JP2006262656A - Electric motor - Google Patents

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Kazumasa Ito
一将 伊藤
Koki Naka
興起 仲
Akira Watarai
明 度会
Shiyoutarou Iwata
彰太郎 岩田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a coreless type or a slotless type electric motor, with which the cost reduction is attained by decreasing to the utmost a quantity of expensive permanent magnets to be used, while maintaining the desired output characteristics. <P>SOLUTION: The length of a linear straight portion 5a at both sides of an armature coil 5 is L<SB>S</SB>, wherein the straight line portion is along Y direction intersecting perpendicularly to X direction in which the armature coil 5 and a permanent magnet 9 move relatively; the radius at an outer peripheral side of the coil at a substantially arc shaped coil end 5b is R<SB>2</SB>, wherein the coil end connects between each straight portion 5a; and a length of the permanent magnet 9 extended along the Y direction is W<SB>MAG</SB>. In these cases, the length W<SB>MAG</SB>of the permanent magnet 9 is set so that it satisfies the relation L<SB>S</SB>≤W<SB>MAG</SB>≤L<SB>S</SB>+7R<SB>2</SB>/4. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、コアレス型あるいはスロットレス型の電動機に関する。   The present invention relates to a coreless type or slotless type electric motor.

従来の直動電動機には、環状の電機子コイルの複数個を互いに重複しないように順次走行方向に沿って隣接配列したコアレス型の電機子電機子コイル群からなる固定子と、矩形状の複数個の永久磁石を互いに隣り合う磁極同士が異極となるように配列してなる可動子とを備え、固定子と可動子とを磁気的空隙を介して上記電機子コイルと永久磁石とが互いに対向するように配置し、固定子の各電機子コイルに順次時間差をもつように通電制御することにより、可動子を上記電機子コイルおよび永久磁石の配列方向に沿って直線的に移動させるようにした構成のものがある。   A conventional linear motor includes a stator composed of a coreless armature armature coil group in which a plurality of annular armature coils are successively arranged along the traveling direction so as not to overlap each other, and a plurality of rectangular armature coils. A movable element in which magnetic poles adjacent to each other are arranged in different polarities, and the armature coil and the permanent magnet are connected to each other via a magnetic gap. The armatures are arranged so as to face each other and the armature coils of the stator are controlled to be energized sequentially so that there is a time difference, so that the mover moves linearly along the arrangement direction of the armature coils and permanent magnets. There is a thing of the structure.

この場合、従来技術では、可動子が移動する方向と直交する方向における永久磁石の長さWMAGと電機子コイルの長さLとは同じ長さになるように、つまりWMAG=Lとなるように設定されている(例えば、特許文献1参照)。 In this case, in the prior art, the length W MAG of the permanent magnet and the length L of the armature coil in the direction orthogonal to the direction in which the mover moves are equal to each other, that is, W MAG = L. (For example, refer to Patent Document 1).

特開平7−322595号公報(図2)Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-322595 (FIG. 2)

このように、従来技術では、可動子が移動する方向と直交する方向における永久磁石の長さWMAGと電機子コイルの長さLとは同じ長さになるように(WMAG=L)設定されており、電機子コイルと磁束との鎖交割合を示す有効鎖交率や、電機子コイルに流れる電機子電流によるトルクあるいは推力への変換効率について十分に考慮されていない。したがって、有効鎖交率やトルクあるいは推力への変換効率の観点から見ると、効率の悪い範囲にも永久磁石が無駄に配置されており、このため、高価な永久磁石を多く使用している割には所望の電動機出力が得られず、逆に、同じ電動機出力を得る場合にはコスト高になるという課題がある。 Thus, in the prior art, the length W MAG of the permanent magnet and the length L of the armature coil in the direction orthogonal to the direction in which the mover moves are set to be the same length (W MAG = L). Therefore, the effective linkage ratio indicating the linkage ratio between the armature coil and the magnetic flux, and the conversion efficiency to the torque or thrust due to the armature current flowing through the armature coil are not sufficiently considered. Therefore, from the viewpoint of the effective linkage rate and the efficiency of conversion to torque or thrust, permanent magnets are disposed wastefully even in a low efficiency range. For this reason, a lot of expensive permanent magnets are used. However, there is a problem that the desired motor output cannot be obtained, and conversely, when the same motor output is obtained, the cost increases.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、所望の電動機出力を維持しつつも、高価な永久磁石の無駄な使用を極力削減してコストダウンを図ることが可能なコアレス型あるいはスロットレス型の電動機を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a coreless type capable of reducing cost by reducing unnecessary use of expensive permanent magnets while maintaining a desired motor output. Another object is to provide a slotless type electric motor.

上記の目的を達成するために、本発明は、電機子側ユニットと界磁側ユニットとを有し、上記電機子側ユニットは、環状の電機子コイルの複数個が順次配列されてなり、また、上記界磁側ユニットは、界磁鉄心上に方形状の複数個の永久磁石が隣り合う磁極同士が互いに異極となるように配列されてなり、上記電機子側ユニットと界磁側ユニットとは、磁気的空隙を介して上記電機子コイルと永久磁石とが互いに対向するように配置され、上記電機子側ユニットおよび界磁側ユニットのいずれか一方が上記電機子コイルおよび永久磁石の配列方向に沿って相対的移動するように構成されている電動機において、次の構成を採用している。   In order to achieve the above object, the present invention includes an armature unit and a field unit, and the armature unit includes a plurality of annular armature coils arranged in sequence. The field side unit is formed by arranging a plurality of rectangular permanent magnets on a field iron core so that adjacent magnetic poles are different from each other, and the armature side unit and the field side unit Is arranged so that the armature coil and the permanent magnet face each other with a magnetic gap therebetween, and either the armature side unit or the field side unit is arranged in the arrangement direction of the armature coil and the permanent magnet. The following configuration is adopted in the motor configured to move relative to the motor.

すなわち、本発明に係る電動機は、上記電機子コイルと永久磁石とが相対移動する方向と直交する方向に沿う上記電機子コイルの両側の直線状をしたストレート部の長さをL、これらの各ストレート部間を結ぶ略円弧状をしたコイルエンド部におけるコイル外周側の半径をR、上記永久磁石と電機子コイルとが相対移動する方向と直交する方向に沿って延びる永久磁石の長さをWMAGとした場合、当該永久磁石の長さWMAGが、
≦WMAG≦L+7R/4
の関係を満たすように設定されていることを特徴としている。
That is, in the electric motor according to the present invention, the length of the straight straight portion on both sides of the armature coil along the direction orthogonal to the direction in which the armature coil and the permanent magnet move relative to each other is expressed as L S. The radius of the coil outer periphery side of the substantially arc-shaped coil end portion connecting the straight portions is R 2 , and the length of the permanent magnet extending along the direction perpendicular to the direction in which the permanent magnet and the armature coil move relative to each other. If the set to W MAG, the length W MAG of the permanent magnet,
L S ≦ W MAG ≦ L S + 7R 2/4
It is characterized by being set to satisfy the relationship.

本発明によれば、永久磁石に基づく磁束が電機子コイルに対して実質的に有効に鎖交する領域にだけに永久磁石を配置するため、従来に比べて永久磁石の無駄な使用を削減することができ、高価な永久磁石が削減された分だけコストダウンを図ることができる。しかも、電機子コイルに鎖交する磁束数は従来とほぼ同等となるので、従来と同等の電動機出力を維持することができる。   According to the present invention, since the permanent magnet is disposed only in the region where the magnetic flux based on the permanent magnet is substantially effectively linked to the armature coil, the useless use of the permanent magnet is reduced compared to the conventional case. The cost can be reduced by the amount of expensive permanent magnets reduced. In addition, since the number of magnetic fluxes linked to the armature coil is almost the same as the conventional one, the same motor output as the conventional one can be maintained.

