特開 2024-75167 ブラシレスモータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024075167

(43)【公開日】2024-06-03

(54)【発明の名称】ブラシレスモータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 19/12 20060101AFI20240527BHJP

【ＦＩ】

H02K19/12

【審査請求】有

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022186405

(22)【出願日】2022-11-22

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-08-22

(71)【出願人】

【識別番号】522456936

【氏名又は名称】藤岡 良雄

(74)【代理人】

【識別番号】100091719

【弁理士】

【氏名又は名称】忰熊 嗣久

(72)【発明者】

【氏名】藤岡 良雄

【テーマコード（参考）】

5H619

【Ｆターム（参考）】

5H619BB01

5H619BB06

5H619BB13

5H619PP13

(57)【要約】

【課題】
ブラシレスを前提とした、永久磁石を使用しない「磁力線磁力モータ」を提供すること。
【解決手段】
３相数交流電源により回転するブラシレスモータ１は、回転軸方向に導体が平行になるように、等角度間隔毎に巻く方向を反転させて円筒鉄心２１に一周巻かれた巻線２２を有する回転子２０と、巻く方向を一定として円筒鉄心１１に、交流電源の各相が順に接続される固定子巻線１２が巻かれている。相数３のｐ倍（ｐは自然数）であり、前記第１の等角度で一周が分割されて得られる磁極数ｎは、ｐで除したときに４のｑ倍（ｑは自然数）である。回転子２０への電力供給は非接触で有り、かつ回転子２０に誘導される電流は特段の整流回路を設けることなく整流されている。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

３相交流電源により回転するブラシレスモータであって、
回転軸方向に導体が平行になるように、かつ第１の等角度間隔毎に巻く方向を反転させて円筒鉄心に一周巻かれた巻線を有する回転子と、
前記回転軸方向に導体が平行になるように、巻く方向を一定として円筒鉄心に、第２の等角度間隔の位置に、交流電源の各相が順に接続される固定子巻線が巻かれ、前記回転子と同心状の固定子とを具備し、
前記第２の等角度で一周が分割されて得られる固定子分割数ｍは相数３のｐ倍（ｐは自然数）であり、前記第１の等角度で一周が分割されて得られる磁極数ｎは、ｐで除したときに４のｑ倍（ｑは自然数）であることを特徴とするブラシレスモータ。

【請求項2】

２相の電源により回転するブラシレスモータであって、
回転軸方向に導体が平行になるように、かつ第１の等角度間隔毎に巻く方向を反転させて円筒鉄心に一周巻かれた巻線を有する回転子と、
前記回転軸方向に導体が平行になるように、巻く方向を一定として円筒鉄心に、第２の等角度間隔の位置に、交流電源の各相が順に接続される固定子巻線が巻かれ、前記回転子と同心状の固定子とを具備し、
前記第２の等角度で一周が分割されて得られる固定子分割数ｍと前記第１の等角度で一周が分割されて得られる磁極数ｎの比は、比の前項が２で後項が３以上の奇数であることを特徴とするブラシレスモータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転子に対してワイヤレス励磁を行うブラシレスモータに関する。

【背景技術】

【0002】

電動機にはいくつもの種類があるが、端子に与えられる電圧の電力形態（直流か交流か）および電源周波数と回転速度が一定の関係をもつか（同期であるか）などにより、概ね直流機、交流機に分類される。直流機には、自励式他励式の別が有り、交流機には誘導機、同期機などの別がある。

【0003】

このうち、整流子（ブラシ）を持ち、回転子の磁石と固定子の磁石の吸引力を用いる例えば直流機等の電動機は、大きいトルクを発揮するが、ブラシの損傷が生じるという欠点がある（以下、このような電動機を「磁力線磁力モータ」と称する。）。一方、固定子側に発生する磁界と、この磁界により回転子の導体に生じる誘導電流との相互作用によって回転する電動機、例えば特許文献１に示す誘導機（かご形誘導電機）は、ブラシの損傷が無い反面、「磁力線磁力モータ」に対して比較的にトルクが少ないことである（以下、このような電動機を「誘導磁力モータ」と称する。）。

【0004】

ブラシレス電動機は、強力な永久磁石を利用することにより、トルクの問題を解決できる。このようなものとして、永久磁石同期機、ステッピングモーター等がある。一方で、このような電動機は、固定子側の誘導磁力が、永久磁石に進入することにより発熱し、熱による永久磁石の磁力低下の問題を有している。

