JPH10174322A

JPH10174322A - ロータ

Info

Publication number: JPH10174322A
Application number: JP8353198A
Authority: JP
Inventors: Akira Hosaka; 明保坂
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-12-16
Filing date: 1996-12-16
Publication date: 1998-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】高速で安定して長時間に亘り回転するこ
とができ、高速回転でき、高トルクを発生させることが
できるロータを提供する。【解決手段】回転軸心の回りに回転可能なロータ４が
円板４ａおよび円板の周縁に連なる円周板４ｂを含み、
円周板の内側にドーナツ形状をした磁性体製の薄板１３
を挟んで回転軸心の軸方向に多段Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ
_４に永久磁石１２が配置され、各段Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、
Ｓ_４は周方向に等間隔の複数の領域I 、II、III に区画
され、各領域I 、II、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ており、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る。

Description

【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用いる
ロータに関する。

【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、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。この磁性体として電磁石を
用い、電磁石への通電を制御して電磁石のオンオフを繰
り返すことにより、ロータは連続回転する。

【０００４】しかしながら、この場合に、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いないと、
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。

【０００５】また、永久磁石が形成する磁力線に十分な
配慮が払われていないと、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。

【０００６】更に、このロータにおいては矩形断面の複
数の永久磁石を並設した場合には、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。

【０００７】上述したような問題点を解消して、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して、本発明者は先に次の
ような発明を提案した。

【０００８】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
モータである。

【０００９】更にまた、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
するモータである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した形
式のモータの回転数を更に高め、一層高いトルクを達成
することが可能なロータを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明においては、回転
軸心の回りに回転可能なロータにおいて、該ロータは円
板および該円板の周縁に連なる円周板を含んでおり、該
円周板の内側にドーナツ形状をした磁性体製の薄板を挟
んで前記回転軸心の軸方向に多段に永久磁石が配置さ
れ、該各段は周方向に等間隔の複数の領域に区画され、
各領域は複数個の前記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、該永久磁石
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
て配置されていることを特徴とするロータにより、上記
の目的を達成する。

【００１２】本発明の他の側面においては、回転軸心の
回りに回転可能なロータにおいて、該ロータにはドーナ
ツ形状をした磁性体製の薄板を挟んで前記回転軸心の軸
方向に多段に永久磁石が配置され、該各段は周方向に等
間隔の複数の領域に区画され、各領域は複数個の前記永
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、該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ロータにより、上記の
目的を達成する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明においては、ロータは回転
軸心の回りに回転可能であり、円板および円板の周縁に
連なる円周板を含んでおり、円周板の内側に複数個の永
久磁石が配置されている。このため、高速回転状態を継
続して遠心力が作用しても、永久磁石は円周板により保
護され飛散することがないので、本発明のロータは高速
で安定して長時間に亘り回転することができる。

【００１４】本発明においては、複数個の永久磁石がロ
ータの内部にドーナツ形状をした磁性体製の薄板を挟ん
で前記回転軸心の軸方向に多段に配置されている。この
ため、永久磁石が形成する磁力線はこれら薄板を通り、
磁力漏れが生じず、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。加えて、ロータ内の多段に
配置された永久磁石がドーナツ形状をした磁性体製の薄
板を挟んでいるので、ロータの軽量化が図れ、ロータの
より一層の高速回転や高トルクの発生が可能となる。

【００１５】好ましくは、ロータの反円板側に蓋が被さ
れ、円板と永久磁石との間および蓋と永久磁石との間に
もドーナツ形状をした磁性体製の薄板がそれぞれ設けら
れている。

【００１６】また、本発明においては、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、ロ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。

【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
ロータを装備した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は本発明に係る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
発明に係るロータに用い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６にロータ４が取着されており、回転軸６は
ケース３の上下面に取着された上下一対の軸受７により
回転可能に支承されており、ロータ４は回転軸６ととも
に回転可能である。なお、ケース３は鉄製とすることが
好ましい。

