JPS62100154A - Motor - Google Patents
MotorInfo
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- JPS62100154A JPS62100154A JP23839685A JP23839685A JPS62100154A JP S62100154 A JPS62100154 A JP S62100154A JP 23839685 A JP23839685 A JP 23839685A JP 23839685 A JP23839685 A JP 23839685A JP S62100154 A JPS62100154 A JP S62100154A
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- JP
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- Prior art keywords
- armature
- rotor
- armatures
- phase
- angle
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- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
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。[Detailed description of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a motor.
(用語について)
本明細書において、電機子とは回転子、固定子を問わず
有鉄芯・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。(About terminology) In this specification, an armature refers to a mechanical element, regardless of whether it is a rotor or a stator, that generates magnetic poles by winding a coil around a ferrous core, a non-ferrous core, or an alternative thereof. Further, as long as the coil generates a magnetic pole, a hollow coil may be included as necessary. Angular designations used to indicate mechanical configurations refer to the mechanical angle (geometric angle) to the center between each adjacent mechanical element. However, it goes without saying that the expression used to represent electrical phase is electrical angle.
(従来の技術)
従来、モータには誘導モータ、同期モータおよび整流子
モータ等がある。これらのモータのうち、たとえばフレ
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行く方法には全節奏と
、短節巻等の巻線方法があった。そのうちでも全節奏の
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
に一7=l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1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
ルピンチを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。(Prior Art) Conventionally, motors include induction motors, synchronous motors, commutator motors, and the like. Among these motors, for example, in a motor configured such that a stator is arranged at the center of the frame and a rotor is arranged around the outer periphery of the stator, the fixed There were two winding methods for winding the coil around multiple iron cores provided around the outer circumference of the coil: full-section winding and short-section winding. Among these, motors that use full-scale three-phase alternating current are widely known, and are configured to operate on the principle of operation shown in FIG. The figure is a conceptual diagram showing a 360° linear development of a rotary motor.The example motor has an 8-pole rotor, and slots for storing coils wound around the stator. has 24 grooves, and Figure 3 shows a part of the stator as described above, where the coil is wound halfway, and in order to simplify the drawing, the coil is wound only once in the 17=l slot. Although this is a conceptual cutaway diagram, the coils to be stored in the slots are arranged in a slot 3 in the middle of a plurality of fixed armatures 2 provided on the outer periphery of the stator 1.
It is constructed by winding three-phase coils of A, B, and C over two layers each. Such a motor is generally configured so that the relational expression S=MPθ holds true, where M is the number of phases, S is the number of slots, P is the number of poles, and θ is the coil pinch. In order to apply rotational force to the rotor, a three-phase alternating current is applied to the coil 4 wound around the fixed armature 2, as shown in the lower part of FIG. The magnetic fluxes of the magnetic fields φA, φB, and φC are generated, and the position of the composite magnetic field (indicated by the dotted line in the figure) is rotated by changing the phase with the passage of time, and is applied to the outer periphery of the fixed armature 2. A rotating magnetic field is created, and the rotor is rotated by the rotating magnetic field.
(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、
(1)上記のような巻回方法では固定電機子のトルク発
生のために有効なコイルの長さに対して、無効となるコ
イルの長さが長くなって、そのコイル巻線の巻込み量の
ねりには、これらのコイルは、高トルクを得るために充
分且つ効率的に使用されているとはいえない、(2)ま
た第3図に示すように、コイルは二つのスロットを跨い
で巻回するから、同図でみられるように、例えば3相の
コイルを巻けば3層に重ね巻きされてしまうことになる
。したがって、コイルの重なり部分の厚みがでてしまっ
て、これが特に各種ディスク回転用のようにモータを薄
型にしようとする場合に、致命的な欠陥となる。短節巻
においては、上記のようなスロットを跨ぐことはないが
その代わり、全節巻状態が達成され得ない。(3)その
他に、このようなコイルの巻回方法を採るモータは、高
トルクを得るためには当該コイルの巻回数を増加してや
らなければならず、そのためには当該固定子1に設ける
スロット3・・・・・・をもつと大きなものにしなけれ
ばならないので、この場合、モータ自体の大型化が避け
られない、等の欠点があった。(Problem to be solved by the invention) However, if we take such a three-phase eight-pole motor as an example,
(1) With the above winding method, the length of the coil that is ineffective becomes longer than the length of the coil that is effective for generating torque in the fixed armature, and the amount of winding of the coil winding increases. (2) In addition, as shown in Figure 3, these coils are not used sufficiently and efficiently to obtain high torque. Since the coil is wound, as shown in the figure, for example, if a three-phase coil is wound, it will be wound in three layers. Therefore, the overlapped portions of the coils become thick, which becomes a fatal defect especially when trying to make the motor thin, such as for rotating various types of disks. In short-pitch winding, there is no straddling of slots as described above, but instead a full-pitch winding condition cannot be achieved. (3) In addition, in a motor that employs such a coil winding method, in order to obtain high torque, the number of windings of the coil must be increased, and for this purpose, the slot 3 provided in the stator 1 must be increased. . . ., the motor must be large, so in this case, there are disadvantages such as an unavoidable increase in the size of the motor itself.
本発明は上記従来のモータの諸欠点を除去し、且つ薄型
で高トルクの得られるモータを提供するものである。The present invention eliminates the various drawbacks of the conventional motors described above, and provides a thin motor that can provide high torque.
(問題を解決するだめの手段および作用)そのために、
本発明は固定子と回転子のうちの一方を、全周360°
を整数で除した中心角を占めるほぼ均等な幅の磁極で構
成する。そして他方を前記磁極の幅とほぼ同一の中心角
を占める広幅の電機子の間に、該広幅の電機子の占める
中心角をほぼ(11/M)倍(但しMは相の数)した狭
幅の電機子を、Qの数だけ均等に配置した構成にする。(Means and actions for solving problems) For this purpose,
The present invention allows one of the stator and rotor to rotate 360 degrees around the entire circumference.
It consists of magnetic poles of approximately equal width occupying a central angle divided by an integer. The other is placed between a wide armature that occupies a central angle that is approximately the same as the width of the magnetic poles, and a narrow armature that is approximately (11/M) times (where M is the number of phases) the central angle that the wide armature occupies. A configuration in which the number of width armatures is equally arranged is Q.
但し前記Mが奇数のときQはMの1倍の数を採り、Mが
偶数のとき、QはMの2倍の数を採るようにする。However, when M is an odd number, Q is set to be one time the number of M, and when M is an even number, Q is set to be twice the number of M.
このことにより前記電機子に巻回するコイルは全節巻で
、その中間部にスロットを跨いで巻線することがないの
で当該電機子に磁束を効率良く発生させることができる
。そして、該磁束を効率的に利用して高トルクを得ると
同時に、今節巻でありなからモータ自体の薄型化および
小型で高トルクを得るモータを作り得る。As a result, the coil wound around the armature is a full-pitch winding, and there is no winding across the slot in the middle of the coil, so that magnetic flux can be efficiently generated in the armature. Then, by efficiently utilizing the magnetic flux, high torque can be obtained, and at the same time, since the motor itself is made thin and compact, it is possible to create a motor that can obtain high torque.
(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。(Example) The present invention will be described in detail below based on an example shown in the drawings.
