专利名称：磁马达的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动马达。更详细的内容是，本发明涉及这样一种磁马达，其中具有设置了永久磁铁，并能围绕旋转轴心进行旋转的转子、设置在该转子周围的磁传感器和多个电磁线圈、以及利用上述磁传感器来检测设置在上述转子上的永久磁铁的磁性，对上述电磁线圈中的通电进行控制的控制装置，该转子沿周围方向按照等间隔被划分成多个区域，该区域的数量与上述电磁线圈的数量相等，各个区域由沿多个圆周方向排列设置了上述永久磁铁的部分和没有设置永久磁铁的部分构成上述永久磁铁被配置成相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线呈倾斜状态。
背景技术：
在过去已知的许多电动马达中，转子和定子两者都采用由线圈绕组构成的电磁铁。并且，在步进马达中，转子也有采用磁性体或永久磁铁的；定子也有采用电磁线圈的。但在步进马达中需要特别的相位控制装置。
本发明人首先在特开平10-126987号公报中提出了以下马达方案。该马达的特征在于具有能围绕旋转轴心进行旋转的转子、设置在该转子周围的电磁线圈，该转子沿周围方向按照等间隔被划分成多个区域，各个区域由以下两部分构成一部分排列设置了多个永久磁铁；另一部分没有设置永久磁铁，上述永久磁铁被配置成相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线呈倾斜状态。该转子包括圆板部以及与该圆板部的周缘相连的圆周板部，上述多个永久磁铁配置在该圆周板部的内侧。
这样如果对转子进行支承使其能旋转，同时，在转子上配置多个永久磁铁并使其相对于从旋转轴心向外侧延伸的半径线形成倾斜状态，那么，在电磁线圈内没有通电的状态下，在多个永久磁铁所形成的磁力线和电磁线圈的磁性作用下，在多个永久磁铁的一个端部的永久磁铁和电磁线圈对置的状态下，转子旋转后停止。在此状态下，若把电磁线圈的极性切换到与对置的永久磁铁相同的极性上，则磁性体和永久磁铁互相排斥，转子旋转。
在这种马达中，为了使转子连续地高效率地进行旋转，必须检测出转子的永久磁铁相对于电磁线圈处于规定的位置关系的状态，对电磁线圈内的通电进行控制。
在特开平10-248288号公报中提出了这样一种装置的方案，也就是说，在旋转轴M上设置转子L1和L2，在铁心01和转子L2之间设置磁传感器H1和H2，在面对转子L1的铁心01上设置驱动线圈K1、K3、K5；在面对转子L2的铁心01上设置驱动线圈K2、K4、K6；在转子L1、L2上设置使磁极整齐排列的永久磁铁J，驱动线圈按照K1、K2、K3、K4、K5、K6的顺序进行接线，在驱动线圈K1上设置引线X；在驱动线圈K6上设置引线Y，在电源V和电源接地G之间分别设置晶体管Tr1、Tr3和晶体管Tr2、Tr4；在晶体管Tr1～Tr4和磁传感器H1、H2之间设置变换器ICA1～A6；在晶体管Tr1、Tr4上分别跨桥设置二极管D2、D3、D4、D5，在电源V和磁极检测器H1、H2之间设置双拨倒开关S。在晶体管Tr1～Tr3之间连接从驱动线圈K1来的引线X，同时在晶体管Tr2、Tr4之间连接从驱动线圈K6来的引线Y。
在该装置中，检测了永久磁铁J的N极的磁传感器H进行输出，数字的低(电平)信号传送到变换器ICA1、A2、A4、A6内。用变换器IC使输入信号反转，变换器ICA1、A2的输出变成数字的高信号。并且，输入到变换器ICA4、A6内的信号2次反转，变换器ICA3、A5的输出信号为低信号。晶体管Tr1、Tr2为PNP晶体管，晶体管Tr3、Tr4为NPN晶体管。
接收变换器IC的输出信号的晶体管Tr1在截止状态下不导通。晶体管Tr2接收低信号变成导通状态，晶体管Tr3接收高信号变成导通状态，晶体管Tr4在截止状态下不导通，若向变换器ICA1、A2、A4、A6内输入低信号，则晶体管Tr2、Tr3导通，电流从引线X流向引线Y方向。
相反，若向变换器ICA1、A2、A4、A6内输入数字的高信号，则晶体管Tr1、Tr4导通，电流从引线Y流向引线X方向。
若电流从引线X方向流入引线Y方向，则在驱动线圈K1的转子侧出现S极；在驱动线圈K2的转子侧也出现S极。在驱动线圈K3、K4、K5、K6的转子侧也全部出现S极。该S极和永久磁铁J的S极互相排斥，转子L1、L2沿顺时针方向旋转60°。在此，磁传感器H1的输出进行反转，所以电流从引线Y流向引线X方向。于是，在各驱动线圈的转子侧与在此之前相反，全部出现N极。该N极和永久磁铁J的N极互相排斥，同时与永久磁铁J的S极互相吸引，转子L1、L2进一步沿顺时针方向旋转60°。这样反复动作，使转子L1、L2沿顺时针方向连续旋转。而且，双搬钮开关S用于使工作的磁极检测器从H1切换到H2，改变开关的定时，使其向反方向旋转。
在特开平10-248288号公报中公开的装置中，利用磁传感器H1或H2的信号来切换晶体管Tr2、Tr3和Tr1、Tr4的导通和非导通，电流从引线X流向引线Y方向，或者从引线Y流向引线X方向，从理论上讲，从引线X向引线Y的电流和从引线Y向引线X的电流不可能同时流动。但是，实际上由于晶体管Tr1～Tr4的元件特性的关系，晶体管Tr2、Tr3的导通和晶体管Tr1、Tr4的导通发生重叠，其结果产生的电流不流过马达，而是从电源V直接穿通向电源接地G，不能驱动马达旋转。
这种穿通电流造成的问题是马达输出力距减小，马达旋转不稳定，并且马达效率降低。该问题在马达转速提高时尤其严重。
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种能进一步提高马达转速，增大转矩的马达。
再者，在特开平10-126987号公报中提出了上述马达的制造方法，其特征在于准备一种具有凹部的夹具，该凹部是，从中心点按照相等的圆周角划许多条半径线，在半径线上以离开中心点达到规定距离的点为起点，按照与半径线形成规定的倾斜角来描绘矩形断面的永久磁铁的外形线，对外形线进行连结，沿夹具的凹部放置多个永久磁铁，对多个永久磁铁的相对位置进行固定，然后安装到转子体上，制成转子。
即使采用上述特开平10-126987号公报所公开的使用特别夹具的马达的制造方法，也还存在问题，因为并排设置矩形断面的许多永久磁铁，所以在使用磁力强度大的永久磁铁的情况下，永久磁铁相邻的端面在紧密接触的状态下产生磁性吸附，使多个永久磁铁相对于从旋转轴心向外侧延伸的半径线产生倾斜，使其前端沿圆弧进行配置，所以，仍然需要高难度的装配技术，马达的生产效率低。
再者，在特开平10-126987号公报中公开的转子中，把多个永久磁铁配置在平面的圆板上，所以高速旋转时产生的离心力会使永久磁铁碰撞圆周板，使圆周板膨胀，被撞破，所以马达高速旋转受到限制。
发明内容
本发明的另一目的在于解决上述特开平10-126987号公报所公开的转子装配困难，高速旋转受限制的问题，提供一种不需要特别熟练的装配技术，生产效率高，而且强度很高能使马达高速旋转的磁马达用转子。
为了达到上述目的，本发明提供这样一种磁马达，其中具有设置了永久磁铁，并能围绕旋转轴心进行旋转的转子、设置在该转子周围的磁传感器和多个电磁线圈、以及利用上述磁传感器来检测上述永久磁铁的磁性，对上述电磁线圈中的通电进行控制的控制装置，该转子沿周围方向按照等间隔被划分成多个区域，该区域的数量与上述电磁线圈的数量相等，各个区域由以下两部分构成一部分沿多个圆周方向排列设置了上述永久磁铁；另一部分没有设置永久磁铁，上述永久磁铁被配置成相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线呈倾斜状态。该磁马达的特征在于上述通电控制装置根据磁传感器的信号来切换对上述电磁线圈的通电方向，同时，用磁传感器来检测磁性，经过规定时间后，向电磁线圈通电。
更详细的内容是为达到上述目的，本发明提供这样一种磁马达，其中具有设置了永久磁铁，并能围绕旋转轴心进行旋转的转子、设置在该转子周围的磁传感器和多个电磁线圈、以及利用上述磁传感器来检测上述永久磁铁的磁性，对上述电磁线圈中的通电进行控制的控制装置，该转子沿周围方向按照等间隔被划分成多个区域，该区域的数量与上述电磁线圈的数量相等，各个区域由以下两部分构成一部分沿圆周方向排列设置了多个上述永久磁铁；另一部分没有设置永久磁铁，上述永久磁铁被配置成相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线呈倾斜状态。
