JP2007244006A - 直流モータ及び直流振動モータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ステータ2とロータ3のうちの一方に永久磁石Mを備え、他方に電磁石で構成される複数の磁極Gを備え、ロータ回転軸心回りの周方向で隣接する磁極Gどうしは異なる極性に励磁されるように構成され、各磁極Gはロータ回転軸心回りの周方向に沿った弧形状を有するヨークYを備え、該各ヨークYの断面積をロータ回転方向又は反ロータ回転方向に向かって順次大きくし、磁界の勾配が生じるようにした。
【選択図】図1
Description
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、複雑な制御回路等を必要とせず、しかも簡易な構造で低コストに製造することができ、且つ長寿命であって小型化・薄型化も可能な直流モータ及び直流振動モータを提供することにある。
すなわち、本発明の直流モータ及び直流振動モータは、以下のような特徴を有する。
ロータ回転軸心回りの周方向で隣接する磁極(G)どうし(但し、磁極(G)の数が2つの場合は、当該2つの磁極(G)どうし)は異なる極性に励磁されるように構成され、
各磁極(G)はロータ回転軸心回りの周方向に沿った弧形状を有するヨーク(Y)を備え、該各ヨーク(Y)の断面積を、下記(イ),(ロ)の条件にしたがいロータ回転方向又は反ロータ回転方向に向かって順次大きくしたことを特徴とする直流モータ。
(イ)ロータが永久磁石(M)を備え、ステータが電磁石により構成される磁極(G)を備える場合はロータ回転方向
(ロ)ステータが永久磁石(M)を備え、ロータが電磁石により構成される磁極(G)を備える場合は反ロータ回転方向
[3]上記[1]の直流モータにおいて、ステータが永久磁石(M)を備え、ロータが電磁石により構成される複数の磁極(G)を備えることを特徴とする直流モータ。
[4]上記[1]〜[3]のいずれかの直流モータにおいて、複数の磁極(G)が、各々ヨーク(Y)で構成され、該複数のヨーク(Y)の外側又は内側にロータ回転軸心回りの周方向に沿ったリング状の励磁コイルを有することを特徴とする直流モータ。
[6]上記[1]〜[5]のいずれかの直流モータにおいて、ロータ回転軸心回りの周方向に沿って2個又は4個の磁極(G)を備えることを特徴とする直流モータ。
[7]上記[1]〜[6]のいずれかの直流モータにおいて、ロータが偏心ウエイトを備え又は偏心構造を有することを特徴とする直流振動モータ。
[9]上記[7]の直流振動モータにおいて、ロータは円盤状に構成され、該円盤の一方の半円領域内に永久磁石(M)を有し、他方の半円領域内に偏心ウエイトを有することを特徴とする直流振動モータ。
[10]上記[7]の直流振動モータにおいて、ロータの主要部が偏心構造を有する永久磁石(M)からなることを特徴とする直流振動モータ。
(イ)ロータが永久磁石(M)を備え、ステータが電磁石により構成される磁極(G)を備える場合はロータ回転方向
(ロ)ステータが永久磁石(M)を備え、ロータが電磁石により構成される磁極(G)を備える場合は反ロータ回転方向
また、複数の磁極(G)は、各々を電機子コイルで構成してもよいが、クローポール型モータと同様に、複数の磁極(G)を各々ヨーク(Y)で構成し、その複数のヨーク(Y)の外側又は内側にロータ回転軸心回りの周方向に沿ったリング状の励磁コイルを配置した構造としてもよい。
図において、1はケース部材1a,1bで構成されるケース、2はこのケース1内に収納されるリング状のステータ、3はこのステータ2内に回転可能に配置されるロータである。
このようなステータ2では、ヨーク(Ya),(Yb)が、ロータ回転軸心回りの周方向で180°の関係で磁極(Ga),(Gb)を構成するが、これらは異なる極性に励磁され、ロータ3が備える永久磁石(M)との相互作用によりロータ3にトルクを付与する。
なお、ロータ回転軸心回りの周方向でヨーク(Ya),(Yb)の断面積を漸増させる形態としては、例えば、ヨークの厚さを変えるなどしてもよく、その形態は任意である。また、(Ya),(Yb)の断面積は本実施形態のように連続的に漸増する以外に、段階的(例えば、階段状)に漸増するような構造であってもよい。
なお、この永久磁石(M)の形状は任意であり、例えば、偏心ウエイトの機能を持たせない場合には、円盤状で且つ略全体が永久磁石で構成されたもの(2つの略半円形の永久磁石を接続して円盤状にしたもの)としてもよい。
なお、本発明の直流モータでは、永久磁石(M)により少なくとも1つの磁極が構成され、電磁石により構成される磁極(Ga),(Gb)との相互作用でロータ3にトルクが付与されればよく、したがって、磁極10A(S極)、10B(N極)のいずれか1つを設けるだけでもよい。
