JPH02269445A - 電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、界ＶＡ磁極を有する界磁部と巻線用溝を有す
る電機子鉄心を具備する電動機に関するものである。

従来例の構成とその問題点 電機子鉄心に巻線用溝を設けて多相の巻線を収納するよ
うにした電動機は、巻線用溝の間に形成される歯に界磁
部の磁束を収束させることができるために、その出力が
大きいという利点がある。

そのため、産業用ロボットやＮＣ機器の駆動動力源とし
て広く使用されている。しかしながら、このような電動
機では、界磁部の磁極と電機子鉄心の巻線用溝の相互作
用によりコギングトルクが発生する。以下、これについ
てブラシレス形の直流電動機を例にとり、図面を参照し
て説明する。

第１図は従来の電動機の構造を表わす要部構成図である
。回転軸１に取りつけられた強磁性体のロータ２の外周
に、円環状のマグネット３が取りつけられている。マグ
ネット３には４極の磁極が等角度間隔に着磁されており
、界磁部を形成している。界磁部のマグネット３と所定
の間隙を離して電機子鉄心４が配置されている。マグネ
ット３と電機子鉄心４は、いずれか一方が他方に対して
回転自在に支承されている（本例では、電機子鉄心４に
対してマグネット３が回転するようになされている）、
電機子鉄心４には、等角度間隔に１２個の巻線用溝５が
設けられており、各巻線用溝の間には１２個の歯６が形
成され、３相の巻線Ａ１〜Ａ４．Ｂｌ〜Ｂ４．Ｃ１〜Ｃ
４が巻装されている。巻線ＡＩ、Ａ２．Ａ３．Ａ４は３
個の歯を取り囲むように巻かれており、巻線Ａ１が収納
された両方の巻線用溝にはそれぞれ巻線Ａ２とＡ４の一
端が収納されている。同様に、巻線Ａ２が収納された両
方の巻線用溝にはそれぞれ巻線Ａ１とＡ３の一端が収納
され、巻ｌＡ３が収納された両方の巻線用溝にはそれぞ
れ巻１！Ａ２とＡ４の一端が収納され、巻線Ａ４が収納
された両方の巻線用溝にはそれぞれ巻線Ａ１とＡ３の一
端が収納されている。他の相の巻線Ｂ１〜Ｂ４．Ｃ１〜
Ｃ４についても同様である。以下、Ａ１−Ａ４をまとめ
てＡ相の巻線群とし、Ｂ１〜Ｂ４をＢ相の巻線群とし、
０１〜Ｃ４をＣ相の巻線群とする。界磁部のマグネット
３の発生磁束は電機子鉄心４の各歯に流入または流出し
、Ａ、Ｂ、Ｃ相の巻線群に鎖交している。Ａ、Ｂ、Ｃ相
の巻線群の間には、電気的に１２０度の位相差がある。

ここで、電気角の１８０度は界磁部の１磁極ピツチ３６
０°／Ｐ（Ｐは界磁部の磁極数）に相当する（本例では
、Ｐ＝４であるから機械角９０度が１磁極ピツチであり
、電気角１８０度に相当する）。

第２図に駆動回路の構成図を示す。第１図の巻線Ａ１〜
Ａ４は、各巻回方向を考慮して直列に接続されＡ相の巻
線群を形成している。同様に、巻線８１〜Ｂ４は各巻回
方向を考慮して直列に接続されＢ相の巻線群を形成し、
巻線Ｃ１−Ｃ４は各巻回方向を考慮して直列に接続され
Ｃ相の巻線群を形成している。３相の巻線群は星形結線
され、その端子を駆動部１１に接続されている６位置検
出部１２はマグネット３の回転位置を検出し、マグネッ
ト３の回転に伴って変化する３相の正弦波状の信号Ｐ　
１．Ｐ２．Ｐ３を出力する。駆動部１１には、指令信号
Ｆと位置検出部１２の３相信号ＰＩ、Ｐ２．Ｐ３が入力
され、その両者の積に比例した３相の正弦波状の電流Ｉ
ｔ、Ｔ２，１３を出力する。その結果、Ａ、Ｂ、Ｃ相の
巻線群への電流Ｉｔ、１２．１３とマグネット３の磁束
との相互作用によって所定方向への回転力を発生する。

次に、この従来例のコギングトルクについて第３図を参
照して説明する。第３図は、第１図のマグネット３と電
機子鉄心４をｘ−ｘ’線とＹ−Ｙ’線について平面展開
した図である（巻線を省略し、巻線用溝をａ　−１で示
した）、コギングトルクは界磁部と電機子鉄心の間の磁
場に蓄えられた磁気エネルギーが両者の相対的な回転に
応じて変化することによって生じるものである。特に、
界磁部の磁極と電機子鉄心の溝の両者に関係して発生し
、第１図のごとく界磁部のマグネット３と電機子鉄心４
の両方に磁気的な周期性がある場合には、その両者に共
通して存在する成分（整合成分）のコギングトルクが生
じる。第４図にマグネット３の発生する磁束密度の分布
特性を全周（３６０度）について示す。磁気エネルギー
は磁束密度の２乗に関係する量であるから、第４図に示
すごとき特性の界磁部のマグネット３が有する磁気的な
周期・波形の基本的な調波成分は第４次調波成分となる
。

ここで、１回転１回の正弦波成分を第１次調波成分とす
る。すなわち、マグネット３は第４武威分を基本として
、第８次、第１２次、・・・・・・などの高調波成分を
含んでいることになる。

