JPS6289470A - 転動子形電動機 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固定子と可動子の間の空隙のない転動子形電
動機に関する。

〔従来技術と問題点〕

従来、電動機という概念は、固定子に対向して＝　２− 空隙を介して回転自在に支承された回転子が、回転磁界
に追随して回転する手段であり、これを直線状に展開し
たのがリニアモータである。

ここで、小形で大きな力を発生覆るリラクタンス電動機
を考える。

電動機の回転子がＡの位置で巻線に電流を流したとき、
Ｂの位置まで移動したさいの力（平均値）は８動時に電
源から与えた余分のエネルギー△Ｅを移動距離で除算し
た値になる。

いま、簡略化するため磁気飽和を無視して説明する。

コアに巻いたコイルの巻数をＮ１ それと叉交する磁束をφ、 電流をＩ、 Ａ、Ｂの位置でのパーミアンスをｐ八、ｐＢ。

とするど力「は、 Ｆ−△「／△× ＝（Ｐ　　−ＰＡ）Ｎ　　Ｉ　　／２△Ｘ・・・・・・
・・・（１） ここで、△Ｘは位置Ａ、Ｂの間の移動距離である。

式（１）から大ぎな力を発生さすには、小さな移動距離
で大ぎなパーミアンスの変化を生じる磁気回路を考え出
づ必要がある。

従来の電動機では固定子に対して回転子が一定の空隙を
もって回転するため、パーミアンス差（ＰＢ−ＰＡ）を
大きくすることがむづかしい。

加工精度、ベアリング粘度を高めて空隙長を小さくづれ
ば、ある程度可能であるが、コスｉ〜アップになり実用
性を欠く。

特に、電動機が小形になれば、相対的に空隙長を小さく
することは一層困難になる。

〔発明の目的〕

ここにおいて、本出願人はざきに特願昭６０−１９７２
２５　＠　（昭６０・９・６出願９発明の名称・電動機
）にＪ：り回転子が固定子上を空隙長零で転動乃−るロ
ーラ機構を右ηる電動機を提案したが、 本発明は、パーミアンスの変化を極限まで大きくして、
少ない電流でもって大きな１〜ルクを発生＝　　３　− する電動機を実現覆る手段であり、特に低速で停止位置
で大きなホールディングトルクを発生さゼる小形のステ
ッピングモータとして有効な転動子形電動機を提供づる
ことを、その目的と覆る。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成覆るために、リラクタンス形
の電動機では固定子歯と回転子歯が対向し合っていると
きとい’ｒ＞いときのパーミアンスの差に比例してトル
クが発生することに着目し、 回転子を多角柱とし、 固定子コア上で転動させ、 パーミアンス差を非常に大ぎくし小形で人１〜ルクを発
生させる ことを特徴とする転動子形電動機である。

〔実施例〕

本発明の一実施例におりる斜視図を第１図に表わす。

電動機の回転子を多数個の多角柱の転動子１とその保持
樫構とから構成し、転動子１を固定子のコア２，４の上
を直接転動させることにより、大ぎな力を発生させる。

多角柱１本だ（プに注目し、その動作原理を示１）でい
る。

いま、転動子１がコアＡ・２の位置にあるとき、コイル
Ｂ・５から見たパーミアンスをＰＡとする。

コイルＢ・５に電流１を流づと転動子′１とコアＢ−１
との間に吸引ツノが働き、転動してコアＢ・４の位置に
転動する。このときのコイルＢ・５から見たパーミアン
スＰＢとする。

転動子１がコアＡ、コアＢの位置にあるときの起磁力Ｎ
、と磁束φ　、φ８の関係を第２図に表１　　　　　　
　　へ わす。

コアＢの位置にあるどき、励磁されたコアＢ・４に転動
子１の一面が空隙零で密着するため大きな磁束が流れ、
単位起磁力あたりの磁束すなわちパーミアンスＰＢ（ま
大きな（直になる。

したがって、１ｑられる力（］アＡ→コアＢ間の平均）
Ｆ Ｆ−（Ｐ　　−ＰＡ）Ｎ　　Ｉ　　／２ΔＸは大きくな
る。なお、磁束−起磁力特性を示す第２図において、（
Ｐ　　−ＰＡ）Ｎ　　Ｉ　　／２はその大きい実線の斜
線を施した三角形の面積である。

