JPS60501933A - １面につきｎ／２対の極を有する磁化ロ−タによる多相モ−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】 ７面につき４対の極を有する磁化ロータによる多相モータ この発明は、その２個の面の各々の上に／ユ対の極を有する磁化ロータによる多 相モータに関するものである。

ロータの磁化のし方にしたがって、多くの形式のモータを規定することができる 。

第１の形式のものは、ロータがＮ対の極を有するモータであって、これらの対は 、例えば、ロータの回転軸に平行な磁化軸によって規定され、該ロータはその２ 個の面の各々についてＮ個の極を有するようにされている。

第一の形式のものは、ロータの２個の面の各々について４対の極を有するモータ であって、これらの対は、例えば、ロータの回転軸に平行な面内に含まれる磁化 曲線によって規定され、該ロータもまたその２個の面の各々についてＮ個の極を 有するようにされている。

この発明によるモータは、実質的に、この第一の形式に属するものである。

この発明の主たる目的は現存する材料を用いて最適な効率の多相モータを作成す ることであり、これは工業的なプロセスによって製造することができ、また、モ ータの概念を変更することなく、相数や出力の程度を拡大することができる。補 足的には、この発明は、歩進の態様に容易に適合される多相モータを作成するこ とをも目的とするものである。

したがって、この発明によるモータの適用分野は極めて広汎である。この発明は 、特に、文書処理用の伝動システム、ロボット、航空宇宙産業、写真装置、クロ ノメータにおいて使用することができる。一般的には、この発明によるモータは ディジタル技術を用いた全てのシステムに好適のものであり、特に、占積、効率 、出力および速度が規定されるものの全てに適している。

この発明の目的である多相モータは、請求の範囲第１項で規定される構成によっ て特徴づけられ、その実よって規定され、また、請求の範囲第７７項によって規 定される事項からなるものである。

この発明によるモータの実現の／形式および一個の変形が図面により概略的に簡 単な例で示されている。

第１図は、ロータの回転軸方向における図である。

第２図は、その構成を例示する分解図である。

ある。

第１図は、ロータの組立を例示する断面図である。

第５図は、第１の変形におけるロータの透視図である。

第６図は、第ユの変形における部材の平面図である。

第７図および第３図は、その動作態様を例示するための、モータの線形的な展開 図である。

こＮに示されているモータは、ｇに等しいＮ個の極をその２個の面の各々にもつ ロータを有している。このモータの位相数はコである。また、これら２個の位コ π 相間のずれＬｔ−□に等しい。

この発明のモータは、特に、第１図と関連して第一図に示されている。

ロータｌは、磁界保磁力が高く密度が低いサマリウム・コバルトのような磁性材 料からなるものである。

その２個の面の各々は４対の極を有している。各々の面において、それらの極は ロータの回転軸の周囲で規則的に配列され、交番的に反対の名称にされている。

また、一方の面の極は他方の同名の極に対向して正確に位置決めされている。

ステータはロータの面の各々に対向されている。そして、第１のものはａ、第ユ のものはｂである。これらのステータａ、ｂは一個の位相ｒ、ｓを形成している 。各位相ｒ、ｓは、２個のステータａ、ｂの各々と共面の２個の極性体λ、３か らなり、また、ステータａの位相ｒ、ｓの各々の２個の極性体ユ、３は、夫々に 、ステータｂの２個の位相ｒ、Ｓの各々の一個の極性体コ、３と同じ形式のもの である。また、第１図においては、ステータｂの極性体コ、３は、ステータａの 同一形式の極性体に重ね合わされている。

各ステータａ、ｂの２個の位相ｒ、ｓの各々と共面にある２個の極性体は、互い にかわら状に並べられ、部材コが部材３の内側にあるようにされている。たＸ゛ し、これら２個の部材２，３は、夫々に、曲折したギャップグによって離されて いる。このようにして、各位相は他方のそれに対して同一形式のλ対の極性体を 有し、また、このλ対の極性体は互いに共面にあり、かわら状に並べられている 。

