JPH03243154A

JPH03243154A - 電動機

Info

Publication number: JPH03243154A
Application number: JP2170624A
Authority: JP
Inventors: Makoto Goto; 誠後藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-06-28
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1991-10-30

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】本発明は、永久磁石のＮ極とＳ極を交互に配置された界
磁部を有する回転子と、複数相の電機子巻線を収納され
た複数個の巻線用の溝を配置された突極構造の電機子鉄
心を有する固定子を具備する電動機に関するものであり
、特に、コギング力等のトルク変動の小さい電動機を提
供するものである。

一般に、巻線を施すために巻線用の溝を設けて電機子鉄
心を突極構造〔巻線用の溝の間に突極（突出）した部分
を有する構造〕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かで
きるために、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（巻線用の溝を有する構造）であるために、界磁部
の永久磁石の磁極との相互作用によってコギング力を発
生させるという欠点がある。

コギング力は、界磁部の永久磁石の磁極配置と電機子鉄
心の巻線用の溝（もしくは巻線用の溝の間に形成される
突極部）の配置に直接関係しており、突極構造の電機子
鉄心を使用しながらもコギング力の小さい電動機を実現
することが非常に難しかった。

また、永久磁石の着磁状Ｂ（磁極配置）と電機子鉄心の
巻線用の溝の配置とは、コギング力の発生に密接な関係
があると共に、巻線電流による発生トルクの変動分（’
ｉｉｔ磁トルクのトルク・リンプル）とも密接な関係が
あり、その両者を同時に小さくすることはさらに難しか
った。

第１図に巻線用の溝による突極構造の電機子鉄心を有す
る従来例の電動機の要部構成図を示す。

これを説明すると、■は回転子を構成する円環状の永久
磁石で構成された界磁部、２はその界磁部１の内側に同
心的に配設された固定子を構成する電機子鉄心であり、
電機子鉄心２の巻線用の溝３ａ、３ｂ、３ｃは界磁部１
の磁極面（着磁内面）に対して所要の間隙をあけて対向
させられている。

ｔＩ！子鉄心２の巻線用の溝３ａ、３ｂ、３ｃ（Ｄ間に
形成された突極部３ａ、３ｂ、３ｃの基部には、巻線４
ａ、４ｂ、４ｃが集中巻して巻線されている。それらの
巻線４ａ、４ｂ、４ｃに周知の適当な駆動回路によって
電流を流すことにより、界磁部１の磁極との電磁的な相
互作用により電磁トルクを発生し、回転力（トルク）を
得る。これにより、界磁部１の回転子が回転駆動される
。

次に、この第１図の従来例のコギング力について説明す
る。コギング力は界磁部の磁極と電機子鉄心の間の磁場
に貯えられた磁気エネルギーが、界磁部の回転に応じて
変化することによって生しるものである。特に、永久磁
石の磁極による界磁部を使用した場合には、界磁部の磁
極の各部分は固定磁化（永久磁化）されているので、界
磁部の磁極に起因する磁気的な周期・波形は、界磁部の
磁化状態によって決まった固有の調波成分を有する。一
方、電機子鉄心の巻線用の溝に起因する磁気的不均一性
の周期・波形も、電機子鉄心の溝の配置によって決まっ
た固有の調波成分を有する。

このような場合には、界磁部ｌの磁極による磁気的な周
期性と電機子鉄心２の溝による磁気的な周期性の両者に
共通して存在する調波成分（整合成分）のコギング力が
生しる。

第１図において、反時計方向にみたときの角度θにおけ
る永久磁石の界磁部ｌの表面の半径方向の磁束密度ＢＭ
（θ）は、第２図（ａ）に示すように台形波状に変化し
、Ｎ極とＳ極の発生する磁束密度（磁石の磁束密度）の
分布は反対符号ながらも対称的、もしくはほぼ対称的な
特性になされている。

また、Ｎ極とＳ極の磁極の切り換わりは、連続的で滑ら
かになっている。

磁気エネルギーは磁束密度Ｂ２の２乗に関係する量であ
るから、界磁部１の有する磁気的な周期・波形（磁束密
度を２乗した波形）をフーリエ級数展開したときの基本
的な調波成分は、一般に、磁極数４を次数とする第４次
調波戒分となる。ここで、１回転に１回の正弦波成分を
第１次調波戒分とする。すなわち、界磁部ｌは第４次調
波成分を基本成分として、第８次、第１２次、第１６次
・・・・・・などの高調波成分を含んでいることになる
。

一方、ｌｉｔ用の溝３ａ、３ｂ、３ｃに、にっ７生しる
電機子鉄心２の磁気的不均一性は、界磁部ｌの表面の各
点からみた電機子鉄心２のパーミアンス（磁気抵抗の逆
数）の場所的な変動によって表わされ、同様にフーリエ
級数展開できる。従って、第１図の電機子鉄心２の磁気
的不均一性の基本的な調波成分は第３次調波戒分となる
。すなわち、第３次調波戒分を基本成分として、第６次
、第９次、第１２次、・・・・・・などの高調波成分を
も含んでいることになる。コギング力は、界磁部１と電
機子鉄心２に共通して存在する成分（整合成分）が生し
るから、本従来例においては第１２次、第２４次、第３
６次、・・・・・・などの調波成分が王に生しることに
なる。

