(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石が設けられ回転軸心の回りに回転可能なロータ、該ロータの周囲に設けられた磁気センサおよび複数個の電磁コイル並びに前記永久磁石の磁気を前記磁気センサで検知し前記電磁コイルへの通電を制御するようにした制御手段からなり、該ロータが回転軸心の回りに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、ロータ本体が中実の非磁性体製の円筒部材からなり、該円筒部材には前記複数の永久磁石を前記半径線に対して傾斜した状態で収容するように形成された凹部または穴が設けられており、該凹部または穴に前記複数個の永久磁石が収容され、前記円筒部材の該複数個の永久磁石が並設された部分の半径方向外側が開口していることを特徴とする磁気モータ。
【請求項２】
前記円筒部材に設けられた凹部または穴は該円筒部材の軸線方向に延在しており、該凹部または穴の内壁は前記複数個の永久磁石のそれぞれの少なくとも内周側端部および外周側端部に係合することを特徴とする請求項１に記載の磁気モータ。
【請求項３】
前記円筒部材に設けられた凹部または穴は、複数個の永久磁石を前記半径線に対する傾斜が異なった状態で収容するように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気モータ。
【請求項４】
前記円筒部材を構成する非磁性体がカーボン樹脂を主成分とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気モータ。
【発明の詳細な説明】
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、永久磁石が設けられ回転軸心の回りに回転可能なロータ、該ロータの周囲に設けられた磁気センサおよび複数個の電磁コイル並びに前記ロータに設けられた永久磁石の磁気を前記磁気センサで検知し前記電磁コイルへの通電を制御するようにした制御手段からなり、該ロータは前記電磁コイルの数と等しい複数の領域に周方向に等間隔に区画され、各領域は前記永久磁石が複数個周方向に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、前記各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いる磁気モータに関する。
背景技術
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。
本発明者は先に特開平１０−１２６９８７号公報において次のようなモータを提案した。すなわち、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、前記ロータは円板部および該円板部の周縁に連なる円周板部を含んでおり、前記複数個の永久磁石が該円周板部の内側に配置されていることを特徴とするモータである。
このように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、電磁コイルに通電していない状態では複数の永久磁石が形成する磁力線と電磁コイル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電磁コイルが対向する状態までロータは回動して停止している。この状態で、電磁コイル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、ロータは回動する。
このようなモータにおいては、ロータを連続的に効率よく回転させるためには、電磁コイルに対してロータの永久磁石が所定の位置関係にあることを検知して電磁コイルへの通電を制御する必要がある。
特開平１０−２４８２８８号公報には、回転軸ＭにロータＬ１とＬ２を設け、磁極センサＨ１とＨ２を鉄心０１とロータＬ２の間に設け、ロータＬ１に面した鉄心０１に駆動コイルＫ１、Ｋ３、Ｋ５を、ロータＬ２に面した鉄心０１に駆動コイルＫ２，Ｋ４，Ｋ６を設け、ロータＬ１、Ｌ２に磁極を揃え並べた永久磁石Ｊを設け、駆動コイルはＫ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５，Ｋ６の順に結線し、駆動コイルＫ１にリード線Ｘ，駆動コイルＫ６にリード線Ｙを設け、トランジスターＴｒ１、Ｔｒ３とトランジスターＴｒ２、Ｔｒ４とを、それぞれ電源Ｖと電源グランドＧの間に設け、トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４と磁極センサＨ１、Ｈ２の間にインバータＩＣＡ１〜Ａ６を設け、トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４に、それぞれダイオードＤ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５を橋渡して設け、電源Ｖと磁極センサＨ１、Ｈ２との間にダブルトグルスイッチＳを設け、トランジスターＴｒ１、Ｔｒ３の間に駆動コイルＫ１からのリード線Ｘを結線するとともに、トランジスターＴｒ２、Ｔｒ４の間に駆動コイルＫ６からのリード線Ｙを結線した装置が提案されている。
この装置においては、永久磁石ＪのＮ極を感知した磁極センサＨ１は出力しデジタルのロー信号がインバータＩＣＡ１、Ａ２、Ａ４、Ａ６に伝わる。インバータＩＣで入力信号は反転し、インバータＩＣＡ１、Ａ２の出力はデジタルのハイ信号となる。また、インバータＩＣＡ４、Ａ６に入力した信号は２度反転し、インバータＩＣＡ３、Ａ５の出力信号はロー信号となる。トランジスターＴｒ１、Ｔｒ２はＰＮＰトランジスターであり、トランジスターＴｒ３、Ｔｒ４はＮＰＮトランジスターである。
インバータＩＣの出力信号を受けたトランジスターＴｒ１はオフ状態で導通しない。トランジスターＴｒ２はロー信号を受けてオン状態となり導通し、トランジスターＴｒ３はハイ信号を受けてオン状態となり導通し、トランジスターＴｒ４はオフ状態で導通せず、インバータＩＣＡ１、Ａ２、Ａ４、Ａ６にロー信号が入力すると、トランジスターＴｒ２、Ｔｒ３が導通し、リード線Ｘからリード線Ｙ方向に電流が流れる。
逆に、インバータＩＣＡ１、Ａ２、Ａ４、Ａ６にデジタルのハイ信号が入力すると、トランジスターＴｒ１、Ｔｒ４が導通し、リード線Ｙからリード線Ｘの方向に電流が流れる。
リード線Ｘからリード線Ｙ方向に電流が流れると、駆動コイルＫ１のロータ側にはＳ極、駆動コイルＫ２のロータ側にもＳ極が現れる。駆動コイルＫ３、Ｋ４、Ｋ５、Ｋ６のロータ側にも、すべてＳ極が現れる。このＳ極と永久磁石ＪのＳ極とが反発し、ロータＬ１、Ｌ２は時計方向に６０°回転する。ここで磁極センサＨ１の出力が反転するので、電流はリード線Ｙからリード線Ｘ方向に流る。すると各駆動コイルのロータ側にはこれまでとは逆にすべてＮ極が現れる。このＮ極と永久磁石ＪのＮ極とが反発すると同時に永久磁石ＪのＳ極とが引き合い、ロータＬ１、Ｌ２は、さらに時計方向に６０°回転する。この繰り返しでロータＬ１、Ｌ２は時計方向に連続回転する。なお、ダブルトグルスイッチＳは作用する磁極センサをＨ１からＨ２に切換えて、スイッチングのタイミングを変えて逆方向に回転させるためのものである。
特開平１０−２４８２８８号公報に開示された装置では、磁極センサＨ１またはＨ２の信号によりトランジスターＴｒ２、Ｔｒ３とＴｒ１、Ｔｒ４の導通、非導通を切換えて、リード線Ｘからリード線Ｙ方向へ、または、リード線Ｙからリード線Ｘの方向に電流が流れ、理論上はリード線Ｘからリード線Ｙへの電流の流れと、リード線Ｙからリード線Ｘへの電流とが同時に流れることはない。しかし、実際には、トランジスターＴｒ１〜Ｔｒ４の素子特性にとより、トランジスターＴｒ２、Ｔｒ３の導通とトランジスターＴｒ１、Ｔｒ４の導通がオーバーラップし、その結果、モータを流れずに電源Ｖからと電源グランドＧへ貫通し、モータの回転に寄与しない電流が生じる。
このような貫通電流により、モータの出力トルクは低下し、モータの回転が不安定となり、また、モータの効率が低下するという問題が生じる。この問題は特に、モータの回転数が高くなると顕著となる。