これらの極性体は、磁界保磁力が弱く飽和誘導が高くされた磁性材料からなるも のである。極！ｒ（第１図）は、説明゛を容易にするため、第一図においてＰＩ 　＋　”２　＋・・・・ｒ”Ｑによって示さ゛れている。

この図に示されていることは、ステータａ、ｂにおける位相ｒの極性体３の極Ｐ １．Ｐ３、ステータａ、ｂにおける同一位相ｒの極性体コの極Ｐ２　ｒ　”４、 ステータａ。

ｂにおける位相Ｓの極性体３の極Ｐ６．Ｐ８、および、ステータａ、ｂにおける 位相Ｓにおける極性体−の極Ｐ７は、夫々に、同一の伸長角を有するということ である。

これらの諸種の極は完全であり、これに対し、ステータａ、ｂにおける位相８の 極性体コの極Ｐ５およびＰ。

は部分的である。これら−個の部分的な極の全体的な伸長角は、少なくとも、７ 個の完全な極の伸長角に近似している。

Ｎ極のロータをもつｍ相のモータについての一般的な場合には、ｍ−／相の極性 体の極およびｍ相間のステータａ、ｂにおける互いに対向する２個の極性体の　 Ｎ それは完全なものである。それらは極性体あたりｍ−ｍ の個数であり、また、ロータの各面に隣接する極間にある角度間隔の少なくとも ２倍に近似する角度間隔で離されている。残りの一個の極性体の極に関しては、 ／Ｎ 極性体あたり一一一／個は完全であり、これに対して極ｍ 性体あたりで残りｍ個の極は部分的であり、それらの全体的な伸長角は少なくと も１個の完全な極の伸長角ｔこ近似している。

こ＼に示されている実現形式において、位相ｒ、ｓは互いに２３０の角度α、た けずれている。而あたりＮ個の極をもつｍ相のモータの一般的な場合には、αｒ ＝Ｎ−ｍである。部分的な極の各々の伸長角は少なくすれα、は正−の違いにし ておくことがてきる。この場合、部分的な極の全体的な伸長角は少なくとも１個 の完全な極の伸長角に近似しているけれども、この部分的な極はもはや伸長角そ のものを有するものではない。

各位相について、ステータａにおける各極性体は、これと対向するステータｂに おける極性体と磁気的に結合されている。これらの磁気的な関係は、各位相につ いて、外側の一個の極性体３がコア乙の端部の一方と結合され、他方の端部は同 一位相における内側の一個の極性体コと結合されるようにされている。このよう ζどして、位相ｒについて、外側の一個の極性体３はこの位相におけるコア乙の 端部Ａと結合され、他方の端部Ｂはこの同一位相の内側の一個の極性体−と結合 されている。同様に、位相Ｓについて、外側の一個の極性体３はこの位相におけ るコア乙の端部りと結合され、他方の端部Ｃは内側の２個の極性体コと結合され ている。

各位相におけるコア６は、磁界保磁力が弱く飽和誘導が高い磁性材料からなるも のである。コイルクは各位相におけるコアの周囲に囲繞されている。この組立は 第３図で例示されるようになされる。

ステータａは、非磁性材料による部材ｇに対して横たえられている。各位相につ いて、夫々のステータａ。

ｂの極性体ユ、３は９本のビスタによって位置決めされている。これらのビスの 中の２本には肩部があり、ステータｂにおける極性体をこれで支えている。軟磁 性材料からなる一個のカンヌキ／／は、コアの各端部とステータｂにおける各極 性体との間の空間にそう人されている。

上記の仕葡により、一方では、ヒスのために極性体の平面内での正確な位置決め が、才だ、他方では、肩部ｉｏおよびカンヌキ／／のためにこれらの極性体の高 さにおける正確な位置決めが確実になされる。

ロータ／は、第７図で例示されているようにされている。これは軸承／２内で弱 い摩擦の接触で回転する。

これらの軸承はルビイを選択して形成される。ピニオン１３はロータの回転軸／ ａに連結され、このロータの回転をギアトレイン（図示されない）の初めの可動 部に移すようにされている。

