JPH11266574A - 永久磁石形モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 始動特性を落とすことなく巻線工数の低減を
可能とした永久磁石形モータを提供する。 【解決手段】 固定子鉄心１１に対して、Ｕ乃至Ｗ相の
最初の固定子コイル１２Ｕ乃至１２Ｗを順次１スロット
分ずらして同心状に或いは同心状に近似して配列し、次
のＵ乃至Ｗ相の固定子コイル１３Ｕ乃至１３Ｗ，１４Ｕ
乃至１４Ｗ及び１５Ｕ乃至１５Ｗを順次１スロット分ず
らしてスパイラル状に配列し、最後のＵ乃至Ｗ相の固定
子コイル１６Ｕ乃至１６Ｗを順次１スロット分ずらして
同心状に或いは同心状に近似して配列する。これによ
り、最初の固定子コイル１２Ｕ乃至１２Ｗに揚げコイル
を行なわなくて済んで、巻線工数の低減が可能になり、
又、最初の固定子コイル１２Ｕ乃至１２Ｗ及び最後の固
定子コイル１６Ｕ乃至１６Ｗのインダクタンスは、相殺
されて、他の固定子コイル１３Ｕ乃至１３Ｗ，１４Ｕ乃
至１４Ｗ及び１５Ｕ乃至１５Ｗとほぼ同等になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定子コイルの配
置構成を改良した永久磁石形モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石形モータの始動電流の立上がり
時間ｔ（ｓ）は、モータ始動電流ｉ（Ａ）を一定とする
と、モータ端子電圧Ｖ（Ｖ）及び固定子コイルのインダ
クタンスＬ（Ｈ）によって決まる。即ち、立上がり時間
ｔ（ｓ）は、ｉＬ／Ｖに比例するものである。従って、
急峻な立上がりが要求される場合の永久磁石形モータ
は、いかに固定子コイルのインダクタンスを小さくでき
るかにかかってくる。このような高速応答の永久磁石形
モータおいては、三相を例にとると、固定子のスロット
内へのＵ，Ｖ，Ｗ相コイルの配置によるインダクタンス
のばらつきが少ないスパイラル巻線方式が採用されてい
る。

【０００３】従来のスパイラル巻線方式について、図３
乃至図５を参照して述べる。図３に示すように、固定子
１は、＃１（「１」番）スロット乃至＃１５（「１５
番」）スロットの１５個のスロットを有する固定子鉄心
２に、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の１コイル目のコイル３Ｕ，３Ｖ，
３Ｗから５コイル目のコイル７Ｕ，７Ｖ，７Ｗまでをス
ロット内側（スロット開口部側）からスロット外側（ス
ロット底部側）へ（或いはスロット外側からスロット内
側へ）に配列して構成されている。このため、コイル３
Ｕ，３Ｖ，３Ｗ乃至７Ｕ，７Ｖ，７Ｗをスロット内に納
めるに当たっては、図４に示すように、最初（１コイル
目）のコイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの一辺部及び他辺部の内
の他辺部を＃４、＃５、＃６スロットに順次納めた上で
一辺部を永久磁石回転子を収納するための孔部２ａ側に
保持し、その後、２コイル目のコイル４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ
乃至５コイル目のコイル７Ｕ，７Ｖ，７Ｗを順次スパイ
ラル状にしてスロットに納め、最後（５コイル目）のコ
イル７Ｕ，７Ｖ，７Ｗがスロットに納められた後に、図
５に示すように、最初のコイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの一辺
部を＃１、＃２、＃３スロットに順次納めるようにして
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のスパイラル巻線
方式では、最初のコイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの一辺部を最
後のコイル７Ｕａ，７Ｖ，７Ｗがスロットに納められる
まで孔部２ａ側に保持しておく揚げコイルを行なう必要
があるので、手作業になってコイル納めの能率が悪くな
る不具合がある。特に、サーボモータのように、慣性を
小さくするために小型の永久磁石回転子を用いる場合に
は、孔部２ａの径も小さくなるので、作業が著しく行な
い難くなる。

