JPH0350500B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は多極直流モータに関し、一層詳細に
は、永久磁石を界磁とし、電機子巻線を軸心に対
して同心巻きにして成る多極直流モータにおい
て、回転ムラの改善および効率の向上を容易に図
ることができる多極直流モータに関する。

（発明の背景） 本発明の発明者は、周面に隣り合う極が互いに
異極となる2n極（ｎは２以上の自然数）着磁さ
れた永久磁石リングと、軸心に対して同心巻きさ
れたコイルを、コイルの偏平側面の両側から磁路
に沿つてコアで包み、それぞれのコアをコイルの
前記リングの着磁面に対向する周面で交互に入り
組ませて、コイル周面に隣り合う磁極が互いに異
極となる2n極の磁極片が形成される電機子と、
前記コイルの電流方向を回転に対応して切り変え
る切換手段とから構成される多極直流モータ、が
有する起動死点を回避すべく、前記コアの前記永
久磁石リング対向面形状を永久磁石リングの着磁
磁極中心に対して磁気的に非対称に形成し、非通
電時における電機子の永久磁石リングの吸引力に
よる自然停止位置に対して、通電時における電機
子の磁極中心が電機子の相対的回転方向へズレた
位置に発生するようにし、電機子巻線を軸心に対
して同心巻きとして巻線が容易であるとともに、
巻線数を多くすることができて、モータの効率を
上げることができ、さらにモータの偏平化が容易
な多極直流モータを出願した（特願昭56−159710
号）。

そして、前記起動死点を回避するための具体的
な実施例として、同心巻きコイルの磁路を形成す
る前記コアの前記永久磁石リング対向面形状を電
機子の相対的回転方向に延出したものを開示し
た。

しかるに、このように電機子巻線を同心巻きと
した直流モータは、電機子のコア形状を磁気的に
非対称として起動死点を回避しているため、ある
程度の回転ムラが生じることは止むを得ない。

すなわち、前述のような永久磁石リングを界磁
とし、電機子巻線を同心巻きにした直流モータ
は、効率を高めるために、電機子への電流の切換
点を電機子の磁極中心と界磁の磁極中心とが一致
した点に置いており、一方、電機子巻線が同心巻
きであるために電機子が電機子の磁極中心と界磁
の磁極中心とが一致した位置で停止すると、起動
不能となる これは、電機子のコア形状を磁気的に非対称と
した場合であつても、例えば電機子と界磁とのそ
れぞれの磁極中心が一致した位置で電機子が非通
電状態となり、しかも永久磁石と電機子との吸引
トルクが負荷トルクより小さい場合は、そのまま
の位置で電機子は停止し続けることとなつて起動
しない。

したがつて、前記構成の直流モータが必ず起動
死点を回避して起動するためには、電機子と界磁
との磁極中心が一致した位置で電機子が非通電状
態となつたときに、永久磁石の吸引トルクが負荷
トルクを上回つていることが必要となり、これに
よつて、前記起動死点は回避されるが、電機子が
非通電状態における永久磁石リングの吸引トルク
が大きいために前述の回転ムラが生ずることとな
る。

本発明の発明者は回転ムラを最小限度に押さえ
るための条件として (イ) 電機子と界磁との磁極中心が一致した位置に
おける、永久磁石と非通電状態の電機子との吸
引トルクは起動時の負荷トルクを若干上回つて
いること。

(ロ) (イ)の位置において前記吸引トルクは最大トル
クとなること。

を見い出した。

しかるに、前記出願したものの実施例のよう
に、単に電機子のコアの界磁対向面を延出しただ
けでは、前記(ロ)の条件を満たすことができない。
すなわち、該コアの延出部の延出長さや、延出幅
を変えても、前記吸引トルクの最大トルク位置は
ほとんど変わらず、最大トルク位置を任意の位置
とすることができないからである。

