JP2825912B2 - 整流子電動機 - Google Patents
整流子電動機Info
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、特に携帯用テープレコーダ,プレーヤ等に
使用されるスピンドル,キャプスタン駆動用小型モータ
に関するものである。
使用されるスピンドル,キャプスタン駆動用小型モータ
に関するものである。
[従来の技術] 従来この種のモータは3相のコイルより構成される電
機子巻線を有し、さらに界磁には永久磁石を使用してお
り、シャフトに対しラジアル方向に空隙を有する円筒
型,軸方向に空隙を有する偏平型整流子モータがあり、
さらに回転子は巻線部分のみ回転するコアレス型もあ
る。以下従来の技術として軸方向空隙のコアレス型整流
子モータにおいて、その電機子巻線が重なり合わないコ
イルより構成されるものについて説明する。重なり合わ
ない回転電機子巻線の構成は、その巻線部分の厚みを薄
くすることが可能であり、構造が簡単であるので製造が
容易である。第2図は従来の偏平型コアレスモータの構
成を表わしたものである。(a)は断面構成図で1は電
機子でコイルは一体となった整流子2に結線され、図示
していないが刷子を通して電源より通電されている。3
は回転軸で電機子1と一体になって回転子を構成してい
る。4は永久磁石界磁で電機子1にあるコイルに対向さ
れており、軸受5と共にブラケット6に一体となってい
る。第2図(b)は(a)におけるW−X矢視より見た
回軸電機子の構成図で、回転電機子1上に電機子コイル
1−1が配され3相コイルが互いに重なり合わない構成
になっている。第2図(c)は(a)におけるY−Z矢
視より見た界磁磁石の構成図で、4は4極構成の永久磁
石,5は軸受,6はブラケットで番号は第2図(a)の構成
番号に対応している。第2図(d)は回転電機子コイル
1−1と整流子2との結線の関係図である。いま電機子
コイルの巻線ピッチを重なり合わない最大のピッチとし
て第2図(b)のように120゜ピッチなる短節巻とす
る。
機子巻線を有し、さらに界磁には永久磁石を使用してお
り、シャフトに対しラジアル方向に空隙を有する円筒
型,軸方向に空隙を有する偏平型整流子モータがあり、
さらに回転子は巻線部分のみ回転するコアレス型もあ
る。以下従来の技術として軸方向空隙のコアレス型整流
子モータにおいて、その電機子巻線が重なり合わないコ
イルより構成されるものについて説明する。重なり合わ
ない回転電機子巻線の構成は、その巻線部分の厚みを薄
くすることが可能であり、構造が簡単であるので製造が
容易である。第2図は従来の偏平型コアレスモータの構
成を表わしたものである。(a)は断面構成図で1は電
機子でコイルは一体となった整流子2に結線され、図示
していないが刷子を通して電源より通電されている。3
は回転軸で電機子1と一体になって回転子を構成してい
る。4は永久磁石界磁で電機子1にあるコイルに対向さ
れており、軸受5と共にブラケット6に一体となってい
る。第2図(b)は(a)におけるW−X矢視より見た
回軸電機子の構成図で、回転電機子1上に電機子コイル
1−1が配され3相コイルが互いに重なり合わない構成
になっている。第2図(c)は(a)におけるY−Z矢
視より見た界磁磁石の構成図で、4は4極構成の永久磁
石,5は軸受,6はブラケットで番号は第2図(a)の構成
番号に対応している。第2図(d)は回転電機子コイル
1−1と整流子2との結線の関係図である。いま電機子
コイルの巻線ピッチを重なり合わない最大のピッチとし
て第2図(b)のように120゜ピッチなる短節巻とす
る。
このような巻線の単一コイルが通電励磁された場合の
アンペアターン分布は第3図に示される。第3図におい
て励磁された短節巻単一コイルによるアンペアターン分
布7はコイル中心と極中心が互いに一致する第1次成分
8と第2次成分9とに分解することが可能である。これ
はフーリエ級数に展開することにより可能であり、その
大きさは実際のコイルのアンペアターン分布の形状によ
る。次に第4図は第2図(c)において整流子2の周辺
に刷子を回転させたときの電機子コイル1−1の各相コ
