JP3636437B2 - 磁気的にセンタリングするトルクモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には角変位モータの分野に関し、更に詳しくは、改良した限定角磁気センタリングトルクモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
トルク発生電流を加えないときに角センタリング機能を有する、多種多様な限定角トルクモータが従来技術で知られている。従来技術で知られる限定角トルクモータでは、この角センタリング機能を、このモータシャフトの延長部に取付けた別の受動的磁気センタリング機構によって達成している。しかし、そのような構成は、このモータの設計が非常に複雑になる結果となる。
【０００３】
従って、シャフトが独立の磁気センタリング機構の助けなしに固有の角センタリング特性を有するトルクモータがあれば有益だろう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の一般的目的は、固有の角センタリング特性を備える、改良した限定角変位モータを提供することである。
別の目的は、センタリング特性を作るために別の磁石を使わない、改良した限定角変位モータを提供することである。
別の目的は、センタリングトルクがロータの角変位の関数である、改良した限定角変位モータを提供することである。
別の目的は、電流の関数としてトルクを発生する、改良した限定角変位モータを提供することである。
別の目的は、ステータがセンタリング磁気構成と駆動磁気構成の両方を有する、改良した限定角変位モータを提供することである。
【０００５】
別の目的は、ステータのこのセンタリング構成および駆動構成がロータの軸方向長さにほぼ等しい、改良した限定角変位モータを提供することである。
別の目的は、ステータが積層部分を含み、その幾らかが駆動磁気構成を提供し、その幾らかがセンタリング磁気構成を提供する、改良した限定角変位モータを提供することである。
別の目的は、その動作電流で一定の高トルクを有する、改良した限定角変位モータを提供することである。
別の目的は、磁気センタリング機構がモータの全駆動トルクの一部を発生する、改良した限定角変位モータを提供することである。
これらおよびその他の目的並びに利点は、上記および進行中の明細書、図面、並びに前記請求項から明白となろう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
限定としてではなく、単に説明目的で、開示した実施例の対応する部品、部分または面を括弧付きで参照して、本発明は、ステータ（１８）に対して回転運動するように取付けた磁化ロータ（１６）を有する改良した限定トルクモータ（１５）で、このロータおよびステータが軸（ｘ−ｘ）の周りに細長く、このステータは、このロータにトルクを加えるように電流によって選択的に付勢されるようになっているコイル（１９）を有するモータを提供する。
【０００７】
この改良は、このステータが第１軸方向位置（２１）に、このロータ上にロータ角変位（Ａ）の関数としてトルクを発生するように整えたセンタリング磁気構成（２０）を有すること、およびこのステータが第２軸方向位置（２４）に、このロータ上にこの電流の関数としてトルクを発生するように整えた駆動磁気構成（２３）を有することを含む。
【０００８】
【発明の実施の形態】
このステータは、多数の放射状磁極片（幾つかを３５で示す）を含んでもよく、およびこのコイルは、これらの磁極片の各々の周りに巻付けてあってもよい。このセンタリング磁気構成は、この駆動磁気構成より少ない磁極片を有してもよい。このロータは、その軸に沿って一定の磁気構成を有してもよい。このセンタリング構成と駆動構成の軸方向長さの和は、このロータの軸方向長さにほぼ等しくてもよい。このステータは、積層部分のスタックを含んでもよく、これらの積層部分の幾らか（４２）がこの駆動構成の積層であり、およびこれらの積層部分の幾らか（４３）がこのセンタリング構成の積層であってもよい。
