JPS5849075A - 小形電動機の固定子 - 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 本発明は複数のスロットを有する環状固定子鉄心の一部
又は全部のスロット毎の継鉄部に、２相以上複数相のト
ロイダル状固定子巻線を施してなる小形電動機の固定子
に関するものである。

従来例の構成とその問題点 小形電動機固定子の巻線は、固定子鉄心の回転子との対
向面側に形成されたスロットに収納される。そして、こ
の固定子巻線は一般に環状の固定子鉄心の内側又は外側
に設けたスロットからスロットへ亘って挿入され、特に
スロットが固定子鉄心の内ｇｌＩＩに設けられたもの、
従って内転型回転電機の場合は、予め型巻きした巻線を
その両端部を鉄心端面から軸線方向外側へ突出させて挿
入されている。

この方法は現在段も広く採用きれ一般的であるが、固定
子鉄心の積層長さに比して大きなコイルエンド部が生じ
、電動機出力の割に軸方向に長いものとなる欠点があっ
た。

この点を改善する為には、固定子鉄心のスロット毎の継
鉄部に直接、巻線を巻装するいわゆるトロイダル状巻線
を施すことか極めて有効である。

トロイダル状巻線を施した固定子によれば前述の一般的
方法に比しコイルエンド高さは、大巾に短縮され、はゾ
全巻線断面積の高さ分だけとなる。

従って、その分、軸方向寸法が短縮された電動機を得る
ことができる。

また、極数が２或は４極と少なく、固定子鉄心内径の大
きいものの場合は、スロットからスロットヘ亘るコイル
エンド部の長さが長くならざるを４なＩＪ（、トロイダ
ル状巻線を採用すればこのロス部分の長さを最少にする
ことが出来、使用導装置を減少させる効果も生じる。

ところで、通常、環状の被巻線体にトロイダル巻線を施
すには、その為に作られたトロイダル巻線機が必要であ
る。

この巻線機は、その貯線環を環状の被巻線体と交差する
ようにセットした後、所要の電線を貯線環に一坦巻きと
り、次いで貯線環を逆転させ、貯線した電線を吐き出し
つつ被巻線体に巻線してゆく構造をもつものである。

従って、貯線環の容量が一回の巻線容量となり、貯線環
が空になると再度貯線が必要なため巻線作業が中断され
、作業能率が極めて悪い。又、貯線環の容量を基に貯線
時に予めいくつのスロットに巻線できるか貯線量を計算
等によって求めておき、必要針よりやや多−程度の貯線
をしておかないと、あるスロットの巻線中に貯線量がな
くなると、途中で接続が必要になったり、そのスロット
、に途中まで巻いた電線をムダにしたりしなければなら
ないし、逆に貯線量が多すぎると、多い分だけはやはり
ムダにしなければならないなど、電線の使用量に神経を
使わねばならない。

史に、ｔ４械の回転速度が他の巻線機より比較的遅いた
め、１スロツト当りに数百回の巻回を必要とする小形電
動機の巻線には、この機械による巻線方式では長時間を
要し、大量生産、或は自岬生産などには適さないもので
あった。

現在、トロイダル巻線を施した小形電動機などの回転電
機が、その特徴を理解されながらも実用化されていない
のは、上記の理由によるものである。

発明の目的 本発明は以上の問題点に鑑みてなされたもので、分割鉄
心のスロット毎にフライヤー巻線機にて巻線を可能とし
たものである。

発明の構成 本発明は、被巻線体である環状固定子鉄心を径方向に２
分割し、この分割鉄心のスロット毎の継鉄部と略直交す
るようにトロイダル状の巻線を施し、巻線作業性の同上
とともに電動機の薄型化、効率化を図ったものである。

