(57)【要約】【課題】  小型フェライト永久磁石モータについて減磁を起こさないように出力アップする。【解決手段】  有底中空筒状に形成されたモータケース（１）にフェライト永久磁石（２）を備えたケース組立体（３）と、整流子（４）を備えた電機子（５）と、ケース組立体（３）の開口部に嵌着され整流子（４）と摺動するブラシ（６）を備えたブラケット組立体（７）とを有し、モータケース（１）の外径寸法が３５ｍｍφから４５ｍｍφの範囲にあるフェライト永久磁石モータにおいて、電機子コア（５ａ）の外径（Ｄａ）をモータケース（１）の外径（Ｄｙ）に対して６６％から７１％の範囲とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底中空筒状に形成されたモータケースにフェライト永久磁石を備えたケース組立体と、整流子を備えた電機子と、ケース組立体の開口部に嵌着され整流子と摺動するブラシを備えたブラケット組立体とを有し、モータケースの外径寸法が３５ｍｍφから４５ｍｍφの範囲にあるフェライト永久磁石モータにおいて、電機子コアの外径をモータケースの外径に対して６６％から７１％の範囲としたことを特徴とするフェライト永久磁石モータ。
【請求項２】
請求項１に記載のフェライト永久磁石モータにおいて、最大エネルギー積２５ｋＪ／ｍ3、保磁力２５０ｋＡ／ｍ以上のフェライト永久磁石を使用することを特徴とするフェライト永久磁石モータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のフェライト永久磁石モータにおいて、電機子コアティースの幅を電機子コアの外径に対し５．５％以上、電機子コアスロットの底径を電機子コアの外径に対し４０％以上としたことを特徴とするフェライト永久磁石モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェライト永久磁石モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外径４５ｍｍφから３５ｍｍφ相当の缶タイプの永久磁石小型直流整流子モータは、安価で高特性を得るためフェライト磁石が使用されている。しかしながら、図６に示す希土類磁石とフェライト磁石の磁気特性図から明らかなように、フェライト磁石は、近年、成長著しい希土類の磁石に比較すると磁気特性が劣っている（例えば、特許文献１，２，３参照。）。したがって、フェライト磁石を備えたモータの磁気回路設計を行なうときは、特に、電機子の巻線に電流が流れることによって生じる電機子反作用（永久磁石の起磁力と反対に作用し永久磁石の磁束量を減少させる。）により永久磁石が減磁しないように留意する必要がある。ましてや、モータの起動及び拘束時には、大電流が流れるのでさらなる留意が必要となる。
【０００３】
モータの磁気回路上（ヨーク、電機子コア、空隙、永久磁石）に置かれた永久磁石は、磁気回路によって決まる動作点（図６で示すＡ，Ａ’）を持ち、これにより永久磁石の磁束密度Ｂ［Ｔ］、磁界の強さＨ［Ａ／ｍ］が決まる。この動作点は、電機子反作用により永久磁石のＢ−Ｈ曲線上を移動するので、モータの負荷の大きさにより永久磁石の磁束密度Ｂ［Ｔ］が変化し、磁束密度Ｂ［Ｔ］に比例するモータトルクも変化し、過負荷でトルク低下を起こす。また、動作点Ａが永久磁石のＢ−Ｈ曲線の屈曲点Ｃ以下になったり、磁束密度Ｂが０［Ｔ］以下になったりすると動作点Ａが元の位置に戻らない不可逆減磁を起こし、モータの性能が維持できない状態となる。このような状態を防ぐためには、磁気回路抵抗を極力小さくすることと、永久磁石の厚みをできるだけ厚く設計する必要がある。このようなことから、フェライト磁石は充分な厚みを確保して減磁を起こさないように設計されている。
【０００４】
一方、モータ外径及びモータ長がある寸法に規定された中で、高出力を得るためには、モータ出力と回転数、モータ体積の関係式Ｐ＝ｋ・Ｎ・Ｄａ2・Ｌａより、電機子コア外径Ｄａを大きくすることが、モータ出力向上に有効であることが分かる。ここで、Ｐはモータ出力、ｋは定数、Ｎは回転数、Ｄａは電機子コア外径、Ｌａは電機子積厚である。
