JP3759542B2 - 永久磁石界磁モータ - Google Patents
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Description
本発明は,主に低速で駆動し、直線又は回転運動をするパルスモータや同期モータに関し、特に、永久磁石を固定子の界磁に用いて高い推力を得るモータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、パルスモータや同期モータの界磁を永久磁石で与えれば、コンパクトな構成で高い推力を得ることが知られており、様々な構造のものが開発されている。図9はその1つの例を示しており、特開昭2−142353号公報に開示された直線形のパルスモータである。図において、20は図示しない基礎に固定された磁性体のスケールであり、21は該スケール20の上にエアギャップを介して左右の移動方向に移動可能に支持された可動子である。スケール20の上面には移動方向にP/2のピッチで断面が矩形の永久磁石が挿嵌されており、スケール20の上面が平面となっている。隣り合う永久磁石の着磁方向は逆向きとなっており、移動方向に沿ってピッチPの繰返し構造となっている。可動子21は移動方向に等間隔で配置された4つの電磁石24Aa、24Ab、24Ba、24Bbを備えており、それぞれ下部に2つの磁極を持ち、コイルが巻回されている。電磁石24Aaと24AbでA相電磁石をなし、電磁石24Baと24BbでB相電磁石をなしており、それぞれがペアとなっている。ペアとなっている電磁石の移動方向ピッチは2.5Pであり、A相電磁石とB相電磁石の移動方向ピッチは4.75Pになっている。各相の電磁石が励磁されるとき、一方に上向きの磁束が生じると他方には下向きの磁束が生じるように巻回されている。このような構成のパルスモータのA相とB相に位相が90度ずれた電流を供給すると、左右方向の推力が得られ、移動できることが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが前記の従来技術によると、次のような問題があった。すなわち、前記従来例のモータ定数を向上する場合、可動子の磁極ピッチは小さくするので、固定子の磁極ピッチも小さくなる。この結果、固定子の溝に挿入する永久磁石の幅も小さくなり、薄い磁石を多数用意しなければならなくなって、歩留まりが悪くなり、工数がかかってコスト高となっていた。また、磁石の幅を制約しなければスケール(固定子)の歯の幅が狭くなり、磁束の飽和が生じやすくなって推力が低下するという問題があった。このような傾向は、直線形のモータに限らず回転形のモータについても同様にあり、問題となっていた。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため,本発明は、固定子磁極と永久磁石を備えた直線状の固定子と、複数の電磁石を備えて該固定子とエアギャップを介し、前記固定子に沿って移動可能に支持された可動子からなる多相の永久磁石界磁モータにおいて、直線状の固定子が、移動方向に溝をはさんで等間隔に設けられた左右対称の固定子磁極と、該左右対称の固定子磁極の中央に挿嵌された1個以上の永久磁石からなり、該永久磁石の着磁が左右方向であるとともに、移動方向の固定子磁極毎に着磁方向が入れ替わるようにしたのである。
また、表面に周方向等間隔の溝を持ち、コイルを巻回された複数の磁極からなる固定子と、永久磁石と鉄心とで構成されるとともに前記固定子とエアギャップを介して回転可能に支持され、前記固定子の溝のピッチの半分のピッチの磁極を持つ回転子とからなり、該回転子の永久磁石界磁によって回転する永久磁石界磁モータにおいて、固定子と回転子には軸方向に複数個の区域が設けられ、固定子には、1つおきの区域の溝が同じように形成されるとともに、隣り合う区域の溝が、溝の周方向ピッチの半分だけ、周方向にずれて形成され、回転子には、各区域の境界に軸方向に着磁された円環状の永久磁石が挿着されるとともに、隣り合う該永久磁石の磁極の方向が反転するよう着磁され、前記永久磁石の軸方向隣接部には前記固定子の溝の半分のピッチで磁極が周方向に形成されたのである。
【0005】
【発明の実施の形態】
このようにすると、界磁用の永久磁石の形状を単純な形状とすることができるので製作時の作業性が大いに向上するのである。
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図1は本発明の第1の実施例を示す2相の直線形永久磁石界磁モータの構造図であり、図1(a)は移動方向の横から見た側面図、(b)は移動方向から見た正面図、(c)は固定子の平面図である。図において、1は図示しない基礎に固定された固定子、2は該固定子の上にエアギャップを介して左右の方向に移動可能に支持された可動子である。固定子1は非磁性の長い平板の上の中央に棒状の永久磁石3が設けられており、その両側に磁性体の固定子磁極4a、4bが固定されている。該固定子磁極4a、4bは移動方向にP/2のピッチで溝5a、5bを挟んで連続して設けられている。中央の磁石3は両側に設けられた前記固定子磁極4a、4bに向かって左右方向に着磁されており、移動方向にP/2のピッチで磁極の向きが反転している。一方、図1(a)に示すように、可動子2はコイル81を巻回されたA相電磁石61とコイル82を巻回されたB相電磁石62とを備えており、上側を平板などの部材で互いに剛に固定されている。