イル,,の通電モードを表わしたもので、刷子を
回転させ巻線を固定するかその逆かは相対的な問題であ
る。2個または3個のコイルの通電において、それぞれ
のコイルの通電により発生するそれぞれのアンペアター
ン分布の極中心と、それぞれのコイルの第1次成分,第
2次成分の同一極性の最大極(極中心)を第3図に説明
したように合致せしめてベクトル合成をなしたとき、第
1次(2極)と第2次(4極)成分の極中心の位相関係
は、それぞれ第4図(a)と(b)のようになる。すな
わち2相励磁モードにおいて実際のコイルの極中心に対
して、第1次は30゜el,第2次は15゜elずれていて、第
1次と第2次は45゜elの位相差をもった合成コイルが存
在すると考えられる。また3相通電では第1次と第2次
と実際のコイルの極中心は一致する。従来例のモータで
は第2図(d)の構成であり、これを整流子片の片巾に
対する通電モードを刷子回転移動にしたがって第2次成
分アンペアターン分布の同極中心軸が変化する状態を表
わしたものが第5図である。すなわち整流子片巾の各部
をA〜Lで+側電流の流入を表わし、A′〜L′を−側
の流出を表わすと、A→A′によりコイル→の通電
モードになり、そのときの第2次成分(4極成分)のた
とえばコイルへの電流流入をS極とすれば、S極の極中
心線は図の→線となる。刷子がA,A′の巾移動して
も→線は動かない。同様に刷子がB→B′,C→C′
と移動すると、第2次成分の極中心は順次→,→
と移動する。その移動ピッチは30゜elであり、刷子の
移動ピッチも30゜elであり完全に同期している。そこで
界磁磁石の極性をトルクの取出したい極性で刷子上に固
定すれば、一方向のトルクを取出すことができる。ただ
し刷子の片巾移動に対し界磁極中心がアンペアターン分
布極中心線がまたがらぬことである。第5図で説明すれ
ば刷子がA→A′を矢印の向き(反時計)に回転すると
き、A→A′に刷子がかかったときから30゜elに移動し
ても→線は不動である。いま→線にS極アンペ
アターン中心(4極成分)があり、刷子に固定されてい
る界磁極中心がN極であるとすると、→線より時計
方向に30゜elずらして刷子に固定してあればトルクの反
転は発生しない。すなわち→線から時計方向に30゜
el〜90゜elの範囲に界磁極Nの中心が刷子に固定されれ
ば、反時計方向のトルクが発生する。以上トルクを一定
方向に発生させるには、界磁極と励磁アンペアターン極
の移動ピッチを同期させること、整流子片巾の1/2角度
〜極間ピッチ角の間に刷子と界磁極の中心を固定させる
ことである。
アンペアターン分布は第3図に示される。第3図におい
て励磁された短節巻単一コイルによるアンペアターン分
布7はコイル中心と極中心が互いに一致する第1次成分
8と第2次成分9とに分解することが可能である。これ
はフーリエ級数に展開することにより可能であり、その
大きさは実際のコイルのアンペアターン分布の形状によ
る。次に第4図は第2図(c)において整流子2の周辺
に刷子を回転させたときの電機子コイル1−1の各相コ
イル,,の通電モードを表わしたもので、刷子を
回転させ巻線を固定するかその逆かは相対的な問題であ
る。2個または3個のコイルの通電において、それぞれ
のコイルの通電により発生するそれぞれのアンペアター
ン分布の極中心と、それぞれのコイルの第1次成分,第
2次成分の同一極性の最大極(極中心)を第3図に説明
したように合致せしめてベクトル合成をなしたとき、第
1次(2極)と第2次(4極)成分の極中心の位相関係
は、それぞれ第4図(a)と(b)のようになる。すな
わち2相励磁モードにおいて実際のコイルの極中心に対
して、第1次は30゜el,第2次は15゜elずれていて、第
1次と第2次は45゜elの位相差をもった合成コイルが存
在すると考えられる。また3相通電では第1次と第2次
と実際のコイルの極中心は一致する。従来例のモータで
は第2図(d)の構成であり、これを整流子片の片巾に
対する通電モードを刷子回転移動にしたがって第2次成
分アンペアターン分布の同極中心軸が変化する状態を表
わしたものが第5図である。すなわち整流子片巾の各部