第Ｓ図の変形においては、ロータは軟磁性材料からなるディスク／ｂによって２ 個の部分に分離するようにされている。このロータの各部分は、その方向が交番 的に反対にされるＮ個の磁化軸を有している。これらの磁化軸はロータの回転軸 と平行にされており、また、この回転軸の周囲で規則的に配列されている。口− りの一方の部分の外側の面における極は、ロータの他方の部分の同名の極と垂直 に対向している。

第６図の変形においては、モータには固定的な軟磁性ディスクが含まれ、これが ロータの代りにされている。このディスクは開口部／Ｓを有しており、これらは 位置トルを実現させるように配設されるものである。

第７図および第３図にはモータの動作のし方が例示されている。それらはモータ の直線的な展開図である。

特に、線形の態様で予め展開されたモータの概略的断面図である。位相ｒ、ｓの ずれは２２．！；０である。

第３図には、第７図で示され℃いる状態に対してロータが、２２Ｊ０ずれている 状態、すなわち、一般的な場合には角度α、−か１のずれがある状態が示されて いる。

こ＼に示されているモータの動作についての理解を容易なものにするため、初め に、相互トルクと呼ばれる“特性を生成させる態様が説明される。この相互トル クは、磁化ロータの磁束とコイルの磁束との間の相互作用から生じるものである 。

第７図の状態において、ロータ／の極の対は、ステータａ、ｂにおける位相ｒの 極Ｐ１．Ｐ２．Ｐ３およびＰ４に対して正確に配されている。この図には、ステ ータａに向けられたロータの面の極から発せられた磁束がこのステータａにおけ る極性体３の極Ｐ１およびＰ３によって収束され、こ＼で位相ｒのコアクに、Ａ からＢに至るように、向けられることが示されている。次いで、ステータａの極 性体λにおける極Ｐ２およびＰ４を通って再び閉じられる。ステータｂに向けら れたロータの面から発せられた磁束については、それらはステータｂにおける極 性体３の極Ｐ１およびＰ３によって再び閉じられ、次いで位相ｒにおけるコア乙 に向けられ、また、ステータｂにおける極性体コの極Ｐ２およびＰ４によって通 されて再び閉じるのに先立ち、ＡからＢに至るようにされる。ロータについて考 えられる位置において、位相ｒにおいてコア乙を通るロータの磁束は最大である 。

ロータをこの位置から　／Ｎに等しい角度α２だけずらすと、位相ｒのコア６を 横切る磁束も最大であるけれども、その方向は反対であり、すなわちコアをＢか らＡに至るものであることが容易に認められる。したがって、ロータが　、今に 等しい角度だけ回転する毎に、すなわち、と＼で示されている例では１Ｉ−５０ だけ回転する毎に、位相ｒのコア６内のロータの磁束に変化を生じる。

位相ｒのコイルが通電されるときは、電気工学の法則にしたがい、コイルと磁化 ロータとの間の相互作用トルクであって、　７４に等しい周期を有する相互トル クが生成され、また、ロータの極の対の位置におけるロータの位置に対応する平 衡位置は、ステークにおけるこの位相ｒの極性体の極と正確に対向するようにさ れる。

それらの間に第７図のロータの極の対か存在する位相Ｓの極Ｐ５　ｒ　Ｐ６　＋ 　Ｐ７　＋　Ｐ８およびＰ９については、この位相８は同様に周期竺△の相互ト ルクを生じるけれども、位相ｒの相互トルクに対して角度α、−穆７たけすれる こと、すなわち、こ＼に示されている例においてはｒｊ、ｓｏだけずれることか 容易に認められる。

位相Ｓにおけるコア６を横切る磁束が最大であるときのロータの位置は第３図の それである。部分的な２個の極Ｐ５およびＰ、は、夫々、ロータの各面について 、７個の完全な極によって再ひ閉じられる磁束の′／。倍に等しい磁束を再び閉 じる、すなわち、こ５に示されている例においては７個の完全な極によるそれの ４倍の磁束を再び閉じることになる。

