JPH0470866B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、コギング力を低減した直進電機に関
する。

（従来の技術） 電機子が突極構造の直進電機は、電機子が巻線
用溝の形成によつて磁気的に不均一な構造のため
永久磁石などにより構成される界磁部との相互作
用によつてコギング力を発生し、移動子の円滑な
直進が損なわれるという問題がある。

そこで従来は、界磁の着磁波形を例えば台形状
のような特殊な波形にし、また電機子の突極の界
磁と対向する部位にコギング低減用の突部あるい
はダミースロツトを設けていた。

第９図は上記従来の直進電機の一例を示すもの
であつて、符号１は複数極に着磁された平板状の
永久磁石でなる界磁、２ａは電動子の突極、２ｃ
は上記突極間の巻線用の溝である。電機子の各突
極２ａの界磁１と対向する部位には突部２ｂが界
磁１側に突出させてかつ巻線用溝２ｃと平行な方
向に設けられ、各巻線用の溝２ｃによつて生ずる
コギング力を各突部２ｂによつて生ずるコギング
力で相殺するようになつている。

第１０図は従来の直進電機の別の例を示すもの
であつて、符号５は界磁、６ａは電機子の突極、
６ｃは上記突極間の巻線用の溝である。各突極６
ａの界磁１と対向する部位には複数のダミースロ
ツト６ｂが巻線用溝６ｃと平行な方向に形成さ
れ、巻線用溝６ｃによつて生ずるコギング力を相
殺するようになつている。

（発明が解決しようとする問題点） 界磁の着磁波形を特殊形状にした従来の直進電
機では、所定の着磁波形を得るための着磁の管理
が難しく、また、コギングが増大するために永久
磁石を飽和着状態で使えないので、有効磁束が全
体として減少するという問題がある。

電機子の突極に突部又はダミースロツトを設け
た従来の直進電機では、突極に設ける突部又はダ
ミースロツトを、巻線用溝によるコギング力を相
殺するだけの高さ又は深さにする必要がある。そ
の結果突極と界磁とのギヤツプが全体として大き
くなり、有効磁束が減少して効率が減少して効率
が低下するという問題があつた。また突部又はダ
ミースロツトの分だけ突極全体を電機子本体側に
寄せる必要があるため巻線スペースが小さくな
り、さらに突部を形成するため巻線用の治具が複
雑な形状になるという問題がある。

本発明はかかる従来の問題点を解消するために
なされたもので、着磁波形や電機子や突極の形状
に特別な工夫を施さなくても有効磁束の減少と効
率の低下を防止しながらコギング力の低減を図る
ことができると共に、巻線スペースが小さくなる
ことを防止することができる直進電機を提供する
ことを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、直進方向から見て電機子の左右の少
なくとも一方側に電機子と平行に併設コアを設
け、この併設コアの突極を、界磁と対向する部位
であつて巻線用の各溝の位置に対して直進方向へ
界磁の磁極ピツチ分又はこの整数倍だけずれた部
位に設けると共に、上記併設コアの突極の直進方
向の寸法と上記溝の直進方向の寸法とを略等しく
したことを特徴とする。

（作用） 巻線用の溝の部分で生ずるコギング力と、上記
巻線用溝の位置に対し界磁の磁極ピツチ分又はこ
の整数倍だけずれた部位に設けられた併設コアの
突極で生ずるコギング力とは互いに逆向きとな
り、両者のコギング力が相殺される。

ここで、本発明の実施例を説明する前に、コギ
ングの発生原理と、突部を設けることによるコギ
ング低減原理について説明しておく。

一般に、鉄等の強磁性体に磁石が近づくと吸引
力が発生する。鉄のコアを持つ電機子と磁石とを
有する回転電機についても同様の吸引力が発生す
る。この吸引力の回転方向の成分を合わせたもの
にアンバランスが生じると回転力が発生する。こ
れがコギングトルクである。

第１１図のように、鉄片８を着磁されたリング
状磁石７の内部に置いて磁石７と一定の距離を保
ちながら周方向に移動させた場合、第１２図のよ
うに磁石７のＮ極・Ｓ極に関係なく、鉄片８が１
つの磁極ピツチ分を移動する毎に１周期のコギン
グトルクが発生する。即ち、磁極数をｍとする
と、１回転にｍ周期のコギングトルクが発生する
ことになる。

第１３図にように、断面が円形で溝のないコア
９を磁石１の内部に置いて磁石７と一定の距離を
保ちながら回転させた場合、コア９の全周にわた
り磁石７との距離が常に一定で吸引力のバランス
が取れているため、第１４図に示すようにコギン
グトルクは発生しない。

