JPH071999B2 - 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。

（従来の技術） 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（たとえば、本出願人が提案した特願昭53-145489号
を参照）。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５図は従来の電動機の構造を示す要部構成図である。
回転軸（１）に取り付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）が取り付けられて
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），（B1）〜（B4），
（C1）〜（C4）が重巻して巻装されている。巻線（A
1），（A2），（A3），（A4）は５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（A
1）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（A
2）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
1）と（A3）の一端が収納されている。他の相の巻線（B
1）〜（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であるから機械角90
度が１磁極ピッチであり、電気角180度に相当する）。

第６図に駆動回路の構成図を示す。第５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）
は各巻線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）は各巻線方向を考慮して直
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（P1），（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（I1），
（I2），（I3）を出力する。その結果、A,B,C相の巻線
群への電流（I1），（I2），（I3）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。

（発明が解決しようとする問題点） この従来例におけるコギングトルクについて第７図を参
照して説明する。第７図は、第５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５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８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８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次調波成分を基本として、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，‥‥‥‥などの高調波西部を含んでいる。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53-1454
89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、コギングトルクを大幅に低減した電動機を提供
することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明では、Ｐ極（Ｐは２以上の偶数）の界磁磁極を円
周上に等角度間隔に有する界磁部と、6P個の巻線用溝に
３相の巻線を重巻した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であって、前記電機子鉄心は、
実効ピッチがＤ＝60°/Pより大きい長歯および実効ピッ
チがＤより小さい短歯をそれぞれ１個以上有し、連続す
るＬ個（Ｌは６よりも大きく6P以下の整数、すなわち６
＜Ｌ≦6P）の歯の全体の実効ピッチが（360°/P）・Ｑ
（Ｑは２以上の整数）に等しい時に、前記Ｌ個の歯のな
かに含まれる実効ピッチの最小な短歯を基準にして、前
記基準の短歯の実効ピッチと前記Ｌ個の歯の中のｍ番目
（ｍは１からＬまでの整数）の歯の実効ピッチの比をR:
R＋Vm（Ｒは１以上の整数、Vmは０を含む正の整数）と
なし、 とするときに、 Ｗを１以上の整数で、かつ、Ｑの１より大きい約数の公
倍数と異ならせたことにより、上記目的を達成したもの
である。

（作用） 本発明は上記の構成にすることによって、界磁部の磁極
に対する巻線用溝の位相を簡単にずらすことができるの
で、電機子鉄心の合成の磁気的変動分が小さくなり、コ
ギングトルクも小さくなる。

（実施例） 第１図に本発明の一実施例を表す要部平面展開図を示
す。第１図において、ロータ（２）に取り付けられたマ
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５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（ｆ）に渡って
巻線（A1）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（B1）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）〜（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（ｉ）から（ｎ）に渡って巻線（C1）が巻装さ
れ、巻線用溝（ｏ）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（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６図の構成と同様であ
り、説明を省略する。

