JPS61161946A - 偏平形モ−タの電機子 - 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】 技術分野 本発明は、偏平形モータの電機子に係り、特に鉄心を核
として巻いた電機子コイルの両面に磁性材料からなる板
を貼着して形成することにより、フェライト系の磁束密
度が低い永久磁石を使用した場合でも大きな回転力を得
ることができ、かつ超薄形化の可能な偏平形モータの電
機子に関する。

従来技術 最近、小型モータは玩具、音響機器、カメラ等に広く使
用されているが、この種の機器、例えば携帯用ステレオ
カセットテープレコーダ等については益々小型化及び高
音質化が要求されるに至っていることから、超薄形かつ
高性能の小型モータが要求されるようになって来た。

そこで従来、小型モータの構造として、コイルの巻線が
困難でかつロータの重量が大きくなるスロット形モータ
を避けて、回転むらが少なく、低インダクタンスのムー
ビングコイル形モータを採用することが多くなって来て
いる。ところが、ムービング形モータの電機子は、発生
する磁束密度が低いので、超薄形のモータを製作する場
合、フェライト系永久磁石では所定の回転力を得ること
ができず、サマリウムコバルト系永久磁石等の非常に高
価な材料を用いなければならないため、モータも極めて
高価となるという欠点があった。

目的 本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされ
たものであって、その目的とするところは、偏平形モー
タにおいて、鉄心を核として巻いた複数の電機子コイル
の永久磁石側の表面に、該電機子コイルごとに磁性材料
からなる分割板を貼着すると共に、該電機子コイルの裏
面には磁気回路を形成するための円板を各コイルにまた
がるように貼着して電機子を形成することによって、モ
ータケースとの間の空間は磁気回路とは無関係とし、ま
た分割板と界磁用永久磁石とのエアギヤ・ノブは非常に
高い精度で狭く形成できるようにし、電機子コイルが発
生する磁束を鉄心及び分割仮に集中して浮遊磁束を少な
くし、電機子が発生する磁束密度を大きくして、フェラ
イト系の安価な永久磁石を使用して小型モータを製作し
た場合にも強力な回転力を得ることができるようにする
ことである。また他の目的は、アルニコ系、サマリウム
コバルト系等の高価な永久磁石を使用した場合には更に
超薄形化を可能とすることができる偏平形モータの電機
子を提供することである。

構成 要するに本発明は、電機子の構造を偏平の平板状とし、
該電機子の軸方向側面にエアギャップを介して界磁用永
久磁石が該電機子に対向して配設されるようにした偏平
形モータにおいて、鉄心に導電線又は導電箔を所定回数
巻き付けてなる複数の電機子コイルの前記永久磁石側の
表面には該電機子コイルごとに磁性材料からなる分割板
を貼着すると共に、該電機子コイルの裏面には磁気回路
を形成するための磁性材料からなる円板を各コイルにま
たがって貼着してなることを特徴とするものである。

本発明に係る偏平形モータ１は、第１図及び第２図に示
すように、電機子２の構造を偏平の円板状とし、該電機
子の軸方向側面にエアギャップ３を介して界磁用永久磁
石４が該電機子２に対向して配設されるようにしたもの
であって、界磁用永久磁石４と、ブラシ取付装置５と、
モータケース６．７と、電機子コイル用鉄心９と、平形
コンミュテータ１０と、回転軸１１と、スラストワッシ
ャ１２と、磁性材料からなる取付板１３を主要部として
構成されている。

まず第１図から第６図により偏平形モータｌ用の界磁用
永久磁石４について説明すると、該永久磁石４は複数、
例えば２つに分割されており、分割された各永久磁石片
１４の半径方向の端部１４ａをなす分割線１．が電機子
２の回転中心０からの法線１２に対して非平行状態に、
即ち非放射状に形成されている。そしてこのように２つ
の永久磁石片１４の分割′ａＩｌｌ　は、例えば互いに
平行をなし、各永久磁石片１４間に同一幅の平行溝１５
が形成されるように構成されている。

また永久磁石片１４の数は２つに限定されるものではな
く、例えば第５図に示すように、永久磁石４の永久磁石
片１４は、４つに分割することも勿論可能であり、この
場合においても各永久磁石片１４の端部１４ａをなす分
割線ｌ、は電機子２の回転中心Ｏからの法線１２に対し
て非平行状態に形成されており、即ち該分割線！、は電
機子２の回転中心０から非放射状に形成されている。そ
して第３図に示す永久磁石４と同様に平行溝１５が縦横
に形成される。従って、永久磁石４はいくつに分割され
たとしても各永久磁石片１４の分割’ｓｅｔ　は電機子
２の回転中心Ｏに対して常に非放射状に形成されること
になる。

