JPH0150183B2

JPH0150183B2 -

Info

Publication number: JPH0150183B2
Application number: JP58166309A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Kato
Original assignee: Tokyo Keiki Co Ltd
Current assignee: Tokyo Keiki Inc
Priority date: 1983-09-09
Filing date: 1983-09-09
Publication date: 1989-10-27
Also published as: JPS6059955A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、トロイダルコイル型回転電機に関す
るものである。

一般に、トロイダルコイル型回転電機は、環状
鉄心の上に、例えば４極構成のものであれば、約
90゜ごとに分割された４個のトロイダルコイルを
有する電機子と、この各コイルに対し、あるギヤ
ツプをへだてた磁極を有する界磁とから成り、界
磁はそれに含まれる永久磁石によつて上記磁極か
ら電機子の環状鉄心に対しその半径方向に磁束を
生ずるように構成されている。この４極の例で
は、界磁の磁極は、順にＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極
という風に交互に異極となつている。対応する電
機子の４個のコイルも、順に巻回方向が交互に逆
になるように巻かれている。この電機子のコイル
も仮りにシリースにつながれているものとして、
このコイルに或る大きさの電流を流すと、界磁と
電機子との間にトルクを生じ、このトルクは電流
の大きさに比例し、また電流の方向によつてトル
クの方向が定まる。今、仮りに電機子が外側にあ
り、界磁がその内側にあつて、電機子を固定子と
して用い、界磁を回転子として用いる場合を考え
ることにしよう。このようなトロイダルコイル型
回転電機は、通常、回転子の回転の範囲がある角
度、たとえば基準位置を中心に、プラス・マイナ
ス20゜の範囲という風に限られている場合に用い
られる。用途例としては、油圧回転弁の制御と
か、限られた範囲の回転サーボ系のサーボモータ
などの場合があげられる。このような用途に対
し、トロイダルコイル型回転電機は、整流子とか
スリツプリングとかが全くないので、直流機なの
に交流誘導機のように摩擦トルクもなく、消耗部
品もないので大変便利である。

一方、この種のトロイダルコイル型回転電機は
界磁と電機子との相対位置関係によつて、同じ電
流によつて生ずるトルクの大きさが変化する性質
をもつている。第１図はこの性質を一般的に説明
した図であり、各トロイダルコイルの中央に界磁
の各磁極の中央が来ているときを角度の基準位置
にとり、横軸に界磁と電機子との相対回転角θを
とり、縦軸に電流をある一定値にしたときのトル
クをとつてある。回転角θが零のとき、即ち、上
述した基準位置のとき、発生するトルクは最大値
τmとなつているが、θが左右どちらかに行くに
従つて、トルクは低くなり、極数をＰとすると、
θがπ／Ｐラジアンのところで、トルクは零とな
る。上述の例では、Ｐが４であるからθが45゜の
ところでトルクが零となる。通常、この種のトロ
イダルコイル型回転電機においては、使用する角
度の範囲、たとえばプラス・マイナス20゜のとこ
ろで、トルクが最大値τmの何割迄下つてよいか
を仕様上で定め、これにあわせて設計される。第
１図では、一般的にこの点をθがθfのとき、トル
クがτfであるとしてトルクの減衰の限界を定めて
いる。

以上のべたのは、４極のトロイダルコイル型回
転電機がトルクモータの例であるが、極数は２極
から相当な数の多極に渉るものまで使用されてい
るし、界磁が固定子で、電機子が回転子の場合も
ある。

また、トロイダルコイル型回転電機は、トルク
モータでなく、タコメータとして用いられる場合
もあり、この場合、電機子には外部から電流を流
したりせず、電機子に対する界磁の相対角速度に
比例する電圧が、トロイダルコイルから発電され
る性質を利用する。この場合第１図の縦軸として
トルクでなく、一定角速度に対する発電電圧をと
るならば、トルクで説明したのと全く同じ形の曲
線を示すことになる。この場合には、仕様として
θfのところでのある角速度に対する発電電圧が規
定されることになる。

