JPH0951641A - 電動機の電機子構造 - Google Patents

電動機の電機子構造

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JPH0951641A
JPH0951641A JP20304495A JP20304495A JPH0951641A JP H0951641 A JPH0951641 A JP H0951641A JP 20304495 A JP20304495 A JP 20304495A JP 20304495 A JP20304495 A JP 20304495A JP H0951641 A JPH0951641 A JP H0951641A
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JP
Japan
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armature
tooth
magnetic flux
teeth
flux density
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Application number
JP20304495A
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English (en)
Inventor
Toshiaki Nakamura
俊晃 中村
Masahiro Kino
政博 城野
Shinichi Isobe
晋一 磯部
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Hitachi Unisia Automotive Ltd
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Unisia Jecs Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 起磁力に応じた大きな発生トルクを得る。 【解決手段】 界磁極2a,2b間に電機子3を配設す
る。電機子3の外周に複数の歯9を設け、隣接する歯
9,9の間のスロット10に電機子巻線4を巻回する。
各歯9の径方向外側の端面を回転方向前方側に拡がるよ
うに傾斜させる。この傾斜角度を、空隙5の磁束密度が
0.4T以下のときに4°〜6°の範囲に、磁束密度が
0.4〜0.7Tのときに6°〜8°の範囲に、磁束密
度が0.7T以上のときに8°〜10°の範囲に設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電動機に関にするも
ので、とりわけ、起磁力に応じて効率良くトルクを得ら
れるようにした電動機の電機子構造に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】直流電動機の多くは、固定設置した界磁
極の間に回転可能な電機子を配設し、この電機子に巻回
した電機子巻線にブラシと整流子を介して通電すること
により、電機子を回転させるようになっている。
【0003】また、ブラシレスモータとして、電機子を
固定設置する一方で、その外周に回転可能に界磁極リン
グを配設し、電機子に巻回した電機子巻線に転流回路を
介して通電することにより、界磁極リングを回転させる
ようにしたものがある。
【0004】そして、これらのような電動機、つまり、
界磁極間に電機子が配設されるタイプの電動機において
は、断面略円形状の電機子の外周に複数個の歯が形成さ
れると共に、その隣接する歯間のスロットに電機子巻線
が巻回された構造のものがある。この電動機の電機子
は、通常、各歯の径方向外側の端面が円弧状に形成さ
れ、前記各歯の端面と界磁極との空隙が回転方向に亙っ
てほぼ均一になっている。
【0005】ところで、この種の電動機においては、界
磁極から出た磁束は空隙を介して電機子の歯の端面に入
り、さらに電機子の内部を通って別の歯の端面から再び
空隙を介して他の界磁極へと流れ込むが、このとき、各
歯の端面の形状が回転方向に関して前後対称であると、
各歯の端面に作用する磁束の回転方向成分と、反回転方
向成分との差が小さくなり、結果として充分に大きなト
ルクを得られなくなる。
【0006】そこで、これに対処するものとして、従
来、例えば、特開平3−164055号公報に示される
ような電動機が案出されている。
【0007】この電動機は、電機子の歯の径方向外側の
端面を、界磁極との空隙が回転方向前方側に拡がるよう
に傾斜させ、それによって各歯の端面に作用する磁束の