【００１９】ロータ４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、ロ
ータ４は底部に位置する円板４ａおよび円板４ａの周縁
に連なる円周板４ｂを含み深底の円筒形状となってい
る。ここに円周板４ｂ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。ロータ４の上部開口部に蓋９を嵌合
している。

【００２０】ロータ４の内部には、ドーナツ形状をした
鉄板などの磁性体製の薄板１３を挟んで、永久磁石が回
転軸４の軸方向に多段に配置されている。図２に示した
実施例においては、全体としてロータ４内部に回転軸４
の軸方向に４つのスペースＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４が上
から下へ形成されている。

【００２１】更に、図２に示すように、回転軸４の軸方
向の外側のスペースＳ_１、Ｓ_４の外側、すなわち、ロー
タ４の反円板側の蓋９最上段のスペースＳ_１の永久磁石
１２との間およびロータ４の円板４ａと最下段のスペー
スＳ_４の永久磁石１２との間にも、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が設けられてい
る。

【００２２】この配置により、各段（スペースＳ_１、Ｓ
_２、Ｓ_３、Ｓ_４）の永久磁石１２が形成する磁力線は、
その上下の薄板１３を通り循環するため、磁力漏れが生
じず、ロータ４を高速回転したり、高トルクを発生させ
ることができる。

【００２３】ロータ４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１２個が上下２段に、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。

【００２４】上段の６個の積層鉄心８のうち、最上段の
スペースＳ_１内の永久磁石１２に近接する箇所には、一
つ置きに（３箇所に）電磁コイル１０が挿着されてお
り、すなわち、最上段のスペースＳ_１内の永久磁石１２
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、上段の６個の積層鉄心８のうち、残りの
３個の積層鉄心８には、第２段のスペースＳ_２の永久磁
石１２に近接する箇所（３箇所）に電磁コイル１０が挿
着されており、すなわち、回転軸の軸方向に見て、周方
向に１２０°の間隔をなした最上段のスペースＳ_１内の
電磁コイル１０の間に、第２段のスペースＳ_２の永久磁
石１２の電磁コイル１０が１２０°の間隔で配置されて
いる。従って、隣接する最上段及び第２段の永久磁石１
２に対向する電磁コイル１０は全体として、図１に示す
ように、互いに他の段の電磁コイル１０の間に位置して
いる。

【００２５】下段の６個の積層鉄心８には、第３段のス
ペースＳ_３内の永久磁石１２に近接する箇所には、回転
軸の軸方向に見て、上段の積層鉄心８の最上段のスペー
スＳ_１内の永久磁石１２に対応する箇所に電磁コイル１
０が挿着されており、最下段のスペースＳ_４内の永久磁
石１２に近接する箇所には、上段の積層鉄心８の第２段
のスペースＳ_２内の永久磁石１２に対応する箇所に電磁
コイル１０が挿着されている。従って、隣接する第３段
及び最下段の永久磁石１２に対向する電磁コイル１０は
全体として、図１に示すように、互いに他の段の電磁コ
イル１０の間に位置している。

【００２６】このように、ロータ４内部に回転軸４の軸
方向に多段（図示した実施例では４つのスペースＳ_１、
Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４が４段）に形成され、各段（スペース
Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４）にそれぞれ永久磁石１２が配
置され、回転軸４の軸方向に隣接する永久磁石１２の間
にドーナツ形状をした磁性体製の薄板１３が挟まれてい
る。

【００２７】上述の実施例においては、ロータ４内部を
回転軸４の軸方向に４段に区画しているが、段数は４に
限られず、２段、もしくは３段とし、または５段以上と
してもよい。

