(57)【要約】【課題】磁束密度分布波形に起因する振動や騒音を抑制することが可能なＤＣモータを提供する。【解決手段】モータ１００は、整流子７を備え中心軸を中心に回転可能な回転子と、整流子７と接触するブラシ１０を備えた固定子と、を含むＤＣモータである。固定子は、２回回転対称に配置された２片の円弧状の磁石２ａ、２ｂを含む。各磁石２ａ、２ｂはＮ極とＳ極とを有する。各磁石２ａ、２ｂのＮ極とＳ極との間には、Ｎ極とＳ極の各中心部からＮ極とＳ極の境界に向かって表面磁束密度が緩やかに移行する磁極移行部１２が設けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流子を備え中心軸を中心に回転可能な回転子と、前記整流子と接触するブラシを備えた固定子と、を含むＤＣモータであって、
前記固定子は、２回回転対称に配置された２片の円弧状の磁石を含み、
前記各磁石はＮ極とＳ極とを有し、
前記各磁石の前記Ｎ極と前記Ｓ極との間には、前記Ｎ極と前記Ｓ極の各中心部から前記Ｎ極と前記Ｓ極の境界に向かって表面磁束密度が緩やかに移行する磁極移行部が設けられることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記２片の磁石は、前記中心軸を中心として角度αの角度範囲にわたって周方向に設けられる空隙部を挟んで配置され、
前記磁極移行部は、前記中心軸を中心として角度βの角度範囲にわたって設けられ、
前記角度βは、前記角度αに対して、角度β≧角度αの関係を満たすように設定されることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記角度αは、０°を超え６０°以下の範囲に設定されることを特徴とする請求項２に記載のモータ。
【請求項４】
前記磁極移行部は、当該磁極移行部に対応する部分が他の部分より窪んだヨーク凹部が設けられた着磁ヨークを用いて形成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のモータ。
【請求項５】
前記２片の磁石は、モータケースの内側に固定され、
前記各磁石の外周面には、前記磁極移行部に対応する領域に内方に後退する外周後退部が設けられ、
前記外周後退部と前記モータケースとの間に空隙部が形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のモータ。
【請求項６】
前記２片の磁石は、モータケースの内側に固定され、
前記モータケースの前記磁極移行部に対面する部分に、リブ状の外向き突起部、偏平部またはスリット部が設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のモータ。
【請求項７】
前記各磁石の内周面には、前記磁極移行部に対応する領域に外方に窪む内周後退部が設けられることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のモータ。
【請求項８】
整流子を備え中心軸を中心に回転可能な回転子と、前記整流子と接触するブラシを備えた固定子と、を含むＤＣモータであって、
前記固定子は、前記回転子を回転自在に支持する軸受と、磁石と、モータケースと、前記ブラシを保持するブラシホルダと、エンドベルと、を含み、
前記モータケースは、第１中空柱体と、前記第１中空柱体に対して外形が異なる第２中空柱体を有し、
前記第２中空柱体は、前記軸受を保持する底部を有し、
前記磁石の一方の端面は、前記第１中空柱体と前記第２中空柱体との段差面に接触して固定され、
前記磁石の他方の端面は、前記エンドベルに固定された前記ブラシホルダから延伸した柱状部によって圧接され、
前記柱状部の先端には突起部が形成されていることを特徴とするモータ。
【請求項９】
前記第２中空柱体の外周部には、前記第１中空柱体の外周部に対して複数の小径部または複数のケース凹部が部分的に形成されていることを特徴とする請求項８に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流子とブラシとを備えるモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
固定子に焼結フェライト磁石を備えるＤＣモータが知られている。例えば、特許文献１には４分割された焼結フェライト磁石を備え、４極の界磁磁極を有するモータが記載されている。特許文献１に記載のモータでは、１個の磁石に１極の界磁磁極が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭５７−１５９３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のモータのように、界磁磁極の数と同数の磁石を用いる構成では、部品点数が多く、製造工数が増大することが考えられる。そこで、本発明者らは、界磁磁極用の磁石の数を減らして製造工数を抑制する観点から、ＤＣモータについて検討し、以下の認識を得た。
