JPS5914352A - 扁平モ−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】 本発明は、回転電気機械、特に無鉄心巻線式電機子を備
え友扁平モータに関するものである。

最近、軸方向に空隙を有する巻線式扁平モータは、制御
性、整流性が良好であり、薄形化、高出力高効率等の特
徴がある友め、一層実用化の傾向にある。

例えば特公昭５４−４１６８１号公報に開示されている
如く、回転軸と直交する平面に平行する面にある永久磁
石と、モータケースとからなる有効空隙の軸側端及び反
軸側端を越えて外部に延びる絶縁電線全相互に連結交叉
する部分を有する樹脂固着電機子金偏えた無鉄心巻線式
直流扁平モータを可能ならしめたものが知られている。

しかしながら上記扁平モータでは、扁平な場所へ取り付
けるには有効であるが、外径方向に制限がある場所への
使用にｉ不向きである。また、有効空隙に含まれないコ
イル部分は電磁力を受けないのでトルク発生に寄与しな
いだけでなく、電流が流れているので、いわゆる銅損を
発生し、モータの効率を低下させるとともに、発熱等に
エフモータの過熱′ｔ−まねくことになる。

さらに扁平モータは、エアギャップをできるだけ小さく
する必要性から電機子を薄形に製造するために電機子の
外径が大きくなると歪も大きくなり、その分だけエアギ
ャップを大きくとらなければならない等、モータの性能
上マイナス面がでてくる。

′ｊなわち、従来の扁平モータは第１図に示す工うに、
鉄ケース１．２．３、フェライト等の永久磁石４、ベア
リング５、ノ・ウジング６、回転軸７、電機子８、ブラ
シ９、ブラシホルダー１０、ブラシホルダーペース１０
ａ１スプリング１１等から構成されており、永久磁石４
とケース１ａとで形成される有効空隙の外周部及び内周
部に電機子コイル８の連結交叉部８ａ及び８ｂが配設さ
れている０ ここで、永久磁石４の外径より外側にある連結交叉部８
ａはトルクを発生しないので、扁平モータの外径がそれ
だけ大きくなり、扁平モータの適用範囲を狭めることに
なる。

ま几有効空隙の内側にある連結交叉部８ｂもトルクを発
生しないのでこの部分も前述したように銅損全発生して
効率の低下をまねくことになる。

さらに扁平モータの容量は永久磁石の着磁面積に比例的
に増大する几め、トルクを発生しない内外周部分を少し
でも小さくシ、単コイルの一部分又は全体部公金二重又
は多重巻線にする等して、単コイルの直線部分に対する
永久磁石の面積増大を図９モータ外径を有効活用する工
夫がなされているが、多重巻線によって径が小さくなる
と、逆に厚さが増し、磁気抵抗が増加し之ジ、内外周部
の多重型なり部分が異常に隆起した９″ｊる。整列巻に
よって薄形にすると磁気抵抗は減少するが電機子の径が
増大するという関係にあり、末だ十分に実用化されるに
至っていない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされｔもので、その
目的とするところは、巻線式扁平モータに固有の望オし
い特性である薄形化、良好な制御性及び整流性等を有し
、かつモータ外径の増大を抑制し、電機子の直径を最大
限に利用して電機子体積当りの出力増大を図った高密度
電機子を備えた扁平モータを提供するものである。

以下、本発明による実施例を第２図ないし第５図にもと
づいて詳細に説明する。第２図は本発明による一実施例
であり、電機子１６ｆｄケース１２ａと永久磁石１５と
の空隙内に収容されており、この永久磁石１５はケース
１３に磁石の吸引力及び接着剤を介して固層され、有効
空隙を通る磁気回路全形成している。上記電機子１６は
回転軸１９に樹脂モールド等によって固定され、回転軸
１９はハウジング１８内のベアリング１７によって回転
自在に支持されている。また上記電機子１６には整流子
２４が固設されており、この整流子２４にはブラシ２０
が摺接して給電するようになっている。上記ブラシ２０
はブラシホルダー２１で支持され、スゲリング２２の所
定の押圧力で整流子２４に圧接する工うになっている。

上記永久磁石１５の形状は第９図ないし第１１図に示す
工うに丸形２５、扇形２６及び円環状２７に成形されて
適宜選定される。また、永久磁石１５ＵＮ極、Ｓ極が交
互に配設され、軟鉄等の強磁性体２８を接合させて磁気
回路を形成することが望ましい。なお、電機子１６の軸
側及び反軸側の連結交叉部は重なったコイルの隆起が生
じ、有効空隙の間隙を長くせざるを得ないので、なるべ
く漏洩磁束の生じないような磁気回路を形成する工夫が
必要とされている。

