JPH04344159A - 直流モータ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマグネット界磁の直流モ
ータに係り、特に、モータの外径を小さくし、モータの
重量を低減するモータの構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】補助極を有するマグネット界磁直流モー
タは、特公昭４８−３５７２１　号，特開平１−２７４
６５４号の様に知られている。その原理は、電機子反作
用起磁力の増磁側に高透磁率の補助極を配置し、補助極
磁束を利用してモータに直巻特性を持たせている。

【０００３】また、マグネット界磁モータに更に界磁巻
線を設けたモータとして特開平２−２６６８５９号（こ
れを従来技術例１とする）、特開昭４８−３９９０４号
（これを従来例２とする）が知られている。従来例１は
電機子反作用起磁力の減磁側に界磁巻線を持ち、従って
電機子反作用による増磁効果はない。従来例２は補助極
に設けた制御巻線により磁束を制御せんとするものでモ
ータの小形化については、考慮されていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】補助極を有するマグネ
ット界磁直流モータやあるいは直流直巻モータは、すで
に自動車のスタータに実用化されている。しかし、更な
る小型化の要求には十分に応えていない。スタータの小
型化として特にモータ部分の小型化を考えるとそれはす
なわち、モータの径を小さくする小径化を意味している
。モータの径を小さくする為の手段としては次のことが
考えられる。

【０００５】（１）　　磁気装荷のＵＰ（２）　　電気
装荷のＵＰ （３）　　高速・低トルク化 上記（１）の磁気装荷のＵＰとしては磁石の材質を変え
たりあるいは磁気回路の最適化が考えられるが、製品は
それぞれ限界設計がされており、現状以上のモータの小
型化の効果は少ない。

【０００６】次の上記（２）の電気装荷のＵＰとしては
巻線の高密度化等が考えられるが、これは生産技術的な
、そして困難な問題であり更なる効果はさして期待でき
ない。上記（３）の高速・低トルク化はギャ等の機械的
な変更が必要となり、現実的で無いとともに総合的な小
型化の効果は期待できない。

【０００７】そこで、本発明の目的はマグネットの面積
および小径化に直結しているマグネットの厚みを小さく
することによって、モータの小径化を図るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、モータはマグネット界磁と補助極と界磁巻き線を
有する構造とした。

【０００９】

【作用】電機子反作用起磁力の増磁側に配置する高透磁
率の補助極を大きくし、電機子反作用起磁力に界磁巻線
による励磁起磁力を加えることにより有効磁束量を大き
くできる。その為にマグネット界磁の面積を小さくでき
るとともに、界磁巻線による励磁起磁力は電機子反作用
による減磁起磁力を打ち消す方向に働くためにマグネッ
ト界磁に必要な減磁耐力は小さくて良いから、マグネッ
ト界磁を薄くできる。マグネット界磁が薄くなる事から
モータの外径を小さくする事ができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。図１
は本発明のモータの断面構造を示す断面図であり、電機
子鉄心，マグネット界磁，電機子反作用起磁力の増磁側
に配置された高透磁率材からなる補助極，継鉄，マグネ
ット界磁を増磁側に励磁する界磁巻線によって磁気回路
が構成されている。

【００１１】図２は本発明によるモータの磁気回路の概
念を示す説明図である。電機子反作用起磁力は補助極側
で増磁，マグネット界磁側で減磁として作用する。界磁
巻線による起磁力はマグネット界磁を増磁する方向であ
り、従って補助極側で増磁として作用するとともに、減
磁方向に作用する電機子反作用起磁力を打ち消す方向に
働く。

【００１２】次に、図４にてモータの有効磁束量に付い
て説明する。モータの有効磁束量をφＭ，マグネット界
磁による磁束量をφＭＡＧ，電機子反作用起磁力によっ
て補助極に生じる磁束量をφＡＲＭとするとその関係は
、下式となる。

