(57)【要約】【課題】  着磁器に必須構成手段である永久磁石を半球形、半球形シェル形態又は球形に形成して、コイルのオーバーハングを根本的に除去するための半球形、半球形シェル形態又は球形の永久磁石を有する着磁器を含む直流モータを提供すること。【解決手段】  直流モータの着磁器において、ケースと；前記ケース内に搭載される半球形の永久磁石と；前記永久磁石の下部の一側に備えられる非磁性部材と；前記非磁性部材に備えられるコイルとから構成されたことを特徴とする。【選択図】  図４
2005051986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流モータの着磁器において、
ケースと；
前記ケース内に搭載される半球形の永久磁石と；
前記永久磁石の下部の一側に備えられる非磁性部材と；
前記非磁性部材のそれぞれに備えられるコイルと；
から構成されたことを特徴とする半球形の永久磁石を有する着磁器。
【請求項２】
前記永久磁石の内部はＮ(Ｓ)極であり、その外部はＳ(Ｎ)極であることを特徴とする請求項１に記載の半球形の永久磁石を有する着磁器。
【請求項３】
前記非磁性部材の構造によって磁気場の分布が変更されることを特徴とする請求項１に記載の半球形の永久磁石を有する着磁器。
【請求項４】
直流モータの着磁器において、
ケースと；
前記ケース内に搭載される半球形シェル形態の永久磁石と；
前記永久磁石シェルの下部の一側に備えられる非磁性部材と；
前記非磁性部材のそれぞれに備えられるコイルと；
から構成されたことを特徴とする半球形シェル形態の永久磁石を有する着磁器。
【請求項５】
前記永久磁石シェルの内部はＮ(Ｓ)極であり、その外部はＳ(Ｎ)極であることを特徴とする請求項４に記載の半球形シェル形態の永久磁石を有する着磁器。
【請求項６】
前記非磁性部材の構造によって磁気場の分布が変更されることを特徴とする請求項４に記載の半球形シェル形態の永久磁石を有する着磁器。
【請求項７】
直流モータの着磁器において、
ケースと；
半球形の永久磁石が相互対向されるように設けられ、前記ケース内に搭載される球形の永久磁石と；
上方にある半球形の永久磁石の下部及び下方にある半球形の永久磁石の上部に備えられる２つの非磁性部材と；
前記２つの非磁性部材のそれぞれに備えられるコイルと；
から構成されたことを特徴とする球形の永久磁石を有する着磁器。
【請求項８】
前記永久磁石の内部はＮ(Ｓ)極であり、その外部はＳ(Ｎ)極であることを特徴とする請求項７に記載の球形の永久磁石を有する着磁器。
【請求項９】
前記非磁性部材の構造によって磁気場の分布が変更されることを特徴とする請求項７に記載の球形の永久磁石を有する着磁器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半球形、半球形シェル形態又は球形の永久磁石を有する着磁器に関するものである。より詳細には、着磁器に必須構成手段である永久磁石を、半球形、半球形シェル形態又は球形により形成させ、コイルのオーバーハングを根本的に除去するための半球形、半球形シェル形態又は球形の永久磁石を有する着磁器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、直流モータは、永久磁石とコイルに電流を供給して、永久磁石とコイルとの間に作用する反発力と吸引力を用いるものであって、磁気場に置かれているコイルに整流子を接続し、ブラシを通じて直流電圧を加えると、コイルがフレミングの左手の法則により時計方向に回転するようになる。この時、整流子とブラシとの作用によって、各磁極下にあるコイルは常に同じ方向の電流が流れるために、同じ方向に回転するようになる。
【０００３】
前記のように、永久磁石を用いたＤＣモータに使用される永久磁石は価格と材質によって様々に分類できる。そして、着磁方法には、等方向と放射型着磁とかに分けられ、用途によって多極に着磁することができ、その永久磁石の基本的な形態としては、円筒型、円筒型シェル、板型及び六面体型に分類できる。
【０００４】
図１は、従来技術に係る直流モータの構造を示した図面であり、図２Ａ乃至図２Ｄは、従来の直流モータに適用された着磁ヨークの構造を説明するための図面である。
【０００５】
添付図面の図１に示されたように、直流モータは、ケース１の内部にコイル２が位置しており、コイル２の内部に中心軸３を有する永久磁石４が位置している。そして、前記コイル２と永久磁石４との間には空隙５が形成されている。
【０００６】
