JPH1032967A - トルク発生装置 - Google Patents
トルク発生装置Info
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- JPH1032967A JPH1032967A JP8184959A JP18495996A JPH1032967A JP H1032967 A JPH1032967 A JP H1032967A JP 8184959 A JP8184959 A JP 8184959A JP 18495996 A JP18495996 A JP 18495996A JP H1032967 A JPH1032967 A JP H1032967A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2706—Inner rotors
- H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
- H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
- H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
- H02K21/16—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles
Landscapes
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- Power Engineering (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 永久磁石の磁界を利用した高効率高トルクの
トルク発生装置を提供する。 【解決手段】 磁性材料で形成された環状のステータコ
ア１０には、等間隔に十二組のステータ突極１２が設け
られている。ロータコア２０はそのステータ突極１２に
それぞれ対応するロータ突極２２を有しており、シャフ
ト３０によってステータコア１０の内部に回転自在に支
持されている。図１の初期状態では、ロータ突極２２
は、それぞれ同極同士が向かい合うように、ステータ突
極１２に対向している。ステータ突極子２２ｂのロータ
周方向一端部には、突出部２２ｂ１が設けられており、
相隣接する異極のステータ突極１２との間の磁束がこの
突出部２２ｂ１に収束し、これによってロータコア２０
は図中の矢印方向に回転する。
トルク発生装置を提供する。 【解決手段】 磁性材料で形成された環状のステータコ
ア１０には、等間隔に十二組のステータ突極１２が設け
られている。ロータコア２０はそのステータ突極１２に
それぞれ対応するロータ突極２２を有しており、シャフ
ト３０によってステータコア１０の内部に回転自在に支
持されている。図１の初期状態では、ロータ突極２２
は、それぞれ同極同士が向かい合うように、ステータ突
極１２に対向している。ステータ突極子２２ｂのロータ
周方向一端部には、突出部２２ｂ１が設けられており、
相隣接する異極のステータ突極１２との間の磁束がこの
突出部２２ｂ１に収束し、これによってロータコア２０
は図中の矢印方向に回転する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、永久磁石の磁気
エネルギーを利用してトルクを発生させる装置に係わ
り、特に従来の一般的な電動機と比較して高いエネルギ
ー変換効率を達成することができるトルク発生装置に関
する。
エネルギーを利用してトルクを発生させる装置に係わ
り、特に従来の一般的な電動機と比較して高いエネルギ
ー変換効率を達成することができるトルク発生装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気エネルギーを機械的な力、例
えばトルクとして取り出せるようにした変換システムと
して、一般的な種々の電動機が開発されてきている。そ
れらの一般の電動機に共通していることは、ステータ、
ロータのいずれかに電磁石が用いられており、それらの
電磁石によって回転磁界を生成してロータを追従させる
もの（例えば誘導電動機）、あるいは、永久磁石ステー
タの磁界中に極性反転制御を可能として設けられたロー
タを回転自在に配設し、ロータとステータとの間の磁束
の相互作用によって回転力を得るもの（例えば一般的な
直流電動機）などがある。
えばトルクとして取り出せるようにした変換システムと
して、一般的な種々の電動機が開発されてきている。そ
れらの一般の電動機に共通していることは、ステータ、
ロータのいずれかに電磁石が用いられており、それらの
電磁石によって回転磁界を生成してロータを追従させる
もの（例えば誘導電動機）、あるいは、永久磁石ステー
タの磁界中に極性反転制御を可能として設けられたロー
タを回転自在に配設し、ロータとステータとの間の磁束
の相互作用によって回転力を得るもの（例えば一般的な
直流電動機）などがある。
【０００３】このような電動機において効率を高めよう
とした場合、永久磁石から発生する磁束を利用すること
は有効な手段であり、種々の試みがなされている。例え
ば、米国特許第４，３０６，１６４号は、パルス状の励