特に、本発明を直動電動機に適用した場合には、永久磁石の使用量が削減された分だけ互いに向き合う永久磁石間の吸引力が低減するので、薄い界磁鉄心を用いても界磁側ユニットの所定の剛性が得られるようになり、小型化が可能となる。   In particular, when the present invention is applied to a direct acting motor, the attractive force between the permanent magnets facing each other is reduced by the amount of use of the permanent magnets, so even if a thin field core is used, the field side The predetermined rigidity of the unit can be obtained, and the size can be reduced.

実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1における回転電動機の断面図、図2は同回転電動機を構成する電機子コイルと永久磁石を示す平面図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotary electric motor according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing an armature coil and a permanent magnet constituting the rotary electric motor.

この実施の形態1の回転電動機は、電機子側ユニット1と、この電機子側ユニット1の内側に磁気的空隙2を介して配置された界磁側ユニット3とを備える。そして、この実施の形態1では、電機子側ユニット1が固定子、界磁側ユニット3が回転子として構成されている。なお、これとは逆に、電機子側ユニット1を回転子、界磁側ユニット3を固定子とした構成であってもよい。   The rotary electric motor according to the first embodiment includes an armature side unit 1 and a field side unit 3 disposed inside the armature side unit 1 via a magnetic gap 2. In the first embodiment, the armature unit 1 is configured as a stator and the field unit 3 is configured as a rotor. On the contrary, the armature unit 1 may be a rotor and the field unit 3 may be a stator.

電機子側ユニット1は、アルミやプラスチックなどの弱磁性材からなる円筒状の電機子固定台4と、この電機子固定台4の内周面の周方向に沿ってモールド樹脂などを用いて一体的に接合配列された複数の電機子コイル5とからなる。そして、この実施の形態1における各電機子コイル5は、電機子鉄心を用いずに、空芯、あるいは弱磁性材料からなる巻芯に巻回して構成された、いわゆるコアレス型のものである。   The armature side unit 1 is integrated with a cylindrical armature fixing base 4 made of a weak magnetic material such as aluminum or plastic, and a mold resin along the circumferential direction of the inner peripheral surface of the armature fixing base 4. And a plurality of armature coils 5 that are jointly arranged. And each armature coil 5 in this Embodiment 1 is what is called a coreless type comprised by winding on the core which consists of an air core or a weak magnetic material, without using an armature core.

また、界磁側ユニット3は、シャフト7に軸支された界磁鉄心8と、この界磁鉄心8の外周面において周方向に沿って取り付けられた永久磁石9とからなる。そして、この場合の永久磁石9は、隣り合う磁極同士が互いに異極となるように着磁されている。したがって、電機子側ユニット1の電機子コイル5と界磁側ユニット3の永久磁石9とは、磁気的空隙2を介して互いに対向している。   The field side unit 3 includes a field iron core 8 supported by the shaft 7 and a permanent magnet 9 attached along the circumferential direction on the outer peripheral surface of the field iron core 8. In this case, the permanent magnet 9 is magnetized so that adjacent magnetic poles are different from each other. Therefore, the armature coil 5 of the armature side unit 1 and the permanent magnet 9 of the field side unit 3 are opposed to each other with the magnetic gap 2 therebetween.

ここで、電機子コイル5と永久磁石9とが相対移動する方向をX方向、このX方向と直交する方向をY方向と名付けた場合、上記の電機子コイル5は、Y方向に沿う左右両側の直線状をしたストレート部5aと、各ストレート部5a間を結ぶ上下の略円弧状をしたコイルエンド部5bとを有し、これら5a,5bによって全体が平面視でトラック状に形成されている。   Here, when the direction in which the armature coil 5 and the permanent magnet 9 move relative to each other is designated as the X direction, and the direction perpendicular to the X direction is designated as the Y direction, the armature coil 5 has both left and right sides along the Y direction. The straight portion 5a having a linear shape and the coil end portion 5b having an upper and lower circular arc shape connecting the straight portions 5a are formed in a track shape in plan view by these 5a and 5b. .

そして、いま、ストレート部5aの長さをL、コイルエンド部5bにおけるコイル外周側の半径をR、Y方向に沿って延びる永久磁石9の長さをWMAGとすると、この実施の形態1では、永久磁石9の長さWMAGが、
≦WMAG≦L+7R/4 (1)
の関係を満たすように設定されている。
Now, let L S be the length of the straight portion 5a, R 2 be the radius of the coil outer periphery side of the coil end portion 5b, and W MAG be the length of the permanent magnet 9 extending along the Y direction. 1, the length W MAG of the permanent magnet 9 is
L S ≦ W MAG ≦ L S + 7R 2/4 (1)
It is set to satisfy the relationship.

特には、上記永久磁石9の長さWMAGが、
≦WMAG≦L+3R/2 (2)
の関係を満たすように設定されることが一層望ましい。
In particular, the length W MAG of the permanent magnet 9 is
L S ≦ W MAG ≦ L S + 3R 2/2 (2)
It is more desirable to set so as to satisfy this relationship.

なお、永久磁石9のX方向の幅W0は、電動機の要求特性に応じた電機子コイル数や磁極数によって自ずと規定されるので、本発明の対象ではない。   Note that the width W0 in the X direction of the permanent magnet 9 is naturally defined by the number of armature coils and the number of magnetic poles according to the required characteristics of the electric motor, and is not the subject of the present invention.

次に、式(1),(2)の条件を設定する理由について以下に説明する。
この実施の形態1では、電機子コイル5と磁束との実質的な鎖交割合を示す有効鎖交率に着目して(1),(2)の条件を満たす永久磁石9のY方向の適切な長さWMAGの設定を行う。そのために、まず、図3に示すように、電機子コイル5の片端側のコイルエンド部5bに着目して座標系を定める。すなわち、コイルエンド部5bが略円弧状に形成されるとき、その円の中心を原点Oにおき、原点Oを通るX方向の軸をx軸、原点Oを通りかつ電機子コイル5のトラック形状の平面と同じ平面上のY方向の軸をy軸とする。そして、x=0を基点として、コイルエンド部5bの内周側の半径をR、外周側の半径をRとする。また、y軸上のある位置yに対応するコイルエンド部5bの内周側のx座標をx、外周側のx座標をxとする。
Next, the reason for setting the conditions of the expressions (1) and (2) will be described below.
In the first embodiment, paying attention to the effective linkage ratio indicating the substantial linkage ratio between the armature coil 5 and the magnetic flux, the Y direction of the permanent magnet 9 satisfying the conditions (1) and (2) is appropriate. The length W MAG is set. For this purpose, first, as shown in FIG. 3, the coordinate system is determined by paying attention to the coil end portion 5 b on one end side of the armature coil 5. That is, when the coil end portion 5b is formed in a substantially circular arc shape, the center of the circle is placed at the origin O, the X-direction axis passing through the origin O passes through the origin O, and the track shape of the armature coil 5 An axis in the Y direction on the same plane as this plane is defined as the y axis. Then, with x = 0 as a base point, the radius on the inner peripheral side of the coil end portion 5b is R 1 and the radius on the outer peripheral side is R 2 . Further, the x coordinate on the inner peripheral side of the coil end portion 5b corresponding to a certain position y on the y axis is x 1 , and the x coordinate on the outer peripheral side is x 2 .

このxおよびxの値によってコイルエンド部5bの位置yにおける局所的な鎖交磁束数が変化する。永久磁石9による磁束が電機子コイル5と鎖交する場合の有効鎖交率は一般に短節巻係数kと称される。いま、コアレス型やスロットレス型の電動機を前提とし、かつ、コイルエンド部5bの内周側の位置および外周側の位置での各電気角をθおよびθとすれば、短節巻係数kは、次式(3)で与えられる。
=(cosθ−cosθ)/(θ−θ) (3)
なお、この式(3)は、電機子コイル5の中心に鉄心が存在する、いわゆるコアドモータには適用不可であり、コアレス型やスロットレス型の電動機に限って適用可能である。
Local flux linkage at position y of the x 1 and x coil end portion 5b by the second value changes. Effective chain交率when flux armature coil 5 interlinked by the permanent magnet 9 is generally referred to as short-pitch winding factor k P. Now, assume coreless or slotless type electric motor, and, if the respective electrical angle at the position of the inner peripheral side of the position and the outer peripheral side of the coil end portion 5b and the theta 1 and theta 2, short-pitch winding factor k p is given by the following equation (3).
k P = (cos θ 1 −cos θ 2 ) / (θ 2 −θ 1 ) (3)
The expression (3) is not applicable to a so-called cored motor in which an iron core exists at the center of the armature coil 5, and can be applied only to a coreless type or slotless type electric motor.

