JPS62268344A - 高透磁率コイルを用いた高トルク同期モ−タ - 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 本発明は永久磁石式の同期モータに関し、特に、そのス
テータコイルの改良に関する。

従来の技術 永久磁石式の同期モータにおいて、ロータ及びステータ
をディスク状にして無鉄心のディスク状モータはすでに
開発されている。また、ロータ及びステータをシリンダ
状にし、無鉄心のシリンドリカルモータも提案されてい
る。

発明が解決しようとする問題点 このような永久磁石式の無鉄心同期モータでは、ステー
タコイル部の磁束密度を如何にして上げるか、というこ
とが、モータの性能を上げる上で重要な要素である。な
ぎなら、モータのトルクを王と表わすことにＪると、 Ｔ＝Ｂｌ−−ｉ　　−ｒ　　　　　　　　　−・・・・
・　＜　　１）と表わすことができる。

Ｂ：磁石外部の磁束密度（ステータコイル部の磁束密度
） Ｌ：磁界中、磁界とロータ回転方向に垂直な導体長総和 ｉ　：導体中を流れる電流 ｒ：ロータの平均半径 この式から、高トルクを得るためには磁束密度Ｂを上げ
てやれば良いことは明らかである。

今、使用する磁石の減磁曲線（ヒステリシス直線の第２
象限）が第１１図に示すにうであるとする。このグラフ
で、横軸は磁石に働く減磁界Ｈ（Ｏｅ　）　、縦軸は磁
石外部の磁束密度Ｂ　（Ｔ）である。この磁束密度Ｂと
減磁界Ｈの比は、磁石形状と磁石とステータのヨークの
間の空隙の形状によって次のように表わされる。

−Ｂ／Ｈ＝　　μ　・　Ｌｍ　　　−ＡＣ＋　　／　　
（Ａｍ　　　−ＬＱ　　）・・・・・・（２） なお、 μ　：透磁率 しｍ　：１１石厚さく磁力線方向） Ａｌｌｌ：Ｉｉ石断面槓（磁力線と垂直）Ｌｇ：空隙良
さく磁力線方向） 八〇　：空隙断面１（磁力線と垂直） であり、この透Ｗｉ率μ、！ｉ石長さＬｌｌｌ　、　１
１１断面積Ａｍ、空隙長さしｇ、空隙断面積Ａ（ｌは一
定値であるから、上記第（２）式の方程式は第１１図中
直線ρで表わされ、この磁石の減磁曲線とこの直線ρの
交点の座標が、磁石の減磁界Ｈと磁石外部の磁束密度Ｂ
を表わしている。そして、ディスク状またはシリンダ状
の無鉄心同期モータではモータの構成上磁石断面積Ａｍ
と空隙断面積Ａ（］はほぼ等しいので、第（２）式は Ｂ−−Ｈ−μ・Ｉ　ｌｉｔ　／ｌ　（１−・・・・（３
）となり、直線ρの傾ぎを大きくして、磁石外部の磁束
密度Ｂを大きくし、その結果、トルク］−を大きくする
には第（３）式よりＬｎ／Ｌ（］を大きくする必要があ
る、７ しかし、コストの面から、磁石の厚さｌ−ｍを大きくす
るは限界がある。したがって、空隙長さしｑを小さくす
ることを考えるのである。

ところが、ステータコイルに銅を用いてい１ｃデイスク
状またはシリンダ状の従来型の無鉄心同期モータでは、
銅の透磁率がほぼ真空の透磁率と等しいため、 Ｌｏ−（コイル部の厚み士磁石とステータコイル間のギ
ャップ）　　　　・・・・・・（４）である。第（１）
式の磁束密１ｉＢを上げるためには、第（４）式よりコ
イル部の厚みを薄くする必要があるが、一方、コイル部
の厚みが薄くなると、第（１）式における磁界内での有
効導体長しが小さくなってしまう。したがって、トルク
Ｔを最大にする最適な磁束密度Ｂ、空隙長さＬ（＋とが
存在することになる。これは逆に、銅でステータコイル
を構成すると無鉄心同期モータの性能に限界があること
を示している。

