JPH01103146A - モータ - 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） 本発明はモータに関するものであり、特に、ロータのラ
ジアル軸受として流体軸受または滑り軸受を用いたモー
タに関するものである。

（従来の技術） モータにおいては、ロータのラジアル方向を支持する軸
受（以下、ラジアル軸受という）、およびスラスト方向
を支持する軸受（以下、スラスト軸受という）が必要で
あるが、ラジアル軸受として例えば玉あるいはころを有
するころがり軸受を用いる場合、当該モータの回転数、
負荷等の状態に応じては、前記ころがり軸受がスラスト
軸受の機能を兼用できる場合がある。

これに対して、ラジアル軸受として、流体軸受等のすべ
り軸受を用いる場合には、必ず流体軸受あるいは磁気軸
受を使用したスラスト軸受が必要となる。

ところで、周知のようにモータに流体軸受を用いる場合
、ロータおよびロータの支持体の少なくとも一方に圧力
発生用の溝を精度良く穿設する必要があり、このため、
モータの製作が面倒であり、また高価でなる。

また、モータのスラスト軸受に磁気軸受を使用する場合
、該軸受より発生する磁気回路の一部が、当該モータの
磁気回路の一部と一致するおそれがあり、これにより、
ロータ回転時に、該ロータがコギング（振動）するおそ
れがある。

これらの欠点を解決するために、実願昭６１−１９３２
７４号明細書には、ロータのスラスト方向の支持を、ス
ラスト軸受を設けずに、単にロータとステータとの間に
生じる磁気的吸引力のみで行うようにする技術が記載さ
れている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した従来の技術は、次のような問題点を有していた
。

すなわち、実願昭６１−１９３２７４号明細書に記載さ
れた技術は、スラスト方向の支持を、スラスト軸受を用
いずに行うことができるという点で、トロイダルモータ
の構成が簡略化され、またロータのコギングを防止する
ことができる。

ところが、スラスト方向の支持を、ロータに固定された
マグネットと、ステータに固定されたコアとの間に働く
磁気的吸引力のみで行うようしているので、前記マグネ
ットとして比較的磁力の大きい、また大型のものを用い
なければならない。

この結果、当該トロイダルモータが大型化すると共に、
その重量が増大する。

また、磁力の大きなマグネットは、一般に高価であるか
ら、当該トロイダルモータの製作費が増大する。

本発明は、前述の問題点を解決するためになされたもの
である。

（問題点を解決するための手段および作用）前記の問題
点を解決するために、本発明は、ロータおよびステータ
の一方に、ロータ回転軸方向に複数の端面が突出するよ
うにマグネット装置を設けると共に、ロータおよびステ
ータの他方に、前記マグネット装置の各端面と対向する
ようにその端面が突出する鉄心装置を設け、前記マグネ
ット装置を、その各端面のうち、互いに隣合うもの同士
の、対向する端面の磁極が逆極性となるように形成する
という手段を講じた点に特徴がある。

これにより、前記マグネット装置の互いに対向する端面
と、該各端面と対向する前記鉄心装置の端面との間に閉
じた磁気回路が形成されるので、ロータおよびステータ
間で強力な吸引力が生じるようになるという作用効果を
生じさせることができる。

（実施例） 以下に、本発明をトロイダルモータに適用した場合を例
にとって、詳細に説明する。

第２図は本発明の一実施例の概略平面図、第１図は第２
図の縦断面図のほぼ半分を示す図である。

各々の図において、金属等の磁性材料により形成された
ハウジング１の中央部には、主軸２が固定されている。

環状鉄心６１および環状鉄心６２は、磁性材料により、
それぞれ同一形状および大きさに形成されている。前記
環状鉄心６１および環状鉄心６２は、それぞれ突起６１
Ａおよび６２Ａを備えていて、それぞれの突起間には、
絶縁体７を介して駆動コイル８が巻回されている。なお
、第２図においては、絶縁体７は省略されている。

前記環状鉄心６２は、ハウジング１の底部との間にスペ
ーサ９Ａを介して、該ハウジング１の内壁に固定されて
いる。また、前記環状鉄心６１は、前記環状鉄心６２と
の間にスペーサ９Ｂを介して、前記ハウジング１の内壁
に固定されている。

