JPS6377363A - 高能率モ−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） 本発明はモータについてし、回転子と固定子との位置関
係により、効率を改善したモータに関する。

（従来技術） 従来のモータにおける動作原理の概念を示すため第２図
を示す。即ち同図は従来のモータを展開した概念図であ
って、回転子上として永久磁石２゜２′が８極、固定子
として電機子４のポール３゜３′が２４ポールの３和文
番モータにおける３６０゛を直線状に展開した概念図で
ある。

同図において、電機子ポール３．３′は２４ポールであ
るが、コイルは先ずＡ相の電流を通電するコイル５Ａを
端のポール３′から始まって３個のポール毎に、右方向
に巻回し、Ｂ相の電流を通電するコイル５Ｂは端から二
つ目のポール３′何から始まって、前記同様に３個のポ
ール毎に同方向に巻回し、Ｃ相の電流も同様に、コイル
５Ｃは端から３個目のポール３１何から始まって３個の
ポール毎に同方向に巻回されている、というような構造
であった。

その動作原理は、前記３相の、それぞれ位相が１２０°
宛異なる電流のコイルが、前記のように各ポールに位置
をずらせて同方向に巻回されているから、同図に示す瞬
間においては各コイルに生じる合成磁界が、同図下段に
示すように生じ、この瞬間においては、同図回転子と固
定子との位置関係および固定子の合成磁界の極性によっ
て分かるとおり、回転子最左端のＮ１の磁極は合成磁界
のＮ極に反発され且つ合成磁界のＳ極に吸引さるという
ようにして、全周にわたって回転子が同図右方向に動く
力が生じることになる。

さらに時間の経過によって、各相のコイルの電流の方向
が順次変化し、これによって同図下段の磁界が同図右方
向に、順次見掛は上移動し、このため前記同様の理由に
よって、回転子が同図右の方向へ回転する力を生じると
いうことを繰り返してこのモータは回転するものである
。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、このような従来のモータは、同図から容易に
判断できるとおり、例えば、同図に示した瞬間において
は、最左端のポール３′において、Ａ相のコイルはＢ、
Ｃ相のコイルとは逆方向に巻回しであるが、今丁度Ａ相
の電流が、Ｂ、Ｃ相の電流と極性が逆であるため、ポー
ル３′に巻回された三つのコイルに同方向に電流が流れ
ており、このため同ポールではＮ極の磁界を生じている
とすれば、同し瞬間には、左から三つ目に示したポール
３′に注目してみると、三つのコイルは同方向に巻回さ
れているから、Ａ相の電流の流れる５Ａのコイルには他
のコイルとは反対方向に電流が流れ、そのため各コイル
の電流が打ち消しあって、結局数の多いＢ、Ｃ相の電流
によって合成磁界Ｓ極が生じることになるが、この瞬間
においては、人相の電流はむしろこの磁界発生の邪魔を
していることが同図面からも理解できる。即ち、従来の
モータにおいては、このように、成る瞬間について見る
と互いに各コイルの電流が打ち消し合って、何の働きも
していない、または寧ろ有害な作用をしているコイルが
必ず何処かに生じているのである。そのためこのポール
に流れている電流は、この瞬間には何の働きもしないで
、有害または無駄に流れていることになる。

さらに同図によって分かるとおり、各コイルは３つのス
ロットを跨いで他の相のコイルの上に重ね巻されている
。このスロット導線および重ね巻によって長くなった導
線部分は、やはり直接には各ポールに磁界を生じさせる
ためには全（働いていないのであって、その分だけ直接
には動力発生に役立たない導線部分が巻回されていると
いうことができる。

（問題点を解決するための手段及び作用）本発明は従来
のモータの上記欠点を除去するため、回転子の数と固定
子の数とが互いに素またはその整数倍で、両者の中心角
に占める角度が等しくなるように構成することによって
、回転子と固定子との極間の相互作用の向上を計ると共
に、両者の何れかを構成する電機子は１ポールに１コイ
ル巻に構成することによって、前記従来のモータにおけ
るようなコイルのスロット導線および重ね巻による無駄
な導線をなくし、且つ各コイルの電流が、磁界発生に当
たって互いに打ち消し合うような不都合をなくし、上記
二つの構成の相乗効果によって、従来のモータよりも構
造が簡単でしがもモータ定数の高い、効率のよいモータ
を提供するものである。

