JPH02254954A - スロットモータ - 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〕 本発明は、テープレコーダやビデオテープレコーダのり
一′ルモータなど、滑らかな回転が要求されるモータと
して用いて好適なスロットモータに関する。

〔従来の技術〕

従来、業務用Ｖ’Ｊ’Ｒなどでは、直接テープテンシ■
ンを制御するリールモータとして、トルクリップルの少
ないスロットレスモータが用いられてい几が、これには
高価でろってマグネットの利用効率が低いなどの問題が
あることから、スロットモータが注目されてきている。

第８図は従来のスロットモータの一般的構成を示す断面
図でおって、１はロータマグネット、２はロータヨーク
、３はステータコア、４はステータコイル、５は回転軸
、６はエンドブラケット、７は軸受ホルダ、８，９は軸
受、１０は磁界検出素子である。

同図において、固定し几エンドブラケット６と、これに
一体となっ九軸受ホルダ７とには軸受８゜９が設けられ
、これら軸受８，９によって回転軸５が回転可能に支持
されている。円筒状のステータコア５は軸受はホルダ７
の外周部に取り付けられ、これ罠、後述する方法でステ
ータコイル４が巻かれている。円筒状のロータマグネッ
ト１は、中心軸５に対してステータコア３と同軸状でか
つ内面がステータコア５の外面対向するようにして、ロ
ータヨーク２に取り付けられ、このロータヨーク２は回
転軸５に一体に支持されている。ロータマグネット１の
内面には磁極が配列されており、ロータマグネット１が
回転すると、これら磁極が磁界検出素子１８により検出
され、この検出信号に応じて、駆動回路（図示せず）に
より、ステータコイル４の電流が制御されてトルクが発
生する。

なお、この例はブラシレスモータであるが、ブラシ付き
モータの場合には、マグネット静止し、コイルが巻かれ
たコアが回転することになる。

第９図（ａ）は第８図に示すステータコアの構造を示す
上面図、同図（ｂ）は同じく側面図である。

同図において、ステータコアＳは、通常、高透磁率の薄
板を積層して形作され、回転軸方向に伸延する複数のス
ロット１２が設けられて−る。ステータコイル４はこれ
らスロットによって生じｔ凸部１３夫々に巻線される。

この構造では、ステータコイル４がステータコアッとロ
ータマグネット１（第８図）間の磁気ギャップ中にない
ため、磁気ギャップ長を小さくでき、また、ロータマグ
ネッ）１（２）磁束を有効に利用できる長所があるが、
その反面、ロータマグネット１かもの磁束がステータコ
アＳの凸部１３の先端に集中して流れ、ロータマグネッ
ト１とステータコアＳのスロットとの位置関係によって
磁路の磁気抵抗が変化し、トルクが変化してコギングが
発生する。

第１０図は回転軸５０回転角度とこれを外部から回転さ
せるＯＫ必要なトルクの関係を示しｔものであって１回
転軸５の動摩擦抵抗のほかに、周期的な上記のコギング
トルクが発生している。コギングトルクの変動分が大き
くなると、第１１回に示すエフに、外部から加えるトル
クが部分的に負となる（自発的に回転してしまう）場合
もある。

コギングが発生すると、当然モータの発生トルクにも変
動が発生し、制御用モータなど滑らかな回転を要求され
るモータに使用する場合には不適当なものとなる。

コギングを防止するための一方法としては、巻線の几め
Ｏスロットを廃止し、ステータコイルをステータコアと
ロータマグネットとの間の磁気ギャップ中に設けるスロ
ットレスモータとするものがめる。この場合には、磁気
抵抗を変動させる要因となるスロットが存在しない几め
、原理的にコギングは発生しないが、その反面、磁気ギ
ャップ長が大きくなって磁束密度が低下し、マグネット
の利用効率が低下する。また、コイルを空間に保持する
工夫も必要となり、高価なものとなる。

