专利名称：电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及转子及定子均由永久磁铁构成的电动机，详细而言，涉及通过在转子及定子之间配设的开关绕组来控制转子及定子之间的吸引、排斥，从而获得旋转力的电动机。
背景技术：
在专利文献1中记载有由定子和转子构成的同步电动机，其中，定子具有在同一圆周上以等角度间隔排列设置有磁极的圆筒状磁铁芯，仅围绕这些对磁极中的一方设有屏蔽用非铁金属环，该定子具有应连接在单相交流电源上的线圈；转子以从该定子的磁极组离开小间隙的方式可转动地设置有任意个数的烧结材料制的小耐久磁铁。图8是专利文献1的同步电动机的纵剖视图。在图8中，在线圈2流通单相交流电时，定子的构造上圆筒铁芯1的上方端部5、6的磁极磁性依次移动，但此时转子的放射臂 3的前端小轴上所设置的小磁铁4由于与离其最近地配设的定子侧的磁极5、6之间的磁性吸引及排斥的关系而稍微转动，接着，小磁铁4向转子侧所规定的规定方向非常平稳地开始旋转，之后，只要线圈2中流通电流小磁铁4就能够持续旋转。即，在本电动机中，起动时线圈3中流通电流，同时小磁铁体4绕小轴稍微转动从而取得最适于接受转动力的位置，并开始转动，该小磁铁体4具有如月球绕地球公转那样的关系。在专利文献2中记载有下述结构的同步电动装置，即在同一旋转轴上设置感应电动机A的转子和同步电动机B的转子，该同步电动机的转子以在面向其定子侧磁极的整周面或者磁极面上均呈现同一磁极的方式被磁化，此外，分别卷装在该固定侧磁极上的励磁线圈交替改变卷绕方向，并串联地连接到规定频率电源上，从定子侧磁轭到转子的另一磁路被非磁性体分离，通过感应电动机A主要进行旋转轴的起动及持续旋转，向同步电动机施加真空管回路的恒定频率的输出，并将该旋转轴调整成以恒定速度进行旋转。图9是用于表示专利文献2的同步电动机的内部构造的局部纵剖视图。在图9中， 使同步电动机B的转子在整周面均为N极或S极，并且将磁轭分为内外两个部分8、9，两者之间的磁路阻力被设定为可调整的极高的值，因此，起动时小型的感应电动机A在极小的阻力作用下就足够，并且即使达到接近规定旋转速度的速度，也不会由于发电作用而受到较强的阻力。S卩，在由从真空管回路所得到的输出的频率所决定的规定的旋转速度(+)(“)附近通过小型感应电动机A能够更容易地使旋转轴7起动，并进入正常的旋转状态，而且，由于通过控制同步电动机B以从真空管回路得到的输出只应对用于使旋转轴7保持为规定旋转速度的某种程度的修正就足够了，所以同步电动机B所需的电力很少，整个设备能够非常容易地设计并以低成本制造。这样，专利文献1的发明的同步电动机由具有连接在单相交流电源上的线圈的定子、设有小耐久磁铁的转子构成。此外，专利文献2的发明的同步电动装置构成为具有由具有接受商用交流电力的供给的励磁线圈的定子和笼式转子构成的一般形式的感应电动机A ；由具有励磁线圈a h的定子和被磁化的硬磁材料的转子构成的同步电动机B。艮口， 在任一结构中，为了覆盖转子的永久磁铁，均以同心圆状设置定子，在励磁用线圈中流过电流，使其产生旋转磁场，由此，得到旋转力。用于得到该旋转力所需的电流，是为了得到需要的转矩而充分多的电流。此外，由于以同心圆状配置定子和转子，所以，需要精度良好地保持定子与转子之间的间隙，需要先进的设计及制作技术。专利文献1 日本专利申请公告昭33-5011号公报专利文献2 日本专利申请公告昭33-1961号公报
发明内容
