JP2002359959A - 多相環状コイル型hb式回転電機 - Google Patents
多相環状コイル型hb式回転電機Info
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Abstract
め精度が良く、かつ、安価な多相環状コイル型HB式回
転電機を提供する。 【解決手段】 外周にNr個の歯を等ピッチで有した磁
性体よりなる回転子磁極2個20、21で、軸方向から
永久磁石22をサンドイッチ状に挟持した単位回転子を
形成し、この単位回転子を軸方向に合計P個配置してな
る回転子と、それぞれの単位回転子とエヤギャップを介
して対向させるとともに、固定子鉄心1、4、9、10
はQ個のポールを有し、このQ個のポールの各々はq個
の複数の歯2、3、5〜8、11、12を有し、Q個の
ポールが交互に噛み合う様に、固定子鉄心2個で環状コ
イル13、14を軸方向から挟持して単位固定子を形成
し、この単位固定子を軸方向に合計P個有してなる固定
子と、を備え、単位回転子と単位固定子同士が対で単位
対を形成して、軸方向にP個の単位対を成すとともに、
固定子鉄心間または回転子磁極間で、180°/(P・
Nr)(機械角)偏位した構成とした。
Description
機器等に使用される多相環状コイル型HB式回転電機に
関する。
を挟持する、いわゆる、ハイブリット(以下HBと略
す)式回転電機(主にステッピングモータ)は、大トル
クで高分解能のため、2相式のHB式ステッピングモー
タとして広く使用されている。
ルを回転子の外周方向に分布させる、いわゆる、相分布
型構造が主流である。また、最近、環状コイル型HB式
回転電機として、「米国特許4764697」が提案さ
れている。
イル型HB式回転電機50について、図6を用いて説明
する。図6は、この環状コイル型HB式回転電機50の
分解斜視図である。
転電機50の主要構成は、永久磁石42とこの永久磁石
42を挟んだ1対の回転子磁極40、41から成る回転
子Rと、固定子鉄心30、31、34、及び、環状コイ
ル38、39からなる固定子S、S’である。また、同
図において、35は回転子軸、32、33、36、3
7、45、46、47、48はそれぞれ固定子鉄心3
0、31、34の歯である。
コイル型HB式回転電機は、次のような問題を備えてい
る。 (1)相分布型構造のHB式回転電機は、HB式回転電
機の主流であるが、固定子スロットからコイルを挿入す
るため、電機素子の組立作業に時間が掛かり、安価が困
難である。 (2)上述した「米国特許4764697」の環状コイ
ル型HB式回転電機は、回転子磁極が1対で、2個の固
定子に対向させるために、検討してみると、後述するよ
うに、トルクの発生に必要な鎖交磁束が不均一磁路とな
るため、不十分で、かつ、バラツキが大で、実用的な面
に問題がある。 (3)同じく、環状コイル型HB式回転電機は、回転子
の磁路が1相と2相間の固定子を通過するので、各相独
立磁路ができなく、振動や位置決め精度が良くない。
コイル型HB式回転電機50の問題について、図6を用
いて詳細に説明する。上述したように、「米国特許47
64697」の環状コイル型HB式回転電機50は、回
転子Rの回転子磁極40、41が1対で、2個の固定子
S、S’に対向している。
と、固定子鉄心30の歯36、37同士が100%対向
した場合、固定子鉄心34の歯45、46と、回転子磁
極41は、100%不対向し、山と谷の関係にある。
鉄心34の歯47、48、また、固定子鉄心31の歯3
2、33は、各々50%ずつ対向している。即ち、永久
磁石42から出た磁束は、回転子磁極41の歯から、固
定子鉄心30の歯36、37に入り、固定子Sを経由し
て、固定子鉄心34の歯45、46から約50%がコイ