をA〜Lで+側電流の流入を表わし、A′〜L′を−側
の流出を表わすと、A→A′によりコイル→の通電
モードになり、そのときの第2次成分(4極成分)のた
とえばコイルへの電流流入をS極とすれば、S極の極中
心線は図の→線となる。刷子がA,A′の巾移動して
も→線は動かない。同様に刷子がB→B′,C→C′
と移動すると、第2次成分の極中心は順次→,→
と移動する。その移動ピッチは30゜elであり、刷子の
移動ピッチも30゜elであり完全に同期している。そこで
界磁磁石の極性をトルクの取出したい極性で刷子上に固
定すれば、一方向のトルクを取出すことができる。ただ
し刷子の片巾移動に対し界磁極中心がアンペアターン分
布極中心線がまたがらぬことである。第5図で説明すれ
ば刷子がA→A′を矢印の向き(反時計)に回転すると
き、A→A′に刷子がかかったときから30゜elに移動し
ても→線は不動である。いま→線にS極アンペ
アターン中心(4極成分)があり、刷子に固定されてい
る界磁極中心がN極であるとすると、→線より時計
方向に30゜elずらして刷子に固定してあればトルクの反
転は発生しない。すなわち→線から時計方向に30゜
el〜90゜elの範囲に界磁極Nの中心が刷子に固定されれ
ば、反時計方向のトルクが発生する。以上トルクを一定
方向に発生させるには、界磁極と励磁アンペアターン極
の移動ピッチを同期させること、整流子片巾の1/2角度
〜極間ピッチ角の間に刷子と界磁極の中心を固定させる
ことである。
[発明が解決しようとする課題] 前記従来例で説明したように、重なり合わない電機子
コイルはコイル厚の薄型化、電機子製造の簡略化には有
効であるが、短節巻により発生する第2次成分(4極)
のみを利用しているか、あるいは界磁を2極構成として
通常の第1次成分(2極)のみを利用している。本発明
は短節巻の電機子巻線により発生する1次,2次の両成分
を利用し、かつこれに対応する界磁磁石の2極,4極を複
合化することにより、トルクを従来の単一成分利用方式
より減少させることなく磁石の所要量を減じることを目
的とし、特に希土類磁石などの高価な部品を使用してい
るモータには効果的である。
コイルはコイル厚の薄型化、電機子製造の簡略化には有
効であるが、短節巻により発生する第2次成分(4極)
のみを利用しているか、あるいは界磁を2極構成として
通常の第1次成分(2極)のみを利用している。本発明
は短節巻の電機子巻線により発生する1次,2次の両成分
を利用し、かつこれに対応する界磁磁石の2極,4極を複
合化することにより、トルクを従来の単一成分利用方式
より減少させることなく磁石の所要量を減じることを目
的とし、特に希土類磁石などの高価な部品を使用してい
るモータには効果的である。
[課題を解決するための手段] 本発明は、重なり合わない多相巻線をもって回転軸周
辺に配した回転電機子をもって構成する整流子電動機に
おいて、その電機子巻線をダブル多相巻線となし、一方
それに対応する回磁極の永久磁石を電機子巻線の通電に
したがって生ずるアンペアターン分布の第1次,第2次
に対応する極数による複合構成となし、実質的に電機子
巻線との間のN極とS極の等価鎖交部分を無着磁または
無磁石となしたことを特徴とする整流子電動機であり、
極対数倍の反復で軸中心に配した多極構成とし、3相巻
線を有しかつ電機子巻線をダブル巻線となし、かつ非対
称永久磁石構成とするものである。
辺に配した回転電機子をもって構成する整流子電動機に
おいて、その電機子巻線をダブル多相巻線となし、一方
それに対応する回磁極の永久磁石を電機子巻線の通電に
したがって生ずるアンペアターン分布の第1次,第2次
に対応する極数による複合構成となし、実質的に電機子
巻線との間のN極とS極の等価鎖交部分を無着磁または
無磁石となしたことを特徴とする整流子電動機であり、
極対数倍の反復で軸中心に配した多極構成とし、3相巻
線を有しかつ電機子巻線をダブル巻線となし、かつ非対
称永久磁石構成とするものである。
[実施例] 第1図は本発明の一実施例を偏平型コアレスモータの
構成で示したものである。(b)は(a)におけるW−
X矢視より見た回軸電機子の構成図である。回転電機子
