JP2007185094A - 電動機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本二相の電動機は、第1と第2のコイル列と磁石列とを備えている。磁石列は、第1及び第2のコイル列に対向してN極とS極とが交互に配置されている。第1及び第2のコイル列は、電気角でπ/2の奇数倍だけ相互にずれた位置に配置されている。第1と第2のコイル列の各コイルは磁性体製のコアを実質的に有しておらず、また、電動機は、磁気回路を形成するための磁性体製のヨークを実質的に有していない。
【選択図】図1
Description
前記所定の方向に沿って所定のピッチで配列されて相互に電気的に接続された複数のコイルを含み、前記第1のコイル列との相対的な位置関係が固定された第2のコイル列と、少なくとも1つの磁石を含む磁石列であって、前記第1及び第2のコイル列に対向してN極とS極とが交互に配置され、前記第1及び第2のコイル列との相対的な位置関係が前記所定の方向に沿って変化可能な磁石列と、
を備える。前記第1及び第2のコイル列は、電気角でπ/2の奇数倍だけ相互にずれた位置に配置されている。前記第1と第2のコイル列の各コイルは磁性体製のコアを実質的に有しておらず、前記電動機は、磁気回路を形成するための磁性体製のヨークを実質的に有していない。
A.第1実施例(二相モータ):
B.第2実施例(二相モータ):
C.二相モータの各種の変形例:
D.第3実施例(三相モータ):
E.第4実施例:
F.その他の変形例:
図1(A)は、本発明の第1実施例における電動モータの概略構成を示す説明図である。この電動モータは、第1のコイル列構造10Aと、第2のコイル列構造20Bと、磁石列構造30Mとを有している。
(1)低価格であること。
(2)小型であること。
(3)消費電力が少ないこと。
(4)振動・衝撃への耐久性。
(5)高温環境での利用性。
(6)軽量であること。
(7)大トルクを発生可能であること。
(8)高回転が可能であること。
(9)環境に優しいこと。
(1)コイル
・線材:銅
・径:φ0.3[mm]
・巻数:150[巻/ボビン]
・コイル接続:各相を極並列接続(図2(B))
(2)永久磁石
・直径:φ14[mm]
・厚さ:5[mm]
・材料:ネオジウム
・平面中心磁束密度:3300[G](0.33[T])
・使用数:2 極*3組=6個
(3)ボビン(コイルの芯材)
・直径:φ15[mm]
・厚み:6[mm]
・材料:フェノール樹脂
・使用数:2相*2極*3組=12個
(4)ロータ材
・直径:φ48[mm]
・厚み:5[mm]
・材料:アルミニウム
(5)ケース(本体ケース、蓋)
・直径:54[mm]
・厚み:22[mm]
・材料:フェノール樹脂
なお、この例ではロータ材(磁石列構造30Mの支持部材32M)としてアルミニウムを使用しているが、非磁性かつ非導電性の材料を使用することも可能である。鉄損を少なくするという点では、ロータ材としてアルミニウムの代わりに非導電性材料を使用することが好ましい。
・実験1の磁束密度測定値:3500G
・実験2の磁束密度測定値:4100G
図13(A),13(B)は、本発明の第2実施例としての電動モータの構成を示す断面図である。第2実施例のモータは、略円筒状のロータ30Mが、略円筒状の二重構造のステータの間に挿入されたインサートロータ構造を有している。すなわち、2つのコイル列14A,24Bは、中空の二重円筒構造を構成する2つの円筒部材に配置されており、磁石列34Mはコイル列14A,24Bの間に挿入された他の円筒部材に配置されている。このように、3つの中空円筒部材を同軸状に重ねた構造を、以下、「中空多重円筒構造」とも呼ぶ。
図15(A)〜15(D)は、二相モータのコイル列と磁石列の配列に関する第1変形例を示している。この第1変形例のモータは、図1,図3に示した第1実施例のモータのA相コイル列14AとB相コイル列24Bのコイルを1/2に間引いてコイルピッチPcを2倍にした構成を有している。磁石列34Mの構成は第1実施例と同じである。第1変形例のA相コイル列14Aは、第1実施例におけるA相コイル列14Aの2種類のコイル14A1,14A2(図1)のうちの一方のコイル14A2を省略したものに相当する。従って、第1変形例のA相コイル列14Aのすべてのコイルは、常に同じ方向に磁化されている。
