JPS62104466A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、回転精度を要し、且回転時の振動を可及的に
低減した電動機や発電機に好適する回転電機に関し、界
磁マグネットと、電機子コイルを電機子鉄心のスロット
に巻装した電機子とを有する回転電機に関する。

たとえば、ビデオグーブレコーダのヘッド回転シリンダ
駆動用のブラシレスモーフとして使用されうるものであ
る。

（ロ）従来の技術 従来、たとえば８極の界磁マグネットと、３相電機子コ
イルを電機子鉄心の１２個のスロワ１へに巻装した回転
を機においては、界磁マグネン］・に対する電機子の相
対的１回転当り２４のコギングが生じる。

第７図は回転電機が無刷子電動機である場合の界磁マグ
ネットと電機子鉄心の配置を示す模式正面図である。こ
の図面において、回転子となる界磁マグネｙト（１）は
８極を有し、図中、中心方向の矢印はＮ極を示し、遠心
方向の矢印はＳ極を示している。固定子となる電機子（
２）の鉄心（３）は、１２個のスロット（４）を等間隔
に有し図示しないが３相電機子コイルは、各相４個の分
割コイルを有し、各分割コイルは夫々１個の突極（５）
に巻装され、各相の４個の分割コイルは、３スロツトピ
ツチの各突極に同一方向に巻装される。

このような従来技術は、例えば、特公昭４９−８５６８
号公報に見られる。

（ハ）　発明が解決しようとする問題点その従来の技術
においては、界磁マグネット（１）の同一極性の磁極、
たとえばＮ極であるＮ１乃至Ｎ４は、その回転時に異な
るスロ・・ノド（４）に対向するため、コギング力は４
倍に加算される。

界磁マグネット（１〉の各欄のコギング力の推容特性及
びその合成特性を、１７３回転分第８図に示す。

この図面から明らかな如く、界磁マグネット（１）の同
一極性の磁極は、同一の回転角度でコギングを生じ、そ
の合成コギング力が各磁極のコギング力の４倍になり、
大きな値となる。

このコギング力を軽減する手段として、磁極の磁力を弱
めたり、界磁−７グネツＩ−（１）の磁極と電機子（２
）の磁極の間を離１７たすする方法が考えられるが、効
率及び出力を低下さ旦てしまう。

本発明はかかる点に鑑み発明きれたものにして、合成コ
ギング力を低減すると共にコギング周期を小さくし、回
転子が滑らかに回転すると共に鎖交磁束効率を向−ヒし
た回転電機を提供せんとするものである。

（ニ）問題点を解決するための手段 このような問題点を解決するため、本発明は、円周面上
に分布してスロットが刻設されることにより電機子コイ
ルの相数に等しい数の第１突極が円周上等間隔に形設詐
れると共に複数個の第２突極が隣接する第１突極間の円
周上に同数ずつ等間隔に形成され、且第１突極をはさむ
スロットのピッチ角度と第２突極をはさむスロットのピ
ッチ角度とが相異するように第１突極および第２突極が
配置される電機子鉄心を有し、第１突極および第２突極
又は第２突極のみに巻装されるｔ様子フィルを備えた電
機子と、等間隔ピッチで相異なる磁極が交互に着磁され
各＠極が第１および第２突極の先端に対向するよう円周
上に配置された界磁マグネ・／トと、界磁マグネットに
対して電機子の突極を所定ギヤツブを保持して対向きせ
、か一つ、界磁マグネット又は電機子を相対的に回転可
能に支持するンヤフトとからなる回転電機である。

（ボ）作用 かかる構成により、電機子鉄心上の電機子コイルが不均
一に分布するので、界磁マグネットの相対的な回転時に
おける界磁マグネットの各磁極が同時に′Ｗ！、振子の
スロットに対抗することがなく、その各磁極が検知する
コギング力が加算されない。このため界磁マグネットの
相対的回転による界磁マグネットの合成コギング力は、
大きさが小さく、且コギング周期が短かくなり、従来装
置に比し、前記回転が相対的に滑らかになる。

くべ〉　実施例 本発明の一実施例を図面に）Ａ：いて説明する。

第１図は回転ＴＩＥ機が外転型）Ｉ（（刷Ｔ−電動機で
ある場合の界磁マグネットと１！機子鉄心の配置を示す
模式正面図であるにの図面ｌつ第７図の従来装置と対応
するものであり、同一符号は同一相当物を示す。

