(57)【要約】【課題】コギングトルクの小さいＤＣモータを提供する。【解決手段】モータ１０は、ブラシ付きＤＣモータであり、有蓋筒状をなすフレーム１１に内周面に固定される円筒状のマグネット２１と、マグネット２１の内周面側に配置される鉄心３１と、鉄心３１に電線を巻き回して形成されるコイル３８と、鉄心３１に固着され一対の軸受５９，６０により回転自在に支持される回転軸４１と、ブラシ５３とともに整流作用をする整流子５７と、を備えている。また、鉄心３１の複数の突極３３を構成する突極腕部３４の軸方向両端には、コイル３８の一部が収納される凹部３７が形成されている。そして、鉄心３１の軸方向長さＡに対する凹部３７の深さＢの比が、０より大きく０．２２より小さい値に設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のマグネットと、
前記マグネットに対向配置され径方向に突出する複数の突極を有する鉄心と、を備え、
前記鉄心の軸方向両端部にコイルの一部を収納する凹部が形成されたモータにおいて、
前記鉄心の軸方向長さに対する前記凹部の深さの比が、０より大きく０．２２より小さいことを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記鉄心の軸方向長さに対する前記凹部の深さの比が、０．０３以上０．２以下である請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記鉄心が、磁性粉末の成形体からなる請求項１または２に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータに関し、詳しくは、鉄心の軸方向両端部に巻線用の凹部が形成されたＤＣモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型・軽量化を図ることが可能なモータとして、電機子として機能する鉄心（コア）の軸方向両端部に、鉄心を励磁するためのコイル（電線）を収容する凹部が形成されたモータが知られている。（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−４０９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、鉄心の軸方向両端部にコイルを収容する凹部を形成することにより、コアの端面における電線の突出量が抑えられ、モータを軸方向に対してコンパクトにすることができる。また、特許文献１によると、凹部を形成することにより、電線の長さが短くなることから銅損が減少し、モータの効率を向上させることができる。
【０００５】
しかしながら、近時のモータには、効率の向上とともに、モータの消費電力や振動を低減するために、コギングトルクの低減も強く求められてきている。
【０００６】
そこで、本発明は、小型で高効率でありながら、コギングトルクの小さい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】
【０００７】
そこで、上記課題を解決するために、本発明のモータは、円筒状のマグネットと、前記マグネットに対向配置され径方向に突出する複数の突極を有する鉄心と、を備え、前記鉄心の軸方向両端部にコイルの一部を収納する凹部が形成されたモータにおいて、前記鉄心の軸方向長さに対する前記凹部の深さの比が、０より大きく０．２２より小さいことを特徴とする。
【０００８】
この場合、前記鉄心の軸方向長さに対する前記凹部の深さの比が、０．０３以上０．２以下であることがより好ましい。
【０００９】
また、この場合、前記鉄心が、磁性粉末の成形体からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、鉄心の軸方向両端部にコイルの一部を収納する凹部が形成されるとともに、鉄心の軸方向長さに対する凹部の深さの比（＝凹部の深さ／鉄心の軸方向長さ）が、０（ゼロ）より大きく０．２２より小さい範囲に属するように設定されている。これにより、コギングトルクが小さく小型で高効率な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】本発明の実施形態に係るモータの構成を説明するための縦断面図である。
【図２】同モータに組み込まれている鉄心の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は平面図である。
【図３】同鉄心における寸法Ａ（鉄心の軸方向長さ）および寸法Ｂ（凹部の深さ）を説明するための縦断面図である。
【図４】「Ｂ（凹部の深さ）／Ａ（鉄心の軸方向長さ）」と、「起動トルク」との関係を示す図である。
【図５】「Ｂ（凹部の深さ）／Ａ（鉄心の軸方向長さ）」と、「コギングトルク／起動トルク」との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
モータ１０は、いわゆるブラシ付きＤＣモータであり、図１に示すように有蓋筒状（カップ状）をなしヨークとしての機能を兼ねるフレーム１１と、フレームの内周面に固着される円筒状のマグネット２１と、マグネット２１の内周面側に所定の間隔を置いて配置され電機子として機能する鉄心３１と、鉄心３１の中心部に固定配置される回転軸４１と、を備えている。なお、マグネット２１は、本実施形態では、希土類ボンド磁石であり、周方向に４極の着磁が施されている。
【００１４】
また、モータ１０は、端子５１および端子５１に電気的に接続されたブラシ５３を保持しフレーム１１の開放端を塞ぐように配置されるブラケット５５と、ブラシ５３が摺接され回転軸４１に固定される整流子５７と、回転軸４１を回転自在に支持し一方がフレーム１１に固定され他方がブラケット５５に固定される一対の軸受５９，６０と、を備えている。以下では、本発明の特徴部分である鉄心３１について説明する。
【００１５】
鉄心３１は、積層鋼板を用いて形成されており、図２（ａ）（ｂ）に示すように、中心部に位置し環状をなすヨーク部３２と、ヨーク部３２から径方向外周側に突出する複数（本実施形態では、６つ）の突極３３と、隣接する突極３３間の隙間である複数のスロット３６と、を有している。
【００１６】
