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JP4503409B2 - Brushless slotless motor - Google Patents

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JP4503409B2
JP4503409B2 JP2004289870A JP2004289870A JP4503409B2 JP 4503409 B2 JP4503409 B2 JP 4503409B2 JP 2004289870 A JP2004289870 A JP 2004289870A JP 2004289870 A JP2004289870 A JP 2004289870A JP 4503409 B2 JP4503409 B2 JP 4503409B2
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Description

本発明は、ブラシ付きスロットレスモータに関するものである。   The present invention relates to a brushless slotless motor.

スロットレスモータは、コイルの芯となる鉄の積層板等からなる磁極歯を有しないモータであり、従って、磁極歯間に形成される空間(スロット)がない。このようなスロットレスモータは、長所として、(i)コギングがない、(ii)鉄損が少ない、(iii)ネオジ磁石等の高性能磁石との相性が良い等の特徴がある。   The slotless motor is a motor that does not have magnetic pole teeth made of an iron laminated plate or the like as a core of the coil, and therefore there is no space (slot) formed between the magnetic pole teeth. Such a slotless motor has advantages such as (i) no cogging, (ii) low iron loss, and (iii) good compatibility with high-performance magnets such as neodymium magnets.

従来より、スロットレスモータのコイルの形成方法として、例えば特許文献1により提案されているものがある。これは、円筒状のコアの周面に巻線を所定の層だけ繰り返し重ねて巻回し、複数のコイルエレメントをコアの外周面に形成するものである。   Conventionally, as a method of forming a coil of a slotless motor, for example, there is a method proposed in Patent Document 1. In this method, a plurality of coil elements are formed on the outer peripheral surface of the core by repeatedly winding a predetermined number of layers on the peripheral surface of the cylindrical core.

しかしながら、特許文献1に示すコイルは、巻線が重なり合うため、コア表面のコイルが厚くなり、コイルに対向して設けたマグネット部とコアとの間隙が広くなる。このため、磁気ギャップを狭くすることが困難であり、十分に大きな有効磁束が得られない。従って、高トルクのモータを構成しにくい。また、巻線を重ねることにより、コイルのサイズが大きくなり、モータ全体を小型化することが困難である。更に、巻線を斜めに巻回しているため、回転方向に対して巻線が角度を有し、トルク発生に寄与する成分が少なくなる。従って、効率よく高トルクが得られるモータを構成しにくい。
特開平6−54490号公報
However, in the coil shown in Patent Document 1, since the windings overlap, the coil on the core surface becomes thick, and the gap between the magnet portion provided facing the coil and the core becomes wide. For this reason, it is difficult to narrow the magnetic gap, and a sufficiently large effective magnetic flux cannot be obtained. Therefore, it is difficult to construct a high torque motor. Further, by overlapping the windings, the size of the coil increases, and it is difficult to reduce the size of the entire motor. Further, since the winding is wound obliquely, the winding has an angle with respect to the rotation direction, and the component contributing to torque generation is reduced. Therefore, it is difficult to configure a motor that can efficiently obtain high torque.
JP-A-6-54490

本発明は、上記従来技術を考慮してなされたものであり、磁気ギャップを小さくするとともにコイル全体をコンパクトにして、小型で高出力が得られるスロットレスモータの提供を目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above prior art, and an object of the present invention is to provide a slotless motor that can reduce the magnetic gap and make the coil as a whole compact and obtain high output.

請求項1の発明は、回転軸と、この回転軸に装着された円筒状のコアと、このコアの外周面に張り付けられた複数のフラット状コイルエレメントと、このコイルエレメントに対向してその外周側に円弧状に略等間隔で配設した複数の永久磁石からなるマグネット部と、前記コイルエレメントに対し固定された位置に一定の隙間を介して配設され、前記各コイルエレメントの巻線端部が接続される複数のセグメントからなるコンミテータと、前記セグメントに摺接する複数のブラシとを有するブラシ付きスロットレスモータにおいて、前記コイルエレメントは、個々に独立して別体の巻線により巻回されるとともに、隣り合うコイルエレメントの通電方向が正逆反対方向となるように、前記セグメントは、2個ずつ間を飛ばして2個ごとに前記コイルエレメントに接続して連続した一連のコイルを形成し、各コイルエレメントの巻線の両端部は、相互に交差するとともに隣のコイルエレメントの一方の巻線端部と交差して前記セグメントに接続されたことを特徴とするブラシ付きスロットレスモータを提供する。 The invention of claim 1 includes a rotating shaft, a cylindrical core attached to the rotating shaft, a plurality of flat coil elements attached to the outer peripheral surface of the core, and an outer periphery facing the coil element. A magnet portion composed of a plurality of permanent magnets arranged in a circular arc shape at substantially equal intervals on the side, and a winding end of each coil element disposed at a fixed position with respect to the coil element. In a slotless motor with a brush having a commutator comprising a plurality of segments connected to each other and a plurality of brushes slidably contacting the segments, the coil elements are wound individually by separate windings. Rutotomoni, as energizing direction of the coil elements adjacent a forward or reverse direction opposite said segments, said every two skip between each two Is connected to the coil element to form a continuous series of coils, and both ends of the windings of each coil element intersect each other and one winding end of the adjacent coil element to connect to the segment. The present invention provides a brushless slotless motor.

