JPH0685629B2 - 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、界磁部の永久磁石磁極に対向して、複数相の
巻線が巻装された複数個の巻線用溝および歯を有する電
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
定の間隔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
それれ巻線A2とA4の一端が収納されている。同様に、巻
線Ａが収納され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６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であるから機械的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、各巻線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は巻回転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Pa,Pb,Pc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
a,Pb,Pc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Ia,Ib,Icを出力する。その結果、A,B,C相
の巻線群への電流Ia,Ib,Ic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〜ｌ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〜ｌは等角度間隔（30度）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
のコキングトルクは第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キングト
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
法を特開昭55−71163号公報に提案している。特開昭55
−71163号公報では、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
成分と一致するためにコキ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、界磁部の永久磁石磁
極に対向して、複数相の巻線が巻装された複数個の巻線
用溝および歯を有する電機子鉄心を具備する電動機にお
けるコギングトルクを大幅に低減したものである。

発明の構成 本発明では、Ｐ極（ここに、Ｐは４以上の整数）の永久
磁石界磁磁極を円周上に所定角度間隔に有する界磁部
と、前記界磁部の永久磁石磁極と所要間隙あけて対向す
る位置に、Ｋ相（ここに、Ｋは２以上の整数）の巻線が
巻装されたＴ個（ここに、Ｔは整数）の巻線用溝および
前記巻線用溝の間に形成される歯を有する電機子鉄心と
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、前記電機子鉄心の各歯の実効ピッチを前記各歯の両
端の前記巻線用溝の中心のなす角度とするとき、前記電
機子鉄心は、実効ピッチがＤ＝360゜/Tに等しいＮ個
（ここに、Ｎは整数）の等歯と、実効ピッチがＤより大
きいＬ個（ここに、Ｌは整数）の長歯と、実効ピッチが
Ｄより小さいＭ（ここに、Ｍは整数）の短歯を有し、前
記等歯と前記長歯と前記短歯の個数を Ｌ＋Ｍ＋Ｎ＝Ｔ Ｎ≧２ Ｌ≧２ Ｍ≧２ となし、さらに、前記電機子鉄心の歯の並びを所定方向
にブロック化したとき、前記等歯から始まって前記長歯
で終わり、前記長歯と前記等歯が部分的に隣接して集中
している長ピッチブロック、および、前記等歯から始ま
って前記短歯で終わり、前記短歯と前記等歯が部分的に
隣接して集中している短ピッチブロックが同数個形成さ
れ、前記長ピッチブロックと前記短ピッチブロックは交
互に円周上に配置され、前記各長ピッチブロック内に少
なくとも２個の前記長歯と少なくとも１個の前記等歯を
含み、かつ、前記各歯ピッチブロック内に少なくとも２
個の前記短歯と少なくとも１個の前記等歯を含むことに
より、上記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個の歯に所定間隔あけ
て対向している。電機子鉄心４の12個の巻線用溝ａ〜ｌ
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ａからｉ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のなす角度
である。巻線用溝の個数をＴ＝３・Ｐ＝12（Ｐは磁界部
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＝1
20゜/P＝30゜）となるので、歯の実効ピッチがＤに等し
い歯を等歯と呼び、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）は等歯、歯ｂ−ｃは等
歯、歯ｃ−ｄは長歯、歯ｄ−ｅは等歯、歯ｅ−ｆは長
歯、歯ｆ−ｇは長歯、歯ｇ−ｈは等歯、歯ｈ−ｉは等
歯、歯ｉ−ｊは短歯、歯ｊ−ｋは等歯、歯ｋ−ｌは短
歯、歯ｌ−ａは短歯である。すなわち、等歯の個数はＮ
＝６、長歯の個数はＬ＝３、短歯の個数はＭ＝３であ
る。長歯ｃ−d,e−f,f−ｇの実効ピッチは、Ｄ・（１＋
l/P）＝５・D/4に等しくなされている。短歯ｉ−j,k−
l,l−ａの実効ピッチは、Ｄ・（１−l/P）＝３・D/4に
等しくなされている。電機子鉄心４の歯の並びを所定方
向にブロック化したとき、巻線用溝ａからｇの間（a,b,
c,d,e,f,g）は等歯から始まって長歯で終わり、長歯と
等歯のみが部分的に集中しており、長歯を３個含む長ピ
ッチブロックを形成している（短歯を含まない）。同様
に、巻線用溝ｇからａの間（g,h,i,j,k,l,a）は等歯か
ら始まって短歯で終わり、短歯と等歯のみが部分的に集
中しており、短歯を３個含む短ピッチブロックを形成し
ている（長歯を含まない）。長ピッチブロックと短ピッ
チブロックの境界のとりかたは、所定方向からみて長歯
に先行する等歯を長ピッチブロックに含め、短歯に先行
する等歯を短ピッチブロックに含める。また、長ピッチ
ブロック内には短歯を含まず、短ピッチブロックには長
歯を含まないので、長ピッチブロックと短ピッチブロッ
クは明確に区別できる。また、長ピッチブロック内の歯
の個数と短ピッチブロック内の歯の個数が等しい場合に
は、長ピッチブロックのなす角度は短ピッチブロックの
なす角度よりも大きくなる。第５図の長ピッチブロック
ａ−ｇは３・Ｄ＋15・D/4＝27・D/4＝202.5゜であり、
短ピッチブロックｇ−ａは３・Ｄ＋９・D/4＝21・D/4＝
157.5゜である。

