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JP2006074960A - Motor with compact structure and activation method of the same - Google Patents

Motor with compact structure and activation method of the same Download PDF

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JP2006074960A
JP2006074960A JP2004258167A JP2004258167A JP2006074960A JP 2006074960 A JP2006074960 A JP 2006074960A JP 2004258167 A JP2004258167 A JP 2004258167A JP 2004258167 A JP2004258167 A JP 2004258167A JP 2006074960 A JP2006074960 A JP 2006074960A
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JP
Japan
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permanent magnet
coil
spherical permanent
magnet rotor
hall element
Prior art date
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Application number
JP2004258167A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuhiro Kataoka
詳博 片岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NIITEKKU KK
Original Assignee
NIITEKKU KK
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new electric motor improved, and having a very simple, compact and light constitution and a high-speed rotation performance. <P>SOLUTION: A spherical permanent magnet rotor 1 is constituted and shown in (A). A monoclinic coil 5 is fixedly installed around the spherical permanent magnet rotor 1 as shown in (C). A sensor, e.g. a hall element 7 is provided and detects a rotation phase of the spherical permanent magnet rotor 1. Current carrying directions of the monoclinic coil 5 are switched per rotation of 180° of the spherical permanent magnet rotor 1. The spherical permanent magnet rotor 1 is continuously rotated. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、1個の永久磁石、および1個又は2このソレノイド形コイルを主要な構成部材とする、極度に簡潔な直流モータ、およびその始動方法に関するものである。   The present invention relates to an extremely simple DC motor having one permanent magnet and one or two solenoid coils as main components, and a starting method thereof.

今日、直流モータに関する基礎的な学理は完成の域に達しており、直流モータの構造的な分類はほぼ定まっている。
定説によば、直巻式、分巻式、複巻式に分類され、何れも複数の極を有する鉄心に、多極のコイルが巻回された構造である。
Today, the basic theory of DC motors has reached completion, and the structural classification of DC motors is almost fixed.
According to the established theory, it is classified into a direct winding type, a split winding type, and a multiple winding type, and each has a structure in which a multi-pole coil is wound around an iron core having a plurality of poles.

例外的に、1個の永久磁石を固定子とし、1個の無鉄心ソレノイドコイルをローターとした回転機器にミリアンメーターが有る。
しかし、その回転角度は理論的に180度未満であり、一般に回転角度約90度で用いられている。従って、360度以上の連続回転は不可能である。
特開2004−159428号公報 特開2004−147470号公報 「モーター技術百科」,坪島茂彦著,1993年 オーム社刊 新編電気工学講座・第3巻「電気機器」,岡田信之助著,1969年 コロナ社刊 「図解電気工学新書」,岩木洋著,1995年 浅倉書店刊
Exceptionally, there is a millimeter in a rotating device using one permanent magnet as a stator and one iron-free solenoid coil as a rotor.
However, the rotation angle is theoretically less than 180 degrees and is generally used at a rotation angle of about 90 degrees. Therefore, continuous rotation of 360 degrees or more is impossible.
JP 2004-159428 A JP 2004-147470 A "Motor Technology Encyclopedia", written by Shigehiko Tsuboshima, 1993, published by Ohmsha New Electrical Engineering Course, Volume 3, “Electrical Equipment”, written by Shinosuke Okada, 1969, published by Corona "Illustrated Electrical Engineering New Book", Hiroshi Iwaki, 1995, published by Asakura Shoten

本発明の目的は、従来に比して極度に簡潔な構造で、製造コストが安く、しかも実用価値の有る小型の直流モータを提供しようとするものである。   An object of the present invention is to provide a small DC motor having an extremely simple structure as compared with the conventional one, low manufacturing cost, and practical value.

請求項1の発明に係る簡潔構造モータの構成は、(図1(C)参照)直交3軸X,Y,Zを想定し、
球状の永久磁石回転子(1)と、その中心を通るX軸方向の回転子軸(2)とが一体的に固定されていて、
この回転子軸(2)がケース(6)に対して、ベアリングを介して回転自在に支持されるとともに、
上記球状永久磁石回転子(1)の外径よりも大きい内径を有する単一のソレノイド形コイル(5)が、その中心線をZ軸に直交せしめ、かつX軸,Y軸に対して斜めの姿勢に配置されて、前記球状永久磁石回転子(1)の周囲を取り巻いており、
かつ、前記球状永久磁石回転子(1)の回転角位置を検出するホール素子(7)、及び「上記ホール素子(7)の検出信号に基づいて、前記単一のソレノイド形コイル(5)の通電方向を制御する通電切換回路(8)」を備えていることを特徴とする。
The configuration of the concise structure motor according to the invention of claim 1 assumes three orthogonal axes X, Y, and Z (see FIG. 1C),
The spherical permanent magnet rotor (1) and the X-axis direction rotor shaft (2) passing through the center thereof are integrally fixed,
The rotor shaft (2) is rotatably supported via a bearing with respect to the case (6).
A single solenoid type coil (5) having an inner diameter larger than the outer diameter of the spherical permanent magnet rotor (1) has its center line orthogonal to the Z axis and oblique to the X and Y axes. Arranged in a posture and surrounding the spherical permanent magnet rotor (1),
And a Hall element (7) for detecting a rotational angle position of the spherical permanent magnet rotor (1), and “based on a detection signal of the Hall element (7), the single solenoid coil (5) An energization switching circuit (8) for controlling the energization direction is provided.

以上に説明した請求項1の発明に係る簡潔構造のモータによると、単一の(鉄心を有しない1個の)ソレノイドコイルを固定子として、球状永久磁石回転子を回転させることができる。
従来技術では180度以上の回転が不可能であったが、本請求項1の発明装置においては、球状永久磁石回転子の回転位相をホール素子で検出してソレノイド形コイルの通電方向を切り換えることにより、360度連続回転を可能ならしめた。さらに、通電方向を制御して正,逆転させることもできる。
以上のようにして、極限的に簡単な構造で、小型,軽量,低コストの直流モータが得られる。
According to the motor having a simple structure according to the first aspect of the present invention described above, the spherical permanent magnet rotor can be rotated with a single (one single core) solenoid coil as a stator.
In the prior art, it was impossible to rotate 180 degrees or more. However, in the inventive device according to the first aspect of the invention, the rotational phase of the spherical permanent magnet rotor is detected by the Hall element to switch the energizing direction of the solenoid coil. Thus, 360 degree continuous rotation was made possible. Further, the energization direction can be controlled to be forward and reverse.
As described above, a compact, lightweight, and low-cost DC motor can be obtained with an extremely simple structure.

請求項2の発明に係る簡潔構造モータの構成は、(図3(A)参照)直交3軸X,Y,Zを想定し、
球状の永久磁石回転子(1)と、その中心を通るX軸方向の回転子軸(2)とが一体的に固定されていて、
この回転子軸(2)が回転自在に支持されるとともに、
上記球状永久磁石回転子(1)の外径よりも大きい内径を有する単一のソレノイド形コイルが、ほぼ中央部で分割されて、2個の半割Yコイル(15a,15b)から成る半割同心コイル(15)が形成されており、
かつ上記2個の半割Yコイル(15a)、半割Yコイル(15b)がY軸と同心に並んで、前記球状永久磁石回転子(1)の周囲を取り巻いており、
かつ、前記球状永久磁石回転子(1)の回転角位置を検出するホール素子(7)及び、「上記ホール素子(7)の検出信号に基づいて、前記半割同心コイル(15)の通電方向を制御する通電切換回路(8)」を備えていることを特徴とする。
The configuration of the concise structure motor according to the invention of claim 2 assumes three orthogonal axes X, Y, Z (see FIG. 3A),
The spherical permanent magnet rotor (1) and the X-axis direction rotor shaft (2) passing through the center thereof are integrally fixed,
The rotor shaft (2) is rotatably supported,
A single solenoid-type coil having an inner diameter larger than the outer diameter of the spherical permanent magnet rotor (1) is divided substantially at the center, and is divided into two halves consisting of two halved Y coils (15a, 15b). A concentric coil (15) is formed,
And the two half Y coils (15a) and the half Y coils (15b) are arranged concentrically with the Y axis and surround the spherical permanent magnet rotor (1).
And a Hall element (7) for detecting the rotational angle position of the spherical permanent magnet rotor (1), and “the direction of energization of the half concentric coil (15) based on the detection signal of the Hall element (7)”. It is characterized by comprising an energization switching circuit (8) for controlling the power.

