JPS61147757A - 直流モ−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、コギングが少なく、かつトルクが太き（効
率の高いモータに係り、特に速度制御。

位置制御などに適する直流モータに関するものである。

〔従来の技術〕

突極を有するモータは、エアギャップを狭くすることか
できるため、効率の高いモータが作り易い。しかしなが
ら、突極と永久磁石の磁極の吸引力のためコギングと呼
ばれる有害なトルクムラχ覚生する。このコギング乞低
減するため、永久磁石の着磁７正弦波状とすることや、
突極または磁極７回転方向に傾斜をもたせること（スキ
ュー）などが一般に行われているが、これらはいずれも
七−タトルクの低下と、モータ効率の低下を招く。

これらを、さらに図面により説明する。

第４図は従来の３相モータの理想的な構成を示したもの
である。この図で、１はヨーク、２は永久磁石であり、
これらでステータ１が構成さ〒。

３はエアギャップ、４−１．　４−２．４−３は電機子
鉄心の突極（以下総称するときは単に４という。他の符
号についても同様とする。）、５−１゜５−２．５−３
はコイルで、各突極４−１〜４−３にそれぞれ巻回され
ている。６は前記各突＆４−１〜４−３間のスロットを
示す。これら４〜６で電機子ｌＩが構成されている。

第４図において、モータトルクは電機子■の移動に伴う
電流の流れるコイル５中を通過する磁束の変化によって
生じる。

すなわち、第４図において、′ＩＩＬ機子息が左方向に
移動すると、突極４−１に対向する磁極の面積はＮ他部
分が減少し％Ｓ極部分が増加し、突極４−ＩＹ通過する
磁束は上向きに変化する。このとき、突極４−２を流れ
る磁束は逆に下向きに変化し、突極４−３′％：流れる
磁束は変化しない。

同様なことは永久磁石２とｔ機子１のいかなる位置関係
についてもあてはまり、常に２つの突極４を流れる磁束
が反対方向に変化し、他の１つの突極４を流れる磁極は
変化しない。したがって。

磁束の変化する２つの突極４に巻かれたコイル５のみ通
電を行５ことによって効率的にトルクを発生することが
できる。３つのコイル５−１〜５−３の内、２つのみに
通電を行う方法は１２０°通電と呼ばれ、３相Ｙ結線を
行５ことにより実現することができる。

ところで、第４図に示すモータは現実的ではない。なぜ
なら、精度上の塩山により突極４は通常１枚板で製造さ
れるため、第４図のようにスロット６が閉じた構造では
コイル５の巻線が事実上不可能であるからである。また
、エアギャップ３より突極４に流入した磁力線の一部が
コイル５を貫通することな（スロット６を経てバイパス
し、そのため十分なトルクを分生させることができない
。

そこで、通常の七−夕は第５図に示す如（スーツトロａ
のように大きクシ、巻ＭＹ施すことがでさるようにする
とともに、磁束のバイパスｔＢ断じている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、第５図に示す七−夕は効率が悪（、また、好
ましくないコギングが生じる。すなわち、第５図の位置
関係では電機子匡が永久磁石２に対し、右へずれても左
にずれても磁束の変化する突極４は中火の突極４−２の
１つのみであり、この状態で１２００通電が行われると
、もう１つの突極４−１または突極４−３に巻かれたコ
イル５−１または５−３に流れる電流は、トルクを発生
し。

ない無効電流となる。

まニ、第５図に示すモータは、永久磁石２と電機子［の
位置関係により突極４に対向するＮ億とｓｌｒＭの面積
が変化する。このような場合は、磁気吸引力により′屯
愼子■に対向するＮ＆とＳ極の面積が等しい位置が安定
となり、他の位置関係にある場合は、安定な位置に向っ
て引きよせる力が働き、コギング奮発生することになる
。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、コギングが少なく、かつ効率の高い直流七−タン
提供することｔ目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る直流モータは、３ｎ個の突極を有するロ
ータと、４ｎ個の磁極を有するステータとを備え、突極
り幅が電気角で１８０°であり、ステータの各磁極間に
電気角で３０°以上７０°以下のギャップ磁束の低下す
る部分を設けたものである。