にで第７図ないし第８図は単コイル２９が磁極下にある
と各部分にどのよ°うな力が作用するかを示した説明図
であり、力の方向及び成分は下記のようになる。

ａｌ、Ａ２部・−・・＝ＡＩ　、Ａ２　：回転力Ｃ１，
Ｃ２部・・・・・・Ｃｌ−Ｃ２部回転に関係ない力り、
　、　ｂ２部・・・・・・Ｂ’１．８’２　’回転力Ｂ
′１．Ｂ′２：回転に関係ない力 ｄ１．ｄ２部・・・・・・Ｄ’１．Ｄ’２　’回転力Ｄ
’１．Ｄ″２：回転に関係ない力 ｅ１．ｅ２部・・・・Ｅｌ−Ｅ２　’回転に関係ない力
Ｆは渡り線に発生する力の方向を示しｔものである。

結局、単コイル２９の曲つ几部分ｂ１１ｂ２、ｄｌ、ｄ
２に磁束が作用しても回転力全発生する。すなわち電機
子の連結交叉部１６ａ、１６ｂに磁束が作用すればモー
タとして有効回転トルクが得られ、その大きさは曲線部
の直径に対する投影長と導体数の積として表わされる。

但し単コイル２９の連結交叉部ｅ１、Ｃ２、ｄｌｓｄ２
、ｂ１１ｂ２、Ｃ１１Ｃ２は多重に交叉して厚くなるの
で間隙を大きく必要とし、磁気抵抗が大きくなりトルク
発生は少なくなる。しかしトルク発生分だけは回転力が
増大するのでその分高性能な扁平モータを得ることがで
きる。

第１２図に単コイル３０と整流子３１の結線状態を示す
斜視図であり、順次単コイル３０を波巻又は型巻法等に
したがって結線したあと、樹脂モールドすることによっ
て電機子が形成される。なお、整流子３１は円筒型に限
らず扁平整流子等を使用することもできる。

つぎに永久磁石１５の外径と、電機子１６の外径と漏洩
磁束との関係について説明する。まず、第６図に示すよ
うに永久磁石１５の外径φＭｏと、電機子１６の外径φ
Ｒｏとの位置関係は■φＭｏ＞φＲＯＮ■φＭｏ−φＲ
Ｏｓ■φＭＯ＜φＲ，の３種類があり、これらの関係に
おける実施例を第２図ないし第５図に示した。

第３図はφＭｏ＞φＲｏの場合で、電機子１６の外径に
対して永久磁石１５−２の外径が若干大きく、非磁性体
のリングケース１４で覆われている。

ここで、電機子１６の外縁部１６ａＱ通る磁束は漏洩の
影きようを受けに＜＜、電機子のトルク発生は増大し、
性能の良い、低コストのモータが得られる。

第２図はφＭｏ−φＲｏの場合であり、空間スペースの
有効利用を図ることができる。

第４図はφＭｏ＜φＲｏの場合であり、電機子１６の外
縁部１６ａの中間に位置したとき、はとんどの磁束は電
機子を通る有効磁束となるが、磁束密度は永久磁石１５
−３の外側部では小さくなるので、発生する電磁力は小
さくなる。この傾向は永久磁石１５−３の外径が電機子
外径に対して小であればある程廣顕著であろう。逆に永
久磁石１５−３の外径を電機子１６の外径と同径に近づ
けるにしたがい有効磁束は増加してゆくが漏洩磁束も問
題となる。このとき、周囲を覆うリングケース１４の材
質の透磁率が影きよう金与える。リングケース１４がも
し強磁性体であれば、磁束は磁気抵抗の少ない強磁性体
を通過するので、電機千金通過する有効磁束は減少する
ものであり、永久磁石の径を増大しても有効磁束は比例
して増加しない。

一方、モータの性能に、低回転高トルク型、及び高回転
低トルク型環各種あるが、高回転型モータは単に磁束を
減少させて達せられる場合があるので、永久磁石外径を
小さくしてゆくことに工っでも可能となる。

つぎに、永久磁石１５の内径と、電機子１６の軸側連結
交叉部１６ｂの内径との位置関係について説明する。

電機子の軸側連結交叉部１６ｂｔ有効空隙内に配置する
ためには永久磁石及びそれに対する位置に鉄等の強磁性
体１２ａＴｈ置いて有効空隙をつくり、その中に連結交
叉部１６ｂ’を挾持する。上記電機子の連結交叉部１６
ｂの内径φＲｉと永久磁石１５の内径φＭｉとの関係に
第６図に示すように■φＭ＋＜φＲ１１■φＭｉ−φＲ
ｉ、■φＭｉ＞φＲｉの３種類がある。第３図の場合に
φＭｉ＜φＲｉであジ、永久磁石１５−２と強磁性体１
２ａとで形成する有効空隙内に電機子の軸側連結交叉部
１６ｂ、すなわち単コイル２９のｄｌ、ｃ４．ｅ２、ｄ
２があるのでトルク発生に寄与する。