一般に、この種のトロイダルコイル型回転電機
においては、各トロイダルコイルの間にはある角
度範囲だけ、コイルのないスペースをおく必要が
ある。従来は、上記コイル間のスペースt_sを得る
ために、環状鉄心に正確にマーキング等を施し、
これを目印に各トロイダルコイルを巻回し、所定
のスペースを設けていた。しかし、このような従
来の方法では各コイルを多層巻きにした場合、巻
線が崩れるとか、ずれるとかして、所定のスペー
スt_sが得られないという問題を生ずる欠点があ
る。このスペースの所定巾t_sが変化することは、
第１図の曲線に重大な影響を与える。即ち、例え
ば角θfのとき、所望とする下限のトルクτfを正し
く得られないというこの種のトロイダルコイル型
回転電機としては、重大な欠点があつた。

従つて、本発明の主目的は、上述の如き従来の
欠点を除去したトロイダルコイル型回転電機を提
供するに在る。

本発明の要旨は、リング状コア上に等間隔に分
割された複数個のトロイダルコイルを有する電機
子と、複数個のトロイダルコイルと同数の磁極を
有し、電機子の内側に配された界磁と、電機子が
収納されるケースとより成るトロイダルコイル型
回転電機に於て、複数個のトロイダルコイルの隣
接する各間隙に対応するリング状コアの外周面
に、リング状コアの中心軸の方向の少なくとも全
長に亘る長さの突起部を夫々形成すると共に、ケ
ースの内周面に、各突起部のリング状コアの中心
軸の方向の一端面と衝合する遊端面を備える段部
を設けたことを特徴とするトロイダルコイル型回
転電機にある。

第２図は本発明によるトロイダルコイル型回転
電機の一例の分解斜視図であり、第３図はその組
立た状態に於ける回転軸Ｏに垂直な面に沿つた断
面図である。図に於て、１はトロイダルコイル型
回転電機の界磁を全体として示し、２はその電機
子を全体として示し、３はそのケースを示す。
尚、第２及び第３図に示す本発明の例は、４極の
場合であり、界磁１が電機子２の内側に配置さ
れ、ケース３が最外側に配置されている場合であ
る。従つて、この場合、界磁１は４極の突型界磁
である。

扨て、同図に示す如く、界磁１は磁性材より成
るリング状のヨーク１１と、等角間隔（この場合
90゜）で、隣接するもの同志間に所定の空隙をあ
けて、リング状のヨーク１１の外周面に固定され
た４個のマグネツト１２，１３，１４及び１５と
より成る。周知の如く、各マグネツトは略々同形
でその厚さ方向、即ちリング状のヨーク１１の直
径方向に沿つて着磁されている。例えば、マグネ
ツト１２の表面がＳ極にその内面（ヨーク１１に
固定されている面）がＮ極に着磁されている場合
は、ヨーク１１に対して反対側のマグネツト１４
は、同一極性に着磁されているが、両者間のマグ
ネツト１３及び１５は、夫々逆極性に着磁されて
いる。換言すれば、各マグネツト１２乃至１５
は、順次逆極性に着磁されている。

一方、電機子２は、磁性材、例えば鉄より成る
リング状コア２１と、このコア２１に巻装された
４個のトロイダルコイル２２，２３，２４及び２
５と、隣接するトロイダルコイル２２乃至２５間
に位置する如く、夫々リング状コア２１の外周面
に固定された４個の所定巾t_sの突起部２６，２
７，２８及び２９とより成る。各トロイダルコイ
ル２２………２５のリング状コア２１の円周方向
の長さは等しく、それ等の巻回方向は、順次逆と
なつている。

