(57)【要約】【課題】起動トルク性能および電磁遮蔽性能に優れたモータを提供する。【解決手段】モータ１０は、極異方性磁石からなる界磁マグネット１１と、界磁マグネット１１の外周面１１ａ側に配置され磁性材料からなるフレーム１５と、界磁マグネット１１の内周面１１ｂ側に配置される鉄心１７と、界磁マグネット１１およびフレーム１５を回転自在に支持する軸２４と、を備えている。界磁マグネット１１のリング本体部１２の外周面１２ａには、上端１２ｃから下端１２ｄに延び回転対称に配置される複数のリブ１３が形成されている。これにより、界磁マグネット１１とフレーム１５との間に厚みが一定の空隙１６が形成される。また、複数のリブ１３は、界磁マグネット１１の内周面１１ｂ側に形成された磁極中心と対向する外周面１１ａの位置に、界磁マグネット１１のリング本体部１２と同一の材料を用いてリング本体部１２と一体に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料からなるフレームと組み合わせてモータの一部を構成するモータ用マグネットであって、
略リング状の極異方性磁石からなり、
内周面側に円周方向に沿って複数の磁極を有するリング状のリング本体部と、
前記リング本体部の外周面側に形成される複数のリブと、を備えるモータ用マグネット。
【請求項２】
前記リブの各々が、前記リング本体部と同一材料を用いて一体に形成されている請求項１に記載のモータ用マグネット。
【請求項３】
前記リブの各々が、前記リング本体部の前記複数の磁極に対向する位置にそれぞれ形成されている請求項２に記載のモータ用マグネット。
【請求項４】
前記リブの各々が、前記リング本体部の一方の開放端側から他方の開放端側まで連続して形成されている請求項２または３に記載のモータ用マグネット。
【請求項５】
少なくとも一つのリブの一方の端部に相当する部分にゲートを設けて射出成形により形成されている請求項４に記載のモータ用マグネット。
【請求項６】
前記リング本体部の内径をＤ、径方向の厚さをＴ、磁極数をＰで表したとき、前記リング本体部が、０．０９＜Ｔ／（πＤ／２Ｐ）＜０．７５なる関係式を満たすように構成されている請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ用マグネット。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ用マグネットと、
前記モータ用マグネットの外周面側に配置され磁性材料により形成されるフレームと、を備えるモータ。
【請求項８】
前記モータ用マグネットと前記フレームとが一体成形されている請求項７に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極異方性リング磁石からなるモータ用マグネット、およびそのモータ用マグネットを使用したモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
内周面または外周面のいずれか一方に磁極が現れ円弧状に磁化された極異方性リング磁石は、一般的に磁束密度が大きく正弦波的な磁束密度分布が得られることから、ファン駆動用ＤＣモータなどに多用されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
極異方性リング磁石をモータに適用する場合、極異方性リング磁石の外周側に配置されるフレーム（バックヨーク）を、磁性材料に代えて非磁性材料を用いて形成することにより、モータの起動トルクが向上することが、本発明者の検討により明らかにされている。これは、極異方性リング磁石からフレームに流れる磁束を抑えることができるからであり、その内容は、特許文献２（特願２００９−０７８０１６号；本出願時点では未公開）に記載されている。
【０００４】
参考例（公知例ではない）として、特許文献２に記載されている直流モータ５０を、図４を参照して説明する。直流モータ５０は、アウターロータ型のブラシレス直流モータであり、円周方向に多極着磁された極異方性リング磁石からなる界磁マグネット５１と、非磁性材料で形成され界磁マグネット５１を内周面に密着保持する略円筒状のフレーム（ハウジング）５２と、界磁マグネット５１の内側に所定の間隔を置いて配置され電機子として機能する鉄心５３と、鉄心５３の中心に配置されベース（図示省略）に固定される軸６０と、を備えている。