ル38と鎖交して、回転子磁極40を経て、永久磁石4
2へ戻る。しかし、残りの約50%の磁束は、固定子鉄
心31を通り、固定子鉄心31の歯32、33からコイ
ル39にも鎖交して、回転子磁極40を経て、永久磁石
42へ戻る。
回転電機50は、2相機なので、コイル38とコイル3
9には、90度位相の異なった交流を流す。従って、1
相コイルの鎖交磁束をΦとすると、トルクTは、電流を
i、回転子機械角速度をωmとして次式となる。 T=√2(dΦ/dt)i/ωm (1)
磁束Φが大きく、(dΦ/dt)と、電流iの位相が同
じであるとき最大になる。
転電機50の場合、鎖交磁束Φは、上述した理由で、1
/2であり、仮に、コイル38の電流iと(dΦ/d
t)の位相が同じとした場合、コイル39を流れる電流
iは、位相が90度ずれるので50%の鎖交磁束Φによ
る(dΦ/dt)は位相が同じにならず、1相と2相の
合計トルクTは小さなものになってしまう。
ルクが大きく、振動騒音が少なく、位置決め精度が良
く、かつ、安価な多相環状コイル型HB式回転電機を提
供することを目的とする。
型HB式回転電機は、上記課題を解決するために、請求
項1に記載のものは、外周にNr個の歯を等ピッチで有
した磁性体よりなる回転子磁極2個で、軸方向から永久
磁石をサンドイッチ状に挟持した単位回転子を形成し、
この単位回転子を軸方向に合計P個配置してなる回転子
と、それぞれの単位回転子とエヤギャップを介して対向
させるとともに、固定子鉄心はQ個のポールを有し、こ
のQ個のポールの各々はq個の複数の歯を有し、Q個の
ポールが交互に噛み合う様に、固定子鉄心2個で環状コ
イルを軸方向から挟持して単位固定子を形成し、この単
位固定子を軸方向に合計P個有してなる固定子と、を備
え、単位回転子と単位固定子同士が対で単位対を形成し
て、軸方向にP個の単位対を成すとともに、固定子鉄心
間または回転子磁極間で、180°/(P・Nr)(機
械角)偏位した構成とした。但し、Nr、P、Q、qは
それぞれ自然数とする。
子磁極で挟持した永久磁石のN極から出た磁束は、N極
側回転子磁極の歯からエヤギャップを介して固定子鉄心
の対向する歯に入り、固定子鉄心を通過し、環状コイル
と鎖交し、エヤギャップを通過してS極側回転子磁極の
歯から永久磁石のS極に戻る閉回路磁路を形成し、永久
磁石から出る磁束を十分に活用することができる。この
結果、各相独立磁気路となるため、トルクが大きく、振
動騒音が少なく位置決め精度が良い回転電機となる。ま
た、コイル構造を、ボビン巻コイル構造とすると、安価
なモータを提供できる。更に、2相のみでなく3相、5
相等の安価な多相機化ができ、ステップ角の微少角化、
及び、高分解能化ができる。
回転電機は、請求項1に記載の多相環状コイル型HB式
回転電機において、前記固定子のQ個のポールが、クロ
ーポール群より構成してもよい。
とすると、更に、安価とすることができる。
回転電機は、請求項1又は2に記載の多相環状コイル型
HB式回転電機において、前記単位回転子を形成して永
久磁石を挟持する該2個の回転子磁極同士は、180°
/Nr(機械角)偏位し、単位固定子を形成する該2個
の固定子鉄心同士は、その隣接する噛み合う固定子ポー
ル間の角度(同位置の歯またはクローポール間の角度)
が、180°/Q(機械角)で、かつ、Nr=Q(2n
±1)である構成とした。但し、nは自然数とする。
きく、振動騒音が少なく位置決め精度が良い回転電機と
なる。
回転電機は、請求項1乃至3のいずれかに記載の多相環
状コイル型HB式回転電機において、P=2、Q=2で
ある構成とした。
とともに、コンパクトで、安価な2相環状コイル型HB
式回転電機とすることができる。
回転電機は、請求項1又は2に記載の多相環状コイル型
