(57)【要約】  【課題】多相電動機を一平面上に構成し，多極着磁されたリング状の磁石の磁束を有効に使用し，磁気回路上の磁気抵抗を低減し，鉄損を低減し，モータ効率を向上させ，振動も低減することを目的とする。  【解決手段】磁極板群の数をｑ，極歯の総数を２ｑｎ（ｎは１以上の整数），磁石の総磁極数をｐとし，３相電動機の場合にはｐ＝２ｑｎ＋２又はｐ＝２ｑｎ＋４，２相電動機の場合にはｐ＝２ｑｎ＋２とし，各磁極板分を均等に配置し，磁石の磁束量をモータ巻線の鎖交磁束として最大限に取り出し，電動機のトルクを均一に発生させることが可能となる。  【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子巻線３１を有する固定子と、該固定子の内周面に空隙を介して対向配置した円周方向にＮ，Ｓを交互に多極着磁した円環状回転磁石３２とより成り、上記固定子が、上記回転磁石の回転軸と同芯の同一円周上に等間隔離して，その軸が上記回転軸と同一軸方向となるように配置した複数個の磁極芯２２と、この各磁極芯に夫々巻装した固定子巻線と、上記各磁極芯の軸方向両端に夫々固定した弧状の内周面に軸方向に延びる複数の極歯（クローポール）２３，２７を有する扇形の磁極板群Ａ，Ｂとより成り、上記各磁極芯の一方の端面に固定された磁極板群Ａ同士，及び他方の端面に固定された磁極板群Ｂ同士は夫々同一平面上に配置され、その弧状の内周面が同一円周上に配置され、上記磁極板群Ａ，Ｂの極歯が互に離間して入れ子状に配置され，上記極歯数と円環状回転磁石の極数の関係を，上記磁極板群の数をｑ，極歯の総数を２ｑｎ（ｎは１以上の整数），円環状回転磁石の総着磁極数をｐとしｐ＝２ｑｎ＋２，またはｐ＝２ｑｎ＋４とし，各磁極板での極歯の配置ピッチは円環状回転磁石の極対ピッチと一致させたことを特徴とする３相のクローポールを有するインナーロータ形電動機。
【請求項２】
固定子巻線を有する固定子と、該固定子の内周面に空隙を介して対向配置した円周方向にＮ，Ｓを交互に多極着磁した円環状回転磁石とより成り、上記固定子が、上記回転磁石の回転軸と同芯の同一円周上に等間隔離してその軸が上記回転軸と同一軸方向となるように配置した複数個の磁極芯と、この各磁極芯に夫々巻装した固定子巻線と、上記各磁極芯の軸方向両端に夫々固定した弧状の内周面に軸方向に延びる複数の極歯（クローポール）
を有する扇形の磁極板群Ａ，Ｂとより成り、上記各磁極芯の一方の端面に固定された磁極板群Ａ同士，及び他方の端面に固定された磁極板群Ｂ同士は夫々同一平面上に配置され、その弧状の内周面が同一円周上に配置され、上記磁極板群Ａ，Ｂの極歯が互に離間して入れ子状に配置され，上記極歯数と円環状回転磁石の極数の関係を，上記磁極板群の数をｑ，極歯の総数を２ｑｎ（ｎは１以上の整数），円環状回転磁石の総着磁極数ｐをｐ＝２ｑｎ＋２とし，各磁極板での極歯の配置ピッチは円環状回転磁石の極対ピッチと一致させたことを特徴とする２相のクローポールを有するインナーロータ形電動機。
【請求項３】
固定子巻線を有する固定子と、該固定子の外周面に空隙を介して対向配置した円周方向にＮ，Ｓを交互に多極着磁した円環状回転磁石とより成り、上記固定子が、上記回転磁石の回転軸と同芯の同一円周上に等間隔離してその軸が上記回転軸と同一軸方向となるように配置した複数個の磁極芯と、この各磁極芯に夫々巻装した固定子巻線と、上記各磁極芯の軸方向両端に夫々固定した弧状の外周面に軸方向に延びる複数の極歯を有する扇形の磁極板群Ａ，Ｂとより成る請求項１と２に記載の３相，または２相のクローポールを有するアウターロータ形電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機に係り、特に巻線を巻装した複数の磁極芯を同一平面上に配置し、爪状のクローポールの極歯を有する固定子を有する扁平形電動機の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は特許３２４６７２４号により実施されている多極着磁された磁石を使用した２相でアウターロータ構造の電動機の断面図である。
【０００３】