磁電流を印加することで連続回転を出力することができ
るパルスモータを開示している。このモータは、図８
（ａ），（ｂ）に示すように、８個の突極ＰS を有する
４枚のステータ１００，１０２，１０４，１０６と、ス
テータ側ヨーク１４０，１４２，１４４と、各ステータ
の内側にシャフト１５０に固設されている、同じく８個
の突極ＰR が形成された４枚のロータ１１０，１１２，
１１４，１１６と、ステータに挾持されている励磁巻線
１３０，１３２と、前記ロータの間に配設された永久磁
石１２０及びヨーク１４６，１４８とから主として構成
されている。シャフト１５０はベアリング１６２を介し
てエンドプレート１６２によって保持されており、これ
らは筒形のハウジング１６４に収装されている。シャフ
ト１５０に取り付けられているロータ１１０，１１２，
１１４，１１６は、その突極ＰR の相対的な位置が１１
０と１１４の組、及び１１２と１１６の組で周方向に１
／４ピッチ（１１．２５゜）ずれるように配置されてい
る。
とした場合、永久磁石から発生する磁束を利用すること
は有効な手段であり、種々の試みがなされている。例え
ば、米国特許第４，３０６，１６４号は、パルス状の励
磁電流を印加することで連続回転を出力することができ
るパルスモータを開示している。このモータは、図８
（ａ），（ｂ）に示すように、８個の突極ＰS を有する
４枚のステータ１００，１０２，１０４，１０６と、ス
テータ側ヨーク１４０，１４２，１４４と、各ステータ
の内側にシャフト１５０に固設されている、同じく８個
の突極ＰR が形成された４枚のロータ１１０，１１２，
１１４，１１６と、ステータに挾持されている励磁巻線
１３０，１３２と、前記ロータの間に配設された永久磁
石１２０及びヨーク１４６，１４８とから主として構成
されている。シャフト１５０はベアリング１６２を介し
てエンドプレート１６２によって保持されており、これ
らは筒形のハウジング１６４に収装されている。シャフ
ト１５０に取り付けられているロータ１１０，１１２，
１１４，１１６は、その突極ＰR の相対的な位置が１１
０と１１４の組、及び１１２と１１６の組で周方向に１
／４ピッチ（１１．２５゜）ずれるように配置されてい
る。
【０００４】このような構成を有するパルスモータにお
いて、励磁巻線１３０，１３２に流す励磁電流の方向を
切り替えて、永久磁石１２０の磁力線の磁路が ロータ１１０ Ｎ − − Ｎ ロータ１１２ − Ｎ Ｎ − ロータ１１４ Ｓ Ｓ − − ロータ１１６ − − Ｓ Ｓ （ただし、−は励磁巻線１３０，１３２の磁力線によっ
て永久磁石１２０の磁力線が打ち消されていることを示
す）と変化するようにして、ロータを１／４ピッチずつ
回転させる。
いて、励磁巻線１３０，１３２に流す励磁電流の方向を
切り替えて、永久磁石１２０の磁力線の磁路が ロータ１１０ Ｎ − − Ｎ ロータ１１２ − Ｎ Ｎ − ロータ１１４ Ｓ Ｓ − − ロータ１１６ − − Ｓ Ｓ （ただし、−は励磁巻線１３０，１３２の磁力線によっ
て永久磁石１２０の磁力線が打ち消されていることを示
す）と変化するようにして、ロータを１／４ピッチずつ
回転させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このパ
ルスモータにあっては、前記のように、永久磁石１２０
が発生する磁力線の磁路を変化させるために、励磁巻線
１３０，１３２の電流による磁力線を用いてこれを打ち
消している。すなわち、永久磁石１２０及び励磁巻線１
３０，１３２の磁気エネルギーの一部が、ロータの回転
のためのエネルギーとして全く利用されることなく無駄
に消費されていることになり、効率を高める上での障害
となっている問題があった。
ルスモータにあっては、前記のように、永久磁石１２０
が発生する磁力線の磁路を変化させるために、励磁巻線
１３０，１３２の電流による磁力線を用いてこれを打ち
消している。すなわち、永久磁石１２０及び励磁巻線１
３０，１３２の磁気エネルギーの一部が、ロータの回転
のためのエネルギーとして全く利用されることなく無駄
に消費されていることになり、効率を高める上での障害
となっている問題があった。
【０００６】この発明は上記の事情に基づいてなされた
もので、その目的は、永久磁石の磁界を有効に利用した
高効率高トルクのトルク発生装置を提供することであ
る。
もので、その目的は、永久磁石の磁界を有効に利用した
高効率高トルクのトルク発生装置を提供することであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本願の一つの発明に係わるトルク発生装置は、磁
性材料で形成された環状部材の内周に沿って偶数個の突
起部を有しその突起部の各々の周囲に導線が巻回されて
なるステータと、前記環状のステータの内側に回転自在
に配設され、その外周に沿って前記ステータの突起部の
各々に対応して配設された突出部を有するロータとを備
えたトルク発生装置であって、前記ステータに設けられ
た突起部は、前記導線に供給される電流によって、隣り
合う突起部がそれぞれ異極性を有するべく励磁され、前
記ロータの突出部は、それぞれ基部に配設された永久磁
石部材とそのロータ径方向外周側に固設された磁性部材
とからなり、永久磁石部材は互いに異なる極性が隣り合
