JP3239073B2 - Permanent magnet field type brush motor - Google Patents
Permanent magnet field type brush motorInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石界磁形ブ
ラシ付モータに関し、特に、突極を持つ小形の永久磁石
界磁形ブラシ付モータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a permanent magnet field type brush motor, and more particularly to a small permanent magnet field brush motor having salient poles.
【0002】[0002]
【従来の技術】扁平形電機子を持つ小形(例えば、直径
20mm, 厚さ10mm)の永久磁石界磁形ブラシ付モータは、
例えば図10に示すように、底面に軸受け(図示せず)
を有する扁平カップ状のハウジング(ヨーク)1と、こ
のハウジング1の内周面に添わせて固定した磁極数2の
永久磁石2a,2bと、磁極数3の突極3a,3b,3
cを持つ積層コア3と、その積層コア3のボスに圧入し
たモータシャフト4と、そのロータブシュ5に圧入した
3セグメント(6a,6b,6c)のコミテータ6と、
火花発生を防止するバリスタ7と、180°配置のブラ
シ8a,8bと、ブラシ基板を含むエンドキャップ9と
を有している。積層コア3の各突極3a,3b,3cに
は、図11に示すように、集中巻で電機子巻線(電機子
コイル)U,V,Wが巻装されており、1相1巻線で3
相接続の電機子を形成している。2. Description of the Related Art Small (eg, diameter)
20mm, thickness 10mm) permanent magnet field type brush motor
For example, as shown in FIG. 10, a bearing (not shown) is provided on the bottom surface.
, A permanent magnet 2 a, 2 b having two magnetic poles fixed along the inner peripheral surface of the housing 1, and salient poles 3 a, 3 b, 3 having three magnetic poles
c, a motor shaft 4 pressed into the boss of the laminated core 3, a commutator 6 of three segments (6a, 6b, 6c) pressed into the rotatable bush 5,
It has a varistor 7 for preventing sparking, brushes 8a and 8b arranged at 180 °, and an end cap 9 including a brush substrate. As shown in FIG. 11, armature windings (armature coils) U, V, and W are wound around the salient poles 3a, 3b, and 3c of the laminated core 3 in a concentrated winding. 3 by line
A phase-connected armature is formed.
【0003】このような永久磁石界磁形ブラシ付モータ
では、永久磁石の磁極数Mが2で、電機子の突極の磁極
数Pは、3,5,7,又は11が一般的である。また、
M=4の永久磁石界磁形ブラシ付モータでは、P=3又
は6が一般的である。しかしながら、電機子のコアが突
極構造のため、コギング現象(突極と永久磁石磁極間の
磁気抵抗が回転角に対応して変動すること)を伴ってい
る。[0003] In such a permanent magnet field type brush motor, the number of magnetic poles M of the permanent magnet is 2, and the number of magnetic poles P of salient poles of the armature is generally 3, 5, 7, or 11. . Also,
For a permanent magnet field type brush motor with M = 4, P = 3 or 6 is common. However, since the armature core has a salient pole structure, a cogging phenomenon (a change in the magnetic resistance between the salient pole and the permanent magnet magnetic pole corresponding to the rotation angle) occurs.
【0004】他方、永久磁石界磁形ブラシレスモータに
おいては、特公昭49−8568号公報に見られるよう
に、コギングトルクの大きさを低減するために、m相接
続の電機子巻線で、永久磁石の磁極数Mと突極の磁極数
Pとの間に、M:P=m+2:m+1,の関係を持たせ
るようにすることが提案されている。永久磁石極数を突
極の磁極数よりも大ならしめてコギングトルクの改善を
図るものである。例えば3相接続の場合は、M:P=
5:4である。また、特公昭8−8764号公報では、
同じくコギングトルクの大きさの低減のため、M:P=
6n±2:6n,(但しnは2以上の整数)の関係を持
たせるようにすることが提案されている。On the other hand, in a permanent magnet field type brushless motor, as shown in Japanese Patent Publication No. 49-8568, in order to reduce the magnitude of cogging torque, an m-phase connected armature winding is used. It has been proposed that the number of magnetic poles M of the magnet and the number of magnetic poles P of the salient poles have a relationship of M: P = m + 2: m + 1. The number of permanent magnet poles is made larger than the number of salient poles to improve cogging torque. For example, in the case of three-phase connection, M: P =
5: 4. Also, in Japanese Patent Publication No. 8-8764,
Similarly, to reduce the magnitude of the cogging torque, M: P =
It has been proposed to have a relationship of 6n ± 2: 6n, where n is an integer of 2 or more.
【0005】例えばn=2の場合、M:P=10又は1
2:12である。For example, when n = 2, M: P = 10 or 1
2:12.
【0006】しかし、小形のブラシ付モータではブラシ
の交差角としては90°が限界であるため、M=4まで
が実用的である。従って、Mを5以上とするような上記
のブラシレスモータにおける関係式をそのまま小形ブラ
シ付モータに適用することはできない。However, in the case of a small-sized brush motor, the crossing angle of the brush is limited to 90 °, so that it is practical to use M = 4. Therefore, the above-described relational expression in the brushless motor in which M is set to 5 or more cannot be directly applied to the small brush motor.
【0007】また、電機子巻線の相数が偶数の場合はコ
ギングトルクが大きくなってしまうことから、3相接続
の電機子とするのが一般的である。5相以上になると、
巻線の結線箇所が増え、またブラシの交差角が72°以
下になることから、小形モータには不向きである。[0007] When the number of phases of the armature winding is even, the cogging torque becomes large, so that the armature is generally connected in three phases. When more than 5 phases
Since the number of connection points of the windings increases and the crossing angle of the brush becomes 72 ° or less, it is not suitable for a small motor.
【0008】更に、コギングトルクは1回転につき永久
磁石界磁の磁極数Mと電機子の突極の磁極数P=3n
(但しnは自然数)との最小公倍数の脈動トルクであ
り、コギングトルクの大きさはその脈動数に反比例す
る。従って、脈動数を大きくなると、そのコギングトル
クの大きさは低減する。Further, the cogging torque is determined by the number of magnetic poles M of the permanent magnet field and the number of magnetic poles of salient poles P = 3n per rotation.
(Where n is a natural number) is the pulsating torque of the least common multiple, and the magnitude of the cogging torque is inversely proportional to the pulsating number. Therefore, as the number of pulsations increases, the magnitude of the cogging torque decreases.
【0009】そしてまた、突極の磁極数Pの永久磁石の
磁極数Mに対する比P/Mが整数の場合は、コギングト
ルクがむしろ大きくなることが知られている。It is known that when the ratio P / M of the number P of salient poles to the number M of permanent magnets is an integer, the cogging torque is rather large.
【0010】このような諸条件から、永久磁石界磁形ブ
ラシ付モータのコギングトルクの大きさを評価する表を
以下に掲げる。Based on these conditions, a table for evaluating the magnitude of the cogging torque of the permanent magnet field type brush motor is shown below.
【0011】[0011]
【表1】 [Table 1]
【0012】M=4の永久磁石界磁で、3相接続の電機
子の場合、P=9,15,18,21のモータではコギ
ングトルクが低くなる。但し、突極数P=21の場合、
コギングトルクの大幅低減は期待できるものの、極数が
多過ぎる故、隣接突極間の角度が17°程度と狭くな
り、小形モータでは突極の強度低下や機械巻きが困難と
なる。従って、実用的な突極数としては、P=9,1
5,18が望ましい。In the case of a three-phase armature with a permanent magnet field of M = 4, the cogging torque is low in the motors of P = 9, 15, 18, 21. However, when the number of salient poles P = 21,
Although a large reduction in cogging torque can be expected, the angle between adjacent salient poles is narrowed to about 17 ° because the number of poles is too large, and it is difficult to reduce the strength of salient poles and mechanically wind a small motor. Therefore, as a practical number of salient poles, P = 9.1.
5, 18 is desirable.
【0013】また表2は、M=2の場合、永久磁石界磁
形ブラシ付モータのコギングトルクの大きさを評価した
ものである。Table 2 shows the evaluation of the magnitude of the cogging torque of the permanent magnet field type brush motor when M = 2.
【0014】[0014]
【表2】 [Table 2]
【0015】このM=2の場合は、P=15,21のモ
ータではコギングトルクが低くなる。しかし、P=21
の場合、上記と同様の理由により実用的ではない。従っ
て、採用できるのはP=15のモータである。In the case of M = 2, the cogging torque is low in the motors of P = 15 and 21. However, P = 21
Is not practical for the same reason as above. Therefore, a motor with P = 15 can be adopted.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】ところで、このよう
に、突極の磁極数P=3n=9,15又は18になる
と、隣接突極間の角度が狭くなり、スロットが狭いので
突極に巻回できる集中巻の巻数は自ずと制限されるた
め、例えば図11に示すように、電機子巻線U,V,W
の突極3a,3b,3cから軸方向にはみ出す巻膨れ部
Xが必然的に小さくなるので、小形モータでは特に電機
子の扁平化、即ちモータの薄形化に寄与する利点があ
る。換言すると、小形且つ薄形で高トルク定数の永久磁
石界磁形ブラシ付モータを得るには、突極の磁極数Pを
9,15又は18とするのが良い。When the number of salient poles is P = 3n = 9, 15, or 18, the angle between adjacent salient poles becomes narrow, and the slots are narrow, so that the salient poles are wound. Since the number of turns of concentrated winding that can be turned is naturally limited, for example, as shown in FIG. 11, the armature windings U, V, W
The inflated portion X that protrudes from the salient poles 3a, 3b, 3c in the axial direction becomes inevitably small, so that a small motor has an advantage that it contributes particularly to the flattening of the armature, that is, the thinning of the motor. In other words, in order to obtain a small and thin permanent magnet field type brush motor having a high torque constant, the number P of the salient poles is preferably set to 9, 15, or 18.
【0017】しかしながら、突極の磁極数Pが9,15
又は18になると、同相は集中巻の電機子巻線を複数個
(n=3,5又は6個)直列接続したものとなるので、
通電期間中、同相の電機子巻線の中で逆進トルクや起動
トルクに寄与しない巻線が存在すると、トルクロスが生
じてしまい、トルクの低下を招来する。However, the number P of salient poles is 9,15.
Or 18, the in-phase is a series connection of multiple (n = 3, 5 or 6) armature windings of concentrated winding,
During the energization period, if there is a winding that does not contribute to the reverse torque or the starting torque among the armature windings of the same phase, a torque loss occurs, which causes a decrease in torque.
【0018】そこで、上記問題点に鑑み、本発明の課題
は、同相の集中巻の電機子巻線と突極との対応順序を関
係付けることにより、トルクロスを最小限になし、小形
且つ薄形でありながら、高トルク定数の永久磁石界磁形
ブラシ付モータを提供することにある。In view of the above problems, it is an object of the present invention to minimize the torque loss by associating the correspondence order between the in-phase concentrated winding armature windings and the salient poles, thereby minimizing the size and thickness of the motor. However, an object of the present invention is to provide a permanent magnet field type brush motor having a high torque constant.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、同相の複数の突極において主たる突極
に対し補助的な突極を隣接配置せずに左右対称形の分散
配置とし、主たる突極の巻線の向きに対して補助的な突
極の巻線を同向き巻き又は逆巻きにし、主たる突極の発
生トルクの位相に補助的な突極の発生トルクの位相を極
力近づけるようにしたものである。In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, a plurality of in-phase salient poles are not disposed adjacent to a main salient pole but are arranged in a symmetrical distributed arrangement. The winding of the auxiliary salient pole is wound in the same direction or reverse direction with respect to the direction of the winding of the main salient pole, and the phase of the generated torque of the auxiliary salient pole is brought as close as possible to the phase of the generated torque of the main salient pole. It is like that.
