專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)刷電力機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用了永磁鐵和電磁線圈的無(wú)刷電力機(jī)械。
技術(shù)背景無(wú)刷電力機(jī)械是具有包括無(wú)刷電動(dòng)機(jī)和無(wú)刷發(fā)電機(jī)的意思的用語(yǔ)。 作為無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，例如公知有下述專(zhuān)利文獻(xiàn)l中所述的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2001-298982號(hào)公報(bào)然而，現(xiàn)有的無(wú)刷電力機(jī)械有著不一定能充分高效地利用永磁鐵的 磁通的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供高效地利用永磁鐵的磁通的無(wú)刷電力機(jī)械。 本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題的至少一部分而完成的，可以通過(guò)以下 方式或者適用例來(lái)實(shí)現(xiàn)。 [適用例1]一種無(wú)刷電力機(jī)械，其特征在于，該無(wú)刷電力機(jī)械具有第一移動(dòng)構(gòu)件，其具有磁鐵組件，該磁鐵組件包括被保持在同極之間相互接觸狀態(tài)下的多個(gè)永磁鐵；以及第二移動(dòng)構(gòu)件，其包括電磁線圈，并且該第二 移動(dòng)構(gòu)件與所述第一移動(dòng)構(gòu)件的相對(duì)位置可變更，所述磁鐵組件沿同極 之間相互接觸的同極接觸面上的磁場(chǎng)方向且從所述磁鐵組件朝向外側(cè)的 磁場(chǎng)方向，產(chǎn)生最強(qiáng)的磁場(chǎng)，所述電磁線圈被配置成電流沿與所述磁場(chǎng) 方向交叉的方向流動(dòng)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠在磁鐵組件的同極接觸面上，沿從磁鐵組件朝向 外側(cè)的磁場(chǎng)方向產(chǎn)生最強(qiáng)的磁場(chǎng)。因此，可以實(shí)現(xiàn)能夠高效地利用永磁 鐵的磁通的無(wú)刷電力機(jī)械。[適用例2]如適用例1所述的無(wú)刷電力機(jī)械，其特征在于，該無(wú)刷電力機(jī)械還 具有控制電路，該控制電路控制向所述電磁線圈供電或者從所述電磁線 圈再生電力，所述控制電路可執(zhí)行下述控制的至少一種(i)再生控制， 隨著所述第一移動(dòng)構(gòu)件和所述第二移動(dòng)構(gòu)件沿預(yù)定方向相對(duì)移動(dòng)，使所述電磁線圈中產(chǎn)生的直流電力再生；(ii)驅(qū)動(dòng)控制，不改變供給所述電磁線圈的電流的方向，通過(guò)向所述電磁線圈供給預(yù)定的第一電流方向的 驅(qū)動(dòng)電流，使所述無(wú)刷電力機(jī)械沿預(yù)定的驅(qū)動(dòng)方向動(dòng)作。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)能夠高效地利用永磁鐵的磁通的無(wú)刷電動(dòng)機(jī) 和無(wú)刷發(fā)電機(jī)。[適用例3]如適用例1或2所述的無(wú)刷電力機(jī)械，其特征在于，所述多個(gè)永磁 鐵分別形成為平板狀的形狀，所述磁鐵組件是所述多個(gè)永磁鐵在與所述 同極接觸面相垂直的方向上層積而成的層積體。在該結(jié)構(gòu)中，由于能夠朝向與層積方向相垂直的方向產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)， 因此能夠?qū)崿F(xiàn)能夠利用該磁場(chǎng)的高效的無(wú)刷電力機(jī)械。[適用例4]如適用例1或2所述的無(wú)刷電力機(jī)械，其特征在于，所述多個(gè)永磁 鐵分別形成為扇形或弧形的形狀，所述磁鐵組件形成為將扇形的所述多 個(gè)永磁鐵配置成圓盤(pán)狀而成的形狀，或者具有將弧形的所述多個(gè)永磁鐵 配置成圓環(huán)狀而成的形狀。在該結(jié)構(gòu)中，由于能夠沿圓盤(pán)狀形狀或者圓環(huán)狀形狀的圓的徑向產(chǎn) 生強(qiáng)磁場(chǎng)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)能夠利用該磁場(chǎng)的高效的無(wú)刷電力機(jī)械。[適用例5]如適用例1至4中的任一項(xiàng)所述的無(wú)刷電力機(jī)械，其特征在于，所 述第一移動(dòng)構(gòu)件和所述第二移動(dòng)構(gòu)件構(gòu)成為在與所述同極接觸面相垂直 的方向上可相對(duì)移動(dòng)。另外，本發(fā)明可以以各種方式實(shí)現(xiàn)，例如可以以如下方式實(shí)現(xiàn)電 動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、它們的控制方法，使用它們的致動(dòng)器或電子設(shè)備、燃料電池動(dòng)力設(shè)備、機(jī)器人、車(chē)輛等。


