JP2825912B2 - 整流子電動機 - Google Patents

整流子電動機

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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は永久磁石界磁で電機子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(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、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)におけるY−Z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゜ピッチなる短節巻とす
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単一コイルによるアンペアターン分
布7はコイル中心と極中心が互いに一致する第1次成分
8と第2次成分9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
ン分布の極中心と、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(極中心)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)成分の極中心の位相関係
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イルの極中心に対
して、第1次は30゜el,第2次は15゜elずれていて、第
1次と第2次は45゜el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
と実際のコイルの極中心は一致する。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次成
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−側
の流出を表わすと、A→A′によりコイル→の通電
モードになり、そのときの第2次成分(4極成分)のた
とえばコイルへの電流流入をS極とすれば、S極の極中
心線は図の→線となる。刷子がA,A′の巾移動して
も→線は動かない。同様に刷子がB→B′,C→C′
と移動すると、第2次成分の極中心は順次→,→
と移動する。その移動ピッチは30゜elであり、刷子の
移動ピッチも30゜el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
布極中心線が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゜el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極成分)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゜el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゜
el〜90゜el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1/2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磁磁石の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。
[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
それに対応する回磁極の永久磁石を電機子巻線の通電に
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。
(i)両成分の移動ピッチ速度が一致する。
(ii)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 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゜el間に配置すればよい。すなわち60
el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゜el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゜
el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(全相通電)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(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。この関係におけ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 として、それとの関係で2次成分を で表示している。刷子は整流子片巾角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゜el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 として45゜el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 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(b)のように4極界磁磁石中
心より45゜el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極界磁磁石の極中心間は90゜el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−B′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] 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極中心の関係図。 第6図は電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 3:回転軸、4:永久磁石界磁 5:軸受、6:ブラケット

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。
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