JP4041120B2 - 回転共振型モータ - Google Patents

Description

本発明は、一定な区間を往復運動する回転共振型モータに関し、特に、回転共振型モータを構成する固定子の内部に形成される開口部を上下非対称型にし、望ましくはこの開口部を半円型に形成することにより、モータの高さを下げても往復運動ができるようにモータの構造を設計して、高さに制約のある機構にもこのモータを適用することができる回転共振型モータに関する。

一般的な回転共振型モータの構造を示した図１を参照して説明すると次の通りである。

一般的な回転共振型モータは、図１に示したように、固定子１と、この固定子１の内部に離隔するように構成されて固定子１に電流が印加される場合に発生する磁場により往復運動する回転子２と、回転子２が往復運動できるように回転子２と接続される螺旋ばね３とから構成される。

前述のような一般的な回転共振型モータは、螺旋ばね３の共振システムを用いてリニアモータのように回転子２が一定区間を往復運動させる装置である。

回転共振型モータには固定子１の内側に回転子２を離隔して配置するための空間が形成されているが、前述のような空間を開口部といい、この開口部には一般的に回転子２に向けて突極が形成されている。

そして、突極にはコイルが巻線されるので、コイルに電流が印加されると固定子１に磁場が形成されるようになる。

前述のような回転共振型モータの作動原理を図２に基づき詳細に説明する。

図２は回転共振型モータの固定子１の断面を示した図であり、図２によると、固定子１は内部に円型の開口部を形成し、開口部には回転子に向けて突出された突極ａ、ｂ、ｃ、ｄが形成されている。

なお、それぞれの突極ａ〜ｄにはコイルが巻線されており、このコイルは突極ａと突極ｃとが互いに接続されて巻線され、突極ｂと突極ｄとが互いに接続されて巻線されている。

突極ａと突極ｃを接続するコイルに電流が印加された場合にはＡ−Ａ’方向に磁束が形成されるが、この際、突極ａにはＮ極が形成され、突極ｃにはＳ極が形成される。

一方、突極ｂと突極ｄのコイルに電流が印加されるとＢ−Ｂ’経路に磁束が形成され、この際、突極ｂはＳ極の磁性を帯び、突極ｄはＮ極の磁性を帯びることになる。

前述のように構成された回転共振型モータにおいて、固定子に巻線されたコイルに電流が印加される場合、回転子は回転運動をするのではなく、電流印加に応じる磁場の方向Ａ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’の経路に向けて動くことになる。

したがって、Ａ−Ａ’の磁束経路の形成時に回転子は右側に一定角度だけ回転し、その後ばねの弾性力により元の位置に復帰し、なおＢ−Ｂ’に磁束経路が形成されて左側に一定角度だけ回転することになる。

この動作を繰り返すことにより、回転共振型モータは回転運動を往復運動に変換する所定の機械的装置がなくても一定な角度で動く往復運動が可能になる。

ところが、前記従来の回転共振型モータは、磁束経路が形成されるために固定子の内部に形成される開口部にそれぞれ回転子に向けて突極を形成して、前述の場合には突極を円型などの上下方向に線対称（以後単に対称という）的な構造に形成したものであった。

したがって、前述のように上下方向に対照的な構造に突極を形成する場合において、モータの固定子の高さが一定な値を保持しなければ上下方向に対照的な構造の突極は形成できないため、回転共振型モータが大型化されてモータを搭載する製品の大きさを小型化するには限界があった。

従って、本発明は、前述した従来の問題点を解決するために案出されたものであり、回転共振型モータの固定子内部に形成される開口部を半円型などの上下方向に非対称的な構造に形成して、回転子が往復運動できるように磁束経路を提供しつつ、固定子の高さを下げられる回転共振型モータを提供することにその目的がある。