スロットモータについてコギングを低減する方法も提案
されているが、その−例を説明すると。

第１２図において、薄板を積層してなるステータコア３
に、複数のスＪット１２が回転軸に対して傾くようにね
じられて（スキニーをかけて）設けられる。これにより
、磁気抵抗の変化量が小さくなってコギングトルクが低
減される。ま九、第１ｓ図に示すように、ロータマグネ
ットの磁極を回転軸に対して斜めにねじられる（スキニ
ーをかける）工うに設けられ、これによっても磁気抵抗
の変化量を小さくしてコギングトルクを低減する。

ま几、第１４図に示すように、通常台形波状（点線）の
マグネットの磁束密度分布を正弦波状（実線）にするこ
とにより、磁気抵抗の変化が大きい所での磁束量を減少
させることができるので、コギングトルクを低減するこ
とができることが知られている。

しかし、これら従来の方法のいずれにしても、コギング
トルクを原理的に解消するものではなく、冥機を試作し
てこれらのコギング対策をし几結果では、いずれも改善
効果に限界があり、第１５図に示す工うＫ、マグネット
とコアとの対向面積に比例してコギングトルクは増加す
る。し九がって、高出力スロットモータでは、コアの形
状が大きくなる几め、コギングトルクも当然大きくなる
。

かかる問題を解消するものとして、ロータマグネットと
同じ磁極を有する位置検出用マグネットを回転軸と一体
に回転するように設けるとともに、この位置検出用マグ
ネットに対向して複数の歯形ｉ論るようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この従来技術において、コギングトルク
の除去のために、本来のモータ回転に必要な１部材とは
別個の位置検出用マグネットや磁性部材が必要となり１
部品点数が増加してモータの大型化をきたすことになる
し、また、回転部の重量が増加する九めに、起動トルク
などが大きくなって電力の消費量が増加するという問題
がある。

本発明の目的は、かかる問題点を解消し、部品点数の増
加や規模の大形化を防止し、コギングトルクを大幅に低
減して高効率のスロットモータを提供することにある。

【課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、回転軸に対して
同軸にかつ対向して設けられ回転トルクを発生する円筒
状コアと円筒状マグネットにおいて、該円筒状コアまた
は該円筒状マグネットを該回転軸方向に区分し、該円筒
状コアのスロットの位置ま九は該円筒状マグネットの磁
極の位置金各区分毎にずらすよりにする。

〔作用〕

コギングは円筒状コアのスロットによって形成される凸
部によって生ずるが、上記のように円筒状コアま几は円
筒状マグネットを区分すると、各区分毎に発生されるコ
ギングトルクの位相が異なり、これらが互いに相殺し合
って全体のコギングトルクが低減する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例全図面Ｖｃ：って説明する第１図
は本発明によるスロットモータの一実施例を示す断面図
であって、３ａは上部コア、３ｂは下部コア、１４はモ
ータケース、１５はＦＧケース、１６Ｆｉロータ受は台
、１７はスラスト受リング、１８は予圧バネ、１９はワ
ッシャ、２０はモータ基板、２１は？Ｇマグネット、２
２はＦＧヨーク、２５は速度センチであり、第８図に対
応する部分には同−符号上つけて重複する説明を省略す
る。

同図において、ロータマグネット１はロータヨーク２に
接着されて取り付けられ、このロータヨーク２はロータ
受は台１６にねじ止めによって取り付けられている。ま
た、このロータ受は台１６には、回転軸５の一端部が圧
入されている。ロータ受は台１６の低部には、回転速度
を検出する几めの信号源としてのＦＧマグネット２１を
外周に））梠し７ｔＦＧヨーク２２がねじ止めによって
取り付けられている。このＦＧマグネット２１に対向し
て回転速度検出の几めの速度センサ２３がモータケース
１４に取り付けられている。ＦＧケース１５は速度検出
部を保護する九めのものであって、モータケース１４に
圧入されて取り付けられている。