本发明是为了解决这样的问题而做出的发明，其目的在于提供设计及制作简单、 并且能够以小电流工作的电动机。本发明的电动机，其特征在于，具有定子，在一侧具有多个第一固定永久磁铁，在另一侧具有与多个同数量的第二固定永久磁铁，多个第一、第二固定永久磁铁以相邻的磁铁成为不同极的方式被配置成圆盘状，且相互相对的磁极配置为不同极；第一环状磁芯，具有被分割成绕组部和间隙部的划分数量与多个数量相同地被分割并缠绕的第一开关绕组， 该第一环状磁芯被配设且被固定在第一固定永久磁铁侧；第二环状磁芯，具有被分割成绕组部和间隙部的划分数量与多个数量相同地被分割并缠绕的第二开关绕组，该第二环状磁芯被配设且被固定在第二固定永久磁铁侧；通过驱动轴而相互连结的第一转子板和第二转子板，第一转子板具有第一旋转永久磁铁，该第一旋转永久磁铁与第一开关绕组相对、且其与多个数量相同的相邻的磁铁以成为不同极的方式被配置成圆盘状；第二转子板具有第二旋转永久磁铁，该第二旋转永久磁铁与第二开关绕组相对、且其与第一旋转永久磁铁同极相对的、且与多个数量相同的相邻的磁铁以成为不同极的方式被配置成圆盘状，第一、第二开关绕组分别具有第一、第二电源部和第一、第二开关部，基于第一、第二转子板的旋转时刻，在第一、第二转子板的第一、第二旋转永久磁铁和定子的第一、第二固定永久磁铁中的某一方以同极相对时，与之相对应的第一或第二开关部动作，由此，从第一电源部或第二电源部向第一开关绕组或第二开关绕组供给电流，在第一或第二转子板的第一或第二旋转永久磁铁和定子的第一或第二固定永久磁铁之间产生磁场的相互作用，第一或第二转子板的旋转受到控制。本发明的电动机的特征在于，第一开关绕组的绕组部的中央部以与多个第一固定永久磁铁分别相接触的相邻部相对的方式被缠绕，第二开关绕组的绕组部的中央部以与多个第二固定永久磁铁分别相接触的相邻部相对的方式被缠绕。发明的效果根据本发明的电动机，转矩的大小由各永久磁铁的磁场强度决定，由于为了控制基于该磁场的相互作用，开关绕组的电流为小电流即可，因此，电动机所需要的电力较小。 此外，定子和转子能够在相同的旋转轴上以规定间隙容易地配置，所以，不需要先进的设计及制作技术。由此，能够提供能够以小电流工作的简易的电动机。
图1是表示本发明的电动机的结构的结构图。
图2是表示本发明的定子的结构的定子结构图。图3是表示本发明的开关绕组的连接结构的连接回路图。图4是表示本发明的环状磁芯和定子盖罩的组装结构的组装图。图5是表示本发明的转子的结构的转子结构图。图6是表示旋钮开关与旋转轴的连接的连接图。图7是电子开关的回路接线图。图8是专利文献1的同步电动机的纵剖视图。图9是用于示出专利文献2的同步电动装置的内部构造的局部纵剖视图。
具体实施例方式参照
本发明的实施方式。图1是表示本发明的电动机的结构的结构图。 在图1中，电动机200具有定子板55，该定子板55，在一侧具有由4片磁铁构成的第一固定永久磁铁45、在另一侧具有数量与该4个相同的第二固定永久磁铁50，该第一、第二固定永久磁铁以相互相对的磁极为不同磁极的方式配置。此外，电动机200具有第一开关绕组15，配置在第一固定永久磁铁45侧，其绕组部和间隙部分别被分成4部分并被缠绕在被固定的第一环状磁芯10上；第二开关绕组20， 配置在第二固定永久磁铁50侧，其绕组部和间隙部分别被分成4部分并被缠绕在被固定的第二环状磁芯12上。而且，电动机200还具有通过旋转轴60而相互连结的第一转子35和第二转子40， 第一转子35具有与第一环状磁芯10相对的、且与所述4个数量相同的第一旋转永久磁铁 25，第二转子40具有与第二环状磁芯12相对的、且与所述4个数量相同的第二旋转永久磁铁30。第一旋转永久磁铁25和第二旋转永久磁铁30所相对的磁极被配置成互为同极。此外，说明了固定永久磁铁的数量及旋转永久磁铁的数量均为4个的情况，但只要是相同数量，则可以是2以上的任意数。定子55、第一环状磁芯10和第二环状磁芯12通过定子盖罩85被固定在基座90 上。旋转轴60被轴承65、70支承，并通过定子盖罩85被固定在基座95上。被连接在第一开关绕组15上的第一开关部80以及被连接在第二开关绕组20上的第二开关部85分别被固定在旋转轴60上，并且，通过电刷80-1、80-2分别被连接在各电源部90-1、90-2上，与转子35、40的旋转动作和开关部80、85的开关动作同步地动作。