JPS6223537B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、突極構造の電機子鉄心を有する電動
機に関するものである。

一般に、巻線を施すために電機子鉄心を突極構
造にした電動機は、突極構造でない電動機と比較
して巻線に多くの界磁磁束を鎖交させることがで
きるため、小型、軽量で大きな出力トルクを出す
電動機となる。

しかし、電機子鉄心が突極構造という磁気的に
不均一な構造であるために、たとえば界磁部とし
て永久磁石を使用する場合、永久磁石との相互作
用によつてコギング力を発生させるという欠点が
ある。以下、これについて図面を参照して説明す
る。

第１図に従来の電動機の一例の要部構成図を示
す。ロータ１に取付けられた永久磁石２は、ほぼ
等角度間隔（45゜）に８極の磁極を有する円環状
の磁石であり、これにより界磁部を構成してい
る。電機子鉄心３は、６個の巻線用突極４a₁，４
b₁，４c₁，４a₂，４b₂，４c₂を有し、それらは、
ほぼ等角度間隔（60゜）に位置し、永久磁石２の
磁極と所要間隙あけて配置されている。上記各巻
線用突極４a₁〜４c₂には、それぞれ１個の駆動コ
イル５a₁，５b₁，５c₁，５a₂，５b₂，５c₂が巻装
されている。

上記巻線用突極４a₁〜４c₂は永久磁石２の磁極
との相対位置関係について独立な３相の組すなわ
ち４a₁，４a₂と４b₁，４b₂と４c₁，４c₂とに分か
れている。駆動コイルに鎖交する磁束は巻線用突
極に流入する磁束に等しいから、駆動コイルが３
相の組５a₁，５a₂，５b₁，５b₂，５c₁，５c₂に分
かれている。従つて、たとえばホール素子のごと
き磁気感応素子により、永久磁石２の回転位置を
検出して、トランジスタのごとき半導体スイツチ
により、通電する各相の駆動コイルを順次切換え
て行くならば、ロータ１を同一方向へ連続して回
転させることができる。

次に、この第１図に示す従来例の電機子鉄心の
有する磁気的な変動分とコギング力の関係につい
て説明する。

一般に、永久磁石２と電機子鉄心３の間の磁場
に貯えられた磁気エネルギーが、その両者の相対
位置に応じて変化することにより、コギング力が
生じる。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、永久磁石２は１磁極ピツチを
基本周期として、その高調波成分の磁気的な変動
分（永久磁石２の発生磁速密度の２乗に関係する
量）を主に有している。従つて、永久磁石２の１
磁極ピツチを基本周期として、電機子鉄心３の磁
気的な変動分（永久磁石２の表面からみた電機子
鉄心３のパーミアンスに関係する量）を考えれば
良く、一般に、その変動分を小さくするか、変動
の周波数を高くするならば、永久磁石２との相互
作用であるコギング力は小さくなる。

第１図に示す従来例の電機子鉄心３の磁気的な
変動は、突極の間の溝６a₁，６b₁，６c₁，６a₂，
６b₂，６c₂により生じる。それらの溝は、ほぼ同
一の形状をなし、永久磁石２の磁極との相対位置
関係について溝の組すなわち（６a₁，６a₂と６
b₁，６b₂と６c₁，６c₂の間には１磁極ピツチの1/
３の位相差がある。従つて、電機子鉄心３の合成
の磁気的な変動分は第２図に実線で示すようにな
る。なお、第２図の破線a₁，a₂，b₁，b₂，c₁，c₂
は各溝６a₁，６a₂，６b₁，６b₂，６c₁，６c₂によ
る磁気的な変動を表わしている。

第２図から明らかなように、第１図に示す従来
例の電機子鉄心３の磁気的な変動分は３つの山、
谷を有する大きな変動となる。その結果、コギン
グ力もロータの１磁極ピツチの回転に対して、力
の向きが加速・減速・加速の順番に３往復変化す
る。

一般に、コギング力の各成分の大きさは、電機
子鉄心が有する該当成分の大きさと、界磁部であ
る永久磁石が有する該当成分の大きさの積に関係
し、その積が小さくなればコギング力の該当成分
の大きさも小さくなる。また、永久磁石が有する
成分は、通常高次の成分になる程、その大きさは
減衰する。従つて、電機子鉄心が有する磁気的な
変動分の大きさを小さくするか、または変動の支
配的な成分の次数を高次にするならば、コギング
力は小さくなる。

