JPH0681469B2 - 電動機 - Google Patents

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。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極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、いずれか一方が他方に対し
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A1〜A4,B1〜B4,C1〜C4が重巻して
巻装されている。巻線A1,A2,A3,A4は５個の歯を取り囲
むように巻かれており、巻線A1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A1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A1とA3の一端が収納されている。他の相の巻線B1
〜B4,C1〜C4についても同様である。以下、A1〜A4をま
とめてＡ相の巻線群とし、B1〜B4をＢ相の巻線群とし、
C1〜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1
80度は界磁部の１磁極ピッチ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磁極ピッチであり、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図の巻線A1〜A4
は、各巻回方向を考慮して直列に接続されＡ相の巻線群
を形成している。同様に、巻線B1〜B4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C1〜
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。位置検出部12はマグネ
ット３の回転位置を検出し、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P1,P2,P3を出力する。
駆動部11には、指令信号Ｆと位置検出部12の３相信号P
1,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I1,I2,I3を出力する。その結果、A,B,C相
の巻線群への電流I1,I2,I3とマグネット３の磁束との相
互作用によっ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次成分を基本とし
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
関係する量）は巻線用溝ａ〜ｘによって生じる。電機子
鉄心４の巻線用溝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24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53-1454
89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、前記歯の両端の前記巻線用
溝の中心間の角度である実効ピッチがＤ＝60°/Pより大
きいＬ個（ただし、Ｌは整数）の長歯と、前記実効ピッ
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、前記短歯ブロック
の個数と前記長歯ブロックの個数をそれぞれ３の整数倍
にし、かつ、任意の前記短歯の前記実効ピッチと任意の
前記長歯の前記実効ピッチの比をG:H（ただし、G,Hは整
数でＧ＜Ｈ）程度にしたことにより、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（だ
たし、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、前記歯の両端の前記
巻線用溝の中心間の角度である実効ピッチがＤ＝60°/P
より大きいＬ個（ただし、Ｌは整数）の長歯と、前記実
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、前記短歯ブロック
の個数と前記長歯ブロックの個数をそれぞれ３の整数倍
にし、かつ、任意の前記短歯の前記実効ピッチと任意の
前記長歯の前記実効ピッチの比をG:H（ただし、G,Hは整
数でＧ＜Ｈ）程度にしたことにより、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（だたし、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、前記歯の両端の前記巻線用溝の中心間の角度である
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、前記実効ピッチが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、前記短歯ブロック
の個数と前記長歯ブロックの個数をそれぞれ３の整数倍
にし、かつ、任意の前記短歯の前記実効ピッチと任意の
前記長歯の前記実効ピッチの比をG:H（ただし、G,Hは整
数でＧ＜Ｈ）程度にしたことにより、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、前記歯の両端の前記巻線用溝の中心間の角度である
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、前記実効ピッチが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、前記短歯ブロック
の個数と前記長歯ブロックの個数をそれぞれ３の整数倍
にしかつ、任意の前記短歯の前記実効ピッチと任意の前
記長歯の前記実効ピッチの比をG:H（ただし、G,Hは整数
でＧ＜Ｈ）程度にしたことにより、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
線A3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が巻装され、巻線用溝ｗからｄに渡って巻線
B4が巻装され、巻線B1〜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ｏからｔ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C1〜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間の角度
を意味する（実効ピッチの定義）。いま、巻線用溝の個
数をＴ＝６・Ｐ＝24（Ｐは界磁部の磁極数であり、本例
ではＰ＝４）とするとき、等角度間隔に配置したと仮定
すると、実効ピッチはＤ＝60°/P（本例ではＤ＝60°/P
＝15°）となるはずである。しかしながら、第５図の実
施例においては、巻線用溝ａ〜ｌの配置を不等角度間隔
となして各歯の実効ピッチを不均一にし、長歯と短歯を
