(57)【要約】【課題】起動トルクが大きくコギングトルクが小さいＤＣモータを提供する。【解決手段】モータ１０は、一対の円弧側面部１２および円弧側面部１２の各々の両端を連結する一対の連結側面部１３を有するヨーク１１と、ヨーク１１の内側にそれぞれ配置される一対のマグネット２１と、一対のマグネット２１の間に配置されるアマチュアロータ３１と、アマチュアロータ３１の中心に固定配置される回転軸４１と、を備えている。マグネット２１の各々は、ヨーク１１の円弧側面部１２の内周面１２ａに沿ってそれぞれ配置されるように断面円弧状をなす硬磁性材料からなる本体部２２と、本体部２２の周方向の両端に形成され軟磁性材料からなる一対の側端部２３と、から構成されている。そして、側端部２３の各々は、円弧側面部１２と連結側面部１３との境界である結合部１４に対応する位置に配置されている。【選択図】図１
2011041428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面がそれぞれ円弧状をなし互いに対向配置される一対の円弧側面部、および前記一対の円弧側面部の各々の両端をそれぞれ連結する一対の連結側面部を有して全体として筒状をなすヨークと、
前記一対の円弧側面部の各々の内周面側に沿ってそれぞれ配置される一対のセグメント型のモータ用マグネットと、
前記一対のモータ用マグネットの間に配置されるアマチュアロータと、を備え、
前記一対のモータ用マグネットの各々は、円弧方向の中心側に形成され硬磁性材料からなる本体部と、前記本体部の円弧方向の両端に形成され軟磁性材料からなる一対の側端部と、から構成され、
各モータ用マグネットの前記一対の側端部の各々は、前記ヨークにおける前記一対の円弧側面部と前記一対の連結側面部との結合部の各々に対応する位置にそれぞれ配置されているモータ。
【請求項２】
断面が円弧状をなす円弧側面部を有するヨークと組み合わせてモータの一部を構成するセグメント型のモータ用マグネットであって、
前記ヨークの前記円弧側面部の内周面側に沿って配置されるように断面円弧状をなす硬磁性材料からなる本体部と、
前記本体部の円弧方向の両端に形成され軟磁性材料からなる一対の側端部と、から構成されているモータ用マグネット。
【請求項３】
前記本体部と前記一対の側端部とが一体形成されている請求項２に記載のモータ用マグネット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型モータに関し、詳しくは扁平型モータ、およびこれに適用されるモータ用マグネットに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型化に適したＤＣモータとして、いわゆる扁平型モータが、ドリルなどの工作機械をはじめとして多くの分野で使用されている。
【０００３】
扁平型モータは、横断面が小判状（長円形状）をしたヨークの一対の円弧状部分の内側に、一対のセグメント型磁石をそれぞれ固着し、その一対のセグメント型磁石の間に、アマチュアロータ（電気子）を回転自在に配置させてなるものである（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１８９８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
扁平型モータは、上記のように構成が簡素であるため安価に製造できるが、磁石の極数およびアマチュアロータのスロット数（突極数）が比較的少ないことから、コギングトルクが必然的に大きくなってしまうという問題がある。また、モータには、形態を問わず常に起動トルクの増大が求められているという問題もある。
【０００６】
そこで、本発明者（本出願人）は、扁平型モータの特性を向上させるべく、モータにおける磁束の流れの解析を詳細に試みた。その結果、図４に一例を示すように、ヨークの円弧状部分と直線状部分との４つの境界部分（結合部）において磁気飽和が生じていることが分かった（図４において、色が濃いほど磁束密度が大きいことを示している）。そして、さらに検討を重ねたところ、磁気飽和が生じている境界部分において漏れ磁束が発生することにより、モータの起動トルクが低下し、また、磁気的なバランスを崩してコギングトルクが増大していることが明らかになった。
【０００７】
本発明は、このような事情および検討結果に鑑みてなされたものであり、起動トルクが大きくコギングトルクが小さい扁平型モータ、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】
【０００８】
そこで、上記課題を解決するために、本発明のモータの特徴は、断面がそれぞれ円弧状をなし互いに対向配置される一対の円弧側面部、および前記一対の円弧側面部の各々の両端をそれぞれ連結する一対の連結側面部を有して全体として筒状をなすヨークと、前記一対の円弧側面部の各々の内周面側に沿ってそれぞれ配置される一対のセグメント型のモータ用マグネットと、前記一対のモータ用マグネットの間に配置されるアマチュアロータと、を備え、前記一対のモータ用マグネットの各々は、円弧方向の中心側に形成され硬磁性材料からなる本体部と、前記本体部の円弧方向の両端に形成され軟磁性材料からなる一対の側端部と、から構成され、各モータ用マグネットの前記一対の側端部の各々は、前記ヨークにおける前記一対の円弧側面部と前記一対の連結側面部との結合部の各々に対応する位置にそれぞれ配置されていることである。
【０００９】
