JP7229526B2 - Embedded magnet type motor, position estimation device and position estimation method - Google Patents
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Description
本発明は埋込磁石型モータ、位置推定装置および位置推定方法に関する。 The present invention relates to an embedded magnet motor, a position estimation device and a position estimation method.
近年、直動および回転可能な二自由度モータが提案されている。例えば特許文献1に記載の電磁アクチュエータは、交差させた導線で生じる2つの起磁力の合力を駆動力として用いて駆動機構を構成する。この電磁アクチュエータは、交差させた導線に通電する電流の方向を調整することによって、2つの起磁力(ローレンツ力)の合力の方向を変更し、異なる駆動態様を独立して制御する。
In recent years, linear and rotatable two-degree-of-freedom motors have been proposed. For example, the electromagnetic actuator described in
ところで、特許文献1に記載の電磁アクチュエータは、可動子であるシャフトの表面に磁石を貼り付ける表面磁石型又はSPM(Surface Permanent Magnet)と称されるタイプのモータである。SPM型のモータは表面に貼り付けた磁石が剥がれ落ちやすく高速回転には向いていない。そこで発明者らは、特許文献1に記載の電磁アクチュエータを埋込磁石型又はIPM(Interior Permanent Magnet)と称されるタイプに変更することを検討した。埋込磁石型モータ又はIPM型のモータは、磁石がシャフト内に埋め込まれているため高速回転により磁石が剥がれ落ちる虞がない。
By the way, the electromagnetic actuator described in
しかしながら、特許文献1に記載の電磁アクチュエータの磁極部をIPM型に変更する場合、例えばシャフトの軸方向に設けた空間に異なる極性の磁石を並べて挿入するとN極とS極とが短絡し、磁束が低下してしまう。複数の磁石をこのような方法により配置する場合、精度よく組み立てを行うことが難しい。
However, when the magnetic pole portion of the electromagnetic actuator described in
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、組立容易かつ高速回転可能な二自由度埋込磁石型モータ等を提供するものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such problems, and provides a two-degree-of-freedom embedded magnet motor or the like that is easy to assemble and that can rotate at high speed.
本発明にかかる埋込磁石型モータは、基準軸を中心とした第1螺旋方向に延びる第1導線を含む第1巻線体と、上記第1螺旋方向と交差する方向であって上記基準軸を中心とした第2螺旋方向に延びる第2導線を含む第2巻線体と、を有する固定子と、上記基準軸に直交する径方向において上記固定子の少なくとも一部と対向し、上記固定子に対して、上記基準軸に沿った軸方向において相対的に移動可能かつ上記基準軸を中心とした周方向において相対的に回動可能な可動子と、を備え、上記可動子は、上記周方向において異なる磁極が交互に配置される第1磁石群と、上記軸方向において上記第1磁石群の下流に配置され、上記周方向において異なる磁極が交互に配置される第2磁石群と、上記第1磁石群が埋設されるように上記第1磁石群を保持し、空気より透磁率が高い第1磁石保持部と、上記第2磁石群が埋設されるように上記第2磁石群を保持し、上記軸方向において隣り合う上記第1磁石群の磁極と上記第2磁石群の磁極とが異なるように配置され、空気より透磁率が高い第2磁石保持部と、上記軸方向において上記第1磁石群及び上記第2磁石群の間に配置されると共に、上記第1磁石保持部及び上記第2磁石保持部より透磁率が低い磁束バリア部と、を有する。 An embedded magnet type motor according to the present invention comprises: a first winding body including a first conductor wire extending in a first spiral direction about a reference axis; and a second winding body including a second conductor wire extending in a second spiral direction centered on, and facing at least a part of the stator in a radial direction orthogonal to the reference axis, the fixed a mover that is relatively movable in an axial direction along the reference axis and relatively rotatable in a circumferential direction about the reference axis with respect to the element; a first magnet group in which magnetic poles different in the circumferential direction are alternately arranged; a second magnet group arranged downstream of the first magnet group in the axial direction and in which magnetic poles different in the circumferential direction are alternately arranged; A first magnet holding portion that holds the first magnet group so that the first magnet group is embedded and has a magnetic permeability higher than that of air, and a second magnet group so that the second magnet group is embedded. a second magnet holding portion having a magnetic permeability higher than that of air; a magnetic flux barrier portion disposed between the first magnet group and the second magnet group and having a magnetic permeability lower than that of the first magnet holding portion and the second magnet holding portion.
このような構成により、電磁アクチュエータは、IPM型の磁極部が軸方向に連結される。そのため、電磁アクチュエータは組立容易な構成となる。 With such a configuration, the electromagnetic actuator has the IPM-type magnetic pole portions connected in the axial direction. Therefore, the electromagnetic actuator has a configuration that is easy to assemble.
上記埋込磁石型モータにおいて、上記磁束バリア部は、円柱形状に形成されているのが好ましい。これにより磁束バリア部は加工容易となる。 In the embedded magnet type motor, it is preferable that the magnetic flux barrier section is formed in a cylindrical shape. This facilitates processing of the magnetic flux barrier portion.
上記埋込磁石型モータにおいて、上記磁束バリア部は、上記軸方向において並んで配置される第1磁束バリア部及び第2磁束バリア部を有し、上記可動子は、上記軸方向において上記第1磁束バリア部及び上記第2磁束バリア部の間に配置され上記第1磁束バリア部及び上記第2磁束バリア部より透磁率が高い中間部と、上記第1磁石保持部及び上記中間部に連結し、上記径方向において上記第1巻線体及び上記第2巻線体の少なくとも一方との間に上記第1磁束バリア部を挟むように配置され、上記第1磁束バリア部より透磁率が高い第1磁束連結部と、上記第2磁石保持部及び上記中間部に連結し、上記径方向において上記第1巻線体及び上記第2巻線体の少なくとも一方との間に上記第2磁束バリア部を挟むように配置され、上記第2磁束バリア部より透磁率が高い第2磁束連結部と、を有するものであってもよい。 In the above-described embedded magnet type motor, the magnetic flux barrier section has a first magnetic flux barrier section and a second magnetic flux barrier section arranged side by side in the axial direction, and the mover has the first magnetic flux barrier section in the axial direction. an intermediate portion disposed between the magnetic flux barrier portion and the second magnetic flux barrier portion and having a higher magnetic permeability than the first magnetic flux barrier portion and the second magnetic flux barrier portion; , the first magnetic flux barrier portion is disposed between at least one of the first winding body and the second winding body in the radial direction, and has a higher magnetic permeability than the first magnetic flux barrier portion; The second magnetic flux barrier portion is connected to the first magnetic flux coupling portion and the second magnet holding portion and the intermediate portion, and is located between at least one of the first winding body and the second winding body in the radial direction. and a second magnetic flux coupling portion having a magnetic permeability higher than that of the second magnetic flux barrier portion.
上記埋込磁石型モータにおいて、上記中間部は、円柱形状に形成されているのが好ましい。これにより中間部は加工容易となる。 In the interior magnet type motor, it is preferable that the intermediate portion is formed in a cylindrical shape. This facilitates processing of the intermediate portion.
上記埋込磁石型モータにおいて、上記第1磁束連結部及び上記第2磁束連結部の少なくともいずれか一方は、円柱形状に形成されているのが好ましい。これによりこれらの構成は加工容易となる。 In the embedded magnet type motor, at least one of the first magnetic flux coupling portion and the second magnetic flux coupling portion is preferably formed in a cylindrical shape. This makes these configurations easier to process.
上記埋込磁石型モータにおいて、上記中間部と、上記第1磁束連結部及び上記第2磁束連結部の少なくとも一方とは、一体に形成されていてもよい。 In the embedded magnet type motor, the intermediate portion and at least one of the first magnetic flux coupling portion and the second magnetic flux coupling portion may be integrally formed.
上記埋込磁石型モータにおいて、上記可動子は、上記軸方向における上記第1磁石群の上流に配置されると共に、上記第1磁石保持部より透磁率が低い第3磁束バリア部と、上記軸方向における上記第3磁束バリア部の上流に配置され、上記第3磁束バリア部より透磁率が高い第3磁束ガイド部と、上記第1磁石保持部及び上記第3磁束ガイド部に連結し、上記径方向において上記第1巻線体及び上記第2巻線体の少なくとも一方との間に上記第3磁束バリア部を挟むように配置され、上記第3磁束バリア部より透磁率が高い第3磁束連結部と、を有するものであってもよい。これにより埋込磁石型モータは効率が向上する。 In the interior magnet type motor, the mover is disposed upstream of the first magnet group in the axial direction, and has a third magnetic flux barrier portion having a lower magnetic permeability than the first magnet holding portion; a third magnetic flux guide portion disposed upstream of the third magnetic flux barrier portion in the direction and having a magnetic permeability higher than that of the third magnetic flux barrier portion; A third magnetic flux having a magnetic permeability higher than that of the third magnetic flux barrier portion and disposed so as to sandwich the third magnetic flux barrier portion between at least one of the first winding body and the second winding body in the radial direction. A connecting part may be provided. This improves the efficiency of the embedded magnet motor.
上記埋込磁石型モータにおいて、上記第3磁束バリア部、上記第3磁束ガイド部及び上記第3磁束連結部の内少なくともいずれか一つは、円柱形状に形成されていてもよい。 In the embedded magnet type motor, at least one of the third magnetic flux barrier portion, the third magnetic flux guide portion, and the third magnetic flux coupling portion may be formed in a cylindrical shape.
上記埋込磁石型モータにおいて、上記可動子は、上記軸方向における上記第2磁石群の下流に配置されると共に、上記第2磁石保持部より透磁率が低い第4磁束バリア部と、上記軸方向における上記第4磁束バリア部の下流に配置され、上記第4磁束バリア部より透磁率が高い第4磁束ガイド部と、上記第2磁石保持部及び上記第4磁束ガイド部に連結し、上記径方向において上記第1巻線体及び上記第2巻線体の少なくとも一方との間に上記第4磁束バリア部を挟むように配置され、上記第4磁束バリア部より透磁率が高い第4磁束連結部と、を有するものであってもよい。これにより埋込磁石型モータは効率が向上する。 In the interior magnet type motor, the mover is disposed downstream of the second magnet group in the axial direction, and has a fourth magnetic flux barrier portion having a lower magnetic permeability than the second magnet holding portion; a fourth magnetic flux guide portion disposed downstream of the fourth magnetic flux barrier portion in the direction and having a higher magnetic permeability than the fourth magnetic flux barrier portion; A fourth magnetic flux that is disposed so as to sandwich the fourth magnetic flux barrier portion between at least one of the first winding body and the second winding body in the radial direction and has a magnetic permeability higher than that of the fourth magnetic flux barrier portion A connecting part may be provided. This improves the efficiency of the embedded magnet motor.