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（Ｔ＝12）
の最小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個以上に異なる）、その変動範囲は１磁極ピ
ッチの3/12＝1/4（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/Tの最小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1/4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/Tの最小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1/4になされてい
る。また、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。第７
図に巻線用溝ａ〜ｌによる電機子鉄心４の磁気的変動分
の波形を示す。巻線用溝の開口部に応じて、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は1/T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,h,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
常に大きくなっている。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の実効ピッチは（１磁極ピッチの7/6）＝210
度（電気角）以下から（１磁極ピッチの5/6）＝150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のなす角度
である。例えば、Ａ相の巻線群についてみれば、A1に対
する巻線用溝ａ−ｄ間の角度は195゜（２個の等歯と１
個の長歯分）、A2に対する巻線用溝ｄ−ｇ間の角度は21
0゜（１個の等歯と２個の長歯分）、A3に対する巻線用
溝ｇ−ｊ間の角度は165゜（２個の等歯と１個の短歯
分）、A4に対する巻線用溝ｊ−ａ間の角度は150゜（１
個の等歯と２個の短歯分）である。他のＢ相、Ｃ相の巻
線群についても同様に210度から150度以上である。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）、巻線の実効ピ
ッチの変動範囲を小さくするならば（210度以下から150
度以上）、巻線作業が容易となり、自動化も可能とな
る。

また、本実施例では、長歯の実効ピッチＤ・（１＋1/
P）＝５・D/4は等歯の実効ピッチＤに非常にちかく、か
つ、短歯の実効ピッチＤ・（１−1/P）＝３・D/4も等歯
の実効ピッチＤに非常にちかい。従って、電機子鉄心に
長歯や短歯を容易に形成できるという利点もある。

第９図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に本発明の他の
実施例を示す。第９図（ａ）は、第５図の構成におい
て、巻線用溝の配置（歯の配置）を変えたものであり、
歯ａ−b,b−c,c−ｄを長歯とし、歯ｆ−g,h−i,j−ｋを
短歯とし、他の歯を等歯としたものである。等歯や長歯
や短歯の実効ピッチは前述の第５図の実施例と同様であ
る。

第９図（ｂ）は、第５図の構成において、巻線用溝の配
置（歯の配置）を変えたものであり、歯ｂ−c,d−e,f−
ｇを長歯とし、歯ｉ−j,j−k,k−ｌを短歯とし、他の歯
を等歯としたものである。等歯や長歯や短歯の実効ピッ
チは前述の第５図の実施例と同様である。

第９図（ｃ）は、第５図の構成において、巻線用溝の配
置（歯の配置）を変えたものであり、歯ｃ−d,f−ｇの
２個を長歯とし、歯ｉ−j,l−ａの２個を短歯とし、他
の歯を等歯としたものである。長歯ｃ−ｄの実効ピッチ
はＤ・（１＋2/P）＝６・D/4（等歯の実効ピッチＤの6/
4）であり、長歯ｆ−ｇの実効ピッチはＤ・（１＋1/P）
＝５・D/4であり、短歯ｉ−ｊの実効ピッチはＤ・（１
−2/P）＝２・D/4であり、短歯ｌ−ａの実効ピッチはＤ
・（１−1/P）＝３・D/4である。このように、２個の長
歯を含む長ピッチブロックと２個の短歯を含む短ピッチ
ブロックを配置することによっても、コギントルクを低
減することができる。

