JPH02164264A - リニヤ形リラクタンスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 人　産業上の利用分針 本発明は、小型で大トルクが得られまた大容量化もでき
簡単な構造のリニヤ形リラクタンスモータに関する。

Ｂ　発明の概要 本発明は、平坦な電機子部と磁極部とを有してリラクタ
ンストルクにてリニヤ駆動されろモータであって、電機
子部は歯と溝とが周期的に配列した３本の鉄心を１２０
°の位相差をもって幅方向にずらして並べ、磁極部はこ
の３本の鉄心を横切ってまたがる磁極を長手方向に配列
し、上記３本の鉄心の間とこの間に当る全磁極位置との
いずれか一方にリング状のコイルを備丸でいる。

Ｃ従来の技術とその課題 リラクタンストルクを利用するリラクタンスモータとし
ては、従来、第３図ないし第５図に示す固定子を有し、
これらの図に示すように、ヨーク１．鉄心２．コイル３
．スロット４があり、コイル３は亀甲型に形成されてそ
の直線部がスロット４内に嵌め込まれる構造となってい
る。そして、このコイル３はＹ結線されて三相電源に接
続され回転磁界を生ずるものである。

一方、リラクタンスモータの回転子は、強磁性体で形成
された塊状であって、磁気凹凸性を有する構造が一般的
である。

ところが、この種モータは、今まで、小容量のものしか
作られていないのが現状である。

これは、大トルクを発生させるべく極数を多くすると励
磁電流が増大して力率・効率とも低下すること、極数増
大に伴いスロットも多数となって機械の体格が極めて大
形になること、コイルエンド部の増大に伴い更に体格が
大形化し銅損も大きくなること等に基因する。

このため、本発明者は全く新規なリラクタンスモータと
して次のような固定子（電機子）を提案した。ここで、
乙の新たな固定子を原理から説明する。

第６図は簡単のためＮＳ極を有する永久磁石からなろ２
極の回転子５と固定子６とを示し、第７図は第６図■−
■断面であって第８図に示すリング状のコイル７ｎ、７
ｂを固定子の周方向に配置した例を示している。第７図
において、２個のコイル７ａ、７ｂにより固定子６の歯
を通る磁束をφ１φ２φ３と仮定する。

一方、コイル７ａ、７ｂはＵ相からｖ相へ右巻きに巻回
し、更にＷ相からＶ相へも右巻きに巻回して、三相交流
を通電する。このようにするとコイル？ａ、７ｂによっ
て第９図に示す鎖交磁束φ、φ５を生ずる。すなわち、
第１０図に示すベクトル図にて電圧Ｖ、がＵからＶへ向
うベクトルで、電圧ｖ２がＷからＶに向うベクトルとな
る。そして、 ｖ＝ｖｏ幽ωｔとすれば、 ｖ　、　＝　−ｖ。−（ωｔ　　ａπ）となる。

コイル７ａに鎖交する磁束φとコイル７ｂに鎖交する磁
束φ−よ、 となる。

φ、＝　ｆ　ｖａｄｔ。

φ、＝　ｆ　ｖｂｄｔ したがって、 φ、＝　ｆｖａｄｔ＝　ｆ　ｖｏｉｍｃｃ＋ｔｄｔ＝’
　０６　（ωｔ　−π）ω 第７図、第９図にてφ、＝φ、、φ３＝−φ５の関係に
あるから、φ２は次式となる。

したがって、 φ１−５（ト）（ω【−π） ω こうして、磁束φ１φ２φつは互にｉπずつずれな磁束
となる。

以上の結果、第１１図に示す三相交流をＶ結線コイル７
ａ、７ｂに通電することにより、第１２図に示すように
固定子には電気角で１２０°ずっずれた各相の磁束が生
じ、図示の如＜　、ｕ、Ｖ、Ｗ相にて模擬的に矩形に示
す磁極を生ずることになる。

しかも、この磁極は、第１２図（ａｌ　（ｂｌ　（Ｃ）
に示すように時間と共に順に変化することになる。

すなわち、第１１図に示すように時刻ｔにて第１２図（
ａ）、時刻ｔ２にて第１２図ｆｂ）、時刻ｔ３にて第１
２図ｔａ＋に示す磁極分布状態となる。

この第１２図（ａｌ　（ｂｌ　（ｃｌにおいて、記号「
Ｎ」ｒＳＪは最大磁界、ｒｎｎＪｒｓｓＪは中磁界（最
大磁界０．８（ｉ６）　　　ｒｎＪｒｓＪは弱磁界（最
大磁界の０．５）をそれぞれ示しており、時刻ｔ、　ｔ
２ｔ３ノ変化により第１２図（ａｌ　（ｂ）　（ｃｌ　
（Ｄパターンに磁極が変化する。そして乙のパターンは
、第１２図（ａ）を例にとると、第１２図（ａ）におい
て、ｘｙ座標を採り、例丸ばｙ軸上の７４点でＸ方向の
磁界を積分してこの積分値を１４点の磁界の強さとする
。ｙ２点でも同様となる。すなわち任意のｙ、、点の磁
界の強さを求めそれをｙ軸上に展開すると完全ではない
が正磁波分布となった。

