無刷電力機械的制作方法

專利名稱：無刷電力機械的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種采用了永久磁鐵和電磁線圈的無刷電力機械。
背景技術：
無刷電力機械是具有包含無刷電動機和無刷發電機的意思的詞語。 作為無刷電動機，已經公知有例如下述專利文獻1記載的電動機。日本特開2001—298982號公報
在以往的無刷電力機械中，通過適當切換對電磁線圈施加的電流的 方向和再生電流的方向來進行動作的控制。但是，存在用于進行電流方 向切換的控制電路的結構復雜、并且隨著切換會產生損失這樣的問題。

發明內容
本發明的目的在于，提供一種控制電路的結構更簡單且效率高的無 刷電力機械。
本發明正是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，可作為以下 的方式或應用例來實現。一種無刷電力機械，其中，上述無刷電力機械包括
具有磁鐵集合體的第一移動部件，上述磁鐵集合體包含至少一個以 從N極和S極中選出的第一極彼此接觸的狀態被保持的永久磁鐵對；
第二移動部件，其包含電磁線圈，并以與上述第一移動部件的相對 位置可變更的方式構成；以及
控制電路，其控制向上述電磁線圈提供電力或從上述電磁線圈再生 電力，
上述永久磁鐵對沿著上述第一極彼此接觸的同極接觸面上的磁場方 向、即從上述永久磁鐵對的中央朝向外側的磁場方向產生最強的磁場，
上述電磁線圈被配置成電流在與上述磁場方向交叉的方向上流過， 上述控制電路以執行如下驅動控制和再生控制中的至少一者的方式 構成
(i) 驅動控制，通過不變更提供給上述電磁線圈的電流的方向地對 上述電磁線圈提供預定的第一電流方向的驅動電流，使上述無刷電力機 械在預定的驅動方向上動作，
(ii) 再生控制，隨著沿著上述第一移動部件和上述第二移動部件之 間的預定方向的相對移動，再生產生于上述電磁線圈的直流電力。
根據該無刷電力機械，不切換電流或電壓的方向即可進行驅動控制 和再生控制，因此，能夠得到控制電路的結構更簡單且效率高的無刷電 力機械。根據應用例1所述的無刷電力機械，其中， 上述磁鐵集合體包含磁軛部件，上述磁軛部件以與在各永久磁鐵的
N極和S極中與上述第一極相反的第二極接觸的狀態而設置。
在該結構中，能夠降低第二極的磁場帶來的影響，因此能夠提高效率。根據應用例2所述的無刷電力機械，其中， 上述磁鐵集合體包含2個以上的上述永久磁鐵對和設于相鄰的永久
磁鐵對之間的上述磁軛部件。
根據該結構，使用多個永久磁鐵對，因此能夠實現更長距離的驅動
或再生、以及更大的驅動力或再生電力。根據應用例1至3的任意一項所述的無刷電力機械，其中， 上述第一移動部件和上述第二移動部件以能沿著垂直于上述同極接
觸面的方向相對移動的方式構成。根據應用例1至3的任意一項所述的無刷電力機械，其中， 上述第一移動部件和上述第二移動部件以能沿著平行于上述同極接
觸面的預定方向相對移動的方式構成。根據應用例1至5的任意一項所述的無刷電力機械，其中， 上述控制電路在上述驅動控制中，通過對上述電磁線圈在與上述第
一電流方向相反的方向上提供驅動電流，使上述無刷電力機械在與上述 驅動方向相反的方向上動作。
在該結構中，能夠使無刷電動機任意反轉。根據應用例1至6的任意一項所述的無刷電力機械，其中， 上述永久磁鐵包括沿著與上述驅動方向交叉的方向設置的凹部或凸部。
在該結構中，能夠增大永久磁鐵的磁通密度。根據應用例1至7的任意一項所述的無刷電力機械，其中，
上述無刷電力機械是旋轉式電動機。根據應用例1至7的任意一項所述的無刷電力機械，其中， 上述無刷電力機械是直進式電動機。—種電子設備，其中，上述電子設備包括 能在預定的驅動方向上動作的無刷電動機；以及 被上述無刷電動機驅動的被驅動部件， 上述無刷電動機包括-
具有磁鐵集合體的第一移動部件，上述磁鐵集合體包含至少一個以
