JPH02276446A - 電動機 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、界磁磁極を有する界磁部と巻線用溝を有する
電機子鉄心を具備する電動機に関するものである。

従来例の構成とその問題点 電機子鉄心に巻線用溝を設けて多相の巻線を収納するよ
うにした電動機は、巻線用溝の間に形成される歯に界磁
部の磁束を収束させることができるために、その出力が
大きいという利点がある。

そのため、産業用ロボットやＮＣ機器の駆動動力源とし
て広く使用されている。しかしながら、このような電動
機では、界磁部の磁極と電機子鉄心の巻線用溝の相互作
用によりコギングトルクが発生する。以下、これについ
てブラシレス形の直流電動機を例にとり、図面を参照し
て説明する。

第１図は従来の電動機の構造を表わす要部構成図である
０回転軸１に取りつけられた強磁性体のロータ２の外周
に、円環状のマグネット３が取りつけられている。マグ
ネット３には４掻の磁極が等角度間隔に着磁されており
、界磁部を形成している。界磁部のマグネット３と所定
の間隙を離して電機子鉄心４が配置されている。マグネ
ット３と電機子鉄心４は、いずれが一方が他方に対して
回転自在に支承されている（本例では、電機子鉄心４に
対してマグネット３が回転するようになされている）、
電機子鉄心４には、等角度間隔に２４個の巻線用溝５が
設けられており、各巻線用溝の間には２４個の歯６が形
成され、３相の巻線Ａｌ〜Ａ４．Ｂｌ−Ｂ４．Ｃ１〜Ｃ
４が型巻して巻装されている０巻線ＡＩ、Ａ２．Ａ３．
Ａ４は５個の歯を取り囲むように巻かれており、巻線Ａ
１が収納された両方の巻線用溝の隣の巻線用溝にはそれ
ぞれ巻線Ａ２とＡ４の一端が収納されている。同様に、
巻線Ａ２が収納された両方の巻線用溝の隣の巻線用溝に
はそれぞれ巻線ＡＩとＡ３の一端が収納され、巻線Ａ３
が収納された両方の巻線用溝の隣の巻線用溝にはそれぞ
れ巻線Ａ２とＡ４の一端が収納され、巻線Ａ４が収納さ
れた両方の巻線用溝の隣の巻線用溝にはそれぞれ巻線Ａ
ＩとＡ３の一端が収納されている。他の相の巻線８１〜
Ｂ４゜０１〜Ｃ４についても同様である。以下、Ａｔ−
Ａ４をまとめてＡ相の巻線群とし、８１〜Ｂ４をＢ相の
巻線群とし、０１〜Ｃ４をＣ相の巻線群とする。界磁部
のマグネット３の発生磁束は電機子鉄心４の各歯に流入
または流出し、Ａ、Ｂ、Ｃ相の巻線群に鎖交している。

Ａ、Ｂ、Ｃ相の巻線群の間には、電気的に１２０度の位
相差がある。ここで、電気角の１８０度は界磁部の１磁
極ピツチ３６０°／Ｐ　（Ｐは界磁部の磁極数）に相当
する（本例では、Ｐ＝４であるから機械角９０度が１磁
極ピツチであり、電気角１８０度に相当する）。

第２図に駆動回路の構成図を示す、第１図の巻ｆｌＡ１
〜Ａ４は、各巻回方向を考慮して直列に接続されＡ相の
＠線群を形成している。同様に、巻線Ｂ１−８４は各巻
回方向を考慮して直列に接続されＢ相の巻線群を形成し
、巻線０１〜Ｃ４は各巻回方向を考慮して直列に接続さ
れＣ相の巻線群を形成している。３相の巻線群は星形結
線され、その端子を駆動部１１に接続されている０位置
検出部１２はマグネット３の回転位＝を検出し、マグネ
ット３の回転に伴って変化する３相の正弦波状の信号Ｐ
Ｌ、Ｐ２．Ｐ３を出力する。駆動部１．１には、指令信
号Ｆと位置検出部１２の３相信号ＰＩ。

Ｐ２．Ｐ３が入力され、その両者の積に比例した３相の
正弦波状の電流ＩＩ、ｒ２，１３を出力する。その結果
、Ａ、Ｂ、Ｃ相の巻線群への電流１１．１２．１３とマ
グネット３の磁束との相互作用によつて所定方向への回
転力を発生する。

次に、この従来例のコギングトルクについて第３図を参
照して説明する。第３図は、第１図のマグネット３と電
機子鉄心４をｘ−ｘ　’線とＹ−Ｙ　’線について平面
展開した図である（巻線を省略し、巻線用溝をａ〜Ｘで
示した）、コギングトルクは界磁部と電機子鉄心の間の
磁場に蓄えられた磁気エネルギーが両者の相対的な回転
に応じて変化することによって生じるものである。特に
、界磁部の磁極と電機子鉄心の溝の両者に関係して発生
し、第１図のごとく界磁部のマグネット３と電機子鉄心
４の両方に磁気的な周期性がある場合には、その両者に
共通して存在する成分（整合成分）のコギングトルクが
生じる。第４図にマグネット３の発生する磁束密度の分
布特性を全周（３６０度）について示す、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、第４図に
示すごとき特性の界磁部のマグネット３が有する磁気的
な周期・波形の基本的な調波成分は第４次調波成分とな
る。

ここで、１回転１回の正弦波成分を第１次調波成分とす
る。すなわち、マグネット３は第４火成分を基本として
、第８次、第１２次、・・・・・・などの高調波成分を
含んでいることになる。