外転型回転子となる界磁マグネット（１）は８極であり
、固定子となるＴＭ、ｓ子（２）の鉄心（３〉は、１２
個のスロット（４）と突極（６）を有する。また電機子
（２〉は３相のｉ様子コイルを有するが、図面の簡略化
のために図示しない。この各相の電機子コイルは、夫々
４個の分割コイルを有し、各分割コイルは夫々１個の突
極（６）に巻装される。この場合に、同一相の各分割コ
イルは、３スロツトピツチの各突極に同一方向に巻装さ
れ、且直列接続される。

而して、突極（６）はその磁極をはさむスロット＝８＝ のピンチ角度が、第１ピツチ角度１８．７５度（θ１）
の突極（６Ａ）と第２ピツチ角度３３．７５度（θ２）
の突極（６Ｂ）の２種類設けられ、第１の突極（６Ａ）
は電機子鉄心（３）の円周上に等間隔に相数に応じて３
側設けられ、第２の突極（６Ｂ）は、隣接する第１の突
極（６Ａ）（６Ａ）間に３個ずつ設けられる。

したがって、第１図の状態から界磁マグネット（１）が
相対的に反峙計方向に回転するとき、界磁マグネット（
１〉の各磁極（Ｎ１）乃至（Ｎ４）、（Ｓｌ）乃至（Ｎ
４）は第１表に示す各回転角度においてコギングが発生
ずる。

磁極（Ｎ１）によるコギング発生の回転角度に対し、隣
接する磁極（Ｓｌ）によるコギング発生の回転角度は、
４５（＝　３６０Ｘ　１／８）度たけ両磁極が離間して
いるため、たとえば第１表の第１行の回転角度７．５度
は、θ１　＋Ｃ）　２−３６０Ｘ　１／８＝　１．８．
７５＋３３．７５−４５の計算値となる。同様に２行目
以下の回転角度が定まる。他の磁極（Ｎ２）乃至（Ｎ４
〉、（Ｎ２）乃至（Ｎ４）も同様にしてコギング発生の
回転角度を定めることができる。このようにしてコギン
グ発生の回転角度を求めたものが第１表である。

この表から明らかな如く、コギング発生の回転角度は、
１回転当り９６箇所に分散する。第２図は１７３回転す
る間の各磁極による：」ギングカの推移特性とその合成
特性を示し、横軸は回転角であり、縦軸はコギング力の
大きさである。この図面から明らかな如く、各磁極の回
転によるコギング発生の回転角度が分散しているため、
その合成特性を見ても、従来装置の第８図に比し、合成
コギング力が１７４になり、目、そのコギング発生の周
期が１７４になることから、前後の一１ギングカが打ち
消し合い、より一層小さくなる。

以上の実施例は、１２個の突極を有する電機子鉄心に、
３相電機子：コイルを巻装し、８極の界磁マグネットを
用いた場合であるが、電機子鉄心の２個の突極に巻装さ
れるＮ相（ｚ／ＮｑｂＮの整数倍）の電機子コイルと、
２ＰＭの界磁マグネットとを有する回転電機においてζ
Ｊ、電機子鉄心の第１の突極をはさむスロットのピッチ
の角度（０１）と第２の突極をはさむスロットのピッチ
角度（０２）は次式で求められる。

・・・・−・〈１〉 ２　　２ＰＺ 尚、〈１）式で（±〉の内、（＋）を使用するときは、
（２）式の（王〉は（−）が使用きれ、（１）式で〈−
）が使用されるときは、（２）式で〈十〉が使用される
。

なお、この場合、界磁マグネットの相対的回転時に１回
転当り、コギング発生箇所を２Ｐ−Ｚ個は分散すること
ができる。

次に、上記（１）式及び（２）式におけるＮ、Ｐ及び２
の組合せを異にした第２の実施例におけるコギング発生
箇所を夫々回転角度で第２表に示す。

この場合、Ｎ−３，２Ｐ工１０、Ｚ＝１５、θ１翼３３
．６度、θ２−２１．６度であり、コギング発生箇所は
１５０個に分散している。

同様に、上記（１）式及び（２）式におけるＮ、Ｐ及び
Ｚの組合せを、異にした第３乃至第１０実施例における
コギング発生箇所を夫々回転角度で第３表乃至第１０表
に示す。これらの各課において、Ｎ、Ｐ、Ｚ、θ１．０
２及びリップル角を各課の上部に示し、リップル角は相
隣るフ１ギング発生回転角度間の離間角度を、回転角度
で示すものである。