図４において，４個の円柱状磁極芯９を回転軸６と同芯の同一円周上に等間隔離して、その軸が回転軸６と同一軸方向となるように配置し、これらを夫々ねじによりプリント基板に固定し、各磁極芯９には夫々ボビン１１を介してモータ巻線１２を巻装している。
また、上記各磁極芯９の軸方向両端には夫々扇形の磁極板１３ａを固定し、各磁極芯９の一方の端面に固定された４枚の磁極板１３ａは夫々同一平面上に配置され、その弧状の外周面が同一円周上に配置されるようにすると共に、上記弧状の外周面に軸方向に延びるクローポールと呼ばれる複数の極歯１４ａを形成している。また同様に、外周に複数の極歯を具備し、4枚の磁極板を有する他の磁極板群が、互いの極歯が入れ子状になるように配置されている。又、この電動機の特徴は同一平面上に各相が配置され，電動機を扁平に構成できる点にある。
【０００４】
図６はクローポール構造ではないが特許３０７１０６４号により実施されている多極着磁された磁石を使用した３相のインナーロータ構造の電動機の断面図で，ステ−タ１は等ピッチ６極よりなり，その先端は各々，同数の２個以上の磁歯を有しロ−タ磁石磁極とほぼ対向するようになっている。３は巻線であり，３相巻線が施されており，固定子磁極１−１と１−４に１相目の巻線が巻かれ，磁極１−１と１−４は同極性となるように磁化される。同様に，磁極１−２と１−５に２相目の巻線が，また磁極１−３と１−６に３相目の巻線が巻かれている。ロ−タ磁石２はＮ，Ｓ交互の等ピッチ磁極性をもった回転子であって，そのＮ極とＳ極の総和をＰとしＰ＝１２ｎ±４（ｎは１以上の整数）と設定されている。この際各固定子磁極の先端に付加される極歯４の総数は定義されていないが，３相の極歯の配置上から極歯の総数は磁石着磁総数Ｐ＝１２ｎ±４より少ない必要性がある。特許３０７１０６４号の図１に示される極歯と磁石着磁極の関係から，極歯の総数は１８個で磁石総磁極数は３２の場合である。
このモータの特徴は多極着磁された磁石を適切なエアギャップで使用しているため，振動，騒音が極めて少ない点にある。
【特許文献１】特許３２４６７２４号
【特許文献２】特許３０７１０６４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
磁石の磁束を有効に使用するには，極歯の総数と磁石総着磁極数の比が１に近いほど良いとされている。それは磁石の磁束量をモータ巻線の鎖交磁束として取り出す際に，その比率が１からかけ離れていることは磁石の磁極の使用しない部分が多いことになる。特許３２４６７２４号と特許３０７１０６４号に開示された電動機では，極歯数と磁石の総着磁極数の関係が適切でなく，磁石の磁束を効率良く使用できていないという問題点が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電動機は，上記の課題に対し下記のような手段をこうじて電動機の特性を向上させるもので，適切な極歯数と磁石の総着磁極数の関係を設定するものである。極歯の配置の条件から極歯数よりも磁石着磁極数を多くする必要がある。また，極歯と磁極芯を持つ磁極板群を均一間隔に配置するためにも，磁石の総磁極数には次の関係が必要になる。即ち，磁極板群の数をｑ，極歯の総数を２ｑｎ（ｎは１以上の整数），磁石の総磁極数をｐとし，３相電動機の場合にはｐ＝２ｑｎ＋２又はｐ＝２ｑｎ＋４，２相電動機の場合にはｐ＝２ｑｎ＋２とする。
本発明の目的は，磁石の磁束を有効に活用し，その構造を最適に設計することにより損失を低減し，電動機の特性と効率を向上させることにある。
【発明の効果】
【０００７】
各磁極群に極歯を有し，一平面上に多相モータ巻線を配置した多相電動機において下記のように優れた特徴を有する。
１．総極歯数と磁石総着磁極数の比率が１に最も近く，磁石の磁束量を有効に取り出すことが可能である。
２．２相，３相の各磁極板分を均等に配置でき，電動機のトルクを均一に発生させることが可能となる。
３．磁極板群Ａと磁極板群Ｂの極歯数を同一にすることで，磁束のアンバランスが無くなり電動機の振動を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