請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記コイルエレメントは、長手方向を有する形状であり、該長手方向を前記回転軸の軸方向に沿って配設し、前記コイルエレメントの長手方向両端部のコイルエンドが前記コアの端面に沿って折り曲げられたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the coil element has a shape having a longitudinal direction, the longitudinal direction is disposed along the axial direction of the rotating shaft, and the longitudinal direction of the coil element is The coil ends at both ends are bent along the end surface of the core .

請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記コイルエレメントは、帯状の鉄材を巻回して形成されたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the coil element is formed by winding a strip-shaped iron material .

請求項4の発明は、請求項3の発明において、前記帯状の鉄材の表面に銅めっきを施したことを特徴とする。 The invention of claim 4 is characterized in that, in the invention of claim 3 , copper plating is applied to the surface of the band-shaped iron material .

請求項1の発明によると、円筒状コアの表面に設けた複数のコイルエレメントがそれぞれ独立してフラット状に巻回されているので、巻線が重なることがなく、コア表面のコイルが厚くならない。従って、磁気ギャップを狭く形成することができる。そのため、大きな有効磁束が得られ、高トルクのモータを構成できる。また、トルク発生に寄与しない渡り線部分が少ないので、電気抵抗が低く、高出力が可能となる。   According to the invention of claim 1, since the plurality of coil elements provided on the surface of the cylindrical core are independently wound in a flat shape, the windings do not overlap and the coil on the core surface does not become thick. . Therefore, the magnetic gap can be narrowed. Therefore, a large effective magnetic flux can be obtained and a high torque motor can be configured. In addition, since there are few crossover portions that do not contribute to torque generation, electrical resistance is low and high output is possible.

更に、各コイルエレメントの巻線を、回転方向に対して直角になるように配置できるので、有効にトルクを発生させることができ、高出力なモータとなる。   Further, since the windings of the coil elements can be arranged so as to be perpendicular to the rotation direction, torque can be generated effectively and a high output motor can be obtained.

更にまた、隣り合うコイルエレメント同士が正逆反対方向に通電されることにより、隣接する巻線に同一方向の電流が流れる。これにより、位相ずれによる電磁エネルギーの損失を抑え、効率的に高トルクを得ることができる。   Furthermore, when the adjacent coil elements are energized in opposite directions, currents in the same direction flow in the adjacent windings. Thereby, loss of electromagnetic energy due to phase shift can be suppressed, and high torque can be obtained efficiently.

また、コイルの組立時、巻線端部とコンミテータとの接続作業において、隣り合うコイルエレメント同士が正逆反対方向に通電されるように結線して、位相ずれを防ぐことができる。このため、各コイルエレメントは、巻線を同方向に巻回した同じものでよく、別部品を製造する必要がない。従って、部品の管理が容易であり、製造プロセスも煩雑にならない。 Further, when the coil is assembled, in the connection work between the winding end and the commutator, the adjacent coil elements can be connected so as to be energized in opposite directions, thereby preventing a phase shift. For this reason, each coil element may be the same with the winding wound in the same direction, and there is no need to manufacture separate parts. Therefore, management of parts is easy, and the manufacturing process is not complicated.

請求項の発明によると、コイルエンドを折り曲げることにより、コイルエレメントの長さが小さくなるので、モータ全体の長さを縮小することができ、モータをより小型化することができる。 According to the invention of claim 2 , since the length of the coil element is reduced by bending the coil end, the length of the entire motor can be reduced, and the motor can be further downsized.

請求項の発明によると、コア表面とマグネット部との間に設けられたコイル自体が磁性体の鉄材であるため、コアの機能が得られる。従って、磁気ギャップが更に小さくなり、コンパクトで高トルク且つ大容量のモータを構成することができる。 According to the invention of claim 3 , since the coil itself provided between the core surface and the magnet portion is a magnetic iron material, the function of the core can be obtained. Accordingly, the magnetic gap is further reduced, and a compact, high torque and large capacity motor can be configured.

請求項の発明によると、帯状の鉄を薄くすることにより鉄損が低く抑えられるとともに、銅めっきすることにより導電性が良くなる。また、銅と鉄の比率を変えることで、電気抵抗を低くしたものや、磁気ギャップを小さくしたもの等、用途に応じて自在にコイルを形成することができる。
According to the invention of claim 4, the iron loss can be kept low by thinning the belt-shaped iron, and the conductivity is improved by copper plating. Further, by changing the ratio of copper and iron, a coil can be freely formed according to the application, such as one having a low electrical resistance or one having a small magnetic gap.

図1および図2は、本発明に係るスロットレスモータの内部構成例を示し、図1は軸線方向の断面図、図2は図1のA−A線で切断した軸線方向に対して垂直の断面図である。   1 and 2 show an example of the internal configuration of a slotless motor according to the present invention, FIG. 1 is a sectional view in the axial direction, and FIG. 2 is perpendicular to the axial direction cut along line AA in FIG. It is sectional drawing.