一方、電機子鉄心４の磁気的不均一性（パーミアンスに
関係する量）は巻線用溝ａ　−１によって生じる。電機
子鉄心４の巻線用溝ａ　−１は等角度間隔（３０度間隔
）に配置されているので、電機子鉄心４の磁気的不均一
性の基本的な調波成分は第１２吹成分となる。従って、
これを基本として第２４次、第３６次、・・・・・・な
どの高調波成分を含んでいる。コギングトルクは、電機
子鉄心４の有する磁気的不均一性の成分とマグネット３
の有する周期・波形の調波成分が整合（一致）するとき
に発生するから、本従来例のコギングトルクは第１２次
、第２４次、・・・・・・などの調波成分が生じる。

コギングトルクの第１２火成分は、１２個の巻線用溝に
よって生じる電機子鉄心４の磁気的不均一性の基本成分
に直接に関係している。一般に、電機子鉄心４の基本成
分はその他の高調波成分に較べてかなり大きい。その結
果、この従来の電動機では非常に大きなコギングトルク
が発生していた。

本出願人は、このようなコギングトルクを低減する一方
法を特願昭５３−１４５４８９号に提案している。特願
昭５３−１４５４８９号では、電機子鉄心の各歯に補助
溝を設けることにより、コギングトルクの基本的な調波
成分を高くしてコギングトルクを低減している。しかし
ながら、このような方法によりコギングトルクを十分に
低減するためには、コギングトルクの基本次数をかなり
高次にする必要があり、多くの補助溝を電機子鉄心に設
けなければならず、実用的でない。また、補助溝を多く
設けた場合でも、コギングトルクの基本成分が電機子鉄
心の基本成分と一致するためにコギングトルクを十分に
低減できなかった。

発明の目的 本発明は、このような点を考慮し、界磁磁極を有する界
磁部と巻線用溝を有する電機子鉄心を具備する電動機で
あって、コギングトルクの非常に小さい電動機を提供す
るものである。

発明の構成 本発明では、永久磁石材料を使用して、Ｐ極（ただし、
Ｐは２以上の偶数）の界磁磁極を円周上に等角度間隔程
度に有する界磁部と、３Ｐ個の巻線用溝に３相の巻線を
収納した電機子鉄心とを具備し、前記界磁部と前記電機
子鉄心のうちでいずれか一方が他方に対して回転自在と
なされた電動機であって、前記電機子鉄心４よ前記巻線
用溝の間に３Ｐ個の歯を形成され、実効ピッチがＤ＝１
２０゜／Ｐより大きいＬ個（ただし、Ｌは整数）の長歯
と、実効ピッチがＤより小さいＭ個（ただし、Ｍは整数
）の短歯を有し、前記長歯と前記短歯の個数を Ｌ十Ｍ−３Ｐ Ｌ　　≧　　３ Ｍ　　≧　　３ となし、２個以上の隣接する前記短歯からなる短歯ブロ
ックおよび少なくとも１個の前記長歯からなる長歯ブロ
ックをそれぞれ複数個有し、前記各短歯ブロックの前記
短歯の個数を等しくし、前記各長歯ブロックの前記長歯
の個数を等しくし、前記短歯ブロックと前記長歯ブロッ
クを円周上に交互に対称的に配置し、かつ、隣接する１
組の前記短歯ブロックの歯数と前記長歯ブロックの歯数
の和を３の整数倍と異ならせ、少なくとも前記長歯に補
助溝を設けたことにより、上記の目的を達成したもので
ある。

また、本発明では、永久磁石材料を使用して、Ｐ極（た
だし、Ｐは２以上の偶数）の界１ｉｆｉ極を円周上に等
角度間隔程度に有する界磁部と、３Ｐ個の巻線用溝に３
相の巻線を収納した電機子鉄心とを具備し、前記界磁部
と前記電機子鉄心のうちでいずれか一方が他方に対して
回転自在となされた電動機であって、前記電機子鉄心は
、前記巻線用溝の間に３Ｐ個の歯を形成され、実効ピン
チがＤ＝１２０°／Ｐより大きいＬ個（ただし、Ｌは整
数）の長歯と、実効ピッチがＤより小さいＭ個（ただし
、Ｍは整数）の短歯を有し、前記長歯と前記短歯の個数
を Ｌ＋Ｍ＝Ｔ Ｌ　≧　３ Ｍ　≧　３ となし、少なくとも１個の前記短歯からなる短歯ブロッ
クおよび２個以上の隣接する前記長歯からなる長歯ブロ
ックをそれぞれ複数個有し、前記各短歯ブロックの前記
短歯の個数を等しくし、前記各長歯ブロックの前記長歯
の個数を等しくし、前記短歯ブロックと前記長歯ブロッ
クを円周上に交互に対称的に配置し、かつ、隣接する１
組の前記短歯ブロックの歯数と前記長歯ブロックの歯数
の和を３の整数倍と異ならせ、少なくとも前記長歯に補
助溝を設けたことにより、上記の目的を達成したもので
ある。

