专利名称：磁结构、采用该磁结构的电机及包括该电机的驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及多种电机，这些电机用于通过线性布置能够生成磁极的线圈并且对要流入该线圈的电流进行顺序切换，来使转子旋转或移动由永磁体或铁磁体制成的滑子，并且本发明还涉及在这种电机中采用的磁结构体。本发明还涉及采用该电机作为驱动源的驱动器。可以将本发明应用于类似电动车、电动轻型车、电动轮椅以及其他电动玩具、电动飞机、微型电子设备、MEMS等中的驱动器。
背景技术：
可以将由诸如交流电的频率信号驱动的AC电机大致分为两类，即，同步电机和感应式电机。同步电机是这样一种电机，其采用永磁体或例如铁的铁磁体的层压芯作为转子，其以与由电源频率确定的旋转磁场的速度相同的转速进行旋转。
根据转子的类型，存在采用永磁体的磁体型；其中绕有线圈的线圈型；以及采用诸如铁的铁磁体的电抗型。以上类型中，对于磁体型，转子的永磁体通过被定子的旋转磁场吸而旋转。同时，感应式电机是这样一种电机，其通过导体利用对于类似笼状的转子的电磁感应效应而生成的分离的磁场，来进行旋转。
前述这些电机中，有些类型进行线性移动而不发生旋转，或者可以在表面上随意移动。这些类型的电机一般被称作线性电机，并且，通过线性布置用来生成磁极的线圈并且对要流过的电流进行切换，将使安装在其上的永磁体或铁磁体移动。线性布置的线圈结构相当于定子，而转子相当于在这种定子上方滑动的扁平的滑子。
作为前述磁体型同步电机，例如有在日本专利特开公报No.H8-51745(专利文献1)中公开的微型同步电机。如专利文献1的图1所示，该微型电机被构造为，包括定子铁芯6，其上缠绕有励磁线圈7；以及转子3，具有内置磁体1和转子芯2，其中沿它们的圆周等间隔地布置有多个NS极。
然而，利用传统技术中说明的这种电机，存在的问题是相较所生成的转矩，重量会增加，而为了生成更大的转矩，电机的尺寸必须增大。因此，本发明的一个目的是提供一种磁结构、采用该结构的电机，以及该磁结构的驱动方法，该磁结构可用于转矩和重平衡出色的电机中并适合于微型化。本发明的另一目的是提供使用所述电机的各种驱动器。
发明内容
作为深入研究以克服前述问题的结果，本发明人发现，由于在传统电机中，构成电机的(定子)和(滑子、转子)的磁结构是一对一的关系，所以，可以通过使这种关系形成为多对一的关系来解决前述问题。
在前述发现的基础上提出了本发明，并提供了一种磁结构，其包括第一磁体和第二磁体，以及第三磁体，该第三磁体布置在第一磁体和第二磁体之间，并可相对于第一和第二磁体沿预定方向相对移动，其中第一磁体和第二磁体分别包括如下结构，在该结构中依次布置有能够交替地激励出相反磁极的多个电磁线圈；并且第一磁体和第二磁体被构造为，使得第一磁体的电磁线圈与第二磁体的电磁线圈被布置成相互具有行距差。
第三磁体包括如下结构，在该结构中依次布置有被交替地磁化为相反磁极的永磁体，并且第一磁体和第二磁体被构造为，使得第一磁体的电磁线圈与第二磁体的电磁线圈被布置成相互具有行距差。
本发明的一种方式中提供了一种电路装置，用于向第一和第二磁体的磁线圈提供具有各自不同相位的频率信号。此外，将第一磁体、第二磁体和第三磁体分别形成为圆弧。还可以将第一磁体、第二磁体和第三磁体分别形成在一条直线上。等间距地布置第一磁体和第二磁体，并将第三磁体布置在第一磁体和第二磁体之间。
在采用该磁体的电机中，第一和第二磁体所构成的对以及第三磁体的一侧形成转子，而第一和第二磁体所构成的对以及第三磁体的另一侧形成定子。这种电机包括转子的转速检测装置。此外，励磁电路装置包括基准脉冲信号发生装置；以及相位校正装置，其用于根据转速检测信号和基准脉冲信号，来对提供给第一磁体的电磁线圈和第二磁体的电磁线圈的励磁电流的相位进行校正。提供给第一磁体的励磁电流与提供给第二磁体的励磁电流之间的相位差随转子的旋转位置而变化。
图1示出了根据本发明的磁结构的帧格式以及工作原理。
图2示出了图1之后的工作原理。
图3示出了图2之后的工作原理。
图4示出了图3之后的工作原理。
图5是表示电磁线圈的连接状态的等效电路图。
图6是表示用于向电磁线圈施加励磁电流的励磁电流的示例的框图，。
图7是表示该励磁电路的驱动器单元的详细结构的框图。
图8示出了作为同步电机实现的磁结构的视图，其中图8(1)是该电机的立体图；图8(2)是该电机的示意性平面图；图8(3)是其侧视图；图8(4)示出了A相位电磁线圈(第一磁体)；而图8(5)示出了B相位电磁线圈(第二磁体)。
图9示出了各个相位线圈检测器相对于包括永磁体的转子的位置关系的帧格式。
图10是与用于形成在驱动器中的线圈励磁频率信号的信号处理有关的波形图。
图11是转子或滑子反转时的信号波形。
图12是表示线圈励磁电路的另一实施例的电路框图。
图13是与在具有如图10所示结构的励磁电路中执行的信号处理有关的波形图。
图14是表示在采用不包括检测器的磁结构的情况下的电路结构的框图。
图15是用于说明与图14所示的电路结构有关的相位校正操作的波形图。
图16是当转子的转速变高时在信号处理中的波形图。
图17是如上所述的A相位和B相位缓冲电路的详图。
图18是表示图6中所示的驱动器单元的另一实施例的框图。
图19是表示图6所示的驱动器单元的详细框图。
图20是输出到线圈的励磁电流的PWM控制波形特征曲线图。
图21是根据图19所示的框图结构的波形特征曲线图。
图22是电机反转时的波形控制特征曲线图。
图23是示出了用于向电磁线圈施加励磁电流的励磁电路的另一实施例的框图。
图24是图23所示的励磁电路的波形图。
图25是表示启动控制单元和检测器追踪控制单元的另一实施例的框图。
图26是图25所示的启动控制单元和检测器追踪控制单元的控制波形图。
图27是表示各个相位线圈的驱动的另一实施例的框图。
图28示出了根据本发明第二磁结构的帧格式以及工作原理。
图29是表示图28中所示的电磁线圈的连接状态的等效电路图。
图30示出了与图28中所示的磁结构有关的电机的结构。
图31是如下实施例中的信号波形图，在该实施例中，分别向图6中所示的功能框图中的A相位电磁线圈和B相位电磁线圈提供驱动信号的两个相位。
图32是对应于图31中所示的波形特征的缓冲电路的框图。
图33是图8中所示的电机的变型示例，图33(1)是其平面图，而图33(2)是其侧视图。
图34示出了利用根据本发明的磁结构而形成的线性电机的帧格式。
图35示出了与另一实施例有关的电机的帧格式。
图36用于说明与另一实施例有关的电机。
图37是图14中所示的转子的变型示例。
图38是表示在采用本发明的磁体作为发电机的情况下发电的操作波形图。
图39示出了与如下的电机的结构有关的帧格式，在该电机中，利用第一磁体形成的定子和第二磁体形成的定子的位移与图33中所示的位移不同，其中图39(1)是其平面图，而图39(2)是其A-A剖视图。
图40是多极励磁转子的平面图。
图41是电机的转矩计算的概念图。
图42是形成为扇形的转子的驱动的概念图。
图43是图35的变型示例。
图44是图35的另一变型示例。
图45是将根据本发明的实施例应用于驱动透镜的应用示例。
图46示出了将根据本发明的磁结构应用在循环体内的应用示例。