第1図は本発明のモータの一実施例である3相8極モー
タの概念正面図である。但し、固定電機子のコイル4は
、現実は1鉄芯1コイルに多数巻回しているが、図面の
繁雑をさけるため、コイルの巻数を各2回巻きで示した
。FIG. 1 is a conceptual front view of a three-phase eight-pole motor which is an embodiment of the motor of the present invention. However, in reality, the fixed armature coil 4 has a large number of turns around one iron core, but in order to avoid complication of the drawing, the number of turns of each coil is shown as two turns.
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。In the figure, a fixed armature 2... and a rotor 5 are arranged in a frame (not shown), and the fixed armature 2...
The rotor 5 is made to rotate around the outer periphery of...
そのために当該回転子5の内周面(a何字角360°)
に設ける磁極N、Sを整数、例えば8極に360’
等分して、その1極当たりの占める角を−j=45°に
して、これを交互に配置した構成にする。Therefore, the inner peripheral surface of the rotor 5 (a-shaped angle 360°)
The magnetic poles N and S provided in the magnetic poles are divided into an integer number of 360', for example, 8 poles, the angle occupied by each pole is -j=45°, and the poles are arranged alternately.
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1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。In this case, the rotor consists of a permanent magnet or an armature wound with a DC coil. On the other hand, the stator 1 is provided with nine slots 3 on its outer periphery, and coils 4 are inserted into the nine teeth on the sides of the slots 3 as shown in the figure. (However, the armature 2 is wound with two turns). Here, the fixed armature 2... is rotated A every 120 degrees.
B、Cの3相に分割され、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
と同じ45°の広幅にし、残る1個は45°0十倍であ
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。It is divided into three phases, B and C, and three armatures 2 are arranged in each phase. Then, two of the three armatures are wide at 45°, the same as the angle occupied by the magnetic poles, and the remaining one is narrow at 30°, which is 45°00 times. The children 2' are evenly spaced between the wide armatures as shown. Then, current is applied to the three phases A, B, and C of the fixed armature 2 through an angle of 120°.
次にこの固定子lのA、B、C各相におけるl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
。即ち、
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、
という式が成立てば良い。なぜならばこの式におる電機
子2・・・・・・のうちの広幅の電機子の占める角36
0’ 1
をθ2(N−1)とすると共に、−y−(1−1/M)
、即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03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。即ち、
θ1=02(N−1)+03 である。Next, a description will be given of how to determine the angles occupied by the magnetic poles of the narrow armatures 2' disposed in each of the A, B, and C phases of the stator l. This is done using the formula shown below. That is, P is the number of magnetic poles that equally divide one geometric period of 360°, which is an even number, M is the number of phases, M>1, and Q is a number that depends on M, Q>1 (however, if M is an odd number of phases) In this case, Q takes the same number as M, and when M is an even phase, Q takes the same number as M.
When N is an integer and N>1, the following formula should hold true. This is because the angle 36 occupied by the wide armature of armature 2 in this formula
Let 0' 1 be θ2(N-1) and -y-(1-1/M)
That is, assuming that the angle occupied by the remaining one magnetic pole in the same phase, in other words, the angle occupied by the narrow armature, is 03, the equation (2) above can be converted into the following equation. That is, θ1=02(N-1)+03.
そこで、このθ2 (N 1)とθ3との和が1相
当たりの総和角となるので、そのQ倍が360°となる
ので丁度円周内に納まるからである。Therefore, since the sum of θ2 (N 1) and θ3 becomes the total angle per phase, the angle multiplied by Q becomes 360°, which is exactly within the circumference of the circle.
云いかえれば、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−π)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。従って、広幅の電機子を、回転子の磁
極の数よりも(M−1)個少ない数にして、これに狭幅
の電機子2′を0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。In other words, the angle occupied by each magnetic pole of the rotor is 36
It is an angle obtained by dividing 0° by the number of poles, and the wide fixed armature 2 occupies the same angle as each magnetic pole of the rotor. On the other hand, since the angle occupied by the narrow fixed armature is (1-π) times the angle occupied by the wide armature (where M is the number of phases), the angle occupied by the narrow fixed armature is multiplied by M. (M-1), which is an integer. Therefore, the number of wide armatures is (M-1) less than the number of magnetic poles of the rotor, and 0 narrow armatures 2' (however, Q is as above) are arranged therein. For example, the angle occupied by the entire fixed armature is 360 degrees, which means that it fits perfectly within the circumference.
尚、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。Note that the angle occupied by each armature refers to the center between adjacent armatures.
そして、これらの式は前記3相8極に限らず、たとえば
2相6極のモータ等の場合等多相交流モータにも応用で
きることはいうまでもない。It goes without saying that these equations can be applied not only to the three-phase, eight-pole motor, but also to multi-phase AC motors, such as two-phase, six-pole motors.
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。Next, the operation of the motor configured as described above will be explained.
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
。FIG. 4 is a diagram showing the operating principle of the three-phase eight-pole motor.
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が機械角で土πごとに8等分されて
おり、2πで丁度1回転する。これに対し、固定電機子
2には丁π各にA。In the figure, the magnetic poles of the upper rotor 5 and the lower fixed armature 2 are shown in a developed view. Of these, rotor 5
The magnetic poles N and S are divided into 8 equal parts every π in mechanical angle, and it rotates exactly once in 2π. On the other hand, the fixed armature 2 has A for each π.
B、Cの3相の電流を通電する。そして該1相内1
;はTπの広幅を占める
電機子が2個とTπの狭幅を占める電機子1個とで構成
する。3-phase current of B and C is applied. and 1 within the 1 phase
is composed of two armatures occupying a wide width of Tπ and one armature occupying a narrow width of Tπ.
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1相内
で磁界が逆向きになっているのは、各電機子の巻き方向
が逆であるためである。ここで3相交流電流はA、B、
C各1相当たり電気角で1πの間隔をおいて通電し、そ
の3倍の8πが前記固定子1の全部の機械角2πに相当
する。The lower part shows a structure in which a three-phase alternating magnetic field is generated in the stator 1 by passing a current. The reason why the magnetic fields are in opposite directions within the same phase is because the winding directions of each armature are opposite. Here, the three-phase alternating current is A, B,
Electricity is applied at intervals of 1π electrical angle per equivalent of C, and 8π, which is three times that, corresponds to the total mechanical angle of 2π of the stator 1.
そして、その1相内における当該磁界の1πは前記固定
子1の1相内の広幅の電機子の機械角 πと等しくなる
。Then, 1π of the magnetic field within one phase is equal to the mechanical angle π of the wide armature within one phase of the stator 1.
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N+、Sl、N2.N2・・・・・・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1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。In this relationship, the magnetic poles of the rotor 5 are now N+, Sl, N2, . It is assumed that they are arranged in the order of N2, etc., and when N1 is on the left end side, it is assumed that it is 0° in the entire circumference of 360° corresponding to the minus rotation. Here, the magnetic field generated by flowing three-phase alternating current through the coil 4 wound around the fixed armature 2 is generated for each phase of A, B, and C. Draw a waveform as shown at the bottom of the figure. Then, the magnetic poles of the armature 2 in each phase of A, B, and C of the stator 1 are designated by the magnetic pole symbols NA, SA, etc., shown in the same figure. Excite.