一方、前述のような直流モータの効率を上げる
には、界磁の磁束が電機子のコイルを両偏平側面
から包むコアの内部を通るだけでなく、界磁磁極
の隣り合うＮ−Ｓ極の間に位置するコアの永久磁
石リング対向部を通るようにするのがよい。

このためには、同心巻きされている電機子巻線
の周面で入り組んで交互に異極となつているコア
の隣り合う磁極片同士の間〓をできるだけ小さく
すれば良いが、前記出願したものの実施例におい
て、単にコアの界磁対向面を延出して前記間〓を
小さくした場合には、永久磁石の吸引トルクが大
きくなりすぎて大きな起動電流が必要となる。

そこで本発明の発明者は、同心巻きされた電機
子巻線の界磁対向周面に形成される磁極片を、二
分した主極と補極とから形成するようにし、該補
極の位置、形状を変えることによつて前記(イ)(ロ)の
条件を満たして、最低限度の回転ムラであつて、
かつモータ効率を向上させることができる多極直
流モータを開発した（特願昭59−85038号）。

ところが、単に主極と補極とからのみ電機子の
磁極片を形成した場合には、前記(イ)(ロ)の条件を満
たすべく補極の位置、形状を変えたときに、僅か
な変更でモータの特性が大きく変わつてしまい、
その調整が困難であるという問題が生じた。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、電機子の磁極片を
形成するコアの位置、形状、大きさの変更に対し
て、前記(イ)(ロ)の条件を満たす特性の変化の割合が
小さく、回転ムラの改善および効率の向上を設計
段階で容易に図ることができる多極直流モータを
提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決し、発明の目的を達成するた
め、本発明は次の構成を備える。

すなわち、周面に隣り合う磁極が互いに異極と
なるように着磁された永久磁石リングと、軸心に
対して同心巻されたコイルを有し、該コイルへ通
電された際には互いに磁気極性が異なるようコイ
ルの両側面の一部又は全部を覆うと共に、コイル
の外周面へ延設された互いの磁極片はコイルの周
方向へ交互に逆方向から入り組むと共に、各磁極
片は周方向へ二分されて成る１対のコアを有する
電機子と、前記コイルの電流方向を回転に対応し
て切り換える切換手段とから成る多極直流モータ
において、前記磁極片は二分された磁極片の一方
又は双方から二分された相手側へ向けて延びる延
出部を具備することを特徴とする。

（実施例） 以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づ
いて詳細に説明する。

６極、インナーロータ型の直流モータの平面図
である第１図において、 １は６極に着磁された永久磁石リングから成る
界磁である。

２はシヤフトであり、このシヤフト２の回りに
コイル３が巻回されている。

４はコイル３の偏平側面の一方からコイル３を
包むコアであり、５はコイル３の他方の偏平側面
からコイル３を包むコアであり、それぞれシヤフ
ト２に固定される。

このコア４，５は界磁１に向かつて、磁極片が
放射状に形成されるとともに、コイル３の外周面
展開図である第２図に示すように、磁極片がさら
に二分されてコイル３の外周面に沿つて直角に曲
折されており、コア４からは分極片４ａと分極片
４ｂ、コア５からは分極片５ａと分極片５ｂとし
てそれぞれ延設されている。

そして、分極片４ａ，５ａは、分極片４ｂ，５
ｂへ向けて曲折されており、分極片４ａ，４ｂと
分極片５ａ，５ｂとが形成する磁極中心は、第２
図における0°、60°、120°（180°、240°、300°は
図示
せず）の位置となる。なお、第１図は無負荷時に
おける電機子が自然停止位置にある状態を示して
いる。