うように配置されるとともに、前記磁性部材の端縁部は
前記ステータの突起部に向かって非対称に形成されてお
り、前記ロータの突出部は、前記ステータの突起部であ
ってそのロータの突出部と異なる極性を有する突起部と
相対向したときに、その突起部の周囲に巻回された導線
への電流供給の向きを反転させて突起部の極性を反転さ
せるようにしたことを特徴とする。
めに、本願の一つの発明に係わるトルク発生装置は、磁
性材料で形成された環状部材の内周に沿って偶数個の突
起部を有しその突起部の各々の周囲に導線が巻回されて
なるステータと、前記環状のステータの内側に回転自在
に配設され、その外周に沿って前記ステータの突起部の
各々に対応して配設された突出部を有するロータとを備
えたトルク発生装置であって、前記ステータに設けられ
た突起部は、前記導線に供給される電流によって、隣り
合う突起部がそれぞれ異極性を有するべく励磁され、前
記ロータの突出部は、それぞれ基部に配設された永久磁
石部材とそのロータ径方向外周側に固設された磁性部材
とからなり、永久磁石部材は互いに異なる極性が隣り合
うように配置されるとともに、前記磁性部材の端縁部は
前記ステータの突起部に向かって非対称に形成されてお
り、前記ロータの突出部は、前記ステータの突起部であ
ってそのロータの突出部と異なる極性を有する突起部と
相対向したときに、その突起部の周囲に巻回された導線
への電流供給の向きを反転させて突起部の極性を反転さ
せるようにしたことを特徴とする。
【０００８】前記ロータの突出部端縁部の周方向の長さ
は、前記ステータに設けられた隣り合う突起部の端部同
士の間隔よりも大きいことが好ましい。
は、前記ステータに設けられた隣り合う突起部の端部同
士の間隔よりも大きいことが好ましい。
【０００９】また、本願の他の発明に係わるトルク発生
装置は、磁性材料で形成された環状部材の内周に沿って
偶数個の突起部を有しその突起部の各々の周囲に導線が
巻回されてなるステータと、前記環状のステータの内側
に回転自在に配設され、その外周に沿って突出部を有す
るロータとを備えたトルク発生装置であって、前記ステ
ータに設けられた突起部は、前記導線に供給される電流
によって隣り合う二個一組の突起部からなる突起群がそ
れぞれ異極性を有するべく励磁され、前記ロータの突出
部は、それぞれ基部に配設された永久磁石部材とそのロ
ータ径方向外周側に固設された磁性部材とからなり、永
久磁石部材は互いに異なる極性が隣り合うように配置さ
れ、前記磁性部材の端縁部は前記ステータの隣り合う二
個の突起部からなる突起群に対向するように延在すると
ともに、その突起群に向かって非対称に形成されてお
り、前記ロータの突出部が前記ステータの突起群であっ
てロータの突出部と異なる極性を有する突起群と相対向
したときに、その突起群を構成するそれぞれの突起部の
周囲に巻回された導線への電流供給の向きを反転させ
て、突起群の極性を反転させるようにしたことを特徴と
する。
装置は、磁性材料で形成された環状部材の内周に沿って
偶数個の突起部を有しその突起部の各々の周囲に導線が
巻回されてなるステータと、前記環状のステータの内側
に回転自在に配設され、その外周に沿って突出部を有す
るロータとを備えたトルク発生装置であって、前記ステ
ータに設けられた突起部は、前記導線に供給される電流
によって隣り合う二個一組の突起部からなる突起群がそ
れぞれ異極性を有するべく励磁され、前記ロータの突出
部は、それぞれ基部に配設された永久磁石部材とそのロ
ータ径方向外周側に固設された磁性部材とからなり、永
久磁石部材は互いに異なる極性が隣り合うように配置さ
れ、前記磁性部材の端縁部は前記ステータの隣り合う二
個の突起部からなる突起群に対向するように延在すると
ともに、その突起群に向かって非対称に形成されてお
り、前記ロータの突出部が前記ステータの突起群であっ
てロータの突出部と異なる極性を有する突起群と相対向
したときに、その突起群を構成するそれぞれの突起部の
周囲に巻回された導線への電流供給の向きを反転させ
て、突起群の極性を反転させるようにしたことを特徴と
する。
【００１０】このような構成を有する本発明のトルク発
生装置によれば、ロータの突出部に形成された非対称の
先端部がステータの突起部の異極に吸引されて回転す
る。ロータの突出部がステータの突起部又は突起群とほ
ぼ対向する位置に達したときに、ステータ突起部又は突
起群の極性が反転されてロータ突出部と同極になるの
で、ロータ突出部はその同極に反発しつつ回転方向前方
の次の異極に吸引されて回転を続ける。
生装置によれば、ロータの突出部に形成された非対称の
先端部がステータの突起部の異極に吸引されて回転す
る。ロータの突出部がステータの突起部又は突起群とほ
ぼ対向する位置に達したときに、ステータ突起部又は突
起群の極性が反転されてロータ突出部と同極になるの
で、ロータ突出部はその同極に反発しつつ回転方向前方
の次の異極に吸引されて回転を続ける。
【００１１】前記第一の発明にあって、ロータの突出部
端縁部の周方向の長さが、前記ステータに設けられた突
起部の端部同士の間隔よりも大きく形成されていれば、
ロータの突出部は通過しつつある同極のステータ突起部
からの反発力と接近しつつある異極のステータ突起部か
らの吸引力とを同時に受けることとなり、よりいっそう