第１図の実施例においては、電機子鉄心（４）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ッチはＤ＝60°/P＝
15°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−ｋ）は短歯、歯（ｋ−ｌ）は短歯、歯（ｌ−ｍ）
は短歯、歯（ｍ−ｎ）は短歯、歯（ｎ−ｏ）は短歯、歯
（ｏ−ｐ）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、歯（ｕ−ｖ）は短歯、歯（ｖ−ｗ）
は短歯、歯（ｗ−ｘ）は短歯、歯（ｘ−ａ）は長歯あ
る。巻線用溝（ａ）から（ｈ）の間（a,b,c,d,e,f,g,
h,）と巻線用溝（ｉ）から（ｐ）の間（i,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（ｈ）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対称的に配置され
ている。短歯（ａ−ｂ），（ｂ−ｃ），（ｃ−ｄ），
（ｄ−ｅ），（ｅ−ｆ），（ｆ−ｇ），（ｇ−ｈ），
（ｉ−ｊ），（ｊ−ｋ），（ｋ−ｌ），（ｌ−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＝1
3.333°に等しくもしくは略等しくされている。長歯
（ｈ−ｉ），（ｐ−ｑ），（ｘ−ａ）の実効ピッチは、
720°/27＝26.667°に等しくもしくは略等しくされてい
る。すなわち、連続するＬ＝24個の歯の全体の実効ピッ
チが360度（Ｑ＝Ｐ）に等しく、基準の短歯（短歯の実
効ピッチはすべて等しいのでどの短歯を基準にしてもよ
い）と短歯の実効ピッチの比は1:1（Ｒ＝1,Vm＝０）で
あり、基準の短歯と長歯の実効ピッチの比は1:2（Ｒ＝
1,Vm＝１）である。その結果、 となっている。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°/27＝13.333°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）〜（ｘ）と補助溝
（ａ′）〜（ｃ′）をみたときの位相関係を第２図に示
す。Ａ相の巻線群を収納された巻線用溝（ａ），
（ｆ），（ｇ），（ｌ），（ｍ），（ｒ），（ｓ），
（ｘ），は１磁極ピッチの1/27の位相差で位相ずれを設
けられ（巻線用溝の位相（ａ），（ｆ），（ｇ），
（ｌ），（ｍ），（ｒ），（ｓ），（ｘ），は６個所以
上に異なる）、その変動範囲は１磁極ピッチの8/27（１
磁極ピッチの1/3以下なされている。同様に、Ｂ相の巻
線群を収納された巻線用溝（ｄ），（ｅ），（ｊ），
（ｋ），（ｐ），（ｑ），（ｖ），（ｗ），は１磁極ピ
ッチの1/27の位相差で位相ずれを設けられ、その変動範
囲は１磁極ピッチの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（ｂ），（ｃ），
（ｈ），（ｉ），（ｎ），（ｏ），（ｔ），（ｕ），は
１磁極ピッチの1/27の位相差で位相ずれを設けられ、そ
の変動範囲は１磁極ピッチの8/27になされている。Ａ相
の巻線用溝群（a,f,,g,l,m,r,s,x）とＢ相の巻線用溝群
（d,e,j,k,p,q,v,w）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１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1/27の位相差で位置がすべて異なっている。第
３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。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）
〜（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４図に、第５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
（ｂ），（ｈ），（ｎ），（ｔ）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），（ｖ）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（ｆ），（ｌ），（ｒ），（ｘ）は同
位相となるので、第５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５図の従来例に補助溝
（ａ′）〜（ｃ′）はない）。第３図と第４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），（C1），
（C2），（C3），（C4）の実効ピッチは（１磁極ピッチ
の24/27）＝160度（電気角）以下から（１磁極ピッチの
20/27）＝133.3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。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）−（ｌ）間の角度は160°（４個の
短歯と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、（B1）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（ｋ）−（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160°（４個の短歯と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）−
（ｔ）間の角度は160°（４個の短歯と１個の長歯
分）、（C3）の巻装された巻線用溝（ｕ）−（ｂ）間の
角度は160°（４個の短歯と１個の長歯分）、（C4）の
巻装された巻線用溝（ｃ）−（ｈ）間の角度は133.3°
（５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（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。

また、本実施例に示したように、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の整数倍に等しくし、回転
軸に対して対称に配置にするならば３相の巻線群の間の
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。（第１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。） 前述の第１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３図の
（ａ′）、（ｂ′）、（ｃ′）がなくなっても、合成の
磁気的変動分は第４図の従来例の磁気的変動分よりも小
さく、コギングトルクも小さい。また、長歯の回転軸に
対して対称に配置することも必ずしも必要ではない。一
般に、長歯と短歯の配置を工夫して、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に有する界磁
部と、6P個の巻線用溝に３相の巻線を重巻した電機子鉄
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にあって
は、電機子鉄心は、実効ピッチがＤ＝60°/Pより大きい
長歯および実効ピッチがＤより小さい短歯をそれぞれ１
個以上有し、連続するＬ個（Ｌは６よりも大きく6P以下
の整数、すなわち６＜Ｌ≦6P）の歯の全体の実効ピッチ
が（360°/P）・Ｑ（Ｑは２以上の整数）に等しい時
に、前記Ｌ個の歯のなかに含まれる実効ピッチの最小な
短歯を基準にして、前記基準の短歯の実効ピッチと前記
Ｌ個の歯の中のｍ番目（ｍは１からＬまでの整数）の歯
の実効ピッチの比をR:R＋Vm（Ｒは１以上の整数、Vmは
０を含む正の整数）となし、 とするときに、 Ｗを１以上の整数で、かつ、Ｑの１より大きい約数の公
倍数と異ならせることにより、界磁部の磁極ピッチに対
する電機子鉄心のＬ個の巻線用溝の位相を、容易に多く
の位相にずらすことができる（第２図参照）。その結
果、電機子鉄心の合成の磁気的変動分の大きさが大幅に
小さくでき（第３図参照）、電機子鉄心の磁気的変動分
と界磁部の磁極の相互作用によるコギングトルクを大幅
に小さくできる。

