JPH0287950A - 電機子鉄心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高トルクが得られる電動機の電機子鉄心に関
する。

（従来の技術） 円筒形の鉄心に巻線を施して電機子を楕成し、この電機
子の周囲に略鉄心の長さに等しい長さの円筒形の永久磁
石を配置してなる小型の電動機が知られている。上記鉄
心は軸線方向の溝（スロット）を有する場合と溝を有し
ない場合とがある。

上記永久磁石は分割したものを円筒形に結合して組み立
てられる場合もある。

第１０図ないし第１２図は、従来の小型電動機の例を示
す。第１０図ないし第１２図において。

符号１は電機子の鉄心を示しており、同鉄心１は全体と
して円筒状に形成されると共に、軸線方向に適宜数の溝
（スロット）４が形成されている。

図示の例では３極構成となっていて、３個の溝４が形成
され、これらの溝４を通して各突極に巻線３が施されて
いる。上記鉄心】と巻線３によって電機子が構成されて
いる。この電機子には、同電機子を貫通して軸８が固着
されている。

上記電機子の周囲には円筒状のホルダ１０によって保持
された円筒状の界磁石２が配置されている。上記電機子
が回転子で界磁石２側が固定子の場合もあり得るし、電
機子が固定子で界磁石２側が回転子の場合もあり得る。

第１１図、第１２図に示すように、界磁石２の長さを１
とし、電機子の鉄心１の長さを１１としたとき、界磁石
２から出る磁束の有効利用と電動機の軸方向の寸法が無
、駄に長くならないように、■と１．は略同じになって
いる。

（発明が解決しようとする課題） 電動機の基本性能は、理想回転数及び最大トルク（起動
トルク）によって評価することができる。

上記理想回転数は無負荷回転数の目安となるものであり
、無負荷回転数と実用上は大差がない、しかるに、理想
回転数Ｎ　（ｒａｄ／５ｅｅ）は、Ｎ＝Ｖ／に で求められる。ここで、■は巻ＮｌＡ３に印加される電
圧であり、一定とする。には定数である。また、最大ト
ルクＴ（Ｎ−ｍ）は Ｔ＝Ｋ　Ｉ である。工は巻線３に流れる電流であり、巻線３の抵抗
をＲとすると、 Ｉ　＝Ｖ／Ｒ で求められる。また、上記定数には磁束をφ（ｌｌｌｂ
）。

巻線３の巻回数をｎとしたとき、 Ｋ：ｆ（φｙｎ） である。

超小型電動機においては、磁束φが限られており、巻線
の巻回数も限度−杯に響かれているため定数には限界に
ある。従って、性能を向上させるには、定数Ｋを低下さ
せることなくトルク向上を図る必要がある。そのために
は、界磁石から電機子に至る磁束φを減少させることな
く、かつ、巻線の巻回数を減らすことなく定数Ｋを維持
しながら、巻線の抵抗を減らして電流のみを増加させる
ことになる。巻線は、現在のところ銅線に限られており
、材質の面から抵抗率を下げることはできない。従って
、巻線の抵抗を減少させるには巻線の径を太くするほか
はないが、限度のある巻線スペースに径の太い巻線を施
すと巻回数ｎが減少し。

定数Ｋが低下するので好ましくない。

ここで、前記従来の電動機について考える。第１０図な
いし第１２図に示す電動機において、巻線３は鉄心１の
溝４の空間を埋めつくすまで最大限の巻回数である０１
回巻かれている。この場合の最大トルクＴ□は、 Ｔ、＝に１１□ である。Ｋ□は定数であり、磁束をφい巻ａ３の巻数を
００とすると、 Ｋ工＝ｆ（φ□、ｎよ） である。また、■、は最大電流であり１巻線３に印加さ
れる電圧を■１巻線３の抵抗をＲ１としたとき、 Ｉよ＝Ｖ／Ｒ工 となる。上記ＶとＲ１は一定である。さらに、このとき
の理想回転数Ｎ□は、 Ｎ１＝Ｖ／に工 となる。

前述のように、上記従来の電動機では、鉄心１の軸線方
向の長さ１１と界磁石２の軸線方向の長さ１は略等しい
ため、界磁石２から電機子に至る磁束φ、を増やすこと
はできず、巻線３の巻回数を最大限に維持しながら巻線
抵抗を低下させることもできない。そのため、従来の電
動機の構造では、基本性能の向上を期待することはでき
ない。