第２図中）に、本従来例のコギング力を１回転分につい
て示す。

次に、本従来例のトルク・リップルについて説明する。

第３図は電機子鉄心２の巻線用の溝の近傍における磁束
の分布を示す図である。同図において、界磁部１から出
た磁束は矢印で示すように、その大部分が磁気抵抗の高
い溝部をさけて突極部に吸いとられる。その結果、突極
部の実効的なピッチは先端部分のピッチより広くなり、
本従来例では、はぼ１２０°となる。巻線４ａと鎖交す
る磁束は突極部２ａに流入する磁束に等しいから、巻線
４ａの実効ピッチがほぼ１２０°といえる。他の巻線４
ｂ、４ｃについても同様である。

第４図は、本従来例の界磁部１と巻線４ａ（または４ｂ
、４Ｃ）との関係を示す概略展開図である。同第４図に
おいて、界磁部ｌは平面展開されており、また、巻線４
ａは等価的に実効ピッチ１２０°の１タ一ン巻線５に置
き換えである。ここで、巻線５に電流ｌを流すと、界磁
部１との電磁作用によって回転力Ｍが生しる。その大き
さは、フレミングの左手の法則より、電流と磁束密度に
比例するから、Ｍｏｏｉ　−（［３，（θ、＋６０’　）Ｂ、（θ。−
６０°）〕　・・・・・・（１）となる。ここに、θ。

は回転角を表わし、第１図に示すように界磁部ｌの基準
点Ａと電機子鉄心２の基準点Ｂと回転中心０とがなす角
ＺＡＯＢである。前記（１）式より、回転力Ｍは巻線の
実効ピッチの両端における磁束密度Ｂ、（θｏ＋６０”
）、！：Ｂ、（θｏ−６０°）の差に比例することがわ
かる。回転角θ。の変化に対する第１図の各巻線４ａ、
４ｂ、４ｃの各実効ピッチ両端における磁束密度の差の
変化を第５図（ａ）に示す。

この場合、第５図（ｂ）に示すように回転角θ。に応じ
て変化する相数３に対応した所定の位相差を有する電流
ｉａ、ｉｂ、ｉｃを各巻線４ａ、４ｂ。

４ｃに通電すれば、第５図（Ｃ）に示すような所定方向
への回転力Ｍを発生する。ここで、一定値の電流を３相
に分配し、て通電するときの回転力Ｍの変動分が、トル
ク・リップルであるから、本従来例のトルク・リップル
は第５図（Ｃ）のΔＭとなる。

本発明は、コギング力について考慮し、永久磁石のＮ極
とＳ極を交互に配置された界磁部を有する回転子と、複
数相の電機子巻線を収納された複数個の巻線用の溝を配
置された突極構造の電機子鉄心を有する固定子を具備す
る電動機であって、コギング力の非常に小さい電動機を
実現したものである。また、トルク・リンプルについて
も考慮し、コギング力とトルク・す、プルを同時に非常
に小さくした電動機も実現している。次に、本発明の実
施例について第６図乃至第１０図を参照して説明する。

第６図は本発明の第１の実施例の要部構成図を示し、図
中の１１は回転子を構成する円環状の永久磁石で構成さ
れた界磁部で、ここでは４極着磁の場合を示している。

１２は、その界磁部１１の内側に同心的に配設された固
定子を構成する電機子鉄心であり、３相の電機子巻線１
３ａ、１３ｂ、１３ｃが巻装（収納）された巻線用の溝
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ。

１６ｄ、１６ｅ＜１６ｆを有する突極構造になってＴＥ
いる。電機子鉄心１２の巻線用の溝１６ａ〜１６ｆは不
等角度間隔に配置され、巻線用の溝の間に形成される突
極部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの
実効ピッチ（突極部の両端の巻線用の溝の中心間の角度
間隔）は２種類に異なっている。実効ピッチの長い方の
突極部１２ａ、１２ｂ、１２ｃを主突極部と呼び、実効
ピッチの短い方の突極部１４ａ、１４ｂ、１４ｃを補助
突極部と呼ふ。主突極部１２ａ、１２ｂ。

１２ｃの実効ピッチと補助突極部１４ａ、１４ｂ１４ｃ
の実効ピッチの比は４：１（整数比）、もしくはほぼ４
：１にされている。また、上記各主突極部１２ａ、１２
ｂ、１２ｃの前記界磁部１１の着磁内面と対向する部分
には、それぞれ３つの補助溝１５ａ、、１５ａ２．１５
ａ３．１５ｂ、。

１５ｂ２．１５ｂ３．１５ｃ、、１５ｃ２１５ｃ３が回
転軸心（図面の紙面に対して垂直な軸心線）と平行して
設けられている。なお、巻線１３ａ、１３ｂ、１３ｃは
それぞれ主突極部１２ａ、１２ｂ、１２ｃの基部に集中
巻きして巻回されており、補助突極部１４ａ、１４ｂ１
４ｃはそれぞれ主突極部１２ａと１２ｂの間、１２ｂと
１２ｃの間、１２Ｃと１２ａの間に配置されている。補
助溝１５　ａ　１＋　１５　ａ　２．１５　ａ　３．１
５　ｂ、　、　　１５　ｂ２．　１５　ｂ３．１５Ｃ１
１５Ｃ２，１５Ｃ３は巻線用の溝１６ａ、１６ｂ１６ｃ
　　１６ｄ、１６ａ、１６ｆよりもかなり浅く形成（３
分の１以下）されており、巻線１３ａ。

