JPS61500248A - バ−ニヤ型電動機械 - Google Patents

バ−ニヤ型電動機械

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JPS61500248A
JPS61500248A JP60500926A JP50092685A JPS61500248A JP S61500248 A JPS61500248 A JP S61500248A JP 60500926 A JP60500926 A JP 60500926A JP 50092685 A JP50092685 A JP 50092685A JP S61500248 A JPS61500248 A JP S61500248A
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gap
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machine
magnetic flux
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JP60500926A
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プイアンジユ,ジヤン
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セ・ウ・エム−コンパニ・エレクトロ−メカニク
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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】 バーニヤ型電動機械 本発明は、バーニヤ型電動機械に係る。
ギャップにより相互に分離されており且つギャップの平均厚みが一定に維持され るような方向に相対移動し得る2個の部分と、前記方向に沿って摺動する極数2 p(pは整数)の磁界を発生するべく前記部分のうちの第1の部分と磁気的に協 働する手段とから構成されるバーニヤ型電動機械が知られており、前記第1の部 分は、ギャップ内に開口しており且つ前記方向に沿って均等に分配されているN 個のスロット(Nはpの整数倍)を形成するN個の歯を備える電機子から構成さ れており、第2の部分は、前記方向に沿って配置さ些たM個の素子(MはPの整 数倍であり、MとNとの差はT=tXpに等しい。但しtはN/pより小さい整 数である。)から構成されている。
例えばこの型の回転シリンダ機関は、軸の周囲に回転可−能に装着された回転子 と、N個のスロット及びN個の歯を備える同軸固定子とから構成されている。ス ロットには、回転子内に回転磁界を発生する多相巻線が配置されている。回転子 のM個の素子は、M個のスロットを形成するM個の歯によって構成されている( 但しMはNより大)。ギャップを横断して固定子に侵入する連続磁界を発生する ように、回転子内には磁石が同軸状に固定されている。
一般に、既知のバーニヤ型電動機械は単極同期式機械であり、該機械の2個の相 対可動部分は、相互に対向して配置されており且つ1列の歯数が異なる2個の歯 列を夫々備えている。
然しなから、三の機械には欠点がある。実際に、この機械はギャップの厚みを小 さくしなければならないので、磁気回路の飽和によりアンペア回数が減少し、従 って機械のトルクも減少する。更にこの機械の磁束□は、トルクを生じず且つ磁 気回路の飽和に寄与する単極成分を含んでいる。従って、用途によって本発明の 目的はこの欠点を解決することにある。
本発明の目的は上記型のバーニヤ型電動機械を提供することにあり、該機械は、 M個の素子が交互方向に方向付けられた2個の磁束発生器から夫々構成されてい ることを特徴とし、該素子は、第1の部分と磁気的に協働する前記手段により発 生された極数2pのすへり磁界に同期することの可能な極数2pの磁界を第1の 部分内に発生するべく第1の部分のN個の歯と係合する。
以下、添付図面を参考にバーニヤ型電動機械の数種類の具体例について説明する 。
なお、第1図は既知の型のバーニヤ型電動機の概略部分縦断面図、第2図は第1 図の電動機の固定子と回転子との歯の形状を示す部分横断面図、第3図は既知の 型の別のバーニヤ電動機の部分横断面図、第4図は第3図の電動機の動作を示す グラフ、第5図は既知の型のバーニヤ型減速機の部分横断面図、第6図は既知の 型の別のバーニヤ型減速機の部分横断面図、第7図から第12図は本発明の6種 類の異なるバーニヤ型電動機の部分横断面図である。