さらに、本発明では、Ｐ極（ただし、Ｐは２以上の偶数
）の永久磁石磁極を円周上に等角度間隔程度に有する界
磁部を形成するロータと、前記永久磁石磁極と所定間隙
あけて設けられ、３Ｐ個の巻線用溝に３相の巻線を収納
した電機子鉄心と、前記ロータの回転に伴って前記３相
の巻線に３相の電流を供給する駆動回路とを具備し、前
記電機子鉄心は、前記巻線用溝の間に３Ｐ個の歯を形成
され、実効ピンチがＤ＝１２０°／Ｐより大きいＬ個（
ただし、Ｌは整数）の長歯と、実効ピンチがＤより小さ
いＭ個（ただし、Ｍは整数）の短歯を有し、前記長歯と
前記短歯の個数を Ｌ十Ｍ＝３Ｐ Ｌ　≧　３ Ｍ　≧　３ となし、２個以上の隣接する前記短歯からなる短歯ブロ
ックおよび少なくとも１個の前記長歯からなる長歯ブロ
ックをそれぞれ複数個有し、前記各短歯ブロックの前記
短歯の個数を等しくし、前記各長歯ブロックの前記長歯
の個数を等しくし、前記短歯ブロックと前記長歯ブロッ
クを円周上に交互に対称的に配置し、かつ、隣接する１
＆１１の前記短歯ブロックの歯数と前記長歯ブロックの
歯数の和を３の整数倍と異ならせ、少なくきも前記長歯
に補助溝を設けたことにより、上記の目的を達成したも
のである。

さらに、本発明では、Ｐ極（ただし、Ｐは２以上の偶数
）の永久磁石磁極を円周上に等角度間隔程度に有する界
磁部を形成するロータと、前記永久磁石磁極と所定間隙
あけて設けられ、３Ｐ個の巻線用溝に３相の巻線を収納
した電機子鉄心と、前記ロータの回転に伴って前記３相
の巻線に３相の電流を供給する駆動回路とを具備し、前
記電機子鉄心は、前記巻線用溝の間に３Ｐ個の歯を形成
され、実効ピッチがＤ＝１２０°／Ｐより大きいＬ個（
ただし、Ｌは整数）の長歯と、実効ピッチがＤより小さ
いＭ個（ただし、Ｍは整数）の短歯を有し、前記長歯と
前記短歯の個数を Ｌ＋Ｍ＝Ｔ Ｌ　≧　３ Ｍ　≧　３ となし、少なくとも１個の前記短歯からなる短歯ブロッ
クおよび２個以上の隣接する前記長歯からなる長歯ブロ
ックをそれぞれ複数個有し、前記各短歯ブロックの前記
短歯の個数を等しくし、前記各長歯ブロックの前記長歯
の個数を等しくし、前記短歯ブロックと前記長歯ブロッ
クを円周上に交互に対称的に配置し、かつ、隣接する１
組の前記短歯ブロックの歯数と前記長歯ブロックの歯数
の和を３の整数倍と異ならせ、少なくとも前記長歯に補
助溝を設けたことにより、上記の目的を達成したもので
ある。

実施例の説明 第５図に本発明の一実施例を表わす要部平面展開図を示
す、第５図において、ロータ２に取りつけられたマグネ
ット３は等角度間隔に４極の磁極を有し、電機子鉄心４
の１２個の巻線用溝ａ−２および１２個の歯に所定間隙
あけて対向している。

電機子鉄心４の１２個の巻線用溝には、第１図のＡ、Ｂ
、Ｃ相の巻線群と同様に３相の巻線群が型巻して巻装さ
れている（図示を省略する）、。すなわち、巻線用溝ａ
からｄに渡って巻線Ａ１が巻装され、巻線用溝ｄからｇ
に渡って巻線Ａ２が巻装され、巻線用溝ｇから」に渡っ
て巻！ＩＡＡ３が巻装され、°巻線用溝ｊからａに波っ
て巻′線Ａ４が巻装され、巻線Ａ１〜Ａ４がその巻回方
向を考慮して直列に接続されて第Ａ相の巻線群を形成し
ている。

同様に、巻線用溝Ｃから「に渡って巻線Ｂ１が巻装され
、巻線用溝ｒからｉに渡って巻線Ｂ２が巻装され、巻線
用溝ｉからｌに渡って巻線Ｂ３が巻装され、巻線用溝ｌ
からＣに渡って巻線Ｂ４が巻装され、巻線Ｂ１〜Ｂ４が
その巻回方向を考慮して直列に接続されて第３相の巻線
群を形成している。さらに、巻線用溝ｅからｈに渡って
巻線ＣＩが巻装され、巻線用溝りからｋに渡って巻線Ｃ
２が巻装され、巻線用溝ｋからｂに渡って巻線Ｃ３が巻
装され、巻線用溝すからｅに渡って巻線Ｃ４が巻装され
、巻線Ｃ１〜Ｃ４がその巻回方向を考慮して直列に接続
されて第Ｃ相の巻線群を形成している０本実施例の駆動
回路は、第２図の構成と同様であり、説明を省略する。