回転方向成分を増大させるようになっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の電
動機の電機子構造の場合、電機子の歯の径方向外側の端
面を、界磁極との空隙が回転方向前方側に拡がるように
傾斜させてあるために、各歯に作用する磁束の回転方向
成分は増大するようになるものの、起磁力(負荷)と空
隙との関係については何等考慮していないため、電機子
の歯の端面を同じ角度に傾斜させた場合であっても、あ
る起磁力の電動機においては、等価ギャップの増大に伴
う磁路抵抗が増加により、かえって発生トルクの低下を
招くことがある。
【0009】そこで本発明は、起磁力に応じた最も大き
な発生トルクを得ることのできる電動機の電機子構造を
提供しようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ための手段として、請求項1の発明は、電機子の外周に
形成する歯の径方向外側の端面を、電機子と界磁極の間
の空隙がこの空隙の磁束密度に応じた角度で回動方向前
方側に拡がるように傾斜させるようにした。
【0011】また、請求項2の発明は、電機子の歯の径
方向外側の端面を周方向に沿って複数に分割し、この各
分割部分に前記の傾斜を設け、電機子の歯と界磁極の最
大空隙を小さくするようにした。
【0012】請求項3の発明は、電機子の歯の径方向外
側の端面の傾斜角度を、空隙の磁束密度が0.4T以下
のときに4°から6°の範囲、前記磁束密度が0.4T
以上0.7T以下のときに6°から8°の範囲、前記磁
束密度が0.7T以上のときに8°から10°の範囲に
設定した。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を説明
する。
【0014】まず、第1の実施の形態を図1〜図3に基
づいて説明する。
【0015】図1,図2は本発明にかかる電動機を示す
ものであり、この電動機は、円筒状の継鉄1と、この継
鉄1の内周に互いに対向するように固設された一対の界
磁極2a,2bと、この界磁極2a,2b間に回転可能
に配設された断面略円形状の電機子3と、この電機子3
に巻回された電機子巻線4とを備え、界磁極2a,2b
と電機子3との間に空隙5を含む磁路が構成されてい
る。そして、電機子3には、電機子巻線4の端部が接続
された図示しない整流子が取り付けられ、この整流子に
図示しないブラシを介して通電が為されるようになって
いる。
【0016】前記各界磁極2a,2bは、界磁極巻線6
の巻回された鉄芯部7と、この鉄芯部7の先端に略円弧
状に延設され、その内周面が前記電機子3の外周面に空
隙5を介して対峙する磁極片部8とから成り、界磁極巻
線6の励磁によって鉄芯部7で発生した磁束が、磁極片
部8から空隙5を介して電機子3に流れ、さらに電機子
3から空隙5を介して他方の界磁極の鉄芯部7へと流れ
るようになっている。尚、各界磁極2a,2bは、継鉄
1に溶接やビス止め等によって固定され、または、継鉄
1と一体に形成されている。
【0017】一方、電機子3は、その外周に複数個の歯
9が設けられており、その隣接する歯9,9間に形成さ
れるスロット10に前記の電機子巻線4が巻回されてい
る。この各歯9は、その径方向外側の端部に回転方向前
後に延出する一対のフランジ11a,11bが延設され
ており、このフランジ11a,11bを含む径方向外側
の端面が、図2に示すように空隙5が回転方向前方側に
次第に拡がるように直線状に傾斜して形成されている。
尚、この傾斜は、フランジ部11a,11bを含む歯9
の回転方向の幅の中点と電機子中心とを通る直線が交差
する磁極片部8の接線に対する傾斜である。そして、こ
の各歯9の径方向外側の端面の傾斜角度θは、使用する
電動機の起磁力(負荷)、具体的には、電機子3と界磁
極2a,2bの間の空隙5の磁束密度に応じて以下のよ
うに設定されている。
【0018】 (a)低磁束密度(0.4T以下)の場合、 4°≦θ≦6° (b)中磁束密度(0.4T以上0.7T以下)の場合、6°≦θ≦8° (c)高磁束密度(0.7T以上)の場合、 8°≦θ≦10° この電動機は以上のような構成であるため、電機子巻線
4にブラシと整流子(図示せず。)を介して通電が為さ
れると共に、界磁極巻線6に通電が為されると、界磁極
2a,2bと電機子3の間に界磁極巻線6の巻き数に応
じた磁束の流れが生じ、それによって電機子3が図中矢
印D方向に回転するようになる。
【0019】このとき、磁束は電機子3の外周の歯9に
おいて入出が為されるが、この歯9は径方向外側の端面
が、空隙5が回転方向前方側に次第に拡がるように傾斜
して形成されているため、各歯9の端面に作用する磁束
