JPS6046633B2

JPS6046633B2 - 電動機

Info

Publication number: JPS6046633B2
Application number: JP681878A
Authority: JP
Inventors: 誠後藤; 一二小林
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-01-24
Filing date: 1978-01-24
Publication date: 1985-10-17
Also published as: JPS5499910A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は巻線用の溝が設けられた電機子鉄心を有する電
動機に関するものである。

一般に、電機子鉄心に巻線用の溝を設けて磁性歯を構成
した電動機は、溝を設けない電動機と比較して巻線に多
くの界磁磁束を鎖交させることができるため、小型、軽
量で大きな出力トルクを出す電動機となる。

しかし、電機子鉄心が巻線用の溝により磁気的に不均一
な構造であるために、たとえば界磁部として永久磁石を
使用する場合、永久磁石との相互作用によつてコギング
カを発生させるという欠点がある。

以下、このことについて３相駆動方式の電動機を例にと
つて図面を参照して説明する。第１図は従来の電動機の
一例の要部構成図である。同図において、ロータ１に取
付けられた永久磁石２は、等角度間隔（９０に）または
、ほぼ等角度間隔に４極の磁極を有する円環状の磁石で
あり、界磁部を構成している。電機子鉄心３は、３個の
磁性歯４ａ，４ｂ，４ｃを有し、それらは等角度間隔（
１２００）または、ほぼ等角度間隔に位置し、前記永久
磁石２の磁極と所要間隔あけて配置されている。

上記の各磁性歯４ａ，４ｂ，４ｃには、それぞれ１個の
駆動巻線５ａ，５ｂ，５ｃが巻装されている。

前記磁性歯４ａ，４ｂ，４ｃは永久磁石２の磁極との相
対位置関係について独立な３相に分かれている。

従つて、たとえばホール素子などの磁気感応素子により
、永久磁石２の回転位置を検出し、トランジスタのごと
き半導体スイッチによつて、通電する駆動巻線を順次切
換えて行くならば、ロータ１を同一方向へ連続して回転
させ得る。次に、このような第１図の従来例の電機子鉄
心３が有する磁気的な変動分とコギングカの関係につい
て説明する。

一般に、永久磁石２と電機子鉄心３の間の磁場に貯えら
れた磁気エネルギーが、その両者の相対．位置に応じて
変化することにより、コギングカが生じる。

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、永久磁石２は１磁極ピッチを基本周期として、その
高調波成分の磁気的な変動分を主に有している。従つて
、永久磁石２の１磁．極ピッチを基本周期として、電機
子鉄心３の磁気的な変動分を考えれば良く、一般に、そ
の変動分を小さくするか、変動の周波数を高くするなら
ば、永久磁石２との相互作用であるコギングカは小さく
なる。第１図に示す従来例の電機子鉄心３の磁気的な変
動は磁性歯間の溝６ａ，６ｂ，６ｃにより生じ、永久磁
石２の表面の各点からみた電機子鉄心３のパーミアンス
（磁気抵抗の逆数）の場所的な変動によつて表される。

上記各溝６ａ〜６ｃは、ほぼ同一の形状をなし、永久磁
石２の磁極との相対位置関係について溝６ａ，６ｂ，６
ｃの間には１磁極ピッチの１１３の位相差がある。従つ
て、電機子鉄心３の有する合成の磁気的な変動分は第２
図に実線で示すようになる。なお、第２図に示す破線Ａ
，ｂ，ｃは各溝６ａ，６ｂ，６ｃの磁気的な変動分を表
わしている。第２図から明らかなように、第１図に示す
従来ノ例の電機子鉄心３の磁気的な変動分は３つの山、
谷を有する大きな変動となる。

その結果、コギングカもロータの１磁極ピッチの回転に
対して力の向きが６回変化する。本発明は以上の観点か
ら、巻線用溝を有する電・機子鉄心を具備した電動機で
ありながら、電機子鉄心が有する磁気的な変動分の大き
さを小さくし、さらには変動の周波数を高くして、コギ
ング力の小さい電動機を提供するものである。

以下、本発明を図面に基いて説明する。

第３図に本発明の一実施例の要部構成図を示す。

同図において、ロータ１に取付けられた永久磁石２は、
等角度間隔または、ほぼ等角度間隔（９００）に４極の
磁極を有する円環状の磁石であり、これは第１図に示し
た従来例と同様のものがある。電機子鉄心１３は９個の
磁性歯（突極）Ａ１〜〜を有し、それらは等角度間隔ま
たは、ほぼ等角度間隔（４０れ）に位置し、前記永久磁
石２の磁極と所要間隔をあけて対向配置されている。ま
た、前記磁性歯Ａ１とＡ２，Ａ４とＡ５，Ａ７とＡ８に
は図示のごとく駆動巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃがそれ
ぞれ巻装されている。上記駆動巻線１５ａ，１５ｂ，１
５ｃは永久磁石２の磁極との相対位置関係について独立
な３相に分かれている。