图47示出了将根据本发明的磁结构应用在挠性循环体内的实施例。
图48是表示负载电路单元的电路图。
图49示出了外壳的剖视结构，用于表示对用于容纳与本发明有关的磁结构的外壳的表面处理。
图50示出了与本发明有关的磁结构的发电原理，并示出了图1-4的磁结构的详细说明。
具体实施例方式
图1至图4示出了根据本发明的磁结构的帧格式以及工作原理。将该磁结构构成为，包括第一磁体(A相位线圈)10和第二磁体(B相位线圈)12，它们具有水平方向的磁场；以及位于其间的第三磁体14。可以以圆形(圆弧、圆圈)或者直线的方式来构成这些磁体。
当圆形地形成该磁体时，第三磁体或者第一/第二磁体用作转子，而当直线地形成该磁体时，第三磁体或者第一/第二磁体用作滑子(slider)。
第一磁体10包括如下的结构，其中以规定间隔(优选地为等间隔地)依次布置能够被交替地磁化为相反磁极的线圈16。图5中示出了该第一磁体的等效电路图。根据图1至图4，如稍后所述，在关于两相励磁线圈的启动旋转(2π)期间，对每个线圈不断进行激励。因此，可以在高转矩下旋转或驱动诸如转子或滑子的受驱者。
如图5(1)中所示等间隔地串联连接多个电磁线圈16(磁单元)。标号18A表示用于向该磁线圈施加频率脉冲信号的励磁电路块。用于磁化该线圈的励磁信号从该励磁电路流向电磁线圈16，并且预先设置各个线圈以将其磁化为，使得磁极的方向在相邻的线圈之间交替地变化。如图5(2)所示，也可以并联连接电磁线圈16。
如图1至图4所示，当从该励磁电路18A向第一磁体10的电磁线圈16施加一信号时，形成了磁像(magnetic pattern)，该磁像中第三磁体14侧的极性以N极→S极→N极的方式交替地变化，其中所述信号具有用于以预定周期交替地切换要施加的励磁电流的极性方向的频率。当频率脉冲信号变为相反极性时，形成了磁像，该磁像中第一磁体在第三磁体侧的极性以S极→N极→S极的方式交替地变化。结果，第一磁体10中呈现的励磁模式(exciting pattern)周期性地变化。
第二磁体12的结构与第一磁体10类似，区别在于，将第二磁体的电磁线圈18的位置布置成相对于第一磁体的电磁线圈16不成一条直线。换句话说，如权利要求中所述，将第一磁体线圈的行距(array pitch)和第二磁体线圈的行距被设定为具有指定的行距差(角度差)。作为这种行距差，可以优选地采用，对应于励磁电流频率的一个周期(2π)，永磁体(第三磁体)14相对于线圈16、18移动的距离的π/2或1/4的距离，也就是说，一对N极和S极的总距离。
下面将说明第三磁体14。如图1至图4所示，第三磁体14位于第一磁体和第二磁体之间，并且以规定间隔(优选地为等间隔)线性地(以直线或圆弧)布置具有交替相反极性的永磁体20(以黑色标出)。圆弧可以是正圆、椭圆、闭合环路，并且进一步包括非特定的圆形结构、半圆，以及扇形。
平行地(例如等距离地)布置第一磁体10和第二磁体12，并将第三磁体14布置在第一磁体和第二磁体的中间。第三磁体中的各个永磁体的行距大约与第一磁体10和第二磁体12中的磁线圈的行距相同。
下面将参照图1至图4来说明以下磁结构的操作，在该磁结构中将前述第三磁体14布置在第一磁体10和第二磁体12之间。作为前述励磁电路(图5中的标号18，稍后描述)的结果，在某一时刻，对于第一磁体和第二磁体的电磁线圈16、18生成了如图1(1)所示的励磁模式。
此时，对于在第一磁体的面对第三磁体14侧的表面上的各个线圈16，以→S→N→S→N→S的模式生成了磁极，而对于在第二磁体12的面对第三磁体14侧的表面上的线圈18，以→N→S→N→S→N的模式生成了磁极。该图中，实线箭头表示吸引，而点划线箭头表示排斥。
如(2)中所示，在下一时刻，通过驱动电路施加给第一磁体的波脉冲的极性相反时，在(1)中所示的第一磁体10的线圈16中生成的磁极与第三磁体14表面上的永磁体20的磁极之间，产生了排斥。另一方面，在第二磁体12的线圈18中生成的磁极与第三磁体14的永磁体表面上的磁极之间，产生了吸引。因此，如(1)至(5)所示，第三磁体在水平方向连续移动。
向第二磁体12的线圈18施加波脉冲，该波脉冲的相位较之第一磁体的励磁电流不同步，并且，如(6)至(8)所示，第二磁体12的线圈18的磁极和第三磁体14的永磁体20的表面上的磁极相排斥，使第三磁体14在水平方向上移动得更远。(1)至(8)表示永磁体移动了对应于π的距离的情况，而(9)至(16)表示永磁体移动了对应于剩余π的距离的情况。也就是说，第三磁体相对于第一和第二磁体，移动了对应于(1)至(16)中施加给电磁线圈16、18的频率信号的一个周期(2π)的距离。
如上所述，通过分别向第一磁体(A相位)和第二磁体(B相位)提供相位彼此不同的频率信号，第三磁体14可以直线滑动，或者第三磁体14可作为转子进行旋转。
如果第一磁体、第二磁体以及第三磁体形成为圆弧，图1中所示的磁结构就成为旋转电机的结构，而如果这些磁体形成为直线，该磁结构就成为线性电机的结构。尽管永磁体以外的部分，例如外壳或转子以及电磁线圈可以由导体形成，但是优选地，由无磁性的且重量轻的材料，例如树脂、铝或镁等来形成这些部分，从而实现了减重，并实现了例如具有开磁路且磁效率优异的电机的旋转驱动器。本发明的磁结构并不产生铁损(涡流损耗)，因为它是不采用铁材料的结构。也就是说，本发明提供了一种方法、设备或系统，用于通过使用类似的控制设备切换电磁线圈与永磁体之间的吸引和排斥，来驱动诸如转子或滑子的移动体，其中电磁线圈是通过在非磁性体周围缠绕线圈(例如，在非磁性绕线管周围缠绕导电套)而形成的。在稍后描述的实施例中，将说明由非磁性定子构造的驱动设备，该非磁性定子是通过利用非磁性绕线管来形成线圈而获得的。
顺便提及，作为用铝来制造线圈绕线管和外壳的结果，获得了出色的冷却效果，由于由铜损所生成的内热可以很容易地传导并释放到外部。图49(1)表示以下状态的帧格式为了避免磁通量泄漏出外壳，对该外壳进行了表面处理。外壳900经过了以下处理铜镀902和钢镀(例如硅钢)904，以及随后的精整镀(finishing plating)906。图49(2)表示以下情况在外壳材料上涂覆内涂层材料903，随后涂覆包含应用材料的钢(例如硅钢)，然后涂覆精整应用材料905。
根据这种磁结构，由于第三磁体在受到第一磁体和第二磁体的磁力作用后会发生移动，所以移动第三磁体的转矩会增大，从而重平衡会变得更加出色。因此，可以提供能够用高转矩来驱动的微型和轻型电机。
图6是表示励磁电路18A的框图，该励磁电路18A用于向第一磁体的电磁线圈(A相位电磁线圈)和第二磁体的电磁线圈(B相位电磁线圈)施加励磁电流。
该励磁电路被构造为，分别向A相位电磁线圈16和B相位电磁线圈18提供受控脉冲频率信号。标号30是石英振荡器，而标号31是M-PLL电路31，用于在对该振荡频率信号进行M分频后生成基准脉冲信号。
标号34是检测器，用于生成与第三磁体(本示例中为转子)14的转速相对应的位置检测信号。可以使用数字输出方法或模拟输出方法检测器作为该检测器，并且，例如，可以适当地选择孔检测器(磁检测器)或光检测器。转子设置有与永磁体数量相对应的多个孔(与光检测器单元相比，在磁检测器的情况下，通过提供响应于各个永磁体的磁检测器，孔不是必需的)，并且，当孔与检测器相对应时，检测器每次经过孔位置时都生成一脉冲。标号34A是A相位侧检测器，用于向A相位电磁线圈的驱动器电路提供检测信号，而标号34B是B相位侧检测器，用于向B相位电磁线圈的驱动器电路提供检测信号。