以上の結果、固定子６の周方向に正弦波に分布した磁極
が生じ、その磁極位置が第１２図（ｄｌに示すように時
刻の進行と共に順にずれて回転磁界を生ずることとなっ
た。

次に励磁コイル（リング状コイル）につき説明する。第
１３図に示すようにコイルＮを巻回したコアを考えろと
き、第１３図（ａｌと第１３図（ｂｌとのエアギャップ
Ｇが同じで、このギャップＧに要する磁界の強さが同じ
であるから、各歯に巻回したコイルの起磁力も同じであ
る。してみると、第１３図ｔａ＋と第１３図＋ｃ＋とに
よって歯の数が異なっていても第１３図（Ｃ１の全体を
励磁することで、起磁力が一定となる。すなわち、１個
のコイルで所望の磁界の強さを得ることができる。

このような原理に基づく固定子の具体的な構造としては
、第１４図および第１５図に示すものとした。つまり、
３個のリング状の鉄心２０と２個のリング状のコイル２
１を有しており、リング状の鉄心２０は第１５図にも示
すように、その内周壁に周方向に沿って複数個の歯２２
が設けられている。一方、リング状の鉄心２０間に介在
されるリング状のコイル２１は２個のリング状のコイル
２１の引出し線を■結線に接続している。

リング状の鉄心２０の３個のものは、同一形状の歯２２
の形を有し、それぞれの鉄心２０は第１５図の如く電気
角で１２０°ずつ相互にずれろように配置される。また
、各リング状の鉄心２０相互はその外周にヨーク２３が
橋架されて磁気的に結合される。

しかしながら、上述の如き新規な固定子を提案してもリ
ラクタンスモータの回転子としては、なお、小容量のス
テップモータにみられろ単なる塊状の磁気凹凸性を有す
る構造であって、うず電流積が大きく、第６図に示され
ろ永久磁石を採用したとしても大容量化は無理である。

更に、今までの説明は回転駆動機械に関するものである
が、この固定子を利用して直線連動をさせろ駆動系があ
っても良い。

本発明は、直線運動可能なリラクタンスモータであって
、上記回転子をリニヤ駆動に改良すると共にうず電流積
が少なく大容量化を可能としたリニヤ駆動用固定子を得
るリニヤ形リラクタンスモータを提供する。

Ｄ　課題を解決するための手段 上述の目的を達成する本発明は、平坦な電機子部と磁極
部とを対向させ、電機子部は歯溝交互に備えた鉄心を相
互に１２０°ずつずらして３本並べ、上記磁極部は鉄心
を横切って長手方向に積層した磁極を長手方向複数列配
列し、上記鉄心間及び磁極全体のいずれか一方にリング
状のコイルを備えたものである。

Ｅ　　作　　　　　用 磁極の長手方向に三相交番磁束を生じさせ、この交番磁
束を鉄心に通すことにより歯と溝との磁気抵抗の違いに
よる駆動力を生ずる。

Ｆ実施例 ここで、第１図および第２図を参照して本発明の詳細な
説明する。第１図は第１４図。

第１５図の例と異なり、電機子には鉄心２゜とヨーク２
３のみが形成されてコイルがなく磁極部にコイルを有す
る例を示している。回転電機を示す第１４図の固定子に
当る１３機子部は、第１図、第２図＋ａ＋において平坦
なレール状を有しており、コイルがなく鉄心２ｏ及びヨ
ーク２３にて形成され、この鉄心２ｏは長手方向に沿っ
て６１１１２２及び溝２４が交互に設けである。そして
、この鉄心２ｏは２本並列に配置され、隣り合う鉄心２
ｏの歯２２と溝２４との関係は歯２２と溝２４とを１周
期３６０°として、ｉ周期１２ｏ０ずらして配置される
。この場合、隣り合う鉄心２０間は後述する磁極部のコ
イルの幅分だけ離しである。

鉄心２０及びヨーク２３の製造に当っては、長手方向に
歯２２．ｉｌ＄２４及びミータの溝を形成した鉄板を幅
方向に！１１層して鉄心２０を形成する。また、ヨーク
２３は第１図の如く塊状鉄心を用いてもよいが、鉄損を
少なくするために第１図の磁極と同様長手方向に鉄板を
積層して作ってもよい。

レール状の電機子部に対して移動体である磁極部は、電
機子部の３本の鉄心２０にまたがってこれを横切るよう
な磁極３０が長手方向に沿って鉄心２０の崗２２のピッ
チと同じピッチにて複数個備えられ、この磁極３０は複
数個一体化されるように非磁性の母材３１にて支持され
る。電機子部の鉄心２０相互の間隙に当る磁極部には、
複数個一括して磁極３０をっつむように２本のリング状
のコイル２１が備えられ、このコイル２１はｖｍｓにて
三相電源に接続されろ。

