JP5953746B2 - クローポール型モータ - Google Patents

Description

本発明は、可動子と固定子間に生じる磁場を電気的に制御することによって可動子を回転または移動させるクローポール型モータに関するものである。

従来、固定子と可動子とを有し、双方の間の磁場を電気的に制御することで可動子に所定の動作を行わせることができるクローポール型モータが数多く開示されている。

クローポール型モータは、内部に備えるコイルの形成方法が容易でコンパクトな構成にすることができるものとして一般によく知られている。

その中で、例えば、特許文献１に記載されたクローポール型モータのように内部に３相のコイルを備えたものがある。このものは、１２０°ずつ位相をずらした交流電圧を与えられるＵ、Ｖ、Ｗ相のコイルを円筒状の固定子の内部に備えており、固定子の内周面に周方向に隣接して配置した磁極歯においてＵ、Ｖ、Ｗ相の各交流電圧により流れる電流と同相であるＵ、Ｖ、Ｗ相の磁界を発生させることができる。こうすることで、各磁極歯で生じる磁界が合成された回転磁界を生じさせ、当該固定子の内部に設けた可動子を回転させることが可能となっている。

特開２００５−２０９８１号公報

しかしながら、上記のように位相をずらして生じさせる磁界により合成磁界を形成し、その合成磁界の変化によって可動子に推力を発生させる場合、合成磁界の変化が滑らかになっていなければ、可動子に与える推力が変動することで、移動速度の変動や振動が発生して動作安定性が損なわれることになる。

本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的には、複数の磁界を合成させた合成磁界を滑らかに変化させることが可能なクローポール型モータを提供することを目的とする。

本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち、本発明のクローポール型モータは、可動子または固定子のいずれか一方の磁極面を形成しつつ、前記可動子の回転または移動方向に並置された複数のティースと、これらのティースと対向して配置されたヨークと、前記ティースと前記ヨークとを接続しつつ、これらのティースおよびヨークとともに可動子の回転または移動方向に連通するスロットを形成する複数の磁路形成壁と、前記スロット内に少なくとも一部が収容され、各々３６０°／ｎ（ｎは３以上の整数）ずつ位相を異ならせたｎ相の交流電圧を印加する少なくともｎ個のコイルとを具備し、前記ヨークとの間で接続する磁路形成壁の位置を異ならせることで、各コイルにより生じる磁界の向きを異ならせた正相のティースと逆相のティースとによって前記複数のティースを構成するようにしたものであり、前記ｎ相の交流電圧により流れる電流と同相の磁界を生じる各ティースが、交流電源に対して正相の電流を流すコイルの左右何れかに隣接する磁路形成壁を通じて前記ヨークと接続されることで構成され、前記ｎ相の交流電圧により流れる電流と逆相の磁界を生じる各ティースが、上記を除く磁路形成壁を通じて前記ヨークと接続されることで構成されていることを特徴とする。

このように構成すると、簡単でコンパクトな構成としながら、２×ｎ相分の位相の異な
る磁界を磁極面に形成することができるようになり、これらの多数の磁界によって生じる
合成磁界を細かく滑らかに変化させつつ制御を行うことが可能となる。そのため、この合
成磁界によって動作する可動子の速度変動や振動を抑えて動作安定性を高めることが可能
となる。また、磁路形成壁の選択のみで、ティースに対して簡単に正相と逆相の磁界を形成することができる。

また、上記の効果を得つつ、コイルを収容するスロットを少なくしてより簡単な構成とするためには、前記可動子の回転または移動方向と直交する方向に前記スロットがｎ−１個連続して形成されているとともに、これらのスロットが隣接する境界位置と両端位置を合わせたｎ箇所の位置に前記磁路形成壁が設けられているように構成することが好適である。

また、簡単な構成としながら、各ティースに２×ｎ相分の多数の異なった磁界を生じさせることをできるようにするためには、前記可動子の回転または移動方向と直交する方向に並べられた状態で、前記各スロットの内部に２個ずつコイルが設けられており、前記可動子の回転または移動方向と直交する方向より第１番目の磁路形成壁と隣接させて正向きに電源と接続した第１相のコイルを設け、第ｎ番目の磁路形成壁と隣接させて逆向きに電源と接続した第ｎ逆相のコイルを設け、第ｍ番目（ｍは２以上ｎ未満の整数）の磁路形成壁の両側面に、正向きに電源と接続した第ｍ相のコイルと、逆向きに電源と接続した第ｍ逆相のコイルとを設けるように構成することが好適である。

