JPH01198265A - 低トルク変動の高効率電動機 - 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「無鉄心」式電動機に関する。

この種の電動機は回転（また円形）装置であるが、直線
装置であってもよい。この種の電動機が空間寸用いられ
る場合、電動機は一つまたはそれ以上の磁性ベヤリング
と関係することが多い。

実際には、外乱、特に関連の電動機がおこす外乱をでき
る限り小さくする結果になる磁性ベヤリングのエネルギ
消費を小さくする試みがなされている。この目的で、半
径方向のスチフ庫スを大きな欠点とする「有鉄心」電動
機より「無鉄心」電動機が好まれ【いる。

環境が真空および許容温度範囲の点できびしい場合◆こ
はこれらの「無鉄心」電動機を伝統的にしかし無制限に
利用することは遊星輪の磁性ベヤリングに影響する。

この種の電動機は例えば本出願人のフランス特許第６９
２４２１０および米国特許第３９５５８５８号および４
２１１４５２号に開示されている。

これらの三相回転型電動機は固定子に対し回転する回転
子を組入れ【いる。固定子は三重にした複数の交互の巻
線を各複数巻線内で直列◆こ接続し円周方向に相互に列
べて形成した回転子と同軸の円筒状励磁部片を保持して
いる。これらの複数の巻線はその各複数が一つの移相に
対応しているが、これら交番的に巻線に電流を通すよう
にしたスイッチを介して各電源に接続されている。励磁
部片は永久磁石のリングに沿って環状エアギャップに配
置され、これら永久磁石は交互に半径方向に磁化されて
その磁場はエフギャップｊよび永久磁石リングの各半径
方向側に配置された磁気閉成リングにより閉成される。

複数の巻線内に流れる電流は磁石の磁場と相互に作用し
てラプラスの法則に定義される電動機トルクを発生する
。

実際には、永久磁石は、うず電流（回転子／回転子の相
対速度が高いため大直径電動機に自いては非常に高い）
を小さくするために、円周方向に相互に食違っている結
果、次々と続く移相量の切換えのため電動機トルクに無
視できない変動が起る。

本発明の目的は電動機トルりの変動を大幅に減少しうず
電流が引きおこす抗力現象を減少することによつ【回転
子の磁石が固定子の各金属部品の極く近くにあっても電
動機の効率を上げることにある。

この目的で本発明では固定体に対し通路に沿っである自
由度を以て移動できる移動体よりなり、これら両物体の
一方が相互に一列に並び上記通路に直角をなす連（ｒｕ
ｎ　）を組込んだ一組が複数個の交互に巻かれたコイル
で形成された励磁部片を保持し、一移相に付き複数個の
コイルがあり、上記励磁部片は複数個のコイルを交互に
励起するスイッチを含む賦活または通電袋（ｉｌ　（ｅ
ｎｅｒｇｉｓｅｒ　ｄｅｖｉｃｅ　）に接続されていて
、他方の物体が交互の磁化方向に上記通路を横切る方向
に磁化される二重の複数個の磁石により形成された列と
この列の両側に励磁部片が配置された一定幅のエフギャ
ップを上記列に沿って形成する二本の磁性棒とを組込ん
だ構造の多相電動機にｈいて、軟磁性材料の二枚の連続
プレート間に永久磁化列がこの列を構成する磁石の磁化
方向と並行に配置されたことを特徴とする多相電動機が
極く一般的な方法で提案されている。

上記のごとき装置によって、磁場を閉成する付加的磁性
部品のせいでうず電流積を減少し、この損失を避けるこ
とが可能になる。

そこで上記磁石は電動機の外周に隣接して取付けられて
いるが、これには磁場が弱くなる磁石の端部に近づけす
ぎて磁石を使用することを避ける利点がある。磁気セク
ターがその隣接配列の結果として長くなることによって
各セクターにおいて定磁場を持つより大きな部域を得て
そのためより大きな回転角にわたって定電動機トルクを
生みだすことができる。この利点によって各移相間の電
動機トルりの重複部分が事実上トルク損なしで、従って
トルクの変動なしで達成できる。