このような構造としたことによりコイル２１によろ三相
電流によって磁極３０に交番磁束が生じ、この磁束が鉄
心２０の歯２２に至り、Ｊ−り２３を通ることにより、
鉄心２０の歯２２の１２０°の位置ずれに基づきトルク
が生じ、ｇ１＋ｉ部が移動体となって長手方向に進行す
る。

第１図、第２図（ａｌは、？１ｎｔｉ部を移動体とし、
電機子部をレールとした構造を示したものであるが、″
１電機子を移動体とし磁極部を敷設するｔＭＪ合には、
磁極３０を枕木状に長手（進行）方向に沿って置き、７
１機子部は例えば数ピツチの歯２２と溝２４、及びヨー
ク２３をヤｉ＆えｔこものにコイル２１を施したものを
移動体とすれば、第１４図、第１５図に示す固定子を展
開したものが移動体となっ−Ｃ１リニヤ移動が可能とな
る。

第２図（ｂ）は、第１図、第２図（ａｌに示す磁極部を
移動体とした例において、磁極３０と母材３１との間に
永久磁石３２を配置した例を示している。この永久磁石
３２１よ磁極３０上に板状断面を有して配置され、板厚
方向（上下方向）にＮ５１１が着磁されている。このＮ
Ｓ極は磁極３０上に対応しており、図示せずも進行方向
（長手方向）に沿う隣り合う磁極３０上にもＮＳ１％が
存在する。そして、１祷り合う磁極３０に対応する隣り
合う永久磁石３２は着磁の方向が逆になっている。すな
わち、上下方向Ｎ　Ｓ　極−上下方向Ｎ５ｉ−上下方向
ＮＳ極・・という具合に逆の着磁となっている。これは
、コイル２１による交番磁束は第２図（ｂｌの横方向（
幅方向）に生ずる一方、進行方向（長手方向）では常に
同一方向の固定磁束となり直流磁束になるので、あらか
じめ永久磁石３２を備えて同期機としたものである。こ
の同期機としたことから力率の改善や動ｍ電流の減少が
達成される。

こうして、リラクタンスモータをリニヤ形とすることが
できることとなる。なお、本実施例と同様のリニヤ形連
動が可能な機器として１．ｆ１ステップモータがあり、
長手方向に沿って位置センサが設置しにくいリニヤ形に
てオーブンループで位置決めができる効果があルコとは
本実施例のリラクタンスモークト同じであるが、ステッ
プモータでは各歯にコイルが巻回されるのに対し、本実
施例では三相巻線で済みコイルの構成が極めて簡単とな
り、またステップモータではＱ用のドライバが必要とな
るが本実施例では汎用インバータ等の三相電源にて運転
が可能となり、原理の差異に基づきステップモータとは
異なって（各段の効果を有する。

Ｇ　発明の詳細 な説明したように本発明では、直線運動が可能なリラク
タンスモータを得ることができ、回転子をリニヤ駆動用
に改良すると共に鉄損が少なく大容量化を可能としたリ
ニヤ駆動用固定子を得ろことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、無二赫は本発明の実施例の斜視図、第２図（ａ
ｌは第１図の断面構成図、第２図（ｂ）は永久磁石を挿
入した断面構成図、第３図は従来固定子の展開図、第４
図は第３図のＩＶ−■断面図、第５図は第３図の■−■
断面図、第６図ないし第１５図は固定子の説明のための
もので、第６図は２極機の簡略構成図、第７図は第６図
の■−ｖ■断面図、第８図はり〉グ状のコイルの結線状
態図、第９図は鎖交磁束の説明図、第１Ｏ図は三相ベク
トル図、第１１図は三相ｆｔｉ流波形図、第１２図（ａ
ｌ　（ｂ）　（Ｃ１は磁極パターンの状態図、第１２図
（ｄ）は正弦波分布の進行状態図、第１３図は励磁電流
の説明図、第１４図は固定子の斜視図、第１５図は固定
子の展開図である。 図　　中、 ２０は鉄心、 ２１はコイル、 ２２は崗、 ２３はヨーク、 ４は溝、 ０は磁極、 １は母材、 ２は永久磁石である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 平坦に形成された電機子部とこの電機子部と対向して平
   坦に形成された磁極部とを有し、上記電機子部は、複数
   個の歯と溝を交互に周期的に長手方向に形成した鉄心を
   ３本幅方向に間隔をあけて並べると共に、この３本の鉄
   心相互間は上記歯と溝からなる１周期３６０°を１２０
   °ずつずらして並べて構成し、 上記磁極部は、上記３本の鉄心にまたがって長手方向に
   積層した磁極をこの長手方向に沿って複数列上記鉄心の
   歯と溝との周期と同様のピッチにて配列し、 更に上記３本の鉄心間の間隔とこの間隙に当る上記複数
   列を一括した磁極位置とのいずれか一方にリング状のコ
   イルを備えたことを特徴とするリニヤ形リラクタンスモ
   ータ。