本発明は、上述した問題を解消して、モータの回転数を更に高め、一層高いトルクを達成することが可能なモータを提供することを目的とする。
更に特開平１０−１２６９８７号公報には上述のモータの製作方法として、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案されている。
上述の特開平１０−１２６９８７号公報に開示された特別な治具を用いるモータの製作方法を採用しても、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ためには依然として高度の組立て技術を必要とし、モータの生産性が低いと言う問題がある。
更に、特開平１０−１２６９８７号公報に開示されたロータにおいては、複数個の永久磁石を平らな円板上に配置しているため、高速回転時に作用する遠心力により円周板に当たり、円周板を膨らませたり突き破るため、モータの高速回転速度に限界があると言う問題がある。
本発明は、上述した特開平１０−１２６９８７号公報に開示されたロータに付随する組立てが容易でなく、高速高速回転速度に限界があると言う問題を解消して、特別の熟練を要することなく組立てられ生産性が高く、しかも、強度が充分に大きく、モータを高速回転させることができる磁気モータ用ロータを提供することを別の目的とする。
発明の開示
本発明においては、上述の目的を、永久磁石が設けられ回転軸心の回りに回転可能なロータ、該ロータの周囲に設けられた磁気センサおよび複数個の電磁コイル並びに前記永久磁石の磁気を前記磁気センサで検知し前記電磁コイルへの通電を制御するようにした制御手段からなり、該ロータは前記電磁コイルの数と等しい複数の領域に周方向に等間隔に区画され、各領域は前記永久磁石が複数個周方向に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、前記各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いる磁気モータにおいて、前記通電制御手段は磁気センサの信号に基づき前記電磁コイルへの通電方向を切換えるようにするとともに、磁気センサで磁気を検知してから所定時間経過した後に電磁コイルへの通電を行うことを特徴とする磁気モータにより、達成する。
より詳しくは、本発明は、永久磁石が設けられ回転軸心の回りに回転可能なロータ、該ロータの周囲に設けられた磁気センサおよび複数個の電磁コイル並びに前記永久磁石の磁気を前記磁気センサで検知し前記電磁コイルへの通電を制御するようにした制御手段からなり、該ロータは前記電磁コイルの数と等しい複数の領域に周方向に等間隔に区画され、各領域は前記永久磁石が複数個周方向に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、前記各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いる磁気モータにおいて、第１トランジスタと第２トランジスタとが直列に接続され、第３トランジスタと第４トランジスタとが直列に接続され、直列に接続された第１および第２トランジスタと直列に接続された第３および第４トランジスタとが並列に接続されており、前記電磁コイルの一方の端子が第１トランジスタと第２トランジスタとの間に接続されており、前記電磁コイルの他方の端子が第３トランジスタと第４トランジスタとの間に接続されており、前記各トランジスタのゲートまたはベースが前記通電制御手段に接続されており、前記通電制御手段は磁気センサの信号に基づき前記電磁コイルへの通電方向を切換えるようにするとともに、磁気センサで磁気を検知してから所定時間経過した後に電磁コイルへの通電を行うことを特徴とする磁気モータにより、上記目的を達成する。
前記通電制御手段が磁気センサの信号に基づき前記電磁コイルへの通電方向を切換えるようにするとともに、前記通電制御手段が磁気センサと各トランジスタとの間にコンデンサおよび抵抗からなる遅延回路を含んでおり、磁気センサで磁気を検知してから所定時間経過した後に電磁コイルへの通電を行うようにしてもよい。この場合、遅延回路と各トランジスタとがフォトカプラを介して接続されていることが好ましい。
或いは、前記通電制御手段がクロックパルス発生手段を含み、該クロックパルス発生手段からのクロックパルスに同期して磁気センサの信号に基づき前記電磁コイルへの通電方向を切換えるようにすることにより、磁気センサで磁気を検知してから所定時間経過した後に電磁コイルへの通電を行うようにしてもよい。
より詳しくは、前記通電制御手段がクロックパルス発生手段およびフリップフロップ手段を含み、前記磁気センサの信号および前記クロックパルス発生手段からのクロックパルスをフリップフロップ手段に入力してフリップフロップ手段の出力信号により前記電磁コイルへの通電方向を切換えるようにすることが好ましい。
具体的には、永久磁石が設けられ回転軸心の回りに回転可能なロータ、該ロータの周囲に設けられた磁気センサおよび複数個の電磁コイル並びに前記ロータに設けられた永久磁石の磁気を前記磁気センサで検知し前記電磁コイルへの通電を制御するようにした制御手段からなり、該ロータは前記電磁コイルの数と等しい複数の領域に周方向に等間隔に区画され、各領域は前記永久磁石が複数個周方向に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、前記各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いる磁気モータにおいて、
前記通電制御手段はクロックパルス発生手段、該クロックパルス発生手段および前記磁気センサに接続した論理回路を含み、
前記論理回路は、前記磁気センサからのオフ信号を受けた後の正クロックパルスでオンするとともに前記磁気センサからのオン信号を受けた後の反転クロックパルスでオフする第１論理回路並びに前記磁気センサからのオン信号を受けた後の正クロックパルスでオンするとともに前記磁気センサからのオフ信号を受けた後の反転クロックパルスでオフする第２論理回路からなり、
ゲートが前記第１論理回路に接続された第１電界効果トランジスタとゲートが前記第２論理回路に接続された第２電界効果とが直列に接続され、ゲートが前記第２論理回路に接続された第３電界効果トランジスタとゲートが前記第１論理回路に接続された第４電界効果トランジスタとが直列に接続され、直列に接続された第１電界効果トランジスタ、第２電界効果トランジスタと直列に接続された第３電界効果トランジスタ、第４電界効果トランジスタとが並列に接続されており、
前記電磁コイルの一方の端子が第１電界効果トランジスタと第２電界効果トランジスタとの間に接続されており、前記電磁コイルの他方の端子が第３電界効果トランジスタと第４電界効果トランジスタとの間に接続されており、
前記磁気センサの信号および前記クロックパルス発生手段からのクロックパルスにより前記電磁コイルへの通電方向を切換えるようにしたことを特徴とする磁気モータとすることが好ましい。
更に、本発明は、実施例に示すように、永久磁石が設けられ回転軸心の回りに回転可能なロータ、該ロータの周囲に設けられた磁気センサおよび複数個の電磁コイル並びに前記ロータに設けられた永久磁石の磁気を前記磁気センサで検知し前記電磁コイルへの通電を制御するようにした制御手段からなり、該ロータは前記電磁コイルの数と等しい複数の領域に周方向に等間隔に区画され、各領域は前記永久磁石が複数個周方向に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、前記各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いる磁気モータにおいて、
前記通電制御手段はクロックパルス発生手段、該クロックパルス発生手段および前記磁気センサに接続した論理回路を含み、
前記クロックパルス発生手段は所定周波数の正クロックパルスおよびそれを反転した反転クロックパルスを出力可能であり、
前記論理回路は、フリップフロップ回路並びに該フリップフロップ回路に接続したＮＯＲ回路を含み、
前記フリップフロップ回路は、前記クロックパルス発生手段からのクロックパルスおよび前記磁気センサからの信号が入力される第１フリップフロップ回路並びに前記クロックパルス発生手段からの反転クロックパルスおよび前記磁気センサからの信号が入力される第２フリップフロップ回路からなり、
