JPH0993976A - 回転駆動装置 - Google Patents
回転駆動装置Info
- Publication number
- JPH0993976A JPH0993976A JP7270595A JP27059595A JPH0993976A JP H0993976 A JPH0993976 A JP H0993976A JP 7270595 A JP7270595 A JP 7270595A JP 27059595 A JP27059595 A JP 27059595A JP H0993976 A JPH0993976 A JP H0993976A
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- JP
- Japan
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- coil
- coils
- motor
- drive device
- rotary drive
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- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Brushless Motors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 交流電源や電流切換え装置を使用することな
く、直流電源により交流モータを任意の回転数で回転駆
動するようにした回転駆動装置を提供すること。 【解決手段】 複数個の等角度間隔に配設されたコイル
5a,5b,5c,6a,6b,6cから成る2組の系
であって、各系の対をなすコイル5a及び6a,5b及
び6b,5c及び6cが互いに干渉しないように、独立
して構成されたコイル系と、前記コイル系の各コイルに
対向して相対的に回転可能に配設され、円周方向に沿っ
て多極着磁されたマグネット4と、前記各コイル系の互
いに対をなすコイル間に接続され、一方の系のコイルに
発生する誘起電圧を増幅して他方の系のコイルに印加す
る増幅器7a,7b,7cとを備える。
く、直流電源により交流モータを任意の回転数で回転駆
動するようにした回転駆動装置を提供すること。 【解決手段】 複数個の等角度間隔に配設されたコイル
5a,5b,5c,6a,6b,6cから成る2組の系
であって、各系の対をなすコイル5a及び6a,5b及
び6b,5c及び6cが互いに干渉しないように、独立
して構成されたコイル系と、前記コイル系の各コイルに
対向して相対的に回転可能に配設され、円周方向に沿っ
て多極着磁されたマグネット4と、前記各コイル系の互
いに対をなすコイル間に接続され、一方の系のコイルに
発生する誘起電圧を増幅して他方の系のコイルに印加す
る増幅器7a,7b,7cとを備える。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、2重多相構造の
巻線型の回転駆動装置に関するものである。
巻線型の回転駆動装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、巻線型の回転駆動装置は、例えば
直流モータ,ホールモータ等の電流の方向を極性に応じ
て切換えるスイッチング方式、あるいは交流モータ,ス
テッピングモータ等の交流多相回転磁界方式の何れかの
方式により回転駆動される。ところで、一般に、モータ
においては、電圧Vを印加して電流Iを流すと、VIの
エネルギが供給され、トルクT,回転数Nの機械的エネ
ルギが発生するようになっている。
直流モータ,ホールモータ等の電流の方向を極性に応じ
て切換えるスイッチング方式、あるいは交流モータ,ス
テッピングモータ等の交流多相回転磁界方式の何れかの
方式により回転駆動される。ところで、一般に、モータ
においては、電圧Vを印加して電流Iを流すと、VIの
エネルギが供給され、トルクT,回転数Nの機械的エネ
ルギが発生するようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】これにより、モータの
回転数Nは、電圧Vに比例し、且つトルクTに反比例す
ることになるので、トルクの大きいモータを高速回転さ
せることは高電圧が必要となり、実質的に困難である。
また、永久磁石を使用したモータにおいては、磁石の磁
束Φとコイル電流IでトルクTを発生させるようになっ
ている。これにより、コイルには、回転数NとΦに比例
する逆起電力Eが発生する。この逆起電力Eと回路負荷
Zの電圧降下に見合う電圧Vを印加することにより、回
転駆動が行なわれる。従って、永久磁石を使用した高ト
ルクモータにおいては、逆起電力が大きくなるため、高
速回転が困難になってしまう。さらに、一般の直流モー
タにおいては、外部からモータを制御できるのは、印加
電圧のみであることから、モータそのものの特性を変更
することは困難であり、種々の特性のモータとして使用
することはできない。
回転数Nは、電圧Vに比例し、且つトルクTに反比例す
ることになるので、トルクの大きいモータを高速回転さ
せることは高電圧が必要となり、実質的に困難である。
また、永久磁石を使用したモータにおいては、磁石の磁
束Φとコイル電流IでトルクTを発生させるようになっ
ている。これにより、コイルには、回転数NとΦに比例
する逆起電力Eが発生する。この逆起電力Eと回路負荷
Zの電圧降下に見合う電圧Vを印加することにより、回
転駆動が行なわれる。従って、永久磁石を使用した高ト
ルクモータにおいては、逆起電力が大きくなるため、高
速回転が困難になってしまう。さらに、一般の直流モー
タにおいては、外部からモータを制御できるのは、印加
電圧のみであることから、モータそのものの特性を変更
することは困難であり、種々の特性のモータとして使用
することはできない。
【0004】この発明は、以上の点に鑑み、交流電源や
電流切換え装置を使用することなく、直流電源により交
流モータを任意の回転数で回転駆動するようにした回転
駆動装置を提供することを目的としている。
電流切換え装置を使用することなく、直流電源により交
流モータを任意の回転数で回転駆動するようにした回転
駆動装置を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は、この発明に
よれば、回転を駆動する装置において、複数個の等角度
間隔に配設されたコイルから成る2組の系であって、各