以上に説明した請求項2の発明に係る簡潔構造のモータによっても、請求項1におけるとほぼ同様に、単独の(鉄心を有しない)ソレノイドコイルを固定子として、球状永久磁石回転子を連続的に回転させることができる。
構造が簡単で、小型,軽量,低コストであることは請求項1におけるとほぼ同様であるが、半割同心コイルが2個の半割Yコイルに分割されているのでモータ装置の組み立て作業が容易である。
Even with the motor having the simple structure according to the invention of the second aspect described above, the spherical permanent magnet rotor is continuously formed by using a single solenoid coil (having no iron core) as a stator in substantially the same manner as in the first aspect. Can be rotated.
Although the structure is simple, small size, light weight, and low cost, it is almost the same as in the first aspect. However, since the half concentric coil is divided into two half Y coils, the assembly work of the motor device can be performed. Easy.

請求項3の発明に係る簡潔構造モータの構成は、(図3(B)参照)直交3軸X,Y,Zを想定し、
球状の永久磁石回転子(1)と、その中心を通るX軸方向の回転子軸(2)とが一体的に固定されていて、
この回転子軸(2)が回転自在に支持されるとともに、
上記球状永久磁石回転子(1)の外径よりも大きい内径を有する単単独のソレノイド形コイルが、ほぼ中央部で分割されて、2個の半割Yコイル(16a)、半割斜コイル1(6b)から成る半割屈曲コイル(16)が形成されており、
かつ、片方の半割Yコイル(16a)がY軸と同心に配置されるとともに、
他方の半割斜コイル(16b)の中心線が、Y−Z面上でY軸に対して斜めに配設されていて、
これらの半割Yコイル(16a)及び半割斜コイル(16b)が、前記球状永久磁石回転子(1)の周囲を取り巻いており、
かつ、前記球状永久磁石回転子(1)の回転角位置を検出するホール素子(7)及び、「上記ホール素子(7)の検出信号に基づいて、前記半割屈曲コイル(16)の通電方向を制御する通電切換回路(8)」を備えていることを特徴とする。
The configuration of the concise structure motor according to the invention of claim 3 assumes three orthogonal axes X, Y, Z (see FIG. 3B),
The spherical permanent magnet rotor (1) and the X-axis direction rotor shaft (2) passing through the center thereof are integrally fixed,
The rotor shaft (2) is rotatably supported,
A single solenoid-type coil having an inner diameter larger than the outer diameter of the spherical permanent magnet rotor (1) is divided substantially at the center, so that two half Y coils (16a) and half oblique coils 1 are divided. A half-bending coil (16) consisting of (6b) is formed,
And while one half Y coil (16a) is arranged concentrically with the Y-axis,
The center line of the other half oblique coil (16b) is disposed obliquely with respect to the Y axis on the YZ plane,
These half Y coil (16a) and half oblique coil (16b) surround the spherical permanent magnet rotor (1),
And a Hall element (7) for detecting the rotational angle position of the spherical permanent magnet rotor (1), and “the direction of energization of the half-bending coil (16) based on the detection signal of the Hall element (7)”. It is characterized by comprising an energization switching circuit (8) for controlling the power.

以上に説明した請求項3の発明に係る簡潔構造のモータによっても、請求項2におけると同様に、単独の(鉄心を有しない)ソレノイドコイルを固定子として、球状永久磁石回転子を連続的に回転させることができる。
その上、2個の半割コイルの内の1個がY軸に対して傾斜しているので、請求項2におけるよりも高速回転が得られる。
Even with the motor having the simple structure according to the invention of claim 3 described above, as in the case of claim 2, the spherical permanent magnet rotor is continuously formed by using a single solenoid coil (having no iron core) as a stator. Can be rotated.
In addition, since one of the two halved coils is inclined with respect to the Y axis, a higher speed rotation than in the second aspect can be obtained.

請求項4の発明に係る簡潔構造モータの構成は、(図4参照) 直交3軸X,Y,Zを想定し、
球状の永久磁石回転子(1)と、その中心を通るX軸方向の回転子軸(2)とが一体的に固定されていて、
この回転子軸(2)が回転自在に支持されるとともに、
単一のソレノイド形コイルがほぼ中央部で分割されて、2個の半割Yコイル(17a)、半割Zコイル(17b)から成る半割直交コイル(17)が形成されており、
かつ、片方の半割Yコイル(17a)がY軸と同心に配置されるとともに、
他方の半割Zコイル(17b)が、Z軸と同心に配設されていて、
これらの半割Yコイル(17a)及び半割Zコイル(17b)が、前記球状永久磁石回転子(1)に対向しており、
かつ、前記球状永久磁石回転子(1)の回転角位置を検出するホール素子(7)及び、「上記ホール素子(7)の検出信号に基づいて、前記半割屈曲コイル(16)の通電方向を制御する通電切換回路(8)」を備えていることを特徴とする。
The configuration of the concise structure motor according to the invention of claim 4 is assumed (see FIG. 4), assuming three orthogonal axes X, Y, Z,
The spherical permanent magnet rotor (1) and the X-axis direction rotor shaft (2) passing through the center thereof are integrally fixed,
The rotor shaft (2) is rotatably supported,
A single solenoid-type coil is substantially divided at the center to form a half-orthogonal coil (17) comprising two half-Y coils (17a) and half-Z coils (17b).
And while one half Y coil (17a) is arranged concentrically with the Y-axis,
The other half Z coil (17b) is disposed concentrically with the Z axis,
These half Y coil (17a) and half Z coil (17b) are opposed to the spherical permanent magnet rotor (1),
And a Hall element (7) for detecting the rotational angle position of the spherical permanent magnet rotor (1), and “the direction of energization of the half-bending coil (16) based on the detection signal of the Hall element (7)”. It is characterized by comprising an energization switching circuit (8) for controlling the power.

以上に説明した請求項4の発明に係る簡潔構造のモータによると、
単独の(鉄心を有しない)ソレノイドコイルを固定子として、球状永久磁石回転子を回転させることができる。
従来技術では180度以上の回転が不可能であったが、本請求項4の発明装置においては、球状永久磁石回転子の回転位相をホール素子で検出してソレノイド形コイルの通電方向を切り換えることにより、360度連続回転を可能ならしめた。さらに、通電方向を制御して正,逆転させることもできる。
According to the motor having a simple structure according to the invention of claim 4 described above,
A spherical permanent magnet rotor can be rotated by using a single solenoid coil (without an iron core) as a stator.
In the prior art, the rotation of 180 degrees or more is impossible. However, in the invention device according to claim 4, the rotation phase of the spherical permanent magnet rotor is detected by the Hall element and the energizing direction of the solenoid coil is switched. Thus, 360 degree continuous rotation was made possible. Further, the energization direction can be controlled to be forward and reverse.

