JP7402283B1 - 高周波回転機構の改良構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 高周波回転機構の改良構造を提供することを課題とする。【解決手段】 本発明により提供される高周波回転機構の改良構造は、モータ回転子の各極に設けられた永久磁石の数が少なくとも５つ以上の奇数で、うち１つの永久磁石を中心とし、残りの永久磁石が中心の両側で対称的に直結されると共に両側にある複数の永久磁石の互いに隣り合う端を同じ磁極にさせ、同じ極同士で斥力が働き、隣り合う端が反発距離を互いに隔て、直接当接することなく、上記斥力が働くことにより隣り合う永久磁石間の相対位置を維持し、従来技術のように移動制限・支承構造によって位置決めする必要はないため、高速回転時の遠心力が移動制限・支承構造に作用することを避け、回転子鉄心への悪影響を低減し、体積と質量が小さく複数の分散型永久磁石を使用して遠心力の作用を分散させ、回転子鉄心の変形又は損傷の可能性をさらに低減させる。【選択図】 図３

Description

本発明は、高周波回転モータの技術に関し、特に、高周波回転機構の改良構造に関する。

特許文献１において、出願人は、高周波回転下での非真円形状の回回転子の応力集中現象を低減することから部材の寿命を延ばすことができる回回転子技術を提案したが、各極（ｐｏｌｅ）に設けられた磁石組立体ユニットには個々の体積が比較的大きい永久磁石がまだあることで、質量が大きい状態において、高速回転時に発生する遠心力により、回転子鉄心に若干の応力集中が生じ、回転子鉄心に損傷又は変形の懸念があった。

米国特許出願第１７／４６１７３９号公報

したがって、本発明の主な目的は、モータの回転子が高周波回転する時、鉄心に永久磁石の遠心力によって応力が作用することで、モータの回転子鉄心の変形又は損傷の可能性を低減する高周波回転機構の改良構造を提供することである。

故に、上記目的を達成するため、本発明により提供される高周波回転機構の改良構造は、モータ回転子の各極に設けられた永久磁石の数が少なくとも５つ以上の奇数で、うち１つの永久磁石を中心とし、残りの永久磁石が中心の両側で対称的に直結されると共に両側にある複数の永久磁石の互いに隣り合う端を同じ磁極にさせ、同じ極同士で斥力が働き、隣り合う端が反発距離を互いに隔て、直接当接することなく、上記斥力が働くことにより隣り合う永久磁石間の相対位置を維持し、従来技術のように移動制限・支承構造によって位置決めする必要はないため、高速回転時の遠心力が移動制限・支承構造に作用することを避け、回転子鉄心への悪影響を低減し、体積と質量が小さく複数の分散型永久磁石を使用して遠心力の作用を分散させ、回転子鉄心の変形又は損傷の可能性をさらに低減させることができることを主な技術的特徴とする。

上記技術的特徴を実現するため、前記高周波回転機構の改良構造は、スピンドルモータの回転子の部分構成とする回転要素と、複数の収容溝と、複数の第１位置決め突起と、前記永久磁石から成る複数の磁石組立体とを含み、前記回転要素は管状を呈する円筒胴部を有し、前記胴部の半径方向断面上に円形を呈する内環面は前記胴部の内輪側に位置し、前記胴部の半径方向断面上に非円形を呈する外環面は前記胴部の外輪側に位置し、弧度が異なる複数の第１円弧面と複数の第２円弧面が交互に連結されてから成り、前記内環面の円の中心と前記第１円弧面との間の直線最大距離が前記内環面の円の中心と前記第２円弧面との間の直線最大距離より大きい。

前記収容溝は、それぞれ円弧状穴の形を呈し、各自前記胴部の円環外周に沿って前記胴部に環状に分布され、前記第１円弧面と前記内環面との間に介在し、かつ前記内環面の中心軸方向に沿って前記胴部上を所定の深さまで延在し、前記胴部の円環外周に沿って所定の幅の弧長まで延在する。

前記第１位置決め突起は、対になって各前記収容溝の一側の溝壁に各々突設され、前記収容溝を対になった前記第１位置決め突起の間に介在する第１空間と前記第１空間の両側に位置する２つの第２空間を仕切る。