位置座標xを電気角へ変換する関数をξ(x)とすると、ある位置yにおける短節巻係数k(y)は、次式(4)で表される。
(y)={cos(ξ(x))−cos(ξ(x))}/{ξ(x)−ξ(x)}
(4)
Assuming that a function for converting the position coordinate x into an electrical angle is ξ (x), the short-pitch coefficient k P (y) at a certain position y is expressed by the following equation (4).
k P (y) = {cos (ξ (x 1 )) − cos (ξ (x 2 ))} / {ξ (x 2 ) −ξ (x 1 )}
(4)

図4は、y=0の場合の短節巻係数k(0)で規格化したk(y)/k(0)の値を、位置座標yとの関係で示した特性図である。なお、同図には、R=R/4とした場合、およびR=2R/4とした場合の2通りのグラフを示している。いずれのグラフにおいても、y≧3R/4の領域においてk(y)/k(0)が急峻に低下している。これは、y≧3R/4の領域に永久磁石9を配置しても磁束がほとんど電機子コイル5に鎖交しないということを示している。 FIG. 4 is a characteristic diagram showing the value of k P (y) / k P (0) normalized by the short-pitch coefficient k P (0) in the case of y = 0 in relation to the position coordinate y. is there. Incidentally, in the figure, shows a graph of two types of cases when the R 1 = R 2/4, and that the R 1 = 2R 2/4. In either graph, in the region of y ≧ 3R 2/4 k P (y) / k P (0) is decreased sharply. This indicates that the y ≧ 3R 2 / in 4 regions by arranging the permanent magnets 9 flux is not interlinked almost the armature coil 5.

したがって、y≧3R/4の領域にある永久磁石9を省略しても、y=Rに至るまで永久磁石9が存在する場合と比べて電機子コイル5と鎖交する磁束数には大差がない。つまり、電機子コイル5の片側のコイルエンド部5bに着目したとき、原点Oからy=3R/4に至るまでの領域にだけ永久磁石9を設けた場合であっても、従来のように原点Oからy=Rに至るまで永久磁石9を設けた場合と比べて電機子コイル5と鎖交する磁束数は実質的に変わらない。 Thus, even if omitted permanent magnet 9 in the region of y ≧ 3R 2/4, the armature coil 5 and the number of crossing magnetic fluxes in comparison with the case where the permanent magnet 9 up to y = R 2 is present There is no big difference. In particular, when attention is paid to the coil end portion 5b of one side of the armature coil 5, even when the permanent magnet 9 is provided only in a region from the origin O up to y = 3R 2/4, as in the prior art armature coil 5 and magnetic fluxes interlinked number as compared with the case of providing the permanent magnet 9 from the origin O up to y = R 2 is substantially unchanged.

ゆえに、いま、このコアレス型の回転電動機を組み立てる際に永久磁石9と電機子コイル5とがY方向に沿って相対的に位置ずれを起こす場合を考慮すると、電機子コイル5と鎖交する磁束数が従来の場合と実質的に変わることなく永久磁石9の長さを短くするのに必要な上限は、永久磁石9のY方向の一端側をコイルエンド部5bのy=3R/4に至るまでの長さとし、他端側をコイルエンド部5bのy=Rに至るまでの長さとしたときである。このときの永久磁石9の全長WMAGは、
MAG=L+3R/4+R=L+7R/4
となる。また、永久磁石9は、電機子コイル5のストレート部5aの長さL分を最低限確保しておく必要があるので、これが長さWMAGの下限となる。したがって、永久磁石9の長さWMAGとしては、
≦WMAG≦L+7R/4
の関係、すなわち、前述の式(1)の条件を満たす必要がある。
Therefore, considering the case where the permanent magnet 9 and the armature coil 5 are relatively displaced in the Y direction when assembling the coreless type rotary motor, the magnetic flux interlinking with the armature coil 5 is considered. limit required to reduce the length of the permanent magnet 9 without several changes substantially from the conventional case, one end side in the Y direction of the permanent magnet 9 in the y = 3R 2/4 of the coil end portion 5b until long Satoshi lead is when the length of the other side to the y = R 2 of the coil end portion 5b. The total length W MAG of the permanent magnet 9 at this time is
W MAG = L S + 3R 2 /4 + R 2 = L S + 7R 2/4
It becomes. Moreover, since it is necessary for the permanent magnet 9 to secure the length L S of the straight portion 5a of the armature coil 5 as a minimum, this becomes the lower limit of the length W MAG . Therefore, the length W MAG of the permanent magnet 9 is
L S ≦ W MAG ≦ L S + 7R 2/4
In other words, it is necessary to satisfy the above condition, that is, the condition of the above-described expression (1).

また、永久磁石9と電機子コイル5とのY方向に沿う相対的な位置ずれを考慮する必要がなく、かつ、電機子コイル5と鎖交する磁束数を実質的に変えずに永久磁石9の長さを式(1)の場合よりもさらに短くするには、永久磁石9のY方向の両端をそれぞれ、コイルエンド部5bのy=3R/4に至るまでの長さとしたときである。このとき、永久磁石9の全長WMAGは、
MAG=L+(3R/4)×2=L+3R/2
となる。また、永久磁石9は、電機子コイル5のストレート部5aの長さL分を最低限確保しておく必要があるので、結局、電機子コイル5に磁束が鎖交する率の高い領域にのみ永久磁石9を配置するのに必要な永久磁石9の長さWMAGは、
≦WMAG≦L+3R/2
の関係、すなわち、前述の式(2)の条件を満たす必要がある。
Further, there is no need to consider the relative displacement between the permanent magnet 9 and the armature coil 5 along the Y direction, and the permanent magnet 9 does not substantially change the number of magnetic fluxes linked to the armature coil 5. the length of the further shortened than in the case of formula (1) is a case where the Y direction of both ends of the permanent magnet 9, respectively, and a length of up to y = 3R 2/4 of the coil end portion 5b . At this time, the total length W MAG of the permanent magnet 9 is
W MAG = L S + (3R 2/4) × 2 = L S + 3R 2/2
It becomes. In addition, since the permanent magnet 9 needs to secure a minimum length L S of the straight portion 5a of the armature coil 5, eventually, the permanent magnet 9 is in a region where the flux is interlinked with the armature coil 5. The length W MAG of the permanent magnet 9 necessary to arrange the permanent magnet 9 only is
L S ≦ W MAG ≦ L S + 3R 2/2
That is, it is necessary to satisfy the above condition, that is, the condition of the above-described formula (2).

このように、この実施の形態1では、従来のようにy=Rまで永久磁石9を配置した場合と同等の磁束数を、より少ない永久磁石9の使用量で確保することができる。このため、コアレス型の回転電動機を構成する材料の中でも特に高価な永久磁石9の使用量を削減できるので、コアレス型の回転電動機のコストダウンを図ることができる。特に、式(2)の条件を満たすようにすれば、電機子コイル5と鎖交する磁束数を実質的に変えずに永久磁石9の長さWMAGを(1)の条件の場合よりもさらに短くできるため、永久磁石9の使用量を一層削減することができる。 Thus, in the first embodiment, the number of magnetic fluxes equivalent to the case where the permanent magnets 9 are arranged up to y = R 2 as in the prior art can be secured with a smaller amount of permanent magnets 9 used. For this reason, since the usage-amount of especially expensive permanent magnet 9 can be reduced among the materials which comprise a coreless type rotary electric motor, the cost reduction of a coreless type rotary electric motor can be aimed at. In particular, if the condition of the formula (2) is satisfied, the length W MAG of the permanent magnet 9 is made to be larger than that in the condition (1) without substantially changing the number of magnetic fluxes linked to the armature coil 5. Since it can be further shortened, the usage amount of the permanent magnet 9 can be further reduced.