第1図のバーニヤ型電動機は、巻線2を何重る固定子1を備えている。固定子l は、有歯磁気薄板アセンブリから形成されており、極数2pの多相型巻線2は固 定子の歯間のスロットに収容されている。固定子lは、軸3に関する回転体で環 状断面を有する円筒形である。固定子1の内側円筒形容積内には、゛同様に磁気 薄板アセンブリから形成されており且つ軸3の周囲に回転可能に装着された有歯 回転子4が配置されており、該回転子は円筒形ギャップ5により該固定子から分 離されている。回転子4内には円筒形磁石6が同軸状に固定されている。磁石6 は、磁石の一方の底面7が回転子4の容積内に配置され、他方の底面8が該容積 の外側に配置されるように回転子4内に固定されている。
磁石6は、固定子1内に侵入するべくギャップ5を横断する磁束を回転子4内に 発生するように、面8から面7に向かう方向9に磁化される。該固定子は、円筒 形磁気外枠10の内側に固定されている。回転子4と磁石6とは、外枠10に支 持された側板に取付られた2個の軸受内の軸3の周囲を回転可能なシャフト11 に固定されている。第1図に断面で示した側板12は、シャフト11に取付られ た軸受13を備えている。側板12は磁性鋼から構成されており、磁石6により 発生した磁束の回路を閉じるように磁石6の面8の近傍で且っ該面と対向するよ うに配置された表面14を備えている。固定子は、巻線2により規定される極対 光たりn個の夫々等しい歯ピッチを有している。第2図から明らかなように、回 転子の歯は軸の周囲に均等に分配されているが、歯数は固定子の歯数上りも大で あり、回転子4は例えば極対光たりn+1個の歯を備えている。同図中の固定子 に対する回転子の位置は、回転子の歯15の側面が径方向17において固定子の 歯16の側面と一直線状となるように考慮される。従って、回転子の連続する歯 18,19.20は、固定子の対応する歯21,22.23に対してずれている 。このずれにより、磁気抵抗に変化が生じる。
巻線2に多相電流を供給すると、該巻線は軸3の周囲を回転する極数2pの磁界 を発生する。第1図及び第2図に示した電動機は同期式であり、起磁極構造は回 転磁界の回転速度に等しい速度で回転し、他方、回転子の回転速度はバーニヤ効 果の結果として回転磁界の速度を係数にで除した商に等しい。
固定子の歯数が極対光たりnてあり、回転子の歯数が固定子極対当たりn+1で あるなら、係数にはn+1である。このようにして得られる減速は、電機子が同 一連続磁界により横断される従来の同期機に比較して、トルクの増加を伴い、こ のトルクは係数にとの積である。
一般に、ずれはギャップに沿って段毎に変化する。第1図及び第2図の場合、各 段は実質的に1個の歯ピッチに対応する。
一般に歯数は多いので、段の長さは小さく、ギャップ方向におけるずれの変化は 実質的に直線的である。
ところで、ずれを有する連続段が各々複数の歯ピッチに対応するような既知のバ ーニヤ型機械を製造することは可能である。
例えば、第3図に示した電動機では、回転子24は均−等に分配された歯ピッチ を有しており、他方、固定子25は間隔を介して相互に分離された歯ピツチ群を 有している。各群は夫々回転子歯ピッチに等しい複数の歯ピッチを有している。
第3図は、第1の固定子歯群26,27及び28と第2の固定子歯群29,30 及び31とを示している。これらの2群は、固定子の巻線33の線束を収容する 間隔32により相互に分離されている。図中の位置では、歯26゜27及び28 は回転子の歯34.35及び36と向い合ってい、る。間隔32は、固定子の歯 29.30及び31と回転子の歯38.39及び40との間にずれ37が得られ るように決定される。
第4図は、第3図に示した機械と同一型の機械におけるギャップ方向の磁気ずれ の変化41を示している。ギャップ方向の位置は、基準軸方向面に対する角度A として横軸に示し、ずれDは縦軸に示した。曲線41は連続段42,43.44 及び45を含んでいる。この段毎の変化から一次平均則46を決定することがで きる。
実際に、第2図及び第3図に示したバーニヤ型電動機の2種類の具体例は、完全 に同等の作動様式をとる。極対光たりの固一定子ずれを1単位とするなら、係数 には固定子巻線の極対光たりのスロットの数に等しい。