该磁马达的特征在于第1晶体管和第2晶体管串联连接，第3晶体管和第4晶体管串联连接，串联连接的第1晶体管和第2晶体管与串联连接的第3和第4晶体管进行并联连接，上述电磁线圈的一边的端子连接在第1晶体管和第2晶体管之间，上述电磁线圈的另一边的端子连接在第3晶体管和第4晶体管之间，上述各晶体管的栅基或基极与上述通电控制装置相连接，上述通电控制装置根据磁传感器的信号来切换对上述电磁线圈的通电方向，同时，用磁传感器来检测磁性，经过规定时间后，向电磁线圈通电。
上述通电控制装置根据磁传感器的信号来切换对上述电磁线圈的通电方向，同时上述通电控制装置在磁传感器和各晶体管之间包括由电容器和电阻构成的延迟电路，用磁传感器来检测磁性，经过规定时间后，向电磁线圈通电。在此情况下，希望延迟电路和各晶体管通过光耦合器进行连接。
或者，上述通电控制装置包括时钟脉冲发生装置，与来自该时钟脉冲发生装置的时钟脉冲相同步，根据磁传感器的信号来切换向上述电磁线圈的通电方向，也可以用磁传感器来检测磁性，经过规定时间之后，向电磁线圈通电。
更详细的情况是上述通电控制装置包括时钟脉冲发生装置和触发装置，把上述磁传感器的信号和从上述时钟脉冲发生装置来的时钟脉冲输入到触发装置内，希望利用触发装置的输出信号来切换对上述电磁线圈的通电方向。
具体来说，这样一种磁马达，其中具有设置了永久磁铁并能围绕旋转轴心进行旋转的转子、设置在该转子周围的磁传感器和多个电磁线圈、以及利用上述磁传感器来检测设置在上述转子上的永久磁铁的磁性对上述电磁线圈中的通电进行控制的控制装置，该转子沿周围方向按照等间隔被划分成多个区域，该区域的数量与上述电磁线圈的数量相等，各个区域由以下两部分构成一部分沿圆周方向排列设置了多个上述永久磁铁；另一部分没有设置永久磁铁，上述各永久磁铁被配置成相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线呈倾斜状态。
该磁马达的特征在于上述通电控制装置包括时钟脉冲发生装置以及与该时钟脉冲发生装置和上述磁传感器相连接的逻辑电路，上述逻辑电路由第1逻辑电路和第2逻辑电路构成，该第1逻辑电路利用在接收从上述磁传感器来的截止信号之后的正时钟脉冲来进行接通，同时，利用在接收从上述磁传感器来的导通信号之后的反转时钟脉冲来进行切断；该第2逻辑电路利用在接收从上述磁传感器来的导通信号之后的正时钟脉冲来进行接通，同时，利用在接收从上述磁传感器来的导截止信号之后的反转时钟脉冲来进行切断。
栅极与上述第1逻辑电路相连接的第1场效应晶体管、和栅极与上述第2逻辑电路相连接的第2场效应晶体管进行串联连接；栅极与上述第2逻辑电路相连接的第3场效应晶体管、和栅极与上述第1逻辑电路相连接的第4场效应晶体管进行串联连接；串联连接的第1场效应晶体管、第2场效应晶体管以及串联连接的第3场效应晶体管、第4场效应晶体管进行并联连接，
上述电磁线圈的一边的端子连接在第1场效应晶体管和第2场效应晶体管之间；上述电磁线圈的另一边的端子连接在第3场效应晶体管和第4场效应晶体管之间，利用上述磁传感器的信号和从上述时钟脉冲发生装置来的时钟脉冲来切换对上述电磁线圈的通电方向。
再者，本发明如实施例所示，是这样一种磁马达，其中具有设置了永久磁铁并能围绕旋转轴心进行旋转的转子、设置在该转子周围的磁传感器和多个电磁线圈、以及利用上述磁传感器来检测设置在上述转子上的永久磁铁的磁性对上述电磁线圈中的通电进行控制的控制装置，该转子沿周围方向按照等间隔被划分成多个区域，该区域的数量与上述电磁线圈的数量相等，各个区域由以下两部分构成一部分沿圆周方向排列设置了多个上述永久磁铁；另一部分没有设置永久磁铁，上述永久磁铁被配置成相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线呈倾斜状态。
该磁马达的特征在于上述通电控制装置包括时钟脉冲发生装置以及与该时钟脉冲发生装置和上述磁传感器相连接的逻辑电路，上述时钟脉冲发生装置能输出规定频率的正时钟脉冲以及使其反转后的反转时钟脉冲，上述逻辑电路包括触发电路以及与该触发电路相连接的NOR电路，上述触发电路由以下第1触发电路和第2触发电路构成，该第1触发电路输入从上述时钟脉冲发生装置来的时钟脉冲和从上述磁传感器来的信号；该第2触发电路输入从上述时钟脉冲发生装置来的反转时钟脉冲和从上述磁传感器来的信号。
上述NOR电路由第1NOR电路和第2NOR电路构成，前者输入上述第1触发电路的正输出和第2触发电路的正输出；后者输入上述第1触发电路的反转输出和第2触发电路的反转输出。
上述第1NOR电路利用接收从上述磁传感器来的截止信号之后的正时钟脉冲来进行接通，同时利用接收从上述磁传感器来的导通信号之后的反转时钟脉冲来进行切断；上述第2NOR电路利用接收从上述磁传感器来的导通信号之后的正时钟脉冲来进行接通，同时利用接收导通信号之后的反转时钟脉冲来进行切断。
栅极与上述第1NOR电路相连接的第1场效应晶体管、和栅极与上述第2NOR电路相连接的第2场效应晶体管进行串联连接；栅极与上述第2NOR电路相连接的第3场效应晶体管、和栅极与上述第1NOR电路相连接的第4场效应晶体管进行串联连接；串联连接的第1场效应晶体管、第2场效应晶体管以及串联连接的第3场效应晶体管、第4场效应晶体管进行并联连接，上述电磁线圈的一边的端子连接在第1场效应晶体管和第2场效应晶体管之间；上述电磁线圈的另一边的端子连接在第3场效应晶体管和第4场效应晶体管之间，利用上述磁传感器的信号和从上述时钟脉冲发生装置来的时钟脉冲来切换对上述电磁线圈的通电方向。
在此情况下，第1触发电路和第2触发电路也可以是D触发器/并且，在本发明的马达中，希望上述马达包括圆板部以及与该圆板部的周缘相连的圆周板部，上述多个永久磁铁配置在该圆周板部的内侧，配置了该永久磁铁的部位的周缘部呈开口状。
在本发明中，转子沿圆周方向按等间隔划分成多个区域，各个区域由在圆周方向上并排设置了多个永久磁铁的部分和未设置永久磁铁的部分构成。但是希望有永久磁铁的部分和没有永久磁铁的部分各占一半。并且，沿上述圆周方向并排设置的多个永久磁铁在圆周方向配置成S极和N极交错排列的状态。这些永久磁铁配置成相对于从旋转轴心向外侧延伸的半径线呈倾斜状态，也可以使S极面向外侧，相反，也可以使N极面向外侧。
在多个转子在轴线方向上相重叠的情况下，希望在圆周方向上错开位置在旋转轴上安装，至少使邻接的转子的永久磁铁不互相重叠。例如，在转子为2个的情况下，一边的转子的有永久磁铁的部分和另一边的转子的没有永久磁铁的部分互相重叠。并且，在转子为4个的情况下，可以使隔一段有永久磁铁的部分的相位一致。
本发明，如实施例所示，转子在圆周方向上划分成3个，各永久磁铁配置成倾斜状态，其倾斜度相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线为35～60°(在图3中用β表示的角度)的范围，或者，转子在圆周方向划分成4个区，各永久磁铁希望配置成倾斜状态，其倾斜度相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线为40～55°。而且，在转子直径为30mm以下的情况下，相对于半径线的倾斜角度希望为35～45°。
再者，在本发明中希望转子在圆周方向上划分成3个区，在各区内沿多个圆周方向并排设置的永久磁铁配置成倾斜状，其倾斜角度相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线从45°依次变化到60°。
并且，在本发明中，为了达到上述目的，磁马达，其特征在于其中具有设置了永久磁铁并能围绕旋转轴心进行旋转的转子、设置在该转子周围的磁传感器和多个电磁线圈、以及利用上述磁传感器来检测上述永久磁铁的磁性对上述电磁线圈中的通电进行控制的控制装置，该转子围绕旋转轴中心沿周围方向按照等间隔被划分成多个区域，各个区域由以下两部分构成一部分排列设置了多个永久磁铁；另一部分没有设置永久磁铁，上述永久磁铁被配置成相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线呈倾斜状态。
