JPS63144749A - モ−タ - 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】 （用語について） 本明細書において、磁極とは永久磁石・電磁石等のよう
に一定の極性の磁界を生じさせる機械要素を言い、電機
子とは回転子、固定子を問わす有鉄芯・無鉄芯またはこ
れに代わるものにコイルを巻回して磁界を生じさせる機
械要素をいう。また磁界を生じさせるコイルであれば、
必要に応じ空芯のコイルを含むものとする。全部ピッチ
の電機子とは各磁極の占める幾何学中心角と同じ角、即
ち電気角でπの角度を占める電機子をいう。

（従来技術） 従来のモータのうちの、固定子として電機子を用い、こ
れに交番電流を通電して各電機子の外側に見掛は上回転
状に変化する磁界を生じさせ、これによって磁極から成
る回転子を回転させるものにあっては、回転磁界を生じ
させるために、複数の電機子ポールを跨いで重ね巻きし
たコイルのそれぞれに、それぞれの相の電流を通電する
にうに構成するのが通常であった。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のような従来のモータにあっては、上記のようにコ
イルの重ね巻き及び電機子ポールを跨いでコイルを巻回
しているため、ある瞬間についてみると１つの電機子ポ
ールの周囲を取り巻くコイルに互いに逆方向に同時に電
流が流れていることもあることと、各々のコイルは複数
の電機子ポールを跨いで巻回されるため、スロット跨線
部分のコイルが生じ、この部分は磁束発生に直接貢献し
ないで無駄に電流がながれていることになる、等の理由
により、使用電力が充分回転力発生に貢献しているとは
言えなかった。

（問題を解決するための手段および作用）本発明は上記
不合理な点を除去し、効率の良いモータを提供すること
を目的とするものであって、固定子および回転子のうち
、一方は幾何学角２πの中心角を整数で等分したほぼ均
等幅の磁極で構成し、他方については、同２πの中心角
相を相の数の倍数で等分した範囲内に、前記磁極とほぼ
同一の幅を有する全節ピッチの電機子が１個以上と、こ
れと異なる幅の電機子とを配置し、全部の電機子の数と
磁極の数との差が１になるように構成したモータであっ
て、このことにより磁極と電機子とのズレを生じさせて
有効に出力を得ると共に、前記電機子に巻回するコイル
は全部巻で、その中間部にスロットを跨いで巻線するこ
とがないので当該電機子に磁束を効率良く発生させるこ
とができる。そして、該磁束を効率的に利用して高出力
を得ると同時に、全部巻でありなからモータ自体の薄型
化および小型で高出力を得るモータを作り得る。

（実施例） 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明のモータの実施例である３相８極モータ
の概念正面図である。但し固定電機子のコイル４ば、現
実には１ポール１コイル巻きに多数回巻回しているが、
図面の煩雑さをさけるためにコイルの巻き数を各２回巻
きでしめした。

同図において、図示を省略したフレーム内に固定子１と
回転子５を配置し、固定子１の外周を回転子５が回転す
るようにする。

回転子５の磁極の極数を幾個にするかは設計上選択する
ところであるが、ここでは８極を選択し、そのために当
該回転子５の内周面（幾何学角２π）に設ける磁極Ｎ、
　　Ｓを整数、例えば８で等分してそのｌ極光たりの占
める角を、幾何学角π／４として、回転子５の内周面に
配置した構成にする。ここで回転子５は永久磁石または
直流を流すためのコイルを巻回した電機子で構成する。

一方、これに対し固定子１は、その外周部に電機子２・
・・・・・を設け、該電機子と電機子との間の空間であ
るスロット３を用いてコイル５を巻回して成るものであ
るが、各電機子の中心角に占める角度は同一ではなく、
図示のように図面上から全周２πを相の数の１倍である
３で等分した２π／３の範囲内に、前記用語について説
明したとおり、前記磁極の中心角に占める角とほぼ同一
の機械角、すなわち電気角でπの中心角を占める全節ピ
ッチの電機子を１個以上、この場合は２個を配置し、そ
の次にこれよりも狭い中心角であるπ／６の中心角を占
める狭幅の電機子２′を前記広幅の電機子２の次に等分
に配置する。そして該固定子１に２π／３の角度を介し
てＡ、Ｂ、Ｃの各相毎に各相の電流を通電する。

