JPH0370457A - 直流モータ - 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］ この発明は直流モータ、特に界磁システムが永久磁石か
らなるブラシ付き直流モータおよびブラシレス直流モー
タに関する。

［従来の技術］ 直流モータは小型でありながら高い起動トルクを得るこ
とができる。特に、ブラシレス直流モータは、ブラシな
との摩耗部品かないので保守が容易であり、最近ではロ
ボットその他のＦＡ機器やＶＴＲ、複写機その他の情報
機器などに広く用いられている。

第６図はブラシレス直流モータの一例を示している。ス
テータ４は外側鉄心５と内側鉄心８とを有し、外側鉄心
５はケーシング１に、また内側鉄心８はケーシング１に
固着されたスリーブ２に固定されている。外側鉄心５お
よび内側鉄心８は第７図に示すようにそれぞれ９個の突
極６，９が向かい合うようにして形成されている。各鉄
心５゜８は突極ごとにそれぞれ３相巻線１１．１２が施
されている。巻線１１．１２には電線１４を介して駆動
回路（図示しない）が接続されている。上記両鉄心５．
８の間にカップ状のロータ１７が挿入されている。ロー
タ１７は円弧状の１２個のフェライト磁石１８を円周に
沿って連結して形成されている。上記スリーブ２に軸受
２２を介して回転軸２４が取り付けられており、回転軸
２４の先端部にロータ１７が固着されている。ロータ１
７の端面１９にはセンサ用着磁部２０が形成されており
、ケーシング１の端面にはホール素子２６が取り付けら
れている。ホール素子２６は着磁部２０を検出し、その
検出信号に基づいて各巻線１１．１２への電流の供給が
切り換えられる。

界磁システムが永久磁石からなる直流モータでは、界磁
システムの隣り合う永久磁石の間で界磁束の向きが急変
する。さらに、ブラシレス直流モータでは、電機子に供
給される励磁電流は一般に矩形波である。このために、
永久磁石により形成された異磁極と電機子との吸引作用
により滑らかに回転しない、いわゆるコギングが発生す
る。

このコギングによりモータのトルクおよび速度が変動し
、機器が滑らかに作動しないという問題がある。第１Ｏ
図は第６図に示す構造の直流モータの出力トルクの変動
を示している。互いに対向するように配置された内周側
巻線と外周側巻線とに１８０°位相がずれた励磁電流が
供給されるために。

出力トルクは大きく変動している。

従来、このような問題を解決する技術として、たとえば
実開昭６１−１８５２８１号公報で開示された技術があ
る。

上記公報の直流モータでは、複数個の駆動コイルを筒状
の軟磁性部材の外周面に沿って一定のピッチ角度に配置
した駆動コイル面と複数個の駆動コイルを軟磁性部材の
内周面に沿って、Ｅ記ピッチ角度と同ピツチ角度に配置
した駆動コイル面とが、回転軸と同心になるとともに１
／２ピッチ角度だけずれている。この直流モータでは外
周側の駆動コイルと内周側の駆動コイルとがｌ／２ピッ
チ角度だけずれているので、第１１図に示すように出力
トルクの変動は小さい。

［発明が解決しようとする課題］ 上記実開昭６１−１８５２８１号公報で開示された直流
モータでは、回転中のロータは、外周面または内周面に
配置された駆動コイルの何れか一方のみの磁束からしか
作用を受けない。したがって、第１Ｉ図に示すように発
生トルクが小さい。

そこで、この発明はコギングを抑え、高トルクを発生す
ることができる直流モータを提供しようとするものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 第１の発明の直流モータは、内径方向に突出する第１突
極と外径方向に突出する第２突極とが円周方向に関して
実質的に同じ位置にある磁極対の複数をイｆする電機子
と、円周方向に沿って配列され、径方向に着磁された複
数の永久磁石を有する界磁システムとを備えている。そ
して、上記電機子の第１突極と第２突極とが円周方向に
互いにずれている。

第１突極と第２突極とのずれの大きさは、電機子および
界磁システムの設計条件により異なるが、円周方向に隣
り合うｍ極の間隔を角度θで表わした場合、（０，３〜
０．７）　ｘθ程度である。

第２の発明の直流モータは、内径方向に突出する第１突
極と外径方向に突出する第２突極とが円周方向に関して
実質的に同じ位置にある磁極対の複数を有する電機子と
、円周方向に沿って配列され、径方向に着磁された複数
の永久磁石からなり、前記電機子の第１突極および第２
突極にそれぞれ向かい合う第１永久磁石群および第２永
久磁６群を有する界磁システムとを備えている。そして
、−Ｅ記第１永久磁石群の異磁極と第２永久磁石群の異
磁極とが円周方向に互いにずれている。