所定の配置で設けている。ここに、実効ピッチがＤより
大きい歯を長歯と呼び（長歯の定義）、実効ピッチがＤ
より小さい歯を短歯と呼ぶ（短歯の定義）。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ｆ−ｇは短歯、歯ｇ−ｈは短歯、歯ｈ−ｉは
長歯、歯ｉ−ｊは短歯、歯ｊ−ｋは短歯、歯ｋ−ｌは短
歯、歯ｌ−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,
k,l,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ｈ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組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−g,g−h,i−j,j−k,k−l,l−m,m−n,n−o,o−p,q−
r,r−s,s−t,t−u,u−v,v−w,w−ｘの実効ピッチは、36
0°/27＝13.333°に等しくもしくは略等しくされてい
る。長歯ｈ−i,p−q,x−ａの実効ピッチは、720°/27＝
26.667°に等しくもしくは略等しくなされている。すな
わち、短歯の実効ピッチと長歯の実効ピッチの比は1:2
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
度間隔に各溝の中心（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磁極ピッチ360°/Pを周期とする
周期関数となっている。従って、マグネット３の１磁極
ピッ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、一般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
磁極ピッ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。Ａ相の巻線群を収納された巻線用溝a,f,g,l,m,
r,s,xは１磁極ピッチの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,l,m,r,s,xは６個所以上に
異なる）、その変動範囲は１磁極ピッチの8/27（１磁極
ピッチの1/3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,k,p,q,v,wは１磁極ピ
ッチ1/27の位相差で位相ずれを設けられ、その変動範囲
は１磁極ピッチの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b,c,h,i,n,o,t,uは１磁極
ピッチの1/27の位相差で位相ずれを設けられ、その変動
範囲は１磁極ピッチの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,k,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１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1/27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。各溝の開口幅に応じて、各溝による磁気的な変動
分はなだらかに変化する。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b,h,n,t
は同位相となり、巻線用溝c,i,o,uは同位相となり、巻
線用溝はd,j,p,v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,l,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A1,A2,A3,A4,B1,B2,B3,B4,C
1,C2,C3,C4の実効ピッチは（１磁極ピッチの24/27）＝1
60度（電気角）以下から（１磁極ピッチの20/27）＝13
3.3度（電気角）以上になされている。ここに、巻線の
実効ピッ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、Ａ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個の短歯分）、A2の巻装された巻線用溝ｇ−ｌ間の
角度は160°（４個の短歯と１個の長歯分）、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個の長歯分）、A4の巻装された巻線用溝ｓ−ｘ間の角
度は133.3°（５個の短歯分）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−ｊ間の角度
は160°（４個の短歯と１個の長歯分）、B2の巻装され
た巻線用溝ｋ−ｐ間の角度は133.3°（５個の短歯
分）、B3の巻装された巻線用溝ｑ−ｖ間の角度は133.3
°（５個の短歯分）、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個の長歯分）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個の短歯分）、C2の巻装
された巻線用溝ｏ−ｔ間の角度は160°（４個の短歯と
１個の長歯分）、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個の長歯分）、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
分）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磁極ピッチの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ａ′,
b′,c′を設けたが、補助溝は必ずしも必要ではない。
第７図の補助溝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。従って、第
５図と第７図の補助溝ａ′,b′,c′をなくした構成であ
っても、コギングトルクを低減した電動機が得られる。
一般に、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、簡単にコギングトルクを低減できる。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（360°/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12
0度（電気角）に等しくでき、３相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）。すなわち、すでに説明したように、上述のような
補助溝を使用しない簡単な構成でも、本発明に従ってコ
ギングトルクの小さい電動機が実現できる。