さらに、ＷをＱの１より大きい約数と異ならせると共
に、Ｗ＝（Ｑの１よりも大きい約数）−１またはＷ＝
（Ｑの１よりも大きい約数）＋１にすれば、前述の条件
を簡単に満足させることができる。さらに、Ｗ＝（Ｑの
公倍数）−１またはＷ＝（Ｑの公倍数）＋１にしても、
前述の条件を簡単に満足させることができる。前述の実
施例では、Ｑ＝Ｐ＝４とし、Ｗ＝Ｑ−１＝３にした。

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より大きくできる。さら
に、巻線用溝と補助溝からなる電機子鉄心の溝の全体を
基準の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に示す。

表１（Ａ）の構成は、第１図の長歯（ｈ−ｉ）を２単位
角度（１単位角度は360°/25＝14.4°）にして、歯（ｐ
−ｑ）と歯（ｘ−ａ）を短歯にし、短歯の実効ピッチを
１単位角度にし、長歯（ｈ−ｉ）に１個の補助溝を設
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（Ｗ＝２−１＝１）。表１
（Ｂ）の構成は、第１図の長歯（ｈ−ｉ）の実効ピッチ
を４単位角度（１単位角度は360°/27＝13.333°）にし
て、歯（ｐ−ｑ）と歯（ｘ−ａ）を短歯にし（短歯の実
効ピッチは１単位角度）、長歯（ｈ−ｉ）に３個の補助
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（Ｗ＝Ｐ−１＝３）。表
１（Ｃ）の構成は、第１図の長歯（ｈ−ｉ）の実効ピッ
チを２単位角度（１単位角度は360°/27＝13.333°）に
して、歯（ｋ−ｌ）を実効ピッチが３単位角度の長歯に
して、歯（ｐ−ｑ）と歯（ｘ−ａ）を短歯にし（短歯の
実効ピッチは１単位角度）、長歯（ｈ−ｉ）に１個の補
助溝を設け、長歯（ｋ−ｌ）に２個の補助溝を設け、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（Ｗ＝３）。表１（Ｄ）の構成は、第
１図の長歯（ｈ−ｉ）の実効ピッチを２単位角度（１単
位角度は360°/29＝12.41°）にして、歯（ｌ−ｍ）を
実効ピッチが３単位角度の長歯にして、歯（ｏ−ｐ）を
実効ピッチが３単位角度の長歯にして、短歯の実効ピッ
チを１単位角度にして、長歯（ｈ−ｉ）に１個の補助溝
を設け、長歯（ｌ−ｍ）と長歯（ｏ−ｐ）に２個の補助
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（Ｗ＝Ｐ＋１＝５）。

また、第１図の実施例に示したような３相の巻線群が巻
装された電動機においては、連続する３組の短歯ブロッ
クと長歯ブロックの全体を実効ピッチを（360°/P）・
Ｑ（Ｑは整数）に等しくて、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の公倍数に等しくし
て、回転軸に対して対称に配置するならば、３組の巻線
群の間の位相差を完全に120度（電気角）に等しくで
き、３相巻線を均等に配置できる効果がある。

表２（Ａ）の構成は、第１図の短歯の実効ピッチを２単
位角度（１単位角度は360°/51＝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（Ｗ＝３）。表２（Ｂ）の構
成は、第１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（Ｗ＝３）。表２（Ｃ）の構成は、第１図の
短歯の実効ピッチを１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（Ｗ＝2P
−１＝９）。

