JPH0284042A - モータ - 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） 本発明はモータに関するものである。

（用語について） 本明細書において、電機子とは回転子、固定子を問わす
有鉄芯・無鉄芯またはこれに代わるものにコイルを巻回
して磁極を生じさせる機械要素をいう、また磁極を生じ
させるコイルであれば、必要に応じ中空のコイルを含む
ものとする０機械的構成を示すのに用いる角度の表示は
各隣接する機械要素間の中心までの機械角（幾何学的角
度）をいう、但し電気的位相を表す場合の表示は電気角
であることはいうまでもない。

（従来の技術） 従来、モータには誘導モータ、同期モータ及び整流子モ
ータ等がある。これらのモータのうち、例えばフレーム
内の中心部に固定子を配置し、該固定子の外周に回転子
を配置するように構成したものにおいて、固定子の外周
に回転磁界を作るため、当該固定子の外周に設けた複数
個の鉄芯にコイルを巻回していく方法には全節巻と、短
節巻等の巻線方法があった。そのうちでも全節巻の三相
交流電流を使用するモータは、第２図に示すような動作
原理で作動するように構成したものが広く知られている
。同図は回転モータの３６０°を直線状に展開した概念
図であるが例示のモータは回転子（ロータ）が８極で、
固定子（ステータ）に巻回するコイル収納用のスロット
（溝）が２４溝、そして第３図は上記のような固定子に
、コイルを途中まで、しかも図面をＩＩにするために一
対のスロットには１回だけしかコイルを巻かない状態の
一部切欠概念図であるが、該スロットに収納するコイル
は、固定子１の外周に設けた複数個の固定電機子２・・
に対し、中間にスロット３・・を夫・々二つ跨いでＡ、
Ｂ、、Ｃの３相のコイルを重ね巻に巻回して構成するも
のである。このようなモータは一般に、その相数をＭ、
スロット数をＳ、極数をＰ、コイルピッチをθとしたと
き、Ｓ＝ＭＰθの関係式が成立つように構成されている
。そして前記回転子に回転力を与えるためには、前記固
定電機子２・・に巻回したコイル４・・に、第２図の下
部に示すような３相交播の磁界φＡ、φＢ、φＣの磁束
を発生させ、その合成磁界（同図点線に示す）の位置を
、時間の経過に伴う位相の変化によって回転状に変化さ
せて当該固定電機子２の外周に回転磁界を作り、該回転
磁界によって前記回転子を回転させるようにしていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかるに、このような３相８極のモータに例をとれば、
（１）上記のような巻回方法では固定電機子のトルク発
生のために有効なコイルの長さに対して、無効となるコ
イルの長さが長くなって、そのコイル巻線の巻込み量の
わりには、これらのコイルは、高トルクを得るために充
分かつ効率的に使用されているとはいえない、（２）ま
た第３図に示すように、コイルは二つのスロットを跨い
で巻回するから、同図でみられるように、例えば３相の
コイルを巻けば３層に重ね巻きされてしまうことになる
。したがって、コイルの重なり部分の厚みが出てしまっ
て、これが特に各種ディスク回転用のようにモータを薄
型にしようとする場合に、致命的な欠陥となる。短節巻
においては、上記のようなスロットを跨ぐことはないが
その代わり、全部巻状態が達成され得ない。（３）その
他に、このようなコイルの巻回方法を採るモータは、高
トルクを得るためには当該コイルの巻回数を増加してや
らなければならず、そのために当該固定子１に設けるス
ロット３・・をもつと大きなものにしなければならない
ので、この場合、モータ自体の大型化が避けられない、
等の欠陥があった。

本発明は上記従来のモータの諸欠点を除去し、かつ薄型
で高トルクの得られるモータを提供するものである。

（問題点を解決するための手段及び作用）そのために、
本発明はモータを単数又は複数のモータユニットで構成
し、各モータユニット内においては、複数の電機子を有
する励磁部が、互いに隣接する複数の１機子より成る１
を機子群に分割構成され、各電機子群内においては互い
に隣接する電機子の極性が交互に反転すると共に、各電
機子群内の全ての電機子が同一位相の電流でのみ励磁さ
れるべく結線を施した構成にする。

