(57)【要約】【課題】モータ機能とリターダ機能とを併せ持つことで、コンパクトかつシンプルな構成で、しかも低消費電力で可動子の位置保持を実現する。【解決手段】ハイブリッドモータ（１）は、固定子（１０）にコイル（２１，２２）を間隔を隔てて巻くことで、コイル（２１）の端部に磁極片（１１）、コイル（２２）の端部に磁極片（１２）、両コイル間に磁極片（１３）を、モータ用可動子（３０）に対向させて形成する。コイル（２１）の端部に磁極片（１４）、コイル（２２）の端部に磁極片（１５）を、リターダ用可動子（４０）に対向させて形成する。モータ用可動子（３０）に、磁極片（１１，１３）に対向するマグネット（３１）と、磁極片（１２，１３）に対向するマグネット（３２）を配置し、両コイル（２１，２２）に流す電流の方向を切り換えることで、モータ駆動状態と、リターダ駆動状態とを切り換え可能に構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコイルを所要の間隔を隔てて巻くことで複数の磁極片が形成される固定子と、可動子とを備えたハイブリッドモータであって、
前記可動子に、前記固定子の磁極片に対向する位置にマグネットを備えて配置されるモータ用可動子部と、前記固定子の磁極片に対向する位置に配置されるリターダ用可動子部とを形成し、
前記コイルに流す電流を選択することで、前記モータ用可動子部にそれと対向する前記固定子の磁極片から磁路が形成されて前記可動子がモータとして作動する磁束発生状態と、前記リターダ用可動子部にそれと対向する前記固定子の磁極片から磁路が形成されて前記可動子がリターダとして作動する磁束発生状態とを選択可能に構成した、
ことを特徴とするハイブリッドモータ。
【請求項２】
モータ用可動子およびこれと連結されたリターダ用可動子を備えたハイブリッドモータであって、
磁性体からなる固定子に、第１、第２のコイルを所要の間隔を隔てて巻くことで、第１、第２の磁極片および両磁極片間に位置する第３の磁極片を前記モータ用可動子に対向させて形成するとともに、第４、第５の磁極片を前記リターダ用可動子に対向させて形成し、
前記モータ用可動子に、前記第１、第３の磁極片に対向する第１のマグネットと、前記第２、第３の磁極片に対向し、かつその対向面が第１のマグネットと逆極性をなす第２のマグネットとを配置し、
前記両コイルに流す電流の方向を切り換えることで、前記固定子から前記モータ用可動子を通して磁路が形成されるモータ駆動状態と、前記固定子から前記リターダ用可動子を通して磁路が形成されるリターダ駆動状態とを切り換え可能に構成した、
ことを特徴とするハイブリッドモータ。
【請求項３】
前記モータ駆動時には、前記第１のコイルにより発生する磁束の方向と、前記第２のコイルにより発生する磁束の方向とが逆方向となるように両コイルに電流を流し、また、前記リターダ駆動時には、前記第１のコイルにより発生する磁束の方向と、前記第２のコイルにより発生する磁束の方向とが同方向となるように両コイルに電流を流すことを特徴とする請求項２記載のハイブリッドモータ。
【請求項４】
前記リターダ駆動から前記モータ駆動に切り換える際、前記両コイルに流す電流量を調整して前記リターダ用可動子の残留磁束と反対向きの磁束を前記固定子から前記リターダ用可動子に発生させることで、当該残留磁束を解消させることを特徴とする請求項２記載のハイブリッドモータ。
【請求項５】
前記モータ駆動時に、前記両コイルに流す電流量を調整して前記固定子から前記リターダ用可動子に所要の磁束を発生させることで、前記モータ用可動子による駆動力を前記リターダ用可動子による制動力で制御することを特徴とする請求項２記載のハイブリッドモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータ機能とリターダ機能とを併せ持つハイブリッドモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、所定の移動領域内において可動子を移動させて任意の位置に保持することが可能な電磁アクチュエータすなわちモータがある。
【特許文献１】特開平１１−２５２８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来のモータは、負荷が増大した場合、可動子を任意の位置に保持するためには消費電力が増大し、また、モータサイズが大きくなるという課題がある。
【０００４】