一方、電機子鉄心４の磁気的不均一性（パーミアンスに
関係するＮ）は＠線用溝ａ　−Ｘによって生じる。電機
子鉄心４のｉ線用溝ａ　−’−ｘは等角度間隔（１５度
間隔）に配置されているので、電機子鉄心４の磁気的不
均一性の基本的な調波成分は第２４次成分となる。従っ
て、これを基本として第４８次、第７２次、・・・・・
・などの高調波成分を含んでいる。コギングトルクは、
電機子鉄心４の有する磁気的不均一性の成分とマグネッ
ト３の有する周期・波形の調波成分が整合（一致）する
ときに発生するから、本従来例のコギングトルクは第２
４次、第４８次、・・・・・・などの調波成分が生じる
。

コギングトルクの第２４次成分は、２４個の巻線用溝に
よって生じる電機子鉄心４の磁気的不均一性の基本成分
に直接に関係している。一般に、電機子鉄心４の基本成
分はその他の高調波成分に較べてかなり大きい。その結
果、この従来の電動機では非常に大きなコギングトルク
が発生していた。

本出願人は、このようなコギングトルクを低減する一方
法を特願昭５３−１４５４８９号に提案している。特願
昭５３−１４５４８９号では、電機子鉄心の歯の部分に
補助溝を設けることにより、コギングトルクの基本的な
調波成分を高くしてコギングトルクを低減している。し
かしながら、このような方法によりコギングトルクを十
分に低減するためには、コギングトルクの基本次数をか
なり高次にする必要があり、多くの補助溝を電機子鉄心
に設けなければならず、実用的でない、また、補助溝を
多く設けた場合でも、コギングトルクの基本成分が電機
子鉄心の基本成分と一致するためにコギングトルクを十
分に低減できなかった。

発明の目的 本発明は、このような点を考慮し、界磁磁極を有する界
磁部と巻線用溝を有する電機子鉄心を具備する電動機で
あって、コギングトルクの非常に小さい電動機を提供す
るものである。

発明の構成 本発明では、永久磁石材料を使用して、Ｐ極（ただし、
Ｐは２以上の偶数）の界磁磁極を円周上に等角度間隔程
度に有する界磁部と、６Ｐ個の巻線用溝に３相の巻線を
収納した電機子鉄心とを具備し、前記界磁部と前記電機
子鉄心のうちでいずれか一方が他方に対して回転自在と
なされた電動機であって、前記電機子鉄心は前記巻線用
溝の間に６Ｐ個の歯を形成し、実効ピッチがＤ＝６０°
／Ｐより大きいＬ個（ただし、Ｌは整数）の長歯と、実
効ピッチがＤより小さいＭ個（ただし、Ｍは整数）の短
歯を有し、前記長歯と前記短歯の個数をＬ＋Ｍ−６Ｐ Ｌ　≧　３ Ｍ　≧　３ となし、２個以上の隣接する前記短歯からなる短歯ブロ
ックおよび少なくとも１個の前記長歯からなる長歯ブロ
ックをそれぞれ複数個有し、前記短歯ブロックと前記長
歯ブロックを円周上に交互に配置し、かつ、隣接する１
組の前記短歯ブロックの歯数と前記長歯ブロックの歯数
の和を３の整数倍と異ならせたことにより、上記の目的
を達成したものである。

また、本発明では、永久磁石材料を使用して、Ｐ極（た
だし、Ｐは２以上の偶数）の界磁磁極を円周上に等角度
間隔程度に有する界磁部と、６Ｐ個の巻線用溝に３相の
巻線を収納した電機子鉄心とを具備し、前記界磁部と前
記電機子鉄心のうちでいずれか一方が他方に対して回転
自在となされた電動機であって、前記電機子鉄心は前記
巻線用溝の間に６Ｐ個の歯を形成し、実効ピッチがＤ＝
６０°／Ｐより大きいＬ個（ただし、Ｌは整数）の長歯
と、実効ピッチがＤより小さいＭ個（ただし、Ｍは整数
）の短歯を有し、前記長歯と前記短歯の個数を Ｌ＋Ｍ＝６Ｐ Ｌ　　≧　　３ Ｍ　　≧　　３ となし、少なくとも１個の前記短歯からなる短歯ブロッ
クおよび２個以上の隣接する前記長歯からなる長歯ブロ
ックをそれぞれ複数個有し、前記短歯ブロックと前記長
歯ブロックを円周上に交互に配置し、かつ、隣接する１
組の前記短歯ブロックの歯数と前記長歯ブロックの歯数
の和を３の整数倍と異ならせたことにより、上記の目的
を達成したものである。

さらに、本発明では、Ｐ極（ただし、Ｐは２以上の偶数
）の永久磁石磁極を円周上に等角度間隔程度に有する界
磁部を形成するロータと、前記永久磁石磁極と所定間隙
あけて設けられ６Ｐ個の巻線用溝に３相の巻線を収納し
た電機子鉄心と、前記ロータの回転に伴って前記３相の
巻線に３相の電流を供給する駆動回路とを具備し、前記
電機子鉄心は前記巻線用溝の間に６Ｐ個の歯を形成し、
実効ピッチがＤ＝６０°／Ｐより大きいＬ個（ただし、
Ｌは整数）の長歯と、実効ピッチがＤより小さいＭ個（
ただし、Ｍは整数）の短歯を有し、前記長歯と前記短歯
の個数を Ｌ＋Ｍ＝６Ｐ Ｌ　≧　３ Ｍ　≧　３ となし、２個以上の隣接する前記短歯からなる短歯ブロ
ックおよび少なくとも１個の前記長歯からなる長歯ブロ
ックをそれぞれ複数個有し、前記和尚ブロックと前記長
歯ブロックを円周上に交互に配置し、かつ、隣接する１
組の前記短歯ブロックの歯数と前記長歯ブロックの歯数
の和を３の整数倍と異ならせたことにより、上記の目的
を達成したものである。