第９図（ｄ）は、第５図の構成において、巻線用溝の配
置（歯の配置）を変えたものであり、歯ｃ−d,d−ｅの
２個を長歯とし、歯ｇ−h,i−j,l−ａの３個を短歯と
し、他の歯を等歯としたものである。長歯ｃ−ｄの実効
ピッチはＤ・（１＋2/P）＝６・D/4（等歯の実効ピッチ
Ｄの6/4）であり、長歯ｆ−ｇの実効ピッチはＤ・（１
＋1/P）＝５・D/4であり、短歯ｇ−h,i−j,l−ａの実効
ピッチはＤ・（１−1/P）＝３・D/4である。このよう
に、２個の長歯を含む長ピッチブロックと３個の短歯を
含む短ピッチブロックを配置することによっても、コギ
ングトルクを低減することができる。

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
れるのではない。

第10図に本発明の他の実施例を表わす要部平面展開図を
示す。第10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６極の磁極を有し、電機子鉄心
４の18個の巻線用溝ａ〜ｒおよび18個の歯に所定間隙あ
けて対向している。電機子鉄心４の18個の巻線用溝に
は、A,B,C相の巻線群からなる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
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ｍに渡って巻線A4が巻装さ
れ、巻線用溝ｍからｐに渡って巻線A5が巻装され、巻線
用溝ｐからａに渡って巻線A6が巻装され、巻線A1〜A6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ｏに渡って巻線B4が巻装され、巻線
用溝ｏからｒに渡って巻線B5が巻装され、巻線用溝ｒか
らｃに渡って巻線B6が巻装され、巻線B1〜B6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ｎに渡って巻線C3が巻装され、巻線
用溝ｎからｑに渡って巻線C4が巻装され、巻線用溝ｑか
らｂに渡って巻線C5が巻装され、巻線用溝ｂからｅに渡
って巻線C6が巻装され、巻線C1〜C6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10図の実施例においては、電機子鉄心４の巻線用溝ａ
〜ｒ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。等歯の実効
ピッチはＤ＝360゜/T（Ｔ＝18）（本例ではＤ＝120゜/P
＝20゜、ここにＰは界磁部の磁極数であり、Ｐ＝６）で
あり、長歯の実効ピッチはＤよりも大きく、短歯の実効
ピッチはＤよりも小さい。歯ａ−ｂは等歯、歯ｂ−ｃは
長歯、歯ｃ−ｄは長歯、歯ｄ−ｅは等歯、歯ｅ−ｆは長
歯、歯ｆ−ｇは長歯、歯ｇ−ｈは等歯、歯ｈ−ｉは長
歯、歯ｉ−ｊは等歯、歯ｊ−ｋは等歯、歯ｋ−ｌは短
歯、歯ｌ−ｍは短歯、歯ｍ−ｎは等歯、歯ｎ−ｏは短
歯、歯ｏ−ｐは短歯、歯ｐ−ｑは等歯、歯ｑ−ｒは短
歯、歯ｒ−ａは等歯である。すなわち、等歯の個数はＮ
＝８、長歯の個数はＬ＝５、短歯の個数はＭ＝５であ
る。長歯ｂ−ｃ、ｃ−d,e−f,f−g,h−ｉの実効ピッチ
は、Ｄ・（１＋1/P）＝７・D/6に等しくなされている。
短歯ｋ−l,l−m,n−o,o−p,q−ｒの実効ピッチは、Ｄ・
（１−1/P）＝５・D/6に等しくなされている。巻線用溝
（r,a,b,c,d,e,f,g,h,i）の間は、等歯から始まって長
歯で終わり、長歯と等歯のみが部分的に集合しており、
長歯を５個含む長ピッチブロックを形成している（短歯
を含まない）。同様に、巻線用溝（i,j,k,l,m,n,o,p,q,
r）の間は、等歯から始まって短歯で終わり、短歯と等
歯のみが部分的に集中しており、短歯を５個含む短ピッ
チブロックを形成している（長歯を含まない）。