請求項5の発明に係る簡潔構造モータの始動方法は、
球状の永久磁石回転子(1)と、その中心を通るX軸方向の回転子軸(2)とが一体的に固定されていて、
この回転子軸(2)が回転自在に支持されるとともに、
単独のソレノイド形コイルが、上記球状永久磁石回転子(1)を取り巻き、もしくは該球状永久磁石回転子に対向している構造であって、前記球状永久磁石回転子(1)の回転角位置を検出するホール素子(7)及び、「上記ホール素子(7)の検出信号に基づいて前記ソレノイド形コイルの通電方向を制御する通電切換回路(8)」を備えている簡潔構造のモータを始動する方法であって、
a.該簡潔構造のモータを停止させる際、一時的に、ホール素子(7)の検出信号に基づく通電制御を停止して、「球状永久磁石回転子が、ソレノイド形コイルの磁力と釣り合う中立位置」に停止させておき、
b.予め、前記ホール素子(7)が作動する位相を、前記の中立位置から僅かに偏らせておき、
c.ホール素子(7)の検出信号に基づいて通電を制御する状態ならしめてから、前記ソレノイド形コイルに対する通電を開始することを特徴とする。
A simple structure motor starting method according to the invention of claim 5 is:
The spherical permanent magnet rotor (1) and the X-axis direction rotor shaft (2) passing through the center thereof are integrally fixed,
The rotor shaft (2) is rotatably supported,
A single solenoid coil surrounds the spherical permanent magnet rotor (1) or faces the spherical permanent magnet rotor, and the rotational angle position of the spherical permanent magnet rotor (1) is determined. A motor having a simple structure provided with a hall element (7) to be detected and "an energization switching circuit (8) for controlling the energization direction of the solenoid coil based on the detection signal of the hall element (7)" is started. A method,
a. When stopping the motor with the simple structure, the energization control based on the detection signal of the Hall element (7) is temporarily stopped, and the "spherical permanent magnet rotor is in a neutral position that balances the magnetic force of the solenoid coil". Stop it,
b. In advance, the phase at which the Hall element (7) operates is slightly deviated from the neutral position,
c. The energization of the solenoid coil is started after adjusting the energization based on the detection signal of the hall element (7).

以上に説明した請求項5の発明に係る簡潔構造のモータ始動方法によると、
当該簡潔構造モータを停止させる際、意識的にホール素子の作用を休止させるので、球状永久磁石回転子の磁極がY軸方向を向いて停止する。
上記のように磁極方向がY軸方向である状態で、位相が(僅かに)偏ったホール素子で磁極方向を検出するので、通電方向を決定することができる。
すなわち、『ホール素子が、N,S両極から等距離の中間点に位置していて、どちらに向けて通電すべきか判断できない』という状態を現出しない。
According to the motor start method having a simple structure according to the invention of claim 5 described above,
When the motor having the simple structure is stopped, the action of the Hall element is intentionally stopped, so that the magnetic pole of the spherical permanent magnet rotor stops in the Y-axis direction.
In the state where the magnetic pole direction is the Y-axis direction as described above, since the magnetic pole direction is detected by the Hall element whose phase is (slightly) deviated, the energization direction can be determined.
That is, the state that “the Hall element is located at an intermediate point equidistant from both the N and S poles, and it cannot be determined to which direction the current should be applied” does not appear.

請求項6の発明に係る簡潔構造モータの構成は、請求項1ないし請求項4の発明装置の構成要件に加えて、
前記ホール素子(7)の検出信号に基づく通電制御を停止して前記ソレノイド形コイル
に通電したとき、球状永久磁石回転子(1)が停止する角位置を中立位置とし、
前記ホール素子(7)により球状永久磁石回転子の回転位相を検知して通電を切り換える検出点が、上記中立位置に比して位相差を有していることを特徴とする。
The configuration of the concise structure motor according to the invention of claim 6 is in addition to the configuration requirements of the invention device of claims 1 to 4,
When the energization control based on the detection signal of the Hall element (7) is stopped and the solenoid coil is energized, the angular position at which the spherical permanent magnet rotor (1) stops is defined as a neutral position,
The detection point for detecting the rotational phase of the spherical permanent magnet rotor by the Hall element (7) and switching the energization has a phase difference compared to the neutral position.

以上に説明した請求項6の発明によると、ホール素子による球状永久磁石回転子の回転位相検知点が、該球状永久磁石回転子の中立位置からずれているので、確実な始動が可能である。
すなわち、請求項5に係る発明方法を容易に実施して、その効果を十分に発揮させることができる。
According to the invention of the sixth aspect described above, since the rotational phase detection point of the spherical permanent magnet rotor by the Hall element is deviated from the neutral position of the spherical permanent magnet rotor, a reliable start is possible.
That is, it is possible to easily implement the inventive method according to claim 5 and to fully exhibit the effect.

請求項7の発明に係る簡潔構造モータの構成は、(図2(B)参照)
直交3軸X,Y,Zを想定し、
球状永久磁石固定固定子(3)が座標原点Oと同心に配置されており、その磁極方向がZ軸と直角で、かつX軸に対してもY軸に対しても斜交していて、
前記球状永久磁石固定固定子(3)の外径よりも大きい内径を有する単一のソレノイド形コイル(11)が、該球状永久磁石固定固定子を取り巻くとともに、X軸方向のロータ軸(18)によって回転自在に支持されており、
前記のソレノイド形コイル(11)が、「前記X軸方向のロータ軸に設置された整流子(12)」およびブラシ(13)を介して給電端子(14)に接続されていることを特徴とする。
The configuration of the simple structure motor according to the invention of claim 7 is as follows (see FIG. 2B)
Assuming three orthogonal axes X, Y, Z
The spherical permanent magnet stator (3) is arranged concentrically with the coordinate origin O, the magnetic pole direction is perpendicular to the Z axis, and is oblique to the X axis and the Y axis,
A single solenoid-type coil (11) having an inner diameter larger than the outer diameter of the spherical permanent magnet stator (3) surrounds the spherical permanent magnet stator and the rotor shaft (18) in the X-axis direction. Is rotatably supported by
The solenoid coil (11) is connected to a power supply terminal (14) via a "commutator (12) installed on the rotor shaft in the X-axis direction" and a brush (13). To do.

以上に説明した請求項7の発明に係る簡潔構造のモータによると、1個の無鉄心コイルから成る回転子と1個の永久磁石固定子とを主たる構成部材とし、整流子とブラシとから成る通電切換回路を併設したという、簡単で低コストの構成で、360度連続回転が可能である。
特に、ローターが鉄心を有していないから軽量で、回転慣性が小さく、急加速・急停止が容易である。
According to the motor of the concise structure according to the invention of claim 7 described above, the rotor is composed of one ironless core coil and one permanent magnet stator as main components, and is composed of a commutator and a brush. 360 degree continuous rotation is possible with a simple and low-cost configuration in which an energization switching circuit is provided.
In particular, since the rotor does not have an iron core, it is lightweight, has a small rotational inertia, and can be easily accelerated and stopped.

請求項1の発明に係る簡潔構造のモータによると、単一の(鉄心を有しない1個の)ソレノイドコイルを固定子として、球状の永久磁石回転子を連続回転させることができる。
従来技術では180度以上の回転が不可能であったが、本請求項1の発明装置においては、球状永久磁石回転子の回転位相をホール素子で検出してソレノイド形コイルの通電方向を切り換えることにより、360度連続回転を可能ならしめた。さらに、通電方向を制御して正,逆転させることもできる。
以上のようにして、極限的に簡単な構造で、小型,軽量,低コストの直流モータが得られる。
According to the motor having a simple structure according to the first aspect of the present invention, the spherical permanent magnet rotor can be continuously rotated by using a single solenoid coil (one having no iron core) as a stator.
In the prior art, it was impossible to rotate 180 degrees or more. However, in the inventive device according to the first aspect of the invention, the rotational phase of the spherical permanent magnet rotor is detected by the Hall element and the energizing direction of the solenoid coil is switched. Thus, 360 degree continuous rotation was made possible. Further, the energization direction can be controlled to be forward and reverse.
As described above, a compact, lightweight, and low-cost DC motor can be obtained with an extremely simple structure.

請求項2の発明に係る簡潔構造のモータによっても、請求項1におけるとほぼ同様に、単独の(鉄心を有しない)ソレノイドコイルを固定子として、球状永久磁石回転子を連続的に回転させることができる。
構造が簡単で、小型,軽量,低コストであることは請求項1におけるとほぼ同様であるが、半割同心コイルが2個の半割Yコイルに分割されているのでモータ装置の組み立て作業が容易である。
According to the motor having a simple structure according to the second aspect of the invention, the spherical permanent magnet rotor is continuously rotated by using a single solenoid coil (having no iron core) as a stator in substantially the same manner as in the first aspect. Can do.
Although the structure is simple, small size, light weight, and low cost, it is almost the same as in the first aspect. However, since the half concentric coil is divided into two half Y coils, the assembly work of the motor device can be performed. Easy.

