JP2587608B2

JP2587608B2 - モ−タ−

Info

Publication number: JP2587608B2
Application number: JP59116199A
Authority: JP
Inventors: 常照高橋; 陽二有田; 公行神野
Original assignee: Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd
Priority date: 1984-06-06
Filing date: 1984-06-06
Publication date: 1997-03-05
Anticipated expiration: 2012-03-05
Also published as: JPS60261344A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、リング状でラジアル方向に多極着磁されて
いる磁石と、その内側又は外側に配置されている突極を
有するコアとを備えたモーターに関し、特に、該磁石に
着磁領域と無着磁領域を設けることにより、回転に発生
するコギングを著しく減少せしめたことを特徴とするモ
ーターに関する。

従来の技術近年、種々の新しい機械装置、電気及び電子機器の開
発に伴い、コギングが少なく、且つ大きなトルクを有す
る高品位の小型モーターが強く望まれるようになった。

コギング対策としてはコアレスモーター等が使用され
ていたが、コアレスモーターは充分に大きいトルクが得
られず、大きいトルクを得るためには大型化を免れ得な
かった。一方、突極を有するモーターは、大きなトルク
が得られるものの、コギングが発生するという不都合が
あった。

従来、突極を有するモーター（以下単にモーターと略
称する）は、コギングを減少させるために、例えば特公
昭58-52426号公報に開示されている如く、電機子鉄心に
加工を施す方法が提案されていたが、この方法は複雑で
あり、コギングの減少も、ますます増大する高品位化へ
の要望に対し十分なものでなかった。

さらに最近は、永久磁石に磁力の強い希土類磁石等を
用いるに及んで、小型化は促進されるもののコギングが
より顕著となり、実用上の不都合が増した。

本発明者等は上記の点に鑑み、リング状でラジアル方
向に多極着磁されている磁石を用いたモーターについて
種々研究を重ねた結果、従来、上記磁石（以下リング状
磁石と略称する）が全領域に着磁をしていたのに対し、
着磁領域相互間に無着磁領域を設けることにより、コギ
ングが少なくなる事を見い出して本発明に至った。

問題点を解決するための手段本発明のモーターは、リング状磁石を用いたモーター
において、該磁石がリングの中心軸に垂直な各断面にお
いて実質的に均一な厚さと組成を有しており、且つＮ極
とＳ極とに実質的に同一の幅で交互に着磁されており、
各着磁領域は実質的に着磁されていない同一の幅を有す
る無着磁領域によって隔てられており、該着磁領域の幅
が、突極数と磁石の極数の最小公倍数をｍとした場合、式 θ＝（360°／（m/2））×ＫＫ＝1.03〜1.17 で規定されるθなる着磁角度で着磁されていることを特
徴とするものである。

以下、本発明について詳細に説明する。

第１図は本発明のモーターの一例であるインナーロー
ター型モーターの断面略図である。このインナーロータ
ー型モーターは、６個の突極11を有するコア１と、磁石
の極数が４から成るリング状磁石２、および磁気ヨーク
３を主要部として構成されている。

このリング状磁石２は、形態的には通常のものと何ら
変わるところはなく、リングの中心軸に垂直な各断面に
おいて実質的に均一な厚さと組成とを有している。従来
のモーターにおけるリング状磁石は、着磁角度θ′でＮ
極とＳ極に交互に着磁されている。θ′は無着磁領域を
設けない場合の着磁角度であり、θ′＝360°／磁石の
極数である。しかし、本発明のモーターでは、リング状
磁石の着磁状態は通常のものと異なっており、着磁領域
と無着磁領域とが交互に存在している。すなわちＮ極21
とＳ極22が交互にかつ実質的に同一の幅（θ）で着磁さ
れており、このＮ極21とＳ極22との間に無着磁領域23が
存在している。各無着磁領域も実質的に同一の幅（θ′
−θ）を有している。

