驅動控制系統的製作方法
2023-09-16 09:55:15 3
專利名稱：驅動控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及通過組合多個磁性驅動體所構成的能量傳遞機構，特別涉及在組合驅動多個電機的系統中，使從某電機產生的磁場與其它電機的磁性轉子磁耦合，無需向其它電機通電就可以同步旋轉驅動該其它磁性轉子的系統。本發明可以應用於電動生活用品、電動汽車、電動機器人控制、電動玩具、電動飛機及自發電設備等。
背景技術：
在驅動多個負載的情況下，使從一個電機產生的驅動力通過齒輪的傳遞機構與多個負載相結合。圖17是表示該情況的圖，電機通過蓄電能量被驅動，電機的驅動傳遞到齒輪1，驅動負載-1，齒輪的旋轉傳遞到齒輪2，驅動負載-2，按此順序，齒輪N的旋轉傳遞到齒輪N+1，則驅動負載-N+1。
另外，作為與本發明有關的以往示例，有特開平11-206077記載的扁平形無刷直流電機。該以往示例公開的技術如下，在面對布線基板25的各旋轉部件26、27的至少一方的表面上，通過印製布線形成多個線圈36，通過順序給線圈35通電，形成在布線基板25的順時針方向行進的旋轉磁場，通過與永磁鐵片31、32的磁耦合，使轉子24旋轉。
但是，上述驅動系統，存在著由於在電機驅動力的傳遞過程中的機械損耗而損耗大的問題。
發明內容
本發明目的在於，提供一種上述損耗少的通過多個電機的組合配置形成的驅動傳遞控制系統。本發明的其它目的在於提供一種機械損耗少並且可以驅動負載的電機驅動傳遞控制系統。
為了達到上述目的，本發明的驅動控制系統由配置多個磁性體，使至少一個磁性體的驅動力不通過機械傳遞機構而順序被傳遞到其它磁性體的機構構成，其特徵在於，通過使至少一個磁性體的旋轉而形成的磁場與其它磁性體磁耦合，同步驅動該其它磁性體。具體而言，本發明的驅動控制系統包括驅動控制電路，所述磁性體由具有磁性轉子的電機構成，相互鄰近配置多個這種電機，同時激勵驅動該電機中的至少一個電機，其特徵在於，該驅動控制電路構成為向至少一個所述電機發送用於驅動所述磁性轉子的驅動信號，並且，其它電機的磁性轉子通過與從被激勵驅動的磁性轉子產生的磁場進行磁耦合而實現同步驅動。
根據本發明，通過與從被激勵驅動的對象產生的磁場進行磁耦合，同步驅動其它的驅動對象，在驅動的傳遞過程中不需要通過機械結合，結果，能夠提供沒有機械損耗的能量傳遞系統。
另外，本發明的驅動控制系統的特徵在於，設置檢測所述驅動的磁性體的磁場強度變化的傳感器，將該傳感器的輸出作為激勵電流直接供給所述其它的磁性體的磁性線圈，具體而言，所述其它的磁性體相對連續配置了被交替異極磁化的多個永磁鐵的移動體，將多個電磁線圈作為定子並配置成與所述移動體不接觸的狀態，通過向該電磁線圈供給激勵電流，使所述移動體與電磁線圈之間產生吸引、排斥力，驅動該移動體進行移動運動，並且，所述驅動的磁性體是連接驅動源的連續配置了被交替異極磁化的多個永磁鐵的移動體，特別是轉子。
根據本發明，通過與從驅動的磁性體產生的磁場的磁耦合來激勵驅動其它的磁性體，此外，傳感器檢測待驅動的磁性體的周期性磁場變化，將該傳感器的周期性輸出供給其它磁性體的電磁線圈。通過將該傳感器的輸出直接供給其它磁性體的電磁線圈，在其它電磁線圈和所述移動體之間利用周期性的吸引、排斥，可以使該移動體進一步旋轉。
另外，本發明的磁傳遞系統的特徵在於，在由配置了多個磁性體的系統構成的驅動體和負載體的組合中，在至少一個所述驅動體和至少一個負載體之間進行通過磁耦合形成的非接觸運動傳遞，在所述負載體設置磁性體的位置檢測單元，設置根據該檢測結果激勵所述驅動體的電磁線圈。
圖1是表示電機結構的模式圖和動作原理的圖。
圖2是表示與圖1連續的動作原理的圖。
圖3是表示與圖2連續的動作原理的圖。
圖4是表示與圖3連續的動作原理的圖。
圖5是表示電磁線圈的連接狀態的等效電路圖。
圖6是電機驅動部的方框圖。
圖7是電機驅動部的詳細方框圖。
圖8(1)是同步電機的立體圖，(2)是電機的概略俯視圖，(3)是其側視圖，(4)表示A相電磁線圈(第1磁性部件)，(5)表示B相電磁線圈(第2磁性部件)。
圖9是向線圈輸出的激勵電流的PWM控制波形特性圖。
圖10是根據圖27的方框結構的波形特性。
圖11是表示A相·B相緩衝電路的詳細圖。