ケース３は薄板より成る筒状であり、電機子２
をこれに収納する際は、この筒状ケース３の内周
面に、電機子２の突起部２６………２９の外周面
が対接する如く、この筒状ケース３の内径が選択
されている。筒状ケース３の一方の開口端近傍の
内周面に、厚さのリング３１を固定し、電機子２
をケース３に嵌入した際に、リング３１の遊端面
に、各突起部２６………２９の中心軸Ｏの方向の
一方の端面が衝合し、電機子２の中心軸Ｏ方向の
位置決めをなすようにする。尚、リング３１は筒
状ケース３と一体に形成し、筒状ケース３の内周
面にリング３１と同様の段部を形成するようにし
てもよい。

扨て、本発明の主たる要素の一つである突起部
２６………２９に就き説明する。図示の如く、各
突起部２６………２９は、略々同一形状で、リン
グ状コア２１の外周面の中心軸Ｏの方向の少くと
も全長に亘る長さで、外周面の円方向の巾は所定
の巾t_sで、リング状コア２１の外周面より外方に
突出している長さｌは、リング状コア２１に巻回
されるトロイダルコイルの導線の径、コイルの層
数等を考慮して、適切に選択される。従つて、各
トロイダルコイル２２………２５をリング状コア
２１に巻装する際は、各突起部２６………２９が
従来のマーキング（各コイルの位置決め）の役目
を果す外に、巻装された各コイルが崩れたり、ず
れたりするのを確実に阻止し得るものであるか
ら、各コイルを均一に巻装し得ると共に、それ等
の長さも所定になし得る。更に、コイル間の間
隔、即ちスペースを、所定巾t_sに確実に保持し得
るものである。更に、電機子とケースとの間の位
置決めも極めて簡単に行い得る。

しかも、ケース内に設けた、電機子の中心軸方
向の位置決めを成す段部と衝合すべく電機子に設
けた手段を、電機子のリング状コア上に等間隔に
分割された複数のトロイダルコイルの間を規制す
るための、リング状コアの外周面上に設けた突起
部と兼用しているので、回転電機の構成が簡単と
成る。

従つて、トロイダルコイル型回転電機の下限ト
ルクを、意図した値に確実になし得、これを量産
した場合も、特性のバラツキを極小に抑えること
ができる。

上述は、４極のトロイダルコイル型回転電機を
説明したが、本発明はこの例に限らず、２極或は
６極以上の偶数極のトロイダルコイル型回転電機
に適用できることは勿論、界磁としては上述の突
極型に限らず、例えば円筒型等でもよい。

又、本発明は、界磁が電機子の外側に配される
型のものに適用しても、同一の効果が得られるも
のである。

尚、本発明の要旨を逸脱せずに、多くの変化・
変更が、当該業者により容易になし得ること明ら
かであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はトロイダルコイル型回転電機のトルク
分布図、第２図は本発明のトロイダルコイル型回
転電機の一例の分解斜視図、第３図はその組立状
態を示す断面図である。図に於て、１は界磁、２は電機子、３はケー
ス、１１はヨーク、１２………１５はマグネツ
ト、２１はリング状コア、２２………２５はトロ
イダルコイル、２６………２９は突起部を夫々示
す。

Claims

【特許請求の範囲】

１リング状コア上に等間隔に分割された複数個
のトロイダルコイルを有する電機子と、上記複数
個のトロイダルコイルと同数の磁極を有し、上記
電機子の内側に配された界磁と、上記電機子が収
納されるケースとより成るトロイダルコイル型回
転電機に於て、上記複数個のトロイダルコイルの
隣接する各間隙に対応する上記リング状コアの外
周面に、該リング状コアの中心軸の方向の少なく
とも全長に亘る長さの突起部を夫々形成すると共
に、上記ケースの内周面に、上記各突起部の上記
リング状コアの中心軸の方向の一端面と衝合する
遊端面を備える段部を設けたことを特徴とするト
ロイダルコイル型回転電機。