来自检测器34A、34B的脉冲信号分别被输出给驱动器32，用以向第一磁头和第二磁体提供励磁电流。标号33是CPU，其向M-PLL电路31和驱动器32输出规定的控制信号。
图7是表示该驱动器单元的详细结构的框图。该驱动器单元被构造为包括A相位侧极性切换单元32A、B相位侧极性切换单元32B、A相位侧相位校正单元32C、B相位侧相位校正单元32E、A相位缓冲器32G、B相位缓冲器32H、D-PLL电路32I，以及正转/反转切换单元32J。
向该驱动器32输入基波31，其中利用石英振荡器对振荡频率进行M分频。根据该基波，利用A相位线圈(第一磁体)极性切换单元32A来切换极性，然后将其输入到A相位线圈相位校正单元32C。此外，根据该基波31，利用B相位线圈(第二磁体)相位切换单元32B来控制相位，然后将其输出给B相位线圈相位校正单元32E。
将CPU33的控制信号输出给该转子或滑子的正转(前进)/反转(后退)切换单元32J，然后该切换单元32J在CPU33的控制下并根据正转/反转，来控制前述A相位极性切换单元32A和B相位极性切换单元32B。
将A相位检测器34A的输出输出给A相位线圈相位校正单元32C，而将B相位检测器34B的输出输出给B相位线圈相位校正单元32E。此外，将从A相位极性切换单元32A输出的且其中极性经过切换的基波输出给A相位校正单元，而将来自B相位极性切换单元的基波输出给B相位校正单元32E。此外，将在D-PLL电路32I中将基波进一步乘以锁相分频比(D)的频率信号分别输入给A相位侧相位校正单元32C和B相位侧相位校正单元32E。
为了根据来自操作输入装置(未示出)的输入信息来控制转子的转速或滑子(第三磁体)的速度，CPU33通过从预定存储器中读取M分频比，利用读出的值(M)来改变基波的频率。此外，如稍后所述，也对D-PLL的分频比(D)应用上述操作。这些分频比随磁体的工作特性的值而改变；例如，对转子的转速和滑子的移动速度，并且预先设定这些变化特性，并以存储表的形式将其预存储在规定的存储区域中。
A相位侧相位校正单元32C和B相位侧相位校正单元32E对A相位励磁频率信号和B相位励磁频率信号的相位进行校正，使之与前述的检测器34A、34B的信号同步，以输出其中A相位线圈和B相位线圈分别和彼此具有合适的相位差的励磁频率信号，从而使作为第三磁体的转子或滑子旋转或前进。
A相位缓冲器单元32G是用于向A相位线圈提供经相位校正的频率信号的电路装置，而B相位缓冲器单元32H是用于向B相位线圈提供经相位校正的频率信号的电路装置。
图8表示该磁结构具体化为同步电机的视图，其中图8(1)是该电机的立体图；图8(2)是转子(第三磁体)的示意性平面图；图8(3)是其侧视图；图8(4)示出了A相位电磁线圈(第一磁体)；而图8(5)示出了B相位电磁线圈(第二磁体)。图8中的标号与对应于前图的结构组件相同。
该电机包括相当于定子的A相位磁体10和B相位磁体12的一对磁体，以及构成转子的第三磁体14，并且转子14布置在A相位磁体和B相位磁体之间并可以绕着轴37旋转。为了使转子和转轴整体地旋转，将转轴37压配合到转轴孔中。如图8(2)、(4)和(5)所示，围绕转子的圆周方向等间隔地为其设置了6个永磁体。令这些永磁体的极性彼此相反，并且围绕定子的圆周方向等间隔地为其设置了6个电磁线圈。
相隔指定的距离T(对应于π/2的距离)将A相位检测器34A和B相位检测器34B设置在A相位磁体(第一磁体)的外壳内部的侧壁上。A相位检测器34A和B相位检测器34B之间的距离是对应于如下值的距离，该值用于对于施加给A相位线圈16的频率信号和施加给B相位线圈18的频率信号提供规定的相位差。
如上所述，在边缘处沿着形成为圆形的转子的圆周方向均匀地形成有多个孔35(例如，与围绕转子的圆周方向均匀设置的永磁体的个数相等的个数；本发明中为6个孔)。检测器由光发射单元和光接收单元构成。在该孔中设置了一组件，用于不断反射来自检测器的光发射单元的红外光，并且在检测到该位置时吸收该红外光。
此处，在转子14旋转的同时，每当孔35经过检测器时，A相位和B相位检测器就生成一脉冲。换句话说，为孔35设置有用于吸收光的凹槽或吸光材料，从而，每当该孔经过检测器时，检测器的光接收单元不会接收到从光发射单元发射出来的光。因此，检测器根据转子14的转速和孔数生成了具有规定频率的波脉冲。
图9是包括永磁体20的转子(盘)14的平面图，该永磁体20用于产生水平方向(圆周方向)的磁场。在前述实施例中，尽管各个相位检测器是由光学检测器34A、B和孔35组合而成的，但是也可以替代地使用磁检测器(MR检测器)。此外，尽管孔35形成在磁极之间，但是也可以将其设置在永磁体部分上。此时，必需将A相位检测器和B相位检测器的位置关系互换。
图10是与信号处理有关的波形图，该信号处理针对的是形成在驱动器32中的线圈励磁频率信号。在以下说明中，如果需要，参照图8将会有所帮助。(1)是参考频率波形，(2)是来自A相位检测器34A的信号，而(3)是来自B相位检测器34B的信号。如上所述，A相位检测器和B相位检测器被安装在电机上，以便输出规定的相位差(本例中为π/2)(参见图8)。
A相位侧相位校正单元32C执行传统的PLL控制，对A相位检测器的输出波形(2)的相位和基波(1)的相位进行同步，然后向A相位线圈缓冲电路32G输出用于励磁A相位线圈16的波脉冲，例如(4)。下面将描述这种缓冲电路结构。
利用具有一定频率的输入脉冲，该缓冲电路对该缓冲电路中的晶体管进行PWM控制，用于将励磁电流充入到A相位线圈中。对B相位侧相位校正单元32E的操作执行同样的控制。(5)是从B相位侧相位校正单元32E输出到B相位电磁线圈缓冲电路32H中的驱动波形。通过比较(4)和(5)显见，施加到A相位线圈16上的励磁信号和施加到B相位线圈18上的励磁信号的相位彼此不同，并且相位差为π/2。
图11是转子和滑子反转时的波形。将该波形与图10中所示的波形相比会发现在图11中，要施加给B相位电磁线圈18的励磁波脉冲的极性是相反的，并且这是唯一的不同。下面来比较图10(5)和图11(5)。从图10切换到图11后，对图10的旋转方向进行了制动。
接下来，参照图12来说明线圈励磁电路的另一实施例。与本实施例有关的电路与图7所示电路的区别在于，为了向驱动器32的各个相位校正单元(32C、32E)提供经分频的脉冲信号，设置有用于对来自A相位检测器的脉冲信号进行分频和SA相乘的SA-PLL控制电路37A，以及类似地，用于对来自B相位检测器的脉冲信号进行分频和SB相乘的SB-PLL控制电路37A。
当仅在上述的电机(图8)的转子14的一个位置处设置孔35的情况下采用该电路。图13是与在构成为如图12所示的励磁电路中执行的信号处理有关的波形图。如图13(2)和(3)所示，从各个A相位和B相位检测器输出的所检测的波形的频率是图10所示情况的1/6。换句话说，每当转子旋转一周，输出一个脉冲。
