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JPH07213040A - Three-phase brushless motor - Google Patents

Three-phase brushless motor

Info

Publication number
JPH07213040A
JPH07213040A JP433994A JP433994A JPH07213040A JP H07213040 A JPH07213040 A JP H07213040A JP 433994 A JP433994 A JP 433994A JP 433994 A JP433994 A JP 433994A JP H07213040 A JPH07213040 A JP H07213040A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotor
peripheral surface
phase
outer peripheral
brushless motor
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
Application number
JP433994A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Minoru Takahashi
稔 高橋
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.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK 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 NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP433994A priority Critical patent/JPH07213040A/en
Priority to US08/374,871 priority patent/US5682072A/en
Priority to EP95100774A priority patent/EP0664600B1/en
Priority to DE69500852T priority patent/DE69500852T2/en
Publication of JPH07213040A publication Critical patent/JPH07213040A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Brushless Motors (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

PURPOSE:To lessen the fluctuation rotational torque by arranging the constitution such that the space between the outside periphery of a rotor and the inside periphery of a drive coil may be wide at the section corresponding to the groove made between the fellow adjacent segments. CONSTITUTION:Both edges in circumferential direction of the outside periphery of each segment 16 are chamfered 17. Hereby, a groove 18, whose cross section is V-shaped, is made at the outside periphery of a rotor 7A, and in this section, the space between the outside periphery of the rotor 7a and the inside periphery of a drive coil widens. As a result, the density of magnetic flux in the space part becomes low in the groove 18. This section corresponds to the section where the rotational torque becomes maximum, but the torque becomes small by the amount of the drop of density of magnetic flux, so it is offset and the fluctuation rotational torque becomes small.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明に係る3相ブラシレスモ
ータは、例えば電動式パワーステアリング装置の駆動源
として利用する。
The three-phase brushless motor according to the present invention is used, for example, as a drive source for an electric power steering device.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車の操舵力を軽減させる為にパワー
ステアリング装置が広く使用されているが、軽自動車等
の小型自動車用パワーステアリング装置の駆動源とし
て、3相ブラシレスモータを使用する事が研究されてい
る。図6は、一般的な3相ブラシレスモータを示してい
る。モータケース1は、円筒状の筒部2の前端(図6の
上端)開口を円輪状の前蓋3により、後端(図6の下
端)開口を円板状の後蓋4により、それぞれ塞いでい
る。前記前蓋3と後蓋4との中央部にはそれぞれ軸受
5、5を設け、これら両軸受5、5により、前記筒部2
の中心部を挿通された回転軸6を、回転自在に支持して
いる。
2. Description of the Related Art Power steering devices are widely used to reduce the steering force of automobiles, but research has been conducted on the use of a three-phase brushless motor as a drive source for power steering devices for small automobiles such as light automobiles. Has been done. FIG. 6 shows a general three-phase brushless motor. In the motor case 1, the front end (upper end in FIG. 6) opening of the cylindrical tubular portion 2 is closed by the circular ring-shaped front lid 3, and the rear end (lower end in FIG. 6) opening is closed by the disc-shaped rear lid 4. I'm out. Bearings 5 and 5 are provided in the central portions of the front lid 3 and the rear lid 4, respectively, and the cylindrical portion 2 is formed by these bearings 5 and 5.
The rotary shaft 6 inserted through the central part of is rotatably supported.

【0003】前記回転軸6の中間部外周面で、前記モー
タケース1内に位置する部分には、ロータ7を支持固定
している。このロータ7は、永久磁石により円筒状に構
成されており、図7に示す様に外周面7aの磁極(S極
とN極)を、円周方向に亙って交互に、且つ等間隔に変
化させている。この様なロータ7は、それぞれが円弧状
に形成された、同形、同大の永久磁石(セグメント)を
円筒状に組み合わせたり、或は円筒状に形成された1個
の永久磁石の着磁方法を工夫する事で、外周面7aの磁
極を交互に変化させている。
A rotor 7 is supported and fixed on a portion of the outer peripheral surface of the intermediate portion of the rotary shaft 6 located inside the motor case 1. The rotor 7 is formed of a permanent magnet into a cylindrical shape. As shown in FIG. 7, the magnetic poles (S pole and N pole) of the outer peripheral surface 7a are alternately arranged at equal intervals in the circumferential direction. It is changing. Such a rotor 7 is a method of magnetizing permanent magnets (segments) of the same shape and the same size, which are each formed in an arc shape, combined in a cylindrical shape, or one permanent magnet formed in a cylindrical shape is magnetized. By devising the above, the magnetic poles on the outer peripheral surface 7a are alternately changed.

【0004】一方、前記筒部2の内周面には、3相の駆
動コイル8を支持固定している。この駆動コイル8は、
磁性材製のコア9に、次述するコイル10a、10b、
10cを巻回する事により、円筒状に構成されており、
その内周面を前記ロータ7の外周面と対向させている。
この駆動コイル8は、図8に示す様に、a相、b相、c
相の3相のコイル10a、10b、10cを組み合わせ
て成る。そして、次述するホール素子12からの信号に
基づき、同図に示す様な制御回路により、これら各コイ
ル10a、10b、10cへの通電を制御される。
On the other hand, a three-phase drive coil 8 is supported and fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical portion 2. This drive coil 8 is
The core 9 made of magnetic material has coils 10a, 10b,
By winding 10c, it has a cylindrical shape.
The inner peripheral surface is opposed to the outer peripheral surface of the rotor 7.
This drive coil 8 is, as shown in FIG. 8, a phase, b phase, c
It is formed by combining three-phase coils 10a, 10b, and 10c. Then, based on a signal from the Hall element 12 described below, the energization of each of the coils 10a, 10b, 10c is controlled by a control circuit as shown in the figure.