必要条件次第で、本発明の電動機はリニアまたは回転式
となり、コイルおよび磁石がそれぞれ固定子および回転
子に支えられるかまたはその逆になる。

この電動機の動作は真空および（または）温度−こよっ
て悪影響は受けない。

本発明の電動機は冗長および（または）誘導の理由で数
個の磁石＋コイルグループを組込むこともできる。

本発明の目的、特徴および利点は添付の図面を参考に制
限するのではなく車番こ例示を目的として以下におこな
う説明から明白になる。

第１図乃至３図は固定子を形成する固定構造体２に対す
る軸線Ｘ−Ｘを中心に通路りに沿って回転移動する回転
子１よりなる本発明の「無鉄心」電動機を概略的に示す
。

固定構造体２は回転子の回転範囲Ｘ−Ｘ線を中心とする
軸対称容積を決定するケーシングを含む。固定構造体２
には公知の方法で円筒状励磁部片３が固定されていて、
部片３は環状の一連のコイルＡ　Ｂ　ＣＡＢ（１；・・
・・・・を形成するように相互に円周方向を二列をなし
て配置された三重の複数個の交番コイル巻線３Ａ　、３
Ｂ　、３Ｃにより形成され（第２図参照）、これら各複
数個のうちの御飯数個をなす全コイルＡ（またはＢまた
はＣ）は相互に電気的に接続され電動機の一つの電気相
を限定する（従つ【この場合は電動機は三相電動機であ
る）。三相Ａ、Ｂ、Ｃには相互に独立して途切れること
なく且つセンサ（図示せず）で感知される回転子および
固定子の相対的角度位置次第で符号５で暗示のスイッチ
からの命令に従って符号４で暗示の励磁装置により電力
が供給される。

本発明においては、コイルはその形が実質的には長方形
で円周方向の連または線７に接続された軸方向の連また
は線６を組込んでいる。

励磁部片３の構造および通電装置４−５の構造は公知で
、特に冒頭に述べた文書から公知であるのでここでは詳
述しない。

回転子１は符号８に暗示する任意適当な形式の磁気ベヤ
リングにより回転して案内され軸方向に且つ半径方向に
保持されている。

回転子１は同一規模の半径方向磁化を有するが一つの磁
石１０Ａから次の磁石１０Ｂへ逆行する磁化方向を有す
る環状の一連の永久磁石により公知の方法で形成された
永久磁化リング９を励磁部片３へ半径方向に向けること
を含む。

交互に磁化された磁石は実質的に隣接している。

永久磁化リング９の横側に磁性材料のリング１１が走っ
ており、さらに別の磁性材料のリング１２がこれとは反
対側の磁化リング９に対し半径方向に食違って配置され
て、励磁部片３が配置された一定厚さの半径方向エアギ
アツブＥ・を形成している。

リング９，１１および１２は第１図ではエアギャップよ
り上側に第２図ではエアギャップより下側番こある非磁
性材料のフライホイール１３に支えられている。

図示の実施例では磁化リング９は半径方向にエアギャッ
プＥの外側にある。

磁性材料の環状プレート１４および１５は各々磁化りン
グ９の各側に軸方向に配置されているＯ 本文ではこれらのプレートは磁化リング９と同じ軸寸法
の隣接する磁性リング１１の各側にも各−つあるように
軸方向に延びている。

第３図に示されるとおり、各磁石１０ＡまたはＩＯＢの
磁場は磁性リング１１および１２と隣接の磁石１０Ｂま
たはＩＯＡとを介して軸線Ｘ−Ｘを横切って閉じられる
。

環状プレート１４および１５のせいで漏れ磁束もまた軸
線Ｘ−Ｘに並行に閉じられる。

各磁石は振幅α８の等寸法角度のセクターを占めている
。磁石の実質的に不変の軸方向磁場はその軸の縁近くで
実際には弱化する。

同一相のコイル、例えばコイル３Ａがスイッチ５の制御
のもとで電流（電圧ではなく）の供給を受けると、軸方
同速６に流れる電流は向い合う磁石の磁場と相互に作用
・し合っである力を発生し、その力の方向および規模は
ラプラスの法則により決定される。その結果は回転子に
加えられるトルクＣＡであり、第４図の曲線ＣＡは回転
子と固定子との間の相対角βと共にこの曲線が如何に支
わるかを示し【いる。コイル３Ｂが後で通電されると曲
線ｃＢで示すトルクが同様に発生する。

