(57)【要約】【課題】  永久磁石の性能向上と価格低下に伴い、ダイレクトドライブ方式電動機の使用が産業界で拡大する傾向にある。  しかし、ダイレクトドライブ方式の電動機では、強力永久磁石の採用と共に、巻き線磁極の多極化が要求され、加工の煩雑化と共に、駆動回路の複雑化を招き、普及上のネックとなっていた。  また、永久磁石磁極数と巻き線磁極数を同一とした機構では、その難起動性の故に、有利な点が多いにも関わらず、実用化される事がなかった。【解決手段】  本発明では、永久磁石磁極と巻き線磁極の対向面の曲率を調整する事により、永久磁石磁極数と巻き線磁極数を同一とした電動機の難機動性を解決し、巻き線数の低減と駆動回路の簡易化を可能とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同数の永久磁石磁極と巻き線磁極を備え、
前記巻き線磁極上に１個飛びに同一方向に巻かれた巻き線が施され、
前記永久磁石磁極および巻き線磁極の対向極面が曲率を持たない平面であるか、それに近い曲率を持つ事を特徴とする電動機。
【請求項２】
同数の永久磁石磁極と巻き線磁極を備え、
前記巻き線磁極の全てに、同一方向に巻かれた巻き線が施され、
かつ、前記巻き線が１個飛びに、二つのグループに分かれて結線され、
更に、前記永久磁石磁極と巻き線磁極の対向極面が曲率を持たない平面であるか、それに近い極率を持つ事を特徴とする電動機。
【請求項３】
同数の永久磁石磁極と巻き線磁極を備え、
１個または複数の回転位置センサーを備え、
前記巻き線磁極に供給される電力の方向が回転位置センサーからの信号により制御され、
必要に応じ、複数の回転位置センサーを切り替える事により回転方向変更が可能であり、
かつ、前記供給電力にパルス幅制御された電力が重畳され、そのパルス幅を制御する事により、回転モーメントの制御が可能である［請求項１］および［請求項２］に係る電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、各種回転機器に接続され、必要な回転動力を直接に、または減速機等を介して供給する、永久磁石磁極と巻き線磁極を備えた、電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、永久磁石の性能が向上し、かつ、その価格も低下する傾向にある。
その結果、磁極数を増大し、低回転数でも十分な回転モーメントが得られる、所謂ダイレクトドライブ方式の電動機が普及する傾向にある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  前述した、低回転数、高回転モーメントが要求されるダイレクトドライブ方式の電動機では、必要な特性を得るためには、巻き線磁極の極数を増加させる必要があり、巻き線加工が煩雑化すると共に、駆動回路も複雑化し、製品の価格上昇の要因となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  本発明では、前記従来技術の課題を解決する為に、永久磁石磁極数と巻き線磁極数を同一とすると共に、この方式の持つ難起動性を両磁極の対向極面の形状を改良する事により解決した。
その結果、巻き線加工の困難さを低減すると共に、駆動回路の簡素化を可能とし、製品価格の低減を可能とした。
【発明の効果】
【０００５】  本発明による電動機では、巻き線構造を単純化すると共に、必要に応じ、その数の低減も可能となった。
また、駆動回路も簡素化する事が可能となり、従来技術では必須であった論理回路等は不要となり、従来技術によるダイレクトドライブ方式電動機普及の最大のネックであった価格上昇を解決する事が可能となり、従来技術の減速機付き電動機に代わり、ダイレクトドライブ方式の電動機が産業界に広く採用される事は必然と思われる。
【発明を実現する為の最良の形態】
【０００６】  次に、本発明による電動機の実施例を図面を参照して説明する。
［図１］は、本発明の第一の手段による電動機の一実施例を示す、構造および駆動回路のブロック図である。
図において、符号１ａ、１ｂおよび１ｃは永久磁石磁極の一部を示しており、符号２ａ、２ｂおよび２ｃは巻き線磁極の一部を示している。
永久磁石磁極数と巻き線磁極数は同一であり、この実施例では夫々１２極である。
更に、符号３ａ、３ｂおよび３ｃは巻き線の一部を示しており、各巻き線は巻き線磁極上に１個飛びに設けられており、各巻き線の巻き数、巻き方向は同一となっている。
この実施例では、各巻き線は全て直列に接続されているが、必要に応じ、全て並列接続とする事も可能であり、数個の直列接続グループを並列接続とする事も可能である。
符号４および５は夫々正電圧電源接続端子および負電圧電源接続端子を示し、これら端子から装置駆動電力が供給される。
符号６は駆動回路であり、符号９ａおよび９ｂは出力配線を示す。
出力配線９ａおよび９ｂは符号１０ａおよび１０ｂで示されるハイサイドスイッチおよび符号１１ａおよび１１ｂで示されるローサイドスイッチで構成されるフルブリッジ回路を経て巻き線３ａ、３ｂ及び３ｃ等で構成される巻き線に電力を供給する。
出力配線９ａおよび９ｂは符号７ａおよび７ｂで示される回転位置センサーの信号により交互に切り変って電力を供給する。
回転位置センサー７ａおよび７ｂは符号８で示される切り替えスイッチにより稼動センサーが切り替わり、電動機の回転方向を制御する。
また、駆動回路６には、パルス幅制御回路が内臓されており、ＯＦＦパルスが出力電力に重畳され、そのＯＦＦパルスの幅を制御する事により、出力電力を制御する。
符号１２ａおよび１２ｂは出力配線９ａおよび９ｂから出力される、出力電力の電圧波形を示している。
符号１３ａ，１３ｂおよび１３ｃは出力電圧を示しており、符号１４ａおよび１４ｂは出力電圧に重畳されたＯＦＦパルスを示している。
最大出力時には、ＯＦＦパルスの幅は零となり、最小出力時には、ＯＦＦパルスの幅は最大となる。
【０００７】  ［図２］および［図３］は、本発明の第二の手段による電動機の一実施例を示す、機構および回路を示すブロック図である。
［図２］および［図３］では、新たに符号１６ａ、１６ｂおよび１６ｃ等で示される巻き線が追加される。
