JPS604663B2 - 密実な非磁性電機子を有する永久磁石電動機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は特に直径方向に間隔を置いて配置さぜた２個の
ブラシを有しミシン、携帯型工具及びそれらの類似装置
などを駆動するのに適する小型永久磁石式直流電動機の
構造に関するものであり、このような用途においては小
型、軽量、高トルク対イナーシャ比、長ブラシ寿命及び
固有の電磁気的干渉（Ｅ肌：ｅｌｅｃｔｒｏｍａ劉ｅｔ
ｉｃ ｉｎｔｅｈｅｒｅｎＣｅ）がないことを重要な設
計ファクタとする分野への、上記電動機の応用を含む。

従来技術とその問題点我々の知る従来の永久磁石電動機
においては、電機子の直径に対して比較的小さい空隙を
使用することが必要であった。

鋼板の積層を有する従来型の電機子の場合には、トルク
対ィナーシャ比は４・さく、大きな電機子ィンダクタン
スが整流作用の低下及び固有的に大きい電磁気的干渉の
原因となった。これらの欠陥を解消するための手段は非
鉄電機子の採用であったが、４・さな空隙の制限は、導
体が薄いモールドされたディスク上に又は薄い環状のモ
ルードされた円筒形のドラム上に保持されている破損し
やすい電機子を使用する結果となった。どちらの場合に
おいても、そのような薄い板又は円筒形のドラムに対す
る電機子軸の所要の接続は困難な機械哲困難を生じたし
、好ましくない位置的不安定と制限されたトルク伝達さ
えも生ずる。発明の技術的課題 新しい希土類合金（ｒａｒｅ‐ｅａｒｃｈ ａｌｌｏｙ
）の永久磁石、特に「仏ｎｔｈａｎｅｔ」の商品名で販
売されている最近における永久磁石の採用により、永久
磁石電動機の設計に対する新しいアプローチが、本発明
により可能となり、それによって、４・さな空隙に関す
る前述の制限が除かれて、従来の欠点が解消されること
になる。

ここで術語「空隙（ａｉｒｇａｐ）」は、たとえば故ｂ
広‐Ｍｅｎｉｌｌ社から１９７０年に出版された近代電
子工学辞典（ＭｏｄｅｒｎＤｉｃｔｉｏｎａｒｙｏｆＥ
１ｅｃｒｏｎｉｃｓ）において「強磁性回路における非
磁性的な不連続」として定義されているごとく、当該技
術において正式に採用されている意味のものとして用い
る。本発明によれば、希±類合金の磁石を使用すること
により、実用的で、優れた特性を有する電動機の構造は
、回転のため両端において軸受けされている１本の円柱
状の回転軸上に堅固に取り付けられた、単一の密実な非
磁性電機子を取り付けるのに十分大きい１つの空隙を、
対向配置されている１対の永久磁石間に形成さしめるこ
とによって実現できることがわかった。

本発明の電動機における電機子は、整流電流が流れる巻
線を取り付けるための溝をその周辺に設けるのに十分な
大きさである。比較的大きな寸法の空隙であるにもかか
わらず、従来型の電動機を凌ぐ多くの利点を有する実用
的な直流電動機を具現するのに充分な空隙磁束密度が、
希±類元素酸化物合金磁石の高い保磁力によって達成さ
れるのである。第１図を参照すると、透磁性材料で作ら
れたＵ字型縦鉄２は、好ましくは電気絶縁材料で作られ
、ねじ７一７によって継鉄２に固定されたブラシ板３と
共に、電動機のための支持枠を形成している。

継鉄２の各脚部の内面にェポキシ接着剤によつて固定さ
れているものはブロック状永久磁石４であって、これら
は電磁子の外周側に配置されることになる。

これらの磁石４一４は希土類コバルト合金、特に「仏ｎ
川ａｎｅｔ」の商品名で販売されているもので作られる
ことが好ましい。各々の磁石はその小寸法の部分を通し
て磁化され、ついで第１図において文字Ｎ，Ｓで示され
ているように、それらの各磁石はその内面が互いに逆極
性の平坦な極を有し、電動機作動用の単一の空隙を形成
するように、相対的に逆の関係にして組み立てられる。
本発明の永久磁石４−４は粉末冶金法によって成形され
、機械的加工が困難であるので、棒状又はブロック形状
が製作上最も経済的な形状であって、これが作動用空隙
に均一な磁束密度を形成する平坦な磁極面構造を与える
。

したがって、ここでは棒状またはブロック状のものが好
ましい形状として示されている。しかし、作動用空隙内
の理想的磁束分布としては、良好な整流作用の見地から
すれば、磁極の尖端において整流作用を受けている電機
子巻線の滑動部の配置個所の近傍では、磁束密度が減少
していることが必要とされる。

これは凸形磁極面２０−２０が明示され、明らかに本発
明の範囲内の変形を示す第３図のように、磁極面を僅か
凸形にすることによって達成される。継鉄２は磁石４一
４によって供孫舎された磁束に対する低磁気抵抗の帰路
としての役目を果し、磁石４一４の大きな保磁力のため
、磁極Ｎ−Ｓ間の空隙に高い磁束密度の作動用磁界を生
ずることが理解される。

前述の空隙の中心に置かれているものは密実な円筒形電
機子５である。

この電機子５はどんな非磁性材料で作っても良いが、本
発明の目的に対しては、軽量のモールド用プラスチック
絶縁材料を使用して、回転軸６を含め−対的にモールド
することが好ましい。軸６はその一端が継鉄２に位置し
、かつ、その他端はブラシ板３に位置するように適当な
軸受装置により回転自在に支承されている。この構造は
空隙内で電機子に堅固な位置的安定性を与えるとともに
、軸６に対しても、最大のトルク伝達を許す。電機子５
は周囲に作られた縦方向の溝８を有し、その中に普通の
方法で面整流子１０へ接続された巻線９が取り付けられ
ている。

ブラシ１１一１１は、ブラシ板３に固定されたブラシ受
け１２−１２に保持され、これらのブラシ１１一１１が
整流子１０を押圧していることにより、当該技術分野で
周知の方法で、外部電源（図示されていない）から電機
子巻線９への通電が行われる。電機子５本体をあらかじ
め電機絶縁材料で作るようにすると、その溝の全空間８
を電機子巻線９の収容に一層有効に活用できるようにす
るため、個々の溝絶縁をほどこす必要は無く、個々の溝
絶縁を有する従来の鉄製電機子の場合よりも、溝当りの
銅量を大きくできる、という望ましい結果が得られる。
さらに、この密実な円柱形電機子は普通の巻線機に十分
適合してその巻線を自動的に巻くことができる。

おそらくいかなる場合でも、電機子の回転軸６の直径は
その非磁性円柱の直径と比較して小さいが、この回転軸
６を非磁性ステンレス鋼で製作すると、本発明における
電機子５には磁性材料が全く含まれていないので、非磁
性電機子５の存在は空隙内の磁束分布に影響をほとんど
及ぼさないか又は全く及ぼさず、従って、磁石４−４は
平坦な磁極を有するものとして極めて簡単に形成され、
空隙の磁束密度は所望のように均一性を有するものとな
る。

このことから当然、磁化方向と直角に測った永久磁石寸
法に相応した直径と長さを有する電機子構造となること
がわかるであろう。第２図からよく理解できるように、
電機子電流による電機子反作用起磁力は、Ｆ−Ｆに示さ
れている磁界磁束軸と本質的に直角な麹Ａ−Ａにほぼ沿
って作用する。従って、電機子反作用磁束の帰路は、主
として空気を通り、そして、高磁気抵抗と低磁束をもた
らる空気と実質的に同等の低透磁率の磁石４一４（希士
類合金が使用されているため）を横切って通過する。他
方磁界磁束の帰路は、低磁気抵抗と高磁束密度をもたら
す高透磁率の継鉄を通る。この高磁界磁束と低電機子反
作用磁束との組合わせは非常に望ましいものであって、
これは電機子電流による空隙磁束に実質的に歪みを生じ
なくする。かくして従来の普通の電動機のように、その
整流が負荷の変動によって影響されるようなことは全く
ない。さらに、電動機特性の長期間安定性に対しての重
要なフアクタである、電機子電流による永久磁石の減滋
効果は、事実上ないことになる。前述のとおりであるか
ら、本発明は特許請求の範囲記載のように、小型整流型
直流電動機のための斬新な構造を規定するものであり、
この構造によれば、この種の電動機の全特性が所望のも
のとなるように大幅に改善されることが明らかであろう
。

この本発明の特徴的構成は、外周側に対向配置された永
久磁石対の間に形成された単一の空隙において、電機子
の形成する円柱の軸線、すなわち、回転軸の軸線を中心
として回転するように、１個の密実な非磁性円柱形電機
子を設けるという原理を基礎としており、前記永久磁石
は前記電機子の鞠線に面して相互に逆極性に磁化された
磁極を有するとともに、この磁極が平坦か又は凸形の表
面を持つものとして形成すことができる。本発明の原理
は上記の他にも様々な応用方面に対して適用することが
でき、特許請求の範囲又はその他の個所にも述べられて
いる特徴を有しかつ、説明された構成の詳細に関して各
種の変形をほどこしたものを使用することができる。た
とえば軸のブラシを有する面整流子が本発明の作動用実
施例の説明として示されているが、円筒形整流子と放射
状のブラシを入れ換えることは、明らかに本発明の範囲
内である。さらに本発明は、電動機の大きさ及び出力容
量に応じて必要とされる所定数の磁極対を有する電動機
を、その範囲内に包含することが理解されるはずであり
、これは特に特許請求の範囲第２項の規定から明らかで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具現した一実施例の電動機構造の縦方
向の立面図、第２図は第１図の線２−２で切った断面図
、第３図は本発明の変形された他の実施例を示し、磁極
面が凸形を有する点を除き第２図と同様な断面図である
。 図において；２…・・・Ｕ字型継鉄、４…・・・外周側
配置の永久磁石、５…・・・密実な非磁性円柱形の電機
子、６・・・・・・回転軸、８・・・・・・電機子５の
電機絶縁材料本体に形成した溝、９・・・・・・電機子
巻線、１０・・・・・・面整流子、１１・・・・・・ブ
ラシ、１２・・・・・・ブラシ受け、１３……ブラシ板
。 Ｆｉ９．ｌ Ｆｉｇ．２ Ｆｉｇ．３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転軸上にそれと同軸状に取付けられ、かつ、整流
   電流が流れる巻線を有する、単一の密実な非磁性円柱の
   電機子を含んで成る電動機であって、前記電機子は、前
   記非磁性円柱の軸線に面し、かつ、互いに逆極性に磁化
   された磁極性を有する外周側配置の永久磁石対により形
   成される単一の空隙内において、前記軸線を中心として
   回転可能に支持されていることを特徴とする前記電動機
   。 ２ 非磁性ステンレス鋼の回転軸上にそれと同軸状に取
   付けられ、かつ、整流電流の流れる巻線を有する、単一
   の密実な非磁性円柱の電機子を含んで成る電動機であっ
   て： 前記電機子は、前記非磁性円柱の軸線に面し、か
   つ、互いに逆極性に磁化された磁極面を有する外周側配
   置の永久磁石対により形成される単一の空隙内において
   、前記軸線を中心として回転可能に支持されていること
   、 前記外周側配置の複数の永久磁石対はそれぞれ、交
   互に逆極性となるように磁化された磁極面を有すること
   、 を特徴とする前記電動機。