【0005】

永久磁石を使用せずに、回転子の電磁石に電力をワイヤレスで供給するブラシレス励磁の「磁力線磁力モータ」が、例えば特許文献２に開示されている。特許文献２の電動機は、発電機であるが、回転子の磁石と固定子の磁石の吸引力を用いる電動機であり、一種の「磁力線磁力モータ」である。この技術によれば、固定側には、励磁機固定子巻線とは別に交流電力が供給される固定側巻線が設けられ、一方回転子側には、励磁機回転子巻線とは別に固定側巻線と回転側巻線が設けられ、固定側巻線と回転側巻線との間で無接触給電トランスが形成される。この無接触給電トランスにより、回転子側に給電された交流電力は、回転子の中で直流電力に整流されて回転子巻線に供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】国際公開ＷＯ２０１６／０８０２８４号公報

【特許文献2】特開２０１８－１２１４１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献２の技術によれば、無接触給電トランスは、励磁機固定子巻線と励磁機回転子巻線とは別に、無接触給電トランスを設けなければならず、かつ、受電した交流電力をさらに直流に変換するため、電動機の大型化、複雑化は避けられない。

【0008】

本発明者は、このような大型化、複雑化をすることなく、ブラシレスを前提とした、永久磁石を使用しない「磁力線磁力モータ」について研究をすすめた。具体的には、固定子巻線そのものの誘導磁力を、回転子巻線の励磁電力として利用し、回転子巻線と固定子巻線とが発生する磁力の吸引力を用いて回転するモータが実現できないかを探ることにしたのである。これが実現できれば、発熱による永久磁石の磁力低下、ブラシの摩耗等が解消でき、かつ「磁力線磁力モータ」であるので「誘導磁力モータ」よりもトルクが期待できる。

【0009】

そこで、本発明は、ブラシレスを前提とした、永久磁石を使用しない「磁力線磁力モータ」を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のブラシレスモータは、３相交流電源により回転するブラシレスモータであって、
回転軸方向に導体が平行になるように、かつ第１の等角度間隔毎に巻く方向を反転させて円筒鉄心に一周巻かれた巻線を有する回転子と、
前記回転軸方向に導体が平行になるように、巻く方向を一定として円筒鉄心に、第２の等角度間隔の位置に、交流電源の各相が順に接続される固定子巻線が巻かれ、前記回転子と同心状の固定子とを具備し、
前記第２の等角度で一周が分割されて得られる固定子分割数ｍは相数３のｐ倍（ｐは自然数）であり、前記第１の等角度で一周が分割されて得られる磁極数ｎは、ｐで除したときに４のｑ倍（ｑは自然数）であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明のブラシレスモータによれば、固定子巻線と回転子巻線相互間で受給電をすることができ、固定子巻線と回転子巻線が発生する磁力を始動回転力にした「磁力線磁力モータ」を実現する事ができる。回転子への給電のための手段を固定子巻線と回転子巻線とは別に装備する必要がないだけでなく、回転子への電力供給は非接触で有り、かつ回転子に誘導される電流は特段の整流回路を設けることなく整流されている。回転子は円筒鉄心にて中心部に空洞化することができ、誘導磁力による発熱が無い。さらに、回転子巻線からの発熱を中心部に空洞に拡散することで、冷却を最大化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】固定子６極、回転子８極の３相交流電源によるブラシレスモータを示す図であり、図１Ａは斜視図、図１Ｂは動作している様子を示す図である。

【図2】ブラシレスモータの分解図であり、図２Ａは回転子の分解図、図２Ｂは回転子の巻線の状態を説明する図であり、図２Ｃは固定子の分解図、図２Ｄは固定子の巻線の状態を説明する図、図２Ｅは回路図である。

【図3】ある瞬間におけるブラシレスモータの各部位の動作を説明する図である。

【図4】図３と同じ瞬間におけるブラシレスモータの各部位の動作を説明する図である。

【図5】図３と同じ瞬間におけるブラシレスモータの各部位の動作を説明する図である。

【図6】位相が３０°進んだ時点におけるブラシレスモータの各部位の動作を説明する図である。

【図7】位相がさらに３０°進んだ時点におけるブラシレスモータの各部位の動作を説明する図である。

【図8】位相がさらに３０°進んだ時点におけるブラシレスモータの各部位の動作を説明する図である。

【図9】固定子の磁界が回転する様子を示す図である。

【図10】回転子の角度による磁性の状態を示す図である。

【図11】固定子の磁極数、回転子の磁極数の組み合わせと、最大の回転速度の関係を示す図である。

【図12】単相交流電源により起動されるブラシレスモータを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

