | |
| JP2015027160A (en) | Permanent magnet type rotary electric machine | |
| JP2007068323A (en) | Dc brushless motor device and its permanent magnet | |
| US10069358B2 (en) | Rotor of electric motor with permanent magnets | |
| CN110720170A (en) | Rotors for brushless DC motors, in particular for inner rotor motors, and motors with such rotors | |
| JP2005033843A (en) | Dc brush motor and its permanent magnet | |
| JP4599860B2 (en) | Brushless motor | |
| JP5077369B2 (en) | Brushless motor | |
| JP2006223033A (en) | R-Fe-B based radial anisotropic sintered ring magnet and voice coil motor | |
| JP2007151283A (en) | Brushless dc motor device and permanent magnet thereof | |
| JP2008109763A (en) | Synchronous motor, air conditioner, ventilation fan and hermetic compressor | |
| JP2009159801A (en) | Dc motor | |
| JP2016052199A (en) | Brushless motor |