モータ1は、ロータ2およびステータ3により構成される。ロータ2は、回転軸21と、この回転軸21に固定された円筒状のコア22と、コア22の外周面に等間隔に張り付けられた複数(この例では6個)のコイルエレメント5と、コンミテータ6により構成される。コイルエレメント5は、後述のように、それぞれ独立してフラット状に巻回される。各コイルエレメント5の磁路を形成するコア22は円筒形状であって、各コイルエレメント5の芯となるように円筒表面に突出する磁極歯を持たない。従って、磁極歯間に形成されるスロットもない。このように、単なる円筒状の磁性材(鉄)からなるコア22の表面にフラット状のコイルエレメント5を貼着することにより、スロットレスモータ1が形成される。コンミテータ6は、回転軸21にコイルエレメント5とともに固定され、1個のコイルエレメント5ごとに巻線端部51を結線する2個のセグメント6aからなる。従って、全体ではコイルエレメント5の数の2倍、すなわち図2の例においては12個のセグメント6aが、回転軸21と同心の円筒状コンミテータ6の外周面上に配設される。12個のセグメント6aは、各コイルエレメント5に対応した位置に2個ずつ円周方向に並べられ、円筒状コンミテータ6上で円周方向に並列して設けられる。従って、コンミテータ6はコイルエレメント5とともに回転する。このコンミテータ6の各セグメント6aに、ブラシ7が摺接する。尚、各セグメント6aを円筒状コンミテータ6の端面(図1の左側端面)に放射状に12個設けて、ブラシ7を端面側から押し付けるようにしてもよい。   The motor 1 includes a rotor 2 and a stator 3. The rotor 2 includes a rotating shaft 21, a cylindrical core 22 fixed to the rotating shaft 21, a plurality (six in this example) of coil elements 5 attached to the outer peripheral surface of the core 22 at equal intervals, The commutator 6 is used. As will be described later, the coil elements 5 are independently wound in a flat shape. The core 22 that forms the magnetic path of each coil element 5 has a cylindrical shape and does not have magnetic pole teeth that protrude from the cylindrical surface so as to be the core of each coil element 5. Therefore, there are no slots formed between the magnetic pole teeth. Thus, the slotless motor 1 is formed by sticking the flat coil element 5 to the surface of the core 22 made of a simple cylindrical magnetic material (iron). The commutator 6 is fixed to the rotating shaft 21 together with the coil element 5, and includes two segments 6 a that connect the winding end portions 51 for each coil element 5. Accordingly, the number of coil elements 5 as a whole, that is, in the example of FIG. 2, twelve segments 6 a are arranged on the outer peripheral surface of the cylindrical commutator 6 concentric with the rotating shaft 21. The twelve segments 6 a are arranged in a circumferential direction two at a position corresponding to each coil element 5, and are provided in parallel in the circumferential direction on the cylindrical commutator 6. Therefore, the commutator 6 rotates with the coil element 5. The brush 7 is in sliding contact with each segment 6 a of the commutator 6. Alternatively, twelve segments 6a may be provided radially on the end face of the cylindrical commutator 6 (the left end face in FIG. 1), and the brush 7 may be pressed from the end face side.

ステータ3は、モータ1全体を覆うケース31、ケース31の内壁に沿って貼設された複数(図2では4個)の永久磁石4aからなるマグネット部4、および前述のブラシ7からなる。永久磁石4aは、図2に示すように、円弧状に略等間隔に分割されてケース31の内壁に配設される。従って、ケース31がマグネット部4のコア(ヨーク)を構成する。ブラシ7は、ブラシホルダ71内に取り付けられたスプリング72を介してコンミテータ6に接触し、ロータ2の回転時に、コンミテータ6のセグメント6aに順次摺接する。ブラシ7は、正極および負極それぞれの電源に接続されたものが、少なくとも1個ずつ設けられて、セグメント6aを介して各コイルエレメント5に給電する。   The stator 3 includes a case 31 that covers the entire motor 1, a magnet portion 4 including a plurality (four in FIG. 2) of permanent magnets 4 a attached along the inner wall of the case 31, and the brush 7 described above. As shown in FIG. 2, the permanent magnet 4 a is arranged on the inner wall of the case 31 by being divided into arcs at substantially equal intervals. Therefore, the case 31 constitutes the core (yoke) of the magnet unit 4. The brush 7 contacts the commutator 6 via a spring 72 attached in the brush holder 71, and sequentially contacts the segment 6 a of the commutator 6 when the rotor 2 rotates. At least one brush 7 connected to the power source of each of the positive electrode and the negative electrode is provided and supplies power to each coil element 5 via the segment 6a.

図3はコイルエレメント5の形状例の平面図である。コイルエレメント5は、磁極歯等の芯を有することなく、巻線を薄く、例えば1層または2〜3層に巻回して、フラット状に形成される。コイルエレメント5は、図2の例では6個設けられ、各コイルエレメント5ごとに別体の巻線により独立して巻回され、樹脂により固められて、コア22に貼着される。各コイルエレメント5の巻先端部51は、前述にように、コンミテータ6のセグメント6aに接続される。このコイルエレメント5は長手方向を有し、その長軸5cが回転軸21(図1)と平行になるように、円筒状コア22の表面に貼付される。   FIG. 3 is a plan view of a shape example of the coil element 5. The coil element 5 does not have a core such as magnetic pole teeth, and is formed in a flat shape by winding the winding thinly, for example, in one layer or two to three layers. In the example of FIG. 2, six coil elements 5 are provided, each coil element 5 is wound independently by a separate winding, is solidified by resin, and is attached to the core 22. The winding tip 51 of each coil element 5 is connected to the segment 6a of the commutator 6 as described above. The coil element 5 has a longitudinal direction, and is affixed to the surface of the cylindrical core 22 so that the long axis 5c is parallel to the rotating shaft 21 (FIG. 1).