そこで、本発明の目的は、空隙長さＬＯを小さくして磁
石外部の磁束密度Ｂを大きくしてモータの出力トルクＴ
を大きくした高トルク同期モータ６一 を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明は、永久磁石式の無鉄心同期モータにおいて、ス
テータコイル部を透磁率の高い金属で構成されたコイル
で構成し、ロータは、上記ステータコイル部の両面に一
定空隙をもって対面するよう透磁率の高い金属に固着さ
れた永久磁石を持ち、該ロータの永久磁石は互いに対向
する磁石内の同一方向に磁束が貫通Ｊるように着磁され
、ロータの円周方向に交互に極性が変わるように配設す
ることによって上記問題点を解決した。

作　　用 ステータコイル部に銅の代わりに透磁率の高い材料（例
えば鉄、ニッケル、両者の合金であるパーマ０イ等）が
用いであるから、高透磁率材１１１の磁気抵抗はほぼ０
であるので、空隙長さＬ（＋の計算に高透磁率材料の部
分の長さは存在しないと考えてよい。したがつＣ１第（
４）式でコイル部の厚みは０と考えてＪ、く、その結果
、空隙長さＩｌｌは、 Ｌ（１＝　（磁石とステータコイル間のギャップ〉・・
・・・・（５） になり、第１１図の直線１の傾きは士数倍となる。この
ことは、有効導体長りを全く犠牲にせずに、磁束密度Ｂ
を＾めることができることを示す。

言替えると、このことによりコイル厚みを自由に選択で
きる。つまり、導体長しの制限がなくなるため、出力ト
ルクＴを望みのままに大きくすることが可能となったの
である。

一方、ステータコイルを高透磁率材料にしたために起こ
る弊害もある。それは、ヒステリシス損、抵抗の増大に
よるジュール焦損である。

しかし、ヒステリシス損、は透磁率が大きい適当な材質
を選択することで充分小さくできる。

また、ジュール焦損についてみると、高透磁率林料は一
般に銅より電気抵抗が高く、例えば１００℃における銅
、鉄、ニッケルの各金属の抵抗係数ρは、 ＣＡＪ−２，２８Ｘ１０−８Ωｍ Ｆｅ　・　１５．０Ｏｘ１０−８Ωｍ　（高透磁率）Ｎ
ｉ・・・１１．１２ｘｌＯ−８Ω■　（高透磁率）であ
る。そして、導体の電気抵抗Ｒは Ｒ−ρ・Ｌ／Ｓ　　　　　　　　・・・・・・（６）で
計算される。ここで、 ρ：抵抗率 Ｌ：導体長 Ｓ：導体断面積 である。したがって、導体形状が同一であれば、抵抗の
比は抵抗係数の比に等しい。銅を鉄やニッケルに変える
と、抵抗は、鉄で６．６倍（１５，００／２．２８）、
ニッケルで４．９倍（１１，１２／２．２８）に増大す
る。そして、ジュール熱Ｗは Ｗ＝　１Ｑ−Ｒ・・・・・・（７） なお、ｉは導体中を流れる電流 であるから、同一の電流を流したときに発生するジュー
ル熱はニッケルステータコイルで４．９倍、鉄ステータ
コイルで６．６倍にもなる。しかし、高透磁率ステータ
コイルを採用することにより磁石外部の磁束密ＩＶ　Ｂ
が増大したので、第（１）９一 式より同一トルクを発生するためには、銅ステータの時
より少ない電流を流せばよい。そこで、これらの損得を
評価するために、一般的に知られているモータコンスタ
ントＭなる計算式を導入する。

