JPS5956835A

JPS5956835A - 電動機

Info

Publication number: JPS5956835A
Application number: JP16503682A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Kanagu; 鉄具　嘉夫
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-09-24
Filing date: 1982-09-24
Publication date: 1984-04-02

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−にの利用分野）本発明は、直流電源で駆動され、特に機器の小形化を必
要とする、例えばＶＴＲ、カセットチープレコーグ、磁
気ディスク等で使用するに好適な電動機に関するもので
ある。

（従来例の構成とその問題点）第１図は、従来の平面対向形電動機の一例を示し／こも
のであり、磁気回路を構成する電機子鉄板部１およびこ
の鉄板部１に密着した形で配置された電機子巻線２から
なる電機子ブロックと、電機子鉄板部１との間にエアギ
ャップ０３を有し、電機子巻線２に対向するように配置
された磁石４、この磁石４を保持するとともに磁気回路
を構成するヨーク５、回転軸６、ヨーク５と回転軸６と
を連結する連結部材７からなる界磁ブロックと、軸受部
８とによって構成されている。９は電動機取付孔である
。

電機子巻線２は、第２図（Ａ）に示したような集中巻コ
イル方式と、第２図（＋３）に示したような分布巻コイ
ル方式の二つの方式かある。これらの電機子巻線２は、
通常、磁石４の１磁極ピッチ間隔で巻回されているため
、コイルエンド部２ａ　、２ｂが存在する。このコイル
エンド部２ａ、ｚｂは）有効トルクを発生することなく
、銅損を生し、効率を下げる。また、このコイルエンド
部２ａ、２ｂが占める体積も電動機の体積の一部である
から体積効率を下げている。集中巻コイル方式の場合、
所定のアンイアターン数を得るためにはエアギャップ０
が大きくなる傾向にある。一方、分布巻コイル方式の場
合は、集中巻コイル方式よりは工゛アギヤツデを小さく
することができるが、通常、線と線が斜交するため占積
率が人きくなる。また、コイルエンド部の体積が大きく
なり、電動機の体積効率を下げる。

（発明の目的）本発明は、従来例に比べて電機子巻線のコイルエンド部
を大幅に減少して銅損を減らすとともにコイルの占積率
を下げ、また、エアギャップを小さくして空隙における
磁束密度を高めることにより、体積比出力の極めて大き
い、高効率直流電動機を提供するものである。

（発明の構成）上記目的を達成するために、本発明では、環状４１移気
回路手段にトロイダル状の巻線を施してこれを電機子ブ
ロックとし、この電機子ブロックの両（１１１１Ｋ　ｈ
いて電機子巻線に空隙を介してそれぞれ対向するように
磁石が配置される。磁石はそれぞれヨークによって保持
され、ヨークは回転軸に連結される。電機子ブロックを
介して互いに対向する磁石の極性は同極になるように磁
化される。以下、図面により実施例を詳細に説明する。

（実施例の説明）第３図は、本発明の一実施例を示したものである。第３
図において、１１は例えば磁性体等の環状磁気回路手段
、１２は環状磁気回路手段１１に巻回された電機子巻線
であり、導線が環状磁気回路手段１１の外周から内周へ
、さらに裏面を通って内周から外周へと、全周にわたっ
て均一に巻回され、相数によって必要々引出線が設けら
れている。このように、環状磁気回路手段１１に巻線１
２が施されたものを電機子ブロック七する。

１４・１４′は・電機子プロ、りの両面において、環状
磁気回路手段１１の面（図のＡ面およびＢ面〕にエアギ
ャップ１３　、１３’を介して、全周にわたって対向す
るようにそれぞれ配置された磁石、１５　、１５’は磁
石１４　、１４’にそれぞれ密着し磁気回路を形成する
ヨークである。１６，１６′はヨーク１５　、１５’と
回転軸１７とを結合する連結部材で、従って、磁石１４
　、　］　４’は回転軸１７七ともに回転できるように
なっている。即ち、磁石１４　、１．４’、ヨーク１５
　、１５’、連結部材１６゜］　６’および回軸軸１７
で界磁ブロックとしてのロータが構成されている。１８
は軸受ハウジングであり、電機子ブロックの内周部に固
着されている。