系の対をなすコイルが互いに干渉しないように、独立し
て構成されたコイル系と、前記コイル系の各コイルに対
向して相対的に回転可能に配設され、円周方向に沿って
多極着磁されたマグネットと、前記各コイル系の互いに
対をなすコイル間に接続され、一方の系のコイルに発生
する誘起電圧を増幅して他方の系のコイルに印加する増
幅器とを備えることにより達成される。
よれば、回転を駆動する装置において、複数個の等角度
間隔に配設されたコイルから成る2組の系であって、各
系の対をなすコイルが互いに干渉しないように、独立し
て構成されたコイル系と、前記コイル系の各コイルに対
向して相対的に回転可能に配設され、円周方向に沿って
多極着磁されたマグネットと、前記各コイル系の互いに
対をなすコイル間に接続され、一方の系のコイルに発生
する誘起電圧を増幅して他方の系のコイルに印加する増
幅器とを備えることにより達成される。
【0006】上記構成によれば、各コイル系が、それぞ
れ独立の回転系として構成され、外部から駆動電圧が供
給されたとき、各コイル系はマグネットと協働して電動
機として作用すると共に、回転駆動されたとき、各コイ
ル系はマグネットと協働して発電機として作用すること
になる。そして、発電機として作用するコイル系の各コ
イルには、回転駆動により誘起電圧が発生し、この誘起
電圧は、増幅器により増幅されて他方のコイル系の対と
なるべきコイルに印加される。
れ独立の回転系として構成され、外部から駆動電圧が供
給されたとき、各コイル系はマグネットと協働して電動
機として作用すると共に、回転駆動されたとき、各コイ
ル系はマグネットと協働して発電機として作用すること
になる。そして、発電機として作用するコイル系の各コ
イルには、回転駆動により誘起電圧が発生し、この誘起
電圧は、増幅器により増幅されて他方のコイル系の対と
なるべきコイルに印加される。
【0007】これにより、一方のコイル系が機械的に回
転状態を検出して、他方のコイル系を電気的に駆動する
ことにより、他方のコイル系によって機械的に駆動され
ることになる。即ち、3相交流発電機と3相交流モータ
を組み合わせて合体させた構成で、直流で任意の回転数
に駆動制御可能な、ブラシレスモータが構成され得るこ
とになる。
転状態を検出して、他方のコイル系を電気的に駆動する
ことにより、他方のコイル系によって機械的に駆動され
ることになる。即ち、3相交流発電機と3相交流モータ
を組み合わせて合体させた構成で、直流で任意の回転数
に駆動制御可能な、ブラシレスモータが構成され得るこ
とになる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
を添付図を参照しながら詳細に説明する。尚、以下に述
べる実施形態は、この発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発
明の範囲は、以下の説明において特にこの発明を限定す
る旨の記載がない限り、これらの形態に限られるもので
はない。
を添付図を参照しながら詳細に説明する。尚、以下に述
べる実施形態は、この発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発
明の範囲は、以下の説明において特にこの発明を限定す
る旨の記載がない限り、これらの形態に限られるもので
はない。
【0009】図1乃至図6は、この発明による回転駆動
装置の実施形態の動作原理を示している。図1及び図2
は、回転駆動装置1で使用される、互いに独立して構成
された4極3相の2つの電動機(または発電機)2,3
である。電動機2は、図1に示すように、回転軸4aの
周りに回転可能に支持されたロータ4と、ロータの周囲
に等角度間隔に配設された3個のコイル5a,5b,5
cから成るコイル系5とから構成されている。また、電
動機3は、図2に示すように、回転軸4aの周りに回転
可能に支持されたロータ4と、ロータの周囲に等角度間
隔に配設された3個のコイル6a,6b,6cから成る
コイル系6とを備えている。
装置の実施形態の動作原理を示している。図1及び図2
は、回転駆動装置1で使用される、互いに独立して構成
された4極3相の2つの電動機(または発電機)2,3
である。電動機2は、図1に示すように、回転軸4aの
周りに回転可能に支持されたロータ4と、ロータの周囲
に等角度間隔に配設された3個のコイル5a,5b,5
cから成るコイル系5とから構成されている。また、電
動機3は、図2に示すように、回転軸4aの周りに回転
可能に支持されたロータ4と、ロータの周囲に等角度間
隔に配設された3個のコイル6a,6b,6cから成る
コイル系6とを備えている。
【0010】ここで、ロータ4は、その周囲に関して、
交互にS極,N極のマグネットが並んで配設されてい
る。図示の場合、4極構成になっている。コイル系5,
6は、図3に示すように、回転軸4aに対して交互に並
ぶように、互いに60度だけずれた回転位置に配設され
ている。そして、図4に示すように、コイル系5を構成
する各コイル5a,5b,5cは、それぞれ一端が互い
に接続されていると共に、他端がコイル系6と対となる
べきコイル6a,6b,6cの他端に対して、それぞれ
アンプリファイア7a,7b,7cを介して接続されて
いる。コイル6a,6b,6cは、同様に、その一端が
互いに接続されている。
交互にS極,N極のマグネットが並んで配設されてい
る。図示の場合、4極構成になっている。コイル系5,
6は、図3に示すように、回転軸4aに対して交互に並
ぶように、互いに60度だけずれた回転位置に配設され
ている。そして、図4に示すように、コイル系5を構成
する各コイル5a,5b,5cは、それぞれ一端が互い
に接続されていると共に、他端がコイル系6と対となる
べきコイル6a,6b,6cの他端に対して、それぞれ
アンプリファイア7a,7b,7cを介して接続されて
いる。コイル6a,6b,6cは、同様に、その一端が
互いに接続されている。
【0011】ここで、アンプリファイア7a,7b,7
cは、それぞれ図5に示すように、一方向アンプリファ
イアとして構成されていてもよく、また図6に示すよう
に、双方向アンプリファイアとして構成されていてもよ
い。
cは、それぞれ図5に示すように、一方向アンプリファ
イアとして構成されていてもよく、また図6に示すよう
に、双方向アンプリファイアとして構成されていてもよ
い。
【0012】このように構成された回転駆動装置1によ
れば、例えばロータ4の回転により、一方のコイル系5
