(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極中心が周方向に繰り返し形成されるように着磁された筒状のマグネットと、
前記マグネットの内周側に配置される電機子と、を備えてなるモータにおいて、
前記マグネットは、その外周面に、前記磁極中心を対称中心として、軸方向に延びる一対の溝が形成され、
前記一対の溝は、前記マグネットに前記一対の溝が形成されていない状態でのコギングトルクの周期波形の位相に対して、前記マグネットに前記一対の溝が形成された状態でのコギングトルクの周期波形の位相が略逆位相となる位置に形成され、
前記一対の溝は、前記マグネットの軸方向の一端から他端までの領域のうち、前記一端または他端のいずれか一方を基点とした一部の領域にそれぞれ連続して形成されていることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記マグネットは、肉厚が厚い厚肉部および肉厚が薄い薄肉部を一組として４組を回転対称に配置して構成され、
前記磁極中心が、前記厚肉部の周方向中心部に設けられている請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
電機子の外周側に配置されて前記電機子とともにモータを構成する筒状のマグネットであって、
周方向に磁極中心が繰り返し形成されるように着磁され、
外周面に、前記磁極中心の各々を対称中心として、軸方向に延びる一対の溝がそれぞれ形成され、
前記一対の溝は、前記マグネットに前記一対の溝が形成されていない状態で前記モータに前記マグネットを組み込んだ際のコギングトルクの周期波形の位相に対して、前記マグネットに前記一対の溝が形成された状態でのコギングトルクの周期波形の位相が略逆位相となる位置に形成され、
前記一対の溝は、前記マグネットの軸方向の一端から他端までの領域のうち、前記一端または他端のいずれか一方を基点とした一部の領域にそれぞれ連続して形成されているマグネット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣモータに関し、特に、コギングトルクの低減に適したマグネットの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
オーディオのローディング機構やレーザプリンターなどに使用されるＤＣモータとして、横断面が四角の４隅を丸くした角型（四角筒型）のモータが開発され実用化されている。この角型のモータには、肉厚（径方向の厚み）が周方向に対して周期的に変化する偏肉形状をなすマグネットが使用されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
このように、偏肉形状をしたマグネットを用いて角型のＤＣモータを構成することにより、モータ自体の回り止めが可能となるとともに、起動トルクが大きく、かつ、コギングトルクが小さい小型モータを実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１００５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近時のＤＣモータには、消費電力および振動・ノイズの低減のために、コギング（回転むら）の更なる低減が求められている。このため、コギングの更なる低減に適したマグネットが要求されている。そこで、本発明は、マグネットの構造に工夫を凝らすことによってコギングトルクの低減を可能としたＤＣモータ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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係るモータは、磁極中心が周方向に繰り返し形成されるように着磁された筒状のマグネットと、前記マグネットの内周側に配置される電機子と、を備えてなるモータにおいて、前記マグネットは、その外周面に、前記磁極中心を対称中心として、軸方向に延びる一対の溝が形成されていることを特徴する。
【０００７】
本発明者は、マグネットの構造的な側面から上記課題の解決策を検討したところ、筒状のマグネットの外周面に、磁極中心を対称中心として軸方向（マグネットの中心軸方向）に延びる一対の溝を形成すると、モータのコギングトルクが低減するという知見を得るに至った。そこで、本発明に係るモータは、電機子の外周側に配置されるマグネットの外周面側に、磁極中心を対称中心として軸方向に延びる一対の溝を形成することにより、コギングトルクの低減を図るものである。
【０００８】