実施の形態2.
図5は本発明の実施の形態2における回転電動機を構成する電機子コイルと永久磁石を示す平面図である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a plan view showing an armature coil and a permanent magnet constituting the rotary electric motor according to Embodiment 2 of the present invention.

この実施の形態2においても、回転電動機の基本的な構成は図1に示した実施の形態1と同じであるが、電機子コイル5と永久磁石9の寸法関係が実施の形態1の場合と異なっている。すなわち、上記の実施の形態1では、有効鎖交率に着目して永久磁石9の長さWMAGを設定しているが、この実施の形態2では、電機子コイル5に流れる電機子電流と永久磁石9の界磁磁束とによるトルクへの変換効率に着目して永久磁石9の長さWMAGを設定している。 Also in the second embodiment, the basic configuration of the rotary motor is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, but the dimensional relationship between the armature coil 5 and the permanent magnet 9 is the same as in the first embodiment. Is different. That is, in the first embodiment, the length W MAG of the permanent magnet 9 is set by paying attention to the effective linkage rate. In the second embodiment, the armature current flowing through the armature coil 5 and The length W MAG of the permanent magnet 9 is set by paying attention to the conversion efficiency into torque by the field magnetic flux of the permanent magnet 9.

いま、コイルエンド部5bのコイル内周側の半径をRとした場合、永久磁石9の長さWMAGが、
≦WMAG≦L+αR+3R/4 (5)
(ただし、α=1.1〜1.2)
の関係を満たすように設定されている。
Now, if the radius of the inner circumference side of the coil of the coil end portion 5b and the R 1, the length W MAG of the permanent magnet 9,
L S ≦ W MAG ≦ L S + αR 1 + 3R 2/4 (5)
(However, α = 1.1 to 1.2)
It is set to satisfy the relationship.

特には、
≦WMAG≦L+2αR (6)
(ただし、α=1.1〜1.2)
の関係を満たすように設定されることが一層望ましい。
in particular,
L S ≦ W MAG ≦ L S + 2αR 1 (6)
(However, α = 1.1 to 1.2)
It is more desirable to set so as to satisfy this relationship.

次に、式(5),(6)の条件を設定する理由について以下に説明する。
この実施の形態2では、電機子電流と界磁磁束とによるトルクへの変換効率に着目して(5),(6)の条件を満たす永久磁石9の適切な長さWMAGの設定を行う。このコアレス型の回転電動機のトルクTは、次式(7)で与えられる。
T=P・φMAG・k・k・k・Γ (7)
ここに、Pは極対数、φMAGは永久磁石9に基づく磁束数、kは分布巻係数、kはスキュー係数、Γは電機子起磁力である。
本発明では、k、k、およびφMAGの値には依存しない。よって、以降、コイルエンド部5bにおけるΓを導出する。
Next, the reason for setting the conditions of equations (5) and (6) will be described below.
In the second embodiment, an appropriate length W MAG of the permanent magnet 9 satisfying the conditions (5) and (6) is set by paying attention to the torque conversion efficiency by the armature current and the field magnetic flux. . The torque T of the coreless rotary motor is given by the following equation (7).
T = P N · φ MAG · k P · k D · k S · Γ (7)
Here, P N is the number of pole pairs, φ MAG is the number of magnetic fluxes based on the permanent magnet 9, k D is the distributed winding coefficient, k S is the skew coefficient, and Γ is the armature magnetomotive force.
In the present invention, it does not depend on the values of k D , k S , and φ MAG . Therefore, Γ in the coil end portion 5b is derived thereafter.

フレミングの左手の法則により明らかなように、電機子コイル5を流れる電流の内、ベクトル分解したY方向の成分のみがトルクに変換される。電機子コイル5に流れる電機子電流をIとすると、座標(x,y)における電機子電流のY方向成分の絶対値Iyは、次の式(8)で与えられる。   As is apparent from Fleming's left-hand rule, only the component in the Y direction which is vector-decomposed among the current flowing through the armature coil 5 is converted into torque. When the armature current flowing through the armature coil 5 is I, the absolute value Iy of the Y-direction component of the armature current at the coordinates (x, y) is given by the following equation (8).

Figure 2006262656
Figure 2006262656

したがって、位置yにおけるIyの平均値は、次の式(9)で求められる。   Therefore, the average value of Iy at the position y is obtained by the following equation (9).

Figure 2006262656
Figure 2006262656

一方、位置yにおける電機子コイル5の巻数n(y)は次の式(10)のようになる。   On the other hand, the number of turns n (y) of the armature coil 5 at the position y is expressed by the following equation (10).

Figure 2006262656
Figure 2006262656

すなわち、各電機子コイル5の現在の巻数をNとすると、0≦y≦Rの領域ではNである。位置yがRより大きな領域では式(10)に示すように、yが増加してコイルエンド部5bの外周に近付くほど巻数Nが減少する。当然、y=Rとなると巻数Nはゼロとなる。 That is, assuming that the current number of turns of each armature coil 5 is N, N in the region of 0 ≦ y ≦ R 1 . Position y is as shown in equation (10) is larger region R 1, y is the number of turns N is reduced closer to the outer periphery of the coil end portion 5b increases. Naturally, when y = R 2 , the number of turns N is zero.

よって、電機子コイル5の起磁力Γ(y)は、次の式(11)のようになる。   Therefore, the magnetomotive force Γ (y) of the armature coil 5 is expressed by the following equation (11).

Figure 2006262656
Figure 2006262656

図6は、y=0の場合の起磁力Γ(0)で規格化したΓ(y)/Γ(0)の値を、位置座標yとの関係で示した特性図である。なお、同図には、R=R/4とした場合、およびR=2R/4とした場合の2通りのグラフを示している。 FIG. 6 is a characteristic diagram showing the value of Γ (y) / Γ (0) normalized by the magnetomotive force Γ (0) when y = 0 in relation to the position coordinate y. Incidentally, in the figure, shows a graph of two types of cases when the R 1 = R 2/4, and that the R 1 = 2R 2/4.

図6から分かるように、α=1.1〜1.2とすると、R=R/4としたグラフの場合にはy≧α・R/4(=αR)の領域、R=2R/4としたグラフの場合にはy≧α・2R/4(=αR)の領域において、Γ(y)/Γ(0)が急峻に低下している。つまり、いずれのグラフにおいても、y≧αRの領域においてΓ(y)/Γ(0)が急峻に低下している。これは、y≧αRの領域に永久磁石9を配置しても、電機子コイル5に流れる電流がほとんどトルクに変換されないことを示している。つまり、y≧αRの領域に永久磁石9を配置しても、トルク変換効率が極度に悪いことを意味する。 As can be seen from FIG. 6, when the alpha = 1.1 to 1.2, the region of R 1 = R 2/4 y ≧ α · if the the graphs R 2/4 (= αR 1 ), R in the region of 1 = 2R 2/4 and when the graph is y ≧ α · 2R 2/4 (= αR 1), Γ (y) / Γ (0) is decreased sharply. That is, in any graph, Γ (y) / Γ (0) sharply decreases in the region of y ≧ αR 1 . This indicates that even if the permanent magnet 9 is disposed in the region of y ≧ αR 1 , the current flowing through the armature coil 5 is hardly converted into torque. That is, by placing the permanent magnet 9 in the region of y ≧ [alpha] R 1, the torque conversion efficiency means that extremely bad.