１つの突極３３は、軸方向に延びる直方体状の突極腕部３４と、突極腕部３４の外周側先端において周方向両側に延びるティース部３５と、から構成されている。また、複数の突極腕部３４の各々には、その軸方向両端部に、後述する所定の深さで、径方向の略全長にわたって周方向に貫通する断面矩形状の凹部（コイルの一部を収納する凹部）３７が形成されている。各凹部３７の上面視形状は矩形である（ただし、凹部３７の形状はこれに限定されるものではない）。
【００１７】
このように形成された凹部３７およびスロット３６に挿通（収納）して電線を巻回することにより、複数のコイル３８が形成される。なお、各コイル３８は、整流子５７に電気的に接続されている。
【００１８】
以上のように構成された鉄心３１を用いたモータ１０は、従来のブラシ付きＤＣモータと同様に作動させることができる。以下では、鉄心３１の突極３３に形成された凹部３７の深さとモータ性能（起動トルクおよびコギングトルク）との関係について図３ないし図５を参照して説明する。なお、モータ性能の解析は、コイルのターン数を一定（凹部の深さに応じてコイルを形成する電線の長さが変化する）として行なった。  
【００１９】
図３に示すように、鉄心の軸方向長さ（鉄心の全長）をＡとし、凹部の深さをＢとする。軸方向両端部にそれぞれ形成された凹部の深さＢは同一である（ただし、これに限定されるものではない）。鉄心の全長Ａを一定とし、凹部の深さＢを変化させた場合の、起動トルクを調べた結果を図４に示す。図４に示す結果から、Ｂ／Ａが０から０．２２までの範囲では、凹部が無い場合（Ｂ／Ａ＝０）の起動トルクが維持されるが、Ｂ／Ａが０．２２よりも大きくなると起動トルクが一定の割合で低減することが分かる。この結果から、凹部を形成することによる起動トルクの低下を抑制するには、Ｂ／Ａを０．２２よりも小さくする必要があることが分かる。
【００２０】
次に、コギングトルクに及ぼす凹部の深さＢの影響を調べた結果を図５に示す。なお、同図では、コギングトルクを起動トルクで除した値として示してある。図５に示す結果から、Ｂ／Ａを０より大きく０．２２より小さくすることにより、凹部がない場合と比較して、コギングトルクを小さくすることができることが分かる。また、Ｂ／Ａが０．０３から０．２０の範囲で、コギングトルクが略一定でかつ最小となる。この結果から、Ｂ／Ａが０．０３から０．２０の範囲で凹部を形成することにより、コギングトルクを安定して低減できることが分かる。
【００２１】
これらの結果から、Ｂ／Ａが０より大きく０．２２より小さい範囲、より好ましくは０．０３から０．２の範囲に属するように凹部を形成することにより、従来技術の起動トルクを維持しつつ、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。
【００２２】
ところで、所定深さの凹部を形成することによりコギングトルクが小さくなる理由は以下のように考えられる。通常、マグネットの軸方向長さは、鉄心の軸方向長さと比較して、長めに作製されている（図１参照）。これは、軸方向に対する鉄心の位置ずれを許容するためと、マグネットから鉄心に流入する磁束をより多くすることによって起動トルクを大きくするためである。このマグネットと鉄心の大小関係から、マグネットの端部寄りから鉄心に流入する磁束は、マグネットの中央部と比較して、軸方向に傾く成分が多くなる。すなわち、鉄心の端部寄りと中央部とでは表面磁束分布が異なる。モータを設計する際には、中央部の均一な表面磁束を基準として最適化することから、マグネットの端部から鉄心に傾斜して流入する磁束は、コギングトルクを大きくする要因となる。
【００２３】
この点、本発明に係るモータでは、鉄心の突極腕部の両端に凹部を形成していることから、凹部の外周側側面に対向するティース部の外周面寄りの部位が磁気飽和し易くなり（外周面寄りの部位の中では、端部寄りほど磁気飽和し易くなり）、前述のマグネットの端部から鉄心に傾斜して流入するはずの磁束がほとんど流入できなくなる。この結果、コギングトルクの増大が抑制される。なお、端部が磁気飽和し易くなることにより、起動トルクに寄与する成分の磁束も厳密には減少することになるが、その量は起動トルクに影響を及ぼす量としてはわずかであり、また、上記の理由でコギングトルクが低減した分は起動トルクが大きくなることから、全体としては起動トルクの減少が抑えられる。
【００２４】
次に、凹部がより深くなりＢ／Ａが０．２２よりも大きくなると磁気飽和する領域が広範囲に広がり、鉄心に垂直に流入する磁束が減少する。このため、起動トルクの減少が無視できないレベルになる。また、鉄心が広範囲で磁気飽和することにより、鉄心とマグネットとの引力のバランスが崩れ、コギングトルクが急激に増加する。これらの２つの現象により、Ｂ／Ａが０．２２よりも大きい領域では、「コギングトルク／起動トルク」がＢ／Ａに依存して大きくなると考えられる。
【００２５】
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。
【００２６】
例えば、上記実施形態は、ブラシ付きＤＣモータとして説明したが、これに限定されない。本発明に係る鉄心は、例えば、外周側に配置されたマグネットが回転するブラシレスＤＣモータにも適用することができる。また、内周側に配置されたマグネットの外周側に配置される鉄心としても適用することができる。
【００２７】
また、上記実施形態では、積層鋼板を用いて鉄心３１を形成したが、これに限定されない。これに代えて、磁性粉末（例えば、鉄粉）を用いて成形してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１０  モータ
１１  フレーム
２１  マグネット
３１  鉄心
３２  環状のヨーク部
３３  突極
３４  突極腕部
３５  ティース部
３６  スロット
３７  凹部
３８  コイル
４１  回転軸
５１  端子
５３  ブラシ
５５  ブラケット
５７  整流子（コミュータ）
５９，６０  一対の軸受
【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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