前述の目的を達成するために、本発明の回転共振型モータは、磁場により回転する回転子と、回転子が左右に所定の角度だけ回転するように開口部が上下非対称型に形成され、開口部に複数の突極が形成された固定子と、電流が印加されると磁場が形成されるように突極に巻線されたコイルと、回転子を元の位置に復帰させるために、螺旋ばねが前記回転子に接続されて構成され、複数の突極は回転子の回転中心から上側に位置され、回転子は回転中心の下側部がアーク形態に形成され、固定子には底面に回転子の下側部が受容されるように凹部が形成され、複数の突極の間の固定子に、開口部側と反対側の一端が閉鎖されるスリットが形成されていることを特徴とする。

特に、固定子の内部に形成された上下方向に非対称型の開口部は、多角型の下部の一部を水平方向に切断した形態または半円型に形成することができる。

かつ、開口部には複数の突極が形成されているが、突極は一般的に回転子に向けて突出形成される。

かつ、突極にはコイルが巻線されており、突極に巻線されたコイルにそれぞれ交互に電流を印加することにより、電流変化に応じて固定子に磁場が形成され、この磁場はそれぞれの突極に交互に形成されて回転子が所定の角度だけ左右に往復運動できるようにする。

複数の突極の形成においては、簡単に二つの突極を形成して前述の動作を行うことができるが、これは、二つのコイルをそれぞれの突極に巻線し、巻線されたコイルに印加される電源を両コイルに交互に導通させるために、スイッチング手段、特にダイオードを電源に付加して接続することによってもできる。

電源に付加接続されたダイオードなどのスイッチング手段は、印加交流電源の値が正の値または負の値を有することにより、両コイルがそれぞれ交互に導通されることになるが、コイルが導通される場合にコイルが巻線された固定子の一側の突極には磁場が形成される。

突極に形成された磁場により回転子に回転トルクが発生して回転子は一定角度だけ回転するが、回転トルクによる回転力が損なわれることを防止するために開口部の上端および下端中央部にスリットを形成することもできる。

スリットにより磁場は半円型の開口部の一側の突極のみに形成されるので、他側の突極に影響を及ぼさず、よって磁束が不要に漏れることを防止できる。

本発明に係る回転共振型モータは、モータの回転子が往復運動を行う際、上下方向に対称型に作られたモータの固定子および開口部構造の一部を切断した形態に構成するので、半円型などの上下方向に非対称型構造を有する。よって、簡単に回転子が往復運動できるモータを、上下方向に非対称型構造で具現することにより、製造コストを節減することができ、回転共振型モータの高さを下げることができてモータが搭載される製品の小型化が可能になるという効果がある。

以下、本発明に係る好ましい実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、本発明は本実施例に限られない。ただし、回転共振型モーターを構成する基本的な構造は前述した従来の技術と同一なので詳細な説明を省くことにする。

図３は本発明の回転共振型モータが示された斜視図であり、図４は本発明の第１実施例による回転共振型モータの固定子を示した断面図であり、図５は第２実施例による回転共振型モータの固定子を示した断面図である。

かつ、図６は本発明の回転共振型モータの突極に巻線されたコイルの接続状態を示した回路図であり、図７、８、９は本発明の回転共振型モータにおけるコイルに印加される電流の状態に応じる回転子の運動状態を示すための固定子の断面図である。

図３によると、本発明による回転共振型モータは固定子１０と、固定子１０に形成された磁場により回転される回転子２０および回転子２０を元の位置に復帰させるために、螺旋ばね３０が回転子２０に接続されて構成される。

なお、固定子１０の内部には開口部が上下方向に非対称型に形成され、開口部には複数の突極１１、１２が形成されている。

本発明による回転共振型モータは、モータが搭載可能な製品のサイズを効果的に小型化できるように、固定子１０の内部に形成された開口部を上下方向に非対称型に形成してモータの高さを下げることができるが、開口部を上下方向に非対称型に形成する方法の第１実施例として、開口部を半円型に形成することが可能である。

