專利名稱：磁阻電動機(jī)以及磁阻電動機(jī)用定子的磁石的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是完全新構(gòu)造的磁阻電動機(jī)以及磁阻電動機(jī)用定子的磁石。眾所周知，有不必使用高價格永久磁石的轉(zhuǎn)換磁阻電動機(jī)(以下，稱為SR電動機(jī)) (參見技術(shù)文獻(xiàn)1)。這種SR電動機(jī)有固定子和集中繞組的相線圈，在纏繞該相線圈時，使相互面對的突極分別呈現(xiàn)N極和S極。各相通過半導(dǎo)體電源開關(guān)進(jìn)行切換運(yùn)轉(zhuǎn)。
SR電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)子上沒有相線圈，一般在旋轉(zhuǎn)子的數(shù)量比固定子的磁極數(shù)量少2個的情況下組成突極，但是也有其他的組合方法。也就是說，廣泛使用的是3相機(jī)使用6個固定子，4個旋轉(zhuǎn)子，4相機(jī)使用8個固定子，6個旋轉(zhuǎn)子，但是也有其他的組合方法。因?yàn)檫@種SR電動機(jī)是與相電流的脈沖電流同期產(chǎn)生的，所以必須檢測出旋轉(zhuǎn)子位置的編碼信號。也就是說，SR電動機(jī)通過旋轉(zhuǎn)子位置的傳感器檢出信號，通過使固定子相線圈的脈沖信號與半導(dǎo)體開關(guān)同步化這種控制方法，來使旋轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
這種SR電動機(jī)的優(yōu)勢在于高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，將其與無刷DC電動機(jī)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)因?yàn)镾R電動機(jī)的轉(zhuǎn)子沒有使用永久性磁石，所以SR電動機(jī)在高離心力的對應(yīng)(防止磁石的飛散)，運(yùn)轉(zhuǎn)效率的提升，制造成本方面占有優(yōu)勢(參照技術(shù)文獻(xiàn)1)。在這種SR電動機(jī)的領(lǐng)域中，最近還出現(xiàn)了不帶傳感器的產(chǎn)品(參照技術(shù)文獻(xiàn)1，2)。
本發(fā)明的發(fā)明家為了先一步達(dá)到小型高轉(zhuǎn)軸化的目的，開發(fā)了具備有線圈和永久磁石這兩者的混合型電動機(jī)(步進(jìn)型電動機(jī))(參照特許文獻(xiàn)3)。
然后，進(jìn)一步展開本發(fā)明的基本思路，發(fā)明了具備有E字型突極的復(fù)數(shù)個磁性偏轉(zhuǎn)線圈，并通過在E字型突極之間配置筒狀磁性體，從而得到提升了能源效率的自我啟動型同步電動機(jī)(參照特許文獻(xiàn)4)。另外，本發(fā)明的發(fā)明家還建議開發(fā)了追求進(jìn)一步小型高轉(zhuǎn)軸化的混合磁石型直流電動機(jī)(特許文獻(xiàn)5)。日經(jīng)機(jī)械1997年2月3日發(fā)布No.499 P50---61[SR電動機(jī)在歐美得到急速的發(fā)展][特許文獻(xiàn)1]特開2001-309691號公報(概要書)[特許文獻(xiàn)2]特開2002-186283號公報(概要書)[特許文獻(xiàn)3]特開2000-150228號公報(概要書)[特許文獻(xiàn)4]特開2001-258221號公報(概要書)[特許文獻(xiàn)5]特開2002-247825號公報(概要書)[發(fā)明所要解決的問題]現(xiàn)有技術(shù)下的SR電動機(jī)因?yàn)槭抢么判缘挚棺饔脕眚?qū)動旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)，所以為了使轉(zhuǎn)距增大，必須使空氣間隙小型化。由于必須使空氣間隙極小化才能達(dá)到使采用了這種原理制造的SR電動機(jī)小型化的目的，所以很難使這種SR電動機(jī)小型化。另外，因?yàn)镾R電動機(jī)有容易振動過大的傾向，所以不能適用于高性能的電子設(shè)備。
作為本發(fā)明的發(fā)明家之一的荻野先生，發(fā)明了如上所述的混合型磁石，并進(jìn)一步展開該混合型磁石，創(chuàng)作出了步進(jìn)型電動機(jī)，自我啟動型同步電動機(jī)，以及混合磁石型直流機(jī)。
但是，對電動機(jī)進(jìn)行的展開并沒有如所想的那樣獲得成功。其主要原因是特許文獻(xiàn)3、4、5的步進(jìn)型電動機(jī)，同步電動機(jī)，直流機(jī)采用了過于特殊的結(jié)構(gòu)，其制造成本太高。另外，還有因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)特殊，所以難于展開，難于與現(xiàn)有技術(shù)下的電動機(jī)，特別是小型DC電動機(jī)進(jìn)行替換。
另外，本發(fā)明的發(fā)明家們開發(fā)了以1個混合型磁石構(gòu)成1個突極，將復(fù)數(shù)個同一形狀的混合型磁石呈圓環(huán)狀的進(jìn)行配置的電動機(jī)，并在雜志上發(fā)表了該發(fā)明(2002年12月20發(fā)行的[WEDGE]1月號P80-P81)。但是，在電動機(jī)方面單單展開這種混合型磁石所構(gòu)成的產(chǎn)品，在振動方面并不能完全滿足需要。另外，在電動機(jī)方面進(jìn)行展開時，必須考慮到如何有效的利用磁通，而本發(fā)明在這方面做的也不夠完善。
本發(fā)明為了解決上述問題，提供一種在小型化和降低振動的同時，能夠抑制制造成本的上升，并能容易的與現(xiàn)有技術(shù)下的DC電動機(jī)進(jìn)行替換的，新型結(jié)構(gòu)的磁阻電動機(jī)。另外，其他的發(fā)明希望能夠提供提升了制造利用混合型磁石的磁阻電動機(jī)用定子的制造效率，降低了磁阻電動機(jī)價格的磁阻電動機(jī)用定子的磁石。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案在于，一種磁阻電動機(jī)，其是通過在定子和轉(zhuǎn)子之間發(fā)生的磁阻變化來得到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距的磁阻電動機(jī)，其包括設(shè)定突極的數(shù)量為2m(m為大于等于1的自然數(shù))，在各個突極前端相鄰的縫隙間設(shè)置相對的磁極為同極、且該磁極與上述突極的前端側(cè)邊部相連的共計2m個的磁石，或者，在假定設(shè)置有上述磁石的狀態(tài)下取走一部分磁石，在突極上施加以繞組的定子；和當(dāng)設(shè)定突臺部的數(shù)量為n(n為1以外的自然數(shù))時，設(shè)有當(dāng)n/m為大于2的自然數(shù)的突臺部與上述突極相對的極齒或者磁性抵抗削弱部的轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明的磁阻電動機(jī)能夠通過設(shè)置定子突極的數(shù)量為偶數(shù)，來獲取機(jī)械性平衡良好的定子。而且，因?yàn)榇攀乔度朐诟鱾€突極之間的，所以定子呈近圓形，能獲得更加良好的機(jī)械平衡。通過這種結(jié)構(gòu)，有利于降低振動。
另外，本發(fā)明的磁阻電動機(jī)因?yàn)槭峭蛳鄬Φ那度氪攀酝ㄟ^激磁使嵌入在磁石N極和N極之間的突極成為N極，激磁使嵌入在磁石S極和S極之間的突極成為S極，使激磁時的磁通與磁石的磁通之間獲得強(qiáng)有力的協(xié)作關(guān)系，提升作用在轉(zhuǎn)子上的力。因此，能夠擴(kuò)大定子和轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙，達(dá)到使磁阻電動機(jī)小型化的目的。
另外，本發(fā)明的磁阻電動機(jī)由于能夠使其結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)下的小型DC電動機(jī)和磁阻電動機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同，所以不需提高制造成本就能夠與小型DC電動機(jī)進(jìn)行置換。
另外，本發(fā)明在上述磁阻電動機(jī)的基礎(chǔ)上，在所說的繞組上使電流流動，而驅(qū)動轉(zhuǎn)動，以使所說的磁石的N極和夾在N極間的突極在被激磁時而成為N極，所說的磁石的S極和夾在S極間的突極在被激磁時而成為S極，并且，至少形成一組受N極激磁的突極和受S極激磁的突極。
本發(fā)明將嵌入在磁石N極和N極之間的突極作為N極進(jìn)行激磁，將嵌入在磁石S極和S極之間的突極作為S極進(jìn)行激磁。因此，使激磁時的磁通能夠流動順利，同時，使激磁的磁通和磁石的磁通之間的獲得強(qiáng)有力的協(xié)作關(guān)系，提升作用在轉(zhuǎn)子上的力。因此，能夠擴(kuò)大定子和轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙，使磁阻電動機(jī)能夠達(dá)到小型化的目的。
另外，本發(fā)明在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，設(shè)定m為2，驅(qū)動相數(shù)為4，所說的各繞組分別按同一方向纏繞，使流動在各繞組上的電流方向總是相同方向。
本發(fā)明的磁阻電動機(jī)由含有4個突極的4相驅(qū)動電動機(jī)組成。而且，因?yàn)槔@組分別按同一方向卷起，電流一般是向同一方向流動的，所以能夠采用簡單的結(jié)構(gòu)，簡單的回路。
另外，設(shè)定m為大于等于4的整數(shù)，驅(qū)動相數(shù)大于等于4。這樣，定子的突極數(shù)量達(dá)到8個以上，且是4相驅(qū)動，所以轉(zhuǎn)矩脈動的影響變得極小，進(jìn)一步降低了振動。