また、本発明の一実施態様では、前記マグネットに前記一対の溝が形成されていない状態でのコギングトルクの周期波形の位相に対して、前記マグネットに前記一対の溝が形成された状態でのコギングトルクの周期波形の位相が略逆位相となる位置に前記一対の溝が形成され、前記一対の溝が、前記マグネットの軸方向一端から他端までの領域のうち、前記一端または他端のいずれか一方を基点とした一部の領域にそれぞれ連続して形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明者は、さらに検討を重ねた結果、マグネットの外周面に形成する一対の溝の磁極中心に対する周方向位置に応じて、コギングトルクの周期波形の位相が不連続的に変化し、一対の溝が形成されていない場合の位相（以下、正位相という）と比較して略逆位相になるという特異な現象を見出した。この現象から、正位相のコギングトルクの周期波形に、マグネットの所定の位置に一対の溝を形成することにより生じる逆位相のコギングトルクの周期波形を重ね合わせことにより、コギングトルクを可及的に低減することが可能となる。
そこで、かかる発明は、コギングトルクの周期波形の位相が略逆位相となる位置に、マグネットの軸方向一端（上端）から他端（下端）までの領域のうちの一部の領域に一対の溝を形成することによって、コギングトルクのより一層の低減を図るものである。この場合、溝の割合（マグネットの軸方向の全長に対する溝の長さの比）を変えることにより、コギングトルクの周期波形を精密に制御することができ、コギングトルクの低減を容易に達成することができる。また、一対の溝を、マグネットの軸方向の一端または他端のいずれか一方を基点として設けることにより、マグネットの成形が容易となる。
また、前記マグネットは、肉厚が厚い厚肉部および肉厚が薄い薄肉部を一組として４組を回転対称に配置して構成され、前記磁極中心が、前記厚肉部の周方向中心部に設けられていてもよい。
【００１０】
また、本発明に係るマグネットは、電機子の外周側に配置されて前記電機子とともにモータを構成する筒状のマグネットであって、周方向に磁極中心が繰り返し形成されるように着磁され、外周面に、前記磁極中心の各々を対称中心として、軸方向に延びる一対の溝がそれぞれ形成され、前記一対の溝は、前記マグネットに前記一対の溝が形成されていない状態で前記モータに前記マグネットを組み込んだ際のコギングトルクの周期波形の位相に対して、前記マグネットに前記一対の溝が形成された状態でのコギングトルクの周期波形の位相が略逆位相となる位置に形成され、前記一対の溝は、前記マグネットの軸方向の一端から他端までの領域のうち、前記一端または他端のいずれか一方を基点とした一部の領域にそれぞれ連続して形成されていることを特徴とする。
本発明に係るマグネットと電機子とを組み合わせることにより、コギングトルクの小さいモータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモータの構成を示す横断面図である。
【図２】同モータにおけるマグネットの構成を示す斜視図である。
【図３】同マグネットに形成された一対の溝を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るモータにおけるマグネットの構成を示す斜視図である。
【図５】コギングトルクの周期波形の一例を示すグラフである。
【図６】第２の実施形態に係るモータのコギングトルクを測定した結果の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るモータ１０を図面を参照して説明する。モータ１０は、図１に示すように、全体として筒状をしたマグネット１１と、マグネット１１の外周側に配置されるヨーク２１と、マグネット１１の内周側に所定の隙間を介して配置され電機子として機能する鉄心３１と、鉄心３１を保持する回転軸４１と、を備えている。
【００１３】
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）からなるボンド磁石である。マグネット１１は、円周面からなる内周面１２および多面からなる外周面１３を有し、周方向に対して偏肉形状に形成されている。外周面１３は、断面円弧状の４つの湾曲面１３ａおよび矩形平面状の４つの平坦面１３ｂをそれぞれ交互に周方向に４回繰り返して構成されている。
【００１４】
したがって、マグネット１１は、その肉厚に注目して見ると、肉厚が厚い厚肉部１４および肉厚が薄い薄肉部１５を一組として４組を９０度回転対称（４回転回転対称）に配置して構成されている。なお、厚肉部１４は湾曲面１３ａに対応する部分であり、薄肉部１５は平坦面１３ｂに対応する部分である。
【００１５】