圖12是表示將激勵驅動側電機和同步驅動側電機在水平方向並列配置的結構的方框圖。
圖13是該電機配置的驅動系統的方框圖。
圖14是使同步驅動側電機的傳感器輸出反饋到激勵驅動側電機的驅動器的功能方框圖。
圖15是將從該同步驅動側電機的線圈輸出的能量連接在充電控制電路的功能方框圖。
圖16是將激勵驅動側電機和同步驅動側電機在直線方向重疊配置的結構示例。
圖17是表示使用現有電機的負載的驅動系統的方框圖。
圖18是圖12的變形例。
圖19是圖16的變形例。
圖20是表示驅動側轉子(磁性體)和從動側轉子(負載側)的配置示例的俯視圖。
圖21是圖20的變形例的俯視圖。
圖22是圖20的另外變形例的俯視圖。
圖23是圖20的另外變形例的俯視圖。
圖24是相對驅動側轉子連接多個從動側轉子的配置示例的俯視圖。
圖25是本發明的第2實施方式的多個磁性體的配置示例圖。
圖26是使傳感器的數字輸出直接反饋回線圈驅動電路的控制電路方框圖。
具體實施例方式
圖1～圖4是表示本發明的被激勵驅動的電機的驅動原理的示意圖。該電機構成為在第1磁性體(A相線圈)10和第2磁性體(B相線圈)12之間設置第3磁性體14。
這些磁性體可以構成為環狀(圓弧狀、圓狀)或直線狀的任一形式。在磁性體形成為環狀的情況下，第3磁性體或第1和第2磁性體的任一個起著轉子的作用，在磁性體形成為直線狀的情況下，這些磁性體均成為滑動子。
第1磁性體10通過隔著規定的間隔、優選隔著均等間隔順序排列可被交替磁化成異極的線圈16而構成。圖5是表示該第1磁性體的等效電路圖。根據圖1～圖4，如後面所述，使兩相的激勵線圈在起動旋轉中(2П)通常按照所述極性激勵所有線圈。因此，可以使轉子或滑動子等的被驅動單元以較高的力矩旋轉和驅動。
如圖5(1)所示，多個電磁線圈16(磁性單位)按均等間隔串聯連接。符號18A是向該磁性線圈施加頻率脈衝信號的激勵電路單元。在從該激勵電路向電磁線圈16流過用於激勵線圈的激勵信號時，預先設定成各線圈將被激勵，以便在相鄰的線圈之間交替改變磁極方向。如圖5(2)所示，電磁線圈16也可以並聯連接。
在從該激勵電路(驅動控制電路)18A向第1磁性體10的電磁線圈16施加具有用於按規定周期交替切換待供給的激勵電流的極性方向的頻率的信號時，如圖1～圖4所示，形成第3磁性體14側的極性按照N極→S極→N極順序交替變化的磁性圖形。在頻率脈衝信號成為反極性時，形成第1磁性體的第3磁性體側的極性按照S極→N極→S極順序交替變化的磁性圖形。結果，第1磁性體10所呈現的激勵圖形周期性地變化。
第2磁性體12的結構和第1磁性體10相同，但不同之處是第2磁性體12的電磁線圈18相對第1磁性體的電磁線圈16錯位排列。即，設定成使第1磁性體的線圈的排列間距和第2磁性體的線圈的排列間距具有規定的間距差(角度差)。該間距差適合為永磁鐵(第3磁性體)14相對線圈16、18對應激勵電流的頻率的一個周期(2П)而移動的距離，即適合為對應一對N極和S極的合計距離的1/4即П/2的距離。
下面說明第3磁性體14。如圖1～圖4所示，該第3磁性體14配置在第1磁性體和第2磁性體之間，具有交替成為反極性的多個永磁鐵20(被塗黑)按照規定間隔、優選隔著均等間隔排列成線狀(直線或圓弧狀)。所說圓弧狀包括完整的圓形、橢圓形等封閉的環狀，以及不特定環狀結構或半圓形、扇形等。
第1磁性體10和第2磁性體12隔著均等距離例如平行配置，在第1磁性體和第2磁性體的中心位置配置第3磁性體14。第3磁性體的各個永磁鐵的排列間距大致和第1磁性體10及第2磁性體12的磁性線圈的排列間距相同。
下面，利用圖1～圖4說明在第1磁性體10和第2磁性體12之間配置第3磁性體14的磁性體結構的動作。通過所述的激勵電路(圖5中的符號18，在後面說明)，在某瞬間在第1磁性體和第2磁性體的電磁線圈16、18產生如圖1的(1)所示的激勵圖形。
此時，在第1磁性體10中面對第3磁性體14側的表面的各線圈16按照→S→N→S→N→S→的方式產生磁極，在第2磁性體12中面對第3磁性體14側的表面的線圈18按照→N→S→N→S→N→的方式產生磁極。此處，圖中用虛線表示的箭頭表示吸引力，用點劃線表示的箭頭表示排斥力。