バーニヤ型電動機の作動原理は、バーニヤ型発電機にも適用できる。この場合、 例えば第2図及び第3図に示した機械の回転子を回転させ、この機械の固定子巻 線中に発生した電流を収集する。
この原理は、ギャップが円筒形表面に沿ってでなく2個の相対可動部分を分離す る平坦な表面に沿って配置されている直線型のバーニヤ型機械にも適用され、そ の場合、−可動部分はギャップの表面に平行な直線にそって固定部分iこ対して 相対移動する。
従って、回転式減速機として作動するバーニヤ型電動機を構成することが可能で ある。
第5図に示し−た既知の型の減速機は、環状形の第1の回転子47を備えている 。該回転子は歯を備えておらず、極数2pの連続巻線48を備えている。減速機 は更に同軸円筒形の第2の回転子49を備えている。該回転子は第2図の電動機 の回転子歯と同様の極対(図示せず)当たりn+1個の歯を備えている。回転子 47及び49間には、極対光たりn個の径方向歯を備える環状同軸固定子50が 配置されており、該歯は非磁性材料から構成されたセパレータ52により相互に 分離されている。固定子51は円筒形ギャップ53及び54により回転子47及 び49から分離されている。
回転子47を速度Vで回転駆動し、巻線48に直流を供給すると、固定子50を 径方向に横断して第2の回転子49に侵入する回転磁界が発生する。即ち、アセ ンブリ47−53−50は第2図及び第3図に示した電動機の固定子と同様であ る。従って、回転子49の歯数が巻線48の極片当たりn+1であるなら、回転 子49は速度−n+1 で回転する。
第6図は、固定子55と同軸有歯回転子56とから構成される既知の型の別のバ ーニヤ型減速機を示している。この場合、回転磁界は固定子55と回転子56と の間のギャップ内に配置された別の同軸回転子57により発生される。回転子5 7は、ギャッ°プに沿って並置された2p個の磁石、例えば58を備えており、 該磁石の径方向の磁化方向は極数2pの回転磁界を発生するように交互に逆方向 に方向付けられている。固定子55が極片当にりn個のスロットを有しており且 つ回転子56が極片当たりn+1個のスロットを有しているなら、回転子57を 速度Vて回転駆動すると、回転子56第7図は、本発明のバーニヤ型電動機を示 している。該電動機は、磁気薄板アセンブリから形成される電機子61から構成 された固定子を備えている。該電機子は軸(図示せず)に関する回転体で環状の 垂直断面を有する円筒形であり、歯と該電機子の内側円筒形表面に開口するスロ ットとを備えている。スロットには、極数2pの多相巻線63が収容されている 。固定子の電機子61は、相互に等間隔て配置された極片当たりnmの歯(合計 歯数N=np)を備えている。固定子の内側円筒形表面により規定される容積内 には、軸に関する回転体であり該軸の周囲に回転可能に装着された円筒形回転子 が配置されている。該回転子は、環状断面を有する円筒形磁気ヨーク64と、該 ヨークの外側円筒形表面に固定された実質的に平行六面体の磁石65及び66と から構成されている。該磁石の長2手方向は軸に平行であり、その長さは実質的 に固定子電機子の鉄心長に等しい。磁石の幅方向は、ヨーク64の外側円筒形表 面に対して接線方向に配位されており、の外側円筒形表面かギャップ67を介し て固定子の内側円筒形表面から分離されるように、ヨークの外側円筒形表面に並 置されている。磁石は、例えば接着により相互間及びヨーク64に固定され得る 。磁石が導体である場合には、磁石相互火ひ磁石とヨークとを電気的に絶縁する 必要がある。
ギャップ方向に連続する磁石は、交互方向68,69.70及び71にギャップ を横断する磁束を発生するように径方向に磁化されている。回転子は、固定子極 対当たりm個の磁石対(mは極片当たりの固定子歯数nと異なる)を備えている 。第7図の場合、mはn+1である。従って、回転子は合計M= 2(n+ 1 )p個の磁石を備えている。
磁石から発生し且つ固定子を横断する連続磁束の方向を示すために、固定子の歯 に矢印72.73及び74を付した。各矢印の長さは磁束の強さに比例する。実 際に、歯75の矢印72は磁束の最大強さに対応し、該磁束は矢印72の方向6 9に磁化された磁石により発生したものであり、歯75の軸は磁石の長さの中心 を通っているう他方、矢印74に平行に磁化された磁石77は、回転子に対向す る歯76の表面−の一部にしか覆われておらず、歯76のより小さい他の部分は 矢印74と逆方向に磁化された磁石78を覆っているので、歯76に付した矢印 74は磁束の最小強さに対応する。