【０００５】
電機子コア外径Ｄａを大きくするためには、永久磁石の厚みを薄くする必要がある。電機子コア外径の大型化は、希土類の永久磁石を用いてその厚みを薄くすれば容易に達成されるが、希土類磁石を用いる場合はコスト高となってしまう。
【０００６】
そこで、従来の外径４５ｍｍφから３５ｍｍφ相当の缶タイプの永久磁石小型直流整流子モータでは、安価で高特性を得るためフェライト磁石が使用されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２３５２２５号公報
【特許文献２】特許第３４８０７３３号公報
【特許文献３】特開２００２−２４７８２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
フェライト磁石を備えたモータでは、特に、電機子の巻線に電流が流れることによって生じる電機子反作用で永久磁石が減磁しやすいので、フェライト磁石は充分な厚みを確保して減磁を起こさないようにする必要があるが、モータ外径及びモータ長が限定されたうえでフェライト磁石を厚くすると電機子コア外径が小さくなりモータ出力が低下するという問題がある。
【０００９】
したがって、本発明は減磁を起こさず、しかも電機子コア外径を大きくすることができる小型フェライト永久磁石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】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、有底中空筒状に形成されたモータケース（１）にフェライト永久磁石（２）を備えたケース組立体（３）と、整流子（４）を備えた電機子（５）と、ケース組立体（３）の開口部に嵌着され整流子（４）と摺動するブラシを備えたブラケット組立体（７）とを有し、モータケース（１）の外径寸法が３５ｍｍφから４５ｍｍφの範囲にあるフェライト永久磁石モータにおいて、電機子コア（５ａ）の外径（Ｄａ）をモータケース（１）の外径（Ｄｙ）に対して６６％から７１％の範囲としたフェライト永久磁石モータを採用する。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のフェライト永久磁石モータにおいて、最大エネルギー積２５ｋＪ／ｍ3、保磁力２５０ｋＡ／ｍ以上のフェライト永久磁石（２）を使用するフェライト永久磁石モータを採用する。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のフェライト永久磁石モータにおいて、電機子コアティース（９）の幅（ｔ）を電機子コア（５ａ）の外径（Ｄａ）に対し５．５％以上、電機子コアスロット（８）の底径（Ｄａｂ）を電機子コア（５ａ）の外径（Ｄａ）に対し４０％以上としたフェライト永久磁石モータを採用する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、有底中空筒状に形成されたモータケース（１）にフェライト永久磁石（２）を備えたケース組立体（３）と、整流子（４）を備えた電機子（５）と、ケース組立体（３）の開口部に嵌着され整流子（４）と摺動するブラシを備えたブラケット組立体（７）とを有し、モータケース（１）の外径寸法が３５ｍｍφから４５ｍｍφの範囲にあるフェライト永久磁石モータにおいて、電機子コア（５ａ）の外径（Ｄａ）をモータケース（１）の外径（Ｄｙ）に対して６６％から７１％の範囲としたフェライト永久磁石モータであるから、フェライト永久磁石（２）が減磁を起こさないように電機子コア（５ａ）の外径（Ｄａ）を極力大型化し、モータの高出力化を達成することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、請求項１に記載のフェライト永久磁石モータにおいて、最大エネルギー積２５ｋＪ／ｍ3、保磁力２５０ｋＡ／ｍ以上のフェライト永久磁石（２）を使用するフェライト永久磁石モータであるから、屈曲点（Ｃ）がない磁気的特性の磁石とすることで、不可逆減磁を起こすことなくモータの高出力化を達成することができる。