在下一瞬間，如(2)所示，通過驅動電路18(圖5)施加給第1磁性體的脈衝波的極性反轉，為了在產生於(1)的第1磁性體10的線圈16的磁極和第3磁性體14的表面的永磁鐵20的磁極之間產生排斥力，另外，在產生於第2磁性體12的線圈18的磁極和第3磁性體14的表面的永磁鐵的表面磁極之間產生引力，如(1)～(5)所示，第3磁性體向圖示右方向順序移動。
向第2磁性體12的線圈18被施加相位與第1磁性體的激勵電流錯位的脈衝波，如(6)～(8)所示，第2磁性體12的線圈18的磁極和第3磁性體14的永磁鐵20的表面的磁極相排斥，使第3磁性體14進一步向右方向移動。(1)～(8)表示永磁鐵移動與П對應的距離的情況，(9)～(16)表示移動與剩餘的П對應的距離的情況，即，在(1)～(16)中，第3磁性體相對第1和第2磁性體移動相當於供給電磁線圈16、18的頻率信號的一個周期(2П)的距離。
這樣，通過分別向第1磁性體(A相)和第2磁性體(B相)供給彼此相位不同的頻率信號，可以使第3磁性體14直線滑動，或可以使第3磁性體14作為轉子旋轉。
如果使第1磁性體、第2磁性體和第3磁性體形成為圓弧狀，則成為圖1所示的磁性結構構成旋轉轉子，如果使這些磁性體形成為直線狀，則該磁性結構構成直線電機。即，根據這些磁性體的結構，可以實現電機等的旋轉驅動體。
根據該磁性結構，第3磁性體可以從第1磁性體和第2磁性體接受磁力並移動，形成使驅動第3磁性體時的力矩變大、且力矩/重量平衡良好的結構，所以能夠提供可以按較高力矩驅動的小型電機。
圖6是表示用於向第1磁性體的電磁線圈(A相電磁線圈)16和第2磁性體的電磁線圈(B相電磁線圈)18施加激勵電流的激勵電路(驅動控制電路)的一例的方框圖。
該激勵電路構成為向A相電磁線圈16和B相電磁線圈18分別供給被控制後的脈衝頻率信號。符號30是石英振蕩器，符號32I是用於將該振蕩頻率信號進行M分頻並產生基準脈衝信號的D-PLL電路。
符號34是產生與第3磁性體(此時為轉子)14的旋轉速度對應的位置檢測信號的傳感器。作為該傳感器優選選擇磁極傳感器(磁傳感器)、光學傳感器。在磁性轉子形成與永磁鐵的數量對應的數個磁極，該磁極與傳感器對應時，傳感器在每次通過磁極時產生脈衝。符號34A是用於向A相電磁線圈的驅動電路供給檢測信號的A相側傳感器，符號34B是用於向B相電磁線圈的驅動電路供給檢測信號的B相側傳感器。
從該傳感器34A、B輸出的脈衝信號分別輸出給用於向第1和第2磁性體供給激勵電流的驅動器32。符號33是CPU，向D-PLL電路32I和驅動器32輸出規定的控制信號。符號32G是向A相線圈輸出激勵信號的A相緩衝器，32H是向B相線圈輸出激勵信號的B相緩衝器。
該驅動控制部如圖7所示，由A相線圈、B相線圈起動控制部302和傳感器跟蹤控制部304構成。起動控制部用於控制電機的起動，傳感器跟蹤控制部不必向緩衝器供給電機起動後的基本波，通過反饋來自各相傳感器的檢測脈衝，對其進行跟蹤，並與其同步地執行生成供給各相線圈的信號波的動作。從石英振蕩器30輸出的頻率通過D-PLL32I被分頻，然後供給驅動控制部300。
在圖7中，來自CPU33的旋轉開始/停止指令306和旋轉方向指令308被輸入給起動控制部302和傳感器跟蹤控制部304。310是多路調製器，切換起動控制部的控制輸出和傳感器跟蹤控制部的輸出。來自所述D-PLL32I的輸出(基本波)供給起動控制部302。在多路調製器310，切換起動控制部302的輸出和傳感器跟蹤控制部304的輸出(A相驅動、B相驅動)的切換指令值從起動控制部302輸入多路調製器的輸入端子SEL。起動控制部302向多路調製器310和傳感器跟蹤控制部304輸出用於把控制形式從起動後的起動控制相位轉換為傳感器跟蹤控制相位的輸出Ti。
符號312是PWM控制部，根據來自CPU33的佔空比指令值340變更供給各相線圈的驅動信號的佔空比。
圖8是把本發明的磁性體作為同步電機進行具體說明的圖，(1)是該電機的立體圖，(2)是電機(第3磁性體)的概略俯視圖，(3)是其側視圖，(4)表示A相電磁線圈(第1磁性體)，(5)表示B相電磁線圈(第2磁性體)。圖8中賦予的符號和上述圖中對應的構成部分相同。
該電機具有相當於定子的一對A相磁性體10和B相磁性體12，具有構成電機的所述第3磁性體14，在A相磁性體和B相磁性體之間配置以軸37為中心自由旋轉的圓環狀轉子(第3磁性體)14。為了使轉子和旋轉軸一起旋轉，旋轉軸37被壓入位於轉子中心的旋轉軸用開口孔。如圖8的(2)、(4)、(5)所示，在轉子上沿圓周方向均等地設置6個永磁鐵，永磁鐵的磁性形成為交替相反，在定子上沿圓周方向均等地設置6個電磁線圈。
