JPH0576262B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ Ｎ対の極を有する磁化ロータによる多相モー
タであつて、各ロータの極の磁化軸はその回転軸
に対して平行であること、 前記ロータの磁化軸はその回転軸の回りに規則
的に配列されていて、隣接するロータの極は反対
の極性であること、 該ロータはステータと対向されていて、このス
テータはｍ個の位相で形成されており、ここに、
ｍ＝Ｎ／2n、ｎは整数、そしてｍは１より大き
い整数であつて、各位相は実質的に同一平面上に
ある２個の極性体で構成されており、その一方は
他方に対して介在していて、曲折したギヤツプに
よつて離されていること、 （ｍ−１）個の位相、および、残りの１個の位
相の第１の極性体については、全ての極性体の個
数にしてｎ＝Ｎ／2m個のステータの極は完全で
あり、隣接したロータの極間の角度的な間隔より
も少なくとも約２倍離されていて、残りの１個の
位相の第２の極性体の［（Ｎ／2m）−１］個のス
テータの極も完全であること、 前記第２の極性体のｍ個の残りのステータの極
は部分的であり、その全ての部分的なステータの
極の伸長角の合計は１個の完全な極の伸長角に少
なくとも近似していること、 該複数個の位相は互いにずらされていること、 全ての位相における２個の極性体はコアの対応
する第１、第２の端部に対してそれぞれ磁気的に
結合されていること、および、 少なくとも１個のコイルが各コアに巻かれてい
ること、 を特徴とする多相モータ。 ２ 位相は少なくとも2π／Nmに近似する角度だ
け互いにずらされていて、全ての部分的な極の伸
長角は１個の完全な極の伸長角の１／ｍ倍に少な
くとも近似していること、 を特徴とする請求の範囲第１項のモータ。 ３ ステータに対向しているロータの面に固定さ
れた軟磁性デイスクが更に含まれていること、 を特徴とする請求の範囲第１項または第２項のモ
ータ。 ４ 固定的な軟磁性デイスクが更に含まれてお
り、ロータが該デイスクとステータとの間になる
ように配置されていること、 を特徴とする請求の範囲第１項または第２項のモ
ータ。 ５ 固定的な軟磁性デイスクにおけるＮ個の開口
部は、該デイスクに対する同心円を形成するよう
に規則的に配列されていること、 を特徴とする請求の範囲第４項のモータ。 ６ 固定的な軟磁性デイスクにおけるＮ／２個の
開口部は、該デイスクに対する同心円を形成する
ように規則的に配列されていること、 を特徴とする請求の範囲第４項のモータ。 明細書 この発明は多相モータに関し、そのロータは磁
化軸にＮ対の極を有するものである。 磁化ロータによるモータとしては、様々な形式
のものがある。この発明によるものは、ロータの
磁化軸がこのロータの回転軸に対して正しく平行
な形式のものである。 この発明の主たる目的は現存する材料を用いて
効率の向上された位相モータを作成することであ
り、これは工業的なプロセスによつて容易に製造
することができ、またモータの概念を変更するこ
となく、相数や出力の程度を拡大することができ
る。補足的には、この発明は、歩進の態様に容易
に適合される位相モータを作成することをも目的
とするものである。 したがつて、この発明によるモータの適用分野
は極めて広汎である。この発明は、特に、文書処
理用の伝動システム、ロボツト、航空宇宙産業、
写真装置、クロノメータにおいて使用することが
できる。一般的には、この発明によるモータはデ
イジタル技術を用いた全てのシステムに好適のも
のであり、特に、占積、効率、出力および速度が
規定されるものの全てに適している。 この発明の目的である多相モータは請求の範囲
第１項で規定される構成によつて特徴づけられ、
その実現の特別な形式は請求の範囲第２項ないし
第４項によつて規定され、所定の手段を用いて歩
進の態様に適合されることは請求の範囲第５項お
よび第６項によつて規定される。 この発明によるモータの実現の１形式および２
個の変形が図面により概略的に簡単な例で示され
ている。 第１図は、ロータの回転軸方向におけるこの実
現形式の図である。 第２図は、そのステータの平面図である。 第３図は、そのロータの平面図である。 第４図は、このロータの透視図である。 第５図は、第４図のそれに類似しているが、第
１の変形に関係しているものの図である。 第６図は、第２の変形の部材の平面図である。 第７図および第８図は、その動作の態様を例示
する、モータの直線的な展開図である。 第１図ないし第４図に示されているモータは、
８に等しいＮ個の極の対をもつロータ１を有して
いる。このモータの位相数ｍは２である。また、
これら２個の位相間のずれは2π／Ｎ・ｍに等し
い。 ロータ１は、磁界保磁力が高く密度が低いサマ
リウム・コバルトのような磁性材料からなるもの
