JPS6111542B2

JPS6111542B2 -

Info

Publication number: JPS6111542B2
Application number: JP53140870A
Authority: JP
Inventors: Makoto Goto; Kazuji Kobayashi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-11-14
Filing date: 1978-11-14
Publication date: 1986-04-03
Also published as: JPS5568868A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、給電することにより直進力を得るこ
とができる直進移動電動機、あるいは外部から直
進駆動力を与えることにより電気出力を得ること
ができる直進移動発電機のごとき直進電機に関す
るものである。

一般に、電機子鉄心に溝を設けて電機子巻線を
施こした直進電機は、溝を設けない直進電機に較
べて電機子巻線に多くの界磁磁束を効率良く鎖交
させることができるため、小型、軽量で大きな出
力が得られる直進電機となる。しかし、電機子鉄
心が巻線用の溝を有する場合には、電機子鉄心が
磁気的に不均一な構造であるために、例えば永久
磁石などにより構成される界磁部との相互作用に
よつてコギング力を発生するという欠点がある。
このことについて、第１図乃至第３図を参照して
説明する。第１図は従来の巻線用の溝を有する。
極構造の直進電機の一例の概略構成図である。同
図において、１は磁性体製の移動体、２は２極に
着磁された平板状の永久磁石で構成された界磁
部、３は電機子鉄心であり、これは巻線用の溝
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅにより形成された合計６個の
突極３_a1，３_b1，３_c1，３_a2，３_b2，３_c2を有す
る。電機子鉄心３の各突極は、界磁部２の磁極面
と所要間隙あけて対向され、界磁部２と電機子鉄
心３のうち、いずれか一方が他方に対して直進可
能となつている。各突極３_a1，３_b1，３_c1，３_a2，
３_b2，３_c2には、それぞれ１個の巻線４_a1，４_b1，
４_c1，４_a2，４_b2，４_c2が巻装されており、それら
は第２図に示すような３相Ｙ結線されている。

ここで、第１図の直進電機を電動機と考えるな
らば、界磁部２と電機子鉄心３の相対位置を例え
ばホール素子等の磁電変換素子にて検出し、相対
位置に応じた３相電流をトランジスタ等により３
相巻線４_a1，４_a2，４_b1，４_b2，４_c1，４_c2に通電
するならば、界磁部２との間で電磁的な相互作用
により所定方向への駆動力を得ることができる。

また、第１図の直進電機を発電機と考えるなら
ば、移動体１を外部から駆動することにより、巻
線４_a1，４_a2，４_b1，４_b2，４_c1，４_c2に交流信号
を得ることができる。

ところで、コギング力は磁場に貯えられた磁気
エネルギーが電機子鉄心と界磁部の相対位置に応
じて変化することにより生じるもので、第１図の
ごとく界磁部２と電機子鉄心３の両者に磁気的な
周期性が存在する場合には、一般に、その両者に
共通して存在する周期成分（整合成分）のコギン
グ力が主に生じる。

第３図は、第１図に示した直進電機の界磁部２
が発生する磁界を表わしたものである。磁気エネ
ルギーは磁界の２乗に関係する量であるから、界
磁部２の有する磁気的な周期・波形の基本的な周
期は１磁極ピツチ（Ｔ）となる。すなわち、界磁
部２は周期Ｔの成分を基本として、周期Ｔ／２、
Ｔ／３、Ｔ／４、………などの高調波成分を含ん
でいることになる。従つて、界磁部２の１磁極ピ
ツチを基本周期として、電機子鉄心３の磁気的な
変動分を考えれば良く、一般に、その変動分を小
さくするか、変動の周波数を高くするならば、界
磁部２との相互作用であるコギング力は小さくな
る。

第１図に示す従来例の電機子鉄心３の磁気的な
変動は、突極の間の溝ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅにより
生じる。上記各溝ａ〜ｅは、ほぼ同一の形状をな
し、その中心間のピツチは2T／３となつてい
る。従つて、界磁部２の磁極面に対向している部
分の電機子鉄心３の合成の磁気的変動分は、第４
図に実線で示すようになる。なお、図中のａ，
ｂ，ｃ，ｄは対応する溝の符号である。界磁部２
と電機子鉄心３の相対位置の変化に伴つて、界磁
部２の磁極面に対向している電機子鉄心３の部分
は変化して行くが、その合成の磁気的変動分の変
動の大きさ、および変動の周期は、ほぼ同じであ
る。

第４図から明らかなように、第１図に示す従来
例の電機子鉄心３の磁気的変動分は３つの山、谷
を有する大きな変動となる。その結果、コギング
力も界磁部２の１磁極ピツチＴの移動に対して主
に３往復（６回）力の向きが変化する。