【０００５】本発明は上述の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、始動特性を落とすことなく巻線工
数の低減を可能とした永久磁石形モータを提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の永久磁石
形モータは、Ｐ極（Ｐは２以上の偶数）からなる永久磁
石回転子と、ｍ相（ｍは２以上の整数）Ｐ極に対応し
て、Ａ個（Ａはｍ×Ｐ＋Ｋ、Ｋは１≦Ｋ≦ｍを満たす整
数）のスロットを有する固定子鉄心とＡ個の固定子コイ
ルとから構成され、固定子コイルが固定子鉄心のスロッ
トに二層巻きされる固定子とを備えた永久磁石形モータ
において、前記固定子コイルを、同心状に或いは同心状
に近似して配列されたＢ個（Ｂはｍ≦Ｂ≦２ｍを満たす
整数）のコイルと、スパイラル状に配列されたＣ個（Ｃ
はｍ≦Ｃ≦（Ａ−ｍ）を満たす整数）のコイルとから構
成する（但し、Ａ＝Ｂ＋Ｃ）ところに特徴を有する。

【０００７】このような構成によれば、Ｂ個のコイルが
同心状に或いは同心状に近似して配列されているので、
コイルをスロット外で保持する揚げコイルを避けること
ができ、巻線工数の低減が可能になる。同心状に或いは
同心状に近似して配列されＢ個のコイルは、その配置位
置により磁気回路が異なってくるが、スロット内側に位
置するコイルとスロット外側に位置するコイルとで相殺
されてインダクタンスを略同等に保つことができる。

【０００８】請求項２記載の永久磁石形モータは、固定
子コイルを、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の三相から構成し、固定子鉄
心のスロットに、Ｕ相コイル，Ｖ相コイル，Ｗ相コイル
の順に順次納め、最後に納める１組のＵ，Ｖ，Ｗ相のコ
イルはＷ相コイル，Ｖ相コイル，Ｕ相コイルの順に納め
るようにするところに特徴を有するものである。

【０００９】このような構成によれば、スロット内に最
初に納めるＵ，Ｖ，Ｗ相コイルと最後に納めるＵ，Ｖ，
Ｗ相コイルとは、スロット内で対称になるので、インダ
クタンスをより一層均一に保つことができる。

【００１０】請求項３記載の永久磁石形モータは、Ｐ極
（Ｐは２以上の偶数）からなる永久磁石回転子と、ｍ相
（ｍは２以上の整数）Ｐ極に対応して、Ｄ個（Ｄはｍ×
Ｐ）のスロットを有する固定子鉄心とＤ個の固定子コイ
ルとから構成され、固定子コイルが固定子鉄心のスロッ
トに二層巻きされる固定子とを備えた永久磁石形モータ
において、前記固定子コイルを、同心状或いは同心状に
近似して配列されたＥ個（Ｅはｍ≦Ｅ≦２ｍを満たす整
数）のコイルと、スパイラル状に配列されたＦ個（Ｆは
ｍ≦Ｆ≦（Ｄ−ｍ）を満たす整数）のコイルとから構成
する（但し、Ｄ＝Ｅ＋Ｆ）ところに特徴を有するもので
ある。このような構成によれば、請求項１記載の永久磁
石形モータと同様の作用効果が得られる。

【００１１】請求項４記載の永久磁石形モータは、固定
子コイルの通電方向が反転されて、永久磁石回転子が所
定角度正逆転する揺動形に構成されているところに特徴
を有する。このような構成によれば、揺動形の永久磁石
形モータであっても請求項１記載の永久磁石形モータと
同様の作用効果が得られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例につ
き、図１を参照して説明する。固定子鉄心１１は、多数
の珪素鋼板を積層して構成されたもので、＃１（「１」
番）スロット乃至＃１５（「１５」番）スロットからな
る１５個のスロットを有し、中央部に永久磁石回転子
（図示せず）を配置するための孔部１１ａが形成されて
いる。固定子コイルは、ｍ相例えば三相たるＵ，Ｖ，Ｗ
相の１コイル目のコイル１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗから５
コイル目のコイル１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗまでの１５個
からなり、以下述べるような順序で固定子鉄心１１に巻
装されて固定子１７を構成するようになっている。

【００１３】Ｕ相の最初（１コイル目）のコイル１２Ｕ
は、一辺部が＃１スロット内の外側（スロット底部側）
に納められ且つ他辺部が＃４スロット内の外側に納めら
れて、同心状に或いは同心状に近似して配列され、次
に、Ｖ相のコイル１２Ｖは、一辺部が＃２スロット内の
やや外側に納められ且つ他辺部が＃５スロット内の外側
に納められて、同心状に或いは同心状に近似して配列さ
れ、更に、Ｗ相のコイル１２Ｗは、一辺部が＃３スロッ
ト内の中央に納められ且つ他辺部が＃６スロット内の外
側に納められて、同心状に或いは同心状に近似して配列
される。