【0020】即ち、第1の発明は、円周方向等間隔に配
列された磁極数Mの永久磁石磁極を持つ永久磁石界磁
と、円周方向等間隔に配列された磁極数Pの突極を持ち
前記突極に集中巻で巻装された電機子巻線を有する電機
子と、6セグメントのコミテータとを備えた永久磁石界
磁形ブラシ付モータにおいて、M=4,且つP=9であ
り、前記電機子は前記電機子巻線を3個直列に接続した
相を3相接続して成り、3相のうち任意の相を第1相,
第2相、第3相とすると、第1相に属する突極群は、第
1突極と、この第1突極に対し回転方向前側に第3相に
属する第3突極を置いて一つ飛びで離れた第2突極と、
前記第1突極に対し回転方向後側に第2相に属する第2
突極を置いて一つ飛びで離れた第3突極とから成り、い
ずれの相の第1突極の巻線に対して同相の第2突極の巻
線及び第3突極の巻線が逆巻きとなっていることを特徴
としている。このように、第1の発明では、永久磁石の
磁極数Mが4,且つ突極の磁極数Pが9であり、コギン
グトルクが低減し、小形且つ薄型化に適したブラシ付き
モータを実現できる。また、上記のような同相の突極相
互の配置関係及び電機子巻線の同向き巻き又は逆巻きの
関係により、同相の第1突極の最大トルクに対して第2
突極と第3突極の最大トルクの発生が±電気角20°以
内の位相差に収まるようになり、1突極当りの最大トル
クの3倍に近い合成トルクが発生し、その間、他の2相
の突極は非励磁又は発生トルクが零の状態となり、制動
トルクを発生しない。このため、トルク損失は最小にな
り、高トルク定数のブラシ付きモータを実現できる。That is, the first invention is a permanent magnet field having permanent magnet magnetic poles having the number M of magnetic poles arranged at regular intervals in the circumferential direction, and salient poles having the number P of magnetic poles arranged at regular intervals in the circumferential direction. A permanent magnet field type brushed motor having an armature having an armature winding wound around the salient poles by concentrated winding, and a 6-segment commutator, wherein M = 4 and P = 9. The armature is formed by connecting three phases of the three armature windings in series and connecting any three of the three phases to a first phase,
Assuming the second phase and the third phase, the salient pole group belonging to the first phase includes a first salient pole and a third salient pole belonging to the third phase on the rotation direction front side with respect to the first salient pole. And the second salient pole
A second phase belonging to the second phase is provided on the rear side in the rotation direction with respect to the first salient pole.
A third salient pole, which is located one step away from the salient pole, and which has the same phase as the first salient pole winding of any phase, the second salient pole winding and the third salient pole winding Is characterized by being reverse-wound. As described above, in the first invention, the number of magnetic poles M of the permanent magnet is 4 and the number of magnetic poles P of the salient poles is 9, so that a cogging torque is reduced, and a small and thin brushed motor suitable for thinning can be realized. . Further, due to the above-described arrangement relationship between the in-phase salient poles and the relationship between the armature windings in the same direction or in the opposite direction, the second torque with respect to the maximum torque of the in-phase first salient poles is obtained.
The generation of the maximum torque between the salient pole and the third salient pole falls within the phase difference of ± 20 electrical degrees, and a combined torque that is nearly three times the maximum torque per salient pole is generated. The two-phase salient poles are not excited or have a generated torque of zero, and do not generate a braking torque. For this reason, torque loss is minimized, and a brushed motor having a high torque constant can be realized.
【0021】また、第2の発明は、円周方向等間隔に配
列された磁極数Mの永久磁石磁極を持つ永久磁石界磁
と、円周方向等間隔に配列された磁極数Pの突極を持ち
前記突極に集中巻で巻装された電機子巻線を有する扁平
形電機子と、6セグメントのコミテータとを備えた永久
磁石界磁形ブラシ付モータにおいて、M=4,且つP=
15であり、前記電機子は前記電機子巻線を5個直列に
接続した相を3相接続して成り、3相のうち任意の相を
第1相,第2相、第3相とすると、第1相に属する突極
群は、第1突極と、この第1突極に対し回転方向前側に
順に第3相の第4突極,第2相の第3突極,第2相の第
5突極を置いて3つ飛びに離れた第2突極と、この第2
突極の回転方向前側に順に第3相の第1突極,第2相の
第4突極を置いて2つ飛びで離れた第3突極と、前記第
1突極に対し回転方向後に順に第2相の第2突極,第3
相の第5突極,第3相の第3突極を置いて3つ飛びに離
れた第4突極と、この第4突極の回転方向後側に順に第
2相の第1突極,第3相の第2突極を置いて2つ飛びに
離れた第5突極とから成り、いずれの相の第1突極の巻
線に対して、同相の第3突極の巻線及び第5突極の巻線
が同向き巻きであると共に、同相の第2突極の巻線及び
第4突極の巻線が逆巻きとなっていることを特徴として
いる。According to a second aspect of the present invention, there is provided a permanent magnet field having permanent magnet magnetic poles having the number M of magnetic poles arranged at regular intervals in the circumferential direction, and salient poles having the number P of magnetic poles arranged at regular intervals in the circumferential direction. And a permanent magnet field type brushed motor having a flat armature having armature windings wound around the salient poles by concentrated winding, and a 6-segment commutator, wherein M = 4 and P =
15, the armature is formed by connecting three phases of the five armature windings in series, and if any of the three phases is a first phase, a second phase, and a third phase, , The salient pole group belonging to the first phase includes a first salient pole, a third salient pole of the third phase, a third salient pole of the second phase, and a second phase in the rotation front side with respect to the first salient pole. And the second salient pole three steps away from the second salient pole
A first salient pole of the third phase and a fourth salient pole of the second phase are sequentially placed in front of the salient pole in the rotation direction, and a third salient pole that is separated by two and is separated from the first salient pole by a rotation. The second salient pole of the second phase and the third
A fifth salient pole of the third phase, a third salient pole of the third phase, and a fourth salient pole spaced three steps apart, and a first salient pole of the second phase in the rear of the fourth salient pole in the rotation direction. , A third salient pole of the third phase having a second salient pole of the third phase, and a fifth salient pole of the third phase separated from the third salient pole by two. The winding of the fifth salient pole and the winding of the fifth salient pole are wound in the same direction, and the winding of the second salient pole and the winding of the fourth salient pole in the same phase are oppositely wound.
【0022】このような同相の突極相互の配置関係及び
電機子巻線の同向き巻き又は逆巻きの関係でも、同相の
第1突極の最大トルクに対して第2突極と第4突極の最
大トルクの発生が±電気角12°以内の位相差に収ま
り、また第3突極と第5突極の最大トルクの発生が±電
気角24°以内の位相差に収まるようになり、1突極当
りの最大トルクの5倍に近い合成トルクが発生する。こ
のため、トルク損失は最小になり、高トルク定数のブラ
シ付きモータを実現できる。Even in such an arrangement relationship between the salient poles of the same phase and a winding of the armature winding in the same direction or in the opposite direction, the second salient pole and the fourth salient pole with respect to the maximum torque of the first salient pole of the same phase. Of the maximum torque of the third salient pole and the fifth torque of the fifth salient pole fall within a phase difference of ± 24 electrical degrees. A combined torque that is close to five times the maximum torque per salient pole is generated. For this reason, torque loss is minimized, and a brushed motor having a high torque constant can be realized.
【0023】更に、第3の発明は、円周方向等間隔に配
列された磁極数Mの永久磁石磁極を持つ永久磁石界磁
と、円周方向等間隔に配列された磁極数Pの突極を持ち
前記突極に集中巻で巻装された電機子巻線を有する扁平
形電機子と、6セグメントのコミテータとを備えた永久
磁石界磁形ブラシ付モータにおいて、M=4,且つP=
18であり、前記電機子は前記電機子巻線を6個直列に
接続した相を3相接続して成り、3相のうち任意の相を
第1相,第2相、第3相とすると、第1相に属する突極
群は、第1突極と、この第1突極に対し回転方向前側に
順に第3相の第6突極,第3相の第5突極,第2相の第
4突極を置いて3つ飛びに離れた第2突極と、この第2
突極の回転方向前側に隣接した第3突極と、この第3突
極の回転方向前側に順に第3相の第1突極,第2相の第
6突極,第2相の第5突極を置いて3つ飛びに離れた第
4突極と、第1の突極に対し回転方向後側に順に第2相
の第3突極,第2相の第2突極,第3相の第4突極を置
いて3つ飛びに離れた第5突極と、この第5突極の回転
方向後側に隣接した第6突極とから成り、いずれの相の
第1突極の巻線に対して、同相の第4突極の巻線が同向
き巻きであると共に、同相の第2突極,第3突極,第5
突極及び第6突極のそれぞれの巻線が逆巻きとなってい
ることを特徴としている。Further, a third invention is a permanent magnet field having permanent magnet magnetic poles having the number of magnetic poles M arranged at regular intervals in the circumferential direction, and salient poles having the magnetic pole number P arranged at regular intervals in the circumferential direction. And a permanent magnet field type brushed motor having a flat armature having armature windings wound around the salient poles by concentrated winding, and a 6-segment commutator, wherein M = 4 and P =
18, wherein the armature is formed by connecting three phases of six armature windings connected in series to each other, and if any of the three phases is a first phase, a second phase, and a third phase, , The salient pole group belonging to the first phase includes a first salient pole, a sixth salient pole of the third phase, a fifth salient pole of the third phase, and a second phase in the rotation direction front side with respect to the first salient pole. And the second salient pole, which is three steps away from the second salient pole,
A third salient pole adjacent to the front side in the rotation direction of the salient pole, a first salient pole of the third phase, a sixth salient pole of the second phase, and a fifth salient pole of the second phase in the front side in the rotational direction of the third salient pole. A third salient pole of a second phase, a second salient pole of a second phase, and a third salient pole of a second phase in the rotation direction rearward from the first salient pole in three steps; A first salient pole of any phase is composed of a fifth salient pole spaced three steps away from the fourth salient pole of the phase and a sixth salient pole adjacent to the rear side in the rotation direction of the fifth salient pole. , The in-phase fourth salient pole is in the same direction, and the in-phase second, third, and fifth salient poles are in the same phase.
It is characterized in that each winding of the salient pole and the sixth salient pole is reversely wound.
【0024】このような突極相互の配置関係及び電機子
巻線の巻き向きでも、同相の第1突極の最大トルクに対
して第2突極,第3突極,第5突極,第6突極の最大ト
ルクの発生が±電気角20°以内の位相差に収まり、ま
た第4突極は同位相であるため、1突極当りの最大トル
クの6倍に近い合成トルクが発生する。従って、高トル
ク定数のブラシ付きモータを実現できる。Even with such a mutual arrangement of the salient poles and the winding direction of the armature winding, the second salient pole, the third salient pole, the fifth salient pole, and the The generation of the maximum torque of the six salient poles falls within a phase difference of ± 20 electrical degrees, and the fourth salient pole has the same phase, so that a combined torque that is nearly six times the maximum torque per salient pole is generated. . Therefore, a brushed motor having a high torque constant can be realized.
【0025】3相接続の電機子はスター結線(Y結線)
でもΔ結線でも高トルク化を実現できるが、スター結線
の場合はコギングトルクの低減に有利である。The armature of the three-phase connection is a star connection (Y connection)
Although high torque can be realized by Δ connection, star connection is advantageous in reducing cogging torque.
【0026】[0026]
〔第1の実施形態〕図1は本発明の第1の実施形態に係
る永久磁石界磁形ブラシ付モータを示す概略平面図、図
2は同永久磁石界磁形ブラシ付モータのY結線の電機子
巻線を示す概略図、図3は同永久磁石界磁形ブラシ付モ
ータを回転方向に沿って展開した状態を示す展開図であ
る。[First Embodiment] FIG. 1 is a schematic plan view showing a motor with a permanent magnet field type brush according to a first embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a schematic view showing an armature winding, and FIG. 3 is a developed view showing a state where the permanent magnet field type brush motor is developed along a rotation direction.
