JP3720157B2 - 多極の永久磁石を備えた電気機械式トランスデューサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術】
本発明は、交互にロータの回転軸の方向を向く偶数個の磁気双極子（すなわち磁極の対）を設けた多極磁石付のロータを備える機械式トランスデューサに関する。さらに詳細には、本発明は、基本的に同一のステータ平面内に位置する磁極を画定したステータを備えた双方向二相トランスデューサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
それぞれステータの磁極となる４つの異なるステータ部分から形成されるステータを備え、上記のトランスデューサと同じ原理を基本とする機械式トランスデューサが、特許明細書ＷＯ ８５／００ ７０４に開示されている。それぞれコイルを備えた２つの分岐部には端部があって、それぞれ前記４つのステータ部分の異なる部分に接続されている。この４つのステータ部分のうち２つは、それぞれ第１および第２の環状胸壁部を形成し、胸壁部の凸壁部は、ロータの多極磁石に重なる。第１および第２の胸壁部の隣接する凸壁部は、多極磁石の磁気双極子によって画定される中心角の２倍の角度だけ相互にずれている。一方、第１の環状胸壁部の各凸壁部は、第２の環状胸壁部の各凸壁部に対し、Ｎを正の整数として多極磁石の双極子の中心角αの（Ｎ＋１／２）倍だけずれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のトランスデューサの主な問題点の１つは、正確かつ信頼性が高い方法による組み立てが難しいことである。２つずつ重なり合っている４つの独立したステータ部分は、安定した位置に正確に配設する必要がある。
【０００４】
前記特許明細書は、当業者に対して、多数のロータ極、例えば２４対または３０対のロータ極を備えたトランスデューサを、正確かつ信頼性の高い方法で製作する方法について開示していない。また、前記特許明細書では、多極磁石の極の対が増加した場合について、参照番号３の前記２つのステータ部分に関する十分な記載を行っていない。特に、２つのステータ部分３の歯状部を２つの分岐部７の端部ＢおよびＣにつなぐアームの幅が非常に狭くなり、その結果、強度が小さくなる。
本発明の目的は、組み立て易く信頼性が高い構造を備えた前記のような電気機械式トランスデューサを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明による機械式トランスデューサは、
基本的に同一ステータ平面に配置したステータ磁極を備えるステータと、
ロータ回転軸を有するロータであって、前記回転軸の方向に向く交互に異なった極性の偶数個の磁気双極子を有し、前記ステータ平面に平行なロータ平面を有する多極磁石を備えたロータと、
電源に接続された２つのコイルとを備える機械式トランスデューサにおいて、前記ステータが、２つのコイルの一方をそれぞれ備えた第１および第２の分岐部を有し、前記第１および第２のステータ磁極が、少なくとも部分的に前記多極磁石に重なる凸壁部を有する第１および第２の環状胸壁部をそれぞれ備え、前記第１および第２の環状胸壁部の隣接する２つの凸壁部が、前記第１の中心角の２倍だけ相互にずれており、前記第１の環状胸壁部の各凸壁部が、前記第２の胸壁部の各凸壁部に対して、Ｎを正の整数として前記第１の中心角のＮ＋１／２倍だけずれており、前記第１および第２の分岐部が、前記第１および第２の磁極と接続されている第１の端部を備えるトラスデューサであって、前記ステータ磁極の最後の磁極である第３の磁極が、前記回転軸の周囲に配設され、さらに前記第３の磁極が、前記第１および第２の環状胸壁部に重なるとともに、少なくとも部分的に前記多極磁石に重なる歯状部を周囲に備え、前記第１および第２の分岐部の第２の端部が、前記第３のステータ磁極に接続されていることを特徴とする機械式トランスデューサになっている。
【０００６】
本発明の前記のような特徴により、先に述べた従来技術の場合とは異なり、トランスデューサの組み立てが容易になるとともに、多極磁石の磁気双極子の数が増大しても、トランスデューサの構造が脆弱にならずにすむ。