另外，本發(fā)明在上述的磁阻電動機(jī)基礎(chǔ)上，還能夠檢測出所說的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，然后切換流動在所說的繞組上的電流。這樣，也就是說采用轉(zhuǎn)換磁阻電動機(jī)的話，通過高級程序的設(shè)計控制流動在繞組內(nèi)的電流，能夠獲得可以流暢旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)。而且，作為檢出轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置的方法，可以采用利用傳感器等位置檢出部材的產(chǎn)品，以及通過檢出在繞組產(chǎn)生的反電流和反電動勢來檢測出旋轉(zhuǎn)位置的所謂傳感器方式等。
進(jìn)而，本發(fā)明在上述的基礎(chǔ)上設(shè)定m為3的倍數(shù)(包括1)，驅(qū)動相數(shù)為3；或者設(shè)定m為2的倍數(shù)(包括1)，驅(qū)動相數(shù)為4，來作為步進(jìn)型電動機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣，即使驅(qū)動相數(shù)很少，也能夠作為電動機(jī)使用。由此，能夠擴(kuò)大由本發(fā)明擴(kuò)展的范圍，達(dá)到降低各個部件價格的目的。另外，在4相驅(qū)動的場合下，也能夠作為小型DC電動機(jī)兼用。
另外，其他發(fā)明在上述基礎(chǔ)上，設(shè)定m為大于等于4的整數(shù)，驅(qū)動相數(shù)大于等于2小于等于m。這種磁阻電動機(jī)因?yàn)橛?組以上的基本相數(shù)，而且定子的突極數(shù)量大于等于8個，所以在獲得良好的電磁性平衡的同時，也有利于轉(zhuǎn)矩脈動方面和機(jī)械平衡方面的改善。
另外，本發(fā)明的一種磁阻電動機(jī)，其是通過在定子和轉(zhuǎn)子之間發(fā)生的磁阻變化來得到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距的磁阻電動機(jī)，其包括由磁性材料組成的多個設(shè)置在突極前端相鄰間隙中、并與突極前端的側(cè)邊部相接的磁石，或者，從假定配置有磁石的狀態(tài)下取走一部分磁石，設(shè)有用于激磁上述突極的繞組的定子；和有與突極相對設(shè)置的極齒或者構(gòu)成磁性抵抗削弱部的突臺部的轉(zhuǎn)子；并，設(shè)定上述磁石的殘留磁通量密度為a，上述由磁性部件構(gòu)成的突極的飽和磁通量密度為b，與從上述突極磁石側(cè)突出部分的上述轉(zhuǎn)子相對部分的面積為W，與上述磁石突極相接觸部分的面積為Z，以滿足條件(a/b)×Z×1/3≤W≤(a/b)×Z×2，形成上述定子的突極。
這種磁阻電動機(jī)能夠有效的利用突極部分的磁通，順利的進(jìn)行電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，提升效率。
進(jìn)而，在上述發(fā)明的磁阻電動機(jī)的基礎(chǔ)上，所說的轉(zhuǎn)子為筒狀的極齒形成體，在該極齒狀形成體的圓周方向上設(shè)有n個增大磁性抵抗的貫穿孔，將各個貫穿孔在圓周方向上相鄰接的部分作為n個磁性抵抗削弱部。
這樣，能夠高效率、低價格的制造轉(zhuǎn)子。另外，能夠降低轉(zhuǎn)子的慣性，獲得反應(yīng)速度靈敏的磁阻電動機(jī)。
另外，本發(fā)明的一種磁阻電動機(jī)用定子的磁石，其是通過在定子和轉(zhuǎn)子之間發(fā)生的磁阻變化來得到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距的磁阻電動機(jī)定子的磁石，其包括呈圓形配置的2m(m為大于等于1的自然數(shù))個柱狀部，和與該柱狀部的一側(cè)相連接的圓形連接部；所說的各柱狀部是，使相鄰接柱狀部的相對面的一側(cè)為N極、另一側(cè)為S極、且相鄰接的柱狀部的相對部分為同極而被磁化的磁阻電動機(jī)用定子的磁石。
這種發(fā)明的磁石能夠使通過空隙相互面對的部分成為同極情況下磁化的部件進(jìn)行一體化的安裝，使將磁石嵌入定子突極之間的作業(yè)的效率有所提高，降低制造成本。以下，參照附圖對本發(fā)明的磁阻電動機(jī)進(jìn)行說明。首先，參照

圖1～圖8，對實(shí)施例1進(jìn)行說明。
這種磁阻電動機(jī)兼有現(xiàn)有技術(shù)SR電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)部分、和混合型磁石的優(yōu)點(diǎn)，而且并不是簡單地將這兩者進(jìn)行組合，而是通過配置磁鐵、固定子的突極數(shù)量、電流的流向等，特別是磁鐵的適當(dāng)配置，能夠容易地在振動方面進(jìn)行改善，且能夠與現(xiàn)有技術(shù)的小型DC電動機(jī)進(jìn)行置換。
實(shí)施例1的磁阻電動機(jī)如上所述，運(yùn)用了SR電動機(jī)和混合型磁石，在下文中稱其為HB-SR電動機(jī)。如圖1和圖2所示，這種HB-SR電動機(jī)10(也就是5相電動機(jī))設(shè)有定子1、轉(zhuǎn)子2、托座3、編碼器4、框架5，其是高度H為30mm、本體直徑為79mm的小型電動機(jī)。
定子1如圖2所示，含有10個突極11a～11j、設(shè)置在各個突極11a～11j前端相鄰接的間隙處的10個磁石12a～12j、設(shè)置在各個突極11a～11j根側(cè)并繞有線圈的10個繞組13a～13j。以下，當(dāng)突極11a～11j、磁石12a～12j、以及繞組13a～13j不代表特定的突極、磁石和繞組時，分別將它們稱為突極11、磁石12和繞組13。
形成定子1的突極11的定子材料是高透磁率材料，即由飽和磁通密度為2.15泰斯拉的軟磁性材料和高純鐵構(gòu)成，在連接各個突極11的連接部14的中央設(shè)有薄板，并在該薄板上設(shè)能夠插入托架3的連接孔15。另，該薄板通過疊層，形成定子鐵心。形成定子1的各個突極11前端寬度的機(jī)械角度(切槽角度)為2 4度。纏繞有繞組13的突極11根側(cè)寬度約為突極前端寬度的一半。
磁石12為截面呈梯形的棒狀結(jié)構(gòu)，其面對轉(zhuǎn)子2的一側(cè)比相反側(cè)長的，與突極11相對的面的徑向長度應(yīng)與突極11前端的徑向長度相等或者略小。磁石12是使用了釹的、且磁通密度為1.20泰斯拉的稀土元素磁石；另外，相鄰接的磁石12之間，其相對的磁極為同極進(jìn)行磁化，且該磁極的配置是與突極11前端的側(cè)邊部相接。各個磁石12的寬度為突極11的一半，即12度。另外，各個磁石12的固定是通過粘結(jié)材與突極11連接在一起的。
磁石12的軸向長度如圖1所示，與定子鐵心的軸向長度相等，徑向長度與突極11前端的徑向?qū)挾认嗟取Ｔ诖?，設(shè)定磁石12的徑向長度，也就是突極11前端的徑向?qū)挾葹長1；與突極11在磁石12側(cè)的突出部分，也就是與轉(zhuǎn)子2相對的部分長度為L2；L1∶L2＝1∶0.6(如圖2所示)。另外，該L1和L2在HB-SR電動機(jī)的所有分別對應(yīng)部分中，長度都是一定的。而且，設(shè)定磁石12的殘留磁通密度為a，突極11的飽和磁通密度為b，與突極11在磁石12側(cè)突出部分的轉(zhuǎn)子相對的部分面積為W，與磁石12的突極11相接觸部分的面積為Z，這樣，若形成的定子1滿足條件(a/b)×Z×1/3≤W≤(a/b)×Z×2的話，當(dāng)通過繞組13激磁突極11使其達(dá)到飽和時，就能夠有效利用磁石12的磁通，成為具有良好效率的磁阻電動機(jī)。
在該實(shí)施例中，因?yàn)閍＝1.20泰斯拉，b＝2.15泰斯拉，磁石12與定子鐵心的軸向長度相等，所以能夠確保W＝L2，Z＝L1。因此，上述公式則成為0.19×L1≤L2≤1.12×L1，若L1＝1的話，則變?yōu)?.19≤L2≤1.12，這樣突極11的前端從磁石12側(cè)突出部分的寬度，以是突極11前端徑向?qū)挾鹊?.19倍到1.12倍為佳。而且，考慮到要更加有效地使用磁石12的話，最好是(a/b)×Z≤W≤(a/b)×Z×1.5。
繞組13是由定子鐵心的連接部14側(cè)起向突極11的前端按同一方向纏繞線圈而形成的。線圈的圈數(shù)為100～200左右。而且，線圈的纏繞方向以突極11的前端側(cè)為起點(diǎn)向連接部14側(cè)纏繞為佳。纏繞方法推薦采用校正纏繞為佳，但也可以采用其他的纏繞方法。
轉(zhuǎn)子2設(shè)有6個突臺部21、裝載磁性圓盤的襯套22、支持在托座3內(nèi)的軸承上的轉(zhuǎn)軸23。在下文中，就突臺部21的個別指示，將利用突臺部21a～21j中的任意符號。該突臺部21呈極齒狀，通過與突極11相對，給磁通的流動帶來了穩(wěn)定點(diǎn)。另外，各個突臺部21的大小在機(jī)械角度上為24度。
形成轉(zhuǎn)子2的突臺部21的轉(zhuǎn)子原材料是高透磁率材料，即由軟磁性材料的純鐵構(gòu)成的薄板，這種薄板通過疊層形成轉(zhuǎn)子鐵心。轉(zhuǎn)子2的各個突臺部21的機(jī)械角度為24度，各個突臺部21之間的間隔為36度。另外，框架5從圖1上方起到襯套22的磁性軟盤承載面22a為止的寬度W為18.5mm。
襯套22是由鋁構(gòu)成的，也可以由含硅20％～30％(重量比)、含鋁65％～75％(重量比)的硅鋁合金構(gòu)成。轉(zhuǎn)軸23壓入并固定在襯套22上。由此，HB-SR電動機(jī)10則成為軸旋轉(zhuǎn)型電動機(jī)。但是，也可以將轉(zhuǎn)軸23壓入固定在托座3或者框架5上來作為固定軸，并以該固定軸為中心旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子2(轉(zhuǎn)子鐵心或襯套22)，即形成軸固定型電動機(jī)。
托座3在支撐定子2的同時，還支撐著軸承，其材質(zhì)在本實(shí)施例中是由鋁或者上述的硅鋁合金形成的。編碼器4用于檢出轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)位置，是通過光傳感器檢出設(shè)置在轉(zhuǎn)子2外周的標(biāo)示來進(jìn)行的。該編碼器4設(shè)置在搭載有框架5的回路底板6上。
框架5以其中央部的孔與托座3嵌合連接，如圖1所示，托座3的下端通過在外部的鉚接與托座3固定在一起?？蚣?可以采用鋁等的非磁性材料，也可以采用功能樹脂材料等的磁性材料。