前記ＮＯＲ回路は、前記第１フリップフロップ回路の正出力および第２フリップフロップ回路の正出力が入力される第１ＮＯＲ回路並びに前記第１フリップフロップ回路の反転出力および第２フリップフロップ回路の反転出力が入力される第２ＮＯＲ回路からなり、
前記第１ＮＯＲ回路は前記磁気センサからのオフ信号を受けた後の正クロックパルスでオンするとともに、前記磁気センサからのオン信号を受けた後の反転クロックパルスでオフし、前記第２ＮＯＲ回路は前記磁気センサからのオン信号を受けた後の正クロックパルスでオンするとともにオフ信号を受けた後の反転クロックパルスでオフし、
ゲートが前記第１ＮＯＲ回路に接続された第１電界効果トランジスタとゲートが前記第２ＮＯＲ回路に接続された第２電界効果トランジスタとが直列に接続され、ゲートが前記第２ＮＯＲ回路に接続された第３電界効果トランジスタとゲートが前記第１ＮＯＲ回路に接続された第４電界効果トランジスタとが直列に接続され、直列に接続された第１電界効果トランジスタ、第２電界効果トランジスタと直列に接続された第３電界効果トランジスタ、第４電界効果トランジスタとが並列に接続されており、
前記電磁コイルの一方の端子が第１電界効果トランジスタと第２電界効果トランジスタとの間に接続されており、前記電磁コイルの他方の端子が第３電界効果トランジスタと第４電界効果トランジスタとの間に接続されており、
前記磁気センサの信号および前記クロックパルス発生手段からのクロックパルスにより前記電磁コイルへの通電方向を切換えるようにしたことを特徴とする磁気モータとすることが好ましい。
この場合に、第１フリップフロップ回路および第２フリップフロップ回路がＤフリップフロップとしてもよい。
また、本発明のモータにおいては、前記ロータは円板部および該円板部の周縁に連なる円周板部を含んでおり、前記複数個の永久磁石が該円周板部の内側に配置され、該永久磁石が設置されている箇所の周縁部が開口していることが好ましい。
本発明においては、ロータが周方向に等間隔に複数の領域に区画され、各領域は永久磁石が複数個周方向に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るが、永久磁石のある部分とない部分が半々程度であることが好ましい。また、前記周方向に並設された複数の永久磁石は周方向にＳ極とＮ極が交互に並ぶように配置されるが、これらの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ており、Ｓ極が外側に向いていてもよいし、逆にＮ極が外側に向いていてもよい。
複数個のロータが軸線方向に重ねられている場合は、少なくとも隣接するロータの永久磁石が重なり合わないように周方向に位置をずらせて回転軸に取着することが好ましい。例えば、ロータが２つの場合は片方のロータの永久磁石のある部分と他方のロータの永久磁石のない部分とが重なり合うようにする。また、ロータが４つの場合は１段置きに永久磁石のある部分の位相を一致させればよい。
本発明は、実施例に示すように、ロータが周方向に３つに区画され、各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３５〜６０°（図３でβで示した角度）の範囲で傾斜して配置され、または、ロータが周方向に４つに区画され、各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４０〜５５°の範囲で傾斜して配置されていることが好ましい。なお、ロータの直径が３０ｍｍ以下の場合、半径線に対する傾斜角度は３５〜４５°とすることが好ましい。
更に、本発明においては、ロータが周方向に３つに区画され、各区画において複数個周方向に並設された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４５°から６０°へと順次傾斜角度が変化して配置されていることが好ましい。
更に本発明においては、上記の別の目的を、永久磁石が設けられ回転軸心の回りに回転可能なロータ、該ロータの周囲に設けられた磁気センサおよび複数個の電磁コイル並びに前記永久磁石の磁気を前記磁気センサで検知し前記電磁コイルへの通電を制御するようにした制御手段からなり、該ロータが回転軸心の回りに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、ロータ本体が中実の非磁性体製の円筒部材からなり、該円筒部材には前記複数の永久磁石を前記半径線に対して傾斜した状態で収容するように形成された凹部または穴が設けられており、該凹部または穴に前記複数個の永久磁石が収容されていることを特徴とする磁気モータにより達成する。
本発明においては、ロータが中実の非磁性体製の円筒部材からなるロータ本体とその円筒部材に形成された凹部または穴に収容された複数個の永久磁石からなっている。
この構成により、組立てに際しては、円筒部材に形成された凹部または穴に複数個の永久磁石のうちの一つを収容し、この一つの永久磁石が凹部または穴に収納された状態で次の永久磁石を凹部または穴に装着すると、両磁石の磁力により次の磁石が凹部または穴に案内されつつ凹部または穴の所定位置に収納される。このようにして、複数個の永久磁石を凹部または穴に次々と装着することにより、特別な熟練を要することなく、全ての磁石が凹部または穴のそれぞれの所定位置に収納され、組立て時の生産性がきわめて高められる。
また、本発明においては、ロータ本体が中実の円筒部材で構成され、この円筒部材に形成された凹部または穴に複数個の永久磁石が収容されている。この構成のため、高速回転時に永久磁石に遠心力が作用しても、ロータ本体を変形させたり破損させたりすることなく永久磁石を確実に保持でき、磁気モータを高速で回転させることができる。
本発明においては、円筒部材に設けられた凹部または穴は円筒部材の軸線方向（厚み方向）に延在しており、凹部または穴の内壁は前記複数個の永久磁石のそれぞれの少なくとも内周側端部および外周側端部に係合することが好ましい。
この構成とすることにより、各永久磁石はその両端部（内周側端部および外周側端部）が円筒部材の凹部または穴の内壁に係合して、確実に保持される。また、各永久磁石はその両端部はそれぞれ他の永久磁石の端部と磁気吸着状態でないため、各永久磁石の両端部間の磁力線が妨げられず、磁気モータの高速回転を一層確実とする。
この場合に、円筒部材に設けられた凹部または穴は、複数個の永久磁石を半径線に対する傾斜が異なった状態で収容されるように形成されていることが、永久磁石と電磁コイルとの間の磁気係合によりロータをスムーズに回転させ、磁気モータの高速回転を図るために好ましい。
また、円筒部材において、複数個の永久磁石が並設された部分の外側が開口していることにより、永久磁石からでる磁力線が妨げられず、永久磁石と電磁コイルとの間の磁気係合が図れ、磁気モータの高速回転を図るために好ましい。
更に、本発明のロータにおいては、円筒部材を構成する非磁性体がカーボン樹脂を主成分とすることにより、ロータの軽量化を図れるとともに強度を充分に高められ、磁気モータの高速回転を図るために好ましい。
発明を実施するための最良の形態
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。第１図は本発明に係るモータの一実施例の一側面を外した状態の平面図であり、第２図は第１図のＩＩ−ＩＩ断面図であり、第３図はロータの永久磁石の配置を示す平面図である。
第１図および第２図に示すように、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は上下一対の軸受７により回転可能にケース３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。
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、第１図に示すように、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。