比較のために従来の通常の電動機の起磁力と磁束の関係
を点線で表わす。

第３図に磁気飽和を考慮したときの磁束−起磁力特性図
を示す。

実線が本発明、点線が通常電動機である。

このように、電動機の回転子を多角柱でもって構成し、
固定子のコアの上を転動させることにより、従来の電動
機よりはるかに大ぎな力を発生させることが可能になる
。

また、転動子の各移動位膚での力は Ｆ　　−（Ｎ　２　Ｉ　　２　／２）　　・　（、ｄＰ
／ｄｘ）・・・・・・・・・（２） ここで、Ｐは×の位置でのパーミアンスであり、転動子
の面がコアに近ずいたとき、非常に大きな値になる。即
ち、コアＢの位置でのホールデイングトルクが非常に大
きくなる。

電動機として動作させるには、第１図のコアＡ・２．コ
アＢ・４に続けて多数のコアを円周上に配置するく回転
形の電動機）、または直線状に配置する（直線運動形電
動機）とともに、転動子を多数用いてそれらを機械的に
結合しておりばよい。

これを具体的にした本発明の他の実施例を、第４図の斜
視図で説明覆る。

コア２　．２　．２　．４　．４．　．４．　　、・・
・５ＴＲ３Ｔ ・・・を横に３列に配置し、それぞれのコア例に励磁用
の導線６Ｒ，６８，６□を通す。第４図は導線６Ｒに電
流を流したときの静止状態で、電流を導線６．６□、・
・・と順に切換えると、転動子１ａには右方向のコア／
ＩＲとの間に吸引力が働ぎ、右方向に転動し転動子１ｂ
となる。

第４図は直線形電動機の例であるが、力を外部に取り出
Ｊ−保持機構は図示していない。

なお、転動子１．１ｂ・・・・・・の外周長とコア２Ｒ
〜４Ｒ９２８〜４８，２□〜４■、・・・・・・のピッ
チとの間には整数比の関係にしておく。

回転形を構成した本発明の別の実施例における要部の正
面図を第５図に表わＪ。

これはアウタロータ形になっており、固定子が内側に配
置されている。

回転軸方向手前にＲ相のコア２Ｒ，４Ｒ，・・・・・・
と巻線６Ｒがあり、図示しないが、その背後にコアを１
／３ピツヂずつずらして、Ｓ相、■相が設置プられてい
る。

導線６，６３．６Ｔと電流を順次切換えて流すことによ
り、回転運動が１ｑられる。

このどき各転動子１．１．．・・・・・・の移動は、そ
の両側に設りられお亙いに結合された保持機構７に伝え
られ、外部に作用Ｊ゛る力として取出される。

なお、転動子１．１ｂ、・・・・・・の各面は、固定子
のコア２．２８，２□、４Ｒ，４８，４□。

・・・・・・と密着するように凹の曲面となっている。

小形化するときに適した本発明の第４の実施例の構成を
表わす側面図、正面図を第６図、第７図に示づ−６ 巻線６　．６　．６□とＲ，Ｓ、Ｔ相のようにＳ 電流を切り換えることにより、転動子１ａ〜１１・・・
は右方向に移動１−る。

本構造は、固定子コア２Ｒ，２８，２，は機械加工によ
って多数の歯２　．２　．２　　を作るこＲｔ　　　Ｓ
ｔ　　　Ｔｔ とができる。

この固定子歯２Ｒ５，２ｓｔ、２□１のビッヂを１＃以
下にすることにより、小形で大ぎな１〜ルクを発生する
電動機が実現できる。

第６図の実施例では、巻線６．６８．６□のＲ相、Ｓ相
、Ｔ相が移動方向に配置しているが、移動方向と直角方
向に各巻線６Ｒ，６８，６□を配置することも可能であ
る。この第５の実施例の正面図を第８図に表わす。

第６図・第７図および第８図の手段を、固定子コア、転
動子（保持機構を含む）を円形に継ぎ合せたように構成
して、回転形の電動機が得られる（第６の実施例）。

固定子＝１７２Ｒの面と転動子１ａの面が近ずいたとぎ
、パーミアンスの変化（ｄＰ／ｄＸ）は非常に大きくな
り、力も急激に大きくなる。

Ｆ−（Ｎ２Ｉ２／２）（ｄＰ／ｄｘ） 第９図は、本発明の第６の実施例の要部の側面図である
。

固定子コア２Ｒ面と転動子１ａ面の密着の程度を小さく
した手段であり、第９図（ａ）は転動子１　の転動する
面を曲面化しており、第９図（ｂ）は固定子コア２Ｒの
転動子１８の対向面を曲面に形成している。