それは、モータの出力トルクをジュール熱の平方根で割
ったもので、次式のように表わせる。

Ｍ　＝　Ｔ　ｙＪＷ ＝Ｂ−Ｌ−１−ｒ／（１通） −Ｂ・し・ｒ／証　　　　・・・・・・（８）ここで、 ■＝出力トルク Ｗ：ジュール熱 Ｂ：磁石外磁束密度 Ｌ：１ｉ界中、磁界とロータ回転方向に垂直な導体長総
和 ｉ　：導体中を流れる電流 「：ロータの平均半径 Ｒ：導体の電気抵抗 したがって、抵抗Ｒの平方根の増大よりも磁石外磁束密
度Ｂの増大の方が大きければ、それだけでもステータコ
イルを高透磁率材料に変えた意義が出る。また、多少の
損があるとしても、磁界内有効導体長を長く設計できる
ことで取り返すことができる。今、抵抗の増大は、ニッ
ケル４．９、鉄６，６だから、それぞれを用いて、磁石
外磁束密度Ｂが、それぞれ２．２倍、２．６倍以上にな
ればよい。磁石に４１．つＣ！Ｉｌｉ！イ【るが、はば
磁石外磁束密ＩＷＢは２．５（Ｒ程１徒まで高めること
ができる。

したがって、抵抗率増大にＪ：る損は全くないか、また
は軽微である。このことからまた、高透磁率材料は鉄よ
りニッケルの含有率の方が大きくて、抵抗率ρの小さい
ものを使用すればよい。

また、抵抗率Ｐの増大は磁界の変化によってステータコ
イルに生じる渦電流による発熱を低減させる働きもでて
くる。

磁界の変化による起電力をＶｓ、渦電流をｉＳ。

電気抵抗をＲとすると、単位時間当りの発生ずる熱量Ｑ
ｓは □ｓ　＝ｒ　ｓ　２　・Ｒ ＝ＶＳ　”　／Ｒ・・・・・・（９） と評価でき、抵抗Ｒが増大し例えば前述のように、ニッ
ケルで４．９倍、鉄で６．６倍となると、渦電流による
発熱ＱＳは１／４．９倍、１／６．６倍となり、渦電流
による発熱Ｑｓをおさえることができる。

実施例 第１図は、本発明の第１の実施例の基本ｍ造を示す図、
第２図は第１図の一部断面側面図で、本実施例はディス
ク状のステータとロータを有するディスク状同期モータ
の実施例であり、１はステータコイル部で、後述するよ
うに、透磁率の高い材料、例えば、鉄、ニッケルまた【
ま両者の合金であるパーマロイ等の金属の薄膜でコイル
パターンを形成し、該薄膜を積層してステータコイル部
１を形成しているものである。２はロータで、透磁率の
高い金属で構成されたヨーク３ａ、３ｂに複数の永久磁
石４ａ　、４ｂが接着等によって固着されており、該永
久磁石−４ａ、４ｂはディスク状ロータ２の円周方向に
対し、交互に磁極が変るように相接してヨーク３ａ、３
ｂに接着され、該永久磁石４ａ、４ｂは各々ステータコ
イル部１に一定の空隙をもって対面し、かつ、ステータ
コイル部１を介して対向している永久磁石４ａ　、４ｂ
は該永久磁石４ａ、４ｂ内を同一方向に磁束が貫通する
ように＠磁されている。その結果、例えば、１つの永久
磁石４ａから出た磁束はステータコイル部１を貫通し対
向する永久磁石４ｂを通り、ヨーク３ｂを通り、隣りの
永久磁石４ｂ、ステータコイル部１を貫通し、対向する
永久磁石４ａを通り、ヨーク３ａを通って元の永久磁石
４ａに戻る磁路を形成することと（２る。即ち、第２図
に示すように磁路５が形成され、ステータコイル部１に
は垂直に磁束が貫通するようになる。