第３図は、この発明の第１１の実施例について、界磁マ
グネットとｔ様子鉄心の配置を示す模式正面図である。

この図面は第１図と対応し同一符号は同一相当物を示１
゜ 第３図において、界磁マゲネッｉ〜〈１）は８極であり
、電機子（２）の鉄心（３）は、１２個のスロット（４
）と突極（６）を有する。またＭ様子く２〉は３相の電
機子コイルを有するが、図面の簡略化のために図示しな
い。この各相のＭ、様子コイルは、第１図の実施例の場
合と同様に、夫々４個の分割コイルを有し、各分割コイ
ルは夫々１個の突極（６）に巻装される。この場合に、
同一相の各分割コイルは、３スロツトピツチの各突極に
同一方向に巻装きれ、且直列接続される。

而して、突極（６）はその磁極をはさむスロットのピッ
チ角度が、４１．２５度（θ１）の突極（６Ａ）と２６
．２５度（θ２）の突極（６Ｂ）の２種類設けられ、第
１の突極（６Ａ）は電機子鉄心（３）の円周上に等間隔
に３側設けられ、第２の突極（６Ｂ）は、隣接する第１
の突極（６Ａ）（６Ａ）間に３個ずつ設けられる。

磁極（Ｎ１）によるコギング発生の回転角度に対し、隣
接する磁極（Ｓｌ）によるコギング発生の回転角度は、
４５（−３６０Ｘ　ｌ／８）度だけ両磁極が離間してい
るため、たとえば第１１表の第１行の回転角度２２．６
度は、θ１＋０２−３６０Ｘ　１／８−４１．２５＋　
２６．２５−４５の計算値となる。同様に２行目以下の
回転角度が定まる。他の磁極（Ｎ２）乃至（Ｎ４）、（
Ｎ２）乃至（Ｎ４）も同様にしてコギング発生の回転角
度を定めることができる。このようにしてコギング発生
の回転角度を求めたものが第１１表である。

この表から明らかな如く、コギング発生の回転角度は、
１回転当り９６箇所に分散する。

上記は、３相電機子フィルと８極の界磁マグネットを用
いた場合であるが、Ｎ（Ｎは３以上の奇数）相の電機子
巻線と、２Ｐ（ＰはＮ／２以上の整数）極の界磁マグネ
ットとを有する回転１１ｆｔ４ｊ！においては、電機子
鉄心の第１の突極の磁極をは詐むスロットのピッチ角度
（Ｏｌ）と第２の突極の磁極をはさむスロットのピッチ
角度（θ２）は、次式％式％ なお、この場合、界磁マグネットの相対的回転時に１回
転当り、コギングの発生箇所を２Ｐ−Ｎ・Ｐ個に分散す
ることができる。

次に本発明の第１２の実施例を第４図に基づいて説明す
る。

第４図は回転電機が外転型無刷子電動機である場合の界
磁マグネットと電機子の配置を示す模式正面図である。

この図面は第１図と対応するものであり、同一符号は同
一相当物を示す。

外転型回転子となる界磁マグネット（１）は１６極であ
り、固定子となる電機子（２）の鉄心（３）は、１２個
のス１７ツト（４〉と突極（６）を有する。

而し〔、突極（６）はその磁極をはさむスロットのピッ
チ角度が第１ビ７チ角度３５．６２５度（０１）の突極
（６Ａ）と、第２ピンチ角度２８１２５度くθ２）の突
極（６Ｂ）の２種類設けられ、第１の突極（６Ａ〉は、
電機子鉄心（３）の円周上に等間隔に３個設けられ、第
２の突極（６Ｂ）は、隣接する第１の突極（６Ａ）（６
Ａ＞間に３個ずつ設けられる。

また電機子（２）は３相の電機子コイル（Ｕ）（Ｖ）（
Ｗ）を有する。この各相の電機子コイルは、夫々３個の
分割−ｒ　イル（Ｕ　２）（Ｕ　３）（Ｕ　４）、＜Ｖ
ｌ）（Ｖ３）（Ｖ４）、（Ｗｌ）（Ｗ２）（Ｗ４）を有
し、各分割コイルは夫々１個の突極（６Ｂ）に巻装され
る。この場合に、同一相の各分割コイルは第４図に示寸
ように、３スロツトピツチに位置する各第２のピッチ角
度の突極（６Ｂ〉に巻装きれ、且直列接続される。この
ため３スロツトピツチに位置する突極が、第１のピッチ
角度の突極（６Ａ）であるときには、この突極（６Ａ〉
上には、対応するコイル（Ｕｌ）（Ｖ２）（Ｗ３）は巻
装きれない。従って各相のｔｔｔａｔ子コイルの総導体
数を同一（電機子抵抗値を同一）とずれは、各分割コイ
ルは１２／９倍に巻くことができる。

したがって、第４図の状態から界磁マグネット（１）が
相対的に反時別方向に回転するとき、界磁マグネット（
１〉の各磁極（Ｎ１）乃至（Ｎ８）（３１）乃至（Ｓ８
）が第１２表に示す各回転角度においてコギングが発生
する。