このことにより前記電機子に巻回するコイルは全節巻で
、その中間部にスロットを跨いで巻線することがないの
で当該電機子に磁束を効率良く発生させることができる
。そして、該磁束を効率的に利用して高トルクを得ると
同時に、全節巻でありなからモータ自体の薄型化及び小
形で高トルクを得るモータを作り得る。

（実施例） 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明のモータの一実施例である３ｊｉ８極モ
ータの概念正面図であって、この場合、モータが単一の
モータユニットにて構成されている実施例を示している
。但し、固定電機子のコイル４は、現実は１鉄芯１コイ
ルに多数巻回しているが、図面の繁雑を避けるため、コ
イルの巻数を各２回巻きで示した。

同図において、図示を省略したフレーム内に固定電機子
２・・と回転子５を配置し、固定電機子２・・の外周を
回転子５が回転するようにする。

そのために当該回転子５の内周面（幾何学角３６０°）
に設ける磁極Ｎ、Ｓを整数、例えば８極に等分して、そ
のｌ極当たりの占める角を３６０°／８＝４５°にして
、これを交互に配置した構成にする。

このとき回転子は永久磁石または直流コイルを巻いた電
機子で構成する。一方、これに対し固定子ｌは、その外
周部に九つのスロット３・・を設けて、該スロット３・
・のサイドの九つの歯に図示のようにコイル４（但し２
回巻きで表している）を巻いた電機子２・・を設けた構
成にする。ここで該固定を機子２・・は、１２０　’の
周毎にＡ、Ｂ、Ｃの３層の電機子群に分割され、各電機
子群内に前記電機子２・・が夫々３個ずつ配置されるよ
うにする。その上で当該電機子の占める角を、３個のう
ち２個は前記磁極の占める角と同じ４５°の広幅にし、
残る１個は４５°の２層３倍である３０′の狭幅にした
電機子２°を、図示のように前記広幅の電機子の間に均
等に配置する。そして該固定電機子２・・に１２０°の
角を介してＡ、Ｂ、Ｃの３相に電流を各相銀に通電する
。

次にこの固定子１のＡ、Ｂ、Ｃ各相における１相内に夫
々配置する狭幅の電機子２”の磁極の占める角の出し方
について説明する。それには以下に示す式を使って行う
、すなわち、 Ｐは幾何学的ｉｒ！ｊＪ期３６０°を等分した磁極数で
、偶数、Ｍは相の数でＭ＞１゜ ＱはＭに依存する数でＱ＞１、（但しＭが奇数相のとき
はＱはＭと同じ数を採り、Ｍが偶数相のときは、Ｑは２
Ｍの数を採る）、 Ｎを整数とした上でＮ＞１ としたとき、 ３６０　”　／Ｑ＝　（３６０＠／Ｐ）　Ｘ　（Ｎ−１
）　＋（３６０°／Ｐ）Ｘ　（１−１層Ｍ）　　・・■
という式が成立てば良い、なぜならばこの式における３
６０°／Ｑ、すなわちｌ相分の幾何学的角度θｌとし、
また（３６０　’　／Ｐ）　ｙ：、　（Ｎ−１）　、す
なわち前記ｌ相内に配置する′Ｆ１１機子２・・のうち
の広幅の電機子の占める角をθ２（Ｎ−１，）とすると
共に、（３６０’　／Ｐ）　Ｘ　（１−１層Ｍ）　、す
なわち同相内における残る１磁極の占める角、換言すれ
ば狭幅の電機子の占める角を０３とすると、前記■の式
は、これを以下のような弐にすることができる。すわな
ち、 θｌ−θ２　　（Ｎ−１）＋θ３ である。

そこで、このθ２　　（Ｎ−１）と０３との和が１相当
たりの総和角となるので、そのＱ倍が３６０゜となるの
でちょうど円周内に納まるからである。

いいかえれば、前記回転子の各磁極の占める角は、３６
０°を極数で除した角であり、固定電機子２のうち広幅
のものは前記回転子の各磁極と同じ角度を占める。これ
に対し、狭幅の固定電機子の占める角は前記広幅の電機
子の占める角度を（１−Ｉ／Ｍ）倍（但しＭは相の数）
したものであるから、これをＭ倍したものは（Ｍ−１）
であって整数となる。したがって、広幅の電機子を、回
転子の磁極の数よりも（Ｍ−１）側受ない数にして、こ
れに狭幅の電機子２゛をＱ個（但し、Ｑは前記のとおり
）配置すれば、固定電機子全体の占める角は３６０°と
なり、円周内にぴったりと納まることになるのである。