圖1是表示本發(fā)明的各種實(shí)施例所使用的磁鐵組件的概要結(jié)構(gòu)的說(shuō) 明圖。圖2是表示作為第一實(shí)施例的直線電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖3是表示第一實(shí)施例的變形例的圖。圖4是表示作為第二實(shí)施例的直線電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖5是表示作為第三實(shí)施例的無(wú)刷旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖6是表示第三實(shí)施例的變形例的圖。圖7是表示作為第四實(shí)施例的無(wú)刷旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的剖視圖。 圖8是表示作為第五實(shí)施例的無(wú)刷旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的剖視圖。 圖9是表示作為第六實(shí)施例的無(wú)刷旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的剖視圖。 圖IO是表示無(wú)刷電力機(jī)械的控制電路的結(jié)構(gòu)的方框圖。 圖11是表示驅(qū)動(dòng)電路部的結(jié)構(gòu)的電路圖。 圖12是表示再生控制部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路圖。 圖13是表示使用了依照本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的投影儀的說(shuō)明圖。 圖14是表示使用了依照本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的燃料電池式移 動(dòng)電話(huà)的說(shuō)明圖。圖15是表示使用了依照本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的作為車(chē) 輛的一個(gè)例子的電動(dòng)自行車(chē)(電動(dòng)助力自行車(chē))的說(shuō)明圖。圖16是表示使用了依照本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的機(jī)器人的一個(gè) 例子的說(shuō)明圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明10:永磁鐵IOC:同極接觸面 10p:永磁鐵對(duì) 20:磁鐵組件 26:電磁軛構(gòu)件30:電磁線圈40a、 40b:第一移動(dòng)構(gòu)件 40c 40f:轉(zhuǎn)子(第一移動(dòng)構(gòu)件) 50a、 50b:第二移動(dòng)構(gòu)件 50c 50f:定子(第二移動(dòng)構(gòu)件)52:框架54-磁傳感器56:電磁軛構(gòu)件100a、 100b:無(wú)刷直線電動(dòng)機(jī) 100c 100f:旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)110:上部軸 114:彈簧 120:下部軸 124:固定螺釘 130:殼體200:驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部 210:驅(qū)動(dòng)電路部 220:再生控制部222:整流電路 224:開(kāi)關(guān)晶體管 230:蓄電器 240:蓄電控制部300: CPU系統(tǒng)500:驅(qū)動(dòng)控制電路 600:投影儀610R、 61G、 610B:光源 640R、 64G、 640B:液晶光閥 650:正交分光棱鏡 660:投影透鏡系統(tǒng)670:冷卻風(fēng)扇680:控制部700:移動(dòng)電話(huà)710:MPU (微處理器)720:風(fēng)扇730:燃料電池800:自行車(chē)810:電動(dòng)機(jī)820:控制電路830:充電電池卯0:機(jī)器人910、920:機(jī)械臂930:電動(dòng)機(jī)具體實(shí)施方式
接著，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式按照以下的順序進(jìn)行說(shuō)明。A. 磁鐵組件的結(jié)構(gòu)；B. 各種實(shí)施例；C. 電路結(jié)構(gòu)；D. 變形例。A.磁鐵組件的結(jié)構(gòu)圖1 (A) (E)是表示本發(fā)明的各種實(shí)施例所使用的磁鐵組件的 概要結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。圖1 (A)表示一個(gè)永磁鐵IO。該磁鐵10沿上下方 向被磁化。從N極出來(lái)的箭頭和進(jìn)入S極的箭頭表示磁力線。圖l (B) 表示由兩個(gè)磁鐵10構(gòu)成的永磁鐵對(duì)10p。該永磁鐵對(duì)10p是被保持在兩 個(gè)磁鐵10以N極之間相互接觸的狀態(tài)下形成的。