請求項3の発明に係る簡潔構造のモータによっても、請求項2におけると同様に、単独の(鉄心を有しない)ソレノイドコイルを固定子として、球状永久磁石回転子を連続的に回転させることができる。
その上、2個の半割コイルの内の1個がY軸に対して傾斜しているので、請求項2におけるよりも高速回転が得られる。
Even with the motor having a simple structure according to the third aspect of the invention, the spherical permanent magnet rotor can be continuously rotated by using a single solenoid coil (without an iron core) as a stator, as in the second aspect. it can.
In addition, since one of the two halved coils is inclined with respect to the Y axis, a higher speed rotation than in the second aspect can be obtained.

請求項4の発明に係る簡潔構造のモータによると、
単独の(鉄心を有しない)ソレノイドコイルを固定子として、球状永久磁石回転子を回転させることができる。
従来技術では180度以上の回転が不可能であったが、本請求項4の発明装置においては、球状永久磁石回転子の回転位相をホール素子で検出してソレノイド形コイルの通電方向を切り換えることにより、360度連続回転を可能ならしめた。さらに、通電方向を制御して正,逆転させることもできる。
According to the motor having a simple structure according to the invention of claim 4,
A spherical permanent magnet rotor can be rotated by using a single solenoid coil (without an iron core) as a stator.
In the prior art, the rotation of 180 degrees or more is impossible. However, in the invention device according to claim 4, the rotation phase of the spherical permanent magnet rotor is detected by the Hall element and the energizing direction of the solenoid coil is switched. Thus, 360 degree continuous rotation was made possible. Further, the energization direction can be controlled to be forward and reverse.

請求項5の発明に係る簡潔構造のモータ始動方法によると、
当該簡潔構造モータを停止させる際、意識的にホール素子の作用を休止させるので、球状永久磁石回転子の磁極がY軸方向を向いて停止する。
上記のように磁極方向がY軸方向である状態で、位相が(僅かに)偏ったホール素子で磁極方向を検出するので、通電方向を決定することができる。
すなわち、『ホール素子が、N,S両極から等距離の中間点に位置していて、どちらに向けて通電すべきか判断できない』という状態を現出しない。
According to the motor start method having a simple structure according to the invention of claim 5,
When the motor having the simple structure is stopped, the action of the Hall element is intentionally stopped, so that the magnetic pole of the spherical permanent magnet rotor stops in the Y-axis direction.
In the state where the magnetic pole direction is the Y-axis direction as described above, since the magnetic pole direction is detected by the Hall element whose phase is (slightly) deviated, the energization direction can be determined.
That is, the state that “the Hall element is located at an intermediate point equidistant from both the N and S poles, and it cannot be determined to which direction the current should be applied” does not appear.

請求項6の発明によると、ホール素子による球状永久磁石回転子の回転位相検知点が、該球状永久磁石回転子の中立位置からずれているので、確実な始動が可能である。
すなわち、請求項5に係る発明方法を容易に実施して、その効果を十分に発揮させることができる。
According to the invention of claim 6, since the rotational phase detection point of the spherical permanent magnet rotor by the Hall element is deviated from the neutral position of the spherical permanent magnet rotor, a reliable start is possible.
That is, it is possible to easily implement the inventive method according to claim 5 and to fully exhibit the effect.

請求項7の発明に係る簡潔構造のモータによると、1個の無鉄心コイルから成る回転子と1個の永久磁石固定子とを主たる構成部材とし、整流子とブラシとから成る通電切換回路を併設したという、簡単で低コストの構成で、360度連続回転が可能である。 特に、ローターが鉄心を有していないから、軽量で回転慣性が小さく、急加速・急停止が容易である。   According to the motor having a simple structure according to the seventh aspect of the present invention, there is provided an energization switching circuit comprising a rotor composed of one ironless core coil and one permanent magnet stator as main components, and a commutator and a brush. 360 degree continuous rotation is possible with a simple and low-cost configuration that is provided side by side. In particular, since the rotor does not have an iron core, it is lightweight, has a small rotational inertia, and can be easily accelerated and stopped.

図1は本発明の実施形態を示し、(A)は第1の実施例における回転子の正面外観図、(B)は第2の実施例における固定子の正面外観図、(C)は第1の実施例の模式的な正面外観図に制御系統を付記した図である。
本発明の特徴的な構成として、球状の永久磁石を用いる。本図1(A)は球状永久磁石の中心に回転子軸2を貫通固着して球状永久磁石回転子1を構成した例であって、
回転子軸2をX軸方向にしたとき、球状永久磁石回転子1の磁極(N,S)の方向はY軸と平行になっている。
ただし、球状永久磁石回転子は立体幾何学的に厳密な球であることを要せず、球に類似した形状であれば良い。例えば楕円回転体であっても良く、要するにX軸に関して対称な立体形状であれば良い。
この球状永久磁石回転子1を用いた簡潔構造モータの実例については、図1(C),図2,及び図3を参照して、後に詳しく説明する。
1A and 1B show an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a front external view of a rotor in a first example, FIG. 1B is a front external view of a stator in a second example, and FIG. It is the figure which attached the control system to the typical front external view of 1 Example.
As a characteristic configuration of the present invention, a spherical permanent magnet is used. FIG. 1A shows an example in which a spherical permanent magnet rotor 1 is configured by penetrating and fixing a rotor shaft 2 to the center of a spherical permanent magnet.
When the rotor shaft 2 is in the X-axis direction, the direction of the magnetic poles (N, S) of the spherical permanent magnet rotor 1 is parallel to the Y-axis.
However, the spherical permanent magnet rotor does not need to be a sphere that is sterically geometrically accurate, and may have a shape similar to a sphere. For example, an elliptic rotating body may be used, and any solid shape that is symmetrical about the X axis may be used.
An example of a concise structure motor using the spherical permanent magnet rotor 1 will be described in detail later with reference to FIG. 1 (C), FIG. 2, and FIG.

前記球状の永久磁石に磁石支持具を固着して固定子を構成すると本図1(B)のごとくである。
この球状永久磁石固定固定子3は球状であるから磁極の方向は特定し難い。
しかし、この部材(球状永久磁石固定子)を用いる際は、モータ回転軸心をX−Xとして、その磁極(N,S)の方向をX軸に対してもY軸に対しても傾斜させるように設置する。
この球状永久磁石固定固定子3を用いた簡潔構造モータの実例については、図2を参照して後に詳しく説明する。
FIG. 1B shows that a stator is formed by fixing a magnet support to the spherical permanent magnet.
Since this spherical permanent magnet stator 3 is spherical, it is difficult to specify the direction of the magnetic pole.
However, when this member (spherical permanent magnet stator) is used, the motor rotation axis is XX, and the direction of the magnetic pole (N, S) is inclined with respect to both the X axis and the Y axis. Install as follows.
An example of a simple structure motor using this spherical permanent magnet stator 3 will be described in detail later with reference to FIG.

図1(C)は第1の実施例であって、本図に描かれている球状永久磁石回転子1および回転子軸2は、前掲の図1(A)に示した部材である。
この第1の実施例における球状永久磁石回転子1はネオジュウム製であって、表面磁束密度0.4Tである。
上記回転子軸2がX軸方向となるように、ケース6に対して回転自在に支持されている。磁極(N,S)の方向は回転するが、常にY−Z面上に位置している。
前記球状永久磁石回転子1に対して緩やかに外嵌させて、単斜コイル5をケース6に対して固定的に設置する。
本実施例において単斜コイルとは、鉄心を有しない単独のソレノイド形コイルであって、その中心線がX−Y面上に位置し、かつX軸に対して傾斜しているものをいう。
FIG. 1C shows a first embodiment, and the spherical permanent magnet rotor 1 and the rotor shaft 2 depicted in this drawing are members shown in FIG. 1A.
The spherical permanent magnet rotor 1 in the first embodiment is made of neodymium and has a surface magnetic flux density of 0.4T.
The rotor shaft 2 is rotatably supported with respect to the case 6 so as to be in the X-axis direction. The direction of the magnetic poles (N, S) rotates but is always on the YZ plane.
The monoclinic coil 5 is fixedly attached to the case 6 by being loosely fitted to the spherical permanent magnet rotor 1.
In this embodiment, the monoclinic coil is a single solenoid coil having no iron core, the center line of which is located on the XY plane and is inclined with respect to the X axis.