従つて、たとえばホール素子などの磁気感応素子により
永久磁石２の回転位置を検出し、トランジスタのごとき
半導体スイッチによつて、通電する各相の駆動巻線を順
次切換えて行くならば、ロータ１を同一方向へ連続して
回転させ得る。なお、かかる駆動回路については周知の
ものを使用できるので、ここでの詳しい説明は省略する
。次に、本実施例の電機子鉄心１３が有する磁気的な変
動分について説明する。

磁性歯間の溝Ｂ１〜Ｂ９は、永久磁石２の磁極との相対
位置関係について１磁極ピッチの１１９の位相差で個々
に独立な位相となつている。そのため、各溝Ｂ１〜八に
よる磁気的な変動分の関係は、第４図に破線で示すよう
になる。従つて、電機子鉄心１３の合成磁気的変動分は
同第４図に実線て示すように９個の山、谷を有するよう
になる。これを第２図に示す従来例の磁気的変動分と比
較するならば、変動の大きさは小さく、さらに変動の支
配的な成分の次数は３倍の高次になつている。一般に、
コギングカの各成分の大きさは、電機子鉄心の有する該
当成分の大きさと、界磁部である永久磁石の有する該当
成分の大きさの積に関係し、その積が小さくなればコギ
ングカの該当成分の大きさも小さくなる。

また、永久磁石の有する成分は、通常、高次の成分にな
る程、その大きさは減衰する。従つて、電機子鉄心の有
する磁気的な変動分の大きさが小さい点と、変動の支配
的な成分の次数が高次であることにより、第３図に示す
本発明の実施例のコギングカは著しく小さくなつている
。

以上の説明から明らかなように、本発明は、電機子鉄心
の磁性歯間の溝が永久磁石の磁極との相対位置関係につ
いて独立な位相となる相数を多くするように、磁性歯数
を選定して、電機子鉄心の磁気的な変動分の支配的な成
分を高次にするか、または、その大きさを小さくし、コ
ギングカを低減させたものである。第３図に示した本発
明の実施例においては、３相の駆動巻線群を巻装した電
機子鉄心の磁性歯の数を相数の３倍に選び、磁性歯間の
溝か永久磁石の磁極との相対位置関係について独立な位
相にして、コギングカを小さくした。ここで、磁性歯数
をＴ１磁極数をＰ，Ｔ（５Ｐとの最大公約数をＲとする
ば、磁性歯間の溝の独立な相数Ｌは、となる。

一般に、駆動巻線の相数が（２ｒｎ＋１）相の場合には
、となすことにより、電機子鉄心の磁気的な変動分の支
配的な成分の次数を高次にできるため、コギングカの小
さな電動機とし得る。

特に、相数の小さな電動機において、とするならば、本
発明の効果は大となる。

第３図の実施例では、駆動巻線の相数は（２ｒＴ１＋１
）＝３、永久磁石の極数はＰ＝４であり、磁性歯の個数
をＴ＝（２ｒＴ１＋１）（Ｐ−１）＝９としている
。

その結果、Ｒ＝１であることからＬ＝Ｔ＝９となり、相
数（３相）の３倍となつている。また、前述の第３図の
実施例に示すように、１つの溝に重複して別の相の駆動
巻線を巻装しないようにしたならば、巻線作業は簡単に
なる。

さらに、駆動巻線の個数を界磁部の磁極数より少なくす
るならば、巻線を重複しないように配置できるため、巻
線作業は著しく容易になる。特に（２ｒＴ１＋１）相の
場合には、（駆動巻線の個数）（磁極数）＝（２１
Ｔ１＋１）Ｇ知＋２）にすると良い。更に第３図の実
施例ては、開放溝構造の電機子鉄心を使用した場合を示
したが、本発明は、そのような構造のみに限定されるも
のではなく、第５図に例示するごとき半閉溝構造の電機
子鉄心を使用した場合も同様に実施可能である。

すなわち、第５図は本発明の別の実施例の要部構成図て
あり、図中のロータ１および永久磁石２は前述の第３図
の実施例で使用されているものと同様である。電機子鉄
心２３は等角度間隔または、ほぼ等角度間隔（２４２）
で放射状に突出せる比個の磁性歯Ａ１〜Ａｌ５を有し、
それらの磁性歯間の溝？〜Ｂｌ５は半閉溝になつている
。また、磁性歯Ａ１〜Ａ４には第１相の駆動巻線２５ａ
１磁性歯〜〜Ａ９には第２相の駆動巻線２５ｂ１そして
磁性歯Ａｌｌ〜Ａｌ４には第３相の駆動巻線２５ｃとい
つたように３相の巻線群が巻装されている。上記駆動巻
線２５ａに鎖交する磁束の流入幅すなわち実効ピッチは
溝Ｂ１の中心と溝既の中心との等角度間隔にほぼ等しく
、およそ９６のとなつている。これは、永久磁石２の１
磁極ピッチ（９０て）にほぼ等しくなつている。他の相
の駆動巻線２５ｂ，２５ｃについても同様である。なお
、第５図に示した実施例・の駆動原理は前述の第３図の
実施例と同様である。次に、第５図の実施例における電
機子鉄心の磁気的不均一性およびコギングカについて説
明する。

