JP2023082228A - Synchronous motor and motor assembly - Google Patents

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Tetsuo Okamoto
充 小池
Mitsuru Koike
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Abstract

To provide a synchronous motor in which energy required for exciting an excitation element is reduced.SOLUTION: A synchronous motor includes a rotor, a stator, a first magnetic field, a second magnetic field, and an excitation element. The first field includes a plurality of permanent magnets wrapped around the axis of rotation. The second field includes a plurality of permanent magnets wrapped around the axis of rotation and the rotor. The excitation element is disposed in a space between the permanent magnets in the second field to generate a varying magnetic field that rotates the rotor. Each of the permanent magnets of the first magnetic field generates a magnetic field having magnetic lines of force in a direction perpendicular to the radial direction viewed from the rotation axis. Each of the permanent magnet of the second field generates a magnetic field having magnetic lines of force in a direction coinciding with the radial direction seen from the rotation axis. The excitation element includes an excitation coil that generates a varying magnetic field, and a soft magnetic material that is adjacent to the excitation coil and is magnetized in the same direction as the magnetic lines of force of the magnetic field applied from the outside.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、シンクロナスモーターおよびこのシンクロナスモーターを備えたモーターアッセンブリに関する。 The present invention relates to a synchronous motor and a motor assembly provided with this synchronous motor.

シンクロナスモーターとは、1本の回転軸のまわりに回転する回転運動が可能なローターに界磁を設け、この界磁をローターの外部から印加される変動磁場に追従させることで、ローターの回転を実現させるモーターのことをいう。このシンクロナスモーターに関しては、複数の永久磁石を、ローターの周りを取り巻き、かつ、このローター側の磁極が、S極またはN極のうちのいずれか一方に統一された状態に配設する技術が公知であった(例えば下記の特許文献1を参照)。 A synchronous motor is a rotor that rotates around a single axis of rotation. A motor that realizes With respect to this synchronous motor, there is a technique of arranging a plurality of permanent magnets around the rotor in such a manner that the magnetic poles on the rotor side are either S poles or N poles. It was publicly known (see, for example, Patent Document 1 below).

特開昭55-136867号公報JP-A-55-136867

上記特許文献1に記載された従来の技術では、ローターの周りを取り巻く永久磁石の間に配設された励磁素子たる電磁石を、そのローター側の端が、上記永久磁石におけるローター側の磁極と同種の磁極となるように励磁させることで、変動磁場を発生させる。このため、上記従来の技術では、励磁素子の励磁に際して、ローターの周りを取り巻く永久磁石および電磁石が互いの磁力により反発付勢された状態を実現させなければならず、もって励磁素子を励磁させる際に大きなエネルギーが必要となっていた。 In the prior art described in Patent Document 1, an electromagnet, which is an exciting element disposed between permanent magnets surrounding the rotor, is arranged such that the rotor-side end of the electromagnet is of the same kind as the rotor-side magnetic pole of the permanent magnet. A fluctuating magnetic field is generated by exciting the magnetic poles of For this reason, in the conventional technology described above, when exciting the excitation element, the permanent magnet and the electromagnet surrounding the rotor must be repelled and biased by their mutual magnetic force. required a lot of energy.

本発明は、シンクロナスモーターにおいて、励磁素子を励磁させる際に大きなエネルギーが必要となることをさけることを可能とするものである。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention makes it possible, in a synchronous motor, to avoid requiring a large amount of energy when exciting an exciting element.

本発明における1つの特徴によると、ローターと、ステーターと、第1の界磁と、第2の界磁と、励磁素子と、を備えるシンクロナスモーターが提供される。ここで、ローターは、1本の回転軸のまわりに回転する回転運動が可能なものである。また、ステーターは、回転軸およびローターの周りを取り巻いて配設されるものである。また、第1の界磁は、ローターにおいて回転軸の周りを取り巻くように配設された複数の永久磁石を有するアッセンブリである。また、第2の界磁は、ステーターにおいて回転軸およびローターの周りを取り巻くように配設された複数の永久磁石を有するアッセンブリである。また、励磁素子は、第2の界磁における永久磁石の間のスペースのうち少なくとも1つに配設されて、ローターを回転させる角運動量を第1の界磁に与える変動磁場を発生させるものである。第1の界磁の各永久磁石は、その磁化方向が、回転軸から見た動径方向と直交するように配設されることで、この動径方向と直交する方向の磁力線を有する磁場を発生させる。第2の界磁の各永久磁石は、そのローター側の磁極が、S極またはN極のうちのいずれか一方に統一され、かつ、その磁化方向が、回転軸から見た動径方向と一致するように配設されることで、この動径方向と一致する方向の磁力線を有する磁場を発生させる。励磁素子は、励磁コイルと、軟磁性体と、を備えたアッセンブリである。ここで、励磁コイルは、ローター側の端が、第2の界磁の各永久磁石におけるローター側の磁極と同種の磁極となるように励磁されることで、変動磁場を発生させることが可能とされたコイルである。また、軟磁性体は、励磁コイルと互いに隣り合う状態とされて、ステーターからローター側に向かって突出し、かつ、外部からかけられる磁場に応じて、この磁場の磁力線と同じ向きに磁化されるものである。 According to one aspect of the invention, a synchronous motor is provided that includes a rotor, a stator, a first field, a second field, and an excitation element. Here, the rotor is capable of rotational motion rotating around a single rotation axis. Also, the stator is arranged to surround the rotating shaft and the rotor. Also, the first magnetic field is an assembly having a plurality of permanent magnets arranged in the rotor around the axis of rotation. Also, the second field is an assembly having a plurality of permanent magnets disposed in the stator so as to encircle the axis of rotation and the rotor. Also, the excitation element is disposed in at least one of the spaces between the permanent magnets in the second magnetic field and generates a varying magnetic field that imparts angular momentum to the first magnetic field to rotate the rotor. be. Each permanent magnet of the first magnetic field is arranged so that its magnetization direction is perpendicular to the radial direction as seen from the rotation axis, thereby generating a magnetic field having magnetic lines of force in the direction perpendicular to the radial direction. generate. Each permanent magnet of the second magnetic field has its magnetic pole on the rotor side unified to either S pole or N pole, and its magnetization direction coincides with the radial direction viewed from the rotating shaft. A magnetic field having magnetic lines of force in a direction coinciding with this radial direction is generated. The excitation element is an assembly comprising an excitation coil and a soft magnetic material. Here, the excitation coil can generate a fluctuating magnetic field by being excited so that the end on the rotor side becomes the same kind of magnetic pole as the magnetic pole on the rotor side in each permanent magnet of the second field. coil. In addition, the soft magnetic material is adjacent to the excitation coil, protrudes from the stator toward the rotor, and is magnetized in the same direction as the magnetic field lines of the magnetic field in response to the magnetic field applied from the outside. is.

上記のシンクロナスモーターによれば、励磁素子の励磁に際して、その励磁コイルに隣り合う軟磁性体におけるローター側の端が、第2の界磁の各永久磁石および励磁コイルにおけるローター側の磁極とは別種の磁極として機能し、もってこれら磁極を通る磁力線の逃げ場となる。これにより、励磁素子の励磁に際して、その励磁コイルおよび第2の界磁の各永久磁石が互いの磁力により反発する影響を抑え、もって励磁素子を励磁させる際に大きなエネルギーが必要となることをさけることができる。 According to the above synchronous motor, when the exciting element is excited, the rotor-side end of the soft magnetic body adjacent to the exciting coil is different from the rotor-side magnetic poles of the permanent magnets and the exciting coil of the second field. They function as magnetic poles of a different kind, providing a refuge for magnetic field lines passing through these poles. As a result, when the excitation element is excited, the excitation coil and the permanent magnets of the second field are prevented from repelling each other due to their magnetic force, thereby avoiding the need for a large amount of energy to excite the excitation element. be able to.

また、上記のシンクロナスモーターでは、ローターが静止している場合において、第1の界磁は、磁気的に見て不安定なつり合い状態となる。このとき、励磁素子が発生させる磁場が変動されると、この変動は上記つり合い状態を崩す摂動となり、ローターを回転させる角運動量を第1の界磁に与えるトリガーとなる。これにより、シンクロナスモーターにおいて停止しているローターを動きやすくして、シンクロナスモーターの始動時に必要な電気エネルギーの低減をはかることが可能となる。 In addition, in the above synchronous motor, when the rotor is stationary, the first magnetic field is in a magnetically unstable balanced state. At this time, if the magnetic field generated by the excitation element is varied, this variation becomes a perturbation that breaks the balanced state, and serves as a trigger that gives the first magnetic field an angular momentum that rotates the rotor. As a result, the stopped rotor of the synchronous motor can be easily moved, and the electrical energy required to start the synchronous motor can be reduced.

また、上記のシンクロナスモーターでは、ローターが回転している場合において、第1の界磁および第2の界磁の各磁場がステーターとローターとを互いに遠ざける向きの成分を有する力を発生させる。これにより、シンクロナスモーターにおいて回転しているローターのひっかかりを減らして、シンクロナスモーターの駆動に必要な電気エネルギーの低減をはかることが可能となる。 In the above synchronous motor, when the rotor is rotating, each of the magnetic fields of the first magnetic field and the second magnetic field generates a force having a directional component that moves the stator and rotor away from each other. As a result, it is possible to reduce the catching of the rotating rotor in the synchronous motor and to reduce the electric energy required to drive the synchronous motor.

上記のシンクロナスモーターにおいては、励磁素子は、上記スペースのそれぞれに1つずつ配設されて、これらの各励磁コイルが同期して動作するものである態様が好ましい。 In the above-described synchronous motor, it is preferable that one excitation element is provided in each of the spaces, and the excitation coils operate synchronously.

上記のシンクロナスモーターによれば、複数の励磁素子を互いのはたらきを妨害しないように稼働させ、もって励磁素子により回転されるローターの駆動力を大きくすることができる。 According to the above synchronous motor, it is possible to operate a plurality of excitation elements so as not to interfere with each other, thereby increasing the driving force of the rotor rotated by the excitation elements.

上記のシンクロナスモーターにおいては、励磁素子は、ローターの回転方向に並んで隣り合う2つのコイルである第1のコイルおよび第2のコイルが、互いに独立した配線系統につなげられたアッセンブリである態様が好ましい。この態様においては、第1のコイルおよび第2のコイルは、それぞれ、外部からかけられる磁場に応じて、この磁場と同じ向きに磁化される軟磁性物質からなる芯を備えている。さらに、シンクロナスモーターは、第1のコントロール状態と、第2のコントロール状態と、の切り替えを行うコントローラーを備えている。ここで、第1のコントロール状態は、第1のコイルに電流を流してこの第1のコイルを励磁コイルとして機能させながら、第2のコイルには電流を流さないことでこの第2のコイルの芯を軟磁性体として機能させる状態である。また、第2のコントロール状態は、第1のコイルに電流を流さないことでこの第1のコイルの芯を軟磁性体として機能させながら、第2のコイルには電流を流してこの第2のコイルを励磁コイルとして機能させる状態である。 In the synchronous motor described above, the excitation element is an assembly in which the first coil and the second coil, which are two coils adjacent to each other in the direction of rotation of the rotor, are connected to wiring systems independent of each other. is preferred. In this embodiment, the first coil and the second coil each have a core made of soft magnetic material that is magnetized in the same direction as the magnetic field applied from the outside. Furthermore, the synchronous motor has a controller for switching between a first control state and a second control state. Here, in the first control state, current is passed through the first coil to function as an excitation coil, while no current is passed through the second coil. This is the state in which the core functions as a soft magnetic material. In the second control state, the core of the first coil functions as a soft magnetic material by not passing current through the first coil, while current is passed through the second coil and the second coil is activated. This is a state in which the coil functions as an excitation coil.

上記のシンクロナスモーターによれば、第1の界磁の永久磁石が励磁コイルに対向する位置に位置されて、この励磁コイルが発生させる変動磁場がローターを回転させる角運動量を第1の界磁に与えなくなったときに、励磁コイルとなるコイルを入れ替えて上記角運動量を第1の界磁に与えることができる。 According to the above synchronous motor, the permanent magnet of the first field is positioned opposite the exciting coil, and the fluctuating magnetic field generated by this exciting coil converts the angular momentum that rotates the rotor into the first field. When the angular momentum is no longer given to the first magnetic field, the coils serving as the exciting coils can be replaced to give the above angular momentum to the first magnetic field.

また、上記のシンクロナスモーターでは、励磁コイルとなるコイルの入れ替えに際して、電流が流されなくなるコイルは、このコイルにおいて発生していた磁場を維持させる向きの誘導起電力を維持するように誘導起電力を生じさせるインダクターとして機能する。これにより、上記電流が流されなくなるコイルの芯が、第1の界磁の永久磁石と引き合うことによるロスを低減させることができる。 In the above synchronous motor, when the coils that become the excitation coils are exchanged, the coils to which the current does not flow are changed to maintain the induced electromotive force in the direction that maintains the magnetic field generated in this coil. It functions as an inductor that produces As a result, it is possible to reduce the loss due to the attraction of the core of the coil, through which the current is not passed, to the permanent magnet of the first magnetic field.

上記のシンクロナスモーターにおいては、第2の界磁における複数の永久磁石に、第1の永久磁石と、第2の永久磁石と、が含まれる態様が好ましい。ここで、第1の永久磁石は、励磁素子に対して上記回転方向の上流側から隣り合うものである。また、第2の永久磁石は、励磁素子に対して上記回転方向の下流側から隣り合い、もって第1の永久磁石とともに励磁素子を上記上流側および上記下流側の両側から挟み込むものである。また、第1のコイルおよび第2のコイルは、第1の永久磁石と第2の永久磁石との間にあるスペースに、上記回転方向に並び、かつ、第1のコイルが第2のコイルよりも上記上流側に位置される状態に配設される。コントローラーは、回転するローターに設けられた第1の界磁の永久磁石が第1の永久磁石に対向する位置を通り過ぎてから第1のコイルに対向する位置に達するまでの間において第1のコントロール状態を実現させる。また、コントローラーは、第1の界磁の永久磁石が第1のコイルに対向する位置を通り過ぎてから第2のコイルに対向する位置に達するまでの間において第2のコントロール状態を実現させる。 In the above synchronous motor, it is preferable that the plurality of permanent magnets in the second magnetic field include the first permanent magnet and the second permanent magnet. Here, the first permanent magnet is adjacent to the excitation element from the upstream side in the rotational direction. The second permanent magnet is adjacent to the excitation element from the downstream side in the rotation direction, and sandwiches the excitation element from both the upstream side and the downstream side together with the first permanent magnet. In addition, the first coil and the second coil are arranged in the rotation direction in the space between the first permanent magnet and the second permanent magnet, and the first coil is arranged closer to the second coil than the second coil. are also positioned on the upstream side. The controller performs the first control during the period from when the permanent magnet of the first field provided in the rotating rotor passes through the position facing the first permanent magnet until it reaches the position facing the first coil. realize the state. Also, the controller realizes the second control state from when the permanent magnet of the first field passes the position facing the first coil until it reaches the position facing the second coil.