この対策として、可動子の位置保持にリターダを用いることが可能である。しかし、モータとリターダとを別々に設ける場合、それぞれのスペースを確保しなければならないうえ、全体として部品点数が増えるという課題がある。
【０００５】
この発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、モータ機能とリターダ機能とを併せ持つことで、コンパクトかつシンプルな構成で、しかも低消費電力で可動子の位置保持を実現することのできるハイブリッドモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の請求項１に係るハイブリッドモータは、複数のコイルを所要の間隔を隔てて巻くことで複数の磁極片が形成される固定子と、可動子とを備えたハイブリッドモータであって、前記可動子に、前記固定子の磁極片に対向する位置にマグネットを備えて配置されるモータ用可動子部と、前記固定子の磁極片に対向する位置に配置されるリターダ用可動子部とを形成し、前記コイルに流す電流を選択することで、前記モータ用可動子部にそれと対向する前記固定子の磁極片から磁路が形成されて前記可動子がモータとして作動する磁束発生状態と、前記リターダ用可動子部にそれと対向する前記固定子の磁極片から磁路が形成されて前記可動子がリターダとして作動する磁束発生状態とを選択可能に構成したことを特徴とするものである。
【０００７】
この発明の請求項２に係るハイブリッドモータは、モータ用可動子およびこれと連結されたリターダ用可動子を備えたハイブリッドモータであって、磁性体からなる固定子に、第１、第２のコイルを所要の間隔を隔てて巻くことで、第１、第２の磁極片および両磁極片間に位置する第３の磁極片を前記モータ用可動子に対向させて形成するとともに、第４、第５の磁極片を前記リターダ用可動子に対向させて形成し、前記モータ用可動子に、前記第１、第３の磁極片に対向する第１のマグネットと、前記第２、第３の磁極片に対向し、かつその対向面が第１のマグネットと逆極性をなす第２のマグネットとを配置し、前記両コイルに流す電流の方向を切り換えることで、前記固定子から前記モータ用可動子を通して磁路が形成されるモータ駆動状態と、前記固定子から前記リターダ用可動子を通して磁路が形成されるリターダ駆動状態とを切り換え可能に構成したことを特徴とするものである。
【０００８】
この発明の請求項３に係るハイブリッドモータは、請求項２記載のハイブリッドモータにおいて、前記モータ駆動時には、前記第１のコイルにより発生する磁束の方向と、前記第２のコイルにより発生する磁束の方向とが逆方向となるように両コイルに電流を流し、また、前記リターダ駆動時には、前記第１のコイルにより発生する磁束の方向と、前記第２のコイルにより発生する磁束の方向とが同方向となるように両コイルに電流を流すことを特徴とするものである。
【０００９】
この発明の請求項４に係るハイブリッドモータは、請求項２記載のハイブリッドモータにおいて、前記リターダ駆動から前記モータ駆動に切り換える際、前記両コイルに流す電流量を調整して前記リターダ用可動子の残留磁束と反対向きの磁束を前記固定子から前記リターダ用可動子に発生させることで、当該残留磁束を解消させることを特徴とするものである。
【００１０】
この発明の請求項５に係るハイブリッドモータは、請求項２記載のハイブリッドモータにおいて、前記モータ駆動時に、前記両コイルに流す電流量を調整して前記固定子から前記リターダ用可動子に所要の磁束を発生させることで、前記モータ用可動子による駆動力を前記リターダ用可動子による制動力で制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明は以上のように、複数のコイルを所要の間隔を隔てて巻くことで複数の磁極片が形成される固定子と、可動子とを備えたハイブリッドモータであって、前記可動子に、前記固定子の磁極片に対向する位置にマグネットを備えて配置されるモータ用可動子部と、前記固定子の磁極片に対向する位置に配置されるリターダ用可動子部とを形成し、前記コイルに流す電流を選択することで、前記モータ用可動子部にそれと対向する前記固定子の磁極片から磁路が形成されて前記可動子がモータとして作動する磁束発生状態と、前記リターダ用可動子部にそれと対向する前記固定子の磁極片から磁路が形成されて前記可動子がリターダとして作動する磁束発生状態とを選択可能に構成したので、コンパクトかつシンプルな構成で、しかも低消費電力で可動子の位置保持を実現することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、この発明によるハイブリッドモータの一実施の形態を示す模式図である。このハイブリッドモータ１は、固定子１０と、モータ用可動子３０およびこれと連結されたリターダ用可動子４０を備えて構成される。