添付図面の図２Ａ乃至図２Ｄに示されたように、従来技術に係る直流モータは、永久磁石によって2つの着磁器が具現された。即ち、図２Ｂに示されたように永久磁石の磁極が上下方向に形成される場合、図２Ａのような着磁器の構造を有することになり、図２Ｄに示されたように永久磁石の磁極が直径方向に形成される場合、図２Ｃのような着磁器の構造を有することになる。
【０００７】
この時、着磁器において、図面符号１はケースであり、図面符号２はコイルであり、図面符号４は永久磁石であり、図面符号６は非磁性部材である。
【０００８】
前記のように、２タイプの永久磁石が備えられる着磁器が搭載される直流モータは、構造的な特徴として円筒状からなる固定子と回転子を有することになり、このような構造的な特徴は、コイルのオーバーハング(End-winding)が避けられないという問題点がある。
【０００９】
前記のコイルのオーバーハングは、直流モータの回転力の発生に全く役にならないだけではなく、モータの銅損とそれによる様々な他の損失を増加させるという問題点として作用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明は、前記のような従来技術に係る問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、着磁器に必須構成手段である永久磁石を半球形、半球形シェル形態又は球形に形成して、コイルのオーバーハングを根本的に除去するための半球形、半球形シェル形態又は球形の永久磁石を有する着磁器を含む直流モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記のような目的を達成するための本発明の一実施例の着磁器は、直流モータの着磁器において、ケースと；前記ケース内に搭載される半球形の永久磁石と；前記永久磁石の下部の一側に備えられる非磁性部材と；前記非磁性部材のそれぞれに備えられるコイルとから構成されたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の実施例の着磁器は、ケースと；前記ケース内に搭載される半球形シェル形態の永久磁石と；前記永久磁石シェルの下部の一側に備えられる非磁性部材と；前記非磁性部材のそれぞれに備えられるコイルとから構成されたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の更に他の実施例の直流モータの着磁器は、ケースと；半球形の永久磁石が相互対向されるように設けられ、前記ケース内に搭載される球形の永久磁石と；上方にある半球形の永久磁石の下部及び下方にある半球形の永久磁石の上部に備えられる２つの非磁性部材と；前記２つの非磁性部材のそれぞれに備えられるコイルとから構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
これによって、本発明は、着磁器に必須構成手段である永久磁石を半球形、半球形シェル形態又は球形に形成することにより、円筒状を有する場合に発生するコイルのオーバーハングを根本的に除去する効果がある。
【００１５】
また、本発明は、球形直流モータに使用する半球形シェル又は球形シェル永久磁石のラジアル着磁を可能にする着磁器の構造を開発することにより、銅損と体積を減らす球形モータを製作することができるようにする効果がある。
【００１６】
また、本発明は、光学において光を集める凸レンズのような効果を磁気場でもできるようにする効果がある。
本発明は、前記実施例のみに限定されることなく、本発明の技術的思想内において当分野の通常の知識を有する者により様々な変更が可能であることは言うまでもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の一実施例の着磁器は、直流モータの着磁器において、ケースと；前記ケース内に搭載される半球形の永久磁石と；前記永久磁石の下部の一側に備えられる非磁性部材と；前記非磁性部材のそれぞれに備えられるコイルとから構成されたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の他の実施例の着磁器は、ケースと;前記ケース内に搭載される半球形シェル形態の永久磁石と;前記永久磁石シェルの下部の一側に備えられる非磁性部材と；前記非磁性部材のそれぞれに備えられるコイルとから構成されたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の更に他の実施例の直流モータの着磁器は、ケースと；半球形の永久磁石が相互対向されるように設けられ、前記ケース内に搭載される球形の永久磁石と；上方にある半球形の永久磁石の下部及び下方にある半球形の永久磁石の上部に備えられる２つの非磁性部材と；前記２つの非磁性部材のそれぞれに備えられるコイルとから構成されたことを特徴とする。
