(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸心の回りに回転可能なロータおよび該ロータの周囲に設けられた電磁コイルからなり、該ロータは周方向に等間隔の複数の領域に区画され、各領域は複数個の永久磁石が並設された部分および永久磁石が設置されていない部分からなり、前記永久磁石は前記回転軸心から外側に延びる半径線に対して傾斜して配置されており、前記複数個の永久磁石は矩形断面の永久磁石および該矩形断面の一側面に三角形状の突出部を形成した永久磁石の組合わせからなることを特徴とするモータ。
【請求項２】
突出量が異なる複数の三角形状突出部を具備した永久磁石からなることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
回転軸心の回りに回転可能なロータおよび該ロータの周囲に設けられた電磁コイルからなり、該ロータは周方向に等間隔の複数の領域に区画され、各領域は複数個の永久磁石が並設された部分および永久磁石が設置されていない部分からなり、前記永久磁石は前記回転軸心から外側に延びる半径線に対して傾斜して配置されており、前記ロータは円板および該円板の周縁に連なる円周板を含んでおり、前記複数個の永久磁石が該円周板の内側に配置され、前記複数個の永久磁石は矩形断面の永久磁石および該矩形断面の一側面に三角形状の突出部を形成した永久磁石の組合わせからなることを特徴とするモータ。
【請求項４】
複数個のロータが軸線方向に重ねられており、各ロータの永久磁石を周方向にずらせていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動モータに関する。より詳しくは、本発明は、回転軸心の回りに回転可能なロータおよびロータの周囲に設けられた電磁コイルからなり、ロータは周方向に等間隔の複数の領域に区画され、各領域は複数個の永久磁石が並設された部分および永久磁石が設置されていない部分からなり、永久磁石は回転軸心から外側に延びる半径線に対して傾斜して配置された電動モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から知られている多くの電動モータにおいては、ロータ（回転子）およびステータ（固定子）の両方にコイル巻線からなる電磁石が用いられている。また、ステッピングモータにおいては、ロータに磁性体または永久磁石を用いステータに電磁コイルを用いるものもあるが、ステッピングモータでは特別な位相制御装置を必要としている。
【０００３】
一方、特開平６−３３５２２２号公報には、ロータに永久磁石を並べる部分と並べない部分を交互に設け、永久磁石の一方の極を外側に、他方の極を中心よりずらして等間隔にロータに取付け、ロータに近接してステータとして電磁石を固定した連続回転装置が開示されている。
【０００４】
この特開平６−３３５２２２号公報では、永久磁石の一方の極を外側に、他方の極を中心よりずらして等間隔にロータに取付けると、永久磁石は全体として一端部から他端部に向けて磁性が強くなると記載しているが、並設されて一体となった永久磁石の磁性強度に勾配があるということは起こり得ず、誤りである。
【０００５】
しかしながら、本発明者らの実験によれば、ロータを回転可能に支持するとともにロータに複数の永久磁石を回転軸心から外側に延びる半径線に対して傾斜して配置すると、特別な位置関係に配置された複数の永久磁石が形成する磁力線と回転可能なロータとの磁気的な作用により、複数の永久磁石の一端部の永久磁石と磁性体が対向する状態までロータは回動されて停止することを見出だした。この状態で、磁性体の極性を対向する永久磁石と同極性に切替えると、磁性体と永久磁石とが反発して、ロータは更に回動する。以上の作用を繰り返すことにより、特開平６−３３５２２２号公報に開示されているように、ロータは連続回転する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特開平６−３３５２２２号公報に開示されている装置では、永久磁石のロータへの取付け方法に十分な配慮が払われておらず、この装置では高速回転状態を継続するとロータの永久磁石が遠心力で飛散してしまい、高速で安定して長時間に亘り回転することができない。
【０００７】
また、上述の特開平６−３３５２２２号公報に開示されている装置では、永久磁石が形成する磁力線に十分な配慮が払われておらず、磁力漏れが生じるために、ロータを高速回転したり、高トルクを発生させることができない。
【０００８】