第５図の実施例においては、電機子鉄心４の巻線用溝ａ
　−１の配置を不等角度間隔となし、巻線用溝の間に形
成される歯の実効ピッチを不均一にしている。ここに、
歯の実効ピッチとは歯の両端の巻線用溝の中心のなす角
度である０巻線用溝の個数をＴ＝３・Ｐ＝１２（Ｐは界
磁部の磁極数でありＰ−４）とするとき、等角度間隔に
配置すると各歯の実効ピッチはＤ＝３６０°／Ｔ（本例
ではＤ＝１２０°／Ｐ＝３０’）となるので、Ｄより大
きい歯を長歯と呼び、Ｄより小さい歯を短歯と呼ぶこと
にする。歯ａ−ｂ　（両端の巻線用溝によって歯を表わ
す）は短歯、歯ｂ−ｃは短歯、歯ｃ−ｄは短歯、歯ｄ−
ｅは長歯、歯ｅ−ｆは短歯、歯ｒ−ｇは短歯、歯ｇ−ｈ
は短歯、歯ｈ−ｉは長歯、歯ｉ−ｊは短歯、歯ｊ−には
短歯、歯に−ｆｆｉは短歯、歯１−ａは長歯である。す
なわち、長歯の個数はＬ−３、短歯の個数はＭ−９であ
る０巻線用溝ａからｄの間（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）と巻線用
溝ｅからｈの間（ｅ、　　ｒ、　　ｇ、　　ｈ）と巻線
用溝ｉからｌの間（ｉ、ｊ、に、ｌ）は短歯のみが部分
的に集中しており、３個の短歯からなる短歯ブロックを
形成している（長歯を含まない）。同様に、巻線用溝ｄ
からｅの間（ｄ、ｅ）と巻線用溝りからｉの間（ｈ、　
　ｉ）と巻線用溝２からａの間（！。

ａ）は長歯のみが部分的に集中しており、１個の長歯か
らなる長歯ブロックを形成している（短歯を含まない）
。すなわち、３組の短歯ブロックと長歯ブロックが円周
上に交互に配置されている。

短歯ａ−ｂ、　　ｂ−ｃ、　　ｃ−ｄ、　　ｅ−ｆ、　
　ｆ−ｇｇ−ｈ、　　ｉ−ｊ、　　ｊ−に、　　ｋ−ｊ
！の実効ピッチは、３６０°７　（Ｔ＋３）＝２４°に
等しくもしくは略等しくなされている。長歯ｄ−ｅ、ｈ
−ｉ、１ａの実効ピッチは、７２０°／（Ｔ＋３）＝４
８’に等しくもしくは略等しくなされている。すなわち
、短歯の実効ピンチと長歯の実効ピッチの比はＲ：Ｒ＋
１　（Ｒ＝１）にされている。また、各長歯には１個の
補助溝が設けられ、巻線用溝と補助溝からなる電機子鉄
心の溝の全体は等角度間隔（３６０”／１５＝２４”間
隔）もしくは略等角度間隔に各漠の中心（磁気的な作用
効果からみた中心）が配置されている。

次に、本実施例のコギングトルクについて説明する。す
でに説明したように、コギングトルクは電機子鉄心の巻
線用溝による磁気的不均一性の調波成分と界磁部の磁極
による磁気的な周期・波形の調波成分が整合したときに
生じる。界磁部のマグネット３の磁気的な周期・波形は
、マグネット３の１磁極ピツチ３６０°／Ｐは周期とす
る周期関数となっている。従って、マグネット３の１ｍ
極ピツチを基本周期として、電機子鉄心４の磁気的不均
一性（巻線用溝と補助溝の配置によって生じる磁気的な
変動分）を考えればよく、一般にその変動量を小さくす
るならばコギングトルクは小さくなる。マグネット３の
１磁極ピツチを基本周期として電機子鉄心４の巻線用溝
ａ−２と補助溝ａ′〜Ｃ′をみたときの位相関係を第６
図に示す。

Ａ相の巻線群を収納された巻線用溝ａ、ｄ、ｇ。

ｊは１磁極ピンチの１／（Ｔ＋３）＝１／１５の位相差
で位相ずれを設けられ（巻線用溝ａ、　　ｄｇ５　ｊの
位相は４箇所以上に異なる）、その変動範囲は１磁極ピ
ツチの３／１５＝１，１５　（ｌ磁極ピンチの１／３以
下）になされている。同様に、Ｂ相の巻線群を収納され
た巻線用溝ｃ、ｆ、ｉｌはｌ磁極ピンチの１／１５の位
相差で位相ずれを設けられ、その変動範囲は１磁極ピツ
チの１１５になされている。さらに、Ｃ相の巻線群を収
納された巻線用溝す、　　ｅ、　　ｈ、　　ｋはｌ磁極
ピンチの１／ｌ　５の位相差で位相ずれを設けられ、そ
の変動範囲は１磁極ピツチの１１５になされている。Ａ
相の巻線用溝群（ａ、ｄ、ｇ、ｊ）とＢ相の巻線用溝群
（ｃ、ｒ、ｉ、ｆ）とＣ相の巻線用溝群（ｂ、　　ｅ、
　　ｈ、　　ｋ）の間にはそれぞれ１磁極ピツチの１／
３の位相差がある。また、巻線用溝ａ〜２の位相とは異
なる位相に補助溝ａ′〜Ｃ′が位置し、巻線用溝ａ−１
と補助溝ａ′〜Ｃ′からなる溝の全体は１／１５の位相
差で位相がすべて異なっている。第７図に巻線用溝ａ−
２と補助溝ａ′〜Ｃ′による電機子鉄心４の磁気的変動
分の波形を示す。巻線用溝の開口幅に応じて、各巻線用
溝による磁気的な変動分はなだらかに変化する。

巻線用溝ａ　−１と補助溝ａ′〜Ｃ′はｌ／１５ずつ位
相が異なっているために、合成の磁気的な変動分（交流
骨）はかなり小さくなっている。第８図に、第１図の従
来の電動機の磁気的な変動分を示す。巻線用溝ａ、ｄ、
ｇ、ｊは同位相となり、巻線用溝ｃ、ｒ、ｉ、ｌは同位
相となり、巻線用溝す、ｅ、ｈ、には同位相になるので
、第１図の従来の電動機の合成の磁気的な変動分は非常
に大きい（第１図の従来例に補助溝ａ′〜Ｃ′はない）
。