のトルク増大が期待できる。
端縁部の周方向の長さが、前記ステータに設けられた突
起部の端部同士の間隔よりも大きく形成されていれば、
ロータの突出部は通過しつつある同極のステータ突起部
からの反発力と接近しつつある異極のステータ突起部か
らの吸引力とを同時に受けることとなり、よりいっそう
のトルク増大が期待できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本
発明の一実施形態に係わるトルク発生装置の構成を示す
平面図である。磁性材料を環状に形成してなるステータ
コア１０は、その内周に沿って等間隔に十二組のステー
タ突極１２を備えている。すなわち、それぞれの突極１
２はステータコア１０の内周から径方向内方側へ突出形
成されており、ステータコア１０の内周に３０゜ピッチ
で配設されている。各ステータ突極１２の周囲には、そ
れぞれの突極１２を励磁するための巻線１４が巻回され
ている。巻線１４は各ステータ突極１２の先端部１２ａ
を所望の極性に励磁できるように、電流制御回路４０に
それぞれ接続されている。この電流制御回路４０は、そ
れぞれの巻線１４に後述する所定のタイミングで所定の
方向の電流を供給できるように構成されている。電流の
切換には、トランジスタ、サイリスタ等のスイッチング
素子、あるいは継電器などの機械的な制御素子を適宜採
用してよい。なお、ステータコア１０を構成する磁性材
料としては、一般的に磁心として好適に用いられる磁性
体を採用することができる。本実施形態のステータコア
１０は、積み厚４０mmのラミネート構造をとっている。
いて、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本
発明の一実施形態に係わるトルク発生装置の構成を示す
平面図である。磁性材料を環状に形成してなるステータ
コア１０は、その内周に沿って等間隔に十二組のステー
タ突極１２を備えている。すなわち、それぞれの突極１
２はステータコア１０の内周から径方向内方側へ突出形
成されており、ステータコア１０の内周に３０゜ピッチ
で配設されている。各ステータ突極１２の周囲には、そ
れぞれの突極１２を励磁するための巻線１４が巻回され
ている。巻線１４は各ステータ突極１２の先端部１２ａ
を所望の極性に励磁できるように、電流制御回路４０に
それぞれ接続されている。この電流制御回路４０は、そ
れぞれの巻線１４に後述する所定のタイミングで所定の
方向の電流を供給できるように構成されている。電流の
切換には、トランジスタ、サイリスタ等のスイッチング
素子、あるいは継電器などの機械的な制御素子を適宜採
用してよい。なお、ステータコア１０を構成する磁性材
料としては、一般的に磁心として好適に用いられる磁性
体を採用することができる。本実施形態のステータコア
１０は、積み厚４０mmのラミネート構造をとっている。
【００１３】ステータコア１０の内側には、その中心に
配置されたシャフト３０によって回転自在に支持された
ロータコア２０が設けられている。このロータコア２０
は、前記ステータコア１０に設けられた十二組のステー
タ突極１２に対応して正十二角形の平面形状を有するべ
く形成されている。ロータコア２０は、漏洩磁束の影響
を抑制するために非磁性体で構成することが好ましい
が、磁性体を用いても本願発明の作用効果を奏するに格
別の妨げとはならない。ちなみに、本実施形態のロータ
コア２０は、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）を用いて形成されてい
る。
配置されたシャフト３０によって回転自在に支持された
ロータコア２０が設けられている。このロータコア２０
は、前記ステータコア１０に設けられた十二組のステー
タ突極１２に対応して正十二角形の平面形状を有するべ
く形成されている。ロータコア２０は、漏洩磁束の影響
を抑制するために非磁性体で構成することが好ましい
が、磁性体を用いても本願発明の作用効果を奏するに格
別の妨げとはならない。ちなみに、本実施形態のロータ
コア２０は、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）を用いて形成されてい
る。
【００１４】ロータコア２０には、前記十二組のステー
タ突極１２に対応して３０゜ピッチで配設されたロータ
突極２２が設けられている。それぞれのロータ突極２２
は、その基部に配置された断面角柱状の永久磁石２２ａ
と、その先端に前記ステータ突極１２に対向するように
設けられている磁性部材としての突極子２２ｂとからな
る。突極子２２ｂは、ロータ突極２２の中心に対して非
対称に形成されている。すなわち、図１に示すように、
それぞれのロータ突極２２に対して所定の周方向に突出
した突出部２２ｂ１が設けられている。この突出部２２
ｂ１は、永久磁石２２ａとステータ突極１２との間に生
じる磁束を収束させ、磁束密度を高める作用と、ステー
タ突極１２からロータ突極２２に作用する磁気力を不平
衡にする作用とを有する。このような構成によれば、始
動時の回転方向は磁束が収束するロータ突出部２２ｂ１
設置側となり、あらかじめ定めることができる。
タ突極１２に対応して３０゜ピッチで配設されたロータ
突極２２が設けられている。それぞれのロータ突極２２
