JPH02276447A - 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ＮＣａ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
０回転軸ｌに取りつけられた強磁性体のロータ２の外周
に、円環状のマグネラド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２４個の巻線用溝５が
設けられており、各巻線用溝の間には２４個の歯６が形
成され、３相の巻線Ａ１〜Ａ４，８１〜Ｂ４．Ｃｌ−Ｃ
４が型巻して巻装されている０巻線Ａｌ、Ａ２．Ａ３．
Ａ４は５個の歯を取り囲むように巻かれており、巻線Ａ
Ｉが収納された両方の巻線用溝の隣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の隣の巻線用溝に
はそれぞれ巻線ＡＩとＡ３の一端が収納され、巻線Ａ３
が収納された両方の巻線用溝の隣の巻線用溝にはそれぞ
れ巻線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の隣の巻線用溝にはそれぞれ巻線Ａ
ｌとＡ３の一端が収納されている。他の相の巻線Ｂｌ−
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、８１〜Ｂ４をＢ相の
巻線群とし、Ｃｌ−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３６０’／Ｐ（Ｐは界磁部の磁掻数）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＆’ｊＡ
１〜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０１〜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０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
Ｐｉ、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相体号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１１
流！１，１２．１３を出力する。その結果、Ａ、Ｂ、Ｃ
相の巻線群への電流１１，１２．１３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　−Ｘ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つ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火成分を基本と
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　−Ｘによって生じる。電機
子鉄心４の巻線用溝ａ　−ｘは等角度間隔（１５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２４次成分となる。従って、
これを基本として第４８次、第７２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２４次
、第４８次、・・・・・・などの調波成分が生じる。

コギングトルクの第２４次成分は、２４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、電機子鉄心の歯の部分
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、６Ｐ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６Ｐ個の歯を形成し、実効ピッチがＤ＝６０°
／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
歯を存し、前記長歯と前記短歯の個数をＬ＋Ｍ＝６Ｐ 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、前記短歯ブロックと前記長
歯ブロックを円周上に交互に配置し、前記短歯ブロック
の個数と前記長歯ブロックの個数をそれぞれ３の整数倍
にし、かつ、任意の前記短歯の実効ピッチと任意の前記
長歯の実効ピッチの比をＧ：Ｈ（ただし、Ｇ、■は整数
でＧ＜Ｈ）程度にし、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）の界磁磁極を円周上に等角度
間隔程度に有する界磁部と、６Ｐ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６Ｐ個の歯を形成し、実効ピッチがＤ＝
６０’　／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＝６Ｐ 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、前記短歯ブロックと前記長
歯ブロックを円周上に交互に配置し、前記短歯ブロック
の個数と前記長歯ブロックの個数をそれぞれ３の整数信
にし、かつ、任意の前記短歯の実効ピッチと任意の前記
長歯の実効ピッチの比をＧ　：　Ｈ（ただし、Ｇ、Ｈは
整数でＧ＜Ｈ）程度にし、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掻（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６Ｐ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６Ｐ個の歯を形成し、
実効ピッチがＤ＝６０°／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＝６Ｐ 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、前記短歯ブロックと前記長
歯ブロックを円周上に交互に配置し、前記短歯ブロック
の個数と前記長歯ブロックの個数をそれぞれ３の整数信
にし、かつ、任意の前記短歯の実効ピッチと任意の前記
長歯の実硬ピンチの比をＧ　：　Ｈ（ただし、Ｇ、Ｈは
整数でＧ＜Ｈ）程度にし、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６Ｐ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ｙｉ！、
　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６Ｐ個の歯を
形成し、実効ピッチがＤ＝６０°／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＝６　Ｐ 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、前記短歯ブロックと前記長
歯ブロックを円周上に交互に配置し、前記短歯ブロック
の個数と前記長歯ブロックの個数をそれぞれ３の整数信
にし、がっ、任意の前記短歯の実効ピッチと任意の前記
長歯の実効ピッチの比をＧ　：　１１　（ただし、Ｇ、
Ｈは整数でＧ＜Ｈ）程度にし、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極の磁極を存し、電機子鉄心４
の２４個の巻線用溝ａ　”−ｘおよび２４個の歯に所定
間隙あけて対向している。

