JPS60245458A - Movable iron piece type motor - Google Patents
Movable iron piece type motorInfo
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- JPS60245458A JPS60245458A JP10001984A JP10001984A JPS60245458A JP S60245458 A JPS60245458 A JP S60245458A JP 10001984 A JP10001984 A JP 10001984A JP 10001984 A JP10001984 A JP 10001984A JP S60245458 A JPS60245458 A JP S60245458A
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/38—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary
- H02K21/44—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary with armature windings wound upon the magnets
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、新規な構成を有する可動鉄片形モータに関す
るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a movable iron piece motor having a novel configuration.
従来、本発明の可動鉄片形モータと類似した動作を行な
うモータとしては、第1図に示す如き直流モータが知ら
れている。図において、1は永久磁石、2は回転子、3
は回転子2の外周に設けられたスロットに巻かれたコイ
ルである。このような直流モータでは、ブラシとコミュ
テータの働きにより、コイル3に磁石1の磁極に応じた
電流が供給され、常に一定方向のトルクが発生される。Conventionally, a DC motor as shown in FIG. 1 has been known as a motor that performs an operation similar to the movable iron piece motor of the present invention. In the figure, 1 is a permanent magnet, 2 is a rotor, and 3 is a permanent magnet.
is a coil wound around a slot provided on the outer periphery of the rotor 2. In such a DC motor, a current corresponding to the magnetic pole of the magnet 1 is supplied to the coil 3 by the action of the brushes and the commutator, and torque is always generated in a constant direction.
いま、図中のコイル部分aに着目し、回転子2が微小角
θθだけ回転した時のコイル部分aにおける鎖交磁束数
の変化0Φをめると、
θΦ= 2B11m−見p’l’p −θθ (1)こ
こで、Bgm :ギャップの磁束密度Qp:回転子2の
軸方向の長さ
rp0回転子2の半径
となる。発生トルクはθΦ/θθに比例するので、発生
トルクを大きくするためには、一般にQpやrpを大き
くする方法がとられている。しかしながら、回転子2の
イナーシャ1mは、
In+c rLp −rp’ (2)
であるので、特にrpを犬ぎくするとTmが大きくなっ
てしまい、負荷を含めた系の応答性が悪くなってしまう
。またtrPを小さいままとし、QPを大幅に大きくす
る方法もあるが、製作が難しいとともに、コイル3の1
ターン当りの長さが長くなって、直流抵抗の増加により
必要な電流が流せなくなってしまう。さらに、図のよう
な形状の場合には、磁石1の磁極は2極であり、これを
4極にすれば発生トルクを2倍とすることができるカイ
、これもコイルやコミュテータの数が増加し、製作が難
しくなってしまう。Now, focusing on the coil part a in the figure, and including the change 0Φ in the number of interlinked magnetic fluxes in the coil part a when the rotor 2 rotates by a small angle θθ, we get θΦ= 2B11m - p'l'p -θθ (1) Here, Bgm: Magnetic flux density of the gap Qp: Length in the axial direction of the rotor 2 rp0 Radius of the rotor 2. Since the generated torque is proportional to θΦ/θθ, generally a method of increasing Qp and rp is used to increase the generated torque. However, since the inertia 1m of the rotor 2 is In+c rLp -rp' (2), especially if rp is made too sharp, Tm will increase and the responsiveness of the system including the load will deteriorate. There is also a method of significantly increasing QP while keeping trP small, but it is difficult to manufacture and
As the length per turn becomes longer, the required current cannot flow due to the increase in DC resistance. Furthermore, in the case of the shape shown in the figure, the magnetic poles of magnet 1 are two poles, and if this is changed to four poles, the generated torque can be doubled.This also increases the number of coils and commutators. However, it becomes difficult to manufacture.
本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、回転
子のイナーシャを大きくすることなく発生トルクを大き
くすることができ、無負荷回転数を低くすることのでき
る可動鉄片形モータを簡単な構成により実現することを
目的としたものである。The present invention eliminates the drawbacks of the conventional devices as described above, and provides a simple movable iron piece type motor that can increase the generated torque without increasing the inertia of the rotor and lower the no-load rotation speed. The purpose is to realize this through configuration.
