JP2014128153A - Electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動モータ、特に巻線が工夫されている電動モータに関する。 The present invention relates to an electric motor, and more particularly to an electric motor in which a winding is devised.
電動モータは、固定子と回転子とからなるが、両方が電磁石であるものと一方が電磁石で他方が永久磁石であるものなど、各種の形態の直流モータが実用化されてきた(例えば、特許文献1(図3)参照。)。 An electric motor is composed of a stator and a rotor, and various types of DC motors have been put into practical use, such as those in which both are electromagnets, one is an electromagnet, and the other is a permanent magnet (for example, patents). Reference 1 (FIG. 3).)
特許文献1の図3に示されるように、ステータコア(11)(括弧付き数字は、特許文献1に記載された符号を示す。以下同様)に、コイル(U1a)が巻かれ、このコイル(U1a)にコイル(U1b)が巻かれ、このコイル(U1b)にコイル(U1c)が巻かれている。コイル(U1a)は黒丸で表示され、巻数は7である。コイル(U1b)は白丸で表示され、巻数は7である。コイル(U1c)は斜線入り白丸で表示され、巻数は7である。
As shown in FIG. 3 of
巻径×巻数=巻線の長さの算式で、コイルの長さが求められる。コイル(U1a)よりコイル(U1b)の巻径が大きいため、コイル(U1b)の巻線の長さが大きくなる。同様に、コイル(U1b)よりコイル(U1c)の巻径が大きいため、コイル(U1c)の巻線の長さが大きくなる。 The coil length is obtained by the formula of winding diameter × number of turns = winding length. Since the winding diameter of the coil (U1b) is larger than that of the coil (U1a), the length of the winding of the coil (U1b) is increased. Similarly, since the winding diameter of the coil (U1c) is larger than that of the coil (U1b), the length of the coil (U1c) is increased.
コイルの抵抗値は、コイルの線径や材質が同一であれば、長さに比例して増加する。すると、コイル(U1a)よりコイル(U1b)の抵抗値が大きくなり、コイル(U1b)よりコイル(U1c)の抵抗値が大きくなる。
抵抗値が異なると電流波形が歪になり、消費電力が増える。
省エネルギーが求められる中、消費電力の少ない電動モータが望まれる。
If the wire diameter and material of the coil are the same, the resistance value of the coil increases in proportion to the length. Then, the resistance value of the coil (U1b) becomes larger than that of the coil (U1a), and the resistance value of the coil (U1c) becomes larger than that of the coil (U1b).
If the resistance value is different, the current waveform is distorted and the power consumption increases.
While energy saving is required, an electric motor with low power consumption is desired.
本発明は、より消費電力の少ない電動モータを提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide an electric motor with less power consumption.
請求項1に係る発明は、回転子の複数のスロットに、各々導線が巻かれている電動モータにおいて、前記スロットに第1導線が巻かれ、この第1導線の上に第2導線が巻かれ、前記第1導線の巻数に対して前記第2導線の巻数が少なく設定されていることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, in the electric motor in which the conductive wires are wound around the plurality of slots of the rotor, the first conductive wire is wound around the slots, and the second conductive wire is wound on the first conductive wire. The number of turns of the second conductor is set smaller than the number of turns of the first conductor.
請求項1に係る発明は、請求項1記載の電動モータにおいて、
この電動モータは、永久磁石からなる固定子と、回転子と、この回転子と共に回転し複数のセグメントからなる整流子と、この整流子に摺接する給電ブラシとを備え、
給電ブラシの総数は4であり、回転子の回転方向に沿って陽極ブラシが2個配置され、次に陰極ブラシが2個配置され、
固定子の磁極数は、給電ブラシの数より多く配置され、セグメントの数は、スロットの数の2倍に設定され、
第1導線は偶数番目のセグメントに結線され、第2導線は奇数番目のセグメントに結線されることを特徴とする。
The invention according to
The electric motor includes a stator made of a permanent magnet, a rotor, a commutator that rotates together with the rotor and is made of a plurality of segments, and a power supply brush that is in sliding contact with the commutator,
The total number of power supply brushes is 4, two anode brushes are arranged along the rotation direction of the rotor, then two cathode brushes are arranged,
The number of magnetic poles of the stator is arranged more than the number of power supply brushes, the number of segments is set to twice the number of slots,
The first conductor is connected to the even-numbered segment, and the second conductor is connected to the odd-numbered segment.
