(57)【要約】      （修正有）【課題】モータトルクを低下させることなく、コギングトルクを低減することができる小型モータを提供する。【解決手段】軟磁性材料からなる有底中空筒状のフレーム３と、そのフレーム３の内周面に装着された環状の界磁マグネット２と、該界磁マグネット２の内側に収容され巻線が巻回されたティース部を有する積層コア７とを備えた小型モータにおいて、前記界磁マグネット２の軸方向の長さを、前記積層コア７の軸方向の長さと同一またはより大きな寸法に形成すると共に、前記界磁マグネット２の両端面に軟磁性材料からなる補助磁性板４を固定したことを特徴とする。これにより、界磁マグネット２から積層コア７に流入する磁束成分のうち、軸方向成分を磁性板４に誘引することにより、モータのコギングトルクを低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性材料からなる有底中空筒状のフレームと、そのフレームの内周面に装着された環状の界磁マグネットと、該界磁マグネットの内側に収容され巻線が巻回されたティース部を有する積層コアとを備えた小型モータにおいて、
前記界磁マグネットの軸方向の長さを、前記積層コアの軸方向の長さと同一またはより大きな寸法に形成すると共に、前記界磁マグネットの両端面に軟磁性材料からなる補助磁性板を固定したことを特徴とする小型モータ。
【請求項２】
前記補助磁性板は、環状の磁性板、または前記界磁マグネットの磁極数だけ前記マグネット両端面の円周上に配置した複数の磁極片であることを特徴とする請求項１記載の小型モータ。
【請求項３】
前記界磁マグネットの軸方向長さは、前記積層コアの軸方向長さの１〜１．３倍だけ大きい寸法であることを特徴とする請求項１記載の小型モータ。
【請求項４】
前記補助磁性板は、前記界磁マグネットの外径及び内径の寸法と同一であり、厚さ寸法が幅寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の小型モータ。
【請求項５】
前記磁極片は、非磁性板の環状リングに貼付けまたは埋設されていることを特徴とする請求項１記載の小型モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響機器、映像機器および自動車用電装機器等に用いられる小型モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、小型モータは、レーザプリンター、インクジェットプリンター、電動ミラー、ドアロック等の自動車用電装機器等の各種機器に広く使用されている。この種の小型モータとして、例えば、特許文献１に示す構造が知られている。
【０００３】
図６は、特許文献１に示す小型モータの断面図である。小型モータ２０は、界磁マグネット２１が内周面に取り付けられたフレーム２２と、そのフレーム２２の内部に配設された回転子２３とを備えている。回転子２３は、シャフト２４と電機子２５を備えている。回転子２３の両端は、フレーム２２に装着された軸受２６と、ブラケット２７に装着された軸受２８とによって回転自在に支持されている。フレーム２２は、金属材料から形成された有底中空筒状で、フレーム２２の開口部にブラケット２７が装着されている。
【０００４】
電機子２５は、シャフト２４に圧入固定された積層鉄心２９と整流子３２を備え、積層鉄心２９のティース部にコイル３０が巻回されている。整流子３２は、コイル３０を接続するための端子部３３を備え、コイル３０と電気的に接続している。また、整流子３２に２つのブラシ３４が摺動している。３５はブラシホルダ、３６は接続端子、３７は接続端子の端部、３８はブラシホルダ３５に設けられた取り出し口、３９はスラスト板である。また、モータの鉄心表面に施した絶縁処理膜３１が、整流子の端子部に面するシャフト表面にも塗布されている。
【０００５】
図６に示す小型モータ２０では、界磁マグネット２１から積層鉄心２９に流入する磁束を最大限に増やすことにより、モータのトルクの向上を図るために、軸方向において、界磁マグネット２１の長さを積層鉄心２９の長さよりも大きくしている。
【０００６】
また、特許文献２に示す直流電動機において、永久磁石の軸方向の長さと電機子鉄心の軸方向の長さとの関係を所定の範囲に設定することにより、モータトルクの向上と軽量化を図った技術が開示されている。
【０００７】
この記載によれば、永久磁石よりなる主磁極の軸方向の長さＬｍを電機子鉄心の軸方向の長さＬｃの１倍〜１．４倍の間の値に選定することにより、十分なトルクを得ると共に、軽量化を図ることができる。
【０００８】
モータのトルクの向上を図るために、軸方向における界磁マグネットの長さを積層鉄心の長さより大きくすることは有効な手段の一つではあるが、界磁マグネットの長さが積層鉄心の長さよりも長すぎると、界磁マグネットから積層鉄心に流入する磁束成分のうち、軸方向からの成分が大きくなり、それに伴ってコギングトルクも大きくなってしまう問題がある。
