JPH06165453A - アクチュエータ - Google Patents
アクチュエータInfo
- Publication number
- JPH06165453A JPH06165453A JP4333712A JP33371292A JPH06165453A JP H06165453 A JPH06165453 A JP H06165453A JP 4333712 A JP4333712 A JP 4333712A JP 33371292 A JP33371292 A JP 33371292A JP H06165453 A JPH06165453 A JP H06165453A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- shaft
- hollow cylindrical
- current
- actuator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
- H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
- H02K16/04—Machines with one rotor and two stators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
- H02K29/12—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using detecting coils using the machine windings as detecting coil
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Induction Machinery (AREA)
- Brushless Motors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】アクチュエータにおいて、低コストで安定した
回転トルクを得る。 【構成】中空円筒状筐体3の中空部に、電極5a、5
a′、5b及び回転子構成体4を挿入し、導電性液7を
充たす。電極5a、5a′と5b間に電流を流すと回転
子構成体4の導電性液浸透用穴31を介して電流が流れ
る。中空円筒状筐体3の外周部と内周部にはダイポール
型の励磁用の巻線9a、9bがあり、回転子を回転させ
る力が作用するように巻線9a、9bに電流を流して回
転トルクを発生させる。
回転トルクを得る。 【構成】中空円筒状筐体3の中空部に、電極5a、5
a′、5b及び回転子構成体4を挿入し、導電性液7を
充たす。電極5a、5a′と5b間に電流を流すと回転
子構成体4の導電性液浸透用穴31を介して電流が流れ
る。中空円筒状筐体3の外周部と内周部にはダイポール
型の励磁用の巻線9a、9bがあり、回転子を回転させ
る力が作用するように巻線9a、9bに電流を流して回
転トルクを発生させる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁場を利用したアクチ
ュエータであり、特に永久磁石を利用しないブラシレス
タイプの直流電動機の構造をしたアクチュエータに関す
る。
ュエータであり、特に永久磁石を利用しないブラシレス
タイプの直流電動機の構造をしたアクチュエータに関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に直流電動機は図8に示すように、
界磁を発生する電磁石または永久磁石71a、71bを
使用した界磁磁石側を固定子とし、高透磁率材料ででき
た鉄心72のスロット内に巻線73をおさめた電機子側
を回転子とした構造をしている。回転子は、磁界中にあ
る巻線73に電流が流れた時にフレミングの左手の法則
に従い力を受けるが、電流の向きが一方向のままでは回
転しない。そこで回転子に対して同方向に力(=ローレ
ンツ力)が働くよう、巻線73に流す電流の向きをブラ
シ75により機械的に切り替えて回転トルクを発生させ
ている。この直流電動機は大きなトルクが得られ、流す
電流量に比例した大きさのトルクが得られる為制御がし
やすいが、ブラシを使用して電流を供給しているため大
電流を安定して供給するのが難しく、またブラシの保守
が必要となる。この欠点を解消するためにブラシレスタ
イプと呼ばれる直流電動機がある。このブラシレス直流
電動機は上述した直流電動機と原理的には同じだが、ブ
ラシを取り除く為に永久磁石を使用した界磁磁石側を回
転子、電機子側を固定子とし、回転子の位置を回転検出
手段により検出することにより、電流の切り替えを電気
的に行なっている。
界磁を発生する電磁石または永久磁石71a、71bを
使用した界磁磁石側を固定子とし、高透磁率材料ででき