したがって、y≧αRの領域に永久磁石9を配置しても、y=Rに至るまで永久磁石9を設けた場合と比べてトルクは大差がない。つまり、電機子コイル5の片側のコイルエンド部5bに着目したとき、y=αRまでの領域にのみ永久磁石9を設けた場合でも、従来のように、原点oからy=Rに至るまで永久磁石9を設けた場合と比べてトルクは実質的に変わらない。 Therefore, even if the permanent magnet 9 is arranged in the region of y ≧ αR 1 , the torque is not much different from the case where the permanent magnet 9 is provided until y = R 2 . In particular, when attention is paid to one side of the coil end portion 5b of the armature coil 5, even in the case where the permanent magnet 9 only in the region of up to y = [alpha] R 1, as in the prior art, leading from the origin o to y = R 2 Compared with the case where the permanent magnet 9 is provided, the torque is not substantially changed.

ゆえに、いま、このコアレス型の回転電動機を組み立てる際に永久磁石9と電機子コイル5とがY方向に沿って相対的に位置ずれを起こす場合を考慮すると、発生トルクが従来の場合と実質的に変わることなく永久磁石9の長さを短くするために必要な上限は、永久磁石9のY方向の一端側をコイルエンド部5bのy=αRに至るまでの長さとし、他端側をコイルエンド部5bのy=3R/4に至るまでの長さとしたときである。このときの永久磁石9の全長WMAGは、
MAG=L+αR+3R/4
となる。また、永久磁石9は、電機子コイル5のストレート部5aの長さL分を最低限確保しておく必要があるので、これが長さWMAGの下限となる。したがって、永久磁石9の長さWMAGとしては、
≦WMAG≦L+αR+3R/4
の関係、すなわち、前述の式(5)の条件を満たす必要がある。
Therefore, considering the case where the permanent magnet 9 and the armature coil 5 are relatively displaced in the Y direction when assembling the coreless type rotary electric motor, the generated torque is substantially the same as in the conventional case. The upper limit necessary for shortening the length of the permanent magnet 9 without changing to is that one end side of the permanent magnet 9 in the Y direction is the length until y = αR 1 of the coil end portion 5b, and the other end side is up to y = 3R 2/4 of the coil end portion 5b is when the length. The total length W MAG of the permanent magnet 9 at this time is
W MAG = L S + αR 1 + 3R 2/4
It becomes. Moreover, since it is necessary for the permanent magnet 9 to secure the length L S of the straight portion 5a of the armature coil 5 as a minimum, this becomes the lower limit of the length W MAG . Therefore, the length W MAG of the permanent magnet 9 is
L S ≦ W MAG ≦ L S + αR 1 + 3R 2/4
In other words, it is necessary to satisfy the above condition, that is, the condition of the above-described expression (5).

また、永久磁石9と電機子コイル5とのY方向に沿う相対的な位置ずれを考慮する必要がなく、かつ、発生トルクを実質的に変えずに永久磁石9の長さを式(5)の場合よりもさらに短くするための上限は、永久磁石9のY方向の両端をそれぞれ、コイルエンド部5bのy=αRに至るまでの長さとしたときである。このとき、永久磁石9の全長WMAGは、
MAG=L+αR×2=L+2αR
となる。また、永久磁石9は、電機子コイル5のストレート部5aの長さL分を最低限確保しておく必要があるので、結局、効率よくトルクに変換できる領域にのみ永久磁石9を配置するのに必要な永久磁石9の長さWMAGは、
≦WMAG≦L+3αR
の関係、すなわち、前述の式(6)の条件を満たす必要がある。
Further, it is not necessary to consider the relative displacement between the permanent magnet 9 and the armature coil 5 along the Y direction, and the length of the permanent magnet 9 is expressed by the equation (5) without substantially changing the generated torque. The upper limit for further shortening the length of the permanent magnet 9 is that when both ends of the permanent magnet 9 in the Y direction reach the length y = αR 1 of the coil end portion 5b. At this time, the total length W MAG of the permanent magnet 9 is
W MAG = L S + αR 1 × 2 = L S + 2αR 1
It becomes. Further, since the permanent magnet 9 needs to secure the minimum length L S of the straight portion 5a of the armature coil 5, the permanent magnet 9 is disposed only in a region where it can be efficiently converted into torque. The length W MAG of the permanent magnet 9 required for
L S ≦ W MAG ≦ L S + 3αR 1
That is, it is necessary to satisfy the above condition, that is, the condition of the above-described formula (6).

図7は、永久磁石9のY方向の長さWMAGを変化させ、これに伴う永久磁石9の体積当たりのトルク変換への有効利用率を調べた結果を示す特性図である。この場合、横軸にはWMAG−Lの値をとり、また、縦軸の有効利用率として、電機子コイル5のストレート部5aのみに永久磁石9を配置した場合、すなわち(WMAG−L=0)の場合の有効利用率を基準値=1.0としている。なお、ストレート部5aの長さLの長短によっても有効利用率が幾分異なるため、Lの値が異なる3通りの電機子コイル5の場合を示している。 FIG. 7 is a characteristic diagram showing the results of examining the effective utilization rate for the torque conversion per volume of the permanent magnet 9 by changing the length W MAG of the permanent magnet 9 in the Y direction. In this case, the horizontal axis represents the value of W MAG -L S, also as an effective utilization of the vertical axis, if you place the permanent magnet 9 only the straight portion 5a of the armature coil 5, namely (W MAG - The effective utilization rate in the case of L S = 0) is set to the reference value = 1.0. In addition, since the effective utilization factor is somewhat different depending on the length L S of the straight portion 5a, three armature coils 5 having different values of L S are shown.

図7から分かるように、いずれのLにおいても、WMAG−Lが(3R/4+1.1R)よりも小さい領域で有効利用率が0.9以上となっている。すなわち、式(5)で示された条件内であれが有効利用率が高い。逆に、WMAG−Lが(3R/4+1.1R)よりも大きくなって式(5)の条件から外れると有効利用率が低下し、永久磁石9の長さWMAGが電機子コイル5のY方向の長さと一致(WMAG−L=2R)したときに有効利用率は最低となる。 As can be seen from Figure 7, in any of the L S, W MAG -L S is (3R 2 /4+1.1R 1) effective utilization rate smaller area than has become 0.9 or more. That is, the effective utilization rate is high under the condition shown by the equation (5). Conversely, W MAG -L S is (3R 2 /4+1.1R 1) is larger than the reduced deviates from the condition when the effective utilization rate of the formula (5), the length W MAG of the permanent magnet 9 is an armature When the length of the coil 5 coincides with the length in the Y direction (W MAG −L S = 2R 2 ), the effective utilization rate becomes the lowest.

このように、この実施の形態2では、効率よくトルクに変換できる領域にのみ永久磁石9を配置するため、永久磁石9の体積あたりのトルク変換への有効利用率が大きい。これは、逆に言えば、同じトルクを発生させるのに必要な永久磁石9の体積は少なく済むことを意味するので、実施の形態1の場合よりも永久磁石9の使用量をさらに削減することができ、コアレス型の回転電動機のコストダウンを図ることができる。特に、式(6)の条件を満たすようにすれば、発生トルクを実質的に変えずに永久磁石9の長さを式(5)の条件の場合よりもさらに短くできるため、永久磁石9の使用量を一層削減することができる。   Thus, in this Embodiment 2, since the permanent magnet 9 is arrange | positioned only to the area | region which can be efficiently converted into a torque, the effective utilization rate for the torque conversion per volume of the permanent magnet 9 is large. In other words, this means that the volume of the permanent magnet 9 required to generate the same torque can be reduced. Therefore, the amount of the permanent magnet 9 used can be further reduced as compared with the case of the first embodiment. Thus, the cost of the coreless rotary motor can be reduced. In particular, if the condition of the expression (6) is satisfied, the length of the permanent magnet 9 can be made shorter than that of the condition of the expression (5) without substantially changing the generated torque. The amount used can be further reduced.

実施の形態3.
図8はこの実施の形態3における回転電動機を構成する電機子コイルと永久磁石を示す平面図である。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is a plan view showing an armature coil and a permanent magnet constituting the rotary electric motor according to the third embodiment.