電機子鉄心４の２４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ｒに渡
って巻線ＡＩが巻装され、巻線用溝ｇからｌに渡って巻
線Ａ２が巻装され、巻線用溝ｍからｒに渡って巻線Ａ３
が巻装され、巻線用溝ＳからＸに渡って巻線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ｅからｊに渡って巻線Ｂｌが巻装され、巻線用溝
ｋからｐに渡って巻線Ｂ２が巻装され、巻線用溝ｑから
Ｖに渡って巻線Ｂ３が巻装され、巻線用溝Ｗからｄに渡
って巻線Ｂ４が巻装され、巻線Ｂ１−８４がその巻回方
向を考慮して直列に接続されて第３組の巻線群を形成し
ている。さらに、巻線用溝ｉからｎに渡って巻線ＣＩが
巻装され、巻線用溝０からｔに渡って巻線Ｃ２が巻装さ
れ、巻線用溝Ｕからｂに渡って巻線Ｃ３が巻装され、巻
線用溝Ｃからｈに渡って巻線Ｃ４が巻装され、巻線Ｃｌ
−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。

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、ＴＬ電機子鉄心の巻線用溝
ａ　−ｘ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。巻線用溝の個数をＴ＝６・Ｐ＝２４　（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ンチはＤ＝６０°／Ｐ＝１
５°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は短歯、歯ｅ−ｆは短歯、歯
ｆ−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ｋｌは短歯、歯１−ｍ
は短歯、歯ｍ−ｎは短歯、！ｎ−０は短歯、歯０−ρは
短歯、歯ｐ−ｑは長歯、歯ｑ−ｒは短歯、歯ｒ−Ｓは短
歯、歯ｓ−ｔは短歯、歯ｔ−ｕは短歯、山ｕ−Ｖは短歯
、歯ｖ−ｗは短歯、歯ｗ−ｘは短歯、歯ｘ−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
＝２１である。

巻線用溝ａからｈの間（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ。

ｇ、　　ｈ）と巻線用溝溝ｉからｐの間（ｔ、　　ｊ、
　　ｋ。

ｌ、ｍ、ｎ、ｏ、ｐ）と巻線用溝ｑからＸの間（ｑ、ｒ
、ｓ、ｔ、ｕ、Ｖ、Ｗ、ｘ）は短歯のみが部分的に集中
しており、７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、巻線用溝りからｉの間（ｈ、　　ｉ）と巻線用
溝ｐからｑの間（ｐ、ｑ）と巻線用溝Ｘからａの間（Ｘ
、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
）。すなわら、３＆１１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、　　ｄ−ｅ。

ｅ−ｆ、ｒ−ｇ、ｇ−ｈ、　　ｉ−ｊ＋　　ｊ−に、　
　ｋ−Ｉｌｌ　−ｍ、ｍ−ｎ、ｎ−ｏ、　　ｏ−ｐ、　
　ｑ−ｒ、　　ｒ−ｓ。

ｓ−ｔ、　　ｔ−ｕ、　　ｕ−ｖ、　　ｖ−ｗ、　ｗ−
ｘの実効ピッチは、３６０”／２７＝１３．３３３’に
等しくもしくは略等しくなされている。長歯ｈ−４゜ｐ
−ｑ、　　ｘ−ａの実効ピッチは、７２０°／２７＝２
６．６６７’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
ｌ：２にされている。また、各長歯には１個の１１１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°／２７＝１３．３３３
°間隔）もしくは略等角度間隔に谷溝の中心（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？ｉｔｓ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・ント３の１磁極ピツチ３６０”　／Ｐを
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１　ｉｆｆ極ピッ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磁極ピンチを基本周期として電機子鉄
心４の巻線用溝ａ　−ｘ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、ｆ、ｇ。