図20(A)〜20(C)は、本発明の第3実施例における電動モータの概略構成を示す説明図である。この第3実施例例のモータは、A相とB相とC相の3つのコイル列を有する三相モータである。磁石列70Mは、図3(A)に示した第1実施例の磁石列34Mと同じ構成を有している。磁石列70Mの両側には、上部コイル列60ABCと下部コイル列80ABCが設けられている。上部コイル列60ABCは、A相コイル列のコイル91A1と、B相コイル列のコイル92B1と、C相コイル列のコイル93C1とを含んでおり、これらが所定の順番で配置されたものである。なお、図20(A)〜20(C)では、図示の便宜上、A相コイル列のコイルを実線で描き、B相コイル列のコイルを点線で、C相コイル列のコイルを破線で描いている。下部コイル列80ABCも同様に、A相コイル列のコイル91A2と、B相コイル列のコイル92B2と、C相コイル列のコイル93C2とを含んでいる。なお、上部コイル列60ABCのA相コイル91A1と、下部コイル列80ABCのA相コイル91A2は、逆方向に磁化されている。これは、B相コイル及びC相コイルも同じである。A相,B相,C相の各相のコイルピッチPcは、磁極ピッチPmの2倍であり、電気角で2πに相当する。上部コイル列60ABCのA相コイル91A1は、下部コイル列80ABCのA相コイル91A2と電気角でπだけずれた位置に配置されている。B相コイル及びC相コイルも同じである。なお、A相とB相とC相のコイルは、電気角でπ/3ずつ順次ずれた位置に配置されている。
図21は、第3実施例における駆動信号生成回路の構成を示すブロック図である。この駆動信号生成回路100aは、図6に示した二相モータ用の回路に、C相のための回路部分(例えば電圧比較器115,116)を追加し、また、正弦波発生回路108を追加したものである。
図25は、第4実施例における駆動回路ユニットの内部構成を示すブロック図である。なお、駆動回路ユニット以外のハードウェア構成は、上述した第1実施例と同じなので説明を省略する。
(1)上記実施例や変形例では、回転式モータについて説明したが、本発明は、回転式モータ以外の種々の電動アクチュエータに適用することが可能であり、例えばリニアモータにも適用可能である。本発明をリニアモータに適用する場合には、例えば、磁石列の磁石は少なくとも1つ設けられていれば良い。また、本発明は、アクチュエータに限らず、発電機にも適用可能である。
Claims (13)
- 電動機であって、
所定の方向に沿って所定のピッチで配列されて相互に電気的に接続された複数のコイルを含む第1のコイル列と、
前記所定の方向に沿って所定のピッチで配列されて相互に電気的に接続された複数のコイルを含み、前記第1のコイル列との相対的な位置関係が固定された第2のコイル列と、
少なくとも1つの磁石を含む磁石列であって、前記第1及び第2のコイル列に対向してN極とS極とが交互に配置され、前記第1及び第2のコイル列との相対的な位置関係が前記所定の方向に沿って変化可能な磁石列と、
を備え、
前記第1及び第2のコイル列は、電気角でπ/2の奇数倍だけ相互にずれた位置に配置されており、
前記第1と第2のコイル列の各コイルは磁性体製のコアを実質的に有しておらず、
前記電動機は、磁気回路を形成するための磁性体製のヨークを実質的に有していない、電動機。 - 請求項1記載の電動機であって、さらに、
前記第1及び第2のコイル列および前記磁石列を収納するケースを備えており、
前記第1及び第2のコイル列の各コイルは、実質的に非磁性かつ非導電性の材料で形成された支持材の回りに巻き回されており、
前記ケースは、実質的に非磁性かつ非導電性の材料で形成されている、電動機。 - 請求項1または2記載の電動機であって、
回転軸と、軸受け部以外の構造材は、実質的に非磁性かつ非導電性の材料で形成されている、電動機。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の電動機であって、