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ンチを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電機子鉄心の溝
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。

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°/51＝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。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、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。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（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＝3.87°）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。

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３組交互に円周上
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）
の構成では、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相の巻線を重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（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。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１単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（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１単位角度間隔に配
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１単位角度間隔に配置したものである。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360°/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１単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。

Ｐ極（Ｐは２以上の偶数）の永久磁石磁極を円周上に等
角度間隔もしくは略等角度間隔に形成した界磁部と、永
久磁石磁極と所定間隔あけて設けられ、３相の巻線およ
び6P個の巻線用溝に３相の巻線を重巻した電機子鉄心と
からなる電機子部とを具備し、界磁部と電機子部のうち
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
機において、電機子鉄心は、実効ピッチがＤ＝60°/Pよ
り大きいＬ個（Ｌは正の整数）の長歯と、実効ピッチが
Ｄより小さいＭ個（Ｍは正の整数）の短歯を有し、長歯
と短歯の個数が Ｌ＋Ｍ＝6P Ｌ ≧３ Ｍ ≧３ であり、 ２個以上の隣接する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とが、それぞれ、
複数個形成され、短歯ブロックと長歯ブロックとが円周
上に交互に配置され、短歯ブロックの個数と長歯ブロッ
クの個数とが、それぞれ、３の倍数であり、かつ任意の
短歯の実効ピッチと任意の長歯の実効ピッチの比がG:H
（G,Hは正の整数でＧ＜Ｈ）であるように構成する、 もしくは、 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
の隣接する長歯からなる長歯ブロックとが、それぞれ、
複数個形成され、短歯ブロックと長歯ブロックとが円周
上に交互に配置され、短歯ブロックの個数と長歯ブロッ
クの個数とが、それぞれ、３の整数倍であり、かつ任意
の短歯の実効ピッチと任意の長歯の実効ピッチの比がG:
H（G,Hは正の整数でＧ＜Ｈ）であるように構成すること
により、コギングトルクを容易に低減できる。

ここで、前述の単位角度を360°/Pよりも小さくし、か
つ単位角度の整数倍が360°/Pとは異なるように、上記
ＧやＨの値を設定するならば、コギングトルクを容易
に、かつ大幅に低減できる。特に、G:H＝R:R＋１にすれ
ば、コギング低減効果が大きい。