このように、ステータコイル部１を挾むようにしてステ
ータコイル部１の両面に永久磁石４ａ。

４ｂを配設したから、磁束がステータコイル部１の表か
ら裏、裏から表へと垂直に貫通ずるものである。第４図
に示すステータコイル部２０の片側に高透磁率のヨーク
２１を設け、ステータコイル部２０と対向して永久磁石
２３が一面にしかない従来の構造であると、ステータコ
イル部２０の材料が銅であるならば、一方の永久磁石２
３から出た磁束はステータコイル部２０＠貫通しヨーク
２１を通り、再びステータコイル部２０を貫通し隣の永
久磁石２３を通り、永久磁石が固着されたヨーク２２を
通り元の永久磁石２３に戻る磁路２４を形成し、磁束は
ステータコイル部２０を垂直に貫通するが、しかし、本
発明のようにステータコイルの材料を透磁率の高い金属
で構成した場合、ヨーク２１とステータコイル部２０の
材質の区別がなくなるため、第４図２４′に示すような
磁路が形成され、磁束が部分的にステータコイル部２０
に沿って通り、磁束とステータコイル部２０のコイルに
流れる電流によって形成されるローレンツ力はロータを
回転させる方向ではなく、ロータを吸引したり反発した
りする方向に働いてしまう。

このために、第１図に示すように、ステータコイル部１
を挾むようにステータコイル部１の両面に永久磁石４ａ
　、４ｂを配置し、その永久磁石４ａ、４ｂが外側に］
−り３ａ　、３ｂを配置して磁束がステータコイル部１
を貫通するようにしたもので、第３図に示Ｊように、永
久磁石４ａ、４ｂから対向する永久磁石永久磁石４ｂ、
４ａへとステータコイル部１を垂直に貫通する磁束の磁
路５が形成され、ステータ」イルを高透磁率の材料で構
成しても、磁束がステータコイル部１を垂直に貫通する
ようにしたちのである。

次に、ステータコイル部１について述べる。

第５図はステータコイル部１を構成する１ステータコイ
ル６の平面図で、該ステータコイル６は薄膜の高透磁率
材料、例えばニッケル、鉄または鉄とニッケルの合金の
パーマロイ等で構成され、ドーナツ状の円盤を形成して
おり、該円盤にはロータ２の永久磁石４ａ、４ｂの幅（
ロータ２の円周方向における永久磁石４ａ　、４ｂ　１
個の長さ）と同一間隔で該円盤の外周部及び内周部に交
互に明銭し部を設けた切込み溝７，８が設けられており
、該切込み溝７．８間には後述する渦電流防止のための
切込みのスリット９が多数半径方向に設けられている。

そして、該円盤の一端には端子１０．１１が設けられ、
両端子１０．１１間は明銭し部のない切込み溝１２が設
けられてコイルパターンを形成している。このステータ
コイル６のドーナツ状円盤形状、切込み溝７．８，１２
．スリット９．端子１０．１１等はステータコイル６を
形成する高透磁率金属が薄膜であることから、エツチン
グによって薄膜材料からすべて形成する。

エツチングによってこのコイルパターンを形成したとき
、レジストに耐熱絶縁性のもの、例えばポリイミド系の
レジストを用いればレジストが各切込み部の絶縁となる
し、また、後述するようにステータコイル６を積層して
ステータコイル部１を形成するときもこのレジスト膜が
絶縁膜として作用する。なお、エツチング処理終了後高
耐電、耐熱性のワニスを切込み部に含浸させて絶縁を確
実にしてもよい。こうして得られたステータコイル６は
一方の端子１０から電流を流すと、切込み溝７．８の各
明銭し部を通り、電流は各切込み溝７゜８間のロータ２
の永久磁石４ａ、４ｂの幅を半径方向に交互に逆方向に
流れ、端子１１間で流れるコイルパターンが形成された
こととなる。

このステータコイル６を第６図（イ）に示すように多数
接着し積層する。この際、三相のモータであれば各相を
構成するステータコイル６は切込み７，８溝間の幅ｄ１
即ちロータ磁石４ａ　、　４ｂの１極の幅ｄの２／３だ
けずらしてステータコイル６を接着し、同相を構成する
ステータコイル６は同位置に接着し、同相のステータコ
イル６の隣り合うステータコイル間の端子１０と１１を
接続して同相のステータコイルは直列に接続する。例え
ばＵ相を構成するステータコイル６の次に■相のステー
タコイル６を２／３ｄだけずらして接着し、次にこのＶ
相のステータコイル６から２／３ｄだけずらしてＷ相の
ステータコイルを接着し、次にＵ相のステータコイル６
を、前に接着したＵ相のステータコイル位置と同位置に
接着する。以下同様に接着して、ステータコイル６を積
層して第６図（０）に示すようなステータコイル部１を
形成している。