実施例の説明 以下、本発明を２相式無整流子電動機に応用した実施例
を図面に基づき説明する。

第１図（ａ）　、　（ｂ）は２相式無整流子電動機の構
造を原理的に示すものである。第１図（ａ）　、　（ｂ
）において、１は磁束を通しやすい鉄板からなる回転子
ヨ〜り、２は回転子磁石であり、この回転子磁石２は図
示するごとくＮ極とＳ極の着磁幅が異なる。３は環状の
固定子鉄心、４は第１相固定子巻線、６は第２相の固定
子巻線である。固定子巻線４，５はいずれも環状の固定
子鉄心３にトロイダル状に巻付けられている。第１図の
電動機は外側にある回転子磁石２が回る外転形であるが
理解の便のため外側の回転子磁石２を固定し内側の固定
子鉄心３を反時計回りに回転させて考える′。このよう
に考えても、固定子鉄心３と回転子磁石２の関係は相対
的なものであるから、回転子磁石２が時計回りに回転す
るのと原理的には全く同じである。当初１＝０で固定子
は図示の位置にあり、この位置をθ＝０とする。第１相
固定子巻線４について考えるとこの時鎖交磁束は零であ
る。第２図（、）は固定子鉄心が１回転する間、第１相
固定子巻線４の鎖交磁束φと回転角度θの関係を図示し
たものである。固定子鉄心３が少し回りθ−θ１で第１
相固定子巻線４が第３図に示す破線の位置に来た時、鎖
交磁束はその時の方向を負と定めると、負の方向に最大
になる。固定子鉄心３をさらに回すと負の鎖交磁束の数
は減少し、θ＝πでφ＝０となる。

θがπをこえると正の方向の鎖交磁束が増加しθ−２π
−θ１で正の方向に最大に鎖交する。

θ−２πで再び当初の鎖交磁束零の状態に戻る。

いま第１相固定子巻線４に一定直流電流Ｉを通電すると
周知の通ち巻線の発生するトルクＴは巻数をｎとすると Ｔ　＝　ｎＩヤ４θ で与えられる。第２図（ｂ）は第１相同定子巻線４のト
ルクＴと回転角度θの関係を表す。第２相固定子巻線５
についても上記と全く同じことがいえ第１相同定子巻線
４より位相がπ進んでいるので発生トルクは第２図（Ｃ
）のごとくなる。したがって両巻線への通電を第２図（
ｄ）のように８１　〜８２間は第１相通電、第２相非通
電、８２〜８３間は第２相通電、第１相非通電・・・・
・・・・・とπの期間ずつ両巻線を交互に通電すると常
に一定方向のトルクが得られ、トルクが零となる点もな
い。これは第２図１ｂ）ｌ　（（１＋）に示す通り正の
トルク期間がπより長いからである。また第１相同定子
巻線４と第２相固定子巻線５０通電は交互に相補的に行
われるので位置検出素子は１個でよい。すなわち位置検
出素子出力がＯＮの時のみ第１相ＯＮ　、ＯＦＦ　　の
時のみ第２相ＯＮになるようにするとよい。

以上の通りこの電動機は独特の構造によって１相の巻線
が発生する正のトルク期間をπより長くすることによっ
て２相でありながらトルク零の期間をなくすことができ
るのである。

しかし、この原理による電動機は、固定子鉄心にトロイ
ダル巻線を施す必要がある点が、唯−最大の問題であっ
た。

第３図（ａ）　、　（ｂ）は本発明の固定子を用いた４
極２相外転型無整流子電動機の実施例を示すものである
。図において、１は回転子ヨークで、磁束を通し易い鉄
板で作られシャフト７に固着されている。

２は弓形の回転子磁石で同極性に一様に着磁され、突極
回転子形に打ち抜かれ積層された回転子鉄心１ｏの凹極
部にはめこまれている。この様にすると回転子鉄心１０
の突極部１０１にはイメージポール（破線で示すＮ）が
あられれ、第１図の如くリング磁石に巾の狭いＮ極を着
磁しなくてもＳとＮの着磁中を違えたと同様の効果が得
られる。２Ａはホール素子を駆動するための磁石で、Ｎ
極Ｓ極共に等Ｌ＜ｅｏｏ　づつに着磁されている。３は
固定子鉄心で、巻線を収容するスロット１１を有し、ス
ロット間のティース部１２で径方向に２分割された分割
子鉄心３Ａ、３Ｂにより構成されている。