次に、第１５図のように、円形のコアの外周の
一部を取り除いて溝９ａを形成したコア９の場合
を考える。このコア９を磁石７の内部に置いて磁
石７と一定の距離を保ちながら回転させた場合、
このコア９には第１１図に示した鉄片８に生じた
コギングトルク（第１２図参照）と位相及び大き
さが同じで方向のみ反対（一方が時計方向に作用
するとすれば他方は反時計方向に作用する）のコ
ギングトルクが発生する（第１６図参照）。即ち、
第１４図に示したコア９のコギングトルクから第
１２図に示した鉄片８のコギングトルクを差し引
いたコギングトルクが発生するのである。逆に、
コア９の溝９ａの中に溝９ａと同じ形状の鉄片を
設ければ、溝９ａによつて発生したコギントルク
は鉄片によつて発生したコギングトルクにより打
ち消される。以上のように、コア９の溝９ａによ
つて発生したコギングトルクに対して、位相およ
び大きさが等しく方向が逆のコギングトルクを加
えると、互いに逆向きのコギングトルクが互いに
打消あつてコギングトルクをなくすことができる
ことが分かる。

コア９の溝９ａによつて発生したコギングトル
クを打ち消すために、溝９ａと同じ形状の鉄片を
設ける場合は、コア９の溝９ａの中でなくてもよ
い。第１７図に示すように、電機子のコア９の側
方に溝９ａに見合う併設コア９ｂをコア９と一体
に移動するように設けても同様の効果が得られ
る。もちろん、磁石７の幅から電機子のコア９が
はみ出さないことが必要である。

前述のように、コア９の溝９ａによつて発生し
たコギングトルクは１磁極ピツチの周期を持つて
いるので、第１８図のように溝９ａから１磁極ピ
ツチ離れた位置に溝９ａと同形同大の併設コア９
ｃを設ければ、溝９ａによつて発生したコギンク
トルクの位相と併設コア９ｃによつて発生したコ
ギングトルクの位相とを揃えることができ、上記
両者のコギングトルクを互いに打ち消し合わせる
ことができる。また、溝９ａから１磁極ピツチ離
れた位置に限らず、溝９ａから磁極ピツチの整数
倍離れた何れか１カ所の位置に、溝９ａと同形同
大の併設コアを設けても、溝９ａによつて発生し
たコギングトルクの位相と上記突部によつて発生
したコギングトルクの位相とを揃えることがで
き、同様の効果を得ることができる。

第１７図、第１８図の例では、併設コアの形状
および大きさは溝の形状および大きさと同じであ
り、併設コアを設ける場所は１カ所であつたが、
このような形態に限られるものではない。第１９
図に示すように、溝９ａの半分の大きさの併設コ
ア９ｄ，９ｅを上述の位置の２カ所、即ち溝９ａ
の位置と溝９ａから１磁極ピツチ離れた位置に設
けても、コア９の溝９ａによつて発生したコギン
グトルクと併設コア９ｄ，９ｅによつて発生した
コギグントルクとを互いに打ち消し合わせること
ができる。即ち、複数の併設コアによつて発生し
たコギングトルクの大きさの合計が、溝によつて
発生したコギントルクの大きさと同じになるよう
に、かつ、上記複数の併設コアによつて発生した
コギングトルクの位相が溝によつて発生したコギ
ングトルクの位相と同じになるように適宜設けら
れていればよい。さらに、コアの溝が何箇所あつ
ても同様である。なお、第２０図は１つの溝９ａ
を有するコア９のコギングトルクの計算例であ
り、第２１図は１つの溝９ａと１つの併設コア９
ｃとを有するコア９のコギングトルク計算例であ
る。第２０図と第２１図から明らかなとおり、１
つの溝９ａと１つの併設コア９ｃとを有するコア
９の場合は、溝９ａと併設コア９ｃのコギングト
ルクが互いに打ち消されている。

以上、回転電機について述べたが、電機子と磁
石とを直線状に展開して考えれば、直進電機につ
いても同様に考えることができる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明に係る直進電
機の実施例を説明する。

第１図において、符号１１は長手方向に複数極
に着磁された平板状の永久磁石でなる界磁、１２
は電機子である。界磁１１と電機子１２のうちい
ずれか一方は他方に対し第１図において紙面に直
角方向に直進することができる。直進方向から見
て電機子１２の左右両側方には併設コア１３，１
３が設けられている。電機子１２と併設コア１３
は界磁１１に対向して配置されている。併設コア
１３はコギングトルクを低減する目的で設けられ
るものであるから、コイルは巻かれていなくても
よいし、必要ならばコイルを巻いても差し支えな
い。併設コア１３は電機子１２と一体となつて界
磁１１に対し相対移動する。