接着，说明电动机200的详细结构。图2是表示本发明的定子的结构的定子结构图。在定子55的一侧具有4个第一固定永久磁铁45，在另一侧具有相同数量的4个第二固定永久磁铁50，第一固定永久磁铁 45、第二固定永久磁铁50的相对的4个磁极被配置成互为不同的磁极。该定子55通过定子盖罩85被固定在基座90上。图3是表示本发明的开关绕组的连接结构的连接回路图。在图3a中，第一开关绕组15以绕组部和间隙部分别被分成4部分的方式被卷绕在第一环状磁芯10上。在第一开关绕组15的两端串联连接有第一电源部125-1、第一开关部75-1以及防逆流用二极管 130-1，从而构成闭合回路。在图北中，第二开关绕组20以绕组部和间隙部分别被分成4部分的方式被卷绕在第二环状磁芯12上。此外，第一开关绕组15、第二开关绕组20的绕组部和间隙部以相互相对的方式被卷绕。在第二开关绕组20的两端串联连接有第二电源部125-2、第二开关部 75-2以及防逆流用二极管130-2，从而构成闭合回路。图4是表示本发明的环状磁芯和定子盖罩的组装结构的组装图。第一环状磁芯10 和第二环状磁芯12相互隔着定子55 (未图示)而被配置在定子55的两侧，被固定在同一定子盖罩85上，并且定子盖罩85被固定在基座90上。图5是表示本发明的转子的结构的转子结构图。在图5中，具有4个第一旋转永久磁铁25的第一转子板35和具有4个第二旋转永久磁铁30的第二转子板40分别与图4 所示的第一环状磁芯10和第二环状磁芯12相对，并通过旋转轴60而被相互连结。此外， 第一旋转永久磁铁25和第二旋转永久磁铁30相互同极相对地配置。旋转轴60通过图1 的轴承65、70而被支承，通过定子盖罩85而被固定在基座90上。图6是表示旋钮开关与旋转轴的连接的连接图。在图6A、6B中，第一开关部75_1 和第二开关部75-2由旋钮开关构成，并被连接在旋转轴60上。作为第一开关部75-1和第二开关部75-2而发挥作用的各旋钮开关如图3a、!3b所示，与第一电源部125-1、及防逆流用二极管130-1串联连接，从而与第一开关绕组15构成闭合回路，同样地，与第二电源部 125-2及防逆流用二极管130-2串联连接，从而与第二开关绕组20构成闭合回路。在旋钮开关的端子之间分别连接有用于吸收产生在旋钮开关上的电火花的吸收电火花用的电容 95-1、95-2。该旋钮开关根据旋转轴60的旋转角连通或断开。图7是电子开关的回路接线图。图6的机械式开关即旋钮开关也可以分别被替换成电子式开关即功率MOS (POWER M0S) 100-1、100-2。在图7a、7b中，检测图5所示的第一及第二转子35、40的旋转角的第一及第二霍尔传感器(未图示)的输出经由电阻110-1、 110-2分别被输入功率M0S120-1、120-2的栅极，发挥开关元件的功能。电阻105-1、105-2生成向栅极的偏压。此外，功率M0S100-1、100-2分别与第一电源部125-1、第二电源部125-2、 以及防逆流用二极管130-1、130-2串联连接，从而与第一开关绕组15以及第二开关绕组22 构成闭合回路。在功率M0S120-l、120-2的一端和接地之间，分别连接有吸收电火花用电容 115-1、115-2。接着，在图1中，在对电动机200的动作进行说明之前，说明在图1所示的各个永久磁铁的位置关系中，构成为第一转子板35、第二转子板40、还有定子55分别具有独立的旋转轴的情况。在这样的结构中，在第一环状磁芯10的第一开关绕组15中没有流通电流的状态下，例如通过手动使第一转子板35旋转时，定子55维持静止状态。但是，在第一开关绕组15中流通电流的状态下，在使第一转子板35旋转时，定子55追随第一转子板35的旋转而开始旋转，以使相对的旋转永久磁铁25和固定永久磁铁45的不同极彼此吸引。