である。それには８対の極が設けられ、その磁化
軸はロータの回転軸に平行であるがその方向は交
番的に反対にされ、また、この軸の周囲で規則正
しく配設されている。 ロータ１は、位相ｒおよびｓを形成するステー
タ２に対向されている。各位相ｒ，ｓは共面にさ
れた２個の極性体から構成されており、これらは
互いにかわら状に並べられ、部材３は部材４の内
側にあるようにされている。２個の極性体３，４
は各位相における曲折したギヤツプ５によつて互
いに離されている。 磁性体３，４は磁界保磁力が弱く飽和誘導が高
い磁性材料からなるものである。それらは極６
（第１図）を有しているが、説明を容易にするた
め、第２図においてP₁，P₂，…，P₉により示さ
れている。 この図に示されているものは、位相ｒにおける
極性体４の極P₁，P₃、この同一位相ｒにおける
極性体３の極P₂，P₄、位相ｓにおける極性体４
の極P₆，P₈およびこの位相ｓにおける極性体３
の極P₇は夫々に同一の伸長角を有することであ
る。様々の極は完全なものであり、これに対して
位相ｓにおける極性体３の極P₅およびP₉は部分
的なものである。これら２個の部分的な極の全体
的な伸長角は少なくとも１個の完全な極の伸長角
に近似している。 Ｎ対の極のロータをもつｍ相のモータについて
の一般的な場合には、ｍ−１相の極性体の極およ
びｍ相目の極性体のそれは完全なものである。そ
れらは極性体あたり1/2Ｎ／ｍの個数であり、ま
た、ロータの隣接する極対間にある角度間隔の約
２倍に等しい角度間隔で離されている。残りの極
性体の極に関しては、1/2Ｎ／ｍ−１個は完全で
あり、これに対して残りのｍ個の極は部分的であ
つて、それらの全体的な伸長角は少なくとも１個
の完全な極の伸長角に近似している。 こゝに示されている実現形式において、位相
ｒ，ｓは互いに22.5°の角度α〓だけずれている。Ｎ
対の極をもつｍ相のモータの一般的な場合には、
α〓＝2π／Ｎ・ｍである。部分的な極の各々の伸長角 は少なくとも１個の完全な極の１／ｍ倍に近似し
ている。 ずれα〓は2π／Ｎ・ｍの違いにしておくことがで
きる。この場合、部分的な極の全体的な伸長角は
少なくとも１個の完全な極の伸長角に近似してい
るけれども、この部分的な極はもはや伸長角その
ものを有するものではない。 ステータ２の各位相における２個の極性体は、
それらの間で、磁界保磁力が低く飽和誘導が高い
磁性材料からなるコア７によつて磁気的に結合さ
れている。コイル８は各位相のコアの周囲に固繞
されている。 各位相の極性体３，４は割りピンおよびビス
（図示されない）によつて夫々に位置決めされて
いる。ロータ１の組立については通常のとおりで
ある。このロータは弱い摩擦の接触で軸承内にお
いて回転される。その回転軸（図示されない）
は、ロータの回転をギアトレインに伝えるため
に、ギアトレインの初めの動きで拘束されるピニ
オンを支えることができる。 第１の変形（第５図）において、軟磁性材料か
らなるデイスク９は、ステータに対向されたロー
タの面に対して固定されている。 第６図の変形においては、モータは固定的な軟
磁性デイスクを含んでおり、ロータがこれとステ
ータとの間に配設されるようにしてある。このデ
イスクには開口部１０が設けられており、これら
は位置トルクを実現させるために適当に配設され
ている。 第７図および第８図にはモータの動作のし方が
例示されている。それらはモータの直線的な展開
図である。特に、線形の態様で予め展開されたモ
ータの概略的断面図である。位相ｒ，ｓのずれは
22.5°である。 第８図には、第７図で示されている状態に対し
てロータが22.5°ずれている状態、すなわち、一
般的な場合には角度α〓＝2π／Ｎ・ｍのずれがある状 態が示されている。 こゝに示されているモータの動作についての理
解を容易なものにするため、初めに、相互トルク
と呼ばれる特性を生成させる態様が説明されてい
る。この相互トルクは、磁化ロータの磁束とコイ
ルの磁束との間の相互作用から生じるものであ
る。 第７図の状態において、ロータ１の極は、位相
ｒの極P₁，P₂，P₃およびP₄に対して正確に配さ
れている。この図には、ステータに向けられたロ
ータの磁束が極性体３の極P₂およびP₄によつて
収束され、こゝで位相ｒのコア７に、ＢからＡに
至るように、向けられることが示されている。そ
れらは、次いで、ステータの極性体４における極
P₁およびP₃を通つて再び閉じられる。逆方向に
向けられたロータの磁束については、それらも位
相ｒの極性体３によつて収束され、そのために、
先に考えられたものと同じ経路をたどることにな
る。したがつて、それらは再び閉じられるのに先
立ち、コア７をＢからＡへと通る。このため、ロ
ータの考えられた状態において、位相ｒのコア６
を横切るロータの磁束は最大である。 ロータをこの位置から2π／Ｎに等しい角度α〓だ
