JPH0284043A - 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
存鉄芯・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。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、しかも図面を簡潔にするために一
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Ｉ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、
上記Ｍ１極数、電機子数等は経験則に基づいてそれぞれ
設定されており、必ずしも高トルクの得られる効率の良
い個数が選択されているとはいい難いのが実情である。

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、磁極数をＰ、相数
をＭ、１相当りの電機子数をＮとしたときに、 Ｐ＝Ｍ−Ｎ±１ としたことを特徴とするモータ（ただし、モータユニッ
ト数＝２の場合においてＭ−Ｎ＝９で、かつＰ−１０の
場合を除く）。

このことにより電機子と磁極との対向面積を従来よりも
増加でき、そのため形成される磁束を有効に活用するこ
とが可能となり、これにより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３層８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ｌ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。ここで該固定電機子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
極の占める角と同し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ｌ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１周期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／Ｍ）　　・・
■という式が成立てば良い。なぜならばこの式における
３６０　”　／Ｑ、すなわち１相分の幾何学的角度θｌ
とし、また（３６０°／Ｐ）Ｘ　（Ｎ−１）　、すなわ
ち前記ｌ相内に配置する電機子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／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θ３とすると、前記■の式は、これを以
下のような式にすることができる。すわなち、 θ１＝θ２　　（Ｎ−１）＋θ３ である。

そこで、このθ２　　（Ｎ−１）とθ３との和がｌ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（１−１／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９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等分されており、２πでちょうど１回転する。

これに対し、固ｍＷ機子２には２／３π各にＡＳＢＳＣ
の３相の電流を通電する。そして該１相内は１／４πの
広幅を占める電機子が２個とｌ／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−棚内
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、ＥＳＣＳＣ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１亥磁界のｌπ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．　Ｓ１．　Ｎ２、Ｓ２・・・の順に並んでい
るものとし、そのうちＮ１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ｌ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ＳＲ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、ＮｌとＮＡ、　Ｓｌと
ＳＡ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、ＮｌはＮＡに反発されかつＳ
Ａ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Ｎｌ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Ａ、Ｂ、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、Ｎｌ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８３とＳＣ，ＮＡとＮＧ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、Ｓ３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７１！Ｉ
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図で述べたと同様の関係になり、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
各説明と同じ）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１０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１０を構成し、さらに２個のモータユニッ
トｌ０１１１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ｌのＡ、、Ａ″、Ｂ、Ｂ″相棚
内配置する電機子２・・の数は都合８個となり、その１
相当たりは２個となる。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１Ｏ１１１内における各１ｉ機子２・・
に対する結線は、上記実施例と同様である。この場合に
も各モータユニット１０．１１内においては、Ｐ＝Ｍ−
Ｎ±ｌの関係が成立することになる。

（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
。しかして本発明に係るモータは、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
量でがつ大きなトルクを発生するモータが得られ、また
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０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
の動イ乍原理の説明のため、回転子、ｔｉ子、磁界を対
比させた図、第６図、第７図、第８図、第９図番よ同前
回転子、電機子を対比した図、第１０図番よ同、イ也の
実施例である２相６極モータの概念正面図である。 １・・・固定子、２・・・電機子、３・・・スロット、
４・・・コイル、５・・・回転子、１Ｏ１１１・　・・
モータユニ・シト。 特許出願人　　　　日本フェロ−フルイデイクス株式会
社 第 図 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、磁極数をＰ、相数をＭ
   、１相当りの電機子数をＮとしたときに、 Ｐ＝Ｍ・Ｎ±１ としたことを特徴とするモータ（ただし、モータユニッ
   ト数＝２の場合においてＭ・Ｎ＝９で、かつＰ＝１０の
   場合を除く）。