A相傳感器34A和B相傳感器34B隔著特定距離T(相當於П/2的距離)設在A相磁性體(第1磁性體)的殼體內面側壁上。A相傳感器34A和B相傳感器34B的距離採用相當於在供給A相線圈16的頻率信號和供給B相線圈18的頻率信號中設定規定的相位差的值。
如上所述，在轉子的圓周方向邊緣均等地形成多個(例如在轉子的圓周方向均等配置的永磁鐵的數量、在該實施例中為6個)缺口35。傳感器由發光部和受光部構成。該磁極適用通常反射來自傳感器的發光部的紅外光，並在進行位置檢測時吸收光的部件。轉子的主體由絕緣物或導體形成。
現在，A相和B相傳感器在轉子14旋轉的期間，在所述缺口35每次通過該傳感器時產生脈衝。即，在缺口35設置吸收光的凹槽或光吸收部件，在磁極每次通過傳感器時，傳感器的受光部接收不到從發光部發出的光。因此，傳感器根據轉子14的旋轉速度和磁極數量，按照規定的頻率產生脈衝波。
圖9是進行佔空比控制後的波形特性圖，A相和B相的各自的驅動輸出的H期間在CPU的控制下變更佔空比。例如，把電機(負載)的最大必要力矩時(起動開始時、加速時、和負載增加變動時)的佔空比設為100％，在除此以外的情況，例如電機的恆速運轉時、低負載時等，可以降低佔空比。CPU通過測定來自A相側的磁性體、B相側的磁性體的傳感器輸出，求出電機的負載變動，根據設定存儲在存儲器中的表，確定規定的佔空比。
圖10是圖7所示電路的波形圖，(1)是D-PLL的脈衝波，(2)是電機的起動標誌，(3)是A相傳感器的輸出，(4)是B相傳感器的輸出，(5)是根據A相傳感器的輸出而輸出的觸發輸出，(6)是根據B相傳感器的輸出而輸出的觸發輸出，(7)是輸出給A相線圈的脈衝波形，(8)是輸出給B相線圈的輸出脈衝波形，(9)是電機的起動期間，(10)表示相當於起動期間的計數器的計數值，(1A)是電機的正轉/反轉標誌。圖7所示的多路調製器310在上述(9)的「H」期間中(起動期間)，向PWM控制部312輸出來自起動控制部302的輸出，在「L」期間中(傳感器跟蹤期間)，向PWM控制部312輸出傳感器跟蹤控制部的輸出。該輸出的切換狀態如(7)、(8)所示。
現在，從CPU向起動控制部302和傳感器跟蹤控制部304輸出旋轉方向和旋轉指令，起動控制部將作為起動期間的標誌設定在存儲器內(參照圖10(9))。起動控制部302將D-PLL32I的脈衝波計數為2П分量(例如，合計7個脈衝)。在該期間中(圖10(10))不跟蹤傳感器的輸出，如圖10的(7)和(8)所示，起動控制部根據D-PLL的頻率生成針對A相和B相的各自線圈的驅動信號，並輸出給各相線圈，使電機開始起動。起動控制部在起動期間結束後，重新設定所述的起動標誌。
在起動期間結束後，傳感器跟蹤控制部304根據各相傳感器的輸出(圖10(3)、(4))通過觸發器(圖10(5)、(6))生成輸出給各相線圈的驅動信號。在起動結束後的傳感器跟蹤控制期間中，傳感器跟蹤控制部304在每次生成輸出給各相線圈的驅動信號時不使用D-PLL的輸出。CPU在起動期間結束後，向多路調製器310輸出切換為傳感器跟蹤控制的指令。多路調製器把起動控制部的輸出切換為傳感器跟蹤控制部的輸出，並輸出給PWM控制部312。提供給各相線圈的驅動輸出的佔空比在PWM控制部被調整變更後或者被控制後，輸出給各相線圈的緩衝電路32G、32H。在低速旋轉時，可以執行不使用各相傳感器而僅在起動期間進行D-PLL的頻率變更的旋轉速度控制的動作。
在電機反轉時，反轉指令從CPU輸出給起動控制部或傳感器跟蹤控制部，設定反轉標誌(圖10(1A))，傳感器跟蹤控制部304在進行該標誌設定後，對旋轉方向變位區域期間中的B相傳感器的輸出進行一次屏蔽，在屏蔽的期間內，把B相線圈的正轉激勵信號的極性切換為B相(反轉時)的極性。由此，使電機順暢進行從正轉到反轉的動作。另外，在正轉時設定反轉標誌，可以獲得針對正轉的制動效果。
根據以上說明的實施方式，在電機起動後，驅動控制部跟蹤傳感器的輸出來形成相對A相磁性體和B相磁性體的激勵信號，可以向各相的磁性體供給正確對應電機的負載變動的激勵信號。並且，在電機不要求力矩的情況下，在穩定旋轉後可以停止A相或B相中的任意一方。在該情況下，被停止激勵信號的相的磁性體可以成為發電單元、制動控制單元。