这样一来，能够通过第一开关绕组15的电流来控制第一转子板35和定子55的基于磁场的相互作用。此外，在第二环状磁芯12的第二开关绕组20中未流通电流的状态下，在使第二转子板40旋转时，定子55维持静止状态。对此，在使第二转子板40、或者定子55的某一个制止的状态下，在第二开关绕组20中流通电流时，若相对的旋转永久磁铁30与固定永久磁铁阳相对的平衡稍微被破坏，则通过相互的吸引排斥力，未被制止的第二转子板40、或者定子55开始旋转。这种情况下，同样地也能够通过第二开关绕组20的电流来控制第二转子板40和定子55的基于磁场的相互作用。基于上述的旋转控制动作，说明图1的结构中的旋转动作。在第二开关绕组20中流通电流的状态下，若相对的旋转永久磁铁30与固定永久磁铁55相对的平衡稍微被破坏， 则通过相互的吸引排斥力，第二转子板40开始旋转。此时，相对的第一转子板35的旋转永久磁铁25和定子55的固定永久磁铁45的不同极彼此吸引，由此，断开对第一开关绕组15 的电流，以便不成为旋转的制动力。通过该旋转，第一转子板35的旋转永久磁铁25与定子55的固定永久磁铁45的位置关系和第二转子板40的旋转永久磁铁30与定子55的固定永久磁铁50的位置关系相互转换。在此状态下，若在第一开关绕组15中流通电流，则由于旋转的惯性，在相对的旋转永久磁铁30与固定永久磁铁55的相对的平衡稍微被破坏时，通过相互的吸引排斥力，第一转子板35以使转轴60的旋转持续的方式进行动作。此时，同样地，由于相对的第二转子板 40的旋转永久磁铁30和定子55的固定永久磁铁50的不同极彼此相吸，由此，断开对第二开关绕组20的电流，以便不成为旋转的制动力。这样，对第一开关绕组15及第二开关绕组20的电流的供给通过第一开关部75-1 和第二开关部75-2而进行切换控制，由此，使电动机200持续旋转。该第一开关部75-1和第二开关部75-2的电流切换控制，如在图6及图7中已说明的那样，可以通过机械式开关即旋钮开关并根据旋转轴60的旋转角连通或断开，也可以分别替换成电子式开关即功率 M0S100-1、100-2。此外，向第一开关绕组15及第二开关绕组20供给的电流的方向不受旋转方向的限制。转矩的大小根据各永久磁铁的磁场强度决定，开关绕组的电流可以是仅对基于该磁场的相互作用进行控制的小电流。因此，如图3所示，第一开关绕组15、第二开关绕组20以绕组部和间隙部分别被分成4部分、并相互相对的方式被缠绕在第一环状磁芯10、第二环状磁芯12上。在第一开关绕组15、第二开关绕组20的两端串联连接有第一电源部125-1、 第二电源部125-2、第一开关部75-1、第二开关部75-2、以及防逆流用二极管130-1、130-2， 从而构成闭合回路。在该结构中，通过第一转子板35及第二转子板40旋转，由旋转永久磁铁25、30分别形成的磁路分别贯通第一开关绕组15及第二开关绕组20的绕组部，在各绕组部中产生感应电动势。由于流通有由该感应电动势产生的各电流、和基于第一电源部125-1、第二电源部125-2的电流相加后的电流，所以能够进一步降低来自各电源部的开关绕组的电流。第一开关绕组15及第二开关绕组20的绕组部所感应的电动势的电流方向与从各电源部供给的开关绕组的电流方向不同的情况被防逆流用二极管130-1、130-2阻止。通过使流出该反向的电流的时刻、和开关部为了维持旋转而断开开关绕组的电流的时刻同步， 也能够省略二极管。此外，为了使旋转的开始方向恒定，可以设置起动用小型电动机，还可以通过耦合等直接连结本发明的两组电动机，稍微错开各转子的旋转永久磁铁的排列角度，由此也可以从静止状态起动。而且，通过控制第一开关部75-1和第二开关部75-2的电流切换时刻， 能够控制旋转速度及驱动力，并且能够控制旋转方向。如以上说明那样，根据本发明，转矩的大小由各永久磁铁的磁场强度决定，由于为了控制基于该磁场的相互作用，开关绕组的电流为小电流即可，因此，电动机需要的电力较小。此外，通过利用开关绕组所感应的电动势的电流，能够进一步使从电源部供给的电流为小电流。定子和转子能够容易地在相同的旋转轴上隔开规定间隙地配置，因此不需要先进的设计及制作技术。由此，能够提供可以通过小电力工作的、简易的电动机。