【0027】本例の永久磁石界磁形ブラシ付モータ10
は、円周方向等間隔に配列された磁極数4の永久磁石界
磁(ステータ)11と、円周方向等間隔に配列された磁
極数9のコアの突極K(K1 〜K9 )を持ち、突極Kに
集中巻で巻装された3相接続の電機子巻線(U1 + ,W
3 - ,U2 - ,W1 + ,V3 - ,W2 - ,V1 + ,U3
- ,V2 - )を有する電機子(ロータ)12と、6セグ
メントのコミテータ13とを備えている。永久磁石界磁
11は、N極とS極が交互に着磁されてヨークとしての
ハウジング(図示せず)の内側に配置され、ロータ12
の突極Kと対向する4個の永久磁石磁極Mg(M1 〜M
4 )を備えている。なお、永久磁石界磁11は4個の永
久磁石単体を配列したものでも良い。コミテータ13は
6個のセグメントS(S11〜S32)を有しており、セグ
メントS11と180°回転対称位置のセグメントS12、
セグメントS21と180°回転対称位置のセグメントS
22、セグメントS31と180°回転対称位置のセグメン
トS32とは、それぞれリード線L1,L2,L3 で相互接続
されている。そしてコミテータ13には90°交差角の
正極ブラシB+ と負極ブラシB- とが摺接している。The motor 10 with a permanent magnet field type brush of this embodiment
Is a permanent magnet field (stator) 11 having four magnetic poles arranged at regular intervals in the circumferential direction, and salient poles K (K 1 to K 9 ) of a core having nine magnetic poles arranged at regular intervals in the circumferential direction. And three-phase armature windings (U 1 + , W
3 -, U 2 -, W 1 +, V 3 -, W 2 -, V 1 +, U 3
-, V 2 - comprises an armature (rotor) 12 with a), of the 6 segments and commutator 13. The permanent magnet field 11 is arranged inside a housing (not shown) as a yoke with N and S poles alternately magnetized.
Permanent magnet poles Mg (M 1 to M
4 ) equipped. Note that the permanent magnet field 11 may be one in which four permanent magnets alone are arranged. Commutator 13 has six segments S (S 11 ~S 32), the segments S 11 and 180 ° rotational symmetry of the segment S 12,
Segment S at 180 ° rotationally symmetric position with segment S 21
22, segment S 31 and 180 ° rotational symmetry of the segment S 32 are respectively interconnected by the leads L 1, L 2, L 3 . The positive brushes 90 ° crossing angle to the commutator 13 B + and the negative brush B - and is in sliding contact.
【0028】3相のうち任意の相をU相(第1相),V
相(第2相),W相(第3相)とすると、本例のU相に
属する突極群は、第1突極K1 と、この第1突極K1 に
対し回転方向(図1の時計方向)前側にW相に属する第
3突極K2 を置いて一つ飛びで離れた第2突極K3 と、
第1突極K1 に対し回転方向後側にV相に属する第2突
極K9 を置いて一つ飛びで離れた第3突極K8 とから成
る。Any of the three phases is defined as a U phase (first phase),
Phase (Phase 2), when the W-phase (phase 3), stator teeth belonging to the U-phase of the present embodiment includes a first salient pole K 1, the first salient pole K 1 with respect to the rotation direction (Fig. a second stator teeth K 3 apart by jumping one at a third salient pole K 2 belonging to the W-phase one-clockwise) the front,
And a third salient pole K 8 Metropolitan apart by jumping one at a second salient pole K 9 belonging to the V-phase to the first salient poles K 1 in the rotation direction rear side.
【0029】U相,V相,W相はサイクリック配置であ
るため、V相(第2相)→U相(第1相)、W相(第3
相)→V相(第2相)、U相(第1相)→W相(第3
相)のように順に置き換えると、V相に属する突極群も
上記と同様にして定められる。Since the U phase, V phase and W phase are in a cyclic arrangement, V phase (second phase) → U phase (first phase) and W phase (third phase)
Phase) → V phase (second phase), U phase (first phase) → W phase (third phase)
(Phase), the salient pole group belonging to the V phase is determined in the same manner as described above.
【0030】即ち、V相に属する突極群は、U相の第1
突極K1 に対し回転方向後側120°の位置にある第1
突極K7 と、この第1突極K7 に対し回転方向前側にU
相に属する第3突極K8 を置いて一つ飛びで離れた第2
突極K9 と、第1突極K7 に対し回転方向後側にW相に
属する第2突極K6 を置いて一つ飛びで離れた第3突極
K5 とから成る。That is, the salient pole group belonging to the V phase is the first phase of the U phase.
The first at a position 120 ° rearward in the rotation direction with respect to the salient pole K1.
The salient pole K 7 and the first salient pole K 7 have a U
The second salient pole K 8 belonging to the phase is placed and the second is separated by one step
A salient pole K 9, and a third salient pole K 5 Metropolitan apart by jumping one at a second salient pole K 6 belonging to the W-phase in the rotational direction rear side relative to the first salient poles K 7.
【0031】更に、W相に属する突極群も上記と同様に
して定められる。即ち、W相に属する突極群は、U相の
第1突極K1 に対し回転方向後側240°の位置にある
第1突極K4 と、この第1突極K4 に対し回転方向前側
にV相に属する第3突極K5を置いて一つ飛びで離れた
第2突極K6 と、第1突極K4 に対し回転方向後側にU
相に属する第2突極K3 を置いて一つ飛びで離れた第3
突極K2 とから成る本例の3相Y結線(スター結線)の
電機子巻線は、図2に示すように、共有結線点Cに接続
するU相が集中巻の巻線(コイル)U3 - ,U1 + ,U
2 - の直列接続から成り、また共有結線点Cに接続する
V相も集中巻の巻線V3 - ,V1 +,V2 - の直列接続
から成り、更に共有結線点Cに接続するW相も集中巻の
巻線W3 - ,W1 + ,W2 - の直列接続から成る。そし
ていずれの相の第1突極K1,K7 ,K4 の巻線
U1 + ,V1 + ,W1 + に対して同相の第2突極K3 ,
K9,K6 の巻線U2 - ,V2 - ,W2 - 及び第3突極
K8 ,K5 ,K2 の巻線U3 - ,V3 - ,W3 - が逆巻
きとなっている。Further, the salient pole group belonging to the W phase is determined in the same manner as described above. That is, the salient pole group belonging to the W phase includes a first salient pole K 4 located at a position 240 ° rearward in the rotation direction with respect to the first salient pole K 1 of the U phase, and a rotation about the first salient pole K 4. a second salient pole K 6 away by jumping one at a third salient pole K 5 belonging to the V-phase in the direction forward, U in the rotation direction rear side relative to the first stator teeth K 4
Third away by jumping one at a second salient pole K 3 belonging to the phase
3-phase Y-connection of this embodiment consisting of stator teeth K 2 Metropolitan armature winding (star connection), as shown in FIG. 2, U-phase to be connected to a shared connection point C is concentrated winding of the winding (coil) U 3 -, U 1 +, U
2 - the made series connection, also the V-phase is also concentrated winding of the winding V 3 to be connected to a shared connection point C -, V 1 +, V 2 - a made series, W further connected to a shared connection point C phase also concentrated winding of the winding W 3 -, W 1 +, W 2 - consists series connection of. The second salient poles K 3 , K 1 , K 1 , K 1 , K 7 , K 4 of any phase have the same phase with respect to the windings U 1 + , V 1 + , W 1 + .
Winding of K 9, K 6 U 2 - , V 2 -, W 2 - and third salient poles K 8, K 5, K 2 windings U 3 -, V 3 -, W 3 - it is a reverse-wound ing.
【0032】次に、上記モータにおける回転トルクの発
生メカニズムを簡易的に理解するため、図4,図5を参
照する。図4は突極磁極と永久磁石界磁との回転角によ
る発生トルクの推移を説明するための概略図である。Next, FIGS. 4 and 5 will be referred to in order to easily understand the mechanism of generating the rotational torque in the motor. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a change in generated torque depending on the rotation angle between the salient poles and the permanent magnet field.
【0033】例えばU相の第1突極K1 の巻線U1 + に
ある期間に亘り一定方向の励磁電流を流し、図4(a)
に示す如く、例えばS極の突極K1 の全体がS極の永久
磁石磁極M1 にそっくり対向している場合、反発磁力が
ロータの回転中心を通るため、その位置での突極K1 に
よる発生トルクは略零である。そこから少し回転して、
図4(b)に示す如く、突極K1 の一部が隣接のN極の
永久磁石磁極M2 にも対向し始める頃、永久磁石磁極M
2 の磁気吸引力が円周方向の成分を持つため、その位置
で発生トルクが現れ、回転と共に除々にそれが単調増加
する。そして、図4(c)に示す如く、突極K1 の放射
中心線がS極の永久磁石磁極M1 とN極の永久磁石磁極
M2 の磁極境界に丁度位置するとき、N極の永久磁石磁
極M2 との磁気吸引力及びS極の永久磁石磁極M1 との
磁気反発力の総和の円周方向成分が極大になるため、最
大のトルクTmax が発生する。図4(d)に示す如く、
突極K1 の大部分がN極の永久磁石磁極M2 に対向する
と、磁気吸引力の円周方向成分が小さくなるため、発生
トルクが単調減少し、図4(e)に示す如く、突極K1
の全部がN極の永久磁石磁極M2 にそっくり対向する
と、磁気吸引力がロータの回転中心を通るため、その位
置での発生トルクは略零となる。For example, an exciting current in a certain direction is applied to the winding U 1 + of the first salient pole K 1 of the U phase for a certain period, and FIG.
As shown in, for example, if the entire salient K 1 S pole are entirely opposed to the permanent magnet poles M 1 S pole, since the repulsive magnetic force passing through the rotation center of the rotor, salient K 1 at that position Is substantially zero. After a little rotation from there,
As shown in FIG. 4 (b), around a portion of the salient pole K 1 begins to face to the permanent magnet poles M 2 of the adjacent N-pole, permanent magnet poles M
Since the magnetic attraction force of No. 2 has a component in the circumferential direction, the generated torque appears at that position, and gradually increases monotonically with the rotation. Then, as shown in FIG. 4 (c), when the radial center line of the salient pole K 1 is just located on the pole boundaries of the permanent magnet poles M 2 of the permanent magnet poles M 1 and N pole of the S pole, the N pole permanent since the circumferential component of the sum of the magnetic repulsive force between the permanent magnet poles M 1 of the magnetic attraction force and the S pole of the magnet poles M 2 becomes maximal, maximum torque T max occurs. As shown in FIG.
When most of the salient K 1 is opposed to the permanent magnet poles M 2 N pole, since the circumferential component of the magnetic attraction force is reduced, the generated torque decreasing monotonously, as shown in FIG. 4 (e), butt Pole K 1
When all is entirely opposed to the permanent magnet poles M 2 N pole of, the magnetic attraction force passing through the rotation center of the rotor, the torque generated at that position it becomes substantially zero.
【0034】このように、磁極が交互の永久磁石磁極M
1 〜M4 が90°間隔で配置されているため、ある一つ
の突極K1 の巻線U1 + に一定方向の電流が流れ続けて
いると、回転に寄与する起動トルクは機械角90°で単
調増減する。ここで、図4(a)の位置や図4(e)の
位置のように、発生トルクが零近傍になる位置では、突
極K1 の起動トルクはロータ全体のトルクに占める率が
低下する。このため、本例のモータでは、後述するよう
に、突極K1 の巻線U1 + に、永久磁石磁極M1 とM2
の磁極境界の±30°の範囲(通電角60°)のみで励
磁電流が流れるように転流モードが決められている。V
相の第1突極K7 の巻線V1 + やW相の第1突極K4 の
巻線W1 + に対する励磁電流も同様のタイミングで転流
される。As described above, the permanent magnet magnetic pole M whose magnetic poles are alternated is
1 because ~M 4 are arranged at intervals of 90 °, the current in a certain direction to a certain one of the salient K 1 winding U 1 + continues to flow, contributes starting torque to rotate the mechanical angle 90 Increase or decrease monotonically with °. Here, as the position of the position or view of FIG. 4 (a) 4 (e) , in the position where the generated torque is close to zero, the starting torque of the salient pole K 1 is the rate occupied in the torque of the entire rotor is reduced . For this reason, in the motor of this example, as described later, the permanent magnet magnetic poles M 1 and M 2 are connected to the winding U 1 + of the salient pole K 1 .