各個繞組13的連接如圖3所示，轉(zhuǎn)換控制部31由微型計算機(jī)構(gòu)成，在其內(nèi)部保存有根據(jù)編碼器4檢出的信號轉(zhuǎn)換流向繞組13的電流的轉(zhuǎn)換時機(jī)和決定電流波形的程序。如圖3所示，各個繞組13中的電流通常以向一定的方向流動來控制。
圖4所示的是流過各個繞組13的電流波形。如圖4所示，電流急速增加，經(jīng)過時間ΔT1后，電流的最大量達(dá)到LA；在時間tA～Δt之間，電流維持著最大量LA。這股電流經(jīng)過時間點(diǎn)tA后急速減少，在時間點(diǎn)Ta+Δt2處降到最大量LA的1/3以下，然后慢慢地減少，在時間點(diǎn)2×tA處降為0。
圖5所示的是流過各個繞組13的電流的時間性變化、電流合計以及切換步驟與在各個步驟時定子1內(nèi)磁通的流動。而且，從圖5到圖8，都與突極11a～11j的寬度相對應(yīng)，劃分有U～Z、A～D的區(qū)域。
首先，在繞組13a、13f流有電流(圖5中的T16)。此時，電流流動使突極11a、11f呈相反極。本實(shí)施例中，激磁使突極11a為N極，激磁使突極11f為S極。接著，在T1時間點(diǎn)，電流開始流向繞組13c、13h，此時，在繞組13a、13f也有電流流動。然后，在時間點(diǎn)T1到T2之間(＝步驟S1)，在繞組13a、13c、13f、13h內(nèi)有電流流動。
然后，在時間點(diǎn)T2，切斷繞組13a、13f的電流，同時，電流開始流向繞組13e、13j。此時，在繞組13c、13h也有電流流動。之后，在時間點(diǎn)T3，切斷繞組13c、13h的電流，同時，電流開始流向繞組13b、13g。
如上所述，在依次流動電流的同時依次切斷電流。圖5(B)的步驟S2相當(dāng)于時間點(diǎn)T2～T3，步驟S3相當(dāng)于時間點(diǎn)T3～T4，步驟S4相當(dāng)于時間點(diǎn)T4～T5，步驟S5相當(dāng)于時間點(diǎn)T5～T6。
在圖3中，明確表示了通過各個繞組13a～13j對各個突極11a～11j進(jìn)行激磁的磁極(N，S)。這樣，在本實(shí)施例中，流動在各個繞組13的電流的方向?qū)τ诟鱾€繞組而言一般都是一定的，由激磁形成的磁極一般也是一定的。而且，由激磁形成的磁極是NS交互配置的。
另外，作為轉(zhuǎn)矩脈動原因的電流波動，如圖5中[合計]所示的那樣，基本上是沒有上下波動的平行狀，也不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動。
接著，對由如上所述構(gòu)成的HB-SR電動機(jī)10的旋轉(zhuǎn)動作進(jìn)行說明，同時對磁通的流動也予以說明。
圖6所示的是圖5中時間點(diǎn)T1～T2范圍內(nèi)的磁通流動。另外，將圖6所示的狀態(tài)作為旋轉(zhuǎn)的初期位置進(jìn)行說明。在此，①～⑩的數(shù)字是與突極11a～11j相對應(yīng)的。如圖6所示，在時間點(diǎn)T1～T2，電流在繞組13a(①)、繞組13c(③)、繞組13f(⑥)和繞組13h(⑧)內(nèi)流動，此時，在繞組13a流動有電流使突極11a(①)成為N極，在繞組13c流動有電流使突極11c(③)成為N極；在繞組13f和繞組13h內(nèi)流動有電流，使突極11f(⑥)、11h(⑧)成為S極。
通過激磁，流動在定子1內(nèi)的磁通由突極11h(⑧)流向突極11a(①)，同時由突極11f(⑥)流向突極11c((③)。這樣，激磁使突極11h成為S極，突極11a成為N極，突極11f成為S極，突極11c成為N極。
就與旋轉(zhuǎn)速度的關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)子2和定子1之間的配置關(guān)系處于如圖6所示的狀態(tài)時，電流波形有可能已經(jīng)超過時間點(diǎn)T2時的狀態(tài)，但是為了便于說明，將圖6所示的狀態(tài)設(shè)定為即將到時間點(diǎn)T2之前。
圖6除了顯示了由上述激磁產(chǎn)生的磁通外，還顯示了由磁石12產(chǎn)生的磁通。包括由磁石12產(chǎn)生的磁通在內(nèi)，所有的磁通是對稱配置，處于良好的磁性平衡狀態(tài)。這樣的平衡狀態(tài)與其他的狀態(tài)相同、也能時常保持良好的磁性平衡狀態(tài)，使轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)。
在如圖6所示的狀態(tài)下，在突極11c(③)與突臺部21b之間有細(xì)微的偏移，在突極11h(⑧)與突臺部21e之間也有同樣細(xì)微的偏移。這兩部分是取得穩(wěn)定點(diǎn)的位置，也就是說在突極11c(③)處于與突臺部21b完全相對的位置、和突極11h((⑧)處于與突臺部21e完全相對的位置上，移動力起作用。另一方面，因?yàn)橥粯O11a(①)與突臺部21a完全相對、突極11e(⑥)與突臺部21d完全相對，所以這兩部分處于最穩(wěn)定的狀態(tài)。
因此，轉(zhuǎn)子2整體受到圖6中轉(zhuǎn)子2的外周所示箭頭方向的力，在圖6中正要按順時針方向轉(zhuǎn)動。若維持圖6中的激磁狀態(tài)的話，轉(zhuǎn)子2則會旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子2的話，完全相對的部分則開始有所偏移，在此部分就會有反向旋轉(zhuǎn)的力起作用。在與箭頭方向相反的力開始作用前，切換流動有電流的繞組12。
圖7顯示了圖6之后的狀態(tài)，即時間點(diǎn)T2之后磁通的流動。在圖7中，遮斷了流向繞組13a(①)和繞組13f(⑥)的電流，取而代之的將電流流向繞組13e(⑤)和繞組13j(⑩)。此電流的方向是以突極11e(⑤)為N極，突極11j(⑩)為S極。于是，來自突極11h(⑧)的定子1內(nèi)的磁通則流至突極11e(⑤)，磁通由突極11j(⑩)流向突極11c(③)。
與圖6相比較，在圖7的狀態(tài)下，突極11c(③)和突臺部21b、突極11h(⑧)和突臺部21e的位置關(guān)系、以及流動在其中的磁通的流動都沒有變化，使轉(zhuǎn)子2在與圖6所示相同的方向(順時針方向)旋轉(zhuǎn)的力開始起作用。另一方面，通過電流的切換，開始激磁使突極11e(⑤)成為N極，突極11j((10))成為S極，從而設(shè)定使突臺部21c相對于突極11e(⑤)處于穩(wěn)定的位置，使突臺部21f相對于突極11j(⑩)處于穩(wěn)定的位置。因此，在轉(zhuǎn)子2上的4處作用有使其沿箭頭所示方向(圖7中的順時針方向)旋轉(zhuǎn)的力。
然后，按圖5所示的時間流程圖進(jìn)行電流的切換。在圖8中歸納顯示了由激磁產(chǎn)生的磁通的流動和各相的切換狀態(tài)。圖8中的S1～S5相當(dāng)于第1相驅(qū)動～第5相驅(qū)動。另外，S1～S5相當(dāng)于相應(yīng)的切換步驟。
如圖8所示，突極11a(①)在第1相驅(qū)動(S1)和第5相驅(qū)動(S5)時受到激磁，此時成為N極。由該N極射向轉(zhuǎn)子2側(cè)的磁通、和從與兩側(cè)磁石12a、12b相對的N極射出的磁通成為一體，射向轉(zhuǎn)子2側(cè)。因此，作用在轉(zhuǎn)子2側(cè)的力，與單單激磁時產(chǎn)生在突極11a(①)的磁力作用相比，大幅度地上升。
突極11b(②)在第3相驅(qū)動(S3)和第4相驅(qū)動(S4)時受到激磁，此時成為S極。由轉(zhuǎn)子2側(cè)射向該S極的磁通也射向與兩側(cè)磁石12b、12c相對的S極。因此，能夠獲得比流入的磁通更大的磁通。于是，作用在轉(zhuǎn)子2側(cè)的力與單單激磁時產(chǎn)生在突極11b(②)的磁力作用相比，大幅度地上升。
其他突極11c(③)、11e(⑤)、11g(⑦)、11i(⑨)與突極11a(①)同樣被激磁為N極，其作用也相同。另一方面，突極11d(④)、11f(⑥)、11h(⑧)、11j(⑩)與突極11b(②)也同樣被激磁為S極，其作用相同。
本實(shí)施例1的HB-SR電動機(jī)10，其定子1的突極數(shù)量是10個，即是2的5倍(偶數(shù)個)，所以獲得了良好的機(jī)械平衡。另外，驅(qū)動相數(shù)是5相，且該5相有2組，具有良好的磁性平衡。另外，因?yàn)樵诟鱾€突極11之間嵌入有磁石12，所以機(jī)械平衡性能更好，不會發(fā)生振動。
當(dāng)轉(zhuǎn)子2的突臺部(極齒)21的數(shù)量為6個，突臺部21的數(shù)量為n(不等于1的自然數(shù))時，由于n/m(m是大于1的自然數(shù)，是突極數(shù)量的1/2)為6/5＝1.2，不會得出1和2的結(jié)果，所以能夠順利的進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
各個繞組13都是向一個方向，即由突極11的根側(cè)向前端或者以相反方向纏繞的，而且是磁極集中纏繞的；各個繞組13中的電流流動也是僅僅向一個方向的。因此，繞組作業(yè)變得簡單，且因?yàn)槭寝D(zhuǎn)換的緣故所以也簡化了回路結(jié)構(gòu)。
另外，如上所述嵌入有磁石12的突極11，由于受到激磁，與相對的磁石12的磁極成為同極，所以能夠大幅度提高作用在轉(zhuǎn)子2的力，擴(kuò)大轉(zhuǎn)子2和定子1之間的空氣間隙，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的小型化。而且，就先前定義的a、b、W、Z的關(guān)系而言，適宜在(a/b)×Z≤W≤(a/b)×Z×1.5的范圍內(nèi)，即0.56≤0.6＝W≤0.84，這樣更有利于有效使用磁石12的磁通。
另外，因?yàn)槟軌蛲ㄟ^編碼器4檢出轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)位置后，切換流過繞組13的電流，所以轉(zhuǎn)子2得以順利旋轉(zhuǎn)。此外，因?yàn)榫幋a器4是光學(xué)式的，所以不容易受外部磁場和電動機(jī)自身磁場的影響。
