JPS5950760A - 磁気強さの変化する永久磁石を有した自己始動型直流モ−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】 発明の背景 本発明は、自己始動される永久磁石型の直流モータに係
る。

通常ロータに永久磁石をもつ直流モータにおいては、モ
ータを消勢すると、ロータは、モータの再付勢時にロー
タにトルクがか＼らないような位置に休止することがあ
る。このよう゛な位置を無トルク（ｃｏｇｇａｄ　）　
　位置と称する。モータの再付勢時にロータにトルクが
か＼らない位ｆは、ロータによシ形成される磁界の軸が
、ステータにより形成される磁界の軸と同じ方向となる
か或いは逆方向と慶るような位置である。換言すれば、
ロータにより形成される磁界の軸が、ステータにより形
成される磁界の軸と完全に同相（電気角０６）であるか
或いは完全に位相ずれする（電気角１８０’）場合には
、モータの再付勢時にロータにトルクがか＼らなくなる
。いずれの場合にも、モータは始動しない。更に、モー
タの設計において無トルク状態を考慮しない限り１巻線
モータ部品の突極性により、ロータが丁度無トルク位置
−磁気抵抗の最少の位置−に休止し勝ちである。

永久磁石型の直流モータを自己始動させるために用いら
れる１つの技術は、永久磁化されたロータ磁石に吸引作
用を与えるようにステータに永久磁石を設け、モータの
消勢後、ロータが無トルク位置から角度的にずれるよう
にすることである。

然し乍ら、この技術を用いると、モータがなめらかに作
動しなくなる。

永久磁石型直流モータを自己始動させるために用いられ
る別の技術は、モータの消勢後にロータが無トルク位置
から角度的にずれるようにロータを位置設定させるよう
磁路の磁気抵抗を費えることである。このようにセータ
を位置設定させるために示唆され利用されている磁気抵
抗変換法には、手動手段、補助巻線の使用、ロータの運
動方向に磁気抵抗が変化するようなステータ磁極片の使
用、並びにロータとステータとの間のエアギャップの巾
が非均−であるようなロータ及びステータの使用が含ま
れる。

然し乍ら、これらの磁気抵抗変更法を用いると種々の問
題を招く。手動手段を使用すると、モータがかさばって
複雑になり、オペレータを必要とすることになる。補助
巻線を用いると、モータが複雑に冷る。磁気抵抗の変化
する磁極片を用いたり、ロータとステータとの間のエア
ギャップの巾が非均−であるようなロータ及びステータ
を用いると、非常の経費のか＼る製造工程を用いること
が必要となったり、或いは無トルク位置からのずれが非
常にわずかなものとなったりする。

発明の概要 本発明は、磁気強度の変化する永久磁石を有した自己始
動永久磁石型の直流モータ及びその製造方法を提供する
。回転方向に磁化強さが変化するわ−タの永久磁石によ
り、モータの消勢後、ロータが無トルク位置から角度的
にずれるようにロータが位置設定される。

磁化強さが変化する永久磁石をロータに使用することに
より、ロータ組立体、即ちロータハウジング及びこれに
取り付けられるロータ磁石を容易に製造することができ
る。ロータ組立体は機械的に複雑でなく、モータ全体も
機械的に複雑でない。

強さの変化する磁化状態を磁石に形成するのに用いられ
る装置は、容易にλ手でき、この用途に容易に適用され
そして操作が容易であ抄、従って。

困難であつ九シ及び／又は経費がか＼つたシする製造工
程を用いる必要は々い。本発明は、装置が複雑であシ製
造が困難であるという公知技術の問題を解消する。

本発明による１つのモータにおいては、ロータの永久磁
石の磁気強さく磁束密度）がその周囲方向に便化する。

即ち、ブラシなしの直流モータの弓形永久磁石は、無ト
ルク位置以外の角変位置において磁石をステータの突極
部に整列させるように１回転方向に徐々に磁気強さが減
少する。

本発明の１つの特徴による永久磁石型直流モータの製造
方法においては、均一に磁化された永久磁石をロータに
設置し、ロータをトロイドの工アゼヤップにおいて取付
具に取り付け、ロータ磁石に変化する磁気強さく磁束密
度）を形成するように適当な時間減磁磁界を与え、そし
てロータをステータと作動関係に組立てる。

