(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネットを通電線路部に当接または近接させ、該通電線路部の励磁により、該マグネットが所定の磁極配列に着磁されるマグネットの着磁方法であって、
前記通電線路部が励磁される際、前記マグネットの反通電線路部側には、非磁性の導電部材を介在させて磁性ヨーク部材が設けられた、ことを特徴とするマグネットの着磁方法。
【請求項２】
円筒状マグネットを周方向へ多極着磁するために、該マグネットを着磁コイル体に外嵌または内嵌させ、さらに前記マグネットの外周部または内周部に、非磁性の導電部材が設けられた磁性ヨーク部材を外嵌または内嵌させた状態により、前記着磁コイル体が励磁される、ことを特徴とするマグネットの着磁方法。
【請求項３】
前記非磁性の導電部材はアルミ合金からなる請求項１または２記載のマグネットの着磁方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか記載の着磁方法により着磁されたマグネットと、該マグネットが装着され回転自在に支持されるロータと、前記マグネットと対向配置される電機子とを具備した直流モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、直流モータにおけるトルクリップルの少ない回転駆動を得ることができる駆動用マグネットの着磁方法に関し、そしてそのような着磁により得られるマグネットを用いた直流モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレスモータ等の直流モータに組み込まれる駆動用マグネットは、例えば円筒形状をなし、周方向へ所定の磁極配列に着磁されて用いられている。このようなマグネットを着磁するには、所定の磁極配列で形成された着磁コイル体に被着磁マグネットを装着し、着磁コイル体に所要の直流電流を励磁することにより得られる。着磁コイル体は、マグネットの着磁磁極面に対応した円筒状の外周面または内周面を有する保持部材と、その周面上に配設された通電線路から構成される。
【０００３】
例えばマグネットが電機子の外周側で回転駆動する、いわゆるアウターロータ型直流モータにおいては、マグネットの内周側で電機子と対向するため、マグネットの内周部へ着磁コイル体を装着し、マグネットの内周側から着磁を行なっている。すなわち、マグネットは、円柱或いは円筒状の着磁コイル体に外嵌させて着磁が行なわれる。一方、マグネットが電機子の内周側で回転駆動する、いわゆるインナーロータ型直流モータでは、これらと逆の構成により着磁される。
【０００４】
ところで、このような着磁方法によれば、着磁コイル体の励磁により発生する磁束の多くが漏洩磁束となり、マグネットを効率良く着磁することが困難である。このため、（例えばアウターロータ型では）着磁コイル体に装着されたマグネットの外周側、すなわち着磁コイル体の反対側に、筒状またはリング状の磁性ヨーク部材を装着することによって漏洩磁束を低減するよう図られている。（なおインナーロータ型では、マグネットの内周側に磁性ヨーク部材を装着する。）これにより、着磁コイル体からの磁束がマグネットを効率良く透過し着磁効率の向上が図れる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述のような磁性ヨーク部材を用いたマグネットの着磁方法においては、モータ特性上、マグネットと電機子との電磁相互作用によるトルク波形がより急峻となる。すなわち磁性ヨーク部材を用いない場合に比べてトルク値が上昇する反面、トルクの最大値が尖頭状となり、最大トルク値と起動最小トルク値との落差が大きくなる。このため、モータの運転に伴い電機子へのコミュテーションが行なわれた場合、コギングトルク及びトルクリップルの増加を招き、円滑な回転駆動が困難になると共に、実効トルクの低下をきたしてモータ効率を悪化させる。
【０００６】
本発明は、従来技術に存した上記のような問題点に鑑み行われたものであって、その課題とするところは、直流モータにおけるトルクリップルの低減に加えて円滑で実効トルクの向上が図れる駆動マグネットの着磁方法を提供すると共に、この着磁方法により得られたマグネットを備える直流モータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明のマグネットの着磁方法は、マグネットを通電線路部に当接または近接させ、該通電線路部の励磁により、該マグネットが所定の磁極配列に着磁されるマグネットの着磁方法であって；前記通電線路部が励磁される際、前記マグネットの反通電線路部側には、非磁性の導電部材を介在させて磁性ヨーク部材が設けられてなる方法が提供される。