このように電機子の磁極片を、分極片４ａ，４
ｂおよび分極片５ａ，５ｂとに分けて形成して一
方の分極片４ａ，５ａを他方の分極片４ｂ，５ｂ
へ向けて延出することにより、電機子の非通電時
であつて無負荷時における回転トルク（界磁と電
機子との吸引トルク）は、界磁の磁極中心と通電
時における電機子の磁極中心とを一致させた第３
図に示すように、電機子が吸引トルクによつて右
方向へ回転する場合の回転トルクを＋とし、吸引
トルクに抗して電機子を左方向へ回転する場合の
回転トルクを−とすれば、電機子は＋の回転トル
クによつて右回転して無負荷時における安定な自
然停止位置P1で停止する。さらに電機子に−の
回転トルクを加えると電機子は非安定な停止位置
P2に至り、この停止位置P2を越えると、電機子
は回転前方の自然停止位置P1へ向かつて右回転
をすることとなる。

そして、分極片４ａ，５ａあるいは分極片４
ｂ，５ｂに延出部を形成することにより、電機子
と界磁１とがそれぞれの磁極中心を一致させて電
機子電流の切換位置にあるときの前記回転トルク
を最大とすることが容易に作り出させるととも
に、この最大回転トルクを必要な起動時の負荷ト
ルクより若干大きく設定することが可能となる。

しかして、電機子は負荷時においても電機子電
流切換位置で停止することはなく、したがつて、
起動死点は必ず回避されるとともに、電機子の回
転トルクは起動時の負荷トルクより若干大きな必
要最小限のものに容易に変更できるので電機子の
回転ムラも最小のものとなる。

なお、電機子はその磁極中心と界磁１の磁極中
心が一致した位置でコイル３の電流方向が切換手
段（図示せず）で切り換えられ、その回転方向
は、自然停止位置における電機子に通電したとき
の磁極中心が界磁１の磁極の中間点Ｍに向かう方
向とするのが効率の点で好適であり、第１図にお
いて右回転となる。また、界磁回転型あるいはア
ウタロータ型、インナーロータ型のいずれの場合
も同様に構成される。さらにまた、本発明に従つ
て形成した分極片４ａ，４ｂ、及び５ａ，５ｂは
実施例では全ての磁極片について形成したが、一
部の磁極片が二分して残りの磁極片は従来通り二
分されていない一般的に矩形状の磁極片に形成し
てもよい。

次に、電機子の磁極片を二分するとともに、一
方の分極分に延出部を形成した直流モータの具体
的な例について説明する。

まず、組立が容易であつて実用性に勝れた直流
モータの示す第４図において、 １１は固定子たる永久磁石リングであり、Ｎ、
Ｓ極が交互となるようにして内周面に６極着磁さ
れている。なお、磁極数を２（2m＋１）極（ｍは
１以上の自然数）とすることにより、対向する磁
極は常に異極となる。

１２はコイルであり、中心にシヤフト挿通孔が
穿設された円形ボビン１２ａ内に電線１２ｂを巻
回して形成される。

１３はコアであり、コイル１２の下側面に同心
に配設される円板部１３ａと、円板部１３ａの周
縁から磁極片が120度ずつの間隔で３個配設され、
さらに各磁極片の先端が二分され、コイル１２の
外周面に沿つて直角に曲折された分極片１３ｂと
分極片１３ｃと、分極片１３ｂの分割面から分極
片１３ｃに向かつて延出した延出部１３ｄとから
成るよう鉄板をプレスして形成される。

１４はコイル１２の上側面に同心に配設される
上コアであり、下コア１３と同様に円板部１４
ａ、磁極片を二分してなる分極片１４ｂと分極片
１４ｃ、延出部１４ｄとから成る。

この下コア１３と上コア１４とを、分極片１３
ｂ、分極片１３ｃが分極片１４ｂと分極片１４ｃ
との間に位置するようにして、コイル１２の両側
面に配設し、６極の磁極片が交互に入り組むよう
形成される。

１５はコミユテータであり、絶縁材料で形成さ
れ中心にシヤフト挿通孔が穿設される円板１５ａ
と、この円板１５ａの片面上に中心から放射状に
貼設される６個の整流子片１５ｂとから成る。こ
の整流子片１５ｂは一つ置きに電機的に接続さ
れ、二つの整流子群が形成され、各整流子群に前
記コイル１２が接続される。