上記埋込磁石型モータにおいて、上記第4磁束バリア部、上記第4磁束ガイド部及び上記第4磁束連結部の内少なくともいずれか一つは、円柱形状に形成されているのが好ましい。これによりこれらの構成は加工容易となる。 In the embedded magnet type motor, at least one of the fourth magnetic flux barrier portion, the fourth magnetic flux guide portion, and the fourth magnetic flux coupling portion is preferably formed in a cylindrical shape. This makes these configurations easier to process.
上記埋込磁石型モータにおいて、上記固定子は、上記第1巻線体又は上記第2巻線体を構成する導線が巻回され、上記軸方向において、上記第1巻線体を構成する導線同士が互いに連結されるとともに、上記第2巻線体を構成する導線同士が互いに連結される複数のヨーク単位を有するものであってもよい。これにより固定子は組立容易な構成となる。 In the embedded magnet type motor, the stator is wound with a conductor wire that constitutes the first winding body or the second winding body, and the conductor wire that constitutes the first winding body is wound in the axial direction. The yoke unit may have a plurality of yoke units that are connected to each other and that the conductor wires that constitute the second winding body are connected to each other. As a result, the stator has a structure that is easy to assemble.
上記埋込磁石型モータにおいて、複数の上記ヨーク単位は、上記軸方向に投影した場合にそれぞれ同一の形状を有するのが好ましい。これによりヨーク単位は加工容易となる。 In the interior magnet type motor, the plurality of yoke units preferably have the same shape when projected in the axial direction. This facilitates processing of the yoke unit.
上記埋込磁石型モータにおいて、上記第1巻線体は、上記第1螺旋方向に沿って絶縁状態で並行して延びる複数の第1導線部材を有し、上記第2導線は、上記第2螺旋方向に沿って絶縁状態で並行して延びる複数の第2導線部材を有するものであってもよい。これにより埋込磁石型モータは、例えば2自由度3相交流モータを実現できる。 In the above-described embedded magnet type motor, the first winding body has a plurality of first conductor members extending in parallel in an insulated state along the first spiral direction, and the second conductor extends along the second spiral direction. It may have a plurality of second conductor members extending in parallel in an insulated state along the spiral direction. Thereby, the embedded magnet type motor can realize, for example, a two-degree-of-freedom three-phase AC motor.
上記埋込磁石型モータにおいて、上記可動子は、上記径方向において上記固定子より内周側に配置されるものであってもよい。これにより可動子を軸とした2自由度モータを実現できる。 In the interior magnet type motor, the mover may be arranged radially inwardly of the stator. This makes it possible to realize a two-degree-of-freedom motor with the mover as an axis.
上記埋込磁石型モータにおいて、上記第1巻線体は、上記径方向において上記第2巻線体と上記可動子との間に配置されているものであってもよい。これにより、径方向に第1巻線体と第2巻線体をそれぞれ有する固定子を構成できる。 In the interior magnet type motor, the first winding body may be arranged between the second winding body and the mover in the radial direction. Thereby, the stator having the first winding bodies and the second winding bodies in the radial direction can be constructed.
上記埋込磁石型モータにおいて、上記第2巻線体は、上記軸方向において上記第1巻線体の下流に配置されるものであってもよい。これにより軸方向に第1巻線体と第2巻線体をそれぞれ有する固定子を構成できる。 In the interior magnet type motor, the second winding body may be arranged downstream of the first winding body in the axial direction. Thereby, a stator having the first winding body and the second winding body in the axial direction can be constructed.
上記埋込磁石型モータは、上記第1巻線体および上記第2巻線体に対して駆動用の交流電圧よりも高い位置推定用周波数を有する位置推定信号を印加するドライバ回路と、上記第1巻線体および上記第2巻線体に流れる電流から上記位置推定信号を検出するためのフィルタ回路と、検出された上記位置推定信号の電流値を測定する電流計と、上記電流値に基づいて、上記第1巻線体又は上記第2巻線体と上記可動子との相対的な位置関係を推定する演算回路と、をさらに備えるものであってもよい。これにより、埋込磁石型モータは、シンプルな構成で位置推定を行うことができる。 The embedded magnet type motor includes a driver circuit for applying a position estimation signal having a position estimation frequency higher than a drive AC voltage to the first winding body and the second winding body; a filter circuit for detecting the position estimation signal from currents flowing through the first winding body and the second winding body; an ammeter for measuring a current value of the detected position estimation signal; and an arithmetic circuit for estimating a relative positional relationship between the first winding body or the second winding body and the mover. As a result, the embedded magnet motor can perform position estimation with a simple configuration.
本発明にかかる位置推定装置は、基準軸を中心とした第1螺旋方向に延びる第1導線を含む第1巻線体と、上記第1螺旋方向と交差し、上記基準軸を中心とした第2螺旋方向に延びる第2導線を含む第2巻線体と、を有する固定子と、上記固定子に対して、上記基準軸に沿った直線方向において相対的に移動可能かつ上記基準軸を中心とした周方向において相対的に回動可能な可動子と、を備える埋込磁石型モータの、上記固定子と上記可動子との相対的な位置関係を推定する位置推定装置であって、上記第1巻線体および上記第2巻線体に対して駆動用の交流電流よりも高い位置推定用周波数を有する位置推定信号を印加するドライバ回路と、上記第1巻線体および上記第2巻線体に流れる電流から上記位置推定信号を検出するためのフィルタ回路と、検出された上記位置推定信号の電流値を測定する電流計と、上記電流値に基づいて、上記第1巻線体又は上記第2巻線体と上記可動子との相対的な位置関係を推定する演算回路と、を備える。 A position estimating device according to the present invention includes: a first winding body including a first conductor extending in a first spiral direction centered on a reference axis; a second winding body including second conductors extending in two helical directions; and a stator relatively movable in a linear direction along the reference axis and centered on the reference axis with respect to the stator. A position estimating device for estimating the relative positional relationship between the stator and the mover of an embedded magnet type motor comprising a mover relatively rotatable in the circumferential direction as a driver circuit for applying a position estimation signal having a frequency for position estimation higher than a driving alternating current to the first winding body and the second winding body; and the first winding body and the second winding body. a filter circuit for detecting the position estimation signal from the current flowing through the wire; an ammeter for measuring the current value of the detected position estimation signal; and based on the current value, the first winding body or and an arithmetic circuit for estimating a relative positional relationship between the second winding body and the mover.
このような構成により、位置推定装置は、組立容易かつ高速回転可能な二自由度埋込磁石型モータの位置推定をシンプルな構成により実現する。 With such a configuration, the position estimation device achieves position estimation of a two-degree-of-freedom embedded magnet motor that can be easily assembled and rotated at high speed with a simple configuration.
本発明にかかる位置推定方法は、基準軸を中心とした第1螺旋方向に延びる第1導線を含む第1巻線体と、上記第1螺旋方向と交差し、上記基準軸を中心とした第2螺旋方向に延びる第2導線を含む第2巻線体と、を有する固定子と、上記固定子に対して、上記基準軸に沿った直線方向において相対的に移動可能かつ上記基準軸を中心とした周方向において相対的に回動可能な可動子と、を備える埋込磁石型モータの、上記固定子と上記可動子との相対的な位置関係を推定する位置推定方法であって、上記第1巻線体および上記第2巻線体に対して駆動用の交流電流よりも高い位置推定用周波数を有する位置推定用電圧を印加する印加ステップと、上記第1巻線体および上記第2巻線体に流れる電流から上記位置推定用周波数の位置推定用電流を検出するためのフィルタリングステップと、検出された上記位置推定用電流の電流値を測定する電流測定ステップと、上記電流値に基づいて、上記第1巻線体又は上記第2巻線体と上記可動子との相対的な位置関係を推定する推定ステップと、を備える。 A position estimation method according to the present invention includes: a first winding body including a first conductor extending in a first spiral direction centered on a reference axis; a second winding body including second conductors extending in two helical directions; and a stator relatively movable in a linear direction along the reference axis and centered on the reference axis with respect to the stator. A position estimating method for estimating the relative positional relationship between the stator and the mover of an embedded magnet type motor comprising a mover relatively rotatable in the circumferential direction as an applying step of applying a position estimation voltage having a position estimation frequency higher than a driving alternating current to the first winding body and the second winding body; a filtering step for detecting the position estimation current of the position estimation frequency from the current flowing through the winding body; a current measurement step for measuring a current value of the detected position estimation current; and an estimation step of estimating a relative positional relationship between the first winding body or the second winding body and the mover.
このような構成により、位置推定方法は、位置推定装置は、組立容易かつ高速回転可能な二自由度埋込磁石型モータの位置推定をシンプルな構成により実現する。 With such a configuration, the position estimating method and the position estimating device achieve position estimation of a two-degree-of-freedom embedded magnet motor that can be easily assembled and rotated at high speed with a simple configuration.
本発明により、組立容易かつ高速回転可能な二自由度埋込磁石型モータ等を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a two-degree-of-freedom embedded magnet motor or the like that can be easily assembled and rotated at high speed.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲にかかる発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略、および簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the invention according to the scope of claims is not limited to the following embodiments. Moreover, not all the configurations described in the embodiments are essential as means for solving the problems. For clarity of explanation, the following descriptions and drawings are omitted and simplified as appropriate. In each drawing, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as necessary.