磁気強さの変化する本発明の磁石は、所望ならば、公知
技術を補足するものとして使用でき１例えば、巻線（通
常はステータ）部品の突極は、モータ部品を無トルク位
置に置かないような変化するエアギャップを与える形状
にされてもよい。

本発明の上記及び更に別の効果は、添付図面を参照した
好せしい実施例の以下の詳細な説明より理解されよう。

好ましい実施例の詳細な説明 本発明は多数の色々な形態で実施できるが、特定の実施
例を図示して詳細に説明する。又、ここに述べる説明は
本発明の原理を例示するものと考えられ、本発明はこれ
に限定されるものでは々いことが理解されよう。

本発明は、永久磁石型の直流モータに係る。典型的に、
これらのモータにおいては、ステータ巻線の電流がロー
タの位置に基いて整流されてモータ作動を生じさせる。

ロータの位置を感知してス１ テータ巻線の電流を整流するために、例えばブラシ及び
整流リングや、光学装置や、ホール効実装置のような種
々の装置が使用される。ロータの位置を感知してステー
タ巻線の電流を整流する装置及び方法は本発明の部分を
構成し々い。

第１図を説明すれば、反転、ブラシなし、永久磁石型の
直流モータ１０は突極ステータ１４及びロータ１１より
成る。ロータは、ロータハウジング１７と、ロータ磁石
１２及び１３とを有している。ロータはスヂータの外側
を矢印ｗ１の方向に回転する。ホール装置１６の制御下
においては、電流１１　　が巻線１５に流れてステータ
に磁界を形成する。ステータにおける磁界の向きが、第
１図のステータに記入された文字”Ｎ　ＩＩ及び〃Ｓ″
で示されている。整流により、この電流１１　　は１８
０°インターバルで反転され、ステータの磁極が反転さ
れて、ロータが連続的に回転される。

ロータ磁石の磁化強さは線１６によって示されている。

第１図において、ロータ磁石１２及び１３は、２ 均一な磁化強さを有するので一般のやり方で磁化される
。モータ１０を消勢した時には、磁石は磁気抵抗の最も
少ない位置でステータの突極と整列して休止するように
なり、ロータ１１を第１図に示されたようか無トルク位
置に配置させる。ロータが無トルク位置にある場合は、
電流１１　　が巻線１５に流れ始めた時に、ロータにト
ルクが発生せず、従ってロータは回転しない。

このような無トルク状態を回避するための公知技術が、
第１図において、ステータ磁極に形成され九ノツチ２１
によって示されている。これらのノツチは、ギヤツブ巾
を変えることによりギャップの磁気抵抗を変える。これ
により、ロータは無トルク位置より若干前方に休止する
ことにガる。

第２図は、磁化強さの変化する永久磁石を用いてこのよ
うなモータを自己始動させる本発明の実施例を示してい
る。第２図では、同様の素子が同じ参照番号で示されて
いる。回転方向は矢印Ｗ２で示されている。電流１２　
　は巻線１５に流れ、ステータ１４に磁界を形成する。

ステータにおける磁界の向きは第２図のステータに記入
された文字＃Ｎ″及び’Ｓ”　Ｋよって示されている。

この磁界の向きは、磁石１３がホール装置１６の近くに
動いたことＫより第１図の向きとは逆にされている。ロ
ータ磁石１２及び１３の磁化強さが１ｌｉ１８で示され
ている。各ロータ磁石の磁化強さは、後端１９付近の最
も強い磁化位置から先端２０付近の最も弱い磁化位置ま
で周囲方向に徐々に変化する。

磁化強さの変化するロータ磁石は１．！２図に示すよう
に、無トルク位置以外の休止位置にロータを配置させる
。電流１２　　が巻線に流れ始めると、ロータにトルク
が発生し、ロータが回転し始める。

ステータ巻線の整流は、ロータにより形成される磁界の
軸がステータにより形成される磁界の軸とはｙ電気角で
１８０°位相ずれするように電流１２　　が流れ始める
ようなものである。電流１２　　は上記両軸の位相ずれ
が電気角ではソ０°であるように流れ始めることもでき
、両軸が同相である時即ち次の無トルク位置に達した時
に整流するとともできる。然し乍ら、両軸が電気角では
ソ１８００位相ずれするように電流１２　　を流し始め
ることにより、ロータは次の無トルク位置に達する際に
大きガ角速度及び大きな運動エネルギをもち、ロータの
回転モーメントによってロータは次の歯止め位置を通り
越すようにされる。