さらに、本発明では、Ｐ極（ただし、Ｐは２以上の偶数
）の永久磁石磁極を円周上に等角度間隔程度に有する界
磁部を形成するロータと、前記永久磁石磁極と所定間隙
あけて設けられ６Ｐ個の巻線用溝に３相の巻線を収納し
た電機子鉄心と、前記ロータの回転に伴って前記３相の
巻線に３相電流を供給する駆動回路とを具備し、前記電
機子鉄心は前記巻線用溝の間に６Ｐ個の歯を形成し、実
効ピッチがＤ＝６０°／Ｐより大きいＬ個（ただし、Ｌ
は整数）の長歯と、実効ピッチがＤより小さいＭ個（た
だし、Ｍは整数）の短歯を有し、前記長歯と前記短歯の
個数を Ｌ＋Ｍ＝６Ｐ Ｌ　≧　３ Ｍ　　≧　　３ となし、少なくとも１個の前記短歯からなる短歯ブロッ
クおよび２個以上の隣接する前記長歯からなる長歯ブロ
ックをそれぞれ複数個有し、前記短歯ブロックと前記長
歯ブロックを円周上に交互に配置し、かつ、隣接する１
組の前記短歯ブロックの歯数と前記長歯ブロックの歯数
の和を３の整数倍と異ならせたことにより、上記の目的
を達成したものである。

実施例の説明 第５図に本発明の一実施例を表わす要部平面展開図を示
す。第５図において、ロータ２に取りつけられたマグネ
ット３は等角度間隔に４極の磁極を有し、電機子鉄心４
の２４個の巻線用溝ａ　−ｘおよび２４個の歯に所定間
隙あけて対向している。

電機子鉄心４の２４個の巻線用溝には、第１図のＡ、Ｂ
、Ｃ相の巻線群と同様に３相の巻線群が巻装されている
（図示を省略する）。すなわち、巻線用溝ａからｆに渡
って巻線Ａ１が巻装され、巻線用溝ｇからｌに渡って巻
線Ａ２が巻装され、巻線用溝ｍからｒに渡って巻！ｆＩ
ＡＡ３が巻装され、巻線用溝ＳからＸに渡って巻線Ａ４
が巻装され、巻線Ａ１〜Ａ４がその巻回方向を考慮して
直列に接続されて第Ａ相の巻線群を形成している。同様
に、巻線用溝ｅからｊに渡って巻線Ｂ１が巻装され、巻
線用溝ｋからｐに渡って巻線Ｂ２が巻装され、巻線用溝
ｑからＶに渡って巻線Ｂ３がＳ装され、巻線用溝Ｗから
ｄに渡って巻線Ｂ４が巻装され、巻線８１〜Ｂ４がその
巻回方向を考慮して直列に接続されて第Ｂ相の巻線群を
形成している。さらに、巻線用溝ｉからｎに渡って巻線
Ｃ１が巻装され、巻線用溝０からＬに渡って巻線Ｃ２が
巻装され、巻線用溝Ｕからｂに渡って巻線Ｃ３が巻装さ
れ、巻線用溝Ｃからｈに渡って巻線Ｃ４が巻装され、巻
線０１〜Ｃ４がその巻回方向を考慮して直列に接続され
て第Ｃ相の巻線群を形成している。

本実施例の駆動回路は、第２図の構成と同様であり、説
明を省略する。

第５図の実施例においては、電機子鉄心４の巻線用溝ａ
　−ｘの配置を不等角度間隔となし、巻線用溝の間に形
成される歯の実効ピッチを不均一にしている。ここに、
歯の実効ピッチとは歯の両端の巻線用溝の中心のなす角
度である０巻線用溝の個数をＴ−６・Ｐ＝２４　（Ｐは
界磁部の磁極数でありＰ＝４）とするとき、等角度間隔
に配置すると各歯の実効ピッチはＤ＝６０°／Ｐ＝１５
’となるので、Ｄより大きい歯を長歯と呼び、Ｄより小
さい歯を短歯と呼ぶことにする。歯ａ−ｂ（両端の巻線
用溝によって歯を表わす）は短歯、歯ｂ−Ｃは短歯、歯
ｃ−ｄは短歯、歯ｄ−ｅは短歯、歯ｅ−ｆは短歯、歯ｒ
−ｇは短歯、歯ｇ−ｈは短歯、歯ｈ−ｉは長歯、歯ｉ−
ｊは短歯、歯ｊ−には短歯、歯に−１は短歯、歯１−ｍ
は短歯、歯ｍ−ｎは短歯、歯ｎ−ｏは短歯、歯ｏ−ｐは
短歯、歯ｐ−ｑは長歯、歯ｑ−ｒは短歯、歯ｒ−ｓは短
歯、歯ｓ−ｔは短歯、歯ｔ−ｕは短歯、歯ｕ−ｖは短歯
、歯ｖ−ｗは短歯、歯ｗ−ｘは短歯、歯Ｘ−ａは長歯で
ある。すなわち、長歯の個数はＬ＝３、短歯の個数はＭ
＝２１である。巻線用溝ａからｈの間（ａ、　ｂ、　ｃ
、、ｄ、　ｅ、　　ｆ、　ｇ、　ｈ）と巻線用溝ｉから
ｐの間（ｉ、ｊ、に＋ｆｆｉ、ｍ、ｎ、ｏ＋ｐ）と巻線
用溝ｑからＸの間（ｑ、ｒ、ｓ、ｔ、ｕ。

