JP2007312468A - 回転子側面にコイルを有した永久磁石型回転電機 - Google Patents
回転子側面にコイルを有した永久磁石型回転電機 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007312468A JP2007312468A JP2006137191A JP2006137191A JP2007312468A JP 2007312468 A JP2007312468 A JP 2007312468A JP 2006137191 A JP2006137191 A JP 2006137191A JP 2006137191 A JP2006137191 A JP 2006137191A JP 2007312468 A JP2007312468 A JP 2007312468A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- permanent magnet
- stator
- magnetic
- coil
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 8
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 9
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
OA機器、ロボット、監視カメラ用途の駆動源としてモータの小型化の要求が強い。これらの要求に最適なモータ構造を実現させるものである。
インナーロータ式ハイブリッド型回転電機で小形高分解能大トルクで温度上昇の少ない回転電機を提供する。
【解決手段】
ハイブリッド型回転子の外周で、エアギャップを介して対向した各々磁歯を有した4個の軸方向に伸びた固定子アームの内1個おきの2個のアームは一方の回転子端面側に配したコイルが巻かれたヨークと磁気的に結合し、残りの2個の固定子アームはもう一方の回転子端面側に配した巻き線が巻かれたヨークと磁気的に結合して形成した固定子を有したことを特徴とした永久磁石式回転電機。
【選択図】 図1
Description
要求されている。この問題を解決するものとして本願発明者はすでに次の特許出願
をしている。本願はこれらの先行特許の小形高分解能回転電機に適した構造の提供に関する。
OA機器やロボットの指を駆動する回転電機で特に位置決めが容易なステッピングモータにおいては小形でステップ角度を小さく保つには固定子相数を2相から5相等に増加したり、回転子の歯数を増加する必要があった。しかし回転子の歯数を増加するには現状のプレス打ち抜き技術では限界があり、歯幅は珪素鋼鈑の板厚程度以下にするのは困難で、従来の回転子外周部に巻き線した固定子構造では小形で高分解能な設計は困難であった。
2)アウターロータ型は回転子径が大きく出来るので、高分解能には適しているがコイルがロータ内部に配置されるため温度上昇が高くなり、また軸支持が一般に片持ち式となり、一般的な用途には適してないものであった。アウターロータの長所を有したインナーロータ型が求められていた。
「手段1」
外周に均等にNr個の磁歯を有した磁性体よりなる回転子を2個でお互いに歯ピッチの1/2 ずれた位置で軸方向に磁化した永久磁石を回転軸を介して挟持したハイブリッド型回転子の外周で、エアギャップを介して対向した各々磁歯を有した2Ns個の軸方向に伸びた固定子アームの内1個おきのNs個の該アームは一方の回転子端面側に配したコイルが巻かれたヨークと磁気的に結合し、残りのNs個の固定子アームはもう一方の回転子端面側に配した巻き線が巻かれたヨークと磁気的に結合して形成した固定子を有したことを手段とした永久磁石式回転電機。
「手段2」
手段1において、2Ns個の固定子アームはその両端あるいは所定の個所で磁性体中空円板で連結されていることを手段とする永久磁石式回転電機。
「手段3」
手段1及び2で、固定子コイル軸心方向が回転子軸方向と直交することを特徴とする永久磁石式回転電機。
「手段4」
手段1及び2で、固定子コイル軸心方向が回転子軸方向と平行することを手段とする永久磁石式回転電機。
「手段5」