本発明の可動鉄片形モータは、固定子磁極をN極および
S極が交互に配列された凸極により構成するとともに、
回転子もこれらの凸極と対向する凸極構造の可動鉄片と
し、さらに、固定子磁極における凸極のすき間に回転子
の軸を通る平証上に巻回された2つ以上のコイルを等間
隔に配置するようにしたものである。The movable iron piece type motor of the present invention has stator magnetic poles composed of convex poles in which N poles and S poles are alternately arranged, and
The rotor is also a movable iron piece with a convex pole structure facing these convex poles, and two or more coils wound on a flat sheet passing through the axis of the rotor are equally spaced between the convex poles in the stator magnetic poles. They are arranged at intervals.
第2図は本発明の可動鉄片形モータの一実施例を示す構
成図である。第2図(a)は回転子の軸方向に対する縦
断面図、第2図(b)は横断面図である。図において、
4は軸方向に着磁されたリング状の永久磁石、5,6は
磁石4を両側から挟むとともに、その凸極51〜58
、61〜68が同一平面上に交互に配列されるように組
み合わされた固定子磁極、7は固定子磁極5,6の凸極
51〜58 、61〜68と対向するとともに例えばそ
の数より1つ少ない7つの凸極71〜77を有する回転
子、8,9はそれぞれ回転子7の軸を通る平面上に巻か
れるとともに、機械的に90度ずれた位置に、しかも固
定子磁極5,6における凸極の間を通るように配置され
たコイルである。図においては、コイル8は凸極51と
68の間および55と64の間を通るように配置され、
コイル9は凸極53と62の間および57と66の間を
通るように配置されている。また、回転子7は強磁性体
よりなる可動鉄片形の回転子である。FIG. 2 is a configuration diagram showing an embodiment of the movable iron piece type motor of the present invention. FIG. 2(a) is a longitudinal sectional view of the rotor in the axial direction, and FIG. 2(b) is a horizontal sectional view. In the figure,
4 is a ring-shaped permanent magnet magnetized in the axial direction, 5 and 6 sandwich the magnet 4 from both sides, and the convex poles 51 to 58
, 61 to 68 are combined so that they are arranged alternately on the same plane, and 7 is opposed to the convex poles 51 to 58 and 61 to 68 of the stator magnetic poles 5 and 6, and for example, The rotors 8 and 9, each having seven convex poles 71 to 77, are wound on a plane passing through the axis of the rotor 7, and are mechanically deviated by 90 degrees. The coil is placed so as to pass between the convex poles. In the figure, the coil 8 is arranged to pass between the convex poles 51 and 68 and between 55 and 64,
The coil 9 is arranged to pass between the convex poles 53 and 62 and between 57 and 66. Further, the rotor 7 is a movable iron piece-shaped rotor made of a ferromagnetic material.
上記のように構成された本発明の可動鉄片形モータにお
いて、その動作は次の通りである。The operation of the movable iron piece motor of the present invention configured as described above is as follows.
図の状態において、いまコイル8のみに電流を供給した
とすると、その起磁力により回転子7が励磁され、凸極
71〜74がS極、75〜77がn極となる。このため
、固定子磁極5,6および回転子7の各凸極部分におけ
る磁束密度がアンバランスとなり、回転子7にはこの磁
束密度の変化に応じたトルクが発生する。なお、ここで
は、コイル8の起磁力により回転子7に発生する磁極は
小文字のn、sで表わしている。In the state shown in the figure, if current is supplied only to the coil 8, the rotor 7 is excited by the magnetomotive force, and the convex poles 71 to 74 become S poles and the convex poles 75 to 77 become N poles. Therefore, the magnetic flux density at each convex pole portion of the stator magnetic poles 5, 6 and the rotor 7 becomes unbalanced, and a torque is generated in the rotor 7 according to the change in the magnetic flux density. Note that, here, the magnetic poles generated in the rotor 7 due to the magnetomotive force of the coil 8 are represented by lowercase letters n and s.