以上のように、本実施例のモータは構成されているから
、ステータコイル部１に駆動電流を流すと、電流はステ
ータコイル部１の各ステータコイル６の切込み溝７．８
間を交互に逆向に流れ、磁界内ではローレンツ力を発生
する。ロータ２側の永久磁石はステータコイル６の切込
み溝７．８間の幅と同じ幅で磁界が反転しているから、
各切込み溝７．８間で発生するローレンツ力はモータの
軸に関して同一回転方向に働きロータ２を回転せしめる
。しかも、ステータコイル６が多層に積層され、かつ、
直列に接続されているから、磁界中の導体長１は大きく
大トルクを出力することができる。特に、ステータコイ
ル部１が高透磁率の材料で構成されていることから、空
隙、長さＬ（Ｉはこのステータコイル部１の厚みを無視
でき、ステータコイル部１と各永久磁石４ａ、４ｂ間の
ギャップのみとなり、第（２）式より永久磁石外の磁束
密度Ｂは大きな値とな′す、第（１）式よりモータの出
力トルク丁を増大させることができる。さらに、ステー
タコイル部１はステータコイル６が積層により構成され
、かつ、該ステータコイル部１には両側に配置されたロ
ータ２の永久磁石４ａ。

４ｂにより垂直な磁束が貫通するしているから、磁界中
、磁界とロータ回転方向に垂直な導体長総和りは大きく
することができ、しかも、この導体長総和１を大きくす
るために、ステータコイル６をいくら多層にしたとして
も、前述したように空隙長さＬ（ｌはステータコイル部
１と各永久磁石４ａ、４ｂ間のギャップのみで一定であ
るから、磁束密度Ｂの減少は伴わず、ステータコイル部
１の厚みを厚くしてこの導体長総和りを制限なく大きく
でき、モータの出力トルクＴも第（１）式より、導体長
総和りの増大に伴って制限なく大きくすることができる
。

そこで、この実施例に示したロータ２の永久磁石４ａ、
４ｂの幅と同一の幅で形成したステータコイル６を積層
して形成した同期モータのモータコンスタントＭについ
てみると、第（６）式をモータコンスタントＭの計締式
である第（８）式に代入すると Ｍ−Ｂ・１−・ｒ／ＥｌａフＳ　　　・−・・・（１０
）ここで、 Ｂ　：磁石性磁束密度 Ｌ　　：ｌａ磁界中磁界とロータ回転方向に垂直な導体
長総和 ｒ　　：ロータの平均半径 ρ　：抵抗率 Ｌａ：導体長総和 Ｓ　：導体断面積 である。

この実施例のロータ２の永久１？Ｅｉ４ａ　、４ｂの幅
と同幅の切込み溝７，８間により導体を形成するステー
タコイル６にあっては、磁界中、磁界とロータ回転方向
に垂直な導体総和１−は導体長総和ｌａとほぼ等しいと
考えてよいから、第（１０）式％式％（１１） となり、モータコンスタントＭは磁界内有効導体長しの
平方根に比例して増大することがわかる。

そして、第（１）式よりトルクＴは磁界内有効導体長り
に比例していることから、磁界内有効導体長りが長けれ
ば長いほど七−タコンスタントＭが大ぎく、出力トルク
丁の大きい高性能のモータを得ることができることを意
味している。しかし、漏れ磁束対策として、ステータコ
イル部１の厚さが永久磁石４ａ　、４ｂの幅ｄの１／２
以下になるように配慮しなければならないことから、自
ずからステータコイル６の積層量も決まるが、極数を少
なくして、永久磁石の幅を広くすれば、その分だけステ
ータコイル部１の厚みを増し、磁界内有効長りを長くし
て出力トルクＴを増大させることができる。