本発明は、上述の考えに基づき、巻線用突極の
界磁部に対する実効的対向幅すなわち対向ピツチ
を不平等にすることにより、界磁のための永久磁
石の１磁極ピツチを基本周期とするときの磁極と
の相対位置関係について独立な位相となる電機子
鉄心の突極間の溝の相数を多くして、上述の条件
を実現し、コギング力の小さい電動機を提供する
ものである。

以下、本発明を図面を参照して説明する。

第３図は本発明の一実施例の要部構成図であ
る。ロータ１に取付けられた永久磁石２は等角度
間隔または、ほぼ等角度間隔（45゜）に８極の磁
極を有する円環状のものであり、これは第１図の
従来例と同様である。電機子鉄心１３は、等角度
間隔または、ほぼ等角度間隔（60゜）に６個の巻
線用突極１４a₁，１４b₁，１４c₁，１４a₂，１４
b₂，１４c₂を放射状に有している。ここで、巻線
用突極１４a₁，１４c₁，１４b₂の両側に位置する
溝すなわちａ１とａ２，ａ３とａ４，ａ５とａ６
の中心間のピツチは約67.5゜であり、また、巻線
用突極１４b₁，１４a₂，１４c₂の両側に位置する
溝すなわちａ２とａ３，ａ４とａ５，ａ６とａ１
の中心間のピツチは約52.5゜となつている。すな
わち、電機子鉄心１３の突極の両側に位置する溝
の中心間隔は２種類のピツチ（67.5゜と52.5゜）
になされている。

また、各巻線用突極１４a₁〜１４c₂には、それ
ぞれ１個の駆動コイル１５a₁，１５b₁，１５c₁，
１５a₂，１５b₂，１５c₂が巻装されている。

本実施例においても第１図の従来例と同様に、
駆動コイル１５a₁〜１５c₂は独立な３相の組すな
わち１５a₁，１５a₂と１５b₁，１５b₂と１５c₁，
１５c₂とに分かれている。従つて、この場合に
も、たとえばホール素子のごとき磁気感応素子に
より、永久磁石２の回転位置を検出して、第４図
に例示するごとき半導体スイツチ回路７により、
通電する各相の駆動コイルを順次切換えて行くな
らば、ロータ１を同一方向へ連続して回転させる
ことができる。

次に、本実施例の電機子鉄心１３の磁気的な変
動分について述べる。

電機子鉄心１３の突極の両側に位置する溝の６
個の中心間隔が２種類のピツチ（67.5゜と52.5
゜）になるように６個の溝を不等角度間隔に配置
し、永久磁石２の１磁極ピツチを基本周期として
みるときの永久磁石２の磁極との相対位置関係に
ついて、突極の間に形成された６個の溝ａ１〜ａ
６はすべて独立な位相になされている（溝の中心
位相がすべて異なり、隣接する中心位相の間隔が
（１磁極ピツチ）／12以上離れるようなされてい
る）。実際には、６個の溝の中心位相の間隔は
（１磁極ピツチ）／６の等間隔になされている。
その結果、各溝の磁気的な変動の関係は第５図に
破線で示すごとくとなり、電機子鉄心１３の合成
の磁気的変動分は同図に実線で示すようになる。
これを、第１図の従来例の磁気的変動分（第２図
の実線）と比較すると、磁気的な変動の大きさは
小さくなり、かつ変動の支配的な成分の次数は高
次になつている。従つて、本実施例の電動機のコ
ギング力は従来例と比較して小さくなつている。