第７図と第８図を比較すると、本実施例の電動機の磁気
的な変動分が大幅に小さくなっていることがわかる。そ
の結果、本実施例のコギングトルクは大幅に低減されて
いる。

さらに、本実施例の各巻線Ａ１．Ａ２．Ａ３゜Ａ４．Ｂ
ｌ、Ｂ２．Ｂ３．Ｂ４．ＣＩ、Ｃ２，Ｃ３゜Ｃ４の実効
ピッチは（１磁極ピツチの１６／１５）−１９２度（電
気角）以下から（１磁極ピツチの４１５）＝１４４度（
電気角）以上になされている。ここに、巻線の実効ピッ
チはその巻線が収納された巻線用溝の中心間のなす角度
である。Ａ相の巻線群についてみれば、ＡＩの巻装され
た巻線用溝ａ−ｄ間の角度は１４４°（３個の短歯骨）
、Ａ２の巻装された巻線用溝ｄ−ｇ間の角度は１９２°
（１個の長歯と２個の短歯骨）、Ａ３の巻装された巻線
用溝ｇ−ｊ間の角度は１９２°（１個の長歯と２個の短
歯骨）、Ａ４の巻装された巻線用溝ｊ−ａ間の角度は１
９２’（１個の長歯と２個の短歯骨）である、Ｂ相の巻
線群についてみれば、Ｂｌの巻装された巻線用溝ｃ−ｆ
間の角度は１９２’（１個の長歯と２個の短歯骨）、Ｂ
２の巻装された巻線用溝ｆ−ｉ間の角度は１９２°（１
個の長歯と２個の短歯骨）、Ｂ３の巻装された巻線用溝
ｉ−２間の角度は１４４°（３個の短歯骨）、Ｂ４の巻
装された巻線用溝１−ｃ間の角度は１９２’（１個の長
歯と２個の短歯骨）である。Ｃ相の巻線群についてみれ
ば、Ｃ１の巻装された巻線用溝ｅ−ｈ間の角度は１４４
°（３個の短歯骨）、Ｃ２の巻装された巻線用溝ｈ−に
間の角度は１９２’（１個の長歯と２個の短歯骨）、Ｃ
３の巻装された巻線用溝に−ｂ間の角度は１９２°（１
個の長歯と２個の短歯骨）、Ｃ４の巻装された巻線用溝
ｂ−ｅ間の角度は１９２”（１個の長歯と２個の短歯骨
）である、このように、各相の巻線が収納された巻線用
溝の変動範囲を小さくして（ｌｆｆｌ極ピッチの１／３
以下）、かつ、巻線の実効ピッチの変動範囲を小さくす
るならば（１９２度以下から１４４度以上）、巻線作業
が容易となり、自動化も可能となる。

前述の第５図の実施例では、長歯の先端に補助溝を設け
たが、補助溝は必ずしも必要ではない、第７図のａ’　
、ｂ’　、ｃ’がなくなっても、合成の磁気的変動分は
第８図の従来例よりも小さい。一般に、長歯と短歯の配
置を工夫して、３の整数倍の短歯ブロックと長歯ブロッ
クを交互に配置することによって、コギングトルクを低
減できる。このとき、隣接する１組の短歯ブロックと長
歯ブロックの歯の総数を３の倍数と異ならせるならば、
容易に歯の位相を変動させることができる。また、連続
する３組の短歯ブロックと長歯ブロックの全体の実効ピ
ッチを（３６０°／Ｐ）　・Ｑに等しくして、隣接する
１ｍの短歯ブロックと長歯ブロックの歯の総数をＱに等
しくするならば、３相の巻線群の間の位相差を１２０度
（電気角）に等しくでき、３組巻線を均等に配置できる
。

また、少なくとも１個の長歯に補助溝を設けるならば、
コギングトルクの低減効果を大きくできる。さらに、短
歯の実効ピッチと長歯の実効ピッチをＲ：Ｒ＋１もしく
はＲ：Ｒ＋３（Ｒは整数）にして、巻線用溝と補助溝か
らなる電機子鉄心の溝の全体を短歯の実効ピッチのＲ分
の１の間隔で配置するならば、簡単にコギングトルクを
低減できる。このような構成の他の例を表１に示す。

表１ 表１　（Ａ）の構成は、第５図の短歯の実効ピッチを２
単位角度（１単位角度は３６０”／２７＝１３．３３’
）にし、長歯の実効ピッチを３単位角度にして、短歯と
長歯に補助溝を設け、巻線用溝と補助溝からなる溝の全
体を１単位角度間隔に配置したものである１表１（Ｂ）
の構成は、第５図の短歯の実効ピッチを３単位角度（１
単位角度は３６０゜／３９＝９．２３°）にし、長歯の
実効ピッチを４単位角度にして、短歯と長歯に補助溝を
設け、巻線用溝と補助溝からなる溝の全体を１単位角度
間隔に配置したものである。表１（Ｃ）の構成は、第５
図の短歯の実効ピッチを１単位角度（１単位角度は３６
０’／２１＝１７．１４”　）にし、長歯の実効ピッチ
を４単位角度にして、長歯に補助溝を設け、巻線用溝と
補助溝からなる溝の全体を１単位角度間隔に配置したも
のである。