【０００９】
さらに、小型モータにおけるコギングトルクを減少させる方法の一つとして、例えば、特許文献３に記載の永久磁石電動機モータがある。
図７は、特許文献３に示す永久磁石同期モータの断面図である。永久磁石同期モータ４０は、モータケース４１と、カバー４２と、このモータケース４１及びカバー４２に一対の軸受４４、４５を介して回転可能に支持されるシャフト４３と、このシャフト４３に固定されるロータ４６と、このロータ４６を囲むようにしてモータケース４１に固定されるステータ４７とを備えている。
【００１０】
図８は、図７のロータ４６の分解斜視図である。ロータ４６は、磁気回路を構成するロータコア４８と、磁力を発生する６個の永久磁石５０と、ロータコア４８の両端面４８ａと永久磁石５０の両端面５０ａとにそれぞれ当接する対のロータカバー５２とを備える。
【００１１】
ロータコア４８は、磁性材からなり、鋼板を積層して形成され、ステータ４７に対峙する外周面４８ｂを有する円柱状に形成され、さらに、シャフト４３に嵌合する嵌合穴４８ｃと、永久磁石５０が介装される６個の挿入孔４８ｄとを有している。
【００１２】
磁性材からなるロータカバー５２の外形は、ロータコア４８の外形とほぼ等しく形成され、ロータカバー５２の外周面５２ｂは、ロータコア４８の外周面と段差なく連続し、ロータコア４８の外周面から出た磁束がロータカバー５２の外周面５２ｂへと入ることが促される。この結果、このモータ４０は、ロータ４６内に埋め込まれた永久磁石５０からロータカバー（補助磁性板）５２に磁束量をバイパスさせることにより、本来全量が流れるであろうはずの、ステータ４７内に流れ込む磁束量を減少させることにより、コギングトルクを減少させている。即ち、永久磁石５０の磁束が、ロータカバー５２によって導かれることにより、ステータ４７によって導かれる永久磁石５０の磁束密度を減少させてロータ４６のコギングトルクが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−２０４４５９号公報
【特許文献２】特公平０５−０１７７８３号公報
【特許文献３】特開２００９−０２７７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記特許文献３の永久磁石同期モータでは、ロータ４６は、ロータコア４８の両端面に磁性材からなるロータカバー５２を装着した構成であるため、ロータ４６の重量が増加する結果、トルクが低下するという問題がある。
【００１５】
また、上記モータ構造は、ロータ４６から流れ込む磁束量をロータカバー５２に流れやすくするために、ステータコアとロータ４６の軸方向の長さがほぼ等しくなっており、ロータカバー５２が磁性材であることから、ステータ４７に流れる総磁束量は、ロータカバー５２に流れる磁束のために、大幅に減少する。この結果、ロータ４６のコギングトルクの減少とともに、モータのトルクも減少し、ロータ４６の永久磁石が有する本来の磁気エネルギーを効率よくモータの駆動力に用いることができない。
【００１６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、モータトルクを低下させることなく、コギングトルクを低減することができる小型モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を解決するために、本発明は、軟磁性材料からなる有底中空筒状のフレームと、そのフレームの内周面に装着された環状の界磁マグネットと、該界磁マグネットの内側に収容され巻線が巻回されたティース部を有する積層コアとを備えた小型モータにおいて、
前記界磁マグネットの軸方向の長さを、前記積層コアの軸方向の長さと同一またはより大きな寸法に形成すると共に、前記界磁マグネットの両端面に軟磁性材料からなる補助磁性板を固定したことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の実施形態によれば、前記補助磁性板は、環状の磁性板、または前記界磁マグネットの磁極数だけ前記マグネット両端面の円周上に配置した複数の磁極片であることを特徴とする。この磁極片は、非磁性板の環状リングに貼付けまたは埋設されている。
