JP2893228B2 - コアレスモータ - Google Patents

コアレスモータ

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JP2893228B2
JP2893228B2 JP4206697A JP20669792A JP2893228B2 JP 2893228 B2 JP2893228 B2 JP 2893228B2 JP 4206697 A JP4206697 A JP 4206697A JP 20669792 A JP20669792 A JP 20669792A JP 2893228 B2 JP2893228 B2 JP 2893228B2
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勇 竹原
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/26DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the armature windings

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc Machiner (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ケースと一体となっ
ている偶数極の永久磁石(以下、磁石という)と、出力
軸と一体となっているコイルと、整流子を有するコアレ
スモータに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のOA機器・ロボット及び医療機器
等に使用される円筒型コアレスモータは高効率はもちろ
ん、瞬時起動・瞬時停止を要求される高性能モータとし
て古くから使われてきた。
【0003】図7がその構造図であるが、回転子5と固
定子である磁石4から成ることは基本的に他のモータと
同じではあるが、回転子5の中で回転子コイル7のみが
トルク発生部材になっている。そして、それを支持する
回転子ホルダ6と回転方向を一方向にするための整流子
機構の整流子片8と回転支持するための出力軸9から成
り立っている。固定子側は軸受3を介在して成る軸受ハ
ウジング2に磁石4が固定され、且つ前記軸受ハウジン
グ2に固定され全体を覆い、磁石4のリターンヨークと
しての役目も果たしているケース1から成り立ってお
り、回転子コイル7に流す電流はリード線12を通して
接点のためのブラシ10から各整流子片8を通して回転
子5に電流が供給される。
【0004】回転子5が回転したとき軸方向の揺動を抑
えるために間座13を軸受3の両側に介在させて止輪1
4を出力軸9に固定してあり、蓋15は後カバー11の
内側に防塵用に固定されているという構造であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のコアレスモータ
は、例えば図8、図9、図10に示されているような巻
線になっている。このコアレスモータの回転子コイル7
は、図11のように結線され、図13のように回転子5
を形成している。このコアレス巻は巻線方法上図13か
ら判るように回転子5のコイル7の放射方向の厚みはコ
イル7の2本分の直径で決定されている。しかし、欠点
としては厚みがコイルの直径の2倍で限定されているの
でこれに反して自由に厚く巻けない(コイルの銅量が限
定される)。
【0006】特に、モータを小型化する上で、磁石はエ
ネルギー積がかなり向上してきたが、コイル側の回転子
は起磁力が余り向上していない。つまり、小型化する上
で磁気装荷は向上したが、電気装荷は向上していない。
モータ出力の向上は磁気装荷と電気装荷の比率のバラン
スがとれていないと最適設計にならない。従って、磁石
とケースの間の空隙長を適当に広げ、コイルの銅量を増
やすることが必要である。コアレスコイルの銅量を増や
すことは、結局は筒型状コイルの放射方向の肉厚を厚く
しなければならない。
【0007】筒型状のコイルを何段かに増やせばよい
が、例えば図12のように各段のコイルを並列結線にす
ると、特に小型化していく上で誘起電圧定数Keを大き
くとれない。このKeの値を大きくするには直列結線に
しなくてはならないという課題があった。
【0008】そこで、この発明の目的は、従来のこのよ
うな課題を解決するため、直列結線で高トルクのコアレ
スモータを得ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】ケースと一体となってい
る永久磁石と、出力軸と一体となっている回転子コイル
からなるコイルブロックと、整流子片を有するコアレス
モータにおいて、n個のコイルブロックは、それぞれの
両端部で(X2 +360/P)度の中心角を占め、それ
ぞれのコイルブロックのずらし角XM は基準となるコイ
ルブロックに対して、 XM =360×M/n 度 (ここに、Mは1からn−1までの正の整数、nは4以
上の偶数、Pは磁石の極数、)となるように積層配置し
