JPH078123B2

JPH078123B2 - ３相直流モータ

Info

Publication number: JPH078123B2
Application number: JP63194122A
Authority: JP
Inventors: 朗西尾
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1988-08-03
Filing date: 1988-08-03
Publication date: 1995-01-30
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: JPH0246153A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は３相直流モータに係り、特にコギングを大幅に
低減させた有コアの直流モータに関する。

〔従来の技術〕

従来の３相直流モータにおいて、界磁磁極数Ｐとコアの
円周上に形成される突極部の数又はスロットの数（以下
スロット数という）Ｎの組合せは、一般に、Ｐ＝（３±
１）n,N＝3n（但し、ｎは自然数）となっている。有コ
アモータの場合、磁極の境界（Ｎ極とＳ極の境界）と突
極部の間でコギングが発生し、コギングの次数は通常、
第１表，第２表に示すように、ＮとＰの最小公倍数で発
生する。

このような、従来のモータのコギング発生の原理（メカ
ニズム）について、第１表のｎ＝４の場合（８極,12ス
ロット）を例にとって、第４図及び第５図を併せ参照し
ながら説明する。第４図は８極,12スロットの従来の３
相直流モータ10の概略断面図であり、この３相直流モー
タ10のコアＣ（突極部c₁〜c₁₂）の各スロットには巻線
（コイル）Ｌが巻回されて電機子部を構成し、一定のエ
アギャップｇを介して８極に着磁された円筒状のマグネ
ットＭが配置され、マグネットＭの外周には磁路を形成
するためのヨークＹが取付けられている。かかる３相直
流モータはマグネットＭとヨークＹから成る界磁部と電
機子部のうちいずれか一方が固定され、他方がそれに対
して回転自在となるように構成される。

ここで、界磁磁極（M₁〜Mp）はＮ極又はＳ極からなる磁
極であり、この磁極のＮ極の磁極と、Ｓ極の磁極とが交
互にヨークＹの円周上等間隔にＰ個（このときＰ＝８）
配置してマグネットＭを構成している。

また、突極部はスロットを形成したＴ字上にコアＣから
突出しており、この突極部のスロットに３相の巻線Ｌが
連続して巻回して電機子部を構成している。

かかる構成の３相直流モータ10において、電機子部又は
界磁部の一方を固定して、他の一方を回転させると、Ｎ
極とＳ極の磁極の境界ａ〜ｈと突極部の間でコギングを
生じ、各境界ａ〜ｈの個所で、夫々第５図（ａ）〜
（ｈ）に示されるような波形のコギングを発生してい
た。そして、モータ全体のコギングはこれらを合成した
ものとなり、同図（ｉ）に示すような波形となり、１回
転当りのコギングの回数（以下コギング次数という）は
24となっている。これは磁極数（Ｐ＝８）とスロット数
（Ｎ＝12）の最小公倍数である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところでかかる従来の３相直流モータ10では、ｋ＝Ｎ×P/（ＮとＰの最小公倍数） ………（１）で表わされる複数の場所で同じタイミングで同時にコギ
ングを発生するため、全体のコギングは非常に大きくな
ってしまうという欠点がある。例えば上記８極12スロッ
トのモータ10において、各境界ａ〜ｈのうちの１ヶ所で
発生するコギングの大きさをｔとすると、全体のコギン
グの大きさＴは、Ｔ＝kt＝12×8t/24＝4t となり、各境界ａ〜ｈで発生するコギングの４倍にもな
ってしまう。従って、かかるモータ10を例えばVTRのド
ラムモータやキャプスタンモータに使用すると、ジッタ
に悪影響を与えたり、ノイズや振動の発生原因となる等
の問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本発明の３相直流モータ
は、（１）マグネット（Ｍ）とヨーク（Ｙ）とからなる
界磁部と、コア（Ｃ）と巻線（L₁〜L₃）とからなる電機
子部とを有する３相直流モータであって、界磁部は、マ
グネット（Ｍ）がＰ極の界磁磁極（M₁〜Mp）を構成し、
ヨーク（Ｙ）の円周上に等角度間隔に配置され、電機子
部は、コア（Ｃ）が３相の巻線（L₁〜L₃）を施したＮ個
の突極部（c₁〜cn）を有し、円周上等間隔に配置され、
界磁部に対して固定又は回転自在とされ、界磁磁極（M₁
〜Mp）と突極部（c₁〜cn）とは、界磁磁極（M₁〜Mp）の
極数Ｐと突極部（c₁〜cn）の数Ｎとの組み合わせがＰ＝
２（4n＋３）,N＝３（2n＋１）（ｎは自然数）であり、
且つ界磁磁極（M₁〜Mp）の極数Ｐと突極部（c₁〜cn）の
数Ｎとの最小公倍数がＮ×Ｐに等しくなるよう構成し、
また、（２）３相の巻線（L₁〜L₃）は、夫々１相分の巻
線が突極部（c₁〜cn）に１つおきに巻き方向が交互とな
るように、N/3個の突極部に連続して巻回されるよう構
成した。