βＡを回転子／固定子の角度位置とし、この位置に対し
スイッチは相Ｂの通電を誘発し、またβＢを相Ｂの通電
を誘発するための位置とする。

これら角度位置間の食い違いα８は各相の有効角を限定
する。

数値βＡおよびβＢの近くでは当該の連６に対し磁石の
端が近接していることのため、ＣＡおよびｃＢに対しト
ルク損ΔＣがある。食違いα。がα、に対し小さければ
小さい程、この損は小さい。

トルク損ΔＣは全体の電動機トルクＣの変動を起し、そ
の振幅は比率αＵ／α８の如何と各相に対するスイッチ
ング速度および電流の立上りのこう配の如何とに依存す
る。

この変動の振幅を小さくするためには、曲線ＣＡまたは
ｃＢの形はできる限り長方形に近くなければならず、α
１はα８に関して小さくなければならぬことを意味する
。このことによって磁石の円周方向の両端を使用するこ
とが回避できる。

これは各磁石を隣接して配置することによって達成され
る。

比率αＵ／α８は１／２乃至２／３の数値、好ましくは
四相電動機をこ対しては１／２、また三相電動機に対し
ては２／３の数値を持つよう選ばれることが好ましい。

閉成磁性プレート１４および１５が隣接する各磁石間の
磁束の変動を吸収するので固定子に発生して回転子を遅
らせるうず電流を少なくする。

これらのプレートが存在することによって固定子の金属
部品が回転子に近接することによるブレーキ力を率◆こ
してほぼ１０だけ減少することができる。

第５図および６図は本発明のリニア式電動機の別の実施
例を示す。

コイル３’Ａ　、　３’Ｂ　、　３’Ｃは交互に横方向
に磁化する永久磁石の二列９′オよび９′′（−列でも
十分であろう）により本文では範囲を定められたエフギ
ャップＥ′に配置されたほぼ平面の通路Ｄ′に平行する
励磁部片を各コイル内に限定し【いて、各列の磁石１０
’Ａ　、　１０’Ｂはこれらに向き合う磁石と同じ磁化
方向を有する。磁化列９′および９“の各々はエアギャ
ップＥ′とは反対側にこの各磁化列に沿って走る磁性棒
１１′および１２′を有し漏れ磁束を閉じるため磁性プ
レート１４′と１５’との間に配置されている。この場
合これらのプレートは磁性棒１１′および１２′の各側
に一つ配置される程には延びていないが、これも可能で
ある。

１８および１ｕ（直線振幅）で示した同じ振幅関係がこ
こに適用される。

事実、極く一般的な方法で、隣接する磁石の場合で仕組
によっては、比率αＵ／α８は三相に対しては値２／３
を、四相に対しては２／３を取る。

Ｒが磁石の平均半径とすると、各磁石の端における磁場
損現象を最大限に少なくするためには、値（α８−αａ
）・Ｖ２ができる限り高いことが必要である（リニア電
動機の場合、式（１ｕ−１ａ）　／　２に置替えられる
）。