【０００７】
以下、非限定的な実施形態により、添付の図面を参照して本発明の特徴および利点を詳細に説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図４を参照して、本発明による電気機械式トランスデューサの第１の実施形態について述べる。
【０００９】
本トランスデューサは、第１および第２の磁極１０および１２をそれぞれ画定する第１および第２のステータ部分６および８を含むステータ４を備えている。第１および第２の磁極１０および１２は、それぞれ第１および第２の環状胸壁部１４および１６を備えている。さらにステータ４は、第３のステータ部分１８を備え、このステータ部分は、第３の磁極２０を画定するとともに、コイル２６および２８をそれぞれ含む分岐部２２および２４を備えている。この２つのコイルは、ステータ４が画定する２つの主磁気回路内で磁束を生成する電源（図示せず）に接続されている。
【００１０】
また、トランスデューサは、ロータ３０を備え、このロータは、回転軸３２を備えるとともに、磁気フランジと関連した多極構造の磁石３４を備えている。この磁石は、回転軸３２の方向へ逆向きとされた偶数個の磁気双極子（磁極の対）を備えている。各磁気双極子は中心角αを有する。
【００１１】
３つのステータ部分６、８、および１８は、同一のステータ平面３６内に位置している。別の実施形態によれば、磁極１０、１２、２０だけが、同一の平面３６内に位置し、一方周囲のステータ部分は、構造上の要件、および電気機械式トランスデューサを収容するようになっている装置内でのトランスデューサの配置状態にしたがって配設されている。
【００１２】
ロータ３０の多極磁石３４は、ステータ平面３６に平行な、ステータ平面からある距離だけ離れたロータ平面３８内に、磁極１０、１２、および２０に少なくとも部分的に重なるように配置されている。
【００１３】
さらにロータ３０は、多極磁石３４のステータ平面３６の反対側面に磁性材料製プレート４０を備えている。プレート４０は、リング状になっており、多極磁石３４がこのプレートに重なる。この環状プレート４０は、アパーチャ４２を備えている。各アパーチャは、高磁気抵抗ゾーンとなる２つの峡部４４および４５を形成する。アパーチャ４２は、扇形部分４８を磁気的に絶縁する。扇形部分４８の中心角は、２α、すなわち多極磁石３４の磁気双極子の中心角の２倍に等しい。別の実施形態によれば、環状部分の中心角は、３αに等しいが、別の値になる場合もある点に注意されたい。アパーチャ４２は、多極磁石３４の中間ゾーン５０と一直線状に並ぶことが好ましい。
【００１４】
ステータ磁極１０、１２、および２０の構成については、それぞれ磁極１０および１２の一部である第１の環状胸壁部１４および第２の環状胸壁部１６が、凸壁部５２および５４で形成されている。凸壁部５２および５４は、少なくとも部分的にロータ３０の多極磁石３４に重なる。第１および第２の環状胸壁部１４および１６の２つの隣接する凸壁部５２および５４は、相互に角度２α、すなわち中心角αの２倍だけずれている。さらに、第１の環状胸壁部１４の各凸壁部５２は、第２の環状胸壁部１６の各凸壁部５４に対して角度βだけずれている。βは、Ｎを正の整数として中心角αの（Ｎ＋１／２）倍であることが好ましい。別の実施形態によれば、βは、（Ｎ＋１／３）αまたは（Ｎ＋２／３）αに等しい。
【００１５】
第１および第２の分岐部２２および２４は、第１および第２の磁極１０および１２にそれぞれ直接接続された第１の端部５６および５７を備えている。これに対して第２の端部５８および５９は両方とも第３の磁極２０に直接接続されている。
【００１６】
ステータ４の最後の磁極である第３の磁極２０は、ロータ３０の回転軸３２の周囲に配設されており、第１および第２の環状胸壁部１４および１６に重なる歯状部６０を周囲に備えている。歯状部６０は、少なくとも部分的に多極磁石３４に重なっている。第１の環状胸壁部１４の凸壁部５２と、第２の環状胸壁部１６の凸壁部５４との間には、中間歯状部６２と、コイル２６および２８を含む分岐部２２および２４の第２の端部５８および５９を取り付けられるように、磁極２０の中央部分を延長したアーム６４とが設けられている。
【００１７】