<実施の形態1>
以下、図面を参照して実施の形態1について説明する。図1は、実施の形態1にかかる電磁アクチュエータの基本構成を示す概観斜視図である。実施の形態1にかかる電磁アクチュエータ10は、埋込磁石型モータの一実施態様である。実施の形態1にかかる電磁アクチュエータ10は、コア部11およびステータ部12を有している。コア部11は、基準軸Aに対して回転対称の部材により構成された電磁アクチュエータの可動子である。ステータ部12は、コア部の周囲を所定の円筒面に沿って囲むように構成された電磁アクチュエータの固定子である。ステータ部12は、ヨーク部とも称される。
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コア部11およびステータ部12は、基準軸Aに対して、相対的に直動自在および回転自在に設置される。したがって、例えば、ステータ部12は任意のケースに保持されてその姿勢を維持し、コア部11はステータ部12と接触せず、予め設定された間隔を維持しながら直動および回転するように軸受等により支持される。このような構成により電磁アクチュエータは直動方向と回転方向の二自由度を有する。
The
電磁アクチュエータ10は、コア部11を駆動するための制御回路に接続される。制御回路は、上流側(図の左下側)で、ステータ部12に接続して所定の電圧を印加する。ステータ部12は上流側から下流側(図の右上側)へ向かって所定の螺旋状に導線が配線されており、さらにこの導線は下流側から上流側へ配線されている。この導線は、上流側から下流側へ流れる電流と、下流側から上流側へ流れる電流とが平行して交互に流れることにより、ローレンツ力が生じるように配置される。なお、導線が螺旋状に配線された二自由度モータの技術は既に当業者に知られるところであり、ここでの詳述は省略する。制御回路からステータ部12に電圧が印加されると、コア部11に駆動力が生じる。制御回路については後述する。
構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものとして、図1は、右手系の直交座標系および円筒座標系が重畳された状態で付されている。図2以降において、直交座標系又は円筒座標系が付されている場合、図1のX軸、Y軸、およびZ軸方向と、これらの直交座標系のX軸、Y軸、およびZ軸方向はそれぞれ一致している。また電磁アクチュエータの基準軸である回転軸の軸方向とZ軸方向とは一致しており、電磁アクチュエータの半径方向は矢印Rで示され、電磁アクチュエータの円周方向は矢印θで示されている。以降の説明において、「内周側」は、矢印Rに沿って「外周側」よりも基準軸Aに近い側をいう。また、円周方向におけるプラス方向は、図示の矢印のように、Y軸プラス側からX軸プラス側へ向かう方向をいう。また以降の説明において「上流側」とはZ軸マイナス側であり、「下流側」とはZ軸プラス側をいう。 For convenience in explaining the positional relationship of the components, FIG. 1 is attached with a right-handed orthogonal coordinate system and a cylindrical coordinate system superimposed. In FIG. 2 and subsequent figures, when an orthogonal coordinate system or a cylindrical coordinate system is attached, the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions of FIG. 1 and the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions of these orthogonal coordinate systems are consistent with each other. The axial direction of the rotation axis, which is the reference axis of the electromagnetic actuator, coincides with the Z-axis direction, the radial direction of the electromagnetic actuator is indicated by arrow R, and the circumferential direction of the electromagnetic actuator is indicated by arrow θ. . In the following description, the “inner peripheral side” refers to the side closer to the reference axis A along the arrow R than the “outer peripheral side”. The positive direction in the circumferential direction is the direction from the positive side of the Y-axis to the positive side of the X-axis, as indicated by the arrow in the drawing. In the following description, "upstream side" means the Z-axis minus side, and "downstream side" means the Z-axis plus side.
図2および図3を参照しながら電磁アクチュエータの構成についてさらに説明する。図2は、基準軸Aに直交する面の平面図である。図3は、基準軸Aに平行な面の断面図である。図3は、図に示した断面IIIを示したものである。 The configuration of the electromagnetic actuator will be further described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a plan view of a plane perpendicular to the reference axis A. FIG. 3 is a cross-sectional view of a plane parallel to the reference axis A. FIG. FIG. 3 shows section III shown in the figure.
ステータ部12は主な構成として、複数のヨーク単位121および複数のヨーク連結部125を有している。ヨーク単位121とヨーク連結部125とは、基準軸Aに沿って交互に連結している。
The
ヨーク単位121は、円筒状の磁性体の内周側に第1巻線体14の構成要素である第1導線が巻回された複数のコイル、第2巻線体15の構成要素である第2導線が巻回された複数のコイルおよびティース124を有している。第1巻線体14は基準軸Aの周囲に配置された複数のコイルにより構成されている。第2巻線体15は、基準軸Aの周囲であって、第1巻線体14の外周側に配置された複数のコイルにより構成されている。ティース124は、第1巻線体14の内周側に複数配置されており、ティース124の内周側の面は直径D1の第1円筒面を形成している。なお、ヨーク単位121の詳細な構成は後述する。
The
ヨーク連結部125は、円筒状の磁性体により形成されており、2つ有する平面部においてそれぞれ隣接するヨーク単位121に連結する。
The
コア部11は主な構成として、基準軸Aに沿って延伸する軸111と、軸111の周囲に固定された磁極部13とを有する。磁極部13は円筒形状であり、その外径は直径D2である。直径D2はティース124により形成される第1円筒面の直径D1より小さい。すなわち、磁極部13は直径D1より小さい直径D2の第2円筒面を有し、第2円筒面は、第1円筒面に離間して対向している。
The
次に、コア部のさらなる詳細について説明する。図4は、実施の形態1にかかるコア部の斜視図である。コア部11は、軸111の中央部に磁極部13が固定されている。磁極部13は、軸方向の両端部に係合部材112がそれぞれ係合されている。これにより磁極部13と軸111とは互いに固定されている。磁極部13は、第1磁極単位130Aおよび第1磁極単位130Aの下流側の軸方向に連結された第2磁極単位130Bを有している。なお第1磁極単位130Aおよび第2磁極単位130Bを総称して磁極単位130と称する。また同様に、以降の説明において構成要素の符号の数字が同じであって、末尾のアルファベットが異なるものについては、アルファベットを省略して符号の数字のみで構成要素を総称する場合がある。
Further details of the core portion will now be described. 4 is a perspective view of a core portion according to the first embodiment; FIG. The
次に図5を参照して磁極単位の構成について説明する。図5は、磁極単位130の分解斜視図である。第1磁極単位130Aは主な構成として第1磁石保持部131A、磁石133、第1磁束バリア部135A、第3磁束バリア部135C、第1磁束ガイド部136A及び第3磁束ガイド部136Cを有している。第2磁極単位130Bは主な構成として第2磁石保持部131B、磁石133、第2磁束バリア部135B、第4磁束バリア部135D、第2磁束ガイド部136B及び第4磁束ガイド部136Dを有している。また磁極単位130のこれらの構成は、いずれも位置決め部134を有しており、隣接する各構成と位置決め部134により位置ずれなく固定される。
Next, the configuration of each magnetic pole unit will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an exploded perspective view of the magnetic pole unit 130. FIG. The first
第1磁石保持部131Aおよび第2磁石保持部131Bは、直径D2の第2円筒面131Sを有する磁性体により構成されており、内部に複数の磁石133により構成される磁石群を保持している。磁石保持部131を形成する磁性体とは例えば鉄、ステンレス、ケイ素鋼板等の強磁性体である。本実施の形態において、磁石保持部131は、4個の矩形板状の磁石133により構成される磁石群を有している。磁石群を構成する4個の磁石133は、基準軸Aの周囲に90度ずつ回転した位置であって、且つ、基準軸Aからの距離がそれぞれ等しい位置に埋設されている。またこのとき、4個の磁石133は、基準軸Aを中心軸として形成される四角柱の各面に沿って配置されていることになる。図に示す磁石保持部131は、磁石133のそれぞれの主面がXZ平面又はYZ平面に平行になるように磁石133を保持している。また、基準軸Aから磁石133までの最短距離は、いずれも同じになるように構成されている。また磁石133の軸方向の長さは、磁石保持部131の軸方向の長さと同じであって、同一の端面を形成するように構成されている。なお、ここで磁石が「埋設されている」とは、磁石の少なくとも一部が磁石保持部131内に埋め込まれていればよく、磁石の一部が磁石保持部131の表面に露呈していてもよい。また磁石133の軸方向の長さは、磁石保持部131の内部で所定の位置に固定されていれば、磁石保持部131より短くてもよい。
The first
磁石保持部131は、磁石133の円周方向の両端部に、エアギャップ132をそれぞれ有している。エアギャップ132は、磁石133の円周方向の端面に接して形成されている。エアギャップ132をこのように構成することにより、エアギャップ132は、磁石133の端面で磁束が短絡することを防いでいる。なお、磁石133の極性については後述する。
The
磁束バリア部135は、磁石保持部131より透磁率の低い材質により形成された板状部材である。磁束バリア部135の外径は、磁石保持部131と同じ直径D2である。磁石保持部より透磁率の低い材質とは、磁石保持部に比較的透磁率の高い鉄などを用いた場合には、例えば代表的にはアルミニウム、銅、紙等の非磁性体である。なお、磁束バリア部135は、このような素材に代えて、あるいはこのような素材に加えて、空間を設けることにより構成されてもよい。
The magnetic
磁束バリア部135は、磁石保持部131の軸方向の端面に接触した状態で配置される。これにより磁束バリア部135は、磁石133の軸方向の端面に接触する。そのため、磁束バリア部135は、軸方向において磁石133を保持する。磁束バリア部135は、磁石保持部131と磁束ガイド部136との間に介在することにより、磁石保持部131と磁束ガイド部136との間に流れる磁束を抑制する。なお、磁石133の軸方向の長さが磁石保持部131より短い場合、磁石保持部131と磁束バリア部135とが接触する面と磁石133との間にはエアギャップが存在することになる。
The magnetic
磁束ガイド部136は、磁石保持部131と同等の材質により形成された円筒状の部材である。磁石保持部131と同等の材質とは、磁石保持部131と同じ材質である必要はなく、透磁率が磁石133や磁束バリア部135等より高い部材であればよい。磁束ガイド部136の外径は、磁石保持部131と同じ直径D2である。磁束ガイド部136は、磁石133と接触する面と反対側の面で磁束バリア部135に隣接する。また、磁束ガイド部136の内周側には、磁石保持部131に向かって突出する磁束連結部137が設けられている。磁束連結部137は、磁束バリア部135の内周側を延伸するように形成されており、磁石保持部131と接触するように構成される。換言すると、磁束連結部137は、径方向において、第1巻線体14又は第2巻線体15の少なくともいずれか一方との間に磁束バリア部135を挟むように配置されている。
The magnetic
