JPH11299196A - 小型電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固定子磁極の間での漏洩磁束の減少を図り、
回転子の永久磁石と有効に作用する効率の高い小型電動
機を提供する。 【解決手段】 中空円筒面の表裏同極にＮ、Ｓ極を交互
に磁化した永久磁石回転子４と、回転子４のＮ極とＳ極
に空隙を介して対向し、回転子４の磁極のピッチ角度の
２倍のピッチ角度で円周方向に設けた１対の固定子の外
側磁極１ａ、内側磁極２ａを備える小型電動機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、巻線を巻回して磁
極を形成した固定子と、永久磁石の磁極を備えた回転子
とからなる小形電動機の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来から実施されている小形電動
機の構造を示す断面図で、図１０はこの小形電動機に使
用する永久磁石回転子４４の磁化状態を示す斜視図であ
る。

【０００３】図９（ａ）において４１、４２は、磁性部
材を椀形に形成した固定子の外筐で、外筐４１、４２の
軸方向の端面から、複数の磁極４１ａ、４２ａを、抜き
起こし加工により交互に軸方向に交叉するよう突出さ
せ、図９（ｂ）のようにＮ極、Ｓ極を交互に形成させた
のち、縁部を当接させて固着し磁極４１ａと４２ａの外
周に固定子巻線４３を巻装して固定子を形成している。
また固定子の内径部に、空隙を介し永久磁石で形成した
回転子４４を、回転子軸４５と共に軸受４６と軸受４７
により回転自在に軸支している。

【０００４】固定子の磁極４１ａと４２ａは、対向する
永久磁石回転子４４と同一のピッチ角度で形成してお
り、固定子巻線４３に適宜の交流を通電することによ
り、磁極４１ａと４２ａの間に発生する交流と同期した
交番磁束と、対向する回転子４４の永久磁石の磁極とが
作用し、交流と同期した速度で回転子４４が回転する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来技術の固定子と回
転子の間の磁束の関係を模式的に示す図１１と、固定子
磁極間の磁束の流れを示す図１２によれば、固定子の磁
極４１ａと４２ａが交互に交叉して配置されているの
で、固定子巻線４３に通電して発生した磁束Ｍの一部は
固定子磁極４１ａと４２ａの間の空間に流れ、対向する
回転子４４の永久磁石と作用しないので効率が低いとい
う問題がある。本発明は固定子磁極に発生した磁束Ｍが
固定子磁極の間での漏れを減少するようし、回転子の永
久磁石と有効に作用して効率の高い小型電動機を得るこ
とを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、基本的な
構造として、中空円筒形永久磁石の外周に沿いＮ極、Ｓ
極を交互に、かつ、中空円筒の表裏面を同極に磁化し、
回転自在に軸支した回転子と、回転子の中空円筒外周面
と内周面に対して、それぞれ空隙を介して対向し、永久
磁石に磁化した磁極のピッチ角度の２倍のピッチ角度で
円周方向に設けた外側磁極と内側磁極を備え、この外側
磁極と内側磁極は、回転子磁極のピッチ角度だけずらし
て交互に配置された小型電動機によって達成される。

【０００７】また、前記回転子と、この回転子磁極に微
小間隔を隔てて互いに対向するよう挟設し、円周方向に
ｎ組に分割して配置した外側磁極と内側磁極からなる固
定子磁極を有し、このｎ組の固定子磁極の配置は、回転
子磁極のピッチ角度の１／ｎ角度ずつ、円周方向にずら
して設定することにより小型電動機を構成することも可
能である。上記の構成により、固定子磁極の間の漏洩磁
束が少なく効率のよい小型電動機が得られる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。 〈第１の実施の形態〉図１は、本発明に係る小形電動機
の基本となる第１の実施の形態の構造を示す断面図、図
２は、本発明に係る小形電動機の第１の実施の形態の回
転子の磁化状態を示す斜視図である。図１（ａ）におい
て、１、２は磁性部材を椀形に形成した固定子の外筐で
あって、外筐１、２の軸方向端面に複数の固定子の内側
磁極１ａと外側磁極２ａを、それぞれ、抜き起こし加工
により軸方向に形成し、外側磁極２ａの内径寸法は、内
側磁極１ａの外径寸法より大きく設定すると共に、例え
ば、図１（ｂ）のように、内側磁極１ａと外側磁極２ａ
は円周方向にＮ極とＳ極をそれぞれ形成し、Ｎ極と、Ｓ
極とは、同一のピッチ角度２αによって、交互に配列さ
れるようにし、外側磁極２ａの外周と外筐１、２の内周
との間に巻線３を巻回している。回転子４は、図１に示
すように椀状の断面を有し、かつ図２のように、中空円
筒の円周方向に沿ってピッチ角度αで交互に、永久磁石
のＮ極とＳ極を形成するよう表裏面同極に磁化され、固
定子の磁極１ａと磁極２ａとの間に、空隙を介して回転
子４のＮ極、Ｓ極が挟持され、軸受６、７に支承された
回転子軸５により回転自在に支承されている。