の各コイル5a,5b,5cに発生する誘起電圧は、そ
れぞれアンプリファイア7a,7b,7cを介して、他
方のコイル系6の対となるべきコイル6a,6b,6c
に印加されることになる。これにより、2重3相構造の
コイル系5,6がそれぞれ独立に取り扱われることによ
り、各コイル系5,6が、それぞれ発電機/発電機,発
電機/電動機または電動機/電動機として使用されると
共に、上記アンプリファイア7a,7b,7cのゲイン
が調整されることによって、容易に回転力の制御が行な
われる。
れば、例えばロータ4の回転により、一方のコイル系5
の各コイル5a,5b,5cに発生する誘起電圧は、そ
れぞれアンプリファイア7a,7b,7cを介して、他
方のコイル系6の対となるべきコイル6a,6b,6c
に印加されることになる。これにより、2重3相構造の
コイル系5,6がそれぞれ独立に取り扱われることによ
り、各コイル系5,6が、それぞれ発電機/発電機,発
電機/電動機または電動機/電動機として使用されると
共に、上記アンプリファイア7a,7b,7cのゲイン
が調整されることによって、容易に回転力の制御が行な
われる。
【0013】ところで、各コイル系5,6が発電機/電
動機として使用される場合、コイル系5をG(発電機)
相,コイル系6をM(電動機)相とすると、G相である
コイル系5の各コイル5a,5b,5cに発生する誘起
電圧をアンプリファイア7a,7b,7cにより増幅し
て、M相であるコイル系6の各コイル6a,6b,6c
に印加する。これにより、M相が駆動されることにな
る。ここで、一般的なモータにおいては、トルクTは、
印加電圧V,定数Kt,回転負荷Zとすると、
動機として使用される場合、コイル系5をG(発電機)
相,コイル系6をM(電動機)相とすると、G相である
コイル系5の各コイル5a,5b,5cに発生する誘起
電圧をアンプリファイア7a,7b,7cにより増幅し
て、M相であるコイル系6の各コイル6a,6b,6c
に印加する。これにより、M相が駆動されることにな
る。ここで、一般的なモータにおいては、トルクTは、
印加電圧V,定数Kt,回転負荷Zとすると、
【数1】 であり、回転駆動装置1においても、その基本的構造は
モータと同じであるので、M相では、逆起電力E,アン
プリファイアのゲインKgとすると、印加電圧Vに対し
て、
モータと同じであるので、M相では、逆起電力E,アン
プリファイアのゲインKgとすると、印加電圧Vに対し
て、
【数2】 となる。またG相では、印加電圧V=0である。従っ
て、このときの回転駆動装置1の回転トルクTは、M相
のモータトルク(正)とG相の制動トルク(負)の和で
ある。従って、G相の回転負荷Zg,M相の回転負荷Z
mとすると、
て、このときの回転駆動装置1の回転トルクTは、M相
のモータトルク(正)とG相の制動トルク(負)の和で
ある。従って、G相の回転負荷Zg,M相の回転負荷Z
mとすると、
【数3】 となる。この場合、アンプリファイア7a,7b,7c
の接続によって、Zg>Zmであることから、第1項を
除いて、Z=Zmとすると、
の接続によって、Zg>Zmであることから、第1項を
除いて、Z=Zmとすると、
【数4】 となる。これを回転数Nについて解くと、
【数5】 となる。
【0014】従って、回転トルクの発生条件は、Kg>
1となり、印加電圧V,逆起電力Eに依存しない。また
起動トルクは、E=0のときゼロである。さらに、回転
数Nは、外部電圧に無関係にトルクTに比例して大きく
なる。これにより、アンプリファイア7a,7b,7c
のゲイン調整が適宜に行なわれることによって、モータ
トルクとブレーキトルクのバランスをとることにより、
負荷トルク無しでも、トルクゼロまたは任意のトルクで
自由に回転するモータが実現可能である。かくして、高
速回転と低トルクの安定した制御が行なわれることにな
り、例えば自動巻線機における極細線の高速巻線が容易
に行なわれ得る。
1となり、印加電圧V,逆起電力Eに依存しない。また
起動トルクは、E=0のときゼロである。さらに、回転
数Nは、外部電圧に無関係にトルクTに比例して大きく
なる。これにより、アンプリファイア7a,7b,7c
のゲイン調整が適宜に行なわれることによって、モータ
トルクとブレーキトルクのバランスをとることにより、
負荷トルク無しでも、トルクゼロまたは任意のトルクで
自由に回転するモータが実現可能である。かくして、高
速回転と低トルクの安定した制御が行なわれることにな
り、例えば自動巻線機における極細線の高速巻線が容易
に行なわれ得る。
【0015】さらに、上記説明においては、上記アンプ
リファイア7a,7b,7cが、図5に示すように、コ
イル5a,5b,5cの誘起電圧を増幅して、コイル6
a,6b,6cを駆動する、所謂一方向駆動であるが、
これに限らず、図6に示すように、G相のコイル系5の
各コイルの誘起電圧を増幅してM相のコイル系6の各コ
イルを駆動する同時に、M相のコイル系6の誘起電圧を
増幅して、G相のコイル系5を駆動するような双方向駆
動(所謂ツインドライブモータ)も可能である。この場
合、トルクTは、
リファイア7a,7b,7cが、図5に示すように、コ
イル5a,5b,5cの誘起電圧を増幅して、コイル6
a,6b,6cを駆動する、所謂一方向駆動であるが、
これに限らず、図6に示すように、G相のコイル系5の
各コイルの誘起電圧を増幅してM相のコイル系6の各コ
イルを駆動する同時に、M相のコイル系6の誘起電圧を
増幅して、G相のコイル系5を駆動するような双方向駆
動(所謂ツインドライブモータ)も可能である。この場
合、トルクTは、
【数6】 となり、原理的には、2倍のトルクが得られることにな
る。
る。
【0016】ところで、上記アンプリファイア7a,7
b,7cは、リニアな特性を有するアンプリファイアを
前提としているが、ゲインKgを大きくすると、Eは回
転数に比例するので、アンプリファイアは容易にクリッ
プ状態になって、上記式は成立しなくなってしまう。こ
こで、アンプリファイアが、E≦V/Kgのとき、リニ
アな特性を有し、E>V/Kgのとき、上限電圧Vにク
リップするとすれば、E≦V/Kgのときには、リニア
な特性であるので、上記式が成立するが、E>V/Kg
では、式3に第2項はEの条件によって異なるので、ト
ルクTは、
b,7cは、リニアな特性を有するアンプリファイアを
前提としているが、ゲインKgを大きくすると、Eは回
転数に比例するので、アンプリファイアは容易にクリッ
プ状態になって、上記式は成立しなくなってしまう。こ