は、その基部に配置された断面角柱状の永久磁石２２ａ
と、その先端に前記ステータ突極１２に対向するように
設けられている磁性部材としての突極子２２ｂとからな
る。突極子２２ｂは、ロータ突極２２の中心に対して非
対称に形成されている。すなわち、図１に示すように、
それぞれのロータ突極２２に対して所定の周方向に突出
した突出部２２ｂ１が設けられている。この突出部２２
ｂ１は、永久磁石２２ａとステータ突極１２との間に生
じる磁束を収束させ、磁束密度を高める作用と、ステー
タ突極１２からロータ突極２２に作用する磁気力を不平
衡にする作用とを有する。このような構成によれば、始
動時の回転方向は磁束が収束するロータ突出部２２ｂ１
設置側となり、あらかじめ定めることができる。
【００１５】図２は、ステータ突極１２とロータ突極２
２とが対向する部分を拡大して示す平面図である。ロー
タ突極２２の突極子２２ｂとステータ突極１２の先端部
１２ａとの間の間隙（エアギャップ）は、本実施形態の
場合、約０．５mmに設定されている。このエアギャップ
の値を小さくするほど効率及びトルクを高めることがで
きるが、その値は各部品の工作精度や組立精度、さらに
製造コストなどを勘案して適宜決定してよいことはいう
までもない。
２とが対向する部分を拡大して示す平面図である。ロー
タ突極２２の突極子２２ｂとステータ突極１２の先端部
１２ａとの間の間隙（エアギャップ）は、本実施形態の
場合、約０．５mmに設定されている。このエアギャップ
の値を小さくするほど効率及びトルクを高めることがで
きるが、その値は各部品の工作精度や組立精度、さらに
製造コストなどを勘案して適宜決定してよいことはいう
までもない。
【００１６】また、同じく図２に示すように、ロータ突
極２２の突極子２２ｂの幅Ｗｒは、隣り合うステータ突
極１２の先端部１２ａ同士の間隔ｄよりも大であること
が望ましい。これは、回転方向前方及び回転方向後方の
いずれかのステータ突極１２からロータ突極子２２ｂへ
の磁気力が常に作用するようにしておくためである。こ
れにより、ロータコア２０のトルク変動（コギング）を
低減することができる。
極２２の突極子２２ｂの幅Ｗｒは、隣り合うステータ突
極１２の先端部１２ａ同士の間隔ｄよりも大であること
が望ましい。これは、回転方向前方及び回転方向後方の
いずれかのステータ突極１２からロータ突極子２２ｂへ
の磁気力が常に作用するようにしておくためである。こ
れにより、ロータコア２０のトルク変動（コギング）を
低減することができる。
【００１７】次に、図１、図３及び図４を参照して、本
発明の一実施形態に係わるトルク発生装置の作用を説明
する。図１の状態において、十二組のロータ突極２２は
それぞれステータ突極１２に対向している。そして、そ
れらのロータ突極２２とステータ突極１２との組合せに
あっては、同極同士が向かい合っている。この場合、両
極の間には斥力が作用しており、極めて不安定な状態で
ある。本実施形態に係る装置にあっては、ステータ突極
子２２ｂのロータ周方向一端部に突出部２２ｂ１が設け
られているので、永久磁石２２ａと相隣接する異極のス
テータ突極１２との間の磁束がこの突出部２２ｂ１に収
束し、突出部２２ｂ１が設けられていない他端部よりも
大きな吸引力を受ける。すなわち、これによってロータ
コア２０は図中の矢印で示されているとおり、ステータ
コア１０に対して時計回りに回転し始める。
発明の一実施形態に係わるトルク発生装置の作用を説明
する。図１の状態において、十二組のロータ突極２２は
それぞれステータ突極１２に対向している。そして、そ
れらのロータ突極２２とステータ突極１２との組合せに
あっては、同極同士が向かい合っている。この場合、両
極の間には斥力が作用しており、極めて不安定な状態で
ある。本実施形態に係る装置にあっては、ステータ突極
子２２ｂのロータ周方向一端部に突出部２２ｂ１が設け
られているので、永久磁石２２ａと相隣接する異極のス
テータ突極１２との間の磁束がこの突出部２２ｂ１に収
束し、突出部２２ｂ１が設けられていない他端部よりも
大きな吸引力を受ける。すなわち、これによってロータ
コア２０は図中の矢印で示されているとおり、ステータ
コア１０に対して時計回りに回転し始める。
【００１８】図３は、ロータコア２０が時計回りに１５
゜回転して、それぞれのロータ突極２２が、互いに極性
が異なる隣り合うステータ突極子２２ｂ同士のちょうど
中間に位置した状態を示している。このとき、それぞれ
のロータ突極２２は、回転方向前方の極性が異なるステ
ータ突極１２によって、それと対向する突出部２２ｂ１
に収束する磁束の吸引力を受け、引き続き時計回りに回
転し続ける。
゜回転して、それぞれのロータ突極２２が、互いに極性
が異なる隣り合うステータ突極子２２ｂ同士のちょうど
中間に位置した状態を示している。このとき、それぞれ
のロータ突極２２は、回転方向前方の極性が異なるステ
ータ突極１２によって、それと対向する突出部２２ｂ１
に収束する磁束の吸引力を受け、引き続き時計回りに回
転し続ける。
【００１９】ロータコア２０がさらに１５゜時計回りに
回転すると、図４に示すように、それぞれのロータ突極
子２２ｂは、再びステータ突極１２と対向するようにな
る。図４の状態では、ステータ突極１２と対向するロー