また、磁路形成壁の選択のみで、ティースに対して簡単に正相と逆相の磁界を形成することを可能とするには、前記ｎ相の交流電圧により流れる電流と同相の磁界を生じるティースが、前記第１〜第ｎ相およびこれらと逆相のコイルと隣接する一個の磁路形成壁のみによって前記ヨークと接続されることで構成されており、前記ｎ相の交流電圧により流れる電流と逆相の磁界を生じるティースが、前記第１〜第ｎ相およびこれらと逆相のコイルと隣接する一個の磁路形成壁以外の全ての磁路形成壁によって前記ヨークと接続されることで構成することが好適である。

また、可動子が回転運動を行う回転モータとして構成して、ティースにより生じる合成磁界を回転磁界として滑らかに変化させ、可動子の回転動作の安定性を高めるようにするためには、前記複数のティースを同一の円周面上に配置するように構成することが好適である。

また、回転モータとする構成に代えて、可動子が直線運動を行うリニアモータとして構成して、可動子の直線方向への移動を滑らかに行わせるようにするためには、前記複数のティースを直線状に並べて配置するように構成することが好適である。

以上説明した本発明によれば、複数の磁界を合成した合成磁界を滑らかに変化させることが可能なクローポール型モータを提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係るクローポール型モータを模式的に示した正面図。 図１におけるＸ１−Ｘ１およびＸ２−Ｘ２の位置における断面を、外径方向を上向きにして示した断面図。 図１におけるＸ３−Ｘ３およびＸ４−Ｘ４の位置における断面を、外径方向を上向きにして示した断面図。 図１におけるＸ５−Ｘ５およびＸ６−Ｘ６の位置における断面を、外径方向を上向きにして示した断面図。 図２〜図４に示した断面図を合成した模式的な断面図。 本発明の第２実施形態に係るクローポール型モータを模式的に示した正面図。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞

この第１実施形態に係るクローポール型モータ１は、図１に示すように、大きくは円筒状に構成した固定子２と、その内部に設けた可動子８より構成して、いわゆるインナーロータ型の回転モータとして構成している。可動子８は回転軸体として構成しており、軸方向（紙面奥行き方向）の両端部に設けた軸受によって支持され、固定子２の内周面と一定の隙間を形成した状態で回動可能にしている。

このクローポール型モータ１は、図示しない電源と接続されて３相の交流電圧を与えられることによって固定子２内で可動子８が回転できるようになっている。３相の電圧はそれぞれ１２０°ずつ位相を異ならせた第１相としてのＵ相の交流電圧、第２相としてのＶ相の交流電圧、第３相としてのＷ相の交流電圧より構成されている。

固定子２の内周面および可動子８の外周面には各々磁極面２ａ、８ａが形成されており、固定子２側の磁極面２ａは周方向に６つに分割され、Ｕ相、−Ｖ相、Ｗ相、−Ｕ相、Ｖ相および−Ｗ相の６つの異なる位相の磁界を発生させるティース２１〜２６として形成している。他方、可動子８の磁極面８ａは、周方向に２分割するようにして形成しており、１／２円筒状の永久磁石８１、８２を貼り付けて構成することによって、それぞれ表面がＮ極とＳ極の磁性を有するようにしている。

ティース２１〜２６は可動子８の回転方向に対して併置されることで、固定子２の内周面を構成している。また、ティース２１〜２６は、円筒部材を周方向に分割した一部分をなす形にそれぞれ形成されており、同一断面のまま固定子２の軸方向に延在させた形態としている。ここで、ティース２１〜２６の中には、後に詳述するように、軸方向に一部を分割した複数のティース要素２２ａ、２２ｂ（図２（ｂ）参照）２４ａ、２４ｂ（図３（ｂ）参照）、２６ａ、２６ｂ（図４（ｂ）参照）より構成する場合もあるが、協働して所定の磁界を発生するとの一個の機能を有することから、これらを併せて「ティース」と称す。

さらに、固定子２の外周側を構成しつつ、ティース２１〜２６と各々対向するようにヨーク３１〜３６が設けられている。ヨーク３１〜３６もティース２１〜２６と同様に、円筒部材を周方向に分割した一部分をなす形にそれぞれ形成されており、同一断面のまま固定子２の軸方向に延在させた形態としている。

そして、ティース２１〜２６とヨーク３１〜３６との間隙によって形成される環状のスロットに、４個のコイル５１〜５４を設けている。コイル５１〜５４は固定子２の軸方向、すなわち図中の紙面奥行き方向に対して並べて配置されており、それぞれ上述した３相の交流電圧が印加される。