The commutation mode is determined so that the exciting current flows only within a range of ± 30 ° (energization angle 60 °) of the magnetic pole boundary. V
The exciting current to the winding V 1 + of the first salient pole K 7 of the phase and the winding W 1 + of the first salient pole K 4 of the W phase is also commutated at the same timing.
【0035】このU相の第1突極K1 に対してU相の第
2突極K3 は回転方向前側80°の位置にあるが、その
巻線U2 - は第1突極K1 の巻線U1 + とは逆巻きにな
っているため、その発生トルクは機械角で位相差10°
だけ遅れている。逆に、U相の第3突極K8 は第1突極
K1 に対して回転方向後側80°の位置にあるが、その
巻線U3 - は第1突極K1 の巻線U1 + とは逆巻きにな
っているため、その発生トルクは機械角で位相差10°
だけ進んでいる。ここで、U相の突極の発生トルクの推
移をサインカーブで近似すると、図5(a)に示すよう
になる。縦軸はトルクの大きさを表し、+は正回転の起
動トルク、−は逆回転の制動トルクを示す。ただ、実際
は制動トルクを生じる期間は電流を流さないようにして
いるため、−で示す制動トルクは発生しない。The U-phase second salient pole K 3 is located at a position 80 ° on the front side in the rotation direction with respect to the U-phase first salient pole K 1 , and its winding U 2 - is connected to the first salient pole K 1. Is wound in the reverse direction to the winding U 1 + , the generated torque is a mechanical angle and a phase difference of 10 °.
Only late. Conversely, the U-phase third salient pole K 8 is located at a position 80 ° rearward in the rotation direction with respect to the first salient pole K 1 , and its winding U 3 - is the winding of the first salient pole K 1 . Since it is reverse-wound with U 1 + , the generated torque is a mechanical angle and a phase difference of 10 °.
Just going on. Here, when the transition of the generated torque of the U-phase salient pole is approximated by a sine curve, the result is as shown in FIG. The vertical axis represents the magnitude of the torque, + represents the starting torque for forward rotation, and − represents the braking torque for reverse rotation. However, since the current is not actually supplied during the period in which the braking torque is generated, the braking torque indicated by-is not generated.
【0036】W相の第1突極K4 はU相の第1突極K1
に対して回転方向前側120°の位置にあるが、S極の
永久磁石磁極M3 とN極の永久磁石磁極M4 の磁極境界
より回転方向後側60°の位置にあるため、図5(b)
に示す如く、その発生トルクはU相の第1突極K1 に対
して機械角で位相差60°だけ遅れている。W相の第1
突極K4 に対してW相の第2突極K6 は回転方向前側8
0°の位置にあるが、その巻線W2 - は第1突極K4 の
巻線W1 + とは逆巻きになっているため、その発生トル
クは機械角で位相差10°だけ遅れている。逆に、W相
の第3突極K2は第1突極K4 に対して回転方向後側8
0°の位置にあるが、その巻線W3 - は第1突極K1 の
巻線W1 + とは逆巻きになっているため、その発生トル
クは機械角で位相差10°だけ進んでいる。The W-phase first salient pole K 4 is a U-phase first salient pole K 1.
Is located at a position 120 ° in front of the rotation direction in the rotation direction, but is located at a position 60 ° rearward in the rotation direction from the magnetic pole boundary between the permanent magnet magnetic pole M 3 of the S pole and the permanent magnet magnetic pole M 4 of the N pole. b)
As shown in, the generated torque is delayed by the phase difference 60 ° in mechanical angle from the first salient poles K 1 of the U-phase. The first of W phase
The second salient pole K 6 of the W phase is located on the front side 8 in the rotational direction with respect to the salient pole K 4 .
Although the 0 ° position, the winding W 2 - because it has become counter-wound to the winding W 1 + the first salient pole K 4, the generated torque is delayed by the phase difference 10 ° in mechanical angle I have. Conversely, a third salient poles K 2 of W-phase after the rotational direction relative to the first stator teeth K 4 8
Although the position of 0 °, the winding W 3 - because it has become counter-wound from the first salient poles K 1 winding W 1 +, the generated torque is advanced by a phase difference 10 ° in mechanical angle I have.
【0037】V相の第1突極K7 はU相の第1突極K1
に対して回転方向後側120°の位置にあるが、S極の
永久磁石磁極M3 とN極の永久磁石磁極M4 の磁極境界
より回転方向前側60°の位置にあるため、図5(c)
に示す如く、その発生トルクはU相の第1突極K1 に対
して機械角で位相差60°だけ進んでいる。V相の第1
突極K7 に対してV相の第2突極K9 は回転方向前側8
0°の位置にあるが、その巻線V2 - は第1突極K7 の
巻線V1 + とは逆巻きになっているため、その発生トル
クは機械角で位相差10°だけ遅れている。逆に、V相
の第3突極K5は第1突極K7 に対して回転方向後側8
0°の位置にあるが、その巻線V3 - は第1突極K7 の
巻線V1 + とは逆巻きになっているため、その発生トル
クは機械角で位相差10°だけ進んでいる。The V-phase first salient pole K 7 is a U-phase first salient pole K 1.
5 is located at a position 120 ° rearward in the rotation direction with respect to the magnetic pole, but at a position 60 ° forward of the magnetic pole boundary between the permanent magnet magnetic pole M 3 of the S pole and the permanent magnet magnetic pole M 4 of the N pole in the rotational direction. c)
As shown in, the generated torque is ahead by the phase difference 60 ° in mechanical angle from the first salient poles K 1 of the U-phase. V phase 1
The second salient pole K 9 of V-phase with respect to the salient pole K 7 is the rotational direction front side 8
Although the position of 0 °, the winding V 2 - because it has become counter-wound to the winding V 1 + the first salient poles K 7, the generated torque is delayed by the phase difference 10 ° in mechanical angle I have. On the other hand, the V-phase third salient pole K 5 is located on the rear side in the rotational direction 8 with respect to the first salient pole K 7 .
Although the position of 0 °, the winding V 3 - because it has become counter-wound to the winding V 1 + the first salient poles K 7, the generated torque is advanced by a phase difference 10 ° in mechanical angle I have.
【0038】今、図3に示すように、正極ブラシB+ が
U相のセグメントS21に接触しており、負極ブラシB-
がW相のセグメントS31から離れてV相のセグメントS
21に接触し始め、U相からV相に励磁電流が流れる第1
の転流モード(機械角0〜30°の期間)において
は、U相の第1突極K1 とV相の第1突極K7 がS極に
なると共に、U相の第2突極K3 ,第3突極K8 ,V相
の第2突極K9 ,第3突極K5 がN極になる。V相の第
1〜第3の突極K7 ,K9 ,K5 は永久磁石磁極M4 ,
M1 ,M3 にそっくり対向しているため、それらの磁力
は回転トルクに寄与しないが、U相の第1突極K1 は極
大のトルクを発生し、U相の第2突極K3,第3突極K
8 はそれよりやや低めのトクルを発生する。極大値をT
max とし、発生トルクの変動をサイカーブで近似する
と、U相の第1突極K1 ,第2突極K3 ,第3突極K8
による合成トルクTは、回転角を機械角でθとすると、
次の式で与えられる。 T=Tmax cos2θ+Tmax cos(2 θ+20°) +Tmax cos( 2θ−20°) =(1+2cos20 °)Tmax cos2θ≒2.88Tmax cos2θ 従って、回転角θ=0°のとき、最大合成トルクFmax
は2.88Tmax である。Now, as shown in FIG. 3, the positive brush B + is in contact with the U-phase segment S 21 , and the negative brush B −
Moves away from the W-phase segment S 31 and moves to the V-phase segment S
21. The first phase in which the excitation current flows from the U phase to the V phase
In commutation mode (period of mechanical angle 0 to 30 °), together with the first salient poles K 7 of the first salient poles K 1 and V-phase of the U phase becomes S-pole, the second salient poles of the U-phase K 3 , the third salient pole K 8 , the V-phase second salient pole K 9 , and the third salient pole K 5 become N poles. The first to third salient poles K 7 , K 9 , K 5 of the V phase are permanent magnet poles M 4 ,
Since they are completely opposed to M 1 and M 3 , their magnetic force does not contribute to the rotational torque, but the first salient pole K 1 of the U phase generates a maximum torque, and the second salient pole K 3 of the U phase. , 3rd salient pole K
8 produces a slightly lower tokule. Maximum value is T
When the variation of the generated torque is approximated by a curve, the first salient pole K 1 , the second salient pole K 3 , and the third salient pole K 8 of the U phase are obtained.
Is the mechanical angle of the rotation angle θ.
It is given by the following equation. T = T max cos2θ + T max cos (2 θ + 20 °) + T max cos (2θ-20 °) = (1 + 2cos20 °) T max cos2θ ≒ 2.88T max cos2θ Therefore, when the rotation angle theta = 0 °, the maximum combined torque F max
Is 2.88 T max .
【0039】第1の転流モードが終了する時(θ=30
°の時)は、U相の3突極の合成トルクが最小トルクF
min =Fmax /2=2.88Tmax cos ( 2×30°)=1.44
Tmax迄下がるが、正極ブラシB+ がU相のセグメント
S21からW相のセグメントS31に接触し始めるため、W
相からV相に励磁電流が流れる第2の転流モード(機械
角30〜60°の期間)になる。このため、W相の3
突極による合成トルクが漸増して機械角60°で最大合
成トルクFmax に回復する。そして、負極ブラシB- が
V相のセグメントS12からU相のセグメントS22に接触
し始めると、W相からU相に励磁電流が流れる第3の転
流モード(機械角60〜90°の期間)になる。この
ため、W相の3突極による合成トルクがFmin 迄漸減す
る。そして正極ブラシB+ がW相のセグメントS31から
V相のセグメントS12に接触し始め、V相からU相に励
磁電流が流れる第4の転流モード(機械角90〜120
°の期間)になると、今度はV相の3突極による合成
トルクが最大トルクFmax 迄漸増した後、負極ブラシB
- がU相のセグメントS22からW相のセグメントS32に
接触し始めるので、V相からW相に励磁電流が流れる第
5の転流モード(機械角120〜150°の期間)に
なる。このモードではV相の3突極による合成トルクが
Fmin 迄漸減するが、正極ブラシB+ がU相のセグメン
トS22に接触し始め、U相からW相に励磁電流が流れる
第6の転流モード(機械角150〜180°の期間)
になるので、U相の3突極による合成トルクが最大トル
クFmax迄漸増する。When the first commutation mode ends (θ = 30
°), the combined torque of the three salient poles of the U phase is the minimum torque F
min = F max /2=2.88T max cos ( 2 × 30 °) = 1.44
Although decreases until T max, because the positive electrode brush B + begins to contact with the segment S 31 of the W-phase from the segment S 21 of the U-phase, W-
The second commutation mode (period of mechanical angle 30 to 60 °) in which the exciting current flows from the phase to the V phase. Therefore, W phase 3
The combined torque due to the salient poles gradually increases and recovers to the maximum combined torque Fmax at a mechanical angle of 60 °. Then, negative brush B - from the segment S 12 is V-phase begins to contact with the segment S 22 of the U-phase, the W-phase third commutation mode excitation current flows through the U-phase (the mechanical angle 60 to 90 ° Period). For this reason, the combined torque due to the three salient poles of the W phase gradually decreases to Fmin . The fourth commutation mode through the positive electrode brush B + begins to contact from the segment S 31 of the W-phase to the segment S 12 of the V-phase excitation current from the V phase to the U phase (mechanical angle 90-120
° period), the combined torque by the three salient poles of the V phase gradually increases to the maximum torque Fmax , and then the negative brush B
- because begins to contact with the segment S 32 of the W-phase from the segment S 22 of the U-phase, the W phase from the V phase to the fifth commutation mode flowing exciting current (period mechanical angle 120 to 150 °). Although combined torque by 3 salient poles of the V phase in this mode is gradually reduced until F min, positive brush B + begins to contact with the segment S 22 of the U-phase, rotation of the sixth flowing exciting current to the W-phase from the U-phase Flow mode (period of mechanical angle 150-180 °)
Therefore, the combined torque by the three salient poles of the U-phase gradually increases to the maximum torque Fmax .