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磁気センサ２５が設けられている。磁気センサ２５としては、ホール素子やＭＲＥ（磁気抵抗効果）素子等を用いることができ、センサ２５の磁気検出部はロータの外周面のすぐ近くに設置される。本実施例では、磁気センサ２５にホール素子を用いており、磁石のＳ極の磁界の強弱に対してオン／オフし、実施例ではＳ極を検出しないときにオン信号を発信し、Ｓ極を検出するとオフするようにしている。また、図示した実施例では、ロータの正転（時計方向回転）用の１つの磁気センサ２５ａが上側のロータ４の近傍に設けられるとともに、ロータの逆転（反時計方向回転）用の磁気センサ２５ｂが３つ設けられている（磁気センサ２５ｂ１は上側のロータ４の近傍に、２つの磁気センサ２５ｂ２は下側のロータ５の近傍に設けられている）。なお、磁気センサ２５の数は、目的、用途により、単数から複数で動作可能である。
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、磁気センサ２５および通電制御手段により後述するように所定のタイミングで直流電圧が印加される。
ロータ４、５のケーシングはアルミニウム、マグネシウム合金、プラスチックなどの非磁性体から作られている。第２図に示すように、上下２個のロータ４、５のケーシングはそれぞれ円板部４ａ、５ａおよび円板部４ａ、５ａの周縁に連なる円周板部４ｂ、５ｂを含み浅底の円筒形状となっている。ここに、円周板部４ｂ、５ｂは後述する永久磁石１２の外側に位置する箇所を開口し、また、円周板部４ｂ、５ｂの厚さはできるだけ薄くし、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することが好ましい。
下のロータ５の円周板部の上部内周面および上のロータ４の円周板部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。
第２図に示した実施例では、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。
ロータ４、５の永久磁石１２の配置を第３図に示す。ロータ４、５は周方向に等間隔の複数（第３図では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おり、図示したよう永久磁石１２のある部分とない部分は半分ずつである。第３図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Ｓ極とＮ極とが隣合うように設置されている。なお、各領域に設置する永久磁石１２の数は、領域数に応じて変えることが好ましく、図示した実施例では上述のように領域数が３であり、永久磁石１２の数は７つであるが、ロータの直径等に応じてこの数は適宜変更可能である。例えば、領域数が４であれば、永久磁石１２の数は６つとしてもよい。
本実施例では、ロータ４における永久磁石１２の間にロータ５におけるにおける永久磁石１２が位置するようにして、ロータ４および５における永久磁石１２の位相をずらして２つのロータ４、５を重ねて設けている。
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°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、第３図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。また、角度βの好適な範囲は、領域数に応じて変わり、図示した実施例では上述のように領域数が３であり、４０°〜６０°の範囲の角度βが好ましいが、例えば、領域数が４であれば、４０°〜５５°の範囲の角度βとすることが好ましい。ただし、領域数３の場合とは、永久磁石の数は異なる。
各永久磁石１２の外周側先端は、円周板部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。また、円周板部４ｂ、５ｂは永久磁石１２の外側に位置する箇所が開口されており、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している。
本発明に用いる永久磁石１２は、好ましくは、例えばＴＤＫ株式会社が製造販売しているランタル・コバルト系フェライトマグネットＦＢ９シリーズ、特に、ＦＢ９Ｂまたはそれ以上のものを用い、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。
本発明においては、上述のようにほぼ矩形断面の複数の永久磁石１２をＳ極とＮ極が隣合うように並設しているため、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、特開平１０−１２６９８７号公報に示されるような、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。
すなわち、第４図において、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（第４図に二点鎖線で示す）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、或いは直接に、ロータ４、５の円板部に取着してロータ４、５を製作する。この場合、隣合う永久磁石と永久磁石の間に第３図および第４図に示すように、楔形状の隙間ができるので、この隙間に磁性体を詰込んで、磁石が磁気によって互いに密着しないようにするとともに、磁気が隙間によって弱まることを防止することが好ましい。ただし、この際に、楔形状の隙間を磁性体により完全に埋めるのではなく、楔形状の先端部分（尖った方の箇所）を埋めて、楔形状の根元部分は埋めないで残して、各永久磁石においてＳＮの両極面が少しでも現われているようにすることが好ましい。楔形状の隙間を磁性体により完全に埋めてしまうと、隣合う永久磁石同士が完全に一体化した状態になってしまうので、好ましくない。
第４図に示した治具を使用しない場合の永久磁石の成形図を第５図に示す。第５図に示すように、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。
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。
本発明の別の実施例を以下に説明する。第１８図は本発明に係るロータを具備した磁気モータの実施例の一側面を外した状態の平面図であり、第１９図は第１８図のＸＩＸ−ＸＩＸ断面図である。第２０図は第１８図のロータ本体の実施例の拡大平面図、第２１図はロータ本体への永久磁石の配置を示す拡大平面図である。
第１８図および第１９図に示すように、この実施例においては磁気モータ１は円筒形のケース３に収納されており、回転軸６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６０°位相がずれた状態で取着されており、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。
各ロータ４、５の周面の近傍には、それぞれコの字形状をした鉄心８が上下３個ずつ、計６個、回転軸６の軸心の周りに等配的に、すなわち、１２０°の間隔で配置されている。なお、上述した実施例においては鉄心はコの字の縦線が回転軸６の軸方向（上下方向）に設けられていたが、本実施例では、第１８図に示すように、鉄心８はコの字の縦線がロータ４、５の周方向（水平方向）に設けられている。
鉄心８のコの字の両横線の中心部を連結バー８ａで連結し、連結バー８ａに電磁コイル１０が挿着されている。
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および後述する制御手段３０により所定のタイミングで直流電圧が印加される。
第２１図に示すように、本発明においては、ロータ４、５は中実の非磁性体製の円筒部材１４、１５からなるロータ本体とその円筒部材１４、１５に形成された周方向に分離した３個の凹部または穴１４ａ、１５ａに収容された複数個（図示した実施例では７個）の永久磁石１２から構成されている。
ロータ本体は断面が円形であり、軸方向にある厚みを有する中実の円筒部材１４、１５で構成することにより、充分な強度を得るとともに永久磁石１２を確実に保持することができる。