A相電磁石61の下側には移動方向に中心間距離Pをおいて磁極711、712が形成され、B相電磁石62の下側には移動方向に中心間距離Pをおいて磁極721、722が形成されており、A相電磁石61の磁極711とB相電磁石62の磁極721の中心間距離は2.75Pになっている。磁極711、712、721、722の移動方向の幅は概ねP/2になっている。A相電磁石61の磁極711とコイル81は、移動方向から見た図1(b)に示すように、磁石3を挟んで磁極711a、711bとコイル81a、81bに分割されており、磁極712、721、722もそれぞれ同様に、磁極712a、712b、コイル81a、81b、磁極721a、712b、コイル82a、82b、磁極722a、722b、コイル82a、82bに分割されており、C形電磁石となっている。これら磁極の下面は同一平面内にあり、エアギャップを介して固定子磁極4a、4bに対面している。コイル81aとコイル81bには共通の電流が流され、コイル82aと82bにも共通の電流が流される。
【0006】
以上の構成において、2つの電磁石に通電すると次のように動作する。まず図2に、A相電磁石61に通電しているステップ1の状態について説明する。図においてコイル81a、81bには図2(b)に示すように電流が流れており、磁極711a、712aの断面には図2(a)に示すような磁束が流れ、磁極711b、712bの断面にはその逆向きの磁束が流れる。磁極711a、712aはS極となり、磁極711b、712bはN極となるので、磁石3の起磁力によって固定子磁極4a、4bとの間に磁気吸引力が働き、可動子2は移動方向の図2(a)の位置に保持される。図3はB相電磁石62に通電しているステップ2の状態を示しており、コイル82a、82bには図3(b)に示すように電流が流れている。これによってステップ1で述べたと同様に磁束が生じ、可動子2は移動方向の図3(a)の位置に保持される。図4は図2のステップ1の場合とはA相電磁石61の電流の向きが逆向きとなったステップ3を示し、図5は図3のB相電磁石62の電流の向きが逆向きとなったステップ4を示しており、可動子2の移動方向はそれぞれ図4(a)、図5(a)に示す位置で保持される。ステップ1からステップ2、ステップ3、ステップ4を経てステップ1に戻る手順を1サイクルとして繰返し運転をすると、可動子2は図の右側に移動し、逆のステップで繰返し運転すると、可動子2は左側に移動する。
【0007】
次に本発明の第2実施例を説明する。図6は本発明を適用した3相の直線形永久磁石界磁モータの構造図であり、図6(a)は移動方向の横から見た側面図、(b)は移動方向から見た正面図である。固定子11は非磁性の長い平板の上の中央と両側に磁性体の固定子磁極4a、4b、4cが固定されており、固定子磁極4aと4bの間に棒状の磁石3aが、固定子磁極4bと4cの間に棒状の磁石3bが設けられている。固定子磁極4a、4b、4cは移動方向にP/2のピッチで溝5a、5b、5cを挟んで連続して設けられている。磁石3a、3bは両側と中央に設けられた固定子磁極4a、4b、4cに向かって対照となるよう左右方向に着磁されており、移動方向にP/2のピッチで磁極の向きが反転している。可動子22はU相電磁石63、V相電磁石64、W相電磁石65を備えており、上側を平板などの部材で互いに剛に固定されている。U相電磁石63の下側には移動方向に中心間距離Pをおいて磁極731、732が形成され、V相電磁石64の下側には移動方向に中心間距離Pをおいて磁極741、742が形成され、W相電磁石65の下側には移動方向に中心間距離Pをおいて磁極751、752が形成されており、U相電磁石63の磁極731とV相電磁石64の磁極741の中心間距離と、V相電磁石64の磁極741とW相電磁石65の磁極751の中心間距離は2(1/3)Pになっている。磁極731、732、741、742、751、752の移動方向の幅は概ねP/2になっている。U相電磁石63の磁極731は、移動方向から見た図6(b)に示すように、固定子11の固定子磁極4a、4b、4cの上部の3つの磁極731a、731b、732cに分割されてE形電磁石となっており、コイル83は中央の磁極731bに巻回されている。磁極732、741、742、751、752もそれぞれ同様に、磁極732a、732b、732c、741a、741b、741c、742a、742b、742c、751a、751b、751c、752a、752b、752cに分割され、コイル84は磁極741b、742bに、コイル85は磁極751b、752bに巻回されている。これら磁極の下面は同一平面内にあり、エアギャップを介して固定子磁極4a、4b、4cに対面している。ここで、U相電磁石63のコイル83に電流を図7に示すように流すと、磁石3a、3bの起磁力とにより図示のような磁束が流れる。従って、可動子22は図6に示す移動方向位置で保持される。コイル84、85に電流を流しても同様のメカニズムで保持されるので、3つの電磁石に3相の正弦波電流を供給することにより左右に移動することができる。
【0008】
以上、第1の実施例でC形電磁石を用い、第2の実施例でE形電磁石を用いた場合を示したが、本願主旨に従えば、それぞれの形に限定されることはなく、第1の実施例でE形電磁石を用い、第2の実施例でC形電磁石を用いてもよく、そのほかの形の電磁石を用いても良いことは明白である。また、磁石3、3a、3bが棒状の場合を示したが、長さがP/2やPのものなど、分割された磁石を複数個並べてもよいことは明らかである。
【0009】