更に、上述の特開平６−３３５２２２号公報に開示されている装置では、矩形断面の複数の永久磁石を並設しているため、磁力強度の大きい永久磁石を用いる場合には永久磁石同士の端面が密着状態で磁気吸着してしまい、複数の永久磁石を回転軸心から外側に延びる半径線に対して傾斜させてその先端を円弧に沿って配置させることが困難となるため、モータの生産性が極めて低いと言う問題がある。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は上述した特開平６−３３５２２２号公報に開示されている装置に付随する問題点を解消して、高速で安定して長時間に亘り回転することができ、永久磁石の磁力漏れが生じずまたは少なく、ロータを高速回転したり、高トルクを発生させることができ、生産が容易なモータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面においては、上記の目的を、回転軸心の回りに回転可能なロータおよび該ロータの周囲に設けられた電磁コイルからなり、該ロータは周方向に等間隔の複数の領域に区画され、各領域は複数個の永久磁石が並設された部分および永久磁石が設置されていない部分からなり、前記永久磁石は前記回転軸心から外側に延びる半径線に対して傾斜して配置されており、前記ロータは円板および該円板の周縁に連なる円周板を含んでおり、前記複数個の永久磁石が該円周板の内側に配置されていることを特徴とするモータにより達成する。
【００１１】
本発明の他の側面においては、上記の目的を、回転軸心の回りに回転可能なロータおよび該ロータの周囲に設けられた電磁コイルからなり、該ロータは周方向に等間隔の複数の領域に区画され、各領域は複数個の永久磁石が並設された部分および永久磁石が設置されていない部分からなり、前記永久磁石は前記回転軸心から外側に延びる半径線に対して傾斜して配置されており、前記複数個の永久磁石は矩形断面の永久磁石および該矩形断面の一側面に三角形状の突出部を形成した永久磁石の組合わせからなることを特徴とするモータにより達成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の側面においては、ロータは円板および円板の周縁に連なる円周板を含んでおり、複数個の永久磁石が円周板の内側に配置されているため、高速回転状態を継続して遠心力が作用してもロータの永久磁石は円周板により保護され飛散することがなく、本発明のモータは高速で安定して長時間に亘り回転することができる。
【００１３】
特に、円板と永久磁石との間にドーナツ形状をした磁性体製の薄板を設けるとともに該永久磁石の薄板と反対側にもドーナツ形状をした磁性体製の別の薄板を設けることが好ましく、永久磁石が形成する磁力線はこれら薄板を通り、磁力漏れが生じないために、ロータを高速回転したり、高トルクを発生させることができる。
【００１４】
本発明の第二の側面においては、複数個の永久磁石は矩形断面の永久磁石および矩形断面の一側面に三角形状の突出部を形成した永久磁石の組合わせからなっており、これらの複数の永久磁石を並設する際に端面同士を接触配置することにより、磁力強度の大きい永久磁石を用いた場合にも永久磁石同士の端面が密着状態で磁気吸着して、複数の永久磁石の一方の極を外側に、他方の極を中心よりずらして円弧に沿って容易に取付けることができ、モータの生産性が極めて高い。この場合に、突出量が異なる複数の三角形状突出部を具備した永久磁石を用いることにより、傾斜角度を変化させることができる。
【００１５】
更に、本発明に係るモータにおいては、上記本発明の第一の側面および他の側面を同時に実施してもよい。
【００１６】
更に本発明はモータの製作方法を提供する。すなわち、中心点から等しい円周角で複数本の半径線を引き、半径線上で中心点から予め定められた距離の点を起点として半径線に対して所定の傾斜角度で矩形状断面の永久磁石の外形線を描き、外形線を連結する凹部を有する治具を準備し、治具の凹部に沿って複数個の永久磁石をおき、複数個の永久磁石の相対位置を固定した上でロータ体に取着してロータを製作することを特徴とするモータの製作方法が提供される。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図示した添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は本発明に係るモータの実施例の一側面を外した状態の平面図であり、図２は図１のII−II断面図であり、図３はロータの永久磁石の配置を示す平面図、図４は永久磁石組立て用の治具の平面図、図５は本発明に係る永久磁石の個々の形状を示す平面図である。
【００１８】