转子主体由实心的非磁性体制的圆筒部件构成，在该圆筒部件内设置了凹部或孔，其中放入上述多个永久磁铁并使其相对于上述半径线呈倾斜状态，在本发明中，转子由转子主体和多个永久磁铁构成，前者由实心的非磁性体制的圆筒部件构成；后者安放在圆筒部件内形成的凹部或孔内。
采用这种结构，在装配时，在圆筒部件上所形成的凹部或孔内，安放了多个永久磁铁中的一个，在这一个永久磁铁安放到凹部或孔内的状态下，把下一个永久磁铁安装到凹部或孔内时，由于两个磁铁的磁力作用而能把下一个磁铁引导到凹部或孔内，安装到凹部或孔内的规定位置上。这样，把多个永久磁铁接连地安装到凹部或孔内，不需要特别熟练的技术，即可把全部磁铁分别安装到凹部或孔内的各规定位置上，其装配时的生产效率很高。
并且，在本发明中，转子主体由实心的圆筒部件构成，在该圆筒部件上形成的凹部或孔内安放多个永久磁铁。由于这种结构，即使在高速旋转时离心力作用于永久磁铁上，也不会使转子主体变形或损坏，能牢靠地保持永久磁铁不动，能使磁马达高速旋转。
在本发明中，设置在圆筒部件上的凹部或孔向圆筒部件的轴线方向(厚度方向)延伸，希望凹部或孔的内壁分别与上述多个永久磁铁的至少内周侧端部和外周侧端部相结合。
通过采用这样结构，各永久磁铁，其两端部(内周侧端部和外周侧端部)与圆筒部件的凹部或孔的内壁相结合而保持稳定。并且，各永久磁铁，其两端部并非分别处于和其他永久磁铁的端部进行磁性吸附的状态，所以各永久磁铁的两端部间的磁力线不受妨碍，能使磁马达更可靠地高速旋转。
在此情况下，希望设置在圆筒部件上的凹部或孔形成的状态是，收入多个永久磁铁使其相对于半径线的倾斜角度不同，其目的在于通过永久磁铁和电磁线圈之间的磁性结合，使转子旋转自如，使磁马达高速旋转。
并且，在圆筒部件中，希望多个永久磁铁并排设置的部分的外侧呈开口状，以便永久磁铁产生的磁力线不受妨碍，能使永久磁铁和电磁线圈之间进行磁性结合，使磁马达高速旋转。
再次，在本发明的转子中，希望构成圆筒部件的非磁性体以碳树脂为主要成分，以便减轻转子的重量，同时充分提高其强度，使磁马达高速旋转。
图1是涉及本发明的马达的实施例的一个侧面被拆下的状态的平面图。
图2是图1的II-II线断面图。
图3是表示转子的永久磁铁的配置情况的平面图。
图4是永久磁铁装配用的夹具的平面图。
图5是不使用图4所示的夹具的情况下的永久磁铁的成形图。
图6是通电控制装置的电路图。
图7是表示采用图6所示的通电控制装置的电路的工作状态的曲线图。
图8是涉及本发明的马达的第2实施例的一个侧面被拆下的状态的平面图。
图9是图8的IX-IX线断面图。
图10是表示第2实施例中的转子的磁性分布的曲线图。
图11是表示转子的永久磁铁的配置改变后的实施例中的磁性分布的曲线图。
图12是第2实施例中所采用的通电控制装置的电路图。
图13是表示采用图12所示的通电控制装置的电路的工作状态的曲线图。
图14是说明负荷试验的实施方法用的说明图。
图15是涉及本发明的马达的第3实施例的一个侧面被拆下的状态的平面图。
图16是第3实施例中采用的通电控制装置的电路图。
图17是表示表1所示的结果的曲线图，(a)表示转矩转数，(b)表示转矩效率。
图18是具有涉及本发明的转子的磁马达的实施例的一个侧面被拆下后的状态的平面图。
图19是图18的XIX-XIX断面图。
图20是转子主体的实施例的放大平面图。
图21是表示永久磁铁在转子主体上的配置情况的放大平面图。
具体实施例方式
以下参照表示本发明实施例的附图，详细说明本发明。
图1是涉及本发明的马达的一实施例的一个侧面被拆下的状态的平面图，图2是图1的II-II断面图，图3是表示转子的永久磁铁的配置的平面图。
如图1和图2所示，在该实施例中，马达1安装在圆筒形的外壳3内，在旋转轴的轴向上，上下2个转子4、5互相邻接，安装在旋转轴6上，旋转轴6由上下一对轴承7进行支承，使其能在外壳3内旋转，上下2个转子，能与旋转轴6一起旋转。
在各转子4、5周围附近，布了6个叠层铁心8，该叠层铁心8是把20块断面形状分别为倒U字形的例如厚度0.5mm的铁板叠合制成的，这6个叠层铁心8在旋转轴6的轴心周围均匀地进行配置，即其间隔为60°。在6个叠层铁心8中，在接近上面的转子4的地方，每隔一个插装一个电磁线圈10，也就是说，相对于上面的转子4电磁线圈10按120°的间隔进行配置。另一方面，在叠层铁心8中，在接近下面的转子5的部位上，如上所述，在接近上面的转子4未插装电磁线圈10的，按照120°的间隔来插装电磁线圈10。所以，与邻接的上下的转子4、5相对置的电磁线圈10，如图1所示，互相位于其他转子4、5的电磁线圈10之间。
再者，在外壳3内设置磁传感器25，用于通过转子4、5的永久磁铁12来检测转子4、5的相位，对电磁铁的通电进行控制。磁传感器25可以采用霍尔元件或MRE(磁阻效应)元件等，磁传感器25的磁性检测部设置在转子的外周面的贴近处。在本实施例中，磁传感器25采用了霍尔元件，根据磁铁的S极的磁场的强弱来进行接通/断开，在实施例中当检测不出S极时发送接通信号；当检测出S极时，进行切断。并且，在图示的实施例中，转子的正转(顺时针方向旋转)用的一个磁传感器25a设置在上侧的转子4近旁，同时，设置3个转子的反转(反时针方向旋转)用的磁传感器25b(磁传感器25b1设置在上侧的转子4近旁；2个磁传感器25b2设置在下侧的转子5近旁)，而且，磁传感器25的数量，根据目的、用途不同，可以单数或多数进行工作。
6个电磁线圈10进行连线要使通电时的极性相同，它与直流电源相连接，利用磁传感器25和通电控制装置如下所述，按规定的时间加直流电压。
转子4、5的外壳由铝、镁合金、塑料等非磁性体制成。如图2所示，上下2个转子4、5的外壳分别包括圆板部4a、5a以及与圆板部4a、5a的周缘相连的圆周板部4b、5b，形成浅底的圆筒形状。在此，希望圆周板部4b、5b在位于下述永久磁铁12外侧的地方进行开口，并且，圆周板部4b、5b的厚度尽量减薄，以免阻碍磁力线从永久磁铁12通向叠层铁心8或插装在叠层铁心8上的电磁线圈10。
对下面的转子5的圆周板部的上部内周面和上面的转子4的圆周板部的下部外周面进行切入，使两者的切入部分进行嵌合，使上下的转子4、5像叠层饭盒那样进行重叠。再者，使盖子29与上面的转子4的上部开口部相嵌合，从整体上在上下转子4、5内部形成2个空间S1、S2。
在图2所示的实施例中，在上述2个空间S1、S2内，上下分别设置了环形的铁板等磁性体制的薄板13，在这些薄板13之间设置了永久磁铁12。通过这种配置使永久磁铁12所产生的磁力线循环通过上下的薄板13，磁力不产生漏泄，能使转子4、5高速旋转，产生大转矩。
转子4、5的永久磁铁12的配置示于图3。转子4、5在圆周方向上划分成等间隔的多个(在图3中为3个)区域I、II和III。各区域I、II和III由并排设置多个永久磁铁12的部分和不设置永久磁铁12的部分构成，如图所示，有永久磁铁12的部分和无永久磁铁12的部分分别各占一半。在第3实施例中，在各区域I、II和III中分别设置了断面形状基本上呈矩形状的7个永久磁铁12并使其S极和N极互相邻接。而且，希望在各区域内的永久磁铁12的数量根据区域数量而更改。在图示的实施例中，如上所述，区域数为3个，永久磁铁12的数量为7个，但是可根据转子的直径等来适当更改该数量。例如，若区域数为4个，则永久磁铁12的数量也可以为6个。
在本实施例中，在转子5中的永久磁铁12位于转子4中的永久磁铁12之间，使转子4和5中的永久磁铁12的相位错开，对2个转子4、5进行重叠设置。
各永久磁铁12配置成倾斜状态，其倾斜角度β，相对于从旋转轴6的旋转轴心按照相等的圆周角α向外侧延伸的多个半径线r为35°～60°。而且，角度β也可以对全部永久磁铁12都是一样的。如图3所示，也可以对每个永久磁铁12均稍有不同。并且，角度β的最佳范围根据区域数而变化，在图示的实施例中，如上所述，区域数为3，最佳角度β的范围是40°～60°。例如，若区域数为4，则最佳角度β的范围为40°～55°。但是，在区域数为3的情况下，永久磁铁的数不同。