［実施例１］
図１に、本発明の実施例として、固定子１０が１２極、回転子２０が８極のブラシレスモータ１を示す。ブラシレスモータ１は、３相交流電源による運転される。図１Ａは斜視図であり、図１Ｂは３相交流電源６０Ｈｚにて試作したブラシレスモータ１が動作している様子を示す図である。図中、３は軸受け支持部材、４は基台である。回転子２０を固定子１０の内側に同心状に配置して、ブラシレスモータ１は形成される。ブラシレスモータ１はインナーロータのモータであり、回転子２０の中心に設けられた回転軸２４が軸受け支持部材３で支持される（下側の軸受けは図示されていない）。固定子１０及び回転子２０の間に挟まれた固定子巻線１２ｕ１、１２ｕ２、１２ｖ１、１２ｖ２、１２ｗ１、１２ｗ２（尚：これらを区別しないときには、引用符号を１２とする。）、回転子巻線２２ｒ１、２２ｒ２、２２ｒ３、２２ｒ４、２２ｒ５、２２ｒ６、２２ｒ７、２２ｒ８（これらを区別しないときには、代表して引用符号を２２とする。）の導体は、回転軸２４の方向に互いに平行になるように巻かれている。よって、固定子巻線１２の導体により誘導された磁界が、回転子巻線２２の導体に影響する。尚、図１Ａにおいては、固定子巻線１２と回転子巻線２２の巻き方が理解容易なように夫々数ターンだけ巻いた状態で示しているが、図１Ｂの試作したブラシレスモータ１に明らかな様に、固定子巻線１２と回転子巻線２２の巻き数は、図１Ａのものと比較してはるかに多い。

【0014】

図２はブラシレスモータ１の固定子１０、回転子２０の分解図であり、図２Ａは回転子２０の分解図、図２Ｂは回転子２０の巻線２２の状態を説明する図であり、図２Ｃは固定子１０の分解図、図２Ｄは固定子１０の巻線１２の状態を説明する図、図２Ｅは回路図である。

【0015】

図２Ａにおいて、回転子２０は、磁性体を輪状にした円筒鉄心２１に、回転子巻線２２を周方向に巻き付けて形成される。磁性体としては、鉄板が良く、特に無方向性電磁鋼板が望ましい。円筒鉄心２１の上下には、非磁性体である（透明）樹脂製のハブ２３、２５が取り付けられており、ハブの中心に回転軸２４、２６が取り付けられている。

【0016】

図２Ｂにおいて、回転子巻線２２は、角度４５°の第１の等角度間隔に、正転巻き、反転巻きで順に施されており、順に回転子巻線２２ｒ１、２２ｒ２、２２ｒ３、２２ｒ４、２２ｒ５、２２ｒ６、２２ｒ８である。これらの回転子巻線２２ｒ１、２２ｒ２、２２ｒ３、２２ｒ４、２２ｒ５、２２ｒ６、２２ｒ８は、直列に接続されて全体で一周する閉ループになっている。回転子巻線２２の巻き方が反転する夫々の位置は、円筒鉄心１１が露出する若干のスペースが開けられている。回転子巻線２２を一周する電流が流れると、このスペースに磁極ｒ１－ｒ８が発現することになる。よって、円筒鉄心２１は、その周側面に第１の等角度間隔に合計８極の磁極を有している。

【0017】

図２Ｃにおいて、固定子１０は、磁性体を輪状にした円筒鉄心１１に、固定子巻線１２ｕ１、１２ｕ２、１２ｖ１、１２ｖ２、１２ｗ１、１２ｗ２が、角度６０°の第２の等角度間隔に同一方向に巻き付けられている。磁性体としては、鉄板が良く、特に無方向性電磁鋼板が望ましい。図２Ｄにおいて、３相交流電源の夫々をＵ相、Ｖ相、Ｗ相とすると、固定子巻線１２ｕ１、１２ｖ１、１２ｗ１、１２ｕ２、１２ｖ２、１２ｗ２の順に配置されている（図の例では、時計回り）。Ｕ相からは、固定子巻線１２ｕ１に接続され、１２０°移動した位置（時計まわり）から、固定子巻線１２ｕ２が直列に接続され、三相のスター結線の中立点（Ｎｅ：Ｎｅｕｔｒａｌ）に到る。Ｖ相からは、固定子巻線１２ｖ１に接続され、１２０°移動した位置から、固定子巻線１２ｖ２が直列に接続され、中立点Ｎｅに到る。Ｗ相からは、固定子巻線１２ｗ１に接続され、１２０°移動した位置から、固定子巻線１２ｗ２が直列に接続され、中立点Ｎｅに到る。固定子巻線１２ｕ１、１２ｖ１、１２ｗ１、１２ｕ２、１２ｖ２、１２ｗ２の両端の位置は、円筒鉄心１１が露出する蛇管のスペースが空けられている。円筒鉄心１１は、このスペースに磁極ｓ１－ｓ１２の合計１２個の磁極を有している。磁極ｓ１２とｓ１は固定子巻線１２ｖ１と固定子巻線１２ｕ１との間のスペースに、磁極ｓ２とｓ３は固定子巻線１２ｕ１と固定子巻線１２ｗ２との間のスペースに、磁極ｓ４とｓ５は固定子巻線１２ｗ２と固定子巻線１２ｖ１との間のスペースに、磁極ｓ６とｓ７は固定子巻線１２ｖ１と固定子巻線１２ｕ２との間のスペースに、磁極ｓ８とｓ９は固定子巻線１２ｕ２と固定子巻線１２ｗ１との間のスペースに、磁極ｓ１０とｓ１１は固定子巻線１２ｗ１と固定子巻線１２ｖ２、との間のスペースに存在する。極めて近接した２つの磁極の組は、６組である。