この時、回転子7の微少回転角8θに対するコイル8の
鎖交磁束数の変化0Φを前記第(1)式と同様にめてみ
ると、
0Φ=3・28gm −ip −Yp−Bθ (3)と
なり、はぼ3倍の大きさとなっている。このため、磁石
4の起磁力や回転子7の形状などの条件をmI記第1図
の直流モータと同様にした場合には、はぼ3倍の大きさ
のトルクを得ることができる。At this time, when looking at the change 0Φ in the number of interlinkage magnetic fluxes of the coil 8 with respect to the minute rotation angle 8θ of the rotor 7 in the same way as the above equation (1), 0Φ=3・28gm −ip −Yp−Bθ (3 ), making it almost three times as large. Therefore, if the conditions such as the magnetomotive force of the magnet 4 and the shape of the rotor 7 are made similar to those of the DC motor shown in FIG.
また、図の状態において、回転子7を徐々に回転させた
場合、回転子7の各位置におけるトルクの大きさは第3
図に示す如く変化し、177回転(2v/7 rad)
で1サイクル変化するようになる。同様に、コイル9に
電流を供給すると、これと90度色位相異なるトルクを
得ることができる。In addition, in the state shown in the figure, when the rotor 7 is gradually rotated, the magnitude of the torque at each position of the rotor 7 is the third
Changes as shown in the figure, 177 rotations (2v/7 rad)
It will change for one cycle. Similarly, when a current is supplied to the coil 9, a torque that is 90 degrees out of color phase can be obtained.
このため、回転子7の回転角をエンコーダ等により検出
し、コイル8.9に選択的に電流を供給するようにすれ
ば、常に一定方向のトルクを発生させることができる。Therefore, by detecting the rotation angle of the rotor 7 using an encoder or the like and selectively supplying current to the coils 8.9, it is possible to always generate torque in a fixed direction.
なお、前記第3図の波形は凸極間におけるギャップの大
きさを回転子7の半径に比べて非常に小さいものと仮定
して示したものであるが、実際には、ギャップをある程
度大きくするために、波形の角が取れ、第4図に示す如
き滑らかな波形となる。Note that the waveforms in FIG. 3 are shown assuming that the size of the gap between the convex poles is very small compared to the radius of the rotor 7, but in reality, the gap may be increased to some extent. Therefore, the corners of the waveform are removed, resulting in a smooth waveform as shown in FIG.
第5図はコイル8.9に供給する電流およびその極性を
174ピツチ毎に切り換えた場合の発生トルクを示した
ものであり、第6図はその駆動回路の一例を示したもの
である。図に示すように、回転子7の回転角に応じてス
イッチs1 、 s2の接続状態を制御することにより
、コイル8,9に制御電圧■1に比例した電流を、任意
の極性およびタイミングで供給することができる。ここ
で、第5図におけるトルクリップルは118%であり、
実用上支障はないが、トルクリップルを更に小さくした
い場合には、コイルの数を2倍に増やすとともに、これ
を45度の位相差で配置し、1/8ピツチ毎に電流を切
り換えるようにすれば、トルクリップルを±5%とする
ことができる。FIG. 5 shows the generated torque when the current supplied to the coil 8.9 and its polarity are switched every 174 pitches, and FIG. 6 shows an example of the drive circuit. As shown in the figure, by controlling the connection state of switches s1 and s2 according to the rotation angle of the rotor 7, a current proportional to the control voltage 1 can be supplied to the coils 8 and 9 with arbitrary polarity and timing. can do. Here, the torque ripple in Fig. 5 is 118%,
There is no practical problem, but if you want to further reduce the torque ripple, double the number of coils, arrange them with a 45 degree phase difference, and switch the current every 1/8 pitch. For example, the torque ripple can be set to ±5%.
さて、一般にモータにおいては、N回巻かれたコイルに
電流Iを流した時の起磁力をN・■とすれば、発生トル
クTは
T=N・I(θO/a&) (4)
で表わされる。また、N−1は
N−夏 = Ps−3c Qc ・ pc 〕 (5)
Ps、起動時投入パワー
Sc:コイル中の銅の総断面積
Qc:コイルの1ターンの長さ
ρC1銅の比抵抗
としても表わされる。Now, in general, in a motor, if the magnetomotive force when a current I flows through a coil wound N times is N・■, then the generated torque T is expressed as T=N・I(θO/a&) (4) It will be done. Also, N-1 is N-summer = Ps-3c Qc ・ pc] (5)
Ps, startup input power Sc: total cross-sectional area of copper in the coil Qc: length of one turn of the coil ρC1 Also expressed as specific resistance of copper.