あるいは、開口部を上下方向に非対称型に形成する方法の第２実施例として、多角型に形成された開口部の下側の一部を水平方向に切断した形態に形成することも可能である。

一方、複数の突極１１、１２は一般的に回転子２０に向けて突出形成される。そして、回転子２０の往復運動のために開口部に形成された複数の突極１１、１２は二つの突極から形成されることが望ましく、以下の本発明において、突極は第１突極１１および第２突極１２の両突極から形成されるものとする。

第１、２突極１１、１２にはそれぞれ第１、２コイル１１ａ、１２ａが巻線され、モータに印加される電源によりコイルには電流が導通されるが、印加電源にはスイッチング手段、特にダイオードが接続されているので、電源が交流電源の場合に電源の極性が陽極または陰極に変わることにより、二つのコイルはそれぞれ交互に導通されて磁束が形成される。

図４は本発明の第１実施例による固定子１０の断面図であり、断面図には開口部が半円型に形成されており、開口部には第１、２突極１１、１２が形成され、突極１１、１２には第１、２コイル１１ａ、１２ａが巻線されている。

かつ、固定子１０は固定子１０内部の開口部の上端および下端中央部に溝状のスリット１８、１９が形成されるが、これはスリット１８、１９は第１、２突極１１、１２に巻線された第１、２コイル１１ａ、１２ａに電流が印加されて固定子１０に磁場が形成される場合、磁場が不要に漏れることを防止するためである。

図５は本発明の第２実施例による固定子１０の断面図であり、第２実施例による固定子１０は第１実施例による固定子１０の構造と同一であるが、開口部の断面が多角型の一部を切断した形態である点が異なる。

図６は開口部に形成された第１、２突極１１、１２に巻線された第１、２コイル１１ａ、１２ａに交流電源Ｅが印加される回路を示した回路図であり、この回路にはダイオードＤ１、Ｄ２が付加されて構成されるので、第１、２コイル１１ａ、１２ａにそれぞれ交互に電流を流すことができる。

第１突極１１に巻線される第１コイル１１ａに連結されたダイオードＤ１は、交流電源Ｅが正の値を有する場合に導通されて第１コイル１１ａに電流が印加されるので、このような場合に第１突極１１に磁場が形成され、これとは逆に交流電源Ｅが負の値を有する場合には第２突極１２に巻線された第２コイル１２ａに電流が印加されるので、第２突極１２に磁場が形成されて、これにより回転子１２が回転可能に回転トルクを発生させることになる。

図７、８、９は本発明による回転共振型モータの回転子の運動動作を示した断面図である。図７、８、９は固定子１０および回転子２０を含むモータの断面図であり、固定子１０の内部に形成された開口部が特に半円型をしている場合の断面図を示したものである。

かつ、図７は開口部が半円型に形成された場合、回転共振型モータの半円の平坦な面を地面と平行させた後、地面と垂直方向の断面を示したものであり、この場合に断面図の横方向の長さはモータの高さになる。

図７は交流電源Ｅにより第１突極１１に巻線された第１コイル１１ａが導通される場合におけるモータの断面を示したものであり、よって第１突極１１に形成される磁場の形態は点線で示した通りである。

なお、断面図により示されたモータは前述したように固定子１０と回転子２０とから構成され、固定子の内部には開口部が形成されており、図７における開口部は半円型に形成されている。

そして、開口部には第１、２突極１１、１２が形成されており、各突極には第１、２コイル１１ａ、１２ａが巻線されて印加される交流電源Ｅの極性に応じてそれぞれ交互に電流が流れる。

さらに、開口部の上端および下端の中央部にはスリット１８、１９が形成されて第１、２コイル１１ａ、１２ａに電流を印加するときに半円型の開口部の一部のみに磁束を形成させる。