回転軸５のスラスト方向の位置を規正するために、スラ
スト受はリング１６に回転軸５が圧入されて取り付けら
れている。このスラスト受はリング１６の上部には、軸
受８，９に予圧を与える丸めの予圧バネ１８とワッシャ
１９とが配されてしる。

軸受ホルダ７の外周部には、ステータコイル４が巻かれ
ｔステータコア５がねじによって取り付けられているが
、このステータコア３は回転軸方向に上部コア５ａと下
部コア３ｂとに区分されている。回転位置を検出するた
めの磁界検出素子１０は、モータ基板２０に取り付けら
れ、こＯモータ基板２０は軸受ホルダ７にねじに二って
取り付けられている。モータケース１４はエンドブラケ
ット６にねじで取り付けてｉる。

第２図は第１図におけるステータコア５を示す斜視図で
ある。

同図において、ステータコア５の各スロット、し九がっ
て各凸部は上下に区分され、上部の区分のスロッ）１２
ａと凸部１３．とが上部コア５ａをなし、下部区分のス
ロット１２ｂと凸部１３ｂとが下部コア５ｂｆなしてい
る。そして、上部コア５ａの凸部１５．と下部コア５ｂ
の凸部１５ｂとは、回転方向に所定の角度だけ位置ずれ
している。

なお、ステータコアＳの凸部のみ′ｔ−２つに区分して
もよいが、２つのコアを一体化し、一方を上部コア５ａ
、他方を下部コア５ｂとしてステータコア５を構成して
もよｉｏ 次に、第３図にエフ、上部コアｓ＆と下部コア５ｂとに
おける凸部１！１ａ、１３ｂの位置関係について説明す
る。但し、同図は、ロータマグネット１とステータコア
Ｓとを平面状に展開して示したものでＴｏり、ロータマ
グネット１の磁極数が４磁極であるのに対し、ステータ
コア３のスロット数は６スロツトとしてｉる。

いま、ロータマグネットの磁極Ｎ１と上部コア５ａの凸
部Ｃ１とに着目すると、磁極Ｎ１と凸部Ｃ１とが正対し
ているときには、磁極Ｎ１から発生された磁束は真っす
ぐ凸部Ｃ１に入り、磁気紙・抗は最小になる。また、凸
部Ｃ１が磁４ＭＮ１、Ｓ２の境界部にあるときには、磁
極Ｎ１から出た磁束が凸部Ｃ１，Ｃ６に入るが、凸部Ｃ
Ｉ、Ｃ６までの磁路長が長くなるので、磁気抵抗が大き
くなる。従って、凸部Ｃ１の移動（回転）による磁気抵
抗の変化は、第４図に実線で示すよりになる。

次に、下部コア３ｂの凸部Ｃ２’に着目すると、凸部Ｃ
２’は上部コアＳｈｏ凸部Ｃ２に対して磁極ピッチの１
７６だけ回転方向にずれて配置されており、このために
、上部コア５畠の凸部Ｃ１での磁気抵抗が最大になると
きには、凸部Ｃ２’の磁気抵抗が最小になり、凸部Ｃ１
の磁気抵抗が最小になるときＫは、凸部Ｃ２’の磁気抵
抗が最大となる。

し九がって、凸部Ｃ２’の移動による磁気抵抗の変化は
、第４図に破線で示すようになる。

このようにして、上部コア５ａと下部コア５ｂＫ工って
発生するコギングトルクは互いにほぼ相殺されることに
なる。

ところで、このように、ステータコア５ｔ−構成し次場
合、上部コア３典と下部コア３ｂとでの凸部の位置ずれ
は電気角でＳＯｏにしかならず、スロットの位相差が小
さいので、上部コア５ａと下部コア５ｂと金−つのコア
とみなしてコイルを巻くことができる。また、発生トル
クの低下は１０％以下である。