ここで、図中に記載したＵ相、−Ｕ相、Ｖ相、−Ｖ相、Ｗ相および−Ｗ相に対応する切断線Ｘ１−Ｘ１〜Ｘ６−Ｘ６の各位置における断面を図２（ａ）〜図４（ｂ）に示す。なお、各切断位置における形状の比較を容易にするために、上記の断面図は全て、固定子２の外径方向を上側に、中心方向を下側になるようにして記載している。

図２（ａ）〜図４（ｂ）における各断面形状の説明を行うのに先駆けて、これらの断面を合成して模式的に表した断面図を図５に示し、この図を基にして主となる断面構成を説明しておく。

上述したように、固定子２は内周面側にティース２１〜２６と、外周面側にヨーク３１〜３６を有し、これらの間隙にコイル５１〜５４を備えている。コイル５１〜５４は全て同一の巻方向に形成しており、同じ向きに電圧を印加した場合には全て同方向に磁界を発生するようにしてある。そして、ティース２１〜２６はヨーク３１〜３６との間で交流電圧の相数と同じ３箇所に設けた磁路形成壁４１〜４３によって接続されている。磁路形成壁４１〜４３は図中右側より順に、第１番目の磁路形成壁４３、第２番目の磁路形成壁４２および第３番目の磁路形成壁４１としている。これら３箇所の磁路形成壁４１〜４３のうち、両端の第１番目と第３番目の磁路形成壁４３、４１は固定子２の両端面を形成し、内側の第２番目の磁路形成壁４２はこれらの中間に設けられている。こうすることで、磁路形成壁４１〜４３はティース２１〜２６およびヨーク３１〜３６とともに２つの環状のスロット２ｂ、２ｃを形成している。このスロット２ｂ、２ｃは可動子８の回転方向と同じように、円周方向に連通するよう形成されている。また、別の見方をすると第２番目の磁路形成壁４２はスロット２ｂ、２ｃの境界位置に形成されているものということができる。

上記のスロット２ｂ、２ｃのうち一方のスロット２ｂにはコイル５１、５２が収納され、他方のスロット２ｃにはコイル５３、５４が収納されるようにしている。こうすることで、片方の端面に位置する磁路形成壁４１にはコイル５１が隣接し、他方の端面に位置する磁路形成壁４３にはコイル５４が隣接するようにしている。そして、中間の磁路形成壁４２は、コイル５２、５３に隣接しつつこれらのコイル５２、５３の間で挟まれるように構成している。

コイル５１〜５４には上述した電源（図示せず）より３相の交流電圧を与えることを可能に構成している。具体的には、コイル５４は正向きに電源と接続してＵ相の交流電圧が与えられるようにしている。ここで、「正向きに電源と接続」とは、コイル５４に対して正の電圧が印加されたときにコイル５４の内部で正の方向に電流が流れる向きに接続することを意味している。そして、コイル５２は正向きに電源と接続して、Ｕ相よりも１２０°位相が遅れたＶ相の交流電圧が与えられるようにしている。また、上記のように正向きに電源と接続されたコイルを「正相のコイル」または「Ｕ、Ｖ、Ｗ相のコイル」と称す。

そして、コイル５３は逆向きに電源と接続しつつＶ相の交流電圧が与えられるようにしている。すなわち、コイル５３の両端と電源との接続関係が、コイル５２の場合と逆になるように接続しており、同一の電圧を印加しても、コイル５２とは逆方向に電流が流れて逆向きの磁界を発生させるようにしている。さらに、コイル５１は逆向きに電源と接続しつつ、Ｖ相よりも１２０°位相が遅れたＷ相の交流電圧が与えられるようにしている。これらのように逆向きに電源と接続されたコイルを「逆相のコイル」または「−Ｕ、−Ｖ、−Ｗ相のコイル」と称す。

上記のように、隣接する磁路形成壁４１〜４３に対して、図の左側に位置するコイル５２、５４は正相のコイルとしてＵ、Ｖ相の交流電圧をそのままの方向で与えられ、右側に位置するコイル５１、５３は逆相のコイルとしてＶ、Ｗ相の交流電圧が逆方向に与えられるようにしている。なお、以下においては、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の各交流電圧によって流れる電流と同相の磁界を単にＵ、Ｖ、Ｗ相の磁界として称す。

磁路形成壁４１〜４３に対して左側に位置するコイル５２、５４は、磁路形成壁４１〜４３に対して印加電圧に応じて流れる電流と同相の磁界を与え、磁路形成壁４１〜４３に対して右側に位置するコイル５１、５３は、磁路形成壁４１〜４３に対して印加電圧に応じて流れる電流と逆相の磁界を与えるように構成している。すなわち、コイル５１、５３は逆相のコイルとはいえ、隣接する磁路形成壁４１、４２に対してＶ、Ｗ相の交流電圧によって流れる電流と同相の磁界を与えるようになっている。