【０００９】図１（ｂ）に示すように、内側磁極１ａ、
及び外側磁極２ａのピッチ角度２αは、永久磁石回転子
４の磁極のピッチ角度αの２倍となるよう設置されてい
るから、内側磁極１ａと隣接する外側磁極２ａ間のピッ
チ角度αは、永久磁石の磁極のピッチ角度αと等しくな
る。

【００１０】本発明に係る小形電動機の固定子磁極１ａ
及び２ａと回転子の永久磁石との関係を模式的に示すと
図３のようになり、永久磁石回転子４を挾んで、固定子
の内側磁極１ａと外側磁極２ａが配置されているから、
図４に示すように、内側磁極１ａの磁束は、回転子４の
外径側空隙を介し、永久磁石４を通って外側磁極２ａに
流れ、外側磁極２ａから内径側空隙を介し、永久磁石４
に流入するから、内側磁極１ａと外側磁極２ａ間に流れ
る漏れ磁束はなくなり効率の高い電動機を形成すること
ができる。

【００１１】〈第２の実施の形態〉図５は、本発明に係
る小形電動機の第２の実施の形態の構成を示す断面図で
ある。図５の構成は図１に示した小形電動機を軸方向に
２個連接した２相の小型電動機である。この場合、１個
のボビンに１相分のコイルを巻回してシンクロナスモー
タ、１個のボビンに２相分のコイルを巻回してステッピ
ングモータを構成することができる。一般的には、図１
に示した小形電動機ｎ個を連設して配置し、ｎ相の小形
電動機を構成する。すなわち、図５に例示したｎ＝２は
２相（４相）を示し、ｎ＝３とならば３相、ｎ＝５なら
ば５相の電動機が構成される。

【００１２】図５において、図示左側の固定子Ａは、図
１に示したものと同じであり、図示右側の固定子Ｂを固
定子Ａと対称的に結合すると共に、Ａ相の固定子磁極と
Ｂ相の固定子磁極の位置を、永久磁石の磁極のピッチ角
度の１／２相当分だけずらせて固着したものである。一
般的にｎ個を連設配置したｎ相の小形電動機の場合に
は、永久磁石の磁極のピッチ角度の１／ｎ相当分だけず
らせるものである。固定子の外筐１１、１２、外側磁極
１２ａ、内側磁極１１ａ、及び、巻線１３は図１と同様
に巻回して配置され、回転子１４の永久磁石は固定子Ａ
と固定子Ｂに対応する幅寸法として回転子軸１５と一体
に固着し、軸受１６、１７によって支承されている。本
実施の形態は正逆回転制御可能な構造を有する。

【００１３】〈第３の実施の形態〉本発明に係る小形電
動機の第３の実施の形態は、図示しないが、第２の実施
の形態にと同様に、図１に示した固定子２個を軸方向に
連接して２相の小形電動機を構成するものであるが、固
定子Ａと固定子Ｂを対称的に軸方向に連接する際、Ａ相
の固定子磁極とＢ相の固定子磁極のピッチ角度は同一の
位置関係とし、回転子１４の永久磁石を固定子Ａ側と固
定子Ｂ側とで別々に形成し、かつ、相互のピッチ角度の
１／２相当分ずらせることによって、第２の実施の形態
と同一の効果を得ることが可能である。

【００１４】〈第４の実施の形態〉図６は、本発明に係
る小形電動機の第４の実施の形態の構成を示す断面図で
ある。図４に示した構成は、固定子の外側磁極２１と内
側磁極２２を連結するヨーク部２８が軸受２６の外周に
配置され、ヨーク部２８の外周に固定子巻線２３が巻装
され、ヨーク部２８の軸方向の両端面に当接し、同心上
に配置された２個の半径の異なる椀形の磁性部材の外周
面軸方向に延びる複数の外側磁極２１と内側磁極２２を
形成し、外側磁極２１が形成する円環と内側磁極２２が
形成する円環との間に、空隙を介して対向し、中空円筒
状の永久磁石の外周に沿ってＮ、Ｓ極を交互に、かつ、
前記中空円筒の表裏面が同極となるように磁化し、回転
自在に軸支された回転子２４を配置してある。