１６はシヤフトであり、長さ方向のほぼ中央に
フランジ１６ａが形成され、下端に段差部１６ｂ
と段差部１６ｃが形成され、上端側周面には伝達
機構への係合部が形成される。

このシヤフト１６に前記コミユテータ１５、上
コア１４、コイル１２、下コア１３が挿入され、
下コア１３が段差部１６ｂでかしめられて固定さ
れる。

１７はブラシであり、りん青銅の矩形板を、そ
の一方の長辺の中央に前記フランジ１６ａの逃が
し部たる円弧状の切欠部１７ａを形成し、この長
辺側に位置する両コーナーに後述するケースに係
合する孔１７ｂが穿設され、他方の長辺側に位置
する両コーナーに電源供給用のリード線１８が接
続される孔１７ｃが穿設され、面の中央にコミユ
テータ１５への摺接部１７ｄが切起して形成され
て成る。なお、摺接部１７ｄは２本形成されてお
りコミユテータ１５への接触を確実なものとして
いる。

そして２個のブラシ１７をシヤフト１６の周面
を挟んで点対称の位置に配設して、各摺接部１７
ｄはコミユテータ１５の整流子群にそれぞれ接す
る。

１９はプラスチツク材料で成形されたケースで
あり、その上面に前記永久磁石リング１１が挿入
される凹部１９ａが形成され、この凹部１９ａの
底面中心にシヤフト１６がその段差部１６ｃで支
承される軸受孔１９ｂが穿設されている。また、
凹部１９ａ形成面たる上面には前記ブラシ１７の
孔１７ｂに対応位置して係合突起１９ｃが４個穿
設され、上面の各コーナにブラシ１７の孔１７ｃ
に対応位置してリード線１８を挿通保持する孔１
９ｄが穿設されている。

２０はケース１９の上面に取り付けられるプラ
スチツク板のカバーであり、前記係合突起１９ｃ
に対応位置して係合穴２０ａが穿設され、各コー
ナは前記リード線１８のブラシ１７への接続を容
易にすべく切欠かれている。また、面の中心にシ
ヤフト１６を挿通するとともに支承する軸受孔２
０ｂが穿設されている。

そして前記各構成部品は、図中一点鎖線で示す
ように、永久磁石リング１１を凹部１９ａ内に配
設し、コイル１２、下コア１３、上コア１４、コ
ミユテータ１５、シヤフト１６から成る電機子
を、シヤフト１６の段差部１６ｃを軸受孔１９ｂ
に挿通して永久磁石リング１１の中心に配設す
る。２個のブラシ１７は、孔１７ｂを係合突起１
９ｃに挿通して位置決めし、カバー２０をその係
合穴２０ａを係合突起１９ｃに合わせるとともに
シヤフト１６を軸受孔２０ｂに挿通してケース１
９に係合させる。係合突起１９ｃはカバー２０へ
熱溶着等により固定し、リード線１８を孔１９ｄ
に通してブラシ１７の孔１７ｃに挿通し半田付け
して、組立られる。

このように構成された直流モータは、電機子コ
イルをシヤフトの回りに同心巻きとして巻線が容
易であり、コミユテータ、ブラシを板状としたこ
とと相俟つて、偏平かつ小型化でき、ブラシはケ
ースとカバーとの間に挟まれて位置決め固定され
るので組立が極めて容易となる。また極数を２
（2m＋１）極としたので、対向するブラシは同じ
ものを回転軸に対して点対称位置とすることがで
きる。さらに、モータが偏平多極となることによ
りモータの回転伝達機構に効率の悪いウオームと
ウオーム歯車を用いずに減速比の少ない平歯車を
用いることができる。

次に、フロツピーデイスクの駆動用として用い
た直流モータを第５図及び第６図に示す。

３０は電機子であり、ボビン３１に同心巻きさ
れたコイル３２と、ロータ対向周面に20極の磁極
片が交互に異極となるようにしてコイル３２をか
こむコア３３とから構成されている。