４．６は２相の固定子巻線で、スロット１１の継鉄部１
３にトロイダル状に巻きつけられている。

６は支持台で、分割鉄心３Ａ、３Ｂ及び軸受９を支持す
る。７はシャフト、８はホール素子、９は軸受である。

第４図は電動機を駆動する回路で、同図において第３図
と同部材には同番号を符している。

ここで、固定子鉄心３は、そのティース部１２で径方向
に２分割され、それぞれ分割鉄心ｓＡ。

３Ｂとして形成される。

通常、磁路としての鉄心を分割することは、分割面で空
隙を生じ、磁気抵抗の増加を招き、特性的にも好ましい
事ではないが、分割面を適切な方法で充分に密接して、
空隙を極小の状態で再結合するならば、この悪影響は無
視し得るほどに小さくなり、実用上の問題はなくなる。

第６図の実施例では、分割面には分割面を密接して接合
するためのダブテールか設けられている。

この様に鉄心を分割し、巻線を施し、然る後鉄心を密接
するようにすると、分割鉄心３Ａ、３Ｂのそれぞれに、
両者の接合される前にそのスロット１１の継鉄部１３に
対して、トロイダル巻線機によらずに、高速の７ライヤ
一巻線機を用いて巻線することが可能となる。

すなわち、分割鉄心３Ａ又は３Ｂを巻線機のチャックに
セットした後、巻線機のフライヤーを分割鉄心のスロッ
ト１１の継鉄部１３の内外周に回転させ、フライヤーを
通して吐きだされる電線を当該の継鉄部１３に巻装する
のである。

フライヤーの回転速度は巻装する電線太さにより異なる
が、線径０．３咽位の場合は、毎分３０００回程度０高
速化が可能で、トロイダル巻線機の場Ａ３０ｏ〜６００
回転程度に比べ、５〜１０倍のスピードアップとなり、
それだけ処理能力も向上する。

フライヤー巻線機によって巻線済みの分割鉄心をダブテ
ールで接合し分割面に密接して環状を復元すると、所期
のトロイダル巻線を施した固定子が簡単に得られる。

発明の効果 以上の説明から明らかな如く本発明によれば、従来困難
とされていたトロイダル状巻線を有する電動機を容易に
提供することが可能となるり、その結果法の様な大きな
利点を生じる。

（１）巻線作業全体の速度が、従来の型巻きしたコイル
を挿入する方式と同等になり、トロイダル巻線化による
工数アップがなくなる。

（２）貯線したり、所要電線量を計算したりするトロイ
ダル巻線特有の問題がなくなる。

（３）多数のスロットへの巻線を連続して行なう事がで
きる。

（４）　　コイルエンド高さが従来品に比べ大巾に短縮
され、薄形のモータを提供できる。

（６）　　コイルエンドの電気的不要部分が短縮される
事で、材料使用量が軽減できる。

（６）　　コイルエンドの電気的不要部分が短縮できる
ので、モータとしての入力低減を図れ、高効率モータが
得られる。

（７）　　スロットからスロットへコイルを亘す場合に
比べて、異相コイル間の接触が大巾に少なくなるので、
相間短絡など品質面で大巾な改善ができる。

・尚、本発明ば説明に用いた２相式外転型無整流子電動
機のほか、内転型のものでも、或は無整流子電動機以外
の誘導電動機等に実施しても２相以上の巻線を有するも
のであれば同様の作用効果を得られることは当然である
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）は２相無整流子電動機の構成
の原理を示す平面図及び側断面図、第２図（ａ）　、　
（ｂ）　、　（０）、（ｄ）は第１図（ａ）　、　（ｂ
）に示す無整流子電動機が動作することを説明するため
の回転角θに対する磁束φとトルクＴの特性図、第３図
（ａ）　、　（ｂ）は本発明の実施例にかかる２相式無
整流子電動機の回転子と固定子の平面図及び電動機の半
裁断面図、第４図は第３図に示す無整流子電動機の電気
回路図である。 ３・・・・・・固定子鉄心、３Ａ、３Ｂ・・・・・・分
割鉄心、４．５・・・・・・固定子巻線、１１・・・・
・・スロット、１２・・・・・・ティース、１３・・・
・・・スロットの継鉄部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 （ａン 第２図 す

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数のスロットを有する環状の固定子鉄心を径方向に２
   分割し、２相以上の複数相の固定子巻線を前記分割鉄心
   のスロット毎の継鉄部と略直交するようにトロイダル状
   に施し、分割面を密接させた状態で前記分割鉄心を接合
   してなる小形電動機の固定子。