JP5985760B2 - 電動機 - Google Patents
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Description
回転子の永久磁石を挟んで、コイル部が両側に配置されていると、回転子を両側で、回転駆動できるため、高出力を得ることができる。
永久磁石がコイル部に反発して回転するときに、回転方向の前方に位置するコイル部に、永久磁石が反発する磁力が発生する。しかし、このコイル部は、磁極が反対となった永久磁石を反発させることになる。そのため、回転する永久磁石にとっては、回転方向の前方に位置するコイル部は吸引として作用する。従って、永久磁石はコイル部によって回転が阻害されることなく、反対に、回転が促進される。
ヨーク部により、一対のコイル部の磁路を形成することで、一対のコイル部が発生する磁力の漏れを抑え、永久磁石の反発に寄与させることができる。
コイル部の配置間隔が永久磁石より大きく、コイル部と比較して永久磁石が小さいときに、複数個の永久磁石を、この間隔に対応させて複数個連続して配置すれば、コイル部の大きさ、配置数に応じて回転子を構成することができる。
20,200 回転子
20a 回転軸
21,201 本体部
22,22a,22b,22x,22m1,22m2,22m3,22m4,22m5,22m6 永久磁石
30,300 固定子
31 第1のコイル部
32 第2のコイル部
33,33x コイル部
30a〜30i,30a1,30a2,30b1,30b2,30c1,30c2,30d1,30d2,30e1,30e2,30f1,30f2,30g1,30g2,30h1,30h2,30i1,30i2,30j1,30j2,30k1,30k2,30m1,30m2 コイル部
33a 巻線
33b コア
33bs 端面
33c 軸部
33d 円盤部
34 ヨーク部
35 巻線
40,400 制御装置
41 センサ部
41a 回転盤
41b 遮蔽片
41c フォトインタラプタ
41d ランプ
42 装置本体
42p 電源部
42a 蓄電部
42b スイッチ部
BT 電池
R 抵抗
D ダイオード
F 回転方向
本発明の実施の形態1に係る電動機を、図面に基づいて説明する。なお、図1および図2においては、電動機を駆動するための電源は図示していない。
図1に示すように電動機10は、回転子20と、固定子30と、制御装置40とを備えている。
本実施の形態1では、永久磁石22は、2個を一組として、120度ごとに3組が、本体部21に埋め込まれている。永久磁石22は、磁力が強力な方が固定子30との吸引力、反発力が強くなるため、ネオジム磁石が使用できる。
コイル部33は、対向配置された永久磁石22と反発する磁極を発生する巻線33aに、永久磁石22が接近すると磁化して吸引する磁性体がコア33bとして実装されている。
第1のコイル部31は、永久磁石22を挟んで一側に、第1の磁極を発生する永久磁石22に対向配置されているため、制御装置40により巻線33aに電流が通電されると、第1の磁極を発生する。第2のコイル部32は、永久磁石22を挟んで他側に、第2の磁極を発生する永久磁石22に対向配置されているため、制御装置40により巻線33aに電流が通電されると、第2の磁極を発生する。
制御装置40は、回転子20の回転位置を検出するためのセンサ部41と、センサ部41によって検出された回転子20の回転位置に応じてコイル部33に通電する装置本体42とを備えている。
蓄電部42aとスイッチ部42bとは、図5Bに示すような回路構成とすることができる。
図5Bでは、センサ部41の1個のフォトインタラプタ41cにより、一対のコイル部33(第1のコイル部31,第2のコイル部32)の通電が制御される回路例を示している。
装置本体42では、9セット設けられたコイル部33に対応して、図5Bに示す回路が9セット形成されている。なお、電池BTは9セットの個々に設けてもよいし、全部を共通させてもよい、
図5に示すように、フォトインタラプタ41cを遮断されたことで、スイッチ部42bが有効となり、蓄電部42aからの電流がコイル部33(この場合、コイル部30h)に流れる。
コイル部30aからコイル部30iの通電の状態を図7に示す。回転子20の本体部21に、永久磁石22が、2個を一組として、3箇所に配置され、コイル部33(第1のコイル部31と第2のコイル部32とのセット)が、コイル部30aからコイル部30iまで9本設けられているため、図7に示すように、それぞれのコイル部30aからコイル部30iには、回転子20の回転角度が120度のうち、1/3の40度分が通電期間となり、2/3の80度分が休止期間となる。
本発明の実施の形態2に係る電動機を、図面に基づいて説明する。なお、図9および図10においては、図2および図4と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。また、図9においては、電動機を駆動するための電源は図示していない。