【００１３】

【数１】φＭ＝φＭＡＧ＋φＡＲＭ マグネット界磁による磁束量φＭＡＧはマグネットの特
性で決まるものであり、電機子反作用による若干の磁束
量の減少はあるが、ほぼ一定と考えて良い。電機子反作
用起磁力によって補助極に生じる磁束量φＡＲＭは磁気
回路が飽和しないかぎり電機子電流に比例する。通常は
磁気回路の飽和が有るので図４に示すようになる。次に
マグネット界磁の極弧率ψＭＡＧと、補助極の極弧率ψ
Ｈを変えた場合について説明する。図５には極弧率の説
明を示す。図６にマグネット界磁による磁束量φＭＡＧ
とマグネット界磁の極弧率ψＭＡＧの関係を示す。マグ
ネット界磁による磁束量はマグネットの周方向の面積に
比例する為、磁束量も極弧率に比例する。図６にはマグ
ネット界磁の極弧率ψＭＡＧが０．６，０．４，０．２
の場合について示す。図７に電機子反作用起磁力によっ
て補助極に生じる磁束量φＡＲＭと補助極の極弧率ψＨ
との関係を示す。図７には補助極の極弧率ψＨ０．２，
０．４，０．６　の場合を示しているが、例えば、極弧
率ψＨ＝０．２　の場合磁気回路の飽和のために磁束量
として３０（ＫＭＸ）程度で飽和してしまう。極弧率ψ
Ｈ＝０．４　の場合は磁気回路の面積が増えるためにさ
らに磁束量は増加するが、やはり磁束量としては４５（
ＫＭＸ）程度で飽和する。極弧率ψＨ＝０．６　の場合
はさらに飽和磁束量は増加するが、電機子反作用起磁力
が小さい場合すなわち電機子電流が小さい場合は磁束密
度が上がらず、通常の実用域での磁束量あまり増加しな
い。図８にマグネット界磁の磁束量と補助極の磁束量の
合計である有効磁束量と極弧率との関係を示す。マグネ
ット界磁の極弧率が大きい場合は電機子電流が小さい範
囲では有効磁束量は多いが、その反面、大電流の範囲で
は有効磁束量が飽和してしまう。逆に補助極の極弧率が
大きい場合は電機子電流が小さい範囲での有効磁束量が
少なくなる反面、電機子電流の大きい範囲では飽和磁束
量が大きいため有効磁束量も大きくできる。本発明はさ
らに界磁巻線による界磁起磁力を作用させる事により、
電機子電流の小さい範囲での有効磁束量を大きくすると
ともに大電流の範囲でも大きい飽和磁束量を確保したも
のである。

【００１４】界磁起磁力を作用させる場合は磁気回路の
飽和が少ないように補助極の極弧率を大きくした方が有
利であるため、本発明の実施例を、補助極の極弧率ψＨ
＝０．６　，マグネット界磁の極弧率ψＭＡＧ＝０．２
　の場合について説明する。マグネット界磁による磁束
量は図６のψＭＡＧ＝０．２　の場合と同じである。図
９に本発明に係るモータの磁気飽和曲線を示す。界磁起
磁力の無い場合に作用する起磁力は電機子反作用起磁力
のみである。従って、図９に示すＦａ（Ａ）の起磁力と
なり、補助極磁束密度はＢａ（Ｍｘ）となる。これに対
して、本発明ではさらに界磁起磁力を加える為、作用す
る起磁力は下式のようになり、作用する起磁力は電機子
反作用起磁力と界磁起磁力の合計となる。ここで、界磁
巻線は電機子巻線と直列に接続するため界磁電流と電機
子電流は等しくなる。

【００１５】

【数２】Ｆａｆ＝Ｆａ＋Ｉａｒｍ＋Ｆｔｕｒｎここで、
Ｆａｆ　　：合成起磁力（Ａ）Ｆａ　　　：電機子反作
用起磁力（Ａ）Ｉａｒｍ　：電機子電流（＝界磁電流）
（Ａ）Ｆｔｕｒｎ：界磁巻線の巻き数（回） 図９のＦａｆが界磁起磁力を作用させた場合の合成起磁
力であり、その場合の補助極磁束密度はＢａｆとなり、
大幅に増加している。図１０に界磁起磁力を加えた本発
明と、従来のマグネット界磁と補助極による場合の有効
磁束量の関係を示す。これにより、マグネット界磁の面
積を小さくしても有効磁束量を大幅に増加できる。図３
は電機子反作用起磁力の説明図である。電機子反作用起
磁力Ｆａ　は下式によって求められる。

