JPH0681468B2 - 電動機 - Google Patents

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
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,B1〜B4,C1〜C4が巻装され
ている。巻線A1,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、巻線A3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、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、C1〜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1
20度の位相差がある。ここで、電気角の180度は界磁部
の１磁極ピッチ360°/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
ピッチであり、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B1〜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。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P1,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P
1,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11,12,13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〜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次成分を基本として、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〜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次成分となる。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次成分は、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53-1454
89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、Ｔ個（ただし、Ｔは６以上の整
数）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Ｔ個の歯を
形成し、前記歯の両端の前記巻線用溝の中心間の角度で
ある実効ピッチがＤ＝360°/Tより大きいＬ個（ただ
し、Ｌは整数）の長歯と、前記実効ピッチが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
短歯の個数を Ｌ＋Ｍ＝Ｔ 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、かつ、任意の前記
短歯の前記実効ピッチと任意の前記長歯の前記実効ピッ
チの比をG:H（ただし、G,Hは整数でＧ＜Ｈ≦2G）程度と
したことにより、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（だ
たし、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、Ｔ個（ただし、Ｔは６以上
の整数）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Ｔ個の歯
を形成し、前記歯の両端の前記巻線用溝の中心間の角度
である実効ピッチがＤ＝360°/Tより大きいＬ個（ただ
し、Ｌは整数）の長歯と、前記実効ピッチが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
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、かつ、任意の前記
短歯の前記実効ピッチと任意の前記長歯の前記実効ピッ
チの比をG:H（ただし、G,Hは整数でＧ＜Ｈ≦2G）程度と
したことにより、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（だたし、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、Ｔ個（ただし、Ｔは６以上の整数）
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Ｔ個の歯を形成し、前記歯の両端の前記巻
線用溝の中心間の角度である実効ピッチがＤ＝360°/T
より大きいＬ個（ただし、Ｌは整数）の長歯と、前記実
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、前記長歯と短歯の個数を Ｌ＋Ｍ＝Ｔ 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、かつ、任意の前記
短歯の前記実効ピッチと任意の前記長歯の前記実効ピッ
チの比をG:H（ただし、G,Hは整数でＧ＜Ｈ≦2G）程度と
したことにより、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、Ｔ個（ただし、Ｔは６以上の整数）
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Ｔ個の歯を形成し、前記歯の両端の前記巻
線用溝の中心間の角度である実効ピッチがＤ＝360°/T
より大きいＬ個（ただし、Ｌは整数）の長歯と、前記実
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、かつ、任意の前記
短歯の前記実効ピッチと任意の前記長歯の前記実効ピッ
チの比をG:H（ただし、G,Hは整数でＧ＜Ｈ≦2G）程度と
したことにより、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〜ｌ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相の巻線群が重巻