在該狀態(tài)下保持兩個(gè)磁 鐵10，則如粗箭頭所示，沿著從其同極接觸面10c朝向外部的磁場(chǎng)方向 MD，產(chǎn)生最強(qiáng)的磁場(chǎng)。其中，"同極接觸面"意指由相互接觸的同極之間 的表面所確定的平面。圖l (C)表示永磁鐵對(duì)10p的表面磁通密度的分布。另外，磁場(chǎng)方向MD為在同極接觸面10c上的方向且為從永磁鐵對(duì) 10p的內(nèi)部(更優(yōu)選為從中央)朝向外側(cè)的方向。磁鐵10的尺寸較小的 情況下該磁場(chǎng)方向MD為從永磁鐵對(duì)10p的內(nèi)部(更優(yōu)選為從中央)朝 向外側(cè)的呈放射狀的方向。根據(jù)發(fā)明者的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)永磁鐵對(duì)10p的磁 場(chǎng)方向MD的表面磁通密度達(dá)到了單一磁鐵10的表面磁通密度(即圖1 (A)的上表面的磁通密度)的大約兩倍。因此，在本發(fā)明的各種實(shí)施例 中，利用磁場(chǎng)方向MD的強(qiáng)磁場(chǎng)構(gòu)成電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。另外，也可以構(gòu) 成不是N極而是S極之間接觸的永磁鐵對(duì)10p。圖l (D)表示包括六個(gè)平板狀的永磁鐵10的磁鐵組件20。磁鐵組 件20的相鄰磁鐵被保持在N極之間或者S極之間相互接觸的狀態(tài)下。圖 1 (E)表示磁鐵組件20的表面磁通密度的分布。從該圖表可以理解到， 在磁鐵組件20的周?chē)?圖l (D)的左右位置)，在N極之間的同極接觸 面10c和S極之間的同極接觸面10c中，分別產(chǎn)生有很大的表面磁通密 度。從該例子中可以理解到，包括三個(gè)以上磁鐵的磁鐵組件在N極和S. 極分別可以產(chǎn)生大的磁通密度。另外， 一般地，磁鐵組件20可以由保持 在同極之間相互接觸的狀態(tài)下的多個(gè)永磁鐵構(gòu)成。 B.各種實(shí)施例圖2 (A)是表示作為第一實(shí)施例的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的縱向剖 視圖。該直線電動(dòng)機(jī)100a具有包括磁鐵組件20的第一移動(dòng)構(gòu)件40a; 和包括電磁線圈30的第二移動(dòng)構(gòu)件50a。在該例子中，磁鐵組件20是層 積八個(gè)平板狀的永磁鐵而成的層積體。圖2 (B)僅表示了第二移動(dòng)構(gòu)件 50a。該移動(dòng)構(gòu)件50a具有中空?qǐng)A筒狀的框架(框體構(gòu)件)52、配置于 框體52的多個(gè)電磁線圈30、圍繞在這些電磁線圈30周?chē)碾姶跑棽考?56、以及磁傳感器54。磁傳感器54用作檢測(cè)兩個(gè)移動(dòng)構(gòu)件40a、 50a的 相對(duì)位置關(guān)系的位置傳感器。各個(gè)電磁線圈30分別沿水平方向(圖中左 右方向)進(jìn)行巻繞。此外，如圖2 (A)所示，電磁線圈30在與磁鐵組 件20內(nèi)的多個(gè)磁鐵(此處為5個(gè)磁鐵)的N極和S極對(duì)應(yīng)的位置進(jìn)行配 置。另外，線圈的剖面處所示的兩種標(biāo)記中，圓圈中有黑點(diǎn)的第一標(biāo)記 表示電流從紙面的背面?zhèn)攘飨虮砻鎮(zhèn)?，圓圈中有x的第二標(biāo)記表示電流從紙面的表面?zhèn)攘飨虮趁鎮(zhèn)?。另外，電流方向相反的兩個(gè)電磁線圈30的相 位之差為兀。在電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，相位之差為7U的線圈可以認(rèn)為是同相的線圈。根據(jù)該定義，該直線電動(dòng)機(jī)100a為單相電動(dòng)機(jī)。圖2 (C)是直線電動(dòng)機(jī)100a的仰視圖。N極附近的磁場(chǎng)方向MD 是從磁鐵組件20內(nèi)部(或者中央)朝向外側(cè)呈放射狀地延伸的。在圖2 (C)中，電流沿電流方向CD流過(guò)電磁線圈30時(shí)，電磁線圈30上作用 有從紙面的背面?zhèn)瘸虮砻鎮(zhèn)确较虻尿?qū)動(dòng)力。在具有電磁線圈30的第二 移動(dòng)構(gòu)件50a被固定的情況下，第一移動(dòng)構(gòu)件40a被向從圖2 (C)的紙 面的表面?zhèn)瘸虮趁鎮(zhèn)鹊姆较蝌?qū)動(dòng)。該電流方向在各線圈30到達(dá)磁鐵組 件20的N極和S極中間的位置的時(shí)刻進(jìn)行切換。這樣，該無(wú)刷直線電動(dòng) 機(jī)100a隨著在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)切換流過(guò)電磁線圈30的電流，可以使磁鐵組 件20沿圖2 (A)的驅(qū)動(dòng)方向DD (上下方向)動(dòng)作。在圖2 (C)的例子中，磁鐵組件20的水平剖面為矩形，但是磁鐵 組件20的水平剖面形狀也可以采用圓形或三角形等任意形狀。但是，優(yōu) 選為構(gòu)成磁鐵組件20的各個(gè)永磁鐵10不是磁極之間的距離較大的棒狀 形狀，而是磁極之間的距離(厚度)較小的板狀形狀。