從N極和S極中選出的第一極彼此接觸的狀態被保持的永久磁鐵對；
第二移動部件，其包含電磁線圈，并以與上述第一移動部件的相對
位置可變更的方式構成；以及
控制電路，其控制向上述電磁線圈提供電力，
上述永久磁鐵對沿著上述第一極彼此接觸的同極接觸面上的磁場方 向、即從上述永久磁鐵對的中央朝向外側的磁場方向產生最強的磁場，
上述電磁線圈被配置成電流在與上述磁場方向交叉的方向上流過，
上述控制電路執行驅動控制，上述驅動控制通過不變更提供給上述 電磁線圈的電流的方向地對上述電磁線圈提供預定的第一電流方向的驅 動電流，使上述無刷電動機在預定的驅動方向上動作。根據應用例IO所述的電子設備，
上述電子設備是投影儀。—種使用燃料電池的設備，其中，上述使用燃料電池的
設備包括
能在預定的驅動方向上動作的無刷電動機；以及
被上述無刷電動機驅動的被驅動部件，
上述無刷電動機包括
具有磁鐵集合體的第一移動部件，上述磁鐵集合體包含至少一個以 從N極和S極中選出的第一極彼此接觸的狀態被保持的永久磁鐵對；
第二移動部件，其包含電磁線圈，并以與上述第一移動部件的相對
位置可變更的方式構成；以及
控制電路，其控制向上述電磁線圈提供電力，
上述永久磁鐵對沿著上述第一極彼此接觸的同極接觸面上的磁場方 向、即從上述永久磁鐵對的中央朝向外側的磁場方向產生最強的磁場，
上述電磁線圈被配置成電流在與上述磁場方向交叉的方向上流過，
上述控制電路執行驅動控制，上述驅動控制通過不變更提供給上述 電磁線圈的電流的方向地對上述電磁線圈提供預定的第一電流方向的驅 動電流，使上述無刷電動機在預定的驅動方向上動作。—種機器人，其中，上述機器人包括
無刷電動機；以及
被上述無刷電動機驅動的被驅動部件，
上述無刷電動機包括
具有磁鐵集合體的第一移動部件，上述磁鐵集合體包含至少一個以
從N極和S極中選出的第一極彼此接觸的狀態被保持的永久磁鐵對；
第二移動部件，其包含電磁線圈，并以與上述第一移動部件的相對
位置可變更的方式構成；以及
f空制電路，其控制向上述電磁線圈提供電力，
上述永久磁鐵對沿著上述第一極彼此接觸的同極接觸面上的磁場方 向、即從上述永久磁鐵對的中央朝向外側的磁場方向產生最強的磁場，
上述電磁線圈被配置成電流在與上述磁場方向交叉的方向上流過，
上述控制電路執行驅動控制，上述驅動控制通過不變更提供給上述 電磁線圈的電流的方向地對上述電磁線圈提供預定的第一電流方向的驅
動電流，使上述無刷電動機在預定的驅動方向上動作。一種移動體，其中，上述移動體包括應用例1所述的無 刷電力機械。
本發明能以各種方式實現，例如，能夠以電動機、發電機、它們的 控制方法、使用了它們的致動器或電子設備、機器人、移動體等各種裝 置的方式實現。


圖1是表示在本發明的各種實施例中使用的磁鐵集合體的概略結構 的說明圖。
圖2是表示作為第一實施例的直線電動機的結構的剖視圖。 圖3是表示作為第二實施例的直線電動機的結構的說明圖。 圖4是表示磁鐵的狹縫的配置例的說明圖。 圖5是表示作為第三實施例的旋轉式電動機的結構的剖視圖。 圖6是表示適于第三實施例的電磁線圈的剖面結構的說明圖。 圖7是表示作為第四實施例的旋轉式電動機的結構的剖視圖。 圖8是表示作為第五實施例的旋轉式電動機的結構的剖視圖。 圖9是表示適于第五實施例的電磁線圈的剖面結構的說明圖。 圖10是表示作為第六實施例的旋轉式電動機的結構的剖視圖。 圖11是表示無刷電力機械的控制電路的結構的框圖。 圖12是表示驅動傳動(driver)部的結構的電路圖。 圖13是表示再生控制部的內部結構的電路圖。 圖14是表示采用了本發明實施例的電動機的投影儀的說明圖。 圖15是表示采用了本發明實施例的電動機的燃料電池式手機的說 明圖。
圖16是表示作為采用了本發明實施例的電動機/發電機的移動體的 一例的電動自行車(電動助力自行車)的說明圖。
圖17是表示采用了本發明實施例的電動機的機器人的一例的說明圖。
符號說明
