(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子磁極と永久磁石を備えた直線状の固定子と、複数の電磁石を備えて該固定子とエアギャップを介し、前記固定子に沿って移動可能に支持された可動子からなる多相の永久磁石界磁モータにおいて、直線状の固定子が、移動方向に溝をはさんで等間隔に設けられた左右対称の固定子磁極と、該左右対称の固定子磁極の中央に挿嵌された１個以上の永久磁石からなり、該永久磁石の着磁が移動方向に向かって左右方向であるとともに、移動方向の固定子磁極毎に着磁方向が反転することを特徴とする永久磁石界磁モータ。
【請求項２】
表面に周方向等間隔の溝を持ち、コイルを巻回された複数の磁極からなる固定子と、永久磁石と鉄心とで構成されるとともに前記固定子とエアギャップを介して回転可能に支持され、前記固定子の溝のピッチの半分のピッチの磁極を持つ回転子とからなり、該回転子の永久磁石界磁によって回転する永久磁石界磁モータにおいて、固定子と回転子には軸方向に複数個の区域が設けられ、固定子には、１つおきの区域の溝が同じように形成されるとともに、隣り合う区域の溝が、溝の周方向ピッチの半分だけ、周方向にずれて形成され、回転子には、各区域の境界に軸方向に着磁された円環状の永久磁石が挿着されるとともに、隣り合う該永久磁石の磁極の方向が反転するよう着磁され、前記永久磁石の軸方向隣接部には前記固定子の溝の半分のピッチで磁極が周方向に形成されていることを特徴とする回転形の永久磁石界磁モータ。
【０００１】
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は，主に低速で駆動し、直線又は回転運動をするパルスモータや同期モータに関し、特に、永久磁石を固定子の界磁に用いて高い推力を得るモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パルスモータや同期モータの界磁を永久磁石で与えれば、コンパクトな構成で高い推力を得ることが知られており、様々な構造のものが開発されている。図９はその１つの例を示しており、特開昭２−１４２３５３号公報に開示された直線形のパルスモータである。図において、２０は図示しない基礎に固定された磁性体のスケールであり、２１は該スケール２０の上にエアギャップを介して左右の移動方向に移動可能に支持された可動子である。スケール２０の上面には移動方向にＰ／２のピッチで断面が矩形の永久磁石が挿嵌されており、スケール２０の上面が平面となっている。隣り合う永久磁石の着磁方向は逆向きとなっており、移動方向に沿ってピッチＰの繰返し構造となっている。可動子２１は移動方向に等間隔で配置された４つの電磁石２４Ａａ、２４Ａｂ、２４Ｂａ、２４Ｂｂを備えており、それぞれ下部に２つの磁極を持ち、コイルが巻回されている。電磁石２４Ａａと２４ＡｂでＡ相電磁石をなし、電磁石２４Ｂａと２４ＢｂでＢ相電磁石をなしており、それぞれがペアとなっている。ペアとなっている電磁石の移動方向ピッチは２．５Ｐであり、Ａ相電磁石とＢ相電磁石の移動方向ピッチは４．７５Ｐになっている。各相の電磁石が励磁されるとき、一方に上向きの磁束が生じると他方には下向きの磁束が生じるように巻回されている。このような構成のパルスモータのＡ相とＢ相に位相が９０度ずれた電流を供給すると、左右方向の推力が得られ、移動できることが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが前記の従来技術によると、次のような問題があった。すなわち、前記従来例のモータ定数を向上する場合、可動子の磁極ピッチは小さくするので、固定子の磁極ピッチも小さくなる。この結果、固定子の溝に挿入する永久磁石の幅も小さくなり、薄い磁石を多数用意しなければならなくなって、歩留まりが悪くなり、工数がかかってコスト高となっていた。また、磁石の幅を制約しなければスケール（固定子）の歯の幅が狭くなり、磁束の飽和が生じやすくなって推力が低下するという問題があった。このような傾向は、直線形のモータに限らず回転形のモータについても同様にあり、問題となっていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため，本発明は、固定子磁極と永久磁石を備えた直線状の固定子と、複数の電磁石を備えて該固定子とエアギャップを介し、前記固定子に沿って移動可能に支持された可動子からなる多相の永久磁石界磁モータにおいて、直線状の固定子が、移動方向に溝をはさんで等間隔に設けられた左右対称の固定子磁極と、該左右対称の固定子磁極の中央に挿嵌された１個以上の永久磁石からなり、該永久磁石の着磁が左右方向であるとともに、移動方向の固定子磁極毎に着磁方向が入れ替わるようにしたのである。