第１永久磁石群の異磁極と第２永久磁石群の異磁極との
ずれの大きさは、電機子および界磁システムの設計条件
により異なるが、円周方向に隣り合う電機子の磁極の間
隔を角度θで表わした場合、（０，３〜０．７）　ｘθ
程度である。

第３の発明の直流モータは、電機子が外側鉄心とこれに
同心の内側鉄心とを有し、外側鉄心の突極と内側鉄心の
突極とが向かい合っており、界磁システムが円周方向に
沿って配列され、径方向に着磁された複数の永久磁石を
有し、上記外側鉄心と内側鉄心との間に前記界磁システ
ムが挿入されている。そして、隣り合う上記永久磁石の
境界面が半径方向の線に対して傾斜している。この結果
、永久磁石の外周側の磁極と内周側の磁極とは円周方向
に互いにずれた状態となっている。

軸方向に垂直な永久磁石の断面において、境界面か外周
面および内周面にそれぞれ出会う二つの、「り、と界磁
システムの中心とを結ぶ二つの直線がなす角でもって上
記界磁システムの磁極のずれを表わすものとする。この
とき、電機子および界磁システムの設計条件により異な
るが、円周方向に隣り合う電機子の磁極の間隔を角度θ
で表わした場合、上記ずれ角はく０．３〜０．７）　ｘ
θ程度テある。

上記の直流モータにおいて、ブラシ付き直流モータでは
電機子がロータ、界磁システムがステータとなり、ブラ
シレス直流モータでは電機子かステータ、界磁システム
がロータとなる。

［作用］ 電機子の突極または界磁システムの異磁極が円周方向に
ずれている。したがって、電機子または界磁システムの
回転により、電機子または界磁システムは相手側が作る
磁束の急激な変化を受けることはない。たとえば、電機
子　（ステータ）の内径側の突極が外径側の突極よりも
界磁システム（ロータ）の回転方向にずれている直流モ
ータとする。ロータの回転に伴いロータのある異磁極は
先ず外径側の突極に達し、遅れて内径側の突極に達する
。この遅れにより、上記磁束の急激な変化が緩和される
。

また、隣り合う永久磁石の境界面が半径方向の線に対し
て傾斜しているモータでは、永久磁石の径方向の厚みが
徐々に変化する。つまり、永久磁石の外周側の磁極と内
周側の磁極とは円周方向に互いにずれた状態となってい
る。したがって、電機子または界磁システムの回転によ
り、電機子または界磁システムは相手側が作る磁束の急
激な変化を受けることはない。

［実施例］ 以下、ブラシレス直流モータを実施例として説明する。

ブラシレス直流モータの構造は、ステータおよびロータ
を除いて前記第６図に示したブラシレス直流モータのも
のと基本的に同じである。

したがって、ステータとロータのみについて説明する。

実施例工 第１図に示すように、ステータ３１は環状の外側鉄心３
２と環状の内側鉄心３３とを備えている。外側鉄心３２
および内側鉄心３３は、第１図に示すように同心に取り
付けられている。外側鉄心３２は突極３２ａが内径方向
に、また内側鉄心３３は突８ｉ３３ａが外径方向に、両
突極３２ａ、３３ａが対向するようにして突出している
。突極３２ａ、３３ａは円周方向に沿って９箇所に設け
られている。ステータ３１の中心に対する突極３２ａ、
３３ａの幅の角度は３０’であり、したかって隣り合う
突極３２ａ、１３ａの間隙の角度は１０°である。そし
て、外側鉄心３２の突極３２ａと内側鉄心３３の突極３
３ａとが円周方向に互いにずれている。ずれ角αは５°
　（つまり、隣り合う突極の間隙の角度の１／２）であ
る。外側鉄心３２および内側鉄心３３には巻線３４が施
されている。

ロータ３６は円周方向に沿って配列された１２個の永久
磁石３７を有し、前記外側鉄心３２と内側鉄心３３との
間に前記ロータ３６が挿入されている。ロータ中心に対
する永久ｉｆｆ　Ｅ　：１７の幅の角度は３０’である
。