本発明に用いられるリング状磁石は、各種の方法によ
り製造することができる。例えば、フェライトの粉末や
希土類磁石の粉末等の磁性粉末を焼結してリング状成形
体とし、これにＮ極とＳ極とが交互に存在し、かつ両者
間に無着磁領域が存在するように着磁することにより製
造される。また、磁性粉末をゴムやプラスチックと練り
合わせてリング状成形体とし、これを上記のように着磁
することによって製造することもできる。このようなプ
ラスチック磁石は、その成形過程において、磁性粉末に
ラジアル方向への配向を生起させて異方性を有する成形
体とし、これに上記のように着磁するのが好ましく、こ
れにより強力な磁石を製造することができる。磁性粉末
をラジアル方向に配向させるには、特開昭59-181952や
特開昭60-186008に記載の方法を好適に用いることがで
きる。

また、ラジアル方向に配向させるに際し、無着磁領域
を配向させずに着磁領域のみを配向させるようにする
と、着磁に際し無着磁領域に若干の着磁が行われる場合
でもその磁束密度を小さくできるので好ましい。

着磁は各着磁領域の全域において、できるだけ均一な
磁束密度が得られるように行なうのが好ましく、通常は
各着磁領域の磁束密度の平均値に対するその領域の磁束
密度の最大値が1.2以下、好ましくは1.1以下となるよう
に着磁する。着磁領域の全幅にわたって磁束密度が一定
となるように着磁できれば最も好ましい。

また、無着磁領域は着磁が全く行われていないこと、
すなわちその磁束密度が零であることが好ましい。しか
し、磁石製造上の制約よりして、無着磁領域の磁束密度
を零とすることは必ずしも容易ではなく、かつまた多少
の磁束密度、例えば着磁領域の磁束密度の最大値の10％
以下の磁束密度が存在していても本発明のモーターに使
用可能である。本明細書において無着磁領域とは、この
ような多少の磁束密度の存在する領域をも意味するもの
である。

本発明のモーターにおけるコギングとリング状磁石の
無着磁領域との関係について説明すると、コギングとは
回転時に発生する回転むらであり、特に起動初期と停止
前に顕著に現れる。その原因は、突極１とリング状磁石
２の各磁極との間の相対的な回転位置によって、磁石の
動作点が変化し、磁極各部に働く力が回転軸に対して対
称とならない場合に発生する力（コギング力）によって
もたらされる。

突極数をq,リング状磁石の磁極数をｐとすると、突極
の円周方向での位置は360°/q毎に等価（同じ状態）と
なり、また、リング状の多極磁石に対する円周方向での
位置も360°/p毎に等価となる。したがって、突極を有
するコアとリング状の多極磁石からなるモーターにおい
ては、突極と多極磁石の円周方向における相対的な位置
関係は、360°/qと360°/pの最小公倍数、すなわち、ｑ
とｐの最小公倍数をｍとして360°/m毎に等価となる。
しかるに、コギングトルクは突極の回転位置によって静
磁エネルギが変化することによって発生するレラクタン
ストルクであり、突極と多極磁石の磁極の幾何学的位置
によって決まる。よって、突極と磁極の円周方向（回転
方向）の相対的位置関係は360°/m毎に等価となるの
で、コギングトルクは360°/m毎に同じになる。

従って、リング状磁石２の各磁極間に適切な幅の無着
磁領域が存在すると、磁極各部に働く力が回転軸に対し
てバランス状態に近くなり、その結果、コギングが減少
する。

例えば、第２図は、第１図に示したモーターを、無通
電状態で、かつ第１図の状態を基準として回転させたと
きの、回転角度（φ）に対するトルク（コギング力）特
性を示す図である。

第２図の曲線ａは着磁角（θ）が90°で無着磁領域の
無い従来のリング状磁石を用いた場合、曲線b,cおよび
ｄはそれぞれ着磁角（θ）が72°、66°および54°で残
部が無着磁領域であるリング状磁石を用いた場合であ
る。突極数は６、磁極数は４であるから、それらの最小
公倍数は12となり、コギングトルクは360°/12＝30°の
周期を持つ。

第２図より明らかなように、リング状磁石に無着磁領
域を設けた場合には、モーターに生じるコギングの原因
となるトルク（コギング力）は小さくなり、且つロータ
ーの回転角度（φ）の変化に対するトルクの変化も小さ
い。特に、着磁角（θ）が66°の場合にコギングが小さ
くなる。