【０００５】
鉄心５３は、珪素鋼板を複数枚積層して形成され、環状のヨーク部５４から径方向に突出する９個の突極５５と、隣接する突極間の隙間である９箇所のスロット５９と、を有している。１つの突極５５は、径方向に延在した突極腕部５６と、その先端のティース部５７と、から構成されている。突極腕部５６には、励磁コイル５８が巻かれている。
【０００６】
ここで、界磁マグネット５１の内径（直径）をＤ、径方向の厚さをＴ、磁極数をＰとした場合に、０．０９＜Ｔ／（πＤ／２Ｐ）＜０．７５なる関係式を満たす範囲内で界磁マグネット５１を形成することにより、磁性材料のフレームを採用した場合と比較して、高起動トルクおよび低コギングトルクを両立した性能を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２３８５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように、極異方性リング磁石と非磁性材料からなるフレームとを組み合わせるとともに、極異方性リング磁石を上述の関係式を満たす形状とすることにより、モータとしての性能を向上させることができる。
【０００９】
しかしながら、電磁遮蔽性能に優れたモータを構成するために、磁性材料からなるフレームを使用せざるを得ない場合も想定される。参考例として説明したモータの電磁遮蔽性能を向上させるために、非磁性材料で形成されたフレームの外周面側に、別途、磁性材料で形成されたフレームを配置することが考えられる。しかし、この場合には２種類のフレームを必要とすることから、モータ全体の重量およびコストが増加するという問題が生じる。
【００１０】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、重量およびコストを増加させることなく、高起動トルクおよび低コギングトルクを維持しながら電磁遮蔽性能に優れたモータ、および、そのようなモータの実現に適したモータ用マグネットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、上記課題を解決するために、本発明のモータ用マグネットは、磁性材料からなるフレームと組み合わせてモータの一部を構成するモータ用マグネットであって、略リング状の極異方性磁石からなり、内周面側に円周方向に沿って複数の磁極を有するリング状のリング本体部と、前記リング本体部の外周面側に形成される複数のリブと、を備えることを特徴とする。
【００１２】
この場合、前記リブの各々が、前記リング本体部と同一材料を用いて一体に形成されているのが好ましい。
【００１３】
また、前記リブの各々が、前記リング本体部の前記複数の磁極に対向する位置にそれぞれ形成されているのが好ましい。
【００１４】
また、前記リブの各々が、前記リング本体部の一方の開放端側から他方の開放端側まで連続して形成されているのが好ましい。
【００１５】
また、少なくとも一つのリブの一方の端部に相当する部分にゲートを設けて射出成形により形成されているのが好ましい。
【００１６】
また、前記リング本体部の内径をＤ、径方向の厚さをＴ、磁極数をＰで表したとき、前記リング本体部が、０．０９＜Ｔ／（πＤ／２Ｐ）＜０．７５なる関係式を満たすように構成されているのが好ましい。
【００１７】
また、本発明のモータは、前記モータ用マグネットと、前記モータ用マグネットの外周面側に配置され磁性材料により形成されるフレームと、を備えることを特徴とする。
【００１８】
この場合、前記モータ用マグネットと前記フレームとが、一体成形されていてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、極異方性磁石からなるリング状のリング本体部と、その外周面に形成されたリブとからモータ用マグネットが構成されている。このため、モータ用マグネットの外周面側にフレームを配置した状態では、リング本体部の外周面とフレームとの間に、リブの径方向の厚さに対応する厚さを有する空隙が形成される。すなわち、モータ用マグネットの外周面の多くの領域が非磁性材料（空気）で覆われる。これにより、上述した参考例と同様に、モータの起動トルクを向上させることができる。また、モータの内部（モータ用マグネットや鉄心など）が磁性材料（フレーム）で覆われる。これにより、モータの電磁遮蔽性能を向上させることができる。