ロータ本体１４、１５の円筒部材１４、１５を構成する非磁性体はカーボン樹脂を主成分とすることが強度および軽量化の面から好ましい。
円筒部材１４、１５に形成された凹部または穴１４ａ、１５ａは複数個（上述のように、第２１図に図示した実施例では７個）の永久磁石１２を収容するものであり、凹部または穴１４ａ、１５ａは第２０図のように平面図で見た場合に、複数個の永久磁石の外側の輪郭を連結した形状となっている。凹部または穴１４ａ、１５ａの内壁は第２１図に示すように、複数個の永久磁石１２のそれぞれの少なくとも内周側端部１２ａおよび外周側端部１２ｂに係合して、各永久磁石を所定位置に保持可能としている。
ロータ４、５の永久磁石１２の配置を第２１図に示す。ロータ４、５は周方向に等間隔の複数（第２０図では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。第２０図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°の範囲の角度βで傾斜して配置されている。
角度βは全部の永久磁石１２について同一でもよいし、第２１図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。本実施例においては、円筒部材１４、１５に設けられた凹部または穴１４ａ、１５ａは、円筒部材１４、１５の回転軸心から外側に延びる半径線ｒに対して、複数個の永久磁石１２が異なった傾斜状態（角度β１、β２、β３…が異なる）で収容されるように形成されている。
円筒部材１４、１５の凹部または穴１４ａ、１５ａはロータ本体１４、１５の軸線方向に延在しており、凹部の場合には上下の一方が有底であり、穴の場合には上下に貫通している。なお、本実施例では円筒部材１４、１５に穴１４ａ、１５ａを形成している。
更に、本実施例の円筒部材１４、１５において、複数個の永久磁石１２が並設された部分の外側が横方向から見た場合に、第１９図に示すように、細長い矩形形状に開口１４ｂ、１５ｂしている。
本発明に用いる永久磁石１２は、所定の形状（図示した実施例では細長い矩形形状）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。
次に、本発明に係るロータの組立て方法を説明する。ロータ本体を構成している円筒部材１４、１５を水平状態におき、その凹部または穴１４ａ、１５ａに１番目の永久磁石１２１を挿入し、凹部または穴１４ａ、１５ａの内壁に１番目の永久磁石１２１の内周側端部１２ａおよび外周側端部１２ｂを係合させて、１番目の永久磁石１２１を所定位置に保持固定する。次に１番目の永久磁石１２１の隣に位置させる２番目の永久磁石１２２を凹部または穴１４ａ、１５ａに近付ける。両永久磁石１２１、１２２の磁気吸引力により、２番目の永久磁石１２２は所定位置に保持固定されている１番目の永久磁石１２１に向けて吸引され、凹部または穴１４ａ、１５ａの所定位置に固定される。このようにして、複数個の永久磁石１２１、１２２、…を次々と凹部または穴１４ａ、１５ａの所定位置に固定させる。
本実施例においては、第１９図に示すように、ロータ本体１４、１５を構成する円筒部材には、中心部に軸穴１４ｃ、１５ｃが設けられ、この軸穴１４ｃ、１５ｃの内壁にはキー溝１４ｄ、１５ｄが形成されている。また、複数のロータ本体１４、１５をボルトで連結するための貫通孔１４ｅ、１５ｅが複数個（図示した実施例では６個）設けられている。
第１９図に示すように、上下ロータ４、５の外側および間に非磁性体製の薄板からなるカバー１８およびスペーサ１９を設ける。このカバー１８およびスペーサ１９にはボルト用の孔が開いている。
回転軸６上に、カバー１８、下ロータ５、スペーサ１９、上ロータ４、カバー１８の順に取着し、一方のロータ（例えばロータ５）の軸穴１５ｃのキー溝１５ｄと回転軸６のキーとを一致させ、上下ロータ４、５の位相を所定角度ずらせて位置決めした後、両カバー１８、スペーサ１９およびロータ本体１４、１５をボルト１６およびナット１７で締結して、全体として上下ロータ４、５を一体化する。
第３図および第１１図に示した実施例では、周方向に並設された複数の永久磁石１２はそれぞれ周方向にＳ極とＮ極とが隣合うように、しかもＳ極がロータの外側に向いているように配置されている。なお、周方向に並設された複数の永久磁石１２はＮ極が外側に向いているように配置することもできるが、この場合には、永久磁石１２の配置の変更に伴い、以下に説明する磁気センサ２５および通電制御手段３０の構成を適宜変更する。
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（第３図の１２または１２′）と積層鉄心８が対向する状態でロータ４、５は停止している。この状態で、積層鉄心８の電磁コイル１０に通電すると、電磁コイル１０と永久磁石１２、１２′とが反発または吸引して、ロータ４、５は回動する。
ロータ４、５を連続回転させるためには、磁気センサ２５によりロータ４、５の位相（磁気の有無）を検出して、検出信号に基いて通電制御手段３０により所定のタイミングで電磁コイル１０に直流電圧を印加し、電磁コイル１０に流れる電流の方向を交互に切換えることにより、ロータ４、５は連続回転する。
本実施例では、ロータ４およびロータ５における永久磁石１２の位相をずらして２つのロータ４、５を重ねて設けているため、ロータ４、５の回転が滑らかになる。
以下に第６図および第７図を参照して、磁気センサ２５によりロータ４、５の位相を検出し電磁コイル１０への通電を制御する通電制御手段３０の一実施例について説明する。なお、前述したように、磁気センサ２５は磁石のＳ極の磁界の強弱に対してオン／オフし、本実施例ではＳ極を検出しないときにオン信号ＭＧを発信し、Ｓ極を検出するとオフするようにしている。なお、スイッチＳＷは、磁気センサ２５ａ、２５ｂを切換えてロータ４、５の回転方向を切換えるものである。
第６図に示す通電制御手段３０は、クロックパルス手段３１およびクロックパルス手段３１と磁気センサ２５とに接続した論理回路を含んでいる。
クロックパルス手段３１は所定周波数の正クロックパルスＣＬＫおよびそれを反転した反転クロックパルスＣＬＫを出力可能であり、本実施例では、水晶振動子３２（発信周波数１ＭＨｚ）のパルスを２回分周して周期４μｓｅｃの正クロックパルスＣＬＫとし、更に、それを反転した反転クロックパルスＣＬＫを得ている（第７図参照）。
論理回路は、２つのフリップフロップ手段および２つのＮＯＲ回路を含み、第１論理回路３７および第２論理回路３８からなっている。
フリップフロップ手段は、クロックパルス手段３１および磁気センサ２５に接続しており、本実施例では２つのＤフリップフロップを、それぞれ第１フリップフロップ手段３５および第２フリップフロップ手段３６として用いている。第１フリップフロップ手段は、磁気センサ２５からの信号ＭＧが入力され、クロックパルス手段３１からのクロックパルスＣＬＫを待って（遅れて）、正出力Ｑ１および逆転出力Ｑ２を出力する。一方、第２フリップフロップ手段３６は、磁気センサ２５からの信号ＭＧが入力され、クロックパルス手段３１からの反転クロックパルスＣＬＫを待って（遅れて）、正出力Ｑ２および逆転出力Ｑ２を出力する（第７図参照）。
第１論理回路３７は、第１フリップフロップ手段３５および第２フリップフロップ手段３６のオン信号により、磁気センサ２５のオフ信号ＭＧに応じて所定のタイミングで出力する。実施例では、第１フリップフロップ手段３５の正出力Ｑ１および第２フリップフロップ手段３６の正出力Ｑ２を逆転して（すなわち、逆転出力Ｑ１、Ｑ２）を第１ＮＯＲ回路３９に入力しており、これにより、第１ＮＯＲ回路３９の出力は、磁気センサ２５からのオフ信号ＭＧを受けた後の正クロックパルスＣＬＫでオンするとともにオフ信号ＭＧを受けた後の反転クロックパルスＣＬＫでオフする。一方、第１フリップフロップ手段３５の逆転出力Ｑ１および第２フリップフロップ手段３６の逆転出力Ｑ２を逆転して（すなわち、正出力Ｑ１、Ｑ２）を第２ＮＯＲ回路４０に入力しており、これにより、第２ＮＯＲ回路４０の出力は磁気センサ２５からのオン信号ＭＧを受けた後の正クロックパルスＣＬＫでオンするとともにオフ信号ＭＧを受けた後の反転クロックパルスＣＬＫでオフする（第７図参照）。