〔作用〕

ステータの各磁極間に電気角で３０°以上７０゜以下の
ギャップ磁束の低下する部分があるので。

コギングが抑えられる。

〔実施例〕

第３図はこの発明の詳細な説明図で、ｎｘ　ｌの場合、
すなわち、幅りの永久磁石’Ｙ２−１．２−２゜２−３
．２−４の４個とし、突極ｙｐｒ：４−１．４−２．４
−３の３個とした場合である。なお、Ｔは幅ｄの磁束密
度が低い、すなわち、ギャップ磁束の低下する部分（以
下単に磁束変化部という）であり％電気角で６０’とな
るように選んである。

また、突極４の幅Ｗは電気角で１８０°に選んである。

第３図から明らかなように、永久磁石２と電機子ｎのい
かなる位置関係においても、２つの突極４については対
向するＮ極またはＳ極の面積か変化し、残りの１つの突
極４に関しては変化しない。

すなわち、電機子皿が第３図で右の方向に動くとすると
１位置関係の変化により突極４−２については対向する
Ｎ極面積が増し、Ｓ極面積が減り、突極４−１について
は対向するＳ極面積が増し。

Ｎ極面積が減り、突極４−３についてはほとんど変化を
生じない。したがって、磁極面積が変化する突＆４−２
と４−１に巻かれたコイル５−２゜５−１に通電するこ
とにより、最大の効率でト？レクヲ発生することができ
る。また、突ａ４に対向するＮ極とＳ極の各々の面積の
和は、ステータＩとｘ機子皿のいかなる位置関係におい
てもはホ等しく、かつ一定に保たれるζめ、コギングの
発生は最小に抑えられる。

ところで１以上の説明は原理を明確にするため現象ヲ理
想化して行った。このような場合には、磁束変化部Ｔの
幅ｄＹ電気角で６０°とするのが最も好ましい。しかし
、実際のモータではギャップ中を円周方向忙磁束が通過
するため、最適な磁束変化部Ｔの幅ｄはモータ構造によ
り多少増減する。しかしながら、この幅ｄは、無情ａｔ
ｅまには永久磁石２のない部分を設ける場合電気角で３
０゜以上６０°以下であり、磁束密度がＮ極からＳ極へ
連続的に変化する部分を設ける場合電気角で４５゜以上
７０’以下の範囲に入る。

磁束変化部７の最適な幅ｄは、直流モータを試作して幅
ｄｔ幾つか変えた永久磁石２Ｙ取り付けてコギングトル
クを測定することにより簡単に求めることができる。

各永久磁石２のｆｋｉ極間の磁束密度を徐々に変化させ
る方法として、 ｋＪ　　着磁余件を制御することで行う方法、−）永久
磁石２の厚さとエアギャップ３の厚さの比率を変えるこ
とにより行う方法。

が現実的である。

曲者は、着磁ヨークのスーット幅を変えること、すなわ
ち、スロワ）６ａ付近で永久磁石２と着磁ヨーク間の距
離ン徐々に大きくすることで実現される。また、同一の
着磁ヨークでも着磁電圧を変えることにより、磁束変化
部Ｔの幅ｄ′ｉｋ：多少変化させることができる。

後者は、プラスチックマグネットの射出成形により永久
磁石２を製造する際に有利な方法であって、磁極境界部
の永久磁石２の厚さが徐々に薄くなるような金型を用い
ることで容易に製造できる。

なお、この場合、ヨーク１に接する面は円筒形などの単
純な形状として永久磁石２とヨーク１とを密着させ、エ
アギャップ３に対向する面側に凹みｔ設げるのが良い。

ま良、朗記（イ）、（ロ）ンともに行うことも可能であ
り、この場合、形状により磁束変化部Ｔの概略を決めた
後、着磁条件忙より精密な調整を行うのが良い。

第１図、第２図は上記原塩に基づくこの覚明の一実施例
を示す組立図と展開図である。

これらの図において、１〜６ａ＋７は第３図と同じもの
ｔ示し、８はシャフトで、電機子Ｉおよびコンミテータ
１１が固定され、このシャフト８がベアリングハウジン
グ１０の軸受９によりステータＩＫ、対し回転自在に軸
支される。小形で高出力を得るためには、永久磁石２は
ラジアル配向の希土類プラスチックマグネットｌ用いる
のが良い。