図9に示すように、電動機100は、回転子200と、固定子300と、制御装置400とを備えている。
本実施の形態2では、永久磁石22は、円周方向に等間隔に、6個が120度ごとに本体部201に配置されている。なお、本体部201は、2枚の円盤から形成されているが、1枚の厚板により形成して、永久磁石22を埋め込んでもよい。
コイル部33は、永久磁石22を挟んで両側に、第1の磁極を発生する第1のコイル部31(一側)と、第2の磁極を発生する第2のコイル部32(他側)とが、円周方向に沿って交互に配置されている。
第1のコイル部31と、第2のコイル部32とは、制御装置400により、コイル部33から離間する永久磁石22の磁極に応じて、電流の向きを制御することで、第1の磁極または第2の磁極を発生させ、永久磁石22に反発させる。
コイル部33(第1のコイル部31,第2のコイル部32)は、図10に示すように、巻線33aより、巻線33aが巻かれたコア33bの方が短く形成されている。コア33bの回転子200側の端面33bsは、巻線33aより奥まった位置に配置されている。
コア33bの端面33bsが巻線33aより奥まった位置に配置されていることによってできた空間は、空洞でもよいし、樹脂などの非磁性体によって埋めてもよい。
なお、図11および図12A〜図12Dにおいては、時計の12時の位置を回転角度0度として、ここに位置する一対のコイル部33のうち、第1のコイル部31をコイル部30a1とし、このコイル部30a1に対向する第2のコイル部32をコイル部30a2とする。
そして、コイル部30a1,30a2から、回転子200の回転方向である時計回りに、コイル部30b1,30b2、コイル部30c1,30c2,コイル部30d1,30d2・・・コイル部30m1,30m2が配置されているものとして説明する。
また、時計の12時の位置にある永久磁石22を永久磁石22m1とし、永久磁石22m1から時計回りに、22m2,22m3・・・22m6とする。
従って、図11および図12Aに示すように、例えば、回転している永久磁石22m1〜22m6がコイル部30a1,30a2、コイル部30c1,30c2、コイル部30e1,30e2、コイル部30g1,30g2、コイル部30i1,30i2、コイル部30k1,30k2と軸線同士が重なった後に、これらのコイル部33から離間しようとする期間が通電期間となる。例えば、永久磁石22m1〜22m6が、図11Bに示す30度ずれる位置までを通電期間とすることができる。
また、その永久磁石22(永久磁石22m1,22m3,22m5)の裏側(第2の磁極(S極))と対向するコイル部30a2と、コイル部30e2と、コイル部30i2とに第2の磁極(S極)を発生させる。つまり、永久磁石22の一端部側と他端部側とでは、磁極は反対になるため、制御装置400は、対向配置されたコイル部33に、それぞれ反対となる磁極を発生させる。
また、その永久磁石22(永久磁石22m2,22m4,22m6)の裏側(第1の磁極(N極))と対向するコイル部30c2と、コイル部30g2と、コイル部30k2とに第1の磁極(N極)を発生させる。つまり、永久磁石22の一端部側と他端部側とでは、磁極は反対になるため、制御装置400は、対向配置されたコイル部33に、それぞれ反対となる磁極を発生させる。
従って、図12Bに示すように、回転子200の、例えば、永久磁石22m1は、コイル部30a1,30a2から、コイル部30b1,30b2へ向かう。
そこで、本実施の形態2に係るコイル部33では、図10に示すように、コア33bの回転子200側の端面33bsが、巻線33aより奥まった位置に配置されている。そうすることで、コイル部33の巻線33aをコア33bより、永久磁石22に接近させて配置できるので、強い反発力を永久磁石22に付与することができる。また、コア33bの回転子200側の端面33bsが、巻線33aより奥まった位置に配置されているため、永久磁石22に対する吸引力を、コイル部33の巻線33aによる反発力に対して調整することができる。
従って、永久磁石22がコイル部33を通過して休止期間に入ったとしても、コア33bによって永久磁石22が引き戻されるような力を減少させることができる。
図12Cに示すように、永久磁石22(永久磁石22m1,22m3,22m5)の第1の磁極(N極)が、コイル部30b1と、コイル部30f1と、コイル部30j1とに対向して離間するときに、制御装置400は、第1の磁極(N極)を発生させる。
また、その永久磁石22(永久磁石22m1,22m3,22m5)の裏側(第2の磁極(S極))が、コイル部30b2と、コイル部30f2と、コイル部30j2とに対向して離間するときに、制御装置400は第2の磁極(S極)を発生させる。
更に、その永久磁石22(永久磁石22m2,22m4,22m6)の裏側(第1の磁極(N極))が、コイル部30d2と、コイル部30h2と、コイル部30m2とに、と対向して離間するときに、制御装置400は第1の磁極(N極)を発生させる。