このように、永久磁石４の各永久磁石片１４の分割線を
非放射状に形成したのは、電機子２が電気位置を通過し
て永久磁石片１４の磁場に入り込む際における磁束分布
の急激な変化を防止するためであって、これによって回
転トルク変動の減少を図ったものである。

次に、第１図から第６図を参照して偏平形モータ１のブ
ラシ取付装置５について説明すると、該ブラシ取付装置
においては、分割された各永久磁石片４の間に形成され
た平行溝１５内に、一端Ｌ８ａに取り付けられたカーボ
ンブラシ１９がコンミュテータ１０に接触するようにし
たブラシ１８が収容されており、永久磁石４の板厚内に
該ブラシが収まるように構成されている。ブラシ１８の
ブラシ用ばね２０は、ビス２１及びナフト２２により磁
性材料からなる取付板１３を貫通して絶縁体２４及び絶
縁材からなるワッシャ２５を介してモータケース７に固
定されており、ナツト２２は端子２６をモータケース７
に固定している。

そして該端子２６にはリードｖＡ２７が接続されるよう
になっている。

取付は板１３は、鉄板で円板状に形成されており、その
中心部には回転軸ｌｌ用の軸受２８が固着されていて、
該軸受けにより回転軸１１の一端１１ａが支承されるよ
うになっている。このように、本発明に係るブラシ取付
装置５においては、ブラシ１８が永久磁石４の平行溝１
５内に完全に収まってしまうので、該ブラシ取付用のス
ペースを別途設ける必要がなく、この結果偏平形モータ
ｌの厚さをその分だけ減少させることができるようにし
たものである。

平形コンミュテータ１０は、絶縁体３０を介して回転軸
１１に固着されており、該コンミュテータは例えば図面
に示すように電機子２が３極の場合には、絶縁体３０に
より円周方向に３分割されている。そして該絶縁体の間
には例えば導電性の良好な銅板又は銀合金板からなる導
電板３１が取り付けられている。そして該導電板に対し
てブラシ１８のカーボンブラシ１９が押圧されて接触し
、その表面を摺動するようになっている。

次に、偏平形モータ１の電機子２について第１図、第２
図、第７図及び第８図により説明する。

電機子２は、鉄心９に導電線又は導電箔３３を所定回数
巻き付けてなる複数の電機子コイル３４の永久磁石４側
の表面３４ａに、該電機子コイル３４ごとに磁性材料か
らなる分割板３５が貼着されており、電機子コイル３４
の裏面３４ｂには、磁気回路を形成するための磁性材料
からなる円板３６が各電機子コイル３４にまたがって貼
着されている。そして該円板３６はコンミュテータ１０
の絶縁体３０と一体的に固着されて回転軸１１に正大固
着されている。なお分割＋）ｉ３５及び円板３６の磁性
材料としては、例えば鉄板が用いられる。このように電
機、子コイル３４の表面３４ａ及び裏面３４ｂに分割板
３５及び円板３６を貼着した゛のは、永久磁石４及び取
付板１３と電機子２間において磁気回路が形成されるよ
うにするためである。従って、円板３６とモータケース
６の内面６ａとの間の空間３８は磁気回路とは全く無関
係となっており、またモータケース６．７も磁気回路と
は全く無関係となっている。

鉄心９は、磁性材料からなる薄板３９を巻き付けて形成
したものであって、中実の鉄心に比べて保磁力を増大さ
せるようにしたものである。

なお電機子コイル３４を構成する導電線又は導電箔３３
について比較すると、例えば導電線が６７１ターン巻け
たとすると、導電箔の厚さを例えば２０μとした場合に
は同一の容積で８５５ターン巻くことができ、導電線に
比べて容積の占有率が向上し、この結果効率を導電線の
場合に比べて３０％増大させることができる。従って超
小型の偏平形モータ１においては、導電箔を用いた方が
より強力な出力を得ることができる。

次に第７図により電機子コイル３４の結線について説明
すると、デルタ結線の場合には各電機子コイル３４の導
電線又は導電箔３３の巻き始めＳを図中反時計方向側の
、コンミュテータ１０の導電板３１の端子３１ａに接続
し、その巻き終りＥを時計方向側の、導電板３１の端子
３１ａに接続する。以下同様に結線することによってコ
ンミュテータ１０と各電機子コイル３４とが電気的に接
続される。

次に電機子コイル３４用の鉄心９について説明する。第
９図から第１２図において、該鉄心９の製造方法につい
てまず説明すると、第９図に示すように磁性材料、例え
ば鉄板からなる薄板３９を芯金４０に対して矢印Ａで示
す如く巻き付ける。