図5に示すように、本実施の形態において、第1磁極単位130Aおよび第2磁極単位130Bは、それぞれ同じ構成を有している。第1磁極単位130Aは、上流側から順に、第3磁束ガイド部136C、第3磁束バリア部135C、第1磁石保持部131A、第1磁束バリア部135Aおよび第1磁束ガイド部136Aの順に連結している。第2磁極単位13Bは、上流側から順に、第2磁束ガイド部136B、第2磁束バリア部135B、第2磁石保持部131B、第4磁束バリア部135Dおよび第4磁束ガイド部136Dの順に連結している。そして、第1磁束ガイド部136Aと第2磁束ガイド部136Bとは互いに連結している。すなわち、磁極単位130は、直径D2の各要素を軸方向に連結して構成される。このように各構成が円柱状に形成されているため、磁極単位130の各構成は、旋盤加工等が行いやすい。なお、磁束連結部137は、磁束ガイド部136に代えて、磁石保持部131が有していてもよいし、別の部品として構成されてもよい。また、本実施の形態における第1磁束ガイド部136Aと第2磁束ガイド部136Bとは、別体に形成された中間部であるが、一体に形成された中間部であってもよい。
As shown in FIG. 5, in this embodiment, the first
次に、図6を参照しながら磁石133の極性について説明する。図6は、磁極部の磁石の配置を示した斜視図である。図において、磁極部13の外径は点線により示され、磁石保持部131が有する磁石133が透過して示されている。以下の説明において、第1磁極単位130Aが有する4つの磁石群を第1磁石群と称し、第2磁極単位130Bが有する4つの磁石群を第2磁石群と称する場合がある。
Next, the polarity of
図に示す磁石133は、外周側に有する極性により磁石133Nと磁石133Sとに区分して示されている。磁石133Nは、外周側の主面に極性を示す文字「N」と示されている。あるいは、磁石133Nは、外周側の主面が示されていない場合に、内周側の主面に極性を示す文字が括弧付で「(S)」と示されるとともに、外周側の主面に向かって矢印により「N」が示されている。磁石133Sは、上述の磁石133Nの場合とは反対の極性を示す文字がそれぞれ同様の態様により示されている。
The
図に示すように、磁極部13において、内部に含まれる磁石133Nおよび磁石133Sは、軸方向又は円周方向に隣り合う極性が互いに異なるように配置されている。すなわち、例えば本実施の形態において、第1磁石群および第2磁石群はそれぞれ周方向において異なる磁極が交互に配置され、かつ、2つの磁極単位130は、軸方向に連結される際に、相対的に回転方向に90度回転されることにより、軸方向においても異なる磁極が隣り合うように配置された状態となっている。
As shown in the figure, in the
磁極単位130は、このように、軸方向に複数の要素を連結することにより構成される。また、図4に示した磁極部13は、複数の磁極単位130を軸方向に連結することにより構成される。さらに、図6に示すように、磁極部13が複数の磁極単位130を連結して構成される場合には、隣り合う磁石133の極性が異なるように配置される。すなわち本実施の形態によれば、異なる磁極を交互に配置した磁極部を構成することができる。このような構成により、本実施の形態は、内部に磁石133を有するIPM型の磁極部を組立容易な構成とすることができる。
The magnetic pole unit 130 is thus constructed by connecting a plurality of elements in the axial direction. The
次に、図7~図10を参照して、磁極部13に作用するq軸の磁束およびd軸の磁束の状態を説明する。一般的な三相モータの電流を制御する上で、dq変換という手法がある。このdq変換を用いることにより、U相、V相及びW相のコイルは、仮想的にd軸及びq軸のコイルに変換することができる。d軸の磁束及びq軸の磁束とは、この仮想的なコイルによって生じる磁束を示し、d軸電流及びq軸電流とは、これらの仮想的なコイルに流す電流を示す。なお、dq変換は既知の技術であり、本実施の形態における詳細な説明は省略する。
Next, the states of the q-axis magnetic flux and the d-axis magnetic flux acting on the
図7を参照して基準軸に直交する面(XY平面に平行な面)におけるq軸の磁束について説明する。図7は、磁極部における基準軸に直交する面のq軸の磁束を示した断面図である。図において、q軸の磁束Φqが点線の矢印により示されている。磁束Φqは、4か所の磁石133(磁石133Nおよび磁石133S)および磁石133に隣接するエアギャップ132の断面形状に沿うように、磁石の外周側と、磁石の内周側とをそれぞれ流れる。すなわち、基準軸Aに直交する面において、磁性体の内部に保持されている磁石133と磁石133の端部に隣接するエアギャップ132とは、磁束Φqの磁路を形成する。また磁石保持部131は、形成された磁路において磁束Φqを流すために相応な厚みの磁性体を有し、且つ、磁束Φqを妨げる要素を有していない。
The q-axis magnetic flux in the plane perpendicular to the reference axis (the plane parallel to the XY plane) will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view showing q-axis magnetic flux in a plane perpendicular to the reference axis in the magnetic pole portion. In the figure, the q-axis magnetic flux Φq is indicated by a dotted arrow. The magnetic flux Φq flows through the magnets 133 (
次に、図8を参照して基準軸に直交する面におけるd軸の磁束について説明する。図8は、磁極部における基準軸に直交する面のd軸の磁束を示した断面図である。図において、d軸の磁束Φdが点線の矢印により示されている。磁束Φdは、例えば磁石133Nを通過して磁石133Sに向かって流れ、さらに磁石133Sを通過する。また、磁石133の端部において磁束Φdはエアギャップ132を通過するように流れる。図に示すように、磁束Φdは、磁石保持部131の磁性体よりも比較的に透磁率が低い磁石133やエアギャップ132を通過する。
Next, the d-axis magnetic flux in the plane orthogonal to the reference axis will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view showing d-axis magnetic flux in a plane perpendicular to the reference axis in the magnetic pole portion. In the figure, the d-axis magnetic flux Φd is indicated by a dotted arrow. The magnetic flux Φd, for example, passes through the
以上のように、基準軸Aに直交する面において、磁束Φqは磁石133やエアギャップ132よりも透磁率の高い磁性体を流れる。一方で、磁束Φdは、磁石保持部131を形成する磁性体よりも透磁率の低い磁石133やエアギャップ132を通過する。そのため、磁束Φqは磁束Φdより大きくなる。したがって、磁束ΦqにかかるインダクタンスLqは、磁束ΦdにかかるインダクタンスLdより大きくなる。このように、磁束Φqと磁束Φdの流れやすさに差を設けることにより、本実施の形態にかかる電磁アクチュエータ10は、磁極部13において、回転方向のリラクタンストルク(回転力)が発生する。
As described above, in the plane orthogonal to the reference axis A, the magnetic flux Φq flows through the magnetic material having higher magnetic permeability than the
次に、図9を参照して基準軸Aに平行な面におけるq軸の磁束について説明する。図9は、磁極部13における基準軸に平行な面のq軸の磁束を示した断面図である。図に示した断面は基準軸Aに平行な面の一例としてXZ平面に平行な断面を示している。図において、q軸の磁束Φqが点線の矢印により示されている。磁束Φqは、4か所の磁石133および磁石133に隣接する磁束バリア部135の断面形状に沿うように、磁石の外周側と、磁石の内周側とをそれぞれ流れる。すなわち、基準軸Aに直交する面において、磁性体の内部に保持されている磁石133と磁石133の端部に隣接する磁束バリア部135とは、磁束Φqの磁路を形成する。また磁石保持部131は、形成された磁路において磁束Φqを流すために相応な厚みの磁性体を有し、且つ、磁束Φqを妨げる要素を有していない。より具体的に一例を示すと、第1磁極単位130Aにおいて、一の磁束Φqは、第1磁束ガイド部136Aから、第1磁束連結部137A、第1磁石保持部131A、第3磁束連結部137Cそして第3磁束ガイド部136Cを流れる。さらに別の具体例を示すと、第2磁極単位130Bにおいて、一の磁束Φqは、第2磁束ガイド部136Bから、第2磁束連結部137B、第2磁石保持部131B、第4磁束連結部137Dそして第4磁束ガイド部136Dを流れる。
Next, the q-axis magnetic flux in a plane parallel to the reference axis A will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a sectional view showing q-axis magnetic flux in a plane parallel to the reference axis in the
次に、図10を参照して基準軸に平行な面におけるd軸の磁束について説明する。図10は、磁極部13における基準軸に平行な面のd軸の磁束を示した断面図である。図10は、XZ平面に平行な断面のd軸の磁束を示した断面図である。図において、d軸の磁束Φdが点線の矢印により示されている。磁束Φdは、右側の磁極単位130から左側の磁極単位130に向かって、磁石133又は磁束バリア部135を通過して流れる。すなわち磁束Φdは、磁石保持部131の磁性体よりも比較的に透磁率が低い磁石133や磁束バリア部135を通過する。
Next, the d-axis magnetic flux in a plane parallel to the reference axis will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view showing the d-axis magnetic flux in the plane parallel to the reference axis in the
以上のように、基準軸Aに平行な面において、磁束Φqは磁石133やエアギャップ132よりも透磁率の高い磁性体を流れる。一方で、磁束Φdは、磁石保持部131を形成する磁性体よりも透磁率の低い磁石133や磁束バリア部135を通過する。そのため、磁束Φqは磁束Φdより大きくなる。したがって、磁束ΦqにかかるインダクタンスLqは、磁束ΦdにかかるインダクタンスLdより大きくなる。換言すると、磁極部13は磁束Φqの流れやすさと磁束Φdの流れやすさとが異なるように設定されている。このように、磁束Φqと磁束Φdの流れやすさに差を設けることにより、本実施の形態にかかる電磁アクチュエータ10は、磁極部13において、直動方向のリラクタンス力(推力)が発生する。
As described above, in the plane parallel to the reference axis A, the magnetic flux Φq flows through the magnetic material having higher magnetic permeability than the
一般的なIPMモータでは、d軸電流及びq軸電流の割合に係る電気角を適切に決定することにより、マグネットトルク(マグネット力)だけでなくリラクタンストルク(リラクタンス力)も利用可能となる。電気角βとは、以下の式のように定義される。
次に、図11を参照して、電磁アクチュエータ10が発生する回転力と電気角βとの関係について説明する。図11は、発明者らが本実施の形態にかかる電磁アクチュエータ10の構造をコンピュータ上でシミュレーションし、コア部11とステータ部12との間に発生する回転方向の力(回転力)を算出した結果である。図に示すグラフは横軸が電気角βであり、縦軸がトルクを示している。なお、以降の説明において、電気角βは、第1巻線体の電気角β1及び第2巻線体の電気角β2を示す。例えば、電気角β=40度とは、第1巻線体の電気角β=40度かつ第2巻線体の電気角β2=40度を示す。
Next, the relationship between the rotational force generated by the
グラフにプロットされた3つの曲線は、下から回転方向のリラクタンストルク、マグネットトルクおよびこれらの合計である。すなわち、リラクタンストルクは、電気角0度で約0.15Nmであり、電気角が増えるとともに徐々に増加し、電気角45度付近で0.5Nmとなる。そして、そこから電気角が増えるとともに徐々に減少し、電気角90度で0Nmとなる。一方、マグネットトルクは、電気角0度から30度付近まで1Nmであり、そこから徐々に減少し、電気角90度で0Nmとなる。このリラクタンストルクとマグネットトルクとを合計すると、電磁アクチュエータ10の回転力は、電気角度40度付近で最大トルク約1.43Nmとなる曲線を描く。
