JPS62221852A

JPS62221852A - 電動体

Info

Publication number: JPS62221852A
Application number: JP61062723A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ueno; 上野　和雄
Original assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Current assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority date: 1986-03-19
Filing date: 1986-03-19
Publication date: 1987-09-29
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: EP0238317A3; DE3773238D1; US4755703A; EP0238317B1; JP2631363B2; EP0238317A2

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】〈産業上の利用分野〉この発明は、産業機械、設備機械、ＯＡ機器。

Ｔ作機械および精密機械等の動力や位置決めに用いられ
る可動子が永久磁石にてなるモータの改良に関する。

〈従来の技術〉従来の永久磁石を可動子に用いた電動体は、例えば、フ
レームに軸を介して回転自在に支持されるとともに、直
径方向に着磁された永久磁石よりなる可動子と、可動子
の外周において可動子と同心に設けられた固定子とを備
えていて、固定子には継鉄の円周方向に所定間隔で界磁
極が突設され、各界磁極はその界磁鉄心部に線輪が巻回
されている。そして、この継鉄および界磁極は夫々軟質
磁性材料よりなり、或は継鉄と界磁極とが軟質磁性材ネ
′Ｉにより一体的に形成されていた。

この種の電動体は、線輪の励磁によって励磁された界磁
極の磁界に、可動子の磁極が吸引されて所定の方向に−
・ステップ回転し、続いて、１−記励磁された線輪を無
励磁とし、回転方向の次の線輪を励磁することにより、
その界磁極の磁界に可動子の磁極が吸引されて更に−ス
テップ回転する。

そして、各線輪を所定の順序で励磁することにより界磁
極に移動磁界を発生させて、可動子を連続的に回転させ
ていた。

そして、可動子な所要の位置において位置決めして停止
トしたいとき、所要の線輪に保持電流を流して、その界
磁極の磁界により可動子の磁極を吸引して保持トルクを
発生させ、可動子を所定の位置に保持するように構成さ
れていた（このような電動体の例として例えば特開昭５
９−１６５９４９号公報がある）。

〈発明が解決しようとする問題点〉しかし、このような従来構成の電動体にあっては、移動
磁界発生のために、界磁極を略その飽和領域まで励磁す
る励磁電流を必要としていた。

また、可動子を所定位置に停止１−させるとき、停止１
位置保持のために保持電流を流しておく必要があった。

そのため、従来の電動体で動力を伝えたり、定位置に正
しく物体を移動させるとき、ギヤー輪列やリンク機構な
どの連動機構が必要であった。本発明はこのような連動
機構を使わなくても、必要とする出力が得られる電動体
を提供しようとするものである。

〈発明の目的〉この発明はＬ記の点にかんがみなされたもので、移動磁
界を発生させて可動子を移動ｙせ、１１っｊ＋）動子を
保持電流なしで大きな保持トルクにより保持０丁能にす
るとともに、ｏｒ動了の移動速度が容易に制御でき、し
かも、低速においても十分なトルクをイｉする効率のよ
い電動体を提供することを［１的とするものである。

く問題点を解決するための手段〉この発明の電動体は、軟質磁性材料よりなる継鉄と、各
々が半硬質磁性材料よりなる界磁鉄心および軟質磁性材
料よりなる磁極片を有している複数個の界磁極と、に記
界磁鉄心に夫々巻回された複数個の線輪と、永久磁石を
含むＨ（動子とを具備することを特徴とするものであり
、かかる構成により上記目的を達成するものである。

く作用〉この発明は上記のように構成されたものであり、半硬質
磁性材料よりなる界磁鉄心の磁化に伴う残留磁束密度を
制御して、磁極片１−に移動磁界を発生させている。こ
の残留磁束密度制御の原理を第１図ないし第３図を用い
て説明する。

第１図は、半硬質磁性材料よりなる界磁鉄心ｌとその両
端部に夫々結合された磁極片２ａ、２ｂとを有し、磁極
片２ａ、２ｂの間に空隙部４が形成された一つの磁気回
路を示す。この界磁鉄心１の半硬質磁性材料は第２図に
示すようなり　−Ｈｆｌｊｌ線を形成し、磁界の強さを
飽和領域まで達しない程度にして、子方向、一方向に変
化させると第２図のようにマイナーループを描く。

