JPH0373230B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直流永久磁石モータに関するものであ
り、更に詳しくいえばコギングをほぼなくした改
良した界磁磁極を有するモータに関するものであ
る。

永久磁石直流モータはサーボモータおよびその
他の制御用を含めた広い用途に用いられる。それ
らのモータは磁界の発生に２個またはそれ以上の
永久磁石磁極を有し、電機子がその磁界内に回転
できるようにしてとりつけられる。電機子の周縁
部には一連のバーすなわち歯が等間隔で配置され
る。それらのバーの間に形成されているスロツト
の中に負かれている導線がモータの駆動電流を伝
える。通常は、そのようなモータの電機子は軸に
沿つて積層される一連のデイスクすなわち薄片か
ら作られる。

当業者にはわかることであるが、永久磁石の磁
極片と電機子バーとの間の磁気吸引力は、バーが
磁極片の縁部に接近する向きに動くと変化する。
この変化する吸引力のためにコギングと呼ばれる
効果が生ずる。

コギングには２つの有害な作用がある。その１
つは可変トルク特性であり、他の１つは電機子と
磁極片の間の好適な安定位置関係である。

コギングを小さくしたり、なくすために、これ
までいくつかの提案が行われている。広く用いら
れている１つの提案は磁極片の縁部に対して電機
子をよじることである。そのよじれがバーのピツ
チに等しいとすると、コギングをほぼはくすこと
ができる。

この提案の欠点は、電機子がよじられているモ
ータはまつすぐな電機子を有するモータより製作
が困難で、よじられている電機子スロツトの中に
納めることができる導線の数が多少減少すること
である。

コギングをなくすために電機子をよじる以外
に、少くとも２つの提案が行われている。そのう
ちの１つは、電機子のよじりにより達成された効
果に類似する効果を達成するために磁極片の縁部
を切ることである。他の提案は磁極片自体をよじ
ることである。しかしそれらの提案のいずれも満
足できるものではない。

コギングをなくす別の技術が米国特許第
3604961号に開示されている。この技術は、磁極
片を対称平面に関して偏心して配置することによ
り、電機子バーが磁極片に近づいたり、磁極片か
ら離れるにつれて電機子バーにより発生される正
と負のコギング作用を打ち消すものである。ま
た、この技術は全く満足できるということは証明
されていない。

本発明の目的はコギングを起さず、製作コスト
が低い永久磁石モータを得ることである。

要約すれば、本発明は、永久磁石磁極片の縁部
に沿つて一連のノツチすなわち切れ目を通する永
久磁石直流モータを提供するものである。それら
のノツチはモータのコストを高くすることなしに
コギングを大幅に減少させたり、なくすことが判
明している。

以下、図面を参照して本発明を詳明に説明す
る。

まず第１図を参照する。永久磁石モータは一対
の半円筒形永久磁石磁界磁極１４，１６を支持す
る磁性体ハウジング１２を有する。軸１８が電機
子２２を支持する。この電機子２２の周縁部には
バーすなわち歯２４が一様な間隔をおいて配置さ
れる。バー２４ａ間のスロツトの中に導電線２８
（図には少しだけ示してある）が巻かれる。この
巻線は整流子片（図示せず）に接続される。モー
タを駆動する電力を供給するために、整流子片に
は電力がブラシを介して供給される。

当業者にはわかるように、ハウジング１２に固
定されている板と軸受が、半円筒形の磁極片に対
して軸線方向に整列させて軸１８を回転できるよ
うに支持する。電機子バー２４が界磁極１４，１
６に近接して回転する。

これまで説明してきた永久磁石直流モータは従
来のものである。磁極１４，１６と電機子バー２
４との間の磁気吸引力により発生されるトルク
は、各電機子バーが永久磁石磁極片の縁部に接近
するにつれて急激に変化する。この変化するトル
クによつていわゆるコギング効果が生ずる。電機
子を構成している薄片の１枚と磁極片と間の吸引
力したがつてトルクは比較的小さいことがわかる
であろう。しかし、従来のモータでは各バーはそ
の全長にわたつて磁極片の縁部に一様に接近する
から、磁極片と各薄片の間の吸引力は累積される
ことになる。その結果として、比較的大きくて鋭
いコギング・トルクが生ずることになる。磁極片
１４と１６の下をバー２４が通つたり、磁極片の
縁部からバーが離れるにつれてバーと磁極片の間
の磁気吸引力が変化することに注意すべきであ
る。この吸引力変化のために前記したようにトル
クが変化する。バーが磁極片の縁部の下を通りす
ぎる時に発生されるトルクは、バーが同じ磁極片
の縁部に接近する時に生ずるトルクとは向きが反
対である。しかし、従来のモータではそのような
逆向きのトルクは非常に急激に生ずるので確実に
打ち消すことはできなかつた。