IO永久磁鐵；10c同極接觸面；10pair永久磁鐵對；12磁軛部件； 14狹縫；20磁鐵集合體；22環狀空間；30電磁線圈；32強磁性體部件； 34非磁性體部件；36永久磁鐵；40移動部件；42軸承；44負載部；46 框；100a直線電動機；100b直線電動機；100c旋轉式電動機；100d旋 轉式電動機；100e旋轉式電動機；100f旋轉式電動機；110上部軸；114 彈簧；120軸；124固定螺釘；130殼；200驅動信號生成部；210驅動傳 動部；220再生控制部；222整流電路；224開關晶體管；230蓄電器；
240蓄電控制部;300CPU系統;600投影儀;610R、 610G、 610B光源; 640R、 640G、 640B液晶光閥；650分光合色棱鏡(cross dichroic prism); 660投影透鏡系統；670冷卻風扇；680控制部；700手機；710 MPU; 720風扇；730燃料電池；800電動自行車(電動助力自行車)；810電動
機；820控制電路；830充電電池；900機器人；910臂；920臂；930電
動機
具體實施例方式
接下來，按以下的順序說明本發明的實施方式。
A. 磁鐵集合體的結構
B. 各種實施例
c.電路結構
D.變形例
A.磁鐵集合體的結構
圖1是表示在本發明的各種實施例中采用的磁鐵集合體的概略結構
的說明圖。圖l (A)示出了一個永久磁鐵IO。該磁鐵10在上下方向上 被磁化，從N極出來的箭頭和進入S極的箭頭表示磁力線。圖1 (B)示 出了由兩塊磁鐵10構成的永久磁鐵對10pair。該永久磁鐵對10pair是兩 塊磁鐵10以N極彼此接觸的狀態而被保持的。當以該狀態保持兩塊磁鐵 10時，如粗箭頭所示，沿著從其同極接觸面10c朝向外部的磁場方向MD 產生最強的磁場。在此，所謂"同極接觸面"，表示由彼此接觸的同極的
表面規定的平面。磁場方向MD是同極接觸面10C上的方向，是從永久
磁鐵對10pair的中央朝向外側的方向。在磁鐵10的尺寸小的情況下，該 磁場方向MD為從永久磁鐵對10pair的中央朝向外側的放射狀的方向。 根據發明人的實驗，發現永久磁鐵對lOpair的磁場方向MD的表面磁通 密度達到單一的磁鐵10的表面磁通密度(即圖1 (A)的上表面的磁通 密度)的大約2倍。因此，在本發明的各種實施例中，使用這樣的永久 磁鐵對10pair，利用其磁場方向MD的強磁場，構成電動機或發電機。 此外，也可以以不使N極相接觸而是使S極相接觸的方式來構成永久磁 鐵對lOpair。
圖1 (C)示出了包含3個永久磁鐵對lOpair的磁鐵集合體20。在3 個永久磁鐵對lOpair的兩端分別設有磁軛部件12。即，以與各永久磁鐵 對lOpair的S極接觸的方式分別設有磁軛部件12。磁軛部件12可以由強 磁性體材料形成，尤其優選由強磁性鐵鎳合金等高磁導率材料形成。圖！ (D)示出了磁鐵集合體20的表面磁通密度的分布。由該圖可知，磁軛 部件12具有使S極的表面磁通密度降低的效果。結果，在磁鐵集合體20 的周圍(圖1 (C)的左右位置)，形成N極附近的表面磁通密度大、S 極附近的表面磁通密度小這樣的特征磁場。在后述的各種實施例中，使 用產生這樣的特征磁場的磁鐵集合體。
作為磁鐵集合體，可使用至少具有1個永久磁鐵對lOpair的任意結 構的磁鐵集合體。并且，磁鐵集合體也可以像圖1 (B)那樣沒有磁軛部 件，但更優選像圖1 (C)那樣在與彼此接觸的第一極(在圖1的例子中 為N極)不同的第二極(S極)上附加了磁軛部件12的磁鐵集合體。其 理由在于，能夠有效地利用第一極(N極)附近的磁場、同時防止第二 級(S極)附近的磁場的影響造成的效率降低。
B.各種實施例
圖2 (A)是表示作為第一實施例的無刷直線電動機的結構的縱剖視 圖。該直線電動機100a包括含有磁鐵集合體20的第一移動部件和含有 電磁線圈30的第二移動部件。在該例子中，磁鐵集合體20包括4個永 久磁鐵對10pair。在所有的S極上設置有磁軛部件12。圖2 (B)是直線