【0040】従って、本例のブラシ付きモータは機械角
180°で第1〜第6の転流モードの順で切り換えられ
る。その際、機械角30°毎の各モードでの合成トルク
は極小値Fmin と極大値Fmax の間で高トルク値を維持
したまま滑らかに推移する。Accordingly, the brushed motor of this embodiment is switched in the order of the first to sixth commutation modes at the mechanical angle of 180 °. At this time, the combined torque in each mode at every mechanical angle of 30 ° smoothly changes between the minimum value F min and the maximum value F max while maintaining the high torque value.
【0041】このように、本例の永久磁石界磁形ブラシ
付モータ10は、永久磁石の磁極数Mが4,且つ突極の
磁極数Pが9であり、コギングトルクが低減し、小形且
つ薄型化に適したブラシ付きモータ(例えば直径20mm,
厚さ7mm )でありながら、前述したように、電機子巻線
(U1 + ,W3 - ,U2 - ,W1 + ,V3 - ,W2 -,
V1 + ,U3 - ,V2 - )と突極K(K1 〜K9 )との
対応順序を関係付けることにより、同相の第1突極K1,
K7,K4,の最大トルクに対して第2突極K3,K9,K6 と
第3突極K8,K5,K2 の最大トルクの発生が±電気角2
0°以内の位相差に収まるようになり、各転流モードで
は1突極当りの最大トルクTmax の3倍に近い合成トル
ク(Fmin =Fmax /2=1.44Tmax 〜Fmax =2.88T
max )を発生し、その間、他の2相の突極は非励磁又は
発生トルクが零の状態となり、制動トルクを発生しな
い。このため、トルク損失は最小になり、高トルク定数
のブラシ付きモータを実現できる。As described above, in the permanent magnet field type brush motor 10 of this embodiment, the number of magnetic poles M of the permanent magnet is 4 and the number of magnetic poles P of the salient poles is 9, the cogging torque is reduced, and the motor is small and compact. Brushed motor suitable for thinning (for example, diameter 20mm,
Although the thickness is 7 mm, as described above, the armature windings (U 1 + , W 3 − , U 2 − , W 1 + , V 3 − , W 2 − ,
V 1 + , U 3 − , V 2 − ) and salient poles K (K 1 to K 9 ) are related to each other, so that the in-phase first salient poles K 1,
K 7, K 4, the second stator teeth K 3 for a maximum torque of, K 9, K 6 and third salient poles K 8, K 5, generation of the maximum torque of the K 2 is ± electrical angle 2
The phase difference falls within 0 °, and in each commutation mode, the combined torque (F min = F max /2=1.44 T max to F max = 2.88) which is nearly three times the maximum torque T max per salient pole T
max ), during which the other two-phase salient poles are de-energized or have zero generated torque and do not generate braking torque. For this reason, torque loss is minimized, and a brushed motor having a high torque constant can be realized.
【0042】また起動トルクに寄与する相を切り換える
時点(第1の転流モードから第2の転流モードへの切り
換え点、第3の転流モードから第4の転流モードへの切
り換え点、第5の転流モードから第6の転流モードへの
切り換え点)の前後では、通電するも発生トルクが零と
なる相が不変であり、非励磁相を必ず1相含んでいる。
このため、起動トルクに寄与する相に流す励磁電流がモ
ード切り換え前後で変動し難く、コギングトルクの低減
に好都合である。Further, when the phases contributing to the starting torque are switched (switching point from the first commutation mode to the second commutation mode, switching point from the third commutation mode to the fourth commutation mode, Before and after the switching point from the fifth commutation mode to the sixth commutation mode), the phase in which the generated torque becomes zero is constant even though the current is supplied, and the phase always includes one non-excitation phase.
For this reason, the exciting current flowing in the phase contributing to the starting torque hardly fluctuates before and after the mode switching, which is advantageous in reducing the cogging torque.
【0043】ここで考察するに、図1において、仮に、
U相の第1突極K1 に対してU相の第2突極が隣接の突
極K2 であると共に、U相の第3突極が隣接の突極K9
であり、しかもそれら第1〜3突極の集中巻の巻線が同
巻きである場合、第2突極K2 が回転方向前側40°の
位置にあるため、その発生トルクは第1突極K1 のそれ
に比し機械角で位相差40°だけ進んでいる。また第3
突極K9 が回転方向後側40°の位置にあるため、その
発生トルクは第1突極K1 のそれに比し機械角で位相差
40°だけ遅れている。S極の永久磁石磁極M1 とN極
の永久磁石磁極M2 の磁極境界にS極の第1突極K1 が
真正面に対向した時点で、第1突極K1のトルクは最大
トルクTmax となるが、S極の第2突極K2 はN極の永
久磁石磁極M2 にそっくり対向しており、またS極の第
3突極K9 もS極の永久磁石磁極M1 にそっくり対向し
ているため、第2突極K2 及び第3突極K9 はトクルを
発生しない。従って、最大合成トルクが高々Tmax であ
る。Considering here, in FIG.
The first salient poles K 1 of the U-phase with the second salient poles of the U-phase is salient K 2 adjacent salient poles of the adjacent third salient poles of U-phase K 9
, And the addition when winding of concentrated winding thereof first to third salient poles are at the same winding, the second stator teeth K 2 is in the position in the rotational direction front 40 °, the torque is first salient poles It is advanced by a phase difference 40 ° in mechanical angle relative to that of K 1. Also the third
Since the salient poles K 9 is in the position in the rotational direction rear side 40 °, the generated torque is delayed by the phase difference 40 ° in mechanical angle relative to that of the first salient poles K 1. When the first salient poles K 1 S pole to the magnetic pole boundary of the permanent magnet poles M 2 of the permanent magnet poles M 1 and N pole of the S pole is opposed to the head-first torque salient pole K 1 is the maximum torque T Although the max, the second stator teeth K 2 S pole are then entirely opposite to the permanent magnet poles M 2 of the N pole, and the third salient poles K 9 S pole in the permanent magnet poles M 1 S pole due to the entirety opposite, second salient poles K 2 and the third salient pole K 9 generates no Tokuru. Therefore, the maximum combined torque is at most Tmax .
【0044】このU相への通電開始時点では、S極の第
2突極K2 がS極の永久磁石磁極M1 とN極の永久磁石
磁極M2 の磁極境界から回転方向前側20°の位置にあ
るため、その位置での発生トルクはTmax cos (2×10
°)である。しかし、この通電開始時点で、S極の第3
の突極K9 がN極の永久磁石磁極M4 とS極の永久磁石
磁極M1 の磁極境界から20°の位置にあるため、第3
の突極K9 にはTmaxcos (2×20°)の制動トルクが
発生するので、合成トルクはTmax cos (2×10°)−
Tmax cos (2×20°)=0.23Tmax である。同様に、
U相への通電終了時点での合成トルクも0.23Tmax であ
る。このため、最小合成トルクは0.23Tmax であり、こ
のような突極群の選定及び巻装方法では、補助的な突極
の発生トルクが制動トルクして起動トルクを減じるよう
に現れるので、トルク起動トルクが0.23Tmax 〜Tmax
の範囲の低出力に留まる。At the start of energization of the U phase, the second salient pole K 2 of the S pole is located at 20 ° in the rotation direction forward from the magnetic pole boundary between the S permanent magnet pole M 1 and the N permanent magnet pole M 2 . Position, the generated torque at that position is T max cos (2 × 10
°). However, at the start of the energization, the third
Salient poles K 9 is due to the position of 20 ° from the magnetic pole boundary of the permanent magnet poles M 1 of the permanent magnet poles M 4 and S pole of the N pole, the third
A braking torque of T max cos (2 × 20 °) is generated in the salient pole K 9 of the above, so that the resultant torque is T max cos (2 × 10 °) −
T max cos (2 × 20 ° ) is a = 0.23T max. Similarly,
The resultant torque at the end of energizing the U phase is also 0.23 Tmax . For this reason, the minimum combined torque is 0.23 Tmax . In such a salient pole group selection and winding method, the torque generated by the auxiliary salient poles appears as a braking torque to reduce the starting torque. Starting torque is 0.23T max to T max
In the low power range.
【0045】しかしながら、本例のモータ10では、補
助的な第2突極K3 と第3突極K8とを第1突極K1 に
対し非隣接で左右対称配置に選定して発生トルクの位相
差を決め、第2突極K3 と第3突極K8 の集中巻の巻線
U2 - ,U3 - を第1突極K1 の集中巻の巻線U1 + と
は逆巻きにして発生トルクの位相反転を行って、第1突
極K1 の発生トルクの位相に極力近づけたものである。
通電角が±30°であるのに対し、位相が±10°だけ
であり、通電角の中に3突極K1 ,K3 ,K8の極大ト
ルクの発生する位相が含まれているため、3者が協働し
てトルクを高め合う。従って、高トルク定数のブラシ付
きモータが実現できる。However, in the motor 10 according to the present embodiment, the auxiliary second salient pole K 3 and the third salient pole K 8 are not adjacent to the first salient pole K 1 and are selected in a symmetrical arrangement to generate the torque. of determining the phase difference, the winding U of concentrated winding of the second stator teeth K 3 and the third salient pole K 8 2 -, U 3 - and the windings U 1 + first concentrated winding of stator teeth K 1 is Conversely wound on to perform phase inversion of generating torque, it is obtained close as possible to the phase of the first torque produced by the salient pole K 1.
Since the energization angle is ± 30 °, the phase is only ± 10 °, and the energization angle includes a phase in which the maximum torque of the three salient poles K 1 , K 3 , and K 8 occurs. The three work together to increase the torque. Therefore, a brushed motor having a high torque constant can be realized.
【0046】〔第2の実施形態〕図6は本発明の第2の
実施形態に係る永久磁石界磁形ブラシ付モータを回転方
向に沿って展開した状態を示す展開図、図7は同永久磁
石界磁形ブラシ付モータのΔ結線の電機子巻線を示す概
略図である。[Second Embodiment] FIG. 6 is a developed view showing a state in which a permanent magnet field type brush motor according to a second embodiment of the present invention is developed along the rotational direction, and FIG. It is the schematic which shows the armature winding of the delta connection of the motor with a magnet field type brush.
【0047】本例の永久磁石界磁形ブラシ付モータ20
も、図1に示す第1の実施形態と同様に、突極K(K1
〜K9 )と、突極Kに集中巻で巻装された3相接続の電
機子巻線(U1 + ,W3 - ,U2 - ,W1 + ,V3 - ,
W2 - ,V1 + ,U3 - ,V2 - )との対応関係は同じ
である。第1の実施形態の電機子はY結線(スター結
線)であるが、本例ではΔ結線が採用されている。The permanent magnet field type brushed motor 20 of the present embodiment
Also, similarly to the first embodiment shown in FIG. 1, the salient pole K (K 1
And ~K 9), 3-phase connection of the armature winding installed in the concentrated winding the salient pole K (U 1 +, W 3 -, U 2 -, W 1 +, V 3 -,
W 2 -, V 1 +, U 3 -, V 2 - correspondence between) are the same. Although the armature of the first embodiment has a Y connection (star connection), a Δ connection is employed in this example.