第２図のロータ磁石は、第１図のノツチ２１のように、
ステータとロータとの間のギャップの磁気抵抗を費える
ような形状にされたステータ磁極と共に使用することが
できる。この場合は、ロータが無トルク位置以外の位置
に休止するようにガる傾向が更に促進される。

磁化強さの変化する永久磁石は、その他の永久磁石型直
流モータを自己始動させるのにも使用できる。例えば、
第３図及び第４図は、ロータ磁石がステータの内部で一
般的なやシ方で取シ付けられているよう々ブラシなしの
直流モータを示している。

第３図において、モータ３０は、突極３２及び３７をも
つステータ３１と、ロータ３５とを有し５ ている。ロータ３５は、ロータハウジング３９と。

ロータ磁石３４及び３６とを備えている。ロータは、ホ
ール装置３８及びこれに組合わされた回路の制御下で巻
線３３に電流１３　　が流された時にステータ内で矢印
ｗ３の方向に回転する。ステータ磁界の向きは文字＃　
Ｎ　ｔｔ及び′Ｓ１′によって示されている。ロータ磁
石の一般の均−磁化強さが線３８で示されている。モー
タ３０が消勢されると、ロータは図示された無トルク位
置をとろうとする。

ロータが無トルク位置にある場合に付勢されると、ロー
タにトルクが発生せず、従ってロータは回転しかい。

この場合も、磁化強さの変化する永久磁石によね、この
形式のモータが自己始動される。第４図においては、同
様の素子が同じ参照番号で示されている。回転方向はｗ
４で示されている。巻線３３に電流１４　　が流れて％
第４図のステータにＩ　Ｎ　＃及びＩＳ“で示された向
きの磁界が形成される。第４図の電流は、磁石３４がホ
ールセンサ付近に動くことによシ逆転されてい名。ロー
タ磁６ 石３４及び３６の磁化強さが線４０で示されており、こ
の磁化強さは後端４１付近の最も強い磁化位置から先端
４２付近の最も弱い磁化位置オで変化する。このように
磁化された磁石３４及び３６によりロータ３５は無トル
ク位置以外の図示された位置に配置される。電流１４　
　が流れると、ステータの磁界はロータの磁界と電気角
ではソ１８０゜位相ずれし、ロータにトルクがか＼るこ
とによりロータが回転し始める。

第５図、第６図及び第７図は、磁化強さの変化する永久
磁石をもった直流モータをいかに作るかを示している。

トロイｒ５０はエアギャップ５２によって中断されてい
る。コイル５１がトロイドに巻きつけられ、取付具５３
がエアイヤツ７″に配置される。取付具にはキー５４が
配置される。

第６図において、第１図及び鳩２図のロータと構造的に
同様のロータ１１がトロイドのエアギャップ内にある取
付具に設置される。ロータ磁石１２及び１３は一般的な
やり方で磁化されている。

各ロータ磁石の磁化強さは線５５で示されたよりに一端
から他端まで均一である。

取付具のキーはロータを予め定められた角度に正しく配
置させ、従って、トロイｒのコイルを付勢した際に発生
されるエアヤヤツデの磁界はロータ磁石に対する磁気作
用がロータ磁石上の位置に関して変化する。取付具は、
各ロータ磁石の一端がロータ磁石の他端よりもエアギャ
ップとトロイダルとの境界に近くなるようにロータをエ
アギャップに配置させる。キー及び取付具は、特定のロ
ータを成る角度で配置させる多数の機械的構成体のいず
れかでよい。

ロータ１１が正しく配置された状態で、コイル５１が付
勢されて、エアギャップ５２に磁界が形成される。この
磁界が所望の変化する磁化強さをロータ磁石に形式する
ように充分な電流でコイルが付勢される。ロータハウジ
ング１７が強磁性材で作られる場合には、上記磁界が、
この強磁性材を飽和させてロータ磁石に所望の変化する
磁化強さを形成するに充分な強さでなければならガい＠
上記磁界はロータ磁石と相互作用して、トロイＶに最も
近いロータ磁石の部分を他の部分よりも減磁させる。

第７図において、ロータ磁石１２及び１３の磁化強さが
線５６で示されており、これは第２図のロータ磁石の場
合と同様である。この処理の後、ロータは取付具から取
り外され、ステータ１４と作動関係で組み立てられ、ロ
ータ磁石の変化する磁化強さによってロータは第２図に
示すように歯止め位置以外の位置に配置される。