次に、本実施例のコギングトルクについて説明する。マ
グネット３の１磁極ピッチ360゜/Pを基本周期として電
機子鉄心４の巻線用溝ａ〜ｒをみたときの位相関係を第
11図に示す。Ａ相の巻線群を収納された巻線用溝a,d,g,
j,m,pは１磁極ピッチの1/T（Ｔ＝18）の最小位相差で位
相ずれを設けられ（巻線用溝a,d,g,j,m,pの位相はすべ
て異なる）、その変動範囲は１磁極ピッチの5/18（1/3
以下）にさせれている。同様に、Ｂ相の巻線群を収納さ
れた巻線用溝c,f,i,l,o,rは１磁極ピッチの1/Tの最小位
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5/18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,n,qは１磁極ピッチの1/Tの最小
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5/18になされている。また、Ａ相の巻線用溝群
（a,d,g,j,m,p）とＢ相の巻線用溝群（c,f,i,l,o,r）と
Ｃ相の巻線用溝群（b,e,h,k,n,q）の間にはそれぞれ１
磁極ピッチの1/3の位相差がある。その結果、電機子鉄
心４の合成の磁気的な変動分が小さくなり、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,A5,A6,B1,B2,B
3,B4,B5,B6,C1,C2,C3,C4,C5,C6の実効ピッチは（１磁極
ピッチの10/9）＝200度（電気角）以下から（１磁極ピ
ッチの8/9）＝160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
溝の中心のなす角度である。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−ｄ間の角度は
200゜、A2の巻装された巻線用溝ｄ−ｇ間の角度は200
゜、A3に巻装された巻線用溝ｇ−ｊ間の角度は190゜、A
4に巻装された巻線用溝ｊ−ｍ間の角度は160゜、A5に巻
装された巻線用溝ｍ−ｐ間の角度は160゜、A6の巻装さ
れた巻線用溝ｐ−ａ間の角度は170゜である。他のＢ
相、Ｃ相の巻線群についても同様に200度以下から160度
以上である。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（200度以下から160度以上）、巻線作業が容易と
なり、自動化も可能となる。

また、本実施例では、長歯の実効ピッチＤ・（１＋1/
P）＝７・D/6は等歯の実効ピッチＤに非常にちかく、か
つ、短歯の実効ピッチＤ・（１−1/P）＝５・D/6も等歯
の実効ピッチに非常にちかい。従って、電機子鉄心に長
歯や短歯を容易に形成できる。

第12図（ａ），（ｂ）に本発明の他の実施例を示す。第
12図（ａ）は、第10図の構成において、巻線用溝の配線
（歯の配置）を変えたものであり、歯ｂ−c,c−d,e−f,
g−h,h−ｉを長歯とし、歯ｋ−l,l−m,n−o,o−p,q−ｒ
を短歯とし、他の歯を等歯としたものである。等歯や長
歯や短歯の実効ピッチは前述の第10図の実施例と同様で
ある。

第12図（ｂ）は、第10図の構成において、巻線用溝の配
置（歯の配置）を変えたものであり、歯ａ−b,b−c,c−
d,d−e,e−ｆを長歯とし、歯ｈ−i,j−k,l−m,n−o,p−
ｑを短歯とし、他の歯を等歯としたものである。等歯や
長歯や短歯の実効ピッチは前述の第10図の実施例と同様
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、第５図
の実施例と第10図の実施例を組み合わせて、界磁部の磁
極数がＰ＝10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。

一般に、Ｐ極（ここに、Ｐは４以上の整数）の永久磁石
界磁磁極を円周上に所定角度間隔に有する界磁部と、界
磁部の永久磁石磁極と所要間隙あけて対向する位置に、
３相巻線が巻装された3P個の巻線用溝および前記巻線用
溝の間に形成される歯を有する電機子鉄心とを具備し、
前記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は、前記電機
子鉄心の各歯の実効ピッチを各歯の両端の前記巻線用溝
の中心のなす角度とするとき、前記電機子鉄心は、実効
ピッチがＤ＝120゜/Pに等しいＮ個（ここに、Ｎは整
数）の等歯と、実効ピッチがＤより大きいＬ個（ここ
に、Ｌは整数）の長歯と、実効ピッチがＤより小さいＭ
個（ここに、Ｍは整数）の短歯を有し、等歯と長歯と短
歯の個数を Ｌ＋Ｍ＋Ｎ＝3P Ｎ≧２ Ｌ≧２ Ｍ≧２ となし、さらに、前記電機子鉄心の歯の並びを所定方向
にブロック化したとき、等歯から始まって長歯で終わ
り、長歯と等歯が部分的に隣接して集中している長ピッ
チブロック、および、等歯から始まって短歯で終わり、
短歯と等歯が部分的に隣接して集中している短ピッチブ
ロックが同数個形成され、長ピッチブロックと短ピッチ
ブロックは交互に円周上に配置され、各長ピッチブロッ
ク内に少なくとも２個の長歯と少なくとも１個の等歯を
含み、かつ、各短ピッチブロック内に少なくとも２個の
短歯と少なくとも１個の等歯を含み、隣接する一対の長
ピッチブロックと短ピッチブロックのなす角度が（360
゜/P）・Ｑ（ここに、Ｑは２以上の整数）となるとき
に、長ピッチブロック内の長歯の実効ピッチをＤ・（１
＋G/Q）（ここに、Ｇは１以上でQ/2以下の整数）に等し
くし、短ピッチブロック内の短歯の実効ピッチをＤ・
（１−H/Q）（ここに、Ｈは１以上でQ/2以下の整数）に
等しくすることにより、容易にコギングトルクを小さく
できる。