外周に均等にNr個の磁歯を有した磁性体よりなる回転子を2個でお互いに歯ピッチの1/2 づれた位置で軸方向に磁化した永久磁石を回転軸を介して挟持したハイブリッド型回転子の外周で、エアギャップを介して対向した各々磁歯を有した2Ns個の軸方向に伸びた固定子アームの両端あるいは所定の個所で磁性体中空円板で連結され、内1個おきのNs個の該固定子アーム部は一方の回転子端面側に配した回転子軸と同心位置にコイル軸心を有したヨークと磁気的に結合し、残りのNs個の固定子アーム部はもう一方の回転子端面側に配した回転子軸と同心位置にコイル軸心を有したヨークと磁気的に結合して形成した固定子を有したことを手段とした永久磁石式回転電機。
「手段6」
手段2及び5において、該磁性体中空円板は略均等に2Ns個所の磁気抵抗を大きくするための穴あるいは細首部を有したことを手段とする永久磁石式回転電機。
「手段7」
手段1から6において、外周に均等にNr個の磁歯を有した磁性体よりなる回転子を2個でお互いに歯ピッチの1/2 ずれた位置で軸方向に磁化した永久磁石を回転軸を介して挟持したハイブリッド型回転子を単位回転子として、同じ単位回転子をもう1個同軸で連結し、隣接する回転子はお互いに歯位置及び磁化極性を同じくしたハイブリッド型回転子を有したことを手段とする永久磁石式回転電機。
「手段8」
手段1から7において、該コイルヨーク部は軸受け外周部を保持しながら回転子軸が少なくとも一方が貫通したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
2)低速大トルクの特性となるのでメカニカルな減速体を使用しないダイレクトドライブに適した回転電機となる。
3)コイルを外部に露出可能な構造なので銅損に起因する温度上昇を押さえる効果が大きいモータとなる。
4)スロット内にコイルを入れる従来式と比べ、ヨークに集中巻きしてコイル占積率を大きく出来るのでコイル量を増して、回転子径大効果に加えて大トルク化が可能。
5)コイルヨークに圧粉鉄心を使用すれば本構造の長所を更に向上できる。
図2は図1の軸方向でヨーク3のほぼ中央部で切断して軸方向から見た図であり固定子構造を説明するために回転子の図示はは省略してある。Ns=2の場合の2相式回転電機の図である。コイル4と5で1相分を形成し、コイル7と8で2相分を形成する。Ns=2は1相分固定子アームも2個であり、この場合は電気角と機械角が同じとなるのでヨーク3とヨーク3´は機械角でも90度の位置になる。もしNsが4であれば図示は省略してあるが、ヨーク3及び3´は90度ごとに4個の突出ヨーク部に4個のコイルが巻かれ、お互いに電気角で90度従って機械角で45度配置の計8個の固定子アームによる2相式回転電機なる。この場合は図1に示す回転子でラジアル方向不平行電磁力の発生しないものとなる。合計2Ns個のアームは珪素硬軟の積層で形成し固定子アーム1同士を連結するのに2なる磁性体中空円板でそれらの両端部あるいは所定の場所で連結四手もよい。両端部と中央部で合計3枚の2なる磁性体中空円板で連結固定してもよい。尚合計2Ns個のアーム1の1個おきのNs個のアームはコイルヨーク3から一体的に形成して直角に回転子軸方向に突き出したものでもよい。そして残りのNs個のアームは3´から軸方向に突き出したものでもよい。これらは焼結鉄芯や鉄粉を樹脂で絶縁して固めた圧粉鉄芯でも製作できる。
3相式とする場合は、ヨーク3及び3´を機械角で120度ごとに3個の突出ヨーク部を設けそれぞれ1個でヨーク3及び3´はそれぞれ計3個のコイルが巻かれ、お互いに機械角で60度配置とすればNs=3で合計6個の固定子アームによる3相式回転電機となる。これらは回転子側面に配置したコイル軸心方向が回転子軸方向と直交している特徴がある。コイル軸心方向とはコイルに電流を流したときコイル心から発生する磁束の方向を意味する。以上は請求項1、3、手段1、3に対応する。
これは請求項2、手段2あるいは請求項6、手段6等に対応する。
Ns=2の場合、4個の1が90度均等配置とした場合は後述する(9)式でn=4を代入することでNs=15が得られる。図8の1は珪素鋼鈑の積層でも、圧粉鉄心でもよい。