【0005】前記回転軸6の後端部(図6の下端部)
で、前記後蓋4の内面4aと対向する部分には、位相検
出用永久磁石11を固定している。円輪状に形成され
た、この位相検出用永久磁石11は、上述したロータ7
と同様に、円周方向に亙る磁極を交互に且つ等間隔に変
化させている。そして、この位相検出用永久磁石11の
側面に対向させて、ホール素子、ホールIC、磁気抵抗
素子等の位相検出素子12を設けている。図示の例で
は、3個の位相検出素子12を、非磁性材製で円輪状の
支持板13に支持し、この支持板13を前記後蓋4の内
面4aに、ステー14、14を介して支持している。
尚、前記位相検出素子12を前記ロータ7に対向させる
事により、前記位相検出用永久磁石11を省略する事も
できる。
The rear end of the rotary shaft 6 (the lower end of FIG. 6)
The phase detecting permanent magnet 11 is fixed to the portion of the rear lid 4 facing the inner surface 4a. This phase-detecting permanent magnet 11 formed in a circular ring shape is used in the rotor 7 described above.
Similarly, the magnetic poles in the circumferential direction are alternately changed at equal intervals. A phase detecting element 12 such as a Hall element, a Hall IC, or a magnetoresistive element is provided so as to face the side surface of the phase detecting permanent magnet 11. In the illustrated example, the three phase detection elements 12 are supported by a circular ring-shaped support plate 13 made of a non-magnetic material, and the support plate 13 is attached to the inner surface 4a of the rear lid 4 via stays 14 and 14. I support you.
The phase detecting permanent magnet 11 can be omitted by making the phase detecting element 12 face the rotor 7.

【0006】前記位相検出素子12によるロータ7と駆
動コイル8との位相検出は、位相検出用永久磁石11に
より形成される磁気回路の磁束の方向を、前記位相検出
素子12により検出する事で行なう。位相検出用永久磁
石11の磁極が変化するピッチと、前記ロータ7の外周
面の磁極が変化するピッチとは互いに等しい。従って、
前記位相検出素子12によりロータ7と駆動コイル8と
の位相を検出し、前記駆動コイル8を構成するa相、b
相、c相の3相のコイル10a、10b、10cのうち
の何れか2相のコイルに適当なタイミングで適宜方向の
直流電流を送れば、前記ロータ7を所望方向に回転させ
る事ができる。
The phase detection between the rotor 7 and the drive coil 8 by the phase detection element 12 is carried out by detecting the direction of the magnetic flux of the magnetic circuit formed by the phase detection permanent magnet 11 by the phase detection element 12. . The pitch at which the magnetic poles of the phase detecting permanent magnet 11 change is equal to the pitch at which the magnetic poles of the outer peripheral surface of the rotor 7 change. Therefore,
The phase detection element 12 detects the phases of the rotor 7 and the drive coil 8 to form the drive coil 8 in the a phase and the b phase.
The rotor 7 can be rotated in a desired direction by sending a direct current in an appropriate direction to any two-phase coil among the three-phase coils 10a, 10b, and 10c of the three-phase and c-phase at appropriate timing.

【0007】即ち、前記回転軸6を回転させる場合に
は、前記位相検出素子12により検出される、前記ロー
タ7と駆動コイル8との位相に基づき、図8に示す様な
制御回路を構成する、トランジスタ15、15やSCR
(シリコン制御整流器)の働きによって、前記駆動コイ
ル8を構成する各コイル10a、10b、10cに適宜
方向の直流電流を送り、前記駆動コイル8を励磁する。
即ち、前記a相、b相、c相の3相のコイル10a、1
0b、10cのうちの何れか2相のコイルに、互いに逆
方向の電流を矩形波的に通電し、残りの1相のコイルに
通電しない状態を、電気角で60度ごとに通電しないコ
イルを変え(スイッチングし)つつ、繰り返し実現させ
る。この結果、この駆動コイル8と前記ロータ7を構成
する永久磁石との間に吸引力並びに反発力が作用して、
このロータ7が回転する。
That is, when the rotating shaft 6 is rotated, a control circuit as shown in FIG. 8 is constructed based on the phases of the rotor 7 and the drive coil 8 detected by the phase detecting element 12. , Transistors 15, 15 and SCR
By the action of the (silicon control rectifier), a direct current in a proper direction is sent to each of the coils 10a, 10b, 10c forming the drive coil 8 to excite the drive coil 8.
That is, the a-phase, b-phase, and c-phase three-phase coils 10a, 1
0b and 10c are two-phase coils in which currents in opposite directions are applied in a rectangular wave, and the remaining one-phase coil is not energized. While changing (switching), it is realized repeatedly. As a result, attractive force and repulsive force act between the drive coil 8 and the permanent magnets forming the rotor 7,
This rotor 7 rotates.