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ｊに
渡って巻線A3が巻装され、巻線用溝ｊからａ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ｃからｆに渡って巻線B1が巻装され、巻線
用溝ｆ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Ｂ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C1が巻装さ
れ、巻線用溝ｈからｋに渡って巻線C2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ｂ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。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
〜ｌ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間の角度
を意味する（実効ピッチの定義）。いま、巻線用溝の個
数をＴ（本例ではＴ＝３・Ｐ＝12であり、Ｐは界磁部の
磁極数でＰ＝４）とするとき、等角度間隔に配置したと
仮定すると、実効ピッチはＤ＝360°/T（本例ではＤ＝3
60°/3P＝30°）となるはずである。しかしながら、第
５図の実施例においては、巻線用溝ａ〜ｌの配置を不等
角度間隔となして各歯の実効ピッチを不均一にし、長歯
と短歯を所定の配置で設けている。ここに、実効ピッチ
がＤより大きい歯を長歯と呼び（長歯の定義）、実効ピ
ッチがＤより小さい歯を短歯と呼ぶ（短歯の定義）。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−ｋは短歯、歯ｋ−
ｌは短歯、歯ｌ−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。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,f,g,
h）と巻線用溝ｉからｌの間（i,j,k,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ｈからｉの間（h,i）と
巻線用溝ｌからａの間（l,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−g,g−h,i−j,j−k,k−ｌ
の実効ピッチは、360°／（Ｔ＋３）＝24°に等しくも
しくは略等しくされている。長歯ｄ−e,h−i,l−ａの実
効ピッチは、720°／（Ｔ＋３）＝48°に等しくもしく
は略等しくされている。すなわち、短歯の実効ピッチは
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磁極ピッチ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磁極
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
磁極ピッチを基本周期として電機子鉄心４の巻線用溝ａ
〜ｌ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磁極ピッチの1/（Ｔ＋３）＝1/15の位相差で位相ずれ
を設けられ（巻線用溝a,d,g,jの位相は４個所以上に異
なる）、その変動範囲は１磁極ピッチの3/15＝1/5（１
磁極ピッチの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,i,lは１磁極ピッチ
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磁極ピッチの1/5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b,e,h,kは１磁極ピッチの1/1
5の位相差で位相ずれを設けられ、その変動範囲は１磁
極ピッチの1/5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,f,i,l）とＣ相の巻線用
溝群（b,e,h,k）の間にはそれぞれ１磁極ピッチの1/3の
位相差がある。また、巻線用溝ａ〜ｌ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〜ｌ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〜ｌ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〜ｌ
と補助溝ａ′〜ｃ′は1/15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,d,g,jは同位相となり、巻線
用溝c,f,i,lは同位相となり、巻線用溝b,e,h,k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,B1,B2,B3,B4,C
1,C2,C3,C4の実効ピッチ（１磁極ピッチの16/15）＝192
度（電気角）以下から（１磁極ピッチの4/5）＝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、A1の巻装され
た巻線用溝ａ−ｄ間の角度は144°（３個の短歯分）、A
2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個の短歯分）、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個の短歯分）、A4の
巻装された巻線用溝ｊ−ａ間の角度は192°（１個の長
歯と２個の短歯分）である。Ｂ相の巻線群についてみれ
ば、B1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個の短歯分）、B2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
分）、B3の巻装された巻線用溝ｉ−ｌ間の角度は144°
（３個の短歯分）、B4の巻装された巻線用溝ｌ−ｃ間の