１３ｂ、１３ｃを収納する巻線用の溝１６ａ１６ｂ、１
６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆに十分な空間を確保する
ようにしている。また、各主突極部に設けられた３個の
補助溝は主突極部表面（界磁部１１の磁極と対向する面
）の中心部分に対して対称的、もしくはほぼ対称的に配
置されている。

なお、第６図の実施例では前記主突極部１２ａ〜１２ｃ
と補助突極部１４ａ−１４ｃとは一体的に形成されてお
り、これはフェライト材料で構成しても良いし、多数枚
のけい素ｍ板の積層体で構成しても良い。

次に、この第６図の実施例の構造によって得られる効果
について説明する。

まず、コギング力についての効果を第８図を参照して説
明する。第８図は、主突極部１２ｂと補助突極部１４ａ
間の溝１６ｂの人口付近での磁束の分布を代表して表わ
した図であり、溝１６ｂが界磁部１１のＮ極と対向して
いるものとする。もちろん他の溝１６ａ、１６ｃ、１６
ｄ、１６ｅ１６ｆにおいても同様である。

同第８図において、永久磁石による界磁部１１の磁極の
各部分は固定磁化されているので（その磁化の強さは永
久磁石材料の材質に依存する飽和磁束密度によってきま
る）、界磁部１１の磁極の各部分からその永久磁化に応
した磁束が発生する。

界磁部１１の固定磁化された磁極から発生する磁束は矢
印の線で示すように、大部分が磁気抵抗の高い溝部を避
けて、主突極部１２ｂまたは補助突極部１４ａに吸いと
られ、図示の破線Ｈより深く入り込む磁束は非常に少な
くなる。従って、溝の深さは破線Ｈより深くても、磁気
的には破線Ｈの深さのものとほぼ同等である。そこで、
第６図に示すように、各巻線用の溝（１６ａ〜１６ｆ）
と等しい、もしくはほぼ等しい開口幅を有し、深さの浅
い各補助溝（１５ａ、、１５ａ３．１５ｂ１〜１５ｂ３
．１５ｃ、　〜Ｌ５ｃ３）は、磁気的に同等、もしくは
ほぼ同等程度の作用効果を有するようになる。その結果
、補助溝１５ａ１〜１５　ａ３　。

１５ｂ、〜１５ｂ３，１５ｃ、　〜１５ｃ３を設けるこ
とにより、電機子鉄心１２の磁気的不均一性の状態は変
化する。本実施例においては、各主突極部１２ａ、１２
ｂ、１２ｃの実効ピッチと各補助突極部１４ａ、Ｌ４ｂ
、Ｌ４ｃの実効ピッチの比が４：１（整数比）であり、
主突極部１２ａ。

１２ｂ、１２ｃの実効ピッチを４等分、もしくはほぼ４
等分する位置に補助溝１５ａ、〜１５ａ３゜１５ｂ１〜
１５ｂ３，１５ｃ、〜１５ｃ８を設けている。

すなわち、電機子鉄心１２が有する溝は全て磁気的に同
等であり、それらが電機子鉄心１２の中心Ｏに対して等
角度間隔または、はぼ等角度間隔に配置された形となっ
ている。従って、第６図に示した実施例のｉｔｓ子鉄心
１２の磁気的不均一性の周期・波形の基本的な成分は第
１５次調波戒分となり、その高調波成分である第３０次
、第４５次、第６０次・・・・・・などが含まれること
になる。

また、界磁部１１が有する調波成分は、先述の従来例と
同様に第４次調波成分を基本として、第８次、第１２次
、・・・・・・などである。従って、コギング力として
は、第６０次、第１２０次、・・・・・・などの調波成
分が生しることになる。第２図（Ｃ）に本発明の実施例
のコギング力を示す。この結果を第２図中）に示す従来
例のコギング力と比較すると、第１２次、第２４次、・
・・・・・などの調波成分のコギング力が欠落（または
減少）し、さらにコギング力の基本的な調波成分の次数
は従来例では第１２次であるのに対して、本実施例にお
いては第６０次と５倍の高次の成分となっている。

一般に、永久磁石の磁極による界磁部を使用する電動機
では、コギング力の各成分の大きさは、界磁部の有する
該当成分の大きさと電機子鉄心の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ものである。また、界磁部
および電機子鉄心の有する調波成分は、通常高次の成分
になる程、その大きさは減衰するから、第１２吹成分（
従来例）に比べて第６０吹成分（本実施例）はかなり小
さいのが普通である。従って、前述のごとき補助溝１５
ａ１−１５ａ、、１５ｂ、　〜１５ｂ３．１５ｃ、〜１
５Ｃ３を設けることにより、コギング力に関与し得る界
磁部およびｔＩｌ子鉄心の調波成分の数が少なくなるば
かりでなく、コギング力の基本的な調波成分が高次の成
分となることにより、コギング力は減少する。

次に、トルク・リップルについて説明する。電機子鉄心
１２に補助突極部１４ａｘ１４ｃを設けることにより、
巻線１３ａ〜１３ｃが巻回された主突極部１２ａ〜１２
ｃの実効ピッチは界磁部１１のｌ磁極ピッチに近づき、
およそ１２０’Ｘ（４１５）＝９６”　（１Ｍ１極ピツ
チの約１．０７倍）となっている（主突極部の実効ピッ
チは１磁極ピツチと等しくない）、従って、巻線１３ａ
、１３ｂ１３ｃの実効ピッチは９６°となる。界磁部１
１の表面の磁束密度ＢＭ（θ）を先述の従来例と同じく
第２図（ａ）とすれば、各巻線１３ａ、１３ｂ。