上記のようにコイル５１〜５４に３相交流電圧を印加することで、ヨーク３１〜３６および磁路形成壁４１〜４３との組み合わせに応じて、所定の磁界をティース２１〜２６に生じさせることができるようにしている。

例えば、図１に記載した切断線Ｘ１−Ｘ１の位置においては、固定子２は図２（ａ）のように構成されている。外周面のヨーク３１と内周面のティース２１とは磁路形成壁４３のみによって接続されている。そのため、磁路形成壁４３に隣接するコイル５４に印加する交流電圧に従ってティース２１に磁界が発生する。すなわち、ティース２１にはＵ相の交流電圧によって流れる電流と同相であるＵ相の磁界が形成される。このように、交流電圧により流れる電流と同相の磁界を生じるものを「正相のティース」と称し、これに対して逆相となる磁界を生じるものを「逆相のティース」と称す。

また、図１に記載した切断線Ｘ３−Ｘ３の位置においては、固定子２は図３（ａ）のように構成されており、外周面のヨーク３３と内周面のティース２３とは磁路形成壁４２のみによって接続されている。そのため、磁路形成壁４２に隣接するコイル５２、５３に印加する交流電圧に従ってティース２３に磁界が発生する。この場合、コイル５４と磁路形成壁４３（図２参照）との関係と同様に、磁路形成壁４２に対して図中左側に位置したコイル５２は印加する電圧により流れる電流と同相の磁界を発生するものとなり、逆の関係にある図中右側に位置したコイル５３は印加する電圧により流れる電流と逆相の磁界を発生するものとなる。すなわち、コイル５２、５３が協働してティース２３にＶ相の磁界が形成される。

また、図１に記載した切断線Ｘ５−Ｘ５の位置においては、固定子２は図４（ａ）のように構成されており、外周面のヨーク３５と内周面のティース２５とは磁路形成壁４１のみによって接続されている。そのため、磁路形成壁４１に隣接するコイル５１に印加する交流電圧に従ってティース２５に磁界が発生する。この場合、コイル５４と磁路形成壁４３（図２参照）との関係とは逆に、磁路形成壁４１に対して図中右側に位置したコイル５１は印加する電圧により流れる電流と逆相の磁界を発生するものとなる。すなわち、ティース２５にはＷ相と同じ位相を有する磁界が形成される。

さらに、本実施形態においては、図１のように、上記のＵ相、Ｖ相およびＷ相の磁界を発生する正相のティース２１、２３、２５と対向する箇所に、それぞれの磁界の正負を逆転させた−Ｕ相、−Ｖ相および−Ｗ相の磁界を発生する逆相のティース２２、２４、２６を構成している。以下、これらの磁界を発生させるための構成について説明を行う。

まず、図１に記載した−Ｕ相の磁界を生じさせる切断線Ｘ２−Ｘ２の位置においては、固定子２は図２（ｂ）のように構成されており、ティース２２は固定子２の軸方向に分割された２つのティース要素２２ａ、２２ｂによって構成されている。そして、各ティース要素２２ａ、２２ｂは各々外周面のヨーク３２との間で、磁路形成壁４３（図２（ａ）参照）を除いた磁路形成壁４１、４２によって接続されている。磁路形成壁４３（図２（ａ）参照）は上述したようにコイル５４の働きによってＵ相の磁界を形成するものであり、これを除く磁路形成壁４１、４２を用いることで、Ｕ相の磁界を正逆反転させた−Ｕ相を構成することができる。ティース２２は２つのティース要素２２ａ、２２ｂに分断されてはいるが、固定子２の軸方向に対する同じ位置に設けられていることによって、協働して一個の−Ｕ相のティース２２として機能する。

次に、図１に記載した−Ｖ相の磁界を生じさせる切断線Ｘ４−Ｘ４の位置においては、固定子２は図３（ｂ）のように構成されており、ティース２４は固定子２の軸方向に分割された２つのティース要素２４ａ、２４ｂによって構成されている。そして、各ティース要素２４ａ、２４ｂは各々外周面のヨーク３４との間で、磁路形成壁４２（図３（ａ）参照）を除いた磁路形成壁４１、４３によって接続されている。磁路形成壁４２（図３（ａ）参照）は上述したようにコイル５２、５３の働きによってＶ相の磁界を形成するものであり、これを除く磁路形成壁４１、４３を用いることで、Ｖ相の磁界を正逆反転させた−Ｖ相を構成することができる。ティース２４は２つのティース要素２４ａ、２４ｂに分断されてはいるが、協働して一個の−Ｖ相のティース２４として機能する。