電動機100a的水平剖視圖。N極附近的磁場方向MD從磁鐵集合體20 的中央朝向外側呈放射狀延伸。在圖2 (B)中，當電流沿著電流方向CD 在電磁線圈30中流過時，在電磁線圈30中在從紙面的背面朝向正面的 方向上產生驅動力。在電磁線圈30被固定的情況下，磁鐵集合體20在 圖2 (B)的從紙面的正面朝向背面的方向上被驅動。并且，當使電流方 向逆轉時，產生與之相反的驅動力。這樣，在該無刷直線電動機100a中， 通過使直流電流在電磁線圈30中流過，能夠使磁鐵集合體20沿著圖2 (A)的驅動方向DD (上下方向)動作。
如圖2 (A)所示，沿著驅動方向DD的電磁線圈30的長度優選設 定為跨越2個以上的同極接觸面10c的范圍以上的長度(即同極接觸面 10c的節距以上的長度)。其理由在于，如圖1 (D)所示，磁鐵集合體 20的磁通密度分布在同極接觸面10c的位置上強，在其它位置上弱。艮卩， 只要電磁線圈30具有同極接觸面10c的節距以上的長度，就能夠始終利 用同極接觸面10c附近的強磁場，并且產生大的驅動力。另一方面，在 電磁線圈30的長度比同極接觸面10c的節距短的情況下，有可能無法由 停止位置起動。此外，基于與之同樣的理由，同極接觸面10c的節距優 選為恒定的。
在圖2 (B)的例子中，磁鐵集合體20的水平剖面為矩形，但是， 作為磁鐵集合體20的水平剖面形狀，可以采用圓形或三角形等任意的形 狀。但是，構成磁鐵集合體20的各個永久磁鐵10，優選的是具有磁極間 的距離(厚度)小的板狀的形狀，而不是磁極間的距離大的棒狀的形狀。 其理由在于，在使用了磁鐵集合體20的電機中，利用在同極接觸面10c 產生的強磁場，所以磁鐵10的厚度小的效率高。在這種意義上講，永久 磁鐵10的磁化方向優選與厚度最小的方向一致。
圖3 (A)是表示作為第二實施例的無刷直線電動機的結構的縱剖視 圖，圖3 (B)是其側視圖。該直線電動機100b包括含有磁鐵集合體20 的第一移動部件和含有電磁線圈30的第二移動部件40。電磁線圈30由 框(框部件)46支承，在框46上載置有負載部44。負載部44是與框46 一起移動的物體，包含電磁線圈30的控制電路和電源(電池等)。框46 經由軸承42而保持在磁鐵集合體20的上部。當直流電流在電磁線圈30 中流過時，含有電磁線圈30、框46以及負載部44的移動部件40沿著垂 直于圖3 (A)的紙面的方向移動。該移動方向相當于圖3 (B)所示的 驅動方向DD。
當電流在圖3 (A)所示的電流方向CD上流過的情況下，移動部件 40在從紙面的背面朝向正面的方向上被驅動。但是，在圖3 (A)的結構 中，在電磁線圈30的線圈部分的靠近永久磁鐵對10pair的線圈部分和遠 離永久磁鐵對10pak的線圈部分產生反方向的驅動力。但是，永久磁鐵 對10pair產生的磁通密度隨著遠離永久磁鐵對10pair而急劇減少，因此， 在遠離永久磁鐵對10pair的線圈部分產生的反方向的驅動力是在實際應 用上不成問題的程度。
在圖3的例子中，磁鐵集合體20由1個永久磁鐵對10pair、以及設 于其上端和下端的磁軛部件12構成。該磁鐵集合體20如圖3 (B)所示， 是驅動方向DD的尺寸最大的磁鐵。因此，在該直線電動機100b中，能 夠使移動部件40經過沿著驅動方向DD的較長距離而移動。此外，如圖 3 (B)所示，在永久磁鐵10的表面(側面)上設有多個狹縫14。
圖4 (A) (C)是表示磁鐵10的狹縫14的配置例的說明圖。在 圖4 (A)的例子中，沿著與驅動方向DD正交的方向設置有狹縫14。在 圖4 (B)、 (C)的例子中，沿著從驅動方向DD和與驅動方向DD正交 的方向這兩者傾斜的方向設置有狹縫14。由這些例子可知，狹縫14優選 沿著與電動機的驅動方向DD交叉的方向設置。其理由如下。 一般來說， 已知在厚度方向被磁化的無限大的板狀磁鐵上的磁通密度為0。即使是足 夠大的板狀磁鐵也能產生同樣的現象。因此，如果在永久磁鐵的表面(與 電磁線圈相對的表面)上設置狹縫14的話，能夠使磁通密度增加，結果， 能夠使驅動力增大。優選在其它實施例中也設置這樣的狹縫14。
