JP5228536B2 - ブラシレス電気機械 - Google Patents
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Description
本発明の一形態は、
ブラシレス電気機械であって、
内周と外周とを有し前記内周と外周とが異なる磁極に着磁された複数の永久磁石が積層された磁石集合体を備える第1の移動部材と、
電磁コイルを有する第2の移動部材と、
を備え、
前記第1と第2の移動部材は、互いの相対的な位置が変更可能に構成されており、
前記磁石集合体の個々の永久磁石は、積層方向と垂直な方向に磁化されており、
前記磁石集合体は、隣接する永久磁石同士の境界面上の磁場方向であって、前記磁石集合体の内側から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生しており、
前記電磁コイルは、前記磁場方向と交差する方向に電流が流れるように配置されており、
前記複数の永久磁石はそれぞれ異なる径を有するリング状の形状を有しており、
前記磁石集合体は、前記複数の永久磁石を多重リング状に重ねた積層体であり、
前記磁石集合体の磁場方向は、前記ブラシレス電気機械の回転軸方向と平行であり、
前記電磁コイルが、前記ブラシレス電気機械の回転軸方向に沿って、前記磁石集合体とギャップを挟んで対向しており、
前記電磁コイルが、強磁性体のコア材の廻りに、前記磁石集合体により近い第1のコイル部分とより遠い第2のコイル部分とを有するように巻かれており、前記第1と第2のコイル部分を通って電流が流れることにより、前記磁石集合体により近い前記第1のコイル部分では駆動力が有効に発生する一方、前記磁石集合体により遠い前記第2のコイル部分では、前記磁石集合体の磁場が前記コア部材によって遮蔽されるように構成されている。
このブラシレス電気機械によれば、磁石同士の境界面上において磁石集合体の内側から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生するという現象を利用して、リング状の永久磁石の積層方向と垂直な方向に向かって強い磁場を発生することができるので、この磁場を利用した高効率なブラシレス電気機械を実現することが可能である。
ブラシレス電気機械であって、
内周と外周とを有し前記内周と外周とが異なる磁極に着磁された複数の永久磁石が積層された磁石集合体を備える第1の移動部材と、
電磁コイルを有する第2の移動部材と、
を備え、
前記第1と第2の移動部材は、互いの相対的な位置が変更可能に構成されており、
前記磁石集合体は、隣接する永久磁石同士の境界面上の磁場方向であって、前記磁石集合体の内側から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生しており、
前記電磁コイルは、前記磁場方向と交差する方向に電流が流れるように配置されている、ブラシレス電気機械。
このブラシレス電気機械によれば、磁石同士の境界面上において磁石集合体の内側から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生することができる。従って、永久磁石の磁束を効率よく利用できるブラシレス電気機械を実現することが可能である。
前記電磁コイルへの電力の供給又は前記電磁コイルからの電力の回生を制御する制御回路を備え、
前記制御回路は、
(i)前記第1と第2の移動部材との間の所定の方向に沿った相対的な移動に応じて前記電磁コイルに発生する直流電力を回生する回生制御と、
(ii)前記電磁コイルに供給する電流の方向を変更せずに前記電磁コイルに所定の第1の電流方向の駆動電流を供給することによって、前記ブラシレス電気機械を所定の駆動方向に動作させる駆動制御と、
のうちの少なくとも一方を実行可能である、ブラシレス電気機械。
この構成によれば、永久磁石の磁束を効率よく利用できるブラシレスモータやブラシレス発電機を実現することが可能である。
適用例1又は2記載のブラシレス電気機械であって、
前記複数の永久磁石はそれぞれ中空状の形状を有しており、
前記磁石集合体は、前記複数の永久磁石の中心軸と平行な方向に積層した積層体である、ブラシレス電気機械。
この構成では、積層方向と垂直な方向に向かって強い磁場を発生することができるので、この磁場を利用した高効率なブラシレス電気機械を実現することができる。
適用例1又は2記載のブラシレス電気機械であって、
前記複数の永久磁石はそれぞれ異なる径を有するリング状の形状を有しており、
前記磁石集合体は、前記複数の永久磁石を多重リング状に重ねた積層体である、ブラシレス電気機械。
この構成においても、積層方向と垂直な方向に向かって強い磁場を発生することができるので、この磁場を利用した高効率なブラシレス電気機械を実現することができる。
適用例1〜3のいずれかに記載のブラシレス電気機械であって、
前記第1と第2の移動部材は、前記隣接する永久磁石同士の境界面に対して垂直な方向に沿って相対的に移動可能に構成されている、ブラシレス電気機械。