もちろん上記広幅の電機子２の１個の占める角度および
狭幅電機子２′の１個の占める角度内において、コアを
さらに細かく分け、それぞれの占める角度の範囲内にあ
る電機子の磁極が同一になるようにコイルを巻回しても
よく、この場合、同一磁極を構成する範囲の電機子の幅
が１つの電機子の幅と看做される。

また上記第１図に示す実施例においては、成る相の電流
を流す角度の範囲内で広幅の電機子二つを配した次に狭
幅の電機子を配したが、狭幅の電機子は広幅の電機子の
間に入れても良く、設計上の問題として自由に選択でき
るところである。

尚、各電機子の占める角度というのは、固定子の外周上
における隣接する各電機手間空隙の中心から中心までの
角度をいう。

次に、このように構成したモータの、その動作について
説明する。

第２図は上記第１図に示した３相８極モータの動作原理
を示す図である。

同図において、上部の回転子５と下部の固定子１とは、
その磁極を展開図で表す。

そのうち回転子５は、その磁極Ｎ、Ｓが機械角でπ／４
ごとに８等分されている。

これに対し、各固定子１・・・・・・には幾何学角２π
／３の範囲内にＡ相の電流を、次の２πの範囲内にＢ相
の電流を、次の範囲にＣ相の電流を通電する。

このような関係において、今、各相の電流を通電するこ
とによって、回転子５の磁極の電機子２゜２′・・・・
・・の磁極を、同図内に記した磁極の記号ＮＡ、ＳＡ・
・・・・・のように励磁する。

このときＮ２はＮＡに反発され、且つＳＢに吸引される
。Ｓ２はＳＢに反発され且つＮＢに吸引されるというよ
うに、以下Ｓ４まで、いずれの磁極も図面右方向へと回
転する出力を生じる。但しＮ１とＮＡ、３１　とＳＡと
はニュートラル・ゾーンとなるが、回転子が少しでも右
方向に回転すると、Ｎ、はＮＡに反発され且つＳＡに吸
引され、Ｓ、はＳＡに反発され且つＮＡに吸引されると
いうように、全極にわたって、回転子５が右方向に回転
する出力を生じる。

そして前記回転子５の磁極Ｎ＋　、Ｓｔ　、Ｎｚ・・・
・・・が右方に機械角でπ／１２移動すると当該回転子
５と固定子１との磁極の関係は第３図に示すようになる
。即ち、この時点では前記Ａ、Ｂ、Ｃの各相に流れる電
流の位相は電気角でπ／３進み、第３図に示すように、
Ｃ相の磁界の方向が変わり、そのためＣ相の固定子１の
極性が第２図とは逆になる。このようにモータの回転と
電流の位相とが同期するためには、実施例のように、モ
ータ外部から３和文番電流を通電する場合にあっては、
モータが所定の回転数に達すればよいし、整流子とブラ
シまたは位置センサとスイッチング素子を用いて転流を
生じさせるモータにあっては、モータが幾何学角でπ／
１２回転する毎に転流が生じるようにセントしておけば
よい。

さて上記回転および転流がおこなわれたあとでも、やは
り、Ｎ１はＮＡと反発してＳＡに吸引され、ＳｌもＳＡ
に反発されてＮＡに吸引されるというように、回転子５
は右方向に回転する出力を生じる。但し、同図Ｓ３とＳ
Ｃ，Ｎ、とＮＣとはニュートラル・ゾーンとなるが、回
転子が少しでも右方向へ回転すれば、Ｓ３はＳＣと反発
してＮＣに吸引され、Ｎ４はＮＣと反発してＳＣに吸引
され、やはり全極にわたって右方向に回転する出力を生
じる。第４図から第７図までは、いずれも各前回よりも
、回転子５が機械角でπ／１２右に進み、固定子ｌに流
れる電流の位相が電気角でπ／３ずつ進んだ時点におけ
る、回転子５と固定子ｌとの極性を示している。即ち第
４図ではＢ相に発生する磁界の方向が第３図と逆になり
、さらに第５図ではＡ相に発生する磁界の方向が第４図
と逆になるというように、固定子１の磁極が変わって行
くが、どの時点においても、回転子５と固定子１との関
係が第２図、第３図で述べたと同様の関係になり、全て
の位置で、（但しニュートラル・ゾーンにおいては、第
２図、第３図の各説明と同じ）回転子５を右に回転させ
る出力を住じることが理解されよう。