たn個のコイルブロックを有する構成とした。
【0010】
【作用】上記のように構成されたコアレスモータにおい
ては、回転子コイルの入力端子に所定の電圧を印加する
と、回転子コイルの各相を構成するコイルに流れる電流
の方向は一定となる。したがって、磁石の磁力と回転子
コイルの起磁力によりコアレスモータの出力軸は回転す
る。
【0011】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図1において、本発明のコアレスモータは、従
来のコアレスモータと同様に、磁石4と軸受ハウジング
2と軸受3とケース1を有している。更に回転子コイル
7とそれを支持するホルダ6と出力軸9と整流子片8及
びブラシ10と後カバー11とリード線12を有してい
る。
【0012】本発明のコアレスモータと従来のコアレス
モータの違いの主要点は、回転子コイル7の巻方及び結
線にある。図2から図6に本発明の実施例のコイルの構
造を示す。図3は、本発明の実施例の環状結線の配線原
理図である。端子pと端子qの間にはコイル61とコイ
ル62が直列に結線されている。端子qと端子rの間に
はコイル63とコイル64が結線されている。端子rと
端子sの間にはコイル65とコイル66が配線されてい
る。端子sと端子pの間にはコイル67とコイル68が
配線されている。コイル61ないしコイル68により、
図1のコイル7が構成される。
【0013】図4は、本発明の実施例の回転子コイル7
の原理図である。端子pと端子qの間のコイル61とコ
イル62を重ねて配置し、中間点をA2およびB1とす
る。端子qと端子rの間のコイルを重ねて配置し、中間
点をB2及びC1とする。端子rと端子sの間のコイル
を重ねて配置し、中間点をC2及びD1とする。端子s
と端子pの間のコイルを重ねて配置し、中間点をD2及
びA1とする。ここで、B1点とD2点はp側に配置
し、A2点とC1点はq側に配置し、B2点とD1点は
r側に位置し、C2点とA1点はs側に位置する。
【0014】次に、本発明の実施例の動作を説明する。
図4において、ある瞬間において、端子pにプラスの電
位をかけ、端子rにマイナスの電位をかける。このと
き、端子qおよびsはOFFとする。コイル61とコイ
ル62に電流が流れ、しかも、コイル61とコイル62
に流れる電流は同一方向に流れる。よって、コイル61
とコイル62により発生する磁界の向きも同一となる。
同様に、コイル63とコイル64、コイル65とコイル
66、及びコイル67とコイル68に発生するそれぞれ
の磁界の向きも同一となる。これらのコイル61ないし
68の磁界と磁石4の磁界により、コアレスモータの出
力軸9が回転する。
【0015】次の段階は、端子qにプラスの電位をか
け、端子sにマイナスの電位をかける。このとき、端子
pおよびrはOFFとする。コイル63とコイル64に
同一方向の電流が流れる。同様に、コイル65とコイル
66、コイル67とコイル68、及びコイル61とコイ
ル62に発生するそれぞれの磁界の向きも同一となる。
これらのコイル61ないし68の磁界と磁石4の磁界に
より、コアレスモータの出力軸9が回転する。以下、同
様に各端子にかける電流を向きを順次変えてゆくことに
よりコアレスモータの出力軸9は回転する。
【0016】図5に本発明の実施例のコイル配置図を示
す。コイルブロック41は六角状コイルが巻初めの点A
1から始まっている。図面を正面に見て順次右方向に向
かって螺旋状に巻かれている。巻初めの点A1から中間
タップ点pまでの表コイル68aと裏コイル68cが表
裏に配置されている。次に中間タップ点pから巻終りの
点A2までの表コイル61aと裏コイル61cが表・裏
に配置されている。六角状のコイルピッチ、すなわちコ
イル巻初めの点A1から中間タップ点pまでのピッチ幅
は機械角で90度である。ここで、コイル直線部の相互
間の角度ピッチを機械角とする。
【0017】更に、中間タップ点pからコイル巻終わり
の点A2 までのピッチ幅は同様に機械角で90度であ
る。螺旋状に巻かれているコイル1本で構成される閉回
路のコイルピッチ幅は磁石4の極数(ここでは2極とす
る)の磁極ピッチ幅とほぼ同じになっており、180度
のピッチ幅になっている。コイルブロック41の巻初め
68aから裏コイル68cの直線部までの機械角は18
0度である。ただし、この180度は設計上全節ピッチ
であるが、180度より小さい角度または大きい角度に
しても設計上差し支えない。コイルブロック41の全体
のピッチ幅は機械角で360度になっている。
【0018】コイルブロック42は、コイルブロック4
1と同様に、巻初めB1と中間タップqの間に表コイル
62aと裏コイル62cが表・裏に配置されている。次
に中間タップqと巻終わりB2の間に表コイル63aと
裏コイル63cが表・裏に配置されている。
【0019】コイルブロック42の直線部相互間の機械
角は、コイルブロック41と同様に設定されている。コ
イルブロック42はコイルブロック41に対して機械角
で90度ずれて配置されている。コイルブロック43