第３図は、線輪３に電流Ｉを流して、界磁鉄心１に磁界
Ｈをかけたとき界磁鉄心ｌ中に発生する磁束密度Ｂとの
関係を示したものである。第３図において、Ｃ６は第１
図の磁気回路中の動作直線であり、主として空隙部４の
磁気抵抗、界磁鉄心１の長さおよび断面積で決まる特性
である。いま、電流Ｉ＝０で、このとき動作点が原点に
あるとする。線輪３に電流Ｉを流して正方向磁界がかか
るようにして、次第に電流■を増加させると、動作直線
は次第に右方向に移動する。このとき界磁鉄心ｌの中に
発生する磁束密度は、Ｂ　−Ｈ１１１＋線と動作直線と
の交点で表現することができる。いま、ＨＣｌのところ
まで磁界Ｈな加えたとすると、原点Ｏから出発し、９１
点に至る。次に電流■を土＝０にしたとすると、２１点
に停止し、Ｂｒ１という残留磁束密度が界磁鉄心ｌの中
に発生する。更に、電ｉＩを増加させ、ＨＯ２まで磁界
をかけ、電流ＩをＯに戻すと動作点は２１点から９２点
、９２点から２２点へと変り、Ｂｒ２の残留磁束が界磁
鉄心ｌの中に発生する。このとき、動作直線はＣ６から
Ｃ７、そしてＣ７から０６となる以降、順次磁界をＨｃ
３，１ｉｅ４と同じように印加すると、その都度、残留
磁束はＢｒ３　、Ｂｒ４というように次第に増加する。

この状態で−Ｈｃ６　　、−Ｈｃ７　、−ＨｃＢ　と夫
々同じような手順を踏むと、夫々に対応して、Ｂｒ６　
　、Ｂｒ７　　、Ｂｒ８の残留磁束密度が界磁鉄心ｌの
中に発生する以１−のように、半硬質磁性材料の界磁鉄
心ｌに巻回した線輪３にパルス状に電流Ｉを流すことに
よって、界磁鉄心ｌの中に発生する残留磁束密度が制御
できる。

この゛ト硬質磁性材料のマイナールーズの作用を利用し
て、複数個の界磁鉄心の残留磁束密度を順序的に制御し
て移動磁界を発生させ、これにより可動子の磁極を順序
的に吸引して可動子の移動を行う。また、界磁鉄心の残
留磁束と停止にした可動子の磁極との吸引トルクにより
可動子の停止に位置の保持を行うものである。

〈実施例〉する。第４図はこの発明を適用した電動体であるパルス
モータの実施例の正面断面図であり、図において６は可
動子、８は固定ｒである。

（Ａ）　ｍ　＋実施例一実施例の構成− 【＋ｆ動子６は直径方向に相対してＮ、Ｓ極の２極に着
磁された永久磁石であり、固定子８は軟質磁性材料より
なる継鉄１０と、継鉄１０，１−に３個の界磁極１５，
２５．３５が、例えば１２０度間隔で突設されている。

界磁極１５，２５．３５は、夫々半硬質磁性材ネ゛ｌよ
りなる界磁鉄心１１，２１．３１と、界磁鉄心１１，２
１．３１の突出端１１ａ、２１ａ、３１ａに夫々設けら
れた軟質磁性材料よりなる磁極片１２，２２．３２とか
ら形成されている。

また、磁極片１２，２２．３２と０ｆ動子６との間には
、所定の間隙を有する空隙部１４が形成されており、各
界磁鉄心１１，２１．３１には夫々線輪１３，２３．３
３が巻回されている。

尚、この実施例は、界磁鉄心１１，２１．３１が゛１′
−硬質磁性材料よりなる点を除いて、従来のパルスモー
タの構造と同じである。

一実施例の動作− 次に、このように構成されたパルスモータの動作につい
て説明する。

第４図に示すような状態で可動子６が停止１−シ、全て
の線輪１３，２３．３３には電流が流れていないものと
する。従って、可動子６が発生する磁束は、可動子６の
Ｎ極から界磁極１５の磁極片１２に入り、界磁鉄心１１
から継鉄１０、そして継鉄１０から界磁鉄心２１．３１
に分かれて、界磁鉄心２１から磁極片２２と、界磁鉄心
３１から磁極片３２へと流れて、磁極片２２．３２から
可動子６のＳ極へ通るのが大部分となって、可動子６は
この状態でトルク的にバランスしている。

いま、仮に界磁鉄心１１の突出端１１ａ、或は界磁鉄心
２１の突出端２１ａ、或は界磁鉄心３１の突出端３１ａ
の部位にＮ極が発生している状態を、界磁鉄心１１，２
１．３１の磁束が１１ユに発生しているとする。すると
、第４図の状態では、磁極片１２はＳ極になっているの
で、界磁鉄心１１には負の磁束が発生している。これを
第３図で説明すると、動作直線はＣ１ｌ、Ｃ１２，Ｃ１
３゜Ｃ１４のいずれかの状態になる。同様に考えると、
界磁極２５の磁極片２２はＮ極であるから界磁鉄心２１
はＣ７，Ｃ８，Ｃ９，ＣＩＯのいずれかの状態にある。