圖11表示所述A相和B相緩衝電路(32G、H)的詳細說明圖。該電路包括向A相電磁線圈或B相電磁線圈施加由脈衝波構成的激勵電流時的開關電晶體TR1～TR4。並且，包括反相器35A。現在，當向緩衝電路施加「H」信號時，TR1導通，TR2截止，TR3導通，TR4截止，向線圈施加具有Ib方向的激勵電流。另一方面，當向緩衝電路施加「L」信號時，TR1導通，TR2截止，TR3截止，TR4導通，向線圈施加方向與Ib相反的Ia電流。因此，可以使A相電磁線圈和B相電磁線圈的各自的激勵圖形交替變化。該變化狀態和圖1說明的相同。但是，對A/B相進行激勵時，也可以使電晶體TR1～TR4截止，因此不僅限於圖11所示情況。
圖12表示通過在水平方向排列(展開)多個電機構成的驅動系統的方框圖。電機的磁性轉子18-1～18-9分別按圖8所示結構構成，但只有中心轉子18-5連接驅動控制單元(電路)300相當於驅動體，除此以外的電機不連接驅動電源，成為被同步驅動的負載。即，中心轉子18-5通過驅動電路被激勵旋轉驅動，其周圍的轉子通過與轉子18-5旋轉時產生的旋轉磁場進行磁耦合(非接觸傳遞驅動)而同步旋轉。也可以將驅動電機(18-5)除外的18-1～18-4和18-6～18-9單純地僅構成為負載側的磁性轉子。
同步驅動側的電機的A相線圈和B相線圈不連接驅動控制電路，可以根據需要連接發電單元。或者，將所有電機的各相線圈連接驅動控制單元，但根據需要使驅動控制單元與各個電機接通/斷開，由此可以根據需要選擇激勵驅動側電機和同步驅動側電機。可以向各個電機連接負載。可以檢測各個電機的負載變動，作為所述的位置傳感器的輸出變動。
位於中心的激勵驅動側電機向箭頭方向旋轉時，同步驅動側電機分別向箭頭方向旋轉。在同步驅動側電機旋轉時，與其相鄰的隨後成為同步驅動側的電機也通過磁耦合而旋轉。此時，在各個轉子之間的驅動力的傳遞中，不存在因機械損耗的能量損耗。
圖13是並列配置多個磁性轉子的系統的功能方框圖的多個示例。示例(1)表示從驅動源向激勵驅動側電機供給電力(能量)。各個同步驅動側電機的線圈分別連接發電機1、2、……N。各個發電機分別通過電力可控制單元1、2、……N連接負載1、2、……N。
示例(2)與示例(1)的不同之處是分別在同步驅動側電機連接負載。示例(3)與示例(1)的不同之處是通過所有同步驅動側電機驅動共同的負載。
圖14是表示另外其它實施方式的圖，表示使同步驅動側電機702的旋轉位置傳感器34A、B的信號反饋到激勵驅動側電機700的驅動器300的結構。如圖6所示，同步驅動側電機的磁性轉子14T的旋轉位置的相位信息反饋給激勵驅動側驅動器300，由此，激勵驅動側電機700的驅動器控制激勵驅動側電機的磁性轉子14的旋轉狀態。通過與進行該控制後的磁性轉子的旋轉產生的旋轉磁場進行磁耦合，同步驅動側電機的磁性轉子14T旋轉，並且控制其旋轉。圖中箭頭表示磁耦合。
圖15是表示另外其它實施方式的圖，同步驅動側電機的A相線圈16、B相線圈18連接充電電路(能量再生電路)710，同步驅動側電機的磁性轉子14T被同步驅動，從而使在各相產生的能量可以在該充電電路儲蓄到蓄電單元中。並且，通過對A相能量和B相能量進行能量控制，可以進行同步驅動電機的旋轉控制。
圖16表示在垂直方向(串聯方向)重疊多個電機，通過各個電機的磁性轉子(永磁鐵)使公共軸160旋轉。位於中心的電機162是激勵驅動側電機，向A相線圈16和B相線圈18分別輸出激勵用電信號。其它的電機166是同步驅動側電機，各個A相線圈和B相線圈分別連接發電充電控制電路。
在激勵驅動側電機162的磁性轉子旋轉時，同步驅動側電機的磁性轉子166通過磁耦合而跟蹤旋轉。結果，利用所有電機使軸160旋轉。在需要使軸旋轉速度減速的情況下，把同步驅動側電機連接發電充電控制電路，即可以通過發電控制使軸旋轉速度減速。並且，可以容易實現獨立的多個發電電源。
另外，通過利用PLL控制使供給激勵驅動側電機的驅動信號和同步驅動側電機的旋轉位置傳感器的輸出在相位上同步，可以按相同速度旋轉控制激勵驅動側電機和同步驅動側電機。除了在力矩放大時之外，可以把同步驅動側電機的線圈連接發電電路。通過電機而旋轉的軸對所有電機來說是公共的。