は、コイルブロックと同様に巻初めC1と中間タップr
の間に表コイル64aと裏コイル64cが表・裏に配置
されている。次に中間タップrと巻終わりC2の間に表
コイル65aと裏コイル65cが表・裏に配置されてい
る。
【0020】コイルブロック43の直線部相互間の機械
角はコイルブロック41と同様に設定されている。コイ
ルブロック43はコイルブロック41に対して機械角で
180度ずれて配置されている。コイルブロック44の
直線部相互間の機械角はコイルブロック41と同様に設
定されている。コイルブロック44はコイルブロック4
1に対して機械角で270度ずれて配置されている。
【0021】図6は、コイルブロック41、42、43
及び44を重ねてモータ出力軸方向から見た場合の図で
ある。各コイルブロックの巻初めと巻終わりは各コイル
ブロックのピッチ幅は機械角で360度になっている。
かつ、各コイルブロック間のずらし角X1 は90度にな
っている。
【0022】図2は、コイル61ないし68と結線パタ
ーンA1−D2、B1−A2、C1−B2、D1−C2
及び整流子片8の結線箇所p,q,r,sの結線を示す
図である。本実施例においてはコイル61ないし68が
円周上全ての箇所において4層に積層されている。
【0023】以上のように、本発明のコアレスモータに
おいては、コイルブロックの数をn個としたとき、1番
目から3番目のコイルブロックのずらし角XM は、本実
施例のn(相数)=4の場合は、図5、図6に示すよう
に X1=360/n=90゜ X2=360×2/n=180゜ X3=360×3/n=270゜ となる。
【0024】したがって、一般にM番目のコイルブロッ
クのずらし角XM は XM =360×M/n 度 と表される。ここに、Mには1からn−1までの正の整
数が入る。ここで、nは4以上の偶数である。なお、そ
れぞれのコイルブロックは、それぞれの両端部が、 X2 +360/P 度 の中心角で占められる。ここでPは磁石の極数である。
【0025】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように、コア
レスモータにおいて、偶数個のコイルブロックを一定の
ずらし角を設けて積層配置した構造にしたので以下の効
果を有する。
【0026】直列結線で高トルクのコアレスモータが得
られる。並列結線に比べて結線箇所が少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のコアレスモータの構造図である。
【図2】本発明のコアレスモータの実施例の結線図であ
る。
【図3】本発明のコアレスモータの実施例の配線原理図
である。
【図4】本発明のコアレスモータの実施例の回転子コイ
ルの原理図である。
【図5】本発明のコアレスモータの実施例のコイル配置
図である。
【図6】本発明のコアレスモータの実施例のコイルブロ
ックを重ねてモータ出力軸方向から見た図である。
【図7】従来のコアレスモータの構造図である。
【図8】従来のコアレスモータの回転子コイルの斜視図
である。
【図9】従来のコアレスモータのコイルの巻線後の斜視
図である。
【図10】従来のコアレスモータのコイルの巻線後につ
ぶした後の平面図である。
【図11】従来のコアレスモータのコイルの結線原理図
である。
【図12】従来のコアレスモータのコイルの並列結線の
原理図である。
【図13】従来のコアレスモータのコイルをモータの出
力軸方向から見た図である。
【符号の説明】
1 ケース 2 軸受ハウジング 3 軸受 4 磁石 5 回転子 6 回転子ホルダ 7 回転子コイル 8 整流子片 9 出力軸 10 ブラシ 11 後カバー 12 リード線 13 間座 14 止輪 15 蓋

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ケースと一体になっている偶数極の永久
    磁石と、出力軸と一体になっている回転子と、整流子片
    を有するコアレスモータにおいて、前記回転子は、回転子コイルから構成されるコイルブロ
    ックn個を順次配置の位置をずらして円筒形に積層して
    形成されており、 最初に配置された1個目のコイルブロックの積層開始位
    置から、2個目以降のそれぞれの積層開始位置を示すM
    番目のコイルブロックのずらし角XMは、前記円筒形を
    中心とする角度で表わして XM = 360×M/n 度 ずらして配置されると共に、 それぞれのコイルブロックの積層する長さが、前記円筒
    形を中心とする角度で表わして X2 + 360/P 度 で表わされ、 (ここに、Mは1からnまでの正の整数、nは4以上の
    偶数、Pは磁石の極数)また、 前記回転子コイルの各相
    においては、各相を構成する回転子コイルに流れる電流
    の方向が同一となる様に直列結線したことを特徴とする
    コアレスモータ。
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