【0008】上述の様に構成され作用する3相ブラシレ
スモータを、パワーステアリング装置の駆動源として利
用する場合には、前記回転軸6の前端部(図6の上端
部)から回転駆動力を取り出し、この回転駆動力によっ
て、ステアリングシャフトを回転させる。但し、前記回
転駆動力(トルク)の大きさTは、前記ステアリングシ
ャフトを回転させる為に要する力(トルク)Fよりも小
さく(T<F)して、この回転駆動力を、ステアリング
ホイールを操作する為に要する操舵力の軽減に利用す
る。又、操舵輪(一般的には自動車の前輪)に舵角を付
与したままとする場合には、前記回転軸6により前記ス
テアリングシャフトに、前記舵角を保持する方向の力を
加える。この結果、舵角保持の為にステアリングホイー
ルに加え続けなければならない操舵力が軽減される。
When the three-phase brushless motor configured and functioning as described above is used as the drive source of the power steering device, the rotational drive force is taken out from the front end portion (upper end portion in FIG. 6) of the rotary shaft 6. The steering shaft is rotated by this rotational driving force. However, the magnitude T of the rotational driving force (torque) is smaller than the force (torque) F required to rotate the steering shaft (T <F), and this rotational driving force is used to operate the steering wheel. It is used to reduce the steering force required to do. When the steering wheel (generally, the front wheels of the automobile) is kept to have the steering angle, the rotary shaft 6 applies a force to the steering shaft in the direction to maintain the steering angle. As a result, the steering force that must be continuously applied to the steering wheel to maintain the steering angle is reduced.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の様に
構成され作用する従来の3相ブラシレスモータの場合、
回転に伴うトルク変動が大きく、そのままでは自動車用
パワーステアリングの駆動源として好ましくない。
By the way, in the case of the conventional three-phase brushless motor configured and operating as described above,
Torque variation due to rotation is large, and it is not preferable as it is as a drive source for automobile power steering.

【0010】即ち、永久磁石により構成されるロータ7
の表面の磁束密度は、図9に示す様に、正弦波的に変化
する。そして、駆動コイル8への通電に基づき、前記各
コイル10a、10b、10cとロータ7との間に作用
する、このロータ7を回転させる方向のトルクは、この
磁束密度に比例して変化する。例えば、a相のコイル1
0aとロータ7との間に作用するトルクが図10に実線
aで示す様に変化する場合には、b相のコイル10bと
ロータ7との間に作用するトルクは同図に鎖線bで示す
様に、c相のコイル10cとロータ7との間に作用する
トルクは同図に破線cで示す様に、それぞれ変化する。
前記ロータ7を介して回転軸6に加えられる回転トルク
は、これら各相のコイル10a、10b、10cとロー
タ7との間に作用するトルクの合計値となる。従って、
この様な回転トルクTは、前記回転軸6の回転に伴っ
て、図10の実線Aに示す様に変化する。
That is, the rotor 7 composed of a permanent magnet.
The magnetic flux density on the surface of the element changes sinusoidally as shown in FIG. Based on the energization of the drive coil 8, the torque acting between the coils 10a, 10b, 10c and the rotor 7 to rotate the rotor 7 changes in proportion to the magnetic flux density. For example, a-phase coil 1
0a and the torque acting between the rotor 7 change as shown by the solid line a in FIG. 10, the torque acting between the b-phase coil 10b and the rotor 7 is shown by the chain line b in the same figure. Similarly, the torque acting between the c-phase coil 10c and the rotor 7 changes as indicated by the broken line c in the figure.
The rotary torque applied to the rotary shaft 6 via the rotor 7 is the total value of the torques acting between the rotors 7 and the coils 10a, 10b, 10c of the respective phases. Therefore,
Such rotation torque T changes as shown by the solid line A in FIG. 10 as the rotation shaft 6 rotates.

【0011】この実線Aから明らかな通り、前記回転軸
6の回転トルクTは、電気角で60度を1周期として
(図7に示す様に、S極とN極とを3組ずつ設けた場合
には回転軸6の1/18回転を1周期として)変動し、
しかも変動幅△T(トルクリップル)がかなり大きくな
る。本発明者の試算によると、回転トルクTの最大値T
MAX と最小値TMIN との差である変動幅△T(=TMAX
−TMIN )が回転トルクTの平均値TAVE (=(TMAX
+TMIN )/2)に対する割合は、14.2%にも達す
る。
As can be seen from the solid line A, the rotational torque T of the rotary shaft 6 has an electrical angle of 60 degrees as one cycle (as shown in FIG. 7, three pairs of S poles and N poles are provided. In this case, 1/18 rotation of the rotary shaft 6 is changed as one cycle,
Moreover, the fluctuation range ΔT (torque ripple) becomes considerably large. According to the calculation by the inventor, the maximum value T of the rotational torque T
Variation range ΔT (= T MAX, which is the difference between MAX and the minimum value T MIN
−T MIN ) is the average value T AVE (= (T MAX
The ratio to + T MIN ) / 2) reaches 14.2%.