タ突極子２２ｂの極性は互いに異なり、ロータ突極子２
２ｂにはステータ突極１２からの吸引力が作用してい
る。言い換えれば、ロータ突極子２２ｂとステータ突極
１２とがほぼ完全に対向している状態は、ロータコア２
０に対して回転力を発生させない安定な状態である。本
発明のトルク発生装置にあっては、このような図４に示
す時点でステータコア１０の突極１２に供給する電流の
向きを反転させ、再び図１に示した不安定な状態を作り
出すことによって、ロータコア２０の回転を持続させる
ようにしている。
回転すると、図４に示すように、それぞれのロータ突極
子２２ｂは、再びステータ突極１２と対向するようにな
る。図４の状態では、ステータ突極１２と対向するロー
タ突極子２２ｂの極性は互いに異なり、ロータ突極子２
２ｂにはステータ突極１２からの吸引力が作用してい
る。言い換えれば、ロータ突極子２２ｂとステータ突極
１２とがほぼ完全に対向している状態は、ロータコア２
０に対して回転力を発生させない安定な状態である。本
発明のトルク発生装置にあっては、このような図４に示
す時点でステータコア１０の突極１２に供給する電流の
向きを反転させ、再び図１に示した不安定な状態を作り
出すことによって、ロータコア２０の回転を持続させる
ようにしている。
【００２０】ステータ突極１２の励磁タイミングは、一
つの突極１２について着目すると、 各オン時間＝Ｔ／Ｐ （デューティ比１：１） （ただし、Ｔはロータコア２０の一回転に要する時間、
Ｐはステータ１０の極数）となる。ステータ突極１２の
極性を反転させるため、励磁電流の方向は毎回反転させ
る。また、励磁電流のオンオフのタイミングは、ステー
タとロータとの相対的な位置関係のみから定まるので、
フォトインタラプタなどの非接触位置検出素子を用いて
検出することができる。
つの突極１２について着目すると、 各オン時間＝Ｔ／Ｐ （デューティ比１：１） （ただし、Ｔはロータコア２０の一回転に要する時間、
Ｐはステータ１０の極数）となる。ステータ突極１２の
極性を反転させるため、励磁電流の方向は毎回反転させ
る。また、励磁電流のオンオフのタイミングは、ステー
タとロータとの相対的な位置関係のみから定まるので、
フォトインタラプタなどの非接触位置検出素子を用いて
検出することができる。
【００２１】次に、本発明の他の実施形態に係るトルク
発生装置について、図５〜図７を参照して説明する。図
５の装置は、前記第一の実施形態の装置と同等のステー
タコア１０を有している。しかし、ステータ突極１２の
極性配列は第一実施形態とは異なり、隣り合う一対のス
テータ突極１２，１２が構成する突起群１２Ｇが、同一
の極性に励磁されている。ステータコア１０の内側に
は、その中心に配置されたシャフト３０によって回転自
在に支持されたロータコア２０が設けられている。この
ロータコア２０は、前記ステータコア１０に設けられた
同極に励磁された六対のステータ突極群１２Ｇに対応し
て正六角形の平面形状を有するべく形成されている。ロ
ータコア２０には、前記六対のステータ突極群１２Ｇに
対応して、６０゜ピッチで配設されたロータ突極２２が
設けられている。それぞれのロータ突極２２は、前記の
実施形態と同様に、その基部に配置された断面角柱状の
永久磁石２２ａと、その先端に前記ステータ突極１２に
対向するように設けられている突極子２２ｂとからな
る。突極子２２ｂはその一端部に突出部２２ｂ１を有し
ており、ロータ突極２２の径方向に対して非対称に形成
されている。
発生装置について、図５〜図７を参照して説明する。図
５の装置は、前記第一の実施形態の装置と同等のステー
タコア１０を有している。しかし、ステータ突極１２の
極性配列は第一実施形態とは異なり、隣り合う一対のス
テータ突極１２，１２が構成する突起群１２Ｇが、同一
の極性に励磁されている。ステータコア１０の内側に
は、その中心に配置されたシャフト３０によって回転自
在に支持されたロータコア２０が設けられている。この
ロータコア２０は、前記ステータコア１０に設けられた
同極に励磁された六対のステータ突極群１２Ｇに対応し
て正六角形の平面形状を有するべく形成されている。ロ
ータコア２０には、前記六対のステータ突極群１２Ｇに
対応して、６０゜ピッチで配設されたロータ突極２２が
設けられている。それぞれのロータ突極２２は、前記の
実施形態と同様に、その基部に配置された断面角柱状の
永久磁石２２ａと、その先端に前記ステータ突極１２に
対向するように設けられている突極子２２ｂとからな
る。突極子２２ｂはその一端部に突出部２２ｂ１を有し
ており、ロータ突極２２の径方向に対して非対称に形成
されている。
【００２２】次に、図５〜図７を参照して、本実施形態
に係わるトルク発生装置の作用を説明する。図５の状態
において、ロータ突極２２は六対のステータ突極群１２
Ｇにそれぞれ対向している。そして、それらのロータ突
極２２とステータ突極群１２Ｇとの組合せにあっては、
同極同士が向かい合っている。ロータコア２０は、前記
第一実施形態と同様に、ステータコア１０に対して時計
回りに回転し始める。
に係わるトルク発生装置の作用を説明する。図５の状態
において、ロータ突極２２は六対のステータ突極群１２
Ｇにそれぞれ対向している。そして、それらのロータ突
極２２とステータ突極群１２Ｇとの組合せにあっては、