以上の実施例においでは、厚みを薄くし、その幅をロー
タ２の永久磁石４ａ、４ｂの幅と同じにステータコイル
６を積層してステータコイル部１を構成したが、必ずし
もこのようなステータコイル部１でなくてもよい。従来
のディスク状モータに使用されているにうな、ロータの
永久磁石の幅と同じ幅と幅内に渦巻状の導体パターンを
形成してステータコイルを形成する第７図に示すような
ステータコイルでもよい。第７図に示すようなコイルパ
ターンのステータコイルにおいても、該コイルを構成す
る材料を高透磁率にすれば、前）ホしたように第（２）
式における空隙長さＬ（＋は小さくなり、磁石外部の磁
束密１ｆＢを大ぎくし、その結果、第（１）式で示す出
力トルクＴを大きくすることができる。また、モータコ
ンスタントＭについても前述したように、抵抗Ｒの増大
（抵抗Ｒの平方根の増大）よりも磁束密度Ｂの増大の方
が大きくとれるので、モータコンスタントＭは同じ渦巻
状のコイルパターンで銅で形成されたステータコイルよ
り、本発明による高透磁率材料で形成されたステータコ
イルの方が大きくなり、高トルクのモータが得られる。

しかし、この渦巻状のコイルパターンのステータコイル
にあっては第７図（イ）で示すように、ロータの回転方
向とは異なる方向にローレンツ力を発生する部分があり
□、この部分はロータの回転に寄与せずに発熱だけを行
う無駄な部分があり、第５図に示すような厚みが薄く、
幅が１永久磁石幅と同じ幅のコイルパターンの方が出力
トルクに対する発熱の割合が少なくて済む。また、渦電
流による発熱についてｂ１１ｂ図に示すようなコイルパ
ターンは、第７図に示づような渦巻状のコイルパターン
と比較し、導体の幅を広り１゛る代わりに導体の厚さを
薄クシて、断面積をほぼ等しいものにしているものであ
るから、同導体長であれば抵抗は同じであり、第（９）
式より渦電流による同じ量の発熱があると考えられるが
、渦巻状のコイルパターンでは形成できないスリット９
を第５図の幅の広いコイルパターンは形成することがで
き、スリット９間の渦電流はその方向が逆となり打消さ
れ、第８図に示すような渦電流１３となり、渦電流を低
減させているから、この点からも、第５図に示すような
」イルパターンで形成されたステータコイルの方が有利
である。

第９図は、本発明の第２の実施例を示す一部断面側面図
で、本実施例は、ロータ及びステータをシリンダ状に構
成したシリンドリカル同期モータである。

３０は円筒状のステータで、ボルト３３で固着された２
つのステータ部材３０ａ　、３０ｂにステータコイル部
３１が固着されている。３４は円筒状のロータで、該ロ
ータ３４のヨークを形成する２つのＯ−夕部材３４ａ、
３４ｂはボルト３７で固着され、ロータ部材３４ａ　、
３４ｂには永久磁石３５．３６が上記ステータコイル部
３１と各々対面するよう一定間隙をもって多数接着され
ている。ロータ３４はステータ３０にクロスローラ軸受
３８によって回転可能に結合されている。なお、３９．
４０はクロスローラ軸受３８を止める止め具、４１は蓋
、４２はロータ３４にロボット等の被駆動体の軸を固着
する取付穴、４３．４４はボルトである。

