JPS58165656A - 永久磁石形リニヤステツピングモ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、単位重量あたり、単位容積あた９の出力、ト
ルク、・譬ワレイトなどの性能密度があらゆる常温使用
の電気機械の中で最龜高い構造をなし九永久磁石形ステ
ッピングモータに関する。

電磁機械の力発生の原理は ■　嵯磁石同志の吸引１反撥、 ■　電磁石が鉄心を吸引する。

Ｏ電磁石と永久磁石の吸引１反撥、 に分けられる。

■は二つの電磁石が別々の電源で励磁されるものと、電
源は一つで他方の電磁石は一方から電磁−導により励磁
されるものに分れる。

■とのは一方の電磁石に対して、他方は鉄心や永久磁石
のように励磁銅損を発生しないものを用いているので、
電磁石は大きなアンペアターンがとれるため有利である
。

しかし実ｌＩＩは、Ｏは鉄心の飽和、○は電機子反作用
による永久磁石の減磁により最大電磁力が抑えられてし
まう欠点がある。

θでは、この対策として永久磁石の高さを高くし、抗磁
力の大きい永久磁石（材料）を使うなどするが、材料費
、マシンサイズが大きくなって経済的ではない。

以上説明した電磁機械は、回転子表面の単位面積当たり
のａｍ力σ、が、空−磁束密度Ｂｙ　　と電機子の円周
方向の単位長さＩ！ｊえりの電流導体数ａＣの積 ｅ　ｔ　＝ＢＩＩ・（ａ　ｃ　） で表わされるもので、 ８９く２万ガウス 畠ｃ　＜　１，０００アンペア／センチメートルとする
と、 ＃ｔく２キログラム／平方センチメートルである。

実際はこの１／４　　ぐらいがリミットで、σｔ＝１キ
ログラム／平方センチメートルは非常に大容量のマシン
（１０００ＫＷ以上）でなければ実現できない。

小容量の小形マシンで、接線力ｇｔ　を連続時間定格で
ＩＱｗｔ／ｃｍ”Ｋ近ずける方法は、誘導子電磁石を用
いる以外にない。

誘導子電磁石を用いたものを上の分類にならって、■’
　、＠’　、θ°とすると。

［相］’ＶＲ（／？グリアルリラクタンス）形θ’　　
ＰＭ（・ダーマネントマグネット）形に分けられる。０
′　の中で永久磁石を使った鍔導子形界磁を用いた本の
を、Ｈ９（ハイブリッド）形とステツピンダモータでは
名ずけている。

ＶＲ形とＨａ（ハイブリッド）形は、空一部で鉄心の歯
同志が対向する構造なので、この歯の根元で磁気飽和が
おきるために、この空隙部に与えることのできる起磁力
が低下してしまって、接線力−の＠度は理論的最大値が
約８００ＶｃＩＩＬ２　　である。実際はこの１／４　
として接線力の平均は２００！ｉ／ｃＩＩＬ２が限度で
あると考えられる。

これは、空隙磁束量［Ｂｇ　＝　１万ガウス、電１１　
　　　　１導体数−ｃ＝２００＾／ｃｍ　の接線力σ、
に対応するもので、誘導子を使わない限り、小形モータ
ではなかなか出せない値である。

ＰＭ形は、空隙部で着磁された永久磁石の磁極と電機子
鉤導子鉄心の歯が対向する構造である。

ＰＭ形の電機子からみた磁気ギャップＰＰＭ　　は磁石
厚みとクリアランスの和であり、ＶＲ形の空１ＩＩＩｖ
ＲＫ〈らぺて１０倍近く大きい。

ではこれを図によって説明しよう。

第１図はＶＲ形（Ｈａ形を含め、これで代表させる）の
初期位置図、菖２図はその最終位置図、第３図はＰＭ形
の初期位置図、第４図はその最終位置図である。１は固
定子、２ｔｉ可動子、３は永久磁石からなる可動子であ
る。