【0012】この様に前記回転軸6の回転トルクTが大
きく変動する3相ブラシレスモータを、パワーステアリ
ング装置の駆動源として使用すると、アシスト力(回転
トルク)の変動に伴って、運転者がステアリングホイー
ルを操作する為に要する力(操舵力)が大きく変動し、
運転者に奇異な感じを与える為、好ましくない。
When the three-phase brushless motor in which the rotational torque T of the rotary shaft 6 largely fluctuates in this way is used as a drive source for the power steering device, the driver steers as the assist force (rotational torque) fluctuates. The force required to operate the wheel (steering force) changes greatly,
It is not preferable because it gives a strange feeling to the driver.

【0013】この様な不都合を生じる回転トルクTの変
動は、前述した様に、前記ロータ7の表面の磁束密度が
円周方向に亙って正弦波的に変化する事に伴って生じ
る。従って、このロータ7を構成する永久磁石の着磁方
法を工夫する事により、回転トルクTの変動を抑える事
も、一応は可能である。即ち、ロータ7の表面の磁束密
度を、図11に示す様に台形波的に変化させれば、前記
回転トルクTの変動を少なくできる。ところが、変動を
少なくすべく、ロータ7の表面の磁束密度を図11に示
す様に調整する事は技術的に難しく、現在のところ、現
実的な解決方法とは言えない。
The fluctuation of the rotational torque T which causes such an inconvenience occurs as described above, as the magnetic flux density on the surface of the rotor 7 changes sinusoidally over the circumferential direction. Therefore, by devising the method of magnetizing the permanent magnets constituting the rotor 7, it is possible to suppress the fluctuation of the rotational torque T. That is, if the magnetic flux density on the surface of the rotor 7 is changed like a trapezoidal wave as shown in FIG. 11, the fluctuation of the rotational torque T can be reduced. However, it is technically difficult to adjust the magnetic flux density on the surface of the rotor 7 as shown in FIG. 11 in order to reduce the fluctuation, and it is not a realistic solution at present.

【0014】この様な事情に鑑みて本発明者は先に、ロ
ータ7の外周面7aで各磁極の円周方向中間位置に、前
記ロータ7の軸方向に亙る凹溝を形成する発明をなした
(実願平5−50632号)。即ち、この先発明では、
各凹溝部分で前記外周面7aと駆動コイル8の内周面と
の間の隙間部分の厚さ寸法を大きくし、当該部分を低磁
束密度領域とする。低磁束密度領域部分で回転軸に加え
られる回転トルクは、磁束密度が低くなった分だけ小さ
くなる。この様に、磁束密度が低くなって回転軸の回転
トルクが小さくなる部分は、この回転トルクが最大とな
る部分に対応する為、回転トルクの最大値が低くなる分
だけ、この最大値と最小値との差、即ち回転トルクの変
動幅が小さくなる。
In view of such circumstances, the present inventor has previously made an invention to form a groove extending in the axial direction of the rotor 7 at the circumferentially intermediate position of each magnetic pole on the outer peripheral surface 7a of the rotor 7. (Jpn. Pat. Appl. No. 5-50632). That is, in this prior invention,
The thickness of the gap between the outer peripheral surface 7a and the inner peripheral surface of the drive coil 8 is increased in each groove portion to make that portion a low magnetic flux density region. The rotational torque applied to the rotary shaft in the low magnetic flux density region portion becomes smaller as the magnetic flux density becomes lower. In this way, the part where the magnetic flux density is low and the rotation torque of the rotating shaft is small corresponds to the part where this rotation torque is maximum. The difference with the value, that is, the fluctuation range of the rotational torque becomes small.

【0015】ところが、この様な先発明の3相ブラシレ
スモータの場合、前記低磁束密度領域を設けるべく、円
筒形の単体磁石の外周面に、この磁石の一部を凹ませる
事により凹溝を形成している為、ロータ7の製作が面倒
になる。この結果、ロータ7並びにこのロータ7を組み
込んだ3相ブラシレスモータの製作費が嵩む原因となる
為、改良が望まれている。本発明の3相ブラシレスモー
タは、上述の様な事情に鑑みて発明したものである。
However, in the case of such a three-phase brushless motor of the prior invention, in order to provide the low magnetic flux density region, a concave groove is formed on the outer peripheral surface of a cylindrical single magnet by partially recessing the magnet. Since it is formed, the manufacturing of the rotor 7 becomes troublesome. As a result, the manufacturing cost of the rotor 7 and the three-phase brushless motor incorporating the rotor 7 increases, and therefore improvement is desired. The three-phase brushless motor of the present invention was invented in view of the above circumstances.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の3相ブラシレス
モータは、前述した従来の3相ブラシレスモータと同様
に、回転軸と、この回転軸の外周面に固定されたロータ
と、このロータを囲んで設けられた3相の駆動コイルと
を備えている。そして、前記ロータの外周面にはS極と
N極とが交互に、且つ等間隔に着磁されている。
A three-phase brushless motor of the present invention includes a rotary shaft, a rotor fixed to the outer peripheral surface of the rotary shaft, and this rotor, like the conventional three-phase brushless motor described above. It is provided with a three-phase drive coil provided so as to be surrounded. The S pole and the N pole are alternately magnetized on the outer peripheral surface of the rotor at equal intervals.