在圖4所示的變形例中，對永久磁鐵設置了狹縫，但也可以在狹縫 的位置上分離永久磁鐵。在這種情況下可以認為，成為較小的多個永久 磁鐵空出間隙而排列的狀態。可以認為，此時的間隙和圖4中的狹縫都 相當于設置于永久磁鐵的"凹部"。此外，即使取代凹部而將凸部設置于
永久磁鐵，也能實現大致同樣的效果。具有沿著與驅動方向交叉的方向 設置的凹部或凸部的永久磁鐵可用各種方法制成。例如，準備具有與最 終的磁鐵形狀相同形狀的未磁化的強磁性體部件，用磁化裝置將該強磁 性體部件磁化，由此，能夠制成上述那樣的永久磁鐵。
在上述第一實施例中，如圖2 (B)所示電流在沿著同極接觸面IOC
的電流方向CD上流過，而在第二實施例中，如圖3 (A)所示電流在與 同極接觸面10c垂直的電流方向CD上流過。但是，在這兩種情況下，共 同之處在于，電流方向CD都是與同極接觸面10c上的磁場方向MD正 交的方向。這樣，如果使電流沿著與同極接觸面10c上的磁場方向MD 正交的方向流過，則能夠高效地產生驅動力。但是，電流方向CD也可 以不是與同極接觸面10c上的磁場方向MD正交的方向，可以取與同極 接觸面10c上的磁場方向MD交叉的任意方向。
圖5 (A)是表示作為第三實施例的無刷旋轉式電動機的結構的縱剖 視圖，圖5 (B)是其B-B剖視圖。該旋轉式電動機100c包括含有磁鐵 集合體20的轉子(第一移動部件)和含有電磁線圈30的定子(第二移 動部件)。電磁線圈30被固定在殼130的內周。轉子的上部軸110和下 部軸120分別由軸承112、 122保持。磁鐵集合體20的下端部由固定螺 釘124與下部軸120連結。另一方面，在與磁鐵集合體20的上端部連結 的上部軸110的周圍設有彈簧114，由于該彈簧114，磁鐵集合體20的 上端從殼130的內表面受到壓力。但是，這樣的連結結構僅是一例，可 以采用其他各種連結結構。
第三實施例的磁鐵集合體20與圖3 (A)所示的第二實施例相同， 具有僅含有1個永久磁鐵對和設于其兩端的磁軛部件的結構。但是，第 三實施例的磁鐵集合體20如由圖5 (A)、 (B)能夠理解的那樣，具有圓 盤狀的形狀。
當電流在圖5 (A)所示的電流方向CD上流過的情況下，轉子(磁 鐵集合體20)在圖5 (B)的順時針方向上被驅動。另夕卜，如果使電流在 反方向上流過的話，則能夠在反方向上驅動。這樣，在第三實施例的旋 轉式電動機中，通過使直流電流在電磁線圈30中流過，能夠使轉子在預
定的旋轉方向上旋轉。
圖6 (A) (C)是表示適于第三實施例的電磁線圈的剖面結構的
說明圖。在圖6 (A)中，作為線圈30的磁芯部件設有強磁性體部件32。 在圖6 (B)中，作為線圈30的磁芯部件設有非磁性體部件34。在圖6 (C)中，作為線圈30的磁芯部件設有永久磁鐵36和強磁性體部件32。 作為磁芯材料的永久磁鐵36的磁化方向，優選與磁鐵集合體20的同極 接觸面的磁場方向相同(磁力線朝向相同方向)。在圖6 (A) (C)中， 作為線圈30的部分，示出了更靠近磁鐵集合體20的線圈部分30i和更遠 離磁鐵集合體20的線圈部分300。在圖6 (A)和(C)的結構中，在更 靠近磁鐵集合體20的線圈部分30i中，由磁鐵集合體20的磁場有效地產 生驅動力，而在更遠離磁鐵集合體20的線圈部分30o中，磁鐵集合體20 的磁場被磁芯部件屏蔽，因此幾乎不產生驅動力。基于該理由，與圖6 (B)的結構相比，優選圖6 (A)和(C)的結構。
圖7是表示作為第四實施例的無刷旋轉式電動機的結構的縱剖視 圖。該旋轉式電動機100d與第三實施例的不同之處在于，作為磁鐵集合 體20采用了具有2個永久磁鐵對10pair的磁鐵集合體。這樣，如果采用 具有2個以上永久磁鐵對10pair的磁鐵集合體20作為旋轉式電動機，則 能夠產生更大的驅動力。