【０００８】
またさらに本発明のマグネットの着磁方法として、円筒状マグネットを周方向へ多極着磁するために、該マグネットを着磁コイル体に外嵌または内嵌させ、さらに前記マグネットの外周部または内周部に、非磁性の導電部材が設けられた磁性ヨーク部材を外嵌または内嵌させた状態により、前記着磁コイル体が励磁されてなる方法が提供される。
【０００９】
上記各方法における非磁性の導電部材はアルミ合金を用いることが望ましい。
【００１０】
そして直流モータとしては、上記いずれかの着磁方法により着磁されたマグネットと、該マグネットが装着され回転自在に支持されるロータと、前記マグネットと対向配置される電機子とを具備した直流モータが提供される。
【００１１】
【作用】
本発明に従うマグネットの着磁方法によれば、通電線路部または着磁コイル体の励磁によりマグネットが着磁される際、磁性ヨーク部材が設けられているため、通電線路または着磁コイル体からの磁束が、マグネットへの透過容易性を向上させるよう作用する。その際、マグネットと磁性ヨーク部材との間に非磁性の導電部材が介在して設けられているので、通電線路部または着磁コイル体からの磁束は同時にこの非磁性の導電部材に対しても作用する。すなわち磁性ヨーク部材の非磁性部位は導電部材であるため、この部分には磁束の透過による渦電流が誘起され、この渦電流が逆に磁束の透過を妨げるよう作用する。
【００１２】
従ってこのように着磁されたマグネットは効率が向上すると共に、急峻性が抑制されてフラットなトルク波形となる。これにより起動最小トルクがそれ程低下することなく、また起動最小トルクと最大トルクとの落差が小さくなって実効トルクが大きく取れ、しかもコギングトルク及トルクリップルが軽減されるから滑らかな回転駆動が実現できる。
【００１３】
また上記の非磁性の導電部材としてアルミ合金を用いることにより、その性質上、導電率が高くしかも加工・成形が容易であるから、性能面と経済性の両面において望ましい。
【００１４】
さらに、こうして得られたマグネットを直流モータとして用いることにより、回転の滑らかな、効率の高い直流モータが得られる。
【００１５】
【実施例】
以下、添付の図面を参照しつつ本発明のマグネットの着磁方法及びこれを用いた直流モータの実施例について詳述する。図１はマグネット１をその内周部１１側から着磁するための着磁装置及び着磁方法を説明するための展開図である。そして図３は、図１のマグネット１が組み込まれる直流モータの断面図である。これらの図において、マグネット１は円筒状を成し、その周方向へＮ極とＳ極とが交互に且つ均等に８磁極分が着磁されて用いられる。
【００１６】
着磁コイル体２は、マグネット１を所要の通り着磁するための着磁手段であり、円柱状のハウジング３にコイル部４が配設されている。ハウジング３の外周部１０には、マグネット１が当接または近接して外嵌されるため、ハウジング３の外径寸法は、マグネット１の内周部１１の内径寸法より僅かに小さく設定されている。そしてハウジング部３の外周部１０には、周方向へ８箇所の磁極部５が均等に形成され、それぞれの磁極部５の間にコイル部（通電線路）４が配設されている。
【００１７】
コイル部４はリード線６，６から連続的に接続され、一つの導電路が形成されている。コイル部４を保持するハウジング３は、鉄材等の強磁性体材料が絶縁処理されて形成されることに加え、樹脂等の非磁性材料により一体にモールドして形成されている。着磁の条件により、樹脂材料のみでコイル部４を保持固定するようにしてもよい。
【００１８】
マグネット１の外周部１２に外嵌される磁性ヨーク部材７は、その内周部１３側にアルミ合金の非磁性部９が設けられ、それを包囲するように電磁鋼板による強磁性部８が同軸状に設けられている。内周部１３の内径寸法は、ガタツキが無い範囲で、マグネット１の外形寸法よりも僅かに大きく設定されている。非磁性部９と強磁性部８とはアルミダイカストにより一体に形成される他、両者の圧入による固定で形成することもできる。
【００１９】
こうしてマグネット１を着磁するには、マグネット１を着磁コイル体２に外嵌して装着すると共に、マグネット１の外周部１２へ更に磁性ヨーク体７を外嵌して保持させセットする。この状態で着磁コイル体２のリード線６，６に所定の直流電流を印加する。これにより、コイル部４が励磁されマグネット１が所定（図例では８極）の磁極１４で着磁される。
【００２０】