這種HB-S R電動機(jī)10，流過繞組13的電流通常方向一定，如圖4所示流過的電流急速增加形成拉伸的波形，而且有良好的機(jī)械平衡。另外，這種HB-SR電動機(jī)10有良好的磁性平衡，轉(zhuǎn)距脈動較少。而且，與單一的5相電動機(jī)相比，提升了動力。
接著，根據(jù)圖9到圖11，對實(shí)施例2的HB-SR電動機(jī)進(jìn)行說明。
實(shí)施例2的HB-SR電動機(jī)40與實(shí)施例1的HB-SR電動機(jī)10的結(jié)構(gòu)完全相同，不同的僅僅是流過繞組13的電流轉(zhuǎn)換。具體地說，是通過5相電動機(jī)，也就是1-2相的激磁來驅(qū)動的。由此，以下僅僅對其轉(zhuǎn)換進(jìn)行說明，在省略對結(jié)構(gòu)的說明的同時，對與實(shí)施例1相同的部件在此利用同一符號表示。
首先，切換步驟S1中，在繞組13a(①)和繞組13f(⑥)中流有電流，激磁使突極11a(①)成為N極，突極11f(⑥)成為S極；接著，在繼續(xù)激磁的同時，使繞組13c(③)和繞組13h(⑧)中流有電流，將突極11c(③)作為N極，突極11h(⑧)作為S極。在該切換步驟S1中，4個繞組13a、13c、13f、13h中流有電流。在接著的切換步驟S2中，切斷流向繞組13a、13f的電流，僅僅使電流流向繞組13c(③)、13h(⑧)。在此狀態(tài)下，僅在繞組13c、13h中有電流。然后，按圖9和圖10所示的順序，切換電流。
這種HB-S R電動機(jī)40所使用的電流波形如圖11所示。也就是說，在時間點(diǎn)0到時間點(diǎn)tA為止電流是緩慢增加的，從時間點(diǎn)tA到時間點(diǎn)2tA之間維持其最大電流，在時間點(diǎn)2tA到時間點(diǎn)3tA之間電流慢慢減少，在時間點(diǎn)3tA減為0。因?yàn)槭沁@樣的電流波形，所以電流的合計值是均衡化的，基本沒有轉(zhuǎn)矩脈動。而且，電流波形可以是圖4所示的拉伸波形，也可以是矩形波形。
實(shí)施例2的HB-SR電動機(jī)40與實(shí)施例1的HB-SR電動機(jī)10有相同的作用效果。而且，在實(shí)施例2所采用的切換步驟，可以沒有S12、S23、S34、S45、S51這5個步驟，僅僅采用圖12所示的5個步驟。這樣，采用矩形波形作為電流波形，也就是說采用步進(jìn)式電動機(jī)式的驅(qū)動。
另外，切換步驟也可以是如圖13所示的那樣。也就是說，在各個步驟中的激磁突極僅僅為1個，在定子1的規(guī)定繞組13上流動有電流，使N極、S極能夠交替發(fā)現(xiàn)。在圖13的情況下，即是10相電動機(jī)，雖然與其他實(shí)用例相比，在磁性平衡方面有所劣化，但是能夠維持有其他的有用效果。
接著，依據(jù)圖14到圖22，對實(shí)施例3的HB-SR電動機(jī)50進(jìn)行說明。
該HB-SR電動機(jī)50是所謂的4相電動機(jī)，包含有設(shè)有4個突極51(51a～51d)的定子1A、和設(shè)有3個突臺部(極齒)54(54a～54c)的轉(zhuǎn)子2A。各個突極51a～51d分別有60度的圓弧，呈十字狀配置。定子1A是通過在各個突極51之間嵌入磁石52構(gòu)成的，在各個突極51的根側(cè)、較細(xì)的部分纏繞有繞組53。而且，整體的形狀與圖1所示的相同。
4個磁石52(52a～52d)的斷面為梯形呈角柱狀。而且，在圖17到圖22中，磁石52的形狀不僅有斷面為梯形的，還有同突極51的外形成曲面的，但是實(shí)際上斷面為正方形。當(dāng)然，如圖所示，也可以是沿突極51的形狀構(gòu)成曲面形狀，或者是斷面為方形。與各個磁石52的突極51相接觸的部分，磁化使其一側(cè)為N極，另一側(cè)為S極，同時，其接觸部分的徑向長度與突極51的徑向?qū)挾认嗟取＿@種磁石是釹磁石(Nd-Fe-B)，也可以是錫鈷磁石(Sn-Co)等其他的稀土元素類磁石或鐵素體等的磁石。這點(diǎn)與實(shí)施例1的磁石12相同。另外，磁石52的軸向長度與定子2A的定子鐵心的軸向長度相等，磁石52的側(cè)面整體與定子鐵心的突極51的側(cè)面整體緊貼相接。各個磁石52的寬度為30度。
各繞組53a～53d是各自集中纏繞的，通過從連接部14側(cè)起向突極前端纏繞線圈而形成。形成突極51和連接部14等的定子鐵心是由飽和磁通密度為2.0泰斯拉的一枚硅元素鋼板構(gòu)成的，與實(shí)施例1的HB-SR電動機(jī)10的定子鐵心同樣，也可以由純鐵薄板疊層形成。而且，還可以通過對硅元素鋼板進(jìn)行疊層來形成定子鐵心。
該定子1A中，磁石52的殘留磁通密度為1.2泰斯拉，突極51的飽和磁通密度如上所述為2.0泰斯拉，從突極51前端磁石52側(cè)突出的部分的徑向長度為L1，該突出部分的面對轉(zhuǎn)子2A的面的周向長度為L2，即L1∶L2＝1∶1.2。另外，在HB-SR電動機(jī)50的所有對應(yīng)部分中，L1、L2的長度都是相等的。
轉(zhuǎn)子2A的鐵心由坡莫合金(Fe-Ni合金)的薄板重疊形成的。轉(zhuǎn)子2A的突臺部54是等間隔構(gòu)成，且跨度為60度。轉(zhuǎn)子2A的鐵心材料可以是純鐵、硅元素鋼板等其他軟磁性材料。
該轉(zhuǎn)子2A與實(shí)施例1和實(shí)施例2以及它們的變化形式相比，所不同的是設(shè)置有附加極55(55a～55c)。該附加極55是設(shè)置在突臺部54前端的一側(cè)，在圖14中覆蓋至突臺部54右側(cè)30度的范圍內(nèi)，也可以采取其他數(shù)值，例如15度～29度中的任意值。這種附加極55在疊層而成的薄板中央形成有1塊或者2塊，而且突臺部54前端的側(cè)方從最靠近定子1A側(cè)處突出，漸漸的遠(yuǎn)離定子1A，并形成有一定的坡度。通過設(shè)置附加極55，能夠使轉(zhuǎn)子2A流暢地旋轉(zhuǎn)。
圖15和圖16顯示了磁通流向和切換步驟(S1～S4)之間的對應(yīng)關(guān)系。另外，圖17到圖21顯示了在定子1A和轉(zhuǎn)子2A中流動的磁通狀態(tài)。
第1相驅(qū)動時(＝S1)，在繞組53a、53d中流動有電流，定子1A內(nèi)的磁通由突極51d流向突極51a(參照圖17)。于是，嵌入在磁石52a的N極和磁石52b的N極之間的突極51a被激磁成為N極，嵌入在磁石52a的S極和磁石52d的S極之間的突極51d被激磁成為S極。對于轉(zhuǎn)子2A而言，通過突極51d和突臺部54c之間存在的錯開關(guān)系，作用有圖17所示箭頭方向(圖17中順時針方向)的力。
接著，第2相驅(qū)動時(＝S2)，維持突極51d的S極，為了使突極51c成為N極，在繞組53c、53d中流動電流。此時的磁通狀態(tài)如圖18所示。突極51d和突臺部54c之間作用有使轉(zhuǎn)子2A沿順時針方向旋轉(zhuǎn)的力，另一方面，因?yàn)橥粯O51c和突臺部54b之間完全沒有相互重疊的部分，所以在這兩部分不會產(chǎn)生作用于轉(zhuǎn)子2A的力。但是，由于附加極55b的存在，由突極51c射向轉(zhuǎn)子2A側(cè)的磁通通過附加極55b收入轉(zhuǎn)子2A的內(nèi)部，從而產(chǎn)生使其相對于轉(zhuǎn)子2A向順時針方向旋轉(zhuǎn)的力。
通過這種力，轉(zhuǎn)子2A在各圖中的順時針方向上旋轉(zhuǎn)30度，成為圖19所示的狀態(tài)。于是，成為第3相驅(qū)動(＝S3)，繞組53b、53c中流動有電流，定子1A內(nèi)部的磁通由突極51b流向51c(參照圖20)。此時，與圖18所示狀態(tài)同樣的，通過在突極51d與突臺部54b之間的作用力、和突極51b與附加極55a之間的作用力，轉(zhuǎn)子2A繼續(xù)其在順時針方向上旋轉(zhuǎn)。
通過這種旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子2A再旋轉(zhuǎn)30度時的狀態(tài)如圖21所示。然后，成為圖22所示的第4相驅(qū)動(＝S4)的狀態(tài)，繼續(xù)產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子2A向順時針方向旋轉(zhuǎn)的力。如上所述的那樣，轉(zhuǎn)子2A繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。
本實(shí)施例3的HB-SR電動機(jī)50，因?yàn)槎ㄗ?A的突極數(shù)量是4，即是2的2倍(偶數(shù)個)，所以具有良好的機(jī)械平衡。另外，因?yàn)橥粯O的數(shù)量為4且是4相驅(qū)動，各個繞組53分別向同一方向纏繞，電流向同一方向流動，所以能夠使機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、回路結(jié)構(gòu)簡單。
另外，通過附加極55的設(shè)置，能夠達(dá)到旋轉(zhuǎn)順利和有效使用磁通的目的，成為有良好效率的電動機(jī)。如上所述，因?yàn)榍度朐诖攀?2的突極51被激磁，使其與相對的磁石52的磁極同極，所以能夠大幅度提高作用在轉(zhuǎn)子2A上的力，擴(kuò)大轉(zhuǎn)子2A和定子1A之間的空氣間隙，達(dá)到電動機(jī)小型化的目的。
進(jìn)而，因?yàn)槭峭ㄟ^編碼器4檢出轉(zhuǎn)子2A的旋轉(zhuǎn)位置后，切換流動在繞組53的電流，所以轉(zhuǎn)子2A能夠順利地旋轉(zhuǎn)。此外，因?yàn)榫幋a器4是光學(xué)式的，所以不容易受外部磁場和電動機(jī)自身磁場的影響。
下面，依據(jù)圖23～27對實(shí)施例4的HB-SR電動機(jī)60進(jìn)行說明。
這種HB-SR電動機(jī)60是4相驅(qū)動電動機(jī)，包括有設(shè)有8個突極61a～61h的定子1B、和設(shè)有6個突臺部(極齒)64a～64f的轉(zhuǎn)子2B。各個突極61a～61h分別有30度的弧度，并且是等間隔配置。定子1B的結(jié)構(gòu)是在各個突極61之間嵌入磁石62，在各個突極61的根側(cè)較細(xì)的部分纏繞繞組63。而且，整體的形狀與圖1所示的相同。