また、表面に周方向等間隔の溝を持ち、コイルを巻回された複数の磁極からなる固定子と、永久磁石と鉄心とで構成されるとともに前記固定子とエアギャップを介して回転可能に支持され、前記固定子の溝のピッチの半分のピッチの磁極を持つ回転子とからなり、該回転子の永久磁石界磁によって回転する永久磁石界磁モータにおいて、固定子と回転子には軸方向に複数個の区域が設けられ、固定子には、１つおきの区域の溝が同じように形成されるとともに、隣り合う区域の溝が、溝の周方向ピッチの半分だけ、周方向にずれて形成され、回転子には、各区域の境界に軸方向に着磁された円環状の永久磁石が挿着されるとともに、隣り合う該永久磁石の磁極の方向が反転するよう着磁され、前記永久磁石の軸方向隣接部には前記固定子の溝の半分のピッチで磁極が周方向に形成されたのである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
このようにすると、界磁用の永久磁石の形状を単純な形状とすることができるので製作時の作業性が大いに向上するのである。
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す２相の直線形永久磁石界磁モータの構造図であり、図１（ａ）は移動方向の横から見た側面図、（ｂ）は移動方向から見た正面図、（ｃ）は固定子の平面図である。図において、１は図示しない基礎に固定された固定子、２は該固定子の上にエアギャップを介して左右の方向に移動可能に支持された可動子である。固定子１は非磁性の長い平板の上の中央に棒状の永久磁石３が設けられており、その両側に磁性体の固定子磁極４ａ、４ｂが固定されている。該固定子磁極４ａ、４ｂは移動方向にＰ／２のピッチで溝５ａ、５ｂを挟んで連続して設けられている。中央の磁石３は両側に設けられた前記固定子磁極４ａ、４ｂに向かって左右方向に着磁されており、移動方向にＰ／２のピッチで磁極の向きが反転している。一方、図１（ａ）に示すように、可動子２はコイル８１を巻回されたＡ相電磁石６１とコイル８２を巻回されたＢ相電磁石６２とを備えており、上側を平板などの部材で互いに剛に固定されている。Ａ相電磁石６１の下側には移動方向に中心間距離Ｐをおいて磁極７１１、７１２が形成され、Ｂ相電磁石６２の下側には移動方向に中心間距離Ｐをおいて磁極７２１、７２２が形成されており、Ａ相電磁石６１の磁極７１１とＢ相電磁石６２の磁極７２１の中心間距離は２．７５Ｐになっている。磁極７１１、７１２、７２１、７２２の移動方向の幅は概ねＰ／２になっている。Ａ相電磁石６１の磁極７１１とコイル８１は、移動方向から見た図１（ｂ）に示すように、磁石３を挟んで磁極７１１ａ、７１１ｂとコイル８１ａ、８１ｂに分割されており、磁極７１２、７２１、７２２もそれぞれ同様に、磁極７１２ａ、７１２ｂ、コイル８１ａ、８１ｂ、磁極７２１ａ、７１２ｂ、コイル８２ａ、８２ｂ、磁極７２２ａ、７２２ｂ、コイル８２ａ、８２ｂに分割されており、Ｃ形電磁石となっている。これら磁極の下面は同一平面内にあり、エアギャップを介して固定子磁極４ａ、４ｂに対面している。コイル８１ａとコイル８１ｂには共通の電流が流され、コイル８２ａと８２ｂにも共通の電流が流される。
【０００６】