図1(C)において、単斜コイル5がY軸に対して傾斜しているので、これに通電するとY軸に対して傾斜する磁界を生じる。このため球状永久磁石回転子1は、その磁極方向(N−S)をY軸方向ならしめるように回動する。
ただし、これだけでは180度未満の回動しかできない。
上記の回動に引き続いて連続的に回転させるには、本図1(C)の状態になったとき、
単斜コイル5の通電方向を逆転させるように切り換えなければならない。
In FIG. 1C, since the monoclinic coil 5 is inclined with respect to the Y axis, a magnetic field that is inclined with respect to the Y axis is generated when this is energized. For this reason, the spherical permanent magnet rotor 1 rotates so that the magnetic pole direction (NS) is aligned with the Y-axis direction.
However, this alone can only turn less than 180 degrees.
To continuously rotate following the above rotation, when the state of FIG.
It must be switched so that the energization direction of the monoclinic coil 5 is reversed.

そこで、球状永久磁石回転子1の付近にホール素子7を設置して、該球状永久磁石回転子の磁極方向を検出する。
説明の便宜上、本図1(C)のように、球状永久磁石回転子1の磁極方向(S−N)が
Y軸方向である状態を中立位置と名付ける。この状態は、単斜コイル5に対して一定方向の電流を通電したとき、釣り合い状態として現出する。
前記ホール素子7が中立位置を検知したとき、通電切換回路8によって通電方向を逆転させるように切り換え制御する。
このようにして180度回転ごとに通電方向を切り換えることにより、球状永久磁石回転子1は連続的に回転する。
Therefore, the Hall element 7 is installed in the vicinity of the spherical permanent magnet rotor 1 to detect the magnetic pole direction of the spherical permanent magnet rotor.
For convenience of explanation, a state where the magnetic pole direction (S-N) of the spherical permanent magnet rotor 1 is the Y-axis direction as shown in FIG. This state appears as a balanced state when a current in a certain direction is applied to the monoclinic coil 5.
When the Hall element 7 detects the neutral position, the energization switching circuit 8 performs switching control so as to reverse the energization direction.
In this way, the spherical permanent magnet rotor 1 is continuously rotated by switching the energization direction every 180 ° rotation.

いま仮に、本図1(C)と同様に、球状永久磁石回転子1の磁極方向(永久磁石の北極N−S)が正確にY軸方向を向いて停止しているとすると、単斜コイル5に通電すべき方向が決まらない。その理由は、中立位置が通電方向の切り換え点だからである。
具体的には次のような不具合を生じる。
いま仮に、球状永久磁石回転子1が中立位置よりも僅かに手前で止まっていれば、単斜コイル5には「球状永久磁石回転子1を中立位置に近づける方向の磁力」を発生するように通電すれば良く、
また仮に、球状永久磁石回転子1が中立位置を僅かに通り過ぎて止まっていれば、単斜コイル5には「球状永久磁石回転子1を中立位置から遠ざける方向の磁力」を発生するように通電すれば良い。
しかし、前記のように球状永久磁石回転子1が丁度中立位置に止まっていると、通電方向が決まらない。
As in FIG. 1C, assuming that the magnetic pole direction of the spherical permanent magnet rotor 1 (north pole N-S of the permanent magnet) is accurately stopped in the Y-axis direction, The direction to energize 5 is not determined. The reason is that the neutral position is the switching point of the energization direction.
Specifically, the following problems occur.
If the spherical permanent magnet rotor 1 is stopped slightly before the neutral position, a “magnetic force in a direction to bring the spherical permanent magnet rotor 1 closer to the neutral position” is generated in the monoclinic coil 5. Just energize,
Also, if the spherical permanent magnet rotor 1 is stopped slightly past the neutral position, the monoclinic coil 5 is energized so as to generate “a magnetic force in a direction to move the spherical permanent magnet rotor 1 away from the neutral position”. Just do it.
However, if the spherical permanent magnet rotor 1 is just stopped at the neutral position as described above, the energization direction cannot be determined.

そこで本実施例では、ホール素子7の設置位置をX−Y面から僅かに偏らせて、中立位置と僅かに異なる位相を検出させる。
先に述べたように、球状永久磁石回転子1の磁極方向が中立位置に在り、ホール素子7による検出点の位相が少し偏っているので、該ホール素子7は球状永久磁石回転子1が中立位置ではないと誤判断して単斜コイル5に通電するから、該球状永久磁石回転子1は中立位置からでも回転を開始することができる。このとき回転開始方向は、ホール素子設置箇所の偏り方向によって決められる。
Therefore, in this embodiment, the installation position of the Hall element 7 is slightly deviated from the XY plane, and a phase slightly different from the neutral position is detected.
As described above, since the magnetic pole direction of the spherical permanent magnet rotor 1 is in the neutral position and the phase of the detection point by the Hall element 7 is slightly deviated, the Hall element 7 is neutral with the spherical permanent magnet rotor 1. Since it is erroneously determined that the position is not the position and the monoclinic coil 5 is energized, the spherical permanent magnet rotor 1 can start rotating even from the neutral position. At this time, the rotation start direction is determined by the bias direction of the Hall element installation location.

図2は第2の実施例を示し、(A)は構造を説明するための分解断面正面図、(B)は組み立て状態を描いた断面正面図である。
本図2(A)に描かれている球状永久磁石固定固定子3は、前掲の図1(B)に示した構成部材である。
上記球状永久磁石固定固定子3は、その中心点を座標原点に一致させてケース6に対して固定されており、その磁極方向(N−S)はX軸にもY軸にも斜交している。
一方、単Xコイル11は回転子フレーム10に固着され、X軸と同心に回転自在に支持されている。本発明において単Xコイルとは、鉄心を有しない単独のソレノイド形であって、X軸と同心に支持されているコイルをいう。
2A and 2B show a second embodiment, in which FIG. 2A is an exploded sectional front view for explaining the structure, and FIG. 2B is a sectional front view illustrating an assembled state.
The spherical permanent magnet stator 3 depicted in FIG. 2A is a component shown in FIG. 1B.
The spherical permanent magnet stator 3 is fixed to the case 6 with its center point coincident with the coordinate origin, and the magnetic pole direction (NS) is oblique to both the X axis and the Y axis. ing.
On the other hand, the single X coil 11 is fixed to the rotor frame 10 and is rotatably supported concentrically with the X axis. In the present invention, a single X coil is a single solenoid type that does not have an iron core and is supported concentrically with the X axis.

この図2の実施例1においては、前掲の実施例1(図1(C))と異なり、ホール素子7を設けることなく整流子12とブラシ13とを設けて通電方向の切り換えを行なうようになっている。
このような構造上の差異を設けた理由は次の通りである。
実施例1(図1(C))においては、コイルが静止部材であり、球状永久磁石が回転部材である。従って、回転部材である球状永久磁石の回転位相を検出するにはホール素子が適している。
実施例2(図2)においては、球状永久磁石が静止部材であり、コイルが回転部材である。従って、回転部材であるコイルの通電方向を切り換えるにはブラシ・整流子が好適である。
In the first embodiment shown in FIG. 2, unlike the first embodiment (FIG. 1C), the commutator 12 and the brush 13 are provided without the hall element 7 and the energization direction is switched. It has become.
The reason for providing such a structural difference is as follows.
In Example 1 (FIG. 1C), the coil is a stationary member and the spherical permanent magnet is a rotating member. Therefore, a Hall element is suitable for detecting the rotational phase of the spherical permanent magnet that is a rotating member.
In Example 2 (FIG. 2), the spherical permanent magnet is a stationary member and the coil is a rotating member. Therefore, a brush / commutator is suitable for switching the energizing direction of the coil that is the rotating member.