請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2記載の電動モータにおいて、スロットに巻かれている第1導線の長さと、第1導線の上に巻かれている第2導線の長さが同一又はほぼ同一であることを特徴とする。
The invention according to
請求項1に係る発明では、第1導線の巻数に対して、巻径が大きな第2導線の巻数を少なくしたので、抵抗値の差を小さくすることができる。これにより、電流波形の歪を抑え、消費電力の低減を図ることができる。
In the invention which concerns on
請求項2に係る発明では、請求項1の効果に加えて、次の効果が発揮される。すなわち、導線をスロットの各々に集中巻きすることにした。隣り合う導線が重なる心配がないので、モータ軸方向への導線の張り出しは僅かであり、モータケースの小型化が可能となる。
In the invention according to
請求項3に係る発明では、第1導線の長さと第2導線の長さを、同一又はほぼ同一にしたので、抵抗値の差を極力小さくすることができ、より消費電力の低減を図ることができる。
In the invention which concerns on
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図3で本発明の係る電動モータの正面図(ただし要部)を示すが、この図の理解を容易にするために、先に図1で固定子を説明し、図2で回転子及び整流子を説明する。 FIG. 3 shows a front view (however, the main part) of the electric motor according to the present invention. In order to facilitate understanding of this figure, the stator is first described with reference to FIG. Explain the child.
図1に示すように、固定子10は、回転子(図2、符号20)を囲うように環状に配置される6個の永久磁石11〜16からなる。
図2に示すように、回転子20は、第1〜第8スロット21〜28を備え、これらの第1〜第8スロット21〜28に、後述する第1・第2導線が巻かれる。
回転子20と一緒に回転する整流子29には、第1〜第16セグメントが等ピッチで配置されている。
As shown in FIG. 1, the
As shown in FIG. 2, the
The
第1セグメントは図面奥へ延びる導体の帯であり、一端(奥端)が切り起こされて、係止部29aとされる。この係止部29aに後述する導線(コイル)を絡めるなどして結線することができる。第2〜第16セグメントも同様に係止部29aを有する。
The first segment is a conductor band extending to the back of the drawing, and one end (back end) is cut and raised to form a
図3に示すように、電動モータMは、永久磁石11〜16からなる固定子10と、複数のスロット21〜28を有する回転子20と、複数のセグメントからなる整流子29と、この整流子29に摺接する給電ブラシ30とを備える。
給電ブラシ30は、時計廻りに整流子29を囲うように配置される2本の陽極ブラシ31、32及び2本の陰極ブラシ33、34からなる。
永久磁石11〜16及びブラシ31〜34は、非回転部材であり、回転子20及び整流子29は、回転部材である。
As shown in FIG. 3, the electric motor M includes a
The
The
図3では、回転中心35より左側に陽極ブラシ31、32が配置され、回転中心35より右側に陰極ブラシ33、34が配置される。図示せぬ陽極側ターミナルが陽極ブラシ31、32の近傍に配置され、同様に、図示せぬ陰極側ターミナルが陰極ブラシ33、34の近傍に配置される。陽極側ターミナルと陰極側ターミナルが干渉する心配がないため、陽極側ターミナル及び陰極側ターミナルの形状を簡略化できる。
In FIG. 3,
従来のある電動モータ(特開2011−199987公報、図11)はスロットの数が26で、セグメントの数も26である。この従来に比較して本発明では、スロットの数及びセグメントの数を大幅に低減できる。結果、電動モータMの低コスト化や小型化が図れる。 A conventional electric motor (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-199987, FIG. 11) has 26 slots and 26 segments. Compared to this conventional technique, the present invention can greatly reduce the number of slots and the number of segments. As a result, the cost and size of the electric motor M can be reduced.
なお、永久磁石11〜16の数(磁極数)とスロット21〜28の数とセグメントの数が大きいほど、円滑な回転性能が得られる。数の組み合わせは表1に示すものが実施可能である。 In addition, smooth rotation performance is acquired, so that the number of permanent magnets 11-16 (the number of magnetic poles), the number of slots 21-28, and the number of segments are large. The combinations shown in Table 1 can be implemented.
パターン1〜2が、本発明の電動モータMに採用できる。すなわち、磁極数の数はブラシの数4より多い6が採用でき、スロットの数は8、10が採用でき、セグメントの数はスロットの数の2倍であればよい。
次に、導線の巻き方について説明する。
図4(a)に示すように、第1導線37は、第2セグメントを出発し、第2スロット22に巻かれ、第8セグメントに結線され、この第8セグメントを出発し、第5スロット25に巻かれ、第14セグメントに結線され、この第14セグメントを出発し、第8スロット28に巻かれ図4(b)に続く。
Next, how to wind the conducting wire will be described.