【００２０】
また、リブの各々を、リング本体部の複数の磁極中心に対向する位置にそれぞれ形成した場合には、モータ用マグネットから発生する磁束を増加させ、モータの起動トルクをより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るモータの構成を説明するための横断面図である。
【図２】同モータに組み込まれているモータ用マグネットの斜視図である。
【図３】リブ高さ／エアギャップと起動トルクとの関係を示すグラフである。
【図４】参考例としてのモータの構成を説明するための平面概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施形態の一例として、モータ１０を図面を参照して説明する。
【００２３】
モータ１０は、図１に示すように、略リング状をなす界磁マグネット（モータ用マグネット）１１と、界磁マグネット１１の外周面１１ａを覆うように同軸状に配置されるフレーム１５と、界磁マグネット１１の内周面１１ｂ側に所定の間隔を置いて配置され電機子として機能する鉄心１７と、鉄心１７の中心に位置し界磁マグネット１１およびフレーム１５を回転自在に支持する軸２４と、を備えている。
【００２４】
このうち、鉄心１７および軸２４は、上述の参考例と同様の構成であることから、鉄心１７の各構成要素（環状のヨーク部１８、突極１９、突極腕部２０、ティース部２１、スロット２２、励磁コイル（図示省略））を含めてそれらの説明は適宜省略し、以下では、界磁マグネット１１およびフレーム１５を中心に説明する。
【００２５】
界磁マグネット１１は、本実施形態では、磁性粉末（例えば、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ粉末）およびバインダー樹脂（例えば、ナイロン６）の混練物からなり射出成形法に形成される極異方性リング磁石である。界磁マグネット１１は、図２に示すように、リング状のリング本体部１２と、リング本体部１２の外周面１２ａ（円周面である）に形成され、リング本体部１２の上端（一方の開放端）１２ｃから下端（他方の開放端）１２ｄに向かって連続して延びる断面円弧状の複数（本実施形態では、１２本）のリブ１３と、から構成されている。
【００２６】
また、界磁マグネット１１は、円周面である内周面１１ｂ（リング本体部１２の内周面１２ｂ）側に磁極中心（Ｎ極およびＳ極）が現れるように円周方向に対して等間隔に多磁極（本実施形態では、１２極）着磁されている。着磁は、上端１２ｃから下端１２ｄにわたって、中心軸（対称軸）に対して平行にそれぞれ施されている。そして、複数のリブ１３は、内周面１１ｂ（１２ｂ）側に現れる複数の磁極中心に対向する外周面１１ａ（１２ａ）の位置にそれぞれ形成されている。
【００２７】
上記のように界磁マグネット１１が射出成形法により形成されていることから、複数のリブ１３は、リング本体部１２と同一の材料を用いてリング本体部１２と一体に形成されている。そして、１２本のリブ１３のうち９０度回転対称の位置に配置されている４本のリブ１３の上端１２ｃ側の平面（端部）に、射出成形によって形成されるゲート痕１４の少なくとも一部が存在している。なお、このゲート痕１４は、研削加工などにより適宜取り除いてあってもよい。
【００２８】
一方、フレーム１５は、磁性材料（本実施形態では、鉄）を用いてリング状に形成されている。フレーム１５は、界磁マグネット１１の外周面１１ａ側に配置された状態で、フレーム１５の内周面１５ａ（円周面である）がリブ１３の最も外周側の部分である頂部１３ａと接触する程度の内径に形成されている。すなわち、フレーム１５は、その内半径をリブ１３の頂部１３ａにおける界磁マグネット１１の仮想半径（界磁マグネット１１の中心軸とリブ１３の頂部１３ａ間の距離）に略一致させている。なお、フレーム１５は、リング形状に限定されるものではなく、例えば、リングとベース（図示省略）とを一体化させてなるカップ形状であってもよい。
【００２９】