【００１４】Ｕ相の２コイル目のコイル１３Ｕは、一辺
部が＃４スロット内の内側（スロット開口部側）に納め
られ且つ他辺部が＃７スロット内の外側に納められて、
スパイラル状に配列され、次に、Ｖ相のコイル１３Ｖ
は、一辺部が＃５スロット内の内側に納められ且つ他辺
部が＃８スロット内の外側に納められて、スパイラル状
に配列され、更に、Ｗ相のコイル１３Ｗは、一辺部が＃
６スロット内の内側に納められ且つ他辺部が＃９スロッ
ト内の外側に納められて、スパイラル状に配列される。

【００１５】Ｕ相の３コイル目のコイル１４Ｕは、一辺
部が＃７スロット内の内側に納められ且つ他辺部が＃１
０スロット内の外側に納められて、スパイラル状に配列
され、次に、Ｖ相のコイル１４Ｖは、一辺部が＃８スロ
ット内の内側に納められ且つ他辺部が＃１１スロット内
の外側に納められて、スパイラル状に配列され、更に、
Ｗ相のコイル１４Ｗは、一辺部が＃９スロット内の内側
に納められ且つ他辺部が＃１２スロット内の外側に納め
られて、スパイラル状に配列される。

【００１６】Ｕ相の４コイル目のコイル１５Ｕは、一辺
部が＃１０スロット内の内側に納められ且つ他辺部が＃
１３スロット内の外側に納められて、スパイラル状に配
列され、次に、Ｖ相のコイル１５Ｖは、一辺部が＃１１
スロット内の内側に納められ且つ他辺部が＃１４スロッ
ト内の外側に納められて、スパイラル状に配列され、更
に、Ｗ相のコイル１５Ｗは、一辺部が＃１２スロット内
の内側に納められ且つ他辺部が＃１５スロット内の外側
に納められて、スパイラル状に配列される。

【００１７】Ｕ相の最後（１コイル目）のコイル１６Ｕ
は、一辺部が＃１３スロット内の内側に納められ且つ他
辺部が＃１スロット内のやや外側に納められて、同心状
に或いは同心状に近似して配列され、次に、Ｖ相のコイ
ル１６Ｖは、一辺部が＃１４スロット内の内側に納めら
れ且つ他辺部が＃２スロット内の中央に納められて、同
心状に或いは同心状に近似して配列され、更に、Ｗ相の
コイル１６Ｗは、一辺部が＃１５スロット内の内側に納
められ且つ他辺部が＃３スロット内の内側に納められ
て、同心状に或いは同心状に近似して配列される。この
ように、１５個のコイル１２Ｕ乃至１６Ｗは、固定子鉄
心１１に、順次１スロット分ずれた状態で配列されて、
二層巻きにされるものである。

【００１８】尚、以上のように構成された固定子１７
は、以下の関係式を満足するようになっている。即ち、
図示しない永久磁石回転子の極数をＰ（２以上の偶
数）、固定子コイルの相数をｍ（２以上の整数），固定
子コイルの数及び固定子１７のスロットの数をＡ、同心
状に或いは同心状に近似して配列されたコイルの数を
Ｂ、スパイラル状に配列されたコイルの数をＣとした場
合、 Ａ＝ｍ×Ｐ＋Ｋ（但し、１≦Ｋ≦ｍ） ｍ≦Ｂ≦２ｍ ｍ≦Ｃ≦（Ａ−ｍ） Ａ＝Ｂ＋Ｃ である。

【００１９】そして、本実施例では、Ｐ＝４、ｍ＝３、
Ｋ＝３に設定されていて、Ａ＝１５であり、Ｂ＝６（コ
イル１２Ｕ〜１２Ｗ，１６Ｕ〜１６Ｗ）、Ｃ＝９（コイ
ル１３Ｕ〜１３Ｗ，１４Ｕ〜１４Ｗ，１５Ｕ〜１５Ｗ）
に設定されている。

【００２０】而して、固定子１７は、フレーム内に固定
され、その固定子１７の孔部１１ａ内に永久磁石回転子
が収納され、そして、永久磁石回転子の回転軸が軸受ブ
ラケットの軸受に支承され、以て、永久磁石形モータが
構成されるものである。