また、長歯ブロックが３個の長歯からなり、短歯ブロッ
クが１個の短歯からなる場合でも、コギングトルクを低
減できる。そのような構成を表２に示す。

表２ 表２（Ａ）の構成は、３個の長歯からなる長歯ブロフク
と１個の短歯からなる短歯ブロックを３組交互に円周上
に配置しく第５図の短歯と長歯の個数を交換する）、短
歯の実効ピッチを１単位角度（１単位角度は３６０”／
２１＝１７．１４’）にし、長歯の実効ピンチを２単位
角度にして、長歯に補助溝を設け、巻線用溝と補助溝か
らなる溝の全体を１単位角度間隔に配置したものである
。表２（Ｂ）の構成では、短歯の実効ピンチを２単位角
度（１単位角度は３６０’／３３＝１０．９１”）にし
、長歯の実効ピッチを３単位角度にして、長歯と短歯に
補助溝を設け、巻線用溝と補助溝からなる溝の全体を１
単位角度間隔に配置したものである。

表２（Ｃ）の構成では、短歯の実効ピッチを３単位角度
（１単位角度は３６０’／３３＝−１０，９１’）にし
、長歯の実効ピッチを４単位角度にして長歯と短歯に補
助溝を設け、巻線用溝と補助溝からなる溝の全体を１単
位角度間隔に配置したものである。

また、長歯ブロックが２個の長歯からなり、短歯ブロッ
クが２個の短歯からなる場合でも、コギングトルクを低
減できる。そのような構成を表３に示す。

表３ 表３（Ａ）の構成は、２個の短歯の実効ピッチをすべて
１単位角度（１単位角度は３６０°／２１＝１７．１４
’）にし、２個の長歯の実効ピッチをそれぞれ２単位角
度と３単位角度にし、長歯に補助溝を設け、巻線用溝と
補助溝からなる溝の全体を１単位角度間隔に配置したも
のである０表３（Ｂ）の構成は、２個の短歯の実効ピッ
チをすべて３単位角度（１単位角度は３６０°／４５＝
８’）にし、２個の長歯の実効ピッチをそれぞれ４単位
角度と５単位角度にし、長歯と短歯に補助溝を設け、巻
線用溝と補助溝からなる溝の全体を１単位角度間隔に配
置したものである。

前述の各実施例においては、界磁部のマグネット３の磁
極数をＰ＝４としたが、本発明はそのような場合に限ら
れるものではない。例えば、界磁部のマグネット３の磁
極数をＰ＝８にした場合には、Ｔ＝３　Ｐ＝２４個の巻
線用溝に３相の巻線を型巻することになるが、７個の短
歯からなる短歯ブロックと１個の長歯からなる長歯ブロ
ックを３組交互に円周上に配置して、コギングトルクを
低減した例を表４に示す。

（以　下　余　白） 表 表４（Ａ）の構成は、短歯の実効ピンチを１単位角度（
１単位角度は３６０°／２７＝１３．３３°）にし、長
歯の実効ピッチを２単位角度にして、長歯に補助溝を設
けて、巻線用溝と補助溝からなる溝の全体を１単位角度
間隔に配置したものである。

表４（Ｂ）の構成は、短歯の実効ピッチを２単位角度（
１単位角度は３６０’　／６５＝５．５３８”　）にし
５長歯の実効ピッチを３単位角度にして、長歯と短歯に
補助溝を設けて、巻線用溝と補助溝からなる溝の全体を
１単位角度間隔に配置したものである０表４（Ｃ）の構
成は、短歯の実効ピンチを３単位角度（１単位角度は３
６０”　／７５＝４．８°）にし、長歯の実効ピッチを
４単位角度にして、長歯と短歯に補助溝を設けて、巻線
用溝と補助溝からなる溝の全体を１単位角度間隔に配置
したものである。

また、界磁部のマグネット３の磁極数をＰ−８にした場
合に、１個の短歯からなる短歯ブロックと７個の長歯か
らなる長歯ブロックを３組交互に円周上に配置して、コ
ギングトルクを低減した例を表５に示す。

表５（Ａ）の構成は、短歯の実効ピッチを１単位角度（
１単位角度は３６０°／４５＝８”）にし、長歯の実効
ピッチを２単位角度にして、長歯に補助溝を設けて、巻
線用溝と補助溝からなる溝の全体を１単位角度間隔に配
置したものである。表５（Ｂ）の構成は、短歯の実効ピ
ッチを２単位角度（１単位角度は３６０’／６９＝５．
２１７”）にし、長歯の実効ピッチを３単位角度にして
、長歯と短歯に補助溝を設けて、巻線用溝と補助溝から
なる溝の全体を１単位角度間隔に配置したものである。

表５（Ｃ）の構成は、短歯の実効ピッチを３単位角度（
１単位角度は３６０°／９３＝３．８７１）にし、長歯
の実効ピッチを４単位角度にして、長歯と短歯に補助溝
を設けて、巻線用溝と補助溝からなる溝の全体を１単位
角度間隔に配置したものである。

各種の実施例について説明してきたが、本発明はそのよ
うな実施例に限定されるものではない。

例えば、Ｐ−４の実施例とＰ＝８の実施例を組み合わせ
て、界磁部の磁極数がＰ＝１２極の電動機を構成できる
。また、第５図の実施例の構成を単純に２倍にして、２
倍の磁極数と巻線用溝数の電動機を構成できる。