３相のインナーロータの電動機としては，固定子の内周面に空隙を介して対向配置した円周方向にＮ，Ｓを交互に多極着磁した円環状回転磁石と，固定子が、回転磁石の回転軸と同芯の同一円周上に等間隔離してその軸が上記回転軸と同一軸方向となるように配置した複数個の磁極芯と、この各磁極芯に夫々巻装した固定子巻線と、上記各磁極芯の軸方向両端に夫々固定した弧状の内周面に軸方向に延びる複数の極歯を有する扇形の磁極板群Ａ，Ｂとで構成し，各磁極芯の一方の端面に固定された磁極板群Ａ同士，及び他方の端面に固定された磁極板群Ｂ同士は夫々同一平面上に配置され、その弧状の内周面が同一円周上に配置され、上記磁極板群Ａ，Ｂの極歯が互に離間して入れ子状に配置され，極歯数と円環状回転磁石の極数の関係を，上記磁極板群の数をｑ，極歯の総数を２ｑｎ（ｎは１以上の整数），円環状回転磁石の総着磁極数をｐとし，ｐ＝２ｑｎ＋２とし，各磁極板での極歯の配置ピッチは円環状回転磁石の極対ピッチと一致する。
【実施例１】
【０００９】
以下、図面によって本発明の実施例を説明する。図１は磁極板群Ａと磁極板群Ｂからなる固定子の形状を示すものである。図１（ａ）は磁極板群Ａの断面図であり，図１（ｂ）は磁極板群Ａの平面図である。磁極板群Ａは２１−１から２１−６の６個の磁極板からなる。磁極芯２２は６個配置され，それぞれに極歯２３を２個保持している。
図１（ｃ）は磁極板群Ｂの断面図であり，図１（ｄ）は磁極板群Ｂの平面図である。磁極板群Ｂも２５−１から２５−６の６個の磁極板からなる。磁極芯穴２６は６個配置され，それぞれに極歯２７を２個保持している。
【００１０】
図２は電動機巻線と磁極芯と磁極板群Ａ，Ｂの極歯配置の関係を示すものである。図中３１−１から３１−６は各磁極芯に挿入された電動機巻線であり，３２は外周に多極着磁された円環状の磁石である。図において各磁極板はＵ相，Ｖ相，Ｗ相に割り当てられ，３相構成で６個の巻線を有している。極歯の総数は２４個で，１磁極芯あたり４個の極歯となり，磁極板Ａ側，磁極板Ｂ側にそれぞれ２個の極歯が配置されている。また，磁石の総磁極数は２８極で等ピッチに着磁されている。
以上の磁石の着磁極数と極歯数の関係を一般式にまとめると下記のように表せる。各相の電気角ずれ量６０度の場合にはＰ＝２ｑｎ＋２と表せ，各相の電気角ずれ量１２０度の場合にはＰ＝２ｑｎ＋４と表せる。
【００１１】
また，各相の電気角ずれ量６０度の場合の関係を表１のように表せる。磁石の総着磁極数をＰ，片側の磁極板の極歯数をｎ，磁極芯数ｑとすると，極歯の総数は２ｎｑと表せる。表１（ａ）は磁極芯数ｑが３個の場合で，片側の磁極板の極歯数ｎを変えた場合の総極歯数２ｑｎと磁石の総着磁極数Ｐの関係を示すものである。同様に表１（ｂ）は磁極芯数ｑが６個の場合，同様に表１（ｃ）は磁極芯数ｑが９個の場合である。
【表１】
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【００１２】
各相の電気角ずれ量１２０度の場合の関係を表２のように表せる。表２（ａ）は磁極芯数ｑが３個の場合で片側の磁極板の極歯数ｎを変えた場合の総極歯数２ｑｎと磁石の総磁極数Ｐの関係を示すものであり，表２（ｂ）は磁極芯数ｑが６個の場合を示す。
【表２】
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【００１３】
表３は２相の電動機で各相の電気角ずれ量９０度の場合であり，表３（ａ）は磁極芯数ｑが２個の場合で，片側の磁極板の極歯数ｎを変えた場合の総極歯数２ｑｎと磁石の総着磁極数Ｐの関係を示すものである。同様に表３（ｂ）は磁極芯数ｑが４個の場合，同様に表３（ｃ）は磁極芯数ｑが６個の場合である。
【表３】
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【００１４】