た鉄心72のスロット内に巻線73をおさめた電機子側
を回転子とした構造をしている。回転子は、磁界中にあ
る巻線73に電流が流れた時にフレミングの左手の法則
に従い力を受けるが、電流の向きが一方向のままでは回
転しない。そこで回転子に対して同方向に力(=ローレ
ンツ力)が働くよう、巻線73に流す電流の向きをブラ
シ75により機械的に切り替えて回転トルクを発生させ
ている。この直流電動機は大きなトルクが得られ、流す
電流量に比例した大きさのトルクが得られる為制御がし
やすいが、ブラシを使用して電流を供給しているため大
電流を安定して供給するのが難しく、またブラシの保守
が必要となる。この欠点を解消するためにブラシレスタ
イプと呼ばれる直流電動機がある。このブラシレス直流
電動機は上述した直流電動機と原理的には同じだが、ブ
ラシを取り除く為に永久磁石を使用した界磁磁石側を回
転子、電機子側を固定子とし、回転子の位置を回転検出
手段により検出することにより、電流の切り替えを電気
的に行なっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述したブラシレス直
流電動機では、燒結体である永久磁石を使用するため衝
撃に弱く、組立や運搬の際に永久磁石が破損してしまい
不良品となることがある。それを防ぐには樹脂で永久磁
石表面を保護するなどの工夫が必要になるが、樹脂で表
面を保護する際の、成型、材料費、工数などのコストが
かかるという欠点があった。また回転トルクを発生させ
る為に供給する電流は電気的に切り替えるのだが、その
際の供給電流波形や電機子反作用、回転子と固定子の間
隙のギャップパーミアンスの変化など、機械的・電気的
・磁気的な不均衡が原因で出力トルク波形に脈動が生じ
るという問題があった。本発明は上述した事情から成さ
れたものであり、本発明の目的は、低コストで安定した
回転トルクを得ることができるアクチュエータを提供す
ることにある。
流電動機では、燒結体である永久磁石を使用するため衝
撃に弱く、組立や運搬の際に永久磁石が破損してしまい
不良品となることがある。それを防ぐには樹脂で永久磁
石表面を保護するなどの工夫が必要になるが、樹脂で表
面を保護する際の、成型、材料費、工数などのコストが
かかるという欠点があった。また回転トルクを発生させ
る為に供給する電流は電気的に切り替えるのだが、その
際の供給電流波形や電機子反作用、回転子と固定子の間
隙のギャップパーミアンスの変化など、機械的・電気的
・磁気的な不均衡が原因で出力トルク波形に脈動が生じ
るという問題があった。本発明は上述した事情から成さ
れたものであり、本発明の目的は、低コストで安定した
回転トルクを得ることができるアクチュエータを提供す
ることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、磁場を利用し
たアクチュエータであり、特に永久磁石を利用しないブ
ラシレスタイプの直流電動機の構造をしたアクチュエー
タに関するものであり、本発明の上記目的は、円筒状の
回転子と、前記回転子の回転中心軸と直角方向に励磁す
る巻線と、前記回転子内に電流を前記回転中心軸と平行
方向に流す電極とを具備することによって達成される。
たアクチュエータであり、特に永久磁石を利用しないブ
ラシレスタイプの直流電動機の構造をしたアクチュエー
タに関するものであり、本発明の上記目的は、円筒状の
回転子と、前記回転子の回転中心軸と直角方向に励磁す
る巻線と、前記回転子内に電流を前記回転中心軸と平行
方向に流す電極とを具備することによって達成される。
【0005】
【作用】本発明にあっては、回転中心軸と直角方向の磁
束内にある回転子に回転トルクが加わる様に、電流を一
方向に供給しているので、ブラシを使用せずに電流の制
御を行なうだけで、フレミングの左手の法則に従った回
転トルクを得ることができる。
束内にある回転子に回転トルクが加わる様に、電流を一
方向に供給しているので、ブラシを使用せずに電流の制
御を行なうだけで、フレミングの左手の法則に従った回
転トルクを得ることができる。
【0006】
【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例を具体的
に説明する。図1は本発明のアクチュエータの一例を示
す部分断面図であり、図2はそのA−A’断面図であ
る。また、図3は回転子部を抽出した部分断面斜視図で
ある。このアクチュエータは、軸体1、保持器2、保持
軸8、ナット14、リング材15及び回転子構成体4を
回転子20とし、その他の部分を固定子とした構造をし
ている。まず、回転子20について説明する。軸体1に
は保持器2が嵌着されており、保持器2には回転子構成
体4を保持、固定している保持軸8が保持、固定されて
いる。保持軸8は、軸体1と同心円形のリング材15に