けずらすと、位相ｒのコア７を横切る磁束は最大
であるけれども、その方向は反対であり、すなわ
ちコアをＡからＢに至るものであることが容易に
認められる。したがつて、ロータが2π／Ｎに等
しい角度だけ回転する毎に、すなわち、こゝで示
されている例では45°だけ回転する毎に、位相ｒ
のコア７内のロータの磁束に変化を生じる。 位相ｒのコイルが通電されるときは、電気工学
の法則にしたがい、コイルと磁化ロータとの間の
相互作用オルクであつて、4π／Ｎに等しい周期
を有する相互トルクが生成され、また、ロータの
極の位置におけるロータの位置に対応する平衡位
置は、この位相ｒの極性体の極と正確に対向する
ようにされる。 それらの間に第７図のロータの極が存在する位
相ｓの極P₅，P₆，P₇，P₈およびP₉については、
この位相ｓは同様に周期4π／Ｎの相互トルクを
生じるけれども、位相ｒの相互トルクに対して角
度α〓＝2π／Ｎ・ｍだけずれること、すなわち、こゝ に示されている例においては22.5°だけずれるこ
とが容易に認められる。 位相ｓにおけるコア７を横切る磁束が最大であ
るときのロータの位置は第８図のそれである。部
分的な２個の極P₅およびP₉は、夫々、１個の完
全な極によつて再び閉じられる磁束の１／ｍ倍に
等しい磁束を再び閉じる、すなわち、こゝに示さ
れている例においては１個の完全な極によるそれ
の1/2倍の磁束を再び閉じることになる。 相異なる位相の間で2π／Ｎ・ｍのずれがある
ことに関して先に指摘されたことは、こゝでも適
合されるものである。 コイルが通電されたときに相互トルクが誘導さ
れるモータの動作は知られており、その説明はな
されない。 こゝに示されている、２相で、８対の極をもつ
ロータからなるモータは、この発明によるモータ
の唯一の実現形式のものでないことは勿論であ
る。ロータの極の対の数Ｎと位相のそれｍとの間
はｍ＝Ｎ／２・ｎなる関係を充たすことで充分であ る。こゝに、ｎは整数である。次の表は、この発
明によるモータの可能な構成を示すものである。

【表】

【表】 第５図に示されている第１の変形において、ロ
ータ上の軟磁性デイスク９の存在は、それらによ
つて認められるパーミアンスを増大させるときに
ロータの各極対の磁束を増大させる効果がある。 第６図に示されている第２の変形における固定
的な軟磁性デイスクは類似の効果を奏する。ま
た、ロータとステータとの間の吸引力の平衡がと
られる。このデイスクの開口部は位置トルクを生
成させる効果がある。これらの開口部はロータの
極の対の数と同数だけあり、ロータに集中する円
形の冠状体にしたがつて配設されるものであり、
それらはロータの中で規則正しく配列されてい
る。この場合、位置トルクは2π／Ｎに等しい。
たゞし、開口部１０のひとつを全てで２個取除く
ことにより周期4π／Ｎの位置トルクを生成させ
ることもできる。 この発明によるモータの効率性に関しては、理
論の詳細に立入ることなく、向上されることが当
業者によつて認められる。 先ず、ロータの全ての極の対の磁束はコイルに
対する各コアを横切つて同一方向に向けられる
が、これは、極性体３，４のかわら状の配列、２
個の極性体の間で予想される磁気的関係および完
全な極と部分的な極の状態によるものである。実
際、コアによつて再び閉じられることがなく、相
互磁束に付加するやり方で関与することがないと
いう意味で、ロータの極の対において磁束が消失
するものはない。 さらに、モータが歩進的に動作するように適合
されている場合には、ロータは充満しており、ロ
ータの磁化軸の間では2π／Ｎの角度間隔はなく、
効率性の点から、ロータの極の対からの全磁束と
ロータの慣性との間の関係を最適なものにする。
このことは、効率性が磁束の増大と慣性の減少と
の関数であるけれども、この関数が磁束と共に増
大する力は、それが慣性と共に減少するよりもは
るかに大きいものであることから生起される。 この発明によるモータの位相数は、ｍ＝
Ｎ／２・ｎになる関係が整数ｎのために満足される ことから、モータの概念を変更することなく、大
幅に拡張することができる。換言すれば、位相数
ｍを増加させることはロータの極数Ｎを増加させ
ることで充足される。 この発明によるモータは、また、モータの概念
を変更することなしに出力の程度を大幅に伸長さ
せるという利点がある。実際、理論の詳細に立入
ることなく、この種のモータの機械的出力はその
直径と同様にロータの極の対の数と共に増大する
関数であることが直観的に指摘される。 この発明によるモータの組立は容易なものであ
り、そのステータは完全に一平面内で規定される
ことが認められる。 要するに、この発明によるモータは、第６図の
デイスクは動作の態様に必要な位置トルクの誘導
を許容するものであることから、進歩的な動作の
態様に適合されるという利点がある。