１３ｃの実効ピッチの両端における磁束密度の差は、回
転角θ。の変化に対して第７図（ａ）のように変化する
。このとき、従来と同様に、第７図（ｂ）に示すような
回転子の回転角θ。に応じて変化する３相の電流ｉａ、
ｉｂ、ｉｃを３相の巻ｗＡ１３ａ；１３ｂ、１３ｃにそ
れぞれ流すと、回転力Ｍおよびトルク・リップルΔＭは
第７図（Ｃ）に示すようになる。第５図（Ｃ）に示す従
来例のトルク・リップルと比較すると、本発明の実施例
のトルク・リップルが大幅に小さくなっていることがわ
かる。

本実施例に示すように、巻線用の溝の配置を不等角度間
隔にし、巻線用の溝の間に形成される突極部の実効ピッ
チを複数種類に異ならせ（たとえば主突極部と補助突極
部）、任意の２個の突極部の実効ピッチの比を整数比、
もしくはほぼ整数比にしくたとえば各主突極部と各補助
突極部の比は４：ｌ、各主突極部と各主突極部の比はｌ
：１、各補助突極部と各補助突極部の比は１：１）、少
なくとも１個の突極部の界磁部の磁極と対向する位Ｉに
少なくとも１個の補助溝を設け（たとえば各主突極部に
３個ずつの補助溝を配設、（補助溝を巻線用の溝と磁気
的に同等、もしくはほぼ同等程度とし、巻線用の溝と補
助溝からなる溝の全体を等角度間隔、もしくはほぼ等角
度間隔となるように配置し、巻線用の補助溝からなる溝
の総数Ｔを界磁部の極数Ｐの公倍数（整数倍）と異なら
せる（たとえばＴ＝１９．Ｐ＝４）ならば、電機子鉄心
１２の磁気的不均一性の周期・波形と界磁部１１の有す
る磁気的な周期・波形との整合成分がかなり高次の調波
成分になるために、コギング力の非常に小さい電動機と
なる。特に、巻線用の溝を不等角度間隔に配置した電機
子鉄心の場合の巻線用の溝と補助溝の計画的な配置によ
り、巻線用の溝の個数をＦ（＝６）、補助溝の個数をＪ
（＝９）、巻使用の溝と補助溝からなる溝の総数をＴ（
＝Ｆ＋Ｊ＝１５）、ｔｍ子巻線の相数をＤ（＝３）とし
、巻線用の溝の相数りと界磁部の極数Ｐ（＝４）の最小
公倍数を■（−１２）、溝の総数Ｔと極数Ｐの最小公倍
数をＷ（＝６０）とするとき、Ｗが■・Ｔ／Ｆ（＝３０
）よりも大きな整数になるようにすれば、コギング力の
非常に小さい電動機を得ることができた（括弧内の値は
第６図の実施例に対応）。すでに説明したコギング力に
ついての議論によって理解されるように、従来例の電動
機、および第６図において補助溝１５ａ１〜１５Ｃ３の
ない場合の電動機のコギング力の基本成分（基本的な調
波成分）の次数は■＝１２に等しく、第６図の実施例の
電動ＩＩ（補助溝の有る場合）のコギング力の基本成分
の次数はＷ−６０に等しくなっている。

第６図の電機子鉄心の溝の総数は、補助溝のない場合に
Ｆ＝６に等しく、補助溝の有る場合にＴ＝１５となる。

通常、コギング力の基本成分の次数は溝の総数に比例し
て増えるので、溝の数が増えた度合（Ｔ／Ｆの値）に比
例してコギング力の基本成分の次数も増え、補助溝を設
けた場合のコギング力の基本成分の次数は■・Ｔ／Ｆ＝
３０になると考えるのが常識である。しかしながら、本
発明の電動機の場合は、このような常識を越えるもので
あり、補助溝の有る場合のコギング力の基本成分の次数
はｗ＝６０（＞ｖ−Ｔ／Ｆ＝３０）になっている。また
、第６図の実施例は、このような関係の巻線用の溝や補
助溝の計画的な配置が可能であることを示している。そ
の結果、少数の補助溝を配設することによりコギング力
の基本成分の次数をかなり高次にでき、コギング力の非
常に小さい電動機となった。

特に、前述の実施例のように３相の電機子巻線を有する
場合には、巻線用の溝と補助溝からなる溝の総数Ｔを奇
数にすることにより、ＴをＰの公倍数と異ならせること
が簡単にできる。なぜなら、永久磁石の磁極によって界
磁部を構成する場合には界磁部の極数Ｐが偶数になるか
ら、Ｔが奇数ならばＰの公倍数にならない。

さらに、本実施例に示すように、電機子鉄心の巻線を巻
回された主突極部（巻線が集中的に巻回された実効ピッ
チの良い突極部）の間に補助突極部（巻線の巻回されて
いない実効ピッチの短い突極部）を計画的に配置し、不
要な磁束が主突極部に流出入しないようにするならば、
各主突極部の実効ピッチを簡単に界磁部の１磁極ピツチ
に近づけることができるので、トルク・リップルも同時
に小さくできる。このとき、コギング力を小さくするた
めには、主突極部の実効ピッチを界磁部の１ｍ極ピツチ
に等しくしないことが重要である。