先に指摘されたことは、こＮでも適合されるものである。

コイルが通電されたときに相互トルクが誘導されるモータの動作は知られており 、その説明はなされない。

こ＼に示されている、λ相で、７面あたり３個の極をもつロータからなるモータ は、この発明にょるモータの唯一の実現形式のものでないことは勿論である。

ロータの７面あたりの極の数Ｎと位相のそれｍとの間はｍ−青なる関係を充たす ことて充分である。こ５に、ｎは整数である。次の表は、この発明にょるモータ の可能な構成を示すものである。

第Ｓ図に示されている変形におけるロータ／１には、−個の磁化部分が含まれて いる。前記された実現形式におけるロータとは異なり、これら２個の部分の磁化 は最も実現しゃすいように軸方向にされ、軟磁性ディスク　／ｂがその間に配さ れている。互いに対向するこれら２個の部分の極は同名のものであることから、 この変形によるモータのＶ作のし方は前述された実現形式のそれと同様である。

この発明によるモータの別異の変形、（図示されない）は、ロータの一方の面の 極とロータの他方の面およびこの他方の面に対向するステータに関してこれらの 極゛に対向するステータの極とが同時に同様にしてずらされる。この同様な場合 においては、モータの動作のし方は前述された実現形式のそれさ同様である。

同様にして、別異の変形（これを図示されない）においては、７個のものに代え て位相当りでコ個のコアを用意することが可能であり、その一方はそれらの間で 一方のステータと共面のス個の極性体に結合され、他方のものは他方のステーク のそれに結合されている。

かくして、例えは、ロータの一方の面の極を他方の面のそれに対して、または、 ステータの一方をその他方に対してずらせることにより、モータの位相数を倍増 させることができる。一方および他方の場合において、その中に極のクループが あるロータの位置に代えて、互いに対向して、その中にステークの一方の位相の 極を設けるようにされており、実際には、ロータの一方の面上に配され、前記さ れた極のグループがあるロータの第１の位置は、一方のステータの前記位相に対 向にするようにされ、また、ロータの他方の面上に配された極のクループがある ロータの第λの位置は、他方のステータの前記位相に対向するようにされる。こ れにより、構成部材の形式を変更させる必要なしに、モータの位相を倍増させる ことが許容される。ロータの極とステータで示されている２個のずれは、同様に して組合わされる。当然、これら−個のずれは、唯／個のものに代えて位相あた りコ個のコアを有、する後者の場合と異なり、前記されたひとつの変形における と同様に指示される。たゾし、これらのコアの各々は単相であり、したがって、 モータはｍ相だけである。ある位相に対して指定された動作のし方にしｊこがい 、究極的には、一方ではステータの一方の位相がその他方に対して一方が、また 他方では他方のステータのそれについて異なるずれを生じるさいう利点がある。

この発明によるモータは、ステークのひとつが除去されたものと同様な動作をす る。この場合には、ロータは、残りのステータに対向するその面上て／２対の極 を有するだけである。コアを通る磁束が半減されるとともに、モータの効率は当 然に低下する。

また、ステークの一方は軟磁性ディスクで置換することも可能であり、ロータと 残りのステークとの間の吸引力の平衡をとるようにされる。第６図には、このよ うなディスクが示されており、位置トルクを生成させるために開口部／Ｓをもつ ようにされている。これらの開口部の数はロータの一方の面の極の数と同してあ り、それらはロータに向けて集中する円形冠部に沿って配され、その中でそれら は規則的に配設されている。この場合、位置トルクの周期はモ４　に等しい。

たゾし、開口部／Ｓを全てで一個除去することにより“−の周期をもつ位置トル クを生成させることもできる。位相トルクと相互トルクとの間の位相差は、ステ ータの曲折したギャップグの放射区間に対して開口部／Ｓをずらすことによって 生成される。このような位相差は、開口部／左がステータの曲折したギャップの 放射区間に対して対称に配されているとき、ロータの一方の面における極を他方 の面のそれに対してずらすことによっても生成される。