【００１６】

【数３】 Ｆａ＝Ｚ／２・１／２ａ・１／２ｐ・Ｉａ・ψ（Ａ）こ
こで、Ｚ　　　　：全導体数（本） ２ａ　　：電機子並列回路数 ２ｐ　　：極数 Ｉａｒｍ　：電機子電流（Ａ） ψ　　　　：極弧率 上式で求められる起磁力は図３の補助極側で増磁として
作用し、マグネット界磁に対して減磁として作用する。 マグネットの減磁耐力はその厚さに比例する為、従来は
この電機子反作用起磁力に耐えるだけの減磁耐力を持た
せる意味で、マグネット界磁の厚さＴｍ　を厚くする必
要があった。

【００１７】しかし、本発明によると界磁巻線による界
磁起磁力が、減磁側に作用する電機子反作用起磁力を打
ち消すために図３に示すようにマグネットに作用する減
磁力が減少する。仮にスロット数＝２５，電機子巻線の
巻き数＝２，極数＝４，モータ電流＝６００（Ａ），極
弧率＝０．７　として電機子反作用起磁力Ｆａ　を求め
ると、Ｆａ　＝１３１２（Ａ）となる。それに対して、
電機子巻線と直列接続様れた界磁巻線の巻き数を１ター
ンとすると、その界磁起磁力Ｆｆ　はＦｆ　＝６００（
Ａ）となり、この界磁起磁力が減磁側の電機子反作用起
磁力を打ち消す事になる。従って、マグネットに作用す
る減磁力Ｆｍａｇ　は下式となる。

【００１８】

【数４】Ｆｍａｇ＝Ｆａ−Ｆｆ（Ａ）この事から必要な
減磁耐力は小さくてすむのでマグネットの厚さを薄くす
る事ができる。本実施例の場合、必要減磁耐力の比をＧ
とすると下式に示す比率でマグネットを薄くできる。

【００１９】

【数５】 　　　　　　Ｇ＝（Ｆａ−Ｆｍａｇ）／Ｆａ＝（１３１
２−６００）／１３１２＝０．５４従って、５４パーセ
ント薄くできる。従来、マグネットの厚さは１０（ｍｍ
）程度であるからモータの外径にして１０（ｍｍ）小さ
くなる事を意味する。

【００２０】以上の事から、本発明によるとモータの有
効磁束を大幅に増加できるとともに、モータの外径を小
さくする事ができる。

【００２１】また、図１１に本発明の実施例における界
磁巻線の巻線方法を表す展開図を示す。実施例の界磁巻
線は、従来の直流直巻モータのように数ターンを巻く必
要もなく、１ターンでよいから図１１に示すように簡単
な構造で実現できる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、簡単な直巻界磁巻線の
構成でモータの有効磁束を増加させるとともに、モータ
の外径を小さくできるので、スタータ用モータの性能を
低下させること無く小型化出来るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すモータの断面図である
。

【図２】本発明におけるモータの磁気回路の構成図であ
る。

【図３】電機子反作用の説明図である。

【図４】補助極付モータの電機子電流と磁束量を説明す
る特性図である。

【図５】補助極付モータの極弧率の説明図である。

【図６】マグネット界磁の極弧率と磁束量の関係を示す
特性図である。

【図７】補助極の極弧率と補助極磁束量の関係を示す特
性図である。

【図８】極弧率と有効磁束量の関係を示す特性図である
。

【図９】本発明におけるモータの磁気飽和曲線図である
。

【図１０】本発明と従来の補助極付きモータの有効磁束
量の関係を示す特性図である。

【図１１】本発明の一実施例における界磁巻線の巻き方
を示す展開図である。

【符号の説明】

１，２，３，４…マグネット界磁、５，６，７，８…補
助極、９…界磁巻線、１０…継鉄、１１…電機子鉄心、
１２…界磁起磁力による磁束、１３…電機子反作用によ
る磁束、１４…マグネット界磁による磁束。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マグネットと補助極とを有し、電機子反作
   用起磁力により、補助極の増磁作用を行う、直流モータ
   においてマグネットと補助極を包囲する界磁巻線を設け
   、前記界磁巻線と電機子巻線とを直列に結んだことを特
   徴とする直流モータ。
2. 【請求項２】請求項１において、界磁巻線を波巻きの形
   状としたことを特徴とする直流モータ。
3. 【請求項３】請求項１においてマグネットにフェライト
   マグネットを用いたことを特徴とする直流モータ。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３の直流モータを用
   いたことを特徴とするエンジン始動用スタータ。