上記のシンクロナスモーターによれば、ローターを回転させる角運動量を与える変動磁場が第1の界磁に作用する時間をコントローラーの動作により長くし、もってローターをよりスムーズに回転させることができる。 According to the above synchronous motor, the controller operates to lengthen the time during which the fluctuating magnetic field that gives the angular momentum that rotates the rotor acts on the first magnetic field, so that the rotor can be rotated more smoothly.

上記のシンクロナスモーターにおいては、励磁素子における各コイルは、ステーターにおいて回転軸側となる側面からこの回転軸に向かって突出される突極に巻線を巻き付けてなるソレノイドコイルである態様が好ましい。この態様においては、第2の界磁の各永久磁石は、これら永久磁石において励磁素子と隣り合う端縁部から回転軸までの距離が、第1の距離よりも長くなるように配設されている。ここで、第1の距離は、端縁部に隣り合うソレノイドコイルの突極における、回転軸側となる突端から回転軸までの最短距離である。 In the synchronous motor described above, each coil in the excitation element is preferably a solenoid coil formed by winding a wire around salient poles protruding from a side surface of the stator facing the rotation shaft toward the rotation shaft. In this aspect, the permanent magnets of the second magnetic field are arranged such that the distance from the edge adjacent to the exciting element to the rotation axis is longer than the first distance. there is Here, the first distance is the shortest distance from the tip of the salient pole of the solenoid coil adjacent to the edge to the rotating shaft.

上記のシンクロナスモーターによれば、励磁コイルに第1の界磁の永久磁石が対向して、この永久磁石と励磁コイルとの距離が比較的近くなるときに、第1の界磁の永久磁石と第2の界磁の永久磁石との磁極間の距離が比較的遠くなる。これにより、第1の界磁の永久磁石に励磁コイルの変動磁場が作用するときに、この作用に対して第2の界磁の永久磁石の磁場がおよぼす影響を少なくすることができる。 According to the above synchronous motor, when the permanent magnet of the first field faces the exciting coil and the distance between the permanent magnet and the exciting coil becomes relatively close, the permanent magnet of the first field and the permanent magnets of the second field are relatively far apart. As a result, when the fluctuating magnetic field of the excitation coil acts on the permanent magnet of the first field, the influence of the magnetic field of the permanent magnet of the second field on this action can be reduced.

上記のシンクロナスモーターにおいては、励磁素子は、上記スペースのそれぞれに1つずつ配設される態様が好ましい。この態様においては、各励磁素子における突極は、その第1の距離が等しくなるように配設される。また、第2の界磁の各永久磁石は、その回転軸側となる端から回転軸までの最短距離である第2の距離が等しくなるように配設される。また、第1の距離が、第2の距離と同じ距離となるように設定されている。 In the above synchronous motor, it is preferable that one excitation element is arranged in each of the spaces. In this aspect, the salient poles in each excitation element are arranged such that their first distances are equal. Further, the permanent magnets of the second magnetic field are arranged so that the second distance, which is the shortest distance from the end on the rotating shaft side to the rotating shaft, is equal. Also, the first distance is set to be the same distance as the second distance.

上記のシンクロナスモーターによれば、第1の界磁の各永久磁石に対して第2の界磁の各永久磁石および励磁コイルの両磁場を強く作用させ、もってローターの駆動力を大きくすることができる。 According to the above-described synchronous motor, both the magnetic fields of the permanent magnets of the second field and the exciting coil act strongly on the permanent magnets of the first field, thereby increasing the driving force of the rotor. can be done.

上記のシンクロナスモーターにおいては、励磁素子における各コイルは、ステーターにおいて回転軸側となる側面からこの回転軸に向かって突出される突極に巻線を巻き付けてなるソレノイドコイルである態様が好ましい。この態様においては、ソレノイドコイルの突極において回転軸側となる端部に、ソレノイドコイルが励磁したときに上記端部にて発生される磁場の強さを部分的に弱くする弱磁構造が設けられている。 In the synchronous motor described above, each coil in the excitation element is preferably a solenoid coil formed by winding a wire around salient poles protruding from a side surface of the stator facing the rotation shaft toward the rotation shaft. In this aspect, the end of the salient pole of the solenoid coil on the rotating shaft side is provided with a weak magnetic structure that partially weakens the strength of the magnetic field generated at the end when the solenoid coil is excited. It is

上記のシンクロナスモーターによれば、励磁素子の励磁コイルが稼働する際に、第1の界磁の永久磁石側となる端部にて発生される磁場の強さを弱くし、もって励磁コイルの稼働に必要なエネルギーを減らすことができる。 According to the above synchronous motor, when the excitation coil of the excitation element operates, the strength of the magnetic field generated at the end of the first magnetic field on the permanent magnet side is weakened, so that the excitation coil The energy required for operation can be reduced.

上記のシンクロナスモーターにおいては、上記弱磁構造が、ソレノイドコイルの端部における巻線の巻き数を部分的に少なくした構造である態様が好ましい。 In the above synchronous motor, it is preferable that the weak magnetic structure is a structure in which the number of turns of windings at the ends of the solenoid coil is partially reduced.

ソレノイドコイルに、発生される磁場の強さが部分的に弱くされた弱磁構造を設ける方法としては、巻線の巻き数を部分的に少なくする方法の他に、ソレノイドコイルの芯(巻線が巻かれる物体)の一部を、他の部分よりも透磁率の低い物質により構成する方法が知られている。ここで、上記のシンクロナスモーターは、ソレノイドコイルの端部における巻線の巻き数を部分的に少なくする手法をとるため、巻線が巻かれる突極の一部を他の部分よりも透磁率の低い物質により構成する必要がなく、それゆえにシンクロナスモーターを生産する際の手間を少なくすることができる。 As a method of providing a weak magnetic structure in which the strength of the generated magnetic field is partially weakened in the solenoid coil, in addition to the method of partially reducing the number of turns of the winding, the core of the solenoid coil (winding A method is known in which a part of an object around which a coil is wound is made of a material having a lower magnetic permeability than the other part. Here, since the synchronous motor described above employs a method of partially reducing the number of turns of the windings at the ends of the solenoid coil, some of the salient poles around which the windings are wound have a higher magnetic permeability than the other portions. It does not need to be made of a material with a low molecular weight, thus reducing the labor involved in producing a synchronous motor.

また、上記のシンクロナスモーターを複数備えたモーターアッセンブリの発明も提供される。ここで、複数のシンクロナスモーターは、1本のシャフトを回転軸として共有する第1のモーターおよび第2のモーターを含む。第1のモーターにおける、第1の界磁の各永久磁石および各励磁素子は、それぞれが等角等方的に配設されて、上記回転運動に際して第1の界磁の各永久磁石がローターの回転方向の下流側にある第2の界磁の永久磁石に引き寄せられる第1の状態を実現させる。第2のモーターにおける、第1の界磁の各永久磁石および各励磁素子は、それぞれが等角等方的に配設されて、上記回転運動に際して第1の界磁の各永久磁石が上記回転方向の下流側にある第2の界磁の永久磁石に引き寄せられる第2の状態を実現させる。第1の状態が実現されるタイミングと、第2の状態が実現されるタイミングとが、異なるタイミングとなるように設定されている。 Also provided is an invention of a motor assembly comprising a plurality of the above synchronous motors. Here, the multiple synchronous motors include a first motor and a second motor that share one shaft as a rotation axis. In the first motor, the permanent magnets of the first field and the excitation elements are equiangularly isotropically arranged so that the permanent magnets of the first field are aligned with the rotor during the rotational motion. A first state of being attracted to a permanent magnet of a second field on the downstream side in the direction of rotation is achieved. In the second motor, the permanent magnets of the first field and the excitation elements are equiangularly isotropically arranged so that the permanent magnets of the first field rotate during the rotational motion. A second state is achieved that attracts the permanent magnets of the second field downstream in the direction. The timing at which the first state is realized and the timing at which the second state is realized are set to be different timings.

上記のモーターアッセンブリによれば、シャフトの回転をもたらす、磁力による引き寄せが生じるタイミングを、第1のモーターと第2のモーターとの協働によって増やし、もってシャフトの回転をよりスムーズにすることができる。 According to the motor assembly described above, the timing at which the magnetic attraction that causes the rotation of the shaft occurs can be increased by cooperation between the first motor and the second motor, thereby making the rotation of the shaft smoother. .

上記のモーターアッセンブリにおいては、第2のモーターにおける第2の界磁の各永久磁石は、等角等方的に配設されて、第1の状態が実現されるタイミングにおいて、第2のモーターにおける励磁素子と互いに対向する態様が好ましい。 In the above motor assembly, the permanent magnets of the second field in the second motor are equiangularly isotropically arranged, and at the timing when the first state is realized, A mode in which the excitation element faces each other is preferred.

上記のモーターアッセンブリによれば、第2のモーターにおいて第1の界磁の永久磁石が励磁素子に対向して、この励磁素子にて発生される変動磁場がシャフトを回転させる角運動量を第1の界磁に与えなくなったときに、第1のモーターにおいて第1の界磁の各永久磁石が第2の界磁の永久磁石に引き寄せられる作用により、シャフトを回転させることができる。 According to the above motor assembly, in the second motor, the permanent magnet of the first magnetic field faces the exciting element, and the fluctuating magnetic field generated by this exciting element converts the angular momentum that rotates the shaft into the first magnetic field. The attraction of each permanent magnet of the first field to the permanent magnet of the second field in the first motor when the field is de-energized causes the shaft to rotate.

本発明のシンクロナスモーターおよびモーターアッセンブリは、励磁素子の稼働および停止にともなう磁場の乱れによるエネルギーのロスを減らすことができる。 The synchronous motor and motor assembly of the present invention can reduce energy loss due to magnetic field disturbances associated with the activation and deactivation of excitation elements.

本発明の一実施形態にかかるモーターアッセンブリ10を表した右側面図である。It is a right side view showing motor assembly 10 concerning one embodiment of the present invention. 図1のII-II線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG. 1; 図2のIII-III線断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 2; 図3のIV-IV線端面図である。4 is an end view taken along line IV-IV of FIG. 3; FIG. 図3のV-V線端面図である。FIG. 4 is an end view taken along line VV of FIG. 3; 図3の第1のモーター20および第2のモーター30の動作を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining operations of a first motor 20 and a second motor 30 in FIG. 3; 図3の第1のモーター20および第2のモーター30の動作を、図4の円筒面20Aを平面とするように展開した態様で説明する説明図である。4. It is explanatory drawing which demonstrates the operation|movement of the 1st motor 20 and the 2nd motor 30 of FIG. 3 in the aspect developed|developed so that 20 A of cylindrical surfaces of FIG. 4 might be a plane. 図3の第1のモーター20および第2のモーター30の動作を、図4の円筒面20Aを平面とするように展開した態様で説明する説明図である。4. It is explanatory drawing which demonstrates the operation|movement of the 1st motor 20 and the 2nd motor 30 of FIG. 3 in the aspect developed|developed so that 20 A of cylindrical surfaces of FIG. 4 might be a plane. 図3の第1のモーター20および第2のモーター30の動作を、図4の円筒面20Aを平面とするように展開した態様で説明する説明図である。4. It is explanatory drawing which demonstrates the operation|movement of the 1st motor 20 and the 2nd motor 30 of FIG. 3 in the aspect developed|developed so that 20 A of cylindrical surfaces of FIG. 4 might be a plane.

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を用いて説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated using drawing.

始めに、本発明の一実施形態にかかるモーターアッセンブリ10について説明する。このモーターアッセンブリ10は、図3に示すように、それぞれが本発明の一実施形態にかかるシンクロナスモーターである第1のモーター20および第2のモーター30を備える。これら第1のモーター20および第2のモーター30は、1本のシャフト11を共有して、このシャフト11をコントローラー10Bから供給される電気エネルギーによって回転させる。 First, a motor assembly 10 according to one embodiment of the invention will be described. This motor assembly 10, as shown in FIG. 3, comprises a first motor 20 and a second motor 30, each of which is a synchronous motor according to one embodiment of the present invention. These first motor 20 and second motor 30 share one shaft 11 and rotate this shaft 11 with electrical energy supplied from the controller 10B.

本実施形態においては、コントローラー10Bは、交流電流および直流電流のいずれをも出力することが可能な電源装置であり、かつ、出力する電流の波形を、例えば正弦波、三角波、矩形波、パルス波を含む任意の波形に設定することができる電源装置である。また、シャフト11は、図2および図3に示すように、その両端部が長尺の円柱形状を呈する丸シャフト部11Aとされ、これら丸シャフト部11Aに挟まれた中間部分が長尺の正四角柱形状を呈する角シャフト部11Bとされている。 In the present embodiment, the controller 10B is a power supply device capable of outputting both alternating current and direct current, and the waveform of the output current is, for example, a sine wave, triangular wave, rectangular wave, pulse wave. It is a power supply that can be set to any waveform including As shown in FIGS. 2 and 3, the shaft 11 has both ends formed into a long cylindrical round shaft portion 11A, and an intermediate portion sandwiched between the round shaft portions 11A is formed into a long square shaft. A square shaft portion 11B having a prismatic shape is formed.