圖8 (A)是表示作為第五實施例的無刷旋轉式電動機的結構的縱剖 視圖，圖8 (B)是僅示出其磁鐵集合體20e的縱剖視圖。在該旋轉式電 動機100e中，如圖(B)所示，在磁鐵集合體20e的永久磁鐵上除中心 軸用的空間以外設有環狀空間22。在該環狀空間22中插入作為定子的電 磁線圈30。另外，磁鐵集合體20e作為整體具有大致圓筒狀的形狀，其 整個外周由磁軛部件12覆蓋。如果這樣構成磁鐵集合體20e和電磁線圈 30，則如圖8 (A)所示，在電磁線圈30的夾著磁芯部件的兩側的線圈 部分存在反向的磁場，因此能夠從電磁線圈30的兩側的線圈部分產生同 一方向的驅動力。
圖9 (A) (C)是表示適于第五實施例的電磁線圈的剖面結構的 說明圖。圖9 (A)、 (B)與上述的圖6 (A)、 (B)的結構相同。在圖9 (C)中，作為線圈30的磁芯材料，在強磁性體部件32的兩側分別設有
永久磁鐵36。作為磁芯材料的永久磁鐵36的磁化方向與圖6 (C)的例 子相同，優選與磁鐵集合體20e的同極接觸面上的磁場方向相同(磁力 線朝向相同方向)。
圖10是表示作為第六實施例的無刷旋轉式電動機的結構的縱剖視 圖。該旋轉式電動機100f具有如下結構將圖8所示的第五實施例的旋 轉式電動機100e反向配置兩組而在上方和下方設有分別獨立旋轉的軸 120。此外，殼由2個電動機100e共用。在該旋轉式電動機100f中，能 夠利用2個軸120來獨立驅動2個被驅動部件。
如由以上各種實施例可理解的那樣，本發明的各種實施例的無刷電 力機械可作為如下各種無刷電力機械實現，即，包括具有含1個以上的 永久磁鐵對的磁鐵集合體的第一部件(也稱為"第一移動部件")和具有 電磁線圈的第二部件(也稱為"第二移動部件")，以第一移動部件和第二 移動部件能夠相對移動的方式構成。
C.電路結構
圖11是表示實施例中的無刷電力機械的控制電路的結構的框圖。該 控制電路包括CPU系統300、驅動信號生成部200、驅動傳動部210、 再生控制部220、蓄電器230、以及蓄電控制部240。驅動信號生成部200 生成提供給驅動傳動部210的驅動信號。
圖12是表示驅動傳動部210的結構的電路圖。該驅動傳動部210構 成H型橋式電路。從驅動信號生成部200向驅動傳動部210提供第一驅 動信號DRVA1和第二驅動信號DRVA2中的一者。圖11所示的電流IA1、 IA2示出了響應這些驅動信號DRVA1、 DRVA2而流過的電流(也稱為"驅 動電流")的方向。例如，在響應第一驅動信號DRVA1而流過電流IA1 的情況下，電動機在預定的第一驅動方向上動作。在響應第二驅動信號 DRVA2而流過電流IA2的情況下，電動機在與第一驅動方向相反的第二 驅動方向上動作。該第一驅動方向例如是圖2 (A)的上方向，第二驅動 方向是下方向。或者，在圖5那樣的旋轉式電動機的情況下，第一驅動 方向例如為順時針方向，第二驅動方向為逆時針方向。作為驅動信號
DRVA1、 DRVA2，例如可使用恒定的導通信號、周期性的脈沖信號等。
驅動信號生成部200也可以構成為僅生成2個驅動信號DRVA1、 DRVA2中的一者。在這種情況下，雖然電動機僅能夠在一個方向上驅動， 但例如在風扇電動機這樣的實用例中這樣就足夠了。
圖13是表示再生控制部220的內部結構的電路圖。再生控制部220 相對于電磁線圈30與驅動傳動部并聯連接。再生控制部220包括由二極 管構成的整流電路222和開關晶體管224。當開關晶體管224由于蓄電控 制部240而呈導通狀態時，能夠再生由電磁線圈30產生的電力而對蓄電 器230充電。并且，還能夠從蓄電器230向電磁線圈30提供電流。也可 以從控制部省略再生控制部220、蓄電器230以及蓄電控制部240，或者， 也可以省略驅動信號生成部200和驅動傳動部210。