其理由是，使用 磁鐵組件20的電力機(jī)械利用的是同極接觸面10c處產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)，因此 磁鐵10的厚度越小效率越高。在這種情況下，優(yōu)選永磁鐵10的磁化方 向與厚度最小的方向一致。圖3表示圖2所示第一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的變形例。在該變形例中， 追加了磁軛構(gòu)件58作為線圈的磁芯材料。追加磁軛構(gòu)件58可以得到更 大的力矩。圖4 (A)是表示作為第二實(shí)施例的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的縱向剖 視圖。該直線電動(dòng)機(jī)100b具有包括磁鐵組件20的第一移動(dòng)構(gòu)件40b; 和包括電磁線圈30的第二移動(dòng)構(gòu)件50b。圖4 (B)僅表示了第二移動(dòng)構(gòu) 件50b。與圖2 (B)所示的移動(dòng)構(gòu)件50a不同，該移動(dòng)構(gòu)件50b包括A 相線圈30A和B相線圈30B的兩相線圈。此外，磁傳感器也設(shè)有A相傳 感器54A和B相傳感器54B兩個(gè)。進(jìn)而，在框架52上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)控制 電路500。 A相線圈30A和B相線圈30B在相同間距下交錯(cuò)配置。另外A相線圈30A和B相線圈30B之間的間距設(shè)定為與磁鐵組件20的同極 接觸面的間距相同。在圖4 (A)、 (B)所示的狀態(tài)中，B相線圈30B中有電流流過(guò)，而 A相線圈30A中沒(méi)有電流流過(guò)。但是，兩個(gè)移動(dòng)構(gòu)件40b、 50b的相對(duì)位 置從圖4 (A)的狀態(tài)改變的話(huà)，當(dāng)A相傳感器54A到達(dá)一個(gè)磁鐵的N 極和S極中間的位置的時(shí)刻，電流流過(guò)A相線圈30A， B相線圈30B的 電流停止。這樣，通過(guò)適當(dāng)?shù)厍袚QA相線圈30A和B相線圈30B的電流 (即施加電壓)，執(zhí)行兩相驅(qū)動(dòng)，可以沿驅(qū)動(dòng)方向DD進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。圖5 (A)是表示作為第三實(shí)施例的無(wú)刷旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的縱向 剖視圖，圖5 (B)是沿圖5 (A)中B-B線的剖視圖。該旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī) 100c具有包括磁鐵組件20c的轉(zhuǎn)子(第一移動(dòng)構(gòu)件)40c;和包括電磁 線圈的定子(第二移動(dòng)構(gòu)件)50c。電磁線圈固定于殼體130的內(nèi)周。轉(zhuǎn) 子40c的上部軸110和下部軸120分別通過(guò)軸承112、 122保持。磁鐵組 件20c的下端部通過(guò)固定螺釘124與下部軸120連接。另一方面，與磁 鐵組件20c的上端部連接的上部軸110周?chē)O(shè)有彈簧114，磁鐵組件20c 的上端通過(guò)該彈簧114承受來(lái)自殼體130內(nèi)表面的壓力。但是，這樣的 連接結(jié)構(gòu)僅是一個(gè)示例，也可以采用其他各種連接結(jié)構(gòu)。如圖5 (B)所示，第三實(shí)施例的磁鐵組件20c形成為多個(gè)扇形永磁 鐵被保持在同極之間相互接觸的狀態(tài)下的圓盤(pán)狀的形狀。磁鐵的上部、 下部和外周的一部分由電磁軛構(gòu)件26保持。因此，最強(qiáng)磁場(chǎng)如黑色箭頭 所示呈放射狀地沿多個(gè)方向產(chǎn)生。設(shè)有A相線圈30A和B相線圈30B作為電磁線圈。在圖5 (B)的 例子中，A相線圈30A和B相線圈30B分別各設(shè)有六個(gè)，A相線圈30A 靠近內(nèi)周側(cè)進(jìn)行配置，B相線圈30B靠近外周側(cè)進(jìn)行配置。此外，B相 線圈30B的外側(cè)配置有電磁軛構(gòu)件56。各個(gè)線圈在圖5 (B)中以放射狀 方向?yàn)檩S并繞該軸進(jìn)行巻繞，該放射狀方向?yàn)閺碾妱?dòng)機(jī)的中心朝向外側(cè)。 另外，省略磁傳感器的圖示。在該電動(dòng)機(jī)100c中，通過(guò)適當(dāng)?shù)厍袚QA相 線圈30A和B相線圈30B的電流方向，就可以沿正傳和反轉(zhuǎn)的方向進(jìn)行 驅(qū)動(dòng)。另外，在第三實(shí)施例中，以使用了六個(gè)永磁鐵的六極兩相電動(dòng)機(jī)為 例進(jìn)行表示，也可以采用其他極數(shù)或者相數(shù)。但是，從減少軸周?chē)恼駝?dòng)這方面來(lái)說(shuō)，優(yōu)選極數(shù)設(shè)定為2n個(gè)(n為2以上的整數(shù))。圖6表示第三實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的變形例。