上記の実施の形態1,2では、電機子コイル5のY方向両端にあるコイルエンド部5bが半円弧状に形成されているが、この実施の形態3では、コイルエンド部5bの中央に直線状の部分5cが形成されている。   In the first and second embodiments, the coil end portions 5b at both ends in the Y direction of the armature coil 5 are formed in a semicircular arc shape. In the third embodiment, a straight line is formed at the center of the coil end portion 5b. A shaped portion 5c is formed.

このような構成にあっては、コイルエンド部5bの直線状の部分5cは、フレミングの左手の法則によりトルクを発生しない。したがって、コイルエンド部5bの直線状の部分5cは極力短い方が好ましい。しかしながら、コイルエンド部5bの直線状の部分5cが存在していても、実施の形態1,2と同様に式(1),(2)、あるいは式(5),(6)の条件を満たすように永久磁石9の長さWMAGを設定すれば、永久磁石9を有効に利用できる領域にのみ配置できるため、安価なコストでコアレス型の回転電動機を構成することができる。 In such a configuration, the linear portion 5c of the coil end portion 5b does not generate torque according to Fleming's left-hand rule. Therefore, it is preferable that the linear portion 5c of the coil end portion 5b is as short as possible. However, even if the linear portion 5c of the coil end portion 5b exists, the conditions of the expressions (1) and (2) or the expressions (5) and (6) are satisfied as in the first and second embodiments. If the length W MAG of the permanent magnet 9 is set as described above, the permanent magnet 9 can be disposed only in an area where the permanent magnet 9 can be effectively used. Therefore, a coreless rotary electric motor can be configured at a low cost.

実施の形態4.
この実施の形態4における回転電動機の基本的な構成は図1に示した実施の形態1と同じである。ただし、実施の形態1では、アルミやプラスチックなどの弱磁性材からなる円筒状の電機子固定台4の内周面に沿ってモールド樹脂などを用いて電機子コイル5を一体的に接合配列してコアレス型としているのに対して、この実施の形態4では、弱磁性材からなる電機子固定台4を用いる代わりに、強磁性材からなる円筒状の電機子鉄心を用い、この電機子鉄心の内周面に沿って、空芯もしくは弱磁性材料からなる巻芯に巻回した電機子コイル5を接合配列してスロットレス型の回転電動機を構成している。
Embodiment 4 FIG.
The basic configuration of the rotary motor in the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. However, in the first embodiment, the armature coils 5 are integrally joined and arranged along the inner peripheral surface of the cylindrical armature fixing base 4 made of a weak magnetic material such as aluminum or plastic using a mold resin or the like. In contrast to the coreless type, the fourth embodiment uses a cylindrical armature core made of a ferromagnetic material instead of using the armature fixing base 4 made of a weak magnetic material. A slotless rotary electric motor is constructed by joining and arranging armature coils 5 wound around a hollow core made of an air core or a weak magnetic material along the inner peripheral surface.

このような構成のスロットレス型の回転電動機にあっても、前述の式(3)に示した短節巻係数の式を適用することができる。したがって、この実施の形態4の場合も、実施の形態1〜3と同様に、式(1),(2)、あるいは式(5),(6)の条件を満たすように永久磁石9のY方向の長さWMAGを設定することにより、永久磁石9を有効に利用できる領域にのみ配置できる。このため、安価なコストでスロットレス型の回転電動機を得ることができる。 Even in the slotless type rotary electric motor having such a configuration, the expression of the short-pitch winding coefficient shown in the above-described expression (3) can be applied. Therefore, in the case of the fourth embodiment, as in the first to third embodiments, the Y of the permanent magnet 9 is set so as to satisfy the conditions of the expressions (1) and (2) or the expressions (5) and (6). By setting the length W MAG in the direction, the permanent magnet 9 can be arranged only in an area where it can be used effectively. For this reason, a slotless type rotary electric motor can be obtained at low cost.

実施の形態5.
図9は本発明の実施の形態5における直動電動機を示す斜視図、図10は図9におけるA−A線に沿う断面図である。
Embodiment 5. FIG.
FIG. 9 is a perspective view showing a direct acting motor according to Embodiment 5 of the present invention, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.

この実施の形態5の直動電動機は、電機子側ユニット1と、この電機子側ユニット1を上下で挟むように磁気的空隙2を介して配置された界磁側ユニット3とを備える。そして、この実施の形態5では、電機子側ユニット1よりも界磁側ユニット3の方が進行方向(X方向)の長さが長尺になるように形成して、電機子側ユニット1が可動子、界磁側ユニット3が固定子として構成されている。なお、これとは逆に、界磁側ユニット3よりも電機子側ユニット1の方が進行方向の長さが長尺になるように形成して、電機子側ユニット1を固定子、界磁側ユニット3を可動子とした構成であってもよい。   The direct acting motor according to the fifth embodiment includes an armature side unit 1 and a field side unit 3 arranged via a magnetic gap 2 so as to sandwich the armature side unit 1 vertically. In the fifth embodiment, the armature side unit 1 is formed so that the field side unit 3 is longer in the traveling direction (X direction) than the armature side unit 1. The mover and field side unit 3 are configured as a stator. In contrast, the armature unit 1 is formed so that the length in the traveling direction is longer than that of the field unit 3, so that the armature unit 1 is fixed to the stator and field. The side unit 3 may be configured as a mover.

電機子側ユニット1は、アルミやプラスチックなどの弱磁性材からなる電機子固定台4と、この電機子固定台4の進行方向(X方向)に沿ってモールド樹脂11などを用いて一体的に接合配列された複数の電機子コイル5とからなり、各電機子コイル5同士はリード線12により互いに結線されている。   The armature side unit 1 is integrally formed by using an armature fixing base 4 made of a weak magnetic material such as aluminum or plastic, and a mold resin 11 along the traveling direction (X direction) of the armature fixing base 4. The armature coils 5 are joined to each other, and the armature coils 5 are connected to each other by lead wires 12.

そして、この実施の形態5の各電機子コイル5は、電機子鉄心を用いずに、空芯あるいは弱磁性材料からなる巻芯に巻回した、いわゆるコアレス型のものであって、図2に示したように、Y方向に沿う左右両側の直線状をしたストレート部5aと、各ストレート部5a間を結ぶ上下の略円弧状をしたコイルエンド部5bとによって全体が平面視でトラック状に形成されている。   And each armature coil 5 of this Embodiment 5 is what is called a coreless type wound around the core which consists of an air core or a weak magnetic material, without using an armature core, Comprising: As shown in the figure, the entire straight portion 5a formed on the left and right sides along the Y direction and the upper and lower substantially arc-shaped coil end portions 5b connecting the straight portions 5a are formed in a track shape in plan view. Has been.

また、界磁側ユニット3は、断面コ字形の界磁鉄心8と、この界磁鉄心8の上下の互いの対向面においてX方向に沿って配列固定された多数の永久磁石9とからなる。そして、この場合の永久磁石9は、隣り合う磁極同士が互いに異極となるように着磁されている。したがって、電機子側ユニット1の電機子コイル5と界磁側ユニット3の永久磁石9とは磁気的空隙2を介して互いに対向している。   The field side unit 3 includes a field iron core 8 having a U-shaped cross section and a large number of permanent magnets 9 arranged and fixed along the X direction on the upper and lower opposing surfaces of the field core 8. In this case, the permanent magnet 9 is magnetized so that adjacent magnetic poles are different from each other. Therefore, the armature coil 5 of the armature side unit 1 and the permanent magnet 9 of the field side unit 3 are opposed to each other with the magnetic gap 2 therebetween.