なお、上記では４極６スロツトの場合であったが、８極
６スロツト、１２極９スロツト等の他の場合についても
同様である。

一般に、ｎ極間スロットの場合の上、下コアの凸部の位
相差は、 ３６０ン（ｎとｍとの最小公倍数）Ｘ（１／２）となる
。すなわち、ロータマグネット２とステータコア３に設
けられたスロットの相対的な位置関係により、磁気抵抗
が変化してコギングが発生するが、１回転中にロータマ
グネットとスロットが相対的に同じ位置関係になる回数
は、磁極数とスロフト数の最小公倍数である九め、コギ
ングトルクにはこの数だけリップル成分が含まれる。こ
のリップル成分を打ち消すためには、コアを区分してこ
の区分し九コアによってリップルの位置を１８０°進ま
せる（遅らせる）ようにすればよい。

そのためには、リップル成分の１８０°に相当する角度
だけコアの位相を進ませる（遅らせる）よりにすればよ
い。これは第５図に示すエラに、ステータコア３に必要
な位相を得る九めの基準穴２４を設けておき、そこにビ
ンを差し込めば容易に行なえる。一般的に、コアは同一
なものが用いられるから、基準穴２４ｔ−２個以上設け
ておき、上部コア５ａ、下部コア５ｂで異なった基準穴
を使うことによ！ｌ！１種類のステータでよくなること
社いうまでもない。

ま几、ステータコアの分割数は、上記説明では２分割と
したが、コア外周面積比で偶数でＴｏ−）て、かつ上記
のコギングトルク相殺の関係が成り立っていれば、任意
である。

第６図は本発明（よるスロットモータの他Ｏ実施例の要
部を示す図であって、１ａは上部ロータマグネット、１
ｂは下部ロータマグネットであり。

第１図に対応する部分には同一符号をつけている。

この実施例は、第１図において、ステータコア３ｔ−分
割するのではなく、第６図に示すよ５Ｋ、ロータマグネ
ット１′ｆＩ：回転軸５（第」図）Ｋ沿う方向に上部ロ
ータマグネット１ａと下部ロータマグネット１６とに分
割し次ものである。この場合も、上部ロータマグネット
１ａの磁極と下部ロータマグネット１ｂの磁極との位置
を回転方向にずらす。これにより、先のステータコア３
ｔ−分割し几場合と同様に、コギングトルクを低減する
ことができる。

さらに着磁による磁束密度分布を正弦波状にすることＫ
より、基本的に生ずるコギングトルクを小さくすること
ができる九め、各マグネット１ａ。

ＩｂＫ工つて生ずるコギングトルクの相殺も容易となっ
て全体的にコギングトルクがさらに低減される。

なお、着磁ヨークをマグネット磁極に対応して形成して
も、はぼ同様の効果が得られる。

さらに、第７図に示すように、上部ロータマグネット１
ａと下部ロータマグネット１ｂとの磁極を回転軸に対し
てねじる（スキ為−をかける）ことＫより、上記の正弦
波状着磁と同様の効果が得られる。