【００２８】この場合に、回転軸４の軸方向に隣接する
２つの段の永久磁石を周方向にずらせていることが好ま
しく、このような配置とすることにより、コの字状断面
形状をした積層鉄心８に各段の永久磁石１２に対向して
電磁コイル１０を設置することができ好ましい。また、
ロータの回転を滑らかにするために、多段の永久磁石を
回転軸４の軸方向に１段置きに周方向の位相を合せてい
ることが好ましい。なお、ロータ４内部に回転軸４の軸
方向に奇数段に段形成した場合には、第１段と第３段の
永久磁石１２の位相を合わせ、第２段の永久磁石１２を
それらに対して周方向にずらせる。

【００２９】ケース３にはロータ４の永久磁石１２によ
りロータ４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。図２に示す実施例の
１２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。すなわち、
電磁コイル１０は所定のタイミングでオンオフされるロ
ータ４の各段の永久磁石１２の配置を図３に示す。ロー
タ４の各段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。

【００３０】各永久磁石１２の外周側先端は、円周板４
ｂ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を高速回転させても、ロータ４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。

【００３１】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１
２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。この場合に、ほぼ矩
形断面の複数の永久磁石１２を並設していると、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、ロータ
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。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１
２の外形線８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１
２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の円板に取着してロータ４
を製作する。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】上述の構成からなる本実施例においては、
ロータ４を上下の軸受７により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に通電する前には、
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１
２′）と積層鉄心８が対向する状態までロータ４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１
２′とが反発して、ロータ４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の位相を検出し、
所定のタイミングで直流電圧を所定時間印加する。電磁
コイル１０をオンオフして以上の作用を繰り返すことに
より、ロータ４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を設けているため、ロ
ータ４の回転が滑らかになる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、ロータ４は円板および
円板の周縁に連なる円周板を含んでおり、円周板の内側
に複数個の永久磁石１２が軸方向に多段に且つドーナツ
形状の磁性体製薄板を挟んで配置されているため、ロー
タ４を高速回転したり、高トルクを発生させることがで
きる。

【００３６】また、高速回転状態を継続して遠心力が作
用してもロータ４は円周板により保護され飛散すること
がなく、本発明のロータは高速で、一例として８，００
０ｒｐｍ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い。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。

【００３７】本発明においては、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、
ロータの生産性が極めて高い。

【００３８】本発明のロータを使用することにより、高
速で安定して長時間に亘り回転することができ、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
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るロータを装備したモータの実施例
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】本発明に係る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】本発明に係るロータに用い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ロータ６回転軸８積層鉄心１０電磁コイル１２永久磁石１３薄板

Claims

【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にお
いて、該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、該円周板の内側にドーナツ形状をした
磁性体製の薄板を挟んで前記回転軸心の軸方向に多段に
永久磁石が配置され、該各段は周方向に等間隔の複数の
領域に区画され、各領域は複数個の前記永久磁石が並設
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、該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ことを特徴とするロ
ータ。
【請求項２】回転軸心の回りに回転可能なロータにお
いて、該ロータにはドーナツ形状をした磁性体製の薄板
を挟んで前記回転軸心の軸方向に多段に永久磁石が配置
され、該各段は周方向に等間隔の複数の領域に区画さ
れ、各領域は複数個の前記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、該永久
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
とするロータ。
【請求項３】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２に
記載のモータ。
【請求項４】回転軸心の回りに回転可能なロータにお
いて、該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、該円周板の内側にドーナツ形状をした
磁性体製の薄板を挟んで前記回転軸心の軸方向に多段に
永久磁石が配置され、該各段は周方向に等間隔の複数の
領域に区画され、各領域は複数個の前記永久磁石が並設
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、該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ロータ。
【請求項５】前記ロータの反円板側に蓋が被され、前
記円板と永久磁石との間および前記蓋と永久磁石との間
にドーナツ形状をした磁性体製の薄板がそれぞれ設けら
れていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に
記載のロータ。
【請求項６】前記軸方向に隣接する２つの段の永久磁
石を周方向にずらせていることを特徴とする請求項１〜
５の何れか１項に記載のロータ。
【請求項７】前記多段の永久磁石を前記軸方向に１段
置きに周方向の位相を合せていることを特徴とする請求
項６に記載のロータ。