図9は磁性体環状板の一例を示したものであり、図8に示した4個の固定子アーム1をそれらの両端面で固着固定させる役割をもつものである。このとき2に示した4個の穴は図8の4個の1のほぼ中間に来るようにする。2の穴は細首としてもよく、図8の4個の1間での磁束の移動を極力少なくするためのものである。図8の4個の1の内径と2の中空内径は同じとして2の内部に1に対応する磁歯を持たせてもよい。これらは請求項7、手段7に対応する。図7、図8で回転子から固定子への鎖交磁束の磁路を説明すれば、N極28から出た磁束はエアギャップを通過して図8の上部位置の歯の対向している固定子1に入り回転子側面のヨークを通過してヨークに巻かれたコイルと鎖交して図8の真下で回転子28とは歯が対向してない固定子1に到達する。この場合、図示は省略しているが回転子28と27はお互いに歯ピッチの1/2ずれているのでS極回転子27の歯と図8の真下の固定子1は歯が対向している。そのためN極28から出た磁束はS極27に入り1相分の閉磁路を形成することになる。これは図1等でも同じである。図7では更にN極回転子25とS極回転子26でも同じ磁路を形成する。このとき、図8の真上の1はコイルの通電でS極に、真下の1はN極に磁化されて1相が励磁されている。1相コイル電流が切れて2相コイルに電流が切り替わると図8の真横の左右の1がお互いに異極性に磁化されて回転子28の歯ピッチの1/4ピッチのステップ角で回転する。
T1=N NriΦm
(1)
1相分トルクは(5)式で表される。Nrは回転子歯数、Nはコイル巻き数、iは電流、
Φmは回転子からの永久磁石の磁束のコイルとの鎖交磁束である。
両者同一線径で同一トータル巻数NTとする。また回転子から出るトータル磁束量は両者の
固定子の歯数が例えば48(8主極は8×6=48、4主極では4×12=48)と等し
いとした場合は両者の固定子鉄心の磁気抵抗差を無視し同じ値のΦTと近似できるので8
主極機、4主極機の各1主極の巻数、磁束を各々N8 、N4、Φ8、Φ4として、次式
が成立する。
Φ8=ΦT/8
(2)
Φ4=ΦT/4
(3)
N8=NT/8
(4)
N2=NT/4
(5)
(1)〜(5)式より、8主極 4主極機のトルク、T8、T4は各々以下となる。
T8=2*4(NT/8)Nri(ΦT/8)
=NTNriΦT/8
(6)
T2=2*2(NT/4)Nri(ΦT/4)
=NTNriΦT/4
(7)
(6)、(7)より、4主極機は従来の8主極機のモータより約2倍のトルクが出せるこ
とになる。
90/Nr=(−/+){(360/4)−360n/Nr} (8)
但しnは1以上の整数。
(8)式の左辺、及び右辺は本構成のステップ角を表すしこれを整理すると(9)式が得
られる。
Nr=4n±1
(9)
Nrは,2相4主極対称構造の望ましい形態となる。
例えばn=19でNr=75となり、あるいはn=31でNr=125となり2相機では(90/Nr)度がステップ角となるので、それぞれ1.2度、0.72度のステップ角の対称形の固定子の回転電機が得られる。またn=11でNr=45で2度ステップ角の対称形の固定子の回転電機が得られる。Nr=45で2度ステップ角の場合は回転子径を14.33mmとすれば歯幅と歯溝幅を1:1の歯幅比50%とすれば、回転子歯幅が約0.5mmとなり標準の0.5mm厚みの珪素鋼鈑が使用でき、本発明の構造では固定子外径を20mmも可能であるので、モータサイズ20mmでステップ角2度の小形高分解能品が得られる。0.35mm厚みの準標準珪素鋼鈑を使用すれば歯幅比が35%と理想比に近い値となり、更に高性能な小形高分解能品が得られる。これは業界で実用できる最も小形で高分解能な仕様となる。
またこの場合は固定子アーム1は90度均等配置となるので配置精度確保が容易で製作も容易となる。望ましい形態ではないが、Nr=50は(9)式を満足してないため固定子は非対称形状となり、ステップ角1.8度の2相ステッピングモータとなる。
またハイブリッド型ステッピングモータのステップ角度θは次式で与えられる。
θ=180°/PNr (10)
但しPは相数。
2相式で回転子歯数Nrが図10の50の場合は(10)式で、P=2、 従ってステップ角度は1.8°となる。(10)式でステップ角度を小さくし高分解能とするにはPまたはNrを多くすればよい。しかし相数を2相から5相等にすれば駆動回路が高価となる。また回転子端数を多くすればモータサイズが限られている場合は回転子コアをプレス打ち抜きするとき、歯幅が珪素鋼鈑厚みより小さくなるとプレス抜きが困難となる。図10の構造では回転子の外周に固定子歯が配置されその外にコイルが配置されるのでモータ径に対し回転子径はかなり小さくなり、従って回転子歯数を多くするにはプレス打ち抜き等で問題が出る。
そこでアウターロータ化して回転子径を大きくすればよいが、アウターロータのため構造が複雑になり高価となり温度上昇もコイルが回転子内部に来るため高いという問題が起きる。これらをインナーロータ式で解決できるのが本発明の長所であり効果である。インナーロータタイプで本構造は最も回転子径を大きくできる構成である。
また一般にモータ発生トルクは時式で与えられる。
T=kD2L (11)