【０００５】
界磁磁極用の磁石の数を減らすために、中空円筒状のリング磁石に複数の磁極を設けることが考えられる。しかし、ＢＨｍａｘの高い異方性フェライト磁石材料を用いて、円筒状のリング磁石を製造すると、高温焼結工程においてリング磁石に割れが生じる可能性が高いという知見を得ている。この場合、所望の量産歩留まりを確保することが難しい。
【０００６】
異方性フェライト磁石にて、部品点数を減らすために分割数を少なくして１片の磁石に複数の磁極を設けることが考えられる。一例として、本発明者らは、リングを２分割した各片に２極の磁極を設け、４極の界磁磁極を備える第１構成のモータを検討した。この構成において、各磁極を単に飽和着磁すると、磁石の表面磁束密度が矩形波状となり、モータの振動や騒音が悪化することが判明した。このため、本発明者らは、磁束密度分布波形を改善するために、２片の磁石の間に空隙を設け、１片の磁石の磁極間に未着磁部を設けた第２構成のモータを検討した。第２構成では、磁束密度分布波形はやや改善されているものの、モータの振動や騒音が所望の水準に達していないことが判明した。
【０００７】
これらから、本発明者は、焼結フェライト磁石を備えるＤＣモータには、磁束密度分布波形に起因する振動や騒音を抑制する観点で改善すべき課題があることを認識した。
【０００８】
本発明の目的は、このような課題に鑑みてなされたもので、磁束密度分布波形に起因する振動や騒音を抑制することが可能なＤＣ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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のモータは、整流子を備え中心軸を中心に回転可能な回転子と、整流子と接触するブラシを備えた固定子と、を含むＤＣモータであって、固定子は、２回回転対称に配置された２片の円弧状の磁石を含む。各磁石はＮ極とＳ極とを有する。各磁石のＮ極とＳ極との間には、Ｎ極とＳ極の各中心部からＮ極とＳ極の境界に向かって表面磁束密度が緩やかに移行する磁極移行部が設けられる。
【００１０】
この態様によると、磁極移行部が設けられることにより、表面磁束密度を緩やかに変化させることができる。
【００１１】
本発明の別の態様もまた、モータである。このモータは、整流子を備え中心軸を中心に回転可能な回転子と、整流子と接触するブラシを備えた固定子と、を含むＤＣモータであって、固定子は、回転子を回転自在に支持する軸受と、磁石と、モータケースと、ブラシを保持するブラシホルダと、エンドベルと、を含む。モータケースは、第１中空柱体と、第１中空柱体に対して外形が異なる第２中空柱体を有する。第２中空柱体は、軸受を保持する底部を有する。磁石の一方の端面は、第１中空柱体と第２中空柱体との段差面に接触して固定され、磁石の他方の端面は、エンドベルに固定されたブラシホルダから延伸した柱状部によって圧接され、柱状部の先端には突起部が形成されている。
【００１２】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、磁束密度分布波形に起因する振動や騒音を抑制することが可能なＤＣモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態に係るモータの軸方向断面図である。
【図２】図１のモータの径方向断面図である。
【図３】図１のモータの磁極移行部の周辺を示す径方向断面図である。
【図４】図１のモータの磁極移行部の周辺を示す別の径方向断面図である。
【図５】図１のモータの磁極移行部の周辺を示すさらに別の径方向断面図である。
【図６】図１のモータの磁極移行部の周辺を示すさらに別の径方向断面図である。
【図７】図１のモータの磁石に着磁を施す工程を説明する説明図である。
【図８】図１のモータの突起部の周辺を説明する説明図である。
【図９】図１のモータの偏平部の周辺を説明する説明図である。
【図１０】図１のモータのスリット部の周辺を説明する説明図である。
【図１１】図１のモータの内周後退部の周辺を示す径方向断面図である。
【図１２】図１のモータのエンドベルのかしめ固定部の周辺を示す軸方向断面図である。
【図１３】図１のモータのブラシホルダおよび各磁石の配置を説明する説明図である。
【図１４】図１のモータのモータケースを説明する説明図である。
【図１５】第１比較例に係るモータの径方向断面図である。
【図１６】図１５のモータの磁束密度分布を示す波形図である。