図３（ａ）は３相の電動機で磁石総着磁極数２８極，総極歯数２４個の場合のリング状磁石の着磁極と極歯の関係を示す展開図であり，図の上段と下段は連続して連結されているものである。６個の磁極板群からなり，各磁極板群に４個の極歯を有し，４個の極歯は磁極板群ＡとＢの極歯２３，２７で交互に配列され，同相（同磁極板）内では等ピッチＰ１に配列されている。各相の間隔Ｐ２は電気角で１２０度に配置されている。また，Ｐ３はＵ相とＶ相の位相角であり電気角で１２０度ずれ，Ｐ４はＵ相とＶ相の位相角であり電気角で２４０度ずれ，３相の位相が１２０度毎にずれて適切に構成されている。また，これは表２（ｂ）のｎ＝２に相当する組み合わせである。
【００１５】
極歯の各磁極板間は、ピッチＰ２を等間隔に配置することで，回転方向に発生するトルクのバランスが良くなり，不要なトルクリプルや振動が生じにくい。
また，磁極板Ａと磁極板Ｂの極歯の数（極歯２３と２７）を同一とすることで，電動機の発生トルクの軸方向成分上下が一致し，軸方向の振動が生じにくい。
【００１６】
磁石の総着磁極数をＰ，片側の磁極板の極歯数をｎ，磁極芯数ｑとすると，極歯の総数は２ｎｑであるから，磁石から発生する磁束を有効に活用するには磁石の相磁極数Ｐと極歯の総数２ｎｑが同数であることが理想的であるが，各相の電気角ずれ量を確保して同一平面上に配列するにはＰ＞２ｎｑの条件が必要になる。そして，磁石の総着磁極数Ｐと極歯の総数２ｎｑの比率が１に近いと，磁石の磁束量を有効に使用できることになる。
磁石の総着磁極数２８個と極歯総数２４個では，比率は１．１７となる。
【００１７】
図３（ｂ）は磁石の総磁極数２６個にした場合の配列を示すもので，比率は１．０８となり，磁石の総着磁極数２８個にくらべて，磁石の磁束利用率が良いことになる。
各相の間隔Ｐ２は電気角で１２０度に配置されている。また，Ｐ３はＵ相とＶ相の位相角であり電気角で−６０度ずれ，Ｐ４はＵ相とＶ相の位相角であり電気角で６０度ずれている，この場合巻線の巻方向を逆にすることで１２０度と同様の動作ができ，３相の位相が適切に構成されている。また，これは表１（ｂ）のｎ＝２に相当する組み合わせである。
【００１８】
図３（ｃ）は表３（ｂ）のｎ＝２に相当する組み合わせで，２相の電動機で磁石総着磁極数18極，総極歯数１６個の場合のリング状磁石の着磁極と極歯の関係を示す展開図であり，図の上段と下段は連続して連結されているものである。４個の磁極板群からなり，各磁極板群に４個の極歯を有し，４個の極歯は磁極板群ＡとＢの極歯で交互に配列され，同相（同磁極板）内では等ピッチＰ１に配列されている。各相の間隔Ｐ２は電気角で９０度に配置されている。また，Ｐ３はＡ相とＢ相の位相角であり電気角で９０度ずれ，２相の位相が９０度毎にずれて適切に構成されている。
磁石の総着磁極数１８個と極歯総数１６個では，比率は１．１３となる。
【００１９】
図３（ｄ）は表３（ｂ）のｎ＝３に相当する組み合わせで，磁石の総着磁極数２６個，総極歯数２４個にした場合の配列を示すもので，比率は１．０８となり，磁石の総着磁極数１８個にくらべて，磁石の磁束利用率が良いことになる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
上記のように本発明の電動機によれば、一平面に各相の巻線を配置し，薄型化を図る電動機において，磁石の磁極数と極歯の歯数と磁極芯数を最適に選定でき，磁石の磁束利用率が最大で，効率が良く，振動の少ない磁気回路の構成が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の固定子を示す図
【図２】本発明の電動機の構成を示す図
【図３】本発明の磁石の磁極と極歯の配列を示す図
【図４】従来の電動機の構成を示す図
【図５】従来の電動機の構成を示す図
【符号の説明】
【００２２】
１：固定子磁極
３：巻線
４：極歯
６：回転軸      
９：円柱状磁極芯
１１：ボビン
１２：巻線
１３：磁極板
１４：極歯
２１：磁極板群Ａ
２２：磁極芯
２３：磁極板群Ａの極歯
２５：磁極板群Ｂ
２６：磁極芯穴
２７：磁極板群Ｂの極歯
３１：巻線
３２：円環状磁石
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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