また、本実施例に示すように、電機子鉄心が有する全て
の突極部を同一部材にて形成すれば、電機子鉄心の構造
が簡単になると共に、巻線用の溝や補助溝の角度間隔を
均一化することができ、コギング力に対する本発明の効
果が非常に安定する。

しかし、電機子鉄心の突極部の全てを同一部材にて形成
しない場合でも良い。たとえば、前述の実施例において
、電機子鉄心の主突極部に対して補助突極部を別体にし
て、主突極部に巻線を施した後に補助突極部を有する磁
性体を取り付けるようにすると、巻線が容易になる。

本発明の別の実施例を第９図に示す。これは、前述の第
６図の実施例において、巻線用の溝や補助溝の配置を変
えたものである。回転子を構成する円環状の永久磁石に
よる４極の磁極を有する界磁部１１と、その内側に同心
的に配設された固定子を構成する電機子鉄心１２を具備
している。電機子鉄心１２は、３相の電機子巻線１３ａ
。

１３ｂ、１３ｃが巻装（収納）された巻線用の溝１６ａ
、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ１６ｆを有する突極
構造になっている。電機子鉄心１２の巻線用の溝１６ａ
〜１６ｆは不等角度間隔に配置され、巻線用の溝の間に
形成される突極部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１４ａ、１
４ｂ。

１４ｃの実効ピッチは２種類に異なっている。実効ピッ
チの長い方の主突極部１２ａ、１２ｂ。

１２ｃと実効ピッチの短い方の補助突極部１４ａ。

１４ｂ、１４ｃの実効ピッチの比は７：２（整数比）、
もしくはほぼ７：２にされている。また、上記各主突極
部１２ａ、１２ｂ、１２ｃの前記界磁部１１の着磁内面
と対向する部分には、それぞ６つの補助溝１７ａ、、１
７ａ２，１７ａ８゜１７ａ、、１７ａ５，１７ａ６，１
７ｂ１゜１７ｂ２，１７ｂ３，１７ｂ、、１７ｂ５゜１
７ｂ６，１７ｃ、、１７ｃ２，１７ｃ３゜１７　Ｃ，、
１７Ｃ５，１７ｃ６が回転軸心（図面の紙面に対して垂
直な軸心線）と平行して設けられている。同様に、上記
各補助突極部１４ａ１４ｂ、１４ｃの前記界磁部１１の
着磁内面と対向する部分には、それぞれ１つの補助溝１
８ａ１８ｂ、１８ｃが回転軸心と平行して設けられてい
る。なお、巻線１３ａ　　１３ｂ　　１３ｃはそれぞれ
主突極部１２ａ、１２ｂ、］、２ｃの基部に集中巻きし
て巻回されており、補助突極部１４ａ１４ｂ、１４ｃは
それぞれ主突極部１２ａと１２ｂの間、１２ｂと１２．
ｃの間、１２ｃと１２ａの間に配置されている。また、
各主突極部に設けられた６個の補助溝は主突極部表面（
界磁部１１の磁極と対向する面）の中心部分に対して対
称的、もしくはほぼ対称的に配置されている。

各補助溝１７ａ、−１７ａ６，１７ｂ、　〜１７ｂ６．
１７ｃ、　〜１７ｃ６および１８ａ〜１８ｃは、各巻線
用の溝１６ａ〜１６ｆと磁気的に同等の効果を有し、そ
れらの補助溝および巻線用の溝の全体が電機子鉄心１２
の中心Ｏに対しておよそ１３．３°　（補助突極部の実
効ピッチの＋Ａ）の等角度間隔、もしくはほぼ等角度間
隔に配置されている。

次に、コギング力について説明する。本実施例において
も、巻線用の溝の配置を不等角度間隔にし、巻線用の溝
の間に形成される突極部の実効ピッチを複数種類に異な
らせ（たとえば主突極部と補助突極部）、任意の２個の
突極部の実効ピッチの比を整数比、もしくはほぼ整数比
にしくたとえば各主突極部と各補助突極部の比は７：２
、各主突極部と各主突極部の比はｌ：１、各補助突極部
と各補助突極部の比はＩ　：　ｌ）、少なくとも１個の
突極部の界磁部の磁極と対向する位置に少なくとも１個
の補助溝を設け（各主突極部に６個ずつの補助溝を配設
し、各補助突極部に１個の補助溝を配設）、補助溝を巻
線用の溝と磁気的に同等、もしくはほぼ同等程度とし、
巻線用の溝と補助溝からなる溝の全体を等角度間隔、も
しくはほぼ等角度間隔となるように配置し、巻線用の溝
と補助溝からなる溝の総数Ｔを界磁部の磁極Ｐの公倍数
（整数倍）と異ならせ（たとえばＴ＝２７．Ｐ＝４）、
電機子鉄心】２の磁気的不均一性の周期・波形と界磁部
１１の有する磁気的な周期・波形との基本的な整合成分
がかなり高次の調波成分にして（第１０８３１ｉ波成分
）、コギング力の非常に小さい電動機を得ている。特に
、巻線用の溝を不等角度間隔に配置した電機子鉄心の場
合の巻線用の溝と補助溝の計画的な配置により、巻線用
の溝の個数をＦ（＝６）、補助溝の個数をＪ（＝２１）
、巻線用の溝と補助溝からなる溝の総数をＴ（＝Ｆ＋Ｊ
＝２７）、を義子巻線の相数をＤ　（＝３）とし、巻線
用の溝の相数りと界磁部の極数Ｐ　（＝４）の最小公倍
数をＶ（＝１２）、溝の総数Ｔと極数Ｐの最小公倍数を
Ｗ（＝１０８）とするとき、ＷがＶ　−Ｔ／Ｆ（＝５４
）よりも大きな整数になるようにして、コギング力の非
常に小さい電動機を得ることができた（括弧内の値は第
９図の実施例に対応）。