巻き線１６ａ、１６ｂおよび１６ｃ等は前述の巻き線３ａ、３ｂおよび３ｃ等と巻き数および巻き方向は同一である。
［図２］では、追加された巻き線１６ａ、１６ｂおよび１６ｃ等は全て直列に接続され、さらに巻き線３ａ，３ｂおよび３ｃ等とも直列に接続されているが、その接続方向は逆方向となっている。
従って、各巻き線が施されている巻き線磁極の磁性は交互に逆極性となる。
その結果、各巻き線を流れる電流の値が同じなら、電力は二倍となり、より高出力の電動機を実現する事が可能となる。
この実施例では、巻き線が全て直列接続の場合について説明したが、並列接続配線を組合せても同様に機能させる事が可能である事は言うまでもない。
【０００９】  ［図３］の実施例では、巻き線３ａ，３ｂおよび３ｃ等と巻き線１６ａ、１６ｂおよび１６ｃが同方向に並列接続され、その一端が正電圧配線に接続され、他端が別々にローサイドスイッチ１１ａおよび１１ｂされており、巻き線３ａ、３ｂおよび３ｃ等と巻き線１６ａ、１６ｂおよび１６ｃ等とは交互に通電する事になる。
この実施例では切り替えスイッチをローサイドスイッチで構成した場合について説明したが、ハイサイドスイッチのみで構成しても同様に機能させる事が可能である。
図から明らかなように、この手段によれば、駆動回路をより簡易化する事が可能である。
【００１０】  本発明では、永久磁石磁極数と巻き線磁極数を同一とし、巻き線構造と駆動回路構成の簡易化を図ると共に、各磁極の対向面の曲率を変化させる事により、前記機構の難起動性を解決した。
［図４］（ａ）および（ｂ）は、前述した磁極の対向面の曲率が最も小さく零となる直平面とした実施例を示す、部分断面図である。
［図４］（ａ）は永久磁石磁極１ａおよび１ｂと巻き線磁極２ａおよび２ｂが正対した場合の位置関係を示している。
ここで、各磁極の中心点の装置の回転中心からの距離をＲ１およびＲ２とすると、両者の間隔をＲ３とすると、
Ｒ３＝Ｒ１−Ｒ２  である事は容易に理解できる。
次に、［図４］（ｂ）で示す様に、両磁極が互いにその中間点で向かい合った場合を考え、磁極の中心点からその両端までの距離をＬとすると、
各磁極の両端と中心点との間隔を夫々Ｒ４およびＲ５とすると、その関係は
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で近似できる。
ここで、Ｒ５は最大でも高々Ｒ３の２倍程度であるが、Ｒ４は殆ど無限に零に近付ける事が可能である。
磁極間に働く力は、距離の二乗に反比例する事は周知の事実である。
従って、［図４］（ａ）と［図４］（ｂ）では両磁極間に働く磁力は後者の場合が圧倒的に大きくなる。
従って、両磁極の対向面が直平面の場合、電動機の停止時には磁極はその中間点で必ず停止する。
その結果、こうした構成では、電動機に難起動性は全く見られない。
この実施例では、両磁極の対向面が直平面の場合に説明したが、磁極面にある程度の曲率を持たせても同様に機能させる事が可能であり、直平面と曲率の小さい曲面を組み合せても同様に機能させる事が可能である。
さらに、両磁極共に、または一方の磁極のみにその中心部近辺に浅い窪みをもうけても同様に機能させる事が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１１】  前述した様に、従来の減速機付き電動機に代わり、ダイレクトドライブ方式の電動機が使用される例が次第に増加傾向にあるが、その最大のネックは価格差である。
価格差発生の最大の原因は、電動機の多極化による、加工の困難さと、駆動回路の煩雑さである。
本発明によれば、これら二つの課題がかなり低減され、ダイレクトドライブ方式の電動機が、近い将来広い分野において、減速機付き電動機に置き換わるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】は、本発明の第一の手段による電動機の一実施例を示す、機構および電気回路のブロック図である。
【図２】は、本発明の第二の手段による電動機の一実施例を示す、機構および電気回路のブロック図である。
【図３】は、本発明の第二の手段による電動機の他の実施例を示す、機構及び電気回路のブロック図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）．本発明による電動機の磁極面の構造を示す、部分断面図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ、・・・・・・・・・・・・・・永久磁石磁極
２ａ、２ｂ、２ｃ、・・・・・・・・・・・・・・巻き線磁極
３あ、３ｂ、３ｃ、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ、・・巻き線
４、・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・正電圧電源入力端子
５、・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・負電圧電源入力端子
６、・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・駆動回路
７ａ、７ｂ、・・・・・・・・・・・・・・・・・・回転位置センサー
８、・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・切り替えスイッチ
９ａ，９ｂ，・・・・・・・・・・・・・・・・・・駆動電力出力配線
１０ａ，１０ｂ，・・・・・・・・・・・・・・・・ハイサイドスイッチ
１１ａ、１１ｂ，・・・・・・・・・・・・・・・・ローサイドスイッチ
１２ａ，１２ｂ，・・・・・・・・・・・・・・・・駆動電力電圧波形
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，・・・・・・・・・・・・ＯＮ電圧波形
１４ａ，１４ｂ，・・・・・・・・・・・・・・・・ＯＦＦ電圧波形
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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