従って、軸が2個の磁石間のちょうど接合部に位置する固定子歯79及び80は 、回転子の磁石から磁束を何ら受け取らなし)。
第7図には示されていないが同図のすぐ両側に配置された固定子歯では、夫々磁 石から発生した2個の連続磁束が得られることが明らかである。この2個の連続 磁束の形状は、矢印72から74により示される磁束と同様であるが、その径方 向はこれらの矢印と逆方向である。従って、回転子は、矢印81及び82に沿っ てスロットの後方に閉じる連続磁界を固定子内に発生する。磁石により固定子内 に発生した連続磁界の強さは、周期曲線に従って、ギャップ方向に変化する。こ の曲線の周期は、固定子歯数n及び回転子歯数し+1に対応する。従って磁界は 、極数2pの連続異極磁界である。
固定子の巻線63は、ヨ」り64内で閉じる極数2pの交番磁界を回転子内に発 生する。従って、第7図に示した機械は同期式電動機である。極片当たりの固定 子歯数nと極片当たりの回転子の磁石対の数(n+1)とが異なるので、この電 動機はバーニヤ型の速度で回転する。
第8図に示したバーニヤ型電動機は、固定子とヨーク64を備える回転子とから 構成されている。固定子及びヨーク64は、第7図に示した電動機の固定子及び ヨークと伺様である。一方、第8図の回転子はヨークの外側円筒形表面に固定さ れた電気コイル、例えば83を備えている。このコイルの個数は第7図の電動機 の磁石と同数であり、交互方向にギャップを横断する磁束を発生するようにギャ ップに沿って配置されている。
当然のことながら、この場合回転子は、これらのコイルに直流を供給するための スリップリング・ブラシシステムを備えている。このように給電されるコイルは 、第7図の磁石と同様に作動する。従って、第8図に示した電動機の作動は第7 図の電動機と同様である。
第9図に示したバーニヤ型電動機は、第8図の電動機に類似している。もっとも 第9図の電動機の回転子の一部を構成している電気コイル84は、磁気コア例え ば85を備えている。鋼製のこのコアは径方向に配置されており、ヨーク64に 固定されている。
第10図のバーニヤ型電動機は、第7図の電動機と同様に固定子と磁石65を備 える回転子とから構成されている。ちっとも第10図の場合、回転子のヨークは 、磁石を支持し得る小さい厚みの部分86と、補助ギャップにより部分86から 分離された内側同軸部分87との2部分に分割されている。内側部分87は固定 されており、磁束回路を閉止し得る。この構成は、補助ギャップ内にアンペア回 数の損失をもたらすが、回転子の慣性を減少させるという利点がある。
第11図のバーニヤ型電動機は、軸(図示せず)を有する円筒形の環状電機子8 8から構成される固定子を備えている。電機子88は、歯と軸の周囲に回転する 極数2pの磁界を発生し得る多相巻線90を収容するスロットとを備えている。
電機子88は、軸の周囲に均等に分配された極対当たりn個の歯とn個のスロッ トとを備えている。
電機子88の内側円筒形表面は、該電機子のスロットか開口しているギャップ9 1により同軸環状回転子から分離されている。
ている。該フレームは、固定子極対当たり2(n+1)個の径方向セクタ92を 含んでおり、該セクタ間には磁石93が配置されており、該セクタは軸の周囲に 均等に分配されている。
回転子の内側円筒形表面は、別のギャップ94を介して別の環たりn個の歯を備 えており、該歯はキャップ94に開口するn個の任意の歯97の軸方向対称面9 6が電機子88のスロット98の軸方向対称面と一致するように配置されている 。電機子95のスロットは、巻線90により発生される回転磁界と同様の回転磁 界を発生し得る多相巻線99を収容している。
第11図のバーニヤ型電動機は、以下のように作動する。磁石93は、矢印10 0から103により示すように交互に逆方向に方向付けられた接線方向磁束を発 生するように配置されている。該磁束は、好ましくは電機子88又は95・に向 かって磁束を交互に方向付ける回転子の径方向セクタ内に集中される。こうして 、回転子に結び付けられる極数2pの連続磁界が固定子の2個の電機子内に得ら れる。回転子の径方向セクタ対の数と各電機子の歯数との差により、回転子の回 転速度は、固定子の2個の電機子の第12図のバーニヤ型電動機は、夫々極数2 pの多相巻線90及び99を備える2個の有歯電機子88及び95から構成され る固定子を備えており、該固定子は、第11図の電動機の固定子と同様である。