The three curves plotted on the graph are, from the bottom, the rotational reluctance torque, the magnet torque and the sum of these. That is, the reluctance torque is approximately 0.15 Nm at an electrical angle of 0 degrees, gradually increases as the electrical angle increases, and reaches 0.5 Nm near an electrical angle of 45 degrees. From there, it gradually decreases as the electrical angle increases, reaching 0 Nm at an electrical angle of 90 degrees. On the other hand, the magnet torque is 1 Nm from 0 to 30 electrical degrees, and then gradually decreases to 0 Nm at 90 electrical degrees. Summing up the reluctance torque and the magnet torque, the rotational force of the
次に、図12を参照して、電磁アクチュエータ10が発生する推力と電気角βとの関係について説明する。図12は、発明者らが本実施の形態にかかる電磁アクチュエータ10の構造をコンピュータ上でシミュレーションし、コア部11とステータ部12との間に発生する直動方向の力(推力)を算出した結果である。図に示すグラフは横軸が電気角βであり、縦軸が推力を示している。グラフにプロットされた3つの曲線は、下から直動方向のリラクタンス力、マグネット力およびこれらの合計である。すなわち、リラクタンス力は、電気角0度で約5Nであり、電気角が増えるとともに徐々に増加し、電気角50度付近で約28Nとなる。そして、そこから電気角が増えるとともに徐々に減少し、電気角90度で0Nmとなる。一方、マグネット力は、電気角0度から20度付近まで約59Nであり、そこから徐々に減少し、電気角90度で0Nmとなる。このリラクタンス力とマグネット力とを合計すると、電磁アクチュエータ10の推力は、電気角度40度付近で最大推力約80Nとなる曲線を描く。
Next, the relationship between the thrust generated by the
このように、シミュレーションにより、電磁アクチュエータ10は、回転方向においてリラクタンストルクが発生しているだけでなく、直動方向においてもリラクタンス力が発生していることが示された。すなわち、このシミュレーションにより、電磁アクチュエータ10は、磁極部13において磁束バリア部135を設けることにより、直動方向のリラクタンス力が発生することが示された。
Thus, the simulation showed that the
次に、ステータ部12の構成について詳細を説明する。図13は、実施の形態1にかかるステータ部の分解斜視図である。ステータ部12は、基準軸Aに沿って、ヨーク単位121とヨーク連結部125とが交互に連結されている。図においてZ軸マイナス側(上流側)の端部に配置されているヨーク単位121を、ヨーク単位121aと示している。また、ステータ部12は、Z軸マイナス側(上流側)からプラス側(下流側)に向かって、ヨーク単位121a、ヨーク連結部125、ヨーク単位121b、ヨーク連結部125、ヨーク単位121c、・・・と連結されている。
Next, the configuration of the
ヨーク単位121aはコイルの一部を省略して表示している。図に示すように、ヨーク単位121は、円筒状のバックヨーク122と、バックヨーク122の内周面から内周側に向かって延伸するコイルヨーク123とを有している。バックヨーク122およびコイルヨーク123は、例えば磁性体を素材とする板材をプレス加工するなどして一体的に成形することができる。本実施の形態において、コイルヨーク123は、6か所設けられている。連結されている複数のヨーク単位121は、それぞれ軸方向に投影した場合の形状が同一となっている。よって、例えば、複数のヨーク単位121は、磁性体を主成分とする板材をプレス加工することにより形成することができる。
The
ヨーク連結部125は、円筒状の磁性体により構成されている。ヨーク連結部125は、バックヨーク122およびコイルヨーク123と同様に、磁性体を素材とする板材をプレス加工することにより成形することができる。このように、ヨーク単位121の間にヨーク連結部125を設ける構成にすることにより、ステータ部12は、加工が容易となる。
The
次に、図14および図15を参照して、隣接するヨーク単位121の構成について説明する。図14は、実施の形態1にかかるヨーク単位の第1の平面図である。図14はヨーク単位121aの平面図であり、Z軸に沿って観察した状態である。また、図14は、一部が断面として示されている。
Next, the configuration of
ヨーク単位121aは、回転方向に60度毎に設けられた6個のコイルヨーク123を有している。6個のコイルヨーク123の内、対向する2個のコイルヨーク123は、X軸に平行に設けられている。コイルヨーク123の内周側には、ティース124が設けられている。コイルヨーク123は、内周側に第1巻線体14の構成要素であるコイルが巻回されており、第1巻線体14よりも外周側に、第1巻線体14とは通電しないように、第2巻線体15の構成要素であるコイルが巻回されている。第1巻線体14を構成する導線と第2巻線体15を構成する導線との間は、通電しないように絶縁部材が設けられていてもよい。
The
ところで本実施の形態にかかる電磁アクチュエータ10は、3相交流モータである。そのため、第1巻線体14は、U相、V相およびW相のそれぞれに対応するコイルを有している。図において、コイル14UはU相に対応し、14VはV相に対応し、14WはW相に対応している。すなわち、第1巻線体14が有するコイル14Uと、コイル14Vとコイル14Wとは、それぞれ位相の異なる交流電流が印加される。図において、X軸に平行なコイルヨーク123にはコイル14Uがそれぞれ巻回されている。また、円周方向のマイナスθ方向に60度回転して隣接するコイルヨーク123にV相に対応するコイル14Vが巻回され、さらにマイナスθ方向に60度回転して隣接するコイルヨーク123にW相に対応するコイル14Wが巻回されている。
By the way, the
第1巻線体14と同様に、第2巻線体15も、U相、V相およびW相のそれぞれに対応するコイル15U、コイル15Vおよびコイル15Wを有している。図において、ヨーク単位121aは、X軸に平行な2つのコイルヨーク123にはコイル15Wがそれぞれ巻回されている。また、円周方向のマイナスθ方向に60度回転して隣接するコイルヨーク123にU相に対応するコイル15Uが巻回され、さらにマイナスθ方向に60度回転して隣接するコイルヨーク123にV相に対応するコイル15Vが巻回されている。
Like the first winding
次に、ヨーク単位121bについて説明する。図15は、実施の形態1にかかるヨーク単位の第2の平面図である。図15はヨーク単位121bの平面図であり、Z軸に沿って観察した状態である。図15に示すヨーク単位121bが有しているコイルヨーク123は、図14に示したヨーク単位121aと比較すると円周方向に30度回転している状態である。このように、電磁アクチュエータ10のステータ部12は、隣接するヨーク単位のコイルヨーク123が30度回転した状態で連結されている。これにより、ステータ部12は、磁極部13に対して好適にq軸の磁束を発生させる。
Next, the
図において、X軸に対してマイナスθ方向に30度傾いた2つのコイルヨーク123の内周側にはコイル14Uがそれぞれ巻回されている。また、円周方向のマイナスθ方向に60度回転して隣接するコイルヨーク123にV相に対応するコイル14Vが巻回され、さらにマイナスθ方向に60度回転して隣接するコイルヨーク123にW相に対応するコイル14Wが巻回されている。すなわちヨーク単位121aに隣接するヨーク単位121bの第1巻線体14は、相対的にマイナスθ方向に30度回転した位置に配置されていることになる。
In the figure, coils 14U are wound on the inner circumference sides of two
また、図において、X軸に対してプラスθ方向に30度傾いた2つのコイルヨーク123の外周側にはコイル15Wがそれぞれ巻回されている。また、円周方向のマイナスθ方向に60度回転して隣接するコイルヨーク123にU相に対応するコイル15Uが巻回され、さらにマイナスθ方向に60度回転して隣接するコイルヨーク123にV相に対応するコイル15Vが巻回されている。すなわちヨーク単位121aに隣接するヨーク単位121bの第2巻線体15は、相対的にプラスθ方向に30度回転した位置に配置されていることになる。
In the drawing, coils 15W are wound around the outer circumferences of two
次に図16を参照して第1巻線体14が有するコイルの構成について説明する。図16は、実施の形態1にかかる第1巻線体の斜視図である。図16は、ステータ部12が有する第1巻線体14のコイルを抽出して表示したものである。図に示す濃い網掛けが施されたコイルは、コイル14Uである。コイル14Uからマイナスθ方向に60度回転して隣接する位置に示され、コイル14Uより薄い網掛けが施されたコイルは、コイル14Vである。またコイル14Vからマイナスθ方向に60度回転して隣接する位置に示され、網掛けが施されていない(白い)コイルは、コイル14Wである。図に示すように、コイル14U、コイル14Vおよびコイル14Wは、Z軸プラス方向に進むと、順次、マイナスθ方向に30度回転した配置となっている。そのため、第1巻線体14の周囲に示した矢印14Rのように、第1巻線体14のそれぞれのコイルは、基準軸Aの周りに右ネジの螺旋と同じ方向(右螺旋方向)の螺旋状に接続されている。すなわち、第1巻線体14は、右螺旋方向に沿って平行して伸びる複数の第1導線部材により構成されている。第1巻線体14は、U相、V相およびW相の少なくとも3相の互いに絶縁状態の第1導線部材を有している。
Next, the configuration of the coils of the first winding
次に図17を参照して第2巻線体15が有するコイルの構成について説明する。図17は、実施の形態1にかかる第2巻線体の斜視図である。図17は、ステータ部12が有する第2巻線体15のコイルを抽出して表示したものである。図に示す濃い網掛けが施されたコイルは、コイル15Uである。コイル15Uからマイナスθ方向に60度回転して隣接する位置に示され、コイル15Uより薄い網掛けが施されたコイルは、コイル15Vである。またコイル15Vからマイナスθ方向に60度回転して隣接する位置に示され、網掛けが施されていない(白い)コイルは、コイル15Wである。図に示すように、コイル15U、コイル15Vおよびコイル15Wは、Z軸プラス方向に進むと、順次、プラスθ方向に30度回転した配置となっている。そのため、第2巻線体15の周囲に示した矢印15Lのように、第2巻線体15のそれぞれのコイルは、基準軸Aの周りに左ネジと同じ方向(左螺旋方向)の螺旋状に接続されている。すなわち第2巻線体15は、左螺旋方向に沿って平行して伸びる複数の第2導線部材により構成されている。第2巻線体15は、U相、V相およびW相の少なくとも3相の互いに絶縁状態の第2導線部材を有している。
Next, the configuration of the coils included in the second winding
第1巻線体14のコイルは、右螺旋方向の螺旋状に接続される。すなわち第1巻線体14は右螺旋方向に同相の電流が流れるように設定されている。よってコイル14Uが巻回されているコイルヨーク123はティース124の内周側に右螺旋方向に同相の磁界を発生させる。そのため第1巻線体14は磁極部13に対して右螺旋方向に直交する左螺旋方向の起磁力を与えることができる。同様に、第2巻線体15のコイルは、第1巻線体14の螺旋方向と交差する左螺旋方向の螺旋状に接続されている。そのため第1巻線体14は磁極部13に対して左螺旋方向に直交する右螺旋方向の起磁力を与えることができる。したがって電磁アクチュエータ10は、二自由度を有する電磁アクチュエータを構成することができる。
The coils of the first winding
以上、実施の形態によれば、組立容易な埋込磁石型モータを提供することができる。また、上述のように複数のコイルを螺旋状に接続することにより、電磁アクチュエータは線占積率を向上させることが可能となる。なお、上述のような、異なる磁極を交互に配置した磁極部と、複数の導線を互いに電気的に絶縁した状態で交差させて配置してなる二組の巻線体とを有する二自由度の電磁アクチュエータの技術については既に公知であるため、駆動原理に関して、ここでの詳細な説明は省略する。 As described above, according to the embodiment, it is possible to provide an interior magnet type motor that is easy to assemble. Further, by connecting a plurality of coils in a spiral manner as described above, the electromagnetic actuator can improve the line space factor. In addition, as described above, the two-degree-of-freedom magnetic pole portion having different magnetic poles alternately arranged and two sets of winding bodies formed by intersecting a plurality of conducting wires in a state of being electrically insulated from each other are arranged. Since the technology of electromagnetic actuators is already known, a detailed description of the drive principle is omitted here.
