JPS63129840A - モ−タ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はモータに関するものである。

（従来技術） 従来のモータのうちで、電機子と磁極とを用いるもの、
例えばモータの中心部に電機子から成る固定子を配置し
、該固定子の外周に永久磁石などの固定磁極から成る回
転子を配置したモータにあっては、各電機子から成る固
定子の外周に回転磁界を生じさせるために、電機子ポー
ルに相の数に応じたコイルを重ね巻きし、該重ね巻きし
たコイルに各相の電流を流すことによって各電機子の外
周に各相のコイルによって生じる磁界の合成磁界を生じ
させ、該合成磁界が、位相の進行・スイッチング装置等
による転流によって、見掛は上、固定子である各電機子
の外周を回転状に変化するように構成し、これによって
生じた回転状の磁界の変化によって、固定子の外周に配
置した固定磁極から成る回転子を回転させるという構造
が通常であった。

ところが、このような構造のモータにあっては、前記の
ように同一の各電機子ポールに２種以上の相のコイルが
重ね巻きしであるから、成る瞬間について見ると、一つ
のポールに巻回されている各コイルに反対方向に電流が
流れていることがあることになること、およびコイルが
各電機子間のスロットを跨いで巻回されているため、そ
の分だけ各電機子の磁界発生に直接貢献していないコイ
ル部分が生じることになるという２つの問題があった。

この２つの問題のため、従来のモータは必ずしも使用電
力が充分効率よく回転力に変換されているとは言えなか
った。

上記２つの問題を改良するため、出願人は先に特願昭６
０−２３８３９６により、１ポール１コイル巻きで且つ
路線コイルのないモータを提案した。この提案に係るモ
ータは要するに固定子および回転子のうちの、一方は全
周３６０°を整数で除した中心角を占めるほぼ均等な幅
の磁極で構成し、他方については、前記磁極の幅と同一
の中心角を占める各広幅の各電機子の間に、該広幅の各
電機子の占める中心角よりも少し狭幅の各電機子を適宜
数だけ配置したものであって、各電機子は１ポール１コ
イル巻きで路線コイルもなく、モータ定数の高いものが
得られたのである。

然るに、上記出願人提案の改良モータにあっては、上記
のように広幅の各電機子は均等幅である磁極と同一の幅
となり、（尚、本明細書において、各電機子または磁極
の幅とは、それらが中心角に占める角度をいう）そのた
め同一幅の各電機子と磁極とが円周上の同一位置に対峙
したときには、ニュウトラル・ゾーンとしてこの部分で
は回転力を生じないことになり、一方上記両者が電気角
で９０°ずれた位置関係になったときには、この部分に
おいては最大トルクを発生するということになり、その
ためモータの回転むらが避けられなかった。

（問題点を解決するための手段及び作用）本発明は上記
の出願人提案のモータの欠点を緩和して回転むらの少な
いモータを得るために、磁極および各電機子の双方につ
いてその幅の種類を変化させ、これによって上記のよう
な同一幅の回転子と固定子とが円周上の同一位置に対峙
する機会が少なくなるようにしたものである。そため、
固定子および回転子のうちの、一方は２種類以上の異な
る幅の磁極で、他の一方は２種類以上の異なる幅の１ポ
ール１コイル巻きの各電機子で構成すると共に、該各電
機子のうちの３６０°を整数で除した中心谷内の全ての
各電機子には同時に転流が生じるように結線してモータ
を構成することによって、同一幅の各電機子と磁極とが
同一の位置に対峙する機会を少なくし、これによってモ
ータの回転むらを緩和し、ひいては使用範囲の広いモー
タを提供することを目的とする。

（実施例） 以下本発明を図面に示す実施例によって詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例である３相８極モータの側面
概念図であるが、回転軸１の周囲にモータ・フレーム（
図示せず）に固定的に取りつけた固定電機子１には、そ
の周囲に電機子歯３．３′・・・・・・を放射状に設け
、該固定電機子歯３．３′・・・・・・の幅は２種類以
上の異なった幅になるように、この実施例では、中心角
に占める角度が図示のように、図面上から左に５０°、
４０°、３０°の幅のものを３回繰り返してその順に取
りつけて構成する。前記固定電機子２と前記各電機子歯
３，３′・・・・・・とをつなぐ胴部はほぼ同一幅の固
定電機子鉄芯４．４′・・・・・・を構成し、該部分に
後記のようにコイル５を１ポール１コイル巻きで巻回す
る。このようにして各固定電機子歯３．３′・・・・・
・、固定電機子鉄芯４，４′・・・・・・、コイル５に
よって各電機子６．６′・・・・・・が構成される。