8個磁石62a～62h是寬度為15度，截面為方形的角柱體，但是在圖中，其形狀不是方形，而是沿突極61的形狀呈曲面形狀。這是由于在附圖的制作中是呈曲面形狀，但是實(shí)際上是斷面為方形。但是，如圖所示，磁石62也可以是沿突極61的形狀呈曲面形狀的。與各個磁石62的突極61相接觸的部分被磁化為一側(cè)是N極，另一側(cè)是S極。另外，各個磁石62的軸向長度與定子1B鐵心部分的軸向長度相等，磁石62的側(cè)面整體與突極61前端的側(cè)面整體緊貼相接。該磁石是釹磁石(Nd-Fe-B)，其殘留磁通密度是1.10泰斯拉，但也可以使用錫鈷磁石(Sn-Co)等其他的稀土元素類磁石和鐵素體等的磁石。
各個繞組63a～63h是各自集中纏繞的，是用線圈由連接部14側(cè)向突極前端側(cè)纏繞而形成的。而形成突極61或連接部14等的定子鐵心，是由多枚飽和磁通密度為1.9泰斯拉的硅元素鋼板構(gòu)成的，與實(shí)施例1的HB-SR電動機(jī)10的定子鐵心相同，也可以使用由純鐵薄板疊層來形成。
這種HB-SR電動機(jī)60，磁石62的徑向長度——即突極61和磁石62接觸部分的長度L1，與在突極61的磁石62側(cè)突出的、對應(yīng)于轉(zhuǎn)子2B部分的寬度L2的比例為1∶0.8。由此，在通過各個突極61對繞組63通電來進(jìn)行激磁，由激磁產(chǎn)生的磁通通過突極61時，能夠使磁石62的幾乎全部磁通作用于轉(zhuǎn)子2B，并通過突極61的磁石62側(cè)的突出部分。
轉(zhuǎn)子2B的鐵心是通過重疊飽和磁通密度為1.9泰斯拉的硅元素薄鋼板而形成的。轉(zhuǎn)子2B的突臺部64各自的寬度為30度，并相互等間隔配置。轉(zhuǎn)子2B的鐵心材料可以是純鐵、坡莫合金等其他軟磁性材料。
這種轉(zhuǎn)子2B與實(shí)施例3相同，設(shè)有附加極65(65a～65f)。該附加極65是設(shè)置在突臺部54前端的一側(cè)，在圖23中覆蓋至突臺部64右側(cè)15度的范圍內(nèi)，但也可以采取其他數(shù)值，例如7～14度中的任意值。這種附加極65在疊層的薄板中央形成有1枚或者2枚，且從突臺部64前端側(cè)方最接近定子1B處突出，漸漸地遠(yuǎn)離定子1B，呈直線狀，并有一定傾斜的坡度。
通過設(shè)置附加極65，能夠順利地旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子2B。而且，也可以不是這種附加極65或者附加極55那種直線狀的坡度，而是圓形突出的坡度，或者呈曲線狀內(nèi)凹的坡度。
圖24和圖25顯示了磁通的流向和切換步驟(S1～S4)之間的對應(yīng)關(guān)系。另外，圖26和圖27顯示了在定子1B和轉(zhuǎn)子2B中流動的磁通狀態(tài)。關(guān)于這種HB-SR電動機(jī)60的具體運(yùn)轉(zhuǎn)，在此省略說明，但是激磁的變化或轉(zhuǎn)子2B的運(yùn)轉(zhuǎn)是根據(jù)實(shí)施例1～3的HB-SR電動機(jī)10、40、50相同的思路來進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。
接著，參照圖28～30。對實(shí)施例5的HB-SR電動機(jī)70進(jìn)行說明。
這種HB-SR電動機(jī)70是裝有圖28所示構(gòu)成的定子71的3相驅(qū)動電動機(jī)，同時又是通過電刷和換向器來切換電流的帶有電刷的電動機(jī)。換向器72與轉(zhuǎn)子(在圖中省略顯示)一起旋轉(zhuǎn)。這種換向器72是平面結(jié)構(gòu)，電刷73、74與換向器72相接觸，該換向器72和電刷73、74構(gòu)成開關(guān)控制部31。
繞組和磁石的配置關(guān)系與上述其他實(shí)施例相同，在此不再進(jìn)行說明。而且，突極的數(shù)量是6個，轉(zhuǎn)子(在圖中省略顯示)的突臺部可以是2個、4個、5個中的任意數(shù)值，甚至可以是7個以上。
第1相驅(qū)動時(＝S1)，纏繞在各突極U、X上的繞組中有電流流動，以使定子71內(nèi)的磁通由相當(dāng)于劃分區(qū)域U的突極(以下，稱為突極U)流向相當(dāng)于劃分區(qū)域X的突極(以下，成為突極X)。該狀態(tài)從換向器72的部分觀察，如圖29所示。也就是說，α代表的電刷73與換向器72的U領(lǐng)域接觸，β代表的電刷74與換向器72的X領(lǐng)域接觸。
換向器72的U領(lǐng)域與突極U的繞組連接，通過與電刷73的接觸使電流流向突極U的繞組中，從而使突極U成為S極。換向器72的X領(lǐng)域與突極X的繞組連接，通過與電刷74的接觸使電流流向突極X的繞組中，從而使突極X成為N極。于是，定子71內(nèi)的磁通流向圖28中箭頭所示的方向。
第2相驅(qū)動時(＝S2)，磁通流向按圖28中箭頭所示S2的方向。也就是說，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的同時，換向器72也向圖29中箭頭所示的方向旋轉(zhuǎn)，電刷73與Y領(lǐng)域接觸，電刷74與V領(lǐng)域接觸。于是，相當(dāng)于劃分區(qū)域Y的突極被激磁為S極，相當(dāng)于劃分區(qū)域V的突極被激磁成N極。
換向器72與轉(zhuǎn)子一起繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，電刷73與W領(lǐng)域接觸，電刷74與Z領(lǐng)域接觸，成為第3相驅(qū)動的狀態(tài)。在第3相驅(qū)動狀態(tài)下(S3)，磁通流向圖28箭頭所示的S3方向。像這樣通過反復(fù)操作上述狀態(tài)，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的同時，對流動在繞組中的電流進(jìn)行切換。
下面，依據(jù)圖31、32以及圖14～16，對本發(fā)明實(shí)施例6的HB-SR電動機(jī)80進(jìn)行說明。
這種HB-SR電動機(jī)80是通過電刷切換實(shí)施例3的突極數(shù)量為4、突臺部數(shù)量亦為4的4相驅(qū)動電動機(jī)的開關(guān)的產(chǎn)品。因此，突極51、磁石52或繞組53的配置關(guān)系、以及轉(zhuǎn)子2A的突臺部54的配置關(guān)系與實(shí)施例3相同。另外，電刷的構(gòu)成與實(shí)施例5的電刷73、74相同。
與轉(zhuǎn)子2A成為一體旋轉(zhuǎn)的換向器81設(shè)于外周的X領(lǐng)域和V領(lǐng)域、內(nèi)周的U領(lǐng)域和W領(lǐng)域。而且，外周和內(nèi)周的切換部分呈90度錯開配置。電刷73與換向器81的外周部分(X領(lǐng)域和V領(lǐng)域)接觸，電刷74與換向器81的內(nèi)周部分(U領(lǐng)域和W領(lǐng)域)接觸。
第1相驅(qū)動時(S1)，電刷73與換向器81的X領(lǐng)域接觸，繞組53d則有電流流動，突極51d(相當(dāng)于劃分區(qū)域X)被激磁為S極。另外，電刷74與U領(lǐng)域接觸，繞組53a則有電流流動，突極51a(相當(dāng)于劃分區(qū)域U)被激磁為N極。于是，在定子1A內(nèi)形成有圖15中箭頭S1所示的磁通(由突極51d流向突極51a的磁通)。
然后，通過換向器81的旋轉(zhuǎn)，電刷74接觸W領(lǐng)域。因此，在繞組53c中流動有電流，突極51c(相當(dāng)于劃分區(qū)域W)被激磁為N極。因此，在定子1A內(nèi)形成有圖15中箭頭S2所示的磁通(由突極51d流向突極51c的磁通)。
轉(zhuǎn)子2A和換向器8繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，成為第3相驅(qū)動(S3)。在第3相驅(qū)動時，電刷73的接觸位置由X領(lǐng)域轉(zhuǎn)化為V領(lǐng)域，電刷74繼續(xù)與W領(lǐng)域接觸。于是，突極51c繼續(xù)被激磁成為N極，突極51b(相當(dāng)于劃分區(qū)域V)被激磁成為新的S極。由此，在定子1A內(nèi)，形成有圖15中箭頭S3所示的磁通(由突極51b流向突極51c的磁通)。
換向器81繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，電刷74由W領(lǐng)域切換至U領(lǐng)域。由此，突極51a再次被激磁為N極，定子1A內(nèi)的磁通由突極51b流向突極51a(參照圖15中箭頭S4)。像這樣，通過與轉(zhuǎn)子2A的旋轉(zhuǎn)和換向器81，能夠切換流動在繞組53中的電流，使轉(zhuǎn)子2A繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。
實(shí)施例5和實(shí)施例6的HB-SR電動機(jī)70、80是設(shè)有平面型換向器72、81的帶電刷的電動機(jī)，具薄型化、瞬時放電少的優(yōu)點(diǎn)。另外，與其他的HB-SR電動機(jī)10、40、50、60同樣，是沒有鉚接的。而且，作為換向器可以不是平面型，也可以采用一般的軸向型——即筒型(設(shè)置在轉(zhuǎn)軸的軸向周圍的構(gòu)造)。
下面，依據(jù)圖33、34對實(shí)施例7的磁阻電動機(jī)90進(jìn)行說明。
這種磁阻電動機(jī)90既可以作為步進(jìn)式電動機(jī)使用，也可以作為小型DC電動機(jī)使用，是兼用型電動機(jī)，是4相驅(qū)動的內(nèi)齒輪電動機(jī)。磁阻電動機(jī)90設(shè)有定子1C、轉(zhuǎn)子2C、2個軸承部91、2個軸承支持殼92、外殼93。這種磁阻電動機(jī)90的外徑Φ1-15mm，高度H1＝13mm。但是，高度H也可以設(shè)置為6mm，為超小型電動機(jī)。
定子1C與實(shí)施例4的HB-SR電動機(jī)60的定子1B的結(jié)構(gòu)基本相同，所不同的是定子1B是設(shè)置在轉(zhuǎn)子2B的中央，而定子1C是設(shè)置在轉(zhuǎn)子2C的外周。因此，在以下的說明中，與HB-SR電動機(jī)60相對應(yīng)的部分，將利用說明HB-SR電動機(jī)60時所使用的符號。