(位置推定機能)
次に電磁アクチュエータ10が有する位置推定機能について説明する。電磁アクチュエータ10はステータ部12に交流電圧を印加してコイルヨーク123に磁界を発生させることにより磁極部13を駆動する。このとき磁極部13が内蔵する磁石133が変位することによりU相~W相コイルのインダクタンスが変動するため、励磁コイルである第1巻線体14および第2巻線体15は、磁極部13が変位することによる磁界の変動を検出することができる。本実施の形態にかかる電磁アクチュエータ10を駆動する制御回路は、この磁界の変動を検出することにより可動子の位置を推定する機能を有する。
(Position estimation function)
Next, the position estimation function of the
図18を参照しながら位置推定機能を有する制御回路について説明する。図18は、制御回路のブロック図である。制御回路300は、電磁アクチュエータ10のステータ部12に接続し、コア部11を駆動する。制御回路300は、主な構成として、ドライバ回路310および位置推定回路320を有している。
A control circuit having a position estimation function will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a block diagram of the control circuit. The
ドライバ回路310は、可動子を駆動するための3相交流電源を含む電源回路であり、U相、V相およびW相の各層に位相の異なる交流電圧を印加するための駆動回路を含んでいる。またドライバ回路310は、可動子を駆動するための交流電圧に加えて、可動子の位置を推定するために、駆動用の交流電圧よりも高い周波数の交流電圧を発生させる機能を有している。なお、以降の説明において、可動子の位置を推定するための交流電圧を位置推定信号と称する。位置推定信号の周波数(位置推定用周波数)は、駆動用の交流電圧と明確に区別できる程度の周波数であることが好ましい。例えば、位置推定用周波数は、駆動用の交流電圧が有する周波数の、数十倍程度である。また位置推定信号の電圧は、駆動用の交流電圧と比較して、5パーセント~20パーセント程度の小さい値である。
The
位置推定回路320は、可動子の位置を推定するための構成を有している。位置推定回路320は主な構成として、ハイパスフィルタ321、電流計322および演算回路323を有している。
The
ハイパスフィルタ321は、ステータ部12に流れる電流から位置推定信号を抽出するためのフィルタ回路である。なおハイパスフィルタ321はハイパスフィルタに代えてバンドバスフィルタでもよい。電流計322は、ハイパスフィルタ321により抽出された位置推定信号の電流値を測定する。演算回路323は、電流計322が測定した電流値から、可動子の位置すなわち第1巻線体14又は第2巻線体15と磁極部13との相対的な位置関係を推定するための演算を行う。なお、電流計322は、位置推定だけでなく、電磁アクチュエータ10の駆動制御にも用いられる。すなわち、電流計322は、電磁アクチュエータ10を駆動する際の電流のフィードバック制御に用いられるものである。したがって、ここで示す位置推定機能のために別個に電流計322を用意する必要はない。
A high-
次に、可動子の位置を推定するための原理について説明する。図19は、実施の形態1にかかる電磁アクチュエータの基本回路図である。図19は電磁アクチュエータ10の動作回路を模式的に示したものである。電磁アクチュエータ10は、制御回路300を有している。制御回路300は、第1巻線体14に接続する回路と第2巻線体15に接続する回路とをそれぞれ有している。
Next, the principle for estimating the position of the mover will be described. 19 is a basic circuit diagram of the electromagnetic actuator according to the first embodiment; FIG. FIG. 19 schematically shows an operation circuit of the
図19に示すように、電磁アクチュエータ10の第1巻線体14はU相のコイル14U、V相のコイル14VおよびW相のコイル14Wを有している。これらのコイルに対して制御回路300は交流電圧を印加するための交流電源を有している。
As shown in FIG. 19, the first winding
例えばコイル14Uには電圧Ein_Uが印加される。このときにコイル14Uに流れる電流はIin_Uである。またコイル14UのインダクタンスはLin_U(αin)である。ここでαinは、磁極部13の左螺旋方向の機械角である。同様に、コイル14Vには電圧Ein_Vが印加される。このときにコイル14Vに流れる電流はIin_Vである。またコイル14VのインダクタンスはLin_V(αin)である。コイル14Wには電圧Ein_Wが印加される。このときにコイル14Wに流れる電流はIin_Wである。またコイル14WのインダクタンスはLin_W(αin)である。
For example, a voltage E in_U is applied to the
第2巻線体15が有するコイル15U、コイル15Vおよびコイル15Wについても上述の第1巻線体14と同様に、電圧、電流およびインダクタンスが示されている。コイル15Uには電圧Eout_Uが印加される。このときにコイル15Uに流れる電流はIout_Uである。またコイル15UのインダクタンスはLout_U(αout)である。ここでαoutは、磁極部13の右螺旋方向の機械角である。同様に、コイル15Vには電圧Eout_Vが印加される。このときにコイル15Vに流れる電流はIout_Vである。またコイル15VのインダクタンスはLout_V(αout)である。コイル15Wには電圧Eout_Wが印加される。このときにコイル15Wに流れる電流はIout_Wである。またコイル15WのインダクタンスはLout_W(αout)である。
The voltage, current and inductance of the
図19に示した上述の電圧、電流および機械角は、以下の関係が成立している。
式(1)~(6)における右辺第1項は、回転力又は推力を発生させるための電圧であり、可動子の位置すなわち機械角αin又はαoutに依存する。式(1)~(6)における右辺第2項は、位置推定信号を発生させるための電圧であり、時間に依存する。これにより、各コイルには、駆動用の電流と共に、位置推定用の高周波の電流が流れる。 The first term on the right side of equations (1) to (6) is a voltage for generating rotational force or thrust, and depends on the position of the mover, that is, the mechanical angle α in or α out . The second term on the right side of equations (1) to (6) is the voltage for generating the position estimation signal and is time dependent. As a result, a high-frequency current for position estimation flows through each coil together with the current for driving.
ところでIPM型の電磁アクチュエータ10は、可動子の位置に応じて各コイルのインダクタンスが変動する。そこで、位置推定回路320は、ハイパスフィルタ321により位置推定信号を抽出し、抽出した位置推定信号の電流値(位置推定用電流)を測定する。これにより位置推定回路320は、可動子の位置を推定する。
By the way, in the IPM type
より具体的には、位置推定回路320は、第1巻線体14を利用して第1巻線体14の駆動方向である左螺旋方向の可動子の位置を推定する。同様に位置推定回路320は、第2巻線体15を利用して第2巻線体15の駆動方向である右螺旋方向の可動子の位置を推定する。位置推定回路320は、このように第1巻線体14および第2巻線体15を利用して推定した位置を組み合わせることにより可動子の動きを推定する。
More specifically, the
以下に、電磁アクチュエータ10における電圧と電流の関係を示す。
上式から例えば第1巻線体14のU相であるコイル14Uにおける電流値Iin_Uは以下となる。
このように、コイル14Uにおける位置推定信号の電流値I´in_Uの振幅は機械角αinに依存する。同様に、コイル14Vおよびコイル14Wにおける位置推定信号の電流値も機械角αinに依存する。一方、コイル15U、15Vおよびコイル15Wにおける位置推定信号の電流値は機械角αoutに依存する。そこで、位置推定回路320は、上述のように各コイルの位置推定信号の電流値の振幅を算出する。これにより、位置推定回路320は、可動子の位置を推定する。
Thus, the amplitude of the current value I'in_U of the position estimation signal in the
以上、電磁アクチュエータ10が有する位置推定機能について説明した。本実施の形態よれば、電磁アクチュエータ10は、位置推定のためのホール素子やレゾルバに代えて、位置推定回路を有することでセンサレスの電磁アクチュエータを実現できる。
The position estimation function of the
以上、実施の形態1について説明したが、実施の形態にかかる電磁アクチュエータ10は、上述の構成に限られない。例えば、電磁アクチュエータ10はバックヨーク122とヨーク連結部125とが別体ではなく、一個の部品であってもよい。また、上述の例ではステータ部12がコア部11を囲むような構成であったが、ステータ部12のヨーク単位121は、バックヨーク122の外周側にコイルヨーク123が突出した形態であって、コア部11は、ステータ部12の外周でステータ部を囲むように中空円筒型を呈していてもよい。また、上述の説明では固定子であったステータ部12を可動させ、可動子であったコア部11を固定してもよい。その場合、第1巻線体および第2巻線体を有している部材(上述のステータ部12)を可動子と称し、上述の第1磁石保持部および第2磁石保持部を有している部材(コア部11)を固定子と称してもよい。
Although the first embodiment has been described above, the
以上、本実施の形態によれば、組立容易かつ高速回転可能な二自由度埋込磁石型モータを提供することができる。また本実施の形態によれば、組立容易であり、位置推定機能を有する二自由度埋込磁石型モータを提供することができる。またかかる位置推定機能は、新たに電流計を追加することなく実現可能である。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a two-degree-of-freedom embedded magnet motor that can be easily assembled and rotated at high speed. Further, according to the present embodiment, it is possible to provide a two-degree-of-freedom embedded magnet motor that is easy to assemble and has a position estimation function. Moreover, such a position estimation function can be realized without adding a new ammeter.