従って、各電機子は極対当たりn個の歯を備えている。
第12図の電動機の回転子は、軸の周囲に均等に分配された極対当たり2(n+ 1)個の径方向セクタ】04を有する環状磁気フレームから構成されている。該 セクタ間には巻線106が配置されている。従って、回転子は、該巻線に直流を 供給するためのブラシ・リング組(図示せず)を備えている。回転子は、夫々2 個のギャップ107及び108により2個の固定子電機子88及び95から分離 されている。
巻線1・0・6は、交互方向に方向付けられた接線方向磁束109から112を 径方向セクタ間に発生ずるように配置されている。該磁束は、電機子88及び9 5に向かって交互に該磁束を方向付ける径方向セクタ内に集中される。好ましく は、回転子の磁気フレームは径方向セクタを相互に結合する接線方向コア113 を含んでいる。コイル106は、接線方向コアに巻付られている。
当然のことながら、第12図のバーニヤ型電動機の作動は第11図の電動機と完 全に同様である。
第7図から第12図に関して上述した本発明のノく一ニヤ型機械は、均等な歯ピ ッチを有する回転シリンダ機関であるが、歯ピ・ソチが相互に等しく且つ漸次ず れた歯ピ・フチ群を備えるようt本発明の機械を構成することも可能である。発 電機、減速機として作動する本発明の機械、及び直線変位により作動する電動機 械を構成することも可能である。
本発明のバーニヤ型電動機械は異極型であり、従来技術のノく−ニャ型機械に比 較して寸法及び慣性が小さし)とし)う利点を有する。
ちなみに第7・図に示した型で、最大トルク30ONm及び永久トルク22ON m、回転速度1〜2回/秒及び重量22Kgの電動機を製造することが可能であ る。第11図に示すような型であり、同等の性能を有する電動機の重量は、約1 3Kgである。
本発明のバーニヤ型機械は、回転数及び慣性が小さい電動機を製造するために、 或いは逆にトルクが非常に大きい小型の電動機を製造す多ために、ロボット工学 の分野で特に利用され得る。
FIG、1 FIG、2 FIG、12 国際調査報告 寵輔―噌1^叩11amllan HaにT/FR85/■ω3ANNEX T o THE INTERNATIONAL 5EARCHREPORT 0NI NTERNATIONAL APPIJCATION No、 PCT/E″R 8500033(SA 8929)DE−C−92958None US−A−2790098None FR−A−155611331101/69 DE−A−1638361211 05/70US−A−419077926102/80 US−A−43151 7109102/82EP−A−009497830/11/83 NoneC B−A−418659None CB−A−864899None

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1/ギャップにより相互に分離されており且つギャップの平均厚みが一定に維持 されるような方向に相対移動し得る2個の部分と、前記方向に沿って摺動する極 数2p(pは整数)の磁界を発生するべく前記部分のうちの第1の部分と磁気的 に協働する手段とから構成されるバーニャ型電動機械であり、前記第1の部分が 、ギャップ内に開口しており且つ前記方向に沿って均等に分配されているN個の スロット(Nはpの整数倍)を形成するN個の歯を備える電機子から構成されて おり、第2の部分が、前記方向に沿って配置されたM個の素子(MはPの整数倍 であり、MとNとの差はT=t×pに等しい。但しtはN/pより小さい整数で ある。)から構成されている前記機械であって、M個の素子が、交互方向(69 −70)に方向付けられた2個の磁束発生器(65−66)から夫々構成されて おり、該素子が、第1の部分(61)と磁気的に協働する前記手段(63)によ り発生された極数2pのすべり磁界に同期し得る極数2pの磁界(72,73, 74)を第1の部分中に発生するべく第1の部分(61)のN個の歯(75)と 係合することを特徴とする前記機械。 