第1のモーター20は、図2ないし図4に示すように、複数(本実施形態では4つ)の永久磁石23Aを有するアッセンブリである第1の界磁23を備える。また、第2のモーター30は、図5に示すように、複数(本実施形態では4つ)の永久磁石33Aを有するアッセンブリである第1の界磁33を備える。本実施形態においては、第1のモーター20の第1の界磁23と第2のモーター30の第1の界磁33との間には、これらが互いに近接することを抑制する円環状のスペーサー10C(図3参照)が備えられる。 The first motor 20, as shown in FIGS. 2-4, comprises a first magnetic field 23 which is an assembly having a plurality (four in this embodiment) of permanent magnets 23A. Also, as shown in FIG. 5, the second motor 30 includes a first magnetic field system 33 which is an assembly having a plurality of (four in this embodiment) permanent magnets 33A. In this embodiment, an annular spacer is provided between the first magnetic field 23 of the first motor 20 and the first magnetic field 33 of the second motor 30 to prevent them from approaching each other. 10C (see FIG. 3) is provided.

ここで、第2のモーター30は、その永久磁石33Aの配設位置が、第1のモーター20における永久磁石23Aの配設位置と異なる(図2参照)点を除いて、第1のモーター20と全く同じ構成を有している。このため、以下においては、第1のモーター20および第2のモーター30について、その詳細な説明を第1のモーター20の各構成の説明により代表させて行う。そして、第2のモーター30の各構成については、第1のモーター20の各構成に付した符号から、その十の位の数字を「3」に置き換えた符号を付して対応させ、その詳細な説明を省略する。 Here, the second motor 30 is the same as the first motor 20 except that the arrangement position of the permanent magnet 33A is different from the arrangement position of the permanent magnet 23A in the first motor 20 (see FIG. 2). has exactly the same configuration as For this reason, in the following, the detailed description of the first motor 20 and the second motor 30 will be representatively given by the description of each configuration of the first motor 20 . Then, each configuration of the second motor 30 is assigned a reference number obtained by replacing the tens digit of the reference number assigned to each configuration of the first motor 20 with "3". detailed description is omitted.

第1のモーター20は、図2ないし図4に示すように、第1の界磁23が配設される円盤をなすローター21と、このローター21の周りを取り巻いて配されるステーター22とを備える。ローター21は、シャフト11の角シャフト部11Bが冷やしばめで一体化されることで、このシャフト11の軸線を回転軸10Aとしてこの回転軸10Aのまわり(周方向)に回転する回転運動が可能とされる。ステーター22は、正十二角筒をなすように形成されて、この筒の内部にローター21を収納した状態でハウジング12の中に入れられることで、回転軸10Aおよびローター21のまわりを取り巻いた状態に配設される。 As shown in FIGS. 2 to 4, the first motor 20 includes a disk-shaped rotor 21 in which a first magnetic field 23 is arranged, and a stator 22 arranged around the rotor 21. Prepare. The rotor 21 is integrated with the square shaft portion 11B of the shaft 11 by cooling fit, so that the rotor 21 can rotate around (circumferentially) the axis of the shaft 11 as the rotation axis 10A. be done. The stator 22 is formed to form a regular dodecagonal cylinder, and is placed in the housing 12 with the rotor 21 accommodated inside the cylinder, thereby surrounding the rotating shaft 10A and the rotor 21. placed in the state.

ハウジング12は、図1ないし図3に示すように、シャフト11の軸線(すなわち回転軸10A)に沿って延びる金属製の円形ダクトである。このハウジング12の外側面には、ハウジング12を他の物品(図示せず)にねじ止めするためのベース金具12Aが設けられている。 The housing 12 is a metal circular duct extending along the axis of the shaft 11 (that is, the rotation axis 10A), as shown in FIGS. A base fitting 12A is provided on the outer surface of the housing 12 for screwing the housing 12 to another article (not shown).

また、ハウジング12の内側面には、図2および図3に示すように、このハウジング12に入れられるステーター22に対して係合し、もってステーター22がシャフト11の径方向および周方向に動くことを規制する台をなす4つの係合部12Bが設けられている。これら係合部12Bには、ハウジング12がなす円形ダクトよりも長尺(図1参照)のながねじ12Dが、1本ずつ挿通されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the inner surface of the housing 12 is engaged with the stator 22 inserted in the housing 12 so that the stator 22 can move radially and circumferentially of the shaft 11. There are provided four engaging portions 12B forming a base for regulating the. Long screws 12D longer than the circular duct formed by the housing 12 (see FIG. 1) are inserted one by one through these engaging portions 12B.

また、ハウジング12がなす円形ダクトの両端は、図1および図3に示すように、それぞれふさぎ板12Cによってふさがれている。これらふさぎ板12Cは、それぞれが4本のながねじ12Dに締結されることで、ハウジング12に固定される。また、2枚のふさぎ板12Cは、それぞれが軸受け12Eを備えて、シャフト11を上記回転運動が可能な状態に軸支する。 Both ends of the circular duct formed by the housing 12 are closed by closing plates 12C, as shown in FIGS. These closing plates 12C are fixed to the housing 12 by fastening to four long screws 12D. Each of the two closing plates 12C has a bearing 12E to pivotally support the shaft 11 so that it can rotate.

ステーター22は、図4に示すように、軟磁性物質(例えばケイ素鉄)からなる筒をなす。この筒の内側面(図4では回転軸10A側となる側面)からは、その内部側(図4では回転軸10Aに向かう側)に向けて、4本の突極22Aおよび8本の突極22Bが突出されている。これらの突極22A、22Bは、ステーター22の筒と同じ軟磁性物質から構成される。本実施形態においては、第1のモーター20におけるステーター22の各突極22A、22B、および、第2のモーター30におけるステーター32の各突極32A、32B(図5参照)は、シャフト11の周方向で見た位置ずれの量が0°となるようにされている。 The stator 22, as shown in FIG. 4, is a cylinder made of a soft magnetic material (for example, silicon iron). 4 salient poles 22A and 8 salient poles 22A and 8 salient poles from the inner side of the cylinder (the side facing the rotating shaft 10A in FIG. 4) toward the inner side (the side facing the rotating shaft 10A in FIG. 4). 22B is projected. These salient poles 22A and 22B are made of the same soft magnetic material as the stator 22 cylinder. In this embodiment, each salient pole 22A, 22B of the stator 22 in the first motor 20 and each salient pole 32A, 32B (see FIG. 5) of the stator 32 in the second motor 30 are arranged around the shaft 11. The amount of misalignment in the direction is set to 0°.

4本の突極22Aは、それぞれがステーター22の筒における高さ方向(図4では紙面に垂直な方向)に延びる内周リブであり、ステーター22の筒の内側面に等角等方的に配される。これらの突極22Aは、ステーター22の筒の内部側(図4では回転軸10Aに向かう側)に向けて突出され、突出される各先端面が、回転軸10Aを中心軸とした正四角柱の各側面をなすような平面とされている。 Each of the four salient poles 22A is an inner peripheral rib extending in the height direction (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 4) in the cylinder of the stator 22, and is equiangularly isotropic on the inner surface of the cylinder of the stator 22. distributed. These salient poles 22A protrude toward the inner side of the cylinder of the stator 22 (the side facing the rotating shaft 10A in FIG. 4), and each of the protruding tip end faces is a square prism with the rotating shaft 10A as the central axis. It is made into the plane which makes each side.

8本の突極22Bは、それぞれがステーター22の筒における高さ方向(図4では紙面に垂直な方向)に延びる板状の内周リブであり、4本の突極22A間に設定される4つのスペース20Bのそれぞれに2本1組で配される。これらの突極22Bは、ステーター22の筒の内部側(図4では回転軸10Aに向かう側)に向けて、突極22Aの突出量よりも長い突出量で突出される。 Each of the eight salient poles 22B is a plate-shaped inner peripheral rib extending in the height direction (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 4) of the cylinder of the stator 22, and is set between the four salient poles 22A. A set of two is arranged in each of the four spaces 20B. These salient poles 22B protrude toward the inner side of the cylinder of the stator 22 (the side facing the rotating shaft 10A in FIG. 4) with a projection amount longer than that of the salient poles 22A.

また、各突極22Bにおいて、回転軸10A側となる端部22Cは、その突端の面が回転軸10Aを中心軸とした仮想的な円筒面20Aの一部を構成するようにえぐれた面とされている。言いかえると、各突極22Bにおいて、回転軸10A側となる端部22Cの突端から回転軸10Aまでの最短距離である第1の距離10Dは、互いに等しくなるようにされている。 In each salient pole 22B, the end portion 22C on the side of the rotating shaft 10A is hollowed out so that the protruding end surface forms part of the virtual cylindrical surface 20A with the rotating shaft 10A as the central axis. It is In other words, in each salient pole 22B, the first distance 10D, which is the shortest distance from the tip of the end portion 22C on the rotating shaft 10A side to the rotating shaft 10A, is made equal.

ローター21は、シャフト11の角シャフト部11Bに対してしまりばめのはめあいをなすフェノール樹脂製の円筒の外側面に、この円筒をその高さ方向(図2では紙面に垂直な方向)に貫通して延びる4本のあり溝21Aを、等角等方的に配設したものである。これらのあり溝21Aには、図2ないし図4に示すように、第1の界磁23の4つの永久磁石23A(具体的には例えばネオジム磁石)が1つずつ取り付けられている。 The rotor 21 is mounted on the outer surface of a phenolic resin cylinder that is tightly fitted to the square shaft portion 11B of the shaft 11. The rotor 21 penetrates the cylinder in the height direction (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 2). Four dovetail grooves 21A are arranged equiangularly and isotropically. As shown in FIGS. 2 to 4, four permanent magnets 23A (specifically, neodymium magnets, for example) of the first magnetic field 23 are attached one by one to these dovetail grooves 21A.

各永久磁石23Aは、それぞれがあり溝21Aに対応したありさんの形状をなすことで、あり溝21Aの全長にわたってこのあり溝21Aから分離されないように嵌め合わされる。これにより、第1の界磁23の4つの永久磁石23Aは、ローター21において回転軸10Aの周りを取り巻くように配されたアッセンブリをなす。ここで、あり溝(dovetail groove)とは壁部分に傾斜がつけられることで開口部分の幅が底部分の幅よりも狭くされた構成の溝のことをいい、ありさん(sliding dovetail)とはあり溝に対してこのあり溝が延びる方向から滑り込ませて嵌め合わすことが可能な板状の部位のことをいう。 Each permanent magnet 23A has a dovetail shape corresponding to the dovetail groove 21A, and is fitted over the entire length of the dovetail groove 21A so as not to be separated from the dovetail groove 21A. As a result, the four permanent magnets 23A of the first magnetic field 23 form an assembly that surrounds the rotating shaft 10A in the rotor 21. As shown in FIG. Here, the dovetail groove refers to a groove in which the width of the opening portion is narrower than the width of the bottom portion by sloping the wall portion, and the sliding dovetail is a groove. It is a plate-like portion that can be fitted into the dovetail groove by being slid into the dovetail groove from the direction in which the dovetail groove extends.

また、第2のモーター30において、ローター31は、図5に示すように、シャフト11の角シャフト部11Bに対してしまりばめのはめあいをなすフェノール樹脂製の円筒である。この円筒の外側面には、この円筒の高さ方向(図2では紙面に垂直な方向)に貫通して延びる4本のあり溝31Aが、等角等方的に配設される。これらのあり溝31Aには、第1の界磁33の4つの永久磁石33A(具体的には例えばネオジム磁石)が1つずつ取り付けられている。 In the second motor 30, the rotor 31 is a cylinder made of phenolic resin that is tightly fitted to the angular shaft portion 11B of the shaft 11, as shown in FIG. Four dovetail grooves 31A extending through the cylinder in the height direction (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 2) are equiangularly isotropically arranged on the outer surface of the cylinder. Four permanent magnets 33A (specifically, neodymium magnets, for example) of the first magnetic field 33 are attached one by one to these dovetail grooves 31A.

各永久磁石33Aは、それぞれがあり溝31Aに対応したありさんの形状をなすことで、あり溝31Aの全長にわたってこのあり溝31Aから分離されないように嵌め合わされる。これにより、第2のモーター30において、第1の界磁33の4つの永久磁石33Aは、ローター31において回転軸10Aの周りを取り巻くように配されたアッセンブリをなす。また、第1のモーター20における第1の界磁23の各永久磁石23A、および、第2のモーター30における第1の界磁33の各永久磁石33Aは、シャフト11の周方向で見た位置ずれの量である第1の量(図4および図5では45°)が変化しないように固定される。 Each permanent magnet 33A has a dovetail shape corresponding to the dovetail groove 31A, and is fitted over the entire length of the dovetail groove 31A so as not to be separated from the dovetail groove 31A. Thus, in the second motor 30, the four permanent magnets 33A of the first magnetic field 33 form an assembly arranged in the rotor 31 so as to surround the rotating shaft 10A. Further, the permanent magnets 23A of the first field 23 in the first motor 20 and the permanent magnets 33A of the first field 33 in the second motor 30 are located at positions when viewed in the circumferential direction of the shaft 11. A first amount (45° in FIGS. 4 and 5), which is the amount of deviation, is fixed so as not to change.

本実施形態においては、第1のモーター20の4つの永久磁石23Aは、図3に示すように、スペーサー10Cとプレートカバー21Bとによってあり溝21Aが延びる方向の両側(図3では左右両側)から挟まれることで、このあり溝21Aからの抜け止めがなされる。ここで、スペーサー10Cは、第1のモーター20のローター21と第2のモーター30のローター31との間に挟まれることで、シャフト11に対して動かないように固定される。また、プレートカバー21Bは、ローター21において第2のモーター30とは反対側(図3では左側)となる端面に、ねじ止めによって固定される。 In this embodiment, the four permanent magnets 23A of the first motor 20 are, as shown in FIG. By being pinched, it is prevented from coming off from the dovetail groove 21A. Here, the spacer 10</b>C is sandwiched between the rotor 21 of the first motor 20 and the rotor 31 of the second motor 30 so as to be fixed to the shaft 11 so as not to move. The plate cover 21B is fixed by screwing to the end face of the rotor 21 opposite to the second motor 30 (left side in FIG. 3).