電動機の基本性能の向上を図るために、第１３図に示す
ように、界磁石２の軸方向の長さ１に対して電機子鉄心
１の軸方向の長さ１２を短くすることが考えられる。こ
うすれば１巻線３の巻回数０２は前記従来例の巻回数ｎ
工と等しくなって巻回数が減る、ことはなく、鉄心１の
長さが短くなる分巻線抵抗Ｒ２が前述の従来例の巻線抵
抗Ｒ１よりも減少し、巻線３に流れる電流Ｉ２も前述の
従来例の電流工、より増加するため、最大トルクＴ２が
増加するかに見える。しかるに、 Ｔ２＝に２■２ であり、定数に２は、 Ｋ２＝ｆ（φ２１　ｎＺ） であるが、ここで、Ｉ　Ｚ　＜　１１のため、φ２くφ
□であり、かつ、ｎ２＝ｎ□であるため、Ｋ２＜Ｋ工と
なる。そして、Ｒ，＜Ｒ，のためＩ２＞Ｉ、となり、よ
って、結果的にはＴ２″：Ｔ１となる。また、理想回転
数Ｎ２は、 Ｎ　ｚ　＝Ｖ　／　Ｋ　ｚ であり、上記のようにに２＜Ｋ１のため、Ｎ２＞Ｎ。

となる。

このように、界磁石２の長さ１よりも鉄心１の長さ１２
を小さくした場合、電流Ｉ２は増加するが。

磁束φ２が減少するため、定数に２が低下し、最大１−
ルクＴ２は第１０図ないし第１２図に示す従来例におけ
るトルクＴ４と略同じであり、トルクアップは期待でき
ない。また、理想回転数Ｎ２がと昇し、電動機の特性を
悪化させる結果となる。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解消するためにな
されたもので、鉄心の磁束の減少即ち定数の低下を回避
しながら巻線抵抗の減少による電流の増加を図り、もっ
て、トルクアップが可能な電機子鉄心を提供することを
目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、鉄心の少なくとも一方の端面に、磁性材料で
なりかつ複数の軸方向のヨーク片を有する側板を付加し
たことを特徴とする。

（作用） 鉄心自体の長さは、同鉄心に対向する界磁石の長さより
も短くすることができるため、巻線の所定の巻回数に対
する巻線抵抗を小さくして電流を増加させることができ
る。側板のヨーク片は界磁石から出る磁束を集めて鉄心
に導くことができ、磁束を有効に利用することができる
。

（実施例） 以下、第１図ないし第９図を参照しながら本発明にかか
る電機子鉄心の実施例について説明する。

ただし、第１０図ないし第１２図に示した従来例と共通
の構成部分には共通の符号を付するに留めて重複した説
明はなるべく避けることにする。

第１図ないし第４図において、電機子の鉄心１の両端面
には磁性材料で作られた側板６がそれぞれ付加され固着
されている。各側板６の外周縁部からは複数のヨーク片
５が軸方向に伸びている。

ヨーク片５は鉄心１の極数と同じ数だけ形成され、ヨー
ク片５の外周面と鉄心１の磁極の外周面とが連続するよ
うに、また、各ヨーク片５間の溝４と鉄心１に形成され
た溝４とが軸方向に並ぶように位置決めして側板６が鉄
心１の両端面に固着されている。各ヨーク片５の基部を
含めた鉄心１の軸方向の長さ１．は界磁石２の軸方向の
長さ１よりも短いが、側板６のヨーク片５を含めた軸方
向の長さは界磁石２の軸方向の長さｌと略等しい長さに
なっている。巻線３は、鉄心１及び側板６の溝４を通し
て側板６の基部を含む鉄心１の磁極部に巻かれている。

上記鉄心１の長さｌ、は第１３図に示した例における鉄
心の長さｌ、と等しくすることができ、従って、巻線３
の巻回数ｎ、も第１３図の例における巻線の巻回数ｎ２
と同じとし、巻線３に流れる電流工、も１□と等しくす
ることができる。一方。

鉄心１の両端の側板６のヨーク片５を含む鉄心１の長さ
は界磁石２の長さ１と略同じであり、ヨーク片５を介し
て界磁石２からの磁束が鉄心１に導かれる。側板６の材
料として鉄系アモルファス合金などの高透磁率、高磁束
密度、低鉄損の磁性材料を用いれば、実質的には、界磁
石２の軸方向の長さ１に等しい長さの鉄心と同等の磁束
φ３を得ることができる。

そこで、次に上記実施例の最大トルクＴ、及び理想回転
数Ｎ３について検討する。

Ｔ３　＝　Ｋ３　Ｉ　ｓ であり、 Ｋ、＝ｆ（φ３１ｎ３） である。ここで、φ、＝φいｎ　３　＝　ｎ　２　＝　
ｎ　１であるから、Ｔ、＞ｒ２＝Ｔ、となり、従来の電
動機に比べてトルクが上昇することがわかる。また、Ｋ
、　＝　Ｋ、＞　Ｋ２、Ｌ＝Ｌ＜Ｉ、となって定数の低
下及び電流の減少がなく、理想回転数Ｎ、は、Ｎ　３　
＝Ｎ　Ｌ　＜　Ｎ　Ｚとなる。