磁極（Ｎ１）によるコギング発生の回転角度に対し、隣
接する磁極（ＳＬ）によるコギング発生の回転角度は、
２２．５（＝　３６０Ｘ　１／１６）度だけ両磁極が離
間しているため、たとえば第１２表の第１行の回転角度
１３．１２５度は、／Ｅ　ｌ−３６０Ｘ　１／１．６−
３５．６２５−２２．５の計算値となる。同様に２行口
以下の回転角度が定まる。他の磁極（Ｎ２）乃至（Ｎ８
）、（Ｓ２）乃至（Ｓ８）も同様にしてコギング発生の
回転角度を定めることができる。このようにしてコギン
グ発生の回転角度を求めたものが第１２表である。

この第１２表から明らかな如く、コギング発生の回転角
度は、１回転当り１９２箇所に分散する。第５図は１７
３回転する間の各磁極によるコギング力の推移特性とそ
の合成特性を示し、椹軸は回転角であり、縦軸はコギン
グ力の大きさである。この図面から明らかな如く、各磁
極の回転によるコギング発生の回転角度が分散している
ため、その合成特性を見ても、従来装置（１６極１２ス
ロントのもの）に比し、合成コギング力が１７４になり
、且そのコギング発生の周期が１７４になることから、
前後のコギング力が打ち消し合い、より一層小さくなる
。

また、各相の電機子コイルに鎖交する界磁マグネ７ト（
１）の磁束とコイル巻線数の積のヘクトル図を第６図に
示す。同図（ａ）は第７図に示す従来例の場合、同図（
ｂ）は第４図に示す電機子鉄心の各突極に、各相電機子
コイルを４分割コイルにて構成してこの各分割フィルを
従来例と同様に巻装した場合、同図（ｃ）は第４図の実
施例による場合である。これらの図面において１個の矢
印は、１個の分割コイルの巻数とこの分割コイルに鎖交
する界磁マグネット（１）の磁束量との積の大きさを＝
１７− 示している。同図（ａ）（ｂ）は各相電機子コイルが４
個の分割コイルから形成されているので、４個のベクト
ルの和からなり、同図（ｃ）は各相電機子コイルが３個
の分割コイルから形成されているので、３個の矢印のベ
クトルの和からなる。また矢印の太ききは、各相電機子
：１イルを４個の分割コイルから構成される場合の各分
Ｗｌｔｌコイルを巻数と界磁マグネット（１）の各磁極
の磁束Ｍ−の積を１としたときの比率を示し、各矢印の
丁の数値は有効量の比率を示している。矢印の方向は位
相のずれを示している。

この図面から明らかなよ゛うに、Ｍ、振子鉄心の突極を
等ピッチにした第６図（ａ）ではベクトル和が３．４６
４になるに対し、電機子鉄心の突極を第１図に示す如く
不等ピッチとし、各相電機子コイルを４個の分割フィル
で構成し、各分割コイルを３スロツトピツチで同一巻回
方向で各突極に巻装した同１１（ｂ　）ではコギング特
性が第５図に示すものになるが、ベクトル和が３．３１
８となり第６図（ａ）に示すものに比し小さくなり、効
率が低下する。

これに対し、本実施例の第６図（ｃ）では、各相電機子
コイルの総連体数が従来例と同じとすると、分割コイル
数が少ないため、各分割コイルの巻線数が１２／９倍に
なり、ベクトル和が３６３２となり、同図（ａ）に比し
、４．８％大きく、効率ア・・・プになる。

なお、第１の突極をはさむスロットのピッチ角度（θ１
〉および第２の突極をはさむスロ／トのピッチ角度（θ
２）は、一般的にそれぞれ前述の（１）および（２）式
から算出される。

すなわち、−の実施例は、（１）式のく±）のく＋）を
、（２）式のく壬〉の（−）を夫々使用したものに該当
する。これに対し、（１）式のく±）のく−）を、（２
）式の（壬〉の（＋）を夫々使用し、他の条件を第１２
実施例と同しにした場合の界磁マグネットの各磁極（Ｎ
１）乃至（Ｎ４〉、（Ｓｌ）乃至（Ｎ４）の回転によっ
て生ずるコギング発生箇所を第１３表に示す。

尚、以上の各実施例は、いずれも界磁マグネットをロー
タとしたブラシレスモーフを示したが、本発明の界磁マ
グネットをステータとしＴＩＬ機子振子−タとするもの
にも適用することができる。また本発明は、界磁マグネ
ットが電機子の外周に位置するものに限らず、１！機子
の内周に配Ｈされるものでも適用でき、さらには１！機
子と界磁マグネットが軸方向空隙を介して対向するもの
にも適用できる。