角度は192°（１個の長歯と２個の短歯分）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ｅ
−ｈ間の角度は144°（３個の短歯分）、C2の巻装され
た巻線用溝ｈ−ｋ間の角度は192°（１個の長歯と２個
の短歯分）、C3の巻装された巻線用溝ｋ−ｂ間の角度は
192°（１個の長歯と２個の短歯分）、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
短歯分）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（１磁極ピッチの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ａ′,
b′,c′を設けたが、補助溝は必ずしも必要ではない。
第７図の補助溝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。従って、第
５図と第７図の補助溝ａ′,b′,c′をなくした構成であ
っても、コギングトルクを低減した電動機が得られる。
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、簡単にコギングトルクを低減できる。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１
組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組の巻線群の間の位相差を120度（電
気角）に等しくでき、３相巻線を均等に配置できる。す
なわち、すでに説明したように、上述のような補助溝を
使用しない簡単な構成でも、本発明に従ってコギングト
ルクの小さい電動機が実現できる。

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にしめす。

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。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36
0°/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360°/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（Ａ）の構成は、３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（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、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、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（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。
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＝3P＝24個の巻線用溝
に３相の巻線を重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。

表４（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°/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、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４（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°/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。

Ｐ極（Ｐは２以上の偶数）の界磁磁極を円周上に等角度
間隔もしくは略等角度間隔に有する界磁部と、Ｋ相（Ｋ
は２以上の整数）の巻線およびＴ個（Ｔは2P以上の整
数）の巻線用溝にＫ相（Ｋは２以上の整数）の巻線を重
装した電機子鉄心とからなる電機子部とを具備し、界磁
部と電機子部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において、電機子鉄心は、実効ピ
ッチがＤ＝360°/Tより大きいＬ個（Ｌは正の整数）の
長歯と、実効ピッチがＤより小さいＭ個（Ｍは正の整
数）の短歯を有し、長歯と短歯の個数が Ｌ＋Ｍ＝Ｔ Ｌ ≧３ Ｍ ≧３ であり、 ２個以上の隣接する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とが、それぞれ、
複数個形成され、短歯ブロックと長歯ブロックとが円周
上に交互に配置され、かつ任意の短歯の実効ピッチと任
意の長歯の実効ピッチの比がG:H（G,Hは正の整数でＧ＜
Ｈ）であるように構成する、 もしくは、 少なくとも１個の短歯からなる短歯ブロックおよび２個
以上の隣接する長歯からなる長歯ブロックとが、それぞ
れ、複数個形成され、短歯ブロックと長歯ブロックとが
円周上に交互に配置され、かつ任意の短歯の実効ピッチ
と任意の長歯の実効ピッチの比がG:H（G,Hは正の整数で
Ｇ＜Ｈ）であるように構成することにより、コギングト
ルクを容易に低減できる。

ここで、前述の単位角度を360°/Pよりも小さくし、か
つ単位角度の整数倍が360°/Pとは異なるように、上記
ＧやＨの値を設定するならば、コギングトルクを容易
に、かつ大幅に低減できる。特に、G:H＝R:R＋１にすれ
ば、コギング低減効果が大きい。

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は正の整数）の長歯と、
実効ピッチがＤより小さいＭ個（ただし、Ｍは正の整
数）の短歯を有し、長歯と短歯の個数を Ｌ＋Ｍ＝Ｔ 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は正の整数）の長歯と、
実効ピッチがＤより小さいＭ個（ただし、Ｍは正の整
数）の短歯を有し、長歯と短歯の個数を Ｌ＋Ｍ＝Ｔ 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