適用例1〜4のいずれかに記載のブラシレス電気機械であって、
前記第1と第2の移動部材は、前記隣接する永久磁石同士の境界面に平行な方向に沿って相対的に移動可能に構成されている、ブラシレス電気機械。
A.磁石集合体の構成:
B.各種の実施例:
C.回路構成:
D.変形例:
図1は、本発明の各種実施例で利用される磁石集合体の概略構成を示す説明図である。図1(A)は、1つの永久磁石10を示している。この磁石10は、内周と外周とを有する中空円筒状の形状を有しており、その半径方向に磁化されている。なお、内部の中空部の形状は矩形としているが、他の正多角形や円形などの他の任意の形状を採用することができる。この磁石10のN極から出ている矢印は、磁場方向MDに延びる磁力線を示している。
図3(A)は、第1実施例としてのブラシレスリニアモータの構成を示す従断面図である。このリニアモータ100aは、磁石集合体20を含む第1の移動部材と、電磁コイル30を含む第2の移動部材とを有している。この例では、磁石集合体20は、8つの永久磁石が積層されたものである。図3(B)は、リニアモータ100aの水平断面図である。この例では、磁石集合体20の外周と内周がそれぞれ矩形形状を有している。磁場方向MDは、磁石集合体20の内側から外側に向かう放射状の方向である。図3(B)において、電流方向CDに沿って電磁コイル30に電流が流れると、電磁コイル30には紙面の裏から表に向かう方向に駆動力が働く。電磁コイル30が固定されている場合には、磁石集合体20が図3(B)の紙面の表から裏に向かう方向に駆動される。また、電流方向を逆転させると、これとは反対の駆動力が発生する。すなわち、駆動力が発生する方向は、磁石集合体20における磁石同士の境界面と垂直な方向である。このように、このブラシレスリニアモータ100aでは、電磁コイル30に直流電流を流すことによって、図3(A)の駆動方向DD(上下方向)に沿って磁石集合体20を動作させることが可能である。
図15は、実施例におけるブラシレス電気機械の制御回路の構成を示すブロック図である。この制御回路は、CPUシステム300と、駆動信号生成部200と、駆動ドライバ部210と、回生制御部220と、蓄電器230と、蓄電制御部240とを備えている。駆動信号生成部200は、駆動ドライバ部210に供給する駆動信号を生成する。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施例では、電磁コイルに直流の駆動電圧を印加するものとしていたが、駆動電圧としてパルス状の電圧を電磁コイルに印加しても良い。すなわち、駆動電圧の極性を変更することなく所定の極性の電圧を電磁コイルに与えることによって、所定の駆動方向にモータを動作させることができる。また、駆動電流の観点からは、駆動電流の方向を変更することなく所定の方向の駆動電流を電磁コイルに与えることによって、所定の駆動方向にモータを動作させることができることが理解できる。但し、パルス状の電圧や電流で無く、継続的に一定の直流電圧や直流電流をコイルに与えるようにすれば、制御回路の構成がより容易になるという利点がある。
上記実施例では、ブラシレス電気機械の機械的構成や回路構成の具体例を説明したが、本発明のブラシレス電気機械の機械的構成や回路構成としては、これら以外の任意の構成を採用することが可能である。
本発明は、ファンモータ、時計(針駆動)、ドラム式洗濯機(単一回転)、ジェットコースタ、振動モータなどの種々の装置のモータに適用可能である。本発明をファンモータに適用した場合には、上述した種々の効果(低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命)が特に顕著である。このようなファンモータは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモータとして使用することができる。本発明のモータは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモータとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモータをスピンドルモータとして使用することが可能である。また、本発明によるモータは、移動体やロボット用のモータとしても利用可能である。
12…磁気ヨーク部材
14…スリット
20…磁石集合体
22…環状空間
30…電磁コイル
32…強磁性体部材(磁気ヨーク部材)
34…非磁性体部材
36…永久磁石
40…移動部材
42…ベアリング
44…荷重部
46…フレーム
50…ロータ
52…磁気ヨーク部材
60…ステータ
70…磁石集合体
100a〜100i…ブラシレスモータ
110…中心軸
114…バネ
120…中心軸
124…固定ネジ
130…ケーシング
132…回路基板
200…駆動信号生成部
210…駆動ドライバ部