円筒状のロータ３４のヨーク３４ａ　、３４ｂには、該
ロータの円周方向に一定幅ｄの永久磁石３５．３６がそ
の極性が交互に変わるように配列接着されており、ステ
ータコイル部３１を介して相対向する永久磁石３５．３
６は磁石内を同一方向に磁束が貫通するように着磁され
ており、その結束、一方の永久＆ｔ１石、例えば永久磁
石３６から出た磁束はステータコイル部３１を貴通し、
該一方の永久磁石３６と対向する他方の永久磁石３５に
入り、ヨーク３４ａを通り、他方の永久磁石３５と隣接
する永久磁石３５をとおり、ステータコイル部３１を貫
通し、上記隣接する永久磁石と対向する永久磁石３６に
入り、ヨーク３４ｂを通り元の永久磁石の戻る磁路が形
成される。すなわち、第９図において、ロータ軸に垂直
な任意の位置で切断し、シリンダ状のロータ３４及びス
テータコイル部３１を直線状にしたとき、上記第一の実
施例における第３図と同じような構成となり、この第３
図における１はステータコイル部３１に対応し、４ａ　
、４ｂは永久磁石３５．３６と対応し、３ａ　、３ｂは
ヨーク３４ａ　、３４ｂと各々対応し、第３図に示すよ
うに、ステータコイル部３１には磁束がステータコイル
部３１に対して垂直に貫通することとなる。

一方、ステータコイル部３１は複数のステータコイル部
４５が積層して構成されており、該ステ一タコイル４５
は高透磁率材料にッケル、鉄。

パーマロイ等）の薄膜よりエツチングによって第１０図
に示すような形状、構造のものを作成する。

すなわち、ロータ３４の磁石３５．３６の１極の幅ｄと
等しい間隔に交互に幅方向に切残し部を設けた切込み４
６．４７を設け、該切込み４６．４７間には渦電流防止
のための細いスリットの切込み５０を多数設け、両端に
は接続用の突出部の端子４８．４９を設ける。このよう
な］コイル５の形状及び切込み４６．４７．５０は導体
薄膜が０．１１１１Ｒ以下という薄いものであるから、
エツチングによってすべて形成する。この際、レジスト
膜が、各切込み部の絶縁及びコイル４５を積層するとき
の絶縁膜として作用する等は第１の実施例と同様である
。こうして、作成されたステータコイル４５の両端を絶
縁材を介して結合し、シリンダ状とし、このステータコ
イル４５を多層に結合してステータコイル部３１′を作
成する。この際、三相のモータであれば、各相を構成す
るコイル４５は切込み４６．４７間の幅ｄ１すなわち、
ロー夕磁石３５．３６の１極の幅ｄの２／３だけずらし
てコイル４５を１６　！し、同相を構成Ｊる一］イル４
５は同位置に接着し、同相の一］イル４５の隣り合うコ
イル間の端子４８．４９を接続して同相の］イルは直列
に接続する点は第１の実施例と同様であり、その結果、
ステータコイル４５に電流を流すと、電流は切込み４６
．４７間を交１１に逆向きに流れ、また、［１−夕３４
の永久磁石３５，３６の磁界の方向も交ひに反転してい
るから、各切込み間で発生するローレンツ力はモータの
軸に関して同一回転方向に働き、ロータ３４を回転させ
ることとなる。

以−Ｌのように、本箱２の実施例は、第１の実施例にお
しＪる第１図のディスク状形状のものをシリンダ状に変
えたものであり、ステータコイルに高透磁率材料を使用
しているので、第１の実施例と同様第（２）式にお（）
る空隙長さｌ−（＋が小さくなり、磁石外部の磁束密度
Ｂを大きくすることができ、第（１）式よりモータの出
力トルクＴを増大させることができる点、及び第（１）
式中、磁界中、磁界とロータ回転方向に垂直な導体総和
１−を大きくできる点、第（８）式及び第（９〉式にお
けるモータコンスタントＭを大きくできる点、第（９）
式における渦電流による発熱を低減させる点等はすべて
第１の実施例と同一である。

ただ、異なる点は、第１の実施例においてはロータ及び
ステータがディスク状であるから、ローレンツ力を発生
ずる位置がロータの半径上に沿った位置となる。そのた
め、第（１）式でのモータの出力トルクＴはロータの平
均半径をローレンツ力に乗じた値となっている。しかし
、シリンドリカルなモータであるとローレンツ力を発生
する位置はロータの一定半径位置であり、第（１）式の
ロータの平均半径ｒはロータの半径と等しくなる。