同極同士が向かい合っている。ロータコア２０は、前記
第一実施形態と同様に、ステータコア１０に対して時計
回りに回転し始める。
【００２３】図６は、ロータコア２０が時計回りに３０
゜回転して、それぞれのロータ突極２２が、互いに極性
が異なる隣り合うステータ突極子２２ｂ同士のちょうど
中間に位置した状態を示している。このとき、それぞれ
のロータ突極２２は、回転方向前方の極性が異なるステ
ータ突極１２から、それと対向する突出部２２ｂ１に収
束する磁束によって吸引力を受け、引き続き時計回りに
回転し続ける。回転方向後方のロータ突極子２２ｂと同
極のステータ突極１２はロータ突極２２に対して斥力を
及ぼすので、やはりロータコア２０を時計方向に回転さ
せるモーメントを発生させる。
゜回転して、それぞれのロータ突極２２が、互いに極性
が異なる隣り合うステータ突極子２２ｂ同士のちょうど
中間に位置した状態を示している。このとき、それぞれ
のロータ突極２２は、回転方向前方の極性が異なるステ
ータ突極１２から、それと対向する突出部２２ｂ１に収
束する磁束によって吸引力を受け、引き続き時計回りに
回転し続ける。回転方向後方のロータ突極子２２ｂと同
極のステータ突極１２はロータ突極２２に対して斥力を
及ぼすので、やはりロータコア２０を時計方向に回転さ
せるモーメントを発生させる。
【００２４】ロータコア２０がさらに３０゜時計回りに
回転すると、図７に示すように、それぞれのロータ突極
子２２ｂは、再び一対の互いに同極に励磁されたステー
タ突極１２と対向するようになる。図７の状態では、ス
テータ突極１２と対向するロータ突極子２２ｂの極性は
互いに異なり、ロータ突極子２２ｂにはステータ突極１
２からの吸引力が作用しているので、ロータコア２０に
ついては安定な状態である。本実施形態の装置では、こ
のような図７に示す状態でステータコア１０の隣り合う
一対の突極１２に供給する励磁電流の向きを反転させ、
再び図５に示した不安定な状態を作り出すことによっ
て、ロータコア２０の回転を持続させる。本実施形態の
場合には、いわば六極のステータコア１０を有するモー
タと同等の作用をなすわけであるが、単に図１の装置の
ステータ突極１２を二分の一に間引いた構成のものと比
較すると、ステータ突極１２同士の間のスロットが広く
なることによるトルク変動の増大を抑えることができ
る。また、ロータ突極２２の永久磁石を大型化すること
で発生磁束を増加させることができるので、発生トルク
の増大を図ることができる。
回転すると、図７に示すように、それぞれのロータ突極
子２２ｂは、再び一対の互いに同極に励磁されたステー
タ突極１２と対向するようになる。図７の状態では、ス
テータ突極１２と対向するロータ突極子２２ｂの極性は
互いに異なり、ロータ突極子２２ｂにはステータ突極１
２からの吸引力が作用しているので、ロータコア２０に
ついては安定な状態である。本実施形態の装置では、こ
のような図７に示す状態でステータコア１０の隣り合う
一対の突極１２に供給する励磁電流の向きを反転させ、
再び図５に示した不安定な状態を作り出すことによっ
て、ロータコア２０の回転を持続させる。本実施形態の
場合には、いわば六極のステータコア１０を有するモー
タと同等の作用をなすわけであるが、単に図１の装置の
ステータ突極１２を二分の一に間引いた構成のものと比
較すると、ステータ突極１２同士の間のスロットが広く
なることによるトルク変動の増大を抑えることができ
る。また、ロータ突極２２の永久磁石を大型化すること
で発生磁束を増加させることができるので、発生トルク
の増大を図ることができる。
【００２５】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
わるトルク発生装置によれば、 （１）ロータの突出部がステータの突起部又は突起群と
ほぼ対向する位置に達したときに、ステータ突起部又は
突起群の極性が反転されてロータ突出部と同極になるの
で、ロータ突出部はその同極に反発しつつ回転方向前方
の次の異極に吸引されて回転を続ける。
わるトルク発生装置によれば、 （１）ロータの突出部がステータの突起部又は突起群と
ほぼ対向する位置に達したときに、ステータ突起部又は
突起群の極性が反転されてロータ突出部と同極になるの
で、ロータ突出部はその同極に反発しつつ回転方向前方
の次の異極に吸引されて回転を続ける。
【００２６】（２）前記ロータの突出部の周方向の長さ
が、前記ステータに設けられた突起部同士の間隔よりも
大きく形成されていれば、ロータの突出部は通過しつつ
ある同極のステータ突起部からの反発力と接近しつつあ
る異極のステータ突起部からの吸引力を同時に受けるこ
ととなり、よりいっそうのトルク増大が期待できる。
が、前記ステータに設けられた突起部同士の間隔よりも
大きく形成されていれば、ロータの突出部は通過しつつ
ある同極のステータ突起部からの反発力と接近しつつあ
る異極のステータ突起部からの吸引力を同時に受けるこ
ととなり、よりいっそうのトルク増大が期待できる。
【００２７】等の効果を発揮するものである。
【図１】本発明の一実施形態に係わるトルク発生装置の
構成と作用を示す図その１である。
構成と作用を示す図その１である。
【図２】図１の一部拡大図である。
【図３】本発明の一実施形態に係わるトルク発生装置の