各永久磁铁12的外周侧前端配置成接近或接触圆周板部4b、5b内面。这样，即使转子4、5高速旋转，转子4、5的永久磁铁12也不会因离心力而飞散，能够提高速度并稳定长时间地旋转。并且，圆周板部4b、5B在位于永久磁铁12外侧的地方进行开口，以免妨碍磁力线从永久磁铁12射向叠层铁心8或插装在叠层铁心8上的电磁线圈10。
本发明所采用的永久磁铁12，最好是采用例TDK公司制造和销售的镧、钴系铁氧体磁铁FB9系列，尤其可采用FB9B或其以上的，制成规定形状后进行磁化处理。这时在把作为永久磁铁12的材料制成复杂形状的情况下，不能进行所需的磁化处理，所以，作为永久磁铁12的材料必须制作成比较简单的形状。
在本发明中，如上所述，矩形断面的多个永久磁铁12并排设置成S极和N极互相邻接，所以，在采用磁力强度大的永久磁铁12的情况下，永久磁铁12之间的端面在紧密接合的状态下进行磁性吸引，很难沿圆弧安装成多个永久磁铁12的一边的磁极向外侧，另一边的磁极偏离中心，所以，存在的问题是马达生产效率极低。在本发明中采用的对策是利用特开平10-126987号公报所示的特别结构的夹具20来装配永久磁铁12。
也就是说，在图4中，从中心点O起按照相等的圆周角α来划多条半径线R，在半径线R上离开中心点O为预定距离的点P作为起点，按照与半径线R形成规定的倾斜角度β，描绘出矩形断面的永久磁铁12的外形线(在图4中用2点划线表示)，准备一种夹具20，其中具有对外形线进行连接的凹部20a。沿夹具20的凹部20a放置上述多个永久磁铁12，利用粘接剂等把多个永久磁铁12固定到相对位置上，然后，把已固定的多个永久磁铁12通过薄板13或者直接安装到转子4、5的圆板部上制成转子4、5。在此情况下，在相邻的永久磁铁和永久磁铁之间，如图3和图4所示，形成楔形状的间隙，所以，把磁性体填塞到该间隙内，使磁铁不会依靠磁性而互相紧密结合，同时，防止因间隙而使磁性减弱，效果良好。但是，这时，楔形的间隙并非被磁性体完全填埋，而是对楔形的前端部分(尖的部分)进行填埋，对楔形的根基部分不填埋，在各永久磁铁中，SN两极面少许露出，其效果良好。若楔形间隙被磁性体完全填埋，则相邻的永久磁铁之间形成完全一体化的状态，所以，效果不好。
使用图4所示的夹具的情况下的永久磁铁的成形图，示于图5。如图5所示，多个永久磁铁12，把矩形断面的永久磁铁12和在矩形断面的一个侧面上形成三角形凸起部的永久磁铁12组合在一起，效果良好。
采用这种形成方法，能进行所需的磁化处理，若这样并排设置矩形断面的永久磁铁12，则永久磁铁12相互之间的端面紧密结合，容易形成所需的组合。在此情况下，当永久磁铁12具有凸出量不同的多个三角形凸起时可以改变倾斜角度β。
以下说明本发明的另一实施例。图18是具有涉及本发明的转子的磁马达的实施例的一个侧面被拆下后的状态的平面图，图19是图18的XIX-XIX断面图。图20是图18的转子主体的实施例的放大平面图，图21是表示永久磁铁在转子主体上的配置情况的放大断面图。
如图18和图19所示，在该实施例中，磁马达1安装在圆筒形外壳3内，在旋转轴6的轴向上，上下2个转子4、5互相邻接，在旋转轴6上以60°相位差的状态进行安装，旋转轴6由一对轴承7进行支承并能旋转，上下2个转子能和旋转轴6一起进行旋转。
在各转子4、5的周面近旁配置了U字形的铁心8，上下各3个，合计6个，围绕旋转轴6的轴心均匀公布，即相互的间隔为120°。而且，在上述实施例中，铁心的U字的纵线位于旋转轴6的轴上(上下方向)上。在本实施例中，如图18所示，铁心8的U字的纵线位于转子4、5的圆周方向(水平方向)上。
利用连结杆8a来连结铁心8的U字的2条纵线的中心部，在连结杆8a上插装电磁线圈10。
再者，在外壳3内设置了磁传感器25，用于通过转子4、5的永久磁铁12来检测转子4、5的相位，对电磁铁的通电进行控制。6个电磁线圈10，其连线要使通电时的极性相同，连接到直流电源上，利用磁传感器25和下述控制装置30按照规定时间加直流电压。
如图21所示，在本发明中，转子4、5由转子主体和永久磁铁12构成，前者由实心的非磁性体制的圆筒部件14、15构成；后者的个数在图4的实施例中为7个，分别安装在该圆筒部件14、15上形成的在圆周方向上分离的3个凹部或孔14a、15a内。
转子主体是由断面为圆形，在轴向上有一定厚度的实心圆筒部件14、15构成，因此能获得充分的强度，同时能牢固地保持永久磁铁12。
构成转子主体14、15的圆筒部件14、15的非磁性体以碳树脂为主要成分，从强度和重量小方面来看效果良好。
形成在圆筒部件14、15上的凹部或孔14a、15a，能安放多个(如上所述，在图21所示的实施例中为7个)，永久磁铁12，凹部或孔14a、15a如图20所示，以平面图来看的情况下，形成了对多个永久磁铁的外侧轮廓进行连结的形状。凹部或孔14a、15a的内壁如图21所示。与多个永久磁铁12的至少内周侧端部12a和外周侧端部12b相结合，能把各永久磁铁保持在规定位置上。
转子4、5的永久磁铁12的配置示于图21内。转子4、5在划分成在圆周方向上等间隔的多个(在图20中为3个)区域I、II和III。各区域I、II和III由并排设置多个永久磁铁12的部分和未设置永久磁铁12的部分构成。在图20的实施例中，在各区域I、II和III中设置了矩形断面的7个永久磁铁12。各永久磁铁12配置成倾斜状态，该倾斜角度为相对于离开旋转轴6旋转轴心以相等的圆周角α向外侧延伸的多个半径线r形成35°～60°的角度β。
角度β对全部永久磁铁12也可以是相同的，也可以如图21所示，对各永久磁铁12也以各稍差一点。在本实施例中设置在圆筒部件14、15上的凹部或孔14a、15a，相对于从圆筒部件14、15的旋转轴心向外侧延伸的半径线r，以不同的倾斜状态(角度β1、β2、β3……不同)来安装多个永久磁铁12。
圆筒部件14、15的凹部或孔14a、15a在转子主体14、15的轴线方向上延伸，在凹部的情况下，上下一边有底；在有孔的情况下，上下贯通。而且，在本实施例中，在圆筒部件14、15上形成孔14a、15a。
再者，在本实施例的圆筒部件14、15中，多个永久磁铁12并排设置的部分的外侧从横向观看的情况下，如图19所示形成细长矩形的开口14b、15b。
本发明所用的永久磁铁12形成规定形状(在图示的实施例中为细长矩形)后进行磁化处理。这时，在把作为永久磁铁12的材料制成复杂形状的情况下，不能进行所需的磁化处理，所以作为永久磁铁12的材料必须形成比较简单的形状。
以下说明涉及本发明的转子的装配方法。把构成转子主体的圆筒部件14、15置于水平状态下，把第1个永久磁铁121插入到该凹部或孔内14a、15a内，使凹部或孔14a、15a的内壁与第1个永久磁铁121的内周侧端部12a和外周侧端部12b相结合，把第1个永久磁铁121保持固定在规定位置上。然后，使位于第1永久磁铁121邻近处的第2个永久磁铁122靠近凹部或孔14a、15a。利用两个永久磁铁121、122的磁性吸引力，把第2个永久磁铁122吸引到保持固定在规定位置上的第1个永久磁铁121上，固定到凹部或孔14a、15a的规定位置上。这样，把多个永久磁铁121、122……一个个地固定到凹部或孔14a、15a的规定位置上。
在本实施例中，如图19所示，在构成转子主体14、15的圆筒部件上，轴孔14c、15c设置在中心部上，在该轴孔14c、15c的内壁上形成键槽14d、15d。并且，设置了多个(在图示的实施例中为6个)贯通孔14e、15e，以便用螺栓来连结多个转子主体14、15。
如图19所示，在上下转子4、5的外侧和之间，设置由非磁性体制的薄板构成的罩子18和衬垫19。在该罩子18和衬垫19上制作螺栓用的孔。
在旋转轴6上依次安装罩子18、下转子5，衬垫19、上转子4、罩子18，使一边的转子(例如转子5)的轴孔15c的键槽15d和旋转轴6的键相一致，使上下转子4、5的相位按规定角度进行偏移，决定位置后，利用螺栓16和螺母17来连结两罩子18、衬垫19和转子主体14、15，从整体上使上下转子4、5一体化。