前述の第５図の実施例では、Ｐ＝4,N＝６（＞Ｐ），
（Ｐ＞）Ｌ＝３≧2,（Ｐ＞）Ｍ＝３≧２であり、Ｑ＝Ｐ
＝4,G＝1,H＝１である。また、前述の第９図（ｃ）の実
施例では、Ｐ＝4,N＝８（＞Ｐ），（Ｐ＞）Ｌ＝２≧2,
（Ｐ＞）Ｍ＝２≧２であり、Ｑ＝Ｐ＝4,G＝１またはＧ
＝２＝Q/2,H＝１またはＨ＝２＝Q/2である。

また、前述の第５図の実施例のように界磁部の１磁極ピ
ッチを基本周期とするときに所定相の巻線が収納された
巻線用溝の位相の変動範囲を１磁極ピッチの1/3以下に
すれば、巻線が複雑にならない。さらに、巻線の実効ピ
ッチを210度以下から150度以上にすれば、巻線作業の自
動化も容易に実現できる。

前述の実施例では、３相の巻線を有する電動機について
説明したが、本発明ではそのような場合に限定されるも
のではない。本発明では、界磁部の永久磁石磁極に対向
する位置の電機子鉄心に、等歯だけでなく、長歯や短歯
を設け、等歯と長歯と短歯の３種類の歯を配置すること
により、コギングトルクを大幅に低減している。一般
に、Ｐ極（ここに、Ｐは４以上の整数）の永久磁石界磁
磁極を円周上に所定角度間隔に有する界磁部と、前記界
磁部の永久磁石磁極と所要間隙あけて対向する位置に、
Ｋ相（ここに、Ｋは２以上の整数）の巻線が巻装された
Ｔ個（ここに、Ｔは整数）の巻線用溝および前記巻線用
溝の間に形成される歯を有する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は、電機子鉄心の
各歯の実効ピッチを各歯の両端の前身巻線用溝の中心の
なす角度とするとき、電機子鉄心は、実効ピッチがＤ＝
360゜/Tに等しいＮ個（ここに、Ｎは整数）の等歯と、
実効ピッチがＤより大きいＬ個（ここに、Ｌは整数）の
長歯と、実効ピッチがＤより小さいＭ個（ここに、Ｍは
整数）の短歯を有し、等歯と長歯と短歯の個数を Ｌ＋Ｍ＋Ｎ＝Ｔ Ｎ≧２ Ｌ≧２ Ｍ≧２ となし、さらに、電機子鉄心の歯の並びを所定方向にブ
ロック化したとき、等歯から始まって長歯で終わり、長
歯と等歯が部分的に隣接して集中している長ピッチブロ
ック、および、等歯から始まって短歯で終わり、短歯と
等歯が部分的に隣接して集中している短ピッチブロック
が同数個形成され、長ピッチブロックと短ピッチブロッ
クは交互に円周上に配置され、各長ピッチブロック内に
少なくとも２個の長歯と少なくとも１個の等歯を含み、
かつ、各短ピッチブロック内に少なくとも２個の短歯と
少なくとも１個の等歯を含ませることによって、巻線用
溝の位相を簡単にずらすことができ、コギングトルクを
低減できる。

もちろん、長ピッチブロック内の長歯や等歯の個数は多
ければ多いほどコギングトルクを小さくできるので、前
述の実施例のごとく、各長ピッチブロック内の等歯の数
または長歯の数を２個以上にすることが好ましい。ま
た、短ピッチブロック内の短歯や等歯の個数は多ければ
多いほどコギングトルクを小さくできるので、前述の実
施例のごとく、各短ピッチブロック内の等歯の数または
短歯の数を２個以上にすることが好ましい。さらに、隣
接する一対の長ピッチブロックと短ピッチブロックのな
す角度が（360゜/P）・Ｑ（ここに、Ｑは２以上の整
数）となるときに、長ピッチブロック内の長歯の実効ピ
ッチをＤ・（１＋G/Q）（ここに、Ｇは１以上でQ/2以下
の整数）に等しく、短ピッチブロック内の短歯の実効ピ
ッチをＤ・（１−H/Q）（ここに、Ｈは１以上でQ/2以下
の整数）に等しくするならば、容易にコギングトルクを
小さくできる。特に、Ｇ＝１、Ｈ＝１にするならば、長
歯や短歯の実効ピッチが等歯の実効ピッチと非常に近く
なり、その実現が容易となる。