前記環状鉄心６１および６２、ならびに磁性材料により
成型されたハウジング１の外壁部は、ステータの鉄心装
置を構成している。

ロータマグネット５１および５２は、同一形状および大
きさの環状マグネットである。

前記ロータマグネット５１は、符号Ｐ（第２図）で示さ
れる位置を境界として、その極性が逆となるように着磁
されている。詳しく言えば、第２図に示されるように、
ロータマグネット５１は、該ロータマグネット５１の外
周部において、Ｎ極およびＳ極が１８０度間隔で現れる
ように、かつその内周部においては、前記外周部に現れ
た極性と逆の極性が現れるように、着磁されている。

このロータマグネット５１は、磁性材料により形成され
たロータバックヨーク４に固定されている。

前記ロータマグネット５２も、前記ロータマグネット５
１と同様に着磁されていて、前記ロータバックヨーク４
に固定されている。この固定は、前記ロータマグネット
５１と対向する、ロータマグネット５２の磁極が、該ロ
ータマグネット５１の磁極と逆極性となるように行われ
ている。すなわち、ロータマグネット５１のＮ極と対向
するロータマグネット５２の磁極がＳ極となるように、
またロータマグネット５１のＳ極と対向する口°−タマ
グネット５２の磁極がＮ極となるように、ロータマグネ
ット５１および５２の固定が行われて　・いる（第１図
参照）。

前記ロータマグネット５１および５２の、ロータバック
ヨーク４への固定は、該ロータマグネット５１および５
２の中心面のピッチが、前記環状鉄心６１および６２の
中心面のピッチとほぼ同一となるように行われている。

前記ロータバックヨーク４は、流体軸受等のラジアル軸
受３に固定されている。

前記ロータマグネット５１および５２、ならびに前記ロ
ータバックヨーク４は、ロータのマグネット装置を構成
している。

さて、以上の構成を有する本発明の一実施例においては
、前述したように、ロータマグネット５１および５２は
、それぞれ対向する磁極が互いに逆極性となるようにロ
ータバックヨーク４に固定されているので、該ロータマ
グネット５１および５２により形成される磁気パターン
は、ロータ回転軸と垂直方向から見ると、第１図の符号
Ａで示されるようになる。

このように、ロータ回転軸方向に配置された２つのロー
タマグネット５１．５２と、該マグネット５１．５２に
密着された磁性体（ロータバックヨーク４）と、該マグ
ネット５１．５２と対向するように配置された環状鉄心
６１．６２と、該鉄心６１．６２に密着された磁性体（
ハウジング１外壁）とにより、閉じた磁気回路が形成さ
れるので、ロータマグネット５１および環状鉄心６１間
、およびロータマグネット５２および環状鉄心６２間に
、強力な吸引力が生じる。

したがって、この吸引力により、ロータのスラスト方向
支持が極めて確実に、かつ良好に行われる。

この吸引力は、ロータマグネット５１（または５２）と
同一の磁力およびサイズを有するマグネットを１つと、
該マグネットと対向する鉄心を１つだけ設けたモータの
吸引力の２倍を超えるものである。したがって、従来の
モータの、マグネットおよび鉄心間に働く吸引力と同一
の吸引力を生じさせるだけであれば、この実施例におけ
る各ロータマグネット５１および５２の合計の体積は、
従来のモータのマグネットの体積に比較して小さくて済
む。この結果、当該モータの重量が軽減される。

また、ロータマグネット５１の厚みと、ロータマグネッ
ト５２の厚みと、該ロータマグネット５１および５２の
間隙との合計寸法も、従来のモータに使用されたマグネ
ットの厚みよりも小さくすることが可能となる。したが
って、当該モータが小型化される。

さらに、前記マグネットとして、従来のモータのマグネ
ットよりも低磁力のものを用いることができる。したが
って、鉄心装置内に生じるうず電流が減少するので、鉄
心を積層構造とする必要がなくなる。さらに鉄心装置と
して低透磁率のものを用いることもできるので、当該モ
ータを安価に製作することができる。

前記ロータマグネット５１により形成される磁気パター
ンをロータ回転軸方向から見ると、第２図の符号Ｂで示
されるようになる。もちろん、前記ロータマグネット５
２により形成される磁気パターンの磁力線は、ロータマ
グネット５１により形成される磁気パターンの磁力線と
逆向きになる。