次に本発明の第3の実施例を説明する。図8は本発明を適用した回転形永久磁石界磁モータの構造図であり、固定子の周りで回転子が回転するアウターロータ形のモータを示している。図において91は固定軸の周りに固着された略円筒のインナーステータであり、電機子巻線93を巻回した6個の磁極92からなっている。ここで、モータを軸方向に5つの区域に分け、中央3つの長さはQ、両端の2つの長さは概ねQ/2となっている。磁極92の外周は軸方向の溝がピッチPで周方向に形成されており、5つの区域のうちの中央と両端の3つの区域の磁極92a、92c、92dは同じになっている。残る2つの区域の磁極92b、92dでは、前記3つの磁極92a、92c、92eの溝と周方向にP/2ずれている。アウターロータ94は、前記5つの区域の磁極95a、95b、95c、95d、95eと、それぞれの磁極の間に挿入された円環状の磁石96a、96b、96c、96dからなっている。磁石96a、96b、96c、96dは軸方向に着磁され、着磁の向きは軸方向の順に交互に入れ替わっている。すなわち、96aと96cが同じ向きになり、96bと96dはこれとは逆になっている。磁極95a、95b、95c、95d、95eには、軸方向の溝が周方向にピッチP/2で形成されており、そのうち磁極95aと95c、95eは同じであり、残る95bと95dはこれらに対してP/2だけ周方向にずれている。
【00010】
以上のような構成により、円環状の磁石96a、96b、96c、96dの起磁力によって磁極95a、95c、95eはN極になり、磁極95b、95dはS極になる。しかるに、インナーステータ91とアウターロータ94がエアギャップを介して対面している状況は、前記した第2の実施例の3相の直線形永久磁石界磁モータのエアギャップを円筒状にしたものと同じであり、3相励磁をすることによって同様の推力が得られ、アウターロータ94を回転させることができる。この例では、回転子が固定子の周りで回転する場合を述べたが、回転子が固定子の中央で回転するインナーロータのモータについても適用できることは言うまでもない。また、軸方向を5つの区域に分けた場合を述べたが、区分けの数も5つに限られないことも明白である。
【00011】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によると、界磁用の永久磁石は単純な形状のものでよく、数量も多量を必要としない。従って、製作する際の作業性がよく、部品点数が少なくてすみ、安価に製作できるとともに、永久磁石界磁モータの信頼性を高める効果がある。また、本発明によると、磁極ピッチの中に永久磁石の幅が含まれることはないので、磁極ピッチを狭くすることができ、モータ定数を向上できるという効果がある。
【00012】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す構造図
【図2】第1実施例の動作説明図
【図3】第1実施例の動作説明図
【図4】第1実施例の動作説明図
【図5】第1実施例の動作説明図
【図6】本発明の第2実施例を示す構造図
【図7】第2実施例の動作説明図
【図8】本発明の第3実施例を示す構造図
【図9】従来例の構造図
【符号の説明】
1、11 固定子
2、22 可動子
3、96 磁石
4 固定子磁極
5 溝
20 スケール
61 A相磁石
62 B相磁石
63 U相磁石
64 V相磁石
65 W相磁石
711、712、721、722 磁極
81、82、83、84、85 コイル
91 インナーステータ
92、95 磁極
93 電機子巻線
94 アウターロータ
Claims (2)
- 固定子磁極と永久磁石を備えた直線状の固定子と、複数の電磁石を備えて該固定子とエアギャップを介し、前記固定子に沿って移動可能に支持された可動子からなる多相の永久磁石界磁モータにおいて、直線状の固定子が、移動方向に溝をはさんで等間隔に設けられた左右対称の固定子磁極と、該左右対称の固定子磁極の中央に挿嵌された1個以上の永久磁石からなり、該永久磁石の着磁が移動方向に向かって左右方向であるとともに、移動方向の固定子磁極毎に着磁方向が反転することを特徴とする永久磁石界磁モータ。
- 表面に周方向等間隔の溝を持ち、コイルを巻回された複数の磁極からなる固定子と、永久磁石と鉄心とで構成されるとともに前記固定子とエアギャップを介して回転可能に支持され、前記固定子の溝のピッチの半分のピッチの磁極を持つ回転子とからなり、該回転子の永久磁石界磁によって回転する永久磁石界磁モータにおいて、固定子と回転子には軸方向に複数個の区域が設けられ、固定子には、1つおきの区域の溝が同じように形成されるとともに、隣り合う区域の溝が、溝の周方向ピッチの半分だけ、周方向にずれて形成され、回転子には、各区域の境界に軸方向に着磁された円環状の永久磁石が挿着されるとともに、隣り合う該永久磁石の磁極の方向が反転するよう着磁され、前記永久磁石の軸方向隣接部には前記固定子の溝の半分のピッチで磁極が周方向に形成されていることを特徴とする回転形の永久磁石界磁モータ。
【0001】
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- 1996-09-20 JP JP27138496A patent/JP3759542B2/ja not_active Expired - Fee Related
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