特定の好ましい実施例を詳細に説明したが、本発明の精
神及び範囲内で種々の変更が容易に明らかとなろう。例
えば、ロータ磁石は、最初に均一に磁化し次いで部分的
に減磁するのではなく、変化する磁界強さく変化する磁
束密度）をもつように最初に磁化することができる。本
発明は２つの磁極をもつロータに限定されるものではな
く、そして前記したように、特定の整流機構に限定され
るものでもない。従って、本発明の範囲は、好ましい実
施例の前記説明に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

９ 第１図は、一般的に磁化されたロータ磁石が無トルク位
置に休止した状態で、反転、ブラシなし、永久磁石型の
直流モータを示した概略図、第２図は、第１図と同様の
図であるが、本発明によるロータ磁石がステータ巻線の
付勢直後に無トルク位置以外の休止位置にあるところを
示した概略図、 第３図は、一般的に磁化されたロータ磁石が無トルク位
置に休止された状態で、別のブラシなし。 永久磁石型の直流モータを示す概略図、１／Ｅ４図は、
第３図と同様の図であるが、本発明によるロータ磁石が
ステータ巻線の付勢直後に無トルク位置以外の休止位置
にあるところを示した概略図、 ｔａＳ図は、トロイドがエアギャップで中断され。 トロイドにコイルが巻かれ、そしてエアヤヤツプにおい
てロータを処理するように取付具を用いてロータを設置
するところを示した概略図、第６図はｌｌｌ５図のトロ
イドのエアギャップにおいて取付具に取り付けられたロ
ータを処理前に示０ した概略部分図、そして 第７図は第５図のトロイｒのエアギャップにおいて取付
具に取シ付けられたロータを処理後に示した概略部分図
である。 １０・・・永久磁石型直流モータ、１１・・・ロータ、
１２．１３・・・ロータ磁石、１４・・・ステータ、１
５・・・巻ｔｉ１ｉ１．１６・・・ホール装置、１７・
・・ロータハウジング、２１・・・ノツチ、３０・・・
モータ、３１・・・ステータ％３２．３７・・・突極、
３３・・・巻線、３５・・・ロータ、３４．３６・・・
ロータ磁石、３８・・・ホール装置、３９・・・ロータ
ハウジング、４１・・・後端、４２・・・先ｆｉ、５０
・・・トロイド、５１・・・コイル、５２・・・エアギ
ャップ、５３・・・［付−Ａ、５４・・・キー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　自己始動型の直流モータにおいて、第１及び
   第２の相対的に回転できる部材と、第１部材に設けられ
   た少なくとも１つの巻線及び少ガくとも１つの突極と、 一般的に円筒状の面を画成する少なくとも１つの半径方
   向に磁化された磁気区分であって、その一方の磁極はエ
   アギャップを横切って上記第１部材に対向しそして３６
   ０°未満の角度にわたって延びるような磁気区分とを備
   え、上記モータは上記第１及び第２部材に対して第１角
   度関係で少なくとも１つの無トルク位置を有し、該位置
   においては上記巻線を付勢した時に上記第１部材と第２
   部材との相対的な回転力が平衡状態にあり。 上記磁気区分はその周囲方向においてその一端の付近に
   その他端よりも磁気強さが増大された位置を画成するよ
   うに磁気強さが周囲方向に変化するものであり、 上記突極及び上気磁気区分は、上記第１及び第２部材を
   、上記無トルク位置から離すように引きつけて、上記無
   トルク位置から角度的にずれた休止相対角度位置までも
   っていくように配置されることを特徴とするモータ。 （２）　　巻線及び突極を有する上記第１部材はステー
   タであり、磁化強さの変化する永久磁石を有する上記第
   ２部材はロータである特許請求の範囲部（１）項に記載
   のモータ。 （３）　　上記磁気区分は、弓形形状の多数の磁石の１
   つである特許請求の範囲第（１）項に記載のモータ・（
   ４）　　上記磁石は上記Ｗ、１部材を形成する円筒状ロ
   ータ内に直径方向に対向して同心的に増り付けられ、そ
   して上記第２部材を形成する突極ステータの周りで回転
   するように取り付けられる特許請求の範囲！　（３）項
   に記載のモータ・（５）上記磁石はロータに配置された