ここに、Dは回転子外径、Lは回転子有効長、kは定数である。
これより本発明品はインナーロータではDが大きくまたその効果が自乗で効くので大トルク化に有利となる。
2: 磁性体環状板、
3、3´、14,14´、21,22: ヨーク、
4,6,7,8、15,17,18,19、23,24: コイル
9,10、25,26,27,28、31: 回転子、
11、29,30:永久磁石、
12: 回転子軸、
13: 軸受け、
32: 固定子
Claims (8)
- 外周に均等にNr個の磁歯を有した磁性体よりなる回転子を2個でお互いに歯ピッチの1/2 ずれた位置で軸方向に磁化した永久磁石を回転軸を介して挟持したハイブリッド型回転子と、その外周で、エアギャップを介して対向した各々磁歯を有した2Ns個の軸方向に伸びた固定子アームの内1個おきのNs個の該アームは一方の回転子端面側に配したコイルが巻かれたヨークと磁気的に結合し、残りのNs個の固定子アームはもう一方の回転子端面側に配した巻き線が巻かれたヨークと磁気的に結合して形成した固定子を有したことを特徴とした永久磁石式回転電機。
- 請求項1において、2Ns個の固定子アームはその両端あるいは所定の個所で磁性体中空円板で連結されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
- 請求項1及び2で、固定子コイル軸心方向が回転子軸方向と直交することを特徴とする永久磁石式回転電機。
- 請求項1及び2で、固定子コイル軸心方向が回転子軸方向と平行することを特徴とする永久磁石式回転電機。
- 外周に均等にNr個の磁歯を有した磁性体よりなる回転子を2個でお互いに歯ピッチの1/2 づれた位置で軸方向に磁化した永久磁石を回転軸を介して挟持したハイブリッド型回転子と、その外周で、エアギャップを介して対向した各々磁歯を有した2Ns個の軸方向に伸びた固定子アームの両端あるいは所定の個所で磁性体中空円板で連結され、内1個おきのNs個の該固定子アーム部は一方の回転子端面側に配した回転子軸と同心位置にコイル軸心を有したヨークと磁気的に結合し、残りのNs個の固定子アーム部はもう一方の回転子端面側に配した回転子軸と同心位置にコイル軸心を有したヨークと磁気的に結合して形成した固定子を有したことを特徴とした永久磁石式回転電機。
- 請求項2及び5において、該磁性体中空円板は略均等に2Ns個所の磁気抵抗を大きくするための穴あるいは細首部を有したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
- 請求項1から6において、外周に均等にNr個の磁歯を有した磁性体よりなる回転子を2個でお互いに歯ピッチの1/2 づれた位置で軸方向に磁化した永久磁石を回転軸を介して挟持したハイブリッド型回転子を単位回転子として、同じ単位回転子をもう1個同軸で連結し、隣接する回転子はお互いに歯位置及び磁化極性を同じくしたハイブリッド型回転子を有したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
- 請求項1から7において、該コイルヨーク部は軸受け外周部を保持しながら回転子軸が少なくとも一方が貫通したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006137191A JP4392417B2 (ja) | 2006-05-17 | 2006-05-17 | 回転子側面にコイルを有した永久磁石式回転電機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006137191A JP4392417B2 (ja) | 2006-05-17 | 2006-05-17 | 回転子側面にコイルを有した永久磁石式回転電機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007312468A true JP2007312468A (ja) | 2007-11-29 |
JP4392417B2 JP4392417B2 (ja) | 2010-01-06 |
Family
ID=38844815