【００１５】第１〜第３の実施の形態の場合では、固定
子外筐の内径側と外側の磁極との間に巻線が巻回され、
回転子の永久磁石が外側の磁極の内周側に配置されてい
るのに対し、この第４の実施の形態は、外側の磁極は外
筐に設けられているため、この外側の磁極と内側の磁極
との間隙に、永久磁石回転子を配置することができ、こ
れにより回転子の中空円筒直径の寸法を大きくすること
ができるので、大きなトルクが得られるという特徴を有
する。

【００１６】〈第５の実施の形態〉図７は、本発明に係
る小形電動機の第５の実施の形態の構成を示す断面図、
図６は図７のＡ―Ａ’線に沿った断面図である。図７、
図８において外側磁極３１は椀形に形成され、外側磁極
３１の外周円を３分割して３個の外側磁極３１Ｕ、３１
Ｖ、３１Ｗが設けられ、外側磁極３１Ｕ、３１Ｖ、３１
Ｗの内周面に等間隔に外極歯３３が設けられている。ま
た外側磁極３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗより小径の内側磁極
３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗが外側磁極３１Ｕ、３１Ｖ、３
１Ｗと対向する位置に設けられている。また内側磁極３
２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗの外周面に等間隔に内極歯３４が
設けられている。

【００１７】外側磁極３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗと、内側
磁極３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗとは同心に配置され、中心
から所定の距離に巻線３７を巻装した磁極芯３８を配置
し、磁極芯３８の両端面を外側磁極３１と内側磁極３２
に当接させて固着している。

【００１８】永久磁石回転子３５は、外側磁極３１の内
周と内側磁極３２の外周との間に、空隙を介して中空円
筒状に形成した永久磁石の外円周方向に、Ｎ、Ｓ極を交
互に、かつ、前記中空円筒の表裏面が同極となるように
磁化されており、軸受３６によって回転自在に軸支され
ている。

【００１９】そして、外側磁極３１の外極歯３３と内側
磁極３２の内極歯３４のそれぞれのピッチは回転子３５
の永久磁石の磁極ピッチの２倍となるように設けられて
いるから、外側磁極３１の外極歯３３と内側磁極３２の
内極歯３４とのピッチは永久磁石回転子３５の永久磁石
のピッチと同じとなる。

【００２０】図８に示すように、本実施の形態におい
て、固定子の外側磁極３１は、３１Ｕと３１Ｖと３１Ｗ
の３極が設けられ、内側磁極３２も外側磁極３１と同様
に３２Ｕと３２Ｖと３２Ｗとが設けられ、外側磁極３１
Ｕに通電した場合には磁極芯３８ＵがＮ極に磁化し、外
側磁極３１の外極歯３３から外側空隙を介して磁束が永
久磁石に入りＳ極と対向して隣接したＮ極より内側空隙
を介して内側磁極３２の内極歯３４に至り、外側磁極３
１の外極歯３３と永久磁石３９の磁極と内側磁極３２の
内極歯３４とがそれぞれ対向している。本実施の形態で
は、３組の固定子磁極、すなわち、外側磁極３１と内側
磁極３２の各配置角度は、共に、円周方向に永久磁石回
転子３５の磁極のピッチ角度の１／３の角度ずつ、順に
ずらして設定されている。

【００２１】上記の状態では外側磁極３１Ｖの外極歯３
３及び内側磁極３２Ｖの内極歯３４と対向する永久磁石
回転子３５の磁極との関係は、永久磁石回転子３５の磁
極ピッチの１／３の角度が重なっている。同様に外側磁
極３１Ｗの極歯３３及び内側磁極３２Ｗの極歯３４と対
向する永久磁石回転子３５の磁極との関係は、永久磁石
の磁極ピッチの１／３の角度重なっている。本実施の形
態は、正逆回転制御が可能であり、また、図示は３相の
並列構造を示したが、一般に多相構造とすることも可能
である。

【００２２】図８に示す第５の実施の形態において、通
電する固定子巻線をＵ、Ｖ、Ｗと順次移すことにより回
転子が永久磁石３９の磁極ピッチの１／３の角度回転し
ステッピングモータとして動作する。