複数本(図では8本)の棒材が貫装された形状をしてい
る。そして、棒材の一端が軸体1と同心円形の円筒状の
回転子構成体4を保持、固定しており、棒材の他端が保
持器2に保持、固定されている。
に説明する。図1は本発明のアクチュエータの一例を示
す部分断面図であり、図2はそのA−A’断面図であ
る。また、図3は回転子部を抽出した部分断面斜視図で
ある。このアクチュエータは、軸体1、保持器2、保持
軸8、ナット14、リング材15及び回転子構成体4を
回転子20とし、その他の部分を固定子とした構造をし
ている。まず、回転子20について説明する。軸体1に
は保持器2が嵌着されており、保持器2には回転子構成
体4を保持、固定している保持軸8が保持、固定されて
いる。保持軸8は、軸体1と同心円形のリング材15に
複数本(図では8本)の棒材が貫装された形状をしてい
る。そして、棒材の一端が軸体1と同心円形の円筒状の
回転子構成体4を保持、固定しており、棒材の他端が保
持器2に保持、固定されている。
【0007】次に、固定子について説明する。軸体1と
同心円形の円筒状であって、高透磁率材料で成る外部固
定子構成体10a及び内部固定子構成体10bが、軸体
1と同心円形の中空円筒状筐体3の外周部及び内周部に
それぞれ接触するように配設されている。中空円筒状筐
体3の内外周部にかけて巻線9a及び9bが巻装されて
いる。外部固定子構成体10aはフランジ11b及び1
1cによって固定され、内部固定子構成体10bはフラ
ンジ11cに嵌着されている。フランジ11bはフラン
ジ11aにボルト13により固定され、フランジ11a
及び11cは軸受12a及び12bを介して軸体1に嵌
着されている。外部固定子構成体10a及び内部固定子
構成体10bは、巻線9a及び9bを中空円筒状筐体3
に固定させる役割、巻線9a及び9bから励磁される磁
束を効率良く通過させる役割及び外部へ磁束が漏れるこ
とを減少させる役割を担う。そして、中空円筒状筐体3
の中空部には、軸体1と同心円形のリング状の電極5
b、保持軸8に保持、固定されている回転子構成体4及
び軸体1と同心円形で異なる径でリング状の電極5a、
5a’がこの順に挿入されている。電極5a、5a’は
リング材15の内外周部をシール部材6を介して挟持す
るように配設されている。そして、中空円筒状筐体3の
中空部は導電性液7で充たされており、可動部であるリ
ング材15から外部に導電性液7がリークしないように
シール部材6により密封されている。
同心円形の円筒状であって、高透磁率材料で成る外部固
定子構成体10a及び内部固定子構成体10bが、軸体
1と同心円形の中空円筒状筐体3の外周部及び内周部に
それぞれ接触するように配設されている。中空円筒状筐
体3の内外周部にかけて巻線9a及び9bが巻装されて
いる。外部固定子構成体10aはフランジ11b及び1
1cによって固定され、内部固定子構成体10bはフラ
ンジ11cに嵌着されている。フランジ11bはフラン
ジ11aにボルト13により固定され、フランジ11a
及び11cは軸受12a及び12bを介して軸体1に嵌
着されている。外部固定子構成体10a及び内部固定子
構成体10bは、巻線9a及び9bを中空円筒状筐体3
に固定させる役割、巻線9a及び9bから励磁される磁
束を効率良く通過させる役割及び外部へ磁束が漏れるこ
とを減少させる役割を担う。そして、中空円筒状筐体3
の中空部には、軸体1と同心円形のリング状の電極5
b、保持軸8に保持、固定されている回転子構成体4及
び軸体1と同心円形で異なる径でリング状の電極5a、
5a’がこの順に挿入されている。電極5a、5a’は
リング材15の内外周部をシール部材6を介して挟持す
るように配設されている。そして、中空円筒状筐体3の
中空部は導電性液7で充たされており、可動部であるリ
ング材15から外部に導電性液7がリークしないように
シール部材6により密封されている。
【0008】図4は回転子構成体4の斜視図とその部分
拡大図である。回転子構成体4には回転中心軸に対して
並行に貫通した複数個の微小な導電性液浸透用穴31及
び保持軸8の棒材を通す穴32が穿設されており、導電
性液浸透用穴31に導電性液7が浸透することにより、
あたかも回転中心軸に対して並行に複数本の導線が配線
されたものとみなすことができる。図5は回転子構成体
4を含む中空円筒状筐体3の部分断面斜視図である。電
極5a、5a’と5bは中空円筒状筐体3に固定されて
おり、導電性液7がない場合には電気的に絶縁状態であ
るが、通常中空円筒状筐体3の中空部は導電性液7で満
たされているので、電極5a、5a’と5b間に電流を
流すと回転子構成体4の導電性液浸透用穴31を介して
電流が流れる。図6は中空円筒状筐体3と巻線9a、9
bの位置関係を示した斜視図である。このように中空円
筒状筐体3を挟んで向かい合った巻線9a、9bは、向