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
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は正の整数）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
（ただし、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
発明に基いて、例えばロボットの間節駆動用電動機や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磁極ピッチを基本周期とし
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（界磁部）、４……電
機子鉄心、5,a〜１……巻線用溝、６……歯、ａ′〜
ｃ′……補助溝、A1〜A4,B1〜B4,C1〜C4……巻線、ｄ−
e,h−i,l−ａ……長歯、ａ−b,b−c,c−d,e−f,f−g,g
−h,i−j,j−k,k−ｌ……短歯、ｄ−e,h−i,l−ａ……
長歯ブロック、ａ−d,e−h,i−ｌ……短歯ブロック。

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｐ極（Ｐは２以上の偶数）の界磁磁極を円
   周上に等角度間隔もしくは略等角度間隔に有する界磁部
   （３）と、Ｋ相（Ｋは２以上の整数）の巻線（A1〜A4,B
   1〜B4,C1〜C4）およびＴ個（Ｔは2P以上の整数）の巻線
   用溝（a,b,…,1）にＫ相（Ｋは２以上の整数）の巻線を
   重巻した電機子鉄心（４）とからなる電機子部とを具備
   し、界磁部と電機子部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、 電機子鉄心（４）は、実効ピッチがＤ＝360°/Tより大
   きいＬ個（Ｌは正の整数）の長歯（ｄ−e,h−i,l−ａ）
   と、実効ピッチがＤより小さいＭ個（Ｍは正の整数）の
   短歯（ａ−b,b−c,c−d,e−f,f−g,g−h,i−j,j−k,k−
   ｌ）を有し、 長歯と短歯の個数が Ｌ＋Ｍ＝Ｔ Ｌ ≧３ Ｍ ≧３ であり、 ２個以上の隣接する短歯からなる短歯ブロック（ａ−d,
   e−h,i−ｌ）と少なくとも１個の長歯からなる長歯ブロ
   ック（ｄ−e,h−i,l−ａ）とが、それぞれ、複数個形成
   され、短歯ブロックと長歯ブロックとが円周上に交互に
   配置され、かつ任意の短歯の実効ピッチと任意の長歯の
   実効ピッチの比がG:H（G,Hは正の整数でＧ＜Ｈ）である 電動機。
2. 【請求項２】電機子鉄心（４）は、任意の短歯の実効ピ
   ッチと任意の長歯の実効ピッチの比G:Hが、G:H＝R:R＋
   １（Ｒは正の整数）である 特許請求の範囲第（１）項記載の電動機。
3. 【請求項３】電機子鉄心（４）は、任意の短歯の実効ピ
   ッチと任意の長歯の実効ピッチの比G:Hが、G:H＝1:2で
   ある 特許請求の範囲第（１）項記載の電動機。
4. 【請求項４】電機子鉄心（４）は、各長歯ブロックの長
   歯の個数が等しく、各短歯ブロックの短歯の個数が等し
   い 特許請求の範囲第（１）項記載の電動機。
5. 【請求項５】電機子鉄心（４）は、連続する複数組の短
   歯ブロックと長歯ブロックとの全体の実効ピッチが（36
   0°/P）・Ｑ（Ｑは２以上の整数）に等しいときに、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
   との和がＱに等しい 特許請求の範囲第（１）項記載の電動機。
6. 【請求項６】電機子鉄心（４）は、少なくとも長歯が補
   助溝（ａ′,b′,c′）を有する 特許請求の範囲第（１）項記載の電動機。
7. 【請求項７】電機子鉄心（４）は、任意の短歯の実効ピ
   ッチと任意の長歯の実効ピッチの比がR:R＋１（Ｒは正
   の整数）であり、巻線用溝と補助溝からなる電機子鉄心
   の全ての溝が短歯の実効ピッチのＲ分の１の間隔で配置
   された 特許請求の範囲第（６）項記載の電動機。
8. 【請求項８】Ｐ極（Ｐは２以上の偶数）の界磁磁極を円
   周上に等角度間隔もしくは略等角度間隔に有する界磁部
   （３）と、Ｋ相（Ｋは２以上の整数）の巻線（A1〜A4,B
   1〜B4,C1〜C4）およびＴ個（Ｔは2P以上の整数）の巻線
   用溝（a,b,c,…,l）にＫ相の巻線を重巻した電機子鉄心
   （４）とからなる電機子部とを具備し、界磁部と電機子
   部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、 電機子鉄心（４）は、実効ピッチがＤ＝360°/Tより大
   きいＬ個（Ｌは正の整数）の長歯（例：表２（Ａ）の２
   の部分）と、実効ピッチがＤより小さいＭ個（Ｍは正の
   整数）の短歯（例：表２（Ａ）の１の部分）を有し、 長歯と短歯の個数が Ｌ＋Ｍ＝Ｔ Ｌ ≧３ Ｍ ≧３ であり、 少なくとも１個の短歯からなる短歯ブロック（例：表２
   （Ａ）の１のブロック）および２個以上の隣接する長歯
   からなる長歯ブロック（例：表２（Ａ）の２のブロッ
   ク）とが、それぞれ、複数個形成され、短歯ブロックと
   長歯ブロックとが円周上に交互に配置され、かつ任意の
   短歯の実効ピッチと任意の長歯の実効ピッチの比がG:H
   （G,Hは正の整数でＧ＜Ｈ）である 電動機。
9. 【請求項９】電機子鉄心（４）は、任意の短歯の実効ピ
   ッチと任意の長歯の実効ピッチの比G:Hが、G:H＝R:R＋
   １（Ｒは正の整数）である 特許請求の範囲第（８）項記載の電動機。
10. 【請求項１０】電機子鉄心（４）は、任意の短歯の実効
    ピッチと任意の長歯の実効ピッチの比G:Hが、G:H＝1:2
    である 特許請求の範囲第（８）項記載の電動機。
11. 【請求項１１】電機子鉄心（４）は、各長歯ブロックの
    長歯の個数が等しく、各短歯ブロックの短歯の個数が等
    しい 特許請求の範囲第（８）項記載の電動機。
12. 【請求項１２】電機子鉄心（４）は、連続する複数組の
    短歯ブロックと長歯ブロックとの全体の実効ピッチが
    （360°/P）・Ｑ（Ｑは２以上の整数）に等しいとき