【0017】特に、本発明の3相ブラシレスモータに於
いては、前記ロータは、それぞれが断面円弧形である複
数のセグメントを同一円周上に配置する事により円筒形
に形成されたものである。そして、隣り合うセグメント
同士の間には、それぞれが前記ロータの外周面からこの
ロータの直径方向内方に凹入する、前記ロータの軸方向
に長い複数の凹溝が形成されている。又、各凹溝の円周
方向に亙る位置は、前記ロータの外周面の隣り合うS極
とN極との境界からそれぞれ円周方向同方向に、電気角
でほぼ60度ずれた部分である。
Particularly, in the three-phase brushless motor of the present invention, the rotor is formed in a cylindrical shape by arranging a plurality of segments each having an arcuate cross section on the same circumference. is there. A plurality of grooves, which are long in the axial direction of the rotor, are formed between the adjacent segments so as to be recessed inward from the outer peripheral surface of the rotor in the radial direction of the rotor. The circumferential position of each groove is a portion deviated from the boundary between the adjacent S and N poles on the outer peripheral surface of the rotor in the same circumferential direction by an electrical angle of approximately 60 degrees. .

【0018】[0018]

【作用】上述の様に構成される本発明の3相ブラシレス
モータの場合、ロータの外周面と駆動コイルの内周面と
の間の隙間の幅寸法が、隣り合うセグメント同士の間に
形成された複数の凹溝に対応する部分で広くなる。この
結果、前記隙間部分の磁束密度が、前記各凹溝部分で低
くなる。そして、磁束密度が低くなった分だけ、回転軸
の回転トルクも小さくなる。この様に、磁束密度が低く
なって回転軸の回転トルクが小さくなる部分は、この回
転トルクが最大となる部分に対応する。従って、回転ト
ルクの最大値が低くなる分だけ、この最大値と最小値と
の差、即ち回転トルクの変動幅が小さくなる。
In the case of the three-phase brushless motor of the present invention constructed as described above, the width dimension of the gap between the outer peripheral surface of the rotor and the inner peripheral surface of the drive coil is formed between the adjacent segments. It becomes wider at the portion corresponding to the plurality of concave grooves. As a result, the magnetic flux density in the gap portion becomes low in each concave groove portion. Then, as the magnetic flux density becomes lower, the rotating torque of the rotating shaft also becomes smaller. In this way, the portion where the magnetic flux density is low and the rotational torque of the rotary shaft is small corresponds to the portion where the rotational torque is maximum. Therefore, the difference between the maximum value and the minimum value, that is, the fluctuation range of the rotational torque decreases as the maximum value of the rotational torque decreases.

【0019】[0019]

【実施例】図1〜4は本発明の第一実施例を示してい
る。尚、本発明の特徴は、回転トルクの変動を抑えるべ
く、ロータ7Aの構造を工夫する事により、このロータ
7Aの外周面7aと駆動コイル8(図6)の内周面との
間の隙間部分の磁束密度を調節した点に特徴がある。そ
の他の部分の構成及び作用は、前述した従来の3相ブラ
シレスモータと同様である。よって、同様部分に就いて
は図示並びに説明を省略し、以下、本発明の特徴部分を
中心に説明する。尚、図面中の角度は、総て電気角で表
している。
1 to 4 show a first embodiment of the present invention. The feature of the present invention is that by devising the structure of the rotor 7A in order to suppress the fluctuation of the rotational torque, a gap between the outer peripheral surface 7a of the rotor 7A and the inner peripheral surface of the drive coil 8 (FIG. 6) is formed. The feature is that the magnetic flux density of the part is adjusted. The configuration and operation of the other parts are the same as those of the conventional three-phase brushless motor described above. Therefore, illustration and description of the same parts will be omitted, and the characteristic part of the present invention will be mainly described below. It should be noted that all angles in the drawings are represented by electrical angles.

【0020】回転軸6の中間部外周面に固定されて、こ
の回転軸6と共に回転するロータ7Aは、それぞれが断
面円弧形に形成された永久磁石である複数のセグメント
16、16を同一円周上に配置する事により、円筒形に
形成されている。図示の実施例では、それぞれの中心角
が機械角で60度である、同形、同大の6個のセグメン
ト16、16を円筒形に組み合わせる事により、上記ロ
ータ7Aを構成している。
A rotor 7A which is fixed to the outer peripheral surface of the intermediate portion of the rotary shaft 6 and rotates together with the rotary shaft 6 has a plurality of segments 16, 16 which are permanent magnets each formed in an arcuate cross section and which have the same circle. By arranging on the circumference, it is formed in a cylindrical shape. In the illustrated embodiment, the rotor 7A is configured by combining six segments 16 of the same shape and the same size, each of which has a central angle of 60 degrees as a mechanical angle, into a cylindrical shape.

【0021】これら各セグメント16、16の外周面で
円周方向両端縁部には、それぞれ面取り部17、17を
形成している。この様な面取り部17、17を形成した
6個のセグメント16、16により前記円筒形のロータ
7Aを構成した状態で、このロータ7Aの外周面には、
断面がV字形である6個の凹溝18、18が、円周方向
に亙って等間隔に、それぞれロータ7Aの軸方向(図1
の表裏方向)に亙って形成される。本発明の3相ブラシ
レスモータでは、前記各凹溝18、18部分で、前記外
周面7aと駆動コイル8(図6)の内周面との間の隙間
部分の厚さ寸法を大きくしている。
Chamfers 17, 17 are formed on the outer peripheral surface of each of the segments 16, 16 at both ends in the circumferential direction. In a state where the cylindrical rotor 7A is constituted by the six segments 16 and 16 having the chamfered portions 17 and 17, the outer peripheral surface of the rotor 7A is
Six concave grooves 18, 18 having a V-shaped cross section are arranged at equal intervals in the circumferential direction in the axial direction of the rotor 7A (see FIG. 1).
(Front and back direction) is formed. In the three-phase brushless motor of the present invention, the thickness of the gap portion between the outer peripheral surface 7a and the inner peripheral surface of the drive coil 8 (FIG. 6) is increased in each of the concave grooves 18 and 18. .