界磁マグネット１１の外周面１１ａ側にフレーム１５を配置した状態では、リブ１３の各々が存在する領域を除いて、界磁マグネット１１の外周面１１ａ（リング本体部１２の外周面１２ａ）とフレーム１５の内周面１５ａとの間に、径方向の厚さが一定の空隙１６が形成されている。空隙１６は、本実施形態では、円周方向に対して１２等分割されている。
【００３０】
次に、以上のように構成されたモータ１０の作用効果について説明する。
【００３１】
界磁マグネット１１が極異方性磁石からなるとともに、界磁マグネット１１を構成するリング状のリング本体部１２の外周面１２ａに径方向の外側に突き出す複数のリブ１３が形成されている。そして、界磁マグネット１１の外周面１１ａ側に、界磁マグネット１１の外周面１１ａの全体を覆うように、磁性材料からなるリング状のフレーム１５が配置されている。このため、リング本体部１２の外周面１２ａとフレーム１５の内周面１５ａとの間に、リブ１３の径方向の厚さ（高さ）に対応する厚さを有する空隙１６が形成される。すなわち、極異方性磁石からなるリング本体部１２の外周面１２ａの多くの領域が一定の厚みの非磁性材料（空気）で覆われる。
【００３２】
このため、従来技術（界磁マグネットの外周面側に空隙を設けることなく磁性材料からなるフレームを密接配置した構成）と比較して、重量およびコストを増加させることなく、界磁マグネット１１からフレーム１５に流れる磁束を抑えることができる。これにより、モータ１０の起動トルクを向上させることができる。
【００３３】
特に、界磁マグネット１１を参考例で言及した所定の形状（界磁マグネット１１のリング本体部１２の内径をＤ、径方向の厚さをＴ、磁極数をＰとした場合に、０．０９＜Ｔ／（πＤ／２Ｐ）＜０．７５なる関係式を満たす形状）とした場合には、高起動トルクおよび低コギングトルクを両立した性能を得ることができる。
【００３４】
また、モータ１０の内部（界磁マグネット１１や鉄心１７など）がフレーム１５を形成する磁性材料で覆われる。これにより、モータ１０の電磁遮蔽性能を向上させることができる。
【００３５】
また、複数のリブ１３は、その両端部がリング本体部１２の上端１２ｃおよび下端１２ｄとそれぞれ面一に形成されている。このため、リブ１３が形成された部分における界磁マグネット１１の径方向の厚さ（肉厚）が大きくなる。これにより、界磁マグネット１１を射出成形法により成形する際の、ゲートを配置するスペースを大きく確保することができる。この結果、界磁マグネット１１の作製が容易になるとともに成形性が向上する。
【００３６】
次に、界磁マグネット１１のリブ１３がモータの起動トルクの向上に及ぼす影響を、実施例に基づいて具体的に説明する。
【００３７】
はじめに、リブ１３の高さ（径方向の厚さ）、すなわち、空隙１６の径方向の厚さと、モータの起動トルクとの関係を調べた結果を図３に示す。なお、図３では、リブ１３の高さをエアギャップＬで除して規格化している。ここで、エアギャップＬとは、界磁マグネット１１の内周面１１ｂ（リング本体部１２の内周面１２ｂ）と鉄心１７のティース部２１との最短距離である。本実施形態のティース部２１は、その先端面が、図１に示すように、中心から円周方向に離れるほど界磁マグネット１１の内周面１１ａとの距離が大きくなるように形成されている。したがって、エアギャップＬは、鉄心１７のティース部２１の対称中心部と界磁マグネット１１の内周面１１ｂとの径方向距離である。また、界磁マグネット１１のリング本体部１２は、内径Ｄが８０ｍｍであり、径方向の厚さＴが２ｍｍであり、磁極数Ｐが１２である。
【００３８】
図３から、リブ１３の高さを大きくして空隙１６の径方向の厚さを大きくするほど、起動トルクが大きくなることが分かる。ただし、「リブの高さ／エアギャップ」が約１より大きくなると、起動トルクが一定化（飽和）する傾向にある。このことから、「リブの高さ／エアギャップ」を１以上となるようにリブ１３の高さを設定した場合には、安定した高起動トルクを得ることができる。なお、「リブの高さ／エアギャップ」が０（ゼロ）の場合が従来技術に相当する。
【００３９】