在SA-PLL 37A中对从A相位检测器输出的脉冲波形的频率乘以6，以使之变成(4)中所示的波形，并且类似地，在SB-PLL 37B中对来自(5)中所示的B相位检测器的波脉冲的频率乘以6，以使之变成(5)中所示的波形。
对来自检测器的波脉冲和基波的波脉冲的经校正的相位进行同步，并且从A相位线圈相位校正单元32C向A相位线圈缓冲电路32G提供具有图13(6)所示波形的驱动信号。类似地，从B相位线圈相位校正单元32E向B相位线圈缓冲电路32H提供具有(7)所示波形的驱动信号。
图14表示带有开环的驱动电路，通过根据来自M-PLL 31的频率来对A相位电磁线圈和B相位电磁线圈进行励磁，其无需使用图6所示的A相位检测器34A和B相位检测器34B，并且无需从检测器向驱动器返回信号。此外，如图15所示，基于来自M-PLL 31的信号向A相位电磁线圈和B相位电磁线圈(二者而具有90度的相位差)提供频率相同的驱动信号。
图16是转子(参见图8)的转速变高时信号处理的波形图。该处理的特征方面在于，当转子的转速变高时，为了补偿与转子旋转有关的内力的影响，将励磁电流的相位校正为在转子的转速位于不存在这种影响的范围内的情况下的励磁电流的相位。
(1)至(5)的波形特征与图10所示的相同。图10的波形是在转子的转速位于不存在这种影响的范围内的情况下进行信号处理的结果。当转子的转速变高时，对定子(10、12)的各个电磁线圈的励磁极性的切换相对于转子的转速被延迟，从而会产生对用于试图增大转子的转速的控制请求的压制影响。因此，如A相位侧励磁电流波形(6)所示，较之转子低速或中速旋转的情况下的A相位侧励磁电流波形(4)，相位被提前了H的量。对B相位侧线圈也进行同样的处理(参见(5)和(7))。
为了偏移相位，相位校正单元(32C、32E)对利用图7所示的D-PLL32I获得的波脉冲进行计数，并利用该计数值。相位的偏移量(H)由转子的转速预先确定，并以表形式将其存储在存储器中。图7所示的CPU通过检测器34A、B的检测信号来控制转子的转速，并确定具体的相位偏移量。此外，该CPU还根据转子的转速，从表中确定出D-PLL 32I的分频比(D)。
图17是如上所述的A相位和B相位缓冲电路(32G、H)的详图。该电路包括切换晶体管TR1至TR4，用于向A相位电磁线圈或B相位电磁线圈提供波脉冲形式的励磁电流。此外，该电路还包括反相器35A。
这里，当将“H”作为信号提供给该缓冲电路后，TR1截止，TR2导通，TR3导通而TR4截止，从而向线圈提供了Ib方向的励磁电流。同时，将“L”作为信号提供全该缓冲电路后，TR1导通，TR2截止，TR3截止而TR4导通，从而向线圈提供了Ia方向(与Ib相反)的励磁电流。因此，A相位电磁线圈和B相位电磁线圈各自的励磁模式可以交替地变化。这是针对于关于图1进行的说明。
图18是其另一实施例，并且与图7所示的驱动器单元32的不同部分在于，设置有驱动控制单元300代替极性切换单元和相位校正单元。该驱动控制单元能够对于A相位侧线圈和B相位侧线圈分别执行旋转控制，并且还能够仅对一个相位侧的线圈进行旋转控制。
如图19所示，该驱动控制单元由A相位线圈、B相位线圈启动控制单元30，以及检测器追踪控制单元304构成。启动控制单元用于控制电机的启动，而检测器追踪控制单元执行操作，通过返回从各个相位线圈检测到的脉冲，使提供给各个相位线圈的信号波形跟踪这种检测到的脉冲并与其同步，而无需在电机启动后向缓冲器单元提供基波。利用M-PLL31对来自石英振荡器30的频率进行分频，然后将其提供给驱动控制单元300。
在图19中，将来自CPU33的旋转开始/停止指示306和旋转方向指示308输入到启动控制单元302和检测器追踪控制单元304中。标号310是多路复用器，对来自启动控制单元的控制输出和来自检测器追踪控制单元的控制输出进行切换。将来自D-PLL 32I的输出(基波)提供给启动控制单元302。利用多路复用器310，将用于切换来自启动控制单元302的输出以及来自检测器追踪控制单元304的输出(A相位驱动、B相位驱动)从启动控制单元302输出给该多路复用器的输入端子SEL。启动控制单元302向多路复用器310和检测器追踪控制单元304输出用于将控制模式从启动后控制相位转换到检测器追踪控制相位的输出Ti。此外，要在电机的启动过程中提供给启动控制单元的励磁电流可以是低频的(例如，大约10Hz)。
标号312是PWM控制单元，其对基于来自CPU33的占空比命令值340而提供各个线圈的驱动信号的占空比进行改变。图20(1)和(2)是波形特征图，其中已对占空比进行了控制，并且，利用A相位和B相位的各个驱动输出的H周期，在CPU的控制下改变占空比。例如，在需要电机(负载)的最大转矩(启动、加速，以及负载增大/变化)的情况下，可以将占空比设为100％，而在其他情况下，例如，电机匀速运转或低负载期间，可以降低占空比。CPU通过测量来自A相位侧磁体和B相位侧磁体的检测器输出，来查找电机的负载波动，然后通过表设置来确定预定的占空比，并将其存储在存储器中。与(1)的特性图相比，(2)的特性图表示以更有利的能量转换效率实现占空比的切换控制的控制模式。
图21是图18所示的电路中的波形特征图，其中(1)是M-PLL波脉冲；(2)是电机启动标记；(3)是A相位检测器输出；(4)是B相位检测器输出；(5)是基于A相位检测器的触发器输出；(6)是基于B相位检测器的触发器输出；(7)是对A相位线圈的输出脉冲波形；(8)是对B相位线圈的输出脉冲波形；(9)是电机的启动周期；(10)是对应于启动周期的计数器的计数值；而(1A)是电机的正转/反转标记。图19所示的多路复用器在上述(9)的边缘周期内输出启动控制单元302，并在L周期内切换到检测器追踪控制单元304，并且在(7)和(8)中对此进行了图示。
此时，当从CPU向启动控制单元302和检测器追踪控制单元304输出旋转方向指示和旋转指示时，启动控制单元在存储器内产生用于通知启动周期的标记(参见图21(9))。启动控制单元302对M-PLL 31的数量为2π(例如，总共7个脉冲)内的波脉冲进行计数。在该周期内((10))，如图21(7)和(8)所示，无需依照检测器的输出，启动控制单元就可以根据A相位和B相位的各个线圈经过M-PLL的频率，来生成驱动信号，将其输出给各个相位线圈，然后启动电机。启动控制单元在启动周期之后对启动标记进行重设。
启动周期过后，检测器追踪控制单元304经由触发器(图21(5)、(6))通过各个相位检测器的输出(图21(3)、(4))来生成针对各个相位线圈的驱动信号。在启动周期之后的检测器追踪控制周期内，检测器追踪控制单元304并不使用M-PLL的输出来生成针对各个相位线圈的驱动信号。启动周期过后，CPU向多路复用器310输出一切换命令，该切换命令会被发送至检测器追踪电路。该多路复用器将来自启动控制单元的输出切换到来自检测器追踪控制单元的输出，并将其输出至PWM控制单元312。在PWM控制单元中，对针对各个相位线圈的驱动输出的占空比进行了改变和调整、控制之后，将其发送给各个相位线圈的缓冲电路32G、H。低速旋转过程中，由于没有使用各个相位检测器，故可以采用一种操作，用来执行其中M-PLL频率仅在启动周期内变化的转速控制。