なお、本実施形態では、ケース1に固定された固定シャフト7に対してロータ3を回転自在に軸支させたものであるが、例えば、ケース1にシャフトを回転自在に支持させ、このシャフトにロータ3を固定するような構造としてもよい。
各磁極(Ga1),(Ga2)と磁極(Gb1),(Gb2)での磁界の強さは、ヨーク(Ya1),(Ya2)とヨーク(Yb1),(Yb2)の高さ(断面積)の漸増により、ロータ回転方向(図6中矢印で示す方向)に向かって、すなわち図6に示した「最小断面積」から「最大断面積」に向かって順次大きくなる。
以上のように本発明の直流モータでは、磁極(G)は2n個(但し、nは1以上の整数)以上の任意の数とすることができるが、モータの構造の簡易化、製造の容易性・製造コスト、モータの円滑な駆動性などの面から、特に合理的な構造としては、2つまたは4つの磁極(G)を備えた構造が好ましい。
図7(A)〜(G)は、2つの磁極(G)を有するタイプの直流モータのロータに適用される永久磁石(M)及びこれにより構成される磁極10の形態例を示しており(各図中の斜線部分が永久磁石(M)を示す)、これらのいずれの形態でもよい。図7(A)、(B)は永久磁石(M)に偏心ウエイトの機能を兼ね備えさせたものであり、したがって、直流振動モータ専用である。
なお、前記ヨーク(Ya),(Yb)は、リング状の励磁コイル5の内側に配置してもよい。
前記ロータ3xの内側には、周方向に所定の長さを有する永久磁石(M)が固定され、1つの磁極10(本実施形態ではN極)が構成されている。
図9は、上記(ii)のタイプのインナーロータ型ブラシ付きモータの一実施形態を模式的に示したもので、2yは永久磁石(M)を備えたステータ、3yはこのステータ2yの内側に配置されるロータである。このロータ3yの基本構造は、ヨーク(Ya),(Yb)や磁極(Ga),(Gb)の構成を含めて図1〜図5の実施形態におけるステータ2と同様であるので、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。但し、本実施形態は、ステータ2yが永久磁石(M)を備え、ロータ3yが磁極(G)を備えるものであるため、図1〜図5の実施形態とは逆に、各ヨーク(Ya),(Yb)の断面積は反ロータ回転方向に向かって順次大きくする。
なお、前記ヨーク(Ya),(Yb)は、図8の実施形態のようにリング状の励磁コイル5の外側に配置してもよい。
前記ステータ2yの内側には、周方向に所定の長さを有する永久磁石(M)が固定され、1つの磁10(本実施形態ではN極)が構成されている。
前記ステータ2zは、2つの略半円形の永久磁石(M)を接続して円盤状のステータ本体が構成され、この永久磁石(M)により2つの磁極10A(S極)、10B(N極)が構成されている。
(イ)磁極(G)は2n個(但し、nは1以上の整数)以上の任意の数とすることができる。但し、特に合理的な構造としては、2つ又は4つの磁極(G)を備えた構造が好ましい。
図11は、その一実施形態を示す斜視図である。この直流モータ(図1〜図5、図6の実施形態と同じく、上記(i)のタイプのインナーロータ型モータ)は、図6の実施形態と同様に4つの磁極(Ga1),(Gb1),(Ga2),(Gb2)を備えている。
上記のような電機子コイル12a1,12b1,12a2,12b2の配置により、前記ヨーク(Ya1),(Ya2)とヨーク(Yb1),(Yb2)は、各々ケース1の180°対向する位置に配置されている。これらヨーク(Ya1),(Yb1),(Ya2),(Yb2)は、その高さ(=断面積)がロータ回転方向に向かって順次大きくなるように構成されている。
各磁極(Ga1),(Ga2)と磁極(Gb1),(Gb2)での磁界の強さは、ヨーク(Ya1),(Ya2)とヨーク(Yb1),(Yb2)の高さ(断面積)の漸増により、ロータ回転方向(図11中矢印で示す方向)に向かって、すなわち図11に示した「最小断面積」から「最大断面積」に向かって順次大きくなる。
また、ブラシ付きのモータの場合には、ロータ3が[360/磁極(G)の数]°に相当する角度(例えば、図1〜図5の実施形態の場合には180°、図6の実施形態の場合には90°)を回転する毎に各磁極(G)に流れる電流の向きを反転させるようなブラシと整流子を用いればよい。