【０００９】
【実施例】
最初に、構造要素、部分または面は、この詳細な説明がその一部分であるこの明細書全体によって更に記述または説明するかも知れないので、類似の参照数字が幾つかの図面図形全体に亘って一貫して同じ構造要素、部分または面を特定することを意図していることをはっきりと理解すべきである。他に指定しない限り、これらの図面は、この説明と共に読む（例えば、クロスハッチング、部品の配置、割合、程度、等）ことを意図し、およびこの発明の明細書全体の一部と考えるべきである。以下の説明で使う、“水平”、“垂直”、“左”、“右”、“上”および“下”という用語、並びにそれらの形容詞的および副詞的派生語（例えば、“水平に”、“右方に”、“上方に”、等）は、特定の図面図形が読者に面したときの図示する構造体の方位を指すに過ぎない。同様に、“内方”および“外方”という用語は、一般的に、適宜、その伸び軸、または回転軸に対する面の方位を指す。
【００１０】
さて、これらの図面、更に詳しくは、その図１を参照して、この発明は、改良した限定角変位モータを提供し、その現在好適な実施例を全体として１５で指す。モータ１５は、一般的に縦に伸びる軸ｘ−ｘに沿って細長い円筒形構造体である。図１に示すように、モータ１５は、おおまかに環状積層ステータ１８および円筒形磁化ロータ１６を収納する円筒形ハウジング２８を含むように図示してある。ステータ１８およびロータ１６は、軸ｘ−ｘに沿って細長い同心部材である。ロータ１６は、軸ｘ−ｘの周りに回転するようにステータ１８内に同心に配置してある。
【００１１】
図２ないし図５に示すように、この好適実施例では、ロータ１６が四つの等間隔の永久磁石３１ａ〜３１ｄを支持する、一般的に八角形のコア３０を含む。磁石３１ａ〜３１ｄは、交互するＮ−Ｓ放射状磁化がされている。図４に示すように、磁石３１ａ〜３１ｄは、コア３０の一つおきの平面３２ａ〜３２ｄに接着した円筒の弓形部分である。磁石３１ａ〜３１ｄは、コア３０の周りに等円周刻みに固定してあり、コア３０に沿って縦に伸び且つコア３０と同じ縦方向長さである。磁石３１ａ〜３１ｄは、各々軸ｘ−ｘと同心でステータ１８から放射状に内方に離間した外弧状面３３ａ〜３３ｄを有する。この好適実施例で、ロータ１６は、ステータ１８の全縦長さに亘って断面積および形状が一定である。
【００１２】
図２ないし図５に示すように、ステータ１８は、軸ｘ−ｘの周りに細長い外側円筒３４、および円筒３４の内側面から放射状に内方に伸びる、複数の同心に離間した歯３５を含む。図示のように、歯３５は、Ｔ形断面形状を有し、このＴのベースが円筒３４の内側面から放射状に内方に伸びている。幾つかを３６で示す、歯３５の最内方に向う面である、このＴの上端面は、軸ｘ−ｘと同心の内側円筒形ステータ面を形成する。
【００１３】
図２および図３に示すように、この好適実施例は、ロータ１６の外側面３３ａ〜３３ｄとステータ１８の内側面３６の間に同心に配置した固定非磁性円筒形スリーブ３９を含む。
【００１４】
一つ以上のコイル１９がステータ１８の歯３５の周りに巻いてある。コイル１９は、歯３５の間の極間空間を通って軸方向に伸び、ステータ歯３５の端に巻付く。それで、コイル１９は、歯３５の周りに円周方向に巻いてあり、コイル１９の軸が一般的に軸ｘ−ｘと平行である。従って、ステータコイル１９を電流で励起すると、ステータ歯または極３５がステータ１８およびロータ１６を通る交差または横断磁束を誘起し、それがこのモータに回転トルクを生じる。
【００１５】
この好適実施例では、ステータ１８が二つの構成から成る積層のスタック、即ち、組合さって駆動磁気構成２３として作用する、従来の積層４２、および組合さってセンタリング磁気構成２０として作用する、修正した積層４３を含む。
【００１６】
図４および図５に示すように、従来の積層４２は、円筒３４の内側の周りに等円周刻みに離間した、２４枚の歯を含む。それで、駆動磁気構成２３は、２４枚の歯３５全てを含む、従来の積層４２のスタックから成る。