【００１４】
固定子１０は磁性体からなり、２個のコイル２１，２２が所要の間隔を隔てて巻かれている。
【００１５】
これにより、固定子１０には、コイル２１の端部に磁極片１１が、コイル２２の端部に磁極片１２が、および両コイル２１，２２間に磁極片１３が、それぞれモータ用可動子３０に対向させて形成されている。
【００１６】
モータ用可動子３０には、磁極片１１，１３に対向するマグネット３１と、磁極片１２，１３に対向するマグネット３２とが取り付けられ、マグネット３１の対向面とマグネット３２の対向面とは逆極性となっている。
【００１７】
すなわち、マグネット３１は磁極片１１，１３に対向し、対向面がＳ極に着磁されている。マグネット３２は磁極片１２，１３に対向し、対向面がＮ極に着磁されている。マグネット３１，３２はモータ用可動子３０に一体に固定されている。
【００１８】
磁極片１１はマグネット３１に対向し、磁極片１２はマグネット３２に対向し、磁極片１３はマグネット３１，３２に対向している。
【００１９】
磁極片１１，１２，１３とマグネット３１，３２は、通常、０．４ｍｍ程度のメカニカルなギャップを隔てて対向している。磁極片１１，１２，１３に対向するモータ用可動子３０を挟んで連結磁路部材３３が配置されている。
【００２０】
また、固定子１０には、コイル２１の端部に磁極片１４が、およびコイル２２の端部に磁極片１５が、それぞれリターダ用可動子４０に対向させて形成されている。
【００２１】
磁極片１４，１５とリターダ用可動子４０は、メカニカルなギャップなしに対向して配置されている。
【００２２】
モータ用可動子３０とリターダ用可動子４０とは、適宜の連結部５０によって互いに連結されている。
【００２３】
図２に、ハイブリッドモータ１の駆動回路の概念図を示す。図２に示すように、コイル２１とコイル２２は直列に接続され、ＡＢＣＤＥＦの６つのスイッチを介して電源ＰとグランドＧに接続される。
【００２４】
コイル２１の巻線方向とコイル２２の巻線方向とは逆に設定しておく。そして、各スイッチの開閉を選択することで、モータ駆動、リターダ駆動、脱磁駆動を選択的に行う。
【００２５】
図３に、ハイブリッドモータ１のモータ駆動を示す。スイッチＡ，ＤをＯＮ、他をＯＦＦとする。電源Ｐ、コイル２１、コイル２２、グランドＧが直列に接続され、各コイル２１，２２に電流ｉ１，ｉ２が流れる。
【００２６】
コイル２１，２２の巻線方向は逆であるため、実際には磁束Φ１と磁束Φ２とは大きさが同じで反対方向の磁束となる。このとき発生する磁束を図４に示す。
【００２７】
リターダ用可動子４０に対向する磁極片１４，１５の極性が同じになるため、リターダ用可動子４０に磁束は流れず、マグネット３１，３２と磁極片１１，１２，１３との間の吸引・反発力のみが働き、ハイブリッドモータ１はリニアモータとして連結部５０が駆動する。このとき、図５に示すような駆動力を発生する。
【００２８】
２個のコイル２１，２２に電流差が生じると、磁極片１４，１５の極性のバランスがくずれ、リターダ用可動子４０に磁束が流れ、リターダ吸引力が発生し、連結部５０が動かない場合がある。その対策として、コイル２１とコイル２２を直列に接続し、それらの電流値を一定とする。
【００２９】
図６に、ハイブリッドモータ１のリターダ駆動を示す。スイッチＡ，Ｃ，ＦをＯＮ、他をＯＦＦとする。各コイル２１，２２に電流ｉ１，ｉ２が流れる。このとき、磁束Φ１と磁束Φ２とは大きさが同じで同方向の磁束となる。このとき発生する磁束を図７に示す。
【００３０】
リターダ用可動子４０に対向する磁極片１４，１５の極性が相違するため、リターダ用可動子４０に磁束が流れて吸引力が発生し、ハイブリッドモータ１はリターダとなる。このとき、マグネット３１と磁極片１１の極性、マグネット３２と磁極片１２の極性がそれぞれ逆極性となるように設定しておけば、マグネット３１，３２は減磁しない。
【００３１】
リターダ吸引力が発生することにより、図８に示すような摩擦力を発生する。モータ駆動時より小さな起磁力で大きな力が得られ、連結部５０は保持される。低消費電力、高保持力となる。