図１および図２に示すように、この実施例においてはモータ１は円筒形のケース３に収納されており、回転軸の軸方向に上下２個のロータ４、５が互いに隣接して回転軸６に取着されており、回転軸６は一対の軸受７により回転可能に支承されており、上下２個のロータは回転軸６とともに回転可能である。
【００１９】
各ロータ４、５の周面の近傍には、それぞれコの字状断面形状をし、例えば厚さ０．５ｍｍの鉄板を２０枚積層した、積層鉄心８が６個、回転軸６の軸心の周りに等配的に、すなわち、６０°の間隔で配置されている。６個の積層鉄心８のうち、上のロータ４に近接する箇所には、一つ置きに電磁コイル１０が挿着されており、すなわち、上のロータ４に対向して電磁コイル１０が１２０°の間隔で配置されている。一方、積層鉄心８のうち下のロータ５に近接する箇所には、上述のように上のロータ４に近接して電磁コイル１０が挿着されていないものに、電磁コイル１０が１２０°の間隔で挿着されている。従って、隣接する上下のロータ４、５に対向する電磁コイル１０は、図１に示すように、互いに他のロータ４、５の電磁コイル１０の間に位置している。
【００２０】
更に、ケース３にはロータ４、５の永久磁石１２によりロータ４、５の位相を検知し、電磁石の通電を制御するためのセンサ２５が設けられている。６個の電磁コイル１０は通電時の極性が同じになるように結線され、直流電源に接続され、センサ２５により所定のタイミングで直流電圧が印加される。
【００２１】
ロータ４、５はアルミニウム、プラスチックなどの非磁性体から作られている。図２に示すように、上下２個のロータ４、５はそれぞれ円板４ａ、５ａおよび円板４ａ、５ａの周縁に連なる円周板４ｂ、５ｂを含み浅底の円筒形状となっている。ここに円周板４ｂ、５ｂの厚さは、後述する永久磁石１２から積層鉄心８または積層鉄心８に挿着された電磁コイル１０への磁力線を阻害しないようにできるだけ薄くすることが好ましい。
【００２２】
下のロータ５の円周板の上部内周面および上のロータ４の円周板の下部外周面を削り込み、両者の削り込み部分を嵌合させて上下のロータ４、５を重箱のように重ねられるようにしている。更に上のロータ４の上部開口部に蓋９を嵌合して、全体として上下ロータ４、５内部に２つのスペースＳ１、Ｓ２が形成されている。
【００２３】
図２に示すように、上記２つのスペースＳ１、Ｓ２には、それぞれドーナツ形状をした鉄板などの磁性体製の薄板１３が上下に設けられ、これらの薄板１３の間に永久磁石１２が配設されている。この配置により、永久磁石１２が形成する磁力線は上下の薄板１３を通り循環するため、磁力漏れが生じず、ロータ４、５を高速回転したり、高トルクを発生させることができる。
【００２４】
ロータ４、５の永久磁石１２の配置を図３に示す。ロータ４、５は周方向に等間隔の複数（図３では３つ）の領域I 、II、およびIII に区画されている。各領域I 、II、およびIII は複数個の永久磁石１２が並設された部分および永久磁石１２が設置されていない部分からなっている。図３の実施例では各領域I 、II、III にほぼ矩形状断面をした７つの永久磁石１２が設置されている。各永久磁石１２は回転軸６の回転軸心から等しい円周角αをなして外側に延びる複数の半径線ｒに対して３５°〜６０°、好ましくは４０°〜４５°の範囲の角度βで傾斜して配置されている。なお、角度βは全部の永久磁石１２について同一でもよいし、図３に示すように各永久磁石１２について少しずつ異なっていてもよい。
【００２５】
各永久磁石１２の外周側先端は、円周板４ｂ、５ｂの内面に近接または接触して配置されている。これにより、ロータ４、５を高速回転させても、ロータ４、５の永久磁石１２が遠心力で飛散することがなく、高速で安定して長時間に亘り回転させることができる。
【００２６】
本発明に用いる永久磁石１２は、所定の形状に成形した上で磁化処理を行う。この際に永久磁石１２とする材料を複雑な形状とした場合には、所望の磁化処理を行えないので、永久磁石１２とする材料は比較的簡単な形状に成形する必要がある。
【００２７】
本発明においては、上述ようにほぼ矩形断面の複数の永久磁石１２を並設しているため、磁力強度の大きい永久磁石１２を用いる場合には永久磁石１２同士の端面が密着状態で磁気吸着してしまい、複数の永久磁石１２の一方の極を外側に、他方の極を中心よりずらして円弧に沿って取付けることが困難なため、モータの生産性が極めて低いと言う問題がある。この対策として、本発明においては、図４に示すような、特別構成の治具２０を用いて永久磁石１２の組立てを行うことが好ましい。
【００２８】