そしてコア３３には分極片３３ａと分極片３３
ｂとが形成されており、分極片３３ｂには分極片
３３ａに向かう延出部３３ｃが延設されている。
また、コア３３は上側コアと下側コアとをコイル
３１の内周面で閉磁路となるように組合せて成る
ものであるが、上下両コアはそれぞれ分極片３３
ａと分極片３３ｂと閉磁路部３３ｄを一体にプレ
ス加工して形成されるので、その製作は容易とな
る。

３４は電機子３０の内周面に嵌着された固定部
材であり、そのフランジ部３４ａが基板３５に固
定され、電機子３０は基板３５に固定される。

３６はロータであり、電機子３０の外周面に対
向して配置され交互に異極となるようにして着磁
された永久磁石リング３７と、この永久磁石リン
グ３７の外周面と一方の端面を覆い、永久磁石リ
ング３７に添着されるカツプ状の継鉄３８と、こ
の継鉄３８の偏平側面の中心にナツト３９で固定
されるシヤフト４０とから成る。シヤフト４０は
固定部材３４の内周面に嵌合されているベアリン
グ４１に挿通され、ロータは回転自在となつてい
る。

なお、継鉄３８は少なくとも永久磁石リング３
７の周面に当接する部分が磁性体であればよい。

４２はホール素子であり、永久磁石リング３７
の磁極の回転によつてコイル３２の電流方向を切
換えるべく、基板３５に添設されているプリント
基板４３上に、永久磁石リング３７に対向して１
個配設されている。

しかして、ロータ３６の回転に伴つてホール素
子４２はコイル３２の電流方向を切換え、コア３
３のそれぞれの磁極片には交互に異なる磁極が発
生し、ロータ３６の回転は持続されることとな
る。これによつてシヤフト４０に固定され、フロ
ツピイデイスク（図示せず）が嵌合されるターン
テーブル４４は連続的に回転する。

次にロータ３６の回転速度検出機構について説
明する。

第６図に示すように、継鉄３８には、周縁が外
側に広がつて直角に折曲され、前記プリント基板
４３と平行な面を有する曲折部３８ａが形成され
ている。

４５は発電マグネツトたる偏平な永久磁石リン
グであり、前記曲折部３８ａに添着されており、
ロータ３６の磁極ピツチより小ピツチで偏平側面
に60極の磁極がＮ、Ｓ交互に着磁されている。

４６は発電コイルであり、永久磁石リング４５
の着磁面に近接して対向すべく、プリント基板４
３に印刷配線されている。この発電コイル４６の
ピツチは永久磁石リング４５の磁極ピツチと同じ
である。

しかして、発電マグネツトの回転によつて発電
コイル４６に誘起される電圧はロータ３６の回転
速度に比例し、ロータ３６の回転に比例する周波
数はロータ３６の回転数より高周波数となる。さ
らに、発電マグネツトの磁極ピツチはロータ３６
の磁極ピツチより小ピツチであるので、電機子３
０の磁極間におけるロータ３６の回転速度も検出
することができる。

発電コイル４６に誘起された電圧あるいは周波
数を制御回路（図示せず）に入力し、この制御回
路によつてコイル３２への供給電圧等を制御する
と、ロータ３６の回転を所望の速度に制御するこ
とが可能となる。

なお、発電マグネツトと発電コイルとは上述の
実施例に限らず、要は検出電圧が適当であり、か
つ、電機子の磁極間におけるロータの回転速度を
検出することができればよい。したがつて、例え
ば発電コイル４６が全周に亘つて配設される場合
には発電マグネツトは全周に亘つて設けなくとも
よく、逆に発電マグネツトが全周に亘つて設けら
れているときは発電コイルは部分的なものであつ
てもよい。