かい合ったもの同士が対になっており、磁気的ダイポー
ルを形成している。
拡大図である。回転子構成体4には回転中心軸に対して
並行に貫通した複数個の微小な導電性液浸透用穴31及
び保持軸8の棒材を通す穴32が穿設されており、導電
性液浸透用穴31に導電性液7が浸透することにより、
あたかも回転中心軸に対して並行に複数本の導線が配線
されたものとみなすことができる。図5は回転子構成体
4を含む中空円筒状筐体3の部分断面斜視図である。電
極5a、5a’と5bは中空円筒状筐体3に固定されて
おり、導電性液7がない場合には電気的に絶縁状態であ
るが、通常中空円筒状筐体3の中空部は導電性液7で満
たされているので、電極5a、5a’と5b間に電流を
流すと回転子構成体4の導電性液浸透用穴31を介して
電流が流れる。図6は中空円筒状筐体3と巻線9a、9
bの位置関係を示した斜視図である。このように中空円
筒状筐体3を挟んで向かい合った巻線9a、9bは、向
かい合ったもの同士が対になっており、磁気的ダイポー
ルを形成している。
【0009】図7は回転トルク発生原理を説明した断面
斜視図である。回転子は、巻線9a、9bによる磁界の
中にある導電性液7が満たされた回転子構成体4の導電
性液浸透用穴31内に電流が流れた時にフレミングの左
手の法則に従い力Fを受ける。この時、巻線9a、9b
に流す電流の向きにより磁束Bは常に回転軸に対して半
径方向に外向き、あるいは内向きであり、また電流Iの
流れる方向は電極5aと5bの間を一方向に流れるた
め、力Fは常に回転子を回転させる方向にのみ働く。従
って、直流電動機の様に機械的に、またブラシレス直流
電動機の様に電気的に電流の切り替えを行なわずに回転
力が得られることになる。ここで、高い回転トルクを発
生させるには、回転子に供給する電流Iを大きくした
り、固定子の対向巻線の磁束密度Bを大きくすれば良
い。供給電流Iを大きくするには制御用増幅器の電流容
量を大きくすれば良く、磁束密度Bを大きくするには巻
線の数を増やしたり、励磁電流を大きくすれば良い。ま
た、超伝導材料を利用した超伝導巻線を使用すると、大
きな磁場(磁束密度)Bが発生する。超伝導巻線の臨界
温度を制御し、永久電流が流れるよう制御してやれば、
初期励磁電流を流すのみで対向巻き線に電流は流さずに
済む。
斜視図である。回転子は、巻線9a、9bによる磁界の
中にある導電性液7が満たされた回転子構成体4の導電
性液浸透用穴31内に電流が流れた時にフレミングの左
手の法則に従い力Fを受ける。この時、巻線9a、9b
に流す電流の向きにより磁束Bは常に回転軸に対して半
径方向に外向き、あるいは内向きであり、また電流Iの
流れる方向は電極5aと5bの間を一方向に流れるた
め、力Fは常に回転子を回転させる方向にのみ働く。従
って、直流電動機の様に機械的に、またブラシレス直流
電動機の様に電気的に電流の切り替えを行なわずに回転
力が得られることになる。ここで、高い回転トルクを発
生させるには、回転子に供給する電流Iを大きくした
り、固定子の対向巻線の磁束密度Bを大きくすれば良
い。供給電流Iを大きくするには制御用増幅器の電流容
量を大きくすれば良く、磁束密度Bを大きくするには巻
線の数を増やしたり、励磁電流を大きくすれば良い。ま
た、超伝導材料を利用した超伝導巻線を使用すると、大
きな磁場(磁束密度)Bが発生する。超伝導巻線の臨界
温度を制御し、永久電流が流れるよう制御してやれば、
初期励磁電流を流すのみで対向巻き線に電流は流さずに
済む。
【0010】なお、本発明は前述の図1から図7の実施
例に限定されるものではなく、例えば、導電性液7を浸
透させた回転子構成体4を可動子とみたて、電流の流す
方向を考慮すると、リニアアクチュエータとして使用で
きる。また、前述の図1から図7の実施例では、中空円
筒状筐体3を挟んで向かい合った巻線9a、9bは、向
かい合ったもの同士が合計4対で磁気的ダイポールを形
成しているが、複数対のダイポール型巻線を使用して磁
気的ダイポールを形成しても良い。
例に限定されるものではなく、例えば、導電性液7を浸
透させた回転子構成体4を可動子とみたて、電流の流す
方向を考慮すると、リニアアクチュエータとして使用で
きる。また、前述の図1から図7の実施例では、中空円
筒状筐体3を挟んで向かい合った巻線9a、9bは、向
かい合ったもの同士が合計4対で磁気的ダイポールを形
成しているが、複数対のダイポール型巻線を使用して磁
気的ダイポールを形成しても良い。
【0011】
【発明の効果】以上のように本発明によるアクチュエー
タによれば、永久磁石の接着や、樹脂での固定、成型な
どの作業が省略されるため、組立の際の工数が削減で
き、コストダウンを図ることができる。また、導電性液
を使用するため高電動機負荷時の減磁はなく、大電流を
安定して供給でき、制御性を高め、出力トルク波形の脈
動を小さくすることができる。また、大電流を流す部分