    に、隣接する１組の短歯ブロックの歯数と長歯ブロック
    の歯数との和がＱに等しい 特許請求の範囲第（８）項記載の電動機。
13. 【請求項１３】電機子鉄心（４）は、少なくとも長歯に
    補助溝が形成された 特許請求の範囲第（８）項記載の電動機。
14. 【請求項１４】電機子鉄心（４）は、任意の短歯の実効
    ピッチと任意の長歯の実効ピッチの比がR:R＋１（Ｒは
    正の整数）であり、巻線用溝と補助溝からなる電機子鉄
    心の全ての溝が短歯の実効ピッチのＲ分の１の間隔で配
    置された 特許請求の範囲第（13）項記載の電動機。
15. 【請求項１５】Ｐ極（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もしくは略等角度間隔に有する
    界磁部（３）と、永久磁石磁極と所定間隙あけて設けら
    れ、３相の巻線（A1〜A4,B1〜B4,C1〜C4）および3P個の
    巻線用溝（a,b,c,…,l）に３相の巻線を重巻した電機子
    鉄心（４）とからなる電機子部とを具備し、界磁部と電
    機子部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、 電機子鉄心（４）は、実効ピッチがＤ＝120°/Pより大
    きいＬ個（Ｌは正の整数）の長歯（ｄ−e,h−i,l−ａ）
    と、実効ピッチがＤより小さいＭ個（Ｍは正の整数）の
    短歯（ａ−b,b−c,c−d,e−f,f−g,g−h,i−j,j−k,k−
    ｌ）を有し、 長歯と短歯の個数が Ｌ＋Ｍ＝3P Ｌ ≧３ Ｍ ≧３ であり、 ２個以上の隣接する短歯からなる短歯ブロック（ａ−d,
    e−h,i−ｌ）と少なくとも１個の長歯からなる長歯ブロ
    ック（ｄ−e,h−i,l−ａ）とが、それぞれ、複数個形成
    され、短歯ブロックと長歯ブロックとが円周上に交互に
    配置され、短歯ブロックの個数と長歯ブロックの個数
    が、それぞれ、３の整数倍であり、かつ任意の短歯の実
    効ピッチと任意の長歯の実効ピッチの比がG:H（G,Hは正
    の整数でＧ＜Ｈ）である 電動機。
16. 【請求項１６】電機子鉄心（４）は、任意の短歯の実効
    ピッチと任意の長歯の実効ピッチの比G:Hが、G:H＝R:R
    ＋１（Ｒは正の整数）である 特許請求の範囲第（15）項記載の電動機。
17. 【請求項１７】電機子鉄心（４）は、各長歯ブロックの
    長歯の個数が等しく、各短歯ブロックの短歯の個数が等
    しい 特許請求の範囲第（15）項記載の電動機。
18. 【請求項１８】電機子鉄心（４）は、連続する３組の短
    歯ブロックと長歯ブロック全体の実効ピッチが（360°/
    P）・Ｑ（Ｑは２以上の整数）に等しいときに、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との
    和がＱに等しい 特許請求の範囲第（15）項記載の電動機。
19. 【請求項１９】電機子鉄心（４）は、少なくとも長歯が
    補助溝（ａ′,b′,c′）を有する 特許請求の範囲第（15）項記載の電動機。
20. 【請求項２０】電機子鉄心（４）は、任意の短歯の実効
    ピッチと任意の長歯の実効ピッチの比がR:R＋１（Ｒは
    正の整数）であり、巻線用溝と補助溝からなる電機子鉄
    心の全体の溝が短歯の実効ピッチのＲ分の１の間隔で配
    置された 特許請求の範囲第（19）項記載の電動機。
21. 【請求項２１】Ｐ極（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もしくは略等角度間隔に有する
    界磁部（３）と、永久磁石磁極と所定間隙あけて設けら
    れ、３相の巻線（A1〜A4,B1〜B4,C1〜C4）および3P個の
    巻線用溝（a,b,c,…,l）に３相の巻線を重巻した電機子
    鉄心（４）とからなる電機子部とを具備し、界磁部と電
    機子部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、 電機子鉄心（４）は、実効ピッチがＤ＝120°/Pより大
    きいＬ個（Ｌは正の整数）の長歯（例：表２（Ａ）の２
    の部分）と、実効ピッチがＤより小さいＭ個（Ｍは正の
    整数）の短歯（例：表２（Ａ）の１の部分）を有し、 長歯と短歯の個数が Ｌ＋Ｍ＝3P Ｌ ≧３ Ｍ ≧３ であり、 少なくとも１個の短歯からなる短歯ブロック（例：表２
    （Ａ）の１のブロック）と２個以上の隣接する長歯から
    なる長歯ブロック（例：表２（Ａ）の２のブロック）と
    が、それぞれ、複数個形成され、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、短歯ブロックの個数
    と長歯ブロックの個数が、それぞれ、３の整数倍であ
    り、かつ任意の短歯の実効ピッチと任意の長歯の実効ピ
    ッチの比がG:H（G,Hは正の整数でＧ＜Ｈ）である 電動機。
22. 【請求項２２】電機子鉄心（４）は、任意の短歯の実効
    ピッチと任意の長歯の実効ピッチの比G:Hが、G:H＝R:R
    ＋１（Ｒは正の整数）である 特許請求の範囲第（21）項記載の電動機。
23. 【請求項２３】電機子鉄心（４）は、各長歯ブロックの
    長歯の個数が等しく、各短歯ブロックの短歯の個数が等
    しい 特許請求の範囲第（21）項記載の電動機。
24. 【請求項２４】電機子鉄心（４）は、連続する３組の短
    歯ブロックと長歯ブロック全体の実効ピッチが（360°/
    P）・Ｑ（Ｑは２以上の整数）に等しいときに、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との
    和がＱに等しい 特許請求の範囲第（21）項記載の電動機。
25. 【請求項２５】電機子鉄心（４）は、少なくとも長歯が
    補助溝を有する 特許請求の範囲第（21）項記載の電動機。
26. 【請求項２６】電機子鉄心（４）は、任意の短歯の実効
    ピッチと任意の長歯の実効ピッチの比がR:R＋１（Ｒは
    正の整数）であり、巻線用溝と補助溝からなる電機子鉄
    心全体の溝が短歯の実効ピッチのＲ分の１の間隔で配置
    された 特許請求の範囲第（25）項記載の電動機。