図12(A)では、ヨーク(Ya)で構成される磁極(Ga)はN極に、ヨーク(Yb)で構成される磁極(Gb)はS極にそれぞれ励磁され、ロータ3(永久磁石)のS極が、N極に励磁された磁極(Ga)のなかで最も磁界の強い位置に、また、ロータ3(永久磁石)のN極が、S極に励磁された磁極(Gb)のなかで最も磁界の強い位置に、それぞれ固定された状態にある。この状態から、図12(B)に示すように、磁極(Ga),磁極(Gb)の極性を切り替え(反転させる)、磁極(Ga)をS極に、磁極(Gb)をN極にそれぞれ励磁すると、磁極(Ga)(S極)とロータ3のS極間、磁極(Gb)(N極)とロータ3のN極間にそれぞれ反発力が生じ、一方、磁極(Gb)(N極)とロータ3のS極間、磁極(Ga)(S極)とロータ3のN極間にそれぞれ吸引力が生じるため、ロータ3に図中矢印方向でのトルクが与えられ、ロータ3が回転する。
ロータ3の主要部が偏心構造を有する例としては、図1〜図5の実施形態、図7(A),(B)の実施形態などが挙げられる。
また、ロータ3が偏心ウエイトを備える例としては、例えば、図7(C)〜(G)に示すような円盤状のロータ1に偏心ウエイト(図示せず)を備えさせたものなどが挙げられる。具体的には、(1)永久磁石(M)を備えた円盤状のロータ本体と、このロータ本体に対してその盤面の一部と重合するように連結された偏心ウエイトからなるロータ、(2)円盤状に構成され、該円盤の一方の半円領域内に永久磁石(M)を有し、他方の半円領域内に偏心ウエイトを有するロータ、などを挙げることができる。
1a,1b ケース部材
2,2x,2y,2z ステータ
3,3x,3y,3z ロータ
4a,4b ヨークユニット
5 励磁コイル
6 ヨークユニット組立体
7 固定シャフト
8 軸受
9 保持リング
10A,10B,10A1,10A2,10B1,10B2 磁極
12a,12b 電機子コイル
13a,13b 励磁コイル
40a,40b 本体
(Ya),(Ya1),(Ya2),(Yb),(Yb1),(Yb2) ヨーク
(Ga),(Ga1),(Ga2),(Gb),(Gb1),(Gb2) 磁極
(M) 永久磁石
Claims (10)
- ロータとステータのうちの、一方に永久磁石(M)を備え、他方に電磁石により構成される磁極であって、前記永久磁石(M)との相互作用によりロータにトルクを付与する2n個(但し、nは1以上の整数)の磁極(G)をロータ回転軸心回りの周方向で間隔をおいて備え、
ロータ回転軸心回りの周方向で隣接する磁極(G)どうし(但し、磁極(G)の数が2つの場合は、当該2つの磁極(G)どうし)は異なる極性に励磁されるように構成され、
各磁極(G)はロータ回転軸心回りの周方向に沿った弧形状を有するヨーク(Y)を備え、該各ヨーク(Y)の断面積を、下記(イ),(ロ)の条件にしたがいロータ回転方向又は反ロータ回転方向に向かって順次大きくしたことを特徴とする直流モータ。
(イ)ロータが永久磁石(M)を備え、ステータが電磁石により構成される磁極(G)を備える場合はロータ回転方向
(ロ)ステータが永久磁石(M)を備え、ロータが電磁石により構成される磁極(G)を備える場合は反ロータ回転方向 - ロータが永久磁石(M)を備え、ステータが電磁石により構成される複数の磁極(G)を備えることを特徴とする請求項1に記載の直流モータ。
- ステータが永久磁石(M)を備え、ロータが電磁石により構成される複数の磁極(G)を備えることを特徴とする請求項1に記載の直流モータ。
- 複数の磁極(G)が、各々ヨーク(Y)で構成され、該複数のヨーク(Y)の外側又は内側にロータ回転軸心回りの周方向に沿ったリング状の励磁コイルを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の直流モータ。
- 複数の磁極(G)が、各々ヨーク(Y)を備えた電機子コイルで構成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の直流モータ。
- ロータ回転軸心回りの周方向に沿って2個又は4個の磁極(G)を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の直流モータ。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の直流モータにおいて、ロータが偏心ウエイトを備え又は偏心構造を有することを特徴とする直流振動モータ。
- ロータは、永久磁石(M)を備えた円盤状のロータ本体と、該ロータ本体に対してその盤面の一部と重合するように連結された偏心ウエイトとを有することを特徴とする請求項7に記載の直流振動モータ。
- ロータは円盤状に構成され、該円盤の一方の半円領域内に永久磁石(M)を有し、他方の半円領域内に偏心ウエイトを有することを特徴とする請求項7に記載の直流振動モータ。
- ロータの主要部が偏心構造を有する永久磁石(M)からなることを特徴とする請求項7に記載の直流振動モータ。
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