さらに、図１に記載した−Ｗ相の磁界を生じさせる切断線Ｘ６−Ｘ６の位置においては、固定子２は図４（ｂ）のように構成されており、ティース２６は固定子２の軸方向に分割された２つのティース要素２６ａ、２６ｂによって構成されている。そして、各ティース要素２６ａ、２６ｂは各々外周面のヨーク３６との間で、磁路形成壁４１（図４（ａ）参照）を除いた磁路形成壁４２、４３によって接続されている。磁路形成壁４１（図４（ａ）参照）は上述したようにコイル５１の働きによってＷ相の磁界を形成するものであり、これを除く磁路形成壁４２、４３を用いることで、Ｗ相の磁界を正逆反転させた−Ｗ相を構成することができる。ティース２６は２つのティース要素２６ａ、２６ｂに分断されてはいるが、協働して一個の−Ｗ相のティース２６として機能する。

上述したように、概ね図５のような断面構造を採る固定子２はコイル５１〜５４を除いて、強磁性体である金属により一体成形して製作してもよいが、こうするとスロット２ｂ、２ｃ内へのコイル５１〜５４の収容作業が難しくなるため、磁路形成壁４１〜４３の位置に合わせて軸方向に３分割する構成として形成しておき、コイル５１〜５４をスロット２ｂ、２ｃ内に収容した後で一体化するように製作することが好適である。

上記のように構成したクローポール型モータ１は、図１のように、コイル５１〜５４に対してＵ相、Ｖ相、Ｗ相として１２０°ずつ位相をずらした３相の交流電圧を与えることによって、固定子２の内周面の磁極面２ａを形成するティース２１〜２６に所定の磁界を生じさせることができる。具体的には、コイル５４に対して正向きにＵ相の電圧を与え、コイル５３には逆向きにＶ相の電圧を与え、コイル５２には正向きにＶ相の電圧を与え、コイル５１には逆向きにＷ相の電圧を与えることによって、ティース２１、２３、２５は正相のティースとしてＵ、Ｖ、Ｗ相の交流電圧により流れる電流と同相のＵ、Ｖ、Ｗ相の磁界を各々発生し、ティース２２、２４、２６は逆相のティースとしてＵ、Ｖ、Ｗ相の交流電圧により流れる電流と逆相となる−Ｕ、−Ｖ、−Ｗ相の磁界を各々発生する。

こうしたティース２１、２６、２３、２２、２５、２４によって、図中の反時計回りにＵ、−Ｗ、Ｖ相、−Ｕ相、Ｗ相、−Ｖ相の順で磁界を発生させることによって、これらによって各々生じる磁界を合成した合成磁界を、大きさを等しく保ちながら図中のθ方向に回転するいわゆる回転磁界として形成することができる。そして、この回転磁界によって、固定子２の内部に設けた可動子８を回転させることができる。

このクローポール型モータ１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に加えて、これらと逆位相の−Ｕ相、−Ｖ相、−Ｗ相の磁界が生じ、これら２×３相分の位相の異なる多数の磁界が協働して一個の回転磁界を形成するために、磁界の強さを変動させることなくより滑らかに回転させることができるようになっている。そのため、この回転磁界の変化に従って動作する可動子８は、速度の変動や振動が少なく、動作安定性を良好に維持することができる。

以上のように、本実施形態におけるクローポール型モータ１は、固定子２の磁極面２ａを形成しつつ、可動子８の回転方向に並置された複数のティース２１〜２６と、これらのティース２１〜２６と対向して配置されたヨーク３１〜３６と、前記ティース２１〜２６と前記ヨーク３１〜３６とを接続しつつ、これらのティース２１〜２６およびヨーク３１〜３６とともに可動子８の回転方向に連通するスロット２ｂ、２ｃを形成する磁路形成壁４１〜４３と、前記スロット２ｂ、２ｃ内に少なくとも一部が収容され、各々３６０°／３ずつ位相を異ならせた３相の交流電圧を印加する４個のコイル５１〜５４とを具備し、前記ヨーク３１〜３６との間で接続する磁路形成壁４１〜４３の位置を異ならせることで、各コイル５１〜５４により生じる磁界の向きを異ならせた正相のティース２１、２３、２５と逆相のティース２２、２４、２６とによって前記複数のティース２１〜２６を構成したものである。

このように構成しているため、簡単な構造としながら、２×３相分の位相の異なる磁界を磁極面に形成することができるために、これらの多数の磁界によって生じる合成磁界を細かく、滑らかに制御を行うことが可能となり、この合成磁界によって動作する可動子８の速度変動や振動を抑えて動作安定性を高めることが可能となる。