図4は、本発明の異なるコイルエレメント5aの外観図である。この例は、帯状の導電性の磁性体である鉄材52を巻回してコイルエレメント5aを形成したものである。導電性を増すために、鉄材52に銅メッキを施してもよい。また、巻回する鉄材52間に絶縁フィルム53を介装してもよい。或いは、絶縁フィルム53の代わりに、鉄材52の表面に絶縁被膜をコーティングしてもよい。   FIG. 4 is an external view of a different coil element 5a of the present invention. In this example, a coil element 5a is formed by winding an iron material 52, which is a strip-like conductive magnetic body. In order to increase conductivity, the iron material 52 may be plated with copper. Moreover, you may interpose the insulating film 53 between the iron materials 52 to wind. Alternatively, an insulating film may be coated on the surface of the iron material 52 instead of the insulating film 53.

このように、帯状の鉄材52を用いてコイルエレメント5aを形成することにより、磁性体である鉄材52自体が永久磁石4aの磁路を形成するヨークを兼ねるため、永久磁石4aとコイルエレメント5の円筒状コア22との磁気的な空隙がさらに狭くなり、高トルクを得ることができる。   Thus, by forming the coil element 5a using the strip-shaped iron material 52, the iron material 52 itself, which is a magnetic material, also serves as a yoke that forms the magnetic path of the permanent magnet 4a. A magnetic gap with the cylindrical core 22 is further narrowed, and high torque can be obtained.

コイルエレメント5,5aは、円筒状コア22の表面に張り付けられるため、図2に示すように、コア22の外周形状に沿うような円弧状の断面形状を有する。この曲面は、コイルエレメント5,5aを巻回した後に形成してもよいし、巻回時に形成してもよい。   Since the coil elements 5 and 5 a are attached to the surface of the cylindrical core 22, the coil elements 5 and 5 a have an arcuate cross-sectional shape along the outer peripheral shape of the core 22 as shown in FIG. 2. This curved surface may be formed after the coil elements 5 and 5a are wound, or may be formed at the time of winding.

図5〜図7は、本発明の異なるコイルエレメント5bの例であり、モータ1の回転軸21の軸方向両端側に位置するコイルエンド54を、コア22の円筒端面に沿って折り曲げたものである。図5は、モータのコイル部のみを示す側面図であり、図6は、コイルエレメント5b単体の平面図である。図7は、コイルエレメント5bを用いた場合のモータ1aの正面図である。このように、コイルエンド54を折り曲げることにより、コイルエレメントの長さを縮小することができ、モータ1a全体を小型化することができる。   FIGS. 5 to 7 are examples of different coil elements 5 b of the present invention, in which coil ends 54 positioned at both axial ends of the rotating shaft 21 of the motor 1 are bent along the cylindrical end surface of the core 22. is there. FIG. 5 is a side view showing only the coil portion of the motor, and FIG. 6 is a plan view of the coil element 5b alone. FIG. 7 is a front view of the motor 1a when the coil element 5b is used. Thus, by bending the coil end 54, the length of the coil element can be reduced, and the entire motor 1a can be reduced in size.

図8は、本発明のスロットレスモータのコイル結線例の展開図である。すなわち、例えば図2に示すように、コイルエレメント5が6個の場合の結線例であり、各コイルエレメント5の巻線の両端部がコンミテータ6のセグメント6aに結線される。   FIG. 8 is a development view of a coil connection example of the slotless motor of the present invention. That is, for example, as shown in FIG. 2, this is an example of connection when there are six coil elements 5, and both ends of the winding of each coil element 5 are connected to the segment 6 a of the commutator 6.

6個のコイルエレメント5の位置に対応して、それぞれ真下に2個ずつのセグメント6aが合計12個設けられる。図8に示すように、各コイルエレメント5の巻線両端部は互いに交差するとともに、隣のコイルエレメント5の一方の巻線端部と交差して、セグメント6aに接続される。そして、コイルエレメント5の巻線端部は、真下の2個のセグメント6aのうち遠い方、または隣のコイルエレメント5の真下の2個のセグメント6aのうち遠い方のセグメント6aに接続される。各コイルエレメント5の真下のセグメント6aに接続されるコイルエレメント5と、隣のコイルエレメント5の真下のセグメント6aに接続されるコイルエレメントとは、交互に配置される。従って、セグメント6aは、2個ずつ間を飛ばして2個ごとにコイルエレメント5に接続されて、一連のコイルが形成される。これにより、図8に示すように、12個のセグメント6aのうち、#1,#2,#5,#6,#9,#10の6個を用いて6個のコイルエレメント5が接続され、一連のコイルが形成される。このような結線を行うことにより、隣り合うコイルエレメント5の通電方向が互いに正逆順番に並ぶように一連のコイルを形成することができる。これにより、隣り合うコイルエレメント5の巻線に流れる電流方向が同じ方向となり、エネルギー損失が抑えられて位相ずれを防止することができる。   Corresponding to the positions of the six coil elements 5, a total of twelve segments 6a are provided, each having two segments 6a. As shown in FIG. 8, both ends of the windings of each coil element 5 intersect with each other and intersect with one winding end of the adjacent coil element 5 and are connected to the segment 6a. The winding end of the coil element 5 is connected to the far segment of the two segments 6a directly below, or to the distant segment 6a of the two segments 6a directly below the adjacent coil element 5. The coil element 5 connected to the segment 6a directly below each coil element 5 and the coil element connected to the segment 6a directly below the adjacent coil element 5 are alternately arranged. Accordingly, the segments 6a are skipped by two and connected to the coil element 5 every two to form a series of coils. Thereby, as shown in FIG. 8, six coil elements 5 are connected using six of # 1, # 2, # 5, # 6, # 9, and # 10 out of twelve segments 6a. A series of coils is formed. By performing such connection, a series of coils can be formed such that the energization directions of adjacent coil elements 5 are arranged in the normal and reverse order. Thereby, the direction of the current flowing through the windings of adjacent coil elements 5 is the same direction, energy loss is suppressed, and phase shift can be prevented.