【0018】

固定子１０および回転子２０の円筒鉄心１１、２１は、鉄板を巻いて円筒に形成しただけの試作品であるから、磁極ｒ１－ｒ８と磁極ｓ１－ｓ１２の間のギャップは、固定子巻線１２、回転子巻線２２の導体の太さの影響を受けるものになっている。また、磁極ｒ１－ｒ８が発現する位置、及び磁極ｓ１－ｓ１２が発現する位置には、磁力線が飛び出す面積を確保するように、固定子巻線１２、回転子巻線２２の導体で覆わないように、間を開けている。磁極ｒ１－ｒ８と磁極ｓ１－ｓ１２の位置の鉄板にエンボス加工等を施して、巻線導体の太さ分だけ突起状にして近接しても良い。

【0019】

次に、ブラシレスモータ１の動作について説明する。図３－８において、固定子１０側の小さい丸「○」は、電流が流れていない導体の位置を示している。二重丸「◎」は、紙面の裏から表に向けて電流が流れることを示している。×丸「（×）」は、紙面の表から裏に向けて電流が流れることを示している。

【0020】

回転子２０側の小さい丸「○」は、正対する固定子１０側の導体により回転子２０側の導体が電磁誘導を受けないことを示している。二重丸「◎」は、正対する固定子１０側の導体により回転子２０側の導体が電磁誘導を受け、紙面の裏から表に向けて起電力が発生することを示している。×丸「（×）」は、正対する固定子側の導体により回転子２０側の導体が電磁誘導を受け、紙面の表から裏に向けて起電力が発生することを示している。

【0021】

また、図中、「Ｎ」、「Ｓ」は、磁極ｒ１－ｒ８と磁極ｓ１－ｓ１２に発生する磁気極性を示している。尚、回転子２０の円筒鉄心２１を円形では無く、８角形状に表示しているが、磁極ｒ１－ｒ８の位置を明確にするためである。

【0022】

図３－５は、ある瞬間のブラシレスモータ１の各部位の動作を段階的に説明するものである。図３において、Ｕ相が正、Ｖ相とＷ相が負の時点において、固定子巻線１２ｕ１、１２ｕ２の内周側には、図面上から下に向けて電流が流れる（図中（×））。固定子１０の円筒鉄心１１への巻き方は同一方向であるから、固定子巻線１２ｖ１、１２ｖ２、１２ｗ１、１２ｗ２の内周側には、図面下から上に向けての電流が流れる（図中◎）。

【0023】

ここにおいて、固定子１０と回転子２０の間に挟まれた固定子巻線１２、回転子巻線２２の導体にのみ着目するものとする。固定子１０と回転子２０の間の導体は、固定子１０の円筒鉄心１１と回転子２０の円筒鉄心２１の間で磁気的に外界より遮蔽されており、かつ固定子巻線１２、回転子巻線２２により誘導される磁界は、固定子１０と回転子２０の間にのみ作用するからである。

【0024】

固定子巻線１２により各磁極ｓ１－ｓ１２に発現する極性は、図３Ａに示す通りであるが、特に、隣合った磁極が同一の磁極を示す箇所（ｓ１２とｓ１の間、ｓ２とｓ３の間、ｓ６とｓ７の間、ｓ８とｓ９の間）では、円筒鉄心１１から内周に飛び出す磁界が顕著である。