これにより、4つの永久磁石23Aは、図2ないし図4に示すように、そのステーター22側の端部23Dのみがローター21の外側面に露出され、残りがローター21の内部に埋まった半埋設の状態とされている。ここで、各端部23Dは、図2に示すように、ステーター22およびこのステーター22に設けられた各構成と接触されないように、そのステーター22側の端面が回転軸10Aを中心軸とした1つの円筒面23Eをなすように丸められた形状とされている。 As a result, as shown in FIGS. 2 to 4, the four permanent magnets 23A are semi-embedded in which only the ends 23D on the stator 22 side are exposed to the outer surface of the rotor 21 and the rest are buried inside the rotor 21. is said to be in the state of Here, as shown in FIG. 2, each end portion 23D has an end surface on the side of the stator 22 so as not to come into contact with the stator 22 and each structure provided in this stator 22. The shape is rounded so as to form two cylindrical surfaces 23E.

ところで、第1のモーター20において、第1の界磁23の各永久磁石23Aは、図4に示すように、その磁化方向が、回転軸10Aから見た動径方向と直交する向き(すなわち回転軸10Aの周方向に沿う向き)となるように配設されている。このため、各永久磁石23Aは、回転軸10Aから見た動径方向と直交する方向の磁力線23Cを有する磁場23Bを発生させる。本実施形態においては、各永久磁石23Aは、回転軸10Aの周方向で見た一方側(図4では反時計回り側)の面がN極とされ、他方側(図4では時計回り側)の面がS極とされることで、回転軸10Aの周方向で見た磁極の向きが統一された状態に配される。 By the way, in the first motor 20, each permanent magnet 23A of the first magnetic field 23, as shown in FIG. direction along the circumferential direction of the shaft 10A). Therefore, each permanent magnet 23A generates a magnetic field 23B having magnetic lines of force 23C in a direction orthogonal to the radial direction viewed from the rotating shaft 10A. In the present embodiment, each permanent magnet 23A has an N pole on one side (counterclockwise side in FIG. 4) viewed in the circumferential direction of the rotating shaft 10A, and the other side (clockwise side in FIG. 4). is the S pole, the directions of the magnetic poles seen in the circumferential direction of the rotating shaft 10A are arranged in a uniform state.

また、4本の突極22Aの各先端面には、それぞれ、板面が平らな板をなす4つの永久磁石24A(具体的には例えばネオジム磁石)が1つずつ取り付けられている。本実施形態においては、各永久磁石24Aは、その板幅方向の端面をなす各端縁部24Eに斜面取り加工が施されることで、板幅方向に対してはすとされた面(すなわちベベル)を備えた形状を呈する。また、各永久磁石24Aは、そのベベルにおけるはすとされた面がステーター22側を向いた状態に取り付けられる。 Further, four permanent magnets 24A (specifically, for example, neodymium magnets) each having a flat plate surface are attached to the tip end surfaces of the four salient poles 22A. In the present embodiment, each permanent magnet 24A has a beveled surface (that is, a bevel). Also, each permanent magnet 24A is attached in such a manner that the beveled surface of the permanent magnet 24A faces the stator 22 side.

4つの永久磁石24Aは、それぞれ、その板厚方向に磁化された単極の磁石であり、その一方側の板面にあらわれるN極がローター21側を向き、他方側にあらわれるS極が突極22Aの先端面の全体を覆うように取り付けられる。これにより、4つの永久磁石24Aは、ステーター22においてローター21の周りを取り巻くように配されたアッセンブリをなす。本実施形態においては、4つの永久磁石24Aは、それぞれ、突極22Aに対してねじ止めによって固定される。 Each of the four permanent magnets 24A is a single-pole magnet magnetized in its plate thickness direction. The N pole appearing on one side of the plate surface faces the rotor 21 side, and the S pole appearing on the other side is a salient pole. It is attached so as to cover the entire tip surface of 22A. As a result, the four permanent magnets 24A form an assembly that surrounds the rotor 21 in the stator 22. As shown in FIG. In this embodiment, the four permanent magnets 24A are each fixed to the salient poles 22A by screwing.

また、4つの永久磁石24Aは、それぞれ、その磁化方向が回転軸10Aから見た動径方向と一致するように配設されることで、この動径方向と一致する方向の磁力線24Cを有する磁場24Bを発生させる。すなわち、4つの永久磁石24Aからなるアッセンブリは、回転軸10Aに向かう動径方向に沿う方向の磁力線24Cを有する磁場24Bを発生させる第2の界磁24として機能する。 The four permanent magnets 24A are arranged so that their magnetization directions are aligned with the radial direction as seen from the rotating shaft 10A, so that the magnetic field having the magnetic lines of force 24C in the direction aligned with the radial direction. 24B is generated. That is, the assembly of four permanent magnets 24A functions as a second magnetic field 24 that generates a magnetic field 24B having magnetic lines of force 24C directed radially toward the rotation axis 10A.

また、第2のモーター30において、4本の突極32Aの各先端面には、図5に示すように、それぞれ、板面が平らな板をなす4つの永久磁石34A(具体的には例えばネオジム磁石)が1つずつ取り付けられている。これらの永久磁石34Aからなるアッセンブリは、回転軸10Aに向かう動径方向に沿う方向の磁力線34Cを有する磁場34Bを発生させる第2の界磁34として機能する。ここから、第1のモーター20における第2の界磁24の各永久磁石24A、および、第2のモーター30における第2の界磁34の各永久磁石34Aは、シャフト11の周方向で見た位置ずれの量である第2の量が変化しないように固定されているといえる。また、第2の量(図4および図5では45°)は、第1の量(図4および図5では45°)とは異なる量となるように設定されているともいえる。 Further, in the second motor 30, as shown in FIG. 5, four permanent magnets 34A (specifically, for example Neodymium magnets are attached one by one. An assembly of these permanent magnets 34A functions as a second magnetic field 34 that generates a magnetic field 34B having magnetic lines of force 34C directed radially toward the rotation axis 10A. From here, each permanent magnet 24A of the second field 24 in the first motor 20 and each permanent magnet 34A of the second field 34 in the second motor 30 are viewed in the circumferential direction of the shaft 11. It can be said that the second amount, which is the amount of positional deviation, is fixed so as not to change. It can also be said that the second amount (45° in FIGS. 4 and 5) is set to be a different amount from the first amount (45° in FIGS. 4 and 5).

また、第1のモーター20において、8本の突極22Bは、それぞれ、巻線25C(図2参照)が巻き付けられて、ソレノイドコイルの鉄心として機能する。これらソレノイドコイルは、コントローラー10B(図1参照)が出力する電流を受けて、この電流の波形に対応した変動磁場または定常磁場を発生させるようになっている。ここで、各ソレノイドコイルが発生させる磁場は、第1の界磁23の各永久磁石23Aを磁力により引き寄せあるいは退けることが可能な強さとすることができるものである。 In the first motor 20, each of the eight salient poles 22B is wound with a winding 25C (see FIG. 2) and functions as an iron core of a solenoid coil. These solenoid coils receive a current output from the controller 10B (see FIG. 1) and generate a variable magnetic field or steady magnetic field corresponding to the waveform of this current. Here, the magnetic field generated by each solenoid coil can be of a strength capable of attracting or repelling each permanent magnet 23A of the first magnetic field 23 by magnetic force.

このため、各ソレノイドコイルは、突極22A間に設定される各スペース20Bに配されて、回転軸10Aの周方向に並んで隣り合う2本が組(アッセンブリ)となる。このアッセンブリは、ローター21を回転させる角運動量を第1の界磁23の各永久磁石23Aに与える変動磁場を発生させることが可能な励磁素子25として機能する。 Therefore, each solenoid coil is arranged in each space 20B set between the salient poles 22A, and two coils adjacent to each other in the circumferential direction of the rotating shaft 10A form a set (assembly). This assembly functions as an excitation element 25 capable of generating a varying magnetic field that imparts angular momentum to each permanent magnet 23A of the first field 23 to rotate the rotor 21 .

本実施形態においては、各ソレノイドコイルには、その各突極22Bにおいて回転軸10A側となる端部22Cにおける巻線25Cの巻き数を部分的に少なくした構造が設けられている。この構造は、各ソレノイドコイルが励磁したときにその突極22Bの端部22Cにて発生される磁場の強さを部分的に弱くする構造であり、本発明における「弱磁構造」に相当する。 In this embodiment, each solenoid coil is provided with a structure in which the number of turns of the winding 25C at the end 22C on the rotating shaft 10A side of each salient pole 22B is partially reduced. This structure partially weakens the strength of the magnetic field generated at the ends 22C of the salient poles 22B when each solenoid coil is excited, and corresponds to the "weak magnetic structure" in the present invention. .

なお、以下においては、各励磁素子25において、回転軸10Aの周方向で見た一方側(図4では反時計回り側)に位置されるソレノイドコイルを第1のコイル25Aとし、他方側(図4では時計回り側)に位置されるソレノイドコイルを第2のコイル25Bとして説明を行う。 In the following, in each excitation element 25, the solenoid coil positioned on one side (counterclockwise side in FIG. 4) as seen in the circumferential direction of the rotating shaft 10A is referred to as the first coil 25A, and the other side (the 4, the solenoid coil located on the clockwise side) will be described as the second coil 25B.

すなわち、第1のモーター20は、突極22A間のスペース20Bに1つずつ配設される4つの励磁素子25を備えているということができる。また、各励磁素子25は、隣り合う2つのコイルである第1のコイル25Aおよび第2のコイル25Bを含む、複数のコイルを備えたアッセンブリであるということができる。また、第1のコイル25Aおよび第2のコイル25Bは、第2の界磁24の各永久磁石24Aの間にあるスペース20Bに、回転軸10Aの周方向(すなわちローター21の回転方向)に並んだ状態に配設されているということができる。 That is, it can be said that the first motor 20 is provided with four exciting elements 25 arranged one by one in the space 20B between the salient poles 22A. Each magnetizing element 25 can also be said to be an assembly with a plurality of coils, including two adjacent coils, a first coil 25A and a second coil 25B. Also, the first coil 25A and the second coil 25B are arranged in the space 20B between the permanent magnets 24A of the second magnetic field 24 in the circumferential direction of the rotating shaft 10A (that is, the rotating direction of the rotor 21). It can be said that it is arranged in a state of

ところで、第2の界磁24における4つの永久磁石24Aは、図4に示すように、それぞれ、その板幅方向で見た中央部分24Dにおいて、回転軸10A側となる端から回転軸10Aまでの距離が最短となる。この最短距離(以下、「第2の距離10E」とも称する。図4参照)は、4つの永久磁石24Aのいずれにおいても、上述した第1の距離10Dと同じ距離となるように設定されている。 By the way, as shown in FIG. 4, the four permanent magnets 24A in the second magnetic field 24 each extend from the end on the rotating shaft 10A side to the rotating shaft 10A in the central portion 24D viewed in the plate width direction. the shortest distance. This shortest distance (hereinafter also referred to as “second distance 10E”; see FIG. 4) is set to be the same distance as the first distance 10D described above for any of the four permanent magnets 24A. .

言いかえると、第2の界磁24の各永久磁石24Aは、その中央部分24Dにおいて、上述した仮想的な円筒面20Aに接する。ここから、第2の界磁24の各永久磁石24Aは、これら永久磁石24Aにおいて励磁素子25と隣り合う端縁部24Eから回転軸10Aまでの距離24Hが、上述した第1の距離10Dよりも長くなる(図2参照)ように配設されているといえる。 In other words, each permanent magnet 24A of the second field 24 is in contact with the imaginary cylindrical surface 20A described above at its central portion 24D. From here, each permanent magnet 24A of the second magnetic field 24 has a distance 24H from the end edge 24E adjacent to the exciting element 25 to the rotating shaft 10A in these permanent magnets 24A, which is longer than the first distance 10D described above. It can be said that they are arranged so as to be long (see FIG. 2).

また、第1のモーター20の4つの励磁素子25において、第1のコイル25Aは、図6に示すように、そのすべてが1つの配線系統25Dに組み込まれて、互いに同期して動作する。また、第2のコイル25Bは、そのすべてが、配線系統25Dとは独立した、1つの配線系統25Eに組み込まれて、互いに同期して動作する。したがって、第1のモーター20における4つの励磁素子25は、そのすべての励磁コイルが同期して動作することになる。 In addition, in the four exciting elements 25 of the first motor 20, the first coils 25A are all incorporated into one wiring system 25D and operate in synchronization with each other, as shown in FIG. Further, all of the second coils 25B are incorporated in one wiring system 25E independent of the wiring system 25D and operate in synchronization with each other. Therefore, all the exciting coils of the four exciting elements 25 in the first motor 20 operate synchronously.

ここで、第1のモーター20の動作の態様について、主に図7ないし図9を用いて説明する。この説明においては、ローター21の回転の向きは、このローター21に取り付けられる永久磁石23AのS極が回転の前側(図7では右側)となる向きであるものとする。この向きの回転においては、第1のコイル25Aは、第2のコイル25Bよりも回転の上流側に位置される。 Here, the mode of operation of the first motor 20 will be described mainly with reference to FIGS. 7 to 9. FIG. In this description, the direction of rotation of the rotor 21 is such that the S pole of the permanent magnet 23A attached to the rotor 21 is on the front side of the rotation (right side in FIG. 7). In this orientation of rotation, the first coil 25A is positioned upstream of the rotation relative to the second coil 25B.

また、第2の界磁24における永久磁石24Aのうち、励磁素子25に対してローター21の回転方向の上流側(図7では左側)から隣り合うものを第1の永久磁石24Fとし、同じく下流側(図8では右側)から隣り合うものを第2の永久磁石24Gとする。言いかえると、第2の永久磁石24Gは、第1の永久磁石24Fとともに励磁素子25を回転の上流側および下流側の両側(図9では左右両側)から挟み込む。 Among the permanent magnets 24A in the second magnetic field 24, those adjacent to the excitation element 25 from the upstream side (left side in FIG. 7) in the rotational direction of the rotor 21 are designated as first permanent magnets 24F. The magnets adjacent from the side (the right side in FIG. 8) are the second permanent magnets 24G. In other words, the second permanent magnet 24G sandwiches the excitation element 25 together with the first permanent magnet 24F from both upstream and downstream sides of the rotation (right and left sides in FIG. 9).