圖18是圖12的變形例，是具有減速功能的傳遞系統的功能方框圖。17-1是激勵驅動側的磁性轉子，17-2是同步驅動側的磁性轉子(減速機)，17-3是同步驅動側的磁性轉子(被傳遞機構)。符號1700表示磁性轉子內的永磁鐵。根據17-1的永磁鐵數量(N例如6個)和17-2的永磁鐵數量(M例如14個)，17-1的磁性轉子的旋轉速度減速為(N/M)倍，並通過磁耦合傳遞給17-3的磁性轉子。在該實施例中，磁性轉子17-3的旋轉速度通過A相傳感器、B相傳感器進行檢測。
圖19是表示在串聯方向組合多個電機構成的其它實施方式的側視圖。圖19的18-1是排列在3個電機的正中央的激勵驅動側電機。位於該電機的串聯方向兩側的18-2、18-3是同步驅動側電機。通過向18-1的線圈12、16通電，磁性轉子14旋轉。通過與經過旋轉而產生的磁場變化進行磁耦合，同步驅動側電機的磁性轉子14T、14S同步旋轉。由此，與磁性轉子接合的軸500旋轉，軸旋轉力矩傳遞到負載。針對同步驅動的磁性轉子，設置所述的A相傳感器、B相傳感器。
圖20表示圖12的變形例。在該示例中，將轉子(磁性體)的形狀變更為圖示形狀。即，利用作為環狀體的盤構成轉子，沿著該盤的外周形成齒狀、特別是正弦波曲線狀磁性區域。200是驅動側轉子，210是從動側(負載側)轉子。210表示磁性區域，204是驅動側轉子的旋轉軸，208是從動側轉子的旋轉軸。
在該磁性區域，沿著正弦波曲線形狀順序排列交替成為異極的多個磁極要素(永磁鐵)212。轉子由非磁性體的圓盤206構成，沿著該圓盤的外周形成所述的磁性區域。特別是在轉子的外周部確定朝向轉子中心的多個長方形區域212，在該長方形區域把長方形狀的永磁鐵固定在圓盤外周上。通過磨削圓盤外周，可以使圓盤外周形成為所述的正弦波狀。
驅動側轉子200的磁性區域210和從動側轉子201的磁性區域210如同齒輪彼此嚙合般地使兩轉子鄰近配置。但是，兩轉子的磁性區域彼此不接觸地通過微小間隙相互面對著，當驅動側轉子旋轉時，其磁場方向發生變化，受其影響，從動側轉子旋轉。
此時，分別被配置在驅動側和從動側的磁極要素，使得被配置在驅動側磁性區域的磁極要素和被配置在從動側磁性區域的磁極要素產生朝向相互吸引方向的作用力。
即，在驅動側轉子200的磁性區域210和從動側轉子201的磁性區域210的接合部(驅動側轉子的凸部和從動側轉子的凹部的接合、或驅動側轉子的凹部和從動側轉子的凸部的接合)，形成驅動側轉子的N極和從動側轉子的S極最接近地面對，或驅動側轉子的S極和從動側轉子的N極最接近地面對的狀態。
因此，在使驅動側轉子旋轉時，產生使驅動側轉子的磁極要素和從動側轉子的磁極要素相互吸引的磁作用，從而動側轉子與驅動側轉子的旋轉同步旋轉。如上所述，符號34A是用於確定向驅動側轉子的A相線圈供給激勵信號的時間的傳感器，34B是向驅動側轉子的B相線圈供給激勵信號的傳感器。在本實施方式中，這些傳感器被配置成具有30度的相差。
在如圖20所說明的多個磁性體的配置結構中，在驅動側轉子和從動側轉子的磁性區域接近並且驅動側轉子旋轉時，在各自的磁性區域產生的磁場相互幹涉或起作用，實現在這些轉子之間的磁傳遞。即，驅動側轉子的磁性區域和從動側轉子的磁性區域的吸引隨著驅動側轉子的旋轉而順序進行，在從動側轉子的軸208周圍產生旋轉力矩，由此從動側轉子旋轉。此處，轉子表面的磁性區域由正弦波曲線構成，從而可以在相鄰的轉子的磁性區域之間集中磁極，所以能夠實現高效率的磁傳遞。
圖21是另外其它的實施方式，該實施方式與圖20的不同之處是相鄰轉子的磁性區域的磁極要素的排列不同。在該實施方式中，在雙方的轉子磁性區域之間的接合區域，在各個轉子的磁性區域210上排列配置磁極方向相反的磁極要素。即，驅動側轉子的N極和從動側轉子的N極或者驅動側轉子的S極和從動側轉子的S極相面對，在兩者的磁極要素之間產生排斥力。
在驅動側轉子200旋轉時，沿著驅動側轉子200的周圍產生的磁場變化作用於沿著從動側轉子201的周圍產生的磁場，從而產生排斥力。驅動側轉子200旋轉時，磁場發生變化，伴隨該變化，沿著從動側轉子201的圓周方向產生排斥力，通過所產生的該力矩，從動側轉子以軸208為中心旋轉。