したがって、一般のモータにおいて発生トルクTを大き
くするためには、コイルの巻数(NまたはSc)を増す
か起動時投入パワーPsを大きくしなければならない。Therefore, in order to increase the generated torque T in a general motor, it is necessary to increase the number of turns (N or Sc) of the coil or to increase the starting power Ps.
しかしながら、前記した第1図のモータのようにコイル
3を回転子2のスロット中に巻くようにしたものでは、
コイル3の巻数を無条件に多くすることはできない。こ
れに対して第2図のモータでは、コイル8.9が固定子
磁極5.6側に巻かれているので、このScを比較的自
由に増加させることができ、起動時投入パワーPsを小
さな値に設定しても必要なトルクを得ることができる。However, in a motor in which the coil 3 is wound in the slot of the rotor 2 like the motor shown in FIG.
The number of turns of the coil 3 cannot be increased unconditionally. On the other hand, in the motor shown in Fig. 2, the coil 8.9 is wound on the side of the stator magnetic pole 5.6, so this Sc can be relatively freely increased, and the starting power Ps can be reduced to a small value. The required torque can be obtained even if the value is set to a certain value.
また、無負荷回転数ω0との関係について考えてみると
、起動時に印加した電圧Vsを最高回転時にも印加し続
けるのが一般的である。この時、印加電圧Vsと逆起電
力Cとは等しい値になっており、コイルに電流は流れな
い。したがって、摩擦などの損失を無視すると、
C=(0Φ/′i3θ)・N・ωo (6)Ps=Vi
・I (7)
の関係が成り立ち、上式から
Ps=T・ωo(8)
となり、起動時投入パワーPsは必要とするトルクTと
無負荷回転数ω0とから一義的に決まってしまう。Furthermore, when considering the relationship with the no-load rotational speed ω0, it is common that the voltage Vs applied at startup is continued to be applied even at the maximum rotation. At this time, the applied voltage Vs and the counter electromotive force C have the same value, and no current flows through the coil. Therefore, if losses such as friction are ignored, C=(0Φ/'i3θ)・N・ωo (6) Ps=Vi
The relationship ・I (7) holds, and from the above equation, Ps=T・ωo(8), and the starting power Ps is uniquely determined from the required torque T and the no-load rotational speed ω0.
一方、1liJ記(4) 、 (5)式および(8)式
よりω0= PS・(C−ρC/SC
/(θΦ/aθ)(9)
であるので、トルクTを大きくしたままで無負荷回転数
ω0を低くしようとし、た場合には、Scを大きくする
必要があり、前記したように、第2図のモータ形状が好
適であることがわかる。また、同様に、0Φ10θを大
きくすることも一手段であり、この点においても大変有
利である。On the other hand, from Equations (4), (5) and (8) in 1liJ, ω0 = PS・(C-ρC/SC /(θΦ/aθ) (9), so no load is applied while the torque T remains large. When trying to lower the rotational speed ω0, it is necessary to increase Sc, and as mentioned above, it can be seen that the motor shape shown in Fig. 2 is suitable.Also, similarly, it is necessary to increase 0Φ10θ. is also a means, and is very advantageous in this respect as well.
さらに、構造上の特徴については、第2図のモータでは
コイル8.9を先に巻いておき、リング状の磁石4の中
に入れるとともに、これらを挟むように固定子磁極5.
6を組み合わせるだけで固定子側の組立てを完了するこ
とができ、組立てが簡単であるとともに、コイルの数も
多極構造でありながら2つだけで良いので、安価なモー
タを実現することができる。Furthermore, regarding the structural features, in the motor shown in FIG. 2, the coils 8 and 9 are first wound and placed inside the ring-shaped magnet 4, and the stator magnetic poles 5 and 9 are placed between them.
The assembly of the stator side can be completed by simply combining 6 parts, making it easy to assemble and requiring only 2 coils even though it has a multi-polar structure, making it possible to realize an inexpensive motor. .