定子1C設(shè)有8個突極61、8個磁石62A、纏繞在各個突極61根側(cè)寬度狹窄區(qū)域的8個繞組63。而且，相對于突極61前端的寬度W1＝1.7mm，磁石62A的寬度W2約為W1的1/3即0.6mm。另外，磁石62A是燒結(jié)而成的釹磁石，磁力為BHmax40MGOe左右，同時殘留磁通密度為1.26泰斯拉。
另外，定子1C是由飽和磁通密度為1.8泰斯拉的8層以上的硅元素薄鋼板構(gòu)成的。而且，當(dāng)高度H1為6mm左右時，可以采用3層或者4層左右的薄鋼板。另外，因?yàn)榭梢约嬗脼椴竭M(jìn)型電動機(jī)和小型DC電動機(jī)，所以其前端寬度W1和磁石寬度W2的比推薦為1∶1/2～1∶1/4。如前文所述，在所有場合下L1和L2的比都為1∶0.35。
轉(zhuǎn)子2C是由8張以上的硅元素薄鋼板重疊形成的，在其外周上有6個突臺部64。這種內(nèi)齒輪電動機(jī)慣性小，起動快。另外，定子1C和轉(zhuǎn)子2C都是由硅元素鋼板重疊而成的，所以可以降低渦流。
接著，依據(jù)圖35～38對本發(fā)明實(shí)施例8的HB-SR電動機(jī)100進(jìn)行說明。
這種HB-SR電動機(jī)100是將電動機(jī)作為泵來使用的泵型電動機(jī)。HB-SR電動機(jī)100設(shè)有筒管結(jié)構(gòu)的3層定子101，與定子101相對、設(shè)置在定子101中央兼有泵葉片作用的螺旋型轉(zhuǎn)子102，包圍轉(zhuǎn)子102的外殼103，導(dǎo)入對象液體的導(dǎo)入管104，排出液體的排出管105。
轉(zhuǎn)子102的空間，通過由凹狀外殼體103a和蓋體103b組成的外殼103與外界遮斷。轉(zhuǎn)子102通過兩端的軸承106、107來支持。在轉(zhuǎn)子102的空間內(nèi)——即圓柱形的空間內(nèi)注入液體。
定子101設(shè)有3個定子構(gòu)成部101a、101b、101c、和分隔各個定子構(gòu)成部101a、101b、101c的2個環(huán)形樹脂部108。各個定子構(gòu)成部101a、101b、101c(以下，代稱為101a)，如圖36所示設(shè)有有呈凹狀的圓形孔111和被激磁為N極的極齒112、并以純鐵構(gòu)成的N極用定子113，和有整體呈環(huán)形平板狀的圓形孔114和被激磁為S極的極齒115、并以純鐵構(gòu)成的S極用轉(zhuǎn)子116，以及2個圓弧狀磁石117、117。而且，如圖35所示，在N極用定子113和S極用定子116之間，設(shè)置有3個包含卷成圓柱狀的線圈在內(nèi)的筒管繞組118。
磁石117一側(cè)被磁化為N極，另一側(cè)被磁化為S極，是殘留磁通密度為1.10泰斯拉的釹磁石。磁石117的軸向長度L11與成為突極的極齒112、115的兩側(cè)邊部的軸向長度L12相等，徑向?qū)挾纫蚕嗟?。而且，連接磁石117、117和極齒112、115，使極齒112、115的軸向延長部121、121與磁石117、117形成為1個圓筒環(huán)。
而且，極齒112、115是呈180度對稱配置的，其是由極齒112、115徑向突出的根部122和從根部122軸向延長所伸出的軸向延伸部121構(gòu)成。前文所示的L11(L12)和從根部122沿沿周方向突出的部分長度L2的比例為1∶0.52。N極用定子113的外周壁部123與S極用定子116外周的平面部相接。
轉(zhuǎn)子102設(shè)有由純鐵構(gòu)成、且分別以60度的間隔配置的3個棒狀鐵心125、126、127，和貫穿在各個鐵心125、126、127中心且固定這些鐵心的旋轉(zhuǎn)中心軸128，能夠插入各個鐵心125、126、127、由環(huán)繞樹脂材料構(gòu)成的圓柱狀樹脂部129，形成在圓柱狀樹脂部129的2條螺旋槽130、131。各個鐵心125、126、127的外周面與圓柱狀樹脂部129的外周面相同，呈曲面形狀，雖然轉(zhuǎn)子102上沒有形成突起，但是各個鐵心125、126、127的部分是所謂的減少磁性抵抗部，也是突臺部中的一種。
這種HB-SR電動機(jī)100，其直徑Φ2為6mm，是超小型電動機(jī)。其實(shí)直徑Φ2不必一定是6mm，也可以是3～10mm左右。另外，也可以使定子101的樹脂部108能夠覆蓋住各個定子構(gòu)成部101a、101b、101c，也就是說，可以插入定子101a、101b、101c使其成型。另外，也可以不設(shè)置樹脂部108。進(jìn)而在圖35等中，雖然沒有設(shè)置定子101的覆蓋外殼，但是可以設(shè)置能夠覆蓋并固定住外殼103和定子101的電動機(jī)外殼。
驅(qū)動HB-SR電動機(jī)100的轉(zhuǎn)子102旋轉(zhuǎn)的情況下，首先使電流流過定子構(gòu)成部101a的線軸繞組118，激磁使作為突極的極齒112成為N極，使作為突極的極齒115成為S極，然后將鐵心125引入與兩極齒112、115相對的位置。接著，通過將電流流向定子構(gòu)成部101b的線軸繞組118，進(jìn)行同樣的激磁，使鐵心126旋轉(zhuǎn)至與定子構(gòu)成部101b的兩極齒112、115相對的位置。此時，不向定子構(gòu)成部110a供電。
接著，在切斷向定子構(gòu)成部101b的電流供給的同時，向定子構(gòu)成部101c提供電流。由此，激磁使定子構(gòu)成部101c的極齒112成為N極，極齒115成為S極。于是，鐵心127被吸引至兩極齒112、115之間并旋轉(zhuǎn)。通過以上操作的反復(fù)，轉(zhuǎn)子102繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。而且，每當(dāng)切換電流時轉(zhuǎn)子102旋轉(zhuǎn)60度。通過轉(zhuǎn)子102向一定方向的旋轉(zhuǎn)，液體會順著螺旋槽130、131，從導(dǎo)入管104側(cè)流向排出管105側(cè)。
上述實(shí)施例8的HB-SR電動機(jī)100是轉(zhuǎn)子102設(shè)有2條螺旋槽130、131的電動機(jī)，但是也可以設(shè)置1條螺旋槽，或者是3條以上的螺旋槽。另外，定子構(gòu)成部也可以是重疊有4層以上，一側(cè)轉(zhuǎn)子102的鐵心有4個以上位置錯開重疊配置。另外，可以不必錯開轉(zhuǎn)子102的鐵心，在同一位置進(jìn)行重疊配置，也可以錯開定子構(gòu)成部進(jìn)行重疊。
另外，在定子101的各個定子構(gòu)成部101a、101b、101c上，可以使鐵心125、126、127分別呈十字形，并分別設(shè)置2個N極用極齒112和2個S極用極齒115。另外，如其他實(shí)施例一樣，也可以設(shè)置多數(shù)突極和突臺部(鐵心面)。另外，在作為泵電動機(jī)使用時，也可以采用其他實(shí)施例下的磁阻電動機(jī)。也可以分別設(shè)置轉(zhuǎn)子和泵葉片并將泵葉片放置在液體中，使轉(zhuǎn)子與液體不發(fā)生接觸。
下面，依據(jù)圖39和圖40，對本發(fā)明實(shí)施例9的磁阻電動機(jī)140進(jìn)行說明。
這種磁阻電動機(jī)140是采用了攝象機(jī)等的鏡頭輸送裝置、和輸送筆記本電腦的CD(Compact Disc)驅(qū)動裝置中CD傳感鏡頭的鏡頭輸送裝置的步進(jìn)型電動機(jī)。
這種磁阻電動機(jī)140設(shè)有有12個突極的定子1D，有成為10個突臺部的磁性抵抗削弱部141的轉(zhuǎn)子2D，與轉(zhuǎn)子2D成為一體旋轉(zhuǎn)的螺旋軸142，支持螺旋軸142的軸承被支持部143的軸承部144。而且，該磁阻電動機(jī)140通過電動機(jī)支持體145支撐著螺旋軸142和軸承部144。
而且，可以設(shè)定突極的數(shù)量為6個，磁性抵抗削弱部141為8個，24個步驟分解(1個步驟為15度)的步進(jìn)型電動機(jī)，也可以設(shè)定其他數(shù)量的突極和突臺部，48個步驟分解(1個步驟為7.5度)的步進(jìn)型電動機(jī)。像這種步進(jìn)型電動機(jī)，鉚接少，成本低。
螺旋軸142在圖右側(cè)的部分形成有螺旋槽，與圖中未顯示的鏡頭輸送裝置相嵌合連接。螺旋軸142在軸向受兩端的滾珠軸承146、147支撐，在徑向受2個徑向軸承148、149支撐。
因?yàn)槎ㄗ?D的鐵心是硅元素薄鋼板疊加而成的，所以如其他實(shí)施例所示，在各個突極前端的間隙中嵌入有磁石，且磁石的設(shè)置是相對的部分為同極。所采用的磁石是釹磁石、錫鈷磁石等。另外，設(shè)定磁石的殘留磁通密度為a，定子1D鐵心的飽和磁通密度為b，與突極磁石側(cè)的突出部分的轉(zhuǎn)子2D相對部分的面積為W，與磁石突極接觸部分的面積為Z，形成定子1D的突極，以滿足(a/b)×Z×1/3≤W≤(a/b)×Z×2。
轉(zhuǎn)子2D是由純鐵的極齒形成體151組成的。該極齒形成體151通過對平板進(jìn)行縮徑加工形成為筒狀，然后，通過在外周方向上設(shè)置10個貫穿孔152，在外周方向上與各個貫穿孔152相鄰的作為磁性抵抗削弱部141。貫穿孔152的軸向長度與定子1D的軸向長度以及磁石的軸向長度相同，各個貫穿孔152是與定子1D相對設(shè)置的。
該磁阻電動機(jī)140的徑向長度Φ3在本實(shí)施例中為3mm。當(dāng)該長度Φ3為2～5mm時，能夠適用于超小型鏡頭輸送裝置。另外，螺旋軸142形成有螺紋，因?yàn)槁菪S142和轉(zhuǎn)子2D是一體的，所以能夠成為高精度的步進(jìn)型電動機(jī)。
接著，依據(jù)圖41和圖42對本發(fā)明實(shí)施例10的磁阻電動機(jī)160進(jìn)行說明。
這種磁阻電動機(jī)160是在上述各種HB-SR電動機(jī)10、40、50、60、70、80、100、磁阻電動機(jī)90、140、以及其他變形例的電動機(jī)的磁石部分的形狀予以了改變。因此，以下僅僅就該磁石部分進(jìn)行說明。
這種磁阻電動機(jī)用定子的磁石161如圖41所示，設(shè)有呈圓形設(shè)置的2m(m為大于等于1的自然數(shù))個柱狀部162(圖41中為6個柱狀部)、和連接該柱狀部162一側(cè)的圓形連接部163。各柱狀部162被磁化，若一側(cè)磁化為N極，另一側(cè)則磁化為S極，就相鄰接的柱狀部162的相對的面而言，是同極。