【００１５】
請求項３に係る発明によれば、請求項１又は請求項２に記載のフェライト永久磁石モータにおいて、電機子コアティース（９）の幅（ｔ）を電機子コア（５ａ）の外径（Ｄａ）に対し５．５％以上、電機子コアスロット（８）の底径（Ｄａｂ）を電機子コア（５ａ）の外径（Ｄａ）に対し４０％以上としたフェライト永久磁石モータであるから、電機子コア（５ａ）の外径（Ｄａ）の大径化に伴いコイルが収められる電機子コアスロット（８）の断面を減少させることなく、電機子コアティース（９）の幅（ｔ）、電機子コアスロット（８）の底径（Ｄａｂ）を大きく確保することができる。これにより、電機子コア（５ａ）の磁気抵抗を減少させることができ、従って図６に示す動作点Ａが向上し、永久磁石の磁束密度Ｂ［Ｔ］が増加し、モータの高出力化を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１７】
図１及び図２に示すように、このフェライト永久磁石モータは、有底中空筒状に形成されたモータケース１にフェライト永久磁石２を備えたケース組立体３と、整流子４を備えた電機子５と、ケース組立体３の開口部に嵌着され整流子４と摺動する図示しないブラシを備えたブラケット組立体７とを有する。このフェライト永久磁石モータ２０はいわゆる小型モータであり、そのモータケース１の外径Ｄｙは、３５ｍｍφから４５ｍｍφの寸法範囲とされる。
【００１８】
この小型フェライト永久磁石モータでは、電機子５の外径すなわち電機子コア５ａの外径Ｄａがモータケース１の外径Ｄｙに対して６６％から７１％の範囲とされる。図示例では、電機子コア５ａの外径Ｄａがモータケース１の外径Ｄｙの６８％とされる。
【００１９】
また、電機子コアティース９の幅ｔが電機子コア５ａの外径Ｄａの６．５％、電機子コアスロット８の底径Ｄａｂが電機子コア５ａの外径Ｄａの４３．７％とされる。
【００２０】
このＤａ（電機子コア５ａの外径）／Ｄｙ（モータケース外径）＝０．６６〜０．７１は、次に述べるように図３、図４及び図５に示すデータに基づいて決定される。
【００２１】
図３は、モータケース１の外径Ｄｙが３６ｍｍφ相当のモータにおいて、モータケース１の外径、内径を一定とし、フェライト永久磁石２の厚み、電機子コア５ａの外径Ｄａ、電機子コアティース９の幅ｔ、電機子コアスロット８の底径Ｄａｂを変化させた場合の磁束量の変化を示している。
【００２２】
上述したように、本発明のフェライト永久磁石２は減磁を起こさない程度の厚みを確保しつつ電機子コア５ａの外径Ｄａをできるだけ大きくしようとする。そこで、図３のデータは、従来の小型フェライト永久磁石モータ（電機子コア外径Ｄａとモータケース外径Ｄｙとの比が約６３％）であって、電機子５の巻線に電流がほとんど流れていない状態（無負荷時）としたものを基準として、ここから磁石厚を薄く、電機子コア外径Ｄａ、電機子コアティース９の幅ｔ、電機子コアスロット８の底径Ｄａｂを大きく変化させることにより得ている。また、電機子５の巻線に大電流が流れ電機子反作用が生じた場合のフェライト永久磁石の減磁の程度も確認するため、モータ拘束時（ロック時）の磁束量の変化も同時に示している。
【００２３】
図３から明らかなように、先ず、従来の電機子コア外径／モータケース外径比（以下、Ｄａ／Ｄｙ比という。）が約６３％のモータの無負荷時の磁束量比を１とすると、Ｄａ／Ｄｙ比６３％のモータ拘束時の磁束量比は約０．９６倍で０．０４倍減少している。これは、電機子反作用によって永久磁石が減磁を起こし磁束量が４％減少したと考えられる。次に、Ｄａ／Ｄｙ比約６６％時の磁束量比については、１．０２倍とＤａ／Ｄｙ比約６３％時の無負荷時に対し０．０２倍増加している。また、拘束時においては、０．９８倍と無負荷時に対し０．０４倍減少している。このことは、Ｄａ／Ｄｙ比約６６％の寸法比でフェライト永久磁石厚を薄く、電機子コア外径を大きくしてもフェライト永久磁石の減磁を従来のモータ以上に生じさせること無く、また磁束量そのものも大きくすることが出来たことを意味している。