そのため、ディスク状モータとシリンドリカルモータと
を比較すると、外径が同じ場合、ディスク状のモータよ
りシリンドリカルモータの方が大きなトルクＴを出力で
きることを意味している。

発明の効果 以上述べたように、本発明は、永久磁石式の無鉄心同期
モータにおいて、ステータコイルを透磁率の高い金属で
構成したから、ロータとステータ間の空隙長さが純粋に
永久磁石とステータコイル部間のギャップのみとなり、
ステータコイル部の磁束密度を大きくづることができ、
これによりモータの出力トルクを増大することができる
。また、ステータコイルを積層しでステータコイル部を
形成するとき、ステータコイル部の厚みはロータとステ
ータ間の空隙長さに関係しなくなっているため、積層を
大きくし導体有効長を長くしてもステータコイル部の磁
束密度は減少しないから、ＴＩ！ｉ層を多くして導体有
効長を長くして高トルクの七−タを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の基本構造を示す図、第
２図は第１図の一部断面側面図、第３図は第１の実施例
に４３いて永久磁石から発生する磁束の磁路の説朗図、
第４図は従来のディスク状の構造にしたときの磁路の説
明図、第５図は第１の実施例におけるステータコイルの
平面図、第６図（イ）、（ロ）は第１の実施例における
ステータコイル部の製造を説明する図、第７図は渦巻状
のコイルパターンのディスク状ステータコイルの一部平
面図、第８図は本発明の第１の実施例におけるステータ
コイルに発生する渦電流を説明するだめの図、第９図は
本発明の第２の実施例のシリンドリカル同期モータの一
部断面正面図、第１０図は同第２の実施例のステータコ
イルの展開図、第１１図は磁石の減磁曲線を示す図であ
る。 １．３１・・・ステータコイル部、２，３４・・・ロー
タ、３ａ　、３ｂ　、３４ａ　、３４ｂ　−・・ヨーク
、４ａ　、４ｂ　、３５．３６・−・永久磁石、６．４
５−・・ステータコイル、７．８．４６．４７・・・切
込み、９．５０・・・スリット。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）永久磁石式の無鉄心同期モータにおいて、透磁率
   の高い金属で構成されたコイルよりなるステータコイル
   部を有するステータと、上記ステータコイル部の両面に
   一定空隙をもって対面するよう透磁率の高い金属に固着
   された永久磁石をもつロータと、該ロータの永久磁石は
   互いに対向する磁石内の同一方向に磁束が貫通するよう
   に着磁され、ロータの円周方向に交互に極性が変わるよ
   うに配設されていることを特徴とする高透磁率コイルを
   用いた高トルク同期モータ。
2. （２）上記ステータとロータはディスク状に構成されて
   いる特許請求の範囲第１項に記載の高透磁率コイルを用
   いた高トルク同期モータ。
3. （３）上記ステータコイル部は、透磁率の高い金属のド
   ーナツ状円板薄膜に上記永久磁石の１極の幅と同じ幅を
   もって該ドーナツ状円板薄膜の外周部及び内周部に交互
   に切残し部を有する切込みを設けたコイルを形成する導
   体薄膜を積層して接着されている特許請求の範囲第２項
   記載の高透磁率コイルを用いた高トルク同期モータ。
4. （４）上記ステータとロータはシリンダ状に構成され、
   上記ステータのステータコイル部は上記永久磁石の１極
   の幅と同一幅で軸方向端部に交互に切残し部を有する切
   込みを設けたコイルを形成する透磁率の高い金属の導体
   薄膜を積層して接着されている特許請求の範囲第１項記
   載の高透磁率コイルを用いた高トルク同期モータ。
5. （５）上記コイルを形成する導体薄膜の切込み間には渦
   電流防止のための切込みのスリットが多数設けられてい
   る特許請求の範囲第３項または第４項記載の高透磁率コ
   イルを用いた高トルク同期モータ。
6. （６）上記コイルを形成する導体薄膜のコイル形状及び
   各切込みはすべてエッチングによって形成、作成される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項、第４項または
   第５項記載の高透磁率コイルを用いた高トルク同期モー
   タ。