図８および図９はモータを図７と同一な方向に切断した場合の断面図であって、モータの構成はこれと同一である。

図８は第１、２コイル１１ａ、１２ａに印加される電源の極性が陽極から陰極にまたは陰極から陽極に変わる０交差点(zero-crossing)付近で共振力による螺旋ばねの弾性力によって回転子２０が元の位置に復帰する場合を示したものである。

図９は図７において第１突極１１に巻線された第１コイル１１ａが導通された後に交流電源Ｅの極性が変わることにより、第２突極１２に巻線された第２コイル１２ａが導通されてモータの回転子２０も同じく反対方向に一定角度だけ回転する場合を示したものである。

前述のように構成された回転共振型モータをより詳細に説明すると次の通りである。

本発明による回転共振型モータは固定子１０の内部に開口部が上下方向に非対称型に形成されており、特に一実施例としては、上下方向に非対称な型が半円型に形成されたことを特徴とする。

固定子１０の開口部の内部には回転子２０が離隔して設置されるが、回転子２０は固定子１０に磁場が形成される場合、磁場により発生する回転トルクにより所定の角度だけ左側または右側方向に回転することになる。

前述の動作が行われるように固定子１０の開口部には複数の突極１１、１２が形成されるが、突極１１、１２は回転子２０に向けて突出形成され、突極は第１突極１１および第２突極１２の２個から構成されることが一般的である。

第１、２突極１１、１２は、回転子２０に回転力を与えるためのものであり、突極１１、１２に第１、２コイル１１ａ、１２ａを巻線する。そして、コイル１１ａ、１２ａに電流を導通させる場合には、それぞれの突極１１、１２に巻線されたコイル１１ａ、１２ａに交互に電流を導通させることにより、回転子２０を左側または右側に回転させて往復運動させる。

コイル１１ａ、１２ａに電流をそれぞれ交互に導通させる場合、印加電流により発生する磁場の方向をそれぞれ反対方向に形成させるためにコイル１１ａ、１２ａを反対方向に巻線し、反対方向に巻線した第１、２コイル１１ａ、１２ａを交互に導通させるためのスイッチング手段、特にダイオードＤ１、Ｄ２を印加電源Ｅと第１、２コイル１１ａ、１２ａとの間に付加して接続する。

したがって、前述のように構成される回転共振型モータに交流電源Ｅを印加してモータを駆動させる場合、印加電源Ｅが正の値を有する場合には第１ダイオードＤ１が導通されるので、電源Ｅによる電流は第１突極１１に巻線された第１コイル１１ａに流れ、本発明の図面による実施例の場合、第１コイル１１ａに流れる電流の方向は、固定子１０の断面を眺めたときに開口部の中心から右側の下方に流れる形となる。

そして、前述のような場合に第１コイル１１ａに流れる電流に応じる磁場の方向は図に示された点線方向に形成され、よって第１突極１１にはＮ極が形成される。

かつ、印加電源Ｅが負の値を有する場合には第２ダイオードＤ２が導通されるが、前述の場合に電源Ｅによる電流は第２突極１２に巻線された第２コイル１２ａに流れることになる。

このような場合、第２コイル１２ａに流れる電流の方向は開口部の中心から左側の下方に流れる形となり、これは電源Ｅが正の値を有するときと比べると反対方向になる。

したがって、第２突極１２には磁場が形成され、磁場の方向は図９に示された点線の方向と同じで、よって第２突極１２にはＳ極が形成される。

モータに印加される交流電源Ｅは正の値と負の値を一定周波数に応じて交互に繰り返すが、回転子２０は電源Ｅが正の値の場合に第１突極１１に形成される磁場に応じて右側に所定の角度だけ回転運動できるように回転トルクが発生し、電源Ｅが負の値の場合には第２突極１２に磁場が形成されて、回転子２０は左側に所定の角度だけ回転運動できるように回転トルクが発生する。