【0025】

図４も図３と同時点の様子を示している。図において、円筒鉄心１１の内側に存在する固定子巻線１２の導体により、円筒鉄心２１の外周側に存在する回転子巻線２２の導体が電磁誘導を受けて、逆方向の起電力が発生する。尚、回転子の円筒鉄心２１の中心側に存在する回転子巻線２２の導体は、円筒鉄心２１により遮蔽されるため、電磁誘導を受けない。同様に、図３においては、回転子巻線２２ｒ１、２２ｒ５には裏から表へ、回転子巻線２２ｒ２、２２ｒ３、２２ｒ４、２２ｒ６、２２ｒ７、２２ｒ８には表から裏への起電力が発生する。回転子巻線２２は正転／反転巻きが交互であるため、回転子巻線２２を１本の連続した導体としてみれば、一部の起電力は打ち消し合うことになる。図５Ａの場合、隣合って表から裏への起電力が発生する箇所の起電力は打ち消し合う。結局、回転子巻線２２全体では、時計回りに一周する電流が流れる。

【0026】

図５も図３と同時点の様子を示している。図４に示したように、回転子巻線２２全体を一周する電流が発生すると、回転子２０の各磁極ｒ１－ｒ８に図示の通りの極性が現れる。

【0027】

図６は、３相交流電源の位相が３０°進んだ時点の様子を示している。図３－５との相違は、まず固定子１０側は、Ｖ相の電圧がゼロになっている点である。このため、固定子巻線１２ｖ１、１２ｖ２による極性が消失する。次に、回転子２０側では、回転子巻線２２ｒ１、２２ｒ２及び２２ｒ５、２２ｒ６に主に起電力が発生する。隣合う回転子巻線２２には、反対方向の起電力が発生するため、回転子巻線２２全体では、時計回りに一周する電流が流れる。これは図５の時と同様の電流の向きであり、回転子２０の各磁極に現れる極性は同一である。尚、回転子巻線２２ｒ３、２２ｒ４、２２ｒ７、２２ｒ８にも少なからず起電力は発生しているが説明を簡単化するために省略している。

【0028】

図７は、３相交流電源の位相がさらに３０°進んだ時点の様子を示している。Ｖ相が正になっている。このため、隣合った磁極ｓ４、ｓ５及び磁極ｓ１０、ｓ１１に同一極性が現れる。

【0029】

一方、回転子２０側では、回転子巻線２２ｒ３、２２ｒ４及び２２ｒ５、２２ｒ６に紙面裏から表向きの起電力が現れる。先の説明と同様に、打ち消し合う起電力を考慮すると、回転子巻線２２全体では、時計回りに一周する電流が流れる。これは図５、図６の時と同様の電流の向きであり、回転子２０の各磁極に現れる極性も同一である。

【0030】

図８は、３相交流電源の位相がさらに３０°進んだ時点の様子を示している。図７との相違は、Ｕ相の電圧がゼロになっている点である。このため、固定子巻線１２ｕ１、１２ｕ２による極性が消失する。

【0031】

一方、回転子２０側の回転子巻線２２ｒ２、２２ｒ３、２２ｒ４、２２ｒ６、２２ｒ７、２２ｒ８に起電力が発生するが、互いに打ち消しあうことが各所で発生し、回転子巻線２２全体では、時計回りに一周する電流が流れる。これは図５、図６、図７の時と同様の電流の向きであり、回転子２０の各磁極に現れる極性も同一である。

【0032】

図９に、図５の３相電源の位相から３０°ずつ進めたときの固定子１０において、隣合った磁極に同じ極性が現れる箇所を「Ｎ」及び「Ｓ」で示した。位相が進むにつれて、「Ｎ」「Ｓ」の箇所が、反時計回りに移動していることが分かる。一方、図１０において、図５の３相電源の位相の時点において、図５に示した回転子２０の位置よりも回転子２０が反時計回りの位置にいたときの各磁極の極性を示した。時計回りを正としたとき、図５Ａは－２２．５°、図５Ｂは－３０°、図５Ｃは－４５°である。他の角度においても同様であるが、説明を省略する。唯一、－４５°の位置において、電流が消失したため磁極が消失したが、他の角度においては、各磁極の極性は同じである。回転子２０は、例外（－４５°）を除いて、各磁極には、同一の極性が現れる。これは、回転子２０に、永久磁石を配置したことと同じになっている。固定子巻線１２から回転子巻線２２に、非接触で電力が供給され、かつ整流化された電流が回転子巻線２２を流れているということができる。

【0033】

このように、本実施例のブラシレスモータ１によれば、固定子１０により発生する回転磁界により、回転子２０が永久磁石のように機能して回転する。回転子２０への電力供給は非接触で有り、かつ回転子２０に誘導される電流は特段の整流回路を設けることなく整流されている。よって、ブラシレスモータ１は、自己始動が可能で有る。