<実施の形態2>
次に、図20を参照して実施の形態2について説明する。実施の形態2にかかる電磁アクチュエータは、第1巻線体と第2巻線体とがそれぞれ基準軸Aに連なって配列されている点が、実施の形態1と異なる。またこれに伴い、実施の形態2にかかる電磁アクチュエータは、第1巻線体に対応する第1磁極部と、第2巻線体に対応する第2磁極部とをそれぞれ有する点が、実施の形態1と異なる。
<Embodiment 2>
Next, Embodiment 2 will be described with reference to FIG. The electromagnetic actuator according to the second embodiment differs from the first embodiment in that the first winding body and the second winding body are arranged in series with the reference axis A, respectively. Along with this, the electromagnetic actuator according to the second embodiment has a first magnetic pole portion corresponding to the first winding body and a second magnetic pole portion corresponding to the second winding body, respectively. Different from
図20を参照しながら、実施の形態1と異なる主な点について説明する。図20は、実施の形態2にかかる第1巻線体、第2巻線体およびコア部の分解斜視図である。図20は、ステータ部のコイルを抽出して表示している。 Main points different from the first embodiment will be described with reference to FIG. 20 is an exploded perspective view of a first winding body, a second winding body, and a core portion according to the second embodiment. FIG. FIG. 20 extracts and displays the coils of the stator section.
図20に示す実施の形態2にかかる電磁アクチュエータは、第1巻線体24、第2巻線体25を有している。第1巻線体24は、実施の形態1にかかる第1巻線体14と同様の構成であり、右螺旋方向にコイルがそれぞれ連なって接続されている。第2巻線体25は、第1巻線体24と同様の円筒形状を形成し、第1巻線体24と同軸上に連なって配置されている。第2巻線体25は、左螺旋方向にコイルがそれぞれ連なって接続されている。なお図示しないが、第1巻線体24および第2巻線体25のヨーク板は実施の形態1にかかるヨーク単位121より直径を小さくすることが可能である。また、第1巻線体24に用いるヨーク板と、第2巻線体25に用いるヨーク板は同じものであってもよい。
The electromagnetic actuator according to the second embodiment shown in FIG. 20 has a first winding
図20に示す実施の形態2にかかる電磁アクチュエータは、コア部21を有している。コア部21は軸111、第1磁極部13Rおよび第2磁極部13Lを有している。第1磁極部13Rは、第1巻線体24に対応した磁極部であり、第2磁極部13Lは、第2巻線体25に対応した磁極部である。第1磁極部13Rおよび第2磁極部13Lは軸111にそれぞれ固定されている。第1磁極部13Rおよび第2磁極部13Lは、それぞれ、実施の形態1にかかる磁極部13と同様の構成を有している。
The electromagnetic actuator according to the second embodiment shown in FIG. 20 has
以上のように、実施の形態2によれば、組立容易であり、かつ効率の高い二自由度電磁アクチュエータであって、径方向を小型化した電磁アクチュエータを提供することができる。 As described above, according to the second embodiment, it is possible to provide a two-degree-of-freedom electromagnetic actuator that is easy to assemble, has high efficiency, and is compact in the radial direction.
<実施の形態3>
次に、図21~24を参照しながら実施の形態3について説明する。実施の形態3は、ステータ部の形態は実施の形態1と異なる。
<Embodiment 3>
Next, Embodiment 3 will be described with reference to FIGS. Embodiment 3 differs from
図21は、実施の形態3にかかるコア部およびステータ部の分解斜視図である。ステータ部32は、第1巻線体34および第2巻線体35を有している。
21 is an exploded perspective view of a core portion and a stator portion according to a third embodiment; FIG. The
図22は、実施の形態3にかかる第1巻線体の斜視図である。実施の形態3にかかる第1巻線体34は、複数コイルに代えて螺旋状の導線を有している点が実施の形態1と異なる。図に示すように、第1巻線体34は、断面が矩形の導線を、基準軸Aを中心軸とした円筒面に対応して右螺旋状に加工したものである。第1巻線体34は、U相に対応する導線34U、V相に対応する導線34VおよびW相に対応する導線34Wが互いに通電しないように隣接して配置されている。
22 is a perspective view of a first winding body according to a third embodiment; FIG. A first winding
図23は、実施の形態3にかかる第2巻線体の斜視図である。実施の形態3にかかる第2巻線体35は、第1巻線体34と同様に、断面が矩形の導線を円筒状に加工したものであり、基準軸Aを中心軸とした円筒面に対応して左螺旋状に加工したものである。第2巻線体35は、U相に対応する導線35U、V相に対応する導線35VおよびW相に対応する導線35Wが互いに通電しないように隣接して配置されている。
23 is a perspective view of a second winding body according to a third embodiment; FIG. As with the first winding
図24は、実施の形態3にかかる第1巻線体および第2巻線体の斜視図である。図に示すように、実施の形態3にかかる電磁アクチュエータは、第1巻線体34の外周側に第2巻線体35が配置される。これにより、第1巻線体34は磁極部13に対して右螺旋方向に直交する左螺旋方向の起磁力を与えることができる。同様に、第2巻線体35は、右螺旋方向の起磁力を与えることができる。したがって本実施の形態にかかる電磁アクチュエータは、二自由度を有する電磁アクチュエータを構成することができる。以上、実施の形態によれば、組立容易なIPM型の磁極部を有する電磁アクチュエータを提供することができる。
24 is a perspective view of a first winding body and a second winding body according to a third embodiment; FIG. As shown in the figure, in the electromagnetic actuator according to the third embodiment, the second winding
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified as appropriate without departing from the scope of the invention.
10 電磁アクチュエータ
11、21 コア部
12、32 ステータ部
13 磁極部
111 軸
112 係合部材
121 ヨーク単位
122 バックヨーク
123 コイルヨーク
124 ティース
125 ヨーク連結部
130 磁極単位
131 磁石保持部
132 エアギャップ
133 磁石
134 位置決め部
135 磁束バリア部
136 磁束ガイド部
137 磁束連結部
300 制御回路
310 ドライバ回路
320 位置推定回路
321 ハイパスフィルタ
322 電流計
323 演算回路
A 基準軸
Φd、Φq 磁束
10
Claims (19)
前記基準軸に直交する径方向において前記固定子の少なくとも一部と対向し、前記固定子に対して、前記基準軸に沿った軸方向において相対的に移動可能かつ前記基準軸を中心とした周方向において相対的に回動可能な可動子と、を備え、
前記可動子は、前記周方向において異なる磁極が交互に配置される第1磁石群と、
前記軸方向において前記第1磁石群の下流に配置され、前記周方向において異なる磁極が交互に配置される第2磁石群と、
前記第1磁石群が埋設されるように前記第1磁石群を保持し、空気より透磁率が高い第1磁石保持部と、
前記第2磁石群が埋設されるように前記第2磁石群を保持し、前記軸方向において隣り合う前記第1磁石群の磁極と前記第2磁石群の磁極とが異なるように配置され、空気より透磁率が高い第2磁石保持部と、
前記軸方向において前記第1磁石群及び前記第2磁石群の間に配置されると共に、前記第1磁石保持部及び前記第2磁石保持部より透磁率が低い磁束バリア部と、を有する、
埋込磁石型モータ。 A first winding body including a first conductor wire extending in a first spiral direction centered on a reference axis and a first winding body extending in a second spiral direction centered on the reference axis and intersecting with the first spiral direction a stator having a second winding body including two conductors;
facing at least part of the stator in a radial direction perpendicular to the reference axis, relatively movable with respect to the stator in an axial direction along the reference axis, and circumferentially centered on the reference axis a mover relatively rotatable in a direction,
The mover includes a first magnet group in which different magnetic poles are alternately arranged in the circumferential direction;
a second magnet group arranged downstream of the first magnet group in the axial direction and having different magnetic poles alternately arranged in the circumferential direction;
a first magnet holding portion that holds the first magnet group so that the first magnet group is embedded and has a magnetic permeability higher than that of air;
The second magnet group is held so that the second magnet group is embedded, the magnetic poles of the first magnet group and the magnetic poles of the second magnet group adjacent in the axial direction are arranged so as to be different, and air is provided. a second magnet holder having a higher magnetic permeability;
a magnetic flux barrier portion disposed between the first magnet group and the second magnet group in the axial direction and having a lower magnetic permeability than the first magnet holding portion and the second magnet holding portion;
Embedded magnet type motor.
請求項1に記載の埋込磁石型モータ。 The magnetic flux barrier section is formed in a cylindrical shape,
The embedded magnet type motor according to claim 1.