また、本発明のモータ用マグネットの特徴は、断面が円弧状をなす円弧側面部を有するヨークと組み合わせてモータの一部を構成するセグメント型のモータ用マグネットであって、前記ヨークの前記円弧側面部の内周面側に沿って配置されるように断面円弧状をなす硬磁性材料からなる本体部と、前記本体部の円弧方向の両端に形成され軟磁性材料からなる一対の側端部と、から構成されていることである。
【００１０】
この場合、前記本体部と前記一対の側端部とが一体形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小判状をしたヨークにおける磁気飽和が生じ易い境界部分（結合部）に対応して配置されるモータ用マグネットの側端部が、軟磁性材料により構成されている。このため、ヨークの境界部分における磁気飽和が解消され、漏れ磁束が低減する。これにより、モータの起動トルクが増大し、コギングトルクが低減する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明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】ヨークの結合部周辺の磁力線分布図であり、（ａ）は比較のための従来品であり、（ｂ）は本発明品である。
【図４】従来の扁平型モータの問題点を説明するための磁束密度分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
モータ１０は、図１に示すように、横断面が小判形状をしたヨーク１１と、ヨーク１１の内側に配置される一対のマグネット（モータ用マグネット）２１と、一対のマグネット２１の間に所定の間隔を置いて配置される電機子としてのアマチュアロータ３１と、アマチュアロータ３１の中心に固定配置され図示しない軸受により回転自在に支持される回転軸４１と、を備えている。
【００１５】
ヨーク１１は、断面がそれぞれ円弧状であり互いに対向して配置される一対の円弧側面部１２と、一対の円弧側面部１２の各々の両端を連結して互いに平行に配置される一対の連結側面部１３と、を有している。なお、ヨーク１１は、モータ１０のハウジングフレームを兼ねるものであり、本実施形態では、有底筒状に構成されているが、これに限定されない。また、ヨーク１１の厚さは、全周にわたって略一定である。
【００１６】
一対のマグネット２１の各々は、いわゆるセグメント型の磁石であり、図２に示すように、全体として瓦状に形成され、アマチュアロータ３１と対面し曲率の大きい（半径の小さい）円弧面状の内周面２１ａと、曲率の小さい（半径の大きい）円弧面状の外周面２１ｂと、を有している。そして、一対のマグネット２１は、それぞれの外周面２１ｂをヨーク１１の一対の円弧側面部１２の内周面１２ａのそれぞれに対面させた状態で、互いに対向して配置されている。すなわち、各マグネット２１の外周面２１ｂの断面形状は、ヨーク１１の円弧側面部１２の内周面１２ａの断面形状と略同一である。
【００１７】
また、一対のマグネット２１の各々は、円弧方向（周方向）の中心に形成され硬磁性材料からなる本体部２２と、本体部２２（マグネット２１）の円弧方向両端（本実施形態では、両端の外周側部分）に形成され軟磁性材料からなる一対の側端部２３と、から構成されている。
【００１８】
本体部２２は、本実施形態では、フェライト焼結磁石で形成されている。本体部２２は、その軸方向に延びる側面が、マグネット２１の内周面２１ａの全体を構成する内周面２２ａと、マグネット２１の外周面２１ｂの中心側部分を構成する外周面２２ｂと、外周面２２ｂの両端部と連続する一対の第１端面２２ｃと、一対の第１端面２２ｃにそれぞれ連続する一対の第２端面２２ｄと、一対の第２端面２２ｄおよび内周面２２ａの両端部をそれぞれ連結する一対の第３端面２２ｅと、から構成されている。
【００１９】
一対の本体部２２には、対向する内周面２２ａ側の磁極が互いに異なるように、外周面２２ｂから内周面２２ａに向かう方向（ヨーク１１の連結側面部１３に平行な方向）に着磁が施されている。したがって、一対のマグネット２１からなるマグネット全体としての磁極数は２極である。
【００２０】
一対の側端部２３は、本実施形態では、鉄（ヨーク１１と同一材料）を用いて形成されている。一対の側端部２３の各々は、軸方向に延びる側面が、本体部２２の第１端面２２ｃと対応する形状をなす第１面２３ａと、円弧面状をなしマグネット２１の外周面２１ｂの端部を構成する第２面２３ｂと、平面状をなし第１面２３ａおよび第２面２３ｂを連結する第３面２３ｃと、から構成されている。
【００２１】
第１面２３ａは、本体部２２の第１端面２２ｃに接合され、第２面２３ｂは、ヨーク１１の円弧側面部１２に接合され、第３面２３ｃは、ヨーク１１の連結側面部１３に接合される。すなわち、一対のマグネット２１における一対の側端部２３の各々は、ヨーク１１における円弧側面部１２と連結側面部１３とが互いに結合する部分（以下、結合部１４という。結合部１４の数は、全体で４つである。）に対応する位置にそれぞれ配置されている。言い換えれば、各側端部２３は、ヨーク１１の円弧側面部１２および連結側面部１３のいずれにも接触するように配置される。なお、各接合面同士は、本実施形態では、接着剤を用いて接合されている。
【００２２】