Ｖ、Ｗ、Ｘ）は短歯のみが部分的に集中しており、７個
の短歯からなる短歯ブロックを形成している（長歯を含
まない）。同様に、巻線用溝りからｉの間（ｈ、　　ｉ
）と巻線用溝ｐからｑの間（ｐ、ｑ）と巻線用溝Ｘから
ａの間（ｘ、ａ）は長歯のみが部分的に集中しており、
１個の長歯からなる長歯ブロックを形成している（短歯
を含まない）。すなわち、３＆Ｉｔの短歯ブロックと長
歯ブロックが円周上に交互に配置されている。短歯ａ−
ｂ、ｂ−ｃ、ｃ−ｄ。

ｄ−ｅ、ｅ−ｆ、ｆ−ｇｔｇ−ｈ、ｉ−ｊ、ｊ−ｋ。

ｋ−１，１−ｍ、ｍ−ｎ、ｎ−０１０−ｐ、ｑ−ｒ。

ｒ−ｓ、ｓ−ｔ、ｔ−ｕ、　ｕ−ｖ、　ｖ−ｗ、　ｗ−
ｘの実効ピッチは、３６０°／２７−１３．３３３”に
等しくもしくは略等しくなされている。長歯ｈ　　＊　
＋　ｐ　　ｑ　＋　ｘ−ａの実効ピッチは、７２０゜／
２７＝２６．６６７ｍに等しくもしくは略等しくなされ
ている。すなわち、短歯の実効ピンチと長歯の実効ピッ
チの比はＩＸ２にされている。また、各長歯には１個の
補助溝が設けられ、巻線用溝と補助溝からなる電機子鉄
心の溝の全体は等角度間隔（３６０’　／２７＝１３．
３３３°間隔）もしくは略等角度間隔に谷溝の中心（磁
気的な作用効果からみた中心）が配置されている。

次に、本実施例のコギングトルクについて説明する。す
でに説明したように、コギングトルクは電機子鉄心の巻
線用溝による磁気的不均一性の調波成分と界磁部の磁極
による磁気的な周期・波形の調波成分が整合したときに
生じる。界磁部のマグネット３の磁気的な周期・波形は
、マグネット３の１磁極ピツチ３６０°／Ｐは周期とす
る周期関数となっている。従って、マグネット３の１４
１１掻ピツチを基本周期として、電機子鉄心４の磁気的
不均一性（巻線用溝と補助溝の配置によって生じる磁気
的な変動分）を考えればよく、−ａにその変動量を小さ
くするならばコギングトルクは小さくなる。マグネット
３の１磁極ピツチを基本周期として電機子鉄心４の巻線
用溝ａ　％　Ｘと補助溝ａ′〜Ｃ′をみたときの位相関
係を第６図に示す。

人相の巻線群を収納された巻線用溝ａ、ｆ＋　　ｇ＋１
、ｍ、ｒ、ｓ、ｘは１磁極ピツチの１／２７の位相差で
位相ずれを設けられ（巻線用溝の位相ａ。

ｆ、　　ｇ、　　ｅ、　ｍ、　　ｒ、　　ｓ、　　ｘは
６個所以上に異なる）、その変動範囲はＩＶ１極ピッチ
の８／２７（１磁極ピツチの１７３以下）になされてい
る。

同様に、Ｂ相の巻線群を収納された巻線用溝ｄ。

ｅ、ｊ、に、ｐ、ｑ、ｖ、ｗは１磁極ピンチの１／２７
の位相差で位相ずれを設けられ、その変動範囲は１磁極
ピツチの８／２７になされている。さらに、Ｃ相の巻線
群を収納された巻線用溝す、ｃ。

ｈ、ｉ、ｎ、ｏ、ｔ、ｕは１　ｉｆｆ極ピッチの１／２
７の位相差で位相ずれを設けられ、その変動範囲は１磁
極ピツチの８／２７になされている。また、Ａ相の巻線
用溝群（ａ、ｆ、ｇ、Ｌ　ｍ、ｒ、Ｓ。

Ｘ）とＢ相の巻線用溝群（ｄ、ｅ、ｊ、に、ｐ。

ｑ、ｖ、ｗ）とＣ相の巻線用溝群（ｂ、ｃ、ｈ。

ｉ、ｎ、ｏ、ｔ、ｕ）の間にはそれぞれｌ磁極ピッチの
１／３の位相差がある（Ａ、Ｂ、Ｃ相の巻線群の間に電
気角で１２０度の位相差がある）。また、巻線用溝ａ　
−ｘの位相とは異なる位相に補助溝ａ′〜Ｃ゛が位置し
、巻線用溝ａ　−ｘと補助溝ａ゛〜Ｃ′からなる溝の全
体はｌ／２７の位相差で位相がすべて異なっている。第
７図に巻線用溝ａ　−ｘと補助溝ａ′〜Ｃ′による電機
子鉄心４の磁気的変動分の波形を示す。谷溝の開口幅に
応じて、谷溝による磁気的な変動分はなだらかに変化す
る６巻線用溝ａ　−ｘと補助溝ａ゛〜Ｃ′は１／２７ず
つ位相が異なっているために、合成の磁気的な変動分（
交流分）はかなり小さくなっている。