各相（Ｒ，Ｓ、Ｔ相）の停止位置での力は小さくなるが
、従来の電動機よりはなおかつ大きな力を発生させるこ
とができる。

大きな推力を発生し、かつ固定子コア２Ｒ１２８，２，
・・・・・・と転動子１．１　、・・・・・・の相７、
　　　　　　　　　　　　　ａ　　　　　ｂ対的つまり
位相的な位置関係を保証する手段を設けた本発明の第７
の実施例の要部の概念図を第１０図に示す。

第１０図（ａ）は側面図、第１０図（ｂ）は正面図で、
固定子側には移動方向に沿って補助ガイド〔たとえばラ
ックＤａｃｋ）　）　９を設け、転動子側にはその転動
軸を回転中心とする歯車（たとえばピニオン（ｐｉｎｉ
ｏｎ）　）　８をそなえる。

以−ヒの実施例では外側に回転子すなわち転動子が設け
られたが、固定子を外側に設けた構造でも同等の作用を
実現できる。

また、回転子つまり転動子と固定子を回転軸方向に配置
したアキシャルギャップ形の電動機も同様にできる。こ
のときは、転動子１，１．．・・・・・・は多角錐に似
た形状となる。

しかして、本発明は、転動子１．１ｂ、・・・・・・に
シャフト鋼のようにごく弱い半硬磁性材料を用いること
により、電流を切った後も残留磁束が残り、自己保持の
力を出すことができ、自己保持形の電動機も提供するこ
とができる。

固定子コア２　．２８．２　．４Ｒ，４８゜ＲＴ ４□、・・・・・・に残留磁束の残りやすい低いブレイ
ドの電気鉄板を用いても同じ効果がある。

低速の位置決め用の電動機に適し、少ない電力で高いホ
ールディング力が要求される分野に好適である。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、固定子コアと回転子コア即ち
転動子との密着性が良く、空隙によるパーミアンスの制
約が取り除かれ、非常に大きな力を発生することができ
、小形で大きな力を発生する電動機を提供することがで
きる。

また、本発明は従来の電動機のように空隙を保つための
ベアリングが不要で、かつ高精度の加工が不要である。

保持力が非常に大きく、ステップ的動作をするものに適
し、外乱の力をう【ノても位置ずれを起こしにくく高精
度である。

さらに、転動子に半硬磁性材料を使えば自己保持形電動
機となり、固定子コアに低グレイドの電気鉄板を用いて
も同様であり、低速位置決め電動機に適し、少ない電力
で高いホールディング力の要求される分野に最適である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は磁束−起
磁力特性図、第３図は磁気飽和を考慮したときの磁束−
起磁力特性図、第４図は本発明の他の実施例・直線形電
動機の要部の斜視図、第５図は本発明の別の実施例・ア
ウタロータ形電動機の要部の正面図、第６図、第７図は
本発明の第４の実施例の側面図、正面図、第８図ないし
第１０図は本発明の第５ないし第７の実施例の説明図で
ある。 １．１　．１　　、・・・・・・１・・・・・・・転動
子ａ　　ｂ　　　　１ ２．２　．２　．２□、４．４Ｒ，４８，４丁Ｓ ・・・・・・固定子コア ３．５．６　　６．６□・・・・・・励磁巻線（コイＲ
・　Ｓ ル） ７・・・・・・保持機構 ８・・・・・・歯車 ９・・・・・・補助ガイド。 出願人代理人　　佐　　藤　　−維 起磁力 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数個のコアにそれぞれ励磁巻線を巻回し可動する
   転動子の可動方向に等しいピッチで配設される固定子と
   、 固定子上を転動する複数個の多角柱または多角錐から形
   成された転動子と、 転動子の移動を外部へ伝達する保持機構と、励磁巻線を
   逐次励磁して移動磁界を発生される手段と、 をそなえることを特徴とする転動子形電動機。 ２、転動子の外周長と固定子を配置するピッチとが整数
   比にした特許請求の範囲第１項記載の転動子形電動機。 ３、転動子多角柱の面とこれに対向する固定子の面がほ
   ぼ同一平面または曲面をしている特許請求の範囲第１項
   あるいは第２項記載の転動子形電動機。 ４、固定子およびまたは転動子に残留磁束のある材料を
   用い自己保持機能を有する特許請求の範囲第１項あるい
   は第２項記載の転動子形電動機。 ５、転動子が直線状の運動をなす特許請求の範囲第１項
   ないし第４項のいずれかの項に記載の転動子形電動機。 ６、転動子が回転状の運動をなす特許請求の範囲第１項
   ないし第４項のいずれかの項に記載の転動子形電動機。 ７、転動子と固定子の間での滑りを防止する手段を設け
   た特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかの項に
   記載の転動子形電動機。