該電動(dòng)機(jī)100c'具有由多個(gè) 磁鐵20c'構(gòu)成的整體為圓圈狀(圓環(huán)狀)的結(jié)構(gòu)。另外，也可以在多個(gè)磁 鐵20c的內(nèi)周側(cè)配置磁軛構(gòu)件。此外，在該電動(dòng)機(jī)100c'中，A相線圈30A 和B相線圈30B配置于同一圓周上。進(jìn)而，追加磁軛構(gòu)件32分別作為A 相線圈30A和B相線圈30B的磁芯材料。該變形例也可以得到與第三實(shí)施 例相同的效果。此外，由于追加有磁軛構(gòu)件32，因此可以得到更大的轉(zhuǎn)矩。圖7是表示作為第四實(shí)施例的無(wú)刷旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的剖視圖。 該旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)100d在使用了環(huán)狀的磁鐵組件20d這一點(diǎn)以及A相線圈 30A配置于磁鐵組件20d的內(nèi)周側(cè)這一點(diǎn)上與第三實(shí)施例不同。構(gòu)成磁 鐵組件20d的各個(gè)永磁鐵形成為弧狀(更為確切地來(lái)說(shuō)是圓弧狀)的形 狀。使用這些弧狀的多個(gè)永磁鐵來(lái)形成環(huán)狀的磁鐵組件20d。該電動(dòng)機(jī) 100d也可以使轉(zhuǎn)子40d相對(duì)定子50d沿正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的方向進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。此 外，在該實(shí)施例中，由于能夠利用到環(huán)狀的磁鐵組件20d的內(nèi)側(cè)和外側(cè) 兩方的磁通密度，因此可以進(jìn)一步提高效率。圖8 (A)是表示作為第五實(shí)施例的無(wú)刷旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的縱剖 視圖，圖8 (B) (D)是其橫剖視圖。如圖8 (C)所示，該旋轉(zhuǎn)式電 動(dòng)機(jī)100e具有轉(zhuǎn)子40e，該轉(zhuǎn)子40e包括由多個(gè)扇形永磁鐵構(gòu)成的圓盤(pán) 狀的磁鐵組件20e。該磁鐵組件20e的內(nèi)周和外周通過(guò)電磁軛構(gòu)件26保 持。因此，磁鐵組件20e沿與圖8 (C)的紙面相垂直的方向(圖8 (A) 的上下方向)產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)。定子50e設(shè)有如圖8 (B)所示的A相線圈30A 和圖8 (D)所示B相線圈30B。如由圖8 (A)中可以理解到A相線 圈30A和B相線圈30B隔著轉(zhuǎn)子40e配置在其兩側(cè)(即上下配置)。磁 鐵組件20e的磁場(chǎng)主要朝向圖8(A)的上下方向，因此通過(guò)這些線圈30A、 30B可以有效地利用強(qiáng)磁場(chǎng)(磁通密度)。圖9 (A)是表示作為第六實(shí)施例的無(wú)刷旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的縱剖 視圖，圖9 (B) (D)是其橫剖視圖。該旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)100f的轉(zhuǎn)子40f具有上部磁鐵組件20fU和下部磁鐵組件20fd。如圖9 (B)、 (D)所示， 這些磁鐵組件20fU、 20fd分別形成為由多個(gè)扇狀永磁鐵構(gòu)成的圓盤(pán)狀的 形狀。這些磁鐵組件20fb、 20fd的各磁鐵位置以各磁極間距1/2相互錯(cuò) 開(kāi)。定子50f具有分別面對(duì)磁鐵組件20fU、 20fd的A相線圈30A和B相 線圈30B。如圖9 (C)、 (E)所示，這些線圈30A、 30B的位置也以各線 圈間距的1/2相互錯(cuò)開(kāi)。根據(jù)該第六實(shí)施例，與第五實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)同樣， 可有效地活用從磁鐵組件20fii、 20fd產(chǎn)生的上下方向的強(qiáng)磁場(chǎng)。如由以上的各種實(shí)施例可以理解到的，本發(fā)明的實(shí)施例的無(wú)刷電力 機(jī)械具有第一構(gòu)件(也稱(chēng)作"第一移動(dòng)構(gòu)件")，其具有磁鐵組件，該磁 鐵組件包括多個(gè)永磁鐵；以及具有電磁線圈的第二構(gòu)件(也稱(chēng)作"第二移 動(dòng)構(gòu)件")，可以實(shí)現(xiàn)第一和第二移動(dòng)構(gòu)件能夠相對(duì)移動(dòng)的各種無(wú)刷電力 機(jī)械。另外，可以采用任意數(shù)量的極數(shù)和相數(shù)。C.電路結(jié)構(gòu)圖10是表示實(shí)施例中的無(wú)刷電力機(jī)械的控制電路的結(jié)構(gòu)的方框圖。 該控制電路具有CPU系統(tǒng)300、驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部200、驅(qū)動(dòng)電路部210、 再生控制部220、蓄電器230以及蓄電控制部240。驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部200 生成用于供給驅(qū)動(dòng)電路部210的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。圖11是表示驅(qū)動(dòng)電路部210的結(jié)構(gòu)的電路圖。該驅(qū)動(dòng)電路部210構(gòu) 成H型橋電路。從驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部200向驅(qū)動(dòng)電路部210提供第一驅(qū)動(dòng) 信號(hào)DRVA1和第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVA2中的一個(gè)。圖10所示的電流IA1、 IA2表示隨這些驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVA1、 DRVA2流動(dòng)的電流(也稱(chēng)作"驅(qū)動(dòng)電 流")的方向。另外，電流IA1、 IA2的切換是根據(jù)磁傳感器54的輸出信 號(hào)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行。圖12是表示再生控制部220的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路圖。再生控制部220 相對(duì)電磁線圈30而與驅(qū)動(dòng)電路部并列地連接。再生控制部220具有由二 極管構(gòu)成的整流電路222和開(kāi)關(guān)晶體管224。通過(guò)蓄電控制部240使開(kāi)關(guān) 晶體管224成為接通狀態(tài)后，可以使電磁線圈30產(chǎn)生的電力再生并對(duì)蓄 電器230進(jìn)行充電。此外，也可以由蓄電器230向電磁線圈30供電。另 外，可以從控制部中省略再生控制部220、蓄電器230和蓄電控制部240，或者也可以省略驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部200和驅(qū)動(dòng)電路部210。此外，圖10 圖12是單相電動(dòng)機(jī)用的控制電路，但是也可以容易地構(gòu)成用于兩相以上 的任意相數(shù)的控制電路。這樣，在上述各實(shí)施例的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)中，通過(guò)構(gòu)成在同極之間相互 接觸的狀態(tài)下保持的磁鐵組件，來(lái)產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，利用該磁場(chǎng)與電磁線圈 的電磁相互作用產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，因此通過(guò)使電流流過(guò)電磁線圈，能夠在電 動(dòng)機(jī)中高效地產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。此外，在無(wú)刷電力機(jī)械構(gòu)成為無(wú)刷發(fā)電機(jī)的 情況下，可以高效地進(jìn)行發(fā)電。此外，為了在永磁鐵的同極之間形成磁 場(chǎng)，因此成為同極之間的間隔非常窄且極數(shù)非常多的結(jié)構(gòu)，因此能夠容 易地實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)矩型的高效的電動(dòng)機(jī)。此外，即使是低轉(zhuǎn)速也能夠 得到高效的發(fā)電機(jī)以及再生特性。進(jìn)而，在上述實(shí)施例中，采用了沒(méi)有 電磁軛的電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明也可以應(yīng)用于帶電磁軛的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。D.變形例另外，該發(fā)明并不限于上述實(shí)施例和實(shí)施方式，在不脫離其主旨的 范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種方式的實(shí)施，例如可以為如下的變形。Dl.變形例1:在上述實(shí)施例中，對(duì)無(wú)刷電力機(jī)械的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電路結(jié)構(gòu)的具體示 例進(jìn)行了說(shuō)明，但是本發(fā)明的無(wú)刷電力機(jī)械的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電路結(jié)構(gòu)也可 以采用除這些以外的任意結(jié)構(gòu)。D2.