本発明は、巻線用溝を有する電機子鉄心を使用
しながらもコギング力を著しく減少させた直進電
機を提供するものである。

以下に本発明を図示の実施例に基いて説明す
る。

第５図は本発明の一実施例の概略構成図であ
る。同図において、１は移動体、２は２極に着磁
された平板状の永久磁石で構成された界磁部、３
は界磁部２の磁極に向かう６個の突極３_a1，３_b
_１，３_c1，３_a2，３_b2，３_c2を一体的に有する強磁
性体からなる電機子鉄心、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは
上記突極３_a1と３_b1の間、３_b1と３_c1の間、３_c1と
３_a2の間、３_a2と３_b2の間、３_b2と３_c2の間に、そ
れぞれ形成された巻線用の溝、４_a1，４_b1，４_c
_１，４_a2，４_b2，４_c2は上記各突極３_a1，３_b1，３
_c1，３_a2，３_b2，３_c2に巻装された電極子巻線であ
る。以上の構成要素は第１図で説明したものと同
様である。

また、電機子鉄心３の各突極３_a1〜３_c2が界磁
部２の磁極面と所要間隙あけて対向し、いずれか
一方が他方に対して直進可能にされていることも
第１図の従来例と同様である。

この第５図で第１図の従来例と異なるところ
は、電機子鉄心３の突極３_a1〜３_c2の界磁部２と
対向する部分に補助溝a′，b′，c′，d′，e′，f′，
g′，h′，i′，j′，k′，l′を設けた点である。なお
、
上記補助溝a′〜l′は界磁部２の磁極面に平行（図
面の紙面に対して垂直な方向）に設けられてい
る。

この第５図に示す本発明の実施例の電動機また
は発電機としての基本的動作は第１図の従来例と
同様であるが、補助溝a′〜l′の付加により性能の
面で著しい相違がある。以下に、そのことを第６
図および第７図を参照して説明する。

第６図は一例として、巻線用の溝ｂの入口付近
での磁束の分布を表わした図である。同図におい
て、界磁部２からでた磁束は矢印の線で示すよう
に、大部分が磁気抵抗の高い溝部を避けて電機子
鉄心３の突極３_b1，３_c1に吸いとられる。その結
果、図示の破線Ｈより深く入り込む磁束は非常に
少なくなる。従つて、溝ｂの深さは破線Ｈよりも
深くても、磁気的には破線Ｈの深さのものと、ほ
ぼ同等である。他の溝ａ，ｃ，ｄ，ｅについても
同様である。そこで、第５図に例示するごとく、
突極３_a1，３_b1，３_c1，３_a2，３_b2，３_c2に巻線用
溝と磁気的にほぼ同等な効果を有する浅い開溝状
の補助溝a′〜l′を設けるならば、電機子鉄心３の
有する磁気的不均一性の状態は変化する。

この第５図に例示した本発明の実施例において
は、各突極の両端の溝間隔（例えばａとｂの間
隔）を３等分する位置に補助溝a′〜l′を設けて、
ａ〜ｅおよびa′〜l′からなる溝の全体が、ほぼ等
ピッチ（本例では界磁部２の１磁極ピツチの2/9
倍）となるように配置されている。従つて、本実
施例での界磁部２の磁極面に対向している部分の
電機子鉄心３の合成の磁気的変動分は、第７図に
実線で示すようになる。なお、同図の破線は各溝
による磁気的な変動を表わしている。界磁部２と
電機子鉄心３の相対位置の変化に伴つて、界磁部
２の磁極と対向する溝は変化するが、合成変動分
の変動振幅および変動の周期は、ほぼ一定であ
る。従つて、本実施例の電機子鉄心３の合成磁気
的変動分は主に９つの山、谷を有する小さな変動
となる。その結果、コギング力も界磁部２の１磁
極ピツチの移動に対して主に９往復（18回）力の
向きが変化する。

これを第１図の従来例の結果（第４図の実線）
と比較すると、変動の大きさは小さくなり、かつ
変動の支配的な成分の周期も1/3倍の高次となつ
ている。

一般に、コギング力の各成分の大きさは、電機
子鉄心の有する該当成分の大きさと、界磁部であ
る永久磁石の有する該当成分の大きさの積に関係
し、その積が小さくなればコギング力の該当成分
の大きさも小さくなる。また、永久磁石の有する
成分は、通常、高次の成分になる程、その大きさ
は減衰している。

従つて、電機子鉄心の有する磁気的な変動分の
大きさが小さい点と、変動の支配的な成分の周期
が短いことにより、第５図に示す本発明の実施例
のコギング力は著しく小さくなつている。すなわ
ち、本発明のごとく補助溝を設けることにより電
機子鉄心の磁気的不均一性の状態を変化させ、コ
ギング力の支配的な成分の周期を短くするなら
ば、コギング力は減小する。

なお、第５図に示した本発明の実施例において
は、電機子鉄心３を固定子とし、界磁部２を移動
させる場合に限られるものではなく、その関係が
逆であつても良く、得られる効果に差異はない。

また、本発明の実施例に示すように、補助溝の
深さを浅くして、突極の基部を先端より狭くする
ならば、巻線を収納する空間を大きくすることが
できるため、効率の良い直進電機となる。さら
に、補助溝の幅を突極間の溝幅とほぼ等しくする
ならば、磁気的にほぼ同等な効果を容易に得るこ
とができる。もちろん、補助溝の構造を突極間の
溝とほぼ同一の形状としても良い。また、垂直方
向に積層金型にて打抜き、第５図の図面に垂直方
向に積層固定して電機子鉄心を構成するならば、
各突極および溝の配置精度が良くなり、補助溝の
効果が安定し、量産が容易となる。