このときN2はNAに反発され、且つSHに吸引される
。N2はSBに反発され且つ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、N+ とNA、SlとS
A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、N1はNAに反発され且つSA
に吸引され、SlはSAに反発され且つSB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。At this time, N2 is repelled by NA and attracted to SH. N2 is repelled by SB and attracted to NB, thus producing a torque that causes all magnetic poles to rotate rightward in the drawing until S4. However, N+ and NA, Sl and S
A is the neutral zone, but if the rotor rotates even slightly to the right, N1 is repelled by NA and SA
, Sl is repelled by SA and attracted to SB, thus producing a torque that causes the rotor to rotate clockwise across all poles.
そして前記回転子5の磁極N1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。即ち、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60°
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、N1はNAと反発してSA
に吸引され、SI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S3とSC,N4とNC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、N3はSCと反発してNCに吸引され、N4はN
C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6
0°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。即ち、第6図では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7図では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行くが、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。Then, the magnetic pole N1 of the rotor 5 is moved to the right by 15 degrees in mechanical angle.
When the rotor 5 moves, the relationship between the magnetic poles of the rotor 5 and the fixed armature 2 becomes as shown in FIG. That is, at this point, the above A
The phase of the magnetic field generated in each phase of , B, and C is 60° in electrical angle.
As shown in FIG. 5, the direction of the C-phase magnetic field changes, so that the polarity of the C-phase stationary armature becomes opposite to that in FIG. At that time, N1 will repel NA and SA
SI is also repelled by SA and attracted by NA, thus producing a torque that causes the rotor to rotate in the right direction. However, in the figure, S3 and SC, and N4 and NC are neutral zones, but if the rotor rotates even slightly to the right, N3 will repel SC and be attracted to NC, and N4 will become N4.
It is repulsed by C and attracted to SC, which also generates a torque that rotates clockwise across all poles. In each case from Fig. 6 to Fig. 9, the rotor moves 15 degrees to the right in mechanical angle compared to the previous time, and the phase of the magnetic field generated in the fixed armature 2 is 6 degrees in electrical angle.
It shows the polarity of the rotor and the fixed armature at the time of advancing by 0°. That is, in FIG. 6, the direction of the magnetic field generated in the B phase is opposite to that in FIG. 5, and in FIG. 7, the direction of the magnetic field generated in the A phase is opposite to that in FIG. 6.
Although the magnetic poles of the fixed armature change, at any point in time the relationship between the rotor and the fixed armature is the same as that described in Figures 4 and 5, and at all positions (with the exception of neutral and It will be understood that in the zone, a torque is generated that rotates the rotor to the right (same as in the descriptions of FIGS. 5 and 6).
(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、相数および極数は当業者
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。(Other Embodiments) The above description has been made using a three-phase eight-pole motor as an example, but a person skilled in the art can freely select and design the number of phases and the number of poles as long as the requirements described in the claims are satisfied. It goes without saying that the armature of the present invention may be used for the rotor 5 and the stator may be a field magnet such as a permanent magnet. Examples of the term armature include when it refers to an armature, and when it refers to a mechanical element as opposed to a field magnet, but the term is not limited to these.
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。In addition, in cases where a particularly lightweight design is required,
It is also possible to use hollow coils as the armature of the invention.
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、回転子5の磁極N、Sの占める角60°で6個とな
るのに対し固定手工のA。FIG. 10 also shows a two-phase 6
FIG. 2 is a conceptual front view of a stator used in a polar motor. In this case, the angle occupied by the magnetic poles N and S of the rotor 5 is 60°, resulting in six pieces, whereas A of the fixed manual method.
A’ 、B、B’相内に配置する電機子2・・・・・・
の数は都合8個となり、その1相当たりは2個となる。Armature 2 placed in A', B, B' phases...
In total, there are 8 pieces, and 1 equivalent is 2 pieces.
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。The angle occupied by the two armatures 2 is 60° for the wider armature and 30° for the narrower armature. In this case, since the number of phases is even, the narrow armature 2' is equal to the number of phases.
We will arrange 4 pieces, which is double the number.
(発明の効果)
本発明は以上のように構成し、且つ動作するものである
。しかして回転子5の内側に等分に設けたN、Sの磁極
の占める角に対し、固定電機子2・・・・・・における
磁極の占める角度は3相の場合、A、B、Cの各相内に
おいて、前記回転子5の磁極の占める角よりも小さい角
のものを夫々1個ずつ設けておくことにより、当該固定
子1に対し回転子5をどの角度に位置させても必ず互い
に合わない磁極がでて来るようにさせ、また当該固定子
1の電機子2・・・・・・に巻回するコイル4・・・・
・・は、1鉄芯1コイルでありながら全節巻の方法を採
ることができる、等といったことにより、本発明に係る
モータは(1)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、且つ前
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、軽量で且つ大きなトル
クを発生するモータが得られる。(2)各鉄芯を跨ぐコ
イルがないから、モータの厚みを薄く設計でき、薄型、
高トルクのモータが得られる。(3)従来の交流モータ
のように成る時点で励゛磁されない電機子がないこと、
および各鉄芯を跨ぐコイルがないことによって、コイル
が短くて済み、且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。等数々の効果がある(Effects of the Invention) The present invention is configured and operates as described above. Therefore, in the case of three phases, the angle occupied by the magnetic poles of the fixed armature 2 is A, B, C, compared to the angle occupied by the N and S magnetic poles provided equally on the inside of the rotor 5. In each phase, by providing one each with an angle smaller than the angle occupied by the magnetic poles of the rotor 5, no matter what angle the rotor 5 is positioned with respect to the stator 1, The coil 4 is wound around the armature 2 of the stator 1 so that magnetic poles that do not match each other emerge.