（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図は本発明を実施せるモータの側面概念図であり、
図面外側にＮ、Ｓで交互に表示した環上は永久磁石２．
２′から成る回転子であるが、図示のとおり、永久磁石
から成る回転子上は８掻で、これに対し図示の内側に示
したポール３．３・・・・・・とコイル５Ａ、５Ｂ、５
Ｃとから成る電機子は固定子であって６ポールである。

即ち、両者の数は互いに素である４対３の２倍、即ち８
対６の数で構成している。

この例では、固定子である電機子は（ａ＋、　ａｔ）　
。

（ｔｚ、　ｂｉ）　＋　　（ｃ＋、　ｃｚ）の３つのグ
ループに、１２０゛の間隔で３分割して、各グループ内
の隣接する電機子にには同一相の電流が逆方向に通電す
るように、コイル５Ａ、５Ｂ、５Ｃを巻回して構成する
。

また各固定子の中心角に占める角度は回転子のそれと等
しく構成し、この中心角をθとすればθ＝３６０”／８
極−４５”であって、各１個の磁極および電機子のモー
タの中心角に占める角度は全て４５°となるように構成
する。

上記構成を採った場合に、電機子の各グループ間に隙間
が生じる。この角度を０１で示すと、上記実施例では、 θ、−１２０’　−２０−３０°となる。

以上が本発明を実施せるモータの構成である。

次にこのモータの動作原理を説明する。

第３同各図は第１図に示す本発明の実施例のモータにつ
いて、第２図同様に、モータの３６０゜を直線状に展開
して固定子および回転子の位置関係を示した図であって
、図面上部に記載したＮ　＋　。

Ｓ２・・・・・・　が回転子である永久磁石を示し、下
段に固定子である電機子および該電機子の各図の瞬間に
於ける磁界の極性を示したものであり、第３図（１）が
固定子および回転子の位置関係が第１図に示したのと同
じ瞬間における位置関係を示している。

第３図（１）に示す瞬間において、回転子と固定子との
位置関係および極性を見ると、Ｎ、の回転子はａ！の電
機子に生じているＮの磁界に反発され、且つす、の電機
子に生じているＳの磁界に吸引され、Ｓ４の回転子はす
、の電機子に生じているＳの磁界に反発され、且つｂ２
の電機子に生じているＮの磁界に吸引されるというよう
に、以下Ｓ４から８８までの回転子について、いずれも
固定子である電機子との位置関係および極間の相互作用
により回転子が同図右方向に動くトルクが生じることが
図面から理解できよう。但し、この瞬間において、Ｎ１
の回転子はａ、の電機子に生じているＳの磁界と、Ｓ２
の回転子はａｔの電機子に生じているＮの磁界と、それ
ぞれニュウトラル・ゾーンの関係にあり、この位置関係
ではこの瞬間だけこの部分においてはトルク発生に貢献
していないことになる。

第３図（２）は第３図（１）の瞬間から回転子が１５゜
だけ同図右方向に回転した瞬間における回転子と固定子
との位置関係および両者の極性を示した図である。即ち
同図の瞬間においては、回転子の位置が第３図！１１の
位置よりも同図右方向に１５°即ち同図では全体の２４
分の１だけ右方向に移動しており、且つａｌ、ａｔの各
電機子のコイルに通電しているＡ相の電流が、位相の進
行により転流が生じ、第３図（１）の瞬間に比してａｌ
、Ｃ２の磁界が逆転していることを示している。この瞬
間においても、Ｎ、の回転子はａｌの電機子に生じてい
るＮの磁界から反発され、且つＣ２の電機子に生じてい
るＳの磁界に吸引される関係にある。またＳ４の回転子
について見ると、この回転子はす、の電機子に生じてい
るＳの磁界から反発され、且つｂ２の電機子に生じてい
るＮの磁界に吸引されるというように、この瞬間におい
ても、各回転子が同図右方向に回転するトルクが生じる
ことが分かる。但し、この瞬間においても、Ｓ６の回転
子およびＮ、の回転子はいずれもＣ８、Ｃ２の電機子と
ニュウトラル・ゾーンの関係にあり、前記第３図（１）
の瞬間におけると同様に、この瞬間だけこの部分はトル
ク発生に貢献していないことになる。