本発明によるトランスデューサが機能する上で、中間歯状部６２は必ずしも必要ないが、この中間歯状部と、多極磁石３４に重なるアーム６４の一部とが磁束を収集する。この磁束は、コイル２６および２８により生成され、本明細書で述べるトランスデューサの磁気回路の閉鎖プレートとなる環状プレート４０にアパーチャ４２がある場合に環状胸壁部１４および１６の端部に位置する凸壁部を貫通する、多極磁石３４の磁束と一体になる。中間歯状部６２は、位置決めトルクの振幅と位相とを決めて永久磁石を静止状態に維持する。
【００１８】
プレート４０によりトランスデューサの効率が向上し、したがってある仕事に必要な電気エネルギーの消費量を最小限に抑えることができるため、本発明によるトランスデューサが正常に作動するには、プレート４０が必要である。プレート４０に設けたアパーチャ４２は、磁気的に相互に絶縁された扇形部分４８を画定するほか、ステータの磁極１０および１２を磁気的に絶縁し、したがって、コイルからの磁束漏洩が増大しないようにする。本発明のトランスデューサの２つの主磁気回路が共通の磁極２０を備えている場合、この点は、本発明のトランスデューサにとって特に好都合である。
【００１９】
本発明によるトランスデューサの実施形態の特徴は、ロータが１ステップずつ回転するように、コイル２６および２８の極性を交互に変化させたことである。なお、当該実施形態は、決して限定的なものではない。多極磁石３４に磁気双極子を３０個設けてあれば、ロータ３０の１回転当たりのステップ数を６０ステップにするには十分である。１回転が６０ステップになっていると、時計に応用するのに有利である。
【００２０】
図５および図７を参照して、本発明の電気機械式トランスデューサの第２の実施形態について述べる。
【００２１】
すでに述べた事項については、詳細な説明を省く。図面が繁雑になるのを避けるため、図５にはロータを示していない。
【００２２】
上記第１の実施形態と第２の実施形態との相違点は、２つある。
【００２３】
先ず、第２の実施形態では、ステータ磁極１０、１２、２０をそれぞれ形成する３つのステータ部分６’、８’、１８’が、一体を成すように材料的に結合されていることである。ステータ部分６’、８’、１８’は、磁気抵抗が高いゾーンを形成する峡部７０、７１、および７２により結合され、磁極１０、１２、および２０を磁気的に絶縁している。環状胸壁部１４、１６の配置および磁極２０の歯状部６０の配置は、第１の実施形態の場合と同様である。
【００２４】
次に、第２の実施形態では、第１の実施形態と異なり、環状プレートまたはリング７４がロータ３０’の多極磁石３４から離して、平面３８に対してステータ平面３６の反対側に配置されていることである。リング７４は、第１の実施形態のリング４０に替わるものである。リング７４は、やはり磁性材料で形成されており、少なくとも部分的に多極磁石３４に重なり、ステータ４’に対して固定した位置に配設されている。環状プレート７４は、リング７４の２つの部分８０および８２を磁気的に絶縁するアパーチャ７６および７８を備えている。リング７４は、環状部分８０および８２が、それぞれ環状胸壁部１４および１６に重なるようにステータ４’に対して配設されている。したがって、アパーチャ７６および７８は、磁極１０および１２を磁気的に絶縁する。
【００２５】
リング７４は、本発明による電気機械式トランスデューサの効率を高め、かつ、多極磁石３４上の磁極１０、１２、および２０が発生する引力を減少させる。
【００２６】
第２の実施形態による電気機械式トランスデューサは、上記の第１の実施形態の機械式トランスデューサと同じ働きをする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるトランスデューサの第１の実施形態の略平面図である。
【図２】 図１の線ＩＩ−ＩＩにそった断面図である。
【図３】 図１に示すトランスデューサのロータの永久磁石を示す略図である。
【図４】 図２に示すロータの一部である磁性材料製リングの底面図である。
【図５】 本発明によるトランスデューサの第２の
実施形態の略平面図である。
【図６】 図５の線ＶＩ−ＶＩにそった断面図である。