さらに、各実施例において、コア５　ａ　ａ　Ｓ　ｂと
の隙間、マグネッ）ｌａ、ｌｂとの隙間を零としてもよ
い。

〔発明の効果〕

以上説明し７ｔｊ！５Ｋ、本発明によれば、部品点数の
増加、規模の大形化を防止してコギングトルクを大幅に
低減し、高効率、高性能で安価なスロットモータを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスロットモータの一実施例を示す
断面図、第２図は第１図におけるステータコアを示す斜
視図、ｊｇｓ図はこのステータコアにおける上部コアと
下部コアの凸部の位置関係を示す展開図、第４図はこれ
ら上部コアと下部コアによるコギングトルクを示すグラ
フ図、第５図はこれら上部コアと下部コアとの位相合わ
せ方法の一例を示す図、第６図および第７図は夫々本発
明によるスロットモータの他の実施例の要部を示す図、
第８図は従来のスロットモータの一般的構成を示す断面
図、＠９図（ａ）は第８図におけるステータコアの上面
図、第９図（ｂ）は同じく側面図、第１０図および第１
１図は夫々スロットモータの回転軸の回転角とコギング
トルクとの関係を示す図、第１２図は従来のスロットモ
ータでのコギングトルク低減の一手段としてのステータ
コアの構成を示す斜視図、第１３図は同じくロータマグ
ネットの磁極を示す図、第１４図は従来のスロットモー
タでのコギングトルク低減方法の他の例を示す図、第１
５図は従来のスロットモータでのコア対向面積とコギン
グトルクとの関係を示す図である。 １・・・・・・ロータマグネット、１ａ・・・−上部ロ
ータマグネット、１ｂ・・・・・・下部ロータマグネッ
ト、３・・・・・・ステータ目−り、Ｓａ・・・・・・
上部コア、ｓｂ−・・・・・下部コア、４・・・・・・
ステータコイル、５・・・・・・回転軸、 １２＆ １２ｂ・・・・・・スロット、 １５＝ ｂ・・・・・・凸部 第 ？ 図 第 第 図 第 ４［２１ 第 ５図 第９図 （Ｑ） 第 ８（￥１ ３−・・　スアーブー）− １０−・・・石ｍｑ検出索チ 第１０Ｌ￥１ コ 田転軸回転＾崖 第１１図 ０転勤口転両度 Ｍ　１２図 ？１１４図 Ｃ］転鮮屋

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中心軸に対して同軸状に対向して配置されかつ一方
   が固定されて他方が回転可能な円筒状マグネットと円筒
   状コアとを備え、該円筒状マグネットの該円筒状コアと
   の対向面に複数の磁極が、該円筒状コアの該円筒状マグ
   ネットとの対向面に複数のスロットが夫々設けられたス
   ロットモータにおいて、該円筒状コアを該中心軸に沿う
   方向に区分し、該区分間で該スロットの位置が互いにず
   れたことを特徴とするスロットモータ。 ２、請求項１において、前記円筒状コアは夫々スロット
   を有する第１、第２のコアが組み合わされてなり、該第
   １、第２のコアのスロットが互いに位置ずれしているこ
   とを特徴とするスロットモータ。 ３、請求項２において、前記第１、第２のコアは夫々基
   準穴を有し、該基準穴に同一のピンが差し込まれて前記
   第１、第２のコアのスロットとの間に所定の位置ずれ量
   が設定されたことを特徴とするスロットモータ。 ４、請求項１、２または３において、前記円筒状マグネ
   ットの磁極数をｎ、前記円筒状コアの一周のスロット数
   をｍとして、前記区分間でのスロットのずれ量は、前記
   回転軸を中心に、 ３６０゜／（ｎとｍの最小公倍数）×（１／２）の角度
   であることを特徴とするスロットモータ。 ５、中心軸に対して同軸状に対向して配置されかつ一方
   が固定されて他方が回転可能な円筒状マグネットと円筒
   状コアとを備え、該円筒状マグネットの該円筒状コアと
   の対向面に複数の磁極が、該円筒状コアの該円筒状マグ
   ネットとの対向面に複数のスロットが夫々設けられたス
   ロットモータにおいて、該円筒状マグネットを該中心軸
   に沿う方向に区分し、該区分間で該磁極の位置が互いに
   ずれたことを特徴とするスロットモータ。 ６、請求項５において、前記円筒状マグネットの磁極数
   をｎ、前記円筒状コアの一周のスロット数をｍとして、
   前記区分間の磁極のずれ量は、前記中心軸を中心として
   、 ３６０゜／（ｎとｍの最小公倍数）×（１／２）の角度
   であることを特徴とするスロットモータ。