The motor according to the present invention has (1) different from the above-mentioned conventional motor, because the motor according to the present invention can adopt the full-pitch winding method even though it has one iron core and one coil. Each armature is fully energized, and as explained above regarding torque generation, each armature works effectively to generate rotational torque at any time, so it is lightweight compared to the weight of the iron core and coil. In addition, a motor that generates large torque can be obtained. (2) Since there is no coil that spans each iron core, the motor can be designed to be thin, and
A high torque motor can be obtained. (3) There is no armature that is not energized at the time of construction like a conventional AC motor;
And because there is no coil spanning each iron core, the coil can be shorter, and therefore less inductance is created in the coil. There are many effects such as
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
の動作原理の説明のため、回転子、電機子、磁界を対比
させた図、第6図、第7図、第8図、第9図は同前回転
子、電機子を対比した図、第10図は同、他の実施例で
ある2相6極モータの概念正面図である。
図中1・・・・固定子、2・・・・電機子、3・・・・
スロット、4・・・・コイル、5・・・・回転子。
特許出願人 日本フェロ−フルイディクス第1図
第3図
第10図
A
手 続 補 正 書
昭和61年9月30日
特許庁長官 黒 1)明 雄 殿
1、事件の表示
昭和60年特許願第23839ぶ」
2、発明の名称 モータ
3、補正をする者
事件との関係 特許出願人
住所 東京都港区赤坂2−17−22
代表者 山 村 章
6、補正により増加する発明の数 なし8、
補正の内容
+1)明細書を別紙のとおり訂正する。
(2)図面を別紙のとおり差し替える。
9、添付書類の目録
(1)補正した明細書 1通(2)補正
した図面 1通明 細 書
1、発明の名称 モータ
2、特許請求の範囲
固定子および回転子のうち、一方は全周360゜を整数
で除した中心角を占める磁極で構成し、他方については
、前記磁極の幅とほぼ同一の中心角を占める広幅電機子
の間に、該広幅電機子の占める中心角をほぼ(1−−”
)倍した狭幅の電機子を等分に配置して構成したモータ
。
但しMは相の数とし、NはMよりも小さい自然数とする
。
3、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、磁極とは永久磁石・電磁石等のよう
に一定の極性の磁界を生じさせる機械要素を言い、電機
子とは回転子、固定子を問わす有鉄芯・無鉄芯またはこ
れに代わるものにコイルを巻回して磁界を生じさせる機
械要素をいう。また磁界を生じさせるコイルであれば、
必要に応じ空芯のコイルを含むものとする。
また数個のコアをまとめて、これに1つのコイルを巻回
した電機子、および隣接する各コアにコイルを同一方向
に巻回した電機子のように、1磁極として機能するもの
は、それぞれ1個の電機子と着像す。
磁極および電機子の占める中心角とは、各隣接する各機
械要素との境界から境界までの中心角を言い、各隣接す
る機械要素との間に空隙があるときは、その空隙の中心
から空隙の中心までの中心角をいう。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、同期モータおよび整流子
モータ等がある。これらのモータのうちたとえばフレー
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、固定子に回
転磁界を作るため、当該固定子に設けた複数個の鉄芯に
コイルを巻回するが、その巻回方法には、全節奏と短節
巻等の巻線方法がある。そのうちでも全節奏の三相交番
電流を使用するモータは、第2図に正面概念図を示すよ
うに構成したものが広く知られている。
例示のモータは回転子5 (ロータ)が8極で、固定子
1 (ステータ)の外周に設けられた24個の電機子2
をそなえている。そして同図はそのような固定子1に、
図面を簡潔にするために一組のスロット3には1回だけ
しかコイルを巻かない状態の正面概念図であるが、コイ
ル4は、固定子1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τとしたとき、
S=MPτの関係式が成立つように構成されている。
次にこのようなモータの動作原理を第3図に示す。同図
は回転モータの固定子1、回転子5の2π(360°)
を直線状に展開した概念図である。
そして前記回転子に回転力を与えるために、前記固定電
機子2・・・・・・に巻回したコイル4・・・・・・に
3和文番電流を流すことによって、成る瞬間に発生させ
る磁界を、第3図の下部に示す。すなわち3和文番の磁
界φA、φB、φC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従
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
るようにしている。
(発明が解決しようとする問題点)
一般に従来のモータは(1)第2図に示すように、コイ
ル4は二つのスロットを跨いで巻回するから、同図でみ
られるように、例えば3相のコイル4を電機子2に巻け
ば3層に重ね巻きされてしまうことになる。したがって
、コイル4の重なり部分の厚みがでてしまって、これが
特に各種ディスク回転用モータのように薄型化しようと
する場合に、致命的な欠陥となる。短節巻においては、
上記のようなスロット3を跨ぐことはないがその代わり
、全部巻状態が達成され得ない。(2)その他に、この
ようなコイルの巻回方法を保るモータは、高出力を得る
ためには当該コイルの巻回数を増加してやらなければな
らず、そのためには当該固定子1に設けるスロット3・
・・・・・をもつと大きなものにしなければならないの
で、この場合、モータ自体の大型化が避けられない、等
の欠点があった。
本発明は上記従来のモータの諸欠点を除去し、薄型で高
出力の得られるモータを提供するものである。
(問題を解決するための手段および作用)そのために、
本発明は固定子と回転子のうちの一方を、全周360°
を整数で除した中心角を占めるほぼ均等な幅の磁極で構
成する。そして他方を前記磁極の幅とほぼ同一の中心角
を占める広幅の電機子の間に、該広幅の電機子の占める
中心角をほぼ(1−N/M)倍(但しMは相の数とし、
NはMよりも小さい自然数とする。)した狭幅の電機子
を、等分に配置した構成にする。
このことにより磁極と電機子とのズレを生じさせて有効
に出力を得ると共に、前記電機子に巻回するコイルは全
節奏で、その中間部にスロットを跨いで巻線することが
ないので当該電機子に磁束を効率良(発生させることが
できる。そして、該磁束を効率的に利用して高出力を得
ると同時に、全節奏でありなからモータ自体の薄型化お
よび小型で高出力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相8極モー
タの概念正面図である。但し、固定電機子のコイル4は
、現実は1ボールlコイル巻きに多数巻回しているが、
図面の繁雑をさけるため、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子1・
・・・・・と回転子5を配置し、固定子1・・・・・・
の外周を回転子5が回転するようにする。
回転子5の磁極の極数を幾個にするかは設計上選択する
ところであるが、ここでは8極を選択し、そのために当
該回転子5の内周面(幾何学角2π)に設ける磁極N、
Sを整数、例えば8極に等分してその1極当たりの占め
る角を、
2π÷8=π/4にして、これを交互に回転子5の内周
面に配置した構成にする。ここで回転子5は永久磁石ま
たは直流を流すためのコイルを巻回した電機子で構成す
る。一方、これに対し固定子1は、その外周部に九つの
スロット3・・・・・・を設けて、各スロット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2.2′・
・・・・・を設けた構成にする。
ここで該固定子1は、2π/3の角度毎にA、B。
Cの3相に分割し、前記電機子2.2′・・・・・・が
A。
B、C各相毎に3個ずつ配置されるようにする。
ところで当該電機子2.2′の占める角度は、3個のう
ち2個は前記磁極の占める角度と同じπ/4の広幅の電
機子2にし、残る1個はπ/4の(1−N/M)倍、す
なわち3相であるからMは3でNは1として、前記π/
4の2/3倍であるπ/6の狭幅にした電機子2′を、
図示のように2個の前記広幅の電機子20間に等分に配
置する。
そして該固定子1・・・・・・に2π/3の角度を介し
てA、B、Cの各相銀に各相の電流を通電する。
ここで広幅の電機子2および狭幅の電機子2′の中心角
に占める角度の出し方について、一般的に説明する。
前記回転子5の各磁極が占める角度は、角度2πを極数
で除した角度であり、固定電機子のうち、広幅の電機子
2は前記回転子5の各磁極と同じ角度を占める。これに
対し、狭幅の電機子2′を2個の広幅の電機子を介して
固定子1の外周に等分に配置して合計の中心角が元の2
πの角度に納まるようにすれば良いわけである。
そのために狭幅の電機子2′の占める角度は、前記広幅
電機子2の占める角度を(1−N/M)倍(但しMは相
の数、NはMよりも小さい自然数)したものとし、固定
子1の外周上に配置される広幅の電機子の数は、回転子
5の磁極の数よりも(M−N)個の倍数個少ない数にす
る。従って該広幅の電機子、この場合1倍の(M−N)
個少なくした分の占めていた中心角は、回転子5の各磁
極の占める角度の(M−N)倍の角度である。
これに対し、狭幅の電機子2′が中心角に占める角度は
前記回転子5の磁極の占める角度の(1−N/M)倍で
あるから、狭幅の電機子2′を固定子1の外周上にM個
の倍数個配置した場合、例えばこの場合1倍のM個の狭
幅の電機子2′を配置したとき、M個の狭幅の電機子2
′の中心角に占める角度は、
(1−N/M)XM=M−N。
即ち、回転子5の磁極の占める角度のCM−N)倍とな
る。
即ち、狭幅の電機子2′のM個が中心角に占める角度は
前記回転子5の各磁極の占める角度の(M−N)倍とな
り、前記広幅の電機子2の(M−N)個の中心角に占め
る角度と一致する。
このような方法によって、広幅の電機子2と狭幅の電機
子2′とを固定子1の外周上に配置して、その合計の中
心角が元の2πの角度になるのである。
而も狭幅の電機子2′はMの倍数側配置するから、角度
2πをMで除した角度内の電機子に成る1つの相の電流
を通電すれば、その角度内には必ず狭幅の電機子1個が