次に第２ａ，２ｂ図を参照する。本発明に従つ
て、磁極片１４，１６の縁部に沿つて一連のノツ
チ３２が形成される。それら２つの磁極片は交換
できる。後で詳しく説明するように、磁極片にそ
れらのノツチを設けることによりコギングは大幅
に減少させられ、または解消させられる。広範な
種類の永久磁石直流モータの工程を変更したり、
製作コストを上昇させたりすることなしに、ノツ
チを設けた磁極片を従来の磁極片に用いることが
できることに注意すべきである。

磁極片の内側の円弧面縁部から測つたノツチの
長さＬは、隣接する電機子バーの対応する点の間
の距離（すなわち、バーのピツチ）になるべく等
しくする。ノツチの長さがバーのピツチに等しく
なくてもコギングは減少する。しかし、バーのピ
ツチにノツチの長さを等しくした方が結果は良好
である。

ノツチの深さＤと幅Ｗはあまり厳密でなくても
よく、都合の良い寸法にできる。

それらの縁部は磁極片の内面に一連のまつすぐ
な縁部を形成するから、磁極片の内面に入つた
り、その内面から出る電機子バーの長さは直線的
に増大または減少する。第２ｂ図の上または下か
ら見ると、たとえば縁部３４が、磁極片１４また
は１６の内側円弧面の中心線３５に対して離れる
向きまたは接近する向きに傾斜することに注意す
べきである。それらの縁部がまつすぐでなくても
コギングは減少するが、縁部がまつすぐな方が満
足できる結果が得られる。

次に第３図を参照する。第２ａ，２ｂ図に示す
磁極片を用いることによち、電機子バーが磁極片
の縁部領域内に入る時の最高トルクは、１枚の電
機子薄片がその縁部の下を通る時に生ずるトルク
に、ノツチにより形成されている縁部の数を乗じ
たものにほぼ等しいことがわかるであろう。ま
た、バーのピツチ等しい距離にわたつてバーは比
較的一様なトルクを発生する。第４図に示すよう
に、一様なトルクが生ずる距離がこのように長く
なつたことにより、磁極片の内面の長さがバーの
ピツチ間隔に等しければ、電機子バーが磁極片の
縁部の下を通る時と、その縁部から離れる時に生
ずる逆向きのトルクを十分に打ち消すことができ
るために、コギングを更に減少させることができ
る。このようにしてコギングをほぼ零まで減少さ
せることができる。

次に第５図を参照する。電機子２２がたとえは
逆時計回りに回転すると、磁極片の引き続く縁部
３４が、磁極片の一端から他端への向きに見て、
入来する電機子バー２４に近づく向きに傾斜した
り、電機子バー２４から離れる向きに傾斜したり
する。前記したように、これにより、各縁部に生
ずる前コギング・トルクが、縁部の下を通る１枚
の電機子片に生ずるトルクに縁部の数を乗じた大
きさにほぼ等しい値まで減少する。また、磁極片
の縁部の下を通り、それらの縁部から離れるバー
により発生される逆向きのトルクがほぼ打ち消さ
れるようにトルクが拡散される。

ノツチ３２は第２ａ，２ｂ図に示されているよ
うな対称的な形にする必要はない。第６図に示す
ようにノツチを鋸歯状にすることができる。第２
ｂ，６図に示されているように、磁極片のいずれ
か端部にも完全なノツチを設ける必要はなく一方
の端部に部分的なノツチが設けられるとすると、
磁極片の他端部にそれと同じ部分的なノツチを設
ける必要はない。このようにすることによつてあ
る重要な利益が得られる。