前記磁石組立体の数は、モータの極数と同じで、各前記収容溝内に嵌設して収容され、上記の少なくとも５つの永久磁石をそれぞれ備え、中心にある第１永久磁石は前記第１空間内に位置し、両側にある２つの第２永久磁石が各前記第２空間内に位置させて前記第１永久磁石から離れされ、２つの第３永久磁石が各前記第２空間内に位置し、かつ各前記第２永久磁石と前記第１永久磁石との間に介在し、一端が前記第１位置決め突起に当接され、前記第３永久磁石の他端に隣り合う前記第２永久磁石の一端と同じ磁極を持たせ、互いに前記反発距離で隔てられ、前記反発距離において前記収容溝の溝壁からその間に突き出た構造がない。

さらに、回転子の電磁特性を向上するため、前記高周波回転機構の改良構造は複数の磁気障壁空間と、複数の第２位置決め突起とをさらに含むことができ、各前記磁気障壁空間は、各々前記胴部に設けられ、各前記収容溝の幅方向上にある両端端部とそれぞれ連通され、各前記第２位置決め突起は各々前記胴部に設けられ、各前記磁気障壁空間と各前記収容溝の両端端部との間に介在され、前記第２永久磁石の他端に当接して、各前記第２永久磁石を規制する。

本発明の好ましい実施例の立体図である。 本発明の好ましい実施例の端面図である。 本発明の好ましい実施例の図２のＫ領域に沿った部分的拡大図である。 本発明の好ましい実施例の図２のＫ領域に沿った部分的拡大図である。

まず図１を参照すると、本発明の好ましい実施例で提供される高周波回転機構の改良構造１０は、従来のスピンドルモータ回転子の一部構成要素をその実施態樣とし、構造的には主に回転要素２０と、複数の収容溝３０と、複数の磁気障壁空間４０と、複数の第１位置決め突起５０と、複数の第２位置決め突起６０と、複数の磁石組立体７０とを含む。

図２も参照すると、前記回転要素２０は、複数の環状珪素鋼板を順番に同軸に積層してから成り、略管状の円筒胴部２１を有し、内環面２２は前記胴部２１の内輪側に位置し、環面が前記胴部２１の半径方向断面上に円形を呈し、外環面２３は前記胴部２１の外輪側に位置し、環面が前記内環面の円形とは異なり、弧度が異なる複数の第１円弧面２３１と複数の第２円弧面２３２が交互に連結されてから成り、前記胴部の半径方向断面上に梅の花のような非円形状を呈し、ここで、前記内環面２２の円の中心と前記第１円弧面２３１との間の直線最大距離が前記内環面２２の円の中心と前記第２円弧面２３２との間の直線最大距離より大きい。

各前記収容溝３０は、各々穴の形を呈し、数がスピンドルモータの極数と同じ、本実施例において数は４に設定され、前記胴部２１の円環外周に沿って前記胴部２１に環状かつ均等に分布され、前記第１円弧面２３１と前記内環面２２との間に介在し、それぞれ前記胴部２１の管軸方向に延びて前記胴部２１の軸方向の両端に貫設し、また前記胴部２１の円環外周に沿って所定の幅の弧長まで延在する。

各前記磁気障壁空間４０は、前記胴部２１に穴の形で貫設され、各前記収容溝３０の幅方向上の両端端部と隣り合って連通する。

図３を参照すると、各前記第１位置決め突起５０は、対になって各収容溝３０の中央部の一側の溝壁に突設され、対になった各前記第１位置決め突起５０を互いに間隔を置くことで、各前記収容溝３０の空間を、各前記第１位置決め突起５０間に介在する第１空間３１及び前記第１空間３１の両側に介在する二第２空間３２に各々仕切る。

各前記第２位置決め突起６０は、各々前記胴部２１に設けられ、各前記磁気障壁空間４０と各前記収容溝３０の幅方向上の両端端部間に各自介在する。

各前記磁石組立体７０は、各前記収容溝３０に各々収容され、前記第１空間３１に位置する第１永久磁石７１と、前記第２空間３２に位置する２つの第２永久磁石７２及び２つの第３永久磁石７３とを含む。前記胴部２１の半径方向の断面から見ると、前記第１永久磁石７１の形状は略矩形を呈し、矩形の長軸の両端で各前記第１位置決め突起５０にそれぞれ当接することで、移動制限・支承され、各前記第２永久磁石７２も略矩形を呈し、矩形の長軸の一端で各前記第２位置決め突起６０にそれぞれ当接し、各前記第３永久磁石７３は矩形を呈し、前記第１永久磁石７１と各前記第２永久磁石７２の間に介在することで、矩形の長軸の一端で各前記第１位置決め突起５０に当接し、矩形の長軸の他端に隣り合う各前記第２永久磁石７２の矩形の長軸の他端と同じ磁極を持たせ、同じ極同士で斥力が働くことで互いに直接接触せず、ほぼ扇形又は楔形等のテーパー形状の反発距離７４を形成する。