在图3和图11所示的实施例中，沿圆周方向并排设置的多个永久磁铁12分别配置成在圆周方向上S极和N极互相邻近，而且，S极面向转子的外侧。而且，沿圆周方向并排设置的多个永久磁铁12也可以配置成N极面向外侧。在此情况下，随着永久磁铁12配置状态的变更，以下说明的磁传感器25和通电控制装置30的构成适当进行变更。
在上述结构的本实施例中，对转子4、5进行支承使其能旋转，所以在叠层铁心8的电磁线圈10内通电前，按特别位置关系配置的多个永久磁铁12产生的磁力线和能旋转的转子4、5的磁性作用，使得在多个永久磁铁的一端部的永久磁铁(图3的12或12′)和叠层铁心8进行对置的状态下，转子4、5停止旋转。在此状态下，当叠层铁心8的电磁线圈10内通电时，电磁线圈10和永久磁铁12、12′互相排斥或吸引，转子4、5进行旋转。
为使转子4、5连续旋转，利用磁传感器25来检测转子4、5的相位(有无磁性)，根据检测信号利用通电控制装置30按照规定的时间把直流电压加到电磁线圈10上，通过对流入电磁线圈10内的电流的方向进行互相切换，使转子4、5连续旋转。
在本实施例中，使转子4和转子5中的永久磁铁12的相位错开，对2个转子4、5重叠设置，所以，转子4、5旋转平稳。
以下参照图6和图7，详细说明利用磁传感器25来检测转子4、5的相位，对电磁线圈10的通电进行控制的通电控制装置30的一实施例。而且，如前所述，磁传感器25对磁铁的S极的磁场的强弱进行接通/断开动作，在本实施例中，当未检测出S极时发送接通信号MG；当检测出S极时进行切断。而且，开关SW切换磁传感器25a、25b，切换转子4、5的旋转方向。
图6所示的通电控制装置30，包括时钟脉冲装置31以及与时钟脉冲装置31和磁传感器25相连接的逻辑电路。时钟脉冲装置31能输出规定频率的正时钟脉冲CLK以及对其进行反转后的反转时钟脉冲CLK。在本实施例中，对晶体振子32(振荡频率1MHz)的脉冲进行2次分频，形成周期4μ秒的正时钟脉冲CLK，再对其进行反转，获得反转时钟脉冲CLK(参照图7)。
逻辑电路包括2个触发装置和2个NOR电路，它由第1逻辑电路37和第2逻辑电路38构成。
触发装置与时钟脉冲装置31和磁传感器25相连接，在本实施例中，把2个D触发器分别作为第1触发装置35和第2触发装置36使用。第1触发装置输入从磁传感器25来的信号MG，等待从时钟脉冲装置31来的时钟脉冲CLK(延迟)，输出正输出Q1和反向输出Q2。另一方面，第2触发装置36，输入从磁传感器25来的信号MG；等待从时钟脉冲装置31来的反转时钟脉冲CLK。(延迟)，输出正向输出Q2和反向输出Q2。(参见图7)。
第1逻辑电路37，利用第1触发装置35和第2触发装置36的导通信号，根据磁传感器25的截止信号MG按照规定时间进行输出。在实施例中，对第1触发装置35的正向输出Q1和第2触发装置36的正向输出Q2进行反向(即变成反向输出Q1、Q2)，然后将其输入到第1NOR电路39内。这样，第1NOR电路39的输出，利用接收从磁传感器25来的截止信号MG之后的正向时钟脉冲CLK来进行接通，同时利用接收截止信号MG之后的反向时钟脉冲CLK来进行切断。另一方面，对第1触发装置35的反向输出Q1和第2触发装置36的反向输出Q2进行反向(即变成正向输出Q1、Q2)，然后输入到第2NOR电路40内，这样，第2NOR电路40的输出，利用接收了从磁传感器25来的导通信号MG之后的正向时钟脉冲CLK来进行接通，同时利用接收了截止信号MG之后的反转时钟脉冲CLK来进行切断(参见图7)。
栅极与第1逻辑电路37相连接的第1场效应晶体管(FET)41和栅极与第2逻辑电路38相连接第2场效应晶体管(FET)42进行串联连接。并且，栅极与第2逻辑电路38相连接的第3场效应晶体管(FET)43和栅极与第1逻辑电路37相连接的第4场效应晶体管(FET)44进行串联连接。
串联连接的第1场效应晶体管(FET)41、第2场效应晶体管(FET)42以及串联连接的第3场效应晶体管(FET)43、第4场效应晶体管44，在电源和电源接地之间进行并联连接。
电磁线圈10的一边的端子A连接在第1场效应晶体管(FET)41和第2场效应晶体管(FET)42之间，电磁线圈10的另一边的端子B连接在第3场效应晶体管(FET)43和第4场效应晶体管(FET)44之间。
在以上的结构中，非通电状态的转子，根据多个永久磁铁12和叠层铁心8的关系，在磁力作用下停止在相邻的2个叠层铁心8、8(一边缠绕电磁线圈10；另一边不缠绕电磁线圈10)之间。
磁传感器25设置在缠绕电磁线圈10的铁心和不缠绕电磁线圈10的铁心之间。
根据转子的停止位置不同，有时磁传感器25能检测出磁性；有时检测不出磁性。以下说明检测出磁性的情况。
当磁传感器25检测出磁性时，像前面说明的那样，发出截止信号MG。输入截止信号MG的第1触发装置35等待从时钟脉冲装置31来的时钟脉冲CLK(延迟)，输出正向输出Q1和反向输出Q1，另一方面，输入了从磁传感器25来的截止信号MG的第2触发装置36，等待从时钟脉冲装置31来的反向时钟脉冲CLK(延迟)，输出正向输出Q2和反向输出Q2。
如上所述，磁传感器25检测S极，发出截止信号MG。所以，第1NOR电路39的输出，利用在接收从磁传感器25来的截止信号MG之后的正向时钟脉冲CLK来进行接通，该接通信号进入栅内，第1场效应晶体管(FET)41和第4场效应晶体管(FET)44导通，电流从电源通过第1场效应晶体管(FET)41、电磁线圈10的一边的端子A，流入到电磁线圈10内，电流从电磁线圈10的另一边的端子B通过第4场效应晶体管(FET)44流入到电源接地上(参见图7)。
这样产生的电力与永久磁铁12进行推斥，使转子4、5旋转。并且，当磁传感器25未检测出S极时，发出导通信号，以取代过去的截止信号。当从磁传感器25发出导通信号时，利用接收了导通信号MG之后的反向时钟脉冲CLKG来进行切断，从电源通过第1场效应晶体管(FET)41、电磁线圈10的一边的端子A，电磁线圈10、电磁线圈10的另一边的端子B、第4场效应晶体管(FET)44，向电源接地去的电流被切断。而且，此间，第2场效应晶体管(FET)42和第3场效应晶体管(FET)43处于切断状态。
当从磁传感器25发出接通信号时，第2NOR电路40的输出，利用在接收了从磁传感器25来的导通信号MG之后的正向时钟脉冲CLK来进行接通，同时，利用在接收了下一个截止信号MG之后的反向时钟脉冲CLK来进行切断。这样，此间，电流从电源通过第3场效应晶体管(FET)43、电磁线圈10的另一边的端子B、电磁线圈10、电磁线圈10的一边的端子A、第2场效应晶体管(FET)42，流入到电源接地端，第1场效应晶体管(FET)41和第4场效应晶体管(FET)44为截止状态。
这样，在本发明中，利用磁传感器25的信号和从时钟脉冲发生装置来的时钟脉冲，来切换对电磁线圈10的通电方向，所以，能完全防止电流同时向两个方向流动。
为了使转子向反时针方向旋转，对开关SW进行切换，使3个磁传感器25b1、25b2动作。这3个电磁检测器25b1、25b2任一个检测出磁性，也都能使从磁传感器25来的信号变成截止信号MG。它与正转情况相比，仅仅是由于磁传感器设置位置的关系而使通电的定时不同。所以其说明从略。
图8是涉及本发明的马达的另一实施例中的一个侧面被拆下的状态的平面图。图9是图8的IX-IX线断面图。在该第2实施例中，对于和图1、图2、图3所示的第1实施例相同的部件(结构部分)标注相同的符号，以下仅说明与第1实施例不同的地方。
如图9所示，2个转子4、5的外壳，与第1实施例一样，分别包括圆板部4a、5a以与圆板部4a、5a的周缘相连的圆周板部4b、5b，形成浅底的圆筒形状。2个圆筒夹持衬垫14，互相对置进行重叠。衬垫14如图9所示，是断面为T字形的环形，分别对圆周板部4b的自由端部(下部)和圆周板部5b的自由端部(上部)的外周面进行切入，分别与衬垫14的T字的头部的内侧进行嵌合。这样一来，转子4、5高速旋转(30,000转/分以上)，在永久磁铁12上即使离心力作用于圆周板部4b、5b上，也不会变形，因为圆周板部4b、5b的自由端部被衬垫14的T字头部从外侧按压住了。