在电机反转期间，当从CPU向启动控制单元或检测器追踪控制单元发送了反转命令时，产生反转标记(图21(1A))，设定了该标记后，检测器追踪控制单元304在旋转方向位移带周期(图22中的标号350)内一次掩蔽(mask)B相位检测器的输出，并在掩蔽期间将B相位线圈的正转励磁信号的极性切换到B相位线圈的极性(反转期间)。结果，电机从正转到反转的行为会变得平滑。或者，可以在正转期间设定反转标记，从而可以获得针对正转的制动效果。
根据此处所述的实施例，电机启动后，由于已经跟踪了检测器的输出，形成了待发送给A相位磁体和B相位磁体的励磁信号，所以驱动控制单元可以提供与电机的负载波动精确对应的励磁信号。此外，如果电机中不需要很大的转矩，则稳定旋转之后，可以停止A相位或B相位。这种情况下，其中励磁信号已经停止了的相位的磁体在不是未励磁状态的状态下，可以成为发电装置或制动控制装置。
图23是用于向电磁线圈提供励磁电流的励磁电路(图14)的变型示例，区别在于，仅为一个相位侧设置了检测器34A。换句话说，在PLL2处对来自A相位检测器的输出频率乘以N，并且根据前述的时钟生成了用于控制B相位线圈的仿真检测脉冲频率34AB。图24是图23所示的电路的控制波形特征图，B相位线圈信号(3)是根据时钟频率生成的。
下面，图25是表示图19所示的启动控制单元和检测器追踪控制单元的另一实施例的框图，而图26是其控制波形时序图。图25中所示的信号线路的标号对应于图25中所示的控制波形的标号。图26示出了带有标号的信号线路的波形。
将来自CPU的旋转方向的指示输出(2)输出至D触发器400的D输入的EX-OR电路401中。此外，将该输出(2)输出至由形成后述输出(12)和(13)的逻辑电路表402。将来自CPU的旋转开始指示输出(3)和M-PLL时钟(1)输出至M值计数器404。
利用M计数器的输出值(8)，将表402和规定的N值输出给确认/识别电路406。还将前述旋转开始支持输出(3)也输出至检测器值控制单元的预设电路408。将来自表402的A相位驱动开始输出(12)和B相位驱动开始输出(13)输出至多路复用器312。将A相位驱动开始输出(12)和B相位驱动开始输出(13)输出至AB相位比较器410。将来自AB相位比较器的输出输出至D触发器412的使能端子。将D-EF412的Q输出(11)输出至多路复用器312的选择端子。将D-EF412的D输入持续励磁至一电平。将识别电路406的输出(9)输出给AB相位比较电路。将A相位线圈励磁信号从多路复用器312提供给A相位缓冲器32G。类似地，将B相位线圈励磁信号提供给B相位缓冲器32H。将D-EF 412的Q端子的输出(11)提供给M值计数器404。将输出(11)提供给预设电路408。
将B相位检测器34B和A相位检测器34A的位置检测输出(5)和(4)输出至NOR电路414。将输出(5)输入至D-EF 400时钟。将输出(4)输入至D-EF 416时钟。将OR电路414的输出提供给D-EF 412的时钟输入。将D-EF 400的Q输出(7)提供给多路复用器312和AB相位比较单元410。将D-EF 416的Q反用换流器输出提供给D端子。将D-EF 416的Q输出(6)提供给多路复用器312和AB相位比较单元410。将D-EF 416的Q输出提供给EX-OR电路401的输入。在CPU的控制下，预设电路408将预设输出提供给D-EF 400的预设端子416。
下面说明图25中所示的逻辑电路块的操作。该电路在电机启动时利用启动控制单元生成了A/B相位线圈励磁信号(12)和(13)，将其提供给多路复用器，并将该励磁信号从多路复用器提供给A相位线圈和B相位线圈。此后，当电机开始旋转时，在检测器追踪控制单元中形成了与A相位检测器和B相位检测器同步的A/B相位线圈励磁信号，并将它们提供给各个相位线圈。利用要提供给多路复用器的选择端子(SEL)的切换信号(11)，对启动控制单元的输出和检测器追踪控制单元的输出进行切换，然后将其提供给各个相位线圈。
根据M值计数器的输出(8)，表402形成用于励磁各个相位线圈的励磁信号(12)和(13)。已经提供了前述励磁信号的A相位线圈和B相位线圈使包括永磁体的转子(图8中的标号14)旋转。当转子旋转时，将检测脉冲从A相位检测器和B相位检测器输出。当B相位检测器检测到转子的旋转并且检测到位置检测输出(5)时，NOR电路414向FF412输出时钟。当A相位检测器检测到转子的旋转并且生成位置检测输出(4)时，将其提供给FF416的时钟输入。当输入了该时钟时，形成了A相位线圈驱动信号(6)。将所检测的B相位检测器的输出提供给FF 400，由此生成B相位线圈驱动信号(7)。
当M值计数器的计数值变为2或更大时，识别电路406向AB相位比较电路406输出激活信号。这一动作的前提是，当计数器的计数值在三个时钟以内时，从A相位检测器或B相位检测器输出H电平脉冲。在启动周期内，由于输出了励磁信号(12)和(13)，所以AB相位比较电路406向FF 412的使能端子输出H电平(10)。结果，FF 412被激活，并且当将检测器侧输出提供给时钟输入时，向多路复用器312提供切换输出(11)，用于切换待提供给线圈(6)和(7)的输出(12)和(13)。
尽管接收到了输出(11)的输入(H)，但是计数器不会对新时钟(1)计数。尽管在启动期间内利用CPU来控制预设电路408并将预设输出提供给FF 400和416，但是当信号(11)的输入抵达预设电路时，FF 400和416的预设状态便会解除。
接下来，将参照图27来说明A相位线圈驱动缓冲电路和B相位线圈驱动缓冲电路的另一实施例(与图17不同)。该实施例与图17的不同之处如下。向缓冲器600提供A1相位驱动信号，向缓冲器602提供A2相位驱动信号，向缓冲器604提供B1相位驱动信号，并且向缓冲器606提供B2相位驱动信号。将各个相位的驱动信号提供给EX-NOR电路610、614，并将该电路的输出提供给AND电路(否定逻辑OR)608、612的一个端子。提供给AND电路608、612的另一个端子的是OFF模式选择电路630的输出。将AND电路的输出返回该缓冲器。选择电路630用于在旋转状态下选择电机的OFF状态(再生制动或惯性旋转)，并且，在该再生制动状态下，利用CPU通过选择电路生成了“L”电平输出。在停止状态，由于各个相位的驱动信号也是“L”电平，所以缓冲器600、602、604、606导通，将该“L”信号提供给A相位线圈和B相位线圈侧的两个检测器，然后变为短路状态。因此，电机经受再生制动，并可以被用作发电机。同时，当电机选择“H”时，这些缓冲器被截止，线圈两端的接触点脱离，然后电机经历惯性旋转。
下面说明另一种磁结构。图28表示帧格式及其工作原理。第一磁体10包括一种结构，其中以规定间隔(优选地为等间隔)依次设置有多个线圈16。将这多个线圈同时被励磁为S或N。图29是第一和第二磁体的等效电路图。根据图28，如稍后所述，在相对于两相励磁线圈的一周旋转(2π)期间，对每个线圈进行不断地励磁。因此，能够以高转矩来旋转或驱动诸如转子或滑子的受驱体。