這樣，在上述各實施例的無刷電動機中，通過構成永久磁鐵對10pair 而產生強磁場，由該磁場和電磁線圈的電磁相互作用產生驅動力，因此， 通過使恒定方向的電流在電磁線圈中流過，能夠使電動機產生預定驅動 方向的力。即，在本實施例的無刷電動機中，能夠不由控制電路進行驅 動電壓或驅動電流的切換而使無刷電動機動作。并且，在將無刷電力機 械構成為無刷發電機的情況下，能夠將沿著預定方向的發電機的動作轉 換為直流電力。
D.變形例
本發明不限于上述實施例和實施方式，可以在不脫離其主旨的范圍 內按照各種方式實施，例如可以進行如下變形。 Dl.變形例1
在上述實施例中，對電磁線圈施加直流的驅動電壓，但也可以對電 磁線圈施加脈沖狀的電壓作為驅動電壓。即，通過不變更驅動電壓的極 性而將預定極性的電壓施加于電磁線圈，能夠使電動機在預定的驅動方 向動作，并且，從驅動電流的觀點出發，可以理解為通過不變更驅動電 流的方向而將預定方向的驅動電流施加于電磁線圈，能夠使電動機在預 定的驅動方向動作。但是，如果持續對線圈施加恒定的直流電壓或直流 電流而不是脈沖狀的電壓或電流，則具有控制電路的結構變得更簡單的
優點。
D2.變形例2
在上述實施例中，說明了無刷電力機械的機械結構和電路結構的具 體例子，作為本發明的無刷電力機械的機械結構和電路結構，可以采用 此外的任意結構。
D3.變形例3
本發明可以適用于風扇電動機、鐘表(指針驅動)、滾筒式洗衣機(單 一旋轉)、滑行車、振動電動機等各種裝置的電動機。在把本發明應用于 風扇電動機時，上述的各種效果(低功耗、低振動、低噪音、低旋轉不 均、低發熱、高壽命)特別顯著。這種風扇電動機例如可以用作數字顯 示裝置、車載設備、燃料電池式電腦、燃料電池式數碼照相機、燃料電 池式攝像機、燃料電池式手機等使用燃料電池的設備、以及投影儀等各 種裝置的風扇電動機。本發明的電動機還可以用作各種家電設備和電子 設備的電動機。例如，在光存儲裝置、磁存儲裝置、多面反射體驅動裝 置等中，可以把本發明的電動機用作旋轉電動機。并且，本發明的電動 機也可以用作移動體和機器人用的電動機。
圖14是表示采用了本發明實施例的電動機的投影儀的說明圖。該投 影儀600具有發出紅、綠、藍三種顏色光的3個光源610R、 610G、 610B; 分別調制這三種顏色光的3個液晶光閥640R、 640G、 640B;合成所調制 的三種顏色光的分光合色棱鏡650;將所合成的三種顏色光投影在屏幕 SC上的投影透鏡系統660;用于冷卻投影儀內部的冷卻風扇670;以及 控制整個投影儀600的控制部680。作為驅動冷卻風扇670的電動機，可 以采用上述的各種無刷電動機。
圖15 (A) (C)是表示采用了本發明實施例的電動機的燃料電池 式手機的說明圖。圖15 (A)表示手機700的外觀，圖15 (B)表示內 部結構的例子。手機700具有控制手機700動作的MPU710、風扇720 和燃料電池730。燃料電池730向MPU710和風扇720提供電源。風扇 720用于從手機700外部向其內部送風，以便向燃料電池730提供空氣， 或者將燃料電池730生成的水分從手機700內部排出到外部。另外，也
可以按照圖15(C)所示將風扇720配置在MPU710上，以便冷卻MPU710。 作為驅動風扇720的電動機，可以采用上述的各種無刷電動機。
圖16是表示作為采用了本發明實施例的電動機/發電機的移動體的 一例的電動自行車(電動助力自行車)的說明圖。該自行車800在前輪 上設有電動機810，在車座下方的框架上設有控制電路820和充電電池 830。電動機810利用來自充電電池830的電力驅動前輪，由此對行駛進 行助力。并且，在制動時，通過電動機810再生的電力被充電給充電電 池830。控制電路820是控制電動機的驅動和再生的電路。作為該電動機 810，可以采用上述的各種無刷電動機。