【0022】この様に構成されたロータ7Aの外周面7
aにはS極とN極とを、交互に、且つ等間隔に配置して
いる。但し、外周面7a部分で隣り合う異極同士の境界
は、隣り合うセグメント16、16同士の境界から円周
方向にずらせている。即ち、隣り合う異極同士の境界
は、前記各凹溝18、18の中間部分に存在する。更に
詳しく言えば、これら各凹溝18、18が存在する位置
が、隣り合うS極とN極との境界から円周方向同方向
に、電気角でほぼ60度だけずれた部分となる様に、前
記異極同士の境界位置を規制している。
The outer peripheral surface 7 of the rotor 7A constructed in this way
S poles and N poles are alternately arranged in a at equal intervals. However, the boundary between the different poles adjacent to each other on the outer peripheral surface 7a portion is displaced from the boundary between the adjacent segments 16 and 16 in the circumferential direction. That is, the boundary between the different poles adjacent to each other exists in the intermediate portion between the concave grooves 18, 18. More specifically, the positions where these concave grooves 18, 18 are present are such that they deviate from the boundary between the adjacent S and N poles in the same direction in the circumferential direction by an electrical angle of approximately 60 degrees. The boundary position between the different poles is regulated.

【0023】上述の様に構成される本発明の3相ブラシ
レスモータの場合、前記ロータ7Aの外周面7aと駆動
コイル8の内周面との間の隙間部分の磁束密度が、図2
に示す様に、前記各凹溝18、18による低磁束密度領
域を設けた、前記異極同士の境界から電気角でほぼ60
度ずれた位置部分で低くなる。前記ロータ7Aの外周面
7aと対向する駆動コイル8(図6)には、前述した従
来構造の場合と同様に、3相のコイル10a、10b、
10c(図8)が設けられており、これら各コイル10
a、10b、10cには、図3に示す様に互いに位相を
ずらせた電流が、矩形波状に通電される。
In the case of the three-phase brushless motor of the present invention constructed as described above, the magnetic flux density in the gap between the outer peripheral surface 7a of the rotor 7A and the inner peripheral surface of the drive coil 8 is as shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the electric field is approximately 60 in electrical angle from the boundary between the different poles in which the low magnetic flux density regions are formed by the concave grooves 18, 18.
It becomes low at the position where it is misaligned. The drive coil 8 (FIG. 6) facing the outer peripheral surface 7a of the rotor 7A has three phase coils 10a, 10b, as in the case of the conventional structure described above.
10c (FIG. 8) is provided, and each of these coils 10
As shown in FIG. 3, currents a, b, and c are out of phase with each other and are applied in a rectangular wave shape.

【0024】この様に各コイル10a、10b、10c
に通電した場合、前記ロータ7Aを回転させる方向の回
転トルクTは、前述した従来構造の場合と同様に、この
ロータ7Aの外周面7aの磁束密度に比例して変化す
る。そして、a相のコイル10aとロータ7Aとの間に
作用するトルクが図4に実線a´で示す様に変化する場
合には、b相のコイル10bとロータ7Aとの間に作用
するトルクは同図に鎖線b´で示す様に、c相のコイル
10cとロータ7Aとの間に作用するトルクは同図に破
線c´で示す様に、それぞれ変化する。前記ロータ7A
を介して回転軸6に加えられる回転トルクは、これら各
相のコイル10a、10b、10cとロータ7Aとの間
に作用するトルクの合計値となる。従って、この様な回
転トルクは、前記回転軸6の回転に伴って、図4の実線
A´に示す様に変化する。
In this way, each coil 10a, 10b, 10c
When the rotor 7A is energized, the rotational torque T in the direction of rotating the rotor 7A changes in proportion to the magnetic flux density of the outer peripheral surface 7a of the rotor 7A, as in the case of the conventional structure described above. When the torque acting between the a-phase coil 10a and the rotor 7A changes as shown by the solid line a'in FIG. 4, the torque acting between the b-phase coil 10b and the rotor 7A is As indicated by a chain line b ′ in the figure, the torque acting between the c-phase coil 10c and the rotor 7A changes as indicated by a dashed line c ′ in the figure. The rotor 7A
The rotational torque applied to the rotary shaft 6 via the torque is the total value of the torques acting between the coils 10a, 10b, 10c of the respective phases and the rotor 7A. Therefore, such a rotating torque changes as shown by the solid line A ′ in FIG. 4 as the rotating shaft 6 rotates.