永久磁石材料を使用して、Ｐ極の界磁磁極を円周上に等
角度間隔程度（等角度間隔もしくは略等角度間隔）に有
する界磁部と、Ｔ個の巻線用溝に３相の巻線を収納した
電機子鉄心とを具備し、界磁部と電機子鉄心のうちでい
ずれか一方が他方に対して回転自在となされた電動機の
場合に、電機子鉄心を、実効ピッチがＤ＝３６０°／Ｔ
より大きいＬ個（ただし、Ｌは整数）の長歯と、実効ピ
ンチがＤより・小さいＭ個（ただし、Ｍは整数）の短歯
を有し、長歯と短歯の個数を Ｌ　　≧　　３ Ｍ　　≧　　３ となし、２個以上の短歯からなる短歯ブロックと少なく
とも１個の長歯からなる長歯ブロックを同数個有し、短
歯ブロックと長歯ブロックを円周上に交互に配置し、か
つ、短歯ブロックと長歯ブロックの個数をそれぞれ３の
整数倍にすることによって、コギングトルクを容易に低
減できる。

また、永久磁石材料を使用して、Ｐ極の界磁磁極を円周
上に等角度間隔程度（等角度間隔もしくは略等角度間隔
）に有する界磁部と、Ｔ個の巻線用溝に３相の巻線を収
納した電機子鉄心とを具備し、界磁部と電機子鉄心のう
ちでいずれか一方が他方に対して回転自在となされた電
動機の場合に、電機子鉄心を、実効ピッチがＤ＝３６０
°／Ｔより大きいＬ個（ただし、Ｌは整数）の長歯と、
実効ピッチがＤより小さいＭ個（ただし、Ｍは整数）の
短歯を有し、長歯と短歯の個数を し　≧　３ Ｍ　≧　３ となし、少なくとも１個の短歯からなる短歯ブロックと
２個以上の長歯からなる長歯ブロックを同数個有し、短
歯ブロックと長歯ブロックを円周上に交互に配置し、か
つ、短歯ブロックと長歯ブロックの個数をそれぞれ３の
整数倍にすることによって、コギングトルクを容易に低
減できる。

また、隣接する１組の短歯ブロックの歯数と長歯ブロッ
クの歯数の和を３の倍数と異ならせるならば、巻線用溝
の位相を簡単に変動させることができ、コギングトルク
の低減に効果がある。さらに、連続する３組の短歯ブロ
ックと長歯ブロックの実効ピッチが（３６０”　／Ｐ）
　・Ｑ（ただし、Ｑは２以上の整数）に等しい時に、隣
接する１ｍの短歯ブロックの歯数と長歯ブロックの歯数
の和をＱに等しくするならば、３相の巻線群の間の位相
を１２０度（電気角）に保ちながらも、巻線用溝の位相
を簡単に変動させることができ、コギングトルクの低減
に効果がある。

さらに、短歯の実効ピッチと長歯の実効ピッチの比をＲ
：Ｒ＋１（ただし、Ｒは整数）にしたり、少なくとも１
個の長歯に補助溝を設けて、巻線用溝と補助溝からなる
溝の全体を短歯の実効ピッチのＲ分の１の間隔で配置す
るならば、簡単にコギングトルクを大幅に低減できる（
但し、溝の総数は磁極数Ｐの整数倍でない）。

以上の実施例では、内側にマグネットを配置し外側に電
機子鉄心を配置したが、その関係が逆であってもよい。

また、円環状のマグネットに限らず、複数個のマグネッ
ト磁極片によって界磁部を構成してもよい。その他、本
発明の主旨を変えずして種々の変更が可能である。

発明の効果 本発明は、電機子鉄心に短歯と長歯を設けて、それらを
特殊な関係で配置することにより、コギングトルクの非
常に小さい電動機を実現したものである。従って、本発
明に基づいて、例えばロボットの関節駆動用電動機やＮ
Ｃ機器の駆動用電動機を構成するならば、高精度の回転
駆動や位置制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電動機の要部構造図、第２図はその駆動
回路の構成図、第３図は第１図の電動機の平面展開図、
第４図は界磁部のマグネットの磁束密度の分布を表わす
図、第５図は本発明の一実施例による電動機の平面展開
図、第６図はマグネットの１磁極ピツチを基本周期とし
て第５図の電機子鉄心をみたときの巻線用溝の位相関係
を示す図、第７図は第５図に示す実施例の磁気的変動分
を表わす図、第８図は第１図に示した従来例の磁気的変
動分を表わす図である。 ２・・・・・・ロータ、３・・・・・・マグネット、４
・・・・・・電機子鉄心、５．ａ−１・・・・・・巻線
用溝、６・・・・・・歯、ａ′〜ｃＩ　、、、　、、・
補助溝、Ａ１〜Ａ４．８１〜Ｂ４．Ｃ１〜Ｃ４・・・・
・・巻線。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名菓 図 Ｙ′