【0034】

３相交流電源を用いた場合、固定子分割数ｍ（第２の等角度間隔で固定子１０の一周を分割して得られる数）、回転子の磁極数ｎに応じて最大の回転速度が決まる。固定子分割数ｍ、回転子の磁極数ｎの組み合わせと、最大の回転速度の関係を、図１１に示した。３相交流電源の場合で一般化すると以下の通りである。第２の等角度で一周が分割されて得られる固定子分割数ｍは、相数３のｐ倍（ｐは自然数）である。回転子の磁極数ｎは、正転巻き／反転巻きの交互性を有する必要から、必然的に偶数である。一方、磁極数ｎは、ｐで除したときに４のｑ倍（ｑは自然数）であることが必要である。本実施例の場合、ｐは２、固定子分割数ｍは８であり、８を２で除したときに４になっている。

【0035】

３相交流電源の周波数に対して、図中に示した周波数分割数で割ることにより、最大回転数が得られる。例えは、固定子６極、回転子８極のブラシレスモータの場合は、周波数分割数は４となっている。よって、６０Ｈｚの場合、６０／４＝１５（回転／秒）を得ることができる。図において、固定子を１５極、回転子を１２０極にすることにより、６０Ｈｚの場合に、１（回転／秒）のブラシレスモータを得ることができる。このように、多様な極数の設定により、最大回転数を自由に設定することができる。

【0036】

本実施例のブラシレスモータ１によれば、固定子巻線１２と回転子巻線２２の相互間で受給電をして、固定子巻線１２と回転子巻線２２が発生する磁力を始動回転力にした「磁力線磁力モータ」を実現する事ができる。回転子２０への給電のための手段を固定子巻線１２と回転子巻線２２とは別に装備する必要がないだけでなく、回転子２０は円筒鉄心２１にて中心部に空洞化することができ、誘導磁力による発熱が無い。さらに、回転子巻線２２からの発熱を中心部に空洞に拡散することで、冷却を最大化することができる。尚、本実施例のブラシレスモータ１では、固定子分割数ｍが６であるため、固定子巻線１２ｕ１と固定子巻線１２ｕ２、固定子巻線１２ｖ１と固定子巻線１２ｖ２、固定子巻線１２ｗ１と固定子巻線１２ｗ２が直列に接続されていたが、固定子分割数ｍが３のときには、固定子巻線１２ｕ１、固定子巻線１２ｖ１、固定子巻線１２ｗ１が１つずつになる。逆に、固定子分割数ｍを増やすときには、同相の固定子巻線１２を直列に接続することはいうまでもない。

【0037】

一方で、以下の特性を有する。
１．回転力発生が固定子磁極と回転子磁極との吸引力によるものであるため、固定子磁極と回転子磁極間との間隔が離れた場合、始動トルクが得られにくい。
２．固定子磁極と、回転子磁極の数を増加させると、始動トルクを増加することができる一方で、電源周波数に対する最大回転数が低下する。

【0038】

［実施例２］
実施例１のブラシレスモータにおいては３相交流電源として正弦波の３相交流電源を利用したが、三角波、台形波、方形波、ノコギリ波、階段波の３相交流電源によっても、実施例１のブラシレスモータ１は回転する。

【0039】

［実施例３］
本実施例のブラシレスモータは、一般家庭用の商用電灯である単相交流電源にて回転するモータである。ブラシレスモータの運転に当たっては、既存の単相誘導モータと同一の電源を利用することができる。本実施例においても、位相をずらすシフト回路（コンデンサ）を使った擬似的な２相の電源６を利用する。

【0040】

先の実施例と同様に、回転子１０は、磁性体を輪状にした円筒鉄心２１に、回転子巻線２２を周方向に巻き付けて形成される。回転子巻線２２は、角度６０°の第１の等角度間隔に、正転巻き、反転巻きで順に施されており、直列に接続されて全体で一周する閉ループになっている。回転子巻線２２を一周する電流が流れると、回転子巻線２２の巻き方が反転する夫々の位置に磁極ｒ１－ｒ６が発現することになる。よって、円筒鉄心２１は、その周側面に第１の等角度間隔に合計６極の磁極を有している。回転子の磁極数は正転巻き／反転巻きの交互性を有する必要から、必然的に偶数でなければならない。