第８図に、第１図の従来の電動機の磁気的な変動分を示
す。巻線用溝ａ、ｇ、ｍ、ｓは同位相となり、巻線用溝
す、ｈ、ｎ、ｔは同位相となり、巻線用溝ｃ、ｔ、Ｏ，
ｕは同位相となり、巻線用溝ｄ、Ｊ、ｐ、ｖは同位相と
なり、巻線用溝ｅ、ｋ。

ｑ、ｗは同位相となり、巻線用溝ｆ、１．ｒ、ｘは同位
相になるので、第１図の従来の電動機の合成の磁気的な
変動分は非常に大きい（第１図の従来例には補助溝ａ′
〜Ｃ′はない）。第７図と第８図を比較すると、本実施
例の電動機の磁気的な変動分が大幅に小さくなっている
ことがわかる。

その結果、本実施例のコギングトルクは大幅に低減され
ている。

さらに、本実施例の各巻線ＡＩ、Ａ２．Ａ３゜Ａ４．Ｂ
１．Ｂ２．Ｂ３．Ｂ４．Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３゜Ｃ４の実効
ピッチは（１ｆｆｉ極ピッチの２４／２７）＝１６０度
（電気角）以下から（１磁極ピツチの２０／２７）＝１
３３．３度（電気角）以上になされている。ここに、巻
線の実効ピンチはその巻線が収納された巻線用溝の中心
間のなす角度である。

例えば、人相の巻線群についてみれば、Ａ１の巻装され
た巻線用溝ａ−ｆ間の角度は１３３．３＠（５個の短歯
骨）、Ａ２の巻装された巻線用溝ｇ−２間の角度は１６
０’　　（４個の短歯と１個の長歯骨）、Ａ３の巻装さ
れた巻線用溝ｍ−ｒ間の角度は１６０°（４個の短歯と
１個の長歯骨）、Ａ４の巻装された巻線用溝ｓ−ｘ間の
角度は１３３．３°（５個の短歯骨）である、Ｂ相の巻
線群についてみれば、Ｂ１の巻装された巻線用溝ｅ　−
３間の角度は１６０°　（４個の短歯と１個の長歯骨）
、Ｂ２の巻装された巻線用溝に−ｐ間の角度は１３３．
３’（５個の短歯骨）、Ｂ３の巻装された巻線用溝ｑ−
ｖ間の角度は１３３．３＠　（５個の短歯骨）、Ｂ４の
巻装された巻線用溝ｗ−ｄ間の角度は１６０°（４個の
短歯と１個の長歯骨）である。

Ｃ相の巻線群についてみれば、Ｃ１の巻装された巻線用
溝ｉ−ｎ間の角度は１３３．３”（５個の短歯骨）、Ｃ
２の巻装された巻線用溝ｏ−を間の角度は１６０°（４
個の短歯は１個の長歯骨）、Ｃ３の巻装された巻線用溝
ｕ−ｂ間の角度は１６０゜（４個の短歯と１個の長歯骨
、Ｃ４の巻装された巻線用溝ｃ−ｈ間の角度は１３３．
３”　　（５個の短歯骨）である。このように、各相の
巻線が収納された巻線用溝の変動範囲を小さくして（１
磁極ピツチの１／３以下）、かつ、巻線の実効ピッチの
変動範囲を小さくするならば（１６０度以下から１３３
度以上）、巻線作業が容易となり、自動化も可能となる
。

前述の第５図の実施例では、長歯の先端に補助溝を設け
たが、補助溝は必ずしも必要ではない。

第７図のａ′、ｂ’、ｃ’がなくなっても、合成の磁気
的変動分は第８図の従来例よりも小さい。

−ａに、長歯と短歯の配置を工夫して、３の整数倍の短
歯ブロックと長歯ブロックを交互に配置することによっ
て、コギングトルクを低減できる。

このとき、隣接する１組の短歯ブロックと長歯ブロック
の歯の総数を３の倍数と異ならせるならば、容易に歯の
位相を変動させることができる。また、連続する３組の
短歯ブロックと長歯ブロックの全体の実効ピッチを（３
６０”　／Ｐ）　　・Ｑに等しくして、隣接する１組の
短歯ブロックと長歯ブロックの歯の総数をＱの整数倍に
等しくするならば、３相の巻線群の間の位相差を１２０
度（電気角）に等しくでき、３組巻線を均等に配置でき
る（第５図の実施例ではＱ＝Ｐ−４であり、隣接する短
歯ブロックと長歯ブロックの歯の総数を２Ｑ＝８とした
）。

また、少なくとも１個の長歯に補助溝を設けるならば、
コギングトルクの低減効果を大きくできる。さらに、短
歯の実効ピッチと長歯の実効ピッチをＲ：Ｒ＋１もしく
はＲ：Ｒ＋３（Ｒは整数）にして、長歯（および短歯）
に補助溝を設け、巻線用溝と補助溝からなる？ＳＳ吊子
鉄心溝の全体を短歯の実効ピッチのＲ分の１の間隔で配
置するならば、簡単にコギングトルクを低減できる。こ
のような構成の他の例を表１にしめす。