界磁鉄心３１も界磁鉄心２１と同じ状態にある。

即ち、可動子６の永久磁石によって、各界磁鉄心１１　
、２１　、３１にはバイアス磁界がかかっている。ｆｆ
１３図で、いま界磁鉄心１１は動作直線Ｃ１４とマイナ
ーループの交点ｑ８の状態にあるとする。同様に界磁鉄
心２１および３１は動作直線Ｃ９とマイナールーズの交
点ｑ１の状態にあるとする。このように仮定したのは、
界磁鉄心１１はＩＩ）動Ｔ−６のＮ極と十分に対面して
おり、もっとも強くバイアスを受けている。一方、界磁
鉄心２１．３１はＯｆ動子６のＮ極の影響を名ト受けて
いるので、界磁鉄心１１に比べてｎｆｆｆ−６のＳ極の
パイアスは強くないことから決めた。

次に、界磁鉄心１１．３１はそのままにしておいて、界
磁鉄心２１の線輪２３にパルス電流を流して、界磁鉄心
２１に発生している磁束を減少させる。どのようにする
かというと、動作直線Ｃ９がＣ９’　の位置まで移動す
るように界磁鉄心２１の線輪２３にパルス電流を流す。

即ち、動作点ｑ３からｑ３”、そして、ｑ２−へと移動
する。これにつれて界磁鉄心２１の中に発生している磁
束密度もｑ３′から４２−と減少し、磁極片２２に発生
しているＮ極は磁束密度が減少する。このため、可動子
６のトータルバランスが崩れて、可動子６は矢印の方向
に移動する。線輪２３の電流がピークを過ぎて零になる
と、界磁鉄心２１のＯｆ動子６によるバイアスも移動（
回転）によって弱くなり、動作直線Ｃ８とマイナールー
ズの交点ｑ２となって、可動子６の回転はバランスして
停止１−する。この状態では、可動子６は若干回転した
だけであるから界磁鉄心１１のバイアスは殆んど変化し
ない。

しかし、界磁鉄心３１は、磁極片３２と可動子６のＳ極
とが一層大Ｓ〈対面することになり、バイアスは若干大
きくなる。このため動作点はｑ３からｑ４にｉ！ｉｌ（
＜ように移動する。

次に、更に界磁鉄心２１の磁束密度を減少するように線
輪２３に電流をパルス状に流すと、１−述と同じ原理で
■［動子６は更に回転する。更に同じようにパルスを印
加すると、ついには界磁鉄心２１には逆の磁束密度が発
生する。その結果、可動ｒ’　６のＮ極を磁極片２２の
方へ引っ張り込もうとするようになる。そして、界磁鉄
心２１の動作点をｑ７からｑ８になるようにすると、磁
極片２２と磁極片１２に可動子６のＮ極がまたがり、界
磁鉄心３１の磁極片３２とＳ極とはＩ−分に対面するこ
とになる。次に、界磁鉄心１１の磁束密度を弱くして、
ついには、逆の極性になるようにする。

その次に界磁鉄心３１の磁束密度を弱くすると同じよう
に可動子６は矢印の方向に回転する。更に、界磁鉄心３
１の磁束密度を弱くし、逆の磁束密度が発生するように
する。以上を連続して行うと可動子６は矢印の方向へ回
転する。

一実施例の効果− 以上のように半硬質磁性材料を界磁鉄心に用いると、電
気的パルスの印加のイ！方によって、固定子の磁束密度
が制御できるため、回転子の動作を自由に制御でき、回
転子の正転と逆転９回転速度は、電気的パルスの印加の
仕方により制御できる。また、この電気的パルスは、電
圧源パルスおよび電流源パルスの間隔や大きさ、そして
、電源の＋、−の向きによっても変化させることができ
る。そのほかにパルスの波形やパルスの周波数によって
も変化させることができる。

（Ｂ）第２実施例第５図はこの発明をストローク移動体に適用した実施例
を示す正面図である。このストローク移動体は固定子お
よび回転子を直線的に展開したもので、この直線の構成
を除いて各構成要素は第１の実施例と同じである。従っ
て、各構成要素の符号をｌＯＯ番台におきかえて詳細な
説明を省略する。

この第２の実施例における直線状の固定子１〇８は、軟
質磁性材料　の継鉄１１０とそのに面に所定間隔で配設
された複数個の界磁極１１５，１２５．１３５とからな
り、界磁極１１５，１２５．１３５は夫々半硬質磁性材
料よりなる界磁鉄心１１１．１２１，１３１と、軟質磁
性材料よりなる磁極片１１２，１２２，１３２とから形
成されている。