マグネット１１には、厚肉部１４の周方向中心部が磁極の中心部（磁極中心）となり、薄肉部１５の周方向中心部が磁極の境界部となるように、軸方向に延びる４極（２極のＮ極および２極のＳ極）のラジアル着磁が周方向に施されている。
【００１６】
また、マグネット１１には、図２に示すように、その外周面１３に、上端面１６（一端）から下端面１７（他端）に向かって軸方向に延びる複数組（本実施形態では、４組）の溝部１８が形成されている。
【００１７】
４組の溝部１８は、図３に示すように、４つの磁極中心を対称中心とした一対の溝１８ａ，１８ｂから構成されている。以下では、磁極中心から反時計方向に位置する溝を第１の溝１８ａと称し、磁極中心から時計方向に位置する溝を第２の溝１８ｂと称する。
【００１８】
一対の溝１８ａ，１８ｂは、磁極中心寄りに位置する第１側面１８ａａ，１８ｂａと、第１側面１８ａａ，１８ｂａに対向する第２側面１８ａｂ，１８ｂｂと、第１側面１８ａａ，１８ｂａおよび第２側面１８ａｂ，１８ｂｂを連結する底面１８ａｃ，１８ｂｃと、からそれぞれ構成されている。
【００１９】
第１側面１８ａａ，１８ｂａおよび第２側面１８ａｂ，１８ｂｂは、本実施形態では、軸中心から外周側に向かって延びる仮想平面（軸中心を通る縦断面）上に位置する平面として形成されている。したがって、磁極中心に対する一対の溝１８ａ，１８ｂの周方向位置（角度位置）は、第１側面１８ａａ，１８ｂａおよび第２側面１８ａｂ，１８ｂｂと各磁極中心とがなす中心角（軸中心を中心とする中心角）で表すことができる。一方、底面１８ａｃ，１８ｂｃは、軸中心を中心とする仮想円筒面上に位置する円弧面として形成されている。なお、本発明に係る一対の溝１８ａ，１８ｂの形状はこれに限定されない。
【００２０】
次に、マグネット１１とともにステータを構成するヨーク２１は、周方向に肉厚が一定に形成され、その内周面２２がマグネット１１の外周面１３と密着するように配置されている。なお、ヨーク２１は、本実施形態では、有底筒状（カップ状）に形成されている。
【００２１】
次に、鉄心３１は、中心部に配置される環状の円環部３２、および円環部３２から径方向に突出する複数（本実施形態では、６本）の突極３３を有している。各突極３３は、径方向に延在する突極腕部３３ａ、およびその先端において周方向に対称に延びるティース部３３ｂから構成されている。突極腕部３３ａには、図示しない励磁コイルが巻かれている。
【００２２】
次に、回転軸４１は、鉄心３１の中心部に固定配置され、図示しない軸受により支持されている。
【００２３】
以上のように構成されたモータ１０は、従来のＤＣモータと同様に作動させることができる。また、モータ１０は、鉄心３１の外周側に配置されるマグネット１１の外周面１３に磁極中心を中心として対称な一対の溝１８ａ，１８ｂが形成されていることから、従来技術に比較してコギングトルクを小さくすることができる。
【００２４】
以下では、マグネット１１の外周面１３に一対の溝１８ａ，１８ｂを形成することによるコギングトルクの低減化について、実施例に基づき具体的に説明する。
【００２５】
表１に、一対の溝を形成する位置が互いに異なる本発明に係るモータの３つのサンプル（本発明品Ａ，Ｂ，Ｃ）の性能を示す。なお、表１において、比較として示す従来品とは、マグネットの外周面に溝が形成されていないサンプルであり、参考品とは、マグネットの磁極中心の外周面に１本の溝（一対の側面同士が形成する中心角が１０°の溝）が形成されているサンプルである。また、表中θ１は、一対の溝１８ａ,１８ｂを構成する第１側面１８ａａ,１８ｂａと磁極中心とがなす中心角であり、表中θ２は、一対の溝１８ａ,１８ｂを構成する第２側面１８ａｂ,１８ｂｂと磁極中心とがなす中心角である。また、角度は、反時計回りを正とし、時計回りを負としている。
【００２６】
【表１】
0005481160.tif 000002
【００２７】
表１から、本発明品Ａ，Ｂ，Ｃは、いずれも従来品と比較して、動トルクが大きくなっているとともに、コギングトルクが大幅に小さくなっている。これに対して、磁極中心に沿って１本の溝を形成した参考品は、従来品と比較して、動トルクおよびコギングトルクともにほとんど変化していない。これらの結果から、マグネットの外周面において各磁極中心に対して一対の溝をそれぞれ形成することにより、コギングトルクを小さくすることができることが立証された。
【００２８】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係るモータについて説明する。なお、第２の実施形態に係るモータと第１の実施形態に係るモータとの相違点は、マグネットに形成される溝部の形態である。