HB式回転電機において、前記単位回転子間、又は、前
記単位固定子間の少なくとも一方が、磁気的絶縁をして
いる構成とした。
は、単位回転子または単位固定子間を磁気的に絶縁する
ことで、更に向上し、その効果を増す。
回転電機は、請求項1乃至3のいずれかに記載の多相環
状コイル型HB式回転電機において、固定子のQ個のポ
ールは、互いに磁気的に飽和するような細部で連結した
鉄板を積層して形成した構成とした。
のギャップ精度が向上し、また、ギャップを狭くでき、
トルクを大きくすることができる。
回転電機は、請求項6に記載の多相環状コイル型HB式
回転電機において、前記固定子のQ個のポールを樹脂注
型で形成した後、前記細部を削除するように構成した。
て、磁気的な漏洩が無くなる。
回転電機の各実施の形態について、図1乃至図3を用
い、図4を参照して説明する。先ず、本発明の多相環状
コイル型HB式回転電機28の一実施の形態について、
図1及び図2を用いて説明する。
回転電機28の一実施の形態を示す分解斜視図である。
図2は、本発明の多相環状コイル型HB式回転電機28
の一実施の形態を示す一部を切り欠いて示した正面図で
ある。
て、単位回転子及び単位固定子の数P=2、固定子鉄心
のポールの数Q=2を具現化して、立体部品図で示した
ものである。15は回転子軸、21、20、21'、2
0’は磁性体よりなり、外周に等ピッチで、Nr個の歯
を有した回転子磁極であり、回転子磁極21と20で永
久磁石22を、また回転子磁極21'、20'で永久磁石
22'を挟持し、2個の永久磁石22、22’は、軸方
向に磁化されて、これらの構成により回転子を形成して
いる。
定子鉄心1、4、9、10は、磁性体よりなる。ここ
で、固定子鉄心1と10、また、固定子鉄心4と9は同
一部品とすることができる。
くすと、固定子鉄心1、4、9、10は同一部品とな
り、この場合は鍔部のヨークの役目は、図2に示す磁性
体よりなるハウジング25の内周と固定子鉄心1、4、
9、10の外周を密着させればよい。
部分的に各固定子鉄心1、4、9、10から2個所ずつ
(Q=2)ポールが突き出て、その部分の内周に複数の
歯2、3、5〜8、11、12を有する。また、固定子
鉄心1の歯2、3と固定子鉄心4の歯7、8が、コイル
13で異極性に、同様に固定子鉄心9の歯5、6と固定
子鉄心10の歯11、12もコイル14により、お互い
に異極性に励磁される。
1、12、及び、回転子21、20、21’、20’の
歯の相互配列関係は、ケース(1)として、固定子鉄心
1の歯2と固定子鉄心4の歯7が90度(機械角)隔て
て(従って、固定子鉄心1の歯3と固定子鉄心4の歯8
も同様)噛み合い、固定子鉄心9の歯5と固定子鉄心4
の歯7、及び、固定子鉄心9の歯6と固定子鉄心4の歯
8は同位置で、固定子鉄心9の歯5と固定子鉄心10の
歯11が90度(機械角)隔てて(従って、固定子鉄心
9の歯6と固定子鉄心10の歯12も同様)噛み合う。
転子磁極21’と20’は、それぞれ、固定子鉄心の歯
ピッチの1/2、即ち、180/Nr度(機械角)偏位
させ、回転子磁極21と21’は、90/Nr度(機械
角)偏位させればよい。
置として、固定子鉄心9の歯5と固定子鉄心4の歯7
(固定子鉄心9の歯6と固定子鉄心4の歯8も)を、9
0/Nr度偏位させ、他は、上記ケース(1)で示した
ものと同じとすることでもよい。基本的には、前述した
ように、固定子鉄心1、4、9、10は同一部品とし
て、組み合わせる位置のみ上記の関係としてもよい。
20は、固定子鉄心9、10の歯5、6、11、12と
エヤギャップを介して対向できる。また、回転子磁極2
1’と20’は、固定子鉄心1、4の歯2、3、7、8
と対向できる。
イル型HB式回転電機として、図2に示されている。図
2の固定子鉄心10は、鉄板積層で形成された例を示し
