JPH03239145A - 整流子電動機 - 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、特に携帯用テープレコーダ、プレーヤ等に使
用されるスピンドル、キャプスタン駆動用小型モータに
関するものである。

［従来の技術］ 従来この種のモータは３相のコイルより構成される電機
子巻線を有し、さらに界磁には永久磁石を使用しており
、シャフトに対しラジアル方向に空隙を有する円筒型、
軸方向に空隙を有する偏平型整流子モータがあり、さら
に回転子は巻線部分のみ回転するコアレス型もある。以
下従来の技術として軸方向空隙のコアレス型整流子モー
タにおいて、その電機子巻線が重なり合わないコイルよ
り構成されるものについて説明する。重なり合わない回
転電機子巻線の構成は、その巻線部分の厚みを薄くする
ことが可能であり、構造が簡単であるので製造が容易で
ある。第２図は従来の偏平型コアレスモータの構成を表
わしたものである。（ａ）は断面構成図で１は電機子で
コイルは一体となった整流子２に結線され、図示してい
ないが刷子を通して電源より通電されている。３は回転
軸で゛電機子１と一体になって回転子を構成している。

４は永久磁石界磁でＭ機子１にあるコイルに対向されて
おり、軸受５と共にブラケット６に一体となっている。

第２図（ｂｌは（ａ）におけるＷ−Ｘ矢視より見た回軸
電機子の構成図で、回転電機子１上に電機子コイル１−
１が配され３相コイルが互いに重なり合わない構成にな
っている。第２図（Ｃ）は（ａ）にお４ＪるＹ−７矢視
より見た界磁磁石の構成図で、４は４極構成の永久磁石
、５は軸受、６はブラケットで番号は第２図（ａ）の構
成番号に対応している。第２図（ｄ）は回転電機子コイ
ル１−１と整流子２との結線の関係図である。いま電機
子コイルの巻線ピッチを重なり合わない最大のピッチと
して第２図（ｂ）のように１２０°ピツチなる短節巻と
する。

このような巻線の単一コイルが通電励磁された場合のア
ンペアターン分布は第３図に示される。第３図において
励磁された短節巻重−コイルによるアンペアターン分布
７はコイル中心と槽中心が互いに一致する第１吹成分８
と第２吹成分つとに分解することが可能である。これは
フーリエ級数に展開することにより可能であり、その大
きさは実際のコイルのアンペアターン分布の形状による
。次に第４図は第２図（Ｃ）において整流子２の周辺に
刷子を回転させたときの電機子コイル１−１の各相コイ
ル■、■、■の通電モードを表わしたもので、刷子を回
転させ巻線を固定するかその逆かは相対的な問題である
。

２個または３個のコイルの通電において、それぞれのコ
イルの通電により発生するそれぞれのアンペアターン分
布の槽中心と、それぞれのコイルの第１次成分、第２次
成分の同一極性の最大極（槽中心）を第３図に説明した
ように合致せしめてベクトル合成をなしたとき、第１次
（２極）と第２次（４極）成分の槽中心の位相関係は、
それぞれ第４図（ａ）と（ｂ）のようになる。すなわち
２相励磁モードにおいて実際のコ。ｅｌ イルの槽中心に対して、第１次は３０．第２次は１５’
　ｅｌずれていて、第１次と第２次は４５６８１の位相
差をもった合成コイルが存在すると考えられる。また３
相通電では第１次と第２次と実際のコイルの槽中心は一
致する。従来例のモータでは第２図（ｄ）の構成であり
、これを整流子片の片巾に対する通電モードを刷子回転
移動にしたがって第２機成分アンペアターン分布の同極
中心軸が変化する状態を表わしたものが第５図である。

すなわち整流子片巾の各部をＡ〜Ｌで＋側電流の流入を
表わし、Ａ°〜Ｌ゛を一側の流出を表わ１゛と、Ａ−＋
Ａ’によりコイル■→■の通電モードになり、そのとき
の第２吹成分（４権威分）のたとえばコイルへの電流流
入をＳ極とすれば、Ｓ極の槽中心線は図の■→■線とな
る。刷子がＡ、Ａ’の中移動しても■→■線は動かない
。（ＥＪ様に刷子がＢ−Ｂ’　　Ｃ→Ｃ°と移動すると
、第２吹成分の槽中心は順次■→■、■→■と移動する
。その移動ピッチは争ｅ ３０　　　であり、刷子の移動ビッヂも３０゛０であり
完全に同期している。そこで界磁磁石の極性をトルクの
取出したい極性で刷子上に固定すれば、一方向のトルク
を取出すことができる。ただし刷子の片巾移動に対し界
磁極中心がアンペアターン分布極中心線をまたがらぬこ
とである。