【００２４】
以降同様にＤａ／Ｄｙ比を６８％、７０％、７４％とフェライト永久磁石厚を薄く、電機子コア外径を大きくしていくと無負荷時においては、磁束量比が順に１、０．９７、０．９２倍となり、拘束時においては順に０．９５、０．９２、０．８６倍と変化している。これから、無負荷の状態では、Ｄａ／Ｄｙ比約６８％以上で従来のモータに比較し磁束量が減少し、拘束時の状態では、Ｄａ／Ｄｙ比約６８％時から従来のモータの拘束時磁束量を下回って、減磁が現状より大きくなることを意味している。この結果からして、Ｄａ／Ｄｙ比は約６６％が最適で約６８％以上では従来のモータを下回ると判断することができる。
【００２５】
しかし、一方で電機子コア外径を大きくすることは、モータの高出力化になることが言えるので、磁束量の変化だけに着目せずに、最終的にモータの特性が如何に改善するかも着目する必要性がある。
【００２６】
図４は、マクスウェル応力からトルクを求めた結果をＤａ／Ｄｙ比６３％、６６％、６８％に関し示している。この図からＤａ／Ｄｙ比が大体６６％から６８％までは、Ｄａ／Ｄｙ比６３％の従来のモータ以上のトルク特性を得ていることが分かる。図示していないが、７１％の時は６６％の場合と同様なトルク特性であり、７４％の時は６３％の場合と同様なトルク特性である。
【００２７】
また、図５は、Ｄａ／Ｄｙ比毎のトルク差を明確にするため従来のＤａ／Ｄｙ比６３％のモータにおける拘束時付近のトルクを１としてＤａ／Ｄｙ比７４％までの拘束時のトルクの比を示している。この図からＤａ／Ｄｙ比６８％付近がトルクのピークであることが分かる。
【００２８】
以上の結果をもとに、磁束量が最も多くなるＤａ／Ｄｙ比６６％のモータと、トルクが最も多くなるＤａ／Ｄｙ比６８％のモータを夫々試作し、従来のＤａ／Ｄｙ比６３％のモータと比較した結果、Ｄａ／Ｄｙ比６６％、６８％の何れのモータも従来のモータの特性を上回った。すなわち、フェライト永久磁石の厚みと電機子コアの大きさの割合を示すＤａ／Ｄｙ比７１％まで電機子コア外径を大型化し、フェライト永久磁石厚を薄くしても、フェライト永久磁石の減磁を生じることはなく、モータ特性も従来のモータ特性を上回るか、或いは同程度を維持し、上述した式Ｐ＝ｋ・Ｎ・Ｄａ2・Ｌａで示されるように、電機子コア外径Ｄａを大きくしたことにより、従来よりも高出力を得ることができる。
【００２９】
また、この小型フェライト永久磁石モータにおいては、望ましくは最大エネルギー積２５ｋＪ／ｍ3、保磁力２５０ｋＡ／ｍ以上のフェライト磁石が使用される。
【００３０】
これにより、モータケース内に取り付けられるフェライト磁石が図６に示した屈曲点Ｃがない磁気的特性のものとなり、小型フェライト永久磁石モータは、不可逆減磁を起こすことなく高出力を達成することとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る小型フェライト永久磁石モータをモータ軸を含む垂直面で切って示す断面図である。
【図２】図１に示す永久磁石モータをモータ軸に直交する垂直面で切って示す断面図である。
【図３】電機子コア外径とモータケース外径との比に対する磁束量比を示したグラフである。
【図４】電機子コア外径Ｄａとモータケース外径Ｄｙとの比毎に示したモータトルク曲線図である。
【図５】電機子コア外径とモータケース外径との比に対するトルク比を示したグラフである。
【図６】希土類磁石とフェライト磁石の磁気特性図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…モータケース
２…フェライト永久磁石
３…ケース組立体
４…整流子
５…電機子
５ａ…電機子コア
７…ブラケット組立体
８…電機子コアスロット
９…電機子コアティース
Ｃ…屈曲点
Ｄａ…電機子コアの外径
Ｄｙ…モータケースの外径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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