转子4、和转子5和第1实施例一样，在圆周方向上按照等间隔被划分成3个区域I、II和III，永久磁铁12从上面观看如图3所示被配置成S极和N极互相邻接，而且S极面向外侧。在该实施例中，在各区域内分别配置7个永久磁铁12，其相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线的倾斜角度β从上面观看沿顺时针方向依次变化，从45°变化到60°。而且，安装在外壳上的永久磁铁12和衬垫14之间有间隙的情况下，通过在该间隙内塞入衬垫15，能更牢固地进行固定。
并且，转子4和转子5，安装在旋转轴6上并使其相位偏移60°，圆周板部4B、5b在位于永久磁铁12外侧的地方(按圆周角约60°的范围)形成了开口4c、5c。
在第2实施例中，磁传感器25与第1实施例一样，配置成针对磁铁的S极的磁场强弱而进行接通/断开，使转子4、5进行正向旋转(顺时针方向旋转)，其位置如图8和图9所示，与第1实施例稍有不同。
如上所述，在各个区域内，7个永久磁铁12配置成倾斜状态，其倾斜角度β从上面观看沿顺时针方向依次变化，从45°变化到60°，在此情况下的磁性分布，从马达的外壳3上拆下转子，用磁性测试器(カネテツワ公司制)进行了检查。在离开转子4的外周面约1mm的部位上，对转子4的高度方向的中央(即设置了开口4c的地方)的磁性(磁通密度)进行了多次测量，其平均值示于图10。在图10中，S极用“+”符号表示，N极用“-”表示，单位为高斯。外周的符号1～72表示各测量点，每5度测量1次。并且，符号1～13、25～37和49～61的部位上有开口4c，配置了永久磁铁12。而且，转子的直径为68mm，转子的外壳的厚度为1.5mm，各永久磁铁12，高度为12.5mm，宽度为8.5mm，厚度(充磁方向)为4mm，是1120高斯。
为了使永久磁铁12的倾斜角度β依次进行变化，如图10所示，在有磁铁的地方，磁性沿顺时针方向徐徐增大，并且，在并排的磁铁的右端的稍靠前侧的地方，出现N极，整体形成像花瓣儿那样的磁性分布。
在测量转子5中的磁性时，同样出现像花瓣儿那样的磁性分布，由于转子4和转子5相对于旋转轴6相位偏移60°，所以磁性分布也是相位偏移60°。
图11是表示改变永久磁铁的布配的实施例中的磁性分布的曲线图。在该实施例中，永久磁铁和上述情况一样，分别在3个区域内各配置7个。相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线的倾斜，与图3所示的情况相反，不同于上述实施例，相对于半径线的倾斜角度β从上面观看沿反时针方向依次变化，从45°变化到60°。而且，配置成N极面向外侧。这种配置对于使转子按反时针方向旋转具有良好效果。
所用的磁铁，高度20mm，宽度7.6mm，厚度(充磁方向)3mm，为2300高斯。但是，磁传感器的测量位置离开转子4的外周面约1mm，是转子4的高度方向的上部(即在开口4c的上侧的位置上)。而且，转子的外壳的厚度为1.5mm。
在图11中，用“+”号表示N极；用“-”号表示S极，单位是高斯。在外周符号A1～A12、C1～C12和E1～E12的部位上，配置了永久磁铁，考虑到所用的磁铁的高斯数，图11与图10的情况相比测出的磁性较小，这是因为通过转子的外壳来测量磁性。
即使图11，也是在有磁铁的地方，磁性沿反对时针方向徐徐增强，并且在并排的磁铁的左端的稍靠前侧的部位上，出现S极，整体情况和图10一样，出现像花瓣儿那样的磁性分布。
图12是表示本发明的通电控制装置30的另一实施例的电路图。图13是表示图12所示的通电控制装置30的电路的动作状况的曲线图。该通电控制装置30也适用于上述图8和图9中说明的实施例。
在该实施例中，与上述第1实施例一样，磁传感器25针对磁铁的S极的磁场的强弱而进行接通/断开，在本实施例中，当未检测出S极时从NOT电路51中输出导通信号，当检测出S极时进行切断。
NOT电路51连接在通电控制装置30上，在该实施例中，通电控制装置30包括2个延迟电路52、53，它们分别连接在NOT电路51上。第1延迟电路52包括NOT电路54、电阻55、电容器56和NOT电路57。第2延迟电路53包括电阻58、电容器59和NOT电路60。
如图13所示，从NOT电路51来的信号在第1延迟电路52中，由NOT电路54进行反转，由电阻55和电容器56进行延迟上升，根据由NOT电路57设定的阈值电平而发出信号。因此，从由NOT电路57来的信号与从磁传感器25来的信号的通/断的定时相比，输出时间稍晚。
另一方面，如图13所示，从由NOT电路51来的信号在第2延迟电路53中原封不动地进行输入，由电阻55和电容器56进行延迟后上升，根据由NOT电路60所设定的阈值电平而发出信号。从该NOT电路60来的信号与从磁传感器25来的信号的通/断的定时相比，稍稍延迟后进行输出。
从NOT电路57和NOT电路60来的输出信号分别输入到光耦合器61的输入端子上。
在图12中用粗线表示与马达1的驱动有关的电路，对该电源PW1来说，第1晶体管41和第2晶体管42进行串联连接，第3晶体管43和第4晶体管44进行串联连接。串联连接的第1和第2晶体管41、42以及串联连接的第3和第4晶体管43、44进行并联连接。马达1的电磁线圈10的一边的端子A连接在第1晶体管41和第2晶体管42之间；电磁线圈10的另一边的端子B连接在第3晶体管43和第4晶体管44之间。各晶体管的栅极或基极连接在通电控制装置30上。也就是说，通过光耦合器61，把从第1延迟电路52(NOT电路57)来的信号传送到第1晶体管41和第4晶体管44的栅极或基极上，从第2延迟电路53(NOT电路60)来的信号传送到第2晶体管42和第3晶体管43的栅极或基极上。
晶体管41～44也可以是双极晶体管，但场效应晶体管的开关速度快，所以马达转速高，例如3万转以上的情况下效果良好，并且是电压控制型，所以，逻辑简单，因而效果良好。在图12所示的实施例中，晶体管41～44均为场效应晶体管，从延迟电路52、53来的信号输入到晶体管的栅上。
在图12中用粗线表示驱动系统，用细线表示控制系统，对驱动系统的电源PW1和控制系统用的电源PW2进行分离。所以，即使马达转速变化(即电压变化)也不会影响控制系统，能稳定地进行控制。
在以上结构中，当磁传感器25检测出磁性时，如前所述，从NOT电路51中输出截止信号，在第1延迟电路52中由NOT电路54进行反转，变成导通信号，由电阻55和电容器56延迟后上升，如图13所示，从NOT电路57，与从磁传感器25来的信号的定时相比按规定时间延迟后输出导通信号。另一方面，这时，在第2延迟电路52中是切断信号状态。所以，从光耦合器61，来自第1延迟电路52的导通信号输入到第1场效应晶体管41和第4场效应晶体管44的栅上，第1场效应晶体管41和第4场效应晶体管44进行导通，电流从电源PW1通过第1场效应晶体管41、电磁线圈10的一边的端子A流入到电磁线圈10内；电流从电磁线圈10的另一边的端子B通过第4场效应晶体管44流入到电源拉地侧(参见图12)。
这样产生的电力和磁传感器25互相排斥，使转子4、5旋转。并且，当磁传感器25检测不出S极时，从NOT电路51输出导通信号，取代在此之前的截止信号。如图13所示，当从NOT电路51输出导通信号时，在第1延迟电路52中，由NOT电路54进行反转，变成截止状态，另一方面，在第2延迟电路53中，由电阻58和电容器59来使上升延迟，其结果，从NOT电路60输出导通信号，该信号与从磁传感器25来的信号的定时相比按规定时间进行延迟。所以，从第2延迟电路53来的导通信号从光耦合器61输入到第3场效应晶体管43和第2场效应晶体管42的栅极上，第3场效应晶体管43和第2场效应晶体管42进行导通，电流从电源PW1通过第3场效应晶体管43、电磁线圈10的一边的端子B流入到电磁线圈10内；电流从电磁线圈10的另一边的端子A通过第2场效应晶体管42流入到电源接地侧(参见图12)。
在该实施例中，也是根据磁传感器的信号来切换对电磁线圈的通电方向，同时，利用延迟电路52、53在由磁传感器检测出磁性后经过一定时间，然后向电磁线圈通电，所以能完全防止在马达中电流在两个方向上同时流动。