また、前記可動子８の回転方向と直交する方向に前記スロット２ｂ、２ｃが２個連続して形成されているとともに、これらのスロット２ｂ、２ｃが隣接する境界位置と両端位置を合わせた３箇所の位置に前記磁路形成壁４１〜４３を設けるように構成しているため、コイル５１〜５４を収容するためのスロット２ａ、２ｂを少なくして、より簡単な構成とすることができる。

また、前記可動子８の回転方向と直交する方向に並べられた状態で、前記各スロット２ｂ、２ｃの内部に２個ずつコイル５１〜５４が設けられており、前記可動子８の回転方向と直交する方向より第１番目の磁路形成壁４３と隣接させて正向きに電源と接続した第１相（Ｕ相）のコイル５４を設け、第３番目の磁路形成壁４１と隣接させて逆向きに電源と接続した第３逆相（−Ｗ相）のコイル５１を設け、第２番目の磁路形成壁４２の両側面に、正向きに電源と接続した第２相（Ｖ相）のコイル５２と、逆向きに電源と接続した第２逆相（−Ｖ相）のコイル５３とを設けるように構成しているため、簡単な構成を採りつつも、各ティース２１〜２６に２×３相の位相の異なる磁界を生じさせることができる。

また、前記３相の交流電圧により流れる電流と同相の磁界を生じるティース２１、２３、２５が、前記第１〜第３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）およびこれらと逆相（−Ｕ、−Ｖ、−Ｗ相）のコイル５１〜５４と隣接する一個の磁路形成壁４１〜４３によって前記ヨーク３１〜３６と各々接続されることで構成されており、前記３相の交流電圧により流れる電流と逆相の磁界を生じるティース２２、２４、２６が、前記第１〜第３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）およびこれらと逆相（−Ｖ、−Ｗ相）のコイル５１〜５４と隣接する一個の磁路形成壁４１〜４３以外の全ての磁路形成壁４１〜４３によって前記ヨーク３１〜３６と接続されることで構成するようにしているため、磁路形成壁４１〜４３の選択のみという簡単な構成で逆相のティースを形成することができる。

さらには、前記複数のティース２１〜２６を同一の円周面上に配置するように構成しているため、可動子８が回転運動を行う回転モータとして構成することができるとともに、ティース２１〜２６により生じる合成磁界を回転磁界として滑らかに変化するように形成して、可動子８に安定した回転運動を行わせることが可能となる。
＜第２実施形態＞

図６に、本発明の第２実施形態に係るクローポール型モータ１０１を示す。このクローポール型モータ１０１は、固定子１０２と可動子１０８の各磁極面１０２ａ、１０８ａを平面状に構成し、これらの磁極面１０２ａ、１０８ａと平行な方向に可動子１０８を往復動可能に構成したリニアモータ型のものである。

可動子１０８は、第１実施形態において回転軸体として構成した可動子８（図１参照）を基にして、その外周面を平面状に展開した形態としている。そのため、平面状の磁極面１０８ａには、互いに異なる磁極を表面に有する永久磁石１８１、１８２が可動子１０８の移動方向に隣接するように設けられている。

同様に固定子１０２も、第１実施形態において円筒状に構成した固定子２（図１参照）を基にして、その内周面を平面状に展開した形態としている。そのため、平面状の磁極面１０２ａに沿って、それぞれＵ相、−Ｗ相、Ｖ相、−Ｕ相、Ｗ相、−Ｖ相の磁界を発生するティース１２１、１２６、１２３、１２２、１２５、１２４が直線状に並べて配置されており、これらのティース１２１〜１２６と対向しつつ間隙を形成するようにしてヨーク１３１〜１３６が形成されている。そして、この間隙には、環状のコイル１５１〜１５４が扁平にされた形態で約半周分が収まるようにして収納されている。

可動子１０８は、固定子１０２との間で互いの磁極面１０８ａ、１０２ａを近接して対向させた状態で、図中の左右方向に直線状に移動可能に支持されており、固定子１０２より生じる合成磁界の変化によって推力を与えられて移動できるように構成されている。

上記のティース１２１〜１２６、ヨーク１３１〜１３６およびコイル１５１〜１５４は、図中に記載した切断線Ｙ１−Ｙ１〜Ｙ６−Ｙ６の位置における各断面が、第１実施形態における切断線Ｘ１−Ｘ１〜Ｘ６−Ｘ６（図１〜図５参照）の位置における各断面と同じになるように構成している。すなわち、上記第１実施形態と同様の方法によって、ティース１２１〜１２６とヨーク１３１〜１３６とを磁路形成壁４１〜４３（図２〜図５参照）によって接続し、コイル１５１〜１５４に第１実施形態におけるコイル５１〜５４（図１〜図５参照）と同じように３相の交流電圧を印加するようにしている。