さらなる構成では、前記界磁マグネットの軸方向長さは、前記積層コアの軸方向長さの１〜１．３倍だけ大きい寸法となっている。さらに、前記環状の磁性板は、前記界磁コイルの外径及び内径の寸法と同一であり、厚さ寸法が幅寸法よりも小さい形状に構成されている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の小型モータによれば、環状の磁性板を界磁マグネットの両端面に固定することによって、界磁マグネットからの磁束の一部が磁性板に導かれるため、界磁マグネットと積層コアとの間の磁気吸引力が弱められ、コギングトルクを低減させることができる。また、この場合、界磁マグネットの磁束密度に変化はなく、かつ積層コアの重量を増やすことがないので、モータの起動トルクを低下させることもない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る小型モータの構造を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ箇所での平面図である。
【図３】図１に示した界磁マグネットの分解斜視図である。
【図４】別の実施形態における補助磁性板を示す平面図である。
【図５】界磁マグネットの両端に補助磁性板を装着した際のモータの起動トルクとコギングトルクのシミュレーション結果を示した図である。
【図６】従来の小型モータの構造を示した断面図である。
【図７】他の従来の永久磁石モータの断面図である。
【図８】図７に示したロータの分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２１】
本発明の小型モータについて、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の小型モータの構造を示した断面図、図２は、図１のＡ−Ａ箇所での平面図、図３は、図１に示した界磁マグネットの分解斜視図、図４は、他の補助磁性板の例を示す図、図５は、界磁マグネットの両端に補助磁性板を装着した際のモータの起動トルクの値とコギングトルクのシミュレーション結果を示した図である。
【００２２】
図１に示す本発明の小型モータ１は、基本的に、図６に示す特許文献１の小型モータと略同一構造の小型直流モータであって、界磁マグネット部分のみが相違している。このため、図６に示す特許文献１の小型モータと同一部材についてはその説明を適宜省略する。
【００２３】
本発明の小型モータ１は、円環状の界磁マグネット２が、軟磁性の金属材料からなる有底中空筒状のフレーム３の内周に装着されている。このフレーム３は、界磁マグネット２のバックヨークとして機能している。
【００２４】
そして、円環状の界磁マグネット２の両端面には、軟磁性の金属材料からなる補助磁性板４を固定している。この補助磁性板４は、界磁マグネット２と同じ外径及び内径寸法を有しており、接着剤にて界磁マグネット２の両端面に固着されている。補助磁性板４の厚さは、モータ１の磁気回路にあわせて適宜、設定される。ここでは、補助磁性板４の厚さ寸法は、外径と内径との寸法差である幅寸法よりも小さい。
【００２５】
このように、固定子磁極が界磁マグネット２にて構成され、一方、回転子は、電機子５にて構成されている。電機子５は、シャフト６に積層コア７を装着したもので、積層コア７は、軟磁性の金属材料からなるコアを複数枚、軸方向に積層したものである。
なお、電機子５には、整流子関連の部材が装着されるが、図面上ではこれらの部材は省略されている。シャフト６の両端は、それぞれ軸受９、１０にて回転可能に支持されている。
【００２６】
円環状の界磁マグネット２は、希土類磁石にて形成され、界磁マグネット２の外周面において周方向に多極着磁されている。本実施の形態では８極構造で着磁されている。
図２に示すように、積層コア７は、放射状に伸長する複数のティース部８を備え（図２では１０個のティース部）、各ティース部８には、コイル（図示省略）が巻回されており、いわゆる、８極１０スロット構造のモータを構成している。
なお、補助磁性板４は、ホルダー等の手段で界磁マグネット２の両端面に装着した構成であってもよい。
【００２７】
界磁マグネット２の軸方向の長さは、積層コア７の軸方向の長さの約１．２倍にて形成されている。なお、界磁マグネット２の軸方向の長さは、積層コア７の軸方向長さの１．０〜１．３倍の範囲で設定すればよい。
図３には、本発明の実施形態である界磁マグネット２と補助磁性板４の外形状が示され、環状の補助磁性板４は、界磁マグネット２の外径及び内径の寸法と同一であり、厚さ寸法が幅寸法よりも小さくなっている。
また、図４は、別の実施形態の補助磁性板４‘を示しており、この場合、界磁マグネット２の極数分（ここでは６磁極）だけ、マグネット両端面の円周上に複数の磁極片４aを配置する構造となっている。
補助磁性板４’はリング状にする必要性はないので、非磁性板の環状リング４aの周囲に補助磁性板を貼付けまたは埋め込む形式とすることもできる。本発明の補助磁性板の構造は、マグネットが回転するブラシレスモータでも有効である。
【００２８】
界磁マグネット２の両端面に固着した補助磁性板４により、界磁マグネット２から積層コア７に流入する磁束成分のうち、軸方向成分を補助磁性板４に誘引することによって、積層コア７に流入する界磁マグネット２からの軸方向成分を減少させることができる。この結果、コギングトルクを減少させることができる。