（９、１９’は軸受である。２０は電機子ブロックの外
周部に固着され、電動機を機器等に取付ける手段であり
、例えば機器のンヤーシに相当する。

つ１す・電ｌｌ１ｌＩ１機取付手段２０に電機子ブロッ
クが固定されてステータブロックが構成されている。

第４図は、ステータプロッタの構造を示したもので、第
４図（Ａ）　Ｋ示す１２ａ、１２ｂＶＬ、電機子巻線１
２のトルク発生有効部分であり、１２ｃ。

１、２　ｄは無効部分、即ち、コイルエンドに相当する
部分である。第４図（Ｂ）では、４極３相形ブランレス
モータの■、磯吊子巻線例を示している。コイルａＩＩ
ｌａＩ２１ａ１３１ａＩ４で第１相（Ｃ相）を形成し、
磁化方向が同一方向になるように巻回されており、電動
機取付手段２０に形成さＪｔたプリント回路により、外
部の駆動回路に接続される。同様に・コイルｂｌｌ・ｂ
ｌ２　＋　１）＋３　＋　１）＋４　　で第２相（ｂ租
）を、コイルｅｌｌ　ｐ　ｃｌ２　ｓ　ＣＩ３　ｒ　Ｃ
Ｉ４で第３相（Ｃ相）をそれぞれ形成し、Ｃ相と同様に
、プリント回路を介して駆動回路に接続される。

電動機取付手段２０ば、絹の」二つだ電動機を装置に固
定する手段であり、かつ、上記のように電機子巻線の結
線、駆動回路への接続などを行なうプリント回路も兼ね
ている。２１はプリント配線、２２は各相コイルの引出
し紳である。２３　、２４は巻線の巻枠であり、外巻枠
２３は、電機子巻線１２を巻回した環状磁気回路手段１
１を電動機取付手段２０に固着する手段または位置決め
手段として用いられる場合も′ある。また、内巻枠２４
ば、軸受ハウジングとの固定手段または位置決め手段と
しても用いられる。

コイルａ目に着目すると、線は扇形に巻か」しるため、
外周部と内周部とでは線の密度が異なる。

例えば、外径Ｄ１＝＝：５００ｍｍ５内径Ｄ２＝２０唄
の環状磁気回路手段に線径０．２　ｍｎの銅線を巻１司
する場合、外周部で１層巻いた場合のターン数は６５と
なる。このとき内周では２５層に重ね合オフされること
になる（実際は約半分の部分で３層になる）。従って、
この部分たけ盛り上がりが生しることになる。この盛り
」二かりは０４１皿程度のものである。

第３図において、環状磁気回路手段１１の厚さを外周部
でｔ′２、内周部でｔ〃２　としたとき、Ｉ２＞ｔ″２
になるようにする。即ち、エアギヤラフ’　１３　、１
３’が内周部から外周部に行くにしたがって小さくなる
ようＫする。このようにすると、電機子巻線１２の表面
と磁石］、　４　、１４’の表面とが略平行に々るよう
にすることができるから、ギヤツプ長を必要最小限に設
定することかでき、極めて有効である。また、同様の目
的で、マグネッ１−１４　、　］　４’の方の厚さを変
えて傾斜をつけてもよい。なお、この傾斜は連続的ある
いは階段状に設けることが考えられる。

以上のように構成された本実施例では、コイルエンド部
分（第４図（Ａ）の１２　ｃ　＋　１２　ｄ　）の長さ
が、従来のものに比べて渡り線がない部分だけ短かくな
り、従って、銅損が小さくなるとともに、コイルエンド
部分の占める体積が無視できる程度に小さくなり、従っ
て、トルク発生有効部分（第４図囚の１２ａ＋１２ｂ）
の長さが最大限長くなる。さらに、電機子と界磁との間
のエアギヤラフ０を必要最小限に設定するので、空隙部
の磁束密度を高めることができ、これらを総合して、体
積当りの出力を大幅に増加することができる。

次に、具体例により従来例との比較を詳細に述べる。

第１図の従来例を例にとる。この場合３相６コイル、８
極磁石とする。第５図にそのコイルの配置を示す。第５
図に於て１は第１図の１と同じく磁気回路を構成する電
機子鉄板部であす、１．０は巻線の引出し線を接続して
外部の駆動回路と接続するプリント基板ないしは同等の
効果をもつもので、巻線２と鉄板１の間の絶縁も兼ねて
いる。コイルはａｌとａ２が第１相、ｂｌとｂ２が第２
相。

ｃｌ　とＣ２が第３相をそれぞれ形成し、各相のコイル
は通電によって同一磁極が発生ずるように接続されてい
る。この電機子巻線２に対し対向する位買にある磁石は
第１図の４のようなもので８等分され、４極対に着磁さ
れている。