上記各固定電機子鉄芯４．４′・・・・・・には図示の
ように、図面上から左に３６０°を整数である３で除し
た１２０゛の範囲内にある３つの各電機子６゜６’、６
’にはＡ相の電流をｉｌｌ電するコイルを、各隣接する
固定電機子鉄芯４，４′には反対方向に電流が流れるよ
うに、１ポール１コイル巻きで巻回する。

もちろん１つの固定電機子鉄芯には１つのコイルを多数
回巻回するのであるが、図面簡略のため各２回巻きで示
した。同様に次の１２０°の範囲内にある３つの固定電
機子鉄芯にはＢ相の電流を通電するコイルを、次の１２
０°の範囲内にある３つの固定電機子鉄芯にはＣ相の電
流を通電するコイルを巻回し、以上によって３種類の幅
の異なる各電機子６．６’、６’・・・・・・を構成し
、各電機子６゜６’、６’・・・・・・は上記コイルの
構造から、３６０゜を３で除した１２０°の範囲内にあ
る３つの各電機子６．６’６’には同一相の電流を通電
すれば、供給電流の位相の進行等によって同時に転流が
行われるように構成されるる。

次に回転子を構成する磁極７，７′は前記回転軸１に回
転自在に取りつけた回転子ヨーク８に、やはり図示のよ
うに図面上から左に５０゛の幅を占めるＮ極の磁極、４
０°の幅を占めるＳ極の磁極、５０°の幅を占めるＮ極
の磁極、４０°の幅を占めるＳ極の磁極という繰り返し
により２種類の幅の異なる磁極７，７′を８極取りつけ
て回転子ユを構成する。

以上がこの発明を実施せるモータの一構成例であって、
以下この例のモータについて、その結線および動作を説
明する。

第２回答図は前記第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＜１）なしい同図（６）において、各上段に示す磁
極７と下段に示す各電機子６とはいずれも第１図に示す
磁極７．７′・・・・・・および各電機子６，６′・・
・・・・の３６０°を１つの直線状に展開して両者の位
置関係を示したものである。

同図の磁極７の各Ｎ＋＋Ｓ＋＋Ｎｚ＋Ｓｚの符号は、Ｓ
、Ｎが各磁極の極性を示し、次の小文字数字はその各磁
極を区別するための番号である。また各電機子６のＮＡ
、Ｓａ　、Ｎｕ　、Ｓｓの符号は、はじめのＮ、Ｓの文
字が各図の各瞬間における各電機子６の極性を示し、次
の小文字符号、・・・・・・。と組み合わせたことによ
って各電機子の識別およびその瞬間における極性を表示
するものとする。また各電機子６の符号のうち、例えば
第２図（１）のＳＡ→ＮＡとあるのは、この電機子はそ
れ以前の瞬間、即ち第２図（６）の瞬間にはＳの極性を
なしていたが、この同図（１）の瞬間においては、コイ
ル５に通電される交番電流の位相の進行によりＮの極性
を示していることを表すものとする。

しかして第２回答図の左から三つの各電機子、即ち第１
図に記載した１２０°の範囲内にある各電機子毎に、Ａ
相、Ｂ相、Ｃ相の電流を通電するコイルを巻回したこと
を示す。同−相内の隣接する各電機子６の極性が異なっ
ているのは、第１図に図示し且つ説明したように、各隣
接する鉄芯毎に逆方向にコイルを巻回したためである。

従って前記１２０°の範囲内にある各電機子毎に各相の
転流によって同時に転流が生じることになる。　同図に
よって前記実施例のモータの動作原理を説明するとまず
回転＋１を構成する磁極７゜７′・・・・・・と固定子
を構成する各電機子６．６′・・・・・・とが同図（１
）の位置関係になった瞬間についてみると、図示から容
易に判るとおり、回転＋１を構成する磁極７のＮｔは固
定電機子１を構成する各電機子６のＮＡに反発され且つ
各電機子６のＳ。

に吸引され、また磁極７の８２は各電機子、のＳ、に反
発され且つ各電機子６のＮ８に吸引されるというように
、以下第２図（１）の右端まで全ての磁極と各電機子と
の間で、磁極７が図面右方向に回転させられる力が生じ
ることが理解できよう。但し、第２（１）図左端に見ら
れるように磁極７のＮ１と各電機子６のＮＡおよび磁極
７のＳｌと各電機子のＳＡとは、ニュートラル・ゾーン
としてこの瞬間においては回転力を生じないことになる
が、磁極７が少しでも図面右方向に回転すれば、やはり
Ｎ１はＮＡに反発され、ＳＩもＳＡに反発されて、前記
同様に同図右方向に回転力が生じることになる。