第1のモーター20において、励磁素子25は、コントローラー10Bが出力する、所定の繰り返しパターンを有する電流10Fによって動作する。この電流10Fの繰り返しパターンは、電流10Fが流れる通電時間と、電流10Fが流れない休止時間とを有する。以下においては、永久磁石23Aの端部23Dが、第1の永久磁石24Fの中央部分24Dと対向する状態(図7の実線を参照)から第2の永久磁石24Gの中央部分24Dと対向する状態(図9の仮想線を参照)までの間の動作を説明する。また、図7ないし図9においては、第1のモーター20における4つの永久磁石23Aおよび第2のモーター30における4つの永久磁石33Aは、説明を簡単にするため、それぞれ1つずつのみを図示する。 In the first motor 20, the excitation element 25 is operated by a current 10F having a predetermined repeating pattern, output by the controller 10B. This repeating pattern of the current 10F has an energization time during which the current 10F flows and a pause time during which the current 10F does not flow. In the following, the state where the end portion 23D of the permanent magnet 23A faces the central portion 24D of the first permanent magnet 24F (see the solid line in FIG. 7) is changed to the state facing the central portion 24D of the second permanent magnet 24G. (See virtual lines in FIG. 9). 7 to 9, only one of each of the four permanent magnets 23A in the first motor 20 and the four permanent magnets 33A in the second motor 30 is shown for simplicity of explanation. .

永久磁石23Aの端部23Dが第1の永久磁石24Fの中央部分24Dと対向するタイミングにおいては、図7に示すように、コントローラー10Bが出力する電流10Fは、第1のコイル25Aに流れ、第2のコイル25Bには流れない第1のコントロール状態とされる。 At the timing when the end portion 23D of the permanent magnet 23A faces the central portion 24D of the first permanent magnet 24F, as shown in FIG. 2 coil 25B is set to a first control state in which no current flows.

この第1のコントロール状態において、第1のコイル25Aは、そのローター21側の端部22CがN極となるように励磁される変動磁場25Fを発生させる励磁コイルとして機能する。ここで、N極は、第2の界磁24の各永久磁石24Aにおけるローター21側の磁極と同種の磁極である。したがって、第1のコントロール状態においては、永久磁石23Aは、そのS極が励磁素子25の第1のコイル25Aに引き寄せられ、もってローター21およびシャフト11を回転させる角運動量が与えられる。また、第2のコイル25Bは、第1のコイル25Aが発生させる変動磁場25Fによる誘導起電力を発生させるインダクターとして機能する。 In this first control state, the first coil 25A functions as an excitation coil that generates a variable magnetic field 25F that is excited so that the end 22C on the rotor 21 side becomes the N pole. Here, the N pole is a magnetic pole of the same kind as the magnetic pole on the rotor 21 side in each permanent magnet 24A of the second magnetic field 24 . Therefore, in the first control state, the permanent magnet 23A is attracted with its south pole to the first coil 25A of the excitation element 25, thereby imparting angular momentum to rotate the rotor 21 and the shaft 11. FIG. Also, the second coil 25B functions as an inductor that generates an electromotive force induced by the fluctuating magnetic field 25F generated by the first coil 25A.

また、第2のコイル25Bの突極22Bは、外部からかけられる第1のコイル25Aの変動磁場25Fおよび永久磁石24Aの磁場24Bに応じて、これらの磁力線と同じ向きに磁化される軟磁性体として機能する。すなわち、第2のコイル25Bの突極22Bは、そのローター21側の端となる端部22Cが、第2の界磁24の各永久磁石24Aおよび第1のコイル25Aにおけるローター21側の磁極(N極)とは別種の磁極(S極)として機能する。そして、第2のコイル25Bの突極22Bは、第2の界磁24の各永久磁石24Aおよび第1のコイル25AにおいてN極からS極に向かう磁力線の逃げ場(通り道)となる。 The salient pole 22B of the second coil 25B is a soft magnetic material that is magnetized in the same direction as the magnetic lines of force according to the varying magnetic field 25F of the first coil 25A and the magnetic field 24B of the permanent magnet 24A applied from the outside. function as That is, the salient pole 22B of the second coil 25B has an end portion 22C, which is the end on the rotor 21 side, which is the magnetic pole ( It functions as a magnetic pole (S pole) different from the N pole). The salient pole 22B of the second coil 25B serves as an escape (passage) for magnetic lines of force from the N pole to the S pole in each permanent magnet 24A of the second magnetic field 24 and the first coil 25A.

なお、第1のコントロール状態において、永久磁石23AのS極は、ローター21側にN極を向けた第1の永久磁石24Fの端縁部24Eからも磁力の引力を受ける。しかるに、この端縁部24Eから回転軸10Aまでの距離24Hは、この回転軸10Aから突極22Bの端部22Cまでの距離(第1の距離10D)よりも長い。また、永久磁石23AのS極と第1の永久磁石24Fの端縁部24Eとの最短距離10Gは、永久磁石23AのS極から突極22Bの端部22Cまでの最短距離10Hと比して、上記距離24Hと第1の距離10Dとの差の分だけ長い。また、磁力の引力は、この引力がはたらく磁極間の距離の2乗に反比例して小さくなる。このため、永久磁石23Aにおいて、第1の永久磁石24Fの端縁部24Eから受ける磁力の引力の影響は、第1のコイル25Aから受ける磁力の引力の影響よりも小さくなる。 In the first control state, the S pole of the permanent magnet 23A also receives magnetic attraction from the edge portion 24E of the first permanent magnet 24F with the N pole facing the rotor 21 side. However, the distance 24H from the edge 24E to the rotating shaft 10A is longer than the distance (first distance 10D) from the rotating shaft 10A to the end 22C of the salient pole 22B. The shortest distance 10G between the S pole of the permanent magnet 23A and the edge 24E of the first permanent magnet 24F is compared with the shortest distance 10H from the S pole of the permanent magnet 23A to the end 22C of the salient pole 22B. , is longer by the difference between the distance 24H and the first distance 10D. Also, the attractive force of the magnetic force decreases in inverse proportion to the square of the distance between the magnetic poles on which this attractive force acts. Therefore, in the permanent magnet 23A, the influence of the attractive force of the magnetic force received from the edge portion 24E of the first permanent magnet 24F is smaller than the influence of the attractive force of the magnetic force received from the first coil 25A.

また、第1のモーター20が第1のコントロール状態にあるタイミングでは、第2のモーター30における第1の界磁33の永久磁石33Aは、ローター31の回転方向の下流側にある第2の界磁34の永久磁石34Aに引き寄せられる第2の状態を実現させる。この引き寄せの作用は、シャフト11を回転させる角運動量となり、このシャフト11を介して第1のモーター20のローター21に伝達される。 Further, at the timing when the first motor 20 is in the first control state, the permanent magnet 33A of the first field magnet 33 in the second motor 30 moves toward the second field downstream in the rotation direction of the rotor 31. A second state in which magnet 34 is attracted to permanent magnet 34A is realized. This attracting action becomes angular momentum that rotates the shaft 11 and is transmitted to the rotor 21 of the first motor 20 via this shaft 11 .

上述した各作用の組み合わせにより、永久磁石23Aは、第1のコイル25Aに対向する位置にまで達する。なお、本実施形態のコントローラー10Bは、永久磁石23Aの端部23Dが第1の永久磁石24Fに対向する位置を通り過ぎてから第1のコイル25Aに対向する位置に達するとされる時間までの間、上記第1のコントロール状態を実現させる。 Due to the combination of the actions described above, the permanent magnet 23A reaches a position facing the first coil 25A. Note that the controller 10B of the present embodiment controls the time from when the end portion 23D of the permanent magnet 23A passes the position facing the first permanent magnet 24F to when it reaches the position facing the first coil 25A. , to realize the first control state.

永久磁石23Aの端部23Dが第1のコイル25Aに対向すると、図8に示すように、コントローラー10Bが出力する電流10Fは、第1のコイル25Aに流れず、第2のコイル25Bには流れる第2のコントロール状態とされる。この第2のコントロール状態において、第2のコイル25Bは、そのローター21側の端部22CがN極となるように励磁される変動磁場(図示省略)を発生させる励磁コイルとして機能する。ここで、N極は、第2の界磁24の各永久磁石24Aにおけるローター21側の磁極と同種の磁極である。 When the end portion 23D of the permanent magnet 23A faces the first coil 25A, as shown in FIG. 8, the current 10F output by the controller 10B does not flow through the first coil 25A and flows through the second coil 25B. A second control state is entered. In this second control state, the second coil 25B functions as an excitation coil that generates a varying magnetic field (not shown) that excites the end 22C on the rotor 21 side to become the N pole. Here, the N pole is a magnetic pole of the same kind as the magnetic pole on the rotor 21 side in each permanent magnet 24A of the second magnetic field 24 .

したがって、第2のコントロール状態においては、永久磁石23Aは、そのN極が第1の永久磁石24Fにおいてローター21側となるN極に反発し、同じくS極が励磁素子25の第2のコイル25Bに引き寄せられる。これにより、永久磁石23Aには、ローター21およびシャフト11を回転させる角運動量が与えられる。 Therefore, in the second control state, the N pole of the permanent magnet 23A repels the N pole of the first permanent magnet 24F on the side of the rotor 21, and the S pole of the second coil 25B of the excitation element 25 attracted to. This gives the permanent magnet 23A angular momentum that rotates the rotor 21 and the shaft 11 .

第2のコントロール状態において、第1のコイル25Aの突極22Bは、外部からかけられる第2のコイル25Bの変動磁場および永久磁石24Aの磁場に応じて、これらの磁力線と同じ向きに磁化される軟磁性体として機能する。すなわち、第1のコイル25Aの突極22Bは、そのローター21側の端となる端部22Cが、第2の界磁24の各永久磁石24Aおよび第2のコイル25Bにおけるローター21側の磁極(N極)とは別種の磁極(S極)として機能する。そして、第1のコイル25Aの突極22Bは、第2の界磁24の各永久磁石24Aおよび第2のコイル25BにおいてN極からS極に向かう磁力線(図示省略)の逃げ場(通り道)となる。 In the second control state, the salient poles 22B of the first coil 25A are magnetized in the same direction as these magnetic lines of force in response to the externally applied varying magnetic field of the second coil 25B and the magnetic field of the permanent magnet 24A. It functions as a soft magnetic material. That is, the salient pole 22B of the first coil 25A has an end 22C, which is the end on the rotor 21 side, which is the rotor 21 side magnetic pole ( It functions as a magnetic pole (S pole) different from the N pole). The salient pole 22B of the first coil 25A serves as an escape (passage) for magnetic lines of force (not shown) directed from the N pole to the S pole in each permanent magnet 24A of the second magnetic field 24 and the second coil 25B. .

なお、第2のコントロール状態において、永久磁石23AのN極は、上記別種の磁極(S極)として機能している状態の第1のコイル25Aの突極22Bに対して、磁力の引力を発生させる。しかるに、第1のコイル25Aは、自身が発生させていた変動磁場25F(図7参照)の消失と、第2のコイル25Bが発生させる変動磁場とによる誘導起電力を発生させるインダクターとして機能する。これにより、第1のコイル25Aにおける突極22Bの端部22Cは、上記別種の磁極(S極)として機能するタイミングが遅れ、もって永久磁石23Aの端部23Dが第2のコイル25Bに対向する位置に達することを許容する。なお、本実施形態のコントローラー10Bは、永久磁石23Aの端部23Dが第1のコイル25Aに対向する位置を通り過ぎてから第2のコイル25Bに対向する位置に達するとされる時間までの間、上記第2のコントロール状態を実現させる。 In the second control state, the N pole of the permanent magnet 23A generates a magnetic attractive force with respect to the salient pole 22B of the first coil 25A functioning as the different magnetic pole (S pole). Let However, the first coil 25A functions as an inductor that generates induced electromotive force due to the disappearance of the fluctuating magnetic field 25F (see FIG. 7) generated by itself and the fluctuating magnetic field generated by the second coil 25B. As a result, the end 22C of the salient pole 22B of the first coil 25A delays the timing of functioning as the magnetic pole (S pole) of the different type, so that the end 23D of the permanent magnet 23A faces the second coil 25B. Allow to reach position. Note that the controller 10B of the present embodiment is configured so that the end portion 23D of the permanent magnet 23A passes through the position facing the first coil 25A until reaching the position facing the second coil 25B. Realize the second control state.

永久磁石23Aの端部23Dが第2のコイル25Bに対向すると、図9に示すように、コントローラー10Bが出力する電流10Fは、第1のコイル25Aおよび第2のコイル25Bのいずれにも流れない第3のコントロール状態とされる。この第3のコントロール状態においては、永久磁石23Aは、そのN極が第1の永久磁石24Fにおいてローター21側となるN極に反発し、同じくS極が第2の永久磁石24Gにおいてローター21側となるN極に引き寄せられる第1の状態となる。これにより、永久磁石23Aには、ローター21およびシャフト11を回転させる角運動量が与えられる。 When the end 23D of the permanent magnet 23A faces the second coil 25B, as shown in FIG. 9, the current 10F output by the controller 10B does not flow through either the first coil 25A or the second coil 25B. A third control state is entered. In this third control state, the permanent magnet 23A repels the north pole of the first permanent magnet 24F, which is on the rotor 21 side, and the south pole of the second permanent magnet 24G, which is on the rotor 21 side. It becomes the first state in which it is attracted to the N pole. This gives the permanent magnet 23A angular momentum that rotates the rotor 21 and the shaft 11 .