この場合薄板３９の一端３９ａは芯金４０に形成された
溝４０ａに係止され、これによって芯金４０を回転させ
て薄板３９を巻き付けるようになっている。この芯金４
０は例えば直径が１．５鶴程度の鉄棒を用いる。このよ
うに芯金４０に薄板３９を渦巻き状に巻き付けて第１０
図に示すような断面円形の鉄心コイル４１を形成し、該
鉄心コイルから芯金４０を抜き取り、ついで該鉄心コイ
ルを電機子コイル３４の極数に応じた中心角θと同一の
角度の溝５１ａを有する第１プレス型５１と、円弧状凹
面５２ａを有する第２プレス型５２とで挟圧し、電機子
コイル３４の中心角θに等しい中心角を有する扇形の鉄
心９とするものである。

実際には第１プレス型５１をプレスの下型とし、第２プ
レス型５２をプレスの上型として、第１θ図に示すよう
に第２プレス型５２を第１プレス型５Ｉ上に載置された
鉄心コイル４１に対して矢印Ｂの如く下降させて第１１
図に示す如く両プレス型５１．５２によっ−て鉄心コイ
ル４１を挟圧し、第１２図に示すような鉄心９を製造す
ることができる。なおこの鉄心９の製造方法は、仕上り
状態における鉄心９の幅と同一幅の狭い薄板３９を用い
て製造することもできるが、より能率的にこれを製造す
るには、仕上り状態の鉄心９の幅よりも相当広い幅を有
する薄板３９を芯金４０に巻き付けて第１１図のように
挟圧して成形し、しかる後にこれを仕上り状態において
要求される幅に切断するようにしてもよい。

このようにして完成した鉄心９は電機子コイル３４を製
造する場合には、該鉄心９のまわりに導電線又は導電箔
３３を巻き付けてもよく、また空芯状態で巻かれた電機
子コイル３４の中に該鉄心９を挿入するようにしてもよ
い。いずれにしても中実の鉄心を用いるよりも、このよ
うに薄板３９が積層された状態の鉄心９を用いた方が保
磁力がはるかに強く、電機子２から非常に大きな回転力
を引き出すことができる。

次に、第２図及び第１４図から第１８図によりモータケ
ース６及び７についた説明する。本発明に係る偏平形モ
ータ１においては、上記したように、磁気回路が永久磁
石４及び取付板１３と電機子２のみで形成されているた
め、モータケース６．７は磁気回路から除外されており
、該モータケース６．７には非鉄材料、例えば合成樹脂
を使用可能となっている。ただしモータケース６．７に
合成樹脂を用いると、偏平形モータ１から発生するノイ
ズを吸収するのが困難で、微弱な電流を使用する電子機
器においてはノイズが発生するおそれがあるので、該モ
ータケース６．７にはノイズ防止用の磁性材料粉、例え
ば鉄粉を混入した合成樹脂を用いることが望ましい。

次に、モータケース６．７の構造について説明すると、
第１４図から第１８図に示すように、モータケース７は
、円形に形成され、その壁面７ａには座ぐり部７ｂが形
成されており、また大径部７ｃに連続する小径部７ｄに
は、円周方向及び軸方向に屈曲したＬ字形の溝７ｅが一
対形成されている。そして小径部７ｄの内面には取付板
１３の外周が嵌入されるようになっている。

モータケース６は、モータケース７と同様な形状に形成
されており、その内周はモータケース７の小径部７ｄに
嵌入するようになっており、一対設けられた突起６ｅが
モータケース７の溝７ｅに係合して互いに円周方向にね
じることによって固定されるようになっている。そして
モータケース６の中央部には穴６ｂが形成されており、
該穴には回転軸１１の軸受け５３が固着されている。

作用 本発明は、上記のように構成されており、以下その作用
について説明する。まず本発明に係る偏平形モータ１の
組立について説明すると、コンミュテータ１０の外径は
永久磁石４の各永久磁石片１４により形成される平行溝
１５の幅よりも小さく設定されており、該コンミュテー
タ１０の円筒部　ＩＱａは円板３６の円筒状の突部３６
ａに嵌入されて互いに固着される。一方電機子コイル３
４と鉄心９とが組み合わされて、これに分割板３５が貼
着され、このような状態で電機子コイル３４の裏面３４
ｂに円ｔＪｉ３６が貼着される。これによって、電機子
コイル３４と分割板３５と鉄心９゛と円板３６とコンミ
ュテータ１０と回転軸１１とが一体化されて各結線がな
され、電機子２が完成する。