こで、アンプリファイアが、E≦V/Kgのとき、リニ
アな特性を有し、E>V/Kgのとき、上限電圧Vにク
リップするとすれば、E≦V/Kgのときには、リニア
な特性であるので、上記式が成立するが、E>V/Kg
では、式3に第2項はEの条件によって異なるので、ト
ルクTは、
【数7】 により表わされる。即ち、一周期中に、上記式1及び式
4の関係が混在することになる。ここで、E=KvN,
Z=KiNであるから、E/Z=Kv/Kiとすると、
4の関係が混在することになる。ここで、E=KvN,
Z=KiNであるから、E/Z=Kv/Kiとすると、
【数8】 となる。従って、E≦V/Kgにおいては、トルクT
は、アンプリファイアとモータの構造のみで決まる一定
値をとると共に、E>V/Kgにおいては、トルク−回
転数特性は、不定形→凹→凸のように変化する曲線を示
すことになる。
は、アンプリファイアとモータの構造のみで決まる一定
値をとると共に、E>V/Kgにおいては、トルク−回
転数特性は、不定形→凹→凸のように変化する曲線を示
すことになる。
【0017】この結果、双方向駆動(所謂ツインドライ
ブモータ)においては、交流ヒテスリシスモータの特性
と似た特性が得られることになるが、上記式8の第1項
の効果によって、凹凸形状が緩やかになり、直流モータ
の垂下特性と同様になる。かくして、上記ツインドライ
ブモータは、モータとしては、直流で駆動され得ると共
に、アンプリファイア7a,7b,7cのゲインKgと
電圧Vの調整によって、回転数Nが自由に設定され得
る。これにより、直流ブラシレスモータと同様に使用さ
れ得る。また、対となるべきコイルが逆起電力を相殺す
るように作用するので、高トルクモータの場合にも、高
速回転が得られることになる。
ブモータ)においては、交流ヒテスリシスモータの特性
と似た特性が得られることになるが、上記式8の第1項
の効果によって、凹凸形状が緩やかになり、直流モータ
の垂下特性と同様になる。かくして、上記ツインドライ
ブモータは、モータとしては、直流で駆動され得ると共
に、アンプリファイア7a,7b,7cのゲインKgと
電圧Vの調整によって、回転数Nが自由に設定され得
る。これにより、直流ブラシレスモータと同様に使用さ
れ得る。また、対となるべきコイルが逆起電力を相殺す
るように作用するので、高トルクモータの場合にも、高
速回転が得られることになる。
【0018】これに対して、上記ツインドライブモータ
は、回転力制御アクチュエータとしては、各コイルの接
続状態を適宜に切換えることによって、電磁ブレーキ
(発電機),電動機あるいは発電機/電動機として使用
され得ると共に、アンプリファイアのゲインKg=1付
近に設定した場合には、モータトルクが発生しているに
もかかわらず回転しないモータが構成されるので、極め
て小さい一定トルクの電磁ブレーキが構成され得ること
になる。
は、回転力制御アクチュエータとしては、各コイルの接
続状態を適宜に切換えることによって、電磁ブレーキ
(発電機),電動機あるいは発電機/電動機として使用
され得ると共に、アンプリファイアのゲインKg=1付
近に設定した場合には、モータトルクが発生しているに
もかかわらず回転しないモータが構成されるので、極め
て小さい一定トルクの電磁ブレーキが構成され得ること
になる。
【0019】図7及び図8は、この発明による回転駆動
装置の第1の実施形態を示している。図7及び図8にお
いて、回転駆動装置10は、中空円筒状のヨーク11
と、ヨーク11の両端を閉じるカバー12,13と、ヨ
ーク11の中心付近にて回転可能にカバー12,13に
より軸受されたロータ14と、ヨーク11の内面にて等
角度間隔に配設されたコイル15と、コイル15内に挿
入された鉄芯16と、コイル15を所定位置に位置決め
する中間フレーム17と、コイル15を中間フレーム1
7に対して保持する抑え板18とから構成されている。
装置の第1の実施形態を示している。図7及び図8にお
いて、回転駆動装置10は、中空円筒状のヨーク11
と、ヨーク11の両端を閉じるカバー12,13と、ヨ
ーク11の中心付近にて回転可能にカバー12,13に
より軸受されたロータ14と、ヨーク11の内面にて等
角度間隔に配設されたコイル15と、コイル15内に挿
入された鉄芯16と、コイル15を所定位置に位置決め
する中間フレーム17と、コイル15を中間フレーム1
7に対して保持する抑え板18とから構成されている。
【0020】ヨーク11は、ケースを兼ねており、磁性
材料から構成されている。また、カバー12,13は、
ヨーク11の両端に対して取り付けられると共に、その
中心に、ロータ14を回転可能に支持するための軸受1
2a,13aを備えている。これにより、ロータ14
は、ヨーク11の中心付近に配設されることになる。
材料から構成されている。また、カバー12,13は、
ヨーク11の両端に対して取り付けられると共に、その
中心に、ロータ14を回転可能に支持するための軸受1
2a,13aを備えている。これにより、ロータ14
は、ヨーク11の中心付近に配設されることになる。
【0021】ロータ14は、図9に示すように、上記カ
バー12,13の軸受12a,13aにより回転可能に
支持される回転軸14aと、回転軸14aの中央付近に
て、その周りに等角度間隔に取り付けられた、あるいは
多極着磁されたロータマグネット14bを備えている。
ここで、ロータマグネット14bは、その磁束の方向が
回転軸14aに対して半径方向に延びるように、且つ図
示の場合4極に構成されている。尚、ロータ14は、そ
のロータマグネット14bが、図9においては4極に構
成されているが、これに限らず、4極以上であればよ
く、例えば図10に示すように6極に、あるいは図11
に示すように8極に構成され得る。
バー12,13の軸受12a,13aにより回転可能に
支持される回転軸14aと、回転軸14aの中央付近に
て、その周りに等角度間隔に取り付けられた、あるいは
多極着磁されたロータマグネット14bを備えている。
ここで、ロータマグネット14bは、その磁束の方向が
回転軸14aに対して半径方向に延びるように、且つ図
示の場合4極に構成されている。尚、ロータ14は、そ
のロータマグネット14bが、図9においては4極に構
成されているが、これに限らず、4極以上であればよ
く、例えば図10に示すように6極に、あるいは図11
に示すように8極に構成され得る。
【0022】コイル15は、図7に示すように、回転軸
14aの周りに等角度間隔に複数個(図示の場合には、