【００３２】
図９に、ハイブリッドモータ１の脱磁駆動を示す。リターダ駆動からモータ駆動に切り換えるとき、リターダ用可動子４０の残留磁束により、そのままでは連結部５０が動かない場合がある。脱磁駆動は、このような事態を未然に防止するものである。
【００３３】
すなわち、スイッチＡ，Ｄ，ＥをＯＮ、他をＯＦＦとする。スイッチＡ，ＤがＯＮされることで、各コイル２１，２２にはモータ駆動と同じ方向の電流ｉ１，ｉ２が流れる。これにより、モータ駆動と同じ磁束が発生する。
【００３４】
但し、この場合はスイッチＥもＯＮされるため、コイル２２にはコイル２１より大きい電流が流れる。コイル２１，２２に電流差が生じることで、リターダ用可動子４０に磁束が流れる。しかもこの場合の磁束は、リターダ駆動時の発生磁束をキャンセルする方向の磁束が流れることになる。図１０に脱磁駆動発生磁束を示す。
【００３５】
図１１に脱磁駆動時の電流、リターダ用可動子４０の磁束、連結部５０のポジションの変化を示す。リターダ用可動子４０の磁束が０になると吸引力が０になり、連結部５０が動き始める。この時点でスイッチＥをＯＦＦすれば、モータ駆動となる。
【００３６】
このように、モータ駆動と並列にスイッチＥのＯＮ／ＯＦＦ処理を実行することで、リターダ駆動により残留した脱磁が行える。
【００３７】
また、モータ駆動時にスイッチＥをＯＮしてリターダ用可動子４０に磁束を発生させると、吸引力が発生する。それによる摩擦力によりモータ用可動子３０の駆動力が減少する。これにより、連結部５０にブレーキをかけながらの駆動が可能となり、連結部５０の移動速度を制御することが可能となる。
【００３８】
連結部５０の構造を図１２に示すような構造にすると、リターダ用可動子４０とモータ用可動子３０との連結比ｘ：ｙによって、リターダ保持力の増幅が可能である。
【００３９】
図１３は、リターダ用可動子４０の配置を変えた例を示す模式的平面図、図１４はその正面図である。このように、リターダ用可動子４０は、コイル２１，２２の外側で磁極のバランスがとれる任意の位置に配置することができる。
【００４０】
図１５は、この発明によるハイブリッドモータをトルクモータに適用した一例を示す模式的正面図、図１６はその底面図である。また、図１７は、リターダ用可動子１４０の配置を変えた例を示す模式的平面図である。このハイブリッドモータ（トルクモータ）１０１は、図１に示すハイブリッドモータ１と基本的に同様のものであるので、図１で用いた符号に１００を加えた符号を付けることで同様の部分を示すこととする。
【００４１】
図１に示すハイブリッドモータ１が直線運動するものであるのに対し、図１７に示すハイブリッドモータ１０１は回転角度運動するものであり、図１５、図１６に示すものも同様である。
【００４２】
このハイブリッドモータ１０１は、マグネット１３１，１３２を備えた円形のモータ用可動子１３０が、固定子１１０の円形凹所内に角度回転可能に配置され、連結部１５０によってモータ用可動子１３０に連結されたリターダ用可動子１４０が、固定子１１０に実質的に接触して配置されている。
【００４３】
固定子１１０には、マグネット１３１に対向する磁極片１１１と、マグネット１３２に対向する磁極片１１２と、マグネット１３１，１３２に対向する磁極片１１３とが形成されている。また、固定子１１０には、リターダ用可動子１４０に対向する磁極片１１４，１１５が形成されている。
【００４４】
そして、このハイブリッドモータ１０１は、図１に示すハイブリッドモータ１と同様に、モータ駆動、リターダ駆動、脱磁駆動を選択的に行うものである。モータ駆動時に発生する磁束を図１８に示し、リターダ駆動時に発生する磁束を図１９に示す。
【００４５】
このようなハイブリッドモータ１０１は、例えば、流体制御バルブなどに適用することが可能である。流体の流れに抗して位置保持するには大きな電力が必要となるが、このハイブリッドモータ１０１を使用すれば、リターダ駆動を行うことにより位置保持が容易にできる。また、モータ駆動とリターダ駆動を組み合わせることで、簡単な構成でトルクが必要な環境でも、強い保持力で制御でき、かつ、省電力で駆動させることが可能となる。
【００４６】
上記のようなハイブリッドモータ１，（１０１）は、種々の変更または修正が可能である。例えば、固定子１０，（１１０）における磁極片１１〜１５，（１１１〜１１５）の個数および配置は、コイル２１，２２，（１２１，１２２）の個数および配置とともに、任意に設定可能である。