〔実施例〕

本発明の３相直流モータ（以下単に「モータ」とも記
す）の主な特徴は、コギングを低減させるために、スロ
ット数Ｎと磁極数Ｐとの選択（関係性）に工夫を凝し、
上記のような関係に設定したところにある。その具体的
な数値を第３表に示す。

このような組合せにした場合、磁極とコアの円周上等間
隔に形成される突極部の位置が全てずれているために、
従来モータのように同じタイミングで発生するコギング
同士が加算されることは全く無い。また、一般にコギン
グの次数が高いほどコギングは少くなるが、本発明の場
合、第１〜２表に示した従来例と比較して、第３表に示
したようなコギングの次数が高くなる組合せとなってお
り、従って、コギングが極めて少なく回転が滑らかな３
相直流モータを実現できた。（なお、コギングを少なく
するためには、着磁波形を操作したり、コアに補助溝や
補極を設ける等の方法があるが、着磁波形を操作する方
法は条件設定が困難であり、補助溝は総磁束量が減るた
めトルクが低下する。また、補極は特にモータを小型化
した場合、巻線スペースが減少し、トルクが低下する。
本発明の３相直流モータの場合はかかる操作は全く不要
なので、組立てが容易であり、しかもトルクの低下を招
くこともない。）ところで、本発明の３相直流モータの如き磁極数Ｐとス
ロット数Ｎの組合せにした場合、磁極に対する突極部の
位相が全てずれているため、互いに位相のずれの少ない
複数個の突極部にコイルを巻回して１つの相を形成しな
ければならない。そこで、本発明のモータの場合は、１
つおきの突極部にコイルの巻き方向を反転させながら、
N/3（相数）個の突極部に巻回して１つの相を形成した
ものである。

次に、本発明になる３相直流モータの具体的な実施例に
ついて、従来例と比較しながら説明する。第３図は第４
図に示した従来のモータの平面展開図である。図示の如
く、突極部c₁,c₄,c₇,c₁₀は磁極に対して同位相であり、
第１相のコイルL₁は突極部c₁に対して反時計（ccw）方
向に巻回したとすれば、突極部c₄,c₇,c₁₀も同様にccw方
向に巻回してｕ相を形成している。又、他の２相のコイ
ルL₂,L₃についても同様にしてｖ相,w相を形成してい
る。

また、各突極部間の間隔は、電気角ψで ψ＝（360゜/N）×（P/2） ……………（２）（但し、N:スロット数,P/2:極対数）で表わされ、第３図の従来モータ10の場合、例えば、磁
極に対して突極部c₁,c₂間の位相差は電気角ψ_１で、ψ
_１＝（360゜/12）×8/2＝120゜となって、上述のように
コイルを形成することによって３相のモータを形成して
いる。この場合、４つの突極部が磁極に対して同位相で
あるため、第４図及び第５図を用いて説明したように、
同位相で発生するコギングがそのまま加算され、第３図
示の従来例の場合、全体にコギングトルクは１つの突極
部が発生するコギングトルクの略４倍となってしまう。
なお同図において、●→，→○は夫々コイルの巻き始
め，巻き終りを示す。