そして回転軸１１が円板３６及びコンミュテータ１０に
圧入されて電機子２に対して該回転軸が固着される。

一方モータケース７には取付板１３が組み付けられて、
ビス２１がモータケース７を貫通して外部に突出し、該
モータケース７の外部からナツト２２によって端子２６
が取り付けられ、これと同時にブラシ１８がビス２１に
よって絶縁体２４及び２５を介して取付板１３に固定さ
れる。なおケース７が導電材料で製作される場合には、
端子２６及びビス２１とケース７との間に絶縁体（図示
せず）を配設する必要がある。そしてカーボンブラシ１
９はコンミュテータ１０に対向することとなり、該カー
ボンブラシ１９はブラシ用ばね２０によって弾発力を与
えられている。

このようにしてブラシ２０及び取付板１３がモータケー
ス７に取り付けられると、次いで永久磁石４の各永久磁
石片１４が取付板１３に固着され、次いで回転軸１１と
一体となった電機子２が第２図において左方から挿入さ
れると、回転軸１１の一端１１ａは取付板１３の軸受２
８に挿通されて支持される。なお、各永久磁石片１４は
、先に取付板１３に固着しておいてもよい。

この場合において、コンミュテータ１０は平形であるた
め図中右方で待ち受けているカーボンブラシ１９に対し
て側方から軽く押圧されるだけで該ブラシに対する組付
けが完了し、円筒形のコンミュテータ（図示せず）に比
べて組付けが非常に容易である。

このようにしてモータケース７に電機子２が組み付けら
れると、モータケース６が回転軸ＩＩにその軸受け５３
によって案内されて挿入され、モータケース７に組み付
けられる。この場合において、モータケース６の突起６
ｅはモータケース７のｓ７ｅに嵌入し、モータケース７
に対してモータケース６を第２図中時計方向に回転させ
ることによって該突起６ｅと溝７ｅとが係合関係となり
、モータケース６．７は互いに固着され、偏平形モータ
ｌの組立が完了する。

以上のように、本発明に係る偏平形モータｌの組立は非
常に簡単であり、かつ永久磁石４の板厚内にブラシ１８
が収容されてしまうため、該ブラシを収容するためのス
ペースを別途設ける必要がないので、偏平形モータ１は
非常に薄くすることができ、例えばモータケース６．７
の組立て状態において該偏平形モータ１の厚さを５．２
鰭まで薄くすることが可能であり、超薄形の偏平形モー
タ１を実現することができる。

次に、このようにして組み立てられた偏平形モータ１の
特性について説明すると、まず永久磁石４については、
各永久磁石片１４の分割線１１が非放射状となっている
のに対して、電機子２の各電機子コイル３４の端部３４
Ｃを構成する分割線１３が電機子２の回転中心Ｏに対し
て放射状に形成されており、法線２□と平行であるため
、第３図に示すように、矢印Ｃの如（該電機子コイル３
４が回転すると、該電機子コイル３４の端部３４Ｃはま
ず永久磁石片１４の外周端部１４ｂから該永久磁石片１
４の磁場に入り始め、該端部３４ｃと分割線１１との交
点Ｐが次第に内部に移動しながら電機子コイル３４が永
久磁石片１４の磁場に吸引されて行く形となる。このた
め電機子コイル３４が電気位置を通過する際において磁
束密度の変化が急速とならず、この結果電機子２に対す
る変動トルクが小さくなり、該電機子の回転むらが減少
する。このことは第５図に示すように永久磁石片１４を
４個設けた場合においても全く同様である。

また上記したように、本発明に係るブラシ取付装置５に
おいては、ブラシ１８が磁石４の板厚内に収められてい
るため、偏平形モータ１の厚さｔを極めて薄く、例えば
ｔ　＝　５．２ｗ程度にすることができるが、このよう
に薄形化した分だけ例えば永久磁石４の厚さを増すか又
は電機子２の厚さを増すことにより従来と同一の厚さの
偏平形モータであれば、従来のものよりはるかに強力な
回転力を得ることができることは言うまでもない。そし
て該ブラシ取付装置５によって偏平形モータ１を非常に
薄形化することができるため、カセットテープの幅だけ
の厚さのステレオカセットテープレコーダを十分に実現
することができ、またそれに必要とされる高出力を発生
させる偏平形モータｌを提供することができるものであ
る。