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３に示す。

表３（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１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°/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（Ｗ＝21）。表
３（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＝5.22°）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（Ｗ＝21）。表３（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.
78°）にし、長歯の実効ピッチを４単位角度の長歯にし
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
（Ｗ＝21）。

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４に示す。

表４（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
に配置し、６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°/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
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（Ｗ＝
９）。表４（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（Ｗ＝９）。

前述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＝２にした場合にはＴ＝6P＝12個の
巻線用溝に３相の巻線を重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°/15＝24°）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（Ｗ＝2P−１＝３）。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
°/27＝13.33°）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（Ｗ＝３）。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°/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（Ｗ＝３）。

また、界磁部のマグネット（３）の磁極数をＰ＝２にし
た場合には、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６に示す。

表６（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°/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（Ｗ＝4P＋１＝９）。表６（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36
0°/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（Ｗ＝９）。表６（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（Ｗ＝９）。

さらに、表７に示すように、３組以外の短歯ブロックと
長歯ブロックを配置した構成であっても前述のＷ＝ΣVm
の値を選定することによって、コギングトルクは小さく
なる。

表７（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°/13＝27.69°）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（Ｗ＝Ｐ−１＝１）。表７（Ｂ）の構
成は、短歯の実効ピッチを１単位角度（１単位角度は36
0°/15＝24°）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（Ｗ＝３）。表７（Ｃ）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°/17＝21.176°）に
し、長歯の実効ピッチを２単位角度と３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（Ｗ＝
2P＋１＝５）。

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１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。

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より、コギングトルクの非常
に小さい電動機を実現したものである。従って、本発明
に基づいて、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図は本発明の電動機の一実施例を表す平面展開図、
第２図はマグネットの１磁極ピッチを基本周期として第
１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３図は第１図の実施例の磁気的変動分を表す
図、第４図は第５図の従来例の磁気的変動分を表す図、
第５図は従来の電動機を表す要部構造図、第６図は駆動
回路の構成図、第７図は第５図の電動機の平面展開図、
第８図は界磁部のマグネットの磁束密度の分布を表す図
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、（A1）
〜（A4），（B1）〜（B4），（C1）〜（C4）……巻線。

Claims (9)

【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
   周上に等角度間隔を有する界磁部と、6P個の巻線用溝に
   ３相の巻線を重巻した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であって、前記電機子鉄心は、
   実効ピッチがＤ＝60°/Pより大きい長歯および実効ピッ
   チがＤより小さい短歯をそれぞれ１個以上有し、連続す
   るＬ個（Ｌは６よりも大きく6P以下の整数、すなわち６
   ＜Ｌ≦6P）の歯の全体の実効ピッチが（360°/P）・Ｑ
   （Ｑは２以上の整数）に等しい時に、前記Ｌ個の歯のな
   かに含まれる実効ピッチの最小な短歯を基準にして、前
   記基準の短歯の実効ピッチと前記Ｌ個の歯の中のｍ番目
   （ｍは１からＬまでの整数）の歯の実効ピッチの比をR:
   R＋Vm（Ｒは１以上の整数、Vmは０を含む正の整数）と
   なし、 とするときに、 Ｗを１以上の整数で、かつ、Ｑの１より大きい約数の公
   倍数と異ならせた電動機。
2. 【請求項２】Ｗ＝（Ｑの１より大きい約数）−１とした
   特許請求の範囲第１項記載の電動機。
3. 【請求項３】Ｗ＝（Ｑの１より大きい約数）＋１とした
   特許請求の範囲第１項記載の電動機。
4. 【請求項４】Ｗ＝（Ｑの公倍数）−１とした特許請求の
   範囲第１項記載の電動機。
5. 【請求項５】Ｗ＝（Ｑの公倍数）＋１とした特許請求の
   範囲第１項記載の電動機。
6. 【請求項６】Ｗを３の奇数倍に等しくした特許請求の範
   囲第１項記載の電動機。
7. 【請求項７】任意の短歯の実効ピッチと任意の長歯の実
   効ピッチの比をR:R＋１にした特許請求の範囲第１項記
   載の電動機。
8. 【請求項８】少なくとも１個の長歯に補助溝を設けた特
   許請求の範囲第１項記載の電動機。
9. 【請求項９】Ｑ＝Ｐとした特許請求の範囲第１項記載の
   電動機。