＜第１実施例＞次に、本発明の３相直流モータの具体的構成例につい
て、第１図を参照しながら説明する。第１図は第３表に
示した磁極数Ｐとスロット数Ｎの組合せにおいて、ｎ＝
１（14極９スロット）の３相直流モータを示す平面展開
図である。この図において、第３図に示した従来例と同
一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略す
る。９個の突極部c₁〜c₉は磁極に対して全て位相がずれ
ているため、互いにずれ方の少ない３つの突極を選んで
１つの相を形成する。本発明に係るモータのＰとＮの組
合せでは、前述の如く１つおきの突極部にコイルの巻き
方向を反転させて巻回すれば良い。即ち、第１図におい
て例えば突極部c₁にccw方向にコイルL₁を巻回したとす
ると、磁極に対して突極部c₁,c₃間の位相差ψ_２は、第
２式より電気角でψ_２＝（360゜/9）×７×２＝560゜＝
360゜＋200゜となり、これは実質的に電気角200゜と見
做せるのでコイルを時計（cw）方向に巻回すれば、逆起
電力波形（以下、“逆起波形”と記載する）の位相差ψ
_２′は、ψ_２′＝200゜−180゜＝20゜となる。同様に、
突極部c₅に対してcw方向に巻回すれば、突極部c₃に対し
て位相差は20゜となる。このようにc₁（ccw）→c₃（c
w）→c₅（ccw）となるように、３つの突極部に１つおき
にコイルL₁を巻回することにより、ｕ相を形成してい
る。

また、突極部c₄は突極部c₁に対して位相ψ_３が、ψ_３＝
（360゜/9）×７×３＝840゜＝２×360゜＋120゜から明
らかな如く実質的な電気角は120゜ずれており、上記と
同様、突極部c₄にccw方向，突極部c₆にcw方向，突極部c
₈にccw方向へコイルL₂を巻回して｛即ち、c₄（ccw）→c
₆（cw）→c₈（ccw）｝ｖ相を形成している。同様に、突
極部c₄に対いて実質的な電気角が120゜ずれている突極
部c₇を巻き始めとして、c₇（ccw）→c₉（cw）→c₂（cc
w）となるように３つの突極部にコイルL₃を巻回するこ
とにより、ｗ相を形成し、これらｕ〜ｗ相のコイルで３
相となる直流モータ１のコイルＬを構成している。

第６図は、かかる３相直流モータ１の各相の逆起波形を
示す図で、第６図（Ａ）中の曲線αは突極部c₁に巻回さ
れたコイルより生じる逆起波形、曲線βは突極部c₃に巻
回されたコイルにより逆起波形、曲線γは突極部c₅に巻
回されたコイルにより逆起波形、曲線δは突極部c₁,c₃,
c₅に巻回されたコイルにより合成波形，即ちｕ相の逆起
波形である。同様にして、第６図（Ｂ）の曲線ξは突極
部c₄,c₆,c₈に巻回されたコイルによる逆起波形ε，ζ，
ηの合成波形，即ちｖ相の逆起波形であり、第６図
（Ｃ）の曲線μは突極部c₇,c₉,c₂に巻回されたコイルに
より逆起波形θ，κ，λの合成波形，即ちｗ相の逆起波
形である。

かかる３相直流モータ１の諸特性を、これに最も極数及
びスロット数の近い従来のモータとの比較において測定
したところ、コギングトルクは従来のモータに比べて大
幅に減少していることが確認された。

＜第２実施例＞次に、本発明の３相直流モータの第２実施例について、
第２図の平面展開図を参照しながら説明する。この図に
おいて、第１図に示した第１実施例と同一部分には同一
符号を付し、その詳細な説明は省略する。第２実施例の
３相直流モータ２は、第３表において磁極数Ｐとスロッ
ト数Ｎの組合せが、ｎ＝２（22極15スロット）の場合で
ある。かかる３相直流モータ２の前記モータ１との相違
点は、第１図と第２図との比較から明らかなように、マ
グネットＭの磁極数及び突極部の数（スロット数）が増
加し、１つおきの５個の突極部（例えばc₁,c₃,c₅,c₇,
c₉）に巻き方向を反転させて巻回して１つの相を形成し
ている。この場合も突極部c₁〜c₁₅は磁極に対して全て
位相がずれており、互いにずれ方の少ない５つ（15スロ
ット/3相）を選んで１つの相を形成している。

即ち、第２図に示すように、突極部c₁にccw方向にコイ
ルL₁を巻回したとすると、突極部c₃に対しては、磁極に
対する突極部c₁,c₃間の位相差ψ_４は電気角で、第２式
よりψ_４＝（360゜/15）×11×２＝528゜＝360゜＋168
゜（なお、11は極対数である）より実質的な電気角は16
8゜となり、突極部c₃に対してコイルL₁をcw方向に巻回
すれば、逆起波形の位相差ψ_４′はψ_４′＝180゜−168
゜＝12゜となる。更に、突極部c₅,c₇,c₉に夫々ccw,cw,c
cw方向となるようにコイルL₁を巻回し、ｕ相を形成して
いる。またｖ相のコイルL₂は、突極部c₁₁（ccw）→c₁₃
（cw）→c₁₅（ccw）→c₂（cw）→c₄（ccw）の順で５つ
の突極部にコイルを巻回することにより形成されてい
る。また、ｗ相は、c₆（ccw）→c₈（cw）→c₁₀（ccw）
→c₁₂（cw）→c₁₄（ccw）の順に５つの突極部にコイルL
₃を巻回して形成している。この場合、突極部c₁とc₁₁及
び突極部c₁₁とc₆とはいずれも実質的な電気角で120゜位
相がずれているので、これらｕ〜ｗ相で３相となる直流
モータ２のコイルＬが構成されるわけである。