このモータの回転数が上がって印加電圧の周波数に同期
したときは、回転子ユを構成する磁極７が１５°回転す
ると、回転子ユを構成する磁極７と固定電機子２を構成
する各電機子６との位置関係は、磁極７が同図右方向へ
１５／３６０だけ移転することによって第２図（２）に
示すような位置関係になる。

このように回転子９が１５°回転する寸前に、このモー
タに供給される３和文番電流のＣ相の電流に転流が生じ
るようにする。

このようなタイミングで転流を生じさせるためには、実
施例のようにモータ外部から３和文番電流を通電する場
合には、位相の進行により該３和文番電流の一つの相に
転流が生じる時間、即ち１サイクルに要する時間の１／
６の時間にモータが１５／３６０回だけ回転するような
回転数に達していればモータは印加電圧に同期するわけ
で、そのような回転数に達するまでがこのモータの立ち
上がり時間ということになる。このようにモータ外部か
ら３和文番電流を通電する場合には、立ち上がり時間を
経て上記のようにモータの回転数が印加電圧の周波数に
同期したときに初めてこのモータは以下述べるような所
期の回転力を発揮することになる。

これに反し、モータ外部からは直流電流を通電し、整流
子またはスイッチング素子等により転流を生じさせるモ
ータにあっては、上記のような立ち上がり時間の問題は
なく、実施例のモータにあっては、回転＋１が１５゛回
転したとき毎に１つの相の転流が生じるように整流子お
よびブラシを配置しておけばよいし、またスイッチング
素子による場合には、位置検出センサによって回転子９
が１５゛回転する毎にスイッチング素子に信号を送り、
これに応じてスイッチング素子から３相の各コイルに順
次転流を生じさせれば良い。

上記いずれの構成によっても、第２図（１）の位置関係
から回転子１を構成する磁極７が１５゛回転すると、磁
極７と各電機子６との位置関係は第２図（２）に示すよ
うな位置関係になり、またＣ相の電流を通電している第
２図（１）の瞬間におけるＮｃ。

Ｓｃ　、Ｎｃの各電機子のコイルには前記理由によって
、この位置関係になる寸前に転流が生じるから、該各電
機子はそれぞれ第２図（２）の瞬間においては極性が変
わり、Ｓｃ　、Ｎｃ　、Ｓｃとなる。即ち各電機子の内
で３６０゛を３で除した１２０°の範囲内にある前記Ｎ
　ｃ、　Ｓ　Ｃ＋　Ｎ　ｃ、の各電機子には同時に転流
が生じＳ、Ｎ、Ｓ　　、となったのである。

他の各電機子６の極性は第２図（１）における極性と変
わらない。

第２図（２）の瞬間における磁極７と各電機子６との位
置関係による力の発生をみると、回転子９を構成する磁
極７のＮ、は固定電機子２を構成する各電機子６のＮＡ
に反発され且つＳＡに吸引され、磁極機７のＳ、は各電
機子６のＳＡに反発され且つＮＡに吸引され、磁極７の
Ｎ２は各電機子６のＮＡに反発され且つＳ、に吸引され
るというように、以下第２図（２）の右端に到るまで、
いずれの個所においても回転子を構成する磁極が同図右
方向に回転する力が生じることが判る。

以下第２図（６）まで、いずれも同様であって、いずれ
も前図よりも回転子ユを構成する磁極７が１５°づつ回
転した状態における磁極７と各電機子６との位置関係を
示しており、また第２図（１１の瞬間から第２図（２）
の瞬間になる直前にＣ相の電流を通電している各電機子
に同時に転流が生じ、次に同図（３）の瞬間になる直前
にＢ相の電流を通電している各電機子に転流が生じ、次
に同図（４）の瞬間になる直前にＡ相の電流を通電して
いる各電機子に同時に転流が生じるとういうことを繰り
返し、いずれも前図と比較して転流が生じた各電機子の
極性が前図と変化していることを示しているが、第２図
のどの図の瞬間においても、回転子ユを構成する磁極７
が図面右方向に回転する力を生じていることが、前記同
様の説明で理解できよう。

（他の実施例） 勿論本発明は前記実施例に限定されるべき必要はないこ
とは言うまでもなく、例えば、回転子を構成する磁極に
各電機子を用い、固定子を永久磁石等の磁極で構成して
もよいし、また第１図では３相の結線をＹ結線で示した
が、これをΔ結線にしてもよく、また各種類の各電機子
の幅と各種類の磁極の幅や、相の数、極数等も上記実施
例に限定されることなく、設計上自由に構成できる。