2/前記磁束発生器が、電機子(61)に対向して配置されており且つギャップ に対して垂直方向に磁化された磁石(65)であることを特徴とする請求の範囲 1に記載の機械。 3/前記磁束発生器が、電機子(61)に対向して配置されており且つギャップ に対して垂直な軸を有する電気コイル(83)と、該コイル(83)に直流を供 給するための手段とから構成されていることを特徴とする請求の範囲1に記載の 機械。 4/前記M個の素子の各々が、ギャップに垂直な軸を有する2個の磁気コア(8 5)を更に備えており、電気コイル(84)が該コア(85)の周囲に同軸状に 配置されていることを特徴とする請求の範囲3の記載の機械。 5/前記第2の部分が軸に関する回転体で環状の垂直断面を有する円筒形であっ て且つ該軸の周囲に回転移動可能であり、電機子(61)が軸に関する回転体で 環状の垂直断面を有する固定円筒であって且つ第2の部分の周囲に同軸状に配置 されており、すべり磁界を発生するための前記手段が、電機子(61)のスロッ ト内に配置された多相巻線(63)から構成されており、すべり磁界が軸の周囲 を回転する磁界であり、前記機械が、第2の部分の内側円筒形容積内に配置され た同軸円筒形ヨーク(64)を更に備えており、該ヨークが、前記磁束発生器( 65)及び巻線(63)により発生された磁束の回路を閉じるように第2の部分 と磁気的に協働することを特徴とする請求の範囲1に記載の機械。 6/前記ヨーク(87)が固定されており且つ別のギャップにより第2の部分か ら分離されていることを特徴とする請求の範囲5に記載の機械。 7/前記ヨーク(64)が第2の部分の内側円筒形表面に固定されていることを 特徴とする請求の範囲5に記載の機械。 8/第2の部分が軸に関する回転体で環状の垂直断面を有する円筒形であって且 つ該軸の周囲に回転移動可能であり、前記電機子が、環状断面を有する円筒形で あって且つ第2の部分の周囲に同軸状に配置された第1の固定電機子(88)で あり、第1の電機子を第2の部分から分離するギヤップが第1のギャップ(91 )を構成しており、前記機械が、第2の部分の内側円筒形容積内に同軸状に配置 されており且つ第2のギャップ(94)により第2の部分から分離された環状断 面を有する円筒形の第2の固定電機子(95)を更に備えており、第2の電機子 が第2のギャップに開口するN個のスロットを形成するN個の歯を備えており、 電機子(95)の各歯(97)の軸方向対称面(96)が他方の電機子(88) のスロット(98)の軸方向対称面と一致しており、すべり磁界を発生するため の前記手段が、第1の電機子(88)のスロット(98)内に配置された第1の 多相巻線(90)と、第2の電機子(95)のスロット内に配置された第2の多 相巻線(99)とから構成されており、すべり磁界が軸の周囲を回転する磁界で あり、第2の部分のM個の素子の各々が、磁気フレームの2個の径方向セクタ( 92)を更に含んでおり、径方向セクタ間には接線方向磁束を発生するように2 M個の磁束発生器が配置されており、該磁束が、径方向セクタにより第1のギャ ップ(91)と第2のギャップ(94)とを通って交互に第1の電機子(88) と第2の電機子(95)とに向かって方向付けられ、第1の電機子と第2の電機 子との間に連続磁界が形成されることを特徴とする請求の範囲1に記載の機械。 9/前記磁束発生器が磁石(93)であることを特徴とする請求の範囲8に記載 の機械。 10/前記磁束発生器が電気コイル(106)であり、第2の部分の磁気フレー ムが径方向セクタ(104)を相互に結合する接線方向コア(113)を有して おり、コイル(106)が該コア(113)の周囲に配置されていることを特徴 とする請求の範囲8に記載の機械。 11/第1の部分(61)と第2の部分とが同一軸に関する回転体の円筒形であ り、これらの部分の相対移動が該軸に関する回転移動であり、従ってすべり磁界 は該軸の周囲を回転する磁界であり、電機子(61)のスロット数Nがnp(n は整数)であり、第2の部分の素子数Mが(n+1)pであり、前記連続磁界( 72から74)が極数2pの磁界であり、電機子(61)に対する第2の部分( 65)の回転速度が回転磁界の速度の(1/n+1)であることを特徴とする請 求の範囲1に記載の機械。
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