(57)【要約】  回転および直線駆動装置では、一方で脈動トルクを極力低減せねばならず、他方で回転駆動装置の軸線方向力は回避せねばならない。このため、回転および直線駆動装置の少なくとも１つの磁石は斜めに延びる磁石区域を有し、又は複数の磁石区域は斜めに延びる少なくとも２つの磁石配置へと構成されており、これらの磁石配置は回転および直線駆動装置の周方向に延びる線に対して対称に配置される。脈動トルクは、回転子又は固定子の周面に磁石を不規則に配設することでも低減させ得る。更に、スロット数と極数との最小公倍数が極力大きくなるようにすることでも、好ましい結果を達成できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルクを生成するための磁石（ＰＲ、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）を有する回転駆動装置（Ｒ）を備えた回転および直線駆動装置において、少なくとも１つの磁石（ＰＲ、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）が、回転駆動装置の軸線方向に対して斜めに延びる少なくとも２つの磁石区域を有し、又は複数の磁石が、斜めに延びる少なくとも２つの磁石配置へと構成されており、これらの磁石配置が、回転駆動装置（Ｒ）の周方向に延びる線（ＳＬ）に対して対称に配置されたことを特徴とする回転および直線駆動装置。
【請求項２】
トルクを生成するための磁石（ＰＲ）を有する回転駆動装置（Ｒ）を備えた回転および直線駆動装置において、回転駆動装置（Ｒ）の回転子（Ｉ）および／又は固定子（ＳＴ）の周面に磁石が不規則に配設されたことを特徴とする回転および直線駆動装置。
【請求項３】
トルクを生成するための磁石（ＰＲ）を有する回転駆動装置（Ｒ）を備えた回転および直線駆動装置において、回転駆動装置（Ｒ）のスロット数と極数との最小公倍数がスロット数の３倍よりも大きいことを特徴とする回転および直線駆動装置。
【請求項４】
磁石（ＰＲ）が回転子（Ｉ）の永久磁石である請求項１から３の１つに記載の回転および直線駆動装置。
【請求項５】
磁石が固定子（ＳＴ）の電磁石である請求項１から３の１つに記載の回転および直線駆動装置。
【請求項６】
磁石（ＰＲ）が永久磁石であり、Ｖ形に構成され、かつその先端が回転子（Ｉ）の周方向を向くように回転駆動装置（Ｒ）の回転子（Ｉ）上に配置された請求項１記載の回転および直線駆動装置。
【請求項７】
磁石（ＰＲ）が永久磁石であり、複数の永久磁石が、Ｎ極型又はＳ極型の多数のＶ形磁石ユニットの１つへと構成され、各磁石ユニットの先端が回転子の周方向を向いている請求項１記載の回転および直線駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクを軸線方向力なしに生成するための磁石を有する回転駆動装置を備えた回転および直線駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転運動および軸線方向運動用の複合モータ、即ち回転および直線駆動装置では、制御技術的理由から、回転運動を生成するモータ部が軸線方向力を引き起こさないことが望ましい。更に、永久磁石同期機（ＰＭ同期機）において、回転子磁界の磁界波と使用する固定子のコンダクタンス変動との相互作用に由来する脈動トルクの励起も低減する必要がある。脈動トルクが高いと回転駆動装置の円滑動作が損なわれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで本発明の課題は、両方の条件を同時に満たすこと、即ち回転駆動装置の軸線方向力を極力小さく抑え、同時に脈動トルクを極力低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によればこの課題は、トルクを生成するための磁石を有する回転駆動装置を備えた回転および直線駆動装置において、少なくとも１つの磁石が、回転駆動装置の軸線方向に対して斜めに延びる少なくとも２つの磁石区域を有し、又は複数の磁石が、斜めに延びる少なくとも２つの磁石配置へと構成され、これら磁石配置が、回転駆動装置の周方向に延びる線に対し対称に配置されることで解決される。有利には、斜めに延びる磁石区域によって脈動トルクが低減され、その対称構成によって軸線方向力が解消される。
【０００５】
本発明の他の１実施形態では、前記課題を、トルクを生成するための磁石を有する回転駆動装置を備えた回転および直線駆動装置において、回転駆動装置の回転子および／又は固定子の周面に磁石を不規則に配設することで解決する。
【０００６】
本発明によれば更に、トルクを生成するための磁石を有する回転駆動装置を備えた回転および直線駆動装置において、回転駆動装置のスロット数と極数との最小公倍数がスロット数の３倍よりも大きい。脈動トルクは、スロット数と極数との最小公倍数が極力大きくなるように選択することで最小となし得る。
【０００７】
本発明の好ましい１構成では、磁石を回転子の永久磁石によって実現できる。しかし磁石は固定子の電磁石としてもよい。いずれにせよ、磁石の相応する構成又は配置により、軸線方向力の非存在と脈動トルク低減という本発明に係る目的は達成できる。