第５図で説明すれば刷子がＡ−Ａ’を矢印の向き（反時
計）に回転するとき、Ａ−Ａ’に刷子がかかったときか
ら３０°０に移動しても■→■線は不動である。いま■
→■線にＳ極アンペアターン中心（４権威分）があり、
刷子に固定されている界磁極中心がＮ極であるとすると
、■→■線より時計方向に３０°０ずらして刷子に固定
してあればトルクの反転は発生しない。すなわち■→■
線から時計方向に３０°０１〜９０°０１の範囲に界磁
極Ｎの中心が刷子に固定されれば、反時計方向のトルク
が発生する。以上トルクを一定方向に発生させるには、
界磁極と励磁アンペアターン極の移動ピッチを同期させ
ること、整流子片巾の１７２角度〜極間ピッチ角の間に
刷子と界磁極の中心を固定させることである。

［発明が解決しようとする課題］ 前記従来例で説明したように、重なり合わない電機子コ
イルはコイル厚の薄型化、電機子製造の簡略化には有効
であるが、短節巻により発生する第２次成分（４極）の
みを利用しているか、あるいは界磁を２極構成として通
常の第１次成分（２極）のみを利用している。本発明は
短節巻の電機子巻線により発生する１次、２次の両成分
を利用し、かつこれに対応する界ｆ！ｉ磁Ｇの２極、４
極を複合化することにより、トルクを従来の単一成分利
用方式より減少させることなく磁石の所要量を減じるこ
とを目的とし、特に希土類磁石などの高価な部品を使用
しているモータには効果的である。

１課題を解決するための手段］ 本発明は、重なり合わない多相巻線をもって回転軸周辺
に配した回転電機子をもって構成する整流子電動機にお
いて、その電機子巻線をダブル多相巻線となし、一方そ
れに対応する界磁極の永久磁石をＮ８Ｉ子巻線の通電に
したがって生ずるアンペアターン分布の第１次、第２次
に対応する極数による複合構成となし、実質的に電機子
巻線との間のへ極とＳ極の等価鎖交部分を無着磁または
無磁石となしたことを特徴とする整流子電動機であり、
極対数倍の反復で軸中心に配した多極構成とし、３相巻
線を有しかつ電機子巻線をダブル巻線となし、かつ非対
称永久磁石構成とするものである。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を偏平型コアレスモータの構
成で示したものである。（ｂ）は（ａ）におけるＷ−Ｘ
矢視より見た回軸電機子の構成図である。回転電機子１
上に電機子コイル１−２が配され３相コイルは互いに重
なり合わない構成になっている。（Ｃ）は（ａ）におけ
るＹ−Ｚ矢視より見た界磁磁石の構成図と同等で、永久
磁石４は２極構成でかつ半分の面積をもって構成され、
電機子１にあるコイルに対向しており、軸受５と共にブ
ラケット６に一体となっている。

（ｄ）は回転電機子コイル１−２と整流子２との結線の
関係図である。本発明のような励磁アンペアターン分布
の第１成分（２極）と第２成分（４極）の両方を利用す
る場合、下記の条件を満足しなければならない。

Ｑ）両成分の移動ピッチ速度が一致する。

（ｉ）両成分の極中心が一致する。

以上を満たす電機子巻線のスイッチングモード→■ は３相全通電である。すなわち第４図の■ヨ■モードに
おいては、励磁アンペアターンの極中心は第１．第２成
分共一致し、かつ整流子片巾の刷子移動に対しトルクの
発生方向が逆にならないためには、第２成分の整流子片
巾にしなければならない。この条件を満たすためには第
１図（ｄ）のようなダブル３相６セグメント構成にして
刷子を１８０”間に配置すればよい。すなわち６０°８
の移動ピッチで刷子及び界磁磁石極中心も、電機子アン
ペアターン分布の極中心も移動する。また界磁極中心は
整流子片巾６０°８１の振れに対して電機子アンペアタ
ーン分布は不動であるが、第２次成分の極間ピッチ９０
°８内であればトルクは反転しない。

次に界磁極の構成について説明する。第６図は電機子合
成アンペアターン分布く金相通電）に対し界磁磁石の２
極、４極がそれぞれ同一方向にトルクを最大に発生せし
める磁極中心の関係を示したものである。第６図（ａ）
は電機子の合成アンペアターン分布による第１成分１０
と第２成分１１を表わす。第６図（ｂ）はそれに対向す
る界磁極の着磁極を示し、これは第１図（Ｃ）の界磁磁
石４を実質的に表わすものであり、それぞれのアンペア
ターン成分に対応する極すなわち２極と４極をもってい
る。これを４−１とする。