第3のコントロール状態において、第1のコイル25Aおよび第2のコイル25Bの各突極22Bは、外部からかけられる永久磁石24Aの磁場に応じて、その磁力線と同じ向きに磁化される軟磁性体として機能する。すなわち、各突極22Bは、そのローター21側の端となる端部22Cが、第2の界磁24の各永久磁石24Aにおけるローター21側の磁極(N極)とは別種の磁極(S極)として機能する。そして、各突極22Bは、第2の界磁24の各永久磁石24AにおいてN極からS極に向かう磁力線(図示省略)の逃げ場(通り道)となる。 In the third control state, each of the salient poles 22B of the first coil 25A and the second coil 25B is a soft magnetic material that is magnetized in the same direction as the magnetic lines of force according to the magnetic field of the permanent magnet 24A applied from the outside. function as That is, each salient pole 22B has an end 22C, which is the end on the rotor 21 side, of a magnetic pole (S pole) different from the magnetic pole (N pole) on the rotor 21 side in each permanent magnet 24A of the second magnetic field 24. ). Each salient pole 22B serves as an escape (passage) for magnetic lines of force (not shown) directed from the N pole to the S pole in each permanent magnet 24A of the second magnetic field 24 .

なお、第3のコントロール状態において、永久磁石23AのN極は、上記別種の磁極(S極)として機能している状態の各突極22Bに対して、磁力の引力を発生させる。しかるに、第1のコイル25Aの突極22Bは、永久磁石23AのN極との距離が長く、これらの間に生じる磁力の引力の影響が無視できるほど小さくなるものである。また、第2のコイル25Bは、自身が発生させていた変動磁場の消失にともなう誘導起電力を発生させるインダクターとして機能し、その突極22Bの端部22Cが上記別種の磁極(S極)として機能するタイミングを遅らせる。これにより、永久磁石23Aは、その端部23Dが第2のコイル25Bに対向する位置に達することが許容される。なお、本実施形態のコントローラー10Bは、永久磁石23Aの端部23Dが第2のコイル25Bに対向する位置を通り過ぎてから第2の永久磁石24Gの中央部分24Dに対向する位置に達するとされる時間までの間、上記第3のコントロール状態を実現させる。 In the third control state, the N pole of the permanent magnet 23A generates a magnetic attractive force with respect to each of the salient poles 22B functioning as the different magnetic poles (S poles). However, the salient pole 22B of the first coil 25A has a long distance from the N pole of the permanent magnet 23A, and the influence of the attractive force of the magnetic force generated therebetween is so small that it can be ignored. In addition, the second coil 25B functions as an inductor that generates an induced electromotive force accompanying the disappearance of the fluctuating magnetic field generated by itself. Delay the timing of functioning. This allows the permanent magnet 23A to reach a position where its end 23D faces the second coil 25B. Note that the controller 10B of the present embodiment reaches a position where the end portion 23D of the permanent magnet 23A faces the central portion 24D of the second permanent magnet 24G after passing the position facing the second coil 25B. Until the time, the third control state is realized.

また、第1のモーター20の永久磁石23Aが上記第1の状態にあるタイミングでは、第2のモーター30における第1の界磁33の永久磁石33Aは、ローター31の回転方向の下流側にある励磁素子25と互いに対向する。このため、第1のモーター20において永久磁石23Aが第2の永久磁石24Gに引き寄せられる作用は、シャフト11を介して第2のモーター30における第1のモーター30のローター31に伝達され、このローター31を回転させる角運動量をもたらす。 Also, at the timing when the permanent magnet 23A of the first motor 20 is in the first state, the permanent magnet 33A of the first magnetic field 33 of the second motor 30 is on the downstream side in the rotation direction of the rotor 31. It faces the excitation element 25 to each other. Therefore, the action of attracting the permanent magnet 23A to the second permanent magnet 24G in the first motor 20 is transmitted through the shaft 11 to the rotor 31 of the first motor 30 in the second motor 30. It provides angular momentum that rotates 31.

永久磁石23Aの端部23Dが第2の永久磁石24Gの中央部分24Dと対向すると、コントローラー10Bは、そのコントロール状態を第3のコントロール状態から第1のコントロール状態に切り替える。これにより、永久磁石23Aは、その端部23Dが現在対向している永久磁石24Aを第1の永久磁石24Fとして上述した動作を繰り返し、もってローター21を回転させる。 When the end portion 23D of the permanent magnet 23A faces the central portion 24D of the second permanent magnet 24G, the controller 10B switches its control state from the third control state to the first control state. As a result, the permanent magnet 23A repeats the above-described operation with the permanent magnet 24A, the end portion 23D of which is currently facing, as the first permanent magnet 24F, thereby causing the rotor 21 to rotate.

ここで、第1のモーター20における、第1の界磁23の各永久磁石23A、第2の界磁24の各永久磁石24A、および、各励磁素子25は、図4に示すように、それぞれが等角等方的に(すなわち、回転軸10Aを軸として4回対称となるように)配設されている。したがって、各永久磁石23Aおよび各励磁素子25は、これらが互いに対向する(図4の仮想線を参照)ことが可能とされている。このため、各永久磁石23Aは、互いが干渉することなく同期して動作し、もってローター21を回転させる駆動力を大きくする。 Here, the permanent magnets 23A of the first magnetic field 23, the permanent magnets 24A of the second magnetic field 24, and the excitation elements 25 in the first motor 20 are, as shown in FIG. are arranged equiangularly isotropically (that is, so as to have four-fold symmetry about the rotating shaft 10A). Therefore, each permanent magnet 23A and each excitation element 25 are allowed to face each other (see phantom lines in FIG. 4). Therefore, the permanent magnets 23A operate synchronously without interfering with each other, thereby increasing the driving force for rotating the rotor 21 .

また、第2のモーター30における、第1の界磁33の各永久磁石33A、第2の界磁34の各永久磁石34A、および、各励磁素子35は、図5に示すように、それぞれが等角等方的に(すなわち、回転軸10Aを軸として4回対称となるように)配設されている。したがって、各永久磁石33Aおよび各励磁素子35は、これらが互いに対向する(図5の実線を参照)ことが可能とされている。 5, the permanent magnets 33A of the first magnetic field 33, the permanent magnets 34A of the second magnetic field 34, and the excitation elements 35 in the second motor 30 are respectively They are arranged equiangularly isotropically (that is, so as to be four-fold symmetrical about the rotating shaft 10A). Therefore, each permanent magnet 33A and each excitation element 35 are allowed to face each other (see solid lines in FIG. 5).

ところで、第2のモーター30は、上述もしたように、その第1の界磁33の永久磁石33Aの配設位置が、第1のモーター20における第1の界磁23の永久磁石23Aの配設位置と異なる(図2参照)ように設定されている。具体的には、第2のモーター30における第1の界磁33の各永久磁石33Aは、第1のモーター20において第1の界磁23の各永久磁石23Aと各励磁素子25とが対向しているとき(図4の仮想線を参照)に、第2のモーター30における第2の界磁34の各永久磁石34Aと互いに対向する(図5の仮想線を参照)ように配設されている。 By the way, as described above, the second motor 30 has the permanent magnets 33A of the first magnetic field 33 arranged in the same position as the permanent magnets 23A of the first magnetic field 23 in the first motor 20. It is set to be different from the set position (see FIG. 2). Specifically, the permanent magnets 33A of the first magnetic field 33 in the second motor 30 are opposed to the permanent magnets 23A of the first magnetic field 23 and the excitation elements 25 in the first motor 20. 4), the permanent magnets 34A of the second field 34 in the second motor 30 are arranged to face each other (see the phantom lines in FIG. 5). there is

上述した第1のモーター20によれば、励磁素子25の励磁に際して、その励磁コイルに隣り合う突極22Bにおけるローター側の端が、第2の界磁24の各永久磁石24Aおよび励磁コイルにおけるローター側の磁極とは別種の磁極として機能し、もってこれら磁極を通る磁力線の逃げ場となる。これにより、励磁素子25の励磁に際して、その励磁コイルおよび第2の界磁24の各永久磁石24Aが互いの磁力により反発する影響を抑え、もって励磁素子25を励磁させる際に大きなエネルギーが必要となることをさけることができる。 According to the first motor 20 described above, when the exciting element 25 is excited, the rotor-side end of the salient pole 22B adjacent to the exciting coil is aligned with each permanent magnet 24A of the second magnetic field 24 and the rotor of the exciting coil. It functions as a magnetic pole different from the magnetic poles on the side, and thus serves as an escape field for the magnetic lines of force passing through these magnetic poles. As a result, when the excitation element 25 is excited, the magnetic force of the excitation coil and the permanent magnets 24A of the second magnetic field 24 repels each other. You can avoid becoming

また、上述した第1のモーター20では、ローター21が静止している場合において、第1の界磁23は、磁気的に見て不安定なつり合い状態となる。このとき、励磁素子25が発生させる磁場が変動されると、この変動は上記つり合い状態を崩す摂動となり、ローター21を回転させる角運動量を第1の界磁23に与えるトリガーとなる。これにより、第1のモーター20において停止しているローター21を動きやすくして、第1のモーター20の始動時に必要な電気エネルギーの低減をはかることが可能となる。 In addition, in the first motor 20 described above, when the rotor 21 is stationary, the first magnetic field 23 is in a magnetically unstable balanced state. At this time, when the magnetic field generated by the excitation element 25 fluctuates, this fluctuation becomes a perturbation that destroys the balanced state, and serves as a trigger that gives the first magnetic field 23 angular momentum to rotate the rotor 21 . As a result, the stationary rotor 21 of the first motor 20 can be easily moved, and the electrical energy required for starting the first motor 20 can be reduced.

また、上述した第1のモーター20では、ローター21が回転している場合において、第1の界磁23および第2の界磁24の各磁場23B、24Bがステーター22とローター21とを互いに遠ざける向きの成分を有する力を発生させる。これにより、第1のモーター20において回転しているローター21のひっかかりを減らして、第1のモーター20の駆動に必要な電気エネルギーの低減をはかることが可能となる。 Further, in the first motor 20 described above, when the rotor 21 is rotating, the magnetic fields 23B and 24B of the first magnetic field 23 and the second magnetic field 24 move the stator 22 and the rotor 21 away from each other. Generate a force that has a directional component. As a result, the rotor 21 rotating in the first motor 20 is less likely to get caught, and the electrical energy required to drive the first motor 20 can be reduced.

また、上述した第1のモーター20によれば、複数の励磁素子25を互いのはたらきを妨害しないように稼働させ、もって励磁素子25により回転されるローター21の駆動力を大きくすることができる。 Further, according to the above-described first motor 20, the plurality of excitation elements 25 can be operated without interfering with each other, thereby increasing the driving force of the rotor 21 rotated by the excitation elements 25.

また、上述した第1のモーター20では、第1の界磁23の永久磁石23Aが、励磁素子25において励磁コイルとして機能するソレノイドコイルに対向する位置に位置されるときがある。すると、励磁コイルとして機能するソレノイドコイルが発生させる変動磁場がローター21を回転させる角運動量を第1の界磁23に与えなくなる。このときには、励磁素子25において励磁コイルとなるコイルを入れ替えて上記角運動量を第1の界磁23に与えることができる。 Further, in the first motor 20 described above, the permanent magnet 23A of the first magnetic field 23 is sometimes positioned in the exciting element 25 at a position facing the solenoid coil functioning as the exciting coil. Then, the fluctuating magnetic field generated by the solenoid coil functioning as the excitation coil no longer gives the first magnetic field 23 the angular momentum for rotating the rotor 21 . At this time, the coils serving as the exciting coils in the exciting element 25 can be exchanged to give the angular momentum to the first magnetic field 23 .

また、上述した第1のモーター20では、励磁コイルとなるコイルの入れ替えに際して、電流が流されなくなるコイルは、このコイルにおいて発生していた磁場を維持させる向きの誘導起電力を維持するように誘導起電力を生じさせるインダクターとして機能する。これにより、上記電流が流されなくなるコイルの芯が、第1の界磁23の永久磁石23Aと引き合うことによるロスを低減させることができる。 In addition, in the first motor 20 described above, when the coils that become the excitation coils are replaced, the coils to which the current does not flow are induced to maintain the induced electromotive force in the direction that maintains the magnetic field generated in the coils. It functions as an inductor that generates electromotive force. As a result, it is possible to reduce the loss due to the attraction of the core of the coil through which the current does not flow with the permanent magnet 23A of the first magnetic field 23 .

また、上述した第1のモーター20によれば、ローター21を回転させる角運動量を与える変動磁場が第1の界磁23に作用する時間をコントローラー10Bの動作により長くし、もってローター21をよりスムーズに回転させることができる。 Further, according to the first motor 20 described above, the controller 10B operates to lengthen the time during which the fluctuating magnetic field that gives the angular momentum that rotates the rotor 21 acts on the first magnetic field 23, thereby making the rotor 21 smoother. can be rotated to

また、上述した第1のモーター20によれば、励磁素子25において励磁コイルとして機能するソレノイドコイルに第1の界磁23の永久磁石23Aが対向するときがある。このときには、この永久磁石23Aと上記励磁コイルとして機能するソレノイドコイルとの距離が比較的近くなるとともに、第1の界磁23の永久磁石23Aと第2の界磁24の永久磁石24Aとの磁極間の距離が比較的遠くなる。これにより、第1の界磁23の永久磁石23Aに上記励磁コイルとして機能するソレノイドコイルの変動磁場が作用するときに、この作用に対して第2の界磁24の永久磁石24Aの磁場24Bがおよぼす影響を少なくすることができる。 Further, according to the above-described first motor 20, the permanent magnet 23A of the first magnetic field 23 sometimes faces the solenoid coil functioning as an exciting coil in the exciting element 25. As shown in FIG. At this time, the distance between the permanent magnet 23A and the solenoid coil functioning as the excitation coil becomes relatively short, and the magnetic poles of the permanent magnet 23A of the first magnetic field 23 and the permanent magnet 24A of the second magnetic field 24 increase. the distance between them is relatively long. As a result, when the permanent magnet 23A of the first magnetic field 23 is acted upon by the variable magnetic field of the solenoid coil functioning as the excitation coil, the magnetic field 24B of the permanent magnet 24A of the second magnetic field 24 responds to this action. It can reduce the impact.