【図７】 図５に示すステータの一部である磁性材料製リングの底面図である。
【符号の説明】
４ ステータ
１０ ステータ磁極
１２ ステータ磁極
１４ 環状胸壁部
１６ 環状胸壁部
２０ ステータ磁極
２２ 分岐部
２４ 分岐部
３０ ロータ
３４ 多極磁石
３６ ステータ平面
３８ ロータ平面
５２ 凸壁部
５４ 凸壁部
６０ 歯状部

Claims (7)

1. 同一ステータ平面（３６）内に位置するステータ磁極（１０、１２、２０）を備えたステータ（４、４’）と、
   ロータ回転軸（３２）を有するロータであって、交互に前記回転軸の方向に向き、それぞれ第１の中心角（α）で画定される偶数個の磁気双極子を有し、前記ステータ平面に平行なロータ平面（３８）を有する多極磁石（３４）を備えたロータ（３０、３０’）と、
   電源に接続された２つのコイル（２６、２８）とを備え、
   前記ステータ（４、４’）が、２つのコイルの一方をそれぞれ含む第１の分岐部（２２）および第２の分岐部（２４）を備え、前記第１ステータ磁極（１０）および第２のステータ磁極（１２）が、少なくとも部分的に前記多極磁石に重なる凸壁部（５２、５４）を有する第１および第２の環状胸壁部（１４、１６）をそれぞれ備え、前記第１および第２の環状胸壁部の隣接する２つの凸壁部が、前記第１の中心角（α）の２倍だけ相互にずれており、前記第１の環状胸壁部の各凸壁部が、前記第２の胸壁部の各凸壁部に対して、Ｎを正の整数として前記第１の中心角（α）のＮ＋１／２倍だけずれており、前記第１および第２の分岐部（２２、２４）が、前記第１および第２の磁極と接続されている第１の端部（５６、５７）を備えた機械式トランスデューサにおいて、前記ステータ磁極の最後の磁極である第３の磁極（２０）が、前記回転軸（３２）の周囲に配設され、さらにその第３の磁極が、前記第１および第２の環状胸壁部（１４、１６）に重なるとともに、少なくとも部分的に前記多極磁石（３４）に重なる歯状部（６０）を周囲に備え、前記第１および第２の分岐部の第２の端部（５８、５９）が、前記第３のステータ磁極（２０）に接続されていることを特徴とする機械式トランスデューサ。
2. 磁性材料で形成され、前記多極磁石（３４）に対して前記ステータ平面（３６）の反対側に位置し、少なくとも部分的に前記多極磁石に重なり、前記ロータ（３０）に回転可能に固定されたプレート（４０）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のトランスデューサ。
3. 前記磁気プレート（４０）が、前記第１の中心角（α）の２倍以上の中心角を有する環状部分（４８）を磁気的に絶縁するように配設されたアパーチャ（４２）を備える環状プレートであることを特徴とする請求項２に記載のトランスデューサ。
4. 前記多極磁石（３４）に対して前記ステータ平面（３６）の反対側に配置され、少なくとも部分的に前記多極磁石に重なるとともに前記ステータ（４’）に固定されている磁気プレート（７４）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のトランスデューサ。
5. 前記磁気プレート（７４）が、環状になっており、少なくとも部分的に前記第１および第２の環状胸壁部（１４、１６）にそれぞれ重なる２つの環状部分（８０、８２）を磁気的に絶縁するアパーチャ（７６）２つを有することを特徴とする請求項４に記載のトランスデューサ。
6. 前記第１、第２、および第３のステータ磁極（１０、１２、２０）が、前記ステータ磁極（１０、１２、２０）を磁気的に絶縁する、磁気抵抗が高い３つの峡部（７０、７１、７２）を有する一体に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
7. 前記多極磁石（３４）の双極子が３０個あり、前記電源が、２つのコイル（２６、２８）に交互に電力を供給することによって、前記ロータ（３０、３０’）を６０ステップで１回転させるように配設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のトランスデューサ。

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