【0048】例えば、第1の転流モードでは、主励磁
相はU相で、複励磁相はV相とW相となる。第1の実施
形態のY結線においては、主励磁相はU相で、複励磁相
はV相のみであり、U相とV相は直列に接続されてい
る。これに対し、本例の複励磁相はV相とW相との直列
接続であり、その分、巻線抵抗が大きく、しかもそれに
対して主励磁相のU相が並列接続しているため、主励磁
相のU相に流れる励磁電流はY結線の場合に比し大きく
なり、更なる高トルク化が実現できる。また、Δ結線で
はY結線に比し巻線の接続箇所が少なくなり、小形モー
タでは製造上の利点がある。For example, in the first commutation mode, the main excitation phase is the U phase, and the double excitation phases are the V phase and the W phase. In the Y connection of the first embodiment, the main excitation phase is the U phase, the double excitation phase is only the V phase, and the U phase and the V phase are connected in series. On the other hand, the double excitation phase of this example is a series connection of the V phase and the W phase, and accordingly, the winding resistance is large and the U phase of the main excitation phase is connected in parallel to the phase resistance. The exciting current flowing in the U-phase of the main exciting phase is larger than that in the case of the Y-connection, and further higher torque can be realized. In addition, the number of connection points of the winding is reduced in the Δ connection as compared with the Y connection, and there is an advantage in manufacturing with a small motor.
【0049】しかし、例えば第1の転流モードから第
2の転流モードへの切り換え時には、複励磁相のW相
に励磁電流が逆流する。これはコギングの要因となる。
しかも、各モードの切り換え時には必ず同一の複励磁相
に逆流が生じる。従って、コギングの抑制を優先する場
合はY結線の第1の実施形態を採用することが好まし
い。However, for example, when switching from the first commutation mode to the second commutation mode, the exciting current flows back to the W phase of the multiple excitation phase. This causes cogging.
In addition, when switching between the modes, a reverse flow always occurs in the same double excitation phase. Therefore, when priority is given to suppression of cogging, it is preferable to adopt the first embodiment of the Y connection.
【0050】〔第3の実施形態〕図8は本発明の第3の
実施形態に係る永久磁石界磁形ブラシ付モータを示す概
略平面図である。[Third Embodiment] FIG. 8 is a schematic plan view showing a permanent magnet field type brush motor according to a third embodiment of the present invention.
【0051】図1に示す永久磁石界磁形ブラシ付モータ
10では突極数が9であるが、本例の永久磁石界磁形ブ
ラシ付モータ30では突極数が15である。突極K1 〜
K15)に対して集中巻の巻線U1 + ,W4 - ,V3 + ,
V5 + ,U2 - ,W1 + ,V4 - ,U3 + ,U5 + ,W
2 - ,V1 + ,U4 - ,W3 + ,W5 + ,V2 - が順に
対応している。Although the number of salient poles is nine in the motor 10 with a permanent magnet field type brush shown in FIG. 1, the number of salient poles is 15 in the motor 30 with a permanent magnet field type brush of this embodiment. Salient pole K 1 ~
Winding of concentrated winding relative to K 15) U 1 +, W 4 -, V 3 +,
V 5 +, U 2 -, W 1 +, V 4 -, U 3 +, U 5 +, W
2 -, V 1 +, U 4 -, W 3 +, W 5 +, V 2 - corresponds to the order.
【0052】3相のうち任意の相をU相(第1相),V
相(第2相),W相(第3相)とすると、本例のU相に
属する突極群は、第1突極K1 と、この第1突極K1 に
対し回転方向前側に順にW相の第4突極K2 ,V相の第
3突極K3 ,V相の第5突極K4 を置いて3つ飛びに離
れた第2突極K5 と、この第2突極K5 の回転方向前側
に順にW相の第1突極K6 ,V相の第4突極K7 を置い
て2つ飛びで離れた第3突極K8 と、第1突極K1 に対
し回転方向後に順にV相の第2突極K15,W相の第5突
極K14,W相の第3突極K13を置いて3つ飛びに離れた
第4突極K12と、この第4突極K12の回転方向後側に順
にV相の第1突極K11,W相の第2突極K10を置いて2
つ飛びに離れた第5突極K9 とから成る。Any one of the three phases is defined as a U phase (first phase),
Phase (Phase 2), when the W-phase (phase 3), stator teeth belonging to the U-phase of the present embodiment includes a first salient pole K 1, the rotation direction front side to the first stator teeth K 1 A fourth salient pole K 2 of the W phase, a third salient pole K 3 of the V phase, a fifth salient pole K 4 of the V phase are sequentially placed, and a second salient pole K 5, which is three steps away, and A first salient pole K 6 of the W phase and a fourth salient pole K 7 of the V phase are sequentially disposed in front of the salient pole K 5 in the rotation direction, and a third salient pole K 8 separated by two and a first salient pole K 8. A fourth salient pole that is three steps away from the first salient pole K 15 of the V phase, a fifth salient pole K 14 of the W phase, and a third salient pole K 13 of the W phase in order after the rotational direction with respect to K 1. K 12, and a V-phase first salient pole K 11 and a W-phase second salient pole K 10, which are arranged rearward in the rotation direction of the fourth salient pole K 12.
One jump consisting of fifth salient pole K 9 Metropolitan away to.
【0053】第1突極K1 の巻線U1 + に対して、同相
の第3突極K8 の巻線U3 + 及び第5突極K9 の巻線U
5 + が同向き巻きであると共に、同相の第2突極K5 の
巻線U2 - 及び第4突極K12の巻線U4 - が逆巻きとな
っている。With respect to the winding U 1 + of the first salient pole K 1 , the winding U 3 + of the third salient pole K 8 and the winding U of the fifth salient pole K 9 are in phase.
5 + together with a same orientation wound, winding U 2 of the second salient poles K 5 of the in-phase - windings U 4 of and the fourth salient pole K 12 - is in the reverse winding.
【0054】図8から明らかなように、U相,V相,W
相はサイクリック配置であるため、V相(第2相)→U
相(第1相)、W相(第3相)→V相(第2相)、U相
(第1相)→W相(第3相)のように順に置き換える
と、V相やW相に属する突極群も上記と同様にして定め
られる。As is apparent from FIG. 8, the U phase, V phase, W phase
Since the phases are cyclically arranged, V phase (second phase) → U
Phase (first phase), W phase (third phase) → V phase (second phase), U phase (first phase) → W phase (third phase) Are also determined in the same manner as described above.
【0055】U相の第1突極K1 に対してU相の第2突
極K5 は回転方向前側96°の位置にあるが、その巻線
U2 - は第1突極K1 の巻線U1 + とは逆巻きになって
いるため、その発生トルクは機械角で位相差6°だけ進
んでいる。U相の第1突極K1 に対してU相の第4突極
K12は回転方向後側96°の位置にあるが、その巻線U
4 - は第1突極K1 の巻線U1 + とは逆巻きになってい
るため、その発生トルクは機械角で位相差6°だけ遅れ
ている。また、U相の第3突極K8 は第1突極K1 に対
して回転方向後側168°の位置にあるが、その巻線U
3 + は第1突極K1 の巻線U1 + とは同向き巻きになっ
ているため、その発生トルクは機械角で位相差12°だ
け遅れている。同様に、U相の第5突極K9 は第1突極
K1 に対して回転方向後側192°の位置にあるが、そ
の巻線U5 + は第1突極K1 の巻線U1 + とは同向き巻
きになっているため、その発生トルクは機械角で位相差
12°だけ進んでいる。従って、第1〜第5突極K1 ,
K5 ,K8 ,K12,K9 による合成トルクは次式で与え
られる。 T=Tmax cos2θ+Tmax cos( 2θ+12°) +Tmax cos( 2θ−12°) +Tmax cos(2 θ+24°) +Tmax cos( 2θ−24°) =(1+2cos12 °+2cos24°)Tmax cos2θ≒4.39Tmax cos2θ このように、主たる第1突極K1 の最大トルクに対して
補助的な第2〜第5突極K5 ,K8 ,K12,K9 の最大
トルクが通電角±30°内の位相差に収まって発生する
ため、U相のすべての突極が起動トルクを高め合うよう
になる。このため、本例のP=15のブラシ付きモータ
30でも高トルク化を実現できる。なお、本例のモータ
30はY結線であるが、Δ結線の場合は更なる高トルク
化が達成できる。また必要があれば、本例の突極と巻線
の関係は永久磁石の磁極数Mが2の場合の小形モータに
採用しても良い。[0055] The second salient poles K 5 of the U-phase to the first salient poles K 1 of the U-phase is in the position in the rotational direction front 96 °, the winding U 2 - is the first salient poles K 1 Since the winding is reversely wound from the winding U 1 + , the generated torque is advanced by a phase difference of 6 ° in mechanical angle. 4th salient pole K 12 of the U-phase to the first salient poles K 1 of the U-phase is in a position in the rotation direction rear side 96 °, the windings U
4 - because it has become counter-wound from the first salient poles K 1 winding U 1 +, the generated torque is delayed by the phase difference 6 ° in mechanical angle. The U-phase third salient pole K 8 is located at a position 168 ° rearward in the rotational direction with respect to the first salient pole K 1 .
3 + is and have the same orientation winding the first salient K 1 winding U 1 +, the generated torque is delayed by the phase difference 12 ° in mechanical angle. Similarly, the U-phase fifth salient pole K 9 is located at a position 192 ° rearward in the rotational direction with respect to the first salient pole K 1 , and its winding U 5 + is the winding of the first salient pole K 1 . Since it is wound in the same direction as U 1 + , the generated torque is advanced by a phase difference of 12 ° in mechanical angle. Therefore, the first to fifth salient poles K 1 ,
Combined torque by K 5, K 8, K 12 , K 9 is given by the following equation. T = T max cos2θ + T max cos (2θ + 12 °) + T max cos (2θ-12 °) + T max cos (2 θ + 24 °) + T max cos (2θ-24 °) = (1 + 2cos12 ° + 2cos24 °) T max cos2θ ≒ 4.39T max cos2θ As described above, the maximum torque of the auxiliary second to fifth salient poles K 5 , K 8 , K 12 and K 9 is within the conduction angle ± 30 ° with respect to the maximum torque of the main first salient pole K 1 . Therefore, all the salient poles of the U phase increase the starting torque. For this reason, even with the brushed motor 30 of P = 15 in this example, a high torque can be realized. Although the motor 30 of this example has a Y connection, a higher torque can be achieved in the case of a Δ connection. If necessary, the relationship between the salient poles and the windings of this embodiment may be adopted for a small motor in which the number of magnetic poles M of the permanent magnet is 2.
【0056】〔第4の実施形態〕図9は本発明の第4の
実施形態に係る永久磁石界磁形ブラシ付モータを示す概
略平面図である。[Fourth Embodiment] FIG. 9 is a schematic plan view showing a permanent magnet field type brush motor according to a fourth embodiment of the present invention.
【0057】図1に示す永久磁石界磁形ブラシ付モータ
10では突極数が9であるが、本例の永久磁石界磁形ブ
ラシ付モータ40では突極数が18である。突極K1 〜
K18に対して集中巻の巻線U1 + ,W5 - ,W4 - ,V
4 - ,U2 - ,U3 - ,W1 + ,V6 - ,V5 - ,U4
+ ,W2 - ,W3 - ,V1 + ,U6 - ,U5 - ,
W4 + ,V2 - ,V3 - が順に対応している。While the number of salient poles is nine in the motor 10 with a permanent magnet field type brush shown in FIG. 1, the number of salient poles is 18 in the motor 40 with a permanent magnet field type brush of this embodiment. Salient pole K 1 ~
Winding of concentrated winding relative to K 18 U 1 +, W 5 -, W 4 -, V
4 -, U 2 -, U 3 -, W 1 +, V 6 -, V 5 -, U 4
+, W 2 -, W 3 -, V 1 +, U 6 -, U 5 -,
W 4 +, V 2 -, V 3 - corresponds to the order.