磁石の抗磁力をＨＣ１磁石の高さＬｎｌで表わすとき、
磁石の起磁力Ｈｃ−Ｌｍと電機子起磁力を等しいとし、
’ｐＭ″＝−Ｌｍ　と考えると、第１図、纂３図から分
るように、初期位置におけるＰＭ形の磁束はＶＲ形の半
分である。

レアアース磁石の残留磁束密ｆｉｌ、＝１万ガウスとす
ると、最終位置におけるＰＭ形（第４図）の磁束量ｆ　
ＢＩｉが２万ガウスになるためには、電機子起磁力はＩ
Ｊｃ１万ガウメガウスイヤツｆｌｉｐＭＫ通す必要があ
る。この起磁力は磁気ギャップｇｖＲＫｚカガウス通す
ＶＲ形（第２図）の起磁力にくらべて約５倍も大きいこ
とがわかる。

なお、第２図のＮ、Ｓの歯の根元で磁気飽和が起きるが
、９４図の固定子ＩＫおけるＮの歯の根元では磁気飽和
はしない。従ってこの最終位置における磁束は両者では
ｙ相等しい。

しかして、初期位置から最終位置まで動く関に変化する
電磁コエネルギが機械工ネルゼに変換される。この値は
ＰＭ形では電機子起磁力と、この間に変化した磁束量の
積である。これに対し。

ＶＲ形は飽和の影響（ＩＩＩ２図）が入るのでむずかし
いが、大体、電機子起磁力Ｘ変化磁束×１／２である。

従ってＰＭ形の電磁力はＶＲ形の９倍出せることがわか
る。更に磁石の高さＬｍは歯ピッチ万に比例させてもこ
の電磁力は変らないから、歯ピッチＴｔを小さくして磁
石の使用量を少なくすることができる。

ｍｓ図は本発明の基本原理を示す平行形銹導子の平面図
、第６図はそのｘ−ｘｅ　断面図である。

ｍｓ図において−と溝を区別するために溝部に魚群ｔ−
施している。

この原理図において、４は励磁コイルで、固定子＾およ
び固定子Ｂ工、８２には歯を形成し＾とＢよ。

Ｂｇ　　とは歯と溝がひつくり返っている逆ピッチで電
気角で１８０°ずれており、＾がＳ極のときＢよ。

Ｂ２　はＮ＆に励磁される。

第７図は本発明の基本原理を示す直角形−導子の平面図
である。

その原理図において、ここで４．Ａ部と８よ、８２部の
歳と溝は逆ピッチで電気角で１８０°ずれている。

１ｍ８図は本発明の一実施例（平行形誘導子の場合）の
備断面図である。

５は磁性体からなるヨーク、６ｔｉ可動子（豹導子−）
、７Ｆｉたとえばレジン（ステンレスでよい）郷でこれ
により６の誘導子歯相互を固着成形させている。８は誘
導子歯に対向して着磁された永久磁石、９は界磁ヨーク
である。

コイル４．ヨーク５および界磁−−り９Ｖｒもって固定
子１１を構成し、ｌＩ誘導［６とレノン７が可動子１２
を形成するつ つまり、第５図の誘導子歯の部分を切り放し、この梯子
形の一１！１６を可動子とし、コイル４及び界磁ヨーク
９と永久磁石８の界磁部は固定子となる。

もつとも、この可動子１２と固定子１１は相対的な関係
（あり、１２を固定し１１を可動としてもよい。

梯子状の可動子６は、この移動方向に並ぶ歯のピッチが
一定でなければならないので、これに対応して、永久磁
石８の界磁部が、コイル４の内側と外側に対向する場所
で、同じ割出ピッチに対応する磁極の極性が逆になるう 第８図で、＾の範囲の界磁のＮ極が可動子−６と一致す
る時は、Ｓｌ、Ｓ２　の範囲ではＳ極が−６と一致する
ように永久磁石８が着磁されている。