6個)のコイル15が配設されている。この場合、各コ
イル15は、その巻線が、前以てボビンに巻回されてい
る。
14aの周りに等角度間隔に複数個(図示の場合には、
6個)のコイル15が配設されている。この場合、各コ
イル15は、その巻線が、前以てボビンに巻回されてい
る。
【0023】鉄芯16は、磁性材料から構成されてお
り、一端(半径方向外側の端部)が大きく拡大されてお
り、また他端は僅かに拡大されていて、この他端が各コ
イル15のボビン中空部内に挿入されている。
り、一端(半径方向外側の端部)が大きく拡大されてお
り、また他端は僅かに拡大されていて、この他端が各コ
イル15のボビン中空部内に挿入されている。
【0024】中間フレーム17は、図12及び図13に
示すように、非磁性材料により中空円筒状に形成されて
いると共に、各コイル15の位置決め用の孔17aを備
えている。この孔17aは、中心軸に関して等角度間隔
に配設されており、図示の場合、6個の孔17aが備え
られている。これにより、図12の左側に示すように、
鉄芯16が挿入されたコイル15が、中間フレーム17
の孔17a内に半径方向外側から挿入されることによ
り、各コイル15は、中間フレーム17に対して、等角
度間隔の所定位置に位置決めされることになる。
示すように、非磁性材料により中空円筒状に形成されて
いると共に、各コイル15の位置決め用の孔17aを備
えている。この孔17aは、中心軸に関して等角度間隔
に配設されており、図示の場合、6個の孔17aが備え
られている。これにより、図12の左側に示すように、
鉄芯16が挿入されたコイル15が、中間フレーム17
の孔17a内に半径方向外側から挿入されることによ
り、各コイル15は、中間フレーム17に対して、等角
度間隔の所定位置に位置決めされることになる。
【0025】抑え板18は、図14に示すように、ほぼ
方形の平板から構成されており、中央に、鉄芯16が挿
入され得る孔18aを備えている。この孔18aは、一
側にてスリット18bを介して開放している。これによ
り、抑え板18は、図12の左側に示すように、コイル
15に挿入された鉄芯16に対して、その拡大された一
端の下側とコイル15との間に、側方から挿入され得
る。ここで、抑え板18は、コイル15が中間フレーム
17の孔17a内に挿入される際、その周囲が、中間フ
レーム17の孔17aの周囲に当接することによって、
コイル15の半径方向位置を規制することになる。
方形の平板から構成されており、中央に、鉄芯16が挿
入され得る孔18aを備えている。この孔18aは、一
側にてスリット18bを介して開放している。これによ
り、抑え板18は、図12の左側に示すように、コイル
15に挿入された鉄芯16に対して、その拡大された一
端の下側とコイル15との間に、側方から挿入され得
る。ここで、抑え板18は、コイル15が中間フレーム
17の孔17a内に挿入される際、その周囲が、中間フ
レーム17の孔17aの周囲に当接することによって、
コイル15の半径方向位置を規制することになる。
【0026】さらに、上記コイル15は、図15に示す
ように、円周方向に沿って並んだコイル15のうち、一
つおきのコイルが、それぞれ一つのコイル系を構成して
おり、一方のコイル系がG相として、3つのコイルG
1,G2,G3を有し、また他方のコイル系がM相とし
て、3つのコイルM1,M2,M3を有する。この場
合、図15においては、G相のコイルは省略されてい
る。これらのコイルは、図14に示すように、それぞれ
一端が互いに接続されると共に、互いに対となるべきコ
イルG1とM1,G2とM2,G3とM3の他端が、後
述するように、アンプリファイアにより接続されてい
る。
ように、円周方向に沿って並んだコイル15のうち、一
つおきのコイルが、それぞれ一つのコイル系を構成して
おり、一方のコイル系がG相として、3つのコイルG
1,G2,G3を有し、また他方のコイル系がM相とし
て、3つのコイルM1,M2,M3を有する。この場
合、図15においては、G相のコイルは省略されてい
る。これらのコイルは、図14に示すように、それぞれ
一端が互いに接続されると共に、互いに対となるべきコ
イルG1とM1,G2とM2,G3とM3の他端が、後
述するように、アンプリファイアにより接続されてい
る。
【0027】図17は、各コイル15とロータ14のロ
ータマグネット14bの位置関係、その磁界の方向、及
びM相のコイル系の各コイルM1,M2,M3に発生す
る誘起電圧を示している。これにより、ロータ14が回
転する際の、各コイルG1,G2,G3,M1,M2,
M3の誘起電圧の変化が分かる。
ータマグネット14bの位置関係、その磁界の方向、及
びM相のコイル系の各コイルM1,M2,M3に発生す
る誘起電圧を示している。これにより、ロータ14が回
転する際の、各コイルG1,G2,G3,M1,M2,
M3の誘起電圧の変化が分かる。
【0028】この発明の実施形態による回転駆動装置1
0は、以上のように構成されており、各コイル15は、
図15に示すように、ロータ14の回転軸14aに関し
て等角度間隔に、且つ鉄芯16の他端が、ロータ14の
表面に対して所定間隔になるように配設され得る。これ
により、回転駆動装置10は、2重の4極3相構造に構
成されることになる。
0は、以上のように構成されており、各コイル15は、
図15に示すように、ロータ14の回転軸14aに関し
て等角度間隔に、且つ鉄芯16の他端が、ロータ14の
表面に対して所定間隔になるように配設され得る。これ
により、回転駆動装置10は、2重の4極3相構造に構
成されることになる。
【0029】ここで、ロータ14が回転駆動されると、
各コイル15のうち、G相のコイル系のコイルG1,G
2,G3には、ロータ14のロータマグネット14bの
磁界が作用することによって、誘起電圧が発生する。そ
して、この誘起電圧は、それぞれアンプリファイア19
の個々のアンプリファイア19a,19b,19cによ
り増幅されて、M相のコイル系の各コイルM1,M2,
M3に印加される。これにより、M相のコイルM1,M
2,M3は、G相の各コイルG1,G2,G3に発生す
る誘起電圧に基づいて回転駆動されることになる。
各コイル15のうち、G相のコイル系のコイルG1,G
2,G3には、ロータ14のロータマグネット14bの
磁界が作用することによって、誘起電圧が発生する。そ
して、この誘起電圧は、それぞれアンプリファイア19
の個々のアンプリファイア19a,19b,19cによ
り増幅されて、M相のコイル系の各コイルM1,M2,