（以　下　余　白） 表１（Ａ）の構成は、第５図の短歯の実効ピッチを２単
位角度（１単位角度は３６０°１５１＝７．０６°）に
し、長歯の実効ピッチを３単位角度にして、短歯と長歯
に補助溝を設け、巻線用溝と補助溝からなる溝の全体を
１単位角度間隔に配置したものである０表１　（Ｂ）の
構成は、第５図の短歯の実効ピッチを３単位角度（１単
位角度は３６０゜／７５＝４．８°）にし１、長歯の実
効ピッチを４単位角度にして、短歯と長歯に補助溝を設
け、巻線用溝と補助溝からなる溝の全体を１単位角度間
隔に配置したものである０表１（Ｃ）の構成は、第５図
の短歯の実効ピッチを１単位角度（１単位角度は３６０
°／３３＝１０．９１°）にし、長歯の実効ピッチを４
単位角度にして、長歯に補助溝を設け、巻線用溝と補助
溝からなる溝の全体を１単位角度間隔に配置したもので
ある。

また、長歯ブロックが７個の長歯からなり、短歯ブロッ
クが１個の短歯からなる場合でも、コギングトルクを低
減できる。そのような構成を表２に示す。

表２（Ａ）の構成は、７個の長歯からなる長歯ブロック
と１個の短歯からなる短歯ブロックを３組交互に円周上
に配置しく第５図の短歯と長歯の個数を交換する）、短
歯の実効ピッチを１単位角度（１単位角度は３６０°／
４５＝８”）にし、長歯の実効ピッチを２単位角度にし
て、長歯に補助溝を設け、巻線用溝と補助溝からなる溝
の全体を１単位角度間隔に配置したものである。°表２
（Ｂ）の構成では、短歯の実効ピッチを２単位角度（１
単位角度は３６０”／６９＝５．２２°）にし、長歯の
実効ピッチを３単位角度にして、長歯と短歯に補助溝を
設け、巻線用溝と補助溝からなる溝の全体を１単位角度
間隔に配置したものである。

表２（Ｃ）の構成では、短歯の実効ピッチを３単位角度
（１単位角度は３６０”／９３＝３．１３７°）にし、
長歯の実効ピッチを４単位角度にして、長歯と短歯に補
助溝を設け、巻線用溝と補助溝からなる溝の全体を１単
位角度間隔に配置したものである。

また、長歯ブロックが２個の長歯からなり、短歯ブロッ
クが６個の短歯からなる場合でも、コギングトルクを低
減できる。そのような構成を表３に示す。

（以　下　余　白） 表３（Ａ）の構成は、６個の短歯からなる短歯ブロック
と２個の長歯からなる長歯ブロックを３Ｉｆｌ交互に円
周上に配置し、６個の短歯の実効ピッチをすべて１単位
角度（１単位角度は３６０°／３３＝１０．９１°）に
し、２個の長歯の実効ピッチをそれぞれ２単位角度と３
単位角度にし、長歯に補助溝を設け、巻線用溝と補助溝
からなる溝の全体を１単位角度間隔に配置したものであ
る。表、　３　（Ｂ）の構成は、６個の短歯の実効ピッ
チをすべて３単位角度（１単位角度は３６０°／８１＝
４．４４＠）にし、２個の長歯の実効ピッチをそれぞれ
４単位角度と５単位角度にし、長歯と短歯に補助溝を設
け、巻線用溝と補助溝からなる溝の全体を１単位角度間
隔に配置したものである。

前述の各実施例においては、界磁部のマグネット３の磁
極数をＰ−＝４としたが、本発明はそのような場合に限
られるものではない。例えば、界磁部のマグネット３の
磁極数をＰ−２にした場合には、Ｔ−６Ｐ＝１２個の巻
線用溝に３相の巻線を型巻することになるが、３個の短
歯からなる短歯ブロックと１個の長歯からなる長歯ブロ
ックを３組交互に円周上に配置して、コギングトルクを
低減した例を表４に示す。

表４ 表４（Ａ）の構成は、短歯の実効ピッチを１単位角度（
１単位角度は３６０°／１５＝２４°）にし、長歯の実
効ピッチを２単位角度にして、長歯に補助溝を設けて、
巻線用溝と補助溝からなる溝の全体を１単位角度間隔に
配置したものである。

表４（Ｂ）の構成は、短歯の実効ピッチを２単位角度（
１単位角度は３６０°／２７＝１３．３３＠）にし、長
歯の実効ピッチを３単位角度にして、長歯と短歯に補助
溝を設けて、巻線用溝と補助溝からなる溝の全体を１単
位角度間隔に配置したものである０表４（Ｃ）の構成は
、短歯の実効ピッチを３単位角度（１単位角度は３６０
”／３９・９．２３°）にし、長歯の実効ピッチを・４
単位角度にして、長歯と短歯に補助溝を設けて、巻線用
溝と補助溝からなる溝の全体を１ｍ位角度間隔に配置し
たものである。

また、界磁部のマグネット３の磁極数をＰ＝２にした場
合に、１個の短歯からなる短歯ブロックと３個の長歯か
らなる長歯ブロックを３組交互に円周上に配置して、コ
ギングトルクを低減した例を表５に示す。

表５ 表５（Ａ）の構成は、短歯の実効ピッチを１単位角度（
１単位角度は３６０”／２１＝１７．１４＠）にし、長
歯の実効ピッチを２単位角度にして、長歯に補助溝を設
けて、巻線用溝と補助溝からなる溝の全体を１ｍ位角度
間隔に配置したものである。