構成と作用を示す図その２である。
構成と作用を示す図その２である。
【図４】本発明の一実施形態に係わるトルク発生装置の
構成と作用を示す図その３である。
構成と作用を示す図その３である。
【図５】本発明の他の実施形態に係わるトルク発生装置
の構成と作用を示す図その１である。
の構成と作用を示す図その１である。
【図６】本発明の他の実施形態に係わるトルク発生装置
の構成と作用を示す図その２である。
の構成と作用を示す図その２である。
【図７】本発明の他の実施形態に係わるトルク発生装置
の構成と作用を示す図その３である。
の構成と作用を示す図その３である。
【図８】従来技術の構成を示す断面図である。
１０ ステータコア １２ ステータ突極 １２ａ 先端部（ステータ突極１２の） １２Ｇ ステータ突極群 １４ 巻線（ステータ突極１２の） ２０ ロータコア ２２ ロータ突極 ２２ａ 永久磁石 ２２ｂ ロータ突極子 ２２ｂ１ 突出部（ロータ突極２２の） ３０ シャフト ４０ 電流制御回路 Ｗ 配線（巻線１４への）
Claims (3)
- 【請求項１】 磁性材料で形成された環状部材の内周に
沿って偶数個の突起部を有し該突起部の各々の周囲に導
線が巻回されてなるステータと、前記環状のステータの
内側に回転自在に配設され、その外周に沿って前記ステ
ータの突起部の各々に対応して配設された突出部を有す
るロータとを備えたトルク発生装置であって、 前記ステータに設けられた突起部は、前記導線に供給さ
れる電流によって該隣り合う突起部がそれぞれ異極性を
有するべく励磁され、前記ロータの突出部は、それぞれ
基部に配設された永久磁石部材とそのロータ径方向外周
側に固設された磁性部材とからなり、該永久磁石部材は
互いに異なる極性が隣り合うように配置されるととも
に、前記磁性部材の端縁部は前記ステータの突起部に向
かって非対称に形成されており、 前記ロータの突出部は、前記ステータの突起部であって
該ロータの突出部と異なる極性を有する突起部と相対向
したときに該突起部の周囲に巻回された導線への電流供
給の向きを反転させて該突起部の極性を反転させるよう
にしたことを特徴とするトルク発生装置。 - 【請求項２】 前記ロータの突出部端縁部の周方向の長
さが、前記ステータに設けられた隣り合う突起部の端部
同士の間隔よりも大きいことを特徴とする請求項１に記
載のトルク発生装置。 - 【請求項３】 磁性材料で形成された環状部材の内周に
沿って偶数個の突起部を有し該突起部の各々の周囲に導
線が巻回されてなるステータと、前記環状のステータの
内側に回転自在に配設され、その外周に沿って突出部を
有するロータとを備えたトルク発生装置であって、 前記ステータに設けられた突起部は、前記導線に供給さ
れる電流によって隣り合う二個一組の突起部からなる突
起群がそれぞれ異極性を有するべく励磁され、前記ロー
タの突出部は、それぞれ基部に配設された永久磁石部材
とそのロータ径方向外周側に固設された磁性部材とから
なり、該永久磁石部材は互いに異なる極性が隣り合うよ
うに配置され、前記磁性部材の端縁部は前記ステータの
隣り合う二個の突起部からなる突起群に対向するように
延在するとともに、該突起群に向かって非対称に形成さ
れており、 前記ロータの突出部が前記ステータの突起群であって該
ロータの突出部と異なる極性を有する突起群と相対向し
たときに、該突起群を構成するそれぞれの突起部の周囲
に巻回された導線への電流供給の向きを反転させて該突
起群の極性を反転させるようにしたことを特徴とするト
ルク発生装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8184959A JPH1032967A (ja) | 1996-07-15 | 1996-07-15 | トルク発生装置 |
| US08/800,279 US5717316A (en) | 1996-07-15 | 1997-02-13 | Motive power generating apparatus utilizing energy of permanent magnet |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8184959A JPH1032967A (ja) | 1996-07-15 | 1996-07-15 | トルク発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1032967A true JPH1032967A (ja) | 1998-02-03 |
Family
ID=16162350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8184959A Pending JPH1032967A (ja) | 1996-07-15 | 1996-07-15 | トルク発生装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5717316A (ja) |
| JP (1) | JPH1032967A (ja) |
Cited By (1)
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