これを達成するのに三つの方法がある。

１）平均半径Ｒを増加すること、 ２）相数を増加すること、 ３）隣接する磁石（およびうず電流を除くためプレート
１４および１５）を使用すること。

極を多くすればする程、相当りの巻線が多くなる。

本発明の範囲を逸脱１°ることなく当業技術者による種
々の変態実施例の提案が可能であることは明白である。

例えば励磁コイルを運動部材に支持させ磁石を固定部材
に支持させることもできる。同様に、複数個の磁石−コ
イル構造体を運動部材と固定部材との間に一方を他方の
部材の上側に、あるいは並列に、できれば接触して取付
は且つさらに共通部品（磁石および（または）各種の磁
性棒および磁性プレート）で構成することができよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の「無鉄心」電動機を軸方向横断面で示
す部分略半図、第２図は「無鉄心」電動機の部分斜視図
、第３図は第２図の矢印■の方向に見た部分略図、第４
図は回転子と固定子との間の角度βの関数として電動機
トルクＣを本発明用に示すグラフ図、第５図は本発明の
りニアモータ用の第３図同様の図、第６図は第５図の■
−■線に沿った第５図の部分断面図である。 なお図において、符号１，１′は運動体、２゜２′は固
定体、３．３′、３“は励磁部片、３Ａ、３Ｂ。 ３Ｃは交互に巻かれたコイル、４は通電装置、５はスケ
ッチ、９．９′、’９“は列、１１．１１′、１２　、
１２’は磁性棒、Ｅ　、　Ｅ’はエアギャップ、９．９
′、９“は永久磁化列、１４，１５．１４′、１５′は
軟磁性材料、αＡ　ＩＩＡは振幅、α。、１ｕは有効振
幅である。 ＦＩＧ、　１ 手続補正書 ｉ和７年７月２夕日 イ込トル２１と苛＃ｓ”４？力虐ｐｃ倉ｐ木ぺ・３、補
正をする者 事件との関係　　￥’ｓｉ量論Ａ量 論−嘩扛曙ト噂扛 ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固定体に対し通路に沿つてある自由度を以て移動で
   きる運動体（１）よりなり、これら両物体の一方（２、
   ２′）が相互に一列に並び上記通路に直角をなす連を組
   込んだ一組が複数個の交互に巻かれたコイル（３Ａ、３
   Ｂ、３Ｃ）で形成された励磁部片（３、３′）を支持し
   、一移相に付き複数個のコイルがあり、上記励磁部片は
   複数個のコイルを交互に励起するスイッチ（５）を含む
   通電装置（４）に接続されていて、他方の物体が交互の
   磁化方向に上記通路を横切る方向に磁化される二重の複
   数個の磁石により形成された列（９、９′、９″）と該
   列の両側に励磁部片が配置された一定幅のエアギャップ
   （Ｅ、Ｅ′）を上記列に沿つて形成する二本の磁性棒（
   １１、１１′、１２、１２′）とを組込んだ構造の多相
   電動機において、軟磁性材料（１４、１５、１４′、１
   ５′）の二枚の連続プレート間に永久磁化列（９、９′
   、９″）が該列を構成する磁石の磁化方向と平行に配置
   されたことを特徴とする多相電動機。 ２、前記励磁部片（３′、３″）が固定体（２、２′）
   に支えられ、前記永久磁化列（９、９′、９″）、磁性
   棒および磁性プレートが運動体に支えられたことを特徴
   とする請求項１に記載の電動機。 ３、電動機がエアギャップ（Ｅ′）の各側に一つづつ配
   置された二つの永久磁化列（９′、９″）よりなること
   を特徴とする請求項１または２に記載の電動機。 ４、永久磁化列（９）を装置させた前記軟磁性プレート
   （１４、１５）は隣接の磁性棒（１１）がさらに該プレ
   ート間に配置されるように延伸されたことを特徴とする
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電動機。 ５、前記運動体（１）が固定子（２）を形成する固定体
   に対し回転移動可能な回転子で、永久磁化列（９）、励
   磁部片、磁性棒（１１、１２）および磁性プレート（１
   ４、１５）が環状であることを特徴とする請求項１乃至
   ４のいずれか１項に記載の電動機。 ６、前記運動体（１′）が固定体に対し直線路を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至４に記載の電動機。 ７、各磁石の振幅（α＿Ａ、１＿Ａ）の比率が各コイル
   の有効振幅（α＿ｕ、１＿ｕ）の比率に対し三相用では
   ３／２、四相用では２／１であることを特徴とする請求
   項１乃至６のいづれか１項に記載の電動機。