が液体のため循環して冷却することができ発熱を抑える
ことができる。さらに、成型された樹脂などを回転子の
ヨーク部として利用すれば低イナーシャの回転子とする
ことができ、応答性を高めることができる。
タによれば、永久磁石の接着や、樹脂での固定、成型な
どの作業が省略されるため、組立の際の工数が削減で
き、コストダウンを図ることができる。また、導電性液
を使用するため高電動機負荷時の減磁はなく、大電流を
安定して供給でき、制御性を高め、出力トルク波形の脈
動を小さくすることができる。また、大電流を流す部分
が液体のため循環して冷却することができ発熱を抑える
ことができる。さらに、成型された樹脂などを回転子の
ヨーク部として利用すれば低イナーシャの回転子とする
ことができ、応答性を高めることができる。
【図1】本発明のアクチュエータの一例を示す部分断面
図である。
図である。
【図2】図1のA−A’断面図である。
【図3】本発明のアクチュエータの回転子部の部分断面
斜視図である。
斜視図である。
【図4】本発明のアクチュエータの回転子構成体の斜視
図とその部分拡大図である。
図とその部分拡大図である。
【図5】本発明のアクチュエータの回転子構成体を含む
中空円筒状筐体の部分断面斜視図である。
中空円筒状筐体の部分断面斜視図である。
【図6】本発明のアクチュエータの中空円筒状筐体と巻
線の位置関係を示した斜視図である。
線の位置関係を示した斜視図である。
【図7】本発明のアクチュエータの回転トルク発生原理
を説明した断面斜視図である。
を説明した断面斜視図である。
【図8】一般的な直流電動機の一例を示す断面図であ
る。
る。
1 軸体 2 保持器 3 中空円筒状筐体 4 回転子構成体 5a,5b 電極 6 シール部材 7 導電性液 8 保持軸 9a,9b 巻線 10a,10b 固定子構成体 11a,11b,11c フランジ 12a,12b 軸受 13 ネジ 14 ナット 15 リング材 20 回転子 31 導電性液浸透用穴 32 保持軸用穴
Claims (2)
- 【請求項1】円筒状の回転子と、前記回転子の回転中心
軸と直角方向に励磁する巻線と、前記回転子内に電流を
前記回転中心軸と平行方向に流す電極とを備えたことを
特徴とするアクチュエータ。 - 【請求項2】前記回転子が、前記回転中心軸と平行方向
に貫通する微小穴を有し、導電性液に浸されている請求
項1に記載のアクチュエータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4333712A JPH06165453A (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4333712A JPH06165453A (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | アクチュエータ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06165453A true JPH06165453A (ja) | 1994-06-10 |
Family
ID=18269128
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4333712A Pending JPH06165453A (ja) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | アクチュエータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06165453A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3240163A4 (en) * | 2014-02-20 | 2018-08-01 | Kitada Rotary Enjine LLC | Rotating electric machine |
-
1992
- 1992-11-19 JP JP4333712A patent/JPH06165453A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3240163A4 (en) * | 2014-02-20 | 2018-08-01 | Kitada Rotary Enjine LLC | Rotating electric machine |
US10411579B2 (en) | 2014-02-20 | 2019-09-10 | Kitada Rotary Enjine Llc | Electric rotating machine |
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