JPS6341832Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、コアレスモータ等に使用するのに好
適な直流モータに関する。

一般に、多極直流モータは、中心軸の外方に隣
合うもの相互で間隔をそれぞれとつて環状に配さ
れた界磁極と、中心軸周りに複数のコイルを放射
状に配されてなる電機子とを備え、整流子および
ブラシからコイルに給電されることにより電機子
が界磁極に対し回転するように構成されている。

従来のこの種のモータとして、電機子が複数の
型巻コイルを中心軸と直角な平面において放射環
状に配しこのコイル群を樹脂モールド内に植え込
んで一体化することによりコアを持たない偏平な
円盤形状に形成されたコアレスモータがある。こ
のコアレスモータは電機子鉄心（コア）が無いた
めに巻線のインダクタンスを小さくできる等の利
点を持ちまた薄形になるため、広い分野で使用さ
れている。

しかしながら、このようなコアレス型の直流モ
ータにあつては、小型かつ薄形化を図ろうとする
場合型巻コイルに厚さの規制を受け、巻数を大き
く設計できないため、低トルク・高回転の出力特
性になつてしまうという問題点があつた。

本考案はこのような問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは電機子コイルの巻
数を大きく設定しなくとも、トルクを増加し、か
つ回転数を低減することができる直流モータを提
供するにある。

本考案は、電機子における隣合うコイル辺群の
うち両コイル辺相互を流れる電流の方向が互に相
反するコイル辺においてはコイルの電流の効果が
相殺されてしまつて界磁極の磁界と有効に作用せ
ずトルク発生および回転電圧発生に寄与しないこ
とに着目してなされたもので、当該コイル辺に対
応する位置の界磁極間間隔の寸法を大きくし、他
の各間隔の寸法を電機子コイルの巻線ピツチに一
致させて設定することにより、前記コイル辺以外
のコイル辺群が界磁極の磁界に有効に作用するよ
うにしたことを特徴とする。

以下図面に即して本考案の実施例を説明する。

第１図〜第４図は本考案の一実施例を示すもの
であり、８極波巻きのコアレス型直流モータの場
合を示している。第１図において、Ａブラケツト
１ａとＢブラケツト１ｂとを最中合せにしてほぼ
円盤形状の中空体に形成されたケーシング１には
その中心線上に主軸２が両端部に配設された軸受
３，３を介して回転自在に支承されている。ケー
シング１内には中央孔を有する円板形状の界磁極
ベース４がケーシング内をほぼ半分に仕切るよう
に主軸２とほぼ直角に配され、両ブラケツト１
ａ，１ｂ間に外周部を挾持されて固定されてい
る。ベース４の一端面上には界磁極形成のための
マグネツト（永久磁石）５が８個、第２図に示す
ように環状に配され、接着等の適当な手段でそれ
ぞれ固着されている。各々マグネツト５はほぼ同
一の扇形状に形成され、隣合うもの同志が互に異
なる極性となるように、かつ磁界空間的な間隔６
を持つように配設されている。マグネツト５群の
各ピツチＰの寸法のうち所定の位置で隣合うマグ
ネツト５ａ，５a′のピツチPaの寸法は他の位置
で隣合うマグネツト間のピツチＰの寸法よりも大
きく設定されている。すなわち、所定位置以外の
マグネツト間ピツチ寸法は、第５図につき後述す
る従来例の場合のようにマグネツト群を等ピツチ
寸法に配設した場合に比べ、所定位置のピツチ寸
法が大きく設定された分だけ詰められて小さく設
定されることになる。そして、大きなピツチPa
で隣合うマグネツト５ａ，５a′の間隙寸法が大き
くなるから、この箇所の界磁極間隔６ａの寸法は
大きくなり、他の箇所の界磁極間隔６のそれぞれ
は詰められる分だけ小さくなる。本実施例におい
て、間隔６ａが大きくなる隣合うマグネツトの前
記所定位置は後述するブラシに対応する位置にな
つている。