ｅ、ｍ、ｒ、ｓ、ｘはｌ磁極ピッチのｌ／２７の位相差
で位相ずれを設けられ（巻線用溝の位相ａ。

ｆ、ｇ、Ｑ、ｍ、ｒ、ｓ、ｘは６個所以上に異なる）、
その変動範囲は１磁極ピツチの８／２７（１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ｄ。

ｅ、ｊ、に、ｐ、　　ｑ、Ｖ＋Ｗは１磁極ビ・ノチのｌ
／２７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８／２７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、　　ｃ。

ｈ、ｉ、ｎ、ｏ＋ｔ＋ｕは１磁極ピンチのｌ／２７の位
相差で位相ずれを設けられ、その変動範囲は１　（ｆｉ
極ピッチの８／２７になされている。また、Ａ相の巻線
用溝群（ａ、ｒ、ｇ、Ｑ、ｍ、ｒ、ｓ。

Ｘ）とＢ相の巻線用溝群（ｄ、ｅ、ｊ、に、ｐ。

Ｑ＋　　ｖｒ　”）とＣ相の巻線用溝群（ｂ、　　ｃ、
　　ｈ。

ｉ、ｎ、Ｏ，ｔ、ｕ）の間にはそれぞれｌ磁極ピッチの
１／３の位相差がある（Ａ、Ｂ、Ｃ相の巻線群の間に電
気角で１２０度の位相差がある）、また、巻線用溝ａ　
−ｘ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　”−ｘと補助溝ａ゛〜Ｃ′からなる溝の
全体はｌ／２７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　−ｘ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。谷溝の開口幅
に応じて、谷溝による磁気的な変動分はなだらかに変化
する０巻線用溝群　−ｘと補助溝ａ′〜Ｃ′は１／２７
ずつ位相が異なっているために、合成の磁気的な変動分
（交流分）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、ｇ、ｍ、ｓは同位相となり、巻線用溝
す、ｈ、ｎ、Ｌは同位相となり、巻線用溝ｃ、ｉ、Ｏ，
ｕは同位相となり、巻線用溝ｄ、ｊ、ｐ、■は同位相と
なり、巻線用溝ｅ、ｋ。

ｑ、ｗは同位相となり、巻線用溝ｒ、ｌ、ｒ、ｘ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図の従来例には補助溝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ｆｌＡ１．Ａ２．Ａ３゜Ａ４．
Ｂｌ、Ｂ２．Ｂ３．Ｂ４．Ｃ１，Ｃ２゜Ｃ３，Ｃ４の実
効ピッチは（ｌ磁極ピッチの２４／２７）＝１６０度（
電気角）以下から（１磁極ピツチの２０／２７）＝１３
３．３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０例えば、Ａ相の巻線群についてみれ
ば、Ａ１の巻装された巻線用溝ａ−ｆ間の角度は１３３
．３”（５個の短歯分）、Ａ２の巻装された巻線用溝ｇ
−１間の角度は１６０°　（４個の短歯１個の長歯分）
、Ａ３の巻装された巻線用溝ｍ−ｒ間の角度は１６０”
（４個の短歯と１°個の長歯分）、Ａ４の巻装された巻
線用溝ｓ−ｘ間の角度は１３３．３°（５個の短歯分）
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ｅ−ｊ間の角度は１６０°　（４個の短歯と
１個の長歯分）、Ｂ２の巻装された巻線用溝に−ｐ間の
角度は１３３．３″（５個の短歯分）、Ｂ３の巻装され
た巻線用溝ｑ−ｖ間の角度は１３３．３°　（５個の短
歯分）、Ｂ４の巻装された巻線用溝ｗ−ｄ間の角度は１
６０°（４個の短歯は１個の長歯分）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ｉ−ｎ間の角度は１３３．３＠　（５個の短歯分）、
Ｃ２の巻装された巻線用溝ｏ−を間の角度は１６０ｍ（
４個の短歯は１個の長歯分）、Ｃ３の巻装された巻線用
溝１ａ−ｂ間の角度は１６０゜（４個の短歯と１個の長
歯骨）、Ｃ４の巻装された巻線用溝ｃ−ｈ間の角度は１
３３．３°　（５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ｖ１範囲を小さくし
て（１磁極ピツチの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（１６０度以下から
１３３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３１１
１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１組
の短歯ブロックと長歯ブロックの山の総数をＱの整数倍
に等しくするならば、３相の巻線群の間の位相差を１２
０度（電気角）に等しくでき、３組巻線を均等に配置で
きる（第５図の実施例ではＱ＝Ｐ＝４であり、隣接する
短歯ブロックと長歯ブロックの歯の総数を２Ｑ＝８とし
た）。