第９図は、第８図の実施例の斜視図である。

＠１０図、第１１図、第１２図は１本発明の他の実施例
（［角形鰐導子の場合）の部分平面図である。

全体の構成は第８図・第９図のような形態をとる。ただ
し、＃！８図のコイル４とその向きが直角方向に異なる
。ｌｉｌＯｗＪと第１２図は固定子、第１１図は可動子
を表わす。

この場合は、可動子の歯部を移、動方向に平行な三９の
部分（８１，Ａ、８．）ＶＣ分け、ＡＩＦ）ｍが８．。

８２部の溝に一致する割出しで歯を配列する。このよう
にすれば磁石８の磁極は、　ｔ＊、　Ｓ動方向にそって
一定ピッチで着磁すれば亀い。

また、可動子の−を＾部とＢよ、８□部で、半ピツチず
らせる代りに、磁石８の磁極なＡ部と８１．Ｂ。

部で牛ピッチずらせる構造も可能である。この場合は、
第８図の平行形−導子と全く同じ考え方になる。

第１３図は本発明になる巣極１ｆ１４子歯電機子の場合
の応用例の断面図、第１４図はそのｘ−×°およびＹ−
Ｙ’断面図である。

ｌＯは非磁性体、１１はたとえば産業機械である。

左伺のコイル４ｔ−＾相、右側のコイル４をＢ相とした
とき、この場合は−セットで＾相、Ｂ相電機子が構成さ
れる。

ｘ　−ｘ’の誘導子歯６とＹ　−Ｙ’の誘導子歯６は１
／４　歯ピッチずらしである。なお、誘導子歯６でなく
磁極８の着磁を１／２ピツチずらピてもよい。

９１５図は本発明のさらに他の実施例の斜視図である。

この鍔導子形電機子の構造は、固定子５と可動子６の対
向面に喬厘な方向のマシン寸法（ｄ工、ｄ２）が最小に
できるので、多板形のクラッチのように沢山のりニヤモ
ータを並列に１槓層して大容量化できる。

かくして、本発明によれば、性能密度が極めて高い調性
が強く軽量のりニヤステッピングモータが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＶＲ形の初期位置図、第２図はその最終位置図
、第３図はＰＭ形の初期位ｆｌｔ園、第４図はその最終
位置図、第５図は平行形誘導子の平面図、第６図はその
ｘ　−ｘ’断面図、！７図は直角形誘導子の平面図、第
８図は本発明の一実施例の側断面図、第９図はその斜視
図、第１Ｏ図、第１１図。 第１２図は本発明の他の実施例の部分平面図、鯖１３図
は応用例の断面図、鎮１４図はその×−ｘ′およびＹ−
Ｙ’断面図、第１５図Ｆｉ禾発明のさらに他の実施例の
斜視図である。 １．１１・・・固定子。 ２．１２・・・可動子。 ３・・・永久磁石（可動子）、 ４・・・励磁コイル。 ５・・・ヨーク、 ６・・・可動子（ｎ導子−）、 ７・・・非磁性充填剤（たとえば、レジン、ステンレス
）。 ８・・・永久磁石。 ９・・・界磁３−り。 １０・・・非磁性体。 Ｕ・・・産業機械。 馬１図 馬２図 第３図 豚ｐ　　　　　　　　（ 馬５図　　　　　壓７図 鷺６図 第８図 馬９図　　　　　　第１０図 苓１１図 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電機子を誘導子とし界磁を多極に着磁した永久磁石とす
   る永久磁石形ステッピングモータに２いて。 固定子は、ＷＪ動子の移動軸に沿って相数個のユニット
   を配置し、このユニットはそれぞれ単相の電機子および
   移動軸方向に多極着磁された永久磁石の界磁を備え。 可動子は、ｓＩ誘導子部分のみを一体ＫＩ！を形して。 ビーム状に構成し、各相ユニットは界磁磁極がこのＩ導
   子−に対し一定の相差角をなすように配置された ことを％黴とする永久磁石形リニヤステッピングモータ
   。