本実施例では、駆動巻線の相数は（２ｎ１＋１）＝３、
永久磁石の磁極数はＰ＝４であり、磁性歯の個数をＴ＝
（２ｒＴ１＋１）（Ｐ＋１）＝１５としている。

その結果、Ｒ＝１であることから、磁性歯間の溝が永久
磁石の磁極との相対位置関係について独立な位相となる
相数はＬ＝Ｔ＝１５となり、相数（３相）の５倍になつ
ている。また、各溝が半閉溝であるから、溝の開ピッチ
を小さくすることができ、各溝による磁気的変動の大き
さを小さくできる。従つて、前述の第３図の実施例の場
合と同様に、第５図の実施例の電機子鉄心の磁気的な変
動分の大きさは小さくなり、さらに変動の支配的な成分
の次数は相数の５倍になる。

その結果、第５図の実施例の電動機のコギングカは著し
く高い周波数のものとなり、大きさも小さくなつている
。また、第５図の実施例では各磁性歯Ａ１〜Ａｌ５を、
図示のように磁性歯の中心部の方が、その両側部分より
も永久磁石２の磁極に接近するように構成している。そ
のため、電機子鉄心の磁気的変動分のうち、高次の成分
が水さくなり、コギングカは低減する。この場合も駆動
巻線の実効ピッチを永久磁石の１磁極ピッチに、ほぼ等
しくするならば、駆動巻線に鎖交する磁束の最大値は大
きくなり、また、回転角に対する鎖交磁束の変化率がー
ー定となる幅が広くなり、効率の良い、しかもトルク・
リップルの少ない電動機を実現し得る。なお、前述の第
３図および第５図に示した本発明の実施例は、いずれも
３相駆動方式の電動機について示し奇数相の場合につい
て説明したが、本．発明はそのような構造のみに限らず
、偶数相の場合でも実施できる。第６図は４相駆動方式
とした本発明のもう一つの実施例の要部構成図である。

これを説明すると、ロータ３１に取付けられた永久磁石
３２は等！角度間隔または、ほぼ等角度間隔（６００）
に６極の磁極を有する円環状の磁石である。電機子鉄心
３３は放射状に突出せる１６個の磁性歯Ａ１〜Ａｌ６を
有し、それらは、ほぼ等角度間隔（２２．５〜）に位置
し、ロータ３１に取付けられた円環状永久磁石く３２の
磁極と所要間隙あけて対向配置されている。また、磁性
歯Ａ１〜Ａ，，Ａ５〜Ａ７，Ａ９〜Ａｌｌ，Ａｌ３〜Ａ
ｌ５には４相の駆動巻線３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５
ｄが巻装されている。それらの各駆動巻線の実効ピッチ
は、およそ６７．５のであり、永久磁石３２の１磁極ピ
ッチにほぼ等しくされている。駆動巻線３５ａ〜３５ｄ
は４相に分かれているから、この場合も、たとえばホー
ル素子などの磁気感応素子により永久磁石３２の回転位
置を検出し、トランジスタのごとき半導体スイッチによ
り、通電する駆動巻線を順次切換えて行くならば、ロー
タ３１を同一方向へ連続して回転させ得ｌる。

次に、第６図の実施例の電機子鉄心の磁気的不均一性と
コギングカについて説明する。

磁性歯数Ｔ＝１６．磁極数Ｐ＝６であり、Ｔ（５Ｐとの
最大公約数Ｒ＝２であるから、磁性歯間の溝が永久磁石
の磁極との相対位置関係について独立な位相となる相数
Ｌは、Ｌ＝Ｔ／Ｒ＝８となる。従つて、電機子鉄心の磁
気的な変動分の支配的な成分の次数は高次になつており
、また、大きさも小さくできるから、第６図の実施例の
コギングカも小さいものとなつている。一般に、相数を
２ｎ１（ただし、ｍは１以上の整数）とするとき、溝の
相数Ｌをとするならば、本発明の効果を得ることができ
る。

特に相数の小さな電動機において、とするならば、その
効果は大となる。

本実施例では、駆動巻線の相数は加＝４、永久磁石の磁
極数はＰ＝６てあり、磁性歯の個数をＴ＝加・（Ｐ／２
＋１）＝１６とすることにより、ＴとＰとの最大公約数
をＲ＝２とし、溝の相数をＬ＝Ｔ／２＝８〉加＝４にし
た。