各コイル列の前記複数のコイルは、同一のコイル列に属する隣り合うコイル同士が常に逆極性に励磁されるように互いに接続されている、電動機。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の電動機であって、
前記第1及び第2のコイル列は、前記磁石列を挟んだ両側に配置されている、電動機。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載の電動機であって、
前記電動機は、前記第1及び第2のコイル列と前記磁石列とが前記所定の方向に沿って相対的に回転する回転式モータ又は回転式ジェネレータであり、
前記第1のコイル列のコイル数と、前記第2のコイル列のコイル数と、前記磁石列の磁石数とが等しい、電動機。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載の電動機であって、さらに、前記第1のコイル列に供給する第1の交流駆動信号と前記第2のコイル列に供給する第2の交流駆動信号とを供給するための駆動信号生成回路を備え、
前記駆動信号生成回路は、前記第1及び第2のコイル列の各コイルの極性が前記磁石列内の磁石の中心と各コイルの中心とが対向するタイミングで切り替わるとともに、同一のコイル列に属する隣り合うコイル同士の間の中央位置が前記磁石列内の磁石の中心と対向するタイミングにおいて当該コイル列における磁束密度が最も大きくなるように、前記第1と第2の交流駆動信号を生成する、電動機。 - 請求項7記載の電動機であって、
前記駆動信号生成回路は、前記第1及び第2のコイル列の電流方向を逆転させることによって、前記第1及び第2のコイル列と前記磁石列との動作方向を逆転させることが可能である、電動機。 - 請求項7又は8記載の電動機であって、
前記駆動信号生成回路は、
位相がπ/2だけ相互にずれた第1と第2のPWM信号をそれぞれ生成する第1と第2のPWM回路と、
前記電動アクチュエータの出力要求に応じて前記第1と第2のPWM信号をマスクすることによって前記第1と第2の交流駆動信号を生成するマスク回路と、
を備える、電動機。 - 請求項9記載の電動機であって、
前記マスク回路は、各交流駆動信号の極性が反転するタイミングを中心とした対称な時間的範囲で各PWM信号をマスクする、電動機。 - 請求項7ないし10のいずれかに記載の電動機であって、さらに、
前記第1と第2のコイル列から電力を回生するための回生回路を備え、
前記駆動信号生成回路と前記回生回路は、前記第1と第2のコイル列の一方から駆動力を発生させつつ他方から電力を回生する運転モードで前記電動機を運転することが可能である、電動機。 - 請求項1ないし11のいずれかに記載の電動機であって、
前記第1と第2のコイル列は、中空の二重円筒構造を構成する第1と第2の円筒部材に配置されており、
前記磁石列は、前記第1と第2の円筒部材の間に挿入された第3の円筒部材に配置されている、電動機。 - 電動機であって、
所定の方向に沿って所定のピッチで配列されて相互に電気的に接続された複数のコイルを含む第1のコイル列と、
前記所定の方向に沿って所定のピッチで配列されて相互に電気的に接続された複数のコイルを含み、前記第1のコイル列との相対的な位置関係が固定された第2のコイル列と、
前記所定の方向に沿って所定のピッチで配列されて相互に電気的に接続された複数のコイルを含み、前記第1及び第2のコイル列との相対的な位置関係が固定された第3のコイル列と、
少なくとも1つの磁石を含む磁石列であって、前記第1、第2、及び第3のコイル列に対向してN極とS極とが交互に配置されており、前記第1、第2、及び第3のコイル列との相対的な位置関係が前記所定の方向に沿って変化可能な磁石列と、
を備え、
前記第1、第2、及び第3のコイル列は、電気角で2π/3だけ順次相互にずれた位置に配置されており、
前記第1、第2、及び第3のコイル列の各コイルは磁性体製のコアを実質的に有しておらず、
前記電動機は、磁気回路を形成するための磁性体製のヨークを実質的に有していない、電動機。
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