図9(A)〜(C)は、図8の結線例によるコイルの動作を示し、図9(A)の状態から、ロータ2の回転とともに、ブラシ7が相対的にセグメント6aの半分ずつ右方向へ移動した状態を示す。   9 (A) to 9 (C) show the operation of the coil according to the connection example of FIG. 8. From the state of FIG. 9 (A), as the rotor 2 rotates, the brush 7 is relatively half right of the segment 6a. The state moved in the direction is shown.

本実施形態においては、マグネット部4を構成する永久磁石4aが4個、ブラシ7が「+」側および「−」側それぞれ2個ずつであり、マグネット部4およびブラシ7がステータ側となる。コイルエレメント5およびセグメント6aが回転することにより、ブラシ7がセグメント6aに順次摺接し、各コイルエレメント5に給電する。   In the present embodiment, there are four permanent magnets 4a constituting the magnet part 4, two brushes 7 each on the "+" side and "-" side, and the magnet part 4 and the brush 7 are on the stator side. As the coil element 5 and the segment 6 a rotate, the brush 7 sequentially contacts the segment 6 a and supplies power to each coil element 5.

ブラシ7を介して「+」側から「−」側へ給電されると、各コイルエレメント5に矢印方向に電流が流れ、ロータ2が回転する。ロータ2を構成するコイルエレメント5およびセグメント6aが回転すると、ブラシ7がセグメント6aに順次接触して、それぞれのブラシ7を介して「+」から「−」へ電流が流れる。図中の点線で示したコイルエレメント5は、ブラシ7の接触位置により通電されないものであり、これは図10以下においても同様である。図示のように結線することにより、それぞれのコイルエレメント5においては、図中の矢印で示すように、隣り合うコイルエレメント5同士には反対廻りに電流が流れ、隣接する巻線には同じ方向に電流が流れる。従って、エネルギー損失が軽減され、位相ずれを防止して高トルクを得ることができる。また、隣り合うブラシ7間の間隔は、2つのセグメント6a間の隙間を含む広さである。このように、絶縁領域となるセグメント6a間の隙間を2つまたはそれ以上含むことにより、絶縁性が高まり、耐電圧が向上する。   When power is supplied from the “+” side to the “−” side via the brush 7, a current flows in each coil element 5 in the direction of the arrow, and the rotor 2 rotates. When the coil element 5 and the segment 6a constituting the rotor 2 are rotated, the brushes 7 sequentially come into contact with the segments 6a, and a current flows from “+” to “−” through the respective brushes 7. The coil element 5 indicated by a dotted line in the figure is not energized depending on the contact position of the brush 7, and this is the same in FIG. By connecting as shown in the figure, in each coil element 5, as indicated by the arrows in the figure, current flows between the adjacent coil elements 5 in the opposite direction, and the adjacent windings are directed in the same direction. Current flows. Therefore, energy loss is reduced, phase shift can be prevented, and high torque can be obtained. Moreover, the space | interval between adjacent brushes 7 is an area including the clearance gap between the two segments 6a. As described above, by including two or more gaps between the segments 6a serving as the insulating regions, the insulation is improved and the withstand voltage is improved.

図10は、本発明のコイルの異なる結線例の展開図である。コイルエレメント5とセグメント6aとの結線は図8と同様であり、セグメント6a同士を結線する。セグメント6a同士の結線は、図示したように、セグメント6aの#1と#7,#2と#8,#3と#9,#4と#10,#5と#11,#6と#12のように、2個ずつのセグメント6aを結線する。セグメント6a同士を結線することにより、1個のブラシ7で複数のセグメント6aに同時に給電できるため、ブラシ7の数を削減することができる。図10の例によれば、「+」側および「−」側それぞれのブラシ7を1個ずつ設けることにより、図9と同様に各コイルエレメント5に電流が流れる。   FIG. 10 is a developed view of different connection examples of the coil of the present invention. The connection between the coil element 5 and the segment 6a is the same as in FIG. 8, and the segments 6a are connected to each other. As shown in the figure, the segments 6a are connected to # 1 and # 7, # 2 and # 8, # 3 and # 9, # 4 and # 10, # 5 and # 11, # 6 and # 12 of the segment 6a. As shown, two segments 6a are connected. By connecting the segments 6a to each other, a single brush 7 can supply power to the plurality of segments 6a at the same time, so the number of brushes 7 can be reduced. According to the example of FIG. 10, by providing one brush 7 on each of the “+” side and the “−” side, a current flows through each coil element 5 as in FIG.