上述の着磁方法によれば、コイル部４の励磁によりマグネット１が着磁される際、磁性ヨーク部材７の強磁性部８がコイル部４からの磁束を、マグネット１への透過容易性を向上させるよう作用する。その際、マグネット１と強磁性部８との間には非磁性部９が設けられている。しかもこの非磁性部９はアルミ合金による導電部材であるから、コイル部４からの磁束を受けて非磁性部９には渦電流が誘起される。この渦電流によりコイル部４からの磁束の透過を妨げるよう作用する。
【００２１】
従ってこのように着磁されたマグネット１を図３に示す直流モータに組み込み、ステータ（電機子）１５へ所要のコミュテーション信号を与えてやると、マグネット１とステータ１５との電磁的相互作用によりトルクが発生する。ステータ１５に励磁されて発生するトルク波形は、最大トルク値が抑制されて、起動最小トルクと最大トルクとのトルク差が減少し、コギングトルク及びトルクリップルが軽減されて、実効トルクが向上する。
【００２２】
なお、図３の直流モータは、以下の構成により形成された、アウターロータ型で且つシャフト回転タイプの直流モータである。ブラケット１９に軸受スリーブ１７が一体に形成され、軸受スリーブ１７の内側中心部においてシャフト１６が回転自在に支持されている。そして軸受スリーブ１７の外側にはステータ１５が固定されている。ステータ１５は薄状の電磁鋼板が所要枚数積層して形成され、例えば９箇所の磁極歯に電機子コイルが所要回数巻回して設けられている。シャフト１６の上端部に固定されたロータ１８の内周部にマグネット１が配設され、マグネット１とステータ１５とは、半径方向へ僅かな隙間をもって位置付けられている。またシャフト１６の上下部に設けられた部材４０，４１はロータ１８の軸方向規制を行なうスラストプレートである。
【００２３】
上記構成及び着磁方法において、具体的な実験結果を図５に示す。実験試料は、図１における着磁コイル体２の外径が１８．３ｍｍ、マグネット１はネオジウム・ボロン系を用い、その外径が２０．４ｍｍ、非磁性部９にはアルミ合金としてＡ２０１７を用いその厚み寸法が１ｍｍ、そして強磁性部８にはＳＳ４１鋼を用い、その外径が４５ｍｍに設定されたものを用いた。更に図５は、図３のステータ１５に通電して励磁させ、そのトルク波形を二相分示したものであり、縦軸にトルク値、横軸に時間を規定している。（なお、０トルク付近に表われるグラフはコギングトルクの状態を示している。）
【００２４】
図５によれば、最大トルク値が２４８ｇ−ｃｍ、二波形の交点部分である最小起動トルク値が２１６ｇ−ｃｍであり、トルクリップルは３２ｇ−ｃｍの結果が得られた。ちなみに、この結果を同じ着磁条件で且つ同じマグネットを用いた従来の着磁方法と比較してみる。図６は磁性ヨーク部材７を使用せずにマグネット１を着磁した場合のトルク波形であり、最大トルク値が２２４ｇ−ｃｍ、最小起動トルク値が１８４ｇ−ｃｍであった。図６では相対的にトルク値が低下すると共に、トルクリップルも４０ｇ−ｃｍと図５の結果よりも大きいことがわかる。
【００２５】
さらに図７では、磁性ヨーク部材７に代えて、非磁性部９を有しない磁性ヨーク部材を用い、且つ同じマグネット１を同一条件にて着磁した場合のトルク波形を示す。図７によれば、最大トルク値が２８０ｇ−ｃｍ、最小起動トルク値が２２８ｇ−ｃｍであった。磁性ヨーク部材により最大トルク値が高くなった反面、トルクリップルも５２ｇ−ｃｍと増加していることがわかる。またこれに加えてコギングトルク値も増加している。
【００２６】
次に示す図８は、上記マグネット１を同じ着磁条件にて、磁性ヨーク部材７における非磁性部９の厚みを種々変更した場合を示している。図８において、横軸に非磁性部９（アルミ合金）の厚み、縦軸にトルク値を規定し、トルクリップル及びコギングトルクのそれぞれについての特性変化を示している。図８によれば、厚みが１乃至２ｍｍの範囲において、トルクリップル、コギングトルク共に、最も低減されることがわかる。なお、アルミ合金に代えて黄銅を用いることも可能である。
【００２７】
図２に示す展開図は、本発明の別のマグネットを着磁する着磁装置及び着磁方法を説明するためのものである。図２におけるマグネット２１は、その外周部３１側から着磁される。そしてこのようなマグネット２１は、図４に示すインナーロータ型の直流モータに用いられる。図２においても、マグネット２１は例えば周方向へ均等に８磁極分が着磁されるものとする。
【００２８】
着磁コイル体２２は、ハウジング２３の中心部が上下方向に貫通して形成されており、その内周部３０にマグネット２１が嵌め込まれる。この場合も内周部３０の内径寸法は、マグネット２１の外径寸法よりも僅かに大きく設定されている。ハウジング２３の内周部３０には、周方向へ８箇所の磁極部２５が均等に形成され、それぞれの磁極部２５の間にコイル部２４が配設されている。コイル部２４はリード線２６，２６から連続的に接続され、一つの導電路が形成される。