第１図の例における併設コア１３は四角柱状に
形成されると共に電機子１２の両側に配設されて
いるが、第２図の例における併設コア１４は界磁
１１との対向部が鉤状に曲げられて界磁１１との
対向面積が広げられ、また直進方向から見て電機
子１２の片側にのみ併設コア１４が配置されてい
る。

第３図乃至第５図は第１図の実施例をさらに詳
細に示す。第３図乃至第５図において、界磁１１
の２個の磁極範囲に対して電機子１２は３個の突
極１２ａ，１２ｂ，１２ｃとこれら突極間の巻線
用の溝２１ａ，２１ｂ，２１ｃが対向配置されて
いる。一方、併設コア１３は界磁１１と対向する
突極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，……を有し、これ
らの突極は各巻線用の溝２１ａ，２１ｂ，２１ｃ
の位置を基準に直進方向へ界磁１１の磁極ピツチ
P_P分ずれた部位と磁極ピツチP_Pの２倍だけずれ
た部位に設けられている。より具体的に説明すれ
ば、電機子の突極１２ａの両側に併設コアの突極
１３ａが、巻線用の溝２１ａの両側に併設コアの
突極１３ｂが配設され、以下同様に突極１２ｂの
両側、巻線用の溝２１ｂの両側、突極１２ｃの両
側、巻線用の溝２１ｃの両側にそれぞれ併設コア
の突極１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆが配設さ
れている。巻線用溝２１ａの位置を基準として配
置された併設コアの突極は１３ｅ，１３ｂ、巻線
用溝２１ｂを基準として配置された併設コアの突
極は１３ｄ，１３ａ，巻線用溝２１ｃを基準とし
て配置された併設コアの突極は１３ｆ，１３ｃで
ある。併設コアの各突極の直進方向の寸法を11、
各巻線用の溝の直進方向の寸法を12とすると11と
12は略等しくなつている。

第５図に示されているように界磁１１に対し電
機子及び併設コアが右側に相対的に直進するもの
とする。いま、第５図に示されているように界磁
１１の一つの中性点Ａから電機子の突極１２ａが
離れようとし、界磁１１の中性点Ｂ、Ｃに対して
併設コアの突極１３ｃ，１３ｆが入ろうとしてい
るものとすると、上記中性点Ａと、中性点Ｂ及び
Ｃでコギング力が生ずる。中性点Ａで生ずるコギ
ング力と中性点Ｂ、Ｃで生ずるコギング力は互い
に逆向きであり、コギング力は全体として相殺さ
れる。すなわち、中性点Ａ、Ｂ間の磁極の中心が
突極１２ａを引き込もうとして、電機子が矢印で
示す移動方向と同じ方向に移動させようとする力
が作用し、中性点Ａ、Ｂ間の磁極の中心が併設コ
アの突極１３ｃを、また中性点Ｂ、Ｃ間の磁極の
中心が併設コアの突極１３ｆを引き込もうとし
て、電機子を矢印で示す移動方向とは逆の方向に
移動させようとする力が作用する。これら逆向き
の力は第１１図ないし第２１図について説明した
とおりほぼ等しく、コギング力は全体として相殺
されることになる。また逆に一つの中性点に対し
て電機子の一つの突極が入ろうとするときは併設
コアの二つの突極が二つの中性点から離れようと
し、電機子の一つの突極と併設コアの二つの突極
によつて生ずるコギング力が相殺されてコギング
力が全体として相殺される。

上記実施例によれば、界磁の着磁波形を特殊形
状にする必要はなく、全体として飽和着磁すれば
よいので、着磁の管理が容易であると共に充分な
磁束を得ることができる。また電機子の各突極の
界磁との対向面に突部を設ける必要がなく、また
ダミースロツトを設ける必要もないあら、各突極
が全体として電機子本体側に後退することはな
い。よつて、有効磁束の減少を防止することがで
きるし、巻線スペースが制限されず、効率の低下
を防止しつつコギング力の低減を図ることができ
る。

併設コアの突極の配置位置は、一般的には巻線
用の各溝の位置に対して直進方向へ界磁の磁極ピ
ツチ分又はこの整数倍だけずれた位置であればよ
く、一つ巻線用の溝に対する併設コアの突極数は
一つであつてもよいし複数であつてもよい。