図11は、本発明のコイルの異なる結線例の説明図であり、図8の結線例で未使用の6個のセグメント6aを用いて、別の一連のコイルを重ねて形成したものである。   FIG. 11 is an explanatory diagram of different connection examples of the coil of the present invention, and is formed by stacking another series of coils using six unused segments 6a in the connection example of FIG.

先ず、図11(A)に示すように、図8と同様の結線を行う。すなわち、セグメントのうち#1,#2,#5,#6,#9,#10の6個を用いて一連のコイルを形成する。その後、図11(B)に示すように、残りの6個のセグメント6a(#3,#4,#7,#8,#11,#12)を用いて、(A)と同様の方法により別の一連のコイルを形成する。図11(A)と図11(B)とを重ね合わせることにより、図11(C)に示すように、全てのセグメント6aが均等に使用されたコイルが形成される。これにより、セグメント6aの使用効率が向上し、安定した高出力が得られる。また、回転中にブラシ7に対する摺接摩擦抵抗がほぼ一定になるため、ブラシ7の耐久性が増す。尚、図11(C)において、図11(B)で形成した一連のコイルを細線で示してある。また、図11の例では、セグメント6a同士の結線を行わないが、図10の例と同様にセグメント6a同士を結線することにより、ブラシ7を2個に削減することができる。   First, as shown in FIG. 11A, the same connection as in FIG. 8 is performed. That is, a series of coils is formed using six of the segments, # 1, # 2, # 5, # 6, # 9, and # 10. Thereafter, as shown in FIG. 11B, the remaining six segments 6a (# 3, # 4, # 7, # 8, # 11, # 12) are used in the same manner as in (A). Another series of coils is formed. By superimposing FIG. 11 (A) and FIG. 11 (B), as shown in FIG. 11 (C), a coil in which all the segments 6a are equally used is formed. Thereby, the use efficiency of the segment 6a is improved, and a stable high output is obtained. Further, since the sliding frictional resistance against the brush 7 becomes substantially constant during rotation, the durability of the brush 7 is increased. In FIG. 11C, the series of coils formed in FIG. 11B are indicated by thin lines. In the example of FIG. 11, the segments 6a are not connected to each other. However, the brushes 7 can be reduced to two by connecting the segments 6a to each other as in the example of FIG.

図12は、更に異なるコイルの実施形態の説明図であり、前述の実施形態よりもブラシ7の幅を大きくしたものである。図12(A)〜(C)は、ロータ2の回転により、ブラシ7が相対的にセグメント6aの半分ずつ図の右方向へ移動した状態を示す。尚、この場合、セグメント6a同士の結線は行われない。   FIG. 12 is an explanatory diagram of an embodiment of a further different coil, in which the width of the brush 7 is made larger than that of the above-described embodiment. 12A to 12C show a state in which the brush 7 is relatively moved to the right in the figure by half of the segment 6a by the rotation of the rotor 2. In this case, the segments 6a are not connected to each other.

ブラシ7の幅を大きくしたことにより、前述の実施形態に比べて、ブラシ7間の間隔が狭くなる。この例では、図12(B)の位置ではセグメント6a間の隙間が1個所分しか挟まれず、耐電圧が低くなるが、図12(A)および図12(C)の位置では2個所分のセグメント6a間の隙間が含まれている。このように、回転中の少なくとも1個所でブラシ7間の間隔がセグメント6a間の隙間を2個所以上含むような間隔とすることにより、平均的なブラシ7間の間隔が広がって、十分に大きな耐電圧を得ることができる。従って、耐電圧を高めるためにブラシ7の幅をあまり小さくする必要がなくなり、ブラシ7の幅に対する制約が少なくなって、設計の自由度が広がる。   By increasing the width of the brush 7, the interval between the brushes 7 is narrower than that in the above-described embodiment. In this example, there is only one gap between the segments 6a at the position of FIG. 12 (B), and the withstand voltage is lowered, but at the positions of FIG. 12 (A) and FIG. A gap between the segments 6a is included. Thus, by setting the interval between the brushes 7 to include at least two gaps between the segments 6a at least at one location during rotation, the average interval between the brushes 7 is widened and sufficiently large. Withstand voltage can be obtained. Therefore, it is not necessary to make the width of the brush 7 too small in order to increase the withstand voltage, the restriction on the width of the brush 7 is reduced, and the degree of freedom of design is expanded.