【００２０】
そして、前記永久磁石の内部はＮ(Ｓ)極であり、その外部はＳ(Ｎ)極であることを特徴とする。
【００２１】
この時、前記ケースは、強磁性物質からなる。
【００２２】
そして、前記非磁性部材の構造によって磁気場の分布が変更される。
【００２３】
以下、添付図面等を参照して、本発明の好ましい実施例について説明する。
【００２４】
図３Ａ，３Ｂは、本発明に適用されたモータの原理を説明するための図面である。
一般に、電気エネルギーを機械的な運動エネルギーに換えるには、下記のような原理が適用される。
【００２５】
磁気場(Ｂ)に垂直な長さＬのコイルに電流ｉが流れる時、このコイルに作用する力Ｆは、下記の数学式（１）のように表される。
【００２６】
【数１】
2005051986.tif 000003
【００２７】
前記のような数学式（１）により、球形モータの巻線に流れる電流の方向、作用する力、及び磁気場を表示する場合、添付図面の図３Ａ、図３Ｂの通りであり、詳細な説明は後述する通りである。
【００２８】
1．ラジアル着磁されたモータでの導線に作用する力
まず、ラジアル(radial)着磁されたモータの場合、添付図面の図３Ａに示されたように巻線に流れる電流ベクトル
【００２９】
【数２】
2005051986.tif 000004
【００３０】
は、モータの中心軸から同一の距離に位置した巻線上の丸ａ点と丸ｃ点で巻線の接線方向に向かうことになり、フレミングの左手の法則によって丸ｂにおいて作用する力
【００３１】
【数３】
2005051986.tif 000005
【００３２】
の方向は紙面から垂直に出る方向に作用することになる。
【００３３】
添付図面の図３Ａにおいて、丸ａ点と丸ｃ点における電流ベクトル
【００３４】
【数４】
2005051986.tif 000006
【００３５】
を加えると、丸ｂ点における電流ベクトル
【００３６】
【数５】
2005051986.tif 000007
【００３７】
と同一方向の電流ベクトルを求めることができるようになる。同様の方法で、丸ａ点と丸ｃ点における電流ベクトルを求め、前記各点におけるベクトルを加えると、丸ｂ点における
【００３８】
【数６】
2005051986.tif 000008
【００３９】
ベクトルと同一方向となり、導線に作用する力は丸ｂ点でのように、紙面から垂直に出る方向に作用することになる。
【００４０】
２．ダイヤメトラル着磁されたモータでの導線に作用する力
そして、ダイヤメトラル(diametral)着磁されたモータの場合、添付図面の図３Ｂに示されたように巻線に作用する電流ベクトルは、モータの中心軸から同一の距離に位置した丸ａ点と丸ｃ点で接線方向に向かうことになり、ラジアル着磁された場合のように、フレミングの左手の法則によって丸ｂにおいて作用する力
【００４１】
【数７】
2005051986.tif 000009
【００４２】
の方向は、紙面から垂直に出る方向に作用することになる。また、丸ａ点と丸ｃ点における電流ベクトル
【００４３】
【数８】
2005051986.tif 000010
【００４４】
を加えると、丸ｂ点における電流ベクトル
【００４５】
【数９】
2005051986.tif 000011
【００４６】
と同一方向となる。
【００４７】
一方、ラジアル着磁されたモータの場合と異なり、ダイヤメトラル着磁されたモータの場合、
【００４８】
【数１０】
2005051986.tif 000012
【００４９】
ベクトルは丸ａ，ｂ，ｃの全ての位置において同一方向、即ち、等方向性を保持する。
【００５０】
そして、永久磁石の磁気的特性は、電磁気現象の基本法則等、即ち、マクスウェルの方程式を適用して誘導され、この時、磁束密度
【００５１】
【数１１】
2005051986.tif 000013
【００５２】
とベクトルポテンシャル
【００５３】
【数１２】
2005051986.tif 000014
【００５４】
との関係は、下記の数学式（２）の通りである。
【００５５】
【数１３】
2005051986.tif 000015
【００５６】
また、磁束密度
【００５７】
【数１４】
2005051986.tif 000016
【００５８】
と、磁化ベクトル
【００５９】
【数１５】
2005051986.tif 000017
【００６０】
と、磁界の強さ
【００６１】
【数１６】
2005051986.tif 000018
【００６２】
との関係は、下記の数学式（３）の通りである。
【００６３】