配置されることになる。
別の例をあげれば、三相8極モータにおいて、上記一般
式のNを2とした場合には、広幅の電機子はそれぞれπ
/4の中心角を占めるのに対し、狭幅の電機子の中心角
に占める角度は、(1,−2/3)Xπ/4=π/12
となる。
この例の場合は、広幅の電機子の数は回転子磁極の数よ
りも(M−N)個の倍数側、この場合は2 (M−N)
個、即ち2個少ない6個となり、ここに狭幅の電機子を
Mの倍数側、この場合は2M、即ち6個配置すれば、
6×π/4+6Xπ/12=2π
となり、やはり角度2πの範囲内に納まるのである。こ
の例の場合は1.角度2πを相の数の倍数で除した角度
内の電機子に1相の電流を流し、例えば三相モータにお
いて、機械角でπ/3にある範囲の電機子毎に、A相、
B相5 C相、A相、B相。
C相、と、成る相の電流を2回繰り返し流し、全体を2
πになるようにしてもよい。
もちろん上記広幅の電機子2′の1個の占める角度およ
び狭幅電機子2′の1個の占める角度内において、コア
をさらに細かく分け、それぞれの占める角度の範囲内に
ある電機子の磁極が同一になるようにコイルを巻回して
もよく、この場合、同一磁極を構成する範囲の電機子の
幅が1つの電機子の幅と着像される。
また上記第1図に示す実施例においては、成る相の電流
を流す角度の範囲内で広幅の電機子二つを配した次に狭
幅の電機子を配した場合について説明したが、両電機子
の配置はこれに限らず、上記範囲内で広幅の電機子二つ
の間に狭幅の電機子を配置して設計しても同一の作用・
効果が得られ、設計上の問題として自由に選択できると
ころである。
尚、各電機子の占める角度というのは、固定子の外周上
における隣接する各電機手間空隙の中心から中心までの
角度をいう。
そして、これらの式は前記3相8極に限らず、たとえば
2相6極のモータ等の場合等、多相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図は上記第1図に示した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と下部の固定子1とは、
その磁極を展開図で表す。
そのうち回転子5は、その磁極N、Sが機械角でπ/4
ごとに8等分されている。
これに対し、各固定子1・・・・・・には2π/3毎に
A、B、Cの3相の電流を通電する。そして該1相内に
はπ/4の広幅を占める電機子2が2個とπ/6の狭幅
を占める電機子2′が1個とを配置したことを示す。
そして下方には、3和文番電流を流すことによって前記
固定子2・・・・・・に発生した成る瞬間における交番
磁界を示す。同1相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逆であるためである。
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I’J+ 、 St 、 Nt 、Sz・・・・
・・の順に並んでいるものとし、そのうちNIが左端側
にあるときを仮に、その−回転分の全周2πにおける0
°とする。ここへ、前記固定子1の電機子2゜2′・・
・・・・に巻回したコイル4・・・・・・に3和文番電
流を流すことによって成る瞬間に発生する磁界は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2.2
′・・・・・・の磁極を、同図内に記した磁極の記号N
A、SA・・・・・・のように励磁する。
このときN2はNAに反発され、且つSBに吸引される
。N2はSBに反発され且つ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
転する出力を生じる。但しN、とN A 1S I 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、NIはNAに反発され且つS
Aに吸引され、SlはSAに反発され且つNAに吸引さ
れるというように、全極にわたって、回転子5が右方向
に回転する出力を生じる。
そして前記回転子5の磁極N、、S、、N2・・・・・
・が右方に機械角でπ/12移動すると当該回転子5と
固定子1との磁極の関係は第5図に示すようになる。即
ち、この時点では前記A、B、Cの各相に流れる電流の
位相は電気角でπ/3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相の固定子1の極性
が第4図とは逆になる。そのときにも、やはり、N、は
NAと反発してSAに吸引され、SLもSAに反発され
てNAに吸引され器というように、回転子5は右方向に
回転する出力を生じる。但し、同図S、とSC。
N4とNC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、S、はSCと反発して
NCに吸引され、N4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出力を生じる
。第6図から第9図までは、いずれも各前回よりも、回
転子5が機械角でπ/12右に進み、固定子1に流れる
電流の位相が電気角でπ/3ずつ進んだ時点における、
回転子5と固定子1との極性を示している。即ち第6図
では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7図では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、固定子1の磁極が変わって行くが
、どの時点においても、回転子5と固定子1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4図
、第5図の各説明と同じ)回転子5を右に回転させる出
力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、相数および極数は当業者
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1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いう例
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、
空芯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。
尚、所定の磁束分布を得る為に、例えば広幅の電機子2
を幾分割かして、その分割した電機子が同じ極性を生じ
させるようにコイルを巻回してもよい。
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lおよび回転子5の概念正面
図である。この場合、回転子5の磁極N、Sのしめる角
度は
π/3で6個となるのに対し固定子lのA、B。
τ1丁、相内に配置する電機子2,2′・・・・・・の
数は都合8個となりそのA、B、−人−2T相の1つの
相当たりは2個となる。
そして該2個の電機子2,2′の占める角度は前記各電
機子の占める角度の一般式におけるMが2でNを1とす
れば、
6極モータだから広幅電機子2の方が
2π÷6=π/3
狭幅の電機子2′の方が(1−N/2)Xπ/3で、N
を1とすればπ/6
となる。この場合は狭幅の電機子2′は相の数Mの2倍
である4個配置するのである。
(発明の効果)
本発明は以上のように構成し、且つ動作するものである
。しかして回転子5の内側に等分に設けたN、Sの磁極
の占める角度に対し、固定子1・・・・・・における磁
極の占める角度は3相の場合、A。
B、Cの各相内において、前記回転子5の磁極の占める
角度よりも小さい角度のものを夫々1個ずつ設けておく
ことにより、当該固定子1に対し回転子5をどの角度に
位置させても必ず互いに合わない磁極が出て来るように
させ、また当該固定子1の電機子2.2′・・・・・・
に巻回するコイル4・・・・・・は、1ボール1コイル
巻きでありながら全節巻の方法を採ることができる。
一般にこのようなモータは、第11図に回転子5の磁極
と電機子2の磁極との関係を示すように、同図(A)の
ように両者が電気角でπ/2ずれた瞬間に最大出力を生
じるものであって、同図(B) (C)のような関係
になった瞬間にはデッド・ゾーンなって出力を生じない
瞬間となるのであるが、(1)本発明では電機子2の各
磁極がどの時点においてもいずれかの位置で同図(A)
のような関係になり、回転子5の磁極と電機子2の磁極
がズレを生じるから、回転出力発生のために有効に働く
ことになり、鉄芯やコイルの重量に比して、軽量で且つ
大きな出力を発生するモータが得られる。(2)各鉄芯
を跨ぐコイルがないから、モータの厚みを薄く設計でき
る。(3)従来の交流モータのように成る瞬間に打ち消
される磁束がないこと、および各鉄芯を跨ぐコイルがな
いことによってコイルが短くて済み、そのためコイルに
生じるインダクタンスも少なくなる。等数々の効果があ
る。
4、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掻モータの正面
概念図、第2図は従来の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正面概念図、
第3図は第2図のモータの動作原理を示すために回転子
・電機子および磁極を対比させて示した概念図、第4図
、第5図は第1図に示した3相8極モータの動作原理の
説明のため、回転子、を機子、磁界を対比させた図、第
6図、第7図、第8図、第9図は同前回転子、電機子を
対比した図、第10図は同、他の実施例である2相6極
モータの概念正面図、第11図はモータにおける固定子
と回転子との位置関係を対比させた図である。
図中1・・・・固定子、2.2′・・・・電機子、3・
・・・スロフト、4・・・・コイル、5・・・・回転子
。
特許出願人 日本フェロ−フルイディクス第1図
第2図
第10図
第11図
(A)
(B)
(C)Fig. 1 is a conceptual front view of a 3-phase 8-pole motor that is an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram showing the operating principle of a conventional 3-phase 8-pole (lap-wound) motor, and Fig. 3 is the same. Figures 4 and 5 are diagrams showing the state in which coils are wound around the stator in a three-phase eight-pole (lap-wound) motor, and are used to explain the operating principle of a three-phase eight-pole motor that is an embodiment of the present invention. , a diagram comparing the rotor, armature, and magnetic field; Figures 6, 7, 8, and 9 are diagrams comparing the same rotor and armature; Figure 10 is a diagram comparing the same rotor and armature; FIG. 2 is a conceptual front view of a two-phase six-pole motor according to an embodiment. In the diagram 1... Stator, 2... Armature, 3...