【0058】3相のうち任意の相をU相(第1相),V
相(第2相),W相(第3相)とすると、本例のU相に
属する突極群は、第1突極K1 と、この第1突極K1 に
対し回転方向前側に順にW相の第6突極K2 ,W相の第
5突極K3 ,V相の第4突極K4 を置いて3つ飛びに離
れた第2突極K5 と、この第2突極K5 の回転方向前側
に隣接した第3突極K6 と、この第3突極K6 の回転方
向前側に順にW相の第1突極K7 ,V相の第6突極
K8 ,V相の第5突極K9 を置いて3つ飛びに離れた第
4突極K10と、第1突極K1 に対し回転方向後側に順に
V相の第3突極K18,V相の第2突極K17,W相の第4
突極K16を置いて3つ飛びに離れた第5突極K15と、こ
の第5突極K15の回転方向後側に隣接した第6突極K14
とから成る。Any one of the three phases is defined as a U phase (first phase),
Phase (Phase 2), when the W-phase (phase 3), stator teeth belonging to the U-phase of the present embodiment includes a first salient pole K 1, the rotation direction front side to the first stator teeth K 1 A W-phase sixth salient pole K 2 , a W-phase fifth salient pole K 3 , a V-phase fourth salient pole K 4, and a second salient pole K 5 which is three steps away, A third salient pole K 6 adjacent to the front side in the rotation direction of the salient pole K 5, a first salient pole K 7 of the W phase, and a sixth salient pole K of the V phase in order in the front side in the rotational direction of the third salient pole K 6. 8, a fourth salient pole K 10 apart to a fifth salient pole K 9 three jump at the V-phase, third salient poles K of V-phase in the forward in the rotational direction rear side with respect to the first stator teeth K 1 18 , the second salient pole K 17 of the V phase, the fourth salient pole of the W phase
A fifth salient pole K 15 away three flying at a salient pole K 16, sixth salient poles K 14 adjacent to the rotation direction rear side of the fifth salient poles K 15
Consisting of
【0059】第1突極K1 の巻線U1 + に対して、同相
の第4突極K10の巻線U4 + が同巻きであると共に、同
相の第2突極K5 ,第3突極K6 ,第5突極K15及び第
6突極K14のそれぞれの巻線U2 - ,U3 - ,U5 - ,
U5 - が逆巻きとなっている図9から明らかなように、
U相,V相,W相はサイクリック配置であるため、V相
(第2相)→U相(第1相)、W相(第3相)→V相
(第2相)、U相(第1相)→W相(第3相)のように
順に置き換えると、V相やW相に属する突極群も上記と
同様にして定められる。The winding U 4 + of the fourth salient pole K 10 of the same phase has the same winding as the winding U 1 + of the first salient pole K 1 , and the second salient pole K 5 of the same phase has the same winding. 3 salient poles K 6, each of the windings U 2 of the fifth salient poles K 15 and sixth salient poles K 14 -, U 3 -, U 5 -,
As is apparent from FIG. 9 in which U 5 - is reversed,
The U-phase, V-phase, and W-phase are cyclically arranged, so that V-phase (second phase) → U-phase (first phase), W-phase (third phase) → V-phase (second phase), U-phase Substituting in order as (first phase) → W phase (third phase), salient pole groups belonging to V phase and W phase are determined in the same manner as above.
【0060】U相の第1突極K1 に対してU相の第2突
極K5 は回転方向前側80°の位置にあるが、その巻線
U2 - は第1突極K1 の巻線U1 + とは逆巻きになって
いるため、その発生トルクは機械角で位相差10°だけ
遅れている。U相の第1突極K1 に対してU相の第3突
極K6 は回転方向後側100°の位置にあるが、その巻
線U3 - は第1突極K1 の巻線U1 + とは逆巻きになっ
ているため、その発生トルクは機械角で位相差10°だ
け進んでいる。また、U相の第4突極K10は第1突極K
1 に対して180°の位置にあるため、その発生トルク
は同位相である。更に、U相の第5突極K15は第1突極
K1 に対して回転方向後側80°の位置にあるが、その
巻線U5 - は第1突極K1 の巻線U1 + とは逆巻きにな
っているため、その発生トルクは機械角で位相差10°
だけ進んでいる。そして、U相の第6突極K14は第1突
極K1 に対して回転方向後側100°の位置にあるが、
その巻線U6 - は第1突極K1 の巻線U1 + とは逆巻き
になっているため、その発生トルクは機械角で位相差1
0°だけ遅れている。従って、第1〜第6突極K1,K
5 ,K6 ,K10,K15,K14による合成トルクは次式で
与えられる。 T=2Tmax cos2θ+2Tmax cos( 2θ+20°) +Tmax cos( 2θ−20°) =2(1+2cos20 °)Tmax cos2θ≒5.76Tmax cos2θ このように、主たる第1突極K1 の最大トルクに対して
補助的な第2〜第5突極K5 ,K8 ,K12,K9 の最大
トルクが通電角±30°内の位相差に収まって発生する
ため、U相のすべての突極が起動トルクを高めるように
なる。このため、本例のP=18のブラシ付きモータ3
0でも高トルク化を実現できる。なお、本例のモータ4
0はY結線となっているが、Δ結線の場合は更なる高ト
ルク化が達成できる。[0060] The second salient poles K 5 of the U-phase to the first salient poles K 1 of the U-phase is in the position in the rotational direction front 80 °, the winding U 2 - is the first salient poles K 1 Since the winding is reversely wound from the winding U 1 + , the generated torque is delayed by a phase difference of 10 ° in mechanical angle. The third salient pole K 6 of the U phase is located at a position 100 ° rearward in the rotational direction with respect to the first salient pole K 1 of the U phase, and its winding U 3 - is the winding of the first salient pole K 1 . Since the winding is reversely wound from U 1 + , the generated torque advances by a phase difference of 10 ° in mechanical angle. Further, the U-phase fourth salient pole K 10 is the first salient pole K
Since it is at a position of 180 ° with respect to 1 , the generated torques are in phase. Further, the U-phase fifth salient pole K 15 is located at a position 80 ° rearward in the rotation direction with respect to the first salient pole K 1 , and its winding U 5 − is the winding U of the first salient pole K 1 . Since the winding is reversed from 1+ , the generated torque is a mechanical angle with a phase difference of 10 °.
Just going on. The U-phase sixth salient pole K 14 is located at a position 100 ° rearward in the rotational direction with respect to the first salient pole K 1 .
Its winding U 6 - because it has become counter-wound from the first salient poles K 1 winding U 1 +, the phase difference 1 the torque generated by the mechanical angle
It is delayed by 0 °. Accordingly, the first to sixth salient poles K 1 , K
5, combined torque by K 6, K 10, K 15 , K 14 is given by the following equation. T = 2T max cos2θ + 2T max cos (2θ + 20 °) + T max cos (2θ-20 °) = 2 (1 + 2cos20 °) T max cos2θ ≒ 5.76T max cos2θ Thus, with respect to the principal first maximum torque of the salient pole K 1 And the auxiliary second to fifth salient poles K 5 , K 8 , K 12 , and K 9 generate the maximum torque within the phase difference within the conduction angle of ± 30 °. The starting torque is increased. For this reason, the brushed motor 3 of P = 18 of this example
Even at zero, high torque can be realized. In addition, the motor 4 of this example
Although 0 is a Y connection, a higher torque can be achieved in the case of a Δ connection.
【0061】なお、M=4,P=21の永久磁石界磁形
ブラシ付モータにおいても、上記と同様に同相の突極の
発生トルクの位相を相互に近づけることができる。即
ち、任意の相の突極群は、第1突極と、この第1突極に
対して回転方向前側で4つ飛び離れた第2突極と、この
第2突極に対して回転方向前側で隣接した第3突極と、
この第3突極に対して回転方向前側で3つ飛び離れた第
4突極と、第1突極に対して回転方向後側で4つ飛び離
れた第5突極と、この第5突極に対して回転方向後側で
隣接した第6突極と、この第6突極に対して回転方向後
側で3つ飛び離れた第7突極とから成り、第1突極の巻
線に対して第4突極及び第7突極の巻線は同向き巻きで
あり、第1突極の巻線に対して第2突極,第3突極,第
5突極及び第6突極の巻線は逆巻きである。It should be noted that in the case of the motor with a permanent magnet field type brush of M = 4 and P = 21, the phases of the torques generated by the salient poles having the same phase can be brought close to each other in the same manner as described above. That is, a group of salient poles of an arbitrary phase includes a first salient pole, a second salient pole that is separated from the first salient pole by four on the front side in the rotational direction, and a rotational direction that is opposite to the second salient pole. A third salient pole adjacent on the front side,
A fourth salient pole, which is three away from the third salient pole on the front side in the rotation direction, a fifth salient pole, which is four away from the first salient pole on the rear side in the rotational direction, and a fifth salient pole. A sixth salient pole adjacent to the pole on the rear side in the rotational direction, and a seventh salient pole separated from the sixth salient pole by three on the rear side in the rotational direction, and a first salient pole winding On the other hand, the windings of the fourth salient pole and the seventh salient pole are wound in the same direction, and the second salient pole, the third salient pole, the fifth salient pole and the sixth salient pole are wound with respect to the winding of the first salient pole. The pole winding is reverse winding.
【0062】[0062]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、同相の
複数の突極において主たる突極に対し補助的な突極を隣
接配置せずに左右対称形の分散配置とし、主たる突極の
巻線の向きに対して補助的な突極の巻線の向きを同向き
巻き又は逆巻きにし、主たる突極の発生トルクの位相に
補助的な突極の発生トルクの位相を極力近づけるように
したものである。従って、次のような効果を奏する。As described above, according to the present invention, a plurality of salient poles having the same phase are not disposed adjacent to the salient poles, but are symmetrically distributed. The winding of the auxiliary salient pole is wound in the same direction or opposite to the direction of the winding, and the phase of the generated torque of the auxiliary salient pole is made as close as possible to the phase of the generated torque of the main salient pole. Things. Therefore, the following effects are obtained.
【0063】 第1の発明では、永久磁石の磁極数M
が4,且つ突極の磁極数Pが9であり、コギングトルク
が低減し、小形且つ薄型化に適したブラシ付きモータを
実現できる。また、同相の第1突極の最大トルクに対し
て第2突極と第3突極の最大トルクの発生が±電気角2
0°以内の位相差に収まるようになり、1突極当りの最
大トルクの3倍に近い合成トルクが発生し、その間、他
の2相の突極は非励磁又は発生トルクが零の状態とな
り、制動トルクを発生しない。高トルク定数のブラシ付
きモータを実現できる。In the first invention, the number of magnetic poles M of the permanent magnet is
Is 4, and the number P of salient poles is 9, so that a cogging torque is reduced, and a small and thin brushed motor suitable for thinning can be realized. In addition, the maximum torque of the second salient pole and the third salient pole is ±± electric angle 2
Within the phase difference within 0 °, the combined torque that is almost three times the maximum torque per salient pole is generated, while the other two salient poles are not excited or the generated torque is zero. , Does not generate braking torque. A brushed motor with a high torque constant can be realized.
【0064】 第2発明のP=15の場合、第3の発
明のP=18の場合も、第1の発明と同様の効果を得る
ことができる。When P = 15 in the second invention, and in the case where P = 18 in the third invention, the same effect as in the first invention can be obtained.
【0065】 電機子がスター結線の場合は更なるコ
ギングトルクの低減を実現できる。When the armature has a star connection, the cogging torque can be further reduced.
【図1】本発明の第1の実施形態に係る永久磁石界磁形
ブラシ付モータを示す概略平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view showing a motor with a permanent magnet field type brush according to a first embodiment of the present invention.
【図2】同永久磁石界磁形ブラシ付モータのY結線の電
機子巻線を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a Y-connected armature winding of the permanent magnet field type brush motor.