ている。25はヨークの役目の磁性体ハウジング、その
他の部品は図1と同じである。
イル型HB式回転電機28’の他の実施の形態につい
て、図3を用い、図4を参照して説明する。図3は、図
1の固定子鉄心1、4、9、10を、図1に示したよう
な軸方向に鍔部を設けてその内周に歯を設けるのでな
く、クローポールにした図である。図4は、従来技術の
クローポール固定子構造を示す、一部裁断斜視図であ
る。
式回転電機28’を構成すると、固定子鉄心1、4、
9、10は、1枚の電磁鉄板を抜き曲げして安価に製作
できる。図4に、参照例として示す従来技術のクローポ
ール固定子Sの構造は、1個1個のクローポールCp
が、お互いに噛み合い、回転子RのN極、S極と交互に
対向することが示されている。
B式回転電機28’のクローポール固定子構造では、1
個1個のクローポール2、3、5〜8、11、12は、
互いに噛み合わず、環状コイル13、14の一方側から
軸方向に向いたクローポール群と該環状コイル13、1
4の他方側から軸方向に向いたクローポール群とが90
度(機械角)で噛み合うという特徴がある。
3の固定子において、別の鉄板積層による1例を、1相
分の固定子で示す。なお、2相機の場合はこれがもう1
セット設けられる。9’、10’は鉄板であり、その内
径には、径小部9’a、10’aと径大部9’b、1
0’bを設ける。24は珪素鋼板の積層による固定子磁
極で、磁歯群同士の隣接部は、磁気的に飽和するような
細部24aで連結されている。
0’の内径の径小部9’a、10’aに嵌合される。コ
イル14は、固定子磁極24の外周部に設けられ、鉄板
9’、10’の外径は、図2のハウジング25内径と密
着する。このようすると、固定子と回転子とのギャップ
精度が向上し、また、ギャップを狭くでき、トルクを大
きくすることができる。
は、Q個のポールを備えた固定子磁極24を樹脂注型で
成型した後、削除すると磁気漏洩がなくなるという効果
を備えている。これらの実施の形態は、請求項6及び7
に相当する。なお、図5には、細部24aは固定子磁極
24の外周に形成した例を示しているが、この細部24
aを形成する位置は図示のものに限定されず、例えば、
固定子磁極24の内周に形成するようにしても良い。
は、各相で回転子の磁束の磁気路を相別に完全に独立さ
せる、いわゆる、相内磁路ができる。一方、上記したよ
うに、「米国特許4764697」の環状コイル型HB
式回転電機では、2相間に跨った回転子の磁束の磁気路
となる。このことは1相磁化されている時、2相目が相
電流の切り替えを行うと、1相側の鎖交磁束に変化が現
れ、振動騒音が起き易くなるが、本発明の多相環状コイ
ル型HB式回転電機では、この問題が解決されている。
機は、上述のように構成したために、以下のように優れ
た効果を有する。 (1)請求項1に記載したように構成すると、単位回転
子の回転子磁極で挟持した永久磁石のN極から出た磁束
は、N極側回転子磁極の歯からエヤギャップを介して固
定子鉄心の対向する歯に入り、固定子鉄心を通過し、環
状コイルと鎖交し、エヤギャップを通過してS極側回転
子磁極の歯から永久磁石のS極に戻る閉回路磁路を形成
し、永久磁石から出る磁束を十分に活用することができ
る。 (2)この結果、各相独立磁気路となるため、トルクが
大きく、振動騒音が少なく位置決め精度が良い回転電機
となる。 (3)また、コイル構造を、ボビン巻コイル構造とする
と、安価なモータを提供できる。 (4)更に、2相のみでなく3相、5相等の安価な多相
機化ができ、ステップ角の微少角化、及び、高分解能化
ができる。
を、クローポール構造とすると、更に、安価とすること
ができる。
と、更に、トルクが大きく、振動騒音が少なく位置決め
精度が良い回転電機となる。