次に、本実施例のトルク・リンプルについて説明する。

主突極部１２ａ、１２ｂ、１２ｃの実効ピッチはおよそ
９３．４°であるから、巻線１３ａ。

１３ｂ、１３ｃの実効ピッチもおよそ９３．４°と１３
ｂ、１３ｃの実効ピッチもおよそ９３．４°となる。従
って、主突極部の実効ピッチを界磁部１１の１磁極ピツ
チ９０″に近づけているから（約１．０４倍）、本実施
例のトルク・りンブルは小さくなる。このとき、コギン
グ力とトルク・リップルを同時に小さくするためには、
主突極部の実効ピッチを界磁部の１磁極ピッチと異なら
せることが重要である。

第１０図に４相の電機子巻線を使用した本発明の実施例
を示す。第１０図において、２１は６極着磁された円環
状の永久磁石よりなる界磁部であり、回転子を構成して
いる。２２は界磁部２１の内側に同心的に配設された固
定子を構成する電機子鉄心である。電機子鉄心２２は、
４相の電機予巻Ｉ＃Ｉ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ
が巻装（収納）された巻線用の溝２７ａ、２７ｂ、２７
ｃ２７ｄ、２７ｅ、２７ｆ、２７ｇ、２７ｈを有する突
極構造になっている。電機子鉄心２２の巻線用の溝２７
ａ〜２７ｆは不等角度間隔に配置され、巻線用の溝の間
に形成される突極部２２ａ、２２２２ｂ　　　２２ｃ、
　　２２ｄ、　　２４ａ、　　２４ｂ、　　２４２４ｃ
、２４ｄの実効ピッチは２種類に異なっている。実効ピ
ッチの長い方の主突極部２２ａ。

２２ｂ、２２ｃ、２２ｄと実効ピッチの短い方の補助突
極部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄの実効ピッチの比
は５：２（整数比）、もしくはほぼ５：２にされている
。また、上記各主突極部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２
ｄの前記界磁部２１の着磁内面と対向する部分には、そ
れぞれ４つの補助溝２３ａ、、２３ａ２，２３ａ３２３
ａ、、２３ｂ、、２３ｂ２．２３ｂ２゜２３ｂ、、２３
ｃ、、２３ｃ２．２３ｃ２．２３ｃ、、２３ｄ１．２３
ｄ２，２３ｄ３゜２３ｄ、が回転軸心と平行して設けら
れている。

同様に、上記各補助突極部２４ａ、２４ｂ。

２４ｃ、２４ｄの前記界磁部２１の着磁内面と対向する
部分には、それぞれ１つの補助溝２５ａ。

２５ｂ、２５ｃ、２５ｄが回転軸心と平行して設けられ
ている。なお、巻１＃Ｉ２６ａ、２６ｂ。

２６ｃ、２６ｄはそれぞれ主突極部２２ａ。

２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの基部に集中巻きして巻回され
ており、補助突極部２４ａ、２４ｂ２４ｃ、２４ｄはそ
れぞれ主突極部２２ａと２２ｂの間、２２ｂと２２ｃの
間、２２ｃと２２ｄの間、２２ｄと２２ａの間に配置さ
れている。また、各主突極部に設けられた４個の補助溝
は玉突極部表面（界磁部２１の磁極と対向する面）の中
心部分に対して対称的、もしくはほぼ対称的に配置され
ている。

各補助溝２３ａ１〜２３ａ、、２３ｂ、　〜２３ｂ、、
２３ｃ、〜２３ｃ、、２３ｄ、〜２３ｄ、および１８ａ
〜１８ｄは、各巻線用の溝２７ａ〜２７ｈと磁気的に同
等の効果を有し、それらの補助溝および巻線用の溝の全
体が電機子鉄心２２の中心○に対しておよそ１２．８６
°　（補助突極部の実効ピッチの％）の等角度間隔、も
しくはほぼ等角度間隔に配置されている。