圖22是另外其它的實施方式，與圖21的實施方式的不同之處是磁極要素的排列間距不同。即，在圖20的實施方式中，所述磁性區域的線路形成正弦波，具有象齒輪那樣排列多個齒形成的形狀，驅動側轉子的磁性區域的一個齒是由N和S成對形成的，而在圖22中，驅動側轉子的磁性區域的一個齒由N或S極構成。在該實施方式中，利用驅動側轉子的磁性區域和從動側轉子之間的時間性排斥力，把驅動側轉子的驅動傳遞給從動側轉子。圖23的實施方式是圖22的變形例，將相鄰的磁性區域的磁極要素排列成在相鄰的磁性轉子之間產生排斥力。
如圖24所示，把多個從動側轉子201A-201C與多個驅動側轉子200連接，從而構成多聯式磁傳遞系統。另外，圖中的箭頭表示轉子的旋轉方向。
另外，在圖12、圖20-24說明的實施方式中，構成磁傳遞系統的要素是由圖8所示電機構成的，但也可以與該電機無關，而利用這些圖示形狀的轉子自身來構成，也可以利用永磁鐵形成磁極要素。例如，可以將驅動側轉子直接連接電機的旋轉軸，將驅動側轉子的驅動磁傳遞給從動側轉子。並且，作為傳感器，可以是使用霍爾效應的磁傳感器。
圖25是本發明的其它實施方式，中央的磁性體250是交替並列多個永磁鐵構成的轉子，連接未圖示的旋轉驅動源並旋轉。該磁性體周圍的磁性體252是在所述實施方式中作為從動側電機說明的電機，其構成為如圖8所示，相對連續配置了被交替磁化成異極的多個永磁鐵的轉子，把多個電磁線圈作為定子非接觸地配置在所述移動體上，向該電磁線圈供給激勵電流，利用所述移動體和電磁線圈之間的吸引、排斥，使該移動體移動運動。
圖26是供給其它磁性體的A相驅動電路84和B相驅動電路86的控制信號的處理電路。來自A相傳感器35A的數字輸出供給EX-NOR門80，來自B相傳感器35B的數字輸出供給EX-NOR電路82。符號92是選擇將傳感器的輸出直接供給所述驅動電路或改變傳感器輸出值的佔空比(PWM)的控制信號的形成單元，符號93是將由永磁鐵構成的轉子的旋轉方向確定為正轉或反轉的控制信號的形成單元。在使A相線圈和B相線圈一方的圖形(極性)為與正轉相反的反轉時，進行相反的設定即可。這些各個單元可以用微計算機實現。符號88是PWM轉換部，通過PWM控制將傳感器輸出為模擬輸出(霍爾元件)時的模擬量轉換(電流控制)為邏輯量進行控制，由此可以控制電機的力矩。符號90是選擇通過所述PWM轉換部88形成的信號或從傳感器得到的直接信號，切換供給A相驅動電流84、B相驅動電流86的切換電路部。
作為傳感器，例如有霍爾元件。該霍爾元件用來檢測磁場的變化，進行模擬輸出(正弦波)或數字輸出。根據本實施方式，使中心的磁性體(第1磁性體)與驅動源接合，把周圍相鄰的驅動體(第2磁性體)的傳感器輸出用作第2磁性體的激勵信號，在第2磁性體的驅動開始時(需要較高力矩時)可以用微弱電流(微安培級電流)驅動第2磁性體。
權利要求
1.一種驅動控制系統，由配置有多個磁性體，在驅動至少一個磁性體時，使該驅動不通過機械傳遞機構而順序被傳遞到其它磁性體的機構構成，其特徵在於，通過使驅動至少一個磁性體而形成的磁場與其它磁性體磁耦合，同步驅動該其它磁性體。
2.根據權利要求1所述的驅動控制系統，其特徵在於，在所述被同步驅動的磁性體上連接負載。
3.根據權利要求1所述的驅動控制系統，其特徵在於，所述驅動控制系統包括驅動控制電路，所述磁性體由具有磁性轉子的電機構成，相互鄰近配置多個這種電機，同時激勵驅動該電機中的至少一個電機，該驅動控制電路構成為向至少一個所述電機發送用於驅動所述磁性轉子的驅動信號，並且，其它電機的磁性轉子通過與從被激勵驅動的磁性轉子所產生的磁場的磁耦合，而被同步驅動。
4.根據權利要求3所述的驅動控制系統，其特徵在於，在至少一個所述電機的磁性轉子上連接負載。
5.根據權利要求3或4所述的驅動控制系統，其特徵在於，所述驅動控制電路具有所述被同步驅動的磁性轉子的旋轉位置傳感器，將該旋轉位置傳感器的檢測信號反饋到所述驅動控制電路，該驅動控制電路根據所述被同步驅動的磁性轉子的狀態控制所述被激勵驅動的磁性轉子。
6.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於，所述驅動控制電路根據所述被同步驅動的磁性轉子的驅動狀態，對所述被激勵驅動的電機的驅動進行PLL控制。
7.根據權利要求5或6所述的驅動控制系統，其特徵在於，所述驅動控制電路根據所述被同步驅動的轉子的驅動狀態，對所述被激勵驅動的電機的驅動進行PWM控制。
8.根據權利要求3所述的驅動控制系統，其特徵在於，在二維的方向上相互並列設置所述多個電機。