如图29(1)所示，分别在A相位线圈10和B相位线圈12中等间隔地串联有多个电磁线圈16或18(磁单元)。标号18A是用于向该磁线圈施加频率脉冲信号的励磁电路块。当使用于磁化线圈的励磁信号从该励磁电路流入电磁线圈16、18时，将与各个相位相邻的线圈组构造为，以同极的方式被励磁为S或N。如图29(2)所示，还可以将A相位线圈10和B相位线圈12的各个电磁线圈(16或18)并联连接。
当流入的信号具有以下频率时，形成了第三磁体14侧的极性交替地从N极→S极→N极变化的磁像该频率用于以预定的周期对将从该励磁电路18A提供给如图28中所示的第一和第二磁体10、12的电磁线圈16、18的励磁电流的极性方向进行交替地切换。第二磁体12的结构类似于第一磁体10，而区别在于将第二磁体的电磁线圈18的位置设置为与第一磁体的电磁线圈16不成直线(存在角度差)。
换句话说，将第一磁体线圈的行距和第二磁体线圈的行距被设定为具有预定的行距差(角度差)。作为该行距差，优选地可以采用与π/N弧度(其中N为永磁体的个数)相对应的距离。
接下来，参照图28来说明这种磁结构的操作，在该磁结构中，在第一磁体10和第二磁体12之间设置有前述第三磁体14。作为前述励磁电路(图29中的标号18A，稍后描述)作用的结果，在特定时刻，对于第一磁体和第二磁体的电磁线圈16、18生成了如图28(1)所示的励磁模式。
其中，对于在第一磁体的面对第三磁体14侧的表面上的各个线圈16，以所有S极的模式产生磁极，并且对于第二磁体12的面对第三磁体14侧的表面上的各个线圈18，以所有N极的模式产生磁极。在该图中，箭头的方向表示吸引和排斥。相同磁极之间产生排斥，不同磁极之间产生吸引。
下一时刻，作为第一/第二磁体与第三磁体之间的吸引和排斥的平衡的结果，第三磁体14朝向(1)的右侧移动。
下一时刻，当如(2)和(3)所示，第一磁体10的各个线圈被励磁为N极，而第二磁体12的各个线圈被励磁为S极时，第三磁体继续向右移动。接下来，如(4)所示，当第一磁体10的各个线圈16的磁极被磁化为S极，而第二磁体12的各个线圈18被磁化为N极时，第三磁体14进一步向右移动。由于向各个相位的线圈提供具有能够重复以上(1)至(4)的方波，所以可以使第三磁体14连续旋转或滑动。
也就是说，在(1)至(4)的过程中，第三磁体相对于第一/第二磁体移动了对应于施加给电磁线圈16、18的频率信号的一个周期(2π)的距离。
图30表示将该磁结构实现为同步电机的视图，其中图30(1)是该电机的立体图；图30(2)是转子(第三磁体)的平面示意图；图30(3)是该转子的侧视图；图30(4)表示A相位电磁线圈(第一磁体)；而图30(5)表示B相位电磁线圈(第二磁体)。此外，为了更好地理解这种结构，可以参照图8的说明。如图30(2)、(4)和(5)所示，围绕转子的圆周方向等间隔地为其设置了6个永磁体。使永磁体的极性彼此相反，并且围绕定子的圆周方向等间隔地为其设置了6个电磁线圈。
以π/2rad的角度差在A相位磁体(第一磁体)的外壳内部的侧壁上设置有A相位检测器34A和B相位检测器34B。A相位检测器34A和B相位检测器34B之间的距离是一距离，该距离与用于对施加给A相位线圈16的频率信号和施加给B相位线圈18的频率信号提供预定相位差的值相对应。
图31是一实施例的信号波形图，其中分别在图28和29的结构中，向A相位电磁线圈和B相位电磁线圈提供两相驱动信号。A侧电磁线圈的第一相位(A1相位驱动)与第二相位(A2相位驱动)具有π的相位差。
B侧电磁线圈的第一相位(B1相位驱动)与第二相位(B2相位驱动)也具有相似的相位差。A相位驱动信号与B相位驱动信号波形之间的相位差为π/2。作为分别用两相来驱动A相位侧磁体和B相位侧磁体的结果，可以增大电机的驱动转矩。
图32表示用于两相驱动A相位侧磁体和B相位侧磁体的缓冲电路。另外，尽管以上说明的检测器是光孔检测器，但它们也可以是磁检测器。此外，尽管以上说明中，孔是设置在永磁体之间，但是也可以在永磁体上设置这些孔。在这种情况下，A/B相位检测器的位置应当互换。
图33是图8所示的电机的变型示例。(1)是其平面图，(2)是其侧视图。此处所示的电机与图8中所示的电机的区别之处在于，第一磁体10、第二磁体12以及第三磁体14沿着径向彼此面对。
此外，将第一磁体10的电磁线圈16和第二磁体12的电磁线圈16布置为，彼此之间具有行距差B。第三磁体14在径向上具有近似U形的横截面，形成侧面的圆形区域14B夹在第一磁体10与第二磁体12之间，并且沿着该圆形区域的圆周方向均匀地布置有永磁体18。
图34示出利用根据本发明结构的磁结构形成的线性电机的帧格式。(1)和(2)表示第三磁体14作为滑子的情况，并且主体102包括作为定子的第一磁体10和第二磁体12，其中(1)是其前视图，(2)是其侧视图。此外，(3)和(4)表示第三磁体14作为定子，并且前述主体102作为滑子，其中(3)是其前视图，(4)是其侧视图。标号100是一轴承(bearing)。
图35表示属于另一实施例的电机的帧格式。该电机与上述电机的不同之处在于，串联连接有多个转子14。换句话说，通过隔板110，沿着该电机的转轴14A的方向串联层叠了两个磁结构。以下磁结构包括用作为定子的一对磁体10、12，以及通过在这些定子之间沿圆周方向设置多个永磁体而形成的转子14。利用轴承112将转轴14A轴向支撑在机壳114内。根据本发明，除了生成的转矩被加倍以外，还有能够提供可高速旋转的电机的优点。此外，还可以将位于隔板110两端的各个磁体10、12共用为单个磁体。
图36用于说明属于另一实施例的电机，它与前述实施例的区别在于，在转子中形成有齿轮120，其中(1)是其平面图，(2)是其侧面图。如(1)中所示，齿轮120形成在转子14的圆周边缘上。在形成为圆弧的转子的圆周方向等间隔地设置有永磁体18。图37是图14所示的转子的变型示例，其中(1)是其平面图，(2)是其侧视图。
沿径向从钻子14的中心设置了具有规定直径的中空轮毂(boss)部分124，并且沿该空腔的圆周方向形成有朝向该电机的中心方向突出的齿轮120。这种结构的一个优点是，可以将动能传递给位于承受直接负载侧的传输机构。
图38表示，当将该电机用作发电机时，可以获得独立于其A相位/B相位电磁线圈的交替的电压输出波形。利用这种发电机的功能的结果是，可以独立地并且容易地对A相位和B相位执行再生制动和制动控制。此外，尽管上文是通过在驱动之后的低转矩期间内对A相位和B相位的电磁线圈都进行励磁和驱动来进行说明的，但是也可以采用通过仅对A相位或B相位中的任一侧的相位进行励磁来执行依照低功率模式的驱动。
图39表示与如下的电机结构相关的帧格式，在该电机结构中，第一磁体形成的定子10和第二磁体形成的转子12的位移与图33中所示的位移不同，其中图39(1)是其平面图；而图39(2)是其A-A剖视图。
在前述实施例(图33)中示出了一种转子结构，其中使两个定子沿着径向彼此面对，并且在这两个定子之间设置了具有多个永磁体的转子14。同时，对于图39中所示的电机，将两个定子布置成沿该电机的转轴14A不对齐，并且将直径比定子小的转子设置在这些定子之间。
此处，沿着转子14的径向在外周侧布置两了个定子10、12，并且如上所述将第一定子中的电磁线圈14和第二定子中的电磁线圈16布置为具有与上述的励磁信号的π/2相对应的相位差(行距差)。