【００２９】
第２の実施形態に係るモータのマグネット５１は、図４に示すように、その外周面５３に、４つの磁極中心を対称中心として、上端面５８から軸方向中央部までの領域Ｒ１に４組の溝部５８（一対の溝５８ａ，５８ｂ）が軸方向に沿ってそれぞれ形成されている。つまり、マグネット５１は、第１の実施形態に係るマグネット１１と比較して、上端面５６から下端面５７までの全領域（Ｒ１＋Ｒ２）のうち一部の領域Ｒ１のみに溝部５８が形成されている点で異なっている。
【００３０】
以下では、マグネットの外周面に一対の溝を部分的に形成することによる作用効果について、実施例に基づいて具体的に説明する。
【００３１】
はじめに、前述の第１の実施形態に係る実施例（本発明品Ａ，Ｂ，Ｃ）および従来品について、コギングトルクの周期波形を調べた結果を図５に示す。なお、コギングトルクは、基本的に、鉄心がマグネットに対して１回転する間に、鉄心の突極数（本実施例は、６つ）およびマグネットの磁極数（本実施例は、４つ）の最小公倍数（本実施例は、１２）だけ脈動する。コギングトルクの周期波形とは、この一周期分（鉄心の回転角度として、３０°）のコギングトルクの時間変化の波形である。
【００３２】
図５から、本発明品Ａは、従来品と比較して、位相がほとんど変化しない状態で、コギングトルクのピーク値が低下していることがわかる。ところが、本発明品Ａと比較して、磁極中心からより離れた位置（中心角が大きい位置）に一対の溝が形成された本発明品Ｂおよび本発明品Ｃは、位相が略反転し、従来品の位相（正位相）と比較して略逆位相の関係にあることがわかる。
【００３３】
この知見に基づき、本発明の第２の実施形態に係るマグネット５１においては、従来品と比較して、コギングトルクの周期波形が略逆位相となる位置に一対の溝を形成し、かつ、一対の溝を所定の領域Ｒ１にのみに形成している。これにより、一対の溝が形成されている領域Ｒ１によるコギングトルクの周期波形と、一対の溝が形成されていない領域Ｒ２によるコギングトルクの周期波形とを重ね合わせ互いに打ち消し合わせることによって、コギングトルクをより一層小さくすることが可能になる（図６参照）。
【００３４】
この際、溝部５８が形成されている領域Ｒ１の長さの全長に対する割合および一対の溝が形成されている周方向位置の少なくともいずれか一方を微調整することにより、コギングトルクを可及的に小さくすることが可能になる。なお、溝部５８が形成される軸方向に対する位置は特に限定されるものではないが、マグネット成形後の型開きのし易さの観点からは、上端または下端を基点として溝部５８を形成するのが好ましい。
【００３５】
以上、本発明の好ましい実施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。
【００３６】
例えば、上記実施形態では、偏肉形状をしたマグネットを使用したが、これに代えて、周方向に対して肉厚が一定の筒状のマグネットを用いてもよい。この場合にも、上記効果を同様に奏することが期待できる。
【００３７】
また、上記実施形態では、鉄心を回転させる構成（インナーロータ型）としたが、これに代えて、マグネットを回転させる構成（アウターロータ型）としてもよい。この場合にも、上記効果を同様に奏することが期待できる。
【００３８】
また、上記第２の実施形態では、コギングトルクの周期波形の位相が略逆位相となる位置にのみ一対の溝を軸方向に沿って部分的に形成したが、これに限定されない。コギングトルクの周期波形の位相が略逆位相となる位置に一対の溝を軸方向に沿って部分的に形成するとともに、正位相となる位置に他の一対の溝を軸方向に沿って部分的に形成してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０    モータ
１１，５１    マグネット
１２    内周面
１３，５３    外周面
１３ａ    湾曲面
１３ｂ    平坦面
１４    厚肉部
１５    薄肉部
１６，５６    上端面
１７，５７    下端面
１８，５８    溝部
１８ａ，５８ａ    第１の溝
１８ｂ，５８ｂ    第２の溝
２１    ヨーク
２２    内周面
３１    鉄心
３２    円環部
３３    突極
４１    回転軸
【図１】
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【図２】
0005481160.tif 000004
【図３】
0005481160.tif 000005
【図４】
0005481160.tif 000006
【図５】
0005481160.tif 000007
【図６】
0005481160.tif 000008