ここで、第２図に示されるように、符号８Ａ。

８Ｂ、８Ｃ，８Ｄで示される駆動コイルのそれぞれに、
図示される方向に通電すれば、該コイルにいわゆるフレ
ミングの左手の法則により力が働き、ロータが矢印Ｃ方
向に回転する。このロータの回転角を図示されないホー
ル素子等の手段を用いて検出し、該回転角に応じて、通
電すべき駆動コイル８を環状鉄心６１の周方向に選択し
ていけば、ロータの回転は持続する。

環状鉄心６２に巻回された駆動コイル８にも、その磁気
パターンに応じて同様に通電を行う。

このように、この実施例においては、環状鉄心６１およ
び６２の双方に駆動コイル８を巻回するようにしたので
、環状鉄心６１および６２の一方に駆動コイル８を巻回
してロータの回転を行うようにする場合に比較して、ト
ルクが２倍になる。

なお、第１図に示された磁力線が、例えば環状鉄心６２
より漏れてハウジング１外壁を通過せずに直接環状鉄心
６１に達すると、ロータの回転に悪影響が生じるおそれ
があるので、環状鉄心６１および６２間の間隔Ｅは、ロ
ータマグネット５２および環状鉄心６２間の間隔Ｆ　（
ロータマグネット５１および環状鉄心６１間の間隔）よ
りも広く設定しておくことが望ましい。

さて、前述の説明においては、マグネットおよび環状鉄
心を２組、ロータの回転軸方向に設けるものとして説明
したが、本発明においては、特にこれのみに限定される
ことはなく、３組以上のマグネットおよび環状鉄心が配
置されても良い。この場合におけるマグネットの配置は
、互いに隣り合うマグネットの、互いに対向する面の磁
極が逆極性となるように行う。

また、前記実施例においては、ロータのマグネット装置
は、２つのロータマグネット５１および５２、ならびに
これらマグネットを固定するロータバックヨーク４より
成るものとしたが、本発明においては特にこれのみに限
定されることはなく、前記ロータマグネット５１および
５２、ならびにロータバックヨーク４を一体化し、一つ
のマグネットとしても良いことは当然である。

同様に、当該ステータの鉄心装置は、２つの環状鉄心６
１および６２、ならびに磁性材料により形成されたハウ
ジング１の外壁より成るものとしたが、本発明において
は特にこれのみに限定されることはなく、前記環状鉄心
６１および６２、ならびに前記ハウジング１の外壁部に
相当する部分を磁性材料により一体化して成型しても良
い。この場合は、当該モータのハウジングを非磁性材料
により形成することができるので、当該モータの重量を
軽減することができる。

また、前記実施例においては、環状鉄心６１および環状
鉄心６２の双方に駆動コイル８が巻回されるものとして
説明した。この場合、環状鉄心６１および６２の一方の
みに通電して駆動する方法と、環状鉄心６１および６２
の双方に通電して駆動する方法とを、必要に応じて使い
分けるようにしても良い。

さらに前記環状鉄心６１および環状鉄心６２の一方のみ
に駆動コイル８を巻回するようにしても良い。

また、本発明をトロイダルモータに適用して説明したが
、本発明は、トロイダルモータ以外の直流モータあるい
は交流モータに適用されても良いことは当然である。

第３図は本発明をトロイダルモータ以外の直流モータに
適用した場合の概略斜視図である。第３図において、第
１，２図と同一の符号は、同一または同等部分をあられ
している。また、第３図においては、鉄心装置１００は
、その一部のみが示されている。

第３図において、ステータの鉄心装置ｉｏｏは、所定の
間隔でロータバックヨーク４に固定されたロータマグネ
ット５１および５２と対向するように、磁極鉄心１０１
および磁極鉄心１０２を備えている。前記各磁極鉄心１
０１および１０２には、駆動用の巻線１０３および１０
４が巻回されている。

前記ロータマグネット５１および５２ならびにロータバ
ックヨーク４は、ロータのマグネット装置を構成してい
る。

この構成を有するモータにおいても、符号Ｇで示される
ように、ロータマグネット５１および５２、ロータバッ
クヨーク４、磁極鉄心１０１および１０２、ならびに鉄
心装置１００の外周部の間で磁気回路が形成されるので
、ロータマグネット５１および磁極鉄心１０１間と、ロ
ータマグネット５２および磁極鉄心１０２間とに強力な
吸引力が働き、これにより、ロータのスラスト方向支持
が行われる。

第４図は本発明をさらに他の直流モータに適用した場合
の一部破断斜視図である。第４図において、第１図ない
し第３図と同一の符号は、同一または同等部分をあられ
しているので、その説明は省略する。