（他の実施例） 以上は３相８極モータを例に説明したが、特許請求の範
囲記載の要件を充たすかぎり、相数および極数は当業者
が自由に選択設計できる。また回転子５の方に本発明の
電機子を用い、固定子１を永久磁石等の界磁としても良
いことはいうまでもない。電機子の用語例としては、電
動子をいうときや、場磁石に対立した機械要素をいう例
もあるがこれにこだわらない。

また、設計上特に軽量を必要とする場合等においては、
空芯のコイルを本発明の電機子として用いることも可能
である。

尚、所定の磁束分布を得る為に、例えば広幅の電機子２
を幾分割かして、その分割した電機子が同じ極性を生じ
させるようにコイルを巻回してもよい。（これは１つの
電機子と見做される）（発明の効果） 本発明は以上のように構成し、且つ動作するものである
。しかして回転子５の内側に等分に設けたＮ、Ｓの磁極
の占める角度に対し、電機子２・・・・・・における磁
極の占める角度は３相の場合、Ａ。

Ｂ、Ｃの各相内において、前記回転子５の磁極の占める
幾何学角と同じ中心角を占める全節ピッチ電機子１個以
上を備え、且つ全体の電機子の数が前記磁極５の数と１
の差がある数で構成するから、当該固定子１に対し回転
子５をどの角度に位置させても必ず互いに合わない磁極
が出て来るようにさせ、また当該固定子１の電機子２．
２′・・・・・・に巻回するコイル４・・・・・・は、
１ポール１コイル巻きでありながら全部巻の方法を採る
ことができる。

一般にこのようなモータは、第８図（Ａ）に回転子５の
磁極と電機子２の磁極との関係を示すように、両者が電
気角でπ／２ずれた瞬間に最大出力を生じるものであっ
て、第８図（Ｂ）又は（Ｃ）　のような関係になった瞬
間にはニュートラル・ゾーン或いはデッド・ゾーンなっ
て出力を生じない瞬間となるのであるが、（１）本発明
では電機子２の各磁極がどの時点においてもいずれかの
位置で第８図のような関係になり、回転子５の磁極と電
機子２の磁極がズレを生じるから、回転出力発生のため
に有効に働くことになり、鉄芯やコイルの重量に比して
、軽量で且つ大きな出力を発生するモータが得られる。

（２）各鉄芯を跨ぐコイルがないから、モータの厚みを
薄く設計できる。（３）従来の交流モータのように成る
瞬間に打ち消される磁束がないこと、および各鉄芯を跨
ぐコイルがないことによってコイルが短くて済み、その
ためコイルに生じるインダクタンスも少なくなる。等数
々の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である３相８極モータの正面
概念図、第２図、第３図は第１図に示した３相８極モー
タの動作原理の説明のため、回転子、電機子、磁界を対
比させた図、第４図、第５図、第６図、第７図は同前回
転子、電機子を対比した図、第８図はモータにおける固
定子と回転子との位置関係を対比させた図である。 図中１・・・・固定子、２．２′・・・・電機子、３・
・・・スロット、４・・・・コイル、５・・・・回転子
。 特許出願人　　　日本フェロ−フルイディクス株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固定子および回転子のうち、一方は幾何学角２πの中心
   角を整数で等分したほぼ均等幅の磁極で構成し、他方に
   ついては、幾何学角２πの中心角を相の数の倍数で等分
   した範囲内に、前記磁極とほぼ同一の幅を有する全節ピ
   ッチの電機子が１個以上と、これと異なる幅の電機子と
   を配置し、全部の電機子の数と磁極の数との差が１にな
   るように構成したモータ。