【００４７】
また、例えば、モータ用可動子３０，（１３０）におけるマグネット３１，３２，（１３１，１３２）の個数および配置は、任意に設定可能である。
【００４８】
さらに、例えば、モータ用可動子３０，（１３０）およびリターダ用可動子４０，（１４０）は、連結部５０，（１５０）および必要に応じて連結磁路部材３３も含めて、全体を、固定子１０，（１１０）に対して可動子と称する（構成する）ことができる。この場合は、全体を指す可動子に対し、モータ用可動子３０，（１３０）をモータ用可動子部、リターダ用可動子４０，（１４０）をリターダ用可動子部として区別することが可能である。
【００４９】
以上をまとめると、この発明のハイブリッドモータは、複数のコイルを所要の間隔を隔てて巻くことで複数の磁極片が形成される固定子と、可動子とを備えたハイブリッドモータであって、前記可動子に、前記固定子の磁極片に対向する位置にマグネットを備えて配置されるモータ用可動子部と、前記固定子の磁極片に対向する位置に配置されるリターダ用可動子部とを形成し、前記コイルに流す電流を選択することで、前記モータ用可動子部にそれと対向する前記固定子の磁極片から磁路が形成されて前記可動子がモータとして作動する磁束発生状態と、前記リターダ用可動子部にそれと対向する前記固定子の磁極片から磁路が形成されて前記可動子がリターダとして作動する磁束発生状態とを選択可能に構成したものである。
【００５０】
この発明のハイブリッドモータは上記のように構成されているので、下記のような各種の作用効果がある。
【００５１】
（１）保持動作時は低消費電力かつ高剛性であり、駆動ＯＦＦ時は低剛性であり、荷重に対するダイナミックレンジが広い。
【００５２】
（２）磁気回路を共通とするためコンパクトな構成が実現できる。
【００５３】
（３）リターダ駆動からモータ駆動への切り換え時に脱磁駆動を行うことで、応答性と制御性が向上する。
【００５４】
（４）モータ駆動中にコイル電流のバランスを変えることにより、リターダ用可動子にブレーキをかけながら連結部を移動させることが可能であり、制御性が向上する。
【００５５】
（５）モータ用可動子とリターダ用可動子との連結比を設定することにより、リターダ保持力の増幅が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明によるハイブリッドモータの一実施の形態を示す模式図である。
【図２】図１のハイブリッドモータの駆動回路の概念図である。
【図３】図１のハイブリッドモータのモータ駆動を示す図である。
【図４】モータ駆動時に発生する磁束を示す図である。
【図５】モータ駆動時に発生する駆動力を示す図である。
【図６】図１のハイブリッドモータのリターダ駆動を示す図である。
【図７】リターダ駆動時に発生する磁束を示す図である。
【図８】リターダ駆動時に発生する摩擦力を示す図である。
【図９】図１のハイブリッドモータの脱磁駆動を示す図である。
【図１０】脱磁駆動時に発生する磁束を示す図である。
【図１１】脱磁駆動時の各部の変化を示す図である。
【図１２】連結部の構造変更を示す図である。
【図１３】リターダ用可動子の配置を変えた例を示す模式的平面図である。
【図１４】図１３のものの正面図である。
【図１５】この発明によるハイブリッドモータをトルクモータに適用した一例を示す模式的正面図である。
【図１６】図１５のものの底面図である。
【図１７】リターダ用可動子の配置を変えた例を示す模式的平面図である。
【図１８】モータ駆動時に発生する磁束を示す図である。
【図１９】リターダ駆動時に発生する磁束を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１，１０１  ハイブリッドモータ
１０，１１０  固定子
１１，１２，１３，１４，１５  磁極片
１１１，１１２，１１３，１１４，１１５  磁極片
２１，２２，１２１，１２２  コイル
３０，１３０  モータ用可動子
３１，３２，１３１，１３２  マグネット
３３  連結磁路部材
４０，１４０  リターダ用可動子
５０，１５０  連結部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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