【図3】同永久磁石界磁形ブラシ付モータを回転方向に
沿って展開した状態を示す展開図である。FIG. 3 is a development view showing a state where the permanent magnet field type brush motor is developed along a rotation direction.
【図4】(a)〜(e)は突極磁極と永久磁石界磁との
回転角度による発生トルクの推移を説明するための概略
図である。FIGS. 4A to 4E are schematic diagrams for explaining transition of generated torque depending on a rotation angle between a salient pole and a permanent magnet field.
【図5】(a)はU相の発生トルクの推移を示すグラ
フ、(b)はW相の発生トルクの推移を示すグラフ、
(c)はW相の発生トルクの推移を示すグラフ、(d)
は転流モードの推移を示す図である。5A is a graph showing a transition of a generated torque of a U phase, FIG. 5B is a graph showing a transition of a generated torque of a W phase,
(C) is a graph showing the transition of the generated torque of the W phase, (d)
FIG. 6 is a diagram showing transition of a commutation mode.
【図6】本発明の第2の実施形態に係る永久磁石界磁形
ブラシ付モータを回転方向に沿って展開した状態を示す
展開図である。FIG. 6 is a developed view showing a state in which a permanent magnet field type brush motor according to a second embodiment of the present invention is developed along a rotation direction.
【図7】同永久磁石界磁形ブラシ付モータのΔ結線の電
機子巻線を示す概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a Δ-connection armature winding of the permanent magnet field type brush motor.
【図8】本発明の第3の実施形態に係る永久磁石界磁形
ブラシ付モータを示す概略平面図である。FIG. 8 is a schematic plan view showing a permanent magnet field type brush motor according to a third embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第4の実施形態に係る永久磁石界磁形
ブラシ付モータを示す概略平面図である。FIG. 9 is a schematic plan view showing a permanent magnet field type brush motor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図10】従来の扁平形電機子を持つ小形の永久磁石界
磁形ブラシ付モータを示す分解斜視図である。FIG. 10 is an exploded perspective view showing a conventional small permanent magnet field type brush motor having a flat armature.
【図11】図10に示す永久磁石界磁形ブラシ付モータ
におけるロータを示す側面図である。FIG. 11 is a side view showing a rotor in the permanent magnet field type brushed motor shown in FIG. 10;
10,20,30,40…永久磁石界磁形ブラシ付モー
タ 11…永久磁石界磁(ステータ) 12…電機子(ロータ) 13…6セグメントのコミテータ K,K1 〜K18…コアの突極 Mg,M1 〜M4 …永久磁石磁極 S,S11,S12,S21,S22,S31,S32…セグメント U相の電機子巻線…U1 + ,U2 - ,U3 - ,U3 + ,
U4 - ,U4 + ,U5 +,U5 - ,U6 -6 V相の電機子巻線…V1 + ,V2 - ,V3 - ,V3 + ,
V4 - ,V4 + ,V5 +,V5 - ,V6 -6 W相の電機子巻線…W1 + ,W2 - ,W3 - ,W3 + ,
W4 - ,W4 + ,W5 +,W5 - ,W6 -6 L1,L2,L3 …リード線 B+ …正極ブラシ B- …負極ブラシ。10, 20, 30, 40 ... permanent magnet field type motor 11 ... permanent magnet field (stator) brush 12 ... armature (rotor) 13 ... of 6 segments commutator K, salient poles of K 1 ~K 18 ... core mg, M 1 ~M 4 ... permanent magnet poles S, S 11, S 12, S 21, S 22, S 31, S 32 ... armature winding segments U-phase ... U 1 +, U 2 - , U 3 - , U 3 + ,
U 4 − , U 4 + , U 5 + , U 5 − , U 6 -6 V-phase armature winding V 1 + , V 2 − , V 3 − , V 3 + ,
V 4 − , V 4 + , V 5 + , V 5 − , V 6 -6 W-phase armature winding: W 1 + , W 2 − , W 3 − , W 3 + ,
W 4 -, W 4 +, W 5 +, W 5 -, W 6 -6 L 1, L 2, L 3 ... leads B + ... cathode brush B - ... anode brush.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−193539(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 23/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-62-193539 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02K 23/04
Claims (4)
永久磁石磁極を持つ永久磁石界磁と、円周方向等間隔に
配列された磁極数Pの突極を持ち前記突極に集中巻で巻
装された電機子巻線を有する電機子と、6セグメントの
コミテータとを備えた永久磁石界磁形ブラシ付モータに
おいて、 M=4,且つP=9であり、 前記電機子は前記電機子巻線を3個直列に接続した相を
3相接続して成り、3相のうち任意の相を第1相,第2
相、第3相とすると、第1相に属する突極群は、第1突
極と、この第1突極に対し回転方向前側に第3相に属す
る第3突極を置いて一つ飛びで離れた第2突極と、前記
第1突極に対し回転方向後側に第2相に属する第2突極
を置いて一つ飛びで離れた第3突極とから成り、いずれ
の相の第1突極の巻線に対して同相の第2突極の巻線及
び第3突極の巻線が逆巻きとなっていることを特徴とす
る永久磁石界磁形整ブラシ付モータ。The present invention has a permanent magnet field having permanent magnet magnetic poles having the number of magnetic poles M arranged at equal intervals in the circumferential direction, and a salient pole having the number of magnetic poles P arranged at equal intervals in the circumferential direction. In a permanent magnet field type brushed motor including an armature having an armature winding wound by concentrated winding and a 6-segment commutator, M = 4 and P = 9; A phase in which three armature windings are connected in series is connected in three phases, and an arbitrary phase among the three phases is a first phase and a second phase.
Assuming that the first and second phases are salient poles, the salient pole group belonging to the first phase jumps one step by placing the first salient pole and the third salient pole belonging to the third phase in front of the first salient pole in the rotational direction. And a third salient pole separated from the first salient pole by a second salient pole belonging to the second phase behind the first salient pole. Wherein the winding of the second salient pole and the winding of the third salient pole having the same phase are oppositely wound with respect to the winding of the first salient pole.
永久磁石磁極を持つ永久磁石界磁と、円周方向等間隔に
配列された磁極数Pの突極を持ち前記突極に集中巻で巻
装された電機子巻線を有する扁平形電機子と、6セグメ
ントのコミテータとを備えた永久磁石界磁形ブラシ付モ
ータにおいて、 M=4,且つP=15であり、 前記電機子は前記電機子巻線を5個直列に接続した相を
3相接続して成り、3相のうち任意の相を第1相,第2
相、第3相とすると、第1相に属する突極群は、第1突
極と、この第1突極に対し回転方向前側に順に第3相の
第4突極,第2相の第3突極,第2相の第5突極を置い
て3つ飛びに離れた第2突極と、この第2突極の回転方
向前側に順に第3相の第1突極,第2相の第4突極を置
いて2つ飛びで離れた第3突極と、前記第1突極に対し
回転方向後に順に第2相の第2突極,第3相の第5突
極,第3相の第3突極を置いて3つ飛びに離れた第4突
極と、この第4突極の回転方向後側に順に第2相の第1
突極,第3相の第2突極を置いて2つ飛びに離れた第5
突極とから成り、いずれの相の第1突極の巻線に対し
て、同相の第3突極の巻線及び第5突極の巻線が同向き
巻きであると共に、同相の第2突極の巻線及び第4突極
の巻線が逆巻きとなっていることを特徴とする永久磁石
界磁形整ブラシ付モータ。2. A permanent magnet field having permanent magnet magnetic poles having the number M of magnetic poles arranged at regular intervals in the circumferential direction, and salient poles having the number P of magnetic poles arranged at regular intervals in the circumferential direction. A permanent magnet field type brush motor having a flat armature having an armature winding wound by concentrated winding and a 6-segment commutator, wherein M = 4 and P = 15. The armature is formed by connecting three phases of the five armature windings connected in series to one another, and any one of the three phases can be a first phase or a second phase.
Assuming that the first and second phases are salient poles, the salient pole group belonging to the first phase includes a first salient pole, a third salient pole in the rotation direction forward of the first salient pole, and a third salient pole in the second phase. A third salient pole, a second salient pole separated from the second salient pole by a third salient pole, and a third salient pole and a second phase in front of the second salient pole in the rotation direction. A third salient pole, which is two steps away from the fourth salient pole, a second salient pole of the second phase, a fifth salient pole of the third phase, A three-phase third salient pole is placed and a fourth salient pole separated by three steps, and a second-phase first salient pole is arranged rearward in the rotation direction of the fourth salient pole.
The fifth salient pole, the second salient pole of phase 3
And the third salient pole and the fifth salient pole of the same phase are wound in the same direction and the second salient pole of the same phase with respect to the first salient pole of any phase. A motor with a permanent magnet field-aligned brush, wherein the winding of the salient pole and the winding of the fourth salient pole are reversely wound.
永久磁石磁極を持つ永久磁石界磁と、円周方向等間隔に
配列された磁極数Pの突極を持ち前記突極に集中巻で巻
装された電機子巻線を有する扁平形電機子と、6セグメ
ントのコミテータとを備えた永久磁石界磁形ブラシ付モ
ータにおいて、 M=4,且つP=18であり、 前記電機子は前記電機子巻線を6個直列に接続した相を
3相接続して成り、3相のうち任意の相を第1相,第2
相、第3相とすると、第1相に属する突極群は、第1突
極と、この第1突極に対し回転方向前側に順に第3相の
第6突極,第3相の第5突極,第2相の第4突極を置い
て3つ飛びに離れた第2突極と、この第2突極の回転方
向前側に隣接した第3突極と、この第3突極の回転方向
前側に順に第3相の第1突極,第2相の第6突極,第2
相の第5突極を置いて3つ飛びに離れた第4突極と、第
1の突極に対し回転方向後側に順に第2相の第3突極,
第2相の第2突極,第3相の第4突極を置いて3つ飛び
に離れた第5突極と、この第5突極の回転方向後側に隣
接した第6突極とから成り、いずれの相の第1突極の巻
線に対して、同相の第4突極の巻線が同向き巻きである
と共に、同相の第2突極,第3突極,第5突極及び第6
突極のそれぞれの巻線が逆巻きとなっていることを特徴
とする永久磁石界磁形整ブラシ付モータ。3. A permanent magnet field having permanent magnet magnetic poles having the number M of magnetic poles arranged at regular intervals in the circumferential direction, and salient poles having the number P of magnetic poles arranged at regular intervals in the circumferential direction. A permanent magnet field type brushed motor including a flat armature having an armature winding wound by concentrated winding and a 6-segment commutator, wherein M = 4 and P = 18. The armature is formed by connecting three phases in which the six armature windings are connected in series to three phases, and any one of the three phases is connected to the first phase and the second phase.
Assuming that the first and second phases are salient poles, the salient pole group belonging to the first phase includes a first salient pole, a sixth salient pole of the third phase, and a third salient pole in the front of the first salient pole in the rotation direction. A fifth salient pole, a second salient pole spaced three steps apart with a fourth salient pole of the second phase, a third salient pole adjacent to the front side of the second salient pole in the rotation direction, and a third salient pole The first salient pole of the third phase, the sixth salient pole of the second phase,
A fourth salient pole, which is three steps away from the fifth salient pole of the phase, and a third salient pole of the second phase in the rotation direction rearward with respect to the first salient pole,
A fifth salient pole, which is three steps apart from a second salient pole of the second phase and a fourth salient pole of the third phase, and a sixth salient pole adjacent to the rear side of the fifth salient pole in the rotation direction. The winding of the first salient pole of any phase has the same direction winding as the winding of the fourth salient pole, and the second, third, and fifth salient poles of the same phase. Pole and sixth
A motor with a permanent magnet field type brush, wherein each winding of the salient pole is reversely wound.
おいて、前記3相接続の電機子はスター結線であること
を特徴とする永久磁石界磁形整ブラシ付モータ。4. The motor with a permanent magnet field-type brush according to claim 1, wherein the three-phase connected armature is a star connection.
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