變形例2:本發(fā)明可以應(yīng)用于風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)、時(shí)鐘(針驅(qū)動(dòng))、滾筒洗衣機(jī)(單向 旋轉(zhuǎn))、滑行車(chē)、振動(dòng)電動(dòng)機(jī)等各種裝置的電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明應(yīng)用于風(fēng)扇電 動(dòng)機(jī)中時(shí)，上述的各種效果(低耗電、低振動(dòng)、低噪音、低旋轉(zhuǎn)不均、 低發(fā)熱、高壽命)特別顯著。這樣的風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)能夠用作例如數(shù)字顯示 裝置、車(chē)載設(shè)備、燃料電池式計(jì)算機(jī)、燃料電池式數(shù)碼相機(jī)、燃料電池 式數(shù)碼攝像機(jī)、燃料電池式移動(dòng)電話(huà)等燃料電池動(dòng)力設(shè)備、投影儀等各 種裝置的風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)。進(jìn)而，本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)也可以用作各種家電設(shè)備 和電子設(shè)備的電動(dòng)機(jī)。例如在光存儲(chǔ)裝置、磁存儲(chǔ)裝置、多面反射體驅(qū) 動(dòng)裝置等中，可以將本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)用作主軸電動(dòng)機(jī)。此外，本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)也可以用作車(chē)輛或機(jī)器人用的電動(dòng)機(jī)。圖13是表示使用了依照本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的投影儀的說(shuō)明圖。該投影儀600具有發(fā)出紅、綠、藍(lán)三色光的三個(gè)光源610R、 610G、 610B;分別對(duì)這三色光進(jìn)行調(diào)制的三個(gè)液晶光閥640R、 640G、 640B; 對(duì)調(diào)制后的三色光進(jìn)行合成的正交分光棱鏡650;將合成的三色光投影到 屏幕SC上的投影透鏡系統(tǒng)660;用于冷卻投影儀內(nèi)部的冷卻風(fēng)扇670; 以及控制投影儀600整體的控制部680。驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)扇670的電動(dòng)機(jī)可以 采用上述的各種無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。圖14 (A) (C)是表示使用了依照本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的燃 料電池式移動(dòng)電話(huà)的說(shuō)明圖。圖14 (A)表示移動(dòng)電話(huà)700的外觀，圖 14 (B)表示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示例。移動(dòng)電話(huà)700具有控制移動(dòng)電話(huà)700工作 的MPU710、風(fēng)扇720以及燃料電池730。燃料電池730向MPU 710和 風(fēng)扇720供電。風(fēng)扇720用于為了向燃料電池730供給空氣而從移動(dòng)電 話(huà)700的外部向內(nèi)部送風(fēng)，或者用于將燃料電池730產(chǎn)生的水分從移動(dòng) 電話(huà)700的內(nèi)部向外排出。另外，風(fēng)扇720也可以如圖14 (C)所示配 置在MPU710上以冷卻MPU710。驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇720的電動(dòng)機(jī)可以采用上述 的各種無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。圖15是表示使用了依照本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的作為車(chē) 輛的一個(gè)例子的電動(dòng)自行車(chē)(電動(dòng)助力自行車(chē))的說(shuō)明圖。該自行車(chē)800 的前輪設(shè)有電動(dòng)機(jī)810，車(chē)座下方的車(chē)架上設(shè)有控制電路820和充電電池 830。電動(dòng)機(jī)810利用來(lái)自充電電池830的電力驅(qū)動(dòng)前輪，從而對(duì)行進(jìn)提 供助力。此外，剎車(chē)時(shí)電動(dòng)機(jī)810再生的電力使充電電池830充電。控 制電路820是控制電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)和再生的電路。該電動(dòng)機(jī)810可以釆用 上述的各種無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。圖16是表示使用了依照本發(fā)明的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的機(jī)器人的一個(gè) 例子的說(shuō)明圖。