実施の形態1〜4に示した回転電動機の場合には、式(7)で示したトルクの式が適用できるが、この実施の形態5では直動電動機であるため、次の推力の式(12)とする必要がある。
T=(π/τ)・φMAG・k・k・k・Γ (12)
ここに、πは円周率、τは隣り合う永久磁石9間の距離である。
In the case of the rotary electric motors shown in the first to fourth embodiments, the torque equation shown in the equation (7) can be applied. However, since the fifth embodiment is a direct acting motor, the following thrust equation ( 12).
T = (π / τ) · φ MAG · k P · k D · k S · Γ (12)
Here, π is the circumference ratio, and τ is the distance between adjacent permanent magnets 9.

しかし、この実施の形態5の場合でも、式(8)〜式(11)に示した式に変更はない。したがって、実施の形態1〜4と同様に、式(1),(2)、あるいは式(5),(6)の条件を満たすように永久磁石9のY方向の長さWMAGを設定することにより、永久磁石9を推力として有効に利用できる領域にのみ配置できる。このため、安価なコストでコアレス型の直動電動機を得ることができる。 However, even in the case of the fifth embodiment, there is no change in the equations shown in the equations (8) to (11). Therefore, as in the first to fourth embodiments, the length W MAG in the Y direction of the permanent magnet 9 is set so as to satisfy the conditions of the expressions (1) and (2) or the expressions (5) and (6). Thus, the permanent magnet 9 can be disposed only in an area where the permanent magnet 9 can be effectively used as a thrust. For this reason, a coreless type direct acting motor can be obtained at low cost.

また、この実施の形態5の直動電動機の場合には、界磁側ユニット3を構成する断面コ字形の界磁鉄心8の上下の互いの対向面に永久磁石9が固定されているので、向かい合う永久磁石9同士が互いに吸引する力を生じる。このため、従来はこの吸引力に耐えて形状を保持するため、界磁鉄心8を分厚くして所定の剛性を得ている。   Further, in the case of the direct acting motor according to the fifth embodiment, since the permanent magnets 9 are fixed to the upper and lower opposing surfaces of the U-shaped field core 8 constituting the field side unit 3, The permanent magnets 9 facing each other generate a force that attracts each other. For this reason, conventionally, in order to withstand this attractive force and maintain the shape, the field core 8 is thickened to obtain a predetermined rigidity.

これに対して、この実施の形態5では、永久磁石9の使用量を削減できるので、これに伴って永久磁石9の吸引力も低減し、その結果、永久磁石9を支持する界磁鉄心8の厚さを薄くしても所定の剛性が得られる。このため、コアレス型の直動電動機を小型化することができる。   On the other hand, in the fifth embodiment, the amount of the permanent magnet 9 used can be reduced, and accordingly, the attractive force of the permanent magnet 9 is also reduced. As a result, the field iron core 8 that supports the permanent magnet 9 is reduced. Even if the thickness is reduced, a predetermined rigidity can be obtained. For this reason, a coreless type direct acting motor can be reduced in size.

さらに、この実施の形態5のように、電機子側ユニット1を可動子、界磁側ユニット3を固定子とした場合、界磁側ユニット3には電機子側ユニット1が所定距離分を移動するだけの多くの永久磁石9を配置する必要があるため、特に永久磁石9の使用量の削減効果が大きい。   Further, when the armature unit 1 is a mover and the field unit 3 is a stator as in the fifth embodiment, the armature unit 1 moves a predetermined distance to the field unit 3. Since it is necessary to arrange as many permanent magnets 9 as possible, the effect of reducing the amount of permanent magnets 9 used is particularly great.

実施の形態6.
図11は本発明の実施の形態6における直動電動機を示す断面図である。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a direct acting motor according to Embodiment 6 of the present invention.

上記の実施の形態5の直動電動機は、電機子側ユニット1の電機子コイル5に電機子鉄心がないないコアレス型の直動電動機としたが、この実施の形態6では、電機子コイル5を厚さ方向に複数段(本例では2段)に分割し、各電機子コイル5の間に電機子鉄心13を挿入してスロットレス型の直動電動機が構成されている。   The direct acting motor of the fifth embodiment is a coreless direct acting motor in which the armature coil 5 of the armature side unit 1 does not have an armature core, but in the sixth embodiment, the armature coil 5 is used. Is divided into a plurality of stages (two stages in this example) in the thickness direction, and an armature core 13 is inserted between the armature coils 5 to constitute a slotless type direct acting motor.

このような構成のスロットレス型の回転電動機にあっても、前述の式(3)に示した短節巻係数の式を適用することができる。したがって、この実施の形態6の場合も、実施の形態5と同様に、式(1),(2)、あるいは式(5),(6)の条件を満たすように永久磁石9のY方向の長さWMAGを設定することにより、永久磁石9を推力として有効に利用できる領域にのみ配置することができる。このため、安価なコストでスロットレス型の直動電動機を得ることができる。しかも、永久磁石9を支持する界磁鉄心8の厚さを薄くしても所定の剛性が得られるため、スロットレス型の直動電動機を小型化することができる。 Even in the slotless type rotary electric motor having such a configuration, the expression of the short-pitch winding coefficient shown in the above-described expression (3) can be applied. Therefore, in the case of the sixth embodiment, similarly to the fifth embodiment, the permanent magnet 9 is arranged in the Y direction so as to satisfy the conditions of the expressions (1) and (2) or the expressions (5) and (6). By setting the length W MAG , the permanent magnet 9 can be arranged only in an area where it can be effectively used as a thrust. Therefore, it is possible to obtain a slotless direct acting motor at a low cost. Moreover, since the predetermined rigidity can be obtained even if the thickness of the field core 8 that supports the permanent magnet 9 is reduced, the slotless type direct acting motor can be reduced in size.

また、電機子側ユニット1を可動子、界磁側ユニット3を固定子とした場合、界磁側ユニット3には電機子側ユニット1が所定距離分を移動するだけの多くの永久磁石9を配置する必要があるため、特に永久磁石9の使用量の削減効果が大きい。   When the armature side unit 1 is a mover and the field side unit 3 is a stator, the field side unit 3 is provided with a large number of permanent magnets 9 that only move the armature side unit 1 by a predetermined distance. Since it is necessary to arrange them, the effect of reducing the usage amount of the permanent magnet 9 is particularly great.

上記の実施の形態1〜6に対して、さらに次のような変形例や応用例を考えることができる。   The following modifications and application examples can be further considered for the first to sixth embodiments.

上記の実施の形態1〜6では、電機子側ユニット1を構成する電機子コイル5、および界磁側ユニット3を構成する永久磁石9をY方向に沿って配置しているが、電機子側ユニット1を構成する電機子コイル5および界磁側ユニット3を構成する永久磁石9のいずれか一方、もしくは双方をY方向に対して所定角度だけ傾斜して配置した構成とすることもできる。このような構成とした場合、回転電動機ではトルクの脈動を小さくすることができ、また、直動電動機では推力の脈動を小さくすることができる利点がある。   In said Embodiment 1-6, although the armature coil 5 which comprises the armature side unit 1, and the permanent magnet 9 which comprises the field side unit 3 are arrange | positioned along the Y direction, armature side One of the armature coil 5 constituting the unit 1 and the permanent magnet 9 constituting the field side unit 3 or both of them may be inclined at a predetermined angle with respect to the Y direction. With such a configuration, there is an advantage that torque pulsation can be reduced in the rotary electric motor, and thrust pulsation can be reduced in the direct acting electric motor.

上記の実施の形態1〜6では、永久磁石9が磁気的空隙2と接しているが、永久磁石9をモールド樹脂やSUS材などの非磁性材料で覆った構成としてもよい。この構成によれば、高価な永久磁石9を保護できるという利点がある。   In the above first to sixth embodiments, the permanent magnet 9 is in contact with the magnetic gap 2, but the permanent magnet 9 may be covered with a nonmagnetic material such as a mold resin or a SUS material. According to this configuration, there is an advantage that the expensive permanent magnet 9 can be protected.