（ト）発明の効果 以上の如く、本発明によりは、合成コギング力を低減す
ると共にコギング周期を小さくし、回転子が滑らかに回
転すると共に鎖交磁束効率を向上した回転電機を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明の実施例を示し、第１図は本
発明の第１の実施例を示し、界磁マグネットと電機子鉄
心の配置を示す模式正面図、第２図は第１図の界磁マグ
ネットの各磁極によるコギング力の推移特性及び合成時
１イ１−を示ず図、第３図は本発明の第１１の実施例を
示し、界磁マグネットと電機子鉄心の配置を示す模式正
面図、第４図は本発明の第１２の実施例を示し、界磁マ
グネットと電機子の配置を示を模式正面図、第５図は第
４図の界磁マグネットの各磁極によるコギング力の推移
特性及び合成特性を示す図、第６図は第４図の１加電機
子コイルの鎖交磁束量とコイル巻線数の積のベクトル図
であり、（ａ）は従来の等ピッチ突極の場合、（ｂ）は
本発明と同様の第１と第２のピッチ角度の突極であるが
巻線巻装スロットピッチが均等の場合、（ｃ）は本発明
の実施例で第２のピッチ角度の突極のみに総連体数が等
しくなる如く巻線した場合である。 第７図は従来の回転電機の界磁マグネントと電機子鉄心
の配置を示ｒ模式正面図、第８図は第７図の界磁マグネ
ットの各磁極によるコギング力の推移特性及び合成特性
を示す図である。 （１）・・・界磁マグネット、（２）・・電機子、（３
）・・・鉄心、（４〉・　スロット、（５）（６）（６
Ａ）（６Ｂ＞・・・突極、（Ｕ）（Ｖ）（Ｗ）・・・電
機子コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）円周面上に分布してスロットが刻設されることによ
   り電機子コイルの相数に等しい数の第１突極が円周上等
   間隔に形設されると共に複数個の第２突極が隣接する第
   １突極間の円周上に同数ずつ等間隔に形成され、且第１
   突極をはさむスロットのピッチ角度と第２突極をはさむ
   スロットのピッチ角度とが相異するように第１突極およ
   び第２突極が配置される電機子鉄心を有し、第１突極お
   よび第２突極又は第２突極のみに巻装される電機子コイ
   ルを備えた電機子と、 等間隔ピッチで相異なる磁極が交互に着磁され各磁極が
   第１および第２突極の先端に対向するよう円周上に配置
   された界磁マグネットと、 界磁マグネットに対して電機子の突極を所定ギャップを
   保持して対向させ、かつ、界磁マグネット又は電機子を
   相対的に回転可能に支持するシャフトと、 からなる回転電機。 ２）第１突極をはさむスロットのピッチ角度（θ１）が
   、 θ１＝３６０×｛（１／Ｚ）±［（１／２ＰＮ）−（１
   ／２ＰＺ）］｝度、第２突極をはさむスロットのピッチ
   角度（θ２）が、 θ２＝３６０×［（１／Ｚ）±（１／２ＰＺ）］度、た
   ゞし、Ｚ：第１突極と第２突極との総数、Ｎ：電機子コ
   イルの相数、 ２Ｐ：界磁マグネットの磁極数、 である特許請求の範囲第１項記載の回転電機。 ３）第１突極をはさむスロットのピッチ角度（θ１）が
   、 θ１＝［３６０（Ｎ・Ｐ−１）］／（２Ｐ・Ｎ・Ｐ）度
   、第２突極をはさむスロットのピッチ角度（θ２）が、 θ２＝｛３６０［（２Ｐ−Ｎ）・Ｐ＋１］｝／［２Ｐ・
   Ｎ・Ｐ（Ｐ−１）］度、たゞし、２Ｐ：界磁マグネット
   の磁極数、 Ｎ：電機子コイルの相数、 である特許請求の範囲第１項記載の回転電機。 ４）電機子コイルの相数：３ 界磁マグネットの磁極数：８ 第１および第２突極の総数：１２ 第１突極をはさむスロットのピッチ角度： ４１．２５° 第２突極をはさむスロットのピッチ角度： ２６．２５° である特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の
   回転電機。 ５）電機子コイルの相数：３ 界磁マグネットの磁極数：１０ 第１および第２突極の総数：１５ 第１突極をはさむスロットのピッチ角度： ３３．６° 第２突極をはさむスロットのピッチ角度： ２１．６° である特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の
   回転電機。