【数１７】
2005051986.tif 000019
【００６４】
ダイヤメトラル着磁の場合には、添付図面の図2に示されたように通常の着磁器を使用しても構わない。即ち、本発明が適用された球形又は半球形永久磁石を通常の永久磁石の位置に代替させてもよい。
【００６５】
３．ラジアル着磁
一方、前記のダイヤメトラル着磁の場合とは異なり、半球形シェル形態の永久磁石の着磁は、通常の着磁ヨーク構造上、代替、設置が容易でない。
【００６６】
従って、本発明が適用された半球形シェル形態の永久磁石の場合、添付図面の図４及び図５に示された半球形の着磁器が必要である。
【００６７】
即ち、前記半球形の着磁器ケース４０内に半球形の永久磁石１０が搭載され、前記永久磁石１０の下部に非磁性部材２０が備えられ、前記非磁性部材２０にコイル３０が備えられる構造を有する。ケース４０は強磁性物質からなる。一方、本実施例において、永久磁石１０、非磁性部材２０及びコイル３０により囲まれている部分の部材５０の材質は、ケース４０と同様に強磁性物質からなっている。
【００６８】
一方、図６は、図５に示された半球形永久磁石を２つ対向するように具備し、球形の着磁ヨークのための着磁器を説明するための図面であって、同時に２つの半球形シェルを着磁するための着磁器である。前記の図６に示された着磁器は、半球形の永久磁石１０ａ、１０ｂが相互対向するように設けられ、ケース４０内に搭載される球形の永久磁石と、前記半球形の永久磁石１０ａの下部及び前期半球形の永久磁石１０ｂの上部に各々位置、結合される非磁性部材２０ａ、２０ｂと、前記非磁性部材２０ａ、２０ｂのそれぞれに備えられるコイル３０ａ、３０ｂとからなる。一方、本実施例において、永久磁石１０ａ、１０ｂ、非磁性部材２０ａ、２０ｂ及びコイル３０ａ、３０ｂにより囲まれている部分の部材５０の材質は、ケース４０と同様に強磁性物質からなっている。
【００６９】
この時、添付図面の図３乃至図７に適用された永久磁石１０、１０ａ、１０ｂの内部はＮ(Ｓ)極であり、その外部はＳ(Ｎ)極である。
【００７０】
４．シミュレーション
最後に、前記のように具現された半球形シェル形態の着磁ヨークに対するシミュレーションを施行した結果、添付図面の図７に示されたように磁気場の分布が放射型に広がることが分かる。
【００７１】
また、添付図面の図８に示されたように、中心部の非磁性部材２０の構造によって前記磁気場の分布度が異なっていることが分かり、更に、前記磁束分布を光学システムにおける凸レンズのように磁極(Ｎ又はＳ)を集中させることができることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】従来技術に係る直流モータの構造を示した図面である。
【図２Ａ】従来の直流モータに適用された着磁ヨークの構造を説明するための図面である。
【図２Ｂ】従来の直流モータに適用された着磁ヨークの構造を説明するための図面である。
【図２Ｃ】従来の直流モータに適用された着磁ヨークの構造を説明するための図面である。
【図２Ｄ】従来の直流モータに適用された着磁ヨークの構造を説明するための図面である。
【図３Ａ】本発明に適用されたモータの原理を説明するための図面である。
【図３Ｂ】本発明に適用されたモータの原理を説明するための図面である。
【図４】本発明に係る着磁器の一実施例の平面構造図である。
【図５】本発明に係る着磁器の一実施例の部分端面斜視図である。
【図６】本発明に係る着磁器の他の実施例の部分端面斜視図である。
【図７】本発明に係る着磁器のシミュレーション結果を説明するための図面である。
【図８】図７の着磁器において非磁性部材の構造を変更する場合に得られたシミュレーション結果を説明するための図面である。
【符号の説明】
【００７３】
１０、１０ａ、１０ｂ；  永久磁石
２０、２０ａ、２０ｂ；  非磁性部材
３０、３０ａ、３０ｂ；  コイル
４０；  ケース
【図１】
2005051986.tif 000020
【図２Ａ】
2005051986.tif 000021
【図２Ｂ】
2005051986.tif 000022
【図２Ｃ】
2005051986.tif 000023
【図２Ｄ】
2005051986.tif 000024
【図３Ａ】
2005051986.tif 000025
【図３Ｂ】
2005051986.tif 000026
【図４】
2005051986.tif 000027
【図５】
2005051986.tif 000028
【図６】
2005051986.tif 000029
【図７】
2005051986.tif 000030
【図８】
2005051986.tif 000031