なお、各電機子の占める角というのは、隣接する各電機
子間の中心までをいう。

そして、これらの式は前記３相８極に限らず、例えば２
相６極のモータ等の場合等多数交流モータにも応用でき
ることはいうまでもない。

次に、このように構成したモータの、その動作について
説明する。

第４図は上記３相８極モータの動作原理を示す図である
。

同図において、上部の回転子５と下部の固定電機子２と
は、その磁極を展開図で表しである。そのうち回転子５
は、その磁極Ｎ、Ｓが機械角でｌ／４πごとに８等分さ
れて奴り、２πでちょうど１回転する。これに対し、固
定電機子２には２／３π各にＡ、Ｂ、Ｃの３相の電流を
通電する。そして該Ｉ相内はｌ／４πの広幅を占める電
機子が２個と１／６πの狭幅を占める電機子１個とで構
成する。

そして下方には電流を流すことによって前記固定子１に
３相交播磁界を発生したものが示されている。同−相内
で磁界が逆向きになっているのは、各電機子の巻き方向
が交互に逆であるためである。

ここで３相交流電流はＡ、ＢＳＣＳＣ相当たりの電気角
で８／３πの間隔をおいて通電し、その３倍の８πが前
記固定子１の前部の機械角２πに相当する。そして、そ
の１相内における当該磁界の１πは前記固定子ｌの１相
内の広幅の電機子の機械角πと等しくなる。

このような関係において、今、回転子５の磁極は図中左
からＮ１、Ｓｌ、Ｎ２、Ｓ２・・・の順に並んでいるも
のとし、そのうちＮｌが左端側にあるときを仮に、その
−回転分の全周３６０°における０°とする。ここへ、
前記固定電機子２・・に巻回したコイル４・・に３相交
流電流を流すことによって発生するその磁界はＡ、Ｂ、
Ｃの各相ごとに同図下部に示すような波形を描く、そし
て、該固定子１のＡ、Ｂ、Ｃ各相内の電機子２・・の磁
極を、同図内に記した磁極の記号ＮＡ、　ＳＡ・・のよ
うに励磁する。

このときＮ２はＮＡに反発され、かつＳＢに吸引される
。　Ｓ２はＳＢに反発されかつＮＢに吸引されるという
ように、以下Ｓ４まで、いずれの磁極も図面右方向へと
回転するトルクを生じる。但し、Ｎ１とＮＡ、ＳｌとＳ
Ａとはニュートラル・ゾーンとなるが、回転子が少しで
も右方向に回転すると、Ｎ１はＮＡに反発されかつＳＡ
に吸引され、ＳｌはＳＡに反発されかつＮＢに吸引され
るというように、全極にわたって、回転子が右方向に回
転するトルクを生じる。

そして前記回転子５の磁極Ｎ１が右方に機械角で１５°
移動すると当該回転子５と固定電機子２との磁極の関係
は第５図に示すようになる。すなわち、この時点では前
記ＡＳＢ、Ｃの各相に発生する磁界の位相は電気角で６
０”進み、第５図に示すように、Ｃ相の磁界の方向が変
わり、そのためＣ相の固定電機子の極性が第４図とは逆
になる。そのときにも、やはり、Ｎ１はＮＡと反発して
ＳＡに吸引され、ＳｌもＳＡに反発されてＮＡに吸引さ
れるというように、回転子は右方向に回転するトルクを
生じる。但し、同図Ｓ３とＳＣ，ＮＡとＮＣとはニュー
トラル・ゾーンとなるが、回転子が少しでも右方向へ回
転すれば、ＳＢはＳＣと反発してＮＣに吸引され、ＮＡ
はＮＣと反発してＳＣに吸引され、やはり全極にわたっ
て右方向に回転するトルクを生じる。第６図から第９図
までは、いずれも各前回よりも回転子が機械角で１５゜
右に進み、固定電機子２に発生する磁界の位相が電気角
で６０”ずつ進んだ時点における、回転子と固定電機子
との極性を示している。すなわち、第６図はＢ相に発生
する磁界の方向が第５図と逆になり、さらに第７図では
Ａ相に発生する磁界の方向が第６図と逆になるというよ
うに、固定電機子の磁極が変わっていくが、どの時点に
おいても、回転子と固定電機子との関係が第４図、第５
図で述べたき同様の関係になり、全ての位置で（但しニ
ュートラル・ゾーンにおいては、第５図、第６図の各説
明と同し）回転子を右に回転させるトルクを生じること
が理解されよう。