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006137191A Expired - Fee Related JP4392417B2 (ja) | 2006-05-17 | 2006-05-17 | 回転子側面にコイルを有した永久磁石式回転電機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4392417B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111756211A (zh) * | 2019-03-28 | 2020-10-09 | Ghsp公司 | 利用轴向线圈调节转子磁场的混合式步进马达 |
-
2006
- 2006-05-17 JP JP2006137191A patent/JP4392417B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111756211A (zh) * | 2019-03-28 | 2020-10-09 | Ghsp公司 | 利用轴向线圈调节转子磁场的混合式步进马达 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4392417B2 (ja) | 2010-01-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7595575B2 (en) | Motor/generator to reduce cogging torque | |
JP5033552B2 (ja) | アキシャルギャップ型コアレス回転機 | |
JP4784726B2 (ja) | 直流モータ | |
JP5248751B2 (ja) | スロットレス永久磁石型回転電機 | |
WO2009081766A1 (ja) | 電動機および回転電機用ロータ | |
JP2009072009A (ja) | 永久磁石回転機 | |
JP2007236073A (ja) | ハイブリッド式回転電機 | |
GB2484162A (en) | Dynamo-electric machine with rotor magnet adjustable shunt | |
JP2009136046A (ja) | トロイダル巻式回転電機 | |
JP5290795B2 (ja) | ブラシ給電式ハイブリッド励磁モータ及びブラシ給電式ハイブリッド励磁モータの駆動方法 | |
WO2017195263A1 (ja) | 永久磁石型モータ | |
JP2008252979A (ja) | アキシャルギャップ型回転機 | |
JP2007089304A (ja) | 永久磁石式回転電機 | |
JP2013059178A (ja) | 磁気ギア | |
JP4823425B2 (ja) | Dcモータ | |
JP2002112521A (ja) | ステップモータのロータ構造 | |
JP5128800B2 (ja) | ハイブリッド式永久磁石回転電機 | |
JP4392417B2 (ja) | 回転子側面にコイルを有した永久磁石式回転電機 | |
JP2006025486A (ja) | 回転電機 | |
JP2010141991A (ja) | 回転モーター | |
JP2019216530A (ja) | 永久磁石発電機 | |
JP7359738B2 (ja) | シングルアキシャルギャップ型回転機 | |
JP3679294B2 (ja) | 環状コイル式回転電機 | |
WO2021235376A1 (ja) | 回転電機 | |
JP2012060709A (ja) | 永久磁石型モータ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090415 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090609 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20091002 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20091009 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121016 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121016 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131016 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |