JPS60234449A - 磁石回転型電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はインナーロータタイプの磁石回転型電動機に関
するものである。

従来例の構成とその問題点 まず従来例の一般構成を第１図にて説明する。

１は動力伝達軸で、円筒形ヨーク２を介して複数の円弧
状磁石３が円周方向に空間を有して固着されている。こ
れを以下ロータと呼ぶ。そしてこのロータの外周に空隙
を有して巻線４を巻回したステータ５が配設されである
。そしてｅｒｔｄロータ位置検出センサーで、このセン
サー６の信号に対応してステータ５に回転磁界を生じさ
せる制御回路７を有している。８，９は上記動力伝達軸
１を受けている軸受である。

次に従来例の問題点であるが、一般に円弧状磁石３とし
ては安価なフェライト磁石が多く使用されていた。しか
しこのフェライト磁石（ｄその強度が弱く、本例のよう
な使用では回転に伴う遠心力により磁石３が破損し飛散
することが多くあった。

というのもフェライト磁石のような焼結体の場合、焼結
時等に生じる微視的クラック等にもより、一般にその強
度に相当のバラツキがあるためであり、安全限界の設定
は非常に難かしいものであった。

あるいは相当の安全係数を見込捷ねばならなかった。

さらに高品質なフェライト磁石、即ちエネルギー積の高
い磁気異方性のものでは、磁化方向に垂直な面にへき開
性を有する性質をもつため、特に遠心力に対する考慮が
必要であった。また高速回転においてはこのような考慮
が特に必要なものであった。

次に従来の遠心力に対する磁石の保護方法の一例を第２
図に示す。第２図はロータの断面図であり、３ａが略円
筒形の保護ケースであり、これは、非磁性体金属からな
るものであり、図に示すように磁石３の外周に挿入固着
されている。そのため、ヨーク２に固着された磁石３が
遠心力によりヨーク２からはずれようとしても、保護ケ
ース３ａにより拘束された状態となっているため、磁石
３はロータよりけずれることはない。又仮りに磁石３が
破損したとしても保護ケース３ａにより飛散することな
く保護ケース３ａ内に固定されていることになる。

しかし、この例の場合、保護ケース３ａは金属であるた
め、導電性を有し、さらにこのロータはステータ５内を
回転するわけであるから、当然保護ケース３ａは磁界を
切ることになり、この保護ケース３ａにうず電流が生じ
る。したがって発熱を起し、効率低下の原因となるもの
である。又、この発熱によシ磁石３の温度上昇を加速す
ることになり、フェライト磁石等では高温減磁が大きい
（約０．２％／ｄｅｃｒ）ため、好捷しいものではなか
った。

さらに保護ケース３ａが金属であるため、一般にその比
重の割には引張強度は低く、さらに弾性率も大きいため
完全に拘束するには遠心力の要因である回転速度、及び
回転半径等に相当の制約条件が入ることになり、決して
効率の良い方法とは言えなかった。

発明の目的 以上のような従来の問題点を解消し、遠心力に対して安
全な保護対策を施した磁石回転型電動機を提供するもの
である。

発明の構成 本発明の磁石回転型電動機は、動力伝達軸に円筒形ヨー
クを介して複数の円弧状磁石を円周方向に空間を有して
固着したロータと、このロータの外周に空隙を有して配
設した巻線の巻回されたステータと、ロータ位置検出セ
ンサーと、このセンサーの信号に対応して上記ステータ
に回転磁界を作る制御回路とを有し、上記円弧状磁石の
外周表面には熱硬化性接着テープを複数回巻回させた構
成としたもので、効率低下をなくすとともに安全性を確
保したものである。

実施例の説明 ここで実施例の説明に入る前にロータを回転させたとき
の現象について述べる。まず第２図の従来例のロータを
回転させた場合、その最悪の状態は全ての磁石３がヨー
ク２より完全にはずれたときである。

そこでこのときを例にとり、保護ケー、２．３　ａ　（
７）円周状の各位置における縦断面が受ける力（磁石の
遠心力により、保護ケース３ａの受ける力は、この保護
ケースが連続的に略円筒形を形成しているため引張力と
なる。）を算出してみる。そこで第３図に示すように磁
石３外周を保護ケース３ａにて覆って点Ｑを中心として
回転したとするとき、磁石Ａに生ずる遠心力は保護ケー
ス３ａに引張力として作用する。そこでこの保護ケース
３ａに生ずる引張力を保護ケース各部縦断面における応
力として計算する。

まず、第２図におけるｘ　−ｘ’断面における引張応力
σ。を計算するが、このときの前提条件について説明す
る。

寸ず保護ケース３ａは薄肉とする。次に計算上保護ケー
ス３ａの密度が必要となるが、第３図における磁石３と
保護ケース３ａとの接触部、即ち磁石３中心角ψにおけ
る部分においては、保護ケース３ａの密度は磁石３の質
量を吸収したものとして考える。そのため、磁石質量を
Ｍ１保護ケース３ａのこの接触部の体積をＶとすると、
この接触部における保護ケース３ａの計算上の密度ζ′
はζ’　＝＝　Ｍ／Ｖ＋ζ　・・・・・・・・（１）で
与えられるものである。ただしζは保護ケース３ａ自体
の密度である。

なおζ′）ζであるため本計算においてはζを省略する
ことにして ζ’　＃Ｍ／Ｖ　−・・・・・（２） で与えられるものとする。

次に前述のように磁石３の中心角をψとし、磁遺端部と
Ｏｘ（又はｏｘ’）とのなす角をψ１とすると ψ＋２ψ１−π　・　・　・（３） となるものとする。

又保護ケースの平均半径はｒ１断面積をＡとする。

以上の様に各条件を設定し、σ。を計算することにする
。

一般に半径ｒにおける質量ｍの物体が角速度ωで回転し
たとき、この物体が受ける遠心力ｆはｆ　＝　ｍ　ｒ　
の２　−リ　・　・・（４）で与えられる。

ｄｍは ｄｍ−ζ’Ａｒｄφ　・・・・・・・（５）である。従
ってこの微少部分の遠心ｄＦは（４）式よｄＦ−ζ′Ａ
　ｒ　ｄｍ・ｒω２　・・・・・・・（６）となる。し
かし断面ｘ−ｘ’　に働く力ｄＦｏとしては ｄＦｏ＝ｄＦｓｉｎφ　−−・・・（７１で与えられる
。そして 二 が戎立するから、（３）　、　（６）　、　（７）　、
　（８１式よりπ 、σ０−ζ’ｒ”ω２ＣＯＳψ１ −　ζ　ｔ　ｒ　２　ω２ｓｉ口ｔ　・・＝−−＋９＋
次に第４図に示す様にｘ　−ｘ’面が角α〈α〉ψ１＝
”−Ｐ　）だけ移・た面を・−・・面とするとき、この
ｘ−ｘ’面における応力をσヶを計算する。やはり上述
と同様の考え方により次式で与えられる。

・・・・・（１０） ただし π−ψ１≧ｄ≧ψ１ （１０）式においてσ。が最少になるのは、αを変数と
してみると α−一　・・・・・・・（１２） のときであることがわかる。したがってこのときσａは
く１０）式より 一ζ’　ｙ２ω２　（１−ｃｏｓ’！　）　＝＝・＝−
（１ｓ）となる。

又最大は “−ψ　−−−（１４） “−ψ１−２ のときてあり、このとき σ　−工ζｔ　ｒ２ω２（１−ｃｏｓψ）α−２ ＝ζｔ　ｒ２ω２Ｓ１？於　・・・・・・・・・（１５
）となる。

以上のように保護ケース３ａの各部での引張り応力が算
出できたことになるが、第３図のｘ　−ｘ’面の引張り
応力が第４図のｘ−ｘ’面より大きく、かつ最大となる
ことは（９）式と（１５）式を比較してｓｉｎ　）ｓｉ
ｎ２ｒ　（ｏ（’（’　）２　２　２ であることから容易にわかる。さらに（１５）式で与え
られるσヶは、第３図のｘ−ｘ’面がψ１（−ζ克）迄
移０ルだ位置でみることから、ｘ−ｘ’面かψ１迄の間
にσ。より大きな値をもつことがないことは、（１ｏ）
式がα＝五二層（最大、α−二で最小２　２ となる単一増減の関係にあることからも容易に推察され
る。

したかって、第３図ｘ　−ｘ’面のσ。が最大で、（９
）式で与えられ、最小はｘ　−ｘ’面かα−ｉにおける
とき、即ち磁石３の中央で、最大値であるＸ　−Ｘ′と
直角な面にひいててあり、（１３）式にて与えられるも
のである。そしてその比を（９）式と（１３）式より比
較すると σａ／σ。＝　（１−ｃｏ４）　／／！、、１１４−（
１６）となる。

ここてψは一般に１２０°〜１３００がとられる場合が
多いか、仮りに１３０°　とすると′７“／σ０は（１
６）式より σα／σ０丑０．６４ となり最大値の約６４％の引張応力となる。

ここで本発明の一実施例を第６図に基ついて以下説明す
る。この図においては、第１図〜第４図々同様な構成を
採用しているので、相逮する点について主に説明する。

１ｏは熱硬化性接着剤テープである（以下テープと呼ぶ
）。本実施例ではテープ１０として熱硬化性樹脂含浸グ
ラスファイバーテープを使用したが、熱硬化性樹脂を含
浸してあればどんなテープであってもよい。このテープ
１０は円弧状磁石３の外周表面に複数回巻回しているも
のである。

第５図は、テープ１ｏを複数回円弧状磁石３の外円面に
巻回しているわけであるが、その巻き初め端部及び巻き
終り端部の合せ部１０ａを重ねることなく、円弧状磁石
３の略中夫に位置させている。

これは重ね合せるとその部分の厚みが巻回数にテープ１
０１枚分の厚みを加えたことになり、ステータ５との空
隙をせばめることになる。従って空隙寸法をより大きく
とる必要があり、円弧状磁石３の磁束洩れが大きくなる
ことなど磁石の有効利用の面で不経剤である。又重ね合
せることによりロータのアンバランスの原因にもなるな
ど欠点ミが、多分にある。

しかし、第６図の場合、テープ１ｏの合せ部１０ａでは
テープ１０１枚のみとなるが、これまで説明してきた通
り、合せ部１０ａを円弧状磁石３中夫に位置させること
により、仮りに円弧状磁石３がヨーク２とはずれたり、
あるいは円弧状磁石３が破損しテープ１ｏが遠心力を受
けたとしても、その受ける引張応力は第５図の合せ部１
０ａが最小となる。そしてその応力は最大値に比べ約６
４係となることは、先に説明した通りである。

丑だ円弧状磁石３がヨーク２よりはずれた場合に、第３
図、第４図で設定したようになることはすでに説明の通
りである。

又他の実施例として第６図に示すように、テープの合せ
部１０ｂを重ね合わせ、この合せ部を円弧状磁石３０円
周方向空間部３ｂに位置させることにより、ロータのア
ンバランスは否めないが、ステータ５との空隙寸法の問
題は解消できる。又この位置は最大応力が発生するが、
第６図に示すように合せ部１０ｂを重ね合せることによ
り巻回］へにテープ１０１枚分が加わることになり、そ
の強度は増すことになる。

次に第７図に示すように、ヨーり２に凹部１１を設け、
この凹部１１に磁石３を嵌合固着させることにより、磁
石３の収シ付けの位置決めになると同時に回転力に対す
る磁石３０円周方向ずれを防ぐものである。

又第８図に示すようにケイ素鋼板等、ステータと同材料
を利用した板材を軸方向に積層させてヨク１２を構成す
ることにより、材料ロスが少ない」二にステータのプレ
ス加工時に同時に加工も可能である。又第７図の凹部１
１を設けることも、プレス加工によるため容易に作るこ
とが可能となる。

発明の効果 上述のように、本発明の磁石回転型電動機は、円弧状磁
石外周表面に熱硬化性接着テープを複数回巻回したもの
であり、テープの合せ部の位置、及びその合せ方を配慮
すれば、効率低下をきたすことなく遠心力保護に対し理
論的にも充分納得のいく安全性が得られるものであり、
その利用価値いり常に大きなものである。なお、本実施
例の電動機以外の磁石回転型電動機においてもその効果
が全く同様であることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の磁石回転型電動機を示す全体構成の断
面図、第２図は同ロータの断面図、第３図、第４図は説
明用のロータ断面図、第５図は本発明の一実施例を示す
磁石回転型電動機のロータを示す断面図、第６図〜第８
図はそれぞれ木発クイの他の実施例を示すロータの断面
図である。 ２・・・・・円筒形ヨーク、３・・・・円弧状磁石、１
０・・・・・熱硬化性接着テープ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）動力伝達軸に円筒形ヨークを介して複数の円弧状
   磁石を円周方向に空間を有して固着したロータと、この
   ロータの外周に空隙を有して配設した巻線の巻回された
   ステータと、ロータ位置検出センサーと、このセンサー
   の信号に対応して上記ステータに回転磁界を作る制御回
   路とを有し、上記円弧状磁石の外周表面には熱硬化性接
   着テープを複数回巻回した磁石回転型電動機。 （２）熱硬化性接着テープはその巻き初め端部及び巻き
   終り端部を非重ね状態にし、これを円弧状磁石の略中央
   に位置させた特許請求の範囲第１項記載の磁石回転型電
   動機。 （３）熱硬化性接着テープの巻き初め端部及び巻き終り
   端部を重ね合せ、この合せ部を円弧状磁石の円周方向空
   間部に位置させた特許請求の範囲第１項記載の磁石回転
   型電動機。 （４）円筒形ヨークに円弧状磁石が嵌合する凹部を設け
   た特許請求の範囲第１項記載の磁石回転型電動機。 （６）円筒形ヨークは磁性体板材を軸方向に積層させて
   なる特許請求の範囲第１項記載の磁石回転型電動機。