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、長歯（および短＠）
に補助溝を設け、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、節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。

（以　下　余　白） 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°１５１＝７．０６″′）
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゜／７５＝４．８°）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図の短歯の実効ピンチを１単位角度（１単位角度は３
６０”　／３３＝１０．９１’　）にし、長歯の実効ピ
ッチを４単位角度にして、長歯にｈｌｉ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７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（Ａ）の構成は、７個の長歯からなる長歯ブロック
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、（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（ｌ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、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２
（Ｂ）の構成では、短歯の実効ピッチを２単位角度（１
単位角度は３６０°／６９＝５．２２°）にし、長の実
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０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’／９
３＝３．８７”）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６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（Ａ）の構成は、６個の短歯からなる短歯ブロック
と２個の長歯からなる長歯ブロックを３組交互に円周上
に配直し、６個の短歯の実効ピッチをすべてＩ　Ｏ：Ｌ
位角度（ｌ単位角度は３６０°／３３−１０．９１°）
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、６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″’／８１＝４
．４４°）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。

前述の角実施例においては、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＝２にした場合には、Ｔ−６Ｐ＝１２個の巻線
用溝に３相の巻線を型巻することになるが、３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。

表４ 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’／１５＝２４”　）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単位角度ハ３６０＠／２７　＝　１３．３３”　）に
し、長歯の実効とノチを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
３６０°／３９・９．２３°）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＝２にした場
合に、１個の短歯からなる短歯ブロックと３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 表５（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°／２１＝１７．１４’）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＠／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
’　／４５＝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。

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＝２の実施例を組み合わせ
て、界磁部の磁極数がＰ＝６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、６Ｐ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＝６０°／Ｐよ
り大きいＬ個（ただし、しは整数）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、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掻の界磁磁極を円周
上に等角度間隔程度（等角度間隔もしくは略等角度間晴
）に有する界磁部と、６Ｐ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＝３６・
０°／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Ｌ　≧　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＆［Ｉ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１＆ｆｌの短歯ブロックの歯数と長歯ブロック
の歯数の和をＱの整数倍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、
巻線用溝の位相を節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することができる。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
ＮＣ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回はその駆動
回路の構成図、第３図は第１図に示した電動機の平面展
開図、第４図は界磁部のマグネットの磁束密度の分布を
示す図、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１ｍ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図は上記実施例の磁気的変動分を表
わす図、第８図は第１図の従来例の磁気的変動分を示す
図である。 ２・・・・・・ロータ、３・・・・・・マグネット、４
・・・・・・電機子鉄心、５．ａ−ｘ・・・・・・巻線
用溝、６・・・・・・歯、ａ゛〜ｃ′・・・・・・補助
溝、Ａｌ　〜Ａ４．Ｂｌ　〜Ｂ４゜Ｃ１−Ｃ４・・・・
・・巻線。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名耘 ツー柄〈 第 図 第 図 第 図