【0041】

図１２Ａに、電源６で使用するブラシレスモータ５を示す。固定子３０について説明すると、円筒鉄心３１を第１の等角間隔で分割し、夫々に電源６の一方の相を接続される固定子巻線３２と、他方の相が接続される固定子巻線３３が交互の順に巻かれている。円筒鉄心３１の各弧の固定子巻線３２、３３の導体は回転軸方向（紙面の表裏方向）に平行で、巻く方向も一定としてある。また、固定子巻線３２が主巻線、固定子巻線３３が副巻線として機能するように、電源６に結線されている。第２の等角度間隔は９０°であり、固定子分割数ｍは４である。

【0042】

電源６のａ端子、ｃ端子は、単相電源７に直結しており、２相交流電源６のｂ端子は位相をずらす位相シフト回路８（コンデンサ）を介している。固定子巻線３２、３３は、共通に電源６のｃ端子に接続され、固定子巻線３２は電源６のａ端子に、固定子巻線３３は電源６のｂ端子に接続されている。図１２Ｂには、固定子巻線３２、３３の接続構成が示されている。

【0043】

回転子２０側は、磁極数ｎが６になっている。本実施例のブラシレスモータ５では、固定子３０側の固定子分割数ｍを、電源６の相数２を２倍にした４にしている。２相の電源６を用いるブラシレスモータ５を一般化する場合は、回転子２０の磁極数ｎと固定子分割数ｍの比を、２：３、２：５、２：７、２：９・・・の関係（比の前項が２、後項が３以上の奇数）とすることで始動する。回転子の磁極数ｎを増やすと回転時のトルクは増加し、始動を得やすくなるが、他方、電源周波数に対する回転数が低下する。図１２Ｃは、固定子分割数ｍが４、磁極数ｎが１４、すなわち比を２：７（前項が２、後項が７）で試作したブラシレスモータ５が運転されている様子を示している。

【0044】

以上本実施例においては、インナーロータのブラシレスモータ１を説明したが、アウターロータのブラシレスモータに適用することも可能である。
尚、出願人は、以上説明したブラシレスモータを、「ＷｉｓｓＷｏｄ Ｍｏｔｏｒ」と呼び、将来の実用モータの開発、完成を願うものである。

【符号の説明】

【0045】

１、５ ブラシレスモータ
３ 軸受け支持部材
４ 基台
６ 電源
７ 単相交流電源
８ 位相シフト回路
１０、３０ 固定子
１１、２１、３１ 円筒鉄心
１２、３２、３３ 固定子巻線
１３ 引き出し線
２０ 回転子
２２ 回転子巻線
２３、２５ ハブ
２４、２６ 回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【手続補正書】

【提出日】2023-04-21

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転子と前記回転子に同心状の固定子とを有して３相交流電源により回転するブラシレスモータであって、
前記回転子は、輪状にした回転子の円筒鉄心と、前記回転子の円筒鉄心の内周側から外周側にかけて周回するように巻かれる回転子巻線とを有し、
前記固定子は、輪状にした固定子の円筒鉄心と、前記固定子の円筒鉄心の内周側から外周側にかけて周回するように巻かれる固定子巻線とを有し、
前記回転子巻線は、第１の等角度間隔毎に前記回転子の円筒鉄心に巻く方向が反転されており、前記回転子と前記固定子との間に現れる前記回転子巻線の導体が回転軸方向に平行に延び、かつ外部から給電される接続を持たずに、前記回転子巻線の全体を電流が一周する閉ループになっており、さらに、前記回転子と前記固定子との間に現れる回転子巻線の導体の延びる方向が、前記第１の等角度間隔毎に前記回転軸方向の向きに対して交互に順方向と逆方向となっており、
前記固定子巻線は、前記固定子の円筒鉄心の一周にわたって巻く方向を一定に、かつ第２の等角度間隔の位置に交流電源の各相が順に接続されており、前記回転子と前記固定子との間に現れる固定子巻線の導体が回転軸方向に平行に延び、かつ、その延びる方向が、前記回転子と前記固定子との間の一周にわたって前記回転軸方向の向きに対して同一方向となっており、
前記第２の等角度で一周が分割されて得られる固定子分割数ｍは相数３のｐ倍（ｐは自然数）であり、前記第１の等角度で一周が分割されて得られる磁極数ｎは、ｐで除したときに４のｑ倍（ｑは自然数）であることを特徴とするブラシレスモータ。