従って、回転子200の、例えば、永久磁石22m1は、コイル部30b1,30b2から、コイル部30c1,30c2へ向かう。
永久磁石22(永久磁石22m1,22m3,22m5)の第1の磁極(N極)が、コイル部30c1と、コイル部30g1と、コイル部30k1とに対向して離間するときに、制御装置400は、第1の磁極(N極)を発生させる。従って、永久磁石22m1〜22m6の回転角度が0度のときと、電流が反転して反対の磁極となる。
同様に、永久磁石22(永久磁石22m1,22m3,22m5)の裏側(第2の磁極(S極))が、コイル部30c2と、コイル部30g2と、コイル部30k2とに対向して離間するときに、制御装置400は第2の磁極(S極)を発生させる。これも、永久磁石22m1〜22m6の回転角度が0度のときと、電流が反転して反対の磁極となる。
また、その永久磁石22(永久磁石22m2,22m4,22m6)の裏側(第1の磁極(N極))と対向するコイル部30e2と、コイル部30i2と、コイル部30a2とに第1の磁極(N極)を発生させる。つまり、永久磁石22の一端部側と他端部側とでは、磁極は反対になるため、制御装置400は、対向配置されたコイル部33に、それぞれ反対となる磁極を発生させる。
従って、回転子200は、図12Aから図12Dに示す動作を繰り返して回転する。
永久磁石22がコイル部33に反発して回転するときに、回転方向Fの前方に位置する通電期間のコイル部33に、永久磁石22が反発する磁力が発生する。
しかし、このコイル部33は、磁極が反対となった永久磁石22を反発させている。そのため、回転する永久磁石22にとっては、回転方向Fの前方に位置する通電期間のコイル部33は吸引として作用する。従って、永久磁石22はコイル部33によって回転が阻害されることなく、反対に、回転が促進される。
また、コイル部33が発生する磁力が永久磁石22の回転を阻害しないので、コイル部33の間隔を狭く配置することができる。
例えば、図12Aに示すように、永久磁石22m1が、コイル部30a1とコイル部30a2との間に位置しているものとする。そうした場合に、永久磁石22m1は、コイル部30a1側がN極であり、コイル部30a2側がS極である。また、コイル部30a1は巻線33aに電流が通電するとN極を発生し、コイル部30a2は巻線33aに電流が通電するとS極を発生する。
制御装置400は、図13Aに示すように、ヨーク部34に巻かれた巻線35に、コイル部30a1側がN極、コイル部30a2側がS極となるような電流を通電する。
この場合では、制御装置400は、図13Bに示すように、ヨーク部34に巻かれた巻線35に、コイル部30a1側がS極、コイル部30a2側がN極となるような電流を通電する。
そうすることで、対向配置されたコイル部30a1とコイル部30a2とにより強い磁力を発生させることができる。
Claims (6)
- 永久磁石が円周方向に沿って配置された回転子と、
前記永久磁石に反発する磁極を発生する巻線に、前記永久磁石が接近すると磁化して吸引する磁性体がコアとして実装されたコイル部が、前記永久磁石に対向配置された固定子と、
前記巻線への通電を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記回転子が回転するときに、前記磁性体によって前記永久磁石を吸引させて、前記永久磁石が接近する前記コイル部には通電せず、前記永久磁石が離間する前記コイル部には前記巻線に前記永久磁石と反発する磁極を発生させる電流を通電する制御を行い、
前記コアの前記回転子側の端面は、前記巻線より奥まった位置に配置されていることを特徴とする電動機。 - 前記永久磁石は、前記回転子の軸線方向の一側に第1の磁極を向けると共に、他側に第2の磁極を向けて、前記回転子に配置され、
前記コイル部は、前記永久磁石を挟んで両側に配置され、
前記制御装置は、前記永久磁石の一側に位置する該コイル部に、第1の磁極を発生させ、他側に位置する該コイル部に、第2の磁極を発生させる請求項1記載の電動機。 - 前記永久磁石は、円周方向に沿って交互に、第1の磁極または第2の磁極を向けて、前記回転子に配置され、
前記コイル部は、前記永久磁石を挟んで両側に配置され、
前記制御装置は、前記コイル部から離間する前記永久磁石の磁極に応じて、該コイル部に反発する磁極を発生させるよう、電流の向きを制御する請求項1記載の電動機。 - 前記固定子には、前記回転子を跨いで前記コア同士を繋ぎ、前記永久磁石を挟んで両側に配置された一対の前記コイル部の磁路を形成するヨーク部を備えた請求項2または3記載の電動機。
- 前記ヨーク部には、前記永久磁石を挟んで対向する前記コイル部が発生する前記第1の磁極および前記第2の磁極に合わせて、磁力を発生させる巻線が設けられている請求項4記載の電動機。
- 前記コイル部の配置間隔が、前記永久磁石より大きいときに、前記配置間隔に対応させて前記永久磁石が複数個連続して配置されている請求項1記載の電動機。
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