ロータの各面に対向しているステータを含む実施の全てにおいて、ステータの位 置決めは第３図を参照して説明されたやり方で実現される。

この発明によるモータの効率性に関しては、理論の詳細に立入ることなく、最適 にされることが当業者によって認められる。

先ず、ロータの全ての極の対の磁束はコイルに対する各コアを横切って同一方向 に向けられるが、これは、極性体コ、３のかわら状の配列、−個のステータの間 で予想される磁気的関係および完全な極と部分的な極の状態によるものである。

実際、コアによって再び閉じられることがなく、相互磁束に付加するやり方で関 与することがないという意味で、ロータの極の対において磁束が消失するものは ない。このことは、最適の効率性を達成させるための第１の条件である。

さらに、ロータの極の各対の磁束が最大にされるが、これは、これらの磁束が収 束され、ロータの各対の極と垂直に対向する極性体の極によって再び閉じられる からである。このことは、最適の効率性を達成させるための第コの条件であり、 また、こ＼では第３のそれとして歩進的に動作させることに関係がある。

ロータが充満しており、ロータの各面の極の間の角度間隔が４“／Ｎに等しくな い方向で、効率性についての考えの点から、ロータの極の対からの全磁束および ロータの慣性の間の関係を最適化させる。このことは、効率性は磁束の増大と慣 性の減少との関数であるが、この関数が磁束と共に増大する力はそれが慣性と共 に減少する力よりはるかに大きいことに起因するものである。

これらの必要な条件の組合せによれば、この発明によるモータが、その完成した 構成において、効率性についての考えの点から最適なものにされる。これに対し て、前記された必要な条件を充たしていない同一形式のモータは最適の効率性を もたないことになる。

この発明によるモータの位相数は、ｍ−一なる関コ・ｎ 係が整数ｎのために満足されることから、モータの概念を変更することなく、大 幅に拡張することがてきる。

換言すれば、位相数ｍを増加させることはロータの面に対する極数Ｎを増加させ ることで充足される。

この発明によるモータは、また、モータの概念を変更することなしに出力の程度 を大幅に伸長させるという利点がある。実際、理論の詳細に立入ることなく、こ の種のモータの機械的出力はその直径と同様にロータの極の対の数と共に増大す る関数であることが直観的に指摘される。

要するに、この発明によるモータは、第６図のディスクは動作の態様に必要な位 置トルクを誘導するものであることから、歩進的な動作の態様に適合されるとい う利点がある。