前述の第３図の実施例に示すように、電機子鉄
心の突極の両側に位置する溝の中心間隔を不平等
（２種類以上のピツチ）となすように溝を不等角
度間隔に配置するならば、永久磁石の１磁極ピツ
チを基本周期としてみるときの永久磁石の磁極と
の相対位置関係について、電機子鉄心の溝の位相
を容易にずらすことができるために、コギング力
を簡単に低減できる。このとき、永久磁石の１磁
極ピツチを基本周期としてみるときの永久磁石の
磁極との相対位置関係について、電機子鉄心の溝
の位相をすべて独立とし、かつ、その位相間隔を
（１磁極ピツチ）／（突極数）に等しく、また
は、ほぼ等しくするならば、コギング力の低減効
果も大きくなる。特に、１相の駆動コイルが巻装
された巻線用突極の個数および、その突極幅のば
らつき方が、各相において同等となるようにする
ならば、発生トルクの相間のばらつきは生じな
い。また、前述の第３図の実施例のように、界磁
部である永久磁石の磁極数に比較して、駆動コイ
ルが巻装された巻線用突極の個数を少なくするな
らば、巻線個数が少なく製造の簡単な電動機とな
し得る。

第６図に、本発明の別の実施例の要部構成図を
示す。これを説明すると、ロータ１に取付けられ
た永久磁石２は、前述の第３図の実施例で使用し
たものと同様である。電機子鉄心２３は、６個の
巻線用突極２４a₁，２４b₁，２４c₁，２４a₂，２
４b₂，２４c₂と、それらの間に位置せる６個の補
助突極３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０
ｅ，３０ｆを含めて成り、これは例えば硅素鋼板
の積層体により、上記各突極を一体的に形成して
いる。ここで、巻線用突極２４a₁，２４c₁，２４
b₂の両側に位置する溝間すなわち溝β１とβ２
間、β５とβ６間、β９とβ１０間の角度間隔は
約56.25゜であり、また、巻線用突極２４b₁，２
４a₂，２４c₂の両側に位置する溝間すなわち溝β
３とβ４間、β７とβ８間、β１１とβ１２間の
角度間隔は約41.25゜であり、各補助突極３０ａ
〜３０ｆの両側に位置する溝間すなわち溝β２と
β３間、β４とβ５間、β６とβ７間、β８とβ
９間、β１０とβ１１間、β１２とβ１間の角度
間隔は約11.25゜となつている。このように、電
機子鉄心２３の突極の両側に位置する溝の12個の
中心間隔が３種類のピツチ（56.25゜と41.25゜と
11.25゜）になすように12個の溝を不等角間隔に
配置し、永久磁石２の１磁極ピツチを基本周期と
してみるときの永久磁石２の磁極との相対位置関
係について、突極の間に形成された12個の溝β１
〜β１２はすべて独立な位相になされている（溝
の中心位相がすべて異なり、隣接する中心位相の
間隔が（１磁極ピツチ）／24以上離れるようなさ
れている）。実際には、12個の溝の中心位相の間
隔は（１磁極ピツチ）／12の等間隔になされてい
る。従つて電機子鉄心２３に有する磁気的な合成
変動分は第７図に実線で示すようになる。なお、
同図の破線は上記各溝β１〜β１２の磁気的な変
動分を示している。

すなわち、第６図に示す実施例においては12個
の山、谷を有する変動となつている。

また、各巻線用突極２４a₁，２４b₁，２４c₁，
２４a₂，２４b₂，２４c₂には、それぞれ１個の駆
動コイル２５a₁，２５b₁，２５c₁，２５a₂，２５
b₂，２５c₂が巻装されている。上記駆動コイルは
３相の組すなわち２５a₁，２５a₂と２５b₁，２５
b₂と２５c₁，２５c₂とに分かれており、その駆動
の仕方については前述の実施例と同様である。

第６図の実施例に示すように、巻線用突極の間
は永久磁石の磁極の間に位置する補助突極を設け
るならば、電機子鉄心が有する磁気的な変動の次
数は高くなり、かつ、その変動量も容易に小さく
できるため、コギング力の小さな電動機とし得
る。また、本実施例の各巻線用突極の磁束の流入
する幅（実効的な対向ピツチ）は、前述の第３図
の実施例と比較して永久磁石の１磁極ピツチに近
づいている。そのため、各巻線用突極に流入する
磁束すなわち駆動コイルに鎖交する磁束の最大値
が大きくなり、効率も良くなる。