上記の実施の形態1〜6では、永久磁石9が界磁鉄心8上に露出しているが、永久磁石9が界磁鉄心8の内部に埋め込まれた構成とすることもできる。この構成によれば、高価な永久磁石9を保護でき、かつ、弱め界磁制御を行うことによってリラクタンストルクまたはリラクタンス推力を得ることができ、大トルク化または大推力化を図ることができる。   In the first to sixth embodiments, the permanent magnet 9 is exposed on the field core 8. However, the permanent magnet 9 may be embedded in the field core 8. According to this configuration, the expensive permanent magnet 9 can be protected, and the reluctance torque or the reluctance thrust can be obtained by performing the field weakening control, so that the torque can be increased or increased.

上記の実施の形態1〜4では、界磁側ユニット3が電機子側ユニット1の内部にある場合を示したが、界磁側ユニット3が電機子側ユニット11の外部にある場合にも本発明を適用することができる。また、上記の実施の形態1〜6では3相モータの場合を示したが、これに限らず何相のモータでも本発明は適用できる。さらにまた、本発明は永久磁石9の磁極数と電機子コイル5の数の比によらず適用可能である。   In the above-described first to fourth embodiments, the case where the field side unit 3 is inside the armature side unit 1 has been described. However, the present invention is also applicable to the case where the field side unit 3 is outside the armature side unit 11. The invention can be applied. In the first to sixth embodiments, the case of a three-phase motor has been described. However, the present invention is not limited to this and can be applied to any number of phases of motor. Furthermore, the present invention can be applied regardless of the ratio between the number of magnetic poles of the permanent magnet 9 and the number of armature coils 5.

本発明の実施の形態1における回転電動機の断面図である。It is sectional drawing of the rotary electric motor in Embodiment 1 of this invention. 同回転電動機を構成する電機子コイルと永久磁石を示す平面図である。It is a top view which shows the armature coil and permanent magnet which comprise the rotary electric motor. 本発明を説明するための座標系を定義した図である。It is the figure which defined the coordinate system for demonstrating this invention. 短節巻係数を規格化したk(y)/k(0)の値を、位置座標yとの関係で示した特性図である。The value of the normalized short-pitch winding factor was k P (y) / k P (0), it is a characteristic diagram showing the relationship between the position coordinates y. 本発明の実施の形態2における回転電動機を構成する電機子コイルと永久磁石を示す平面図である。It is a top view which shows the armature coil and permanent magnet which comprise the rotary electric motor in Embodiment 2 of this invention. 起磁力を規格化したΓ(y)/Γ(0)の値を、位置座標yとの関係で示した特性図である。It is the characteristic view which showed the value of (GAMMA) (y) / (GAMMA) (0) which normalized the magnetomotive force in relation to the position coordinate y. 永久磁石の長さの変化に伴う永久磁石の体積当たりのトルク変換への有効利用率を調べた結果を示す特性図である。It is a characteristic figure which shows the result of having investigated the effective utilization factor for the torque conversion per volume of a permanent magnet with the change of the length of a permanent magnet. 本発明の実施の形態3における回転電動機を構成する電機子コイルと永久磁石を示す平面図である。It is a top view which shows the armature coil and permanent magnet which comprise the rotary electric motor in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態5における直動電動機を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the linear motor in Embodiment 5 of this invention. 図9におけるA−A線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the AA line in FIG. 本発明の実施の形態6における直動電動機を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the direct acting motor in Embodiment 6 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 電機子側ユニット、2 磁気的空隙、3 界磁側ユニット、4 電機子固定台、
5 電機子コイル、5a ストレート部、5b コイルエンド部、8 界磁鉄心、
9 永久磁石。
1 armature side unit, 2 magnetic gap, 3 field side unit, 4 armature fixing base,
5 armature coil, 5a straight part, 5b coil end part, 8 field iron core,
9 Permanent magnet.

Claims (6)

電機子側ユニットと界磁側ユニットとを有し、上記電機子側ユニットは、環状の電機子コイルの複数個が順次配列されてなり、また、上記界磁側ユニットは、界磁鉄心上に矩形状の複数個の永久磁石が隣り合う磁極同士が互いに異極となるように配列されてなり、上記電機子側ユニットと界磁側ユニットとは、磁気的空隙を介して上記電機子コイルと永久磁石とが互いに対向するように配置され、上記電機子側ユニットおよび界磁側ユニットのいずれか一方が上記電機子コイルおよび永久磁石の配列方向に沿って相対的移動するように構成されている電動機において、
上記電機子コイルと永久磁石とが相対移動する方向と直交する方向に沿う上記電機子コイルの両側の直線状をしたストレート部の長さをL、これらの各ストレート部間を結ぶ略円弧状をしたコイルエンド部における電機子コイル外周側の半径をR、上記永久磁石と電機子コイルとが相対移動する方向と直交する方向に沿って延びる永久磁石の長さをWMAGとした場合、当該永久磁石の長さWMAGが、
≦WMAG≦L+7R/4
の関係を満たすように設定されていることを特徴とする電動機。
An armature side unit and a field side unit, wherein the armature side unit is formed by sequentially arranging a plurality of annular armature coils, and the field side unit is disposed on the field iron core. A plurality of rectangular permanent magnets are arranged so that adjacent magnetic poles are different from each other, and the armature side unit and the field side unit are connected to the armature coil via a magnetic gap. The permanent magnets are arranged so as to face each other, and one of the armature side unit and the field side unit is configured to relatively move along the arrangement direction of the armature coils and the permanent magnets. In the electric motor,
The length of the straight straight portion on both sides of the armature coil along the direction orthogonal to the direction in which the armature coil and the permanent magnet move relative to each other is L S , and a substantially arc shape connecting the straight portions. In the case where the radius of the armature coil outer peripheral side in the coil end portion that is made R 2 , and the length of the permanent magnet extending along the direction orthogonal to the direction in which the permanent magnet and the armature coil move relative to each other is W MAG , The length W MAG of the permanent magnet is
L S ≦ W MAG ≦ L S + 7R 2/4
An electric motor characterized by being set so as to satisfy the relationship.
上記永久磁石の長さWMAGが、
≦WMAG≦L+3R/2
の関係を満たすように設定されていることを特徴とする請求項1記載の電動機。
The length W MAG of the permanent magnet is
L S ≦ W MAG ≦ L S + 3R 2/2
The electric motor according to claim 1, wherein the electric motor is set so as to satisfy the relationship.
上記コイルエンド部のコイル内周側の半径をRとした場合、上記永久磁石の長さWMAGが、
≦WMAG≦L+αR+3R/4
(ただし、α=1.1〜1.2)
の関係を満たすように設定されていることを特徴とする請求項1記載の電動機。
The radius of the inner circumference side of the coil of the coil end portion when the R 1, the length W MAG of the permanent magnet,
L S ≦ W MAG ≦ L S + αR 1 + 3R 2/4
(However, α = 1.1 to 1.2)
The electric motor according to claim 1, wherein the electric motor is set so as to satisfy the relationship.
上記コイルエンド部のコイル内周側の半径をRとした場合、上記永久磁石の長さWMAGが、
≦WMAG≦L+2αR
(ただし、α=1.1〜1.2)
の関係を満たすように設定されていることを特徴とする請求項1記載の電動機。
The radius of the inner circumference side of the coil of the coil end portion when the R 1, the length W MAG of the permanent magnet,
L S ≦ W MAG ≦ L S + 2αR 1
(However, α = 1.1 to 1.2)
The electric motor according to claim 1, wherein the electric motor is set so as to satisfy the relationship.
上記電機子側ユニットと界磁側ユニットいずれか一方が上記電機子コイルおよび永久磁石の配列方向に沿って回転するように構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の電動機。 Either one of the armature side unit and the field side unit is configured to rotate along the arrangement direction of the armature coil and the permanent magnet. The electric motor according to item 1. 上記電機子側ユニットと界磁側ユニットいずれか一方が上記電機子コイルおよび永久磁石の配列方向に沿って直線的に移動するように構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の電動機。 5. The armature-side unit or the field-side unit is configured to move linearly along the arrangement direction of the armature coil and permanent magnet. The electric motor according to any one of the above.
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