1上に電機子コイル1−2が配され3相コイルは互いに
重なり合わない構成になっている。(c)は(a)にお
けるY−Z矢視より見た界磁磁石の構成図と同等で、永
久磁石4は2極構成でかつ半分の面積をもって構成さ
れ、電機子1にあるコイルに対向しており、軸受5と共
にブラケット6に一体となっている。(d)は回転電機
子コイル1−2と整流子2との結線の関係図である。本
発明のような励磁アンペアターン分布の第1成分(2
極)と第2成分(4極)の両方を利用する場合、下記の
条件を満足しなければならない。
構成で示したものである。(b)は(a)におけるW−
X矢視より見た回軸電機子の構成図である。回転電機子
1上に電機子コイル1−2が配され3相コイルは互いに
重なり合わない構成になっている。(c)は(a)にお
けるY−Z矢視より見た界磁磁石の構成図と同等で、永
久磁石4は2極構成でかつ半分の面積をもって構成さ
れ、電機子1にあるコイルに対向しており、軸受5と共
にブラケット6に一体となっている。(d)は回転電機
子コイル1−2と整流子2との結線の関係図である。本
発明のような励磁アンペアターン分布の第1成分(2
極)と第2成分(4極)の両方を利用する場合、下記の
条件を満足しなければならない。
(i)両成分の移動ピッチ速度が一致する。
(ii)両成分の極中心が一致する。
以上を満たす電機子巻線のスイッチングモードは3相
全通電である。すなわち第4図の モードにおいては、励磁アンペアターンの極中心は第1,
第2成分共一致し、かつ整流子片巾の刷子移動に対しト
ルクの発生方向が逆にならないためには、第2成分の整
流子片巾にしなければならない。この条件を満たすため
には第1図(d)のようなダブル3相6セグメント構成
にして刷子を180゜el間に配置すればよい。すなわち60
゜elの移動ピッチで刷子及び界磁磁石極中心も、電機子
アンペアターン分布の極中心も移動する。また界磁極中
心は整流子片巾60゜elの振れに対して電機子アンペアタ
ーン分布は不動であるが、第2次成分の極間ピッチ90゜
el内であればトルクは反転しない。
全通電である。すなわち第4図の モードにおいては、励磁アンペアターンの極中心は第1,
第2成分共一致し、かつ整流子片巾の刷子移動に対しト
ルクの発生方向が逆にならないためには、第2成分の整
流子片巾にしなければならない。この条件を満たすため
には第1図(d)のようなダブル3相6セグメント構成
にして刷子を180゜el間に配置すればよい。すなわち60
゜elの移動ピッチで刷子及び界磁磁石極中心も、電機子
アンペアターン分布の極中心も移動する。また界磁極中
心は整流子片巾60゜elの振れに対して電機子アンペアタ
ーン分布は不動であるが、第2次成分の極間ピッチ90゜
el内であればトルクは反転しない。
次に界磁極の構成について説明する。第6図は電機子
合成アンペアターン分布(全相通電)に対し界磁磁石の
2極,4極がそれぞれ同一方向にトルクを最大に発生せし
める磁極中心の関係を示したものである。第6図(a)
は電機子の合成アンペアターン分布による第1成分10と
第2成分11を表わす。第6図(b)はそれに対向する界
磁極の着磁極を示し、これは第1図(c)の界磁磁石4
を実質的に表わすものであり、それぞれのアンペアター
ン成分に対応する極すなわち2極と4極をもっている。
これを4−1とする。第6図(c)は実際の界磁磁石の
着磁パターンを示したもので、これは第1図(c)の界
磁磁石の着磁パターンを示すものである。これを4−2
とする。このような電機子巻線と界磁磁石の組合せによ
り、第1次のトルク成分と第2次のトルク成分が互いに
順方向に働き、従来と同等の発生トルクを得ることがで
きる。刷子が片間にかかる短時間には電機子コイルは2
コイル通電の状態になる。たとえば界磁磁石の4極磁石
の極中心を第2次トルク成分が零になる位置に刷子を固
定すれば第1次アンペアターン分布と2極界磁成分との
間に発生するトルクは最大の位置になる。以下これにつ
いて説明する。
合成アンペアターン分布(全相通電)に対し界磁磁石の
2極,4極がそれぞれ同一方向にトルクを最大に発生せし
める磁極中心の関係を示したものである。第6図(a)