M3に印加される。これにより、M相のコイルM1,M
2,M3は、G相の各コイルG1,G2,G3に発生す
る誘起電圧に基づいて回転駆動されることになる。
【0030】図18及び図19は、この発明による回転
駆動装置の第2の実施形態を示している。図18及び図
19において、回転駆動装置30は、鉄芯を使用しない
扁平型に構成されており、ステータ基板31と、ステー
タ基板31上にて環状に配設された複数個(図示の場
合、6個)のコイル32(図23参照)と、ステータ基
板31に対向して回転可能に支持された円板状のロータ
33と、ステータ基板31の両面をそれぞれ覆うカバー
34,35とを備えている。
駆動装置の第2の実施形態を示している。図18及び図
19において、回転駆動装置30は、鉄芯を使用しない
扁平型に構成されており、ステータ基板31と、ステー
タ基板31上にて環状に配設された複数個(図示の場
合、6個)のコイル32(図23参照)と、ステータ基
板31に対向して回転可能に支持された円板状のロータ
33と、ステータ基板31の両面をそれぞれ覆うカバー
34,35とを備えている。
【0031】ステータ基板31は、平板状に形成されて
おり、その一側の表面(図示の場合、右側の表面)に
て、中心の周りに等角度間隔にコイル32が配設されて
いる。
おり、その一側の表面(図示の場合、右側の表面)に
て、中心の周りに等角度間隔にコイル32が配設されて
いる。
【0032】コイル32は、図20に示すように、中心
軸の周りに等角度間隔に複数個(図示の場合には、6
個)のコイル32が配設されている。この場合、各コイ
ル32は、扁平な外形を有していると共に、その巻線
が、前以てボビンに巻回されている。
軸の周りに等角度間隔に複数個(図示の場合には、6
個)のコイル32が配設されている。この場合、各コイ
ル32は、扁平な外形を有していると共に、その巻線
が、前以てボビンに巻回されている。
【0033】ロータ33は、上記カバー34,35によ
り回転可能に支持される回転軸33aと、図24に示す
ように、回転軸33aの中央付近にて、その周りに等角
度間隔に多極着磁されたロータマグネット33bとを備
えている。ここで、回転軸33aは、例えば圧入等によ
りマグネット33bに取り付けられている。ロータマグ
ネット33bは、図21に示すように、N極及びS極
(図面にて黒部分)が交互に、全体として8極に着磁さ
れている。
り回転可能に支持される回転軸33aと、図24に示す
ように、回転軸33aの中央付近にて、その周りに等角
度間隔に多極着磁されたロータマグネット33bとを備
えている。ここで、回転軸33aは、例えば圧入等によ
りマグネット33bに取り付けられている。ロータマグ
ネット33bは、図21に示すように、N極及びS極
(図面にて黒部分)が交互に、全体として8極に着磁さ
れている。
【0034】また、カバー34,35は、ステータ基板
31の両面に対してネジ36により取り付けられると共
に、その中心に、ロータ33を回転可能に支持するため
の軸受34a,35aを備えている。これにより、ロー
タ33は、図18に示すように、ステータ基板31の中
心付近に配設されることになる。
31の両面に対してネジ36により取り付けられると共
に、その中心に、ロータ33を回転可能に支持するため
の軸受34a,35aを備えている。これにより、ロー
タ33は、図18に示すように、ステータ基板31の中
心付近に配設されることになる。
【0035】ここで、上記コイル32は、図22に示す
ように、円周方向に沿って並んだコイル32のうち、1
つおきのコイルが、それぞれ1つのコイル系を構成して
おり、一方のコイル系がG相として、3つのコイルG
1,G2,G3を有し、また他方のコイル系がM相とし
て、3つのコイルM1,M2,M3を有する。
ように、円周方向に沿って並んだコイル32のうち、1
つおきのコイルが、それぞれ1つのコイル系を構成して
おり、一方のコイル系がG相として、3つのコイルG
1,G2,G3を有し、また他方のコイル系がM相とし
て、3つのコイルM1,M2,M3を有する。
【0036】これらのコイルG1,G2,G3及びM
1,M2,M3は、図23に示すように、それぞれ一端
が互いに点線で示すように、グランド結線により接続さ
れると共に、互いに対となるべきコイルG1とM1,G
2とM2,G3とM3の他端が、それぞれ一方向アンプ
リファイアとして構成されたアンプリファイアA1,A
2,A3により接続されている。尚、上記グランド結線
は原理的にはなくてもよい。また、アンプリファイアA
1,A2,A3は、同相であってもよく、また逆相であ
ってもよい。この場合、アンプリファイアA1,A2,
A3の同相,逆相は、コイルの巻回方向に対応して適宜
に選択され得る。
1,M2,M3は、図23に示すように、それぞれ一端
が互いに点線で示すように、グランド結線により接続さ
れると共に、互いに対となるべきコイルG1とM1,G
2とM2,G3とM3の他端が、それぞれ一方向アンプ
リファイアとして構成されたアンプリファイアA1,A
2,A3により接続されている。尚、上記グランド結線
は原理的にはなくてもよい。また、アンプリファイアA
1,A2,A3は、同相であってもよく、また逆相であ
ってもよい。この場合、アンプリファイアA1,A2,
A3の同相,逆相は、コイルの巻回方向に対応して適宜
に選択され得る。
【0037】尚、ホール素子によって磁界を検出するよ
うにした場合には、図24に示すように、各コイル32
は、それぞれ反対側のコイル、即ちG1,M1から成る
第1の相,G2,M2から成る第2の相及びG3,M,
から成る第3の相のコイル系を構成していると共に、各
相のコイルは、図25に示すように、互いに直列に接続
されると共に、一端が互いに接続されており、上記回転
駆動装置30とは異なる構成である。さらに、各相のコ
イルに対向して、それぞれホール素子H1,H2,H3
が備えられている。これにより、全体として、1個の3
相モータが構成されることになる。
うにした場合には、図24に示すように、各コイル32
は、それぞれ反対側のコイル、即ちG1,M1から成る
第1の相,G2,M2から成る第2の相及びG3,M,
から成る第3の相のコイル系を構成していると共に、各
相のコイルは、図25に示すように、互いに直列に接続
されると共に、一端が互いに接続されており、上記回転
駆動装置30とは異なる構成である。さらに、各相のコ
イルに対向して、それぞれホール素子H1,H2,H3