また、■のφＭｉ！＝；φＲｉの場合は、モータとして
は最も望ましい形状といえる。

第４図は（）φＭｌ〉φＲｉの場合で、軸側連結交叉部
１６ｂの中間に永久磁石１５−３の内径が位置し、永久
磁石１５−３の内径の軸側では磁束密度は小さくなるの
で、電機子の連結交叉部１６ｂに発生するトルクは小さ
くなる。この傾向は、永久磁石がカバーする連結交叉部
１６ｂが少なくなればなる程顕著である。さらに連結交
叉部１６ｂに対し、永久磁石１５の内径金入きくしてゆ
くと、第５図に永久磁石１５−４によってコイル２９の
直線部分のみが第７図の如く有効空隙内となる。

その結果、連結交叉部１６ｂはトルク発生に寄与されな
い。連結交叉部１６ｂは軸に近く樹脂モールド等の寸法
制約全党は易い几め、完全に有効空隙の中に配置でき難
いので、出来る限り有効空隙中に配置することにより性
能を向上させることができる。

有効空隙を形成するには永久磁石側と強磁性体１２ａの
内径が同一である必要はなく、どちらか一方が軸側に伸
びていれば漏洩磁束が減少し性能的に望ましい方向とな
る。

永久磁石と磁束漏洩のおそれのある物体とを離すべき目
やすとしては有効空隙をつくる間隙より近くに接近させ
ないことである。磁力線は磁気抵抗の少ない通路を通り
易いため、鉄等の強磁性体が近傍にあると、有効磁束は
それに引張られてしまうので、電機子を通過しない漏洩
磁束を少なくするのを目的としてリングケース１４は樹
脂、アルミ等の磁気に関係のない、あるいは少ない材料
によって構成する。

上記リングケース１４は塵埃防止のために覆うものであ
る。

以上詳細に説明し念ように、本発明による扁平モータは
、環状に配設された永久磁石有効面の外径側又は内径側
の少なくともどちらか一方、或いは両方が電機子コイル
の放射直線部分並びに連結交叉部分を越えて、電機子を
覆う工うに構成されたものである。また、永久磁石の外
側部全樹脂、又はアルミ等非磁性体のリングケースによ
って覆うことにエリ、漏洩磁束を最小限にすることがで
きるものであり、扁平モータの外径を増大させることな
くモータ性能を向上させることができる。

自動車用に使用する電動機の場合は外径制約されるので
有効である。

さらに、永久磁石の軸側においても漏洩磁束を生ずる強
磁性体を磁石近傍に置かないよう構成したものである。

なお、電機子の連結交叉部の外側及び軸側、又はどちら
か一方を有効空隙内に配置させることにニジモータの性
能向上、コンパクト化が図れる。

また、本発明は扁平モータとして説明してきたが、発電
機としても応用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の実施例を示す扁平モータの一部断面図、
第２図は本発明による一実施例を示す扁平モータの一部
断面図、第３図ないし第５図は本発明による他の実施例
を示す扁平モータの一部断面図、第６図は本発明による
要部の位置関係金示す説明図、第７図ないし第８図に本
発明による要部の作動を示す説明図、第９図ないし第１
１図は本発明による扁平モータの永久磁石部分を示す斜
視図、Ｍ１２図は本発明による扁平モータの電機子部分
の分解斜視図である。 １２・・・ケース、１３・・・ケース、１４・・・リン
グケース、 １５−１．１５−２．１５−３．１５−４・・・永久磁
石、１６・・・電機子、 １６ａ・・・電機子の連結交叉部（外側風１６ｂ・・・
電機子の連結交叉部（内側）、２０・・・ブラシ、２１
・・・ブラシホルダー、２２・・・ブラシスプリング、
２４・・・整流子、２５．２６．２７・・・永久磁石、 ２９．３０・・・単コイル、３１・・・整流子。 特許出願人前　１）　　豊 代理人　弁理士　佐　藤　英　昭 矛わ　　ｌ −牙４１η づ十６１２ 眉−７２（岡

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転軸と直交する平面内に偶数極数を有する永久磁石と
   、これに対向する強磁性体ケースとの間に有効空隙を形
   成し、その空隙内に樹脂固着された電機子を配設してな
   る扁平モータにおいて、環状に配設され几永久磁石有効
   面の外径側又は内径側の少なくともどちらか一方又は両
   方が電機子コイルの放射直線部分並びに連結交叉部分を
   越れて覆うように構成したＣとを特徴とする扁平モータ
   ０