図13および図14は、更に異なるコイルの実施形態の展開図であり、コイルエレメント5およびブラシ7の数が異なるものである。図13は、コイルエレメント5の数が8個、セグメント6aが16個、永久磁石4aが6個、ブラシ7が「+」側および「−」側それぞれ3個ずつの場合である。図14は、コイルエレメント5の数が10個、セグメント6aが20個、永久磁石4aが8個、ブラシ7が「+」側および「−」側それぞれ4個ずつの場合の結線例である。ブラシ7の数を多くすることにより、セグメント6a同士の結線の必要がなくなる。   FIG. 13 and FIG. 14 are development views of different coil embodiments, in which the number of coil elements 5 and brushes 7 is different. FIG. 13 shows the case where the number of coil elements 5 is 8, the number of segments 6a is 16, the number of permanent magnets 4a is 6, and the number of brushes 7 is 3 each on the “+” side and the “−” side. FIG. 14 shows an example of connection when the number of coil elements 5 is 10, the number of segments 6a is 20, the number of permanent magnets 4a is 8, and the number of brushes 7 is 4 each on the “+” side and the “−” side. Increasing the number of brushes 7 eliminates the need for connecting the segments 6a.

コイルエレメント5とセグメント6aとの結線方法は、図8に示した前述の結線と同様であり、隣り合うコイルエレメント5の通電方向が、図中の矢印で示すように、互いに逆方向となるように一連のコイルを形成することができる。尚、2個以上のセグメント6a同士を結線して、ブラシ7の数を削減してもよい。   The connection method of the coil element 5 and the segment 6a is the same as that of the above-described connection shown in FIG. 8, and the energization directions of the adjacent coil elements 5 are opposite to each other as shown by the arrows in the figure. A series of coils can be formed. Two or more segments 6a may be connected to reduce the number of brushes 7.

図15は、更に異なる実施形態の展開図であり、6個のコイルエレメント5を配設可能なスペースに、3個のコイルエレメント5を設けたものである。すなわち、間にコイルエレメント5の1個分のスペースを空けて、それぞれ2個ずつのコイルエレメント5A,5Bを重ねて形成し、それらを12個のセグメント6aのうち6個のセグメント6aを用いて接続して、一連のコイルを形成したものである。   FIG. 15 is a development view of a further different embodiment, in which three coil elements 5 are provided in a space in which six coil elements 5 can be disposed. That is, a space for one coil element 5 is provided in between, and two coil elements 5A and 5B are formed to overlap each other, and these are formed using six segments 6a out of twelve segments 6a. Connected to form a series of coils.

図示したように、重ねて形成した2つのコイルエレメント5A,5Bのうち一方のコイルエレメント5Aは、その両方の巻線端部が交差して隣接する2個のセグメント6aに接続される。他方のコイルエレメント5Bは、その両方の巻線端部が互いに離間して離れた位置のセグメント6aに接続される。セグメント6aは、前述の実施形態と同様に、2個ずつ間を飛ばして2個ごとにコイルエレメント5に接続される。   As shown in the drawing, one of the two coil elements 5A and 5B formed in an overlapping manner is connected to two adjacent segments 6a with their winding ends intersecting each other. The other coil element 5B is connected to a segment 6a in which both winding ends are spaced apart from each other. Similarly to the above-described embodiment, the segments 6a are connected to the coil element 5 at intervals of two.

図16は、図15の実施形態において使用しない3個所のスペースと6個のセグメント6aとを用いて、図15と同じ形状の別の一連のコイルを形成して重ね合わせたものである。図16(A)は図15と同じであり、1個所のコイルエレメントスペースに2つのコイルエレメント5A,5Bが形成されている。図16(B)は、図15と同じ形状で、図16(A)で使用されていないスペースおよびセグメント6aを用いた別の一連のコイルを示し、1個所のコイルエレメントスペースに2つのコイルエレメント5C,5Dが形成され、これらを連結して一連のコイルを形成している。図16(A)と図16(B)とを重ね合わせたものが図16(C)である。尚、図16(C)において、図16(B)で形成した一連のコイルを細線で示してある。   FIG. 16 is a diagram in which another series of coils having the same shape as in FIG. 15 is formed and overlapped using three spaces and six segments 6a that are not used in the embodiment of FIG. FIG. 16A is the same as FIG. 15, and two coil elements 5A and 5B are formed in one coil element space. FIG. 16 (B) shows another series of coils with the same shape as FIG. 15 but not used in FIG. 16 (A) and a segment 6a, with two coil elements in one coil element space. 5C and 5D are formed and connected to form a series of coils. FIG. 16C is a superposition of FIG. 16A and FIG. In FIG. 16C, the series of coils formed in FIG. 16B are indicated by thin lines.

尚、上記の全ての実施形態において、コイルエレメント5やブラシ7の数は、上記の例に限ることはない。   In all the above embodiments, the number of coil elements 5 and brushes 7 is not limited to the above example.

また、上記のスロットレスモータは、コイルエレメント5を備えたコアをロータ2側としたが、マグネット部4が回転するアウタロータ方式であっても、本発明を同様に実施することができる。   In the slotless motor, the core including the coil element 5 is the rotor 2 side. However, the present invention can be similarly implemented even in an outer rotor system in which the magnet unit 4 rotates.

本発明は、狭いスペースに設置されるブラシ付きスロットレスモータに適用できる。   The present invention can be applied to a brushless slotless motor installed in a narrow space.