【００２１】このように本実施例によれば、最初の１組
のコイル１２Ｕ乃至１２Ｗ及び最後の１組のコイル１６
Ｕ乃至１６Ｗを同心状に或いは同心状に近似して配列
し、２コイル目，３コイル目及び４コイル目のコイル１
３Ｕ乃至１３Ｗ，１４Ｕ乃至１４Ｗ及び１５Ｕ乃至１５
Ｗをスパイラル状に配列するようにしたので、従来とは
異なり、最初のコイル１２Ｕ乃至１２Ｗを揚げコイルに
する必要がなくなり、従って、それだけ巻線工数の低減
が可能となり、コイル納めの能率をよくすることができ
る。本発明者等の実験によれば、従来の巻線工数を１０
０％とした場合、本実施例の巻線工数は７０％となり、
３０％の低減効果が認められた。

【００２２】又、コイルの同心状の或いは同心状近似の
配列おいては、コイルのインダクタンスは、コイルの配
置位置で磁気回路が異なってくるので、スロットの外側
に納められものは大きくなり、スロットの内側に納めら
れたものは小さくなるものであるが、本実施例によれ
ば、同心状に或いは同心状に近似して配列された最初の
コイル１２Ｕ乃至１２Ｗはスロット内の外側よりに納め
られ、最後のコイル１６Ｕ乃至１６Ｗはスロット内の内
側よりに納められているので、互いに相殺されて、イン
ダクタンスは他のスパイラル状に配列されたコイル１３
Ｕ乃至１３Ｗ，１４Ｕ乃至１４Ｗ及び５Ｕ乃至１５Ｗと
ほぼ同等に保つことができ、従って、永久磁石形モータ
の始動特性を落とすことはない。

【００２３】更に、従来では、最初のコイル３Ｕ乃至３
Ｗの一辺部をスロット外に保持するので、コイルエンド
を長くする必要があるが、本実施例では、その必要がな
くてコイルエンドを短くすることができ、モータ効率が
よく、温度上昇の小さいものとすることができる。

【００２４】図２は本発明の第２の実施例を示すもので
あり、図１と同一部分には同一符号を付して示し、以下
異なる部分についてのみ説明する。この第２の実施例で
は、最後のコイル１６Ｕ乃至１６Ｗの固定子鉄心１１に
対する巻装順序が第１の実施例とは異なる。

【００２５】即ち、Ｗ相の最後（１コイル目）のコイル
１６Ｗは、一辺部が＃１５スロット内のやや外側に納め
られ且つ他辺部が＃３スロット内の中央に納められて、
同心状に或いは同心状に近似して配列され、次に、Ｖ相
のコイル１６Ｖは、一辺部が＃１４スロット内のやや内
側に納められ且つ他辺部が＃２スロット内のやや内側に
納められて、同心状に或いは同心状に近似して配列さ
れ、更に、Ｕ相のコイル１６Ｕは、一辺部が＃１３スロ
ット内の内側に納められ且つ他辺部が＃１スロット内の
内側に納められて、同心状に或いは同心状に近似して配
列される。

【００２６】このような第２の実施例によれば、最初の
１組のコイル１２Ｕ乃至１２Ｗは、コイル１２Ｕ，１２
Ｖ，１２Ｗの順序でスロット内の外側よりに納められ、
最後の１組のコイル１６Ｕ乃至１６Ｗは、コイル１６
Ｗ，１６Ｖ，１６Ｕの順序でスロット内の内側よりに納
められてスロット内で対称になっているので、Ｕ相のコ
イル１２Ｕ，１６Ｕ、Ｖ相のコイル１２Ｖ，１６Ｖ及び
Ｗ相のコイル１２Ｗ，１６Ｗの相互のインダクタンスを
均一にすることができ、従って、インダクタンスを全体
としてより一層均一にすることができる。

【００２７】尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例
にのみ限定されるものではなく、次のような拡張，変形
が可能である。第１及び第２の実施例において、例え
ば、４コイル目のコイル１５Ｕ乃至１５Ｗを省略して１
２個のスロット、１２個の固定子コイルとして変形して
もよい。この場合、固定子は、以下の関係式を満足する
ように設定する。即ち、永久磁石回転子の極数をＰ（２
以上の偶数）、固定子コイルの相数をｍ（２以上の整
数），固定子コイルの数及び固定子のスロットの数を
Ｄ、同心状に或いは同心状に近似して配列されたコイル
の数をＥ、スパイラル状に配列されたコイルの数をＦと
すると、 Ｄ＝ｍ×Ｐ ｍ≦Ｅ≦２ｍ ｍ≦ＦＣ≦（Ｄ−ｍ） Ｄ＝Ｅ＋Ｆ である。そして、上記変形例では、Ｐ＝４、ｍ＝３に設
定され、Ｄ＝１２であり、Ｅ＝６（コイル１２Ｕ〜１２
Ｗ，１６Ｕ〜１６Ｗ）、Ｆ＝６（コイル１３Ｕ〜１３
Ｗ，１４Ｕ〜１４Ｗ）に設定される。