次に、アマチュアロータ３１は、本実施形態では、所定形状に打ち抜かれた電磁鋼板を複数枚積層することによって形成されている。アマチュアロータ３１は、中心部に配置される環状の円環部３２と、円環部３２から径方向に突出する複数（本実施形態では、５本）の突極３３と、を有している。突極３３の各々は、径方向に延在した突極腕部３３ａと、突極腕部３３ａの先端において周方向に延びるティース部３３ｂと、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。
【００２３】
回転軸４１は、前述のように、アマチュアロータ３１の中心に固定配置され、図示しない軸受により回転自在に支持されている。アマチュアロータ３１の励磁コイルに所定の電流を流すことによって、各ティース部３３ｂと各マグネット２１との間に吸引力または反発力が働き、回転軸４１を回転させることができる。
【００２４】
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、従来技術と対比しながら説明する。
【００２５】
モータ１０は、一対のマグネット２１が、従来技術と同様に、ヨーク１１における一対の円弧側面部１２の内周面１２ａ側に、間にアマチュアロータ３１を介在させた状態でそれぞれ固着されている。これより、一方の円弧側面部１２に固着された一方のマグネット２１（本体部２２の内周面２２ａ）からアマチュアロータ３１に流れた磁束は、向かい合う他方のマグネット２１を介してヨーク１１の他方の円弧側面部１２に流れる。そして、他方の円弧側面部１２に流れた磁束は、ヨーク１１の一対の連結側面部１３を伝わって一方のマグネット２１に帰還する。このため、ヨーク１１における一対の円弧側面部１２と一対の連結側面部１３との結合部１４の各々およびその近傍に磁束が一旦集中することになる。
【００２６】
また、ヨーク１１は、一般的に厚さが一定の鉄材の絞込み加工により作製されるため、ヨーク１１の結合部１４において残留応力が生じやすく、磁気特性が他の部分と比べて劣化する傾向にある。このため、ヨーク１１の結合部１４における磁気抵抗が大きくなり、磁束が流れ難くなっていると推測される。
【００２７】
これらの理由により、従来技術においては、図３（ａ）に示すように、ヨークの結合部（同図では、図１における右下側に位置する結合部１４を示す）において磁気飽和が生じ外部に多くの磁束が漏れていたと考えられる。
【００２８】
これに対して、本発明に係るモータ１０では、一対のマグネット２１のうち、ヨーク１１の４つの結合部１４に対応する位置にそれぞれ配置される部分（側端部２３）が軟磁性材料により形成されている。このため、図３（ｂ）に示すように、従来技術と同様のヨーク１１を用いた場合であっても、側端部２３にも多くの磁束が流れることによってヨーク１１の結合部１４における磁気飽和が緩和され、ヨーク１１の外部に漏れる磁束が減少する。これにより、モータ１０の起動トルクを増大させ、コギングトルクを低減させることができる。また、マグネット２１の側端部２３は、絞り込み加工によらずに形成することができることから、残留応力が低減し、より一層の磁気飽和の緩和が期待できる。
【００２９】
次に、実施例に基づいて本発明の優位性を具体的に説明する。
【００３０】
表１に、本発明に係る実施例（本発明品）の評価結果を従来技術に係る比較例（従来品）と比較して示す。表１から、マグネットの両端に軟磁性材料からなる側端部をそれぞれ形成することにより、漏れ磁束が低減するとともに、起動トルクが増大しコギングトルクが低減することが分かる。これらの比較検討結果から、本発明に係るモータおよびマグネットの優位性が実証された。
【００３１】
【表１】
2011041428.tif 000003
【００３２】
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。
【００３３】
例えば、上記実施形態では、各マグネット２１を構成する本体部２２と一対の側端部２３とは接着剤を用いて接合されているが、これに限定されない。たとえば、本体部２２をボンド磁石として成形する場合には、本体部２２の成形時に、本体部２２と一対の側端部２３とを一体成形するようにしてもよい。この場合には、マグネット２１の取り扱いが容易となり、製造コストの低減が期待できる。なお、本体部２２と一対の側端部２３とは必ずしも一体化（本体部２２の第１端面２２ｃと側端部２３の第１面２３ａとを接合）する必要はなく、一体化することなくそれぞれをヨーク１１の所定位置に固定するようにしてもよい。
【００３４】
また、上記実施形態では、マグネット２１の各側端部２３を、ヨーク１１と同一材料の鉄を用いて形成したが、これに限定されない。より軟磁気特性の優れた、例えばパーマロイを用いて側端部２３を形成してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１０  モータ
１１  ヨーク
１２  円弧側面部
１２ａ  内周面
１３  連結側面部
１３ａ  内周面
１４  結合部
２１  マグネット（マグネット構造体）
２１ａ  内周面
２１ｂ  外周面
２２  本体部
２２ａ  内周面
２２ｂ  外周面
２２ｃ  第１端面
２２ｄ  第２端面
２２ｅ  第３端面
２３  側端部
２３ａ  第１面
２３ｂ  第２面
２３ｃ  第３面
３１  アマチュアロータ
３２  環状のヨーク部
３３  突極
３３ａ  突極腕部
３３ｂ  ティース部
４１  回転軸
【図１】
2011041428.tif 000004
【図２】
2011041428.tif 000005
【図３】
2011041428.tif 000006
【図４】
2011041428.tif 000007