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＝60°/P
より大きいＬ個（ただし、Ｌは正の整数）の長歯と、実
効ピッチがＤより小さいＭ個（ただし、Ｍは正の整数）
の短歯を有し、長歯と短歯の個数を Ｌ＋Ｍ＝Ｔ Ｌ ≧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って、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は正の整数）の長歯と、
実効ピッチがＤより小さいＭ個（ただし、Ｍは正の整
数）の短歯を有し、長歯と短歯の個数を Ｌ＋Ｍ＝Ｔ 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１組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組の短歯ブロ
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組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
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、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は正の整数）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
（ただし、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したものである。従って、本発
明に基いて、例えばロボットの間節駆動用電動機や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磁極ピッチを基本周期
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（界磁部）、４……電
機子鉄心、5,a〜ｘ……巻線用溝、６……歯、ａ′〜
ｃ′……補助溝、A1〜A4,B1〜B4,C1〜C4……巻線、ｈ−
i,p−q,x−ａ……長歯、ａ−b,b−c,c−d,d−e,e−f,f
−g,g−h,i−j,j−k,k−l,l−m,m−n,n−o,o−p,q−r,r
−s,s−t,t−u,u−v,v−w,w−ｘ……短歯、ｈ−i,p−q,
x−ａ……長歯ブロック、ａ−h,i−p,q−ｘ……短歯ブ
ロック。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｐ極（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もしくは略等角度間隔に形成した
   界磁部（３）と、永久磁石磁極と所定間隙あけて設けら
   れ、３相の巻線（A1〜A4,B1〜B4,C1〜C4）および6P個の
   巻線用溝（a,b,c,…,x）に３相の巻線を重巻した電機子
   鉄心（４）とからなる電機子部とを具備し、界磁部と電
   機子部の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、 電機子鉄心（４）は、実効ピッチがＤ＝60°/Pより大き
   いＬ個の長歯（ｈ−i,p−q,x−ａ）と、実効ピッチがＤ
   より小さいＭ個の短歯（ａ−b,b−c,c−d,d−e,e−f,f
   −g,g−h,i−j,j−k,k−l,l−m,m−n,n−o,o−p,q−r,r
   −s,s−t,t−u,u−v,v−w,w−ｘ）とを有し、 長歯と短歯の個数が Ｌ＋Ｍ＝6P Ｌ ≧３ Ｍ ≧３ であり、 ２個以上の隣接する短歯からなる短歯ブロック（ａ−h,
   i−p,q−ｘ）と少なくとも１個の長歯からなる長歯ブロ
   ック（ｈ−i,p−q,x−ａ）とが、それぞれ、複数個形成
   され、短歯ブロックと長歯ブロックとが円周上に交互に
   配置され、短歯ブロックの個数と長歯ブロックの個数と
   が、それぞれ、３の整数倍であり、かつ任意の短歯の実
   効ピッチと任意の長歯の実効ピッチの比がG:H（G,Hは正
   の整数でＧ＜Ｈ）である 電動機。
2. 【請求項２】電機子鉄心（４）は、任意の短歯の実効ピ
   ッチと任意の長歯の実効ピッチの比G:Hが、G:H＝R:R＋
   １（Ｒは正の整数）である 特許請求の範囲第（１）項記載の電動機。
3. 【請求項３】電機子鉄心（４）は、各長歯ブロックの長
   歯の個数が等しく、各短歯ブロックの短歯の個数が等し
   い 特許請求の範囲第（１）項記載の電動機。
4. 【請求項４】電機子鉄心（４）は、連続する３組の短歯
   ブロックと長歯ブロックとの全体の実効ピッチが（360
   °/P）・Ｑ（Ｑは２以上の整数）に等しいときに、隣接
   する１組の短歯ブロックの歯数と長歯ブロックの歯数と
   の和がＱの整数倍に等しい 特許請求の範囲第（１）項記載の電動機。
5. 【請求項５】電機子鉄心（４）は、少なくとも長歯が補
   助溝（ａ′,b′,c′）を有する 特許請求の範囲第（１）項記載の電動機。
6. 【請求項６】電機子鉄心（４）は、任意の短歯の実効ピ
   ッチと任意の長歯の実効ピッチの比がR:R＋１（Ｒは正
   の整数）であり、巻線用溝と補助溝からなる電機子鉄心
   の全ての溝が短歯の実効ピッチのＲ分の１の間隔で配置
   される 特許請求の範囲第（５）項記載の電動機。
7. 【請求項７】Ｐ極（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もしくは略等角度間隔に有する界
   磁部（３）と、永久磁石磁極と所定間隙あけて設けら
   れ、３相の巻線（A1〜A4,B1〜B4,C1〜C4）および6P個の
   巻線用溝（a,b,c,…,x）に３相の巻線を重巻した電機子
   鉄心（４）とからなる電機子部とを具備し、界磁部と電
   機子部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、 電機子鉄心（４）は、実効ピッチがＤ＝60°/Pより大き
   いＬ個の長歯（例：表２（Ａ）の２の部分）と、実効ピ
   ッチがＤより小さいＭ個の短歯（例：表２（Ａ）の１の
   部分）とを有し、 長歯と短歯の個数が Ｌ＋Ｍ＝6P Ｌ ≧３ Ｍ ≧３ であり、 少なくとも１個の短歯からなる短歯ブロック（例：表２
   （Ａ）の１のブロック）と２個以上の隣接する長歯から
   なる長歯ブロック（例：表２（Ａ）の２のブロック）と
   が、それぞれ、複数個形成され、短歯ブロックと長歯ブ
   ロックとが円周上に交互に配置され、短歯ブロックの個
   数と長歯ブロックの個数とが、それぞれ、３の整数倍で
   あり、かつ任意の短歯の実効ピッチと任意の長歯の実効
   ピッチの比がG:H（G,Hは正の整数でＧ＜Ｈ）である 電動機。
8. 【請求項８】電機子鉄心（４）は、任意の短歯の実効ピ
   ッチと任意の長歯の実効ピッチの比G:Hが、G:H＝R:R＋
   １（Ｒは正の整数）である 特許請求の範囲第（７）項記載の電動機。
9. 【請求項９】電機子鉄心（４）は、各長歯ブロックの長
   歯の個数が等しく、各短歯ブロックの短歯の個数が等し
   い 特許請求の範囲第（７）項記載の電動機。
10. 【請求項１０】電機子鉄心（４）は、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が（360
    °/P）・Ｑ（Ｑは２以上の整数）に等しいときに、隣接
    する１組の短歯ブロックの歯数と長歯ブロックの歯数と
    の和がＱの整数倍に等しい 特許請求の範囲第（７）項記載の電動機。
11. 【請求項１１】電機子鉄心（４）は、少なくとも長歯が
    補助溝を有する 特許請求の範囲第（７）項記載の電動機。
12. 【請求項１２】電機子鉄心（４）は、任意の短歯の実効
    ピッチと任意の長歯の実効ピッチの比がR:R＋１（Ｒは
    正の整数）であり、巻線用溝と補助溝からなる電機子鉄
    心の全ての溝が短歯の実効ピッチのＲ分の１の間隔で配
    置された 特許請求の範囲第（11）項記載の電動機。