【００２８】又、固定子コイルの通電方向が反転され
て、永久磁石回転子が所定角度正逆転する揺動形の永久
磁石形モータに適用することもできる。このようにすれ
ば、揺動形の永久磁石形モータであっても第１及び第２
の実施例と同様の作用効果が得られる。

【００２９】

【発明の効果】以上の記述で明らかなように、本発明の
永久磁石形モータは、固定子コイルを、同心状に或いは
同心状に近似して配列されたコイルと、スパイラル状に
配列されたコイルとから構成するようにしたので、コイ
ルをスロット外で保持する揚げコイルを避けることがで
きて、巻線工数の低減が可能になり、従って、コイル納
めの能率をよくすることができ、しかも、同心状に或い
は同心状に近似して配列されコイルと他のスパイラル状
に配列されたコイルとのインダクタンスを略同等に保つ
ことができて、始動特性を落とすことがない、という優
れた効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す固定子の正面図

【図２】本発明の第２の実施例を示す図１相当図

【図３】従来例を示す図１相当図

【図４】作用説明用の図１相当図（その１）

【図５】作用説明用の図１相当図（その２）

【符号の説明】

図面中、１１は固定子鉄心、１２Ｕ乃至１６ＵはＵ相固
定子コイル、１２Ｖ乃至１６ＶはＶ相固定子コイル、１
２Ｗ乃至１６ＷはＷ相固定子コイル、１７は固定子を示
す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｐ極（Ｐは２以上の偶数）からなる永久
   磁石回転子と、 ｍ相（ｍは２以上の整数）Ｐ極に対応して、Ａ個（Ａは
   ｍ×Ｐ＋Ｋ、Ｋは１≦Ｋ≦ｍを満たす整数）のスロット
   を有する固定子鉄心とＡ個の固定子コイルとから構成さ
   れ、固定子コイルが固定子鉄心のスロットに二層巻きさ
   れる固定子とを備えた永久磁石形モータにおいて、 前記固定子コイルは、同心状に或いは同心状に近似して
   配列されたＢ個（Ｂはｍ≦Ｂ≦２ｍを満たす整数）のコ
   イルと、スパイラル状に配列されたＣ個（Ｃはｍ≦Ｃ≦
   （Ａ−ｍ）を満たす整数）のコイルとから構成されてい
   る（但し、Ａ＝Ｂ＋Ｃ）ことを特徴をする永久磁石形モ
   ータ。
2. 【請求項２】 固定子コイルは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の三相か
   らなり、固定子鉄心のスロットに、Ｕ相コイル，Ｖ相コ
   イル，Ｗ相コイルの順に順次納められ、最後に納める１
   組のＵ，Ｖ，Ｗ相のコイルはＷ相コイル，Ｖ相コイル，
   Ｕ相コイルの順に納められるようになっていることを特
   徴とする請求項１記載の永久磁石形モータ。
3. 【請求項３】 Ｐ極（Ｐは２以上の偶数）からなる永久
   磁石回転子と、 ｍ相（ｍは２以上の整数）Ｐ極に対応して、Ｄ個（Ｄは
   ｍ×Ｐ）のスロットを有する固定子鉄心とＤ個の固定子
   コイルとから構成され、固定子コイルが固定子鉄心のス
   ロットに二層巻きされる固定子とを備えた永久磁石形モ
   ータにおいて、 前記固定子コイルは、同心状或いは同心状に近似して配
   列されたＥ個（Ｅはｍ≦Ｅ≦２ｍを満たす整数）のコイ
   ルと、スパイラル状に配列されたＦ個（Ｆはｍ≦Ｆ≦
   （Ｄ−ｍ）を満たす整数）のコイルとから構成されてい
   る（但し、Ｄ＝Ｅ＋Ｆ）ことを特徴をする永久磁石形モ
   ータ。
4. 【請求項４】 固定子コイルの通電方向が反転されて、
   永久磁石回転子が所定角度正逆転する揺動形に構成され
   ていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記
   載の永久磁石形モータ。