第６図（Ｃ）は実際の界磁磁石の着磁パターンを示した
もので、これは第１図（Ｃ）の界磁磁石の着磁パターン
を示すものである。これを４−２とする。このような電
機子巻線と界磁磁石の組合せにより、第１次のトルク成
分と第２次のトルク成分が互いに順方向に働き、従来と
同等の発生トルクを得ることができる。刷子が片間にか
かる短時間には電機子コイルは２コイル通電の状態にな
る。たとえば界磁磁石の４極磁石の極中心を第２次トル
ク成分が零になる位置に刷子を固定すれば第１次アンペ
アターン分布と２極界磁成分との間に発生するトルクは
最大の位置になる。以下これについて説明する。

第７図は第１図（ｄｉにおける刷子が整流子片間にまた
がった状態を表わしたもので回転電機子コイル■、■、
■を固定して刷子を反時計方向に回転させたものである
。第７図（ａ）は整流子片Ａ〜Ａ°から刷子を反時計回
りで隣接片間にまたがらせた状態であり、そのときの導
通コイルは電流が■から■へ通ずることを示している。

この関係にお（ブる刷子位置とアンペアターン分布の１
次分と２次分の極中心の関係を、電流の流入極をＯ（１
次成分）、流出極を６）（１次成分）として、それとの
関係で２次成分をＱｓＴ：゛表示している。刷子は整流
子片中角６０、　ｅｌ移動し得るから通常の刷子位置に
おいて第１次と第２次のアンペアターン分布と界磁磁石
との間の発生トルクは刷子の移動可能角６０°８の範囲
でそれぞれ順方向に発生する範囲内でこの整流子片間位
置において、刷子に対して４極界磁磁石のＮ極中心を［
ＥＮとして４５°０１時計方向にずらして固定する。こ
の状態で４極の発生トルクは互いにＱＳ　　、　２が対
向しているので零である。同様に２極界磁磁石の場合、
その極中心が第６図（ｂｌのように４極界磁磁石中心よ
り４５°　時計方向にずらせるので、１次アンペアター
ン分布成分と２極界磁磁石の種牛心間は９０°０（の位
相差があり、発生トルクは最大（１として表示）となる
。同様に整流子片Ｂ−８’より刷子を反時計方向に回転
させて隣接した片間に位置させた状態を第７図（ｂ）に
、整流子片ｃ−ｃ’より刷子を反時計方向に回転させた
場合を第７図（Ｃ）に表わす。いずれもトルクの発生関
係は同一であり、以下他の状態においても同一である。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明は電機子に発生するアンペ
アターンの複数成分を利用するために、それに対応して
界磁磁石の着磁も非対称にすることにより、発生トルク
を減少させることなく、界磁磁石を半減させることがで
きる。なお実施例の角度は電気角で表示されているので
、多極、多相構成においても同一の作用があることは言
うまでもない。また本発明は偏平型コアレスモータにつ
いて説明したが、円筒型あるいは鉄芯型モータについて
も同様であることは自明であり、極対数で反復する多極
型構成においても成立つ。さらに回転電機子の構成を多
相短節巻とした構成についても、同一の思想で展開する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のモータを示す構成図。 第２図は従来例のモータを示す構成図。 第３図は短節巻単一コイルのアンペアターン分布図。 第４図は回転電機子コイルの空間位相説明図。 第５図は第２図（ｄ）における刷子移動による通電モー
ドと回転アンペアターンの代表槽中心の関係図。 第６図はＮ機子合成アンペアターン分布に対し、磁極中
心を示した関係図。 第７図は第１図（ｄ）における刷子が整流子片間にまた
がった状態を表わした図。 １、電機子　　　　　　　２：整流子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重なり合わない多相巻線をもって回転軸周辺に配
   した回転電機子をもって構成する整流子電動機において
   、その電機子巻線をダブル多相巻線となし、一方それに
   対応する界磁極の永久磁石を電機子巻線の通電にしたが
   つて生ずるアンペアターン分布の第１次、第２次に対応
   する極数による複合構成となし、実質的に電機子巻線と
   の間のＮ極とＳ極の等価鎖交部分を無着磁または無磁石
   となしたことを特徴とする整流子電動機。
2. （２）極対数倍の反復で軸中心に配した多極構成の請求
   項（１）記載の整流子電動機。
3. （３）３相巻線を有しかつ電機子巻線をダブル巻線とな
   し、かつ非対称永久磁石構成とした請求項（１）記載の
   整流子電動機。