第６図は一つの巻線用の溝に対して併設コアの
突極を４個設けた場合の実施例を示す。第６図に
おいて、界磁１５の４個の極磁範囲に電機子の３
個の突極１２ａ，１２ｂ，１２ｃが配置され、こ
れらの突極間に巻線用の溝２１ａ，２１ｂ，２１
ｃがある。界磁１５の磁極ピツチP_Pの４個分の
磁極範囲内には、併設コアの突極１４ａ，１４
ｂ，１４ｃがそれぞれ４個ずつ、合計12個配置さ
れている。上記４個分の磁極範囲内に配置されて
いる併設コアの４個の突極１４ａは巻線用の溝２
１ａの位置に対して磁極ピツチP_P分及びこの整
数倍だけずれた部位に設けられている。同様に上
記４個分の磁極範囲内に配置されている併設コア
の４個の突極１４ｂは溝２１ｂを基準として配置
される突極であり、上記４個分の磁極範囲内に配
置されている併設コアの４個の突極１４ａは溝２
１ｃを基準として配置される突極である。この実
施例の場合も、併設コアの各突極の直進方向の寸
法と各巻線用の溝の直進方向の寸法は略等しくな
つている。

上記実施例では、一つの巻線用の溝に対し併設
コアの突極数が４個で前述の実施例の場合の２倍
になつていて、一つの巻線用溝によつて生ずるコ
ギング力を併設コアの４個の突極で生ずるコギン
グ力で相殺するようになつているため、直進方向
から見て電機子の左右のうち片側にのみ併設コア
が配置されている。

第７は電機子の各突極間の巻線用の溝内に補極
を設けたものの実施例である。第７図において界
磁１７の２個の磁極範囲に電機子の３個の突極１
６ａ，１６ｂ，１６ｃが上記界磁１７に対向して
配置されており、これらの突極間には巻線用の溝
２２ａ，２２ｂ，２２ｃがあり、これらの溝内に
はこれらの溝を二分するようにして補極１８ａ，
１８ｂ，１８ｃが配置されている。界磁１７と電
機子はいずれか一方が他方に対し図において左右
方向に直進することができ、この直進方向から見
て左右、即ち図において上下方向の両側には併設
コアの突極１９ａ，１９ｂ，１９ｃが設けられて
いる。併設コアの上記突極は一つの巻線用の溝に
対して一つずつ設けられ、各巻線用の溝に位置に
対して直進方向へ界磁１７の磁極ピツチP_P分だ
けずれた部位に配置されている。具体的には、溝
２２ａに対応する突極は１９ｃ、溝２２ｂに対応
する突極は１９ａ、溝２２ｃに対応する突極は１
９ｂである。一つの巻線用の溝によつて生ずるコ
ギング力と、上記溝内の補極によつて生ずるコギ
ング力は互いに逆向きのため、併設コアの一つの
突極は直進方向の中央部で補極の直進方向の寸法
に相当する寸法の溝２３ａ，２３ｂ，２３ｃで二
分され、巻線用の溝の部分で生ずるコギング力と
補極の部分で生ずるコギング力の両者を相殺でき
るようになつている。各溝２３ａ，２３ｂ，２３
ｃで分割された併設コアの各突極１９ａ，１９
ｂ，１９ｃの各分割片の直進方向の寸法１１は、
各補極で分割された各巻線用溝２２ａ，２２ｂ，
２２ｃの各分割部分の直進方向の寸法と略等しく
なつている。この実施例では併設コアの突極数が
比較的少ないので、併設コアの各突極の直進方向
に直交する方向の寸法は比較的長く形成されてい
る。この実施例の場合の前述も実施例と同様のコ
ギング低減効果その他の効果を奏する。

第８図の実施例も電機子の各突極１６ａ，１６
ｂ，１６ｃ間の巻線用の溝２２ａ，２２ｂ，２２
ｃ内に補極１８ａ，１８ｂ，１８ｃを有する場合
の例である。この例では併設コアの突極を直進方
向から見て電機子の片側にのみ配置すると共に、
併設コアの突極を各巻線用の溝の位置に対して界
磁１７の磁極ピツチP_P分及びその２倍ずれた部
位に設けたものである。即ち巻線用の溝２２ａに
対応して併設コアの二つの突極２０ａ，２０ａが
配置され、巻線用の溝２２ｂに対応して併設コア
の突極２０ｂ，２０ｂが配置され、巻線用の溝２
２ｃに対応して併設コアの二つの突極２０ｃ，２
０ｃが配置されている。この例の場合も併設コア
の各突極は各補極に対応する溝で二分されてい
る。併設コアの二分された各突極の各分割片の直
進方向の寸法11は各補極で二分された各巻線用の
溝の各分割部分の直進方向の寸法12と略等しくな
つている。この実施例の場合も第７図の実施例と
同様の作用効果を奏する。