転流の方法も同様であって、前記実施例に傍論として述
べたように、センサとスイッチング機構によっても、整
流子とブラシによっても、その他の転流方法によっても
本発明を実施できる。

また第２同各図に示す展開図と全く同様に、直線状にス
テータを構成する電機子と、固定磁極から成るスライダ
を配置し、またはその逆に配置することによって、リニ
ア・モータとして本発明を実施できる。

（発明の効果） 本発明は上記のように、固定子または回転子を構成する
磁極または電機子の双方について、この幅を２種類以上
に構成したから、本発明出願人の前記発明にかかる電機
子だけを広幅と狭幅に構成し、磁極の幅は一定としたモ
ータに比して、同一幅の磁極と電機子とが対峙する機会
が少な（なるため、回転むらの少ないモータが得られる
。

また各電機子のうちの全周３６０°を整数で除した中心
角の範囲内の角電機子に同時に転流が生じるように結線
構成したことと、電機子の幅が２種類以上としたことに
よって、前記のように、１ポール１コイル巻きでありな
がら、どの瞬間においても各電機子と磁極とが、磁極を
一定方向に動かす力を生じるモータが構成できたもので
あって、そのため、従来のモータにみられるように一つ
の電機子のコイルに逆方向に電流が流れることもなく、
またスロット路線もないことによって、モータ定数の高
いモータが得られることは等、前記出願人出願の発明に
おける効果を同様に維持している。

さらに本発明にあっては、前記のように回転子を構成す
る磁極および固定子を構成する各電機子の幅が多種であ
ることから、第２回答図を見れば一見して判るとおり、
第２回答図の各固定電機子の極性をすべて図示とは逆に
してみると、回転子を構成する磁極７はその場で停止し
てしまい、左右どちらにも回転しないような力が働くこ
とになる。また同様に第２回答図をみると判るとおり、
例えば第２図（１１の瞬間から磁極７が第２図（２）に
示す位置まで回転したとしても、前記のような転流がな
くて、そのため各電機子の極性が第２図（１１のままで
止まっているとすると、第２図（２）の位置に来た磁極
を同図右方向に回転させる力は極少しになり、更に磁極
７が同図（３）の位置まで来た時に未だ各ｔｍ子６の極
性が第２図（１）のままで止まっているならば、磁極７
は僅かの力で、むしろ同図左方向に回転する力が生じて
しまうことが理解されるであろう。

このことを利用して、このモータはステンピングモータ
としても使用することができる。

即ち、３和文番電流の位相の進行を所定のコントロール
方法で、位相を６０’宛進めて通電してやれば、回転子
を構成する磁極７は大体において第２図（２）の各図の
位置を一つ宛先に進行してそれ以上は６０度程度しか回
転しないで停止させることができることになり、さらに
停止させたい位置まで回転子が回転したときに、３相の
各電流の方向を全部逆方向にしてしまえば、回転子はそ
の位置でぴたりと停止させ名こともできる。

またさらには、モータを回転させたい数のサイクルだけ
の３和文番電流を通電した後に、３相の極性を逆にして
やれば、このモータは所望の回転数だけ回転してさらに
１回転の６分の１まで正確にコントロールされた上でぴ
たりと停止させることができるのである。従来の通常の
ステップ・モータにあってはモータが１ステップ宛回転
しては停止することを繰り返すものが多かったから、モ
ータの回転は非常に遅いという欠点があったが、本発明
のモータを使用すれば、３和文番電流の位相進行のタイ
ミングをコントロールすることによって、モータを高速
に回転させたり、中速・低速に回転させたりした上で、
最後に目的の位置でぴたりと停止させることができると
いうこともでき、その回転数・速度等を予めインプ７）
しておけば、高速で目的位置に近づいて速度を落とした
上で目的位置で停止するという、従来の通常のステップ
・モータでは出来なかった動作ができるステップ・モー
タとなるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施せる３相８極モータの側面概念図
。第２図は第１図のモータの全周３６０°を一つの直線
状に展開して磁極と電機子との位置関係を示す説明図で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固定子および回転子のうちの、一方は２種類以上の異な
   る幅の磁極で、他の一方は２種類以上の異なる幅の１ポ
   ール１コイル巻きの各電機子で構成すると共に、該各電
   機子のうちの３６０°を整数で除した中心角内の全ての
   電機子には同時に転流が生じるように結線して成るモー
   タ。