こうすることで、第１実施形態と同様に、各コイル１５１〜１５４に印加するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電圧により流れる電流と同相の磁界をティース１２１、１２３、１２５に発生させ、これらと逆相の−Ｕ相、−Ｖ相、−Ｗ相の磁界をティース１２２、１２４、１２６に発生させるようにしている。

このように構成することで、第１実施形態と同様、可動子１０８の移動方向に沿って、順にＵ、−Ｗ相、Ｖ相、−Ｕ相、Ｗ相、−Ｖ相の磁界をティース１２１、１２６、１２３、１２２、１２５、１２４によって発生させ、これらによる磁界が合成された合成磁界を生じさせることができる。そして、このような２×３相の多数の磁界によって合成磁界を形成することで、この合成磁界を滑らかに変化させることができる。こうすることで合成磁界の変化に従って直線方向に動作する可動子１０８を、より細かく滑らかに動作させることが可能となっている

また、固定子１０２はＵ相、−Ｗ相、Ｖ相、−Ｕ相、Ｗ相、−Ｖ相の磁界を発生するティース１２１、１２６、１２３、１２２、１２５、１２４を、同じ並び順で繰り返して配置させている。このようにすることで、可動子１０２の可動範囲を延長させることが可能である。

以上のように構成することにより、本実施形態におけるクローポール型モータ１０１は、第１実施形態の場合とは、可動子１０２の移動方向が異なるものの、ほぼ同一の効果を得ることが可能となる。

さらに、本実施形態におけるけるクローポール型モータ１０１は、複数のティース１２１〜１２６を直線状に並べて配置するように構成しているため、可動子１０８が直線運動を行うリニアモータとして構成することができるとともに、直線状に合成磁界を滑らかに変化させることが可能であるため、速度変動や振動を抑制して動作安定性を高めることが可能となる。

なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。

例えば、上述の第１および第２実施形態においては、コイル５１〜５４（１５１〜１５４）により磁界を発生するティース２１〜２６（１２１〜１２６）を固定子２（１０２）側に形成していたが、電源の供給が可能である限り可動子８（１０８）側に構成することも可能である。また、上記の実施形態では、ティース２１〜２６（１２１〜１２６）と対向する相手側の磁極面８ａ（１０８ａ）を永久磁石８１，８２によって形成していたが、ティース２１〜２６（１２１〜１２６）により生じる磁界によって誘導磁界を生じさせて推力を生じさせる構成とする場合には、導体バーと鉄心または導体プレートと鉄心構造により誘導機を構成して、磁極面８ａに永久磁石８１、８２を用いないようにすることも可能である。

また、上述の第１実施形態では可動子８が固定子２の内部にあるいわゆるインナーローター型モータとして構成したが、互いの磁極面８ａ、２ａの構成を同様にしたままで、可動子８を円筒状に構成して固定子２の外部に設けたアウターロータ型モータとして構成することも可能である。

また、上述の実施形態においては、コイル５１〜５４（１５１〜１５４）に３相の交流電圧を印加して合成磁界を生じさせる構成としていたが、この構成を展開して、さらに多くの相数からなる交流電圧を印加する構成とすることも可能である。例えば、３６０°／ｎ（ｎは３以上の整数）ずつ位相を異ならせたｎ相の交流電圧を与えることを前提とした場合、コイルを収容する環状のスロットはｎ−１個構成し、各々に２個ずつ計２×（ｎ−１）個のコイルを収容するようにすれば良い。そして、スロットの各境界位置および両端面の位置にティースとヨークとを接続する計ｎ個の磁路形成壁を形成し、一方の端面側より第１番目となる磁路形成壁と隣接して第１相のコイルを設け、第ｎ番目の磁路形成壁と隣接して正負逆の電流が流れるよう第ｎ逆相のコイルを設ける。さらに、第ｍ番目（ｍは２以上ｎ未満の整数）の磁路形成壁を挟むようにして第ｍ相のコイルと、第ｍ逆相のコイルを設ける。このように第ｎ番目の磁路形成壁によってティースとヨークとを接続することで、当該箇所においてティースに第ｎ相の交流電圧により流れる電流と同相である第ｎ相の磁界を生じさせることができる。さらに、第ｎ番目以外の全ての磁路形成壁によってティースとヨークとを接続することで、ティースに第ｎ相の磁界を反転させた逆相の磁界を生じさせることができる。このように構成することで、３相を越える多くの相数を有するものであっても、上述の実施形態と同一の思想の基で製作することができ、同様に２×ｎ相の異なる位相の磁界を生じさせることで、より滑らかな合成磁界を形成することができる。