220…回生制御部
222…整流回路
224…スイッチングトランジスタ
230…蓄電器
240…蓄電制御部
300…CPUシステム
600…プロジェクタ
610R,610G,610B…光源
640R,640G,640B…液晶ライトバルブ
650…クロスダイクロイックプリズム
660…投写レンズ系
670…冷却ファン
680…制御部
700…携帯電話
710…MPU
720…ファン
730…燃料電池
800…自転車
810…モータ
820…制御回路
830…充電池
900…ロボット
910,920…アーム
930…モータ
Claims (8)
- ブラシレス電気機械であって、
内周と外周とを有し前記内周と外周とが異なる磁極に着磁された複数の永久磁石が積層された磁石集合体を備える第1の移動部材と、
電磁コイルを有する第2の移動部材と、
を備え、
前記第1と第2の移動部材は、互いの相対的な位置が変更可能に構成されており、
前記磁石集合体の個々の永久磁石は、積層方向と垂直な方向に磁化されており、
前記磁石集合体は、隣接する永久磁石同士の境界面上の磁場方向であって、前記磁石集合体の内側から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生しており、
前記電磁コイルは、前記磁場方向と交差する方向に電流が流れるように配置されており、
前記複数の永久磁石はそれぞれ異なる径を有するリング状の形状を有しており、
前記磁石集合体は、前記複数の永久磁石を多重リング状に重ねた積層体であり、
前記磁石集合体の磁場方向は、前記ブラシレス電気機械の回転軸方向と平行であり、
前記電磁コイルが、前記ブラシレス電気機械の回転軸方向に沿って、前記磁石集合体とギャップを挟んで対向しており、
前記電磁コイルが、強磁性体のコア材の廻りに、前記磁石集合体により近い第1のコイル部分とより遠い第2のコイル部分とを有するように巻かれており、前記第1と第2のコイル部分を通って電流が流れることにより、前記磁石集合体により近い前記第1のコイル部分では駆動力が有効に発生する一方、前記磁石集合体により遠い前記第2のコイル部分では、前記磁石集合体の磁場が前記コア部材によって遮蔽されるように構成されている、
ブラシレス電気機械。 - 請求項1記載のブラシレス電気機械であって、さらに、
前記電磁コイルへの電力の供給又は前記電磁コイルからの電力の回生を制御する制御回路を備え、
前記制御回路は、
(i)前記第1と第2の移動部材との間の所定の方向に沿った相対的な移動に応じて前記電磁コイルに発生する直流電力を回生する回生制御と、
(ii)前記電磁コイルに供給する電流の方向を変更せずに前記電磁コイルに所定の第1の電流方向の駆動電流を供給することによって、前記ブラシレス電気機械を所定の駆動方向に動作させる駆動制御と、
のうちの少なくとも一方を実行可能である、ブラシレス電気機械。 - 請求項1又は2に記載のブラシレス電気機械であって、
前記第1と第2の移動部材は、前記隣接する永久磁石同士の境界面に平行な方向に沿って相対的に移動可能に構成されている、ブラシレス電気機械。 - 電子機器であって、
所定の駆動方向に動作可能なブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータによって駆動される被駆動部材と、
を備え、
前記ブラシレスモータは、
内周と外周とを有し前記内周と外周とが異なる磁極に着磁された複数の永久磁石が積層された磁石集合体を備える第1の移動部材と、
電磁コイルを有する第2の移動部材と、
前記電磁コイルへの電力の供給又は前記電磁コイルからの電力の回生を制御する制御回路と、
を備え、
前記磁石集合体は、隣接する永久磁石同士の境界面上の磁場方向であって、前記磁石集合体の内側から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生しており、
前記電磁コイルは、前記磁場方向と交差する方向に電流が流れるように配置されており
前記制御回路は、
(i)前記第1と第2の移動部材との間の所定の方向に沿った相対的な移動に応じて前記電磁コイルに発生する直流電力を回生する回生制御と、
(ii)前記電磁コイルに供給する電流の方向を変更せずに前記電磁コイルに所定の第1の電流方向の駆動電流を供給することによって、前記ブラシレス電気機械を所定の駆動方向に動作させる駆動制御と、
のうちの少なくとも一方を実行可能であり、
前記複数の永久磁石はそれぞれ異なる径を有するリング状の形状を有しており、
前記磁石集合体は、前記複数の永久磁石を多重リング状に重ねた積層体であり、
前記磁石集合体の磁場方向は、前記ブラシレスモータの回転軸方向と平行であり、
前記電磁コイルが、前記ブラシレスモータの回転軸方向に沿って、前記磁石集合体とギャップを挟んで対向しており、