各界磁鉄心１１１，１２１，１３１には、夫々線輪１１
３，１２３，１３３が巻回されており、ｌｆ動子１０６
は、その移動方向に相対状にＮ、Ｓ極に着磁されている
。そして、可動子１０６は磁極片１１２，１２２，１３
２と所定の間隙を保って空隙部１１４を形成して、固定
子１０Ｂの長手方向に移動自在に支持されている。

そして、各線輪１１３，１２３，１３３に順序的にパル
ス電圧を印加することにより、界磁鉄心１１１．１２１
，１３１の残留磁束密度を制御して、磁極片１１２　、
１２２　、　ｌ　３２　Ｊ：方に移動磁界を発生Ｘせ、
可動子１０６を直線状に移動させる。

＝１４− 尚、１〕述における半硬質ｍ　＋ｌ材ネ゛ｌは、第６図
に示すＢ　−Ｈ＋ＩＩｔ線でＨｅの値が数ｌＯ〜数１０
００ｅのものをさすが、第６図のような形をしているも
のであればＨＣが数１００以１大きいものでも適用でき
る。Ｈｃが数１００以トになると一般に硬質磁性材料と
いうが、Ｈｅが数１００程度のものであれば未発１！１
１の界磁鉄心材料として適用が可能である。

また、第７図のようなり−Ｈ曲線を右するバリュウムフ
エライトや＃ｉ１−類磁イ１は、マイナーループを利用
することが困難であるから本発明の界磁鉄心には利用で
きない。

尚、この発明はに述の実施例の構成のみに限定されるも
のではなく、この発明の技術的思想から逸脱しない範囲
において、その実施態様を変更することができる。

〈発明の効果〉以ト説明したようにこの発明の電動体は、軟質磁性材料
よりなる継鉄と、各々が半硬質磁性材料よりなる界磁鉄
心および軟質磁性材料よりなる磁心に夫々巻回された複
数個の線輪と、永久磁石を含む０ｆ動イとを具備した構
成なので、半硬質磁性材料よりなる界磁鉄心のマイナー
ルーズの作用を利用して移動磁界を発生させ、可動子の
移動トルク発生時には励磁電流を必要としないので、モ
ータとしての効率が高くなる。また、可動子は停止１一
時において、界磁鉄心の残留磁束により停止１−位置が
保持されるので、可動子保持のための保持電流が不要と
なる。

更に、線輪に印加する電気的パルスの大きさ、幅、周波
数等を変えることにより、可動子の移動速度を容易に制
御できるとともに、可動子を任意の位置に停市させるこ
とができる。

また、電動体を低速駆動することにより、減速機構など
によるエネルギー損失を伴わずに、電気エネルギーから
直接、低速の開動エネルギーを得ることができる効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の詳細な説明するための半硬質磁性材
料を含む磁気回路の図、第２図は同じく半硬質磁性材料
のＢ−Ｈ曲線図、第３図は同じく半硬質磁性材料の励磁
と残留磁束密度との関係を説明するためのＢ−Ｈ曲線図
、第４図はこの発明の実施例の正面断面図、第５図は他
の実施例を示す正面図、第６図は本発明に適用可能な磁
性材料のＢ−Ｈ曲線図、第７図はバリュウムフェライト
等の硬質磁性材料のＢ−Ｈ曲線図である６６・・・可動
子、１０・・・継鉄、１１．２１．３１・・・界磁鉄心、１２　、２２　、３２・・・磁極片、１３．２３．３３・・・線輪、１５．２５．３５・・・界磁極。特　　許　　出　　願　　人第１ＦＸＪ第３図値　　を第４図第５囚ご　　　　１Ｍ〉区

Claims

【特許請求の範囲】

（１）軟質磁性材料よりなる継鉄と、各々が半硬質磁性材料よりなる界磁鉄心および軟質磁性
材料よりなる磁極片を有している複数個の界磁極と、前記界磁鉄心に夫々巻回された複数個の線輪と永久磁石
を含む可動子と、を具備することを特徴とする電動体。
（２）前記界磁極は、前記界磁鉄心に線輪を巻回した磁
気発生部を形成し、該界磁鉄心の一端に前記磁極片を結
合するとともに他端は夫々の磁極片が直列となるように
前記継鉄上に配列され、前記可動子は、直列に配置され
た前記磁極片に対し所定間隙を有して所定方向に移動可
能に配設され、前記界磁鉄心の線輪を所定の順序で励磁することにより
前記界磁鉄心の残留磁束密度を制御して前記磁極片上に
移動磁界を発生し前記可動子を移動するように構成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電動体。