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）永久磁石材料を使用して、Ｐ極（ただし、Ｐは２
   以上の偶数）の界磁磁極を円周上に等角度間隔程度に有
   する界磁部と、３Ｐ個の巻線用溝に３相の巻線を収納し
   た電機子鉄心とを具備し、前記界磁部と前記電機子鉄心
   のうちでいずれか一方が他方に対して回転自在となされ
   た電動機であって、前記電機子鉄心は、前記巻線用溝の
   間に３Ｐ個の歯を形成され、実効ピッチがＤ＝１２０°
   ／Ｐより大きいＬ個（ただし、Ｌは整数）の長歯と、実
   効ピッチがＤより小さいＭ個（ただし、Ｍは整数）の短
   歯を有し、前記長歯と前記短歯の個数を Ｌ＋Ｍ＝３Ｐ Ｌ≧３ Ｍ≧３ となし、２個以上の隣接する前記短歯からなる短歯ブロ
   ックおよび少なくとも１個の前記長歯からなる長歯ブロ
   ックをそれぞれ複数個有し、前記各短歯ブロックの前記
   短歯の個数を等しくし、前記各長歯ブロックの前記長歯
   の個数を等しくし、前記短歯ブロックと前記長歯ブロッ
   クを円周上に交互に対称的に配置し、かつ、隣接する１
   組の前記短歯ブロックの歯数と前記長歯ブロックの歯数
   の和を３の整数倍と異ならせ、少なくとも前記長歯に補
   助溝を設けた電動機。
2. （２）永久磁石材料を使用して、Ｐ極（ただし、Ｐは２
   以上の偶数）の界磁磁極を円周上に等角度間隔程度に有
   する界磁部と、３Ｐ個の巻線用溝に３相の巻線を収納し
   た電機子鉄心とを具備し、前記界磁部と前記電機子鉄心
   のうちでいずれか一方が他方に対して回転自在となされ
   た電動機であって、前記電機子鉄心は、前記巻線用溝の
   間に３Ｐ個の歯を形成され、実効ピッチがＤ＝１２０°
   ／Ｐより大きいＬ個（ただし、Ｌは整数）の長歯と、実
   効ピッチがＤより小さいＭ個（ただし、Ｍは整数）の短
   歯を有し、前記長歯と前記短歯の個数を Ｌ＋Ｍ＝Ｔ Ｌ≧３ Ｍ≧３ となし、少なくとも１個の前記短歯からなる短歯ブロッ
   クおよび２個以上の隣接する前記長歯からなる長歯ブロ
   ックをそれぞれ複数個有し、前記各短歯ブロックの前記
   短歯の個数を等しくし、前記各長歯ブロックの前記長歯
   の個数を等しくし、前記短歯ブロックと前記長歯ブロッ
   クを円周上に交互に対称的に配置し、かつ、隣接する１
   組の前記短歯ブロックの歯数と前記長歯ブロックの歯数
   の和を３の整数倍と異ならせ、少なくとも前記長歯に補
   助溝を設けた電動機。
3. （３）Ｐ極（ただし、Ｐは２以上の偶数）の永久磁石磁
   極を円周上に等角度間隔程度に有する界磁部を形成する
   ロータと、前記永久磁石磁極と所定間隙あけて設けられ
   、３Ｐ個の巻線用溝に３相の巻線を収納した電機子鉄心
   と、前記ロータの回転に伴って前記３相の巻線に３相の
   電流を供給する駆動回路とを具備し、前記電機子鉄心は
   、前記巻線用溝の間に３Ｐ個の歯を形成され、実効ピッ
   チがＤ＝１２０°／Ｐより大きいＬ個（ただし、Ｌは整
   数）の長歯と、実効ピッチがＤより小さいＭ個（ただし
   、Ｍは整数）の短歯を有し、前記長歯と前記短歯の個数
   を Ｌ＋Ｍ＝３Ｐ Ｌ≧３ Ｍ≧３ となし、２個以上の隣接する前記短歯からなる短歯ブロ
   ックおよび少なくとも１個の前記長歯からなる長歯ブロ
   ックをそれぞれ複数個有し、前記各短歯ブロックの前記
   短歯の個数を等しくし、前記各長歯ブロックの前記長歯
   の個数を等しくし、前記短歯ブロックと前記長歯ブロッ
   クを円周上に交互に対称的に配置し、かつ、隣接する１
   組の前記短歯ブロックの歯数と前記長歯ブロックの歯数
   の和を３の整数倍と異ならせ、少なくとも前記長歯に補
   助溝を設けた電動機。
4. （４）Ｐ極（ただし、Ｐは２以上の偶数）の永久磁石磁
   極を円周上に等角度間隔程度に有する界磁部を形成する
   ロータと、前記永久磁石磁極と所定間隙あけて設けられ
   、３Ｐ個の巻線用溝に３相の巻線を収納した電機子鉄心
   と、前記ロータの回転に伴って前記３相の巻線に３相の
   電流を供給する駆動回路とを具備し、前記電機子鉄心は
   、前記巻線用溝の間に３Ｐ個の歯を形成され、実効ピッ
   チがＤ＝１２０°／Ｐより大きいＬ個（ただし、Ｌは整
   数）の長歯と、実効ピッチがＤより小さいＭ個（ただし
   、Ｍは整数）の短歯を有し、前記長歯と前記短歯の個数
   を Ｌ＋Ｍ＝Ｔ Ｌ≧３ Ｍ≧３ となし、少なくとも１個の前記短歯からなる短歯ブロッ
   クおよび２個以上の隣接する前記長歯からなる長歯ブロ
   ックをそれぞれ複数個有し、前記各短歯ブロックの前記
   短歯の個数を等しくし、前記各長歯ブロックの前記長歯
   の個数を等しくし、前記短歯ブロックと前記長歯ブロッ
   クを円周上に交互に対称的に配置し、かつ、隣接する１
   組の前記短歯ブロックの歯数と前記長歯ブロックの歯数
   の和を３の整数倍と異ならせ、少なくとも前記長歯に補
   助溝を設けた電動機。