圖17是表示采用了本發明實施例的電動機的機器人的一例的說明 圖。該機器人900具有第1臂910、第2臂920以及電動機930。該電動 機930在使作為被驅動部件的第2臂920水平旋轉時使用。作為該電動 機930，可以采用上述的各種無刷電動機。
權利要求
1. 一種無刷電力機械，其中，上述無刷電力機械包括具有磁鐵集合體的第一移動部件，上述磁鐵集合體包含至少一個以從N極和S極中選出的第一極彼此接觸的狀態被保持的永久磁鐵對；第二移動部件，其包含電磁線圈，并以與上述第一移動部件的相對位置可變更的方式構成；以及控制電路，其控制向上述電磁線圈提供電力或從上述電磁線圈再生電力，上述永久磁鐵對沿著上述第一極彼此接觸的同極接觸面上的磁場方向、即從上述永久磁鐵對的中央朝向外側的磁場方向產生最強的磁場，上述電磁線圈被配置成電流在與上述磁場方向交叉的方向上流過，上述控制電路以執行如下驅動控制和再生控制中的至少一者的方式構成(i)驅動控制，通過不變更提供給上述電磁線圈的電流的方向地對上述電磁線圈提供預定的第一電流方向的驅動電流，使上述無刷電力機械在預定的驅動方向上動作，(ii)再生控制，隨著沿著上述第一移動部件和上述第二移動部件之間的預定方向的相對移動，再生產生于上述電磁線圈的直流電力。
2. 根據權利要求l所述的無刷電力機械，其中，上述磁鐵集合體包 含磁軛部件，上述磁軛部件以與在各永久磁鐵的N極和S極中與上述第 一極相反的第二極接觸的狀態而設置。
3. 根據權利要求2所述的無刷電力機械，其中，上述磁鐵集合體包 含2個以上的上述永久磁鐵對和設于相鄰的永久磁鐵對之間的上述磁軛 部件。
4. 根據權利要求1至3的任意一項所述的無刷電力機械，其中，上 述第一移動部件和上述第二移動部件以能沿著垂直于上述同極接觸面的 方向相對移動的方式構成。
5. 根據權利要求1至3的任意一項所述的無刷電力機械，其中，上 述第一移動部件和上述第二移動部件以能沿著平行于上述同極接觸面的 預定方向相對移動的方式構成。
6. 根據權利要求l所述的無刷電力機械，其中，上述控制電路在上 述驅動控制中，通過對上述電磁線圈在與上述第一電流方向相反的方向 上提供驅動電流，使上述無刷電力機械在與上述驅動方向相反的方向上 動作。
7. 根據權利要求l所述的無刷電力機械，其中，上述永久磁鐵包括 沿著與上述驅動方向交叉的方向設置的凹部或凸部。
8. 根據權利要求l所述的無刷電力機械，其中，上述無刷電力機械 是旋轉式電動機。
9. 根據權利要求l所述的無刷電力機械，其中，上述無刷電力機械是直進式電動機。
10. —種裝置，其中，上述裝置具有權利要求1所述的無刷電力機械、以及被上述無刷電力機械驅動的被驅動部件。
11. 根據權利要求io所述的裝置，其中，上述裝置是電子設備。
12. 根據權利要求ll所述的裝置，其中，上述電子設備是投影儀。
13. 根據權利要求10所述的裝置，其中，上述裝置是具有向上述無 刷電力機械提供電源的燃料電池的使用燃料電池的設備。
14. 根據權利要求10所述的裝置，其中，上述裝置是機器人。
15. 根據權利要求10所述的裝置，其中，上述裝置是移動體。
全文摘要
本發明提供一種控制電路的結構更簡單且效率高的無刷電力機械。第一移動部件具有包含至少一個永久磁鐵對(10pair)的磁鐵集合體(20)，第二移動部件包含電磁線圈(30)。控制電路控制向電磁線圈(30)提供電力或從電磁線圈(30)再生電力。永久磁鐵對(10pair)沿著第一極彼此接觸的同極接觸面(10c)上的磁場方向(MD)、即從永久磁鐵對的中央朝向外側的磁場方向(MD)產生最強的磁場。電磁線圈(30)被配置成電流在與磁場方向(MD)交叉的方向(CD)上流過。
文檔編號H02K29/00GK101388589SQ20081021356
公開日2009年3月18日 申請日期2008年9月11日 優先權日2007年9月12日
發明者竹內啟佐敏 申請人:精工愛普生株式會社