Claims (12)

【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、６Ｐ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６Ｐ個の歯を形成し、実効ピッチがＤ＝６０°／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＝６Ｐ 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、前記短歯ブロックと前記長
   歯ブロックを円周上に交互に配置し、前記短歯ブロック
   の個数と前記長歯ブロックの個数をそれぞれ３の整数倍
   にし、かつ、任意の前記短歯の実効ピッチと任意の前記
   長歯の実効ピッチの比をＧ：Ｈ（ただし、Ｇ、Ｈは整数
   でＧ＜Ｈ）程度にし、少なくとも前記長歯に補助溝を設
   けた電動機。
2. （２）Ｇ：Ｈ＝Ｒ：Ｒ＋１（ただし、Ｒは整数）とした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の電動
   機。
3. （３）Ｒ＝１とし、各長歯の中心部分に１個の補助溝を
   設けたことを特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載
   の電動機。
4. （４）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、６Ｐ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６Ｐ個の歯を形成し、実効ピッチがＤ＝６０°／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＝６Ｐ 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、前記短歯ブロックと前記長
   歯ブロックを円周上に交互に配置し、前記短歯ブロック
   の個数と前記長歯ブロックの個数をそれぞれ３の整数倍
   にし、かつ、任意の前記短歯の実効ピッチと任意の前記
   長歯の実効ピッチの比をＧ：Ｈ（ただし、Ｇ、Ｈは整数
   でＧ＜Ｈ）程度にし、少なくとも前記長歯に補助溝を設
   けた電動機。
5. （５）Ｇ：Ｈ＝Ｒ：Ｒ＋１（ただし、Ｒは整数）とした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（４）項記載の電動
   機。
6. （６）Ｒ＝１とし、各長歯の中心部分に１個の補助溝を
   設けたことを特徴とする特許請求の範囲第（５）記載の
   電動機。
7. （７）Ｐ極（ただし、Ｐは２以上の偶数）の永久磁石極
   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６
   Ｐ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６Ｐ個の歯を形成し、実効ピッチがＤ＝
   ６０°／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＝６Ｐ 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固有し、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配置し、前記短歯ブロッ
   クの個数と前記長歯ブロックの個数をそれぞれ３の整数
   倍にし、かつ、任意の前記短歯の実効ピッチと任意の前
   記長歯の実効ピッチの比をＧ：Ｈ（ただし、Ｇ、Ｈは整
   数でＧ＜Ｈ）程度にし、少なくとも前記長歯に補助溝を
   設けた電動機。
8. （８）Ｇ：Ｈ＝Ｒ：Ｒ＋１（ただし、Ｒは整数）とした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（７）記載の電動機
   。
9. （９）Ｒ＝１とし、各長歯の中心部分に１個の補助溝を
   設けたことを特徴とする特許請求の範囲第（８）項記載
   の電動機。
10. （１０）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６Ｐ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６Ｐ個の歯を形成し、実効ピッチが
    Ｄ＝６０°／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＝６Ｐ 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、前記短歯ブロックと前記長
    歯ブロックを円周上に交互に配置し、前記短歯ブロック
    の個数と前記長歯ブロックの個数をそれぞれ３の整数倍
    にし、かつ、任意の前記短歯の実効ピッチと任意の前記
    長歯の実効ピッチの比をＧ：Ｈ（ただし、Ｇ、Ｈは整数
    でＧ＜Ｈ）程度にし、少なくとも前記長歯に補助溝を設
    けた電動機。
11. （１１）Ｇ：Ｈ＝Ｒ：Ｒ＋１（ただし、Ｒは整数）とし
    たことを特徴とする特許請求の範囲第（１０）項記載の
    電動機。
12. （１２）Ｒ＝１とし、各長歯の中心部分に１個の補助溝
    を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第（１１）記
    載の電動機。