As shown in FIG. 4A, the
図4(b)に示すように、第1導線37は、第4セグメントに結線され、この第4セグメントを出発し、第3スロット23に巻かれ、第10セグメントに結線され、この第10セグメントを出発し、第6スロット26に巻かれ、第16セグメントに結線され、この第16セグメントを出発し、図4(c)に続く。
As shown in FIG. 4 (b), the
図5に示すように、第4セグメントを出発した第1導線37は、第3スロット23に、左回りに例えば18回(第1層目が9段、第2層目が9段)巻かれる(集中巻きされる)。他のスロットについても同様。その後、第1導線37は第10セグメントに結線される。この結線は、絡める、巻き付ける、接合する、挟める、嵌める、の何れでもよく、電気的接続が達成できれば手法は任意である。
As shown in FIG. 5, the
図4(c)に示すように、第1導線37は、第1スロット21に巻かれ、第6セグメントに結線され、この第6セグメントを出発し、第4スロット24に巻かれ、第12セグメントに結線され、この第12セグメントを出発し、第7スロット27に巻かれ、第2セグメントに結線される。
第1導線37は、モータ軸廻りを3周させることで、第1〜第8スロット21〜28の全てに各々18回程度集中巻きされる。
As shown in FIG. 4 (c), the
The first
次に、図6(a)に示すように、第2導線39は、第1セグメントを出発し、第3スロット23に巻かれ、第7セグメントに結線され、この第7セグメントを出発し、第6スロット26に巻かれ、第13セグメントに結線され、この第13セグメントを出発し、図6(b)に続く。
Next, as shown in FIG. 6A, the
図7に示すように、第1セグメントを出発した第2導線39は、第1導線37の上に、右回りに例えば15回(累積で第3層目が8段、第4層目が7段)巻かれる(集中巻きされる)。他のスロットについても同様。その後、第2導線39は第7セグメントに結線される。
As shown in FIG. 7, the
図6(b)に示すように、第2導線39は、第1スロット21に巻かれ、第3セグメントに結線され、この第3セグメントを出発し、第4スロット24に巻かれ、第9セグメントに結線され、この第9セグメントを出発し、第7スロット27に巻かれ、第15セグメントに結線され、この第15セグメントを出発し、図6(c)に続く。
As shown in FIG. 6 (b), the
図6(c)に示すように、第2導線39は、第2スロット22に巻かれ、第5セグメントに結線され、この第5セグメントを出発し、第5スロット25に巻かれ、第11セグメントに結線され、この第11セグメントを出発し、第8スロット28に巻かれ、第1セグメントに結線される。
第2導線39は、モータ軸廻りを3周させることで、第1〜第8スロット21〜28の全てに、各々15回程度集中巻きされる。
As shown in FIG. 6 (c), the second
The
以上に述べた図4(a)〜(c)と図6(a)〜(c)を重ねると、図8に示すように、第1導線37と第2導線39が巻かれた電動モータMが得られる。
When the above-described FIGS. 4A to 4C and FIGS. 6A to 6C are overlapped, as shown in FIG. 8, the electric motor M in which the
次に、第1導線37と第2導線39の巻数について説明する。
第3スロット23に、第1導線37を2層巻きし、その上に第2導線39を2層巻きした形態は、図9に示す模式図で表すことができる。導線37、39の線径はdとする。
Next, the number of turns of the
A form in which the first
図9に示すように、第1層目37Aが、幅寸法aである第3スロット23に巻かれると、第1層目37Aの巻径は(a+d)となる。第2層目37Bは、第1層目37Aに0.5ピッチずれて巻かれる。そのため、第2層目37Bの巻径は(a+(1+ルート3)d)となる。
同様に、第3層目39Aの巻径は(a+(1+2×ルート3)d)となり、第4層目39Bの巻径は(a+(1+3×ルート3)d)となる。
As shown in FIG. 9, when the
Similarly, the winding diameter of the
図10に示すように、第3スロット23の断面寸法をa、bとする。
図10(a)において、第1層目37Aの周長は、2×(a+b+2d)となる。第1層目37Aの巻数(段数)をm1とすると、第1層目37Aの長さは、m1×2×(a+b+2d)となる。すなわち、第1層目37A〜第4層目39Bの長さ(導線の長さ)は、次表の通りである。
As shown in FIG. 10, the sectional dimensions of the
In FIG. 10A, the circumference of the
仮に、d=1、a=10、b=20(単位は全てmmであるが、記載が煩雑になるため、表示は省略した。以下同様。)、m1=9、m2=9とすれば、
第1層目37Aの長さと第2層目37Bの長さの和は、9×2×(10+20+2×1)+9×2×(10+20+2(1+ルート3)×1)=576+638=1214となる。
Temporarily, d = 1, a = 10, b = 20 (the units are all mm, but the description is omitted because the description is complicated. The same applies hereinafter), and if m1 = 9 and m2 = 9,
The sum of the length of the
仮にm3=8、m4=7とすれば、
第3層目39Aの長さと第4層目39Bの長さの和は、8×2×(10+20+2(1+2×ルート3)×1)+7×2×(10+20+2(1+3×ルート3)×1)=623+593=1216となる。
If m3 = 8 and m4 = 7,
The sum of the length of the
第1層目37Aの長さと第2層目37Bの長さの和(第1導線の長さ)が1214で、第3層目39Aの長さと第4層目39Bの長さの和(第2導線の長さ)が1216であるため、第1導線の長さと第2導線の長さは、同一又はほぼ同一となる。
The sum of the length of the
第1導線の巻数(この例では18)に対して第2導線の巻数(この例では15)を少なくすることにより、第1導線の長さと第2導線の長さを、同一又はほぼ同一にしたので、抵抗値の差を極力小さくすることができ、より消費電力の低減を図ることができる。