【００２３】

【発明の効果】本発明の実施により、固定子は、隣接す
る固定磁極の間における磁束の漏れがなく効率の高い小
型電動機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る小形電動機の第１の実施の形態の
構造を示す縦断面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の回転子の磁化状態
を示す斜視図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態の回転子と固定子の
磁極関係を示す模式図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態の回転子と固定子の
磁極間の磁束の流れを示す図である。

【図５】本発明に係る小形電動機の第２の実施の形態の
構造を示す縦断面図である。

【図６】本発明に係る小形電動機の第４の実施の形態の
構造を示す縦断面図である。

【図７】本発明に係る小形電動機の第５の実施の形態の
構造を示す縦断面図である。

【図８】本発明に係る小形電動機の第５の実施の形態の
平断面図である。

【図９】従来の小形電動機の構造を示す縦断面図であ
る。

【図１０】従来の小形電動機の回転子の磁化状態を示す
斜視図である。

【図１１】従来の小形電動機の回転子と固定子の磁極関
係を示す模式図である。

【図１２】従来の小形電動機の回転子と固定子の磁極間
の磁束の流れを示す図である。

【符号の説明】

１…固定子外匡 １ａ…固定子磁極 ２…固定子外匡 ２ａ…固定子磁極 ３…固定子巻線 ４…回転子 ５…回転子軸 ６、７…軸受 １１…固定子外匡 １１ａ…内側磁極 １２…固定子外匡 １２ａ…外側磁極 １３…固定子巻線 １４…回転子 １５…回転子軸 １６、１７…軸受 ２１ａ…外側磁極 ２２ａ…内側磁極 ２３…固定子巻線 ２４…永久磁石回
転子 ２５…回転子軸 ２６…軸受 ２８…ヨーク部 ３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ…外側磁極 ３２Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ…内側磁極 ３３…外極歯 ３４…内極歯 ３５…回転子 ３６…回転子軸 ３７…巻線 ３８…磁極芯 ４１、４２…固定子外筺 ４１ａ、４２ａ…固定子磁極 ４３…固定子巻線 ４４…回転子 ４５…回転子軸 ４６、４７…軸受

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空円筒の表裏面が同極となるようにＮ
   極とＳ極を交互に円周方向に配置した回転子磁極を有す
   る回転子と、 前記回転子磁極に微小間隔を隔てて挟設し、ｐ個のＮ極
   を環状に分割配置した外側磁極とｐ個のＳ極を環状に配
   置した内側磁極とからなる固定子磁極を有し、 前記外側磁極と内側磁極は、それぞれ、前記回転子磁極
   のピッチ角度の２倍のピッチ角度を有すると共に、 前記外側磁極と内側磁極とは、前記回転子磁極のピッチ
   角度だけずらして交互に配置されていることを特徴とす
   る小型電動機。
2. 【請求項２】 前記固定子磁極を、前記回転子の軸方向
   に２組連接すると共に、前記回転子の軸方向に前記回転
   子磁極のピッチ角度の１／２の角度ずらして配置したこ
   とを特徴とする小形電動機。
3. 【請求項３】中空円筒の表裏面が同極となるようにＮ極
   とＳ極を交互に円周方向に配置した回転子磁極を有する
   回転子と、 前記回転子を支承する軸受の近傍に固定子の巻線を巻回
   したヨーク部と、 このヨーク部に軸方向に当接し、互いに同心上に配置さ
   れた半径の異なる椀形の磁性部材の外円周に形成され、
   かつ、前記回転子磁極に微小間隔を隔てて挟設し、ｐ個
   のＮ極を連設した前記外側磁極とｐ個のＳ極を連設した
   前記内側磁極とからなる固定子磁極を有することを特徴
   とする請求項１記載の小型電動機。
4. 【請求項４】中空円筒の表裏面が同極となるようにＮ極
   とＳ極を交互に円周方向に配置した回転子磁極を有する
   回転子と、 互いに同心上に配置された半径の異なる椀形の磁性部材
   の外円周に形成され、かつ、前記回転子磁極に微小間隔
   を隔てて互いに対向するよう挟設し、円周方向にｎ組に
   分割して配置した外側磁極と内側磁極からなる固定子磁
   極とを有し、 前記外側磁極と内側磁極の間に前記回転子の軸方向と平
   行に設けた磁極芯に巻線を巻回し、 前記ｎ組の固定子磁極の配置は、前記回転子磁極のピッ
   チ角度の１／ｎ角度ずつ、円周方向にずらして設定され
   たことを特徴とする小形電動機。