ゲートが第１論理回路３７に接続された第１電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４１とゲートが第２論理回路３８に接続された第２電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４２とが直列に接続されている。また、ゲートが第２論理回路３８に接続された第３電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４３とゲートが第１論理回路３７に接続された第４電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４４とが直列に接続されている。直列に接続された第１電界効果トランジスタＦＥＴ４１、第２電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４２および直列に接続された第３電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４３、第４電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４４が、電源と電源グランドの間に、並列に接続されている。
電磁コイル１０の一方の端子Ａが第１電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４１と第２電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４２との間に接続されており、電磁コイル１０の他方の端子Ｂが第３電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４３と第４電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４４との間に接続されている。
以上の構成において、非通電状態のロータは複数の永久磁石１２と積層鉄心８との関係で、磁力により隣設する２つの積層鉄心８、８（一方は電磁コイル１０が巻かれ、他方は電磁コイル１０が巻かれていない）の間で停止している。
磁気センサ２５は、電磁コイル１０が巻かれた鉄心と電磁コイル１０が巻かれていない鉄心との間に設置されている。
ロータの停止位置により、磁気センサ２５が磁気を検出している場合と検出していない場合がある。次に磁気を検出している場合を説明する。
磁気センサ２５は、磁気を検出すると、先に説明したように、オフ信号ＭＧを発信する。オフ信号ＭＧが入力された第１フリップフロップ手段３５は、クロックパルス手段３１からのクロックパルスＣＬＫを待って（遅れて）、正出力Ｑ１および逆転出力Ｑ１を出力し、一方、磁気センサ２５からのオフ信号ＭＧが入力された第２フリップフロップ手段３６は、クロックパルス手段３１からの反転クロックパルスＣＬＫを待って（遅れて）、正出力Ｑ２および逆転出力Ｑ２を出力する。
前述のように、磁気センサ２５がＳ極を検出してオフ信号ＭＧを発信しているので、第１ＮＯＲ回路３９の出力は磁気センサ２５からのオフ信号ＭＧを受けた後の正クロックパルスＣＬＫでオンし、このオン信号がゲートに入り、第１電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４１と第４電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４４とが導通し、電源から第１電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４１、電磁コイル１０の一方の端子Ａを通り、電磁コイル１０に電流が流れ、電磁コイル１０の他方の端子Ｂから第４電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４４を通り電源グランドに電流が流れる（第７図参照）。
これにより発生した電力と永久磁石１２とが反発して、ロータ４、５は回動する。そして、磁気センサ２５がＳ極を検出しなくなると、それまでのオフ信号に代えてオン信号を発信する。磁気センサ２５からオン信号が発信されると、オン信号ＭＧを受けた後の反転クロックパルスＣＬＫでオフし、電源から第１電界効果トランジスタＦＥＴ４１、電磁コイル１０の一方の端子Ａ、電磁コイル１０、電磁コイル１０の他方の端子Ｂ、第４電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４４を通り電源グランドへの電流が遮断される。なお、この間、第２電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４２および第３電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４３はオフ状態である。
磁気センサ２５からオン信号が発信されると、第２ＮＯＲ回路４０の出力は磁気センサ２５からのオン信号ＭＧを受けた後の正クロックパルスＣＬＫでオンするとともに次のオフ信号ＭＧを受けた後の反転クロックパルスＣＬＫでオフする。これにより、この間、電源から第３電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４３、電磁コイル１０の他方の端子Ｂ、電磁コイル１０、電磁コイル１０の一方の端子Ａ、第２電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４２を通り電源グランドへ電流が流れ、第１電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４１および第４電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４４はオフ状態である。
このように、本発明においては、磁気センサ２５の信号およびクロックパルス発生手段からのクロックパルスにより電磁コイル１０への通電方向を切換えるようにしたので、電流が両方向に同時に流れることが完全に防止される。
ロータを反時計方向に回転させるためには、スイッチＳＷを切換えて３つの磁気センサ２５ｂ１、２５ｂ２を作動させる。これら３つの磁気センサ２５ｂ１、２５ｂ２は何れが磁気を検出しても、磁気センサ２５からの信号はオフ信号ＭＧとなる。正転の場合とは、センサ設置位置の関係で、通電のタイミングが異なるだけであるので、説明を省略する。
第８図は本発明に係るモータの別の実施例における一側面を外した状態の平面図であり、第９図は第８図のＩＸ−ＩＸ線断面図である。この第２実施例においては第１図、第２図および第３図に示した第１実施例と同じ部材には同じ符号を付しており、第１実施例と異なっている点について以下に説明する。
第９図に示すように、２つのロータ４、５のケーシングは第１実施例と同様にそれぞれ円板部４ａ、５ａおよび円板部４ａ、５ａの周縁に連なる円周板部４ｂ、５ｂを含み浅底の円筒形状となっているが、２つの円筒はスペーサ１４を挟んで向かい合わせに重ねられている。スペーサ１４は第９図に示すように、断面Ｔ字状のリング状であり、円周板部４ｂの自由端部（下部）および円周板部５ｂの自由端部（上部）の外周面をそれぞれ削り込み、スペーサ１４のＴ字の頭部の内側にそれぞれ嵌合させている。このようにすると、ロータ４、５が高速回転（３０，０００ｒｐｍ以上）して、永久磁石１２に遠心力が円周板部４ｂ、５ｂに作用しても、円周板部４ｂ、５ｂの自由端部は、スペーサ１４のＴ字の頭部により外側から押さえられているので、変形しない。
ロータ４およびロータ５は、第１実施例と同様に、周方向に等間隔に３つの領域Ｉ、ＩＩ、およびＩＩＩに区画され、永久磁石１２が上から見て第３図に示すようにＳ極とＮ極とが隣合い且つＳ極が外側を向くように配置されているが、この実施例では各区画において７個の永久磁石１２が回転軸心から外側に延びる半径線に対する傾斜角度βが上から見て時計回り方向に４５°から６０°へと順次変化して配置されている。なお、ケーシングに取着した永久磁石１２とスペーサ１４との間に隙間がある場合は、その隙間にパッキン１５を詰めることにより更にしっかり固定することができる。