また、第３図は、突極数が３、磁石の極数が２から成
るインナーローター型モーターの回転角度（φ）に対す
るトルク（コギング力）特性を示す図である。

第３図の曲線ｅ、ｆおよびｇは、それぞれ着磁角
（θ）が120°、130°および140°のリング状磁石を用
いた場合である。突極数は３、磁極数は２であるから、
それらの最小公倍数は６となり、コギングトルクは360
°/6＝60°の周期を持つ。第２図と同様に、着磁角
（θ）を変えることによりトルクは変化する。特に、着
磁角（θ）が130°の場合にコギングが小さくなる。

第４図および第５図は、それぞれ第２図および第３図
に示したモーターの、コギング力となる最大トルクの絶
対値とリング状磁石の着磁角（θ）との関係を示した図
である。第４図および第５図からも明らかなように、コ
ギング力は、極めて限られた着磁角（θ）、即ち、特定
の範囲の着磁領域と無着磁領域を有する場合に、詳しく
小さくなることがわかる。各モーターにおいて、最大ト
ルクが最も小さくなる着磁角（θ）は、突極数が６、磁
石の極数が４から成るモーターでは、約66°付近、突極
数が３、磁石の極数が２から成るモーターでは、約130
°付近であり、さらに突極数が12、磁石の極数が８から
成るモーターでは、約33°付近にあり、同様にその他の
モーターにおいても、最大トルクの絶対値と着磁角
（θ）の間には、第４図および第５図に示した特性とほ
ぼ同様に、特定の範囲の着磁角（θ）においてコギング
トルクが極小となるという傾向がある。

従って、最大トルクの絶対値が最も小さくなる着磁角
は、突極数と磁石の極数の最小公倍数をｍとして（360
°／（m/2））×1.1付近にあり、着磁角がこれにより大
きくなっても小さくなってもコギングは増大する。ま
た、着磁角が上記の値よりも小さくなると、着磁領域が
減少してモーターのメインの回転トルクが低下するとい
う不利もある。コギングトルクは小さい方が望ましいの
はいうまでもないことであるが、実用的には、モーター
のメインの回転トルクや製造上の制約から、ある大きさ
以下であればよいという場合が多い。従って、実用的見
地からは着磁角は（360°／（m/2））×（1.03×1.17）
の範囲にあることが好ましく、特に（360°／（m/2））
×（1.05×1.15）の範囲にあることがより好ましい。

また、本発明のモーターは、コアの突極数と磁石の極
数との比が最も一般的な3:2であるものについて説明し
たが、これ以外のものであってもよい。

以上、詳細に説明したように、本発明はリング状磁石
に無着磁領域を設けるという簡単な手段により、コギン
グが少なく、かつ大きなトルクを有する高品位のモータ
ーを提供するものであり、工業上極めて大きな価値を有
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のモーターの一例であるインナーロータ
ー型モーターの断面略図、第２図および第３図は本発明
のモーターの回転角度φに対するトルク（コギング力）
特性を示す図であり、第４図および第５図はそれぞれ第
２図および第３図に示した本発明のモーターの最大トル
クの絶対値と磁石の着磁角θとの関係を示した図であ
る。 1:コア、2:リング状磁石 3:磁気ヨーク、11:突極 21:N極、22:S極 23:無着磁領域

フロントページの続き (72)発明者神野公行調布市染地３−１―71 多摩川住宅トー６―406 (56)参考文献特開昭53−124708（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−157247（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−25970（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】リング状でラジアル方向に多極着磁されて
いる磁石と、その内側または外側に配置されている突極
を有するコアとを備えたモーターにおいて、該磁石がリ
ングの中心軸に垂直な各断面において実質的に均一な厚
さと組成を有しており、且つＮ極とＳ極とに実質的に同
一の幅で交互に着磁されており、各着磁領域は実質的に
着磁されていない同一の幅を有する無着磁領域によって
隔てられており、該着磁領域の幅が、突極数と磁石の極
数の最小公倍数をｍとした場合、式 θ＝（360°／（m/2）×ＫＫ＝1.03〜1.17 で規定されるθなる着磁角度で着磁されていることを特
徴とするモーター。
【請求項２】上記磁石が、希土類磁石であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載のモーター。
【請求項３】上記磁石が、プラスチック磁石であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載
のモーター。
【請求項４】上記磁石が、磁性粉がラジアル方向に配向
している異方性磁石であることを特徴とする特許請求の
範囲第３項に記載のモーター。