なお、上記の説明においては、回転子7の凸極の数を固
定子磁極5.6の凸極の数に比べて1つだけ少ない7つ
の場合を例示したが、回転子7における凸極の数はこれ
に限られるものではなく、固定子磁極5,6における凸
極の数に比べて±1〜3の範囲であれば同様の動作を行
なわせることができる。この場合、コイル8.9に供給
する電流を切り換えるタイミングは、凸極の数に応じて
変化する。In addition, in the above explanation, the case where the number of convex poles of the rotor 7 is one fewer than the number of convex poles of the stator magnetic poles 5.6 was illustrated, but the number of convex poles of the rotor 7 is The number is not limited to this, but the same operation can be performed as long as it is in the range of ±1 to 3 compared to the number of convex poles in the stator magnetic poles 5 and 6. In this case, the timing of switching the current supplied to the coils 8.9 changes depending on the number of convex poles.
以上説明したように、本発明の可動鉄片形モータでは、
固定子磁極をN極およびS極が交互に配列された凸極に
より構成するとともに、回転子もこれらの凸極と対向す
る凸極構造の可動鉄片とし、さらに、固定子磁極におけ
る凸極のすき間に回転子の軸を通る平面上に巻回された
2つ以上のコイルを等間隔に配置するようにしているの
で、回転子のイナーシャを大きくすることなく発生トル
クを大きくすることができ、無負荷回転数を低くするこ
とのできる可動鉄片形モータを簡単な構成により実現す
ることができる。As explained above, in the movable iron piece motor of the present invention,
The stator magnetic poles are constituted by convex poles in which N poles and S poles are arranged alternately, and the rotor is also a movable iron piece with a convex pole structure that faces these convex poles, and the gap between the convex poles in the stator magnetic poles is Since two or more coils wound on a plane passing through the axis of the rotor are arranged at equal intervals, the generated torque can be increased without increasing the inertia of the rotor. A movable iron piece motor capable of lowering the load rotation speed can be realized with a simple configuration.
第1図は従来の直流モータの一例を示す構成図、第2図
〜第6図は本発明の可動鉄片形モータの一実施例を示す
構成図およびその動作説明図である。
1.4・・・永久磁石、2,7・・・回転子、3゜8.
9・・・コイル、5.6・・・固定子磁極。
代 理 人 弁理士 小 沢 信 助(第1図FIG. 1 is a block diagram showing an example of a conventional DC motor, and FIGS. 2 to 6 are block diagrams showing one embodiment of a movable iron piece type motor of the present invention and explanatory diagrams of its operation. 1.4...Permanent magnet, 2,7...Rotor, 3°8.
9... Coil, 5.6... Stator magnetic pole. Agent: Patent Attorney Shinsuke Ozawa (Figure 1)
Claims (1)
石を両側から挟むとともにその凸極が同一平面上に交互
に配列されるように組み合わされた2つの固定子磁極と
、強磁性体よりなり前記固定子磁極の凸極と対向すると
ともにその凸極の数に対して1〜3だけ異なる数の凸極
を有する回転子と、それぞれこの回転子の軸を通る平面
上に巻かれるとともに的記固定子磁極における凸極の間
を通るように一定の位相差をもって配置された2つ以上
のコイルとを具備してなる可動鉄片形モータ。A ring-shaped permanent magnet magnetized in the axial direction, two stator magnetic poles that sandwich this permanent magnet from both sides and are combined so that their convex poles are arranged alternately on the same plane, and a ferromagnetic material. a rotor having a number of convex poles that are opposite to the convex poles of the stator magnetic poles and whose number differs by 1 to 3 from the number of convex poles, each wound on a plane passing through the axis of the rotor; A movable iron piece type motor comprising two or more coils arranged with a certain phase difference so as to pass between the convex poles of the stator magnetic poles.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10001984A JPS60245458A (en) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | Movable iron piece type motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10001984A JPS60245458A (en) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | Movable iron piece type motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60245458A true JPS60245458A (en) | 1985-12-05 |
Family
ID=14262838
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10001984A Pending JPS60245458A (en) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | Movable iron piece type motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60245458A (en) |
-
1984
- 1984-05-18 JP JP10001984A patent/JPS60245458A/en active Pending
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