   永久磁石区分を備え、これらは巻線の付勢により発生さ
   れた少なくとも１つのステータ磁界と共働して上記磁石
   を引きつけると共にロータを回転させ、±記磁石区分の
   各々は上記磁石の一端付近の磁化強さの強い位置から磁
   化強さの弱い少なくとも１つの位置まで周囲方向に磁化
   強さが変化し、各々の上記磁石区分の上記変化する磁化
   強さは、無トルク位置から角度的にずれた休止位置にロ
   ータを配置させるように働く特許請求の範囲第（３）項
   に記載のモータ。 （６）上記永久磁石は、ステータ巻線の付勢に応答して
   ロータを回転させるロータ磁石であり、これは磁化強さ
   の強い上記位置からその他端付近の磁化強さの弱い位置
   まで磁気強さが徐々に変化する特許請求の範囲第（２）
   項に記載のモータ。 （７）　　上記ロータ磁石の上記変化する磁化強さは、
   無トルク位置からロータ回転方向に角度的にずれた休止
   位置にロータを配置させる特許請求の範囲第（４）項又
   は第（５）項又は第（６）項に記載のモータ０ （８）　　自己始動型の直流モータを製造する方法にお
   いて、 少なくとも１つの突極を有するステータと、このステー
   タを磁化する少々くとも１つの巻線とを用意し、 ステータと作動関係でロータに使用する少なくとも１つ
   の永久磁石を用意し、この段階は、ロータの回転方向に
   磁石に沿って磁化強さを変化させることを含み、 これにより、ロータがステータに対して回転するように
   取り付けられそしてステータ巻線が消勢された時に、ロ
   ータはそれ自体で無トルク位置以外の位置に整列するこ
   とを特徴とする方法０ （９）磁化強さを変化させる上記段階は、ロータ用の永
   久磁石を用意し、このロータ磁石の少なくとも１部分に
   おける磁化強さを減少させる方向及び強さの磁界を形成
   することを含む特許請求の範囲第（８）項に記載の方法
   。 ｆｉ・　磁界を形成する前記の段階は、磁界の磁束密度
   を磁界の位置の関数として変化させることを含ｔｒ特許
   請求の範囲第（９）項に記載の方法。 ＜ＩＣ磁化強さを変化させる前記段階は、磁路体のエア
   ギャップにロータ磁石を配置し、そしてロータ磁石に対
   する磁気作用がロータ磁石上の場所に関して変化するよ
   うな磁界を形成することを含む特許請求の範囲第（８）
   項に記載の方法。 ｌ　磁化強さを変化させる前記段階は、ロータ磁石の一
   端の方がロータ磁石の他端よりもエアギャップの境界に
   より接近するようにロータ磁石を配着することを含む特
   許請求の範囲第ｏ廓項に記載の方法。 ａＪ　　磁化強さを変化させる前記段階は、ロータ磁石
   の長さに沿つで変化する磁束密度をもった磁界を形成す
   ることを含も特許請求の範囲第（ロ）項に記載の方法。 ａ４　　上記磁路体は、エアギャップで中断されたトロ
   イドと、磁路体を付勢して磁界を発生させるために上記
   トロイドに巻かれたコイルとを備え、磁化強さを変化さ
   せる前記段階は、更に、ロータ磁石をロータに設置しそ
   してロータを予め定められた角度でエアギャップに配置
   することを含む特許請求の範囲第（１１１項に記載の方
   法。 （１９ロータをエアギャップに配置する前記段階は、上
   記予め定められた角度を確立するように共働するキ一手
   段をロータ及びエアイヤツブに設け、キ一手段を共働さ
   せてロータをエアギャップに配置し、ロータを位置設定
   することを含む特許請求の範囲第０４１項に記載の方法
   。 （ＩＱ　　ロータ磁石はロータの周９に配置された弓形
   区分であり、磁化強さを変化させる前記段階は、エアイ
   ヤツブを画成する透磁率の高い材料の面に一端が接近す
   るように上記区分を成る角度で配置させてエアギャップ
   にロータを配置することを含む特許請求の範囲第１項に
   記載の方法。 ０″ｎ　ロータ磁石の上記変化する磁化強さにより無ト
   ルク位置からロータ回転方向に角度的にずれた休止位置
   にロータが配置されるよう、ロータをステータと作動的
   に関連させて組み立てる特許請求の範囲第１項又は第０
   ！１９項、又は第ｉ１１項に記載の方法。