【００１７】
図３および図５に示すように、修正した積層４３は、従来の積層４２から多数の歯３５を除去することによって作ってある。図５に示すように、修正した積層４３は、互いに９０°間隔に離間した、三つの放射状歯の四つのグループ３８ａ〜３８ｄを含む。修正した積層４３の１２枚の歯の各々は、従来の積層４２のそれらと同じ形状および間隔である。
【００１８】
図１および図２、図３に示すように、ステータ１８は、従来の積層４２および修正した積層４３の縦方向部分を積重ねることによって組立ててある。図１に示すように、修正した積層４３のスタックは、従来の積層４２の二つのスタックの間に配置してある。それで、第１軸方向位置２１に、ステータ１８は、修正した積層４３によってセンタリング磁気構成を有し、第２軸方向位置２４に、ステータ１８は、従来の積層４２によって駆動磁気構成２３を有する。
【００１９】
図１に示すように、修正した積層４３のスタックは、ステータ１８の全長に亘って種々の軸方向位置に置いてもよいが、この好適実施例では、それらをステータ１８の軸方向中心の方に、ステータ１８の両縦端から離して配置してある。この様にして、２４枚の歯３５全てを含む、従来の積層４２のスタックは、コイル巻線１９がステータ１８の歯の端に巻付くので、それらを支持する。
【００２０】
図１および図３に示すように、コイル巻線１９は、ステータ１８の修正した積層４３のスタックを含む部分を通って伸びている。コイル巻線１９は、修正した積層４３のスタックに見られる１２枚の歯３５の間を通過し、歯の四つのグループ３８ａ〜３８ｄの間の空間も通過する。
【００２１】
図６は、ロータ角度の関数としての、モータのトルク出力のグラフを示す。この水平軸は、定格設計角Ａｒで割ったロータ角変位Ａを表す。垂直軸は、定格設計トルクＴｒで割った出力トルクＴを表す。この好適実施例では修正した積層４３のスタックを含む、モータ１５の駆動磁気構成２３の相対効果を、軸方向長さがロータ１６のものに相当する、従来の積層４２しかないか、または修正した積層４３しかないモータの計算した性能のプロットによって示す。
【００２２】
従来の積層４２しかないモータの性能特性を破線で示し、設計定格、ゼロ、およびマイナス設計定格の電流値に対して、それぞれ、Ｉｒ、Ｉｏ、および−Ｉｒを付ける。図示のように、発生したトルクが本質的に角度に独立であるので、これらは、垂直軸Ｔ／Ｔｒを０．６、０、および−０．６で通過する水平線を描く。
【００２３】
修正した積層４３しかないモータの性能特性を一点鎖線で示し、設計定格、ゼロ、およびマイナス設計定格の電流値に対して、それぞれ、Ｉｒ、Ｉｏ、および−Ｉｒを付ける。発生したトルクが角度の関数であるので、これらは、垂直軸Ｔ／Ｔｒを０．２、０、および−０．２で横切る斜線を描く。図示のように、修正した積層４３だけによってＡ／Ａｒ＝０で定格設計電流Ｉｒに対して発生したトルクは、従来の積層４２だけによって発生したトルクの１／３である。
【００２４】
従来の積層４２と修正した積層４３に組合せに対する性能特性を実線で示し、設計定格、ゼロ、およびマイナス設計定格の電流値に対して、それぞれ、Ｉｒ、Ｉｏ、および−Ｉｒを付ける。これらは、従来の部分の線と修正した部分の線の和を描き、それで修正した部分と同じ傾斜を有し、垂直軸Ｔ／Ｔｒを０．８、０、および−０．８で横切る。
【００２５】
【発明の効果】
モータシャフトに取付ける、従来技術で知られる受動的磁気センタリング装置と異なり、この改良した機構は、所望の磁気センタリングトルクをより単純化した機械要素で提供するだけでなく、このモータの全駆動トルクのかなりの部分、上に示した場合で約２５％も発生する。
【００２６】