と、上記効果を有するとともに、コンパクトで、安価な
2相環状コイル型HB式回転電機とすることができる。
転子間、又は、単位固定子間の少なくとも一方が、磁気
的絶縁をしている構成とすると、各相独立磁気路は、単
位回転子または単位固定子間を磁気的に絶縁すること
で、更に向上し、その効果を増す。
と、固定子と回転子とのギャップ精度が向上し、また、
ギャップを狭くでき、トルクを大きくすることができ
る。
子のQ個のポールを樹脂注型で形成した後、細部を削除
するように構成すると、固定子磁極において、磁気的な
漏洩が無くなる。
実施の形態を示す分解斜視図である。
実施の形態を示す一部を切り欠いて示した正面図であ
る。
視図である。
図である。
の実施の形態に用いる固定子を示す分解斜視図である。
図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 外周にNr個の歯を等ピッチで有した磁
性体よりなる回転子磁極2個で、軸方向から永久磁石を
サンドイッチ状に挟持した単位回転子を形成し、この単
位回転子を軸方向に合計P個配置してなる回転子と、 それぞれの単位回転子とエヤギャップを介して対向させ
るとともに、固定子鉄心はQ個のポールを有し、このQ
個のポールの各々はq個の複数の歯を有し、Q個のポー
ルが交互に噛み合う様に、固定子鉄心2個で環状コイル
を軸方向から挟持して単位固定子を形成し、この単位固
定子を軸方向に合計P個有してなる固定子と、を備え、 単位回転子と単位固定子同士が対で単位対を形成して、
軸方向にP個の単位対を成すとともに、固定子鉄心間ま
たは回転子磁極間で、 180°/(P・Nr)(機械角) 偏位したことを特徴とする多相環状コイル型HB式回転
電機。但し、Nr、P、Q、qはそれぞれ自然数とす
る。 - 【請求項2】 請求項1に記載の多相環状コイル型HB
式回転電機において、 前記固定子のQ個のポールが、クローポール群より構成
されることを特徴とする多相環状コイル型HB式回転電
機。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載の多相環状コイル
型HB式回転電機において、 前記単位回転子を形成して永久磁石を挟持する該2個の
回転子磁極同士は、 180°/Nr(機械角)偏位し、 単位固定子を形成する該2個の固定子鉄心同士は、その
隣接する噛み合う固定子ポール間の角度(同位置の歯ま
たはクローポール間の角度)が、 180°/Q(機械角)で、かつ、 Nr=Q(2n±1) であることを特徴とする多相環状コイル型HB式回転電
機。但し、nは自然数とする。 - 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載の多相
環状コイル型HB式回転電機において、 P=2、Q=2 であることを特徴とする2相環状コイル型HB式回転電
機。 - 【請求項5】 請求項1又は2に記載の多相環状コイル
型HB式回転電機において、 前記単位回転子間、又は、前記単位固定子間の少なくと
も一方が、磁気的絶縁をしていることを特徴とする多相
環状コイル型HB式回転電機。 - 【請求項6】 請求項1乃至3のいずれかに記載の多相
環状コイル型HB式回転電機において、 固定子のQ個のポールは、互いに磁気的に飽和するよう
な細部で連結した鉄板を積層して形成したことを特徴と
する多相環状コイル型HB式回転電機。 - 【請求項7】 請求項6に記載の多相環状コイル型HB
式回転電機において、 前記固定子のQ個のポールを樹脂注型で形成した後、前
記細部を削除するようにしたことを特徴とする多相環状
コイル型HB式回転電機。
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