次に、コギング力について説明する。本実施例において
も、巻線用の溝の配置を不等角度間隔にし、巻線用の溝
の間に形成される突極部の実効ビノチを複数Ｉｌ類に異
ならせ（たとえば主突極部と補助突極部）、任５會の２
個の突極部の実効ピッチの比を整数比、もしくはほぼ整
数比にしくたとえば各主突極部と各補助突極部の比は５
：２、各主突極部と各主突極部の比は１：１、各補助突
極部と各補助突極部の比は１　：　ｌ）、少なくとも１
個の突極部の界磁部の磁極と対向する位置に少なくとも
１個の補助溝を設け（各主突極部に４個ずつの補助溝を
配設し、各補助突極部に１個の補助溝を配設）、補助溝
を巻線用の溝と磁気的に同等、もしくはほぼ同等程度と
し、巻線用の溝と補助溝からなる溝の全体を等角度間隔
、もしくはほぼ等角度間隔となるように配置し、巻線用
の溝と補助溝からなる溝の総数Ｔを界磁部の極数Ｐの公
倍数（整数倍）と異ならせ（たとえばＴ＝２８．Ｐ＝６
）、電機子鉄心２２の磁気的不均一性の周期・波形と界
磁部２１の有する磁気的な周期・波形との基本的な整合
成分がかなり高次の調波成分にして（第８４調波成分）
、コギング力の非常に小さい電動機を得ている。特に、
ｓｍ用の溝を不等角度間隔に配置した電機子鉄心の場合
の巻線用の溝と補助溝の計画的な配置により、巻線用の
溝の個数をＦ（＝８）、補助溝の個数をＪ　（−２０）
、巻線用の溝と補助溝からなる溝の総数をＴ　（＝Ｆ＋
、Ｊ　＝　２８　）　、電機子巻線の相数をＤ（＝４）
とし、巻線用の溝の相数りと界磁部の極数Ｐ（＝６）の
最小公倍数をＶ（＝１２）、溝の総数Ｔと極数Ｐの最小
公倍数をＷ（−８４）とするとき、Ｗが■・Ｔ／Ｆ（＝
４２）よりも大きな整数になるようにして、コギング力
の非常に小さい電動機を得ることができた（括弧内の値
は第１０図の実施例に対応）。

次に１本実施例のトルク・リップルについて説明する。

主突極部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの実効ピッチ
はおよそ６４６３°であるから、巻線２６ａ、２６ｂ、
２６ｃ、２６ｄの実効ピッチもおよそ６４．３°となる
。従って、主突極部の実効ピッチが界磁部１１のｌ磁極
ピッチ６０＠に近づけているから（約１．０７倍）、本
実施例のトルク・リップルは小さくなる。なお、主突極
部の実効ピッチは１磁極ピツチと等しくなってはいない
。

以上の説明から明らかなように、本発明の電動機は巻線
用の溝が不等角度間隔に配置された電機子鉄心を使用し
、電機子鉄心の突極部に補助溝を設け、巻線用の溝と補
助溝を計画された有効な配置にすることによって、コギ
ング力の非常に小さい電動機を実現している。さらに、
実効ビノヂの長い主突極部に巻線を施し、巻線を巻回し
ていない実効ピッチの短い補助突極部を設け、主突極部
の実効ピッチと補助突極部の実効ピッチを整数比、もし
くはほぼ整数比にし、補助溝と巻線用の溝からなる溝の
全体を等角度間隔、もしくはほぼ等角度間隔に配置し、
巻線用の溝と補助溝からなる溝の総数を界磁部の極数の
公倍数と異ならせると共に、主突極部の実効ピッチを界
磁部のｌ磁極ピッチに近づける（等しくない）ならば、
コギング力とトルク・リップルを同時に小さくした電動
機が実現できた。このような電動機の場合には、補助溝
と補助突極部がコギング力とトルク・リップルに複数に
関係し、補助溝と補助突極部の両者の相乗効果によって
、発生トルクの変動（コギング力とトルク・リップル）
を大幅に小さくしている。

これは、次の理由によるものである。本発明の巻線用の
溝と補助溝の計画された配置によるコギング力の低減効
果が大きく、界磁部の磁極を強く形成して磁束密度の分
布を矩形波状に近づけても、コギング力はさほど大きく
ならない。その結果、磁束密度の分布の平坦部の幅を広
くでき、トルク・りンフ゛Ｊしを小さくできた。すなわ
ち、コギング力とトルク・リンプルの同時に小さい電動
機が実現できた。

以上のように、本発明はコギング力の非常に小さい電動
機を実現したものである。さらに、トルク・リップルに
ついても考慮し、コギング力とトルク・リップルが同時
に非常に小さい電動機も実現している。これにより、ト
ルク変動が橋めて少ない電動機が実現できた。従って、
本発明に基づいて、特に音響機器用電子整流子型電動機
を構成した場合には、振動やトルク変動を極小にし得る
ため、極めて高性能な音響機器を得ることが可能となる
。