【００２９】
また、界磁マグネット２の軸方向の長さは、積層コア７の軸方向長さの１．０〜１．３倍の範囲で設定することによって、界磁マグネット２から積層コア７に流入する磁束量を減らすことなく、有効に利用することができる結果、モータ１のトルクを減少させることなく、コギングトルクを減少させることができる。
【００３０】
図５は、界磁マグネット２の軸方向の長さが、積層コア７の軸方向の長さの約１．２倍にて形成し、界磁マグネット２の両端面に補助磁性板（補助磁極）４を設けないときのモータ１の起動トルクおよびコギングトルクをそれぞれ１００とし、界磁マグネット２の両端面に補助磁性板４を設けたときのモータ１の起動トルク値およびコギングトルクのシミュレーション結果を比較した図である。
【００３１】
図５から明らかなように、本発明の補助磁性板を用いた小型モータでは、モータ１の起動トルクが、低下することなく、若干ではあるが向上すると共に、コギングトルク値は大幅に減少することがわかる。
本発明の小型モータは、固定磁極に界磁マグネット２を用いたモータ構造であって、界磁マグネット２の両端面に補助磁性板４を備えた構成であるため、特許文献３に示す永久磁石モータのようにロータの重量が増えることはないので、ロータの重量増加に伴うモータトルクの損失は生じない。
【００３２】
このようなことから、軸方向の磁束成分は、回転駆動力に寄与せず、ロータの回転の安定性を崩す原因となる。そして、界磁マグネットの長さ方向の、ロータよりも長い領域にあるマグネットからの磁束成分は、径方向成分より軸方向成分が主流になる傾向にあり、この軸方向成分は、軸方向に引力を付与するため、コギングトルクの発生原因となる。即ち、界磁マグネットとロータの引力のバランスを崩しやすい。
従って、界磁マグネットの、ロータからより離れた位置における磁束成分は、より軸方向成分が多く含まれるため、界磁マグネットの軸方向寸法をロータに対してあまり長く設定すると、トルクに寄与するよりもコギングトルクを増加させてしまう。
【００３３】
コギングトルクは、界磁マグネットとロータの引力のバランスにより発生するものであることから、わずかな条件の違いにより大きく変化する。例えば、界磁マグネットの厚みを増加させると、コギングトルクは、大きくなったり小さくなったりを繰り返す、振動型の特性波形を示す。このため、モータの寸法やマグネットの磁力、着磁後波形、ロータ形状、材質等により、本発明の補助磁性板の厚みや径などの最適寸法は、変化する。
【００３４】
本発明は、界磁マグネット（ステータ）が、ロータよりも長くなるように設定しており、界磁マグネットが適度に長くすることによって、ロータに流れ込む磁束量を増加させ、トルクを向上させることができる。モータの駆動力において、磁束量の径方向成分が駆動力となるため、コギングトルクの抑制も径方向成分を対象に調整される。
【００３５】
このように、本発明の補助磁性板は、適度にロータから遠距離にある、界磁マグネットの端部から流入する磁束成分をバイパスさせることにより、コギングトルクを大幅に減少させることを可能にした。コギングトルクは、磁界の引力のバランスによるものであるため、わずかな改善により、急激に減少する傾向にある。
本発明は、界磁マグネットの両端面に補助磁性板を配置したことにより、わずかながらにロータに流れ込む磁束量が減少するが、その影響以上に、コギングトルクが減少するために、駆動トルクが増加する傾向になる。
【００３６】
なお、本実施の形態の小型モータは、フレーム３及びフレーム３の内周面に装着した界磁マグネット２は円環状にて形成され、界磁マグネット２の両端面に装着した磁性板４も界磁マグネット２と同じ円環状態にて形成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、特開２００７−６６８８号公報に記載された断面が四角形で各角部が円弧状に形成されたフレームと、外側が前記フレームの内周面に密接し、内側が円周面を有する界磁マグネットを備えた小型モータの構成であっても同様に適用できることは勿論である。
【符号の説明】
【００３７】
１      モータ
２      界磁マグネット
３      フレーム
４,４‘  磁性板（補助磁性板）
５      電機子
６      シャフト
７      積層コア
８      ティース部
９      軸受
１０    軸受
【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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【図７】
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【図８】
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