上述图8和图9所示的实施例的负荷试验按图14所示来进行。也就是说，在弹簧秤61上安装线(度盘绳)62，缠绕在马达1的旋转轴上所安装的半径1.0cm的皮带轮63上，使线62下垂，把砝码64吊在其前端上。对砝码64的重量W2进行各种变更，使马达1旋转，一边测量这时的输入电压，输入电流、旋转速度，一边测量弹簧秤61所示的数值WL测试进行3次。
按以下计算式来计算转矩。式中1是皮带轮63的半径。
T[gf·cm]＝1[cm]·(W2-W1)[gf]这样测量的结果和计算结果示于表1和图17。
表1
图15是再另一个实施例的平面图，是与图1相同的平面图。图16是用于该第3实施例的通电控制装置的电路图。图15的实施例和上述图8、图9的实施例的不同点是设置了2个磁传感器。其中一个磁传感器25c，其高度与上侧的转子4相对应，而且设置在叠层铁心8的侧面上。另一个磁传感器25d设置在与图8、图9所示的磁传感器25相同的位置上。磁传感器25c在起动时进行工作，磁传感器25d在正常运转时工作。
图16的电路图大致与图12所示的电路图相同。不同的是有一种用于切换2个磁传感器25c和25d的动作的电路。
也就是说，从磁传感器25c和25d来的信号被输入到模拟开关73、74内，同时，传送到脉冲计数器71内，脉冲计数器71的输出被输入到触发电路72内；从触发装置72来的输出分别被送入到模拟开关73、74内。并且，从模拟开关73、74来的输出被送入到NOT电路51内。从NOT电路51来的信号和在前面图2中说明的情况一样，被送入到晶体管41～44的栅极上，对电磁线圈10的通电进行控制。
因为是这种结构，所以，在该实施例中，从起动时起到脉冲计数器71进行计数达到规定数为止，从磁传感器25c来的信号被输入到NOT电路51内，然后，从磁传感器25d来的信号被输入到NOT电路51内。而且，也可以不对从磁传感器来的脉冲进行计数，而是在规定时间经过之前或者转子达到规定转速之前使磁传感器25c工作，然后使磁传感器25d工作。
这样，在本实施例中，起动时和正常运转时分别用不同的磁传感器进行检测，所以，马达的起动能顺利地进行，同时，把磁传感器25d设置在这样的位置上，即对正向旋转(顺时针方向旋转)在正常运转时能比起动时更快地检测磁性，也能适用于3万转以上的高速旋转。
在图示的实施例中在旋转轴上安装2个转子，但本发明也可以在旋转轴上安装1个或3个以上的转子。
本发明通过改变永久磁铁的特性(磁力的强弱等)、转子的大小等，能获得符合目的和用途的磁马达。
若采用本发明，则根据磁传感器的信号来切换对电磁线圈的通电方向，同时，用磁传感器来检测检测磁性后经过规定的时间以后，向电磁线圈内通电，所以，能完全防止电流在两个方向上同时流动，不会产生这样的电流，它不流入马达内而是从电源向电源接地侧穿通不能驱动马达旋转。
所以，若采用本发明，则能获得不产生穿通电流，输出转矩大，旋转稳定，马达效率高的磁马达。
并且，在顺时针方向旋转(正向旋转-cw)、反时针方向旋转(反向旋转-ccw)中，动作条件同等的情况下，能获得几乎相同的效率。
在本发明的提出的转子中，包括由实心的非磁性体制的圆筒部件构成的转子主体、以及形成在该圆筒部件上的凹部或孔内安装的多个永久磁铁。
利用该结构在装配时，在圆筒部件上形成的凹部或孔内安装多个永久磁铁中的一个，在这一个永久磁铁被安装在凹部或孔内的状态下，把下一个永久磁铁安装到凹部或孔内。这时，利用两个磁铁的磁力来一边把下一个磁铁向凹部或孔内引导，一边安装到凹部或孔的规定位置上。这样把多个永久磁铁一个个接连地安装到凹部或孔内，不需要特别熟练的技术，全部磁铁均能安装到凹部或孔的规定位置上，装配时的生产效率很高。
并且，在本发明中，转子主体由实心的圆筒部件构成，多个永久磁铁安装到该圆筒部件上形成的凹部或孔内。由于这种结构，即使高速旋转时离心力作用于永久磁铁上，也不会使转子主体变形，或破损，能切实保持永久磁铁，能使磁马达高速旋转。
权利要求
1.一种磁马达，其特征在于具有设置了永久磁铁并能围绕旋转轴心进行旋转的转子、设置在该转子周围的磁传感器和多个电磁线圈、以及利用上述磁传感器来检测上述永久磁铁的磁性并对上述电磁线圈中的通电进行控制的控制装置，该转子沿圆周方向按照等间隔被划分成多个区域，该区域的数量与上述电磁线圈的数量相等，各个区域由沿圆周方向排列设置了多个上述永久磁铁的一部分和没有设置永久磁铁的部分构成上述各永久磁铁被配置成相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线呈倾斜状态，上述通电控制装置根据磁传感器的信号来切换对上述电磁线圈进行通电的方向，同时用磁传感器来检测磁性，经过规定时间后向电磁线圈通电。
2.一种磁马达，其特征在于具有设置了永久磁铁并能围绕旋转轴心进行旋转的转子、设置在该转子周围的磁传感器和多个电磁线圈、以及利用上述磁传感器来检测上述永久磁铁的磁性并对上述电磁线圈中的通电进行控制的控制装置，该转子沿圆周方向按照等间隔被划分成多个区域，该区域的数量与上述电磁线圈的数量相等，各个区域由沿圆周方向排列设置了多个上述永久磁铁的一部分和没有设置永久磁铁的部分构成上述各永久磁铁被配置成相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线呈倾斜状态，第1晶体管和第2晶体管串联连接，第3晶体管和第4晶体管串联连接，串联连接的第1晶体管和第2晶体管与串联连接的第3和第4晶体管并联连接，上述电磁线圈的一边的端子连接在第1晶体管和第2晶体管之间，上述电磁线圈的另一边的端子连接在第3晶体管和第4晶体管之间，上述各晶体管的栅基或基极与上述通电控制装置相连接，上述通电控制装置根据磁传感器的信号来切换对上述电磁线圈的通电方向，同时用磁传感器来检测磁性，经过规定时间后向电磁线圈通电。
3.一种磁马达，其特征在于具有设置了永久磁铁并能围绕旋转轴心进行旋转的转子、设置在该转子周围的磁传感器和多个电磁线圈、以及利用上述磁传感器来检测设置在上述转子上的永久磁铁的磁性并对上述电磁线圈中的通电进行控制的控制装置，该转子沿圆周方向按照等间隔被划分成多个区域，该区域的数量与上述电磁线圈的数量相等，各个区域由沿圆周方向排列设置了多个上述永久磁铁的部分和没有设置永久磁铁的部分构成上述各永久磁铁被配置成相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线呈倾斜状态，上述通电控制装置包括时钟脉冲发生装置，与来自该时钟脉冲发生装置的时钟脉冲相同步，根据磁传感器的信号来切换向上述电磁线圈的通电方向。
4.一种磁马达，其特征在于具有设置了永久磁铁并能围绕旋转轴心进行旋转的转子、设置在该转子周围的磁传感器和多个电磁线圈、以及利用上述磁传感器来检测设置在上述转子上的永久磁铁的磁性并对上述电磁线圈中的通电进行控制的控制装置，该转子沿圆周方向按照等间隔被划分成多个区域，该区域的数量与上述电磁线圈的数量相等，各个区域由沿圆周方向排列设置了多个上述永久磁铁的部分和没有设置永久磁铁的部分构成上述各永久磁铁被配置成相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线呈倾斜状态，上述通电控制装置包括时钟脉冲发生装置和触发装置，把上述磁传感器的信号和从上述时钟脉冲发生装置来的时钟脉冲输入到触发装置内，利用触发装置的输出信号来切换对上述电磁线圈的通电方向。