磁極片自体とノツチ３２は切削のような適当な
加工法で形成できるが、本発明のやり方は永久磁
石直流モータで一般に用いられている種類のセラ
ミツク磁石に特に良く適する。そのような周知の
セラミツク磁石はフエライト・スラリイを希望の
円弧状に成型して作る。その磁石をかなり長く成
型してから使用に適した長さに切断して用いると
便利である。本発明の磁極片はノツチが円弧面に
モールドされるように単に型を変えるだけで、従
来のフエライト成型技術を用いて作ることができ
る。本発明の磁極片のいずれかの端部に完全なノ
ツチを設けたり、部分的なノツチを両端で同じに
する必要はないから、先行技術におけるように、
１本の比較的長い磁石を成型してから希望の長さ
に切断して用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一部を除去して示す２極永久磁石モー
タの概略断面図、第２ａ図は本発明に従つて作ら
れた永久磁石界磁極の側面図、第２ｂ図は第２ａ
図に示す界磁極の平面図、第３図は電機子バーが
本発明に従つて作られた永久磁石磁極の縁部の下
を通る時のトルクと電機子バーの位置の関係を示
すグラフ、第４図は界磁極の下に入りつつある電
機子バーと界磁極から離れつつある電機子バーと
の２本の電機子バーの界磁極の縁部に対する位置
とトルクの関係を示すグラフ、第５図は本発明の
電機子と磁極片の概略斜視図、第６図は本発明の
別の実施例を示す第２ｂ図に類似する平面図であ
る。 １４，１６……永久磁石界磁極、２２……電機
子、２４……電機子バー、３２……ノツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁極片と、 一連の電機子バーが周縁部に配置されている電
   機子と、 前記電機子および前記磁極片を支持する支持手
   段と、 前記磁極片において少なくともそれの一方の縁
   部に沿つて形成される一連のノツチとを組合わせ
   て含み、 周方向における前記ノツチの長さは前記隣接す
   る電機子バー間の距離に実質的に等しい、永久磁
   石直流モータ。 ２ 前記ノツチの深さが、隣接する電機子バー間
   の距離の関数である、特許請求の範囲第１項記載
   の永久磁石直流モータ。 ３ 前記磁極片および前記ノツチが成型加工によ
   り形成される、特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の永久磁石直流モータ。 ４ 前記磁極片が、その内面が前縁部と後縁部で
   終端する永久磁石であり、 前記支持手段が前記電機子および前記磁極片を
   支持して、前記電機子が回転したときに前記バー
   が前記磁極片の前記縁部を通るようにし、さらに 前記ノツチが前記前縁部と後縁部に沿つて延在
   し、前記縁部の各々がその下を通る電機子バーの
   方向へおよびそこから離れる向きへそれぞれ交互
   に傾斜する、特許請求の範囲第１項、第２項また
   は第３項記載の永久磁石直流モータ。 ５ 前記磁極片が、内面が前縁部と後縁部で終端
   する部分的なシリンダの形状である、特許請求の
   範囲第１項、第２項、第３項または第４項記載の
   永久磁石直流モータ。 ６ 前記傾斜する縁部が真直ぐである、特許請求
   の範囲第４項または第５項記載の永久磁石直流モ
   ータ。 ７ 前記電機子バーの方向に傾斜している前記縁
   部の傾斜が、前記電機子バーから離れる向きへ傾
   斜する前記縁部の傾斜と同じである、特許請求の
   範囲第４項、第５項または第６項記載の永久磁石
   直流モータ。 ８ 前記電機子バーから離れる向きへ傾斜する前
   記縁部の傾斜が、前記電機子バーの方向へ傾斜す
   る前記縁部の傾斜とは異なつている、特許請求の
   範囲第１項、第４項、第５項、第６項または第７
   項記載の永久磁石直流モータ。 ９ 内面が前縁部と後縁部で終端する磁極片と、 前記縁部の各々が前記磁極片の中心方向へおよ
   びそこから離れる方向へそれぞれ交互に傾斜する
   ように形成された、前記磁極片における前記前縁
   部と後縁部に沿つた一連のノツチとを含み、 周方向に置ける前記ノツチの長さは前記隣接す
   る電子機バー間の距離に実質的に等しい、直流モ
   ータの磁極片。 １０ 前記傾斜する縁部が真直ぐな縁部である、
   特許請求の範囲第９項記載の直流モータの磁極
   片。 １１ 前記磁極片の中心方向へ傾斜する前記縁部
   の傾斜が、前記中心から離れる向きへ傾斜する前
   記縁部の傾斜と同じである、特許請求の範囲第１
   ０項記載の直流モータの磁極片。 １２ 前記中心方向へ傾斜する前記縁部の傾斜
   が、前記中心から離れる方向へ傾斜する前記縁部
   の傾斜とは異なつている、特許請求の範囲第１０
   項記載の直流モータの磁極片。 １３ 前記磁極片と前記ノツチが成型加工により
   形成される、特許請求の範囲第９項記載の直流モ
   ータの磁極片。 １４ 前記磁極片が部分的なシリンダの形状であ
   る、特許請求の範囲第９項、第１０項、第１１
   項、第１２項または第１３項記載の直流モータの
   磁極片。