Slot, 4...Coil, 5...Rotor. Patent Applicant Nippon Ferrofluidics Figure 1 Figure 3 Figure 10 A Procedures Amendment September 30, 1985 Commissioner of the Patent Office Kuro 1) Mr. Akio 1, Indication of Case 1985 Patent Application No. 23839 2. Name of the invention Motor 3. Relationship with the case of the person making the amendment Patent applicant address 2-17-22 Akasaka, Minato-ku, Tokyo Representative Akira Yamamura 6. Number of inventions increased by the amendment None 8.
Contents of amendment +1) The specification is corrected as shown in the attached sheet. (2) Replace the drawing as shown in the attached sheet. 9. List of attached documents (1) Amended specification 1 copy (2) Amended drawing 1 copy Description 1. Title of the invention Motor 2. Claims One of the stator and rotor has a total circumference of 360 mm. between wide armatures occupying a central angle that is approximately the same as the width of the magnetic poles; --”
) A motor constructed by arranging double narrow armatures equally. However, M is the number of phases, and N is a natural number smaller than M. 3. Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a motor. (About terminology) In this specification, a magnetic pole refers to a mechanical element that generates a magnetic field of a certain polarity, such as a permanent magnet or an electromagnet, and an armature refers to a rotor or a stator, whether it is a ferrous core or a non-ferrous core. A mechanical element that generates a magnetic field by winding a coil around an iron core or something that replaces it. Also, if it is a coil that generates a magnetic field,
An air-core coil may be included if necessary. In addition, armatures in which several cores are grouped together and one coil wound around them, and armatures in which coils are wound in the same direction around each adjacent core, each function as one magnetic pole. It is imaged with one armature. The central angle occupied by the magnetic pole and armature refers to the central angle from the boundary to each adjacent machine element, and when there is a gap between each adjacent machine element, from the center of the gap to the gap. The central angle to the center of However, it goes without saying that the expression used to represent electrical phase is electrical angle. (Prior Art) Conventionally, motors include induction motors, synchronous motors, commutator motors, and the like. Among these motors, for example, in a motor configured such that a stator is arranged at the center of the frame and a rotor is arranged around the outer circumference of the stator, a motor is installed on the stator in order to create a rotating magnetic field in the stator. The coil is wound around a plurality of iron cores, and there are two winding methods, such as full-pitch winding and short-pitch winding. Among these motors, a motor using a three-phase alternating current of all stages is widely known, and a motor constructed as shown in a conceptual front view in FIG. 2 is widely known. The illustrated motor has a rotor 5 (rotor) with 8 poles, and a stator 1 (stator) with 24 armatures 2 provided around its outer periphery.
It is equipped with The figure shows such a stator 1,
In order to simplify the drawing, this is a conceptual front view in which a coil is wound only once in a set of slots 3, but the coil 4 is connected to a plurality of fixed armatures 2 provided on the outer periphery of the stator 1.
..., A and B each straddle two slots 3... in the middle. It is constructed by winding C three-phase coils in an overlapping manner. In general, for such a motor, where the number of phases is M, the number of slots is S, the number of poles is P, and the coil pitch is τ,
It is configured so that the relational expression S=MPτ holds true. Next, the principle of operation of such a motor is shown in FIG. The figure shows 2π (360°) of stator 1 and rotor 5 of the rotating motor.
FIG. In order to give rotational force to the rotor, a 3-sum pattern current is passed through the coil 4 wound around the fixed armature 2, so that it is generated at the moment of rotation. The magnetic field is shown at the bottom of FIG. In other words, magnetic fields φA, φB, and φC with three Japanese numbers are generated, and the position of the composite magnetic field (shown by the dotted line in the figure) is rotated to change the position of the fixed armature 2 according to the change in phase with the passage of time. A rotating magnetic field is created around the outer periphery, and the rotor is rotated by the rotating magnetic field. (Problems to be Solved by the Invention) In general, in conventional motors, (1) as shown in FIG. 2, the coil 4 is wound across two slots; If the phase coil 4 is wound around the armature 2, it will be wound in three layers. Therefore, the thickness of the overlapping portion of the coil 4 is increased, which becomes a fatal defect especially when an attempt is made to reduce the thickness of various types of disk rotating motors. In short windings,
There is no straddling of slot 3 as described above, but instead a full winding condition cannot be achieved. (2) In addition, in a motor that maintains this method of winding the coil, the number of windings of the coil must be increased in order to obtain high output. 3.
. . ., the motor must be large, so in this case, there are disadvantages such as an unavoidable increase in the size of the motor itself. The present invention eliminates the drawbacks of the conventional motors described above and provides a thin motor that can provide high output. (Means and actions for solving problems) For that purpose,
The present invention allows one of the stator and rotor to rotate 360 degrees around the entire circumference.
It consists of magnetic poles of approximately equal width occupying a central angle divided by an integer. And between the other wide armatures occupying a central angle that is almost the same as the width of the magnetic poles, the central angle occupied by the wide armature is approximately (1-N/M) times (where M is the number of phases). ,
N is a natural number smaller than M. ) Narrow width armatures are arranged evenly. This creates a misalignment between the magnetic poles and the armature to effectively obtain output, and the coils wound around the armature are full-pitch, and there is no winding across the slots in the middle. Magnetic flux can be efficiently generated in the armature.The magnetic flux can be used efficiently to obtain high output, and at the same time, the motor itself can be made thinner and smaller because it is a full-scale motor, and high output can be obtained. (Embodiment) The present invention will be explained in detail below based on the embodiment shown in the drawings. Fig. 1 is a conceptual front view of a 3-phase 8-pole motor which is an embodiment of the motor of the present invention. However, in reality, the coil 4 of the fixed armature is wound a large number of times in one ball L coil.