ｂ − Ｆｉｇ、　５ Ｆｉｇ、６ く− 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／　７面につきろ対の極を有する磁化ロータにょイ多相モータであって、 一ロータ（１）の各面における極はその回転軸の周囲に規則的に配され、交番的 に反対名称にされ、一方の面め極は他方の面の同名のそれと垂直に対向され、− ロータ（１）は少なくとも近似的に同様な２個のステータ（ａ、ｂ）の間に配さ れ、 一ステータ（ａ、１））はｍ個の位相（ｒ、ｓ）を形成し、こ−各位相（ｒ、８ ）は一方および他方のステータ（ａ、ｂ）の２個の極性体（，２，、？）を含み 、これらは共面であり、その一方（，２）は他方（３）内でかわら状に並べられ 、曲折したキャンプ（１１，）によって分離され、一方のステータのλ゛　−個 の極性体は他方のステータのそれと対向するようにされ、 −ｍ−／個の位相（ｒ、Ｓ’）のため、互いに対向される残りの位相の極性体（ ユ、３）の対の一方のためと同様に、その数がｎ＝−である各々の極性体の極（ Ｐｌないしλ・ｍ Ｐ４　ｒ　”６　＋　Ｐ８　）は完全であり、ロータ（１）の各面における隣接 した極の間のそれの少なくとも２倍に近似する角度間隔で離されており、 −残りの位相の他方の７個と対向する極性体の他方の対の各極性体のｍ−−／個 の極（Ｐ７）は完全であへ＋２　ｍ −この後者の対における各極性体の、残りのｍ個の極（Ｐ５　ｒ　”Ｑ　）は部 分的であり、その全体的な伸長角は少なくとも７個の完全な極の伸長角に近似し ており、−位相（ｒ、８′）は相互にずらされており、−ステータ（ａ）の各極 性体（ｘ、３）は、各位相のために、他方のステータ（１））のそれに対向する 極性体に対して磁気的に結合され、 ｍ６位相のために、外側の２個の極性体（３）はコア（Ａ＋の端部の一方（Ａ、 Ｄ）に対して磁気的に結合され、他方の端部（Ｂ、Ｃ）は内側の２個の磁性体（ ２）に対して磁気的に結合され、 一少なくとも７個のコイル（り）が各位相（ｒ、Ｓ）のコア（乙）の周囲に囲繞 されている、 ことを特徴とする多相モータ。 ｍ−位相（ｒ、８）は少なくとも”／Ｎｍに近似した角度だけ互いにずらされて おり、 れの′、４倍に少なくとも近似している、ことを特徴とする請求の範囲第１項の モータ。 ３−ロータ（／′）は２個の磁化部分を含み、それらは谷各Ｎ個の磁化軸を有し 、その全てはロータの回転軸に平行しているがその方向は交番的に反対にされ、 それらの間は等しい角度間隔で離され、 一軟磁性ディスク（／ｂ）はロータ（／りの一個の磁化部分の間で固定され、こ れらの部分の一方の外側の面における極は他方の部分の外側の面における同名の 極に対して垂直に対向されている、 ことを特徴とする請求の範囲第１項または第一項のモータ。 ダ　ロータの一方の外側の面における極とこの面に対向するステータとは、ロー タの他方の外側の面と他方のステータとに対するさ同様にずらされていることを 特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項の中の７項のモータ。 、ｆｆｉ、２個のステータ（ａ、りの各々の各位相（ｒ、ｓ）の共面な一個の極 性体（Ｊ、、？）は、それらの間でコアによって磁気的に結合されるこさを特徴 とする請求の範囲第７項ないし第３項の中の７項のモータ。 ム　ロータの一方の外側の面における極は、ロータの他方の外側の面に関してず らされていることを特徴とする請求の範囲第５項のモータ。 ク　一個のステータは互いにすらされていることを特徴とする請求の範囲第５項 のモータ。 ｇ　−ロータの一方の外側の面における極は他方の外側の面のそれに関してずら されており、 −２個のステータは互いにずらされている、ことを特徴とする請求の範囲第５項 のモータ。 デ　ロータの一方の外側の面における極さこの面に対向するステータは、ロータ の他方の外側の面における極と他方のステータに関してずらされていることを特 徴とする請求の範囲第ｇ項のモータ。 Ｌ　一方のステータにおける位相のずれは他方のステータにおける位相のずれと は異なっていることを特徴とする請求の範囲第６項ないし第３項の中の７項のモ ータ。 ／／　ロータの極のひとつに対向して唯／個のステータが含まれていることを特 徴とする請求の範囲第１項ないし第３項の中の７項のモータ。 ん　ロータは、前記ステータに対向して、その面上に極を有しているだけである ことを特徴とする請求の範囲第１／項のモータ。 ７３　ロータの自由面に対向して配されている固定的な軟磁性ディスクによって 特徴づけられる請求の範囲第１／項のモータ。 ／り　ロータの一方の外側の面の極はその他方の外側の面のそれに関してすらさ れていることを特徴とする請求の範囲第７３項のモータ。 ／Ｓ　Ｎ個または７２個の開口部（／Ｓ）を有する固定的な軟磁性ディスクはデ ィスクに集中する円形冠部の長さに規則的に配されるが、ステータの放射区間に 関してずらされていることを特徴とする請求の範囲第７３項のモータ。 ／Ａ　Ｎ個またはろ個の開口部を有する固定的な軟磁性ディスクはディスクに集 中する円形冠部の長さに規則的に配され、ステータの放射区間に関して対称にさ れていることを特徴とする請求の範囲第１弘項のモー／り　−２個のステータ（ ａ、ｂ）における極性体（２，３）の平面内の位置はダ本のビス（９）によって 確実になされ、−一方および他方のステータの極性体の間隔は一本の前記ビスの 肩部（／のおよび２個のカンヌキ（／／）によって確実になされる、 ことを特徴とする請求の範囲第１項ないし第１θ項の中の７項のモータ。