第４図において、軸受３に固定され、磁性材料により成
型されたロータの鉄心装置２００には、ロータ回転軸方
向に、所定距離だけ離れて磁極鉄心２０１および磁極鉄
心２０２が形成されている。・前記各磁極鉄心２０１．
２０２には、それぞれ巻線１０３および１０４が巻回さ
れている。

環状のマグネット３０１および３０２は、前記各磁極鉄
心２０１および２０２と対向するように固定されていて
、その外周には、磁性材料により成型されたマグネット
ヨーク３０３が固着されている。前記マグネット３０１
および３０２ならびにマグネットヨーク３０３は、ステ
ータのマグネット装置を構成している。

なお、第４図においては、マグネットヨーク３０３は、
二点鎖線により、その一部だけが示されている。

このモータにおいても、マグネット３０１および３０２
、マグネットヨーク３０３、磁極鉄心２０１および２０
２、ならびに鉄心装置２００の内周部に間で、符号Ｈで
示されるような磁気回路が形成されるので、マグネット
３０１および磁極鉄心２０１間と、マグネット３０２お
よび磁極鉄心２０２間とに、強力な磁力が働き、これに
よりロータのスラスト方向の支持が確実にかつ安定して
行われる。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、マグ
ネット装置の、ロータの回転軸方向に互いに所定距離だ
け離れるように突出した複数の端面と、該端面と対向す
る鉄心装置の各端面との間で強力な吸引力が働くので、
つぎのような効果が達成される。

（１）前記マグネット装置の総重量を、従来のモータの
マグネット装置の総重量より減らすことができる。した
がって、当該モータの重量が軽減する。

またこの場合、マグネット装置の各端面の厚さを小さく
設定することができるので、当該モータのロータ回転軸
方向長さを小さくすることができる。

（２）また、前記マグネット装置として、従来のモータ
のマグネット装置よりも低磁力のものを用いることがで
きる。したがって、鉄心装置内に生じるうず電流が減少
するので、鉄心を積層構造としなくても良く、この結果
、当該モータの構造が簡略化される。

さらに、鉄心装置として、低透磁率のものを使用するこ
とができるので、当該モータを安価に製作することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図の縦断面図である。 第２図は本発明の一実施例の概略平面図である。 第３図は本発明がトロイダルモータ以外の直流モータに
適用された場合の概略斜視図である。 第４図は本発明がさらに他のモータに適用された場合の
概略斜視図である。 １・・・ハウジング、２・・・主軸、３・・・ラジアル
軸受、４・・・ロータバックヨーク、８・・・駆動コイ
ル、５１．５２・・・ロータマグネット、６１．６２・
・・環状鉄心、１００，２００・・・鉄心装置、１０１
゜１０２．２０１，２０２・・・磁極鉄心、１０３゜１
０４・・・巻線、３０１，３０２・・・マグネット、３
０３・・・マグネットヨーク 代理人弁理士　平木道人　外１名 第１図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロータおよびステータの一方に、ロータの回転軸
   方向に互いに所定距離だけ離れるように複数の端面が突
   出し、かつ互いに隣合うもの同士の、対向する端面の磁
   極が逆極性となるように配置されたマグネット装置と、 前記ロータおよびステータの他方に、その各端面が前記
   マグネット手段の各端面と対向するように配置された鉄
   心装置とを具備したことを特徴とするモータ。
2. （２）前記マグネット装置の各端面間の間隔は、前記鉄
   心装置の端面および該端面に対向する前記マグネット装
   置の端面間の間隔よりも大きく設定されたことを特徴と
   する前記特許請求の範囲第１項記載のモータ。
3. （３）前記マグネット装置は、ロータの回転軸方向に互
   いに所定距離だけ離れるように配置された複数のマグネ
   ットと、該各マグネットに密着された磁性体とより成る
   ことを特徴とする前記特許請求の範囲第１項あるいは第
   ２項記載のモータ。
4. （４）前記鉄心装置は、ロータの回転軸方向に互いに所
   定距離だけ離れるように配置された複数の鉄心と、該鉄
   心に密着された磁性体とより成ることを特徴とする前記
   特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の
   モータ。
5. （５）前記鉄心装置には、ロータ駆動用のコイルが巻回
   されたことを特徴とする前記特許請求の範囲第１項ない
   し第４項のいずれかに記載のモータ。