表５（Ｂ）の構成は、短歯の実効ピッチを２単位角度（
１単位角度は３６０”　／３３＝１０．９１”　）にし
、長歯の実効ピッチを３単位角度にして、長歯と短歯に
補助溝を設けて、巻線用溝と補助溝からなる溝の全体を
１ｍ位角度間隔に配置したものである０表５（Ｃ）の構
成は、短歯の実効ピッチを３単位角度（１単位角度は３
６０’／４５＝８“）にし、長歯の実効ピッチを４単位
角度にして、長歯と短歯に補助溝を設けて、巻線用溝と
補助溝からなる溝の全体を１ｍ位角度間隔に配置したも
のである。

各種の実施例について説明してきたが、本発明はそのよ
うな実施例に限定されるものではない。

例えば、Ｐ＝４の実施例とＰ＝２の実施例を組み合わせ
て、界磁部の磁極数がＰ＝６極の電動機を構成できる。

また、第５図の実施例の構成を単純に２倍にして、２倍
の磁極数と巻線用溝数の電動機を構成できる。

永久磁石材料を使用して、Ｐ極の界磁磁極を円周上に等
角度間隔程度（等角度間隔もしくは略等角度間隔）に有
する界磁部と、６Ｐ個の巻線用溝に３相の巻線を収納し
た電機子鉄心とを具備し、界磁部と電機子鉄心のうちで
いずれか一方が他方に対して回転自在となされた電動機
の場合に、電機子鉄心を実効ピッチがＤ＝６０°／Ｐよ
り大きいＬ個（ただし、Ｌは整数）の長歯と、実効ピッ
チがＤより小さいＭ個（ただし、Ｍは整数）の短歯を有
し、長歯と短歯の個数を し　≧　３ Ｍ　≧　３ となし、２個以上の短歯からなる短歯ブロックと少なく
とも１個の長歯からなる長歯ブロックを同数個有し、短
歯ブロックと長歯ブロックを円周上に交互に配置し、か
つ、短歯ブロックと長歯ブロックの個数をそれぞれ３の
整数倍にすることによつて、コギングトルクを容易に低
減できる。

また、永久磁石材料を使用して、Ｐ極の界磁磁極を円周
上に等角度間隔程度（等角度間隔もしくは略等角度間隔
）に有する界磁部と、６Ｐ個の巻線用溝に３相の巻線を
収納した電機子鉄心とを具備し、界磁部と電機子鉄心の
うちでいずれか一方が他方に対して回転自在となされた
電動機の場合に、電機子鉄心を実効ピッチがＤ＝３６０
°／Ｔより大きいＬ個（ただし、Ｌは整数）の長歯と、
実効ピッチがＤより小さいＭ個（ただし、Ｍは整数）の
短歯を有し、長歯と短歯の個数をＬ　≧　３ Ｍ　≧　３ となし、少なくとも１個の短歯からなる短歯ブロックと
２個以上の長歯からなる長歯ブロックを同数個有し、短
歯ブロックと長歯ブロックを円周上に交互に配置し、か
つ、短歯ブロックと長歯ブロックの個数をそれぞれ３の
整数倍にすることによって、コギングトルクを容易に低
減できる。

また、隣接する１ｍの短歯ブロックの歯数と長歯ブロッ
クの歯数の和を３の倍数と異ならせるならば、巻線用溝
の位相を簡単に変動させることができ、コギングトルク
の低減に効果がある。さらに、連続する３＆Ｉの短歯ブ
ロックと長歯ブロックの実効ピッチが（３６０°／Ｐ）
　　・Ｑ（ただし、Ｑは２以上の整数）に等しい時に、
隣接する１＆ｌｌの短歯ブロックの歯数と長歯ブロック
の歯数の和をＱの整数倍に等しくするならば、３相の巻
線群の間の位相を１２０度（電気角）に保ちながらも、
巻線用溝の位相を節単に変動させることができ、コギン
グトルクの低減に効果がある。

さらに、短歯の実効ピッチと長歯の実効ピッチの比をＲ
：Ｒ＋１（ただし、Ｒは整数）にしたり、少なくとも１
個の長歯に補助溝を設けて、巻線用溝と補助溝からなる
溝の全体を短歯の実効ピッチのＲ分の１の間隔で配置す
るならば、簡単にコギングトルクを大幅に低減できる（
但し、溝の総数は磁極数Ｐの整数倍でない）。

以上の実施例では、内側にマグネットを配置し外側に電
機子鉄心を配置したが、その関係が逆であってもよい、
また、円環状のマグネットに限らず、複数個のマグネッ
ト磁極片によって界磁部を構成してもよい、その他、本
発明の主旨を変えずして種々の変更が可能である。