作为向结构如上的两个定子提供彼此相位不同的频率信号的结果，转子可以沿预定方向旋转。此处，静止部分(定子)的磁力方向相对于旋转体(转子)的磁力方向磁性地垂直相交。此外，标号200是转子的外部框架，而202是用于利用该外部框架200来可旋转地支撑转轴14A的轴承。
另外，非磁体(树脂、碳、玻璃、铝、镁或者其组合)是构造外壳、定子或转子的优选材料，但是应该考虑所需的强度来合适地进行选择。此外，由于使用非磁体时磁力线会放射到外部，所以优选地通过利用磁体材料形成外壳，或者用包含磁体的涂覆材料涂覆该外壳，来防止磁力线放射到外部。
图40是表示转子14的另一实施例的平面图，并且可以将永磁体14构造为，以多极方式励磁出磁体。标号14-1是转子的中心材料，可以是诸如树脂的非磁体。标号14-2是围绕中心材料形成的磁体，其被交替地磁化为相反的极性。标号14-3是转轴。通过用非磁体材料来构成中心材料14-1，可以使转子既轻又薄。由于在转子14周围布置有永磁体的重负载，所以在进行高速旋转时，转子可以用作陀螺仪控制(gyro control)或陀螺仪检测器。可以将其用于机器人、直升机、飞机、车辆等的平衡控制。
图41是转子的转矩计算的原理图。当启动转矩为Fst[g cm]、转矩半径为R[cm]、永磁体和线圈的吸引为Fx[g]、永磁体的个数为N，并且相位(A相位、B相位等)的个数为A时，Fst＝R*Fx*N*A[g cm]。
图42表示该磁结构的另一实施例。将围绕周14-3旋转的转子形成为扇形，而不是圆形。在扇形旋转体14-1中嵌入有相互异极的永磁体14-2。在扇形旋转体14-1的径向上安装有杆状组件14-5，从而突出到外壳的外部。当该扇形旋转体旋转时，该杆状组件进行箭头方向的往复运动。如图35(2)所示，扇形旋转体14-1夹在A相位电磁线圈10和B相位电磁线圈12之间，并且，通过使前述频率信号流过A相位和B相位，可以使该扇形旋转体沿预定方向旋转。
图43是图35所示的实施例的变型示例。轴360A、360B在其中部分开，从而各个轴都可以通过其各自的磁结构独立地旋转。通过由A相位线圈10、B相位线圈12形成的一对线圈以及永磁体来执行对于所述各个轴的旋转控制。这些轴的位于电机内部的端部连接至轴承362，并分别可旋转地支撑各对应的轴360A、360B，使得所述各对应的轴可以分别以不同方向、或以不同速度来进行旋转。标号364、366是用于可旋转地支撑它们各自的轴的轴承。向两对磁机构中的一对提供A2相位和B1相位的频率信号，而向另一对提供A2相位和B2相位的频率信号。
图44是另一变型示例，并且在轴360A中形成有空腔。另一个轴360B贯穿在该轴中。轴360A和360B分别接受独立的磁体对的旋转控制。
图45(1)示出了采用本发明的磁结构来驱动透镜的实施例。该实施例是由标号10、12以及A相位和B相位形成的电磁线圈，并且在该电磁线圈之间布置有图42(2)中所示的多极励磁型永磁体转子14。标号380是齿轮单元，其将转子的旋转转换为箭头所示的线性往复运动。(1)中的标号382是用于和前述齿轮啮合的内侧齿轮。转子14旋转时，包括透镜386的透镜单元388沿箭头方向后退，从而，例如可以改变焦距。
图46(1)表示磁体的转子是挠性的实施例。通过沿粘滞体(theviscous body)(包括履带)392的纵向方向成行地嵌入，来设置多个永磁体390，粘滞体392是挠性的且可以变形的。(2)是(1)的B-B剖视图，如(2)中所示，该粘滞体具有椭圆和圆形的T形截面，其内部是轴承或油润滑剂394，并且该粘滞体受到支撑，使得它可以相对于楔形(key-shaped)固定部分396被循环驱动。标号398是A相位/B相位线圈。由于可以如同履带那样来驱动该粘滞体，所以，例如可以将该磁体用作运动车辆的履带。(3)是A-A方向的侧视图。
图47是图46(1)的变型示例。(1)是平面图，(2)是A-A方向的剖视图，而(3)是B-B方向的剖视图。粘滞体(可变形的)近似为椭圆形，具有近似T形的截面，顶端有轴承油，其中部设置有永磁体。沿着该粘滞体的长度方向设置有多个永磁体。固定部分396近似为椭圆形状，并且该粘滞体可以在变形为该固定部分的形状的同时进行循环。
图48表示采用如上所述的磁结构的发电电路。图48(1)用于将A相位线圈所生成的电动势以及B相位线圈所生成的电动势提供给各个独立的负载电路；(2)用于将线圈所生成的各个相位的电动势提供给公共负载电路；而(3)用于串联连接A相位线圈和B相位线圈，以及将所生成的电动势提供给发电电路。此外，用于实现前述磁结构的发电是广泛的，除了风力和水力以外，也可以采用针对运动车辆的再生制动的发电。
图50是表示发电原理的原理图。对于前述转子或滑子(914)布置有交替充电为相反极性的多个磁性元件913。在这些磁性元件之间生成了图中箭头所示的磁场。当转子914和线圈910、912相对移动时，每当经过磁性元件913时，对于各个线圈的磁场强度都会改变，结果，生成了如916和918所示的无任何失真的正弦电动势。结果，获得Bh(T)(水平磁通密度(线圈中心)和CL(线圈长度))和P(m/s)(与利用线圈移动速度的乘积相对应的Eac(电动势))。
在图50中，交替布置有多个永磁体913，使得沿着转子914的圆周方向极性相反。因此，磁极在转子的旋转方向(移动方向)上保持平行或水平。结果通过向线圈提供具有一定频率的励磁电流，转子会在圆周方向进行旋转。此外，在发电过程中，影响线圈的磁场的强度会根据转子的磁场而周期性变化，并且在线圈中生成了如上所述的反电动势。利用盘状转子和同样形成为盘状的线圈将动能转变为电能，并且可以将其用作在移动驱动器后用于启动或加速的驱动力。
此外，在上述实施例中，尽管将转子和电磁体的外部形状示为圆形，但是其形状并不限于此，还可以采用任意可旋转的形状，例如椭圆等。
可以在本发明的技术主旨的范围内对前述实施例中所说明的结构进行适当的改进。例如，在前述实施例中，尽管图8中所示的孔35的数量与永磁体的数量相等(或者该数量被限定为一个孔)，但是该数量并不限于此。在前述实施例中，尽管使用了光型和磁型的检测器，但是还可以使用线圈中生成的反电动势作为检测信号。此外，对于图50和图1至4中所示的磁结构，永磁体之间的距离越短，则水平磁通量密度B(h)越高。
权利要求
1.一种磁结构，包括第一磁体和第二磁体，以及布置在所述第一磁体和第二磁体之间并且相对于所述第一磁体和第二磁体可沿预定方向相对移动的第三磁体，其中所述第一磁体和第二磁体分别包括以下的结构，其中依次布置有能够交替励磁出相反磁极的多个电磁线圈；并且所述第三磁体包括以下的结构，其中依次布置有被交替磁化为相反磁极的永磁体，并且所述第一磁体和所述第二磁体被构造为，使得所述第一磁体的电磁线圈与所述第二磁体的电磁线圈被布置成相互具有行距差。
2.根据权利要求1所述的磁结构，还包括励磁电路装置，用于向所述第一磁体和/或第二磁体的电磁线圈提供励磁电流。
3.根据权利要求2所述的磁结构，其中所述励磁电路装置分别向所述第一磁体和/或第二磁体提供具有一频率的信号，用于对所述第一磁体和第二磁体的电磁线圈的励磁方向的模式进行切换。