従来例（第５図）のＤｌは次式で表わさｉする。

但し、ｍは相数、Ｃはコイル数第５図の場合ｍ　＝　３　、　ｃ　＝　２である力）ら
θ１−３０゜であり、磁極の下でのトルり発生の１単位
とする。

同様に、本実施例（第４図）の場合の０２は、ｍ−３，
Ｃ−４で七）るからθ＝３０°である。

これらを第６図、第７図に示す。

ここで、両側の巻線のターン数を等しいと敵定して話を
進める。第６図の１つのコイルのターン数をｎとし、第
７図のそれをｎ′とするとｎ−２ｎ′ とすれば等測的に同数のトルり発生・’　−（ｉｎｄｕ
ｃｉｎｇＳｉｄｅ　）が得られる。エアギーｙツブ部に
おけるコイルの高さは、ｇｌ：従来例のコイルの高さ・・（第１図、第５図、第
６図参照）第６図にお（ρて、コイルの幅をＷ、線径をｄとすると
、層数≧リ　（整数）。

ｎ　−”　３００　ｐ　ｄ　＝　０．１４　ｍｍ　、　
ｗ　＝　４　ａｎの場合１１層となりｇ＋　＝１１　Ｘ
ｏ、１４＝１．５４胴となる。

一方、本実施例の場合は、外周部で層数≧メ一±　（整数）Ｄ１π ｎ′＝１５０２ｍ−３、Ｃ＝４　、ｄ＝０１４ｗ１Ｉ。

Ｄｌ　（外周部径）＝５０膿とすると層数は２．従ってｇ’＋　−０＝　２８　Ｃて〕同様内
周部で層数≧並記」　（整数）Ｄ２π Ｄ２　　（内周部径）＝２０咽の場合層数は４従ってｇ１″二０．５６咽エアギャップを内周部に合わせた場合でもｇ＋’　＝ｇ
ｌ’　＝０．５６ｍｍであり、従来例ノ場合ノｇ＋＝１
．５４証の３６係になる。

又外周に行くに従ってギャップが小さく々るようにすれ
ば￥に実効ギャップは小さくなる。仮にｇｔ’とｇｌ″
の平均値をとると０．４２　（ｍｍ）となり従来例に比
べて２７係と小さくなる。

次に巻線の長さを比べてみる。計算式は省略するが、第
６図の場合の１ターン当りの線の長さＬｌ　と第７図の
場合の長さＬ２の比はＬｌ／Ｌ２＝１６２となる。

但し、このように従来例に比べて巻線長さが６２係程度に短縮
出来る。

以」二のべたように、空隙部の長さが４０係以下になり
、又巻線の長さが６０幅程度になると空隙磁束の増大と
銅損の減少によって体積比トルクの大きいモータが得ら
れる。

直径５０關のモータで比較してみる。第１図に於て電機
子鉄板１の厚さをｔ２　、コイルの高さｇｌ　９磁石と
コイルの間隙ｇｚ　　＋磁石の厚さｔ、ヨークの厚さ１
．とすると、モータの高さＨばＨ＝　ｔ、　＋ｔ＋ｇ２
＋ｇ、　＋’ｔ２となる。

又、第３図に於て、同様に環状磁４工休１の厚さｔｌ”
　ｊ２’　ｔコイルの高さｇ１′、コイルと磁石の間隙
ｇ２′、磁石の厚さ７／、ヨークの厚さ１　、　／とす
るとモータの高さＨ′は、Ｈ’＝　２（ｔ、’＋ｚ’＋ｇ、’＋ｇ２’）＋ｔ２’
となる。ここでｔｌ′−よｔｌ、ｔ′＝Ｌｔ、ｔ２′−
２ｔ２　　と２することによって両者の高さはＨ＝＝　Ｈ’とほぼ等し
くなる。

表は、体積がほぼ同一で、電機子抵抗もほぼ同一とした
ときのトルクを比較したものである。トルク定数を比較
すると従来例に比べて１．７６倍のトルクが得られる。

第８図および第９図は、それぞれ本発明の他の実施例を
示したもので、電動機の装置への数句手段が異なるもの
である。第８図では、電機子ブロックの内周に固着した
軸受ハウソング１８ａに取付手段を持たせたものである
。ロータヨーク１．５　ａは上下のヨークが電機子の外
側を通って連結されている。第９図の場合は、電機子が
その外周部で取付手段２０に固定されているとともに、
軸受ハウノング１８ｂにも取付手段を持たせている。な
お、この場合、両数付手段が外部で連結されていても構
わない。

電機子巻線１２を形成する場合、第４図（Ｂ）に示した
ように、巻枠２３，２４を用いた方がよい場合がある。

一般にトロイダル巻線機によって線を巻くが、巻枠を用
いると各コイルセグメントの分布角度の精度を高めるこ
とができる。また、この巻枠を利用して取付けの際の位
置決めが容易に行なえる。トロイダル巻線機による巻線
では、導線を一旦巻線機に貯めて（貯線）から巻いてい
くので、巻線に要する時間が多くかかる欠点がある。