発明の効果 本発明は、電機子鉄心に短歯と長歯を設けて、それらを
特殊な関係で配置することにより、コギングトルクの非
常に小さい電動機を実現することができる。従って、本
発明に基づいて、例えばロボットの関節駆動用電動機や
ＮＣ機器の駆動用電動機を構成するならば、高精度の回
転駆動や位置制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電動機の要部構造図、第２図はその駆動
回路の構成図、第３図は第１図に示した電動機の平面展
開図、第４図は界磁部のマグネットの磁束密度の分布を
示す図、第５図は本発明の一実施例による電動機の平面
展開図、第６図はマグネットの１磁極ピツチを基本周ｊ
％Ｊ］として第５図の電機子鉄心をみたときの巻線用溝
の位相関係を示す図、第７図は上記実施例の磁気的変動
分を表わす図、第８図は第１図の従来例の磁気的変動分
を示す図である。 ２・・・・・・ロータ、３・・・・・・マグネット、４
・・・・・・電機子鉄心、５．ａ−ｘ・・・・・・巻線
用溝、６・・・・・・歯、ａ゛〜ｃ′・・・・・・補助
溝、Ａｌ−Ａ４．Ｂｌ　〜Ｂ４゜Ｃ１〜Ｃ４・・・・・
・巻線。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名図 第 図 第 図 第 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）永久磁石材料を使用して、Ｐ極（ただし、Ｐは２
   以上の偶数）の界磁磁極を円周上に等角度間隔程度に有
   する界磁部と、６Ｐ個の巻線用溝に３相の巻線を収納し
   た電機子鉄心とを具備し、前記界磁部と前記電機子鉄心
   のうちでいずれか一方が他方に対して回転自在となされ
   た電動機であって、前記電機子鉄心は前記巻線用溝の間
   に６Ｐ個の歯を形成し、実効ピッチがＤ＝６０°／Ｐよ
   り大きいＬ個（ただし、Ｌは整数）の長歯と、実効ピッ
   チがＤより小さいＭ個（ただし、Ｍは整数）の短歯を有
   し、前記長歯と前記短歯の個数をＬ＋Ｍ＝６Ｐ Ｌ≧３ Ｍ≧３ となし、２個以上の隣接する前記短歯からなる短歯ブロ
   ックおよび少なくとも１個の前記長歯からなる長歯ブロ
   ックをそれぞれ複数個有し、前記短歯ブロックと前記長
   歯ブロックを円周上に交互に配置し、かつ隣接する１組
   の前記短歯ブロックの歯数と前記長歯ブロックの歯数の
   和を３の整数倍と異ならせた電動機。
2. （２）永久磁石材料を使用して、Ｐ極（ただし、Ｐは２
   以上の偶数）の界磁磁極を円周上に等角度間隔程度に有
   する界磁部と、６Ｐ個の巻線用溝に３相の巻線を収納し
   た電機子鉄心とを具備し、前記界磁部と前記電機子鉄心
   のうちでいずれか一方が他方に対して回転自在となされ
   た電動機であって、前記電機子鉄心は前記巻線用溝の間
   に６Ｐ個の歯を形成し、実効ピッチがＤ＝６０°／Ｐよ
   り大きいＬ個（ただし、上は整数）の長歯と、実効ピッ
   チがＤより小さいＭ個（ただし、Ｍは整数）の短歯を有
   し、前記長歯と前記短歯の個数をＬ＋Ｍ＝６Ｐ Ｌ≧３ Ｍ≧３ となし、少なくとも１個の前記短歯からなる短歯ブロッ
   クおよび２個以上の隣接する前記長歯からなる長歯ブロ
   ックをそれぞれ複数個有し、前記短歯ブロックと前記長
   歯ブロックを円周上に交互に配置し、かつ隣接する１組
   の前記短歯ブロックの歯数と前記長歯ブロックの歯数の
   和を３の整数倍と異ならせた電動機。
3. （３）Ｐ極（ただし、Ｐは２以上の偶数）の永久磁石磁
   極を円周上に等角度間隔程度に有する界磁部を形成する
   ロータと、前記永久磁極と所定間隙あけて設けられ、６
   Ｐ個の巻線用溝に３相の巻線を収納した電機子鉄心と、
   前記ロータの回転に伴って、前記３相の巻線に３相の電
   流を供給する駆動回路とを具備し、前記電機子鉄心は前
   記巻線用溝の間に６Ｐ個の歯を形成し、実効ピッチがＤ
   ＝６０°／Ｐより大きいＬ個（ただし、Ｌは整数）の長
   歯と、実効ピッチがＤより小さいＭ個（ただし、Ｍは整
   数）の短歯を有し、前記長歯と、前記短歯の個数を Ｌ＋Ｍ＝６Ｐ Ｌ≧３ Ｍ≧３ となし、２個以上の隣接する前記短歯からなる短歯ブロ
   ックおよび少なくとも１個の前記長歯からなる長歯ブロ
   ックをそれぞれ複数個有し、前記短歯ブロックと前記長
   歯ブロックを円周上に交互に配置し、かつ、隣接する１
   組の前記短歯ブロックの歯数と前記長歯ブロックの歯数
   の和を３の整数倍と異ならせた電動機。
4. （４）Ｐ極（ただし、Ｐは２以上の偶数）の永久磁石磁
   極を円周上に等角度間隔程度に有する界磁部を形成する
   ロータと、前記永久磁石磁極と所定間隙あけて設けられ
   ６Ｐ個の巻線用溝に３相の巻線を収納した電機子鉄心と
   、前記ロータの回転に伴って前記３相の巻線に３相の電
   流を供給する駆動回路とを具備し、前記電機子鉄心は前
   記巻線用溝の間に６Ｐ個の歯を形成し、 実効ピッチがＤ＝６０°／Ｐより大きいＬ個（ただし、
   Ｌは整数）の長歯と、実効ピッチがＤより小さいＭ個（
   ただし、Ｍは整数）の短歯を有し、前記長歯と前記短歯
   の個数を Ｌ＋Ｍ＝６Ｐ Ｌ≧３ Ｍ≧３ となし、少なくとも１個の前記短歯からなる短歯ブロッ
   クおよび２個以上の隣接する前記長歯からなる長歯ブロ
   ックをそれぞれ複数個有し、前記短歯ブロックと前記長
   歯ブロックを円周上に交互に配置し、かつ、隣接する１
   組の前記短歯ブロックの歯数と前記長歯ブロックの歯数
   の和を３の整数倍と異ならせた電動機。