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。また、巻線
の方法は、コギングトルクに無関係であるので、前述の
実施例に限定されることなく、従来から知られている種
々の巻線形態が可能である。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、界磁部の永久磁石磁極に対向して、複数相の
巻線が巻装された複数個の巻線用溝および歯を有する電
機子鉄心を具備する電動機において、巻線用溝の配置を
特殊となし、等歯と長歯と短歯の３種類の歯を設けるこ
とにより、コギングトルクを大幅に低減したものであ
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相制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電動機を表わす要部構造図、第２図は駆
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図は本発明の電動機の一実施例を表わす平
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図の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
を表わす図、第９図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は
それぞれ本発明の他の実施例を表わす図、第10図は本発
明の電動機の他の実施例を表わす平面展開図、第11図は
マグネットの１磁極ピッチを基本周期として第10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
12図（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の他の実施例を表
わす図である。 ２……ロータ、３……マグネット、４……電機子鉄心、
5,a〜l,a〜ｒ……巻線用溝、６……歯、A1〜A4,B1〜B4,
C1〜C4……巻線。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｐ極（ここに、Ｐは４以上の整数）の永久
   磁石界磁磁極を円周上に所定角度間隔に有する界磁部
   と、前記界磁部の永久磁石磁極と所要間隙あけて対向す
   る位置に、Ｋ相（ここに、Ｋは２以上の整数）の巻線が
   巻装されたＴ個（ここに、Ｔは整数）の巻線用溝および
   前記巻線用溝の間に形成される歯を有する電機子鉄心と
   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、前記電機子鉄心の各歯の実効ピッチを前記各歯の両
   端の前記巻線用溝の中心のなす角度とするとき、前記電
   機子鉄心は、実効ピッチがＤ＝360゜/Tに等しいＮ個
   （ここに、Ｎは整数）の等歯と、実効ピッチがＤより大
   きいＬ個（ここに、Ｌは整数）の長歯と、実効ピッチが
   Ｄより小さいＭ個（ここに、Ｍは整数）の短歯を有し、
   前記等歯と前記長歯と前記短歯の個数を、 Ｌ＋Ｍ＋Ｎ＝Ｔ Ｎ≧２ Ｌ≧２ Ｍ≧２ となし、さらに、前記電機子鉄心の歯の並びを所定方向
   にブロック化したとき、前記等歯から始まって前記長歯
   で終わり、前記長歯と前記等歯が部分的に隣接して集中
   している長ピッチブロック、および、前記等歯から始ま
   って前記短歯で終わり、前記短歯と前記等歯が部分的に
   隣接して集中している短ピッチブロックが同数個形成さ
   れ、前記長ピッチブロックと前記短ピッチブロックは交
   互に円周上に配置され、前記各長ピッチブロック内に少
   なくとも２個の前記長歯と少なくとも１個の前記等歯を
   含み、かつ、前記各短ピッチブロック内に少なくとも２
   個の前記短歯と少なくとも１個の前記等歯を含むことを
   特徴とする電動機。
2. 【請求項２】隣接する一対の長ピッチブロックと短ピッ
   チブロックのなす角度が（360゜/P）・Ｑ（ここに、Ｑ
   は２以上の整数）となるときに、前記長ピッチブロック
   内の長歯の実効ピッチをＤ・（１＋G/Q）（ここに、Ｇ
   は１以上でQ/2以下の整数）に等しくし、前記短ピッチ
   ブロック内の短歯の実効ピッチをＤ・（１−H/Q）（こ
   こに、Ｈは１以上でQ/2以下の整数）に等しくしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電動機。
3. 【請求項３】長歯の実効ピッチをＤ・（１＋1/Q）に等
   しくし、短歯の実効ピッチをＤ・（１−1/Q）に等しく
   したことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の電
   動機。
4. 【請求項４】Ｐ＞Ｌ、かつ、Ｐ＞Ｍとしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の電動機。
5. 【請求項５】Ｌ＝Ｐ−１、かつ、Ｍ＝Ｐ−１としたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の電動機。