前記可動子は、前記軸方向において前記第1磁束バリア部及び前記第2磁束バリア部の間に配置され前記第1磁束バリア部及び前記第2磁束バリア部より透磁率が高い中間部と、
前記第1磁石保持部及び前記中間部に連結し、前記径方向において前記第1巻線体及び前記第2巻線体の少なくとも一方との間に前記第1磁束バリア部を挟むように配置され、前記第1磁束バリア部より透磁率が高い第1磁束連結部と、
前記第2磁石保持部及び前記中間部に連結し、前記径方向において前記第1巻線体及び前記第2巻線体の少なくとも一方との間に前記第2磁束バリア部を挟むように配置され、前記第2磁束バリア部より透磁率が高い第2磁束連結部と、を有する、
請求項1又は2に記載の埋込磁石型モータ。 The magnetic flux barrier section has a first magnetic flux barrier section and a second magnetic flux barrier section arranged side by side in the axial direction,
an intermediate portion of the mover disposed between the first magnetic flux barrier portion and the second magnetic flux barrier portion in the axial direction and having a magnetic permeability higher than that of the first magnetic flux barrier portion and the second magnetic flux barrier portion;
It is connected to the first magnet holding portion and the intermediate portion, and is arranged so as to sandwich the first magnetic flux barrier portion between at least one of the first winding body and the second winding body in the radial direction. , a first magnetic flux coupling portion having a higher magnetic permeability than the first magnetic flux barrier portion;
It is connected to the second magnet holding portion and the intermediate portion, and is arranged so as to sandwich the second magnetic flux barrier portion between at least one of the first winding body and the second winding body in the radial direction. , a second magnetic flux coupling portion having a higher magnetic permeability than the second magnetic flux barrier portion;
The embedded magnet type motor according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の埋込磁石型モータ。 The intermediate portion is formed in a cylindrical shape,
The embedded magnet type motor according to claim 3.
請求項3又は4に記載の埋込磁石型モータ。 At least one of the first magnetic flux coupling portion and the second magnetic flux coupling portion is formed in a cylindrical shape,
The embedded magnet type motor according to claim 3 or 4.
請求項3乃至5のいずれか1項に記載の埋込磁石型モータ。 The intermediate portion and at least one of the first magnetic flux coupling portion and the second magnetic flux coupling portion are integrally formed,
The embedded magnet type motor according to any one of claims 3 to 5.
前記軸方向における前記第3磁束バリア部の上流に配置され、前記第3磁束バリア部より透磁率が高い第3磁束ガイド部と、
前記第1磁石保持部及び前記第3磁束ガイド部に連結し、前記径方向において前記第1巻線体及び前記第2巻線体の少なくとも一方との間に前記第3磁束バリア部を挟むように配置され、前記第3磁束バリア部より透磁率が高い第3磁束連結部と、を有する、
請求項3乃至6のいずれか1項に記載の埋込磁石型モータ。 the mover is disposed upstream of the first magnet group in the axial direction and has a magnetic permeability lower than that of the first magnet holding portion; and
a third magnetic flux guide portion arranged upstream of the third magnetic flux barrier portion in the axial direction and having a magnetic permeability higher than that of the third magnetic flux barrier portion;
The third magnetic flux barrier section is connected to the first magnet holding section and the third magnetic flux guide section and sandwiched between at least one of the first winding body and the second winding body in the radial direction. and a third magnetic flux coupling portion having a magnetic permeability higher than that of the third magnetic flux barrier portion.
The embedded magnet type motor according to any one of claims 3 to 6.
請求項7に記載の埋込磁石型モータ。 At least one of the third magnetic flux barrier portion, the third magnetic flux guide portion, and the third magnetic flux coupling portion is formed in a cylindrical shape,
The embedded magnet type motor according to claim 7.
前記軸方向における前記第4磁束バリア部の下流に配置され、前記第4磁束バリア部より透磁率が高い第4磁束ガイド部と、
前記第2磁石保持部及び前記第4磁束ガイド部に連結し、前記径方向において前記第1巻線体及び前記第2巻線体の少なくとも一方との間に前記第4磁束バリア部を挟むように配置され、前記第4磁束バリア部より透磁率が高い第4磁束連結部と、を有する、
請求項3乃至8のいずれか1項に記載の埋込磁石型モータ。 the mover is disposed downstream of the second magnet group in the axial direction, and has a fourth magnetic flux barrier portion having a lower magnetic permeability than the second magnet holding portion;
a fourth magnetic flux guide portion arranged downstream of the fourth magnetic flux barrier portion in the axial direction and having a magnetic permeability higher than that of the fourth magnetic flux barrier portion;
The fourth magnetic flux barrier section is connected to the second magnet holding section and the fourth magnetic flux guide section, and is sandwiched between at least one of the first winding body and the second winding body in the radial direction. and a fourth magnetic flux coupling portion having a magnetic permeability higher than that of the fourth magnetic flux barrier portion.
The embedded magnet type motor according to any one of claims 3 to 8.
請求項9に記載の埋込磁石型モータ。 At least one of the fourth magnetic flux barrier portion, the fourth magnetic flux guide portion, and the fourth magnetic flux coupling portion is formed in a cylindrical shape,
The embedded magnet type motor according to claim 9.
請求項1乃至10のいずれか1項に記載の埋込磁石型モータ。 The stator is wound with a conductor wire that constitutes the first winding body or the second winding body, and the conductor wires that constitute the first winding body are connected to each other in the axial direction, Having a plurality of yoke units in which the conductors constituting the second winding body are connected to each other,
The embedded magnet type motor according to any one of claims 1 to 10.
請求項11に記載の埋込磁石型モータ。 the plurality of yoke units each have the same shape when projected in the axial direction;
The embedded magnet type motor according to claim 11.
前記第2導線は、前記第2螺旋方向に沿って絶縁状態で並行して延びる複数の第2導線部材を有する、
請求項11又は12に記載の埋込磁石型モータ。 The first winding body has a plurality of first conductor members extending in parallel in an insulated state along the first spiral direction,
The second conductor has a plurality of second conductor members extending in parallel in an insulated state along the second spiral direction,
The embedded magnet type motor according to claim 11 or 12.
請求項1乃至13のいずれか1項に記載の埋込磁石型モータ。 The mover is arranged radially inner than the stator,
The embedded magnet type motor according to any one of claims 1 to 13.
請求項1乃至14のいずれか1項に記載の埋込磁石型モータ。 The first winding body is arranged between the second winding body and the mover in the radial direction,
The embedded magnet type motor according to any one of claims 1 to 14.
請求項1乃至14のいずれか1項に記載の埋込磁石型モータ。 The second winding body is arranged downstream of the first winding body in the axial direction,
The embedded magnet type motor according to any one of claims 1 to 14.
前記第1巻線体および前記第2巻線体に流れる電流から前記位置推定信号を検出するためのフィルタ回路と、
検出された前記位置推定信号の電流値を測定する電流計と、
前記電流値に基づいて、前記第1巻線体又は前記第2巻線体と前記可動子との相対的な位置関係を推定する演算回路と、をさらに備える
請求項1乃至16のいずれか一項に記載の埋込磁石型モータ。 a driver circuit that applies a position estimation signal having a position estimation frequency higher than a drive AC voltage to the first winding body and the second winding body;
a filter circuit for detecting the position estimation signal from currents flowing through the first winding body and the second winding body;
an ammeter that measures the current value of the detected position estimation signal;
17. The arithmetic circuit for estimating the relative positional relationship between the first winding body or the second winding body and the mover based on the current value. The embedded magnet type motor according to the item.
と、を有する固定子と、
前記固定子に対して、前記基準軸に沿った直線方向において相対的に移動可能かつ前記基準軸を中心とした周方向において相対的に回動可能な可動子と、を備える埋込磁石型モータの、前記固定子と前記可動子との相対的な位置関係を推定する位置推定装置であって、
前記第1巻線体および前記第2巻線体に対して駆動用の交流電流よりも高い位置推定用周波数を有する位置推定信号を印加するドライバ回路と、
前記第1巻線体および前記第2巻線体に流れる電流から前記位置推定信号を検出するためのフィルタ回路と、
検出された前記位置推定信号の電流値を測定する電流計と、
前記電流値に基づいて、前記第1巻線体又は前記第2巻線体と前記可動子との相対的な位置関係を推定する演算回路と、を備える
位置推定装置。 A first winding body including a first conductor extending in a first spiral direction centered on a reference axis, and a second conductor intersecting the first spiral direction and extending in a second spiral direction centered on the reference axis. a stator having a second winding body including
a movable element relatively movable in a linear direction along the reference axis and relatively rotatable in a circumferential direction about the reference axis with respect to the stator; , a position estimation device for estimating the relative positional relationship between the stator and the mover,
a driver circuit that applies a position estimation signal having a position estimation frequency higher than a driving alternating current to the first winding body and the second winding body;
a filter circuit for detecting the position estimation signal from currents flowing through the first winding body and the second winding body;
an ammeter that measures the current value of the detected position estimation signal;
and an arithmetic circuit for estimating a relative positional relationship between the first winding body or the second winding body and the mover based on the current value.
と、を有する固定子と、
前記固定子に対して、前記基準軸に沿った直線方向において相対的に移動可能かつ前記基準軸を中心とした周方向において相対的に回動可能な可動子と、を備える埋込磁石型モータの、前記固定子と前記可動子との相対的な位置関係を推定する位置推定方法であって、
前記第1巻線体および前記第2巻線体に対して駆動用の交流電流よりも高い位置推定用周波数を有する位置推定用電圧を印加する印加ステップと、
前記第1巻線体および前記第2巻線体に流れる電流から前記位置推定用周波数の位置推定用電流を検出するためのフィルタリングステップと、
検出された前記位置推定用電流の電流値を測定する電流測定ステップと、
前記電流値に基づいて、前記第1巻線体又は前記第2巻線体と前記可動子との相対的な位置関係を推定する推定ステップと、を備える
位置推定方法。 A first winding body including a first conductor extending in a first spiral direction centered on a reference axis, and a second conductor intersecting the first spiral direction and extending in a second spiral direction centered on the reference axis. a stator having a second winding body including
a movable element relatively movable in a linear direction along the reference axis and relatively rotatable in a circumferential direction about the reference axis with respect to the stator; , a position estimation method for estimating the relative positional relationship between the stator and the mover,
an application step of applying a position estimation voltage having a position estimation frequency higher than that of the driving alternating current to the first winding body and the second winding body;
a filtering step for detecting the position estimation current of the position estimation frequency from the currents flowing through the first winding body and the second winding body;
a current measurement step of measuring a current value of the detected position estimation current;
and an estimating step of estimating a relative positional relationship between the first winding body or the second winding body and the mover based on the current value.
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