本発明は、多くの変更および修正を施してもよいことを意図する。例えば、ロータコア３０は、磁石数を対応して増減して、８面より多くても少なくてもよく、または代りの形状でもよい。磁石３１ａ〜３１ｄは、異なる形状および構成でもよい。歯３５の数は、変ってもよい。従って、このモータの現在好適な形を図示し且つ説明し、幾つかの修正を議論したが、当業者は、前記の請求項によって定義し且つ特徴付ける、この発明の精神から逸脱することなく、種々の付加的変更および修正を施せることが容易に分るだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】改良した角変位モータの縦垂直断面図である。
【図２】図１に示す角変位モータの、一般的に図１の線２−２による横垂直断面図である。
【図３】図１に示す角変位モータの、一般的に図１の線３−３による横垂直断面図である。
【図４】図２に示すステータ積層の部分図である。
【図５】図３に示すステータ積層の部分図である。
【図６】三つのステータ構成に対する、ロータ角度の関数としての、モータのトルク出力のグラフである。
【符号の説明】
１５ 角変位モータ
１６ ロータ
１８ ステータ
１９ コイル
２０ センタリング磁気構成
２１ 第１軸方向位置
２３ 駆動磁気構成
２４ 第２軸方向位置
３５ 磁極片
４２ 従来の積層
４３ 修正した積層
Ａ ロータ角変位
ｘ−ｘ 軸

Claims (8)

1. ステータに対して回転運動するように取付けた磁化ロータを有する角変位モータであって、該ロータおよび該ステータは回転軸の周りに細長く延び、該ステータは電流によって選択的に付勢されるようになった軸方向長さとコイルとを有して該ロータにトルクを加えるようになっている、前記角変位モータにおいて、
   前記ステータは前記軸方向長さの第１部分に沿った第１の断面を有し、
   前記ステータは前記軸方向長さの第２部分に沿った第２の断面を有し、
   前記第１の断面は前記ロータにセンタリングトルクをもたらすような構成で配置され、
   前記センタリングトルクは前記ロータの中心位置からの角変位の関数であり、
   前記第２の断面は前記ロータに駆動トルクをもたらすような構成で配置され、
   前記駆動トルクは前記電流の関数であって、且つ前記ロータの中心位置からの角変位とは実質的に独立であることを特徴とするモータ。
2. 前記ステータは多数の磁束を導く放射状磁極片を含み、前記コイルは前記磁極片のそれぞれの周りに巻付けられて、前記軸に平行に延びている、請求項１に記載のモータ。
3. 前記ステータは前記第２部分に沿う磁極片の数よりも少ない数の前記第１部分に沿う磁極片を有する、請求項２に記載のモータ。
4. 前記ロータは軸方向長さと、該軸方向長さに沿った一定の磁気構成とを有する、請求項１に記載のモータ。
5. 前記ロータは軸方向長さを有し、前記ステータの前記第１部分および前記第２部分の軸方向長さの合計は、実質的に前記ロータの軸方向の長さと等しい、請求項１に記載のモータ。
6. 前記ステータが積層部分のスタックを含む、請求項１に記載のモータ。
7. 前記積層部分の幾らかは前記第１の断面の積層部分であり、前記積層部分の幾らかは前記第２の断面の積層部分である、請求項６に記載のモータ。
8. ステータに対して回転運動するように取付けた永久磁化ロータを有する限定角変位モータであって、該ロータおよび該ステータは回転軸の周りに細長く延び、該ステータは電流によって選択的に付勢されるようになった軸方向長さとコイルとを有して、該ロータにトルクを加えるようになっている、前記限定角変位モータにおいて、
   前記ステータは前記軸方向長さの第１部分に沿う第１の断面を有し、
   前記ステータは前記軸方向長さの第２部分に沿う第２の断面を有し、
   前記第１の断面は前記ロータにセンタリングトルクをもたらすような構成で配置されており、
   前記センタリングトルクは前記ロータの中心位置からの角変位の関数である磁気誘導トルクであり、
   前記第２の断面は前記ロータに駆動トルクをもたらすような構成で配置されており、
   前記駆動トルクは、前記電流の関数である磁気誘導トルクであることを特徴とするモータ。

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