附图标记的说明10第—-环状磁芯
12第二环状磁芯
15第—-开关绕组
20第二开关绕组
25第—-旋转永久磁铁
30第二旋转永久磁铁
35第—-转子板
40第二转子板
42第二旋转永久磁铁
45第—-固定永久磁铁
50第二固定永久磁铁
55定子
60旋转轴
65第—-轴承
70第二轴承
75--U2开关部85定子盖罩90 基座95-1、2吸收电火花用电容100-1、2 功率 MOS105-1、2 电阻110-1、2 电阻125-1第一电源部125-2第二电源部130-1,2防逆流用二极管200电动机
权利要求
1.一种电动机，其特征在于，具有定子，在一侧具有多个第一固定永久磁铁，在另一侧具有与所述多个同数量的第二固定永久磁铁，所述多个第一、第二固定永久磁铁以相邻的磁铁成为不同极的方式被配置成圆盘状，且相互相对的磁极配置为不同极；第一环状磁芯，具有被分割成绕组部和间隙部的划分数量与所述多个数量相同地被分割并缠绕的第一开关绕组，该第一环状磁芯被配设且被固定在所述第一固定永久磁铁侧；第二环状磁芯，具有被分割成绕组部和间隙部的划分数量与所述多个数量相同地被分割并缠绕的第二开关绕组，该第二环状磁芯被配设且被固定在所述第二固定永久磁铁侧；通过驱动轴而相互连结的第一转子板和第二转子板，所述第一转子板具有第一旋转永久磁铁，该第一旋转永久磁铁与所述第一开关绕组相对、且其与所述多个数量相同的相邻的磁铁以成为不同极的方式被配置成圆盘状；所述第二转子板具有第二旋转永久磁铁，该第二旋转永久磁铁与所述第二开关绕组相对、且其与所述第一旋转永久磁铁同极相对的、 且与所述多个数量相同的相邻的磁铁以成为不同极的方式被配置成圆盘状， 所述第一、第二开关绕组分别具有第一、第二电源部和第一、第二开关部， 基于所述第一、第二转子板的旋转时刻，在所述第一、第二转子板的所述第一、第二旋转永久磁铁和所述定子的所述第一、第二固定永久磁铁中的某一方以同极相对时，与之相对应的所述第一或第二开关部动作，由此，从所述第一电源部或所述第二电源部向所述第一开关绕组或所述第二开关绕组供给电流，在所述第一或第二转子板的第一或第二旋转永久磁铁和所述定子的所述第一或第二固定永久磁铁之间产生磁场的相互作用，所述第一或第二转子板的旋转受到控制。
2.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述第一开关绕组的所述绕组部的中央部以与所述多个第一固定永久磁铁分别相接触的相邻部相对的方式被缠绕，所述第二开关绕组的所述绕组部的中央部以与所述多个第二固定永久磁铁分别相接触的相邻部相对的方式被缠绕。
全文摘要
本发明提供设计及制作简单、并且能够以小电流工作的电动机。该电动机具有定子(55)，具有第一固定永久磁铁(45)和第二固定永久磁铁(50)；第一环状磁芯(10)，具有被分成绕组部和间隙部的第一开关绕组(15)；第二环状磁芯(12)，具有被分成绕组部和间隙部的第二开关绕组(20)；通过驱动轴(60)而相互连结的、具有第一旋转永久磁铁(25)的第一转子(35)和具有第二旋转永久磁铁(30)的第二转子(40)，第一、第二开关绕组(15、20)分别具有第一、第二电源部(125-1、2)和第一、第二开关部(75-1、2)。
文档编号H02K21/24GK102326322SQ20098015731
公开日2012年1月18日 申请日期2009年5月7日 优先权日2009年1月20日
发明者冈本哲夫 申请人:葛西敏幸