【請求項2】

回転子と前記回転子に同心状の固定子とを有して２相の電源により回転するブラシレスモータであって、
前記回転子は、輪状にした回転子の円筒鉄心と、前記回転子の円筒鉄心の内周側から外周側にかけて周回するように巻かれる回転子巻線とを有し、
前記固定子は、輪状にした固定子の円筒鉄心と、前記固定子の円筒鉄心の内周側から外周側にかけて周回するように巻かれる固定子巻線とを有し、
前記回転子巻線は、第１の等角度間隔毎に前記回転子の円筒鉄心に巻く方向が反転されており、前記回転子と前記固定子との間に現れる前記回転子巻線の導体が回転軸方向に平行に延び、かつ外部から給電される接続を持たずに、前記回転子巻線の全体を電流が一周する閉ループになっており、さらに、前記回転子と前記固定子との間に現れる回転子巻線の導体の延びる方向が、前記第１の等角度間隔毎に前記回転軸方向の向きに対して交互に順方向と逆方向となっており、
前記固定子巻線は、前記固定子の円筒鉄心の一周にわたって巻く方向を一定に、かつ第２の等角度間隔の位置に交流電源の各相が順に接続されており、前記回転子と前記固定子との間に現れる固定子巻線の導体が回転軸方向に平行に延び、かつ、その延びる方向が、前記回転子と前記固定子との間の一周にわたって前記回転軸方向の向きに対して同一方向となっており、
前記第２の等角度で一周が分割されて得られる固定子分割数ｍと前記第１の等角度で一周が分割されて得られる磁極数ｎの比は、比の前項が２で後項が３以上の奇数であることを特徴とするブラシレスモータ。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0010】

本発明の回転子と前記回転子に同心状の固定子とを有して３相交流電源により回転するブラシレスモータでは、
前記回転子は、輪状にした回転子の円筒鉄心と、前記回転子の円筒鉄心の内周側から外周側にかけて周回するように巻かれる回転子巻線とを有し、
前記固定子は、輪状にした固定子の円筒鉄心と、前記固定子の円筒鉄心の内周側から外周側にかけて周回するように巻かれる固定子巻線とを有し、
前記回転子巻線は、第１の等角度間隔毎に前記回転子の円筒鉄心に巻く方向が反転されており、前記回転子と前記固定子との間に現れる前記回転子巻線の導体が回転軸方向に平行に延び、かつ外部から給電される接続を持たずに、前記回転子巻線の全体を電流が一周する閉ループになっており、さらに、前記回転子と前記固定子との間に現れる回転子巻線の導体の延びる方向が、前記第１の等角度間隔毎に前記回転軸方向の向きに対して交互に順方向と逆方向となっており、
前記固定子巻線は、前記固定子の円筒鉄心の一周にわたって巻く方向を一定に、かつ第２の等角度間隔の位置に交流電源の各相が順に接続されており、前記回転子と前記固定子との間に現れる固定子巻線の導体が回転軸方向に平行に延び、かつ、その延びる方向が、前記回転子と前記固定子との間の一周にわたって前記回転軸方向の向きに対して同一方向となっており、
前記第２の等角度で一周が分割されて得られる固定子分割数ｍは相数３のｐ倍（ｐは自然数）であり、前記第１の等角度で一周が分割されて得られる磁極数ｎは、ｐで除したときに４のｑ倍（ｑは自然数）であることを特徴とする。

本発明の回転子と前記回転子に同心状の固定子とを有して２相の電源により回転するブラシレスモータでは、
前記回転子は、輪状にした回転子の円筒鉄心と、前記回転子の円筒鉄心の内周側から外周側にかけて周回するように巻かれる回転子巻線とを有し、
前記固定子は、輪状にした固定子の円筒鉄心と、前記固定子の円筒鉄心の内周側から外周側にかけて周回するように巻かれる固定子巻線とを有し、
前記回転子巻線は、第１の等角度間隔毎に前記回転子の円筒鉄心に巻く方向が反転されており、前記回転子と前記固定子との間に現れる前記回転子巻線の導体が回転軸方向に平行に延び、かつ外部から給電される接続を持たずに、前記回転子巻線の全体を電流が一周する閉ループになっており、さらに、前記回転子と前記固定子との間に現れる回転子巻線の導体の延びる方向が、前記第１の等角度間隔毎に前記回転軸方向の向きに対して交互に順方向と逆方向となっており、
前記固定子巻線は、前記固定子の円筒鉄心の一周にわたって巻く方向を一定に、かつ第２の等角度間隔の位置に交流電源の各相が順に接続されており、前記回転子と前記固定子との間に現れる固定子巻線の導体が回転軸方向に平行に延び、かつ、その延びる方向が、前記回転子と前記固定子との間の一周にわたって前記回転軸方向の向きに対して同一方向となっており、
前記第２の等角度で一周が分割されて得られる固定子分割数ｍと前記第１の等角度で一周が分割されて得られる磁極数ｎの比は、比の前項が２で後項が３以上の奇数であることを特徴とする。