該機(jī)器人900具有第一和第二機(jī)械臂910、 920以及電動(dòng) 機(jī)930。該電動(dòng)機(jī)930用于使作為被驅(qū)動(dòng)部件的第二機(jī)械臂920水平旋轉(zhuǎn)。 該電動(dòng)機(jī)930可以采用上述的各種無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)刷電力機(jī)械，其特征在于，該無(wú)刷電機(jī)力械具有第一移動(dòng)構(gòu)件，其具有磁鐵組件，該磁鐵組件包括被保持在同極之間相互接觸狀態(tài)下的多個(gè)永磁鐵；以及第二移動(dòng)構(gòu)件，其包括電磁線圈，并且該第二移動(dòng)構(gòu)件與所述第一移動(dòng)構(gòu)件的相對(duì)位置可變更，所述磁鐵組件沿同極之間相互接觸的同極接觸面上的磁場(chǎng)方向且從所述磁鐵組件朝向外側(cè)的磁場(chǎng)方向，產(chǎn)生最強(qiáng)的磁場(chǎng)，所述電磁線圈被配置成電流沿與所述磁場(chǎng)方向交叉的方向流動(dòng)。
2. 如權(quán)利要求l所述的無(wú)刷電力機(jī)械，其特征在于，該無(wú)刷電力機(jī)械還具有控制電路，該控制電路控制向所述電磁線圈 供電或者從所述電磁線圈再生電力，所述控制電路可執(zhí)行下述控制的至少一種(i) 再生控制，隨著所述第一移動(dòng)構(gòu)件和所述第二移動(dòng)構(gòu)件沿預(yù)定 方向相對(duì)移動(dòng)，使所述電磁線圈中產(chǎn)生的直流電力再生；(ii) 驅(qū)動(dòng)控制，不改變供給所述電磁線圈的電流的方向，通過(guò)向所 述電磁線圈供給預(yù)定的第一電流方向的驅(qū)動(dòng)電流，使所述無(wú)刷電力機(jī)械 沿預(yù)定的驅(qū)動(dòng)方向動(dòng)作。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的無(wú)刷電力機(jī)械，其特征在于， 所述多個(gè)永磁鐵分別形成為平板狀的形狀，所述磁鐵組件是所述多個(gè)永磁鐵在與所述同極接觸面相垂直的方向 上層積而成的層積體。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的無(wú)刷電力機(jī)械，其特征在于， 所述多個(gè)永磁鐵分別形成為扇形或弧形的形狀， 所述磁鐵組件形成為將扇形的所述多個(gè)永磁鐵配置成圓盤(pán)狀而成的形狀，或者具有將弧形的所述多個(gè)永磁鐵配置成圓環(huán)狀而成的形狀。
5. 如權(quán)利要求l所述的無(wú)刷電力機(jī)械，其特征在于，所述第一移動(dòng)構(gòu)件和所述第二移動(dòng)構(gòu)件構(gòu)成為在與所述同極接觸面 相垂直的方向上可相對(duì)移動(dòng)。
6. —種帶無(wú)刷電力機(jī)械的裝置，其特征在于， 該帶無(wú)刷電力機(jī)械的裝置具有-權(quán)利要求l所述的無(wú)刷電力機(jī)械；以及 由所述無(wú)刷電力機(jī)械驅(qū)動(dòng)的被驅(qū)動(dòng)構(gòu)件。
7. 如權(quán)利要求6所述的帶無(wú)刷電力機(jī)械的裝置，其特征在于， 所述帶無(wú)刷電力機(jī)械的裝置是電子設(shè)備。
8. 如權(quán)利要求7所述的帶無(wú)刷電力機(jī)械的裝置，其特征在于， 所述電子設(shè)備是投影儀。
9. 如權(quán)利要求6所述的帶無(wú)刷電力機(jī)械的裝置，其特征在于， 所述帶無(wú)刷電力機(jī)械的裝置是燃料電池動(dòng)力設(shè)備，該燃料電池動(dòng)力設(shè)備具有向所述無(wú)刷電力機(jī)械提供電源的燃料電池。
10. 如權(quán)利要求6所述的帶無(wú)刷電力機(jī)械的裝置，其特征在于， 所述帶無(wú)刷電力機(jī)械的裝置是機(jī)器人。
11. 如權(quán)利要求6所述的帶無(wú)刷電力機(jī)械的裝置，其特征在于， 所述帶無(wú)刷電力機(jī)械的裝置是車(chē)輛。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠高效地利用永磁鐵的磁通的無(wú)刷電力機(jī)械。該無(wú)刷電力機(jī)械具有第一移動(dòng)構(gòu)件(40a)，其具有磁鐵組件(20)，該磁鐵組件包括被保持在同極之間相互接觸狀態(tài)下的多個(gè)永磁鐵(10)；以及第二移動(dòng)構(gòu)件(50a)，其包括電磁線圈(30)，并且該第二移動(dòng)構(gòu)件與第一移動(dòng)構(gòu)件的相對(duì)位置可變更。磁鐵組件(20)沿著同極之間相互接觸的同極接觸面上的磁場(chǎng)方向且從磁鐵組件(20)朝向外側(cè)的磁場(chǎng)方向產(chǎn)生最強(qiáng)的磁場(chǎng)。
文檔編號(hào)H02K41/035GK101404439SQ20081014918
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月2日
發(fā)明者竹內(nèi)啟佐敏 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社