(図2(B)参照)単Xコイル11が通電されて生じる磁界の方向はX軸方向であり、
球状永久磁石固定固定子3の磁極方向(N−S)はX軸に対してもY軸に対しても斜めに交わっている。従って、通電されてX軸方向の磁力線を発生した単Xコイル11は球状永久磁石固定固定子3の固定磁極との間の吸引・反発によってX軸周りの回転力を受ける。
該単Xコイル11は180度回転する度に、整流子・ブラシ作用で通電方向を変換されながら連続回転する。符号14を付して示した部材は給電端子である。
(See FIG. 2B) The direction of the magnetic field generated when the single X coil 11 is energized is the X-axis direction,
The magnetic pole direction (NS) of the spherical permanent magnet stator 3 intersects obliquely with respect to both the X axis and the Y axis. Accordingly, the single X coil 11 that is energized and generates magnetic field lines in the X-axis direction receives a rotational force around the X-axis due to attraction and repulsion with the fixed magnetic pole of the spherical permanent magnet stator 3.
Each time the single X coil 11 rotates 180 degrees, it continuously rotates while its energization direction is changed by the commutator / brush action. A member denoted by reference numeral 14 is a power supply terminal.

図3(A)は前掲の図1(C)に示した第1の実施例の変形例を描いた模式図であり、(B)は更なる変形例の模式図である。
図1(C)の第1の実施例では、球状永久磁石回転子1の磁極方向と単斜コイル5の中心線とが常に傾斜していて、同一方向になることが無い。このため効率が良くない。
そこで図3(A)の変形例では、Y軸方向の半割Yコイル15aと半割Yコイル15bとを、少し離して同心に並べた構造の半割同心コイル15を構成した。
このように構成すると、2個の半割Yコイル15a,15bの間に回転子軸2を配置した。これにより、同一寸法、同一電圧・電流で大きい回転トルクが得られた。
図7に示した鎖線のカーブは、この図3(A)に示した実施例1における回転速度−電流特性である。
半割Yコイル15aおよび半割Yコイル15bは、それぞれコイル線径0.5ミリメートル、7ターン、内径11ミリメートルである。
FIG. 3A is a schematic diagram depicting a modification of the first embodiment shown in FIG. 1C, and FIG. 3B is a schematic diagram of a further modification.
In the first embodiment of FIG. 1 (C), the magnetic pole direction of the spherical permanent magnet rotor 1 and the center line of the monoclinic coil 5 are always inclined and do not become the same direction. For this reason, efficiency is not good.
Therefore, in the modification of FIG. 3A, the half concentric coil 15 having a structure in which the half Y coil 15a and the half Y coil 15b in the Y-axis direction are arranged slightly apart and concentrically arranged is configured.
If comprised in this way, the rotor axis | shaft 2 was arrange | positioned between the two half Y coils 15a and 15b. As a result, a large rotational torque was obtained with the same dimensions, the same voltage and current.
The curve of the chain line shown in FIG. 7 is the rotational speed-current characteristic in Example 1 shown in FIG.
The half Y coil 15a and the half Y coil 15b have a coil wire diameter of 0.5 mm, 7 turns, and an inner diameter of 11 mm, respectively.

更に、図3(B)のように、2個の半割コイルの片方(16a)をY軸方向に設置するとともに、もう片方(16a)をY軸に対して角θだけ傾斜させて設置した。すなわち、
半割Yコイル16aと半割斜コイル16bとを少し離して配置した半割屈曲コイル16を構成した。これにより、図3(A)よりも高速回転が可能になった。
Further, as shown in FIG. 3B, one half of the two half coils (16a) is installed in the Y-axis direction, and the other half (16a) is installed at an angle θ with respect to the Y-axis. . That is,
A half-bending coil 16 in which the half Y coil 16a and the half oblique coil 16b are arranged slightly apart from each other is configured. As a result, it was possible to rotate at a higher speed than in FIG.

図4は、更に良好な特性が得られるように改良した実施例3を示し、X軸方向に見たところを描いた模式図である。
前掲の図3に示した実施例と同様に2個の判割コイル17aと同17bとを構成するが、その片方17aはY軸方向に設置して半割Yコイルとし、もう片方の17bはZ軸方向に設置して半割Zコイルとする。これら2個の判割りコイルが半割直交コイル17を形成している。
球状永久磁石回転子1の回転子軸2はX軸方向(紙面に直角)に配置されている。
これに対して半割Yコイル17aはY軸方向に、半割Zコイル17bはZ軸方向に、それぞれ中心線が座標原点Oを通るように配置されている。
ホール素子7及び通電切換回路8は、第1の実施例(図1(C))において説明したのと同様である。
この実施例3の回転速度−電流特性を図7に実線カーブで示す。この例では6万rpmに近い高速回転が得られた。
図示を省略するが、本実施例3(図4)の変形例として、2個の半割Yコイル17a,17bが対抗する角度を直角以外に設定することもできる(例えばY軸方向に、同心に対向させることも可能である)。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating Example 3 improved so as to obtain even better characteristics, as viewed in the X-axis direction.
The two split coils 17a and 17b are configured in the same manner as the embodiment shown in FIG. 3, but one side 17a is installed in the Y-axis direction to form a half Y coil, and the other 17b is Installed in the Z-axis direction to make a half-Z coil. These two split coils form a half-orthogonal coil 17.
The rotor shaft 2 of the spherical permanent magnet rotor 1 is arranged in the X-axis direction (perpendicular to the paper surface).
On the other hand, the half Y coil 17a is arranged in the Y axis direction and the half Z coil 17b is arranged in the Z axis direction so that the center line passes through the coordinate origin O.
The Hall element 7 and the energization switching circuit 8 are the same as those described in the first embodiment (FIG. 1C).
The rotational speed-current characteristics of Example 3 are shown by a solid curve in FIG. In this example, high-speed rotation close to 60,000 rpm was obtained.
Although not shown, as a modification of the third embodiment (FIG. 4), the angle at which the two half Y coils 17a and 17b are opposed can be set to other than a right angle (for example, concentric in the Y-axis direction). It is also possible to face the

図5は、前掲の図3(B)に示した実施例の変形例であり、両者の相違点は次の通りである。
図3(B)の半割Yコイル16aおよび半割斜コイル16bは、その中心線が座標原点Oを通っていたが、図5の分割斜コイル20aおよび分割斜コイル20bの中心線は座標原点Oを通っていない。
この図5の実施例によると、図3(B)の実施例に比して、トルクは低下するが高速回転が可能である。
FIG. 5 is a modification of the embodiment shown in FIG. 3B, and the difference between the two is as follows.
Although the center lines of the half Y coil 16a and the half oblique coil 16b in FIG. 3B pass through the coordinate origin O, the center lines of the divided oblique coil 20a and the divided oblique coil 20b in FIG. Not through O.
According to the embodiment of FIG. 5, compared with the embodiment of FIG. 3B, the torque is reduced, but high-speed rotation is possible.

図4および図5に示した実施例においては、コイルの中に球状永久磁石回転子1を配置する構成とせず、コイルを球状永久磁石回転子に対向させて配置してある。従って、このような実施形態においては、コイルを多層巻にすることができる。多層巻にすると、単層巻の場合に比してトルクを増加させることが期待される。   In the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, the spherical permanent magnet rotor 1 is not arranged in the coil, and the coil is arranged to face the spherical permanent magnet rotor. Therefore, in such an embodiment, the coil can be multi-layered. When the multi-layer winding is used, it is expected that the torque is increased as compared with the case of the single layer winding.