以上の構成において、２つの電磁石に通電すると次のように動作する。まず図２に、Ａ相電磁石６１に通電しているステップ１の状態について説明する。図においてコイル８１ａ、８１ｂには図２（ｂ）に示すように電流が流れており、磁極７１１ａ、７１２ａの断面には図２（ａ）に示すような磁束が流れ、磁極７１１ｂ、７１２ｂの断面にはその逆向きの磁束が流れる。磁極７１１ａ、７１２ａはＳ極となり、磁極７１１ｂ、７１２ｂはＮ極となるので、磁石３の起磁力によって固定子磁極４ａ、４ｂとの間に磁気吸引力が働き、可動子２は移動方向の図２（ａ）の位置に保持される。図３はＢ相電磁石６２に通電しているステップ２の状態を示しており、コイル８２ａ、８２ｂには図３（ｂ）に示すように電流が流れている。これによってステップ１で述べたと同様に磁束が生じ、可動子２は移動方向の図３（ａ）の位置に保持される。図４は図２のステップ１の場合とはＡ相電磁石６１の電流の向きが逆向きとなったステップ３を示し、図５は図３のＢ相電磁石６２の電流の向きが逆向きとなったステップ４を示しており、可動子２の移動方向はそれぞれ図４（ａ）、図５（ａ）に示す位置で保持される。ステップ１からステップ２、ステップ３、ステップ４を経てステップ１に戻る手順を１サイクルとして繰返し運転をすると、可動子２は図の右側に移動し、逆のステップで繰返し運転すると、可動子２は左側に移動する。
【０００７】
次に本発明の第２実施例を説明する。図６は本発明を適用した３相の直線形永久磁石界磁モータの構造図であり、図６（ａ）は移動方向の横から見た側面図、（ｂ）は移動方向から見た正面図である。固定子１１は非磁性の長い平板の上の中央と両側に磁性体の固定子磁極４ａ、４ｂ、４ｃが固定されており、固定子磁極４ａと４ｂの間に棒状の磁石３ａが、固定子磁極４ｂと４ｃの間に棒状の磁石３ｂが設けられている。固定子磁極４ａ、４ｂ、４ｃは移動方向にＰ／２のピッチで溝５ａ、５ｂ、５ｃを挟んで連続して設けられている。磁石３ａ、３ｂは両側と中央に設けられた固定子磁極４ａ、４ｂ、４ｃに向かって対照となるよう左右方向に着磁されており、移動方向にＰ／２のピッチで磁極の向きが反転している。可動子２２はＵ相電磁石６３、Ｖ相電磁石６４、Ｗ相電磁石６５を備えており、上側を平板などの部材で互いに剛に固定されている。Ｕ相電磁石６３の下側には移動方向に中心間距離Ｐをおいて磁極７３１、７３２が形成され、Ｖ相電磁石６４の下側には移動方向に中心間距離Ｐをおいて磁極７４１、７４２が形成され、Ｗ相電磁石６５の下側には移動方向に中心間距離Ｐをおいて磁極７５１、７５２が形成されており、Ｕ相電磁石６３の磁極７３１とＶ相電磁石６４の磁極７４１の中心間距離と、Ｖ相電磁石６４の磁極７４１とＷ相電磁石６５の磁極７５１の中心間距離は２（１／３）Ｐになっている。磁極７３１、７３２、７４１、７４２、７５１、７５２の移動方向の幅は概ねＰ／２になっている。Ｕ相電磁石６３の磁極７３１は、移動方向から見た図６（ｂ）に示すように、固定子１１の固定子磁極４ａ、４ｂ、４ｃの上部の３つの磁極７３１ａ、７３１ｂ、７３２ｃに分割されてＥ形電磁石となっており、コイル８３は中央の磁極７３１ｂに巻回されている。磁極７３２、７４１、７４２、７５１、７５２もそれぞれ同様に、磁極７３２ａ、７３２ｂ、７３２ｃ、７４１ａ、７４１ｂ、７４１ｃ、７４２ａ、７４２ｂ、７４２ｃ、７５１ａ、７５１ｂ、７５１ｃ、７５２ａ、７５２ｂ、７５２ｃに分割され、コイル８４は磁極７４１ｂ、７４２ｂに、コイル８５は磁極７５１ｂ、７５２ｂに巻回されている。これら磁極の下面は同一平面内にあり、エアギャップを介して固定子磁極４ａ、４ｂ、４ｃに対面している。ここで、Ｕ相電磁石６３のコイル８３に電流を図７に示すように流すと、磁石３ａ、３ｂの起磁力とにより図示のような磁束が流れる。従って、可動子２２は図６に示す移動方向位置で保持される。コイル８４、８５に電流を流しても同様のメカニズムで保持されるので、３つの電磁石に３相の正弦波電流を供給することにより左右に移動することができる。
【０００８】
以上、第１の実施例でＣ形電磁石を用い、第２の実施例でＥ形電磁石を用いた場合を示したが、本願主旨に従えば、それぞれの形に限定されることはなく、第１の実施例でＥ形電磁石を用い、第２の実施例でＣ形電磁石を用いてもよく、そのほかの形の電磁石を用いても良いことは明白である。また、磁石３、３ａ、３ｂが棒状の場合を示したが、長さがＰ／２やＰのものなど、分割された磁石を複数個並べてもよいことは明らかである。
【０００９】