の回転方向成分が増大する。このため、各歯9の端面に
作用する磁束の回転方向成分と反回転方向成分との差に
よって決定される発生トルクは充分に大きなものとな
る。また、この電動機の場合、各歯9の端面の傾斜角度
θは、空隙5と磁束密度との関係が考慮され、この磁束
密度に応じた最適な値に設定されているため、電動機の
起磁力に応じた最大の発生トルクを得ることができる。
【0020】即ち、各歯9の端面の傾斜角度θを次第に
大きくしていった場合には、空隙5の等価ギャップ長の
増大と共に磁路抵抗が増大して、空隙5を通って各歯9
の端面に入出する磁束が減少することとなり、その結
果、磁束の反回転方向成分に対する回転方向成分の比は
大きくなるものの磁束自体は減少し、傾斜角度θがある
値を越えると次第に発生トルクが減少することとなる。
そして、発生トルクが減少し始める傾斜角度は、図3に
示すように磁束密度によって異なるが、この電動機は、
空隙5の磁束密度に対する各歯9の端面の傾斜角度θを
上記(a),(b),(c)のように設定したため、同
図の各磁束密度毎の線図の夫々の最大のトルク値を得る
ことができる。
【0021】また、この電動機の場合、各歯9の径方向
外側の端面を回転方向に傾斜させてあるため、この端面
を傾斜させない場合に比較して等価ギャップが大きくな
っており、そのため、各歯9の端面に対する磁束の入出
が歯9の端末部に集中しにくくなって所謂コギングトル
ク、トルクリプル等のトルク変動が生じにくくなり、さ
らに、無負荷時の回転数をも大きくすることができる。
【0022】つづいて、本発明の第2の実施の形態を図
4に基づいて説明する。尚、以下の実施の形態の説明に
おいて、図1,図2に示したものと同一部分には同一符
号を付し、重複する部分の説明は一部省略するものとす
る。
【0023】この電動機は、電機子3の外周の各歯19
の形状のみが図1,図2に示したものと異なり、他の部
分の構成は同様となっている。即ち、各歯19は、その
径方向外側の端部に回転方向前後に延出するフランジ1
1a,11bが延設されると共に、このフランジ11
a,11bを含む径方向外側の端面が回転方向に沿って
前後に2分割され、この各分割部分17a,17bに夫
々傾斜18が設けられている。尚、この実施の形態を含
む以下の実施の形態の説明において、傾斜18は、各歯
の回転方向の幅の中点と電機子回転中心とを通る直線が
交差する磁極片部の接線に対しての傾斜を指すものとす
る。この各分割部分17a,17bの傾斜18は回転方
向前方側が次第に拡がるように形成され、その角度θ
は、図1,図2に示したものと同様に、空隙5の磁束密
度に応じて前記(a),(b),(c)のように設定さ
れている。
【0024】この電動機は、基本的な作用効果は図1,
図2に示したものと同様であるが、各歯19に設ける傾
斜18が一連ではなく回転方向前後に2分割されている
ため、各歯19と界磁極2a,2bの間の最大離間距離
が短くなり、その分等価ギャップが小さくなる。このた
め、より大きな発生トルクを得られるようになると共
に、回転方向での磁路抵抗の変化幅が小さくなることか
ら、トルクの変動をもより小さく抑えることができる。
尚、各歯19の分割数は2つに限らずそれ以上であって
も良い。
【0025】また、図5は、本発明の第3の実施の形態
を示すもので、同図に示す電動機は、図1,図2に示し
た電動機と同様に、電機子3の各歯29の径方向外側の
端面に前記(a),(b)(c)の条件で傾斜18が設
けられているが、各歯29の径方向外側の端部のうちの
回転方向前方側のみにフランジ11aが形成されてい
る。つまり、この電動機においては、このように回転方
向前方側のみにフランジ11aが形成されているため、
そのフランジ11aの先端側から磁束の回転方向成分が
より入出し易くなり、より一層大きな発生トルクを得ら
れるようになる。
【0026】さらに、図6は、本発明の第4の実施の形
態を示すもので、同図に示す電動機は、図5に示したも
のと同様に、各歯39の径方向外側の端部のうちの回転
方向前方側のみにフランジ11aが形成されると共に、
このフランジ11aを含む各歯39の径方向外側の端面
が回転方向に2分割され、その各分割部分17a,17
bに夫々傾斜18が設けられている。この電動機によれ
ば、より一層大きな発生トルクが得られるようになると
共に、トルクの変動をより抑えられるようになる。
【0027】尚、本発明の実施の形態は以上に述べたも
のに限るものではなく、例えば、図7に示すように各歯
49の径方向外側の端面を円弧状に形成し、その円弧状
に形成した端面を所定角度θだけ傾斜させるようにして
も良い。この場合には、各歯の端面を円弧状に形成した
