モータ @ 磁石の小部屋

　ブラシ付きモータは、乾電池をつなぐだけで回転する、誰もが手にしたことがあるモータであろう。

　ロータには積層電磁鋼板にコイルが巻回してあり、ステータには磁石がある。

　ロータにはコミュテータがあり、ブラシに供給された直流電流が回転により切り替えられることにより、連続して回転する。

　この場合、ロータに３スロット、ステータに２極であり、瓦形状の磁石が２枚搭載されている。

　昔のサーボモータにはアルニコ磁石が搭載されていたが、希土類磁石の登場によりサーボモータも小型化・高性能化してきた。重量、体積共に約1/10となっている。

　精密な位置決めに用いられるサーボモータは、モータとエンコーダから構成される。

　サーボモータのロータ（回転子）を示す。シャフトに多極着磁したリング形状の磁石を搭載した例を示したが、セグメント磁石を用いる場合もある。
　このロータ構造は、表面磁石型（SPM, Surface Permanent Magnet）構造と呼ばれる。

　可変速システムにも、インバータ駆動の誘導モータや同期モータが使用される。同期モータには、そのロータに永久磁石が搭載されている。

　永久磁石を搭載した可変速システム用同期モータは、外観上は誘導モータと変わらず、ステータ（固定子）も同じである。

　可変速システム用同期モータのロータは、シャフト、ロータコアおよび永久磁石から構成される。板状の永久磁石が、積層鋼板からなるロータコアに設けられた孔に挿入された構造が用いられることが多い。
　このロータ構造を、埋込磁石型（IPM, Internal Permanent Magnet）構造と呼ばれる。

　PM(永久磁石)型ステッピングモータは、入力パルスに応じて一定角度ずつ回転するモータで、センサやエンコーダなしに位置決めができる。HB(ハイブリッド)型ステッピングモータよりも低分解能だが安価にできる。

　多極着磁されたリング状永久磁石からなるロータと、磁極と同じピッチのくし歯を有するコア材とコイルからなるステータから構成される。ふたつのステータのくし歯は1/4ピッチずれている。

　多極着磁が施されたリング状永久磁石は、ボンド磁石が用いられることが多い。狭パルス着磁技術と薄肉磁石の開発により、高分解能化が可能となった。

　HB(ハイブリッド)型ステッピングモータは、入力パルスに応じて一定角度ずつ回転するモータで、センサやエンコーダなしに位置決めができる。PM(永久磁石)型ステッピングモータよりも高分解能である。

　歯車状に加工させたコア材と永久磁石からなるロータと、対抗面が歯車状のコア材とコイルからなるステータから構成される。

　永久磁石は、2個の歯車状のコアで挟み込まれている。Nd-Fe-B系焼結磁石の登場前は磁気特性が低かったため、永久磁石の高さを高くし、コアに埋め込ませて、体積を増やしていた。

　スピンドルモータを構造で大別すると、ラジアルギャップ構造とアキシャルギャップ構造とがあり、ラジアルギャップ構造には、インナーロータタイプとアウターロータタイプとがある。
　ラジアル（径方向）ギャップ構造のひとつであるインナーロータタイプは、シャフトとロータコアと円筒形状磁石からなるロータと、その外側に配置した励磁コイルとステータコアからなるステータとから構成される。ロータのイナーシャ（慣性）が小さいという特徴がある。

　ラジアルギャップ構造のもうひとつのアウターロータタイプは、シャフトに固定されたカップ状のロータコアの内側に円筒形状の磁石を配置したロータと、その内側に配置した励磁コイルとステータコアからなるステータから構成される。ロータイナーシャが大きいので急激な加減速駆動には不向きであるが、定速度で長時間駆動するのに適しており、HDD用スピンドルモータに多く用いられている。

　アキシャル（軸方向）ギャップ構造は、円板形状の磁石と励磁コイルを軸方向に対向させた構造であり、面対向構造とも呼ばれる。励磁コイルの中心部にステータコアがない例を示したが、コギングトルクの低減に効果的であり回転ムラを低減できる。

　直線方法の駆動方法としては、回転型モータとボールねじなど回転直線変換機構との組み合わせによる間接駆動と、リニアモータによる直接駆動とがある。
　リニアモータは、清浄性、等速安定性、メンテナンスフリー、高加速性、静音性、長ストローク対応といった特長を有する。

　コアレスリニアモータは、コギングが原理的に発生しない、薄型形状が可能、電機子（可動子）が軽量といった特長を有する。

　コア付きリニアモータは、モータ効率が高く、高推力で、電機子と永久磁石に磁気吸引力が働くという特長を有する。