（他の実施例） 以上は３相８極モータを例に説明したが、特許請求の範
囲記載の要件を充たすかぎり、相数及び極数は当業者が
自由に選択設計できる。また回転子５の方に本発明の電
機子を用い、固定子を永久磁石等の界磁としても良いこ
とはいうまでもない。

電機子の用語例としては、電動子をいうときや、場磁石
に対立した機械要素を謂う例もあるが、これにこだわら
ない。

また、設計上特に軽量を必要とする場合等においては、
中空のコイルを本発明の電機子として用いることも可能
である。

また第１Ｏ図は同じく本発明の他の実施例である２相６
極モータに使用する固定子の概念正面図である。この場
合、Ａ、Ｂ各相に属する２個ずつの電機子２・・、すな
わち合計４個の電機子２・・と、３個の磁石によってモ
ータユニット１ｏを構成し、さらに２個のモータユニッ
トｌ０５１１によってモータを構成しているのである。

このとき、回転子５の磁極Ｎ、Ｓの占める角６０°で６
個となるのに対し固定子ＩのＡ、Ａ’　、ＢＳＢ’相内
に配置する電機子２・・の数は都合８個となり、そのｌ
相当たりは２個どなる。そして該２個の電機子２・・の
占める角は広幅の方が６０°、狭幅の方が３０°となる
。この場合は相の数が偶数であるから、狭幅の電機子２
゛は相の数の２倍である４個配置するのである。なお各
モータユニット１０、ｌｌ内における各電機子２・・に
対する結線は、上記実施例と同様である。

（発明の効果） 本発明は以上のように構成し、かつ動作するものである
。しかして電機子２・・に巻回するコイル４・・は、１
鉄芯１コイルでありながら全鎖巻の方法を採ることがで
きる、等といったことにより、本発明に係るモータは（
１ン前記従来のモータについて述べたと異なり、どの時
点においても各電機子が全部励磁し、かつ前記トルク発
生について説明したように、各電機子がどの時点におい
ても回転トルク発生のために有効に働くから、鉄芯やコ
イルの重量に比して、軽量でかつ大きなトルクを発生す
るモータが得られる。（２）各鉄芯を跨ぐコイルがない
から、モータの厚みを薄く設計でき、薄型、高トルクの
モータが得られる。（３）従来の交流モータのようにあ
る時点で励磁されない電機子がないこと、及び各鉄芯を
跨ぐコイルがないことによって、コイルが短くて済み、
かつそのためコイルに生じるインダクタンスも少なくな
る。等数々の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である３相８極モータの概念
正面図、第２図は従来の３相８極（重ね巻）モータの動
作原理を示す図、第３図は同、３相８極（重ね巻）モー
タにおける固定子にコイルを巻着ける状態を示す図、第
４図、第５図は本発明の一実施例である３相８極モータ
の動作原理の説明のため、回転子、電機子、磁界を対比
させた図、第６図、第７図、第８図、第９図は同前回転
子、電機子を対比した図、第１０図は同、他の実施例で
ある２相６極モータの概念正面図である。 ｌ・・・固定子、２・・・電機子、３・・・スロット、
４・・・コイル、５・・・回転子、１０．１１・・・モ
ータユニット。 特許出願人　　　　日本フェロ−フルイデイクス株式会
社 第 因 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．モータを単数又は複数のモータユニットで構成し、
   各モータユニット内においては、複数の電機子を有する
   励磁部が、互いに隣接する複数の電機子より成る電機子
   群に分割構成され、各電機子群内においては互いに隣接
   する電機子の極性が交互に反転すると共に、各電機子群
   内の全ての電機子が同一位相の電流でのみ励磁されるべ
   く結線を施されていることを特徴とするモータ。