は電機子の合成アンペアターン分布による第1成分10と
第2成分11を表わす。第6図(b)はそれに対向する界
磁極の着磁極を示し、これは第1図(c)の界磁磁石4
を実質的に表わすものであり、それぞれのアンペアター
ン成分に対応する極すなわち2極と4極をもっている。
これを4−1とする。第6図(c)は実際の界磁磁石の
着磁パターンを示したもので、これは第1図(c)の界
磁磁石の着磁パターンを示すものである。これを4−2
とする。このような電機子巻線と界磁磁石の組合せによ
り、第1次のトルク成分と第2次のトルク成分が互いに
順方向に働き、従来と同等の発生トルクを得ることがで
きる。刷子が片間にかかる短時間には電機子コイルは2
コイル通電の状態になる。たとえば界磁磁石の4極磁石
の極中心を第2次トルク成分が零になる位置に刷子を固
定すれば第1次アンペアターン分布と2極界磁成分との
間に発生するトルクは最大の位置になる。以下これにつ
いて説明する。
第7図は第1図(d)における刷子が整流子片間にま
たがった状態を表わしたもので回転電機子コイル,
,を固定して刷子を反時計方向に回転させたもので
ある。第7図(a)は整流子片A−A′から刷子を反時
計回りで隣接片間にまたがらせた状態であり、そのとき
の導通コイルは電流がからへ通ずることを示してい
る。この関係における刷子位置とアンペアターン分布の
1次分と2次分の極中心の関係を、電流の として、それとの関係で2次成分を で表示している。刷子は整流子片巾角60゜el移動し得る
から通常の刷子位置において第1次と第2次のアンペア
ターン分布と界磁磁石との間の発生トルクは刷子の移動
可能角60゜elの範囲でそれぞれ順方向に発生する範囲内
でこの整流子片間位置において、刷子に対して4極界磁
磁石のN極中心を として45゜el時計方向にずらして固定する。この状態で
4極の発生トルクは互いに が対向しているので零である。同様に2極界磁磁石の場
合、その極中心が第6図(b)のように4極界磁磁石中
心より45゜el時計方向にずらせるので、1次アンペアタ
ーン分布成分と2極界磁磁石の極中心間は90゜elの位相
差があり、発生トルクは最大(1として表示)となる。
同様に整流子片B−B′より刷子を反時計方向に回転さ
せて隣接した片間に位置させた状態を第7図(b)に、
整流子片C−C′より刷子を反時計方向に回転させた場
合を第7図(c)に表わす。いずれもトルクの発生関係
は同一であり、以下他の状態においても同一である。
たがった状態を表わしたもので回転電機子コイル,
,を固定して刷子を反時計方向に回転させたもので
ある。第7図(a)は整流子片A−A′から刷子を反時
計回りで隣接片間にまたがらせた状態であり、そのとき
の導通コイルは電流がからへ通ずることを示してい
る。この関係における刷子位置とアンペアターン分布の
1次分と2次分の極中心の関係を、電流の として、それとの関係で2次成分を で表示している。刷子は整流子片巾角60゜el移動し得る
から通常の刷子位置において第1次と第2次のアンペア
ターン分布と界磁磁石との間の発生トルクは刷子の移動
可能角60゜elの範囲でそれぞれ順方向に発生する範囲内
でこの整流子片間位置において、刷子に対して4極界磁
磁石のN極中心を として45゜el時計方向にずらして固定する。この状態で
4極の発生トルクは互いに が対向しているので零である。同様に2極界磁磁石の場
合、その極中心が第6図(b)のように4極界磁磁石中
心より45゜el時計方向にずらせるので、1次アンペアタ
ーン分布成分と2極界磁磁石の極中心間は90゜elの位相
差があり、発生トルクは最大(1として表示)となる。
同様に整流子片B−B′より刷子を反時計方向に回転さ
せて隣接した片間に位置させた状態を第7図(b)に、
整流子片C−C′より刷子を反時計方向に回転させた場
合を第7図(c)に表わす。いずれもトルクの発生関係
は同一であり、以下他の状態においても同一である。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明は電機子に発生するアン
ペアターンの複数成分を利用するために、それに対応し