ケーシング１内の主軸２の中間部外周上にはロ
ーター７が固定的に突設され、ローター７はほぼ
円柱形状をなす整流子８と偏平な円盤形状をなす
電機子９とが主軸２を植え込んだボス部１０を介
し一体化されて構成されている。第３図に示すよ
うに、整流子８はほぼ矩形状の25個の整流子片１
１を円筒形状に配されこの円筒内部に樹脂モール
ド部１２を成形されて各整流子片を絶縁隔絶され
るとともに一体化されることにより形成されてい
る。電機子９はコイル線材をほぼ台形枠体に巻回
してなる25個（第３図では一部のみ図示）の型巻
コイル１３を主軸２と直角な平面上において放射
環状に配された後、このコイル１３群の外部に樹
脂モールド部１４を成形されて各コイルを一体化
されることにより、コアを有しない偏平な円盤形
状に形成されている。前記樹脂モールド１２，１
４はローターの前記ボス部１０を実質的に構成し
ている。なお、第３図において型巻コイル１３を
便宜上実線で図示しているが、実際上は樹脂モー
ルド１４内に植え込まれた状態になつている。

第３図に想像線で示すように、前記整流子８の
外方には一対のブラシ１５，１５が互に所定の鋭
角をなす放射状にそれぞれ配され、両ブラシ１５
は第１図に示すように、ベース４のマグネツト５
の据付面とは反対側の端面上に据付けられたホル
ダ１６によつてそれぞれ保持されており、ホルダ
１６内に蓄力状態で収容されたスプリング１７に
より一定の摺接圧力を付勢されている。本実施例
において、両ブラシ１５の配置は前記した他に比
べて寸法が大きくなる界磁極間隔６ａに対応する
ように設定されており、かつ整流子８に対しては
中間に２個の整流子片１１を挾んだ位置の整流子
片１１，１１においてそれぞれ摺接するように配
置されている。また、整流子８の各整流子片１１
のライザ１８には前記各型巻コイル１３の始端お
よび終端が第４図に示す波巻となるようにそれぞ
れ接続されている。

第４図は前記電機子コイルの波巻状態、コイル
とブラシとの接続関係、ブラシと界磁極との位置
関係を示す概念図であり、第４図から明らかなよ
うにこの電機子コイルにおける波巻条件は次のよ
うに設定されている。スロツト数Ns＝25（但し、
コアレスモータのため仮想のスロツトである。）、
整流子片の数Ｋ＝25（図中、側ブラシ１５に接
した整流子片を１番とすると、反時計回りに25番
までとなり、４番の整流子片に側ブラシが接す
る。）極数＝８、巻線後ピツチy_b＝３、前ピツチ
y_f＝３、合成ピツチｙ＝６。

第４図において、電機子９を構成する型巻コイ
ル（一本の線で略示されている。）１３群は波巻
に配されているため、実線と破線とでそれぞれ示
す２個の並列回路２０，２０′を構成している。
仮想スロツト２１の各々は隣位の型巻コイル１
３，１３において隣合うコイル辺２２ａ，２２
a′でそれぞれ構成され、一つのスロツトにおける
コイル辺２２ａ，２２a′には次に但し書するコイ
ル辺の場合を除き、第４図に矢印で示すように放
射中心に対し互に同一方向の電流（以下、平行電
流という。）が流れることになる。但し、側ブ
ラシに直接短絡したコイル辺２３ａと側ブラシ
に直接短絡したコイル辺２３a′とが構成するスロ
ツト（図中、一点鎖線で囲んだ部分）２３におい
ては、コイル辺２３ａ，２３a′には放射中心に対
し互に相反する方向の電流（以下、対向電流とい
う。）が流れることになる。このコイル辺２３ａ，
２３a′は電機子９が整流子８とともにブラシ１
５，１５に対し回転するから、絶対的なものでな
く、ブラシに対し相対的なものであることはいう
までもない。そして、ブラシが定位置にあり、ブ
ラシと界磁極の間隔６ａとの位置は前述したよう
に一定の関係にあるから、ブラシと相対的に一定
位置を保つ前記対向電流が流れる一対のコイル辺
２３ａ，２３a′の仮想スロツト部分（以下、対向
通電部分という。）２３の位置と間隔６ａとの位
置とは一定関係となり、両者は正対し合つてい
る。

なお、第５図は従来のこの種の直流モータにお
ける第４図に相当する概念図であり、第５図にお
いては、８個のマグネツト５が等ピツチで放射環
状に配され、界磁極間の間隔６は全て等しく設定
されている。