次に、界磁マグネットのリング本体部におけるリブを形成する位置と、モータの起動トルクとの関係について調べた結果を説明する。上述の実施形態および実施例では、リブはリング本体部の磁極中心に対向する外周面側の位置に設けられている。これに対して、リブをリング本体部の磁極間（隣接する磁極中心の中間部分）に対向する外周面側の位置に設けた場合には、従来技術よりも起動トルクは大きくなるものの、磁極中心にリブを設けた場合と比較すると、起動トルクが１５％ほど低下することが確認された。この結果から、リング本体部の磁極中心に対向する位置にリブを設ける方が、起動トルクをより大きくする観点で好ましいことが分かる。
【００４０】
リング本体部の磁極間よりも磁極中心に対向する位置にリブを設けることにより起動トルクが向上する理由は以下のように考えられる。すなわち、リング状の磁石を極異方性に着磁させた場合、磁極中心付近における磁石の内部では概ね径方向に磁化ベクトルが向いている。一般的に、径方向に磁化ベクトルが向く場合には、寸法（磁化ベクトルが向く方向の実質的な厚さ）が小さいことにより反磁界の影響が大きくなる。したがって、リブを設けることによって磁極中心付近での肉厚を大きくした場合には、反磁界の影響を低減することができ、その結果、リング本体部から発生する磁束を増加させることができる。
【００４１】
これに対して、リング本体部の磁極間では、概ね円周方向に磁化ベクトルが向いている。径方向と比較して寸法が大きい円周方向に磁化ベクトルが向く場合には、反磁界の影響が小さい。したがって、リブを設けることによって磁極間付近での肉厚を大きくしても、リング本体部から発生する磁界を増加させる効果は小さい。このため、磁極中心付近にリブを設ける方が、磁極間にリブを設けるよりも、リング本体部から発生する磁束をより増加させ、モータの起動トルクをより向上させると考えられる。
【００４２】
以上のことから、界磁マグネット１１のリブ１３は、界磁マグネット１１とフレーム１５と間に空隙１６を形成するためのスペーサとしての機能と、反磁界の影響を小さくして磁束を大きくする機能と、を有していることが明らかになった。
【００４３】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、実施の形態については上記に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００４４】
例えば、界磁マグネット１１およびフレーム１５を一体成形してもよい。この場合には、製造コストの低減が期待でき、また、界磁マグネット１１の薄肉化を促進する上で有利である。
【００４５】
また、上記実施形態では、リブ１３の断面形状を円弧状としたが、これに限定されない。円弧状に代えて、例えば、矩形状としてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、リブ１３は、リング本体部１２の上端１２ｃから下端１２ｄまで連続して延びる構成としたが、これに限定されない。リブのスペーサとしての機能のみが要求される場合には、例えば、上端１２ｃ側と下端１２ｄ側のそれぞれに対して離散的にリブを形成するようにしてもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、リブ１３は、リング本体部１２と同一の材料を用いてリング本体部１２と一体に形成されているが、これに限定されない。リブのスペーサとしての機能のみが要求される場合には、リブを非磁性材料で形成してもよく、また、リング本体部１２と一体成形しなくてもよい。（例えば、接着剤を用いて固定してもよい。）
【００４８】
また、界磁マグネット１１（リング本体部１２）は、射出成形法以外の方法で形成されたものであってもよいし、ボンド磁石でなくてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０  モータ
１１  界磁マグネット（モータ用マグネット）
１１ａ  外周面
１１ｂ  内周面
１２  リング本体部
１２ａ  外周面
１２ｂ  内周面
１２ｃ  上端
１２ｄ  下端
１３  リブ
１３ａ  頂部
１４  ゲート痕
１５  フレーム
１５ａ  内周面
１６  空隙
１７  鉄心
１８  環状のヨーク部
１９  突極
２０  突極腕部
２１  ティース部
２２  スロット
２４  軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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