對各柱狀部162的磁化，利用的是圖42所示的磁化工具165。在利用磁化工具165的同時，對各柱狀部162進(jìn)行磁化。被磁化了的磁石161在圖41所示的狀態(tài)下，將該柱狀部162插入突極之間進(jìn)行組裝。柱狀部162的寬度L1等于與上述突極相接觸的寬度L1。
突極的軸向長度與柱狀部162的突出長度L3相等。因此，將磁石161嵌入突極之間，圓形連接部163側(cè)從突極向外方突出的柱狀部162的前端與定子鐵心形成同一平面。
以上，對本發(fā)明的實(shí)施例1～10的磁阻電動機(jī)進(jìn)行了說明，根據(jù)本發(fā)明的磁阻電動機(jī)定子側(cè)的突極數(shù)量和轉(zhuǎn)子側(cè)的突臺部數(shù)量，在圖42中歸納顯示了旋轉(zhuǎn)、不旋轉(zhuǎn)的關(guān)系。
以數(shù)學(xué)公式歸納圖43所示的關(guān)系，得到以下結(jié)果。也就是說，擁有以下結(jié)構(gòu)的磁阻電動機(jī)旋轉(zhuǎn)的先決條件是突極的數(shù)量為2m(m是大于等于1的自然數(shù))，在各個突極前端鄰接空隙之間，使相對磁極為同極，而且，為了使磁極與突極前端的側(cè)邊部相接，設(shè)置2m個磁極，并設(shè)有在各個突極上纏繞有繞組的定子，和當(dāng)突臺部的數(shù)量為n(n是1以外的自然數(shù))時(該突臺部的數(shù)量應(yīng)使n/m不是2以下的自然數(shù))、裝有與突極相對設(shè)置的極齒或者磁性抵抗削弱部的轉(zhuǎn)子。
而且，不是將磁石配置在所有的突極之間，可以將其中一部分拿去。例如，可以從配置在所有突極之間的上述關(guān)系的磁石中拿去1個；也可以從這些磁石中拿去1個或者2個；也可以僅僅設(shè)置1個或者2個或者3個磁石。
另外，各實(shí)施例和變形例所示的磁阻電動機(jī)如圖44所示，與單單由突極和繞組組成的電動機(jī)相比較，能夠產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)距。雖然圖44所示的圖表所表示的是實(shí)施例1的HB-SR電動機(jī)10，但是即使是其他實(shí)施例的磁阻電動機(jī)，與現(xiàn)有技術(shù)下的磁阻電動機(jī)相比同樣也有產(chǎn)生大轉(zhuǎn)距的傾向。
另外，如圖45所示，本發(fā)明的磁阻電動機(jī)能夠在轉(zhuǎn)距很大的范圍內(nèi)持續(xù)旋轉(zhuǎn)。圖45是相對于HB-SR電動機(jī)10轉(zhuǎn)距的速度、效率、電流的圖表，即使當(dāng)轉(zhuǎn)距為300mN·m時，也能夠維持200rpm的旋轉(zhuǎn)。像這樣即使在大轉(zhuǎn)距的情況下也能夠維持旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，在其他實(shí)施例的磁阻電動機(jī)中也會產(chǎn)生。
本發(fā)明的磁阻電動機(jī)通過對各個突極激磁，使通過激磁時的各個突極根側(cè)的磁通達(dá)到該突極飽和磁通密度以上，并使磁石的磁通從轉(zhuǎn)子側(cè)射出。另外，通過切斷各個突極的激磁，使磁石的磁通不是射向轉(zhuǎn)子側(cè)，而是射入突極內(nèi)——即射入定子內(nèi)。通過這樣反復(fù)操作突極的激磁和非激磁，使定子突極磁化和非磁化，同時，有效地使用定子內(nèi)部的磁通(特別是磁石的磁通)，使轉(zhuǎn)子有效地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
以上，各實(shí)施例所示，磁阻電動機(jī)是本發(fā)明的較好實(shí)施例，但是，只要不脫離本發(fā)明的權(quán)利范圍可以進(jìn)行各種的變化。例如，作為定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心，除了使用純鐵、硅元素鋼之外，還可以使用坡莫合金(Fe-Ni合金)、電磁不銹鋼、鐵系的非晶質(zhì)材和Co系的非晶質(zhì)材等的非晶質(zhì)材、微毫結(jié)晶合金、鐵硅鋁磁性合金(Fe-Al-Si系合金)等其他的軟磁性材料(高透磁率材料)。另外，作為定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心，除了薄板疊層外，還可以采用不進(jìn)行疊層而單一材料。
另外，設(shè)定磁石的殘留磁通密度為a，由磁性材料構(gòu)成的突極的飽和磁通密度為b，與從突極的磁石側(cè)突出部分的轉(zhuǎn)子相對的部分面積為W，與磁石突極的接觸部分面積為Z時，定子突極的形成則推薦在(a/b)×Z×1/3≤W≤(a/b)×Z×2的范圍內(nèi)，更好的是(a/b)×Z≤W≤(a/b)×Z×1.5的范圍內(nèi)。這是因?yàn)楫?dāng)激磁使突極產(chǎn)生飽和磁通密度以上的磁通時，磁石的磁通由于激磁而流動的那部分磁通不再流入，而通過突極的突臺部分流向轉(zhuǎn)子側(cè)。如果這條通道不通暢的話，將無法有效地活用磁石的磁通。
另外，如果突極的突臺部分過長的話，磁石的占用比例會提高，嵌入磁石的效果會更加明顯，同時，能夠使磁阻電動機(jī)的定子小型化。而且，即使偏離出上述的范圍——即(a/b)×Z×1/3≤W≤(a/b)×Z×2的范圍，與現(xiàn)有技術(shù)的磁阻電動機(jī)相比，也能夠維持良好的性能。
進(jìn)而，在上述范圍內(nèi)設(shè)定了定子的突極和磁石的結(jié)構(gòu)，不僅能夠適用于本發(fā)明的磁石同極相對型磁阻電動機(jī)，也能夠適用于混合型磁石作為1個突極使用、呈圓形按順序配置有多個同形狀混合型磁石的電動機(jī)(本發(fā)明之前創(chuàng)作的電動機(jī))。也就是說，即使是單由本發(fā)明之前所創(chuàng)作的混合型磁石所形成的電動機(jī)，定子的突極等的關(guān)系若在(a/b)×Z×1/3≤W≤(a/b)×Z×2的范圍、(a/b)×Z≤W≤(a/b)×Z×1.5的范圍內(nèi)的話，就能獲得旋轉(zhuǎn)效果良好的電動機(jī)。即，在上述各范圍內(nèi)，不必依存磁石和突極的排列方式，就能夠獲得充足的效果。
另外，在上述各實(shí)施例中，磁石的軸向長度與定子鐵心的軸向長度相等，緊密相接的端部為平面結(jié)構(gòu)，但是也可以使磁石的軸向長度比定子鐵心長或者短；在上述各實(shí)施例中，磁石的徑向長度與定子的突極前端的徑向長度相等，且是緊密相接的，但也可以使磁石的徑向長度比突極前端的徑向長度定子鐵心長或者短。
上述實(shí)施例中，在1個突極上纏繞1個繞組，但也可以在2個突極上纏繞1個繞組，在1個突極部分上進(jìn)行雙線繞法，改變流向，通過電流流向的改變來改變磁化的極。
另外，上述各實(shí)施例中，是就轉(zhuǎn)子和定子為徑向設(shè)置的周對向型電動機(jī)進(jìn)行的說明，但也適用于轉(zhuǎn)子和定子軸向重疊設(shè)置的平面對向型電動機(jī)。另外，分別有了內(nèi)部轉(zhuǎn)子型和外部轉(zhuǎn)子型，但是也可以將以外部轉(zhuǎn)子型變更為內(nèi)部轉(zhuǎn)子型，將以內(nèi)部轉(zhuǎn)子型變更為外部轉(zhuǎn)子型。
另外，作為定子鐵心，除了預(yù)先與多個突極設(shè)置為一體之外，還可以單獨(dú)設(shè)置1個1個的突極，并配置成圓形來構(gòu)成定子鐵心；也可以單獨(dú)設(shè)置2個突極或者3個以上的突極，并配置成圓形來構(gòu)成定子鐵心。
進(jìn)而，作為磁阻電動機(jī)用定子的磁石161，在使用同一形狀來組成的基礎(chǔ)上，可以在所有柱狀部進(jìn)行同樣的磁化，即N極和S極通常處于同一關(guān)系。進(jìn)行了這種磁化的磁阻電動機(jī)用定子的磁石，不僅能適用于利用了同極對向型磁石的本發(fā)明的磁阻電動機(jī)，還能適用于利用異極對向型磁石的磁阻電動機(jī)。
另外，磁阻電動機(jī)140的轉(zhuǎn)子2D除了適用于本發(fā)明的磁阻電動機(jī)之外，還適用于現(xiàn)有技術(shù)的磁阻電動機(jī)和上述利用異極對向型磁石的磁阻電動機(jī)。
進(jìn)而，本發(fā)明的各磁阻電動機(jī)的突極、磁石、突臺部各自的機(jī)械角度(寬度)除了上述數(shù)值外，還可以是其他的數(shù)值。例如，可以將1組突極、磁石、突臺部的各個數(shù)值中任意1個或者多個控制在上述數(shù)值的正負(fù)10％的范圍內(nèi)，也可以使1組中任意1個或者多個超過正負(fù)10％的范圍。本發(fā)明的磁阻電動機(jī)在達(dá)到小型化和降低振動的同時，抑制了制造成本的上升，能夠簡單地與現(xiàn)有技術(shù)的DC電動機(jī)進(jìn)行替換。另外，本發(fā)明在電動機(jī)方面展開時，能夠提供有效利用磁通的磁阻電動機(jī)。