なお、第３図，第６図に示した本発明の実施例
のように、巻線用突極と補助突極を同一の磁性体
にて一体的に形成すると、各突極間の溝の形状、
配置の精度が良くなり、本発明の効果は、より安
定するが、しかし、本発明はそのような構造に限
定されるものではなく、たとえば巻線用突極構成
体と補助突極構成体とを別々の磁性部材にて形成
しても良い。この場合には巻線用突極構成体に巻
線を施した後に両突極構成体を磁気的結合をもつ
て組立てれば良く、巻線作業が容易になる。

また、以上は、永久磁石の磁極との相対位置関
係について独立な３相の巻線用突極を有する３相
駆動方式の電動機について説明したが、本発明
は、そのような駆動方式に限らず、他の一般的な
多相駆動方式でも実施可能である。

特に、電機子鉄心が有する合成の磁気的な変動
分の支配的な成分の次数をｌとした場合、 （2m＋１）相（ｍ≧１）の場合に、 （2m＋１）＜ｌ ……(1) 2m相（ｍ≧２）の場合に、 ｍ＜ｌ ……(2) とするならば、本発明の効果を容易に得ることが
できる。

更に前述の本発明の各実施例においては、ロー
タに界磁部を設けたが、本発明はその様な構造の
みに限らず、界磁部を固定子とし電機子鉄心を回
転子としても良いし、また、外転型に限らず、内
転型であつても良い。また、電機子鉄心の各突極
は硅素鋼板の積層体に限らず、鉄板を折り曲げて
形成しても良い。

以上の説明から明らかなように、本発明は、駆
動コイル数が少なく製造の容易な、しかもコギン
グ力の小さい電動機を安価に実現し得るもので、
特に滑らかな回転トルクを必要とするレコードプ
レーヤやテープレコーダのごとき音響機器、ビデ
オテープレコーダのごとき映像機器の回転駆動源
に使用して多大の効果をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電動機の要部構成図、第２図は
電機子鉄心が有する磁気的な変動分を表わす図、
第３図は本発明の一実施例の要部構成図、第４図
は駆動回路構成の一例を示す要部回路図、第５図
は第３図の実施例における電機子鉄心が有する磁
気的な変動分を表わす図、第６図は本発明の別の
実施例の要部構成図、第７図は第６図の実施例に
おける電機子鉄心が有する磁気的な変動分を表わ
す図である。 １……ロータ、２……永久磁石、１３，２３…
…電機子鉄心、１４a₁〜１４c₂，２４a₁〜２４c₂
……巻線用突極、１５a₁〜１５c₂，２５a₁〜２５
c₂……駆動コイル、６a₁〜６c₂，ａ１〜ａ６，β
１〜β１２……溝、３０ａ〜３０ｆ……補助突
極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 等ピツチ間隔、または、ほぼ等ピツチ間隔に
   Ｎ、Ｓ極を交互に４極以上配置され、実質的に永
   久磁石を円環状の形状に形成された界磁部と、全
   周にわたつてくまなく前記界磁部の磁極に対向す
   るように配置されたＴ個（Ｔは６以上の整数）の
   突極を有する電機子鉄心と、前記突極の間に形成
   されたＴ個の溝に収納された2m＋１相（ｍは１
   以上の整数で、2m＋１はＴ／２以下の整数）の
   駆動コイルを具備し、前記界磁部と前記電機子鉄
   心のうち、いずれか一方を他方に対して回転自在
   とした電動機であつて、前記電機子鉄心の各突極
   の両側に位置する溝によつて作られるＴ個の中心
   間隔が複数のピツチとなるように前記溝を不等角
   度間隔に配置し、かつ、前記界磁部の１磁極ピツ
   チを基本周期とするときの前記電機子鉄心のＴ個
   の前記溝の中心位相をすべて異ならせ、隣接する
   前記中心位相の位相間隔を少なくとも（１磁極ピ
   ツチ）／2T以上離れるようにしたことを特徴と
   する電動機。 ２ 界磁部の１磁極ピツチを基本周期とするとき
   の電機子鉄心の溝の中心位相の隣接する位相間隔
   をすべて（１磁極ピツチ）／Ｔに等しく、また
   は、ほぼ等しくしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の電動機。 ３ Ｔを（2m＋１）の２以上の整数倍にしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電
   動機。