実施例■ 第２図に示すように、ステータ４１の環状の鉄心４２に
外径側に向かう外側突極４２ａと内径側に向かう内側突
極４２ｂが対をなすようにして設けられている。外側突
１４２ａおよび内側突極４２ｂの対は円周方向に沿って
９箇所に設けられている。ステータ４１の中心に対する
各突極４２ａ、４２ｂの幅の角度は３０°であり、した
がって隣り合う突極の間隙の角度は１０°である。そし
て、外側突極４２ａと内側束Ｊ４４２ｂとの対において
、外側突極４２ａと内側突極４２ｂとは円周方向に互い
にずれている。ずれ角βは　５°　（つまり、隣り合う
突極の間隙の角度のｌ／２）ずれている。鉄心４２には
外側および内側にそれぞれ巻線４４が施されている。

ロータ４６は円筒状の外側永久磁石４７と内側永久磁石
４８とからなっており、図示していないが外側永久磁石
４７と内側永久磁石４８とはこれらの一端でヨーク５０
により連結されて一体となっている。外側永久磁石４７
と内側永久磁石４８は、円周方向に沿って配列された１
２個の永久磁石４９からなっている。ロータ中心に対す
る永久磁石４９の幅の角度は３０゛である。外側永久磁
石４７と内側永久磁石４８との間の環状の空間内に上記
ステータ４１が位置している。

実施例■ 第３図に示すように、ステータ５１は環状の外側鉄心５
２と環状の内側鉄心５３とを備えている。外側鉄心５２
は突極５２ａが内径方向に、また内側鉄心５３は突Ｖｉ
５３ａが外径方向に、両突極５２ａ、５３ａか対向する
ようにして突出している。突極５２ａ、５３ａは円周方
向に沿って９箇所に設けられている。ステータ５１の中
心に対する突極５２ａ、５３ａの幅の角度は３０°であ
り、したがって隣り合う突極の間隙の角度はｌＯｏであ
る。なお、実施例工では二つの突極３２ａ、３３ａが円
周方向にずれていたが、上記突極５２ａ、５３ａの位置
はずれてはいない。

ロータ５６は円筒状の外側永久磁石５７と内側永久磁石
５８とからなっており、外側永久磁石５７と内側永久磁
石５８とは重なりあっている。外側永久磁石５７と内側
永久磁石５８は、円周方向に沿って配列された１２個の
永久磁石５９からなっている。ロータ中心に対する各永
久磁石５９の幅の角度は３０°である。外側永久磁石５
７と内側永久磁石５８とは、磁極がロータ５５の円周方
向に互いにずれている。ずれ角γは５゛（つまり、隣り
合う突極の間隙の角度の１７２）である。

実施例■ 第４図に示すように、ステータ６Ｉの環状の鉄心６２に
外径側に向かう外側突極６２ａと内径側に向かう内側突
極６２ｂが対をなすようにして設けられている。外側突
極６２ａおよび内側突極６２ｂの対は円周方向に沿って
９箇所に設けられている。ステータ６１の中心に対する
各突極６２ａ、６２ｂの幅の角度は３０°であり、した
がって隣り合う突極の間隙の角度はｌＯｏである。鉄心
６２には外側および内側にそれぞれ巻線６４が施されて
いる。なお、実施例■では二つの突極４２ａ、４２ｂが
円周方向にずれていたが、上記突極６２ａ、６２ｂの位
置はずれてはいない。

ロータ６６は円筒状の外側永久磁石６７と内側永久磁石
６８とからなっており、図示していないが外側永久磁石
６７と内側永久磁石６８とはこれらの一端でヨーク７０
により連結されて一体となっている。外側永久磁石６７
と内側永久磁石６８は、円周方向に沿って配列された１
２個の永久磁石６９からなっている。ロータ中心に対す
る各永久磁石６９の幅の角度は３０°である。そして、
外側永久磁石６７と内側永久磁石６８とは、磁極がロー
タの円周方向に互いにずれ角δは５°　（つまり、隣り
合う突極の間隙の角度の１７２）である。外側永久磁石
６７と内側永久磁石６８との間の環状の空間内に上記ス
テータ６１が位置している。

実施例Ｖ 第５図に示すようＣ、ステータ７１は環状の外側鉄心７
２と環状の内側鉄心７３とを備えている。外側鉄心７２
は突極７２ａが内径方向に、また内側鉄心７３は突極７
３ａが外径方向に、両突極７２ａ、７３ａが対向するよ
うにして突出している。突極６２ａ、６２ｂは円周方向
に沿って９箇所に設けられている。ステータ７１の中心
に対する突極７２ａ、７３ａの幅の角度は３０’であり
、したがって隣り合う突極の間隙の角度は１０’である
。なお、実施例工では二つの突極３２ａ、３：ｌａが円
周方向にずれていたが、上記突極７２ａ、７３ａの位置
はずれてはいない。