次に、本発明に係る電機子２においては、電機子コイル
３４の表面３４ａに磁性材料からなる分割板３５が夫々
貼着され、またその裏面３４ｂには磁性材料からなる円
板３６が貼り付けられているため、永久磁石４及び取付
板１３と電機子２との間において閉じた磁気回路が形成
され、永久磁石４及び電機子２から発する磁束はすべて
この磁気回路内を循環することとなり、永久磁石４と分
割板３５とのエアギャップ３の精度を向上させることに
より、該エアギャップを非常に狭くすることができ、こ
れによって強力な回転力を得ることができる。また電機
子２とケース７との間の空間３８は磁気回路に関しては
全く無関係となるため、この空間の寸法管理を厳重に行
う必要は全くなくなり、従来のこの空間をエアギャップ
として用いたフェライトマグネットモータに比べてはる
かに強力な回転力を得ることができる。

従って本発明に係る偏平形モータｌにおいては、従来の
この種のモータにおいて用いられていたサマリウムコバ
ルト系磁石又はこれに匹敵する強力な永久磁石を用いる
ことなく、安価なフェライト系の永久磁石４を用いても
、これらの極めて高価な永久磁石を用いた場合と同様な
高出力を得ることができるのである。

またモータケース６．７が磁気回路に用いられないこと
となったため、該モータケースは鉄を用いても勿論よい
が、鉄以外の任意の材料、例えば各種の合成樹脂で作る
ことができ、その色彩やデザインを自由に変更すること
もできる。また該合成樹脂にノイズ防止用の磁性材料粉
、例えば鉄粉を混入することによって偏平形モータｌか
らノイズが発生して電波障害を生じさせるというような
欠点を完全に防止することができる。

効果 本発明は、上記のように構成され、作用するものである
から、偏平形モータにおいて、鉄心を核として巻いた複
数の電機子コイルの界磁用永久磁石側の表面に、該電機
子コイルごとに磁性材料からなる分割板を貼着すると共
に、該電機子コイルの裏面には磁気回路を形成するため
の円板を各コイルにまたがるように貼着して電機子を形
成したので、モータケースとの間の空間は磁気回路とは
無関係となり、また分割板と界磁用永久磁石との間のエ
アギャップは非常に高い精度で狭く形成できるため、電
機子コイルが発生する磁束を鉄心及び分割板に集中して
浮遊磁束を少なくし得、電機子が発生する磁束密度を大
きくすることができるので、フェライト系の安価な永久
磁石を使用して小型モータを製作した場合にも強力な回
転力を得ることができるという効果がある。またアルニ
コ系、サマリウムコバルト系等の高価な永久磁石を使用
した場合には更に超薄形化を可能とすることができる偏
平形モータの電機子を提供し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に係り、第１図は偏平形モータの
完成状態における部分縦断面図、第２図は偏平形モータ
の分解斜視図、第３図は２分割された界磁用永久磁石と
回転９Ｂにおける電機子との相互関係を示す正面図、第
４図は第３図に示すものの平面図、第５図は４分割され
た永久磁石と回転状態における電機子の相互関係を示す
正面図、第６図は第５図に示すものの平面図、第７図は
第１図の■−■矢視電機子の円板を省略した状態におけ
る正面図、第８図は第７図の■−■矢視縦断面図、第９
図から第１１図は電機子コイル用鉄心の製造方法に係り
、第９図は薄板を芯金に巻き付ける状態を示す斜視図、
第１０図は断面円形に完成した鉄心コイルのプレス工程
の前段を示す正面図、第１１図は同じくプレス工程の後
段を示す正面図、第１２図は完成した電機子コイル用鉄
心の斜視図、第１３図はモータケース７の内側から見た
正面図、第１４図は第１３図に示すものの平面図、第１
５図は第１３図に示すものの縦断面図、第１６図はモー
タケース６を内側から見た正面図、第１７図は第１６図
に示すものの平面図、第１８図は第１６図に示すものの
縦断面図である。 ■は偏平形モータ、２は電機子、３はエアギャツブ、４
は界磁用永久磁石、９は鉄心、３３は導電線又は導電箔
、３４は電機子コイル、３４ａは表面、３４ｂは裏面、
３５は分割板、３６は円板である。 特許出願人　　　藤　崎　清　則 ・　　小林寿夫

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電機子の構造を偏平の平板状とし、該電機子の軸方向側
   面にエアギャップを介して界磁用永久磁石が該電機子に
   対向して配設されるようにした偏平形モータにおいて、
   鉄心に導電線又は導電箔を所定回数巻き付けてなる複数
   の電機子コイルの前記永久磁石側の表面には該電機子コ
   イルごとに磁性材料からなる分割板を貼着すると共に、
   該電機子コイルの裏面には磁気回路を形成するための磁
   性材料からなる円板を各コイルにまたがって貼着してな
   ることを特徴とする偏平形モータの電機子。