上記各前記磁石組立体７０の永久磁石の数を増やすことにより、単一の永久磁石自体の質量を比較的減らすことができることから高周波回転下で単一の永久磁石が生じる遠心力を減らし、前記回転要素２０上に作用する応力を分散する効果を奏し、各前記第２永久磁石７２及び各前記第３永久磁石７３に実質的に同じ体積と質量を有させることで、最適な分散効果を奏する。

さらに、各前記反発距離７４の存在により、各前記第２永久磁石７２と各前記第３永久磁石７３の隣り合う端との間に前記第１位置決め突起等のような前記収容溝の溝壁から突き出た有形構成要素の必要がなく、同じ極同士で斥力が働くことで相互間の相対位置を維持できるため、移動制限の効果を奏する。さらに高周波回転下で、磁極で斥力が働くことで、遠心力による応力を避け、さらに前記回転要素２０への遠心力による応力を低減する。

図４を参照すると、最高の構造剛性及び電磁特性を実現するため、上記の実施例をさらに最適化することができる。

モータの極と前記第１円弧面２３１との間の関係について、両者間を下式に満たさせる。

［数１］
Ｆ＝３６０／Ｐ、α＝Ｅ／Ｆ×１００％
αは５０％～９８％にあり、
式中、Ｐはモータの極数、Ｆはモータの１極の開き角度、Ｅは第１円弧面２３１の開き角度である。

各前記磁石組立体７０は、各自の永久磁石の重心を結ぶ線によって定義される弧であり、曲率中心が前記内環面２２の円の中心と同心ではなく、各前記永久磁石を、それぞれある角度で仮想基準円弧２４に接させ、前記基準円弧２４は前記第１円弧面２３１の曲率中心を円の中心とする仮想円で、前記基準円弧の仮想半径Ｂと前記第１円弧面２３１の半径徑Ａの両者間が０．５Ａ≦Ｂ≦０．９５Ａを満たすようにさせる。

［数２］
Ｄ≦０．４Ｃ

さらに上式を使用して前記基準円弧２４の円の中心の想定位置を選択することができる。式中のＣは前記第１円弧面２３１の曲率中心と前記内環面２２の円の中心との間の半径方向の距離で、式中のＤは前記基準円弧２４の円の中心の半径方向の並進距離である。詳しく言えば、Ｄの範囲は、図４に示すように、前記第１円弧面２３１の曲率中心を中央位置として、半径方向に沿って前記内環面２２の円の中心に対して外方移動又は内方移動する範囲である。仮想半径は固定値で、選択したＤ＝０の場合、円の中心は前記第１円弧面２３１の曲率中心を原点位置２４１とし、基準円弧２４を仮想する。選択したＤ＝０．４の場合、円の中心の想定範囲の２つの境界位置２４１ａ、２４１ｂは前記原点位置２４１の両側にあり、基準円弧２４ａ、２４ｂを仮想する。

１０ 高周波回転機構の改良構造
２０ 回転要素
２１ 胴部
２２ 内環面
２３ 外環面
２３１ 第１円弧面
２３２ 第２円弧面
２４２４ａ、２４ｂ 基準円弧
２４１ 原点位置
２４１ａ、２４１ｂ 境界位置
３０ 収容溝
３１ 第１空間
３２ 第２空間
４０ 磁気障壁空間
５０ 第１位置決め突起
６０ 第２位置決め突起
７０ 磁石組立体
７１ 第１永久磁石
７２ 第２永久磁石
７３ 第３永久磁石
７４ 反発距離

Claims (7)