そこで、例えば環状磁気回路手段を２以上のブロックに
分割し、その各々に巻線を施し、しかる後、環状に組み
合せるようにしてもよい。このようにすれば、通常の巻
線機を使うこともでき、工程の短縮も可能である。

電動機の使用例として、例えばＶＴＲの場合を考えると
、回転磁気ヘッド駆動用、チー７０送りキャプスタン用
１テープアツプリール用、サプライリール用の４種が使
用される。これら全てに本発明になる電動機を使用する
場合、それらの電動機の各環状磁気回路手段を１枚のン
ヤーンの各一部分として形成し、あるいは樹脂により軸
受部等と一体成形して、同一平面上に（ヘリカルスキャ
ニング磁気ヘッドの場合は必要な傾斜角度をもたせて）
構成することも可能である。

なお、実施例では、平面タイプの電動機について説明し
たが、本発明は円筒タイプの電動機にも適用することが
できる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、電機子巻線にお
けるトルク発生有効部分を実質的に長くし、しかつ使用
導線の長さが短縮されるので銅損が減少する。さらに、
エアギャップを小さくすることにより空隙磁束が増大す
る。このことから、同一体積の従来例と比較してトルク
定数の大きい電動機を構成することができる。つまり、
一定の雷、流を供給した場合、起動トルクを大きく得る
ことができる。このことは、特にＶＴＲ、磁気ディスク
等、直流電源で、駆動される機器の小形化に極めて有効
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来例の断面図、第２図は、従来の電機子巻
線方式を示す図、第３図は、本発明の一実施例の断面図
、第４図は、同ステータブロックの構造を示す図、第５
図は、従来例の電機子巻線の配置を示す図、第６図は、
従来例の巻線寸法を説明する図、第７図は、本発明の実
施例の巻線寸法を説明する図、第８図および第９図は、
そノｔぞれ本発明の他の実施例の断面図である。 ■１・・環状磁気回路手段、１２・・電機子巻線、１４
　、１４’＝−磁石、１５　、　ｌ　５’、　１５ａ　
、　１５ｂ　”’ヨー　り、１６　、１６’・・・連結
部利、１７・・・回転軸、１８　＊　１８ａ　、ｉｓｂ
　・Ｈ軸受ハウノング、１９゜１９′・・・軸受、２０
・・・電動機取付手段、２３，２４・・・巻枠。第５図１１８５− 第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　環状磁気回路手段およびこれに巻線を施した
電機子巻線からなる電機子ブロックと、前記環状磁気回
路手段の二つの主面に空隙を介してそれぞれ対向配置さ
れた磁石、該磁石を保持し磁気回路を形成するヨーク部
、回転軸、および該回転軸と前記ヨーク部とを連結する
手段からなるロータ部と、前記回転軸の軸受とから構成
さ」ｔたことを特徴とする電動機。
（２）　　前記磁石は、前記環状磁気回路手段を介して
互いに対向する磁極が同極になるように配置されたこと
を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の電動機。
（３）前記電機子ブロックは、その外周部が電動機数＋
ｊ手段を兼ね、かつ内周部に前記軸受部を固定してなる
ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の電動
機。
（４）　　前記電機子ブロックは、その内周部が電動機
取付手段を兼ねるとともに前記軸受部を固定してなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の電動機
。
（５）　　前記電機子ブロックの外周部と軸受部は、互
いに連結されまたは別個に、電動機取付手段を兼ねるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の電動機
。
（６）　　前記環状磁気回路手段は、その厚さが外周部
から内周部に向って連続的に、または階段状に小さくな
っていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
載の電動機。
（７）　　前記磁石は、その厚さが外周部から内周部に
向って連続的に、または階段状に小さくなっていること
を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の電動機。
（８）　　前記環状磁気回路手段は、その外周部と内周
部にそれぞれ巻線ガイドとなる巻枠を有することを特徴
とする特許請求の範囲第（１）項記載の電動機。
（９）　　前記巻枠は、電動機の位置決め、取付手段お
よび軸受部の位置決め、取付手段を兼ねることを特徴と
する特許請求の範囲第（８）項記載の電動機。（１０前記環状磁気回路手段は、複数のブロックの組合
せからなることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
記載の電動機。（１０前記環状磁気回路手段は、前記軸受部と一体成形
され、装置のンヤーンの一部を構成していることを特徴
とする特許請求の範囲第（１）項記載の・山〕し山　（
幾　。