分だけ界磁極2a,2bと各歯49の間の等価ギャップ
が小さくなるため、磁束の減少をより小さくすることが
できる。また、図8に示すように、界磁極52a,52
bを永久磁石で形成したり、上記のような電機子の構造
を、電機子の外周で界磁極リングを回転させるタイプの
ブラシレスモータに適用することも可能である。
【0028】
【発明の効果】以上のように本願の請求項1の発明は、
電機子の外周に形成する歯の径方向外側の端面を、電機
子と界磁極の間の空隙がこの空隙の磁束密度に応じた角
度で回動方向前方側に拡がるように傾斜させたため、電
動機の起磁力に応じた最も大きな発生トルクを得ること
ができる。
【0029】また、請求項2の発明は、電機子の歯の径
方向外側の端面を周方向に沿って複数に分割し、この各
分割部分に、空隙の磁束密度に応じた角度の傾斜を設
け、電機子の歯と界磁極の最大空隙を小さくするように
したため、さらにより大きな発生トルクを得ることがで
きると共に、トルクの変動をより少なくすることができ
る。
【0030】請求項3の発明は、電機子の歯の径方向外
側の端面の傾斜角度を、空隙の磁束密度が0.4T以下
のときに4°から6°の範囲、前記磁束密度が0.4T
以上0.7T以下のときに6°から8°の範囲、前記磁
束密度が0.7T以上のときに8°から10°の範囲に
設定したため、電動機の起磁力に対応する最も大きな発
生トルクを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す断面図。
【図2】同形態を示す要部の拡大断面図。
【図3】電機子の径方向外側の端部の傾斜角と発生トル
クの関係を示すグラフ。
【図4】本発明の第2の実施の形態を示す断面図。
【図5】本発明の第3の実施の形態を示す断面図。
【図6】本発明の第4の実施の形態を示す断面図。
【図7】本発明の他の実施の形態を示す要部の拡大断面
図。
【図8】本発明のさらに他の実施の形態を示す断面図。
【符号の説明】
2a,2b,52a,52b…界磁極、 3…電機子、 4…電機子着巻線、 5…空隙、 9,19,29,39,49…歯、 10…スロット。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 界磁極間に配設される電動機の断面略円
    形状の電機子であって、外周に複数の歯が設けられ、そ
    の隣接する各歯間に設けられるスロットに電機子巻線が
    巻回されている電機子において、前記歯の径方向外側の
    端面を、界磁極との空隙がこの空隙の磁束密度に応じた
    角度で回転方向前方側に拡がるように傾斜させたことを
    特徴とする電動機の電機子構造。
  2. 【請求項2】 前記歯の径方向外側の端面を周方向に沿
    って複数に分割し、この各分割部分に前記の傾斜を設け
    たことを特徴とする請求項1に記載の電動機の電機子構
    造。
  3. 【請求項3】 前記歯の径方向外側の端面の傾斜角度
    を、空隙の磁束密度が0.4T以下のときに4°から6
    °の範囲、前記磁束密度が0.4T以上0.7T以下の
    ときに6°から8°の範囲、前記磁束密度が0.7T以
    上のときに8°から10°の範囲に設定したことを特徴
    とする請求項1または2に記載の電動機の電機子構造。
JP20304495A 1995-08-09 1995-08-09 電動機の電機子構造 Pending JPH0951641A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1118327A (ja) * 1997-06-25 1999-01-22 Iwaki:Kk 同期モータ
WO1999027634A1 (en) * 1997-11-25 1999-06-03 Carlos Alberto Chichoni Magnetic compression turbine
JP2008048517A (ja) * 2006-08-14 2008-02-28 Mitsuba Corp 回転電機のアーマチュア
JP2010233399A (ja) * 2009-03-27 2010-10-14 Mitsubishi Electric Corp 整流子電動機及び送風機及び電気掃除機

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Legal Events

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A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20031216