5.一种磁马达，其特征在于具有设置了永久磁铁并能围绕旋转轴心进行旋转的转子、设置在该转子周围的磁传感器和多个电磁线圈、以及利用上述磁传感器来检测设置在上述转子上的永久磁铁的磁性并对上述电磁线圈中的通电进行控制的控制装置，该转子沿圆周方向按照等间隔被划分成多个区域，该区域的数量与上述电磁线圈的数量相等，各个区域由沿圆周方向排列设置了多个上述永久磁铁的部分和没有设置永久磁铁的部分构成上述永久磁铁被配置成相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线呈倾斜状态，上述通电控制装置包括时钟脉冲发生装置以及与该时钟脉冲发生装置和上述磁传感器相连接的逻辑电路，上述逻辑电路由第1逻辑电路和第2逻辑电路构成，该第1逻辑电路利用在接收从上述磁传感器来的截止信号之后的正时钟脉冲来进行接通，同时利用在接收从上述磁传感器来的导通信号之后的反转时钟脉冲来进行切断；该第2逻辑电路用在接收从上述磁传感器来的导通信号之后的正向时钟脉冲来进行接通，同时利用在接收从上述磁传感器来的导截止信号之后的反向时钟脉冲来进行切断，栅极与上述第1逻辑电路相连接的第1场效应晶体管、和栅极与上述第2逻辑电路相连接的第2场效应晶体管串联连接；栅极与上述第2逻辑电路相连接的第3场效应晶体管、和栅极与上述第1逻辑电路相连接的第4场效应晶体管串联连接；串联连接的第1场效应晶体管、第2场效应晶体管和串联连接的第3场效应晶体管、第4场效应晶体管并联连接，上述电磁线圈的一边的端子连接在第1场效应晶体管和第2场效应晶体管之间；上述电磁线圈的另一边的端子连接在第3场效应晶体管和第4场效应晶体管之间，利用上述磁传感器的信号和从上述时钟脉冲发生装置来的时钟脉冲来切换对上述电磁线圈的通电方向。
6.一种磁马达，其特征在于具有设置了永久磁铁并能围绕旋转轴心进行旋转的转子、设置在该转子周围的磁传感器和多个电磁线圈、以及利用上述磁传感器来检测设置在上述转子上的永久磁铁的磁性，对上述电磁线圈中的通电进行控制的控制装置，该转子沿圆周方向按照等间隔被划分成多个区域，该区域的数量与上述电磁线圈的数量相等，各个区域由沿圆周方向排列设置了多个上述永久磁铁的部分和没有设置永久磁铁的部分构成上述各永久磁铁被配置成相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线呈倾斜状态。上述通电控制装置包括时钟脉冲发生装置以及与该时钟脉冲发生装置和上述磁传感器相连接的逻辑电路，上述时钟脉冲发生装置能输出规定频率的正向时钟脉冲以及使其反向的反转时钟脉冲，上述逻辑电路包括触发电路以及与该触发电路相连接的NOR电路，上述触发电路由以下第1触发电路和第2触发电路构成，该第1触发电路输入从上述时钟脉冲发生装置来的时钟脉冲和从上述磁传感器来的信号；该第2触发电路输入从上述时钟脉冲发生装置来的反向时钟脉冲和从上述磁传感器来的信号，上述NOR电路由第1NOR电路和第2NOR电路构成，第1NOR电路输出上述第1触发电路的正向输出和第2触发电路的正向输出；第2NOR电路输入上述第1触发电路的反向输出和第2触发电路的反向输出，上述第1NOR电路利用接收从上述磁传感器来的截止信号之后的正向时钟脉冲来进行接通，同时利用接收从上述磁传感器来的导通信号之后的反向时钟脉冲来进行切断；上述第2NOR电路利用接收从上述磁传感器来的导通信号之后的正向时钟脉冲来进行接通，同时利用接收导通信号之后的反向时钟脉冲来进行切断，栅极与上述第1NOR电路相连接的第1场效应晶体管、和栅极与上述第2NOR电路相连接的第2场效应晶体管串联连接；栅极与上述第2NOR电路相连接的第3场效应晶体管、和栅极与上述第1NOR电路相连接的第4场效应晶体管串联连接；串联连接的第1场效应晶体管、第2场效应晶体管和串联连接的第3场效应晶体管、第4场效应晶体管并联连接，上述电磁线圈的一边的端子连接在第1场效应晶体管和第2场效应晶体管之间；上述电磁线圈的另一边的端子连接在第3场效应晶体管和第4场效应晶体管之间，利用上述磁传感器的信号和从上述时钟脉冲发生装置来的时钟脉冲来切换对上述电磁线圈的通电方向。
7.一种磁马达，其特征在于具有设置了永久磁铁并能围绕旋转轴心进行旋转的转子、设置在该转子周围的磁传感器和多个电磁线圈、以及利用上述磁传感器来检测设置在上述转子上的永久磁铁的磁性并对上述电磁线圈中的通电进行控制的控制装置，该转子沿圆周方向按照等间隔被划分成多个区域，该区域的数量与上述电磁线圈的数量相等，各个区域由沿圆周方向排列设置了多个上述永久磁铁的部分和没有设置永久磁铁的部分构成上述各永久磁铁被配置成相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线呈倾斜状态，第1晶体管和第2晶体管进行串联连接，第3晶体管和第4晶体管串联连接，串联连接的第1晶体管和第2晶体管与串联连接的第3和第4晶体管并联连接，上述电磁线圈的一边的端子连接在第1晶体管和第2晶体管之间，上述电磁线圈的另一边的端子连接在第3晶体管和第4晶体管之间，上述各晶体管的栅基或基极与上述通电控制装置相连接，上述通电控制装置根据磁传感器的信号来切换对上述电磁线圈的通电方向，上述通电控制装置在磁传感器和各晶体管之间包括由电容器和电阻构成的延迟电路，用磁传感器来检测磁性，经过规定时间后向电磁线圈通电。
8.如权利要求7所述的磁马达，其特征在于上述延迟电路和各晶体管通过光耦合器而进行连接。
9.如权利要求1～8中的任一项所述的磁马达，其特征在于通向电磁线圈的电源和通电控制装置的电源是分离的。
10.如权利要求1～9中任一项所述磁马达，其特征在于上述转子包括圆板部以及与该圆板部的周缘相连的圆周板部，上述多个永久磁铁配置在该圆周板部的内侧，配置了该永久磁铁的部位的周缘部呈开口状。
11.如权利要求1～10中的任一项所述的马达，其特征在于转子在圆周方向上划分成3个区，各永久磁铁配置成倾斜状态，其倾斜度相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线为35～60°。
12.如权利要求1～11中的任一项所述的马达，其特征在于转子在圆周方向上划分成3个区，在各区内沿圆周方向并排设置的多个永久磁铁配置成倾斜状，其倾斜角度相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线从45°依次变化到60°。
13.一种磁马达，其特征在于具有设置了永久磁铁并能围绕旋转轴心进行旋转的转子、设置在该转子周围的磁传感器和多个电磁线圈、以及利用上述磁传感器来检测设永久磁铁的磁性，对上述电磁线圈中的通电进行控制的控制装置，该转子在旋转轴心周围沿圆周方向按照等间隔被划分成多个区域，各个区域由沿圆周方向排列设置了多个上述永久磁铁的部分和没有设置永久磁铁的部分构成上述永久磁铁被配置成相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线呈倾斜状态，转子主体由实心的非磁性体制的圆筒部件构成，在该圆筒部件内设置了凹部或孔，其中放入上述多个永久磁铁并使其相对于上述半径线呈倾斜状态。
14.如权利要求13所述的磁马达，其特征在于设置在圆筒部件上的凹部或孔向圆筒部件的轴线方向延伸，该凹部或孔的内壁分别与上述多个永久磁铁的至少内周侧端部和外周侧端部相结合。
15.如权利要求13或14中所述的磁马达，其特征在于设置在圆筒部件上的凹部或孔形成为，收入多个永久磁铁使其相对于半径线有不同的倾斜状态。
16.如权利要求13～15中的任一项所述的磁马达，其特征在于在圆筒部件中，多个永久磁铁并排设置的部分的外侧呈开口状。
17.如权利要求13～16中的任一项所述的磁马达，其特征在于构成圆筒部件的非磁性体以碳树脂为主要成分。
全文摘要
本发明能获得不产生贯通电流，输出转矩大，旋转稳定，马达效率高的磁马达。其中具有设置了永久磁铁12并能围绕旋转轴心进行旋转的转子4、5，设置在该转子4、5周围的磁传感器25和多个电磁线圈10、以及利用上述磁传感器25来检测设置在上述转子4、5上的永久磁铁12的磁性并对上述电磁线圈10中的通电进行控制的控制装置，该转子4、5沿圆周方向按照等间隔被划分成多个区域，该区域的数量与上述电磁线圈10的数量相等，各个区域由一部分沿圆周方向排列设置了多个上述永久磁铁12的部分和没有设置永久磁铁12的部分构成，上述各永久磁铁12被配置成相对于从上述旋转轴心向外侧延伸的半径线呈倾斜状态，上述通电控制装置30根据磁传感器的信号来切换对上述电磁线圈进行通电的方向，同时，用磁传感器来检测磁性，经过规定时间后，向电磁线圈通电。
文档编号H02K29/08GK1496602SQ02806469
公开日2004年5月12日 申请日期2002年2月27日 优先权日2001年3月14日
发明者保坂明 申请人:保坂明