To avoid complication of the drawing, the number of turns of each coil is shown as two turns. In the figure, a stator 1 is placed in a frame (not shown).
...and rotor 5, and stator 1...
The rotor 5 is made to rotate around the outer periphery of the rotor 5. The number of magnetic poles of the rotor 5 is selected based on the design, but in this case, eight poles are selected, and for this purpose, the number of magnetic poles provided on the inner circumferential surface of the rotor 5 (geometric angle 2π) is selected. N,
S is equally divided into an integer, for example, eight poles, and the angle occupied by each pole is set to 2π÷8=π/4, and these are arranged alternately on the inner peripheral surface of the rotor 5. Here, the rotor 5 is composed of a permanent magnet or an armature wound with a coil for flowing direct current. On the other hand, the stator 1 is provided with nine slots 3 on its outer periphery, and each slot 3...
Coil 4 (
However, the armature 2.2' is wound with 2 turns).
Create a configuration that includes... Here, the stator 1 has angles A and B at every angle of 2π/3. It is divided into three phases of C, and the armatures 2, 2', etc. are A. Three pieces are arranged for each phase of B and C. By the way, the angle occupied by the armature 2.2' is π/4, which is the same as the angle occupied by the magnetic poles, and two of the three armatures 2 are wide, and the remaining one is π/4 (1-N). /M) times, that is, three phases, so M is 3 and N is 1, and the above π/
The armature 2' has a narrow width of π/6, which is 2/3 times 4.
As shown in the figure, they are equally spaced between the two wide armatures 20. Then, the current of each phase is applied to each phase silver of A, B, and C through the stator 1 through an angle of 2π/3. Here, a general explanation will be given of how to determine the angle occupied by the center angle of the wide armature 2 and the narrow armature 2'. The angle occupied by each magnetic pole of the rotor 5 is the angle 2π divided by the number of poles, and among the fixed armatures, the wide armature 2 occupies the same angle as each magnetic pole of the rotor 5. On the other hand, if the narrow armature 2' is equally spaced around the outer circumference of the stator 1 via two wide armatures, the total central angle will be the same as the original 2'.
All you have to do is make it fit within the angle of π. Therefore, the angle occupied by the narrow armature 2' is the angle occupied by the wide armature 2 multiplied by (1-N/M) (where M is the number of phases and N is a natural number smaller than M). The number of wide armatures disposed on the outer periphery of the stator 1 is set to be a multiple of (MN) smaller than the number of magnetic poles of the rotor 5. Therefore the wide armature, in this case 1 times (M-N)
The central angle occupied by the reduced number is (M−N) times the angle occupied by each magnetic pole of the rotor 5. On the other hand, since the angle occupied by the narrow armature 2' in the center angle is (1-N/M) times the angle occupied by the magnetic poles of the rotor 5, the narrow armature 2' is If multiples of M narrow armatures 2' are arranged on the outer periphery of 1, for example, in this case, M narrow armatures 2' are arranged
The angle occupied by the central angle of ' is (1-N/M)XM=M-N. That is, it is CM-N) times the angle occupied by the magnetic poles of the rotor 5. That is, the angle occupied by M narrow armatures 2' in the center angle is (M-N) times the angle occupied by each magnetic pole of the rotor 5, and the angle occupied by M narrow armatures 2' is (M-N) coincides with the angle occupied by the central angle of By such a method, the wide armature 2 and the narrow armature 2' are arranged on the outer periphery of the stator 1, and the total central angle becomes the original angle of 2π. Moreover, since the narrow-width armature 2' is placed on the side that is a multiple of M, if one phase of current is passed through the armature within the angle 2π divided by M, there will always be a narrow-width armature within that angle. One armature will be placed. To give another example, in a three-phase 8-pole motor, if N in the above general formula is 2, each wide armature is π
/4, whereas the angle occupied by the narrow armature is (1,-2/3)Xπ/4=π/12
becomes. In this example, the number of wide armatures is a multiple of (M-N) than the number of rotor poles, in this case 2 (M-N)
If we place narrow armatures on the multiple side of M, in this case 2M, that is, 6 pieces, we get 6×π/4+6Xπ/12=2π, which is also the angle of 2π. It falls within the range. In this example, 1. A one-phase current is passed through the armature within an angle where the angle 2π is divided by a multiple of the number of phases, and for example, in a three-phase motor, the A phase, A phase, and
B phase 5 C phase, A phase, B phase. The current of the phase consisting of C phase is repeatedly passed twice, and the whole is 2
It may be set to π. Of course, within the angle occupied by one of the wide armatures 2' and the angle occupied by one of the narrow armatures 2', the core is further divided into smaller pieces, and the magnetic poles of the armatures within the range of the respective angles are divided. The coils may be wound so that they are the same, and in this case, the width of the armature in the range that constitutes the same magnetic pole is regarded as the width of one armature. Furthermore, in the embodiment shown in Fig. 1 above, a case was explained in which two wide armatures were arranged and then a narrow armature was arranged within the range of angles at which the currents of the two phases flow. The arrangement of the armatures is not limited to this, and even if you design a narrow armature between two wide armatures within the above range, the same effect and effect will be obtained.
This is where the effect can be obtained and can be freely selected as a matter of design. Incidentally, the angle occupied by each armature refers to the angle from the center to the center of each adjacent electric machine gap on the outer periphery of the stator. It goes without saying that these equations can be applied not only to the three-phase, eight-pole motor, but also to polyphase AC motors, such as two-phase, six-pole motors. Next, the operation of the motor configured as described above will be explained. FIG. 4 is a diagram showing the operating principle of the three-phase eight-pole motor shown in FIG. 1 above. In the figure, the upper rotor 5 and the lower stator 1 are:
The magnetic poles are shown in a developed diagram. Of these, the rotor 5 has magnetic poles N and S of π/4 in mechanical angle.
Each area is divided into 8 equal parts. On the other hand, three-phase currents A, B, and C are applied to each stator 1 every 2π/3. It is shown that two armatures 2 occupying a wide width of π/4 and one armature 2' occupying a narrow width of π/6 are arranged in one phase. The lower part shows the alternating magnetic field generated in the stator 2 at the moment when the three-way current is applied. The reason why the magnetic fields are in opposite directions within the same phase is because the winding directions of each armature are opposite. In this relationship, the magnetic poles of the rotor 5 are now I'J+, St, Nt, Sz...from the left in the figure.
..., and if NI is on the left side, then 0 on the entire circumference 2π of the - rotation is assumed to be 0.
°. Here, the armature 2゜2' of the stator 1...
The instantaneous magnetic field generated by passing a 3-Japanese current through the coil 4 wound around... is A. Draw waveforms as shown at the bottom of the figure for each phase of B and C. The armature 2.2 in each phase of A, B, and C of the stator l
The magnetic poles of '... are indicated by the magnetic pole symbol N in the same figure
Excite as shown in A, SA... At this time, N2 is repelled by NA and attracted to SB. N2 is repelled by SB and attracted to NB, and so on until S4, all magnetic poles produce an output that rotates to the right in the drawing. However, N, N A 1S I and SA are in the neutral zone, but if the rotor rotates even slightly to the right, NI will be repelled by NA and S
In this way, Sl is repelled by SA and attracted to NA, thus producing an output that causes the rotor 5 to rotate clockwise across all poles. And the magnetic poles N, S, N2 of the rotor 5...