回転子２０は所定の角度だけ右側または左側に回転するが、所定の角度は０°ないし１８０°の間で決定され、よって回転子２０は往復運動を行うが、所定の角度値は印加電源Ｅの大きさおよびコイルの巻線された回数に応じて大きい値または小さい値の角度を形成することになる。

なお、印加電源Ｅの極性が陽極から陰極にまたは陰極から陽極に変わる０交差点の付近で共振力による螺旋ばねの弾性力によって回転子２０を元の位置に復帰させ、よって回転子２０が往復運動を行う場合において、回転子２０の方向転換時にこれを加速させる効果が得られる。

一方、固定子１０の内部に形成された半円型の開口部において、開口部の上端および下端の中央部にスリット１８、１９を形成することができ、スリット１８、１９を形成する場合には第１、２コイル１１ａ、１２ａに電流が印加される場合に発生する磁場が不要に漏れることを防止できるので、磁場により発生する回転トルクを大きくして、回転子２０の回転力を増大させられる。

前述のように本発明の回転共振型モータは、モータの回転子が往復運動を行う際、上下方向に対称型に構成されたモータの固定子および開口部構造の一部を切断した形態に構成するので、半円型などの上下方向に非対称型構造を有する。また、回転子は回転中心の下側部がアーク形態に形成され、固定子には底面に回転子の下側部が受容されるように凹部が形成されている。よって簡単に回転子が往復運動できるモータを、上下方向に非対称型構造で具現することにより、製造コストを節減することができ、回転共振型モータの高さを著しく下げることができてモータが搭載される製品の小型化が可能になる効果がある。

一般的な回転共振型モータが示された斜視図である。 一般的な回転共振型モータの固定子が示された断面図である。 本発明の回転共振型モータが示された斜視図である。 本発明の第１実施例による回転共振型モータの固定子が示された断面図である。 本発明の第２実施例による回転共振型モータの固定子が示された断面図である。 本発明の回転共振型モータの巻線回路図である。 本発明の回転共振型モータの回転子の運動動作が示された断面図である。 本発明の回転共振型モータの回転子の運動動作が示された断面図である。 本発明の回転共振型モータの回転子の運動動作が示された断面図である。

符号の説明

１０ 固定子
１１、１２ 突極
１１ａ、１２ａ コイル
１８、１９ スリット
２０ 回転子
３０ 螺旋ばね

Claims (8)

1. 磁場により回転する回転子と、
   前記回転子が左右に所定の角度だけ回転するように開口部が上下非対称型に形成され、前記開口部に複数の突極が形成された固定子と、
   電流が印加されると磁場が形成されるように前記突極に巻線されたコイルと、
   前記回転子を元の位置に復帰させるために、螺旋ばねが前記回転子に接続されて構成され、
   前記複数の突極は回転子の回転中心から上側に位置され、
   前記回転子は前記回転中心の下側部がアーク形態に形成され、前記固定子には底面に前記回転子の下側部が受容されるように凹部が形成され、
   前記複数の突極の間の固定子に、前記開口部側と反対側の一端が閉鎖されるスリットが形成されていることを特徴とする回転共振型モータ。
2. 前記開口部はその断面が半円型であることを特徴とする請求項１に記載の回転共振型モータ。
3. 前記開口部はその断面が多角型の一部を切断した形態であることを特徴とする請求項１に記載の回転共振型モータ。
4. 前記突極は前記回転子に向けて突出形成されたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の回転共振型モータ。
5. 前記開口部には二つの突極が形成されたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の回転共振型モータ。
6. 前記二つの突極に巻線されたコイルは印加電源が陽極または陰極に変わることによりそれぞれ交互に導通されて磁束を形成することを特徴とする請求項５に記載の回転共振型モータ。
7. 前記スリットは、前記開口部の上端及び下端中央部に形成されたことを特徴とする請求項６に記載の回転共振型モータ。
8. 前記回転子は前記固定子の内部に離隔するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の回転共振型モータ。

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