【0025】この実線A´で表される、回転軸6の回転
トルクTは、前記ロータ7Aの外周面7aの磁束密度が
低くなった分だけ小さくなるが、この様に磁束密度が低
くなって回転軸6の回転トルクTが小さくなる部分は、
この回転トルクTが最大となる部分に対応する。従っ
て、回転トルクTの最大値TMAX ´が低くなる分だけ、
この最大値TMAX ´と最小値TMIN ´との差、即ち回転
トルクTの変動幅△T´が小さくなる。
The rotating torque T of the rotary shaft 6 represented by the solid line A'is reduced by the lower magnetic flux density on the outer peripheral surface 7a of the rotor 7A, but the magnetic flux density is lower. The part where the rotation torque T of the rotary shaft 6 becomes small is
This corresponds to the part where the rotational torque T is maximum. Therefore, as the maximum value T MAX ′ of the rotational torque T becomes lower,
The difference between the maximum value T MAX ′ and the minimum value T MIN ′, that is, the fluctuation range ΔT ′ of the rotational torque T becomes small.

【0026】本発明者の試算によると、前記凹溝18、
18を形成する事により、前記境界から電気角で60度
ずれた位置部分の磁束密度を、凹溝18、18を形成し
ない場合に得られる磁束密度の70%にまで減少させた
場合には、回転トルクTの最大値TMAX ´と最小値T
MIN ´との差である変動幅△T´(=TMAX ´−TMIN
´)が回転トルクTの平均値TAVE ´(=(TMAX ´+
MIN ´)/2)に対する割合を1%にまで低減できる
事が分った。又、実際に試作品で行なった実験によって
も、前記割合を5%にまで低減する事ができた。尚、試
作品では、前記各セグメント16、16の厚さ寸法T16
に対する前記各凹溝18、18の深さ寸法T18の割合T
18/T16を17%、前記各セグメント16、16の外周
幅L16に対する前記各凹溝18、18の幅L18の割合L
18/L16を17%とした。
According to a trial calculation by the present inventor, the concave groove 18,
By forming 18, the magnetic flux density at the position deviated by 60 electrical degrees from the boundary is reduced to 70% of the magnetic flux density obtained when the concave grooves 18 and 18 are not formed. Maximum value T MAX ′ of rotation torque T and minimum value T
Variation range ΔT '(= T MAX ′ −T MIN which is the difference from MIN
′) Is the average value T AVE ′ (= (T MAX ′ +) of the rotational torque T
It has been found that the ratio to T MIN ′) / 2) can be reduced to 1%. Also, the above-mentioned ratio could be reduced to 5% by the experiment actually conducted on the prototype. In the prototype, the thickness dimension T 16 of each of the segments 16 and 16 is
The ratio T of the depth dimension T 18 of each of the grooves 18 to
18 / T 16 is 17%, and the ratio L of the width L 18 of each concave groove 18 to the outer peripheral width L 16 of each segment 16 is 16 .
18 / L 16 was set to 17%.

【0027】次に、図5は本発明の第二実施例を示して
いる。本実施例の場合には、ロータ7Bを構成する為の
セグメント16a、16aの円周方向に亙る幅寸法を、
上述した第一実施例の場合に比べて小さくしている。各
セグメント16a、16aの外周面で円周方向両端縁部
には、特に面取り部を形成してはいない。この様に幅寸
法が小さな前記各セグメント16a、16aは、上述し
た第一実施例の場合と同様に、やはり回転軸6の中間部
外周面に固定して、円筒形のロータ7Bを構成する。
Next, FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. In the case of this embodiment, the width dimension of the segments 16a, 16a for forming the rotor 7B in the circumferential direction is
It is smaller than that in the case of the first embodiment described above. Chamfers are not particularly formed on both circumferential edges of the outer peripheral surfaces of the segments 16a, 16a. The respective segments 16a, 16a having such a small width dimension are fixed to the outer peripheral surface of the intermediate portion of the rotary shaft 6 as in the case of the above-described first embodiment to form the cylindrical rotor 7B.

【0028】この様に円筒形のロータ7Bを構成する前
記各セグメント16a、16aは、円周方向に亙って互
いに等ピッチで配置する。従って、隣り合うセグメント
16a、16aの円周方向両端面同士の間には、それぞ
れ隙間状の凹溝18a、18aが形成される。この様な
凹溝18a、18aを形成する位置も、上述した第一実
施例と同様に、隣り合うS極とN極との境界から円周方
向同方向に、電気角でほぼ60度だけずれた部分として
いる。その他の構成及び作用は、上述した第一実施例と
同様である。
The segments 16a, 16a constituting the cylindrical rotor 7B are arranged at equal pitches in the circumferential direction. Therefore, gap-shaped concave grooves 18a and 18a are formed between the circumferential end surfaces of the adjacent segments 16a and 16a, respectively. The positions where such grooves 18a, 18a are formed also deviate from the boundary between the adjacent S and N poles in the same direction in the circumferential direction by an electrical angle of approximately 60 degrees, as in the first embodiment described above. The part is Other configurations and operations are similar to those of the above-described first embodiment.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明の3相ブラシレスモータは、以上
に述べた通り構成され作用する為、回転軸に加わるトル
クむらを小さくして、例えばパワーステアリング装置の
駆動源として使用した場合に、運転者に違和感を与える
事を防止できる。又、ロータの外周面に凹溝を容易に形
成できる為、ロータを組み込んだ3相ブラシレスモータ
の製作費を高くする事もない。
Since the three-phase brushless motor of the present invention is constructed and operates as described above, the torque unevenness applied to the rotating shaft can be reduced, and the three-phase brushless motor can be operated, for example, when it is used as a drive source of a power steering device. It is possible to prevent people from feeling uncomfortable. Further, since the groove can be easily formed on the outer peripheral surface of the rotor, the manufacturing cost of the three-phase brushless motor incorporating the rotor is not increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例を示す、ロータの端面図。FIG. 1 is an end view of a rotor showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示したロータの外周面の円周方向に亙る
磁束密度の変化を示す線図。
FIG. 2 is a diagram showing a change in magnetic flux density in a circumferential direction of an outer peripheral surface of the rotor shown in FIG.