が備えられている。これにより、全体として、1個の3
相モータが構成されることになる。
【0038】図26は、回転により各相のコイル32に
発生する誘起電圧を示している。これにより、ロータ1
4が回転する際の、各コイルG1,G2,G3,M1,
M2,M3の誘起電圧の変化が分かる。
発生する誘起電圧を示している。これにより、ロータ1
4が回転する際の、各コイルG1,G2,G3,M1,
M2,M3の誘起電圧の変化が分かる。
【0039】このように構成された回転駆動装置30に
よれば、8極3相モータが構成されることになり、ロー
タ33が回転されると、各コイル32のうち、G相のコ
イル系のコイルG1,G2,G3には、ロータ33のロ
ータマグネット33bの磁界が作用することによって、
誘起電圧が発生する。そして、この誘起電圧は、それぞ
れアンプリファイアA1,A2,A3により直接に増幅
されて、M相のコイル系の各コイルM1,M2,M3に
印加される。これにより、M相のコイルM1,M2,M
3は、アンプリファイアA1,A2,A3からの増幅電
圧が供給されることにより、回転駆動されることにな
る。
よれば、8極3相モータが構成されることになり、ロー
タ33が回転されると、各コイル32のうち、G相のコ
イル系のコイルG1,G2,G3には、ロータ33のロ
ータマグネット33bの磁界が作用することによって、
誘起電圧が発生する。そして、この誘起電圧は、それぞ
れアンプリファイアA1,A2,A3により直接に増幅
されて、M相のコイル系の各コイルM1,M2,M3に
印加される。これにより、M相のコイルM1,M2,M
3は、アンプリファイアA1,A2,A3からの増幅電
圧が供給されることにより、回転駆動されることにな
る。
【0040】これに対して、図24及び図25に示した
ホールモータの場合には、ホール素子H1,H2,H3
からのホール電圧に基づいて、各コイルに印加する電圧
が制御されることにより、各コイルが駆動される。ま
た、図18乃至図23に示した回転駆動装置30におい
ては、ホール素子H1,H2,H3を使用したモータの
場合に比較して、ホール素子の位置ずれによるホール電
圧の変動のような問題がない。従って、簡単な構造によ
り、容易に組立が行なわれ得ることになる。さらに、回
転駆動装置30においては、コイルに発生する磁界が、
ロータ33のロータマグネット33bを通る磁路に影響
を与えないようになっている。
ホールモータの場合には、ホール素子H1,H2,H3
からのホール電圧に基づいて、各コイルに印加する電圧
が制御されることにより、各コイルが駆動される。ま
た、図18乃至図23に示した回転駆動装置30におい
ては、ホール素子H1,H2,H3を使用したモータの
場合に比較して、ホール素子の位置ずれによるホール電
圧の変動のような問題がない。従って、簡単な構造によ
り、容易に組立が行なわれ得ることになる。さらに、回
転駆動装置30においては、コイルに発生する磁界が、
ロータ33のロータマグネット33bを通る磁路に影響
を与えないようになっている。
【0041】尚、上記実施形態においては、コイル1
5,32は、何れの場合にも、6個設けられているが、
これに限らず、6個以上の多数のコイルが備えられる回
転駆動装置にこの発明を適用し得ることは明らかであ
る。また、上記実施形態においては、何れの場合も、ア
ンプリファイアとして一方向アンプリファイアが使用さ
れている場合について説明したが、一方向アンプリファ
イアの場合には、一方のコイル系は発電機相としてのみ
作用することから、モータとしての使用効率が半分にな
ってしまう。しかし、高トルク型モータを高速回転させ
る場合には、前述したように却って効率が向上すること
になる。
5,32は、何れの場合にも、6個設けられているが、
これに限らず、6個以上の多数のコイルが備えられる回
転駆動装置にこの発明を適用し得ることは明らかであ
る。また、上記実施形態においては、何れの場合も、ア
ンプリファイアとして一方向アンプリファイアが使用さ
れている場合について説明したが、一方向アンプリファ
イアの場合には、一方のコイル系は発電機相としてのみ
作用することから、モータとしての使用効率が半分にな
ってしまう。しかし、高トルク型モータを高速回転させ
る場合には、前述したように却って効率が向上すること
になる。
【0042】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
一方のコイル系に発生する誘起電圧が、他方のコイル系
に供給されることになり、他方のコイル系とマグネット
との相互作用により回転駆動される。従って、起動トル
クがほぼゼロになり、また回転方向は起動によって決ま
る。また、アンプのゲインの設定によって、コイル系
が、電動機相または発電機相になることにより、モータ
または電磁ブレーキとして作用することになる。モータ
としては、低速でトルクが小さく、また高速で大きなト
ルクが得られることになる。また、逆起電力との平衡状
態がないことから、高トルクモータの高速回転が可能と
なる。
一方のコイル系に発生する誘起電圧が、他方のコイル系
に供給されることになり、他方のコイル系とマグネット
との相互作用により回転駆動される。従って、起動トル
クがほぼゼロになり、また回転方向は起動によって決ま
る。また、アンプのゲインの設定によって、コイル系
が、電動機相または発電機相になることにより、モータ
または電磁ブレーキとして作用することになる。モータ
としては、低速でトルクが小さく、また高速で大きなト
ルクが得られることになる。また、逆起電力との平衡状
態がないことから、高トルクモータの高速回転が可能と
なる。
【図1】この発明による回転駆動装置の実施形態の原理
を示す第1のコイル系の概略図である。
を示す第1のコイル系の概略図である。
【図2】図1の回転駆動装置における第2のコイル系を
示す概略図である。
示す概略図である。
【図3】図1の回転駆動装置における全体の構成を示す
概略正面図である。
概略正面図である。
【図4】図1の回転駆動装置における電気的構成を示す
概略斜視図である。
概略斜視図である。
【図5】図4の回転駆動装置におけるアンプリファイア
の第1の構成例を示すブロック図である。
の第1の構成例を示すブロック図である。
【図6】図4の回転駆動装置におけるアンプリファイア
の第2の構成例を示すブロック図である。
の第2の構成例を示すブロック図である。
【図7】この発明による回転駆動装置の第1の実施形態
を示す横断面図である。
を示す横断面図である。