また、ロータ４およびロータ５とは位相が６０°ずれて回転軸６に取着されており、円周板部４ｂ、５ｂは永久磁石１２の外側に位置する箇所（円周角で約６０°の範囲）に開口４ｃ、５ｃが形成されている。
この第２実施例において、磁気センサ２５は第１実施例と同様に磁石のＳ極の磁界の強弱に対してオン／オフし、ロータ４、５を正転（時計方向回転）させるために配置されているが、その位置が第８図および第９図に示すように、第１実施例と少々異なっている。
前述したように各区画において７個の永久磁石１２を傾斜角度βが上から見て時計回り方向に４５°から６０°へと順次変化させて配置した場合の磁気の分布を、モータのケース３からロータを取外して、磁気テスター（株式会社カネテック製）で調べた。ロータ４の外周面から約１ｍｍの離れた箇所で、ロータ４の高さ方向の中央（すなわち開口４ｃが設けられている箇所）における磁気（磁束密度）を数回測定し、その平均値を第１０図に示す。第１０図において、Ｓ極を＋で表し、Ｎ極を−で表し、単位はガウスである。外周の符号１〜７２は各測定点を示しており、角度５°毎に測定した。また、符号１〜１３、２５〜３７および４９〜６１の箇所に開口４ｃがあり、永久磁石１２が配置されていた。なお、ロータの直径は６８ｍｍであり、ロータのケーシングの厚みは１．５ｍｍであり、各永久磁石１２は高さが１２．５ｍｍ、幅が８．５ｍｍ、厚み（着磁方向）が４ｍｍであり、１１２０ガウスであった。
永久磁石１２の傾斜角度βを順次変化させたため、第１０図に示すように、磁石のある箇所では磁気は時計回り方向に徐々に強くなり、また並列した磁石の右端の少し手前側の箇所ではＮ極が現われており、全体として花びらのような磁気の分布になった。
ロータ５における磁気を測定したところ、同様に花びらのような磁気の分布になったが、ロータ４とロータ５とは回転軸６に対して６０°位相がずれているので、磁気の分布も６０°位相がずれて表れた。
第１１図は永久磁石の配置を変えた実施例における磁気の分布を示すグラフである。この実施例では、永久磁石は前述したものと同様に３つの区画にそれぞれ７個配置されるが、回転軸心から外側に延びる半径線に対する傾斜が第３図に示したものとは逆に傾斜しており、前述した実施例とは異なって、半径線に対する傾斜角度βが上から見て反対時計回り方向に４５°から６０°へと順次変化して配置されている。しかも、Ｎ極が外側を向くように配置されている。このような配置はロータを反時計方向に回転させるのに好都合である。
使用した磁石は高さが２０ｍｍ、幅が７．６ｍｍ、厚み（着磁方向）が３ｍｍであり、２３００ガウスであった。但し、磁気テスターの測定位置はロータ４の外周面から約１ｍｍの離れた箇所で、ロータ４の高さ方向の上部（すなわち開口４ｃより上側の箇所）である。なお、ロータのケーシングの厚みが１．５ｍｍであった。
第１１図においては、Ｎ極を＋で表し、Ｓ極を−で表し、単位はガウスである。外周の符号Ａ１〜Ａ１２、Ｃ１〜Ｃ１２およびＥ１〜Ｅ１２の箇所に永久磁石が配置されていた。使用した磁石のガウス数を考慮すると、第１１図は第１０図の場合よりも磁気が小さく測定されているが、これはロータのケーシングを介して磁気を測定したためと考えられる。
第１１図でも磁石のある箇所では磁気は反時計回り方向に徐々に強くなり、また並列した磁石の左端の少し手前側の箇所ではＳ極が現われており、全体として、第１０図と同様に、花びらのような磁気の分布になった。
第１２図は本発明における通電制御手段３０の別の実施例を示す回路図であり、第１３図は第１２図に示す通電制御手段３０の回路による作動状況を示すチャート図である。この通電制御手段３０は前述した第８図および第９図に説明した実施例にも適用できる。
この実施例においては、前述した第１実施例と同様に、磁気センサ２５は磁石のＳ極の磁界の強弱に対してオン／オフし、本実施例ではＳ極を検出しないときにＮＯＴ回路５１からオン信号を出力し、Ｓ極を検出するとオフするようにしている。
ＮＯＴ回路５１は通電制御手段３０に接続しており、この実施例では通電制御手段３０は２つの遅延回路５２、５３を含んでおり、それぞれＮＯＴ回路５１に接続している。第１遅延回路５２はＮＯＴ回路５４、抵抗５５、コンデンサ５６およびＮＯＴ回路５７を含んでいる。第２遅延回路５３は抵抗５８、コンデンサ５９およびＮＯＴ回路６０を含んでいる。
第１３図に示すように、ＮＯＴ回路５１からの信号は第１遅延回路５２においては、ＮＯＴ回路５４で反転され、抵抗５５およびコンデンサ５６により遅れて立ち上がり、ＮＯＴ回路５７により設定されたスレッシュホールド・レベル（閾値）に応じて信号を発する。このためＮＯＴ回路５７からの信号は磁気センサ２５からの信号のオン／オフのタイミングよりも少し遅れて出力される。
他方、第１３図に示すように、ＮＯＴ回路５１からの信号は第２遅延回路５３においては、そのまま入力され、抵抗５５およびコンデンサ５６により遅れて立ち上がり、ＮＯＴ回路６０により設定されたスレッシュホールド・レベルに応じて信号を発する。このＮＯＴ回路６０からの信号は磁気センサ２５からの信号のオン／オフのタイミングよりも少し遅れて出力される。
ＮＯＴ回路５７およびＮＯＴ回路６０からの出力信号はそれぞれフォトカプラ６１の入力端子に入力される。
第１２図においてモータ１の駆動に関わる回路は太線で示しており、その電源ＰＷ１に対して、第１トランジスタ４１と第２トランジスタ４２とが直列に接続され、第３トランジスタ４３と第４トランジスタ４４とが直列に接続されている。直列に接続された第１および第２トランジスタ４１、４２と直列に接続された第３および第４トランジスタ４３、４４とが並列に接続されている。モータ１の電磁コイル１０の一方の端子Ａが第１トランジスタ４１と第２トランジスタ４２との間に接続されており、電磁コイル１０の他方の端子Ｂが第３トランジスタ４３と第４トランジスタ４４との間に接続されている。各トランジスタのゲートまたはベースが通電制御手段３０に接続されいる。すなわち、フォトカプラ６１を介して、第１遅延回路５２（ＮＯＴ回路５７）からの信号が第１トランジスタ４１および第４トランジスタ４４のゲートまたはベースへ送られ、第二遅延回路５３（ＮＯＴ回路６０）からの信号が第２トランジスタ４２および第３トランジスタ４３のゲートまたはベースへ送られる。
トランジスタ４１〜４４はバイポーラ・トランジスタでもよいが、電界効果トランジスタの方がスイッチングの速度が早いので、モータの回転数が高速、例えば３万回転以上、の場合は好ましく、また電圧制御タイプであるのでロジックが簡単であるので好ましい。第１２図に示した実施例ではトランジスタ４１〜４４はいずれも電界効果トランジスタであり、遅延回路５２、５３からの信号はトランジスタのゲートに入力される。
第１２図においては駆動系を太線で示し、制御系を細線で示しており、駆動系の電源ＰＷ１と制御系の電源ＰＷ２とを分離している。このため、モータの回転速度を変化させても（すなわち、電圧を変化させても）、制御系に影響を与えず、安定して制御できる。
以上の構成において、磁気センサ２５が磁気を検出すると、先に説明したように、ＮＯＴ回路５１からオフ信号を出力し、第１遅延回路５２においてはＮＯＴ回路５４で反転してオン信号となり、抵抗５５およびコンデンサ５６により遅れて立ち上がり、第１３図に示すように、ＮＯＴ回路５７からは磁気センサ２５からの信号のタイミングよりも所定時間遅れてオン信号が出力される。一方、この際、第２遅延回路５２においてはオフ信号の状態である。従って、フォトカプラ６１からは第１遅延回路５２からのオン信号が第１電界効果トランジスタ４１および第４電界効果トランジスタ４４のゲートに入力され、第１電界効果トランジスタ４１と第４電界効果トランジスタ４４とが導通し、電源ＰＷ１から第１電界効果トランジスタ４１、電磁コイル１０の一方の端子Ａを通り、電磁コイル１０に電流が流れ、電磁コイル１０の他方の端子Ｂから第４電界効果トランジスタ４４を通り電源グランドに電流が流れる（第１２図参照）。