コギング力低減のための併設コアの突極の配置
位置のピツチは巻線用の溝と同位相である必要が
ある。ここで、界磁の磁極ピツチをP_P、電機子
の巻線用の溝のピツチをM_Pとすると、P_PとM_Pの
最大公約数Q_Pを併設コアの突極の配置位置ピツ
チとすればコギング力を低減することができる。
この場合の一つの巻線用溝に対する併設コアの突
極数はM_P／Q_Pとなる。M_P／Q_Pを２以上とすれ
ば併設コアは薄くても大きなコギング低減効果が
ある。また第２図の例における突極１４のよう
に、併設コアの突極を鉤状に曲げてこれを界磁に
対向させるようにすれば界磁との対向面積を広く
することができるので、併設コアはさらに薄型に
することができる。

（発明の効果） 本発明によれば、電機子側に併設コアを設け、
この併設コアの突極を巻線用等に対して界磁の磁
極ピツチ分又はこの整数倍だけずれた部位に設け
ることによつてコギング力の低減を図つたため、
界磁の着磁波形を特殊形状にする必要がないし、
電機子の界磁との対向面に界磁の方に向かう突出
部やダミースロツトを設ける必要もないから、有
効磁束の減少と効率の低下を防止しながらコギン
グ力の低減を図ることができる。また巻線スペー
スを広くすることができるため、巻線がしやす
く、電機子の磁力が大きくすることができる。界
磁と対向する電機子の表面は突出部がなく平坦に
形成することができるため、巻線治具の形状を単
純化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る直進電機の一実施例を示
す側面図、第２図は本発明に係る直進電機の別の
実施例を示す側面図、第３図は第１図の実施例の
一部分を示す斜視図、第４図は同上実施例におけ
る界磁の正面と電機子部分の平面とで両者の関係
を示す図、第５図は同じく界磁と電機子部分の関
係を示す正面図、第６図は本発明の別の実施例を
界磁の正面と電機子部分の平面で示す図、第７図
は本発明のさらに別の実施例を界磁の正面と電機
子部分の平面で示す図、第８図は本発明のさらに
別の実施例を界磁の正面と電機子部分の平面で示
す図、第９図は従来の直進電機の例を示す正面
図、第１０図は従来の直進電機の別の例を示す正
面図、第１１図は磁石中に鉄片が置かれた状態を
示す平面図、第１２図は同上鉄片に発生するコギ
ングトルクを示す波形図、第１３図は磁石中に断
面円形のコアが置かれた状態を示す平面図、第１
４図は同上コアに発生するコギングトルクを示す
波形図、第１５図は溝を有する断面円形のコアが
磁石中に置かれた状態を示す平面図、第１６図は
同上コアに発生するコギングトルクを示す波形
図、第１７図は溝付きコアと磁石との関係を示す
展開図、第１８は溝および併設コアを有するコア
と磁石との関係を示す展開図、第１９図は溝およ
び複数の併設コアを有するコアと磁石との関係を
示す展開図、第２０図は溝を有する電機子コアと
磁束とコギングトルクの関係を示す波形図、第２
１図は溝および併設コアを有する電機子コアと磁
束とコギングトルクの関係を示す波形図である。 １１，１５，１７……界磁、１２ａ，１２ｂ，
１２ｃ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ……電機子の突
極、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，
２２ｃ……電機子の巻線用の溝、１３ａ，１３
ｂ，１３ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１９ａ，
１９ｂ，１９ｃ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ……併
設コアの突極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数極に着磁された界磁と、この界磁に対向
   して配設された突極及び巻線用の溝を有する電機
   子とを備え、上記界磁と電機子のうちいずれか一
   方を他方に対して直進運動させる直進電機におい
   て、直進方向から見ても上記電機子の左右の少な
   くとも一方側に電機子と平行に併設コアを設け、
   この併設コアの突極を、界磁と対向する部位であ
   つて上記巻線用の各溝の位置に対して直進方向へ
   界磁の磁極ピツチ分又はこの整数倍だけずれた部
   位に設けると共に、上記併設コアの突極の直進方
   向の寸法と上記溝の直進方向の寸法とを略等しく
   したことを特徴とする直進電機。