また、電機子およびロータの磁極数は上述の実
施例に限定されないが、フロツピーデイスク駆動
用としては６〜40極位が適当である。

このように構成した直流モータは、電機子コイ
ルを同心巻きに形成したことにより、巻線作業は
容易となり、巻線数を多くして電力消費効率を向
上させることができる。また、電機子を包むコア
の磁極片数を変更することによつて容易にその極
数を変えることができる。さらに、単相駆動であ
るので電機子コイルの電流を切換えるホール素子
およびその駆動回路は１個あればよく製品コスト
の低減が図れる。

以上本発明につき好適な実施例を挙げて種々説
明したが、本発明は上述の実施例に限定されるも
のではなく、発明の精神を逸脱しない範囲で多く
の改変を施し得るのはもちろんのことである。

（発明の効果） 本発明に係る多極直流モータによれば、二分さ
れた磁極片が延出部を延出することによつて、電
機子と永久磁石リングの界磁との吸引トルクの最
大値を必要な負荷トルクより若干大きくすること
ができる。また、最大トルク発生位置を電機子と
界磁との磁極中心が一致した点とすることも容易
にでき、これによつて、モータ効率を低下させる
ことなく、回転ムラを必要最小限度のものとする
ことができるという著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る直流モータの平面図、第
２図は電機子外周面の展開図、第３図は非通電無
負荷時の回転トルク曲線図、第４図は直流モータ
の分解斜視図、第５図及び第６図はフロツピーデ
イスク用直流モータであり、第５図は平面図、第
６図は第５図のＡ−Ａ断面図である。 １……界磁、２……シヤフト、３……コイル、
４，５……コア、４ａ，５ａ……分極片、４ｂ，
５ｂ……分極片、１１……永久磁石リング、１２
……コイル、１２ａ……ボビン、１２ｂ……電
線、１３……下コア、１３ａ……円板部、１３
ｂ，１３ｃ……分極片、１３ｄ……延出部、１４
……下コア、１４ａ……円板部、１４ｂ，１４ｃ
……分極片、１４ｄ……延出部、１５……コミユ
テータ、１５ａ……円板、１５ｂ……整流子片、
１６……シヤフト、１６ａ……フランジ、１６
ｂ，１６ｃ……段差部、１７……ブラシ、１７ａ
……切欠部、１７ｂ，１７ｃ……孔、１７ｄ……
摺接部、１８……リード線、１９……ケース、１
９ａ……凹部、１９ｂ……軸受孔、１９ｃ……係
合突起、１９ｄ……孔、２０……カバー、２０ａ
……係合孔、２０ｂ……軸受孔、３０……電機
子、３１……ボビン、３２……コイル、３３……
コア、３３ａ……分極片、３３ｂ……分極片、３
３ｃ……延出部、３３ｄ……閉磁路部、３４……
固体部材、３４ａ……フランジ部、３５……基
板、３６……ロータ、３７……永久磁石リング、
３８……継鉄、３８ａ……曲折部、３９……ナツ
ト、４０……シヤフト、４１……ベアリング、４
２……ホール素子、４３……プリント基板、４４
……ターンテーブル、４５……永久磁石リング、
４６……発電コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 周面に隣り合う磁極が互いに異極となるよう
   に着磁された永久磁石リング１１と、軸心１６に
   対して同心巻されたコイル１２を有し、該コイル
   １２へ通電された際には互いに磁気極性が異なる
   ようコイル１２の両側面の一部又は全部を覆うと
   共に、コイル１２の外周面へ延設された互いの磁
   極片１３ｂ，１３ｃ，１４ｂ，１４ｃはコイル１
   ２の周方向へ交互に逆方向から入り組むと共に、
   各磁極片１３ｂ，１３ｃ，１４ｂ，１４ｃは周方
   向へ二分されて成る１対のコア１３，１４を有す
   る電機子と、前記コイル１２の電流方向を回転に
   対応して切り換える切換手段１５とから成る多極
   直流モータにおいて、 前記磁極片は二分された磁極片１３ｂ，１３
   ｃ，１４ｂ，１４ｃの一方又は双方から二分され
   た相手側へ向けて延びる延出部１３ｄ，１４ｄを
   具備することを特徴とする多極直流モータ。