9.根據權利要求3或8所述的驅動控制系統，其特徵在於，在規定的方向上相互重疊設置所述多個電機。
10.根據權利要求3～9中任意一項所述的驅動控制系統，其特徵在於，所述電機具有第1磁性體和第2磁性體；以及配置在該磁性體之間，相對所述第1和第2磁性體在規定方向上可以相對移動的第3磁性體，所述第1磁性體和第2磁性體分別具有順序配置了可以被交替異極激勵的多個電磁線圈的結構，所述第3磁性體具有順序配置了被交替異極磁化的永磁鐵的結構，所述第1磁性體和第2磁性體具有第1磁性體的電磁線圈和第2磁性體的電磁線圈被配置成相互具有排列間距差的結構。
11.根據權利要求3～9中任意一項所述的驅動控制系統，其特徵在於，所述磁性體形成將兩個激勵線圈的N/S極側和S/N極側為一組的多個N組等間隔配置的相，至少設置兩個該相，在各相的激勵線圈配置中設置角度差，並且使各相相互面對，在其間設置其它磁性體。
12.根據權利要求11所述的驅動控制系統，其特徵在於，其它磁性體是被交替磁化成異極的永磁鐵。
13.根據權利要求11所述的驅動控制系統，其特徵在於，在由所述磁性體構成的轉子的旋轉(2∏)中，為了驅動而通常對兩相的激勵線圈的所有激勵線圈進行激勵。
14.根據權利要求7所述的驅動控制系統，其特徵在於，針對連接最大負載的被同步驅動的磁性轉子設置所述傳感器。
15.一種多個磁性體的排列結構，由配置有多個磁性體，在驅動至少一個磁性體時，使該驅動不通過機械傳遞機構而順序被傳遞到其它磁性體的機構構成，通過使驅動至少一個磁性體而形成的磁場與其它磁性體磁耦合，同步驅動該其它磁性體，其特徵在於，形成環狀體的所述磁性體，使被交替異極磁化的多個磁極要素沿著該環狀體的周圍形成齒狀，並使相鄰的磁性體的齒彼此不接觸地隔開微小間隙。
16.根據權利要求15所述的結構，其特徵在於，所述齒形成為正弦波曲線形狀。
17.根據權利要求15所述的結構，其特徵在於，所述磁極要素由永磁鐵構成。
18.根據權利要求15所述的結構，其特徵在於，在磁性體上配置所述磁極要素，使相鄰的磁性體的所述齒間的磁耦合相互排斥。
19.根據權利要求15所述的結構，其特徵在於，在磁性體上配置所述磁極要素，使相鄰的磁性體的所述齒間的磁耦合相互吸引。
20.根據權利要求15所述的結構，其特徵在於，使所述磁性體的磁極方向為沿著所述磁性體的周圍的方向。
21.權利要求15所述的至少一個磁性體。
22.根據權利要求1所述的驅動控制系統，其特徵在於，能夠在驅動側和傳遞側的任意一側使用所期望的磁性體。
23.根據權利要求1所述的驅動控制系統，其特徵在於，設置檢測所述驅動的磁性體的磁場強度變化的傳感器，將該傳感器的輸出作為激勵電流直接供給所述其它磁性體的磁性線圈。
24.根據權利要求23所述的驅動控制系統，其特徵在於，所述其它的磁性體，相對連續配置了被交替異極磁化的多個永磁鐵的移動體，將多個電磁線圈作為定子並配置成與所述移動體不接觸的狀態，通過向該電磁線圈供給激勵電流，使所述移動體與電磁線圈之間產生吸引、排斥力，來驅動該移動體進行移動運動。
25.根據權利要求23或24所述的驅動控制系統，其特徵在於，所述驅動的磁性體是連接驅動源的連續配置了被交替異極磁化的多個永磁鐵的移動體，特別是轉子。
26.根據權利要求23～25中任意一項所述的驅動控制系統，其特徵在於，根據相對其它磁性體的驅動要求力矩，對所述傳感器輸出值施加PWM控制，將該控制信號供給所述激勵線圈。
27.一種磁傳遞系統，其特徵在於，在由配置了多個磁性體的系統構成的驅動體和負載體的組合中，在至少一個所述驅動體和至少一個負載體之間進行通過磁耦合形成的非接觸運動傳遞，在所述負載體上設置磁性體位置檢測裝置，設置根據該檢測結果激勵所述驅動體的電磁線圈。
全文摘要
一種驅動控制系統，具有相互鄰近配置的多個電機和該電機的驅動控制電路，驅動控制電路構成為向至少一個電機發送激勵信號來驅動磁性轉子，通過與從被激勵驅動的磁性轉子產生的磁場進行磁耦合，同步驅動其它電機的磁性轉子。
文檔編號H02K29/00GK1574557SQ200410048170
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月21日 優先權日2003年6月19日
發明者竹內啟佐敏 申請人:精工愛普生株式會社