また、上述した第1のモーター20によれば、第2の界磁24の各永久磁石24Aから回転軸10Aまでの最短距離である第2の距離10Eが、励磁素子25のソレノイドコイルの突端から回転軸10Aまでの最短距離である第1の距離10Dと同じ距離となる。これにより、第1の界磁23の各永久磁石23Aに対して第2の界磁24の各永久磁石24Aの磁場24Bおよび励磁素子25において励磁コイルとして機能するソレノイドコイルの磁場を強く作用させ、もってローター21の駆動力を大きくすることができる。 Further, according to the above-described first motor 20, the second distance 10E, which is the shortest distance from each permanent magnet 24A of the second magnetic field 24 to the rotating shaft 10A, is from the end of the solenoid coil of the exciting element 25. The distance is the same as the first distance 10D, which is the shortest distance to the rotary shaft 10A. As a result, the magnetic field 24B of each permanent magnet 24A of the second field system 24 and the magnetic field of the solenoid coil functioning as an exciting coil in the exciting element 25 strongly act on each permanent magnet 23A of the first field system 23, Accordingly, the driving force of the rotor 21 can be increased.

また、上述した第1のモーター20によれば、励磁素子25において励磁コイルとして機能するソレノイドコイルが稼働する際に、第1の界磁23の永久磁石23A側となる端部22Cにて発生される磁場の強さを弱くすることができる。これにより、励磁素子25において励磁コイルとして機能するソレノイドコイルの稼働に必要なエネルギーを減らすことができる。 Further, according to the above-described first motor 20, when the solenoid coil functioning as an exciting coil in the exciting element 25 operates, the electric field generated at the end portion 22C of the first magnetic field 23 on the permanent magnet 23A side is generated. can weaken the strength of the magnetic field. As a result, the energy required to operate the solenoid coil functioning as the exciting coil in the exciting element 25 can be reduced.

また、上述した第1のモーター20においては、励磁素子25においてソレノイドコイルの端部22Cにおける巻線25Cの巻き数を部分的に少なくする手法をとる。このため、巻線25Cが巻かれる突極22Bの一部を他の部分よりも透磁率の低い物質により構成する必要がなく、それゆえに第1のモーター20を生産する際の手間を少なくすることができる。 Further, in the above-described first motor 20, a method of partially reducing the number of turns of the winding 25C at the end portion 22C of the solenoid coil in the excitation element 25 is adopted. For this reason, it is not necessary to form a part of the salient pole 22B around which the winding 25C is wound with a material having a lower magnetic permeability than the other part, and therefore, the labor for producing the first motor 20 can be reduced. can be done.

また、上述したモーターアッセンブリ10では、シャフト11の回転をもたらす、磁力による引き寄せが生じるタイミングを、第1のモーター20と第2のモーター30との協働によって増やし、もってシャフト11の回転をよりスムーズにすることができる。 In addition, in the above-described motor assembly 10, the timing at which the attraction by the magnetic force that causes the rotation of the shaft 11 is increased by the cooperation of the first motor 20 and the second motor 30, so that the rotation of the shaft 11 is smoother. can be

また、上述したモーターアッセンブリ10によれば、第2のモーター30において第1の界磁33の各永久磁石33Aが励磁素子35に対向して、この励磁素子35にて発生される変動磁場がシャフト11を回転させる角運動量を第1の界磁33に与えなくなるときがある。このときには、第1のモーター20において第1の界磁23の各永久磁石23Aが第2の界磁24の永久磁石24Aに引き寄せられる作用により、シャフト11を回転させることができる。 Further, according to the motor assembly 10 described above, the permanent magnets 33A of the first magnetic field 33 in the second motor 30 face the excitation element 35, and the fluctuating magnetic field generated by the excitation element 35 is applied to the shaft. There are times when the first field 33 does not have the angular momentum to rotate 11 . At this time, the permanent magnets 23A of the first magnetic field 23 in the first motor 20 are attracted to the permanent magnets 24A of the second magnetic field 24, so that the shaft 11 can be rotated.

また、上述したモーターアッセンブリ10では、第1のモーター20における第2の界磁24から見た第1の界磁23の回転位相と、第2のモーター30における第2の界磁34から見た第1の界磁33との間に位相のずれが設定される。この位相のずれは、第1のモーター20における第1の界磁23の各永久磁石23A、および、第2のモーター30における第1の界磁33の各永久磁石33Aのうち、一方が安定したつり合い状態となる場合に他方がつり合い状態とならないようにする。したがって、第1のモーター20における第1の界磁23の各永久磁石23および第2のモーターにおける第1の界磁33の各永久磁石33Aの両方が安定したつり合い状態となることを回避して、各ローター21、31とシャフト11とを回転させやすくすることができる。 Further, in the motor assembly 10 described above, the rotation phase of the first field 23 seen from the second field 24 in the first motor 20 and the rotation phase of the second field 34 in the second motor 30 A phase shift is set with the first magnetic field 33 . This phase shift causes one of the permanent magnets 23A of the first field 23 in the first motor 20 and the permanent magnets 33A of the first field 33 in the second motor 30 to stabilize. To prevent the other from being in a balanced state when it is in a balanced state. Therefore, both the permanent magnets 23 of the first field 23 in the first motor 20 and the permanent magnets 33A of the first field 33 in the second motor are prevented from being in a stable balanced state. , the rotors 21 and 31 and the shaft 11 can be easily rotated.

以上、本発明を実施するための形態について、その一実施形態をもって説明した。しかしながら、当業者であれば、本発明の目的を逸脱することなく種々の代用、手直し、変更が可能であることは明らかである。すなわち、本発明を実施するための形態は、本明細書に添付した請求の範囲の精神および目的を逸脱しない全ての代用、手直し、変更を含みうるものである。例えば、本発明を実施するための形態として、以下のような各種の形態を実施することができる。 In the above, the form for implementing this invention was demonstrated with the one Embodiment. However, it will be apparent to those skilled in the art that various substitutions, modifications and alterations can be made without departing from the spirit of the invention. Thus, the detailed description may include all substitutions, modifications and alterations that do not depart from the spirit and scope of the claims appended hereto. For example, as modes for carrying out the present invention, the following various modes can be implemented.

(1)上述したモーターアッセンブリでは、第1のモーターおよび第2のモーターにおける、第1の界磁の位置ずれの量である第1の量が0°でなく、同じく第2の界磁の位置ずれの量である第2の量が0°とされることで、第1の量と第2の量とが異なる量とされる。しかしながら、第1の量と第2の量とは、この第2の量が0°でなく、同じく第1の量が0°とされることで、異なる量とされるものであってもよい。また、第1の量と第2の量とは、いずれも0°でなく、かつ互いに異なる量とされるものであってもよい。 (1) In the motor assembly described above, in the first motor and the second motor, the first amount, which is the amount of displacement of the first magnetic field, is not 0°, and the position of the second magnetic field is also By setting the second amount, which is the amount of deviation, to 0°, the first amount and the second amount are different amounts. However, the first quantity and the second quantity may be different quantities, in that the second quantity is not 0° and the first quantity is also 0°. . Also, the first amount and the second amount may not be 0° and may be different amounts.

(2)本発明の適用対象は、それぞれがシンクロナスモーターである第1のモーターおよび第2のモーターを備えるモーターアッセンブリに限定されない。すなわち、本発明は、単体で駆動するシンクロナスモーターに適用することができる。また、本発明は、シンクロナスモーターを3以上の複数備えた形態のモーターアッセンブリに適用することができる。この形態においては、各シンクロナスモーターは、そのシャフトを共有するものであっても、別個のシャフトを回転させるものであってもよい。 (2) Application of the present invention is not limited to a motor assembly comprising a first motor and a second motor, each of which is a synchronous motor. That is, the present invention can be applied to a synchronous motor that drives alone. Moreover, the present invention can be applied to a motor assembly having three or more synchronous motors. In this configuration, each synchronous motor may share its shaft or rotate a separate shaft.

(3)本発明のシンクロナスモーターにおいて、第1の界磁の各永久磁石の数、第2の界磁の各永久磁石の数、および、励磁素子の数は、それぞれ、任意に設定された数に変更することができる。ここで、第2の界磁の各永久磁石の数が多い(例えば5つ以上)場合、これら永久磁石の端縁部から回転軸までの距離と、励磁素子のソレノイドコイルから回転軸までの最短距離(すなわち第1の距離)との差が小さくなる。この場合においては、第2の界磁の各永久磁石におけるローター側の面を、このローター側に凸となる面とし、もって永久磁石の端縁部から回転軸までの距離と上記第1の距離との差を大きくすることが好ましい。 (3) In the synchronous motor of the present invention, the number of permanent magnets in the first field, the number of permanent magnets in the second field, and the number of excitation elements are set arbitrarily. number can be changed. Here, when the number of permanent magnets of the second field is large (for example, five or more), the distance from the edge of these permanent magnets to the rotation axis and the shortest distance from the solenoid coil of the exciting element to the rotation axis The difference from the distance (that is, the first distance) becomes smaller. In this case, the rotor-side surface of each permanent magnet of the second magnetic field is made to be a surface convex toward the rotor, so that the distance from the edge of the permanent magnet to the rotation axis and the first distance It is preferable to increase the difference between

(4)本発明のシンクロナスモーターにおいて、励磁素子は、2本のソレノイドコイルの組(アッセンブリ)であるものに限定されない。すなわち、励磁素子のコイルは、例えばスパイダーコイルまたはハニカムコイルなどの、任意の種類のコイルとすることができる。また、励磁素子のコイルは、その芯の一部を他の部分よりも透磁率の低い物質により構成することで、端部にて発生される磁場の強さを部分的に弱くする弱磁構造を設定したものであってもよい。また、励磁素子のコイルは、発生される磁場の強さが部分的に弱くされた弱磁構造を有さないものであってもよい。また、励磁素子のコイルは、3つ以上のコイルを有してなるアッセンブリであってもよい。この場合において、アッセンブリをなす複数のコイルのいずれに電流を流し、いずれに電流を流さないかの設定は、適宜に設定することができる。また、励磁素子のコイルは、巻線が巻かれていない軟磁性体と、この軟磁性体と並んで隣り合う1つの励磁コイルと、を備えたアッセンブリであってもよい。この場合において、軟磁性体と励磁コイルとが並ぶ方向は、ローターの回転方向に限定されず、例えばローターの回転軸に沿う方向など、適宜に設定することができる。 (4) In the synchronous motor of the present invention, the excitation element is not limited to a set (assembly) of two solenoid coils. That is, the coil of the excitation element can be any type of coil, for example a spider coil or a honeycomb coil. In addition, the coil of the excitation element has a weak magnetic structure that partially weakens the strength of the magnetic field generated at the end by configuring a part of the core with a material having a lower magnetic permeability than the other part. may be set. Also, the coil of the excitation element may not have a weak magnetic structure in which the strength of the generated magnetic field is partially weakened. Also, the coils of the excitation element may be an assembly comprising three or more coils. In this case, it is possible to appropriately set which of the plurality of coils forming the assembly is to be supplied with current and to which is not to be supplied with current. Alternatively, the coil of the excitation element may be an assembly including a soft magnetic body on which no winding is wound and one excitation coil adjacent to the soft magnetic body. In this case, the direction in which the soft magnetic bodies and the exciting coils are arranged is not limited to the rotation direction of the rotor, and can be set as appropriate, for example, along the rotation axis of the rotor.

(5)本発明のシンクロナスモーターにおいて、コントローラーは、所定の繰り返しパターンを有する電流の出力によって励磁素子を動作させるものに限定されない。すなわち、コントローラーは、例えば第1の界磁の各永久磁石の位置を検出するセンサーを備えて、これら永久磁石の位置に応じて励磁素子に出力する電流をコントロールするものであってもよい。 (5) In the synchronous motor of the present invention, the controller is not limited to one that operates the excitation element by outputting a current having a predetermined repeating pattern. That is, the controller may include, for example, sensors for detecting the positions of the permanent magnets of the first magnetic field, and control the current output to the excitation elements according to the positions of these permanent magnets.

(6)本発明のシンクロナスモーターにおける、第1の界磁の各永久磁石および第2の界磁の各永久磁石の一方あるいは両方について、そのN極とS極とが第1のモーター20(図4参照)とは逆となるように設定することができる。 (6) In the synchronous motor of the present invention, one or both of the permanent magnets in the first field and the permanent magnets in the second field are connected to the first motor 20 ( (see FIG. 4) can be reversed.