【００２９】
マグネット２１の内周部３２に嵌め込まれる磁性ヨーク部材２７は、その外周部３３にアルミ合金の非磁性部２９が設けられ、その内周側に鉄材による強磁性部２８が同軸状に設けられている。従って、マグネット２１を着磁するには、マグネット２１を着磁コイル体２２に嵌め込んで装着すると共に、マグネット２１の内周部３２へ更に磁性ヨーク部材２７嵌め込んで保持させセットする。この状態で、着磁コイル体２２のリード線２６，２６に所定の直流電流を印加する。これにより、コイル部２４が励磁されマグネット２１が所定の磁極３４にて着磁される。
【００３０】
このように着磁されたマグネット２１は、図４に示す直流モータに組み込み、ステータ３５へ所要のコミュテーション信号を与えてやると、マグネット２１とステータ３５とによりトルクが発生する。図４の直流モータは、図３の構成とは異なり、インナーロータ型であると共に、シャフト３６がブラケット３９に対して固定されている点にある。シャフト３６に対して軸受スリーブ３７が回転自在に支持され、軸受スリーブ３７の外周部の下部にマグネット２１が、そして上部にロータ３８が、それぞれ設けられている。シャフト３６の上下部に設けられたスラストプレート４２、４３により、ロータ３８の軸方向規制を行なっている。
【００３１】
従って、図４における直流モータは、図３の構成による直流モータと同様な作用効果を得ることができ、トルクリップルの低減された滑らかな回転駆動がなされると共に、実効トルクの大きい直流モータが得られる。なお、上述したマグネット１及びマグネット２１は、図３及び図４に示した直流モータ以外の構成に適用できる他、これらの組み合わせによる構成にも設けることができる。更に、マグネットに着磁する磁極数や形状等、自由に設計できることは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のマグネットの着磁方法によれば、コイル部４の励磁によりマグネット１が着磁される際、磁性ヨーク部材７が設けられているため、コイル部４からの磁束が、マグネット１への透過容易性を向上させるよう作用する。その際、マグネット１と磁性ヨーク部材７との間に非磁性の導電部材９が介在して設けられているので、コイル部４からの磁束は同時にこの非磁性の導電部材９に対しても作用する。すなわち磁性ヨーク部材７の非磁性部位は導電性であるため、この部分には磁束の透過による渦電流が誘起され、この渦電流が逆に磁束の透過を妨げるよう作用する。従ってこのように着磁されたマグネット１は効率が向上すると共に、急峻性が抑制されてフラットなトルク波形となる。これにより起動最小トルクがそれ程低下することなく、また起動最小トルクと最大トルクとの落差が小さくなって実効トルクが大きく取れ、コギングトルク及トルクリップルが軽減されるから滑らかな回転駆動が実現できる。
【００３３】
また上記の非磁性の導電部材としてアルミ合金を用いることにより、その性質上、導電率が高くしかも加工・成形が容易であるから、性能面と経済性の向上を図ることができる。
【００３４】
さらに、こうして得られたマグネットを直流モータとして用いることにより、回転の滑らかな、効率の高い直流モータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従うマグネットの着磁方法における部品の展開斜視図である。
【図２】本発明に従う別のマグネットの着磁方法における部品の展開斜視図である。
【図３】本発明の着磁方法によるマグネットを組み込んだ直流モータの断面図である。
【図４】本発明の着磁方法による別のマグネットを組み込んだ直流モータの断面図である。
【図５】本発明の着磁方法によるマグネットのトルク波形図である。
【図６】従来の着磁方法によるマグネットのトルク波形図である。
【図７】従来の着磁方法によるマグネットのトルク波形図である。
【図８】本発明の着磁方法によるマグネットの別の特性図である。
【符号の説明】
１，２１  マグネット
２，２２  着磁コイル体
３，２３  ハウジング
４，２４  コイル部
５，２５  磁極部
７，２７  磁性ヨーク部
８，２８  強磁性部
９，２９  非磁性部
【図１】
0003685835.tif 000002
【図２】
0003685835.tif 000003
【図３】
0003685835.tif 000004
【図４】
0003685835.tif 000005
【図５】
0003685835.tif 000006
【図６】
0003685835.tif 000007
【図７】
0003685835.tif 000008
【図８】
0003685835.tif 000009