1. 管状を呈する円筒胴部（２１）を有し、前記胴部（２１）の半径方向断面上に円形を呈する内環面（２２）は前記胴部（２１）の内輪側に位置し、前記胴部（２１）の半径方向断面上に非円形を呈する外環面（２３）は前記胴部（２１）の外輪側に位置し、弧度が異なる複数の第１円弧面（２３１）と複数の第２円弧面（２３２）が交互に連結されてから成り、前記内環面（２２）の円の中心と前記第１円弧面（２３１）との間の直線最大距離が前記内環面（２２）の円の中心と前記第２円弧面（２３２）との間の直線最大距離より大きい回転要素（２０）と、
   前記胴部（２１）の円環外周に沿って前記胴部（２１）に環状に分布され、前記第１円弧面（２３１）と前記内環面（２２）との間に介在し、かつ前記内環面（２２）の中心軸方向に沿って前記胴部（２１）上を所定の深さまで延在し、前記胴部（２１）の円環外周に沿って所定の幅の弧長まで延在する穴の形を呈する複数の弧状の収容溝（３０）と、
   対になった複数の第１位置決め突起（５０）であって、前記第１位置決め突起（５０）対の各々は、間隔を置いて各前記収容溝（３０）の一側の溝壁に各々突設され、前記収容溝（３０）を対になった前記第１位置決め突起（５０）の間に介在する第１空間（３１）と前記第１空間（３１）の両側に位置する２つの第２空間（３２）を仕切るための対になった複数の第１位置決め突起（５０）と、
   前記第１空間（３１）内に位置し、両側が対になった前記第１位置決め突起（５０）に当接する第１永久磁石（７１）と、各前記第２空間（３２）内に位置し、前記第１永久磁石（７１）から離れる２つの第２永久磁石（７２）と、各前記第２空間（３２）内に位置し、前記第２永久磁石（７２）と前記第１永久磁石（７１）との間に介在する２つの第３永久磁石（７３）とを備え、前記第３永久磁石（７３）の一端が前記第１位置決め突起（５０）に当接され、前記第３永久磁石（７３）の他端に隣り合う前記第２永久磁石（７２）の一端と同じ磁極を持たせ、互いに前記反発距離（７４）で隔てられ、前記反発距離（７４）において前記収容溝（３０）の溝壁からその間に突き出た構造がない各前記収容溝に収容された複数の磁石組立体（７０）と、
   各々前記胴部（２１）に設けられ、各前記収容溝（３０）の幅方向上にある両端端部とそれぞれ連通された穴の形を呈する複数の磁気障壁空間（４０）と、
   前記胴部（２１）に各々設けられ、各前記磁気障壁空間（４０）と各前記収容溝（３０）の両端端部との間に介在し、かつ前記第２永久磁石（７２）の他端に当接して、各前記第２永久磁石（７２）の移動を制限する複数の第２位置決め突起（６０）と、
   を含み、
   各前記磁石組立体（７０）は、仮想基準円弧に沿って並べられ、各前記第１永久磁石（７１）、各前記第２永久磁石（７２）及び各前記第３永久磁石（７３）がある角度で前記基準円弧に接され、
   前記基準円弧は、前記第１円弧面（２３１）の曲率中心と同心し、前記基準円弧の半径（Ｂ）及び前記第１円弧面の半径（Ａ）が０．５Ａ≦Ｂ≦０．９５Ａを満たすようにさせる、高周波回転機構の改良構造。
2. 各前記第２永久磁石（７２）と各前記第３永久磁石（７３）のそれぞれは、実質的に同じ体積及び質量を有する請求項１に記載の高周波回転機構の改良構造（１０）。
3. 前記基準円弧の円の中心の想定位置は、前記第１円弧面（２３１）の曲率中心を中央位置として、前記第１円弧面（２３１）の半径方向に沿って偏移する並進距離（Ｄ）範囲内にあり、前記並進距離が前記中央位置と前記内環面（２２）の円の中心との間の距離（Ｃ）より小さく、かつＤ≦０．４Ｃを満たすようにさせる請求項１に記載の高周波回転機構の改良構造（１０）。
4. 各前記磁石組立体（７０）は、前記第１永久磁石（７１）、各前記第２永久磁石（７２）及び各前記第３永久磁石（７３）の重心を結ぶ線によって定義される弧で、曲率中心が前記内環面（２２）の円の中心と同心ではない請求項１に記載の高周波回転機構の改良構造（１０）。
5. スピンドルモータの回転子要素である請求項１に記載の高周波回転機構の改良構造（１０）。
6. 各前記磁石組立体（７０）は、それぞれスピンドルモータの１極に対応し、前記第１円弧面（２３１）の開き角度（Ｅ）、１極の開き角度（Ｆ）、及びスピンドルモータの極数（Ｐ）が下式を満たす請求項５に記載の高周波回転機構の改良構造（１０）。
   [数１]
   Ｆ＝３６０／Ｐ、α＝Ｅ／Ｆ×１００％
   ［αは、５０％～９８％にある。］
7. 前記胴部（２１）の半径方向断面上での前記反発距離（７４）の形状は、扇形を呈する請求項１に記載の高周波回転機構の改良構造（１０）。