【図3】駆動コイルへの通電状況を示す線図。FIG. 3 is a diagram showing an energized state of a drive coil.

【図4】本発明の実施例の3相ブラシレスモータのトル
ク変動を示す線図。
FIG. 4 is a diagram showing torque fluctuations of a three-phase brushless motor according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第二実施例を示す、図1と同様の図。FIG. 5 is a view similar to FIG. 1, showing a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の対象となる3相ブラシレスモータの構
造の1例を示す断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a three-phase brushless motor that is the subject of the present invention.

【図7】従来の3相ブラシレスモータに組み込まれてい
たロータの端面図。
FIG. 7 is an end view of a rotor incorporated in a conventional three-phase brushless motor.

【図8】駆動コイルの駆動回路を示す回路図。FIG. 8 is a circuit diagram showing a drive circuit of a drive coil.

【図9】図8に示したロータの外周面の円周方向に亙る
磁束密度の変化を示す線図。
9 is a diagram showing a change in magnetic flux density in the circumferential direction of the outer peripheral surface of the rotor shown in FIG.

【図10】従来の3相ブラシレスモータのトルク変動を
示す線図。
FIG. 10 is a diagram showing torque fluctuation of a conventional three-phase brushless motor.

【図11】回転トルク変動を抑える事が可能なロータ外
周面の磁束密度の変化を示す線図。
FIG. 11 is a diagram showing a change in magnetic flux density on the outer peripheral surface of the rotor capable of suppressing fluctuations in rotational torque.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 モータケース 2 筒部 3 前蓋 4 後蓋 4a 内面 5 軸受 6 回転軸 7、7A、7B ロータ 7a 外周面 8 駆動コイル 9 コア 10a、10b、10c コイル 11 位相検出用永久磁石 12 位相検出素子 13 支持板 14 ステー 15 トランジスタ 16、16a セグメント 17 面取り部 18、18a 凹溝 1 Motor Case 2 Cylindrical Part 3 Front Lid 4 Rear Lid 4a Inner Surface 5 Bearing 6 Rotation Shaft 7, 7A, 7B Rotor 7a Outer Surface 8 Drive Coil 9 Cores 10a, 10b, 10c Coil 11 Phase Detection Permanent Magnet 12 Phase Detection Element 13 Support plate 14 Stay 15 Transistor 16, 16a Segment 17 Chamfer 18, 18a Recessed groove

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 回転軸と、この回転軸の外周面に固定さ
れたロータと、このロータを囲んで設けられた3相の駆
動コイルとを備え、前記ロータの外周面にはS極とN極
とが交互に、且つ等間隔に着磁されている3相ブラシレ
スモータに於いて、前記ロータは、それぞれが断面円弧
形である複数のセグメントを同一円周上に配置する事に
より円筒形に形成されたものであり、隣り合うセグメン
ト同士の間には、それぞれが前記ロータの外周面からこ
のロータの直径方向内方に凹入する、前記ロータの軸方
向に長い複数の凹溝が形成されており、各凹溝の円周方
向に亙る位置は、前記ロータの外周面の隣り合うS極と
N極との境界からそれぞれ円周方向同方向に、電気角で
ほぼ60度ずれた部分である事を特徴とする3相ブラシ
レスモータ。
1. A rotary shaft, a rotor fixed to an outer peripheral surface of the rotary shaft, and a three-phase drive coil provided around the rotor, the outer peripheral surface of the rotor having an S pole and an N pole. In a three-phase brushless motor in which poles are magnetized alternately and at equal intervals, the rotor has a cylindrical shape by arranging a plurality of segments each having an arcuate cross section on the same circumference. Between the adjacent segments, there are formed a plurality of concave grooves axially long in the rotor, each of which is recessed from the outer peripheral surface of the rotor inward in the diametrical direction of the rotor. The position of each groove extending in the circumferential direction is a portion deviated from the boundary between the adjacent S and N poles on the outer peripheral surface of the rotor in the same direction in the circumferential direction by an electrical angle of approximately 60 degrees. Three-phase brushless motor characterized by
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US08/374,871 US5682072A (en) 1994-01-20 1995-01-19 Three-phase brushless motor
EP95100774A EP0664600B1 (en) 1994-01-20 1995-01-20 Three-phase brushless motor
DE69500852T DE69500852T2 (en) 1994-01-20 1995-01-20 Three-phase brushless motor

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003039423A (en) * 2001-07-27 2003-02-13 Shibuya:Kk Core drill
US6528920B2 (en) 1997-09-29 2003-03-04 Hitachi, Ltd. Permanent magnet rotary machine and electric vehicle using the same
JP2015226452A (en) * 2014-05-30 2015-12-14 本田技研工業株式会社 Drive unit

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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