When the rotor 5 moves to the right by π/12 in mechanical angle, the relationship between the magnetic poles of the rotor 5 and the stator 1 becomes as shown in FIG. That is, at this point, the phase of the current flowing through each phase of A, B, and C advances by π/3 in electrical angle, and as shown in Fig. 5, the direction of the magnetic field of the C phase changes, so that the C phase is fixed. The polarity of child 1 is opposite to that in FIG. At that time, the rotor 5 generates an output that rotates in the right direction, such that N is repelled by NA and attracted to SA, SL is also repelled by SA and attracted to NA, and so on. However, S and SC in the same figure. N4 and NC become a neutral zone, but if the rotor rotates even a little to the right, S, will repel SC and be attracted to NC, and N4 will repel NC and be attracted to SC, and as expected. Produces an output that rotates to the right across all poles. Figures 6 to 9 show the points at which the rotor 5 has moved to the right by π/12 in mechanical angle and the phase of the current flowing through stator 1 has advanced by π/3 in electrical angle compared to the previous time. In,
The polarity of the rotor 5 and stator 1 is shown. That is, in FIG. 6, the direction of the magnetic field generated in the B phase is opposite to that in FIG. 5, and in FIG. 7, the direction of the magnetic field generated in the A phase is opposite to that in FIG. Although the magnetic poles of It will be understood that in this case, an output is generated that rotates the rotor 5 to the right (same as in the explanations in FIGS. 4 and 5). (Other Embodiments) The above description has been made using a three-phase eight-pole motor as an example, but a person skilled in the art can freely select and design the number of phases and the number of poles as long as the requirements described in the claims are satisfied. It goes without saying that the armature of the present invention may be used for the rotor 5 and the stator 1 may be a field magnet such as a permanent magnet. Examples of the term armature include when it refers to an armature and when it refers to a mechanical element as opposed to a field magnet, but the term is not limited to these. In addition, in cases where a particularly lightweight design is required,
It is also possible to use an air-core coil as the armature of the present invention. In addition, in order to obtain a predetermined magnetic flux distribution, for example, a wide armature 2
The coil may be wound so that the armature is divided into several parts and the divided armatures have the same polarity. FIG. 10 also shows a two-phase 6
FIG. 2 is a conceptual front view of a stator l and a rotor 5 used in a polar motor. In this case, the angle between the magnetic poles N and S of the rotor 5 is π/3, which is six, while the angle between the magnetic poles A and B of the stator l. The number of armatures 2, 2', . And the angle occupied by the two armatures 2 and 2' is calculated as follows: If M is 2 and N is 1 in the general formula for the angle occupied by each armature, since it is a 6-pole motor, the wide armature 2 is 2π ÷ 6=π/3 Narrower armature 2' is (1-N/2)Xπ/3, N
If we take 1, it becomes π/6. In this case, four narrow armatures 2' are arranged, which is twice the number M of phases. (Effects of the Invention) The present invention is configured and operates as described above. In contrast to the angle occupied by the N and S magnetic poles provided equally on the inside of the rotor 5, the angle occupied by the magnetic poles in the stator 1 is A in the case of three phases. In each phase B and C, by providing one each with an angle smaller than the angle occupied by the magnetic poles of the rotor 5, it is possible to determine the angle at which the rotor 5 is positioned relative to the stator 1. Even if the magnetic poles do not match each other, there will always be magnetic poles that do not match each other, and the armature 2.2' of the stator 1...
Although the coil 4 is wound in one coil per ball, it is possible to use a full-pitch winding method. Generally, in such a motor, as shown in Fig. 11, which shows the relationship between the magnetic poles of the rotor 5 and the magnetic poles of the armature 2, the relationship between the magnetic poles of the rotor 5 and the magnetic poles of the armature 2 is shown in Fig. 11. The maximum output is produced, and the moment the relationship as shown in Figures (B) and (C) is reached, there is a dead zone and no output is produced. (1) In the present invention, the electrical Each magnetic pole of child 2 is in any position at any time in the same figure (A).
The relationship is as follows, and the magnetic poles of the rotor 5 and the magnetic poles of the armature 2 are misaligned, which works effectively to generate rotational output, and is lightweight compared to the weight of the iron core and coil. Moreover, a motor that generates a large output can be obtained. (2) Since there is no coil spanning each iron core, the motor can be designed to be thin. (3) Since there is no magnetic flux that is canceled out at the moment of formation like in a conventional AC motor, and there is no coil that spans each iron core, the coil can be short, and therefore the inductance generated in the coil is also reduced. There are many effects such as 4. Brief explanation of the drawings Figure 1 is a conceptual front view of a 3-phase 8-pole motor that is an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a diagram showing a conventional 3-phase 8-pole (lap-wound) motor with coils attached to the stator. Front conceptual diagram showing how it can be wrapped.
Figure 3 is a conceptual diagram showing the rotor, armature, and magnetic poles in comparison to show the operating principle of the motor in Figure 2, and Figures 4 and 5 are the three-phase, eight-pole motor shown in Figure 1. To explain the operating principle of a motor, the rotor, armature, and magnetic field are compared, and Figures 6, 7, 8, and 9 are diagrams that compare the rotor and armature. , FIG. 10 is a conceptual front view of a two-phase six-pole motor which is another embodiment of the same, and FIG. 11 is a diagram comparing the positional relationship between the stator and rotor in the motor. In the diagram, 1...stator, 2.2'...armature, 3.
...Throft, 4...Coil, 5...Rotor. Patent applicant Nippon Ferro-Fluidics Figure 1 Figure 2 Figure 10 Figure 11 (A) (B) (C)
Claims (1)
数で除した中心角を占めるほぼ均等な幅の磁極で構成し
、他方については、前記磁極の幅とほぼ同一の中心角を
占める広幅電機子の間に、該広幅の電機子の占める中心
角をほぼ(1−1/M)倍(但しMは相の数)した狭幅
の電機子を、Qの数だけ(但しMが奇数のとき、QはM
の1倍、Mが偶数のとき、QはMの2倍の数を採る)均
等に配置して構成したモータ。Of the stator and the rotor, one is composed of magnetic poles of approximately equal width occupying a central angle obtained by dividing the entire circumference of 360° by an integer, and the other is composed of magnetic poles of approximately the same width as the width of the magnetic poles. Between the wide armatures, the number of narrow armatures whose width is approximately (1-1/M) times the center angle occupied by the wide armatures (where M is the number of phases) is placed between the wide armatures. When the number is odd, Q is M
When M is an even number, Q is twice the number of M).
Priority Applications (6)
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---|---|---|---|
JP23839685A JPS62100154A (en) | 1985-10-24 | 1985-10-24 | Motor |
US06/883,547 US4847526A (en) | 1985-07-11 | 1986-07-09 | Variant-pole electric motor |
EP93203345A EP0588448A3 (en) | 1985-07-11 | 1986-07-11 | Electric motor. |
EP86305338A EP0221628A3 (en) | 1985-07-11 | 1986-07-11 | Variant-pole electric motor |
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JP (1) | JPS62100154A (en) |
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1985
- 1985-10-24 JP JP23839685A patent/JPS62100154A/en active Pending
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