第３図（３）以下はいずれも、各前回に示した瞬間から
、回転子が図面右方向に１５°回転した瞬間における回
転子と固定子との位置関係およびその瞬間における固定
子の極性を示したものであるが、いずれの瞬間において
も、前記説明と同様に、固定子・電機子間の吸引・反発
により、固定子に各回合方向に回転するトルクが生じる
こと（但しニュウトラル・ゾーンの関係にある回転子と
固定子については、前記説明のとおり）が各図面から理
解されよう。

勿論本発明は上記実施例に限定れれる必要はなく、回転
子である磁極の数と固定子である電機子の数にしても、
前記のように８極と６ポールに限らず、両者の数が互い
に素、またはその倍数でありさえすれば、例えば５と４
の倍数である１０極８ポールあるいは９と１０の関係を
採り、１０極９ボ一ル等無数の組み合わせによる設計が
可能である。

また例えば回転子を電機子で構成し、固定子を永久磁石
で構成してもよいし、固定磁極は永久磁石に限らず他動
式界磁巻線を用いてもよいことは言うまでもない。

また上記は３和文番電流を用いて、位相の進行により、
転流が生じたものを例に上げたが、相の数はこれに限る
必要はないし、直流電源を用いて整流子とブラシを用い
て回転子の回転に応じて転流を生じさせ、またはセンサ
とスイッチング機構とを組み合わセて転流を行わせる等
、周知の技術によって転流を行わせてもよい、また例示
した磁極と電機子との磁界の関係は例示であるから、例
えば交流の電源を用いて回転子のコイルと固定電機子の
コイルとを直列または並列に同一電源を通電すれば、相
対的に前記実施例と同様な固定子と回転子との吸引・反
発の磁界を得られるから、全く同様な思想によって交流
’ＱＢを用いた整流子モータとしても実施することがで
きる。

また本発明は第３図に示した展開図と同様に、直線状に
磁極を配置してリニアモータとすることもできるし、ま
た前記動作原理で説明したように、位相の進行によって
、電機子の磁極が変化しないと、それ以上は回転しない
ことになるから、これを利用してステップモータにも本
発明を実施することができる。

（発明の効果） 固定子と回転子との位置関係が、第４図に示すように、
電気角で９０°ずれた位置にあるときにモータは最も効
率よくトルクを発生することは既に知られていることで
あるが、本発明は前記のように、回転子の数と固定子の
数とが、互いに素、またはその整数倍の数で構成するか
ら、両者の位置関係が常にモータ全周のどこかの位置で
、必ず第４図に示すように両者の位置がずれたところが
生じることになるので、回転子がどの位置にあっても常
時滑らかに起動し且つ効率よく電流を動力に変換するモ
ータができるのである。

また、本発明のモータは１ポ一ル１コイル巻で構成する
から、前記の従来のモータに見られるようなコイルの重
ね巻およびスロットを跨いでコイルを巻回することがな
くなるので、このようなスロット路線および重ね巻によ
る、直接にはトルク発生に役立たない導線部分がなくな
り、その分だけ導線が少なくなるから、モータを軽量・
薄型に構成でき、構成も単純であるのでそれだけ安価で
故障の少なく、しかも重量に比して高いトルクの得られ
るモータができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施せるモータの側面概念図、第２図
は従来のモータの動作原理を説明するための展開概念図
、第３回答図は第１図のモータの動作原理を説明するた
めの展開図を時間の経過毎に示したもの、第４図はモー
タにおける回転子と固定子との位置関係をしめした概念
図である。 図中　上・・・・・・回転子　２・・・・・・回転子を
構成する永久磁石　３・・・・・・電機子のポール　４
・・・・・・電機子５・・・・・・コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転子の数と固定子の数とが互いに素、またはその整数
   倍で、両者の各１個がモータの中心角に占める角度が等
   しくなるように構成すると共に、両者の何れかを構成す
   る電機子は１ポールに１コイル巻に構成して、回転子と
   固定子との極間の相互作用の向上により、効率を改善し
   たモータ。