なお、各磁路形成壁と隣接するコイルを１個ずつにして、上記ｎ相の場合であれば合計ｎ個のみのコイルで構成することも可能である。この場合には、各コイルによる磁界の干渉が生じやすくなるため、これを防ぐためには、上記のように境界位置における磁路形成壁は両側より互いに逆位相のコイルで挟み込むように構成し、合計２×（ｎ−１）個のコイルを備えるように構成することが好適である。

また、上述の実施形態では、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の磁界と、これに対する逆相である−Ｕ、−Ｖ、−Ｗ相の磁界を生じさせるように各ティース２１〜２６（１２１〜１２６）を構成していたが、これらのティース２１〜２６（１２１〜１２６）の長さ（図２〜図５における左右方向への長さ）を変更することによって、上記とは異なる位相の磁界を発生させるように構成することも可能である。すなわち、Ｕ、Ｖ、Ｗ、−Ｕ、−Ｖ、−Ｗ相の位相をずらすことで等価的に分布巻の効果が得られて、さらに滑らかな合成磁界を形成させることも可能である。

その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…クローポール型モータ
２…固定子
２ａ…（固定子側）磁極面
２ｂ、２ｃ…スロット
８…可動子
８ａ…（可動子側）磁極面
２１〜２６…ティース
３１〜３６…ヨーク
４１〜４３…磁路形成壁
５１〜５４…コイル

Claims (6)

1. 可動子または固定子のいずれか一方の磁極面を形成しつつ、前記可動子の回転または移動方向に並置された複数のティースと、
   これらのティースと対向して配置されたヨークと、
   前記ティースと前記ヨークとを接続しつつ、これらのティースおよびヨークとともに可動子の回転または移動方向に連通するスロットを形成する複数の磁路形成壁と、
   前記スロット内に少なくとも一部が収容され、各々３６０°／ｎ（ｎは３以上の整数）ずつ位相を異ならせたｎ相の交流電圧を印加する少なくともｎ個のコイルとを具備し、
   前記ヨークとの間で接続する磁路形成壁の位置を異ならせることで、各コイルにより生じる磁界の向きを異ならせた正相のティースと逆相のティースとによって前記複数のティースを構成したものであって、
   前記ｎ相の交流電圧により流れる電流と同相の磁界を生じる各ティースが、交流電源に対して正相の電流を流すコイルの左右何れかに隣接する磁路形成壁を通じて前記ヨークと接続されることで構成され、前記ｎ相の交流電圧により流れる電流と逆相の磁界を生じる各ティースが、上記を除く磁路形成壁を通じて前記ヨークと接続されることで構成されていることを特徴とするクローポール型モータ。
2. 前記可動子の回転または移動方向と直交する方向に前記スロットがｎ−１個連続して形成されているとともに、これらのスロットが隣接する境界位置と両端位置を合わせたｎ箇所の位置に前記磁路形成壁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のクローポール型モータ。
3. 前記可動子の回転または移動方向と直交する方向に並べられた状態で、前記各スロットの内部に２個ずつコイルが設けられており、
   前記可動子の回転または移動方向と直交する方向より第１番目の磁路形成壁と隣接させて正向きに電源と接続した第１相のコイルを設け、
   第ｎ番目の磁路形成壁と隣接させて逆向きに電源と接続した第ｎ逆相のコイルを設け、
   第ｍ番目（ｍは２以上ｎ未満の整数）の磁路形成壁の両側面に、正向きに電源と接続した第ｍ相のコイルと、逆向きに電源と接続した第ｍ逆相のコイルとを設けたことを特徴とする請求項２に記載のクローポール型モータ。
4. 前記ｎ相の交流電圧により流れる電流と同相の磁界を生じるティースが、前記第１〜第ｎ相およびこれらと逆相のコイルと隣接する一個の磁路形成壁のみによって前記ヨークと接続されることで構成されており、
   前記ｎ相の交流電圧により流れる電流と逆相の磁界を生じるティースが、前記第１〜第ｎ相およびこれらと逆相のコイルと隣接する一個の磁路形成壁以外の全ての磁路形成壁によって前記ヨークと接続されることで構成されていることを特徴とする請求項３に記載のクローポール型モータ。
5. 前記複数のティースを同一の円周面上に配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のクローポール型モータ
6. 前記複数のティースを直線状に並べて配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のクローポール型モータ。

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