10 モーターアッセンブリ
10A 回転軸
10B コントローラー
10C スペーサー
10D 第1の距離
10E 第2の距離
10F 電流
10G 最短距離
10H 最短距離
11 シャフト
11A 丸シャフト部
11B 角シャフト部
12 ハウジング
12A ベース金具
12B 係合部
12C ふさぎ板
12D ながねじ
12E 軸受け
20 第1のモーター(シンクロナスモーター)
20A 円筒面
20B スペース
21 ローター
21A あり溝
21B プレートカバー
22 ステーター
22A 突極
22B 突極
22C 端部
23 第1の界磁
23A 永久磁石
23B 磁場
23C 磁力線
23D 端部
23E 円筒面
24 第2の界磁
24A 永久磁石
24B 磁場
24C 磁力線
24D 中央部分
24E 端縁部
24F 第1の永久磁石
24G 第2の永久磁石
24H 距離
25 励磁素子
25A 第1のコイル
25B 第2のコイル
25C 巻線
25D 配線系統
25E 配線系統
25F 変動磁場
30 第2のモーター(シンクロナスモーター)
30A 円筒面
30B スペース
31 ローター
31A あり溝
31B プレートカバー
32 ステーター
32A 突極
32B 突極
32C 端部
33 第1の界磁
33A 永久磁石
33B 磁場
33C 磁力線
33D 端部
33E 円筒面
34 第2の界磁
34A 永久磁石
34B 磁場
34C 磁力線
34D 中央部分
34E 端縁部
34F 第1の永久磁石
34G 第2の永久磁石
35 励磁素子
35A 第1のコイル
35B 第2のコイル
35C 巻線
35D 配線系統
35E 配線系統
10 Motor assembly 10A Rotating shaft 10B Controller 10C Spacer 10D First distance 10E Second distance 10F Current 10G Shortest distance 10H Shortest distance 11 Shaft 11A Round shaft portion 11B Square shaft portion 12 Housing 12A Base fitting 12B Engagement portion 12C Covering plate 12D long screw 12E bearing 20 first motor (synchronous motor)
20A Cylindrical surface 20B Space 21 Rotor 21A Dovetail groove 21B Plate cover 22 Stator 22A Salient pole 22B Salient pole 22C End 23 First magnetic field 23A Permanent magnet 23B Magnetic field 23C Line of magnetic force 23D End 23E Cylindrical surface 24 Second magnetic field 24A Permanent magnet 24B Magnetic field 24C Magnetic field line 24D Central portion 24E Edge portion 24F First permanent magnet 24G Second permanent magnet 24H Distance 25 Exciting element 25A First coil 25B Second coil 25C Winding 25D Wiring system 25E Wiring system 25F Variable magnetic field 30 Second motor (synchronous motor)
30A Cylindrical surface 30B Space 31 Rotor 31A Dovetail groove 31B Plate cover 32 Stator 32A Salient pole 32B Salient pole 32C End 33 First magnetic field 33A Permanent magnet 33B Magnetic field 33C Line of magnetic force 33D End 33E Cylindrical surface 34 Second magnetic field 34A Permanent magnet 34B Magnetic field 34C Magnetic field line 34D Central portion 34E Edge portion 34F First permanent magnet 34G Second permanent magnet 35 Exciting element 35A First coil 35B Second coil 35C Winding 35D Wiring system 35E Wiring system

Claims (10)

1本の回転軸のまわりに回転する回転運動が可能なローターと、
前記回転軸および前記ローターの周りを取り巻いて配設されるステーターと、
前記ローターにおいて前記回転軸の周りを取り巻くように配設された複数の永久磁石を有するアッセンブリである第1の界磁と、
前記ステーターにおいて前記回転軸および前記ローターの周りを取り巻くように配設された複数の永久磁石を有するアッセンブリである第2の界磁と、
前記第2の界磁における永久磁石の間のスペースのうち少なくとも1つに配設されて、前記ローターを回転させる角運動量を前記第1の界磁に与える変動磁場を発生させる励磁素子と、
を備え、
前記第1の界磁の各永久磁石は、その磁化方向が、前記回転軸から見た動径方向と直交するように配設されることで、この動径方向と直交する方向の磁力線を有する磁場を発生させ、
前記第2の界磁の各永久磁石は、その前記ローター側の磁極が、S極またはN極のうちのいずれか一方に統一され、かつ、その磁化方向が、前記回転軸から見た動径方向と一致するように配設されることで、この動径方向と一致する方向の磁力線を有する磁場を発生させ、
前記励磁素子は、
前記ローター側の端が、前記第2の界磁の各永久磁石における前記ローター側の磁極と同種の磁極となるように励磁されることで、前記変動磁場を発生させることが可能とされたコイルである励磁コイルと、
前記励磁コイルと互いに隣り合う状態とされて、前記ステーターから前記ローター側に向かって突出し、かつ、外部からかけられる磁場に応じて、この磁場の磁力線と同じ向きに磁化される軟磁性体と、
を備えたアッセンブリである、
シンクロナスモーター。
a rotor capable of rotary motion rotating around one rotary shaft;
a stator arranged to surround the rotating shaft and the rotor;
a first magnetic field that is an assembly having a plurality of permanent magnets arranged in the rotor around the axis of rotation;
a second magnetic field, which is an assembly having a plurality of permanent magnets disposed in the stator and surrounding the axis of rotation and the rotor;
an excitation element disposed in at least one of the spaces between the permanent magnets in the second magnetic field for generating a varying magnetic field that imparts angular momentum to the first magnetic field to rotate the rotor;
with
Each permanent magnet of the first magnetic field is arranged so that its magnetization direction is orthogonal to the radial direction as viewed from the rotating shaft, and thus has magnetic lines of force in the direction orthogonal to the radial direction. generate a magnetic field,
Each permanent magnet of the second magnetic field has a magnetic pole on the rotor side that is unified to either an S pole or an N pole, and its magnetization direction is a radial direction viewed from the rotating shaft. generate a magnetic field having magnetic lines of force in a direction coinciding with the radial direction,
The excitation element is
A coil that is capable of generating the variable magnetic field by exciting the end on the rotor side to have the same magnetic poles as the magnetic poles on the rotor side in each permanent magnet of the second magnetic field. an excitation coil that is
a soft magnetic body adjacent to the excitation coil, protruding from the stator toward the rotor, and magnetized in the same direction as the magnetic field lines of the magnetic field applied from the outside;
is an assembly with
synchronous motor.
請求項1に記載されたシンクロナスモーターであって、
前記励磁素子は、前記スペースのそれぞれに1つずつ配設されて、これらの前記各励磁コイルが同期して動作するものである、
シンクロナスモーター。
A synchronous motor according to claim 1,
The excitation elements are arranged one by one in each of the spaces, and the excitation coils operate synchronously.
synchronous motor.
請求項1または請求項2に記載されたシンクロナスモーターであって、
前記励磁素子は、前記ローターの回転方向に並んで隣り合う2つのコイルである第1のコイルおよび第2のコイルが、互いに独立した配線系統につなげられたアッセンブリであり、
前記第1のコイルおよび前記第2のコイルは、それぞれ、外部からかけられる磁場に応じて、この磁場と同じ向きに磁化される軟磁性物質からなる芯を備え、
さらに、
前記第1のコイルに電流を流して当該第1のコイルを前記励磁コイルとして機能させながら、前記第2のコイルには電流を流さないことで当該第2のコイルの芯を前記軟磁性体として機能させる状態である第1のコントロール状態と、
前記第1のコイルに電流を流さないことで当該第1のコイルの芯を前記軟磁性体として機能させながら、前記第2のコイルには電流を流して当該第2のコイルを前記励磁コイルとして機能させる状態である第2のコントロール状態と、
の切り替えを行うコントローラーを備えている、
シンクロナスモーター。
A synchronous motor according to claim 1 or claim 2,
The excitation element is an assembly in which a first coil and a second coil, which are two coils adjacent to each other in the rotational direction of the rotor, are connected to independent wiring systems,
The first coil and the second coil each comprise a core made of a soft magnetic material magnetized in the same direction as the magnetic field applied from the outside,
moreover,
Current is passed through the first coil to function as the excitation coil, while no current is passed through the second coil, so that the core of the second coil is made the soft magnetic material. a first control state, which is a state of functioning;
By not passing current through the first coil, the core of the first coil functions as the soft magnetic material, while current is passed through the second coil to make the second coil the exciting coil. a second control state, which is a functioning state;
Equipped with a controller that switches between
synchronous motor.
請求項3に記載されたシンクロナスモーターであって、
前記第2の界磁における複数の永久磁石に、
前記励磁素子に対して前記回転方向の上流側から隣り合う第1の永久磁石と、
前記励磁素子に対して前記回転方向の下流側から隣り合い、もって前記第1の永久磁石とともに前記励磁素子を前記上流側および前記下流側の両側から挟み込む第2の永久磁石と、
が含まれ、
前記第1のコイルおよび前記第2のコイルは、前記第1の永久磁石と前記第2の永久磁石との間にある前記スペースに、前記第1のコイルが前記第2のコイルよりも前記上流側に位置される状態に配設され、
前記コントローラーは、
回転する前記ローターに設けられた前記第1の界磁の永久磁石が前記第1の永久磁石に対向する位置を通り過ぎてから前記第1のコイルに対向する位置に達するまでの間において前記第1のコントロール状態を実現させ、
前記第1の界磁の永久磁石が前記第1のコイルに対向する位置を通り過ぎてから前記第2のコイルに対向する位置に達するまでの間において前記第2のコントロール状態を実現させる、
シンクロナスモーター。
A synchronous motor according to claim 3,
In the plurality of permanent magnets in the second field,
a first permanent magnet adjacent to the excitation element from the upstream side in the rotational direction;
a second permanent magnet that is adjacent to the excitation element from the downstream side in the rotational direction and sandwiches the excitation element together with the first permanent magnet from both the upstream side and the downstream side;
includes
The first coil and the second coil are arranged in the space between the first permanent magnet and the second permanent magnet, the first coil being the upstream of the second coil. arranged in a state of being positioned on the side,
The controller is
During the period from when the permanent magnet of the first field provided in the rotating rotor passes through the position facing the first permanent magnet until it reaches the position facing the first coil, the first to realize the control state of
Realizing the second control state from when the permanent magnet of the first magnetic field passes the position facing the first coil until it reaches the position facing the second coil;
synchronous motor.
請求項1ないし請求項4のうちのいずれか1項に記載されたシンクロナスモーターであって、
前記励磁素子における各コイルは、前記ステーターにおいて前記回転軸側となる側面から当該回転軸に向かって突出される突極に巻線を巻き付けてなるソレノイドコイルであり、
前記第2の界磁の各永久磁石は、これら永久磁石において前記励磁素子と隣り合う端縁部から前記回転軸までの距離が、この前記端縁部に隣り合う前記ソレノイドコイルの前記突極における、前記回転軸側となる突端から前記回転軸までの最短距離である第1の距離よりも長くなるように配設されている、
シンクロナスモーター。
A synchronous motor according to any one of claims 1 to 4,
Each coil in the excitation element is a solenoid coil formed by winding a winding around a salient pole that protrudes toward the rotation shaft from a side surface on the rotation shaft side of the stator,
Each permanent magnet of the second magnetic field has a distance from the edge portion adjacent to the exciting element to the rotation axis of the salient pole of the solenoid coil adjacent to the edge portion. , arranged to be longer than a first distance, which is the shortest distance from the tip on the rotating shaft side to the rotating shaft,
synchronous motor.
請求項5に記載されたシンクロナスモーターであって、
前記励磁素子は、前記スペースのそれぞれに1つずつ配設され、
前記各励磁素子における前記突極は、その前記第1の距離が等しくなるように配設され、
前記第2の界磁の各永久磁石は、その前記回転軸側となる端から前記回転軸までの最短距離である第2の距離が等しくなるように配設され、
前記第1の距離が、前記第2の距離と同じ距離となるように設定されている、
シンクロナスモーター。
A synchronous motor according to claim 5,
The excitation elements are arranged one by one in each of the spaces,
the salient poles in each of the excitation elements are arranged so that the first distance is equal;
Each permanent magnet of the second magnetic field is arranged so that a second distance, which is the shortest distance from the end on the rotating shaft side to the rotating shaft, is equal,
The first distance is set to be the same distance as the second distance,
synchronous motor.
請求項1ないし請求項6のうちのいずれか1項に記載されたシンクロナスモーターであって、
前記励磁素子における各コイルは、前記ステーターにおいて前記回転軸側となる側面から当該回転軸に向かって突出される突極に巻線を巻き付けてなるソレノイドコイルであり、
前記ソレノイドコイルの前記突極において前記回転軸側となる端部には、前記ソレノイドコイルが励磁したときに前記端部にて発生される磁場の強さを部分的に弱くする弱磁構造が設けられている、
シンクロナスモーター。
A synchronous motor according to any one of claims 1 to 6,
Each coil in the excitation element is a solenoid coil formed by winding a winding around a salient pole that protrudes toward the rotation shaft from a side surface on the rotation shaft side of the stator,
A weak magnetic structure is provided at the end of the salient pole of the solenoid coil on the side of the rotating shaft to partially weaken the strength of the magnetic field generated at the end when the solenoid coil is excited. is being
synchronous motor.
請求項7に記載されたシンクロナスモーターであって、
前記弱磁構造が、前記ソレノイドコイルの前記端部における前記巻線の巻き数を部分的に少なくした構造である、
シンクロナスモーター。
A synchronous motor according to claim 7,
The weak magnetic structure is a structure in which the number of turns of the winding at the end of the solenoid coil is partially reduced.
synchronous motor.
請求項1ないし請求項8のうちのいずれか1項に記載されたシンクロナスモーターを複数備えたモーターアッセンブリであって、
複数の前記シンクロナスモーターは、1本のシャフトを前記回転軸として共有する第1のモーターおよび第2のモーターを含み、
前記第1のモーターにおいて、前記第1の界磁の各永久磁石および前記各励磁素子は、それぞれが等角等方的に配設されて、前記回転運動に際して前記第1の界磁の各永久磁石が前記ローターの回転方向の下流側にある前記第2の界磁の永久磁石に引き寄せられる第1の状態を実現させ、
前記第2のモーターにおいて、前記第1の界磁の各永久磁石および前記各励磁素子は、それぞれが等角等方的に配設されて、前記回転運動に際して前記第1の界磁の各永久磁石が前記回転方向の下流側にある前記第2の界磁の永久磁石に引き寄せられる第2の状態を実現させ、
前記第1の状態が実現されるタイミングと、前記第2の状態が実現されるタイミングとが、異なるタイミングとなるように設定されている、
モーターアッセンブリ。
A motor assembly comprising a plurality of the synchronous motors according to any one of claims 1 to 8,
The plurality of synchronous motors includes a first motor and a second motor sharing one shaft as the rotation axis,
In the first motor, the permanent magnets of the first field and the excitation elements are equiangularly isotropically arranged so that the permanent magnets of the first field and the excitation elements of the first field are arranged equiangularly and isotropically during the rotational movement. achieving a first state in which magnets are attracted to permanent magnets of the second field downstream in the direction of rotation of the rotor;
In the second motor, each permanent magnet of the first field and each of the excitation elements are equiangularly isotropically arranged so that each of the permanent magnets of the first field during the rotational motion achieving a second state in which magnets are attracted to permanent magnets of the second field downstream in the direction of rotation;
The timing at which the first state is realized and the timing at which the second state is realized are set to be different timings.
motor assembly.
請求項9に記載されたモーターアッセンブリであって、
前記第2のモーターにおける前記第2の界磁の各永久磁石は、等角等方的に配設されて、前記第1の状態が実現されるタイミングにおいて、前記第2のモーターにおける前記励磁素子と互いに対向する、
モーターアッセンブリ。
A motor assembly according to claim 9, comprising:
Each permanent magnet of the second magnetic field in the second motor is equiangularly isotropically arranged, and at the timing when the first state is realized, the excitation element in the second motor facing each other with
motor assembly.
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