進(jìn)而，本發(fā)明能夠使利用混合型磁石的磁阻電動機(jī)的定子的制造效率化，得到低價格化的磁阻電動機(jī)用定子的磁石。[圖1]本發(fā)明實(shí)施例1磁阻電動機(jī)的斷面圖。本發(fā)明實(shí)施例1磁阻電動機(jī)的定子鐵心部分和轉(zhuǎn)子鐵心部分的平面圖。顯示本發(fā)明實(shí)施例1磁阻電動機(jī)的繞組的連接關(guān)系和開關(guān)控制部以及其周遍回路的示意圖。顯示了本發(fā)明實(shí)施例1磁阻電動機(jī)繞組中流動的電流的電流波形。本發(fā)明實(shí)施例1磁阻電動機(jī)各個繞組中流動的電流狀況的示意圖，(A)顯示的是各繞組中流動的電流的時間變化和電流合計，(B)切換步驟和各個步驟時定子內(nèi)磁通流動的歸納顯示。本發(fā)明實(shí)施例1磁阻電動機(jī)的磁通流動的示意圖，顯示的是磁通在時間點(diǎn)T1～T2之間的流動。本發(fā)明實(shí)施例1磁阻電動機(jī)的磁通流動的示意圖，顯示的是磁通在時間點(diǎn)T2之后的流動。由本發(fā)明實(shí)施例1磁阻電動機(jī)的激磁，產(chǎn)生的磁通的流動和各相切換狀態(tài)的歸納示意圖。本發(fā)明實(shí)施例2磁阻電動機(jī)激磁磁通的歸納示意圖。以0表示本發(fā)明實(shí)施例2磁阻電動機(jī)的切換步驟和各個步驟間被激磁了的極。本發(fā)明實(shí)施例2磁阻電動機(jī)繞組中流動的電流波形的示意圖。本發(fā)明實(shí)施例2磁阻電動機(jī)變形例的示意圖。本發(fā)明實(shí)施例2磁阻電動機(jī)其他變形例的示意圖。本發(fā)明實(shí)施例3磁阻電動機(jī)的定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心的平面圖[圖15]本發(fā)明實(shí)施例3磁阻電動機(jī)定子內(nèi)流動的磁通和切換步驟的示意圖。本發(fā)明實(shí)施例3磁阻電動機(jī)定子內(nèi)磁通的流動，切換步驟，突極磁化狀態(tài)相互對應(yīng)的歸納表。本發(fā)明實(shí)施例3磁阻電動機(jī)磁通流動的示意圖，也是第1相驅(qū)動時狀態(tài)的示意圖。本發(fā)明實(shí)施例3磁阻電動機(jī)磁通流動的示意圖，也是開始第2相驅(qū)動是狀態(tài)的示意圖。本發(fā)明實(shí)施例3磁阻電動機(jī)磁通流動的示意圖，也是結(jié)束第2相驅(qū)動是狀態(tài)的示意圖。本發(fā)明實(shí)施例3磁阻電動機(jī)磁通流動的示意圖，也是開始第3相驅(qū)動是狀態(tài)的示意圖。本發(fā)明實(shí)施例3磁阻電動機(jī)磁通流動的示意圖，也是結(jié)束第3相驅(qū)動是狀態(tài)的示意圖。本發(fā)明實(shí)施例3磁阻電動機(jī)磁通流動的示意圖，也是開始第4相驅(qū)動是狀態(tài)的示意圖。本發(fā)明實(shí)施例3磁阻電動機(jī)定子鐵心部分和轉(zhuǎn)子鐵心部分的平面圖。本發(fā)明實(shí)施例4磁阻電動機(jī)的定子內(nèi)流動的磁通和切換步驟的示意圖。本發(fā)明實(shí)施例4磁阻電動機(jī)定子內(nèi)磁通的流動，切換步驟，突極磁化狀態(tài)相互對應(yīng)的歸納表。本發(fā)明實(shí)施例4磁阻電動機(jī)的磁通流動的示意圖，也是第1相驅(qū)動時狀態(tài)的示意圖。本發(fā)明實(shí)施例4磁阻電動機(jī)的磁通流動的示意圖，也是第2相驅(qū)動時狀態(tài)的示意圖。本發(fā)明實(shí)施例5磁阻電動機(jī)的定子內(nèi)流動的磁通和切換步驟的示意圖。本發(fā)明實(shí)施例5磁阻電動機(jī)所使用的換向器部分的示意圖。本發(fā)明實(shí)施例5磁阻電動機(jī)的切換步驟，被激磁了的突極，電刷的對應(yīng)歸納表。本發(fā)明實(shí)施例6磁阻電動機(jī)所使用的換向器部分的示意圖。本發(fā)明實(shí)施例6磁阻電動機(jī)的切換步驟，被激磁了的突極，電刷的對應(yīng)歸納表。本發(fā)明實(shí)施例7磁阻電動機(jī)斷面圖。本發(fā)明實(shí)施例7磁阻電動機(jī)定子鐵心部分和轉(zhuǎn)子鐵心部分的平面圖。本發(fā)明實(shí)施例8磁阻電動機(jī)定子鐵心部分和轉(zhuǎn)子鐵心部分的平面圖。本發(fā)明實(shí)施例8磁阻電動機(jī)的1個定子構(gòu)成部(除了線軸繞組)的分解斜視圖。圖35的A-A斷面圖。本發(fā)明實(shí)施例8磁阻電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的示意圖，以實(shí)線顯示了鐵心，以虛線顯示了其他部分。本發(fā)明實(shí)施例9磁阻電動機(jī)的斷面圖。構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施例9磁阻電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的極齒形成體的斜視圖。嵌入在本發(fā)明實(shí)施例10磁阻電動機(jī)的定子之間的磁石的斜視圖。本發(fā)明實(shí)施例10磁阻電動機(jī)用定子的磁石磁化方法的說明圖。本發(fā)明實(shí)施例10磁阻電動機(jī)的定子的突極數(shù)量，轉(zhuǎn)子的突臺部數(shù)量之間關(guān)系的歸納表，在表中以0表示的電動機(jī)適用于本發(fā)明。以圖表的方式表示了本發(fā)明磁阻電動機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)的相比，轉(zhuǎn)距提升了的數(shù)據(jù)。以圖表的方式表示了本發(fā)明磁阻電動機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)的相比，能夠在大轉(zhuǎn)距范圍內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)。1定子2轉(zhuǎn)子10HB-SR電動機(jī)(磁阻電動機(jī))11突極12磁石13繞組21突臺部141磁性抵抗削弱部151極齒形成體152貫穿孔161磁阻電動機(jī)用定子的磁石162柱狀部163圓形連接部
權(quán)利要求
1.一種磁阻電動機(jī)，其是通過在定子和轉(zhuǎn)子之間發(fā)生的磁阻變化來得到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距的磁阻電動機(jī)，其包括設(shè)定突極的數(shù)量為2m(m為大于等于1的自然數(shù))，在各個突極前端相鄰的縫隙間設(shè)置相對的磁極為同極、且該磁極與上述突極的前端側(cè)邊部相連的共計2m個的磁石，或者，在假定設(shè)置有上述磁石的狀態(tài)下取走一部分磁石，在突極上施加以繞組的定子；和當(dāng)設(shè)定突臺部的數(shù)量為n(n為1以外的自然數(shù))時，設(shè)有當(dāng)n/m為大于2的自然數(shù)的突臺部與上述突極相對的極齒或者磁性抵抗削弱部的轉(zhuǎn)子。
2.如權(quán)利要求1所述的磁阻電動機(jī)，其特征在于在所說的繞組上使電流流動，而驅(qū)動轉(zhuǎn)動，以使所說的磁石的N極和夾在N極間的突極在被激磁時而成為N極，所說的磁石的S極和夾在S極間的突極在被激磁時而成為S極，并且，至少形成一組受N極激磁的突極和受S極激磁的突極。
3.如權(quán)利要求1或2所述的磁阻電動機(jī)，其特征在于設(shè)定m為2，驅(qū)動相數(shù)為4，所說的各繞組分別按同一方向纏繞，使流動在各繞組上的電流方向總是相同方向。
4.如權(quán)利要求1或2所述的磁阻電動機(jī)，其特征在于其設(shè)定m為大于等于4的整數(shù)，驅(qū)動相數(shù)大于等于4。
5.如權(quán)利要求1或2所述的磁阻電動機(jī)，其特征在于其能夠檢測出所說的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，然后切換流動在所說的繞組上的電流。
6.如權(quán)利要求1所述的磁阻電動機(jī)，其特征在于其設(shè)定m為3的倍數(shù)(包括1)，驅(qū)動相數(shù)為3；或者設(shè)定m為2的倍數(shù)(包括1)，驅(qū)動相數(shù)為4，來作為步進(jìn)型電動機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的磁阻電動機(jī)，其特征在于設(shè)定m為大于等于4的整數(shù)，驅(qū)動相數(shù)大于等于2小于等于m。
8.一種磁阻電動機(jī)，其是通過在定子和轉(zhuǎn)子之間發(fā)生的磁阻變化來得到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距的磁阻電動機(jī)，其包括由磁性材料組成的多個設(shè)置在突極前端相鄰間隙中、并與突極前端的側(cè)邊部相接的磁石，或者，從假定配置有磁石的狀態(tài)下取走一部分磁石，設(shè)有用于激磁上述突極的繞組的定子；和有與突極相對設(shè)置的極齒或者構(gòu)成磁性抵抗削弱部的突臺部的轉(zhuǎn)子；并，設(shè)定上述磁石的殘留磁通量密度為a，上述由磁性部件構(gòu)成的突極的飽和磁通量密度為b，與從上述突極磁石側(cè)突出部分的上述轉(zhuǎn)子相對部分的面積為W，與上述磁石突極相接觸部分的面積為Z，以滿足條件(a/b)×Z×1/3≤W≤(a/b)×Z×2，形成上述定子的突極。
9.如權(quán)利要求1或8所述的磁阻電動機(jī)，其特征在于所說的轉(zhuǎn)子為筒狀的極齒形成體，在該極齒狀形成體的圓周方向上設(shè)有n個增大磁性抵抗的貫穿孔，將各個貫穿孔在圓周方向上相鄰接的部分作為n個磁性抵抗削弱部。
10.一種磁阻電動機(jī)用定子的磁石，其是通過在定子和轉(zhuǎn)子之間發(fā)生的磁阻變化來得到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距的磁阻電動機(jī)定子的磁石，其包括呈圓形配置的2m(m為大于等于1的自然數(shù))個柱狀部，和與該柱狀部的一側(cè)相連接的圓形連接部；所說的各柱狀部是，使相鄰接柱狀部的相對面的一側(cè)為N極、另一側(cè)為S極、且相鄰接的柱狀部的相對部分為同極而被磁化的磁阻電動機(jī)用定子的磁石。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種在小型化和降低振動的同時，能夠抑制制造成本的上升，并能容易的與現(xiàn)有技術(shù)下的DC電動機(jī)進(jìn)行替換的新型結(jié)構(gòu)的磁阻電動機(jī)。該磁阻電動機(jī)突極的數(shù)量為2m(m為大于等于1的自然數(shù))，在各個突極11前端相鄰的縫隙間設(shè)置相對的磁極為同極、且該磁極與上述突極11的前端側(cè)邊部相連的共計2m個的磁石12，或者，在假定設(shè)置有上述磁石的狀態(tài)下取走一部分磁石，在突極上施加以繞組的定子；和當(dāng)設(shè)定突臺部21的數(shù)量為n(n為1以外的自然數(shù))時，設(shè)有當(dāng)n/m為大于2的自然數(shù)的突臺部21與上述突極11相對的極齒或者磁性抵抗削弱部的轉(zhuǎn)子。
文檔編號H02K1/16GK1518188SQ20041000293
公開日2004年8月4日 申請日期2004年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月22日
發(fā)明者荻野三四郎, 橫尾嘉也, 也 申請人:株式會社起源, 橫尾嘉也