図6は、第3の実施例(図4)の変形例である。
軸心方向に見たときの形状が長円形(または、これに類似する形状)のソレノイドコイルを構成し、短径に沿って折り曲げると、図6に示した判割屈曲コイル21aができる。
実線で描いた判割屈曲コイル21aだけを設置しても良く、破線で描いた判割屈曲コイル21bを併せて設置すればトルクの増加が期待される。
この図6のように折り曲げた形のコイルを用いると、「コイルを含めた全体形状」
を小型に構成することができる。
FIG. 6 shows a modification of the third embodiment (FIG. 4).
When a solenoid coil having an oval shape (or a similar shape) when viewed in the axial direction is configured and bent along a minor axis, the split bending coil 21a shown in FIG. 6 is formed.
Only the split bending coil 21a drawn with a solid line may be installed. If the split bending coil 21b drawn with a broken line is also installed, an increase in torque is expected.
When using a bent coil as shown in FIG. 6, "the entire shape including the coil"
Can be made compact.

本発明の実施形態を説明するために示したものであって、(A)は第1の実施例における回転子の正面外観図、(B)は第2の実施例における固定子の正面外観図、(C)は第1の実施例の模式的な正面外観図に制御系統を付記した図BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is shown in order to demonstrate embodiment of this invention, Comprising: (A) is a front external view of the rotor in a 1st Example, (B) is a front external view of the stator in a 2nd Example. , (C) is a diagram in which a control system is added to the schematic front external view of the first embodiment. 第2の実施例を示し、(A)は構造を説明するための分解断面正面図、(B)は組み立て状態を描いた断面正面図The 2nd example is shown, (A) is an exploded sectional front view for explaining structure, and (B) is a sectional front view showing an assembly state. (A)は前掲の図1(C)に示した第1の実施例の変形例を描いた模式図、(B)は更なる変形例の模式図(A) is a schematic diagram depicting a modification of the first embodiment shown in FIG. 1 (C), and (B) is a schematic diagram of a further modification. 前掲の第2の実施例よりも更に良好な特性が得られるように改良した実施例3を示し、X軸方向に見たところを描いた模式図Schematic diagram illustrating a third embodiment improved so as to obtain better characteristics than the second embodiment described above and viewed in the X-axis direction 前掲の図3(B)の実施例の変形例における模式的な側面図に制御系統を付記した図The figure which added control system to the typical side view in the modification of the Example of above-mentioned FIG.3 (B). 全体形状を縮小できるように構成した実施例を描いた模式的な側面図制御系統を付記した図A diagram with a schematic side view control system depicting an embodiment configured to reduce the overall shape. 第1の実施例を鎖線カーブで、第3の実施例を実線カーブで描いた回転速度−電流特性図Rotational speed-current characteristic diagram drawn with a dashed line curve in the first example and with a solid curve in the third example

符号の説明Explanation of symbols

1…球状永久磁石回転子
2…回転子軸
3…球状永久磁石固定固定子
4…磁石支持具
5…単斜コイル
6…ケース
7…ホール素子
8…通電切換回路
9…直流電源
10…回転子フレーム
11…単Xコイル
12…整流子
13…ブラシ
14…給電端子
15…半割同心コイル
15a…半割Yコイル
15b…半割Yコイル
16…半割屈曲コイル
16a…半割Yコイル
16b…半割斜コイル
17…半割直交コイル
17a…半割Yコイル
17b…半割Zコイル
20a…分割斜コイル
20b…分割斜コイル
21a…半割屈曲コイル
21b…半割屈曲コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Spherical permanent magnet rotor 2 ... Rotor shaft 3 ... Spherical permanent magnet fixed stator 4 ... Magnet support 5 ... Monoclinic coil 6 ... Case 7 ... Hall element 8 ... Energization switching circuit
9 ... DC power supply
10 ... Rotor frame
11 ... Single X coil
12 ... Commutator
13 ... Brush
14 ... Feeding terminal
15 ... Half split concentric coil
15a ... Half Y coil
15b ... Half Y coil
16 ... Half bending coil
16a ... Half Y coil
16b ... Half diagonal coil
17 ... Half orthogonal coil
17a ... Half Y coil
17b ... Half Z coil
20a ... Divided diagonal coil
20b ... Divided diagonal coil
21a ... Half bending coil 21b ... Half bending coil

Claims (7)