以上、要するに本発明にかかる上記実施例によれば、鉄
心１の端面に、磁性材料でなりかつ複数の軸方向のヨー
ク片５を有する側板６を付加した結果、磁束の低下を回
避し、かつ、巻線３の巻回数を維持しながら巻線３に流
れる電流の増加を図ることができるため、無負荷回転数
はあがらず、電流の増加のみによってトルクアップを図
ることができ、電動機の基本性能を向上させることがで
きる。なお、巻線の径は変わることなく電流が増加し、
電流密度が上がるが、小型電動機の場合は温度上昇の問
題を起こすことはない。

次に、本発明にかかる電機子鉄心の各種変形実施例につ
いて説明する。

第５図に示す実施例は、鉄心１に形成する溝を軸線に対
して斜めにねじった形の溝４ａとしだものである、溝４
ａ内には巻線が施される。かかる構成の電機子鉄心によ
れば、コギングが少なくなって回転が円滑になる。

第６図、第７図に示す実施例は、前述の実施例のような
溝４あるいは溝４ａを有する鉄心に代えて、溝を持たな
い鉄心１を用いた例である。この鉄心１の両端面には複
数の軸方向のヨーク片７を有する側板６が固着されてい
る。この実施例の場合も、両端のヨーク片７を含む鉄心
１全体の軸方向の長さは、同鉄心１の外周側に対向配置
される界磁石の軸方向の長さｌと略等しい長さに形成さ
れる。上記ヨーク片７は鉄心１の外周面よりも外方に突
出して形成され、鉄心１の外周面よりも突出した両方の
ヨーク片７間に巻線が巻回される。

上記実施例のように溝なしの鉄心を用いた場合、磁束を
多く通すことができて磁気飽和に強く、また、コギング
がないなどの長所がある。

第８図、第９図は、上記第６図、第７図の実施例にかか
る電機子鉄心に対する巻線方法の例を示す。第８図の例
は、円筒状鉄心の表面に、軸に対し平行に巻いたもので
あり、第９図の例は、円筒状鉄心の表面に、軸に対し斜
めに巻いたものである。いずれにせよ、両端のヨーク片
７を利用して複数に分割して正確に巻線を施すことがで
きるため、整流特性が良くなるという長所がある。また
、斜め巻きの場合は２極にすると円滑な回転を得ること
ができる。平行巻きの場合は多極構成に適し、ブラシレ
スモータの固定子として活用することができる。この場
合、界磁石が回転子となる。

なお、複数のヨーク片を有する側板は必ずしも鉄心の両
側に付加する必要はなく、電機子の構造によっては鉄心
の片方の端面に付加してもよい。

例えば、電機子の片側に整流子を設けたり、スラスト受
けを設けたりする場合には鉄心の片方の端面にのみ側板
を付加することになる。これによっても所期の効果を奏
する。

（発明の効果） 本発明によれば、鉄心の端面に、複数のヨーク片を有し
かつ磁性材料よりなる側板を付加したことにより、鉄心
自体の軸方向の長さを短くして巻線の巻き回数を所定の
巻き回数に維持しながら巻線抵抗の減少を図ることがで
き、しかも、側板のヨーク片によって界磁石からの磁束
を有効に利用することができるため、定数の低下を防止
することができると共に、巻線抵抗の低下に基づく巻線
に流れる電流の増加により無負荷回転数を上げることな
くトルクの向上を図ることができる電機子鉄心を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる電機子鉄心を有する電動機の例
を示す一部断面斜視図、第２図は同上電動機の各部の寸
法関係を示す断面図、第３図は上記電動機の電機子鉄心
部分の分解斜視図、第４図は同上電機子鉄心の斜視図、
第５図は本発明にががる電機子鉄心の別の実施例を示す
斜視図、第６図は本発明にかかる電機子鉄心のさらに別
の実施例を示す斜視図、第７図は同上分解斜視図、第８
図は上記実施例にかかる電機子鉄心に対する巻線の一例
を示す斜視図、第９図は巻線の別の例を示す斜視図、第
１０図は従来の電機子鉄心を有するモータの例を示す一
部断面斜視図、第１１図は同上各部の寸法関係を示す断
面図、第１２図は上記従来例に用いられている電機子鉄
心の斜視図、第１３図は上記従来例において電機子鉄心
を短くした例を示す断面図である。 １・・・・鉄心　５，７・・・・ヨーク片　６・・・・
側板筋 心６ 図 心ｑ 図 馬Ｊ０ 図 又

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鉄心の少なくとも一方の端面に、磁性材料でなりかつ複
   数の軸方向のヨーク片を有する側板を付加したことを特
   徴とする電機子鉄心。