コーク１は強磁性材料なら何でも使用できるが。

鉄板ｔブＶス加工したものが安価である。

突極４はけい素鋼板を打ち抜いたものｔ積層して形成し
、これに真ちゅうまたはプラスチック製のブツシュを介
してシャフト８を圧入して用いる。

そして、コイル５はＹ結線としてコンミテータ１１に接
続する。また、コンミテータ１１に対向する位置にブラ
シ１２’に設ける。

ブラシ１２．コンミテータ１１．コイル５．永久磁石２
の位置関係は第２図に示すようになる。

第２図はｎ＝１の場合を示したものであるが、この場合
、永久磁石２は４億、突極４（コイル５で示す）は３個
、コンミテータ１１は６セグメントとなる。また、ブラ
シ１２は機械角で９０°離れた位置に設けられる。

使用に際しては、２つのブラシ１２間に直流電源の中部
と一極とを接続する。これにより、例えば第２図の状態
では、各コイル５−１．５−２゜５−３はそれぞれ矢印
方向の電流が流れ、コイル５−１と５−３に流れる電流
方向と、コイル５−２に流れる電流方向とが異なる。し
たがって、突極４−１はＮ極に磁化され永久磁石２−１
と反発し、永久磁石２−２と吸引し、突極４−２はＳ極
に磁化され、永久磁石２−２と反発し、永久磁石２−３
と吸引し、また、突極４−３はＮ極に磁化され、永久磁
石２−３と反発し、永久磁石２−４と吸引する。

このように、突極４はいずれも有効に電機子■の回転に
寄与する。なお、第２図はコイル５−１への給電の開始
とコイル５−３への給電の終了との境界時点の状態を示
しており、電機子■がもう少し図で右に移動すると、コ
イル５−１と５−２の２個のみに通電するようになる。

以下ｊ＠次２個のコイルへの通電が行われる。

なお、上記実施例においては、インナーロータタイプの
モータに応用した例を示したか、同様の原理はフラット
モータなど他形式のモータにも応用できることはいうま
でもない。

〔発明の効果〕

この発明は以上詳細に説明したように、磁極間にギャッ
プ磁束の低い部分を設けｉ’ｃ　４　ｎ個の永久磁石か
らなる磁極と、各突極が電気角で１８０゜の幅を有する
３ａ個の突極で直流モータを構成したので、トルクの低
下を招（ことな（コギングのほとんどな（・モータを得
ることかできる。したがって、駆動電圧の広い範囲にわ
にって良好な回転特性が得られ、オーディオ用などの定
速制御の必景な分野やロボット、自動機用の位置制御の
必賛な分野に幅広い応用が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はこの発明をブラシ付貝流七−タに応用
した一実施例１示す組立図および展開図、第３図はこの
分明の原理説明図、第４図、第５図は従来の３相モータ
の構成を示す原理説明図である。 図中、■はステータ、■は電機子、１はヨーク、２は永
久磁石、３はエアギャップ、４は突極、５はコイル、６
ａはスロット、Ｔは磁束変化部、８はシャフト、９は軸
受、１（ｌはベアリングツ飄つジング、１１はコンミテ
ータ、１２はブラシである。 距吐； 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転自在に軸支された３ｎ個の突極を有し、これ
   らの各突極に磁極を誘起するように設けられた巻線およ
   び巻線に順次切替通電を行うためのコンミテータからな
   るロータと；前記突極とエアギャップを介して対向する
   ４ｎ個の永久磁石からなる磁極を有するステータと；前
   記コンミテータに通電するためのブラシからなるモータ
   であって、前記永久磁石に対向する突極の幅を電気角で
   １８０°とするとともに、前記ステータの各磁極間に電
   気角で３０°以上７０°以下のギャップ磁束の低下する
   部分を設けたことを特徴とする直流モータ。 ただし、ｎは１またはそれ以上の整数とする。
2. （２）ギャップ磁束の低下する部分は、各磁極間に電気
   角で３０°以上６０°以下の磁束を発生しない部分を設
   けたものであることを特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項記載の直流モータ。
3. （３）ギャップ磁束の低下する部分は、各磁極間に電気
   角で４５°以上７０°以下の磁束密度が徐々に変化する
   部分を設けたものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項記載の直流モータ。
4. （４）突極に設けられた巻線は、３相Ｙ結線されており
   、通電が１２０°通電であることを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項ないし第（３）項のいずれかに記載の
   直流モータ。