【０００８】
斜めに延びる磁石区域を有する実施形態では、利用する永久磁石をＶ形に形成し、かつその先端が回転子の周方向を向くように回転駆動装置の回転子上に配置する。このＶ形状によって、Ｎ極とＳ極を並べて配置できる利点がある。
【０００９】
複数の永久磁石を、Ｎ極型又はＳ極型の多数のＶ形磁石ユニットの１つへと構成することもでき、各磁石ユニットの先端は回転子の周方向を向く。この実施形態の場合、標準形状、例えば正方形又は長方形の永久磁石を使用できる。
【００１０】
次に添付図面を基に、本発明を詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下で詳しく述べる実施形態は本発明の好ましい実施例である。
【００１２】
図１に示す複合駆動装置、即ち回転および直線駆動装置は、回転用駆動部Ｒと直線運動用駆動部Ｌからなる。本実施例では、直線駆動装置Ｌをベル形外部回転子Ａで実現している。外部回転子Ａの内面に永久磁石ＰＬを貼付けている。内側にある固定子は直線力を生成するための電磁石Ｅを有する。
【００１３】
回転駆動装置Ｒは、永久磁石同期機として構成している。その永久磁石ＰＲは内部回転子Ｉ上に固定している。
【００１４】
回転駆動装置Ｒによる純回転運動時に軸線方向力が現れないよう、回転駆動装置Ｒの固定子ＳＴも回転子Ｉも傾斜していてはならず、又はそれらは軸線方向力を相殺するように傾斜していなければならない。ここで「傾斜」とは、電磁石にしろ、永久磁石にしろ、磁石の区域が回転駆動装置Ｒの軸線に対し斜めに延びていることを意味する。
【００１５】
第１実施形態では、回転駆動装置Ｒの永久磁石ＰＲに、図２の如き矢状の傾斜を施す。各部分磁石はＳ極にしろ、Ｎ極にしろ、矢形状又はＶ形状を有する。磁石は、その先端が円周上にあって魚骨状パターンが生じるように内部回転子Ｉの周面に並べてある。Ｎ極とＳ極は相交互する。
【００１６】
各磁石の斜めに延びる脚部で脈動トルクを低減できる。更に、軸線方向力の解消は、磁石配置の周方向に延びる中心線に対し磁石を対称に配置することで達成できる。図３は、磁石Ｍの１つを磁石の脚部を表す相合流する２本の線で略示している。更に周方向に延びる対称線ＳＬを書き込んである。
【００１７】
他の実施形態を図４に示す。図２又は図３の事実上２つの磁石配置をここでは軸線方向に並べている。その結果、磁石Ｍ２の輪郭はジグザグ形状であり、対称線ＳＬに対し対称である。他の選択案では、軸線方向に沿って３つ以上の歯を設ける。磁石Ｍ２は一体に構成でき、又は磁石Ｍ１の形状を有する２つ以上の部品で構成できる。
【００１８】
本発明に係る磁石配置の他の実施形態を図５に示す。ここでも磁石Ｍ３は対称線ＳＬに対し対称である。対称線ＳＬの上方の輪郭は左下から右上へと２段階で延びており、対称線ＳＬの下方では同様に右下から左上へと２段階で延びている。この実施例は、脈動トルクを低減しかつ軸線方向力を相殺すべく、磁石の任意の斜めに延びる輪郭が可能であることを示唆する。上記実施形態において、軸線方向力の相殺は周方向に延びる対称線に関して磁石輪郭の対称性により達成される。
【００１９】
個々の磁石に矢状傾斜を備える代わりに、例えば正方形輪郭又は長方形輪郭を有する多数の個別磁石を斜めに延びる１つの輪郭へと配置することでも、傾斜を設け得る。ここでも、軸線方向に関して個別磁石を斜めにずらすことで脈動トルクを低減可能である。やはり円周線に対する対称配置により軸線方向力が消失するように重ねる。
【００２０】
本発明に係る磁石配置の他の実施形態を図６に示す。この例では、軸線方向力は個々の磁石Ｎ、Ｓが長方形状を有することによって最初から回避され、磁石の辺は回転駆動装置の軸線方向に対し平行又は垂直の何れかであり、各磁石は固定子又は回転子の磁石配置の軸線方向広がり全体にわたって一様な形状を有する。脈動トルクは、個々の磁石を回転駆動装置の回転子周面に不規則に配設することで低減し得る。同様に、スロットも固定子の周面に不規則に配設できる。
【００２１】
しかし脈動トルクの低減は、回転子の極数２ｐと固定子のスロット数Ｎ１との最小公倍数が極力高くなるように選択することでも達成できる。この最小公倍数が３×Ｎ１より大きいとき、好ましい結果を達成し得る。脈動トルクが十分に小さい磁石配置の１例は、Ｎ１＝２７、２ｐ＝８である。その場合、最小公倍数は８×２７＝２１６となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】回転および直線駆動装置の横断面図である。
【図２】第１実施形態による回転子上の磁石配置を示す。
【図３】図２の磁石形状の原理図である。
【図４】スキュー区域を有する他の磁石形状の原理図である。
【図５】スキュー区域を有する更に他の磁石形状の原理図である。
【図６】本発明の他の実施形態による長方形永久磁石の不規則分布を示す。
【符号の説明】
【００２３】
Ａ  外部回転子、Ｅ  電磁石、Ｉ  回転子、Ｌ  直線駆動装置、Ｍ、ＰＲ  磁石、ＰＬ  永久磁石、Ｒ  回転駆動装置、ＳＬ  対称線、ＳＴ  固定子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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