本発明に係るスロットレスモータの内部構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the internal structure of the slotless motor which concerns on this invention. 図1のA−A線で切断した断面図。Sectional drawing cut | disconnected by the AA line of FIG. 図2のコイルエレメント単体を示す平面図。The top view which shows the coil element single-piece | unit of FIG. コイルエレメント単体の異なる実施形態を示す斜視図。The perspective view which shows different embodiment of a coil element single-piece | unit. コイルエレメントの異なる実施形態を示す側面図。The side view which shows different embodiment of a coil element. 図5のコイルエレメント単体を示す平面図。The top view which shows the coil element single-piece | unit of FIG. 図5のコイルエレメントを用いたスロットレスモータの正面図。The front view of the slotless motor using the coil element of FIG. 本発明のコイルの実施形態を示す展開図。The expanded view which shows embodiment of the coil of this invention. 図8の実施形態の動作説明図。Operation | movement explanatory drawing of embodiment of FIG. 本発明のコイルの異なる実施形態の展開図。The expanded view of different embodiment of the coil of this invention. 本発明のコイルの更に異なる実施形態の説明図。Explanatory drawing of further different embodiment of the coil of this invention. 本発明のコイルの更に異なる実施形態の動作説明図。Operation | movement explanatory drawing of further different embodiment of the coil of this invention. 本発明のコイルの更に異なる実施形態の展開図。The expanded view of further different embodiment of the coil of this invention. 本発明のコイルの更に異なる実施形態の展開図。The expanded view of further different embodiment of the coil of this invention. 本発明のコイルの更に異なる実施形態の展開図。The expanded view of further different embodiment of the coil of this invention. 本発明のコイルの更に異なる実施形態の説明図。Explanatory drawing of further different embodiment of the coil of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,1a:モータ、2:ロータ、3:ステータ、4:マグネット部、4a:永久磁石、5,5a,5b,5A,5B,5C,5D:コイルエレメント、6:コンミテータ、6a:セグメント、7:ブラシ、21:回転軸、22:コア、31:ケース、51:巻線端部、52:鉄材、53:絶縁フィルム、54:コイルエンド、71:ブラシホルダ、72:スプリング。
1, 1a: motor, 2: rotor, 3: stator, 4: magnet part, 4a: permanent magnet, 5, 5a, 5b, 5A, 5B, 5C, 5D: coil element, 6: commutator, 6a: segment, 7 : Brush, 21: rotating shaft, 22: core, 31: case, 51: winding end, 52: iron material, 53: insulating film, 54: coil end, 71: brush holder, 72: spring.

Claims (4)

回転軸と、この回転軸に装着された円筒状のコアと、このコアの外周面に張り付けられた複数のフラット状コイルエレメントと、
このコイルエレメントに対向してその外周側に円弧状に略等間隔で配設した複数の永久磁石からなるマグネット部と、
前記コイルエレメントに対し固定された位置に一定の隙間を介して配設され、前記各コイルエレメントの巻線端部が接続される複数のセグメントからなるコンミテータと、
前記セグメントに摺接する複数のブラシとを有するブラシ付きスロットレスモータにおいて、
前記コイルエレメントは、個々に独立して別体の巻線により巻回されるとともに、隣り合うコイルエレメントの通電方向が正逆反対方向となるように、
前記セグメントは、2個ずつ間を飛ばして2個ごとに前記コイルエレメントに接続して連続した一連のコイルを形成し、各コイルエレメントの巻線の両端部は、相互に交差するとともに隣のコイルエレメントの一方の巻線端部と交差して前記セグメントに接続されたことを特徴とするブラシ付きスロットレスモータ。
A rotating shaft, a cylindrical core attached to the rotating shaft, and a plurality of flat coil elements attached to the outer peripheral surface of the core;
A magnet portion composed of a plurality of permanent magnets arranged at substantially equal intervals in a circular arc shape on the outer peripheral side facing the coil element,
A commutator comprising a plurality of segments, which are arranged at a fixed position with respect to the coil element via a certain gap, and to which winding ends of the coil elements are connected;
In a slotless motor with a brush having a plurality of brushes in sliding contact with the segment,
The coil elements are wound individually by separate windings, and the energizing directions of adjacent coil elements are opposite to the forward and reverse directions.
The segments are separated from each other by two and connected to the coil element every two to form a continuous series of coils, and both ends of the windings of each coil element intersect with each other and the adjacent coil. A brushless slotless motor characterized by being connected to the segment crossing one winding end of the element .
前記コイルエレメントは、長手方向を有する形状であり、該長手方向を前記回転軸の軸方向に沿って配設し、前記コイルエレメントの長手方向両端部のコイルエンドが前記コアの端面に沿って折り曲げられたことを特徴とする請求項1に記載のブラシ付きスロットレスモータ。 The coil element has a shape having a longitudinal direction, the longitudinal direction is disposed along the axial direction of the rotating shaft, and the coil ends at both ends in the longitudinal direction of the coil element are bent along the end surface of the core. The brushless slotless motor according to claim 1, wherein the brushless slotless motor is provided. 前記コイルエレメントは、帯状の鉄材を巻回して形成されたことを特徴とする請求項1に記載のブラシ付きスロットレスモータ。 The slotless motor with a brush according to claim 1, wherein the coil element is formed by winding a strip-shaped iron material . 前記帯状の鉄材の表面に銅めっきを施したことを特徴とする請求項3に記載のブラシ付きスロットレスモータ。 The brushless slotless motor according to claim 3, wherein a copper plating is applied to a surface of the belt-shaped iron material .
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