すなわち、図４において、中心点Ｏから等しい円周角αで複数本の半径線Ｒを引き、半径線Ｒ上で中心点Ｏから予め定められた距離の点Ｐを起点として半径線Ｒに対して所定の傾斜角度βで矩形状断面の永久磁石１２の外形線（図４に二点鎖線で示す）を描き、外形線を連結する凹部２０ａを有する治具２０を準備する。治具２０の凹部２０ａに沿って上述した複数個の永久磁石１２をおき、接着剤などにより複数個の永久磁石１２の相対位置を固定した上で、固定した複数個の永久磁石１２を薄板１３を介してロータ４、５の円板に取着してロータ４、５を製作する。
【００２９】
本発明の永久磁石１２の組み立てを一層容易にするために、図５に示すように、複数個の永久磁石１２は矩形断面の永久磁石１２および矩形断面の一側面に三角形状の突出部を形成した永久磁石１２の組合わせとすることが好ましい。
【００３０】
このように成形することにより、所望の磁化処理を行え、このようにほぼ矩形断面の複数の永久磁石１２を並設すると、永久磁石１２同士の端面が密着し、容易に所望の組合わせとなる。この場合に、突出量が異なる複数の三角形状突出部を具備した永久磁石１２とすると傾斜角度βを変化させることができる。
【００３１】
上述の構成からなる本実施例においては、ロータ４、５を回転可能に支持しているので、積層鉄心８の電磁コイル１０に通電前には、特別な位置関係に配置された複数の永久磁石１２が形成する磁力線と回転可能なロータ４、５との磁気的な作用により、複数の永久磁石の一端部の永久磁石（図３の１２′）と積層鉄心８が対向する状態までロータ４、５は回動されて停止する。この状態で、積層鉄心８の電磁コイル１０に通電し電磁コイル１０を対向する永久磁石１２′と同極性に切替えると、電磁コイル１０と永久磁石１２′とが反発して、ロータ４、５は更に回動する。電磁コイル１０にはセンサ２５によりロータ４、５の位相を検出し、所定のタイミングで直流電圧を印加する。以上の作用を繰り返すことにより、ロータ４、５は連続回転する。本実施例では、永久磁石１２の位相をずらせてロータ４、５を設けているため、ロータ４、５の回転が滑らかになる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の第一の側面においては、ロータ４、５は円板および円板の周縁に連なる円周板を含んでおり、複数個の永久磁石１２が円周板の内側に配置されているため、高速回転状態を継続して遠心力が作用してもロータ４、５は円周板により保護され飛散することがなく、本発明のモータは高速で、一例として８，０００ｒｐｍ以上でも、安定して長時間に亘り回転させることができる。特に、円板と永久磁石１２との間にドーナツ形状をした磁性体製の薄板１３を設けるとともに該永久磁石１２の薄板１３と反対側にもドーナツ形状をした磁性体製の別の薄板１３を設けることが好ましく、永久磁石１２が形成する磁力線はこれら薄板１３を通り、磁力漏れが生じないために、ロータ４、５を高速回転したり、高トルクを発生させることができる。
【００３３】
本発明の第二の側面においては、複数個の永久磁石１２は矩形断面の永久磁石１２および矩形断面の一側面に三角形状の突出部を形成した永久磁石１２の組合わせからなっており、これらの複数の永久磁石１２を並設する際に端面同士を接触配置することにより、磁力強度の大きい永久磁石１２を用いた場合にも永久磁石１２同士の端面が密着状態で磁気吸着して、複数の永久磁石１２を回転軸心から外側に延びる半径線に対して傾斜して配置され、永久磁石１２同士をに容易に取付けることができ、モータの生産性が極めて高い。
【００３４】
従って、本発明により、高速で安定して長時間に亘り回転することができ、永久磁石１２磁力漏れが生じず、ロータ４、５を高速回転したり、高トルクを発生させることができ、生産が容易なモータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るモータの実施例の一側面を外した状態の平面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】ロータの永久磁石の配置を示す平面図である。
【図４】永久磁石組立て用の治具の平面図である。
【図５】本発明に係る永久磁石の個々の形状を示す平面図である。
【符号の説明】
４  上ロータ
５  下ロータ
６  回転軸
１０  電磁コイル
１２  永久磁石
１３  薄板
【図１】
0003715047.tif 000002
【図２】
0003715047.tif 000003
【図３】
0003715047.tif 000004
【図４】
0003715047.tif 000005
【図５】
0003715047.tif 000006