なお、巻数m1〜m4は、上記例に限るものではなく、適宜変更することができる。
By reducing the number of turns of the second conductor (15 in this example) relative to the number of turns of the first conductor (18 in this example), the length of the first conductor and the length of the second conductor are the same or substantially the same. Therefore, the difference in resistance value can be reduced as much as possible, and the power consumption can be further reduced.
The number of turns m1 to m4 is not limited to the above example, and can be changed as appropriate.
本発明は、直流モータに好適である。 The present invention is suitable for a DC motor.
M…電動モータ、10…固定子、11〜16…永久磁石、20…回転子、21〜28…第1〜第8スロット、29…整流子、30…給電ブラシ、31、32…陽極ブラシ、33、34…陰極ブラシ、37…第1導線、39…第2導線。 M ... Electric motor, 10 ... Stator, 11-16 ... Permanent magnet, 20 ... Rotor, 21-28 ... First to eighth slots, 29 ... Commutator, 30 ... Feeding brush, 31, 32 ... Anode brush, 33, 34 ... cathode brush, 37 ... first conductor, 39 ... second conductor.
Claims (3)
前記スロットに第1導線が巻かれ、この第1導線の上に第2導線が巻かれ、前記第1導線の巻数に対して前記第2導線の巻数が少なく設定されていることを特徴とする電動モータ。 In the electric motor in which the conductive wires are wound around the plurality of slots of the rotor,
A first conductive wire is wound on the slot, a second conductive wire is wound on the first conductive wire, and the number of turns of the second conductive wire is set smaller than the number of turns of the first conductive wire. Electric motor.
この電動モータは、永久磁石からなる固定子と、前記回転子と、この回転子と共に回転し複数のセグメントからなる整流子と、この整流子に摺接する給電ブラシとを備え、
前記給電ブラシの総数は4であり、前記回転子の回転方向に沿って陽極ブラシが2個配置され、次に陰極ブラシが2個配置され、
前記固定子の磁極数は、前記給電ブラシの数より多く配置され、前記セグメントの数は、前記スロットの数の2倍に設定され、
前記第1導線は偶数番目の前記セグメントに結線され、第2導線は奇数番目の前記セグメントに結線されることを特徴とする電動モータ。 The electric motor according to claim 1, wherein
The electric motor includes a stator made of a permanent magnet, the rotor, a commutator made of a plurality of segments that rotate together with the rotor, and a power supply brush that is in sliding contact with the commutator.
The total number of the power supply brushes is 4, two anode brushes are arranged along the rotation direction of the rotor, and then two cathode brushes are arranged,
The number of magnetic poles of the stator is more than the number of the power supply brushes, the number of the segments is set to be twice the number of the slots,
The electric motor is characterized in that the first conductive wire is connected to the even-numbered segments and the second conductive wire is connected to the odd-numbered segments.
前記スロットに巻かれている前記第1導線の長さと、前記第1導線の上に巻かれている前記第2導線の長さが同一又はほぼ同一であることを特徴とする電動モータ。 In the electric motor according to claim 1 or 2,
The electric motor characterized in that the length of the first conducting wire wound in the slot and the length of the second conducting wire wound on the first conducting wire are the same or substantially the same.
Priority Applications (1)
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