4.根据权利要求3所述的磁结构，其中所述电路装置被构造为，向所述第一磁体的电磁线圈和所述第二磁体的电磁线圈提供具有各自不同相位的频率信号。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的磁结构，其中所述第一磁体、第二磁体和第三磁体分别被形成为圆弧。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的磁结构，其中所述第一磁体、第二磁体和第三磁体分别被形成为直线。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的磁结构，其中所述第一磁体和第二磁体被等间距布置，并且所述第三磁体被布置在所述第一磁体与第二磁体之间。
8.一种电机，其包括根据权利要求1至7中的任意一项所述的磁结构，其中由所述第一磁体和第二磁体形成的对以及所述第三磁体的一侧形成转子，并且由所述第一磁体和第二磁体形成的对以及所述第三磁体的另一侧形成定子。
9.根据权利要求8所述的电机，还包括所述转子的转速检测装置。
10.根据权利要求9所述的电机，其中所述励磁电路装置包括基准脉冲信号发生装置；以及，相位校正装置，用于根据所述转速检测信号和所述基准脉冲信号，来校正要提供给所述第一磁体的电磁线圈和所述第二磁体的电磁线圈的励磁电流的相位。
11.根据权利要求10所述的电机，其中所述励磁电路装置包括缓冲器装置，用于在被提供了经相位校正的励磁电流时，以预定占空比对所述电磁线圈的励磁方向进行控制。
12.根据权利要求6所述的电机，其中根据权利要求4的相位差随所述转子的转速而改变。
13.一种电机，其包括根据权利要求1至7中的任意一项所述的磁结构，其中由所述第一磁体和第二磁体形成的对以及所述第三磁体的一侧形成滑子，而由所述第一磁体和第二磁体形成的对以及所述第三磁体的另一侧形成定子。
14.根据权利要求8至12中的任意一项所述的电机，其中在所述转子上形成有齿轮。
15.根据权利要求8至12中的任意一项所述的电机，其中所述转子连接至旋转体，并用作为发电机。
16.根据权利要求8至12中的任意一项所述的电机，其中以串联或并联的方式连接有由所述定子和转子形成的多个对。
17.一种驱动器，包括根据权利要求8至12中的任意一项所述的电机作为驱动源。
18.一种包括定子和转子的电机，其中在所述转子或定子上形成有齿轮。
19.一种磁结构，包括第一磁体和第二磁体的一对以及第三磁体，其中由所述第一磁体和第二磁体形成的对以及所述第三磁体的一侧形成定子，而由所述第一磁体和第二磁体形成的对以及所述第三磁体的另一侧形成诸如转子或滑子的动作部分，其中所述第一磁体和第二磁体分别包括以下结构，其中以近似相等的间距依次布置有能够交替地励磁出相反磁极的多个电磁线圈；所述第三磁体包括以下结构，其中以近似相等的间距依次布置有能够被交替磁化为相反磁极的永磁体；并且所述第一磁体和所述第二磁体被构造为，使得所述第一磁体的电磁线圈和所述第二磁体的电磁线圈被布置为彼此具有行距差。
20.一种包括多个单元的磁结构，其中最小的单元是由根据权利要求19所述的包括所述第一磁体和第二磁体的对以及所述第三磁体形成的结构。
21.一种磁体的驱动方法，其中在第一磁体和第二磁体之间插入有第三磁体，各个磁体分别包括能够被交替地磁化为相反磁极的多个磁单元，并且通过周期性地改变与至少一个磁体的磁单元有关的磁像，可以使所述第一磁体和第二磁体以及所述第三磁体相对移动。
22.根据权利要求21所述的方法，其中与所述磁体相关的磁路被构造为开环。
23.根据权利要求2所述的磁结构，其中所述励磁电路包括启动控制单元，用于生成基波脉冲，并根据所述基波脉冲来形成待提供给所述磁体的励磁信号，以启动所述第一磁体和/或第二磁体；以及检测器追踪控制单元，用于通过在所述磁体的启动之后追踪来自所述磁体的旋转位置检测器的输出，来形成待提供给所述磁体的励磁信号。
24.一种磁结构，其中形成有以下相位，其中等间隔地分布有以位于N/S极侧和S/N极侧的两个励磁线圈的作为一对的多个N对；提供有至少两个这种相位，并且为各个相位的励磁线圈排布设置有角度差；并且使各个相位彼此面对并且在其间设置有另一个磁体。
25.根据权利要求24所述的磁结构，其中所述另一个磁体是被交替地磁化为相反磁极的永磁体。
26.根据权利要求1、24或25中的任意一项所述的磁结构，其中在相对于两相励磁线圈的启动旋转(2π)期间对每个励磁线圈不断地进行励磁。
27.根据权利要求2或权利要求23所述的磁结构，其中使待从所述励磁电路装置提供给所述第一磁体和/或第二磁体的电磁线圈的信号的占空比发生变化。
28.根据权利要求27所述的磁结构，其中所述占空比是根据利用所述磁结构所驱动的负载的驱动状态来确定的。
29.一种旋转驱动机构，其中在旋转驱动器中布置有多个永磁体和多个电磁体，其包括控制装置，用于交替地切换待提供给所述电磁体的信号的极性，从而切换所述多个电磁体与所述永磁体之间的排斥和吸引，其中所述多个永磁体和多个电磁体被布置为以下位置关系，使得所述旋转驱动器在对所述排斥和吸引的切换过程中旋转。
30.一种移动机构，其中在非磁体内布置有多个永磁体和多个电磁体，该移动机构包括控制装置，用于交替地切换待提供给所述电磁体的信号的极性，从而切换所述多个电磁体与所述永磁体之间的排斥和吸引，其中所述多个永磁体和多个电磁体被布置为以下位置关系，使得所述非磁体在对所述排斥和吸引进行切换的过程中连续进行旋转或线性移动。
31.根据权利要求1所述的磁结构，其中所述第一磁结构和第二磁结构由电磁线圈构成，该电磁线圈通过绕着非磁性绕线管缠绕导电套而被形成为线圈形状。
32.根据权利要求31所述的磁结构，其中通过对由所述电磁线圈形成的第三磁体与永磁体之间的吸引与排斥进行切换来驱动磁体。
33.根据权利要求31所述的磁结构，其中所述第一磁体和第二磁体是通过由非磁性绕线管所形成的磁性定子构成的。
34.一种磁驱动机构，包括其上形成有非磁性导电图案的电磁线圈和永磁体；用于向所述电磁线圈提供励磁电流的装置；以及用于对所述电磁线圈与永磁体之间的吸引和排斥进行切换的切换装置。
35.根据权利要求34所述的机构，其中在所述电磁线圈和永磁体中形成有沿水平方向的磁场。
36.一种磁驱动发电机构，用于通过利用电磁线圈与永磁体之间的吸引和排斥来使转子相对于定子进行旋转，其中平行于所述转子的旋转方向形成磁场。
37.根据权利要求36所述的磁驱动发电机构，其中所述定子和转子被形成为盘形。
38.一种磁体，被形成为在盘上以相反磁极的方式交替地布置有多个电磁线圈或多个永磁体。
39.根据权利要求38所述的磁体，其中所述盘由非磁性材料制成。
全文摘要
提供一种具有出色的重量/转矩平衡的小型电机。将相位定子(10)和相位定子(12)设置为相互面对。在这些定子之间布置有转子。在定子的圆周方向均匀地设置有多个电磁线圈。在转子的圆周方向均匀地设置有多个永磁体。电磁线圈的激励极性交替相反，并且对于永磁体情况相同。将具有规定频率的信号输入A相位电磁线圈和B相位电磁线圈。由此使转子在这些定子之间旋转。
文档编号H02K21/24GK1714493SQ20038010359
公开日2005年12月28日 申请日期2003年11月18日 优先权日2002年11月18日
发明者竹内启佐敏 申请人:精工爱普生株式会社