次に本発明の第３の実施例を説明する。図８は本発明を適用した回転形永久磁石界磁モータの構造図であり、固定子の周りで回転子が回転するアウターロータ形のモータを示している。図において９１は固定軸の周りに固着された略円筒のインナーステータであり、電機子巻線９３を巻回した６個の磁極９２からなっている。ここで、モータを軸方向に５つの区域に分け、中央３つの長さはＱ、両端の２つの長さは概ねＱ／２となっている。磁極９２の外周は軸方向の溝がピッチＰで周方向に形成されており、５つの区域のうちの中央と両端の３つの区域の磁極９２ａ、９２ｃ、９２ｄは同じになっている。残る２つの区域の磁極９２ｂ、９２ｄでは、前記３つの磁極９２ａ、９２ｃ、９２ｅの溝と周方向にＰ／２ずれている。アウターロータ９４は、前記５つの区域の磁極９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄ、９５ｅと、それぞれの磁極の間に挿入された円環状の磁石９６ａ、９６ｂ、９６ｃ、９６ｄからなっている。磁石９６ａ、９６ｂ、９６ｃ、９６ｄは軸方向に着磁され、着磁の向きは軸方向の順に交互に入れ替わっている。すなわち、９６ａと９６ｃが同じ向きになり、９６ｂと９６ｄはこれとは逆になっている。磁極９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄ、９５ｅには、軸方向の溝が周方向にピッチＰ／２で形成されており、そのうち磁極９５ａと９５ｃ、９５ｅは同じであり、残る９５ｂと９５ｄはこれらに対してＰ／２だけ周方向にずれている。
【０００１０】
以上のような構成により、円環状の磁石９６ａ、９６ｂ、９６ｃ、９６ｄの起磁力によって磁極９５ａ、９５ｃ、９５ｅはＮ極になり、磁極９５ｂ、９５ｄはＳ極になる。しかるに、インナーステータ９１とアウターロータ９４がエアギャップを介して対面している状況は、前記した第２の実施例の３相の直線形永久磁石界磁モータのエアギャップを円筒状にしたものと同じであり、３相励磁をすることによって同様の推力が得られ、アウターロータ９４を回転させることができる。この例では、回転子が固定子の周りで回転する場合を述べたが、回転子が固定子の中央で回転するインナーロータのモータについても適用できることは言うまでもない。また、軸方向を５つの区域に分けた場合を述べたが、区分けの数も５つに限られないことも明白である。
【０００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によると、界磁用の永久磁石は単純な形状のものでよく、数量も多量を必要としない。従って、製作する際の作業性がよく、部品点数が少なくてすみ、安価に製作できるとともに、永久磁石界磁モータの信頼性を高める効果がある。また、本発明によると、磁極ピッチの中に永久磁石の幅が含まれることはないので、磁極ピッチを狭くすることができ、モータ定数を向上できるという効果がある。
【０００１２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す構造図
【図２】第１実施例の動作説明図
【図３】第１実施例の動作説明図
【図４】第１実施例の動作説明図
【図５】第１実施例の動作説明図
【図６】本発明の第２実施例を示す構造図
【図７】第２実施例の動作説明図
【図８】本発明の第３実施例を示す構造図
【図９】従来例の構造図
【符号の説明】
１、１１    固定子
２、２２    可動子
３、９６    磁石
４    固定子磁極
５    溝
２０  スケール
６１  Ａ相磁石
６２  Ｂ相磁石
６３  Ｕ相磁石
６４  Ｖ相磁石
６５  Ｗ相磁石
７１１、７１２、７２１、７２２  磁極
８１、８２、８３、８４、８５  コイル
９１  インナーステータ
９２、９５  磁極
９３  電機子巻線
９４  アウターロータ
【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９】
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【図８】
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