これら各ｕ〜ｗ相の逆起波形は、第７図（Ａ）〜（Ｃ）
に示す通りであり、第６図（Ａ）〜（Ｃ）との相違点
は、各相毎に突極部の数（スロット数）が２つ増えたこ
とであり、その他の動作原理に関しては第６図と同じな
ので、各突極部c₁〜c₁₅によって生じる逆起波形にその
突極部の同一符号を付すことにより、詳細な説明は省略
する。

〔効果〕

本発明になる３相直流モータは以上の如く構成し特に、
３相の巻線を施されたＮ個の突極部が形成された上記コ
アを上記界磁磁極と異なる位相間隔で設けたことによ
り、コギングが同一のタイミングで発生しないようにす
ることが可能となる。即ち、コギング発生によるコギン
グトルクを格段に減少させることができるので、振動、
モータのジッタ、騒音等の発生を大幅に低減することが
可能となる。従って、従来の３相直流モータの問題点を
ことごとく解消すると共に、本発明なるモータをVTR,HD
D,FDD等の装置に搭載した場合には、格段の高性能化を
実現できるという、実用上優れた特徴を有する。

また更に、上記巻線スロットに形成される磁極幅を変更
したり、磁極数を増減したりすることによらず、例え
ば、同一の磁極幅を持つ上記突極部を上記界磁磁極と異
なる位相間隔で設け、互いに位相のずれが比較的少ない
複数個の突極部にコイルを巻回して１つの相を形成する
ことができるため、突極部に巻回するコイルの方向を交
互に反転させるだけでコギングの発生するタイミングを
ずらし、上記したようにコギングトルクを格段に減少さ
せることができるので、例えば、コイルの巻回作業等の
モータの組み立て工程の効率あるいは作業性を損なうこ
とがないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明になる３相直流モータの第１
及び第２実施例の平面展開図、第３図及び第４図は従来
の代表的な３相直流モータの夫々平面展開図及び概略断
面図、第５図は従来の３相直流モータのコギング発生原
理説明用波形図、第６図は本発明の３相直流モータの第
１実施例の動作説明用逆起波形図、第７図は本発明モー
タの第２実施例の動作説明用逆起波形図である。 1,2……３相直流モータ、Ｃ……コア、突極部……c₁〜c
₁₅、Ｌ……巻線（コイル）、Ｍ……マグネット、Ｎ……
スロット数、Ｐ……磁極数、Ｙ……ヨーク、ｇ……エア
ギャップ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マグネット（Ｍ）とヨーク（Ｙ）とからな
る界磁部と、コア（Ｃ）と巻線（L₁〜L₃）とからなる電
機子部とを有する３相直流モータであって、界磁部は、マグネット（Ｍ）がＰ極の界磁磁極（M₁〜M
p）を構成し、ヨーク（Ｙ）の円周上に等角度間隔に配
置され、電機子部は、コア（Ｃ）が３相の巻線（L₁〜L₃）を施し
たＮ個の突極部（c₁〜cn）を有し、円周上等間隔に配置
され、界磁部に対して固定又は回転自在とされ、界磁磁極（M₁〜Mp）と突極部（c₁〜cn）とは、界磁磁極
（M₁〜Mp）の極数Ｐと突極部（c₁〜cn）の数Ｎとの組み
合わせがＰ＝２（4n＋３）,N＝３（2n＋１）（ｎは自然数）であ
り、且つ界磁磁極（M₁〜Mp）の極数Ｐと突極部（c₁〜cn）の
数Ｎとの最小公倍数がＮ×Ｐに等しい３相直流モータ。
【請求項２】３相の巻線（L₁〜L₃）は、夫々１相分の巻
線が突極部（c₁〜cn）に１つおきに巻き方向が交互とな
るように、N/3個の突極部に連続して巻回される特許請求の範囲第１項記載の３相直流モータ。