また、前述の実施例では各突極の先端幅を界磁
部の１磁極ピツチより短かくしたが、本発明の効
果は、そのような場合に限らず、各突極の先端幅
が１磁極ピツチに等しい場合や長い場合において
も得ることができる。例えば、第５図の実施例に
おいて界磁部２を４極の永久磁石に置き換えて
も、補助溝の効果によりコギング力は小さなもの
となる。さらには、突極の先端幅が界磁部の１磁
極ピツチの３倍、５倍等の奇数倍に近いか、また
は等しい場合であつても、補助溝の中心と、それ
に隣接する溝（巻線用溝または補助溝）の中心と
のピツチを界磁部の１磁極ピツチの整数倍となら
ないように、補助溝を設けるならば、コギング力
を小さくできる。

また、前述の実施例では各突極に２個の補助溝
を設けたが、本発明はそのような場合に限らず、
コギング力を低減させる補助溝の配置には多くの
変形が考えられる。しかし、補助溝の個数を巻線
用の溝数に等しく、または、それ以上にするなら
ば、各溝を浅く、かつ小さくできるため、補助溝
の部分における磁束の変動は小さくなり、直進電
機の性能は良くなる。また、各突極に同数個の補
助溝を対称的に配置するならば、各突極に流入出
する磁束のバラツキはなくなり、直進電機の性能
は良くなる。前述の実施例に示すように、巻線用
の溝と磁気的に等しいか、または、ほぼ等しい効
果を有する補助溝を突極の先端に設け、溝（巻線
用の溝および補助溝）の全体を等ピツチまたは、
ほぼ等ピツチ間隔に配置するならば、簡単にコギ
ング力を小さくすることができる。もちろん、各
補助溝が同一の磁気的効果をもたない場合、およ
び溝の全体が等ピツチ間隔に配置されていない場
合でも、電機子鉄心の合成の磁気的変動分を減小
するように補助溝配置するならば、コギング力を
小さくし得る。

さらに前述の実施例では、集中巻された電機子
巻線を有する電機子鉄心を使用したが、本発明は
そのような巻線状態に限定されるものではなく、
一般に電機子鉄心が巻線用の溝を有する構造であ
るならば、本発明の原理によりコギング力を小さ
くできる。

また、前述の実施例では、界磁部の磁極数に較
べて電機子鉄心の突極数が多い場合を示したが、
逆に、界磁部の磁極数が多い場合であつても本発
明の効果は得られる。さらに、電機子鉄心に突極
および巻線の相数は３相に限られるものではな
く、一般に多相の直進電機でも本発明は実現でき
る。また、電機子鉄心の各突極が等ピツチ間隔に
て配置されている場合に限らず、突極間のピツチ
に粗密が存在する場合においても、本発明は実施
できることはいうまでもない。界磁部についても
同様である。

以上のように、本発明はコギング力が小さいた
めに、駆動力変動の少ない直進電動機または直進
発電機を実現することができるものである。従つ
て、本発明を特に音響機器の駆動源として使用し
た場合には、振動や駆動力むらを極少にし得るた
め、極めて高性能の音響機器とし得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直進電機の概略構成図、第２図
はその従来例における電機子巻線の結線図、第３
図は第１図の従来例の界磁部の発生する磁界を表
わした図、第４図は第１図の従来例の電機子鉄心
の合成の磁気的変動分を表わした図、第５図は本
発明の実施例の概略構成図、第６図は同実施例に
おける要部の磁束分布を代表的に表わした図、第
７図は同実施例における電機子鉄心の合成磁気的
変動分を表わした図である。１……移動体、２……界磁部、３……電機子鉄
心、３_a1，３_b1，３_c1，３_a2，３_b2，３_c2……突
極、４_a1，４_b1，４_c1，４_a2，４_b2，４_c2……電機
子巻線、ａ〜ｅ……巻線用溝、a′〜l′……補助
溝。

Claims

【特許請求の範囲】

１永久磁石により少なくとも２磁極を形成され
た界磁部と、前記永久磁石の磁極に対向して配設
された巻線用の溝を有する電機子鉄心を具備し、
前記界磁部と前記電機子鉄心のうち、いずれか一
方を他方に対して直進可能とした直進電機であつ
て、前記電機子鉄心の前記界磁部の磁極と対向す
る部分に、前記電機子鉄心の磁気的不均一性の状
態を変化させるために前記巻線用の溝の開口幅と
等しい、もしくは、ほぼ等しい開口幅を持ち、前
記巻線用の溝の深さよりも浅い補助溝を設け、前
記補助溝と前記巻線用の溝からなる前記電機子鉄
心の溝の全体を前記界磁部の磁極ピツチの1/2よ
りも小さい等ピツチ間隔に配置し、かつ、前記溝
のピツチの整数倍が前記磁極ピツチと異なるよう
にしたことを特徴とする直進電機。