なお、前記の本発明の実施例においては、外転型の例を
示したが、内転型であっても本発明の効果は得られる。

【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（ａｌ（ｂ
）、　（Ｃ）は界磁部の磁束密度とコギング力との関係
を示す図、第３図は従来の電動機の電機子鉄心の突極部
間における磁束の分布を示す図、第４図は同従来の電動
機の界磁部と巻線の関係を示す概略展開図、第５図（ａ
）、　（ｂ）、　（Ｃ）は従来の電動機の回転角に対す
る磁束密度差と巻線電流および回転力の関係を示す図、
第６図は本発明の一実施例の要部構成図、第７図（ａ）
、　（ｂ）、　（Ｃ）は同本発明の実施例の回転角に対
する磁束密度差と巻線電流および回転力の関係を示す図
、第８図は同本発明の実施例の電機子鉄心の突極部間に
おける磁束の分布を示す図、第９図および第１０図はそ
れぞれ本発明の他の実施例の要部構成図である。１１．２１・・・・・・界磁部、１２．２２・・・・・
・電機子鉄心、１６　ａ　〜１６　ｆ、　　２７　ａ〜
２７　ｈ・−・・＝巻線用の溝、１３　ａ　〜１３　ｃ
、　　２６　ａ　〜２６　ｄ・−−−−−電機子巻線、
１２　ａ〜１２　ｃ、２２　ａ〜２２　ｃＬ・・・・・
主突極部、１４　ａ　〜１４　ｃ、２４　ａ〜２４　ｄ
−−−−・−補助突極部、１５ａ、　〜１５ａ３．１５
Ｊ　〜１５ｂ３１５ｃ、　〜１５ｃ３，１７ａ１〜１７
ａ、。１７ｂ、〜、１７ｂ、、１７ｃ１〜１７ｃ、、１８ａ〜
１８ｃ、２３ａ　　〜２３ａ　　　　２３ｂ、　〜１　
　　　　　　　　　４１２３ｂ４，２３ｃ、　〜２３ｃ、、２３ｄ、　〜２３ｄ
、、２５ａ〜２５ｄ・・・・・・補助溝。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）等角度間隔程度に永久磁石のＮ極とＳ極を交互に
合計Ｐ極（ここに、Ｐは偶数）円周上に配置された界磁
部を有する回転子と、Ｄ相（ここに、Ｄは４以下の整数
）の電機子巻線が巻装された複数個の巻線用の溝を配置
された電機子鉄心を有する固定子を具備し、前記回転子
の回転に応じて前記Ｄ相の電機子巻線への電流を相数Ｄ
に対応した位相差をもたせて変化させることによって回
転力を得る電動機であって、前記電機子鉄心の前記巻線
用の溝の間に形成される突極部の実効ピッチを複数種類
に異ならせ、前記突極部の任意の２個の実効ピッチの比
を整数比程度になし、少なくとも１個の前記突極部の前
記界磁部の磁極と対向する位置に少なくとも１個の補助
溝を設け、前記電機子鉄心の前記巻線用の溝と前記補助
溝からなる溝の全体を等角度間隔程度に配置されるよう
にし、さらに、前記巻線用の溝と前記補助溝からなる溝
の総数Ｔを前記界磁部の極数Ｐの公倍数と異ならせ、前
記巻線用の溝の個数をＦ、前記電機子巻線の相数Ｄと前
記界磁部の極数Ｐの最小公倍数をＶ、前記溝の総数Ｔと
前記極数Ｐの最小公倍数をＷとするとき、ＷをＶ・Ｔ／
Ｆよりも大きな整数にした電動機。
（２）電機子鉄心は実効ピッチの異なる２種類の突極部
を有し、実効ピッチの長い前記突極部には電機子巻線が
集中巻きして巻回され、実効ピッチの短い前記突極部に
は前記電機子巻線が巻回されていないことを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項に記載の電動機。
（３）電機子鉄心は実効ピッチの異なる２種類の突極部
を交互に配置されていることを特徴とする特許請求の範
囲第（２）項に記載の電動機。
（４）電機子鉄心の補助溝を浅くして、巻線用の溝の深
さの３分の１以下にしたことを特徴とする特許請求の範
囲第（１）項から第（３）項のうちでいずれか１項に記
載の電動機。
（５）電機子鉄心の補助溝と巻線用の溝のそれぞれが磁
気的に同等程度になるようにしたことを特徴とする特許
請求の範囲第（１）項から第（４）項のうちでいずれか
１項に記載の電動機。
（６）界磁部のＮ極とＳ極の発生する磁束密度の分布を
反対符号ながらも対称的になしたことを特徴とする特許
請求の範囲第（１）項から第（５）項のうちでいずれか
１項に記載の電動機。
（７）ＷをＶ・Ｔ／Ｆの２倍以上の整数にしたことを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項から第（６）項のう
ちでいずれか１項に記載の電動機。
（８）等角度間隔程度に永久磁石のＮ極とＳ極を交互に
合計Ｐ極（ここに、Ｐは偶数）円周上に配置された界磁
部を有する回転子と、Ｄ相（ここに、Ｄは４以下の整数
）の電機子巻線が巻装された複数個の巻線用の溝を配置
された電機子鉄心を有する固定子を具備し、前記回転子
の回転に応じて前記Ｄ相の電機子巻線への電流を相数Ｄ
に対応した位相差をもたせて変化させることによって回
転力を得る電動機であって、前記電機子鉄心の前記巻線
用の溝の間に形成される突極部の実効ピッチを複数種類
に異ならせ、前記突極部の任意の２個の実効ピッチの比
を整数比程度になし、少なくとも１個の前記突極部の前
記界磁部の磁極と対向する位置に前記巻線用の溝よりも
かなり浅い補助溝を前記突極部表面の中心部分に対して
対称的に少なくとも１個設け、前記界磁部のＮ極とＳ極
の発生する磁束密度の分布を反対符号ながらも対称的に
なし、前記電機子鉄心の前記補助溝と前記巻線用の溝の
それぞれが磁気的に同等程度になるようにし、前記電機
子鉄心の前記巻線用の溝と前記補助溝からなる溝の全体
を等角度間隔程度に配置されるようにし、さらに、前記
巻線用の溝と前記補助溝からなる溝の総数Ｔを前記界磁
部の極数Ｐの公倍数と異ならせ、前記巻線用の溝の個数
をＦ、前記電機子巻線の相数Ｄと前記界磁部の極数Ｐの
最小公倍数をＶ、前記溝の総数Ｔと前記極数Ｐの最小公
倍数をＷとするとき、ＷをＶ・Ｔ／Ｆよりも大きな整数
にした電動機。