本実施例においても、各駆動巻線の実効ピッチを１磁極
ピッチにほぼ等しくしているため、トルク・リップルが
少なく効率の良い電動機となる。

また、駆動巻線の個数が界磁部の磁極数よりも少ないた
め巻線が重複することがなく、巻線作業の容易な電動機
となる。特に、加の場合には、（駆動巻線の個数）
（磁極数）＝ｍ：（ｍ＋１）にすれば良い。もちろん
本発明は、駆動巻線の実効ピッチを界磁部の１磁極ピッ
チに等しく、または、ほぼ等しくした場合に限られるも
のではなく、１磁極ピッチよりも長くしたり、短かくし
ても良いことはいうまでもない。

また、前述の本発明の各実施例においては、ロータに界
磁部を設けたが、本発明は界磁部を固定子とし、電機子
鉄心を回転子とした場合も同様に実施できるし、さらに
は外転型に限らず、内転型であつても良い。

また、電機子鉄心の各磁性歯は硅素鋼板の積層体に限ら
す、鉄板を適当に折り曲げて形成しても良い。以上の説
明から明らかなように、本発明は、コギングカが著しく
小さい電動機を実現可能にしたものである。

また、本発明において駆動巻線の実効ピッチを界磁部の
１磁極ピッチに等しく、または、ほぼ等しくするならば
、トルク・リップルも小さい電動機を実現し得る。さら
に、駆動巻線の個数を界磁部の磁極数よりも少なくする
ならば、巻線作業の容易な製造の簡単な電動機とし得る
。従つて、本発明に基づき、特に音響機器用電子整流子
型電動機を構成するならば、トルク変動の少ない電動機
を安価にかつ量産性良く提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電動機の一例の要部構成図、第２図は第
１図の電動機における電機子鉄心が有する磁気的な変動
分を示す図、第３図は本発明の一実施例の要部構成図、
第４図は第３図の実施例の電機子鉄心が有する磁気的な
変動分を示す図、第５図および第６図はそれぞれ本発明
の別の実施例の要部構成図である。１，３１・・・・・・ロータ、２，３２・・・・・・永
久磁石、１３，２３，３３・・・・・電機子鉄心、Ａ１
〜Ａｌ６・・・磁性歯、１５ａ〜１５ｃ，２５ａ〜２５
ｃ，３５ａ〜３５ｄ・・・・・・駆動巻線、Ｂ１〜Ｂｌ
６・・・・磁性歯間の溝。

Claims

【特許請求の範囲】１等角度間隔または、ほぼ等角度間隔に永久磁石によ
るＰ個（ただし、Ｐは２以上の偶数）の磁極を有する界
磁部と、等角度間隔または、ほぼ等角度間隔に同一形状
もしくは略同一形状のＴ個（ただし、ＴはＰより大きい
整数）の磁性歯を有する電機子鉄心と、上記電機子鉄心
に巻装された（２ｍ＋１）相（ただし、ｍは１以上の極
数）の駆動巻線群を有し、かつ上記界磁部と電機子鉄心
のうち、いずれか一方が他方に対して回転自在であつて
、上記ＴとＰとの最大公約数をＲとし、Ｔ／Ｒ＝Ｌとお
くとき、Ｌ＞２（２ｍ＋１）としたことを特徴とする電動機。２駆動巻線群の総巻線個数をＤとするとき、Ｄ＜Ｐと
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電動
機。３磁性歯の数Ｔを、Ｔ＝（２ｍ＋１）・（Ｐ−１）またはＴ＝（２ｍ＋１）・（Ｐ＋１）にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
２項記載の電動機。４等角度間隔または、ほぼ等角度間隔に永久磁石によ
るＰ個（ただし、Ｐは２以上の偶数）の磁極を有する界
磁部と、等角度間隔または、ほぼ等角度間隔に同一形状
もしくは略同一形状のＴ個（ただし、ＴはＰより大きい
整数）の磁性歯を有する電機子鉄心と、上記電機子鉄心
に巻装された２ｍ相（ただし、ｍは１以上の整数）の駆
動巻線群を有し、かつ上記界磁部と電機子鉄心のうち、
いずれか一方が他方に対して回転自在であつて、上記Ｔ
とＰとの最大公約数をＲとし、Ｔ／Ｒ＝Ｌとおくとき、
Ｌ＞２ｍとしたことを特徴とする電機子。５駆動巻線群の総巻線個数をＤとするとき、Ｄ＜Ｐと
したことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の電動
機。６磁性歯の数Ｔを、Ｔ＝２ｍ・（Ｐ／２＋１）としたことを特徴とする特許請求の範囲第４項または第
５項に記載の電動機。