【図8】図7の回転駆動装置の一部破断側面図である。
【図9】図7の回転駆動装置におけるロータの正面図及
び側面図である。
び側面図である。
【図10】図7のロータの変形例を示す正面図である。
【図11】図7のロータの第2の変形例を示す正面図で
ある。
ある。
【図12】図7の回転駆動装置における中間フレームの
断面図である。
断面図である。
【図13】図12の中間フレームの側面図である。
【図14】図7の回転駆動装置における抑え板を示す側
面図及び平面図である。
面図及び平面図である。
【図15】図7の回転駆動装置におけるロータ,コイル
及び鉄芯の関係を示す概略正面図である。
及び鉄芯の関係を示す概略正面図である。
【図16】図7の回転駆動装置における各コイルの接続
状態を示す回路図である。
状態を示す回路図である。
【図17】図7の回転駆動装置における発電機/電動機
モードにおけるロータの回転に伴う磁界の方向及び誘起
電圧を示す図である。
モードにおけるロータの回転に伴う磁界の方向及び誘起
電圧を示す図である。
【図18】この発明による回転駆動装置の第2の実施形
態を示す正面図である。
態を示す正面図である。
【図19】図18の回転駆動装置の側面図である。
【図20】図18の回転駆動装置における各コイルの配
置例を示す概略正面図である。
置例を示す概略正面図である。
【図21】図18の回転駆動装置におけるロータマグネ
ットの構成を示す概略正面図である。
ットの構成を示す概略正面図である。
【図22】図18の回転駆動装置におけるコイルの接続
状態を示す回路図及び結線図である。
状態を示す回路図及び結線図である。
【図23】図18の回転駆動装置におけるツインドライ
ブモータとしての構成を示す概略図である。
ブモータとしての構成を示す概略図である。
【図24】従来のホール素子を使用したモータにおける
ロータ,コイルとホール素子との関係を示す概略正面図
である。
ロータ,コイルとホール素子との関係を示す概略正面図
である。
【図25】図24の小型モータにおける各コイルの接続
状態を示す回路図である。
状態を示す回路図である。
【図26】図18の回転駆動装置における各コイルの誘
起電圧の相互の関係を示すグラフである。
起電圧の相互の関係を示すグラフである。
1 回転駆動装置 2,3 発電機 4 ロータ 5,6 コイル系 5a,5b,5c,6a,6b,6c コイル 7a,7b,7c アンプリファイア 10 回転駆動装置 11 ヨーク(ケース) 12,13 カバー 12a,13a 軸受 14 ロータ 14a 回転軸 14b マグネット 15 コイル 16 鉄芯 17 中間フレーム 17a 位置決め用孔 18 抑え板 18a 孔 18b スリット 30 扁平型回転駆動装置 31 ステータ基板 32 コイル 33 ロータ 33a 回転軸 33b マグネット 34,35 カバー 34a,35a 軸受
Claims (6)
- 【請求項1】 回転を駆動する装置において、 複数個の等角度間隔に配設されたコイルから成る2組の
系であって、各系の対をなすコイルが互いに干渉しない
ように、独立して構成されたコイル系と、 前記コイル系の各コイルに対向して相対的に回転可能に
配設され、円周方向に沿って多極着磁されたマグネット
と、 前記各コイル系の互いに対をなすコイル間に接続され、
一方の系のコイルに発生する誘起電圧を増幅して他方の
系のコイルに印加する増幅器とを備えたことを特徴とす
る回転駆動装置。 - 【請求項2】 前記各コイル系が、共に発電機/電動機
兼用型である請求項1に記載の回転駆動装置。 - 【請求項3】 前記増幅器が、一方向増幅器である請求
項1に記載の回転駆動装置。 - 【請求項4】 前記増幅器が、双方向増幅器である請求
項1に記載の回転駆動装置。 - 【請求項5】 前記コイルが、鉄芯型コイルである請求
項1に記載の回転駆動装置。 - 【請求項6】 前記コイルが、無鉄芯型扁平コイルであ
る請求項1に記載の回転駆動装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7270595A JPH0993976A (ja) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | 回転駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7270595A JPH0993976A (ja) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | 回転駆動装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0993976A true JPH0993976A (ja) | 1997-04-04 |
Family
ID=17488298
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7270595A Pending JPH0993976A (ja) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | 回転駆動装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0993976A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003100949A1 (fr) * | 2002-05-29 | 2003-12-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Moteur-generateur |
US6984909B2 (en) | 2002-03-29 | 2006-01-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Motor |
WO2006028234A1 (ja) * | 2004-09-08 | 2006-03-16 | Venera Laboratory Co., Ltd | モータ及びこれを用いた装置 |
-
1995
- 1995-09-25 JP JP7270595A patent/JPH0993976A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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