次に作用効果を説明する。

第４図および第５図に示すように、対向通電部
分２３においては、電流が一対のコイル辺２３
ａ，２３a′で互に対向するように流れるため、こ
の対向通電部分２３が第５図に示すようにマグネ
ツト５の磁界中に置かれたとしても、この対向通
電部分２３は磁界と有効に作用せず、トルク発生
および回転電圧発生のためには何ら寄与しない。
また、マグネツト８が全て等間隔に配してあるた
めに、界磁極ピツチが電機子コイルのピツチと一
致せず、電流が同一方向に流れるコイル辺２２
ａ，２２a′のいくつかが界磁極上にこず、磁界が
有効に作用しない。すなわち、電機子のコイル電
流と磁界とに有効に利用されない部分があり、こ
の分だけトルク発生と回転電圧発生が小さくなつ
てしまう。

これに対し、前記構成にかかる直流モータにお
いては、対向通電部分２３に正対する磁界間の間
隔６ａの寸法を大きく設定し、他の箇所における
各間隔６の寸法をコイルの巻線ピツチに合わせて
小さく設定し、これにより第４図に示すように、
対向通電部分２３以外の箇所における各スロツト
２１の全てが各マグネツト５の界磁極のピツチに
完全に一致するようにしている。このように、対
向通電部分２３以外の全スロツト２１が界磁極の
ピツチに完全に一致しているため、マグネツト５
による磁界の全てが全スロツト２１において有効
利用されることになる。すなわち、対向通電部分
２３以外の全スロツト２１における一対のコイル
辺２２ａ，２２a′では前述したように平行電流が
流れるため、この電流による電磁力が磁界に全て
有効に作用する。反面、対向通電部分２３がマグ
ネツト５ａ，５a′間の間隔６ａに対して磁界外に
あつても、トルク発生および回転電圧発生が減少
することにはならない。

このようにして、各マグネツト８の磁界の全て
が対向通電部分２３以外の全スロツト２１におい
て有効利用されてトルク発生および回転電圧発生
に寄与するので、コイル巻数を増加しなくとも、
トルクを向上できるとともに、回転数を低減化で
き、したがつて、コアレスモータにおいて厚さを
増加せずに高トルク・低回転数の出力特性を得る
ことができる。

なお、前記実施例では、寸法大なる界磁極間隔
６ａの位置をブラシに正対するように配設した場
合につき説明したが、これに限らず、要するに対
向通電部分に正対する位置の間隔を大きくすれば
よい。ちなみに、界磁極間隔は距離的な間隔では
なく磁界空間的な間隔である。界磁極はマグネツ
ト（永久磁石、電磁石を含む）だけで構成される
場合に限られないし、電機子は型巻コイルを使用
して構成される場合に限られない。また、磁極
数、ブラシの数等々についても特に限定はない。
さらに、コアレス型直流モータに限らず、電機子
がコアを有するモータや通常の円柱形モータ等に
も適用することができ、特に、コアレス型モータ
のようにコイル巻数を構造上抑えられる場合に適
用すると、優れた効果を奏する。

以上説明したように、本考案によれば、トルク
発生、回転電圧に寄与しない対向通電部分に対す
る界磁極間隔の寸法を大きくし、これに寄与する
部分を全て磁界中に収まるように構成したから、
コイル巻数を増加しなくとも、高トルク・低回転
の出力特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本考案の一実施例を示すもの
で、第１図は一部切断側面図、第２図は界磁極ベ
ースの正面図、第３図はロータの正面図、第４図
は電機子コイル、整流子、界磁極の関係を示す概
念図、第５図は従来例における電機子コイル、整
流子、界磁の関係を示す概念図である。 １……ケーシング、２……主軸、４……界磁極
ベース、５……マグネツト、６……界磁極間隔、
７……ロータ、８……整流子、９……電機子、１
０……ボス部、１１……整流子片、１３……型巻
コイル、１５……ブラシ、２０，２０……コイル
の並列回路、２１……仮想スロツト、２２ａ，２
２a′……コイル辺、２３……対向通電部分、２３
ａ，２３a′……対向通電コイル辺。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 中心軸の外方のベース上に隣合うもの相互で間
   隔をそれぞれとつて環状に配された複数の界磁極
   と、中心軸周りに複数のコイルを放射状に配され
   た電機子とからなる直流モータにおいて、前記電
   機子における隣合うコイル辺群のうち両コイル辺
   相互を流れる電流が相反する対向電流となる隣合
   うコイル辺に対応する位置の前記界磁極間の間隔
   を他の隣合う界磁極間の間隔よりも大きく設定し
   たことを特徴とする直流モータ。