前記電磁コイルが、強磁性体のコア材の廻りに、前記磁石集合体により近い第1のコイル部分とより遠い第2のコイル部分とを有するように巻かれており、前記第1と第2のコイル部分を通って電流が流れることにより、前記磁石集合体により近い前記第1のコイル部分では駆動力が有効に発生する一方、前記磁石集合体により遠い前記第2のコイル部分では、前記磁石集合体の磁場が前記コア部材によって遮蔽されるように構成されている、電子機器。 - 請求項4記載の電子機器であって、
前記電子機器はプロジェクタである、電子機器。 - 燃料電池使用機器であって、
所定の駆動方向に動作可能なブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータによって駆動される被駆動部材と、
前記ブラシレスモータに電源を供給する燃料電池と、
を備え、
前記ブラシレスモータは、
内周と外周とを有し前記内周と外周とが異なる磁極に着磁された複数の永久磁石が積層された磁石集合体を備える第1の移動部材と、
電磁コイルを有する第2の移動部材と、
前記電磁コイルへの電力の供給又は前記電磁コイルからの電力の回生を制御する制御回路と、
を備え、
前記磁石集合体は、隣接する永久磁石同士の境界面上の磁場方向であって、前記磁石集合体の内側から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生しており、
前記電磁コイルは、前記磁場方向と交差する方向に電流が流れるように配置されており
前記制御回路は、
(i)前記第1と第2の移動部材との間の所定の方向に沿った相対的な移動に応じて前記電磁コイルに発生する直流電力を回生する回生制御と、
(ii)前記電磁コイルに供給する電流の方向を変更せずに前記電磁コイルに所定の第1の電流方向の駆動電流を供給することによって、前記ブラシレス電気機械を所定の駆動方向に動作させる駆動制御と、
のうちの少なくとも一方を実行可能であり、
前記複数の永久磁石はそれぞれ異なる径を有するリング状の形状を有しており、
前記磁石集合体は、前記複数の永久磁石を多重リング状に重ねた積層体であり、
前記磁石集合体の磁場方向は、前記ブラシレスモータの回転軸方向と平行であり、
前記電磁コイルが、前記ブラシレスモータの回転軸方向に沿って、前記磁石集合体とギャップを挟んで対向しており、
前記電磁コイルが、強磁性体のコア材の廻りに、前記磁石集合体により近い第1のコイル部分とより遠い第2のコイル部分とを有するように巻かれており、前記第1と第2のコイル部分を通って電流が流れることにより、前記磁石集合体により近い前記第1のコイル部分では駆動力が有効に発生する一方、前記磁石集合体により遠い前記第2のコイル部分では、前記磁石集合体の磁場が前記コア部材によって遮蔽されるように構成されている、燃料電池使用機器。 - ロボットであって、
ブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータによって駆動される被駆動部材と、
を備え、
前記ブラシレスモータは、
内周と外周とを有し前記内周と外周とが異なる磁極に着磁された複数の永久磁石が積層された磁石集合体を備える第1の移動部材と、
電磁コイルを有する第2の移動部材と、
前記電磁コイルへの電力の供給又は前記電磁コイルからの電力の回生を制御する制御回路と、
を備え、
前記磁石集合体は、隣接する永久磁石同士の境界面上の磁場方向であって、前記磁石集合体の内側から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生しており、
前記電磁コイルは、前記磁場方向と交差する方向に電流が流れるように配置されており
前記制御回路は、
(i)前記第1と第2の移動部材との間の所定の方向に沿った相対的な移動に応じて前記電磁コイルに発生する直流電力を回生する回生制御と、
(ii)前記電磁コイルに供給する電流の方向を変更せずに前記電磁コイルに所定の第1の電流方向の駆動電流を供給することによって、前記ブラシレス電気機械を所定の駆動方向に動作させる駆動制御と、
のうちの少なくとも一方を実行可能であり、
前記複数の永久磁石はそれぞれ異なる径を有するリング状の形状を有しており、
前記磁石集合体は、前記複数の永久磁石を多重リング状に重ねた積層体であり、
前記磁石集合体の磁場方向は、前記ブラシレスモータの回転軸方向と平行であり、
前記電磁コイルが、前記ブラシレスモータの回転軸方向に沿って、前記磁石集合体とギャップを挟んで対向しており、
前記電磁コイルが、強磁性体のコア材の廻りに、前記磁石集合体により近い第1のコイル部分とより遠い第2のコイル部分とを有するように巻かれており、前記第1と第2のコイル部分を通って電流が流れることにより、前記磁石集合体により近い前記第1のコイル部分では駆動力が有効に発生する一方、前記磁石集合体により遠い前記第2のコイル部分では、前記磁石集合体の磁場が前記コア部材によって遮蔽されるように構成されている、ロボット。 - 請求項1記載のブラシレス電気機械を備えた移動体。
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