直交3軸X,Y,Zを想定し、
球状の永久磁石回転子(1)と、その中心を通るX軸方向の回転子軸(2)とが一体的に固定されていて、
この回転子軸(2)がケース(6)に対して、ベアリングを介して回転自在に支持されるとともに、
上記球状永久磁石回転子(1)の外径よりも大きい内径を有する単一のソレノイド形コイル(5)が、その中心線をZ軸に直交せしめ、かつX軸,Y軸に対して斜めの姿勢に配置されて、前記球状永久磁石回転子(1)の周囲を取り巻いており、
かつ、前記球状永久磁石回転子(1)の回転角位置を検出するホール素子(7)、及び「上記ホール素子(7)の検出信号に基づいて、前記単一のソレノイド形コイル(5)の通電方向を制御する通電切換回路(8)」を備えていることを特徴とする、簡潔構造のモータ。
Assuming three orthogonal axes X, Y, Z
The spherical permanent magnet rotor (1) and the X-axis direction rotor shaft (2) passing through the center thereof are integrally fixed,
The rotor shaft (2) is rotatably supported via a bearing with respect to the case (6).
A single solenoid type coil (5) having an inner diameter larger than the outer diameter of the spherical permanent magnet rotor (1) has its center line orthogonal to the Z axis and oblique to the X and Y axes. Arranged in a posture and surrounding the spherical permanent magnet rotor (1),
And a Hall element (7) for detecting a rotational angle position of the spherical permanent magnet rotor (1), and “based on a detection signal of the Hall element (7), the single solenoid coil (5) A motor having a simple structure, characterized in that it includes an energization switching circuit (8) for controlling the energization direction.
直交3軸X,Y,Zを想定し、
球状の永久磁石回転子(1)と、その中心を通るX軸方向の回転子軸(2)とが一体的に固定されていて、
この回転子軸(2)が回転自在に支持されるとともに、
上記球状永久磁石回転子(1)の外径よりも大きい内径を有する単独のソレノイド形コイルが、ほぼ中央部で分割されて、2個の半割Yコイル(15a,15b)から成る半割同心コイル(15)が形成されており、
かつ上記2個の半割Yコイル15a、半割Yコイル15bがY軸と同心に並んで、前記球状永久磁石回転子(1)の周囲を取り巻いており、
かつ、前記球状永久磁石回転子(1)の回転角位置を検出するホール素子(7)及び、「上記ホール素子(7)の検出信号に基づいて、前記半割同心コイル(15)の通電方向を制御する通電切換回路(8)」を備えていることを特徴とする、簡潔構造のモータ。
Assuming three orthogonal axes X, Y, Z
The spherical permanent magnet rotor (1) and the X-axis direction rotor shaft (2) passing through the center thereof are integrally fixed,
The rotor shaft (2) is rotatably supported,
A single solenoid coil having an inner diameter larger than the outer diameter of the spherical permanent magnet rotor (1) is divided substantially at the center, and is formed by two half Y coils (15a, 15b). A coil (15) is formed;
The two half Y coils 15a and the half Y coils 15b are arranged concentrically with the Y axis and surround the spherical permanent magnet rotor (1).
And a Hall element (7) for detecting the rotational angle position of the spherical permanent magnet rotor (1), and “the direction of energization of the half concentric coil (15) based on the detection signal of the Hall element (7)”. A motor having a simple structure, characterized in that it includes an energization switching circuit (8) for controlling the motor.
直交3軸X,Y,Zを想定し、
球状の永久磁石回転子(1)と、その中心を通るX軸方向の回転子軸(2)とが一体的に固定されていて、
この回転子軸(2)が回転自在に支持されるとともに、
上記球状永久磁石回転子(1)の外径よりも大きい内径を有する単独のソレノイド形コイルが、ほぼ中央部で分割されて、2個の半割Yコイル(16a)、半割斜コイル1(6b)から成る半割屈曲コイル(16)が形成されており、
かつ、片方の半割Yコイル(16a)がY軸と同心に配置されるとともに、
他方の半割斜コイル(16b)の中心線が、Y−Z面上でY軸に対して斜めに配設されていて、
これらの半割Yコイル(16a)及び半割斜コイル(16b)が、前記球状永久磁石回転子(1)の周囲を取り巻いており、
かつ、前記球状永久磁石回転子(1)の回転角位置を検出するホール素子(7)及び、「上記ホール素子(7)の検出信号に基づいて、前記半割屈曲コイル(16)の通電方向を制御する通電切換回路(8)」を備えていることを特徴とする、簡潔構造のモータ。
Assuming three orthogonal axes X, Y, Z
The spherical permanent magnet rotor (1) and the X-axis direction rotor shaft (2) passing through the center thereof are integrally fixed,
The rotor shaft (2) is rotatably supported,
A single solenoid-type coil having an inner diameter larger than the outer diameter of the spherical permanent magnet rotor (1) is divided substantially at the center, so that two half Y coils (16a) and half oblique coils 1 ( A half-bending coil (16) comprising 6b) is formed;
And while one half Y coil (16a) is arranged concentrically with the Y-axis,
The center line of the other half oblique coil (16b) is disposed obliquely with respect to the Y axis on the YZ plane,
These half Y coil (16a) and half oblique coil (16b) surround the spherical permanent magnet rotor (1),
And a Hall element (7) for detecting the rotational angle position of the spherical permanent magnet rotor (1), and “the direction of energization of the half-bending coil (16) based on the detection signal of the Hall element (7)”. A motor having a simple structure, characterized in that it includes an energization switching circuit (8) for controlling the motor.
直交3軸X,Y,Zを想定し、
球状の永久磁石回転子(1)と、その中心を通るX軸方向の回転子軸(2)とが一体的に固定されていて、
この回転子軸(2)が回転自在に支持されるとともに、
単独のソレノイド形コイルがほぼ中央部で分割されて、2個の半割Yコイル(17a)、半割Zコイル(17b)から成る半割直交コイル(17)が形成されており、
かつ、片方の半割Yコイル(17a)がY軸と同心に配置されるとともに、
他方の半割Zコイル(17b)が、Z軸と同心に配設されていて、
これらの半割Yコイル(17a)及び半割Zコイル(17b)が、前記球状永久磁石回転子(1)に対向しており、
かつ、前記球状永久磁石回転子(1)の回転角位置を検出するホール素子(7)及び、「上記ホール素子(7)の検出信号に基づいて、前記半割屈曲コイル(16)の通電方向を制御する通電切換回路(8)」を備えていることを特徴とする、簡潔構造のモータ。
Assuming three orthogonal axes X, Y, Z
The spherical permanent magnet rotor (1) and the X-axis direction rotor shaft (2) passing through the center thereof are integrally fixed,
The rotor shaft (2) is rotatably supported,
A single solenoid coil is divided substantially at the center to form a half-orthogonal coil (17) comprising two half-Y coils (17a) and half-Z coils (17b).
And while one half Y coil (17a) is arranged concentrically with the Y-axis,
The other half Z coil (17b) is disposed concentrically with the Z axis,
These half Y coil (17a) and half Z coil (17b) are opposed to the spherical permanent magnet rotor (1),
And a Hall element (7) for detecting the rotational angle position of the spherical permanent magnet rotor (1), and “the direction of energization of the half-bending coil (16) based on the detection signal of the Hall element (7)”. A motor having a simple structure, characterized in that it includes an energization switching circuit (8) for controlling the motor.
球状の永久磁石回転子(1)と、その中心を通るX軸方向の回転子軸(2)とが一体的に固定されていて、
この回転子軸(2)が回転自在に支持されるとともに、
単独のソレノイド形コイルが、上記球状永久磁石回転子(1)を取り巻き、もしくは該球状永久磁石回転子に対向している構造であって、前記球状永久磁石回転子(1)の回転角位置を検出するホール素子(7)及び、「上記ホール素子(7)の検出信号に基づいて前記ソレノイド形コイルの通電方向を制御する通電切換回路(8)」を備えている簡潔構造のモータを始動する方法であって、
a.該簡潔構造のモータを停止させる際、一時的に、ホール素子(7)の検出信号に基づく通電制御を停止して、「球状永久磁石回転子が、ソレノイド形コイルの磁力と釣り合う中立位置」に停止させておき、
b.予め、前記ホール素子(7)が作動する位相を、前記の中立位置から僅かに偏らせておき、
c.ホール素子(7)の検出信号に基づいて通電を制御する状態ならしめてから、前記ソレノイド形コイルに対する通電を開始することを特徴とする、簡潔構造のモータの始動方法。
The spherical permanent magnet rotor (1) and the X-axis direction rotor shaft (2) passing through the center thereof are integrally fixed,
The rotor shaft (2) is rotatably supported,
A single solenoid coil surrounds the spherical permanent magnet rotor (1) or faces the spherical permanent magnet rotor, and the rotational angle position of the spherical permanent magnet rotor (1) is determined. A motor having a simple structure provided with a hall element (7) to be detected and "an energization switching circuit (8) for controlling the energization direction of the solenoid coil based on the detection signal of the hall element (7)" is started. A method,
a. When stopping the motor with the simple structure, the energization control based on the detection signal of the Hall element (7) is temporarily stopped, and the "spherical permanent magnet rotor is in a neutral position that balances the magnetic force of the solenoid coil". Stop it,
b. In advance, the phase at which the Hall element (7) operates is slightly deviated from the neutral position,
c. A motor starting method with a simple structure, characterized in that energization of the solenoid-type coil is started after adjusting the energization based on the detection signal of the Hall element (7).
前記ホール素子(7)の検出信号に基づく通電制御を停止して、前記ソレノイド形コイルに対し一定方向に通電したとき、球状永久磁石回転子(1)が停止する磁極角位置を中立位置とし、
前記ホール素子(7)により球状永久磁石回転子の回転位相を検知して通電を切り換える検出点が、上記中立位置に比して位相差を有していることを特徴とする、請求項1ないし請求項4の何れかに記載した簡潔構造のモータ。
When the energization control based on the detection signal of the Hall element (7) is stopped and the solenoid coil is energized in a certain direction, the magnetic pole angle position where the spherical permanent magnet rotor (1) stops is set as a neutral position,
The detection point at which the Hall element (7) detects the rotational phase of the spherical permanent magnet rotor and switches energization has a phase difference compared to the neutral position. 5. A motor having a simple structure according to claim 4.
直交3軸X,Y,Zを想定し、
球状永久磁石固定固定子(3)が座標原点Oと同心に配置されており、その磁極方向がZ軸と直角で、かつX軸に対してもY軸に対しても斜交していて、
前記球状永久磁石固定固定子(3)の外径よりも大きい内径を有する単一のソレノイド形コイル(11)が、該球状永久磁石固定固定子を取り巻くとともに、X軸方向のロータ軸(18)によって回転自在に支持されており、
前記のソレノイド形コイル(11)が、「前記X軸方向のロータ軸に設置された整流子(12)」およびブラシ(13)を介して給電端子(14)に接続されていることを特徴とする、簡潔構造のモータ。
Assuming three orthogonal axes X, Y, Z
The spherical permanent magnet stator (3) is arranged concentrically with the coordinate origin O, the magnetic pole direction is perpendicular to the Z axis, and is oblique to the X axis and the Y axis,
A single solenoid-type coil (11) having an inner diameter larger than the outer diameter of the spherical permanent magnet stator (3) surrounds the spherical permanent magnet stator and the rotor shaft (18) in the X-axis direction. Is rotatably supported by
The solenoid coil (11) is connected to a power supply terminal (14) via a "commutator (12) installed on the rotor shaft in the X-axis direction" and a brush (13). A motor with a simple structure.
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