ロータ７６は円周方向に沿って配列された１２個の永久
磁石７７を有し、前記外側鉄心７２と内側鉄心７３との
間にロータ７６が挿入されている。ロータ中心に対する
永久磁石７７の幅の角度は３０°である。そして、隣り
合う永久磁石の境界面７８が半径方向の線に対して傾斜
している。境界面が外周面および内周面にそれぞれ出会
う二つの点とロータ７６の中心とを結ぶ二つの直線がな
す角をもって磁極のずれ角εとすると、ずれ角εは５°
である。

第８図は上記実施例工の直流モータの出力トルクを示し
ている。互いに対向する内周側巻線　（突極）と外周側
巻線　（突極）とが円周方向に角度α（この実施例では
５°〉だけずれているので、出力トルクがＯになること
はなく、コギングが抑えられている。また、ずれ角αは
僅かであるために、対向する内周側巻線と外周側巻線と
によりそれぞれ発生するトルクのほぼ２倍となるように
重なり合っている。したがって、高いトルクを発生する
ことができる。実施例■〜■の直流モータも第８図と同
様にコギングは小さく、高いトルクを発生する。

第９図は、第１Ｏ図および第四図に示す従来の直流モー
タと同様に突極数が６の直流モータの出力トルクを示し
ている。この発明によれば突極数が６であっても１図面
から明らかなように第８図と同様にコギングは小さく、
高いトルクを発生することができる。

この発明は上記実施例に限られるものではない。たとえ
ば、実施例工のステータと実施例ｍまたは実施例■のロ
ータとを組合せてもよい。また、同様に実施例ＩＩのス
テータと実施例■のロータとを組合せてもよい。これら
の場合、突棒どうしあるいは異磁極どうじのずれ角を小
さくすることができる。

［発明の効果］ この発明の直流モータはコギングを抑え、高トルクを発
生することができる高性能の直流モータを廉価に提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図はそれぞれこの発明の実施例を示すもの
で、ステータおよびロータのｌ／４部分を示す縦断面図
、第６図は直流モータの一例を示す縦断面図、第７図は
第６図に示す直流モータの鉄心の縦断面図、第８図およ
び第９図はこの発明の直流モータにおける電機子巻線と
出力トルクとを示す線図、ならびに第１Ｏ図および第１
１図は従来の直流モータにおける電機子巻線と出力トル
クとを示す線図である。 １・・・ケーシング、４．３１，４１．５＋、６１．７
１−・・ステータ、５．３２，５２．７２−・・外側鉄
心、６　、９．３２ａ、３３ａ。 ４２ａ、４２ｂ、５２ａ、５：ｌａ、６２ａ、６２ｂ、
７２ａ、７３ａ−−−突極、８゜３３．５３．７：］−
・・内側鉄心、ｌＩ、１２−・・巻線、１７，３６，４
６゜５６．６６．７６−・・ロータ、１８，３７，４９
，５９，６９．７７−永久磁石、２０・・・センサ着磁
部、２６−・・ホール素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内径方向に突出する第１突極と外径方向に突出する
   第２突極とが円周方向に関して実質的に同じ位置にある
   磁極対の複数を有する電機子と、円周方向に沿って配列
   され、径方向に着磁された複数の永久磁石を有する界磁
   システムとを備えたモータにおいて、前記電機子の第１
   突極と第２突極とが円周方向に互いにずれていることを
   特徴とする直流モータ。 ２、内径方向に突出する第１突極と外径方向に突出する
   第２突極とが円周方向に関して実質的に同じ位置にある
   磁極対の複数を有する電機子と、円周方向に沿って配列
   され、径方向に着磁された複数の永久磁石からなり、前
   記電機子の第１突極および第２突極にそれぞれ対向する
   第１永久磁石群および第２永久磁石群を有する界磁シス
   テムとを備えたモータにおいて、前記第１永久磁石群の
   異磁極と第２永久磁石群の異磁極とが円周方向に互いに
   ずれていることを特徴とする直流モータ。 ３、電機子が外側鉄心とこれに同心の内側鉄心とを有し
   、外側鉄心の突極と内側鉄心の突極とが向かい合ってお
   り、界磁システムが円周方向に沿って配列され、径方向
   に着磁された複数の永久磁石を有し、前記外側鉄心と内
   側鉄心との間に前記界磁システムが挿入されたモータに
   おいて、隣り合う前記永久磁石の境界面が半径方向の線
   に対して傾斜していることを特徴とする直流モータ。