て界磁磁石の着磁も非対称にすることにより、発生トル
クを減少させることなく、界磁磁石を半減させることが
できる。なお実施例の角度は電気角で表示されているの
で、多極,多相構成においても同一の作用があることは
言うまでもない。また本発明は偏平型コアレスモータに
ついて説明したが、円筒型あるいは鉄芯型モータについ
ても同様であることは自明であり、極対数で反復する多
極型構成においても成立つ。さらに回転電機子の構成を
多相短節巻とした構成についても、同一の思想で展開す
ることができる。
ペアターンの複数成分を利用するために、それに対応し
て界磁磁石の着磁も非対称にすることにより、発生トル
クを減少させることなく、界磁磁石を半減させることが
できる。なお実施例の角度は電気角で表示されているの
で、多極,多相構成においても同一の作用があることは
言うまでもない。また本発明は偏平型コアレスモータに
ついて説明したが、円筒型あるいは鉄芯型モータについ
ても同様であることは自明であり、極対数で反復する多
極型構成においても成立つ。さらに回転電機子の構成を
多相短節巻とした構成についても、同一の思想で展開す
ることができる。
第1図は本発明のモータを示す構成図。 第2図は従来例のモータを示す構成図。 第3図は短節巻単一コイルのアンペアターン分布図。 第4図は回転電機子コイルの空間位相説明図。 第5図は第2図(d)における刷子移動による通電モー
ドと回転アンペアターンの代表極中心の関係図。 第6図は電機子合成アンペアターン分布に対し、磁極中
心を示した関係図。 第7図は第1図(d)における刷子が整流子片間にまた
がった状態を表わした図。 1:電機子、2:整流子 3:回転軸、4:永久磁石界磁 5:軸受、6:ブラケット
ドと回転アンペアターンの代表極中心の関係図。 第6図は電機子合成アンペアターン分布に対し、磁極中
心を示した関係図。 第7図は第1図(d)における刷子が整流子片間にまた
がった状態を表わした図。 1:電機子、2:整流子 3:回転軸、4:永久磁石界磁 5:軸受、6:ブラケット
Claims (3)
- 【請求項1】重なり合わない多相巻線をもって回転軸周
辺に配した回転電機子をもって構成する整流子電動機に
おいて、その電機子巻線をダブル多相巻線となし、一方
それに対応する界磁極の永久磁石を電機子巻線の通電に
したがって生ずるアンペアターン分布の第1次,第2次
に対応する極数による複合構成となし、実質的に電機子
巻線との間のN極とS極の等価鎖交部分を無着磁または
無磁石となしたことを特徴とする整流子電動機。 - 【請求項2】極対数倍の反復で軸中心に配した多極構成
の請求項(1)記載の整流子電動機。 - 【請求項3】3相巻線を有しかつ電機子巻線をダブル巻
線となし、かつ非対称永久磁石構成とした請求項(1)
記載の整流子電動機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3585090A JP2825912B2 (ja) | 1990-02-16 | 1990-02-16 | 整流子電動機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3585090A JP2825912B2 (ja) | 1990-02-16 | 1990-02-16 | 整流子電動機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03239145A JPH03239145A (ja) | 1991-10-24 |
JP2825912B2 true JP2825912B2 (ja) | 1998-11-18 |
Family
ID=12453469
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3585090A Expired - Fee Related JP2825912B2 (ja) | 1990-02-16 | 1990-02-16 | 整流子電動機 |
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