これにより発生した電力と永久磁石１２とが反発して、ロータ４、５は回動する。そして、磁気センサ２５がＳ極を検出しなくなると、それまでのオフ信号に代えてＮＯＴ回路５１からオン信号を出力する。第１３図に示すように、ＮＯＴ回路５１からオン信号が出力されると、第１遅延回路５２においてはＮＯＴ回路５４で反転してオフ状態となり、一方、第２遅延回路５３においては抵抗５８およびコンデンサ５９により立上がりが遅れ、その結果ＮＯＴ回路６０からは磁気センサ２５からの信号のタイミングよりも所定時間遅れてオン信号が出力される。従って、フォトカプラ６１からは第２遅延回路５３からのオン信号が第３電界効果トランジスタ４３および第２電界効果トランジスタ４２のゲートに入力され、第３電界効果トランジスタ４３と第２電界効果トランジスタ４２とが導通し、電源ＰＷ１から第３電界効果トランジスタ４３、電磁コイル１０の一方の端子Ｂを通り、電磁コイル１０に電流が流れ、電磁コイル１０の他方の端子Ａから第２電界効果トランジスタ４２を通り電源グランドに電流が流れる（第１２図参照）。
この実施例においても、磁気センサの信号に基づき電磁コイルへの通電方向を切換えるようにしているとともに、遅延回路５２、５３によって磁気センサで磁気を検知してから所定時間経過した後に電磁コイルへの通電を行うようにしたので、モータにおいて電流が両方向に同時に流れることが完全に防止される。
前述した第８図および第９図に示した実施例の負荷試験を第１４図に示すように行った。すなわち、バネ秤６１に糸（ダイヤル・ロープ）６２を取付け、モータ１の回転軸に取着した半径１．０ｃｍのプーリ６３に巻き掛けて、糸６２を垂らし、その先端に分銅６４を吊下げた。分銅６４の重さＷ２を種々変えて、モータ１を回転させ、その際の入力電圧、入力電流、回転速度を測定しつつ、バネ秤６１の示す数値Ｗ１測定した。テストは３回行った。
次の計算式によりトルクを計算した。式中で１はプーリ６３の半径である。
Ｔ〔ｇｆ・ｃｍ〕＝１〔ｃｍ〕・（Ｗ２−Ｗ１）〔ｇｆ〕
このようにして測定した結果および計算結果を表１および第１７図に示す。
【表１】
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第１５図は更に別の実施例の平面図であり、第１図と同様の平面図である。第１６図はこの第３実施例に使用する通電制御手段の回路図である。第１５図の実施例と前述した第８図、第９図の実施例との相違点は磁気センサを２つ設置したことである。その内の１つの磁気センサ２５ｃは上側のロータ４に対応する高さで且つ積層鉄心８の側方に設置される。他方の磁気センサ２５ｄは第８図、９に示した磁気センサ２５と同じ位置に設置される。磁気センサ２５ｃは起動時に作動し、磁気センサ２５ｄは定常回転時に作動する。
第１６図の回路図は第１２図に示した回路図とほぼ同じであるが、２つの磁気センサ２５ｃおよび２５ｄの作動を切換えるための回路がある点で異なっている。すなわち、磁気センサ２５ｃおよび２５ｄからの信号はアナログスイッチ７３、７４に入力されると共に、パルスカウンタ７１へ送られ、パルスカウンタ７１の出力がフリップフロップ回路７２に入力され、フリップフロップ回路７２からの出力がそれぞれアナログスイッチ７３、７４に入力される。そして、アナログスイッチ７３、７４からの出力がＮＯＴ回路５１に入力される。ＮＯＴ回路５１からの信号は先に第１２図において説明した場合と同様にトランジスタ４１〜４４のゲートに送られ、電磁コイル１０の通電を制御する。
このような構成であるので、この実施例においては、起動時からパルスカウンタ７１で所定数カウントするまでは磁気センサ２５ｃからの信号がＮＯＴ回路５１に入力され、その後は磁気センサ２５ｄからの信号がＮＯＴ回路５１に入力される。なお、磁気センサからのパルスをカウントする代わりに、所定時間経過するまで、またはロータが所定回転数に達するまでは、磁気センサ２５ｃが作動し、その後は磁気センサ２５ｄが作動するようにしてもよい。
このように、この実施例では起動時と定常運転時とは別の磁気センサで検知するようにしているので、モータの起動がスムーズに行えると共に、正回転（時計方向回転）に対して定常運転時には起動時よりも早めに磁気を検知する位置にセンサ２５ｄを設置しており、３万回転以上の高速回転にも対応できる。
図示した実施例においては回転軸に２個のロータを取着していたが、本発明では１個または３個以上のロータを回転軸に取着してもよい。
本発明は永久磁石の特性（磁力の強弱等）、ロータの大きさ等を変えることによって、目的、用途に応じた磁気モータを得ることが可能である。
産業上の利用可能性
本発明によれば、磁気センサの信号に基づき電磁コイルへの通電方向を切換えるようにするとともに、磁気センサで磁気を検知してから所定時間経過した後に電磁コイルへの通電を行うようにしたので、電流が両方向に同時に流れることが完全に防止され、モータを流れずに電源からと電源グランドへ貫通してモータの回転に寄与しない電流が生じない。
従って、本発明によれば、貫通電流が生じず、高出力トルクが達成され、回転が安定で、モータの効率が高い磁気モータが得られる。
また、時計方向回転（正転−ｃｗ）、反時計方向回転（逆転−ｃｃｗ）において、動作条件が同等な場合、ほぼ同じ効率が得られる。
本発明が提案するロータにおいては、中実の非磁性体製の円筒部材からなるロータ本体とその円筒部材に形成された凹部または穴に収容された複数個の永久磁石からなっている。
この構成により、組立てに際しては、円筒部材に形成された凹部または穴に複数個の永久磁石のうちの一つを収容し、この一つの永久磁石が凹部または穴に収納された状態で次の永久磁石を凹部または穴に装着すると、両磁石の磁力により次の磁石が凹部または穴に案内されつつ凹部または穴の所定位置に収納される。このようにして、複数個の永久磁石を凹部または穴に次々と装着することにより、特別な熟練を要することなく、全ての磁石が凹部または穴のそれぞれの所定位置に収納され、組立て時の生産性がきわめて高められる。
また、本発明においては、ロータ本体が中実の円筒部材で構成され、この円筒部材に形成された凹部または穴に複数個の永久磁石が収容されている。この構成のため、高速回転時に永久磁石に遠心力が作用しても、ロータ本体を変形させたり破損させたりすることなく永久磁石を確実に保持でき、磁気モータを高速で回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図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る。
第２図は第１図のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
第３図はロータの永久磁石の配置を示す平面図である。
第４図は永久磁石組立て用の治具の平面図である。
第５図は第４図に示の治具を使用しない場合の永久磁石の成形図である。
第６図は通電制御手段の回路図である。
第７図は第６図に示す通電制御手段の回路による作動状況を示すチャート図である。
第８図は本発明に係るモータの第２実施例の一側面を外した状態の平面図である。
第９図は第８図のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
第１０図は第２実施例におけるロータの磁気の分布を示すグラフである。
第１１図はロータの永久磁石の配置を変えた実施例における磁気の分布を示すグラフである。
第１２図は第２実施例に用いる通電制御手段の回路図である。
第１３図は第１２図に示す通電制御手段の回路による作動状況を示すチャート図である。
第１４図は負荷試験の実施方法を説明するための説明図である。
第１５図は本発明に係るモータの第３実施例の一側面を外した状態の平面図である。
第１６図は第３実施例に用いる通電制御手段の回路図である。
第１７図は表１に示す結果を図示したグラフであり、（ａ）はトルク−回転数、（ｂ）はトルク−効率を示す。
第１８図は本発明に係るロータを具備した磁気モータの実施例の一側面を外した状態の平面図である。
第１９図は第１８図のＸＩＸ−ＸＩＸ断面図である。
第２０図はロータ本体の実施例の拡大平面図である。
第２１図はロータ本体への永久磁石の配置を示す拡大平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0004145660.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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