【図１７】図１のモータの磁束密度分布を示す波形図である。
【図１８】第２比較例に係るモータの径方向断面図である。
【図１９】図１８のモータの磁束密度分布を示す波形図である。
【図２０】第３比較例に係るモータの軸方向断面図である。
【図２１】図１のモータと図１５のモータの性能の一例を示す比較図である。
【図２２】図１のモータと図１５のモータの特性の一例を示す特性図である。
【図２３】図１のモータと図１５の単位体積当たりのトルク定数の一例を示す比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施の形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。
【００１６】
本発明の実施の形態に係るモータは、車用電動格納ミラーの駆動、ドアロックの駆動、エアコンダンパ駆動等に好適な小型ＤＣモータである。近年自動車用のＤＣモータは、１台あたり５０個以上搭載される様になり、自動車の燃費性能向上のため、モータの小型・軽量化は解決すべき重要な課題となっている。また、自動車の低騒音化に伴いモータにも静音化の要求が高まっており、特にモータに負荷がかかった状態での静音化の要求が高まっている。モータの小型・軽量化を図るには、最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）の高い磁石を使用することで可能となるが、実用上はコスト、磁石の加工性、振動や騒音への影響、磁石のモータへの組み付け性等も考慮する必要がある。
【００１７】
一例として、小型ＤＣモータは円筒状の磁性材料から成るモータケース内に磁石（リング状の等方性焼結フェライト磁石等）が装着され、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度のエアーギャップを介して電機子が回転自在に取り付けられている。
【００１８】
このような小型ＤＣモータを更に小型軽量化する為には、小型化によってトルク等のモータ性能が低下した分を最大エネルギー積の高い磁石を使用することによって補う事が必要となる。最大エネルギー積は、等方性磁石の代わりに異方性磁石を使用するかフェライト磁石を希土類磁石にする事で大きくする事が可能であるが、小型ＤＣモータに使用する円筒状フェライト磁石を円筒形状のまま異方性磁石にすると焼結時に磁区方向をそろえた事による歪から磁石が割れてしまうと言う問題がある。
以下に説明する実施の形態に係るＤＣモータは、このような思索に基づいて案出されたもので、以下にその内容を説明する。
【００１９】
［実施の形態］
以下、図１、図２を参照して本発明の実施の形態に係るモータ１００を説明する。モータ１００は、車用電動格納ミラーの駆動、ドアロックの駆動、エアコンダンパ駆動等に好適な小型ＤＣモータである。図１は、実施の形態に係るモータ１００の軸方向断面図である。図２は、モータ１００の径方向断面図である。なお、本願では、モータ１００の中心軸と平行な方向を「軸方向」、モータ１００の中心軸に直交する方向を「径方向」、モータ１００の中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。図１は４極の界磁磁石、６溝鉄心に電機子巻き線が施された回転子で構成されたＤＣモータの軸方向断面図である。
【００２０】
モータ１００は、モータケース１と、２片の磁石２ａ、２ｂと、ブラシホルダ２３と、エンドベル３と、シャフト４と、電機子の鉄心５と、コイル６と、整流子７と、バリスタ８と、軸受９と、一対のブラシ１０と、モータ端子１１と、を主に含む。
【００２１】
（固定子）
モータケース１は、鉄等の磁性材料により有底中空柱体状にプレス加工等によって形成される。２片の磁石２ａ、２ｂは、モータケース１の内周面に取り付けられている。モータケース１は、磁石２ａ、２ｂの磁路を形成している。モータケース１の開口部にはエンドベル３が固定されている。エンドベル３は、例えば圧入やかしめ等などの方法によりモータケース１に固定されてもよい。
【００２２】
ブラシホルダ２３はエンドベル３に取り付けられる。ブラシホルダ２３は、例えば樹脂製であってもよい。エンドベル３には、ブラシホルダ２３を介して一対のブラシ１０が固定されている。ブラシ１０はブラシアームを介して整流子７に接触する。ブラシアームは、ブラシホルダ２３を介してエンドベル３に支持され、エンドベル３のブラシと反対側に設けられたモータ端子１１に接続される。ブラシアームは、モータ端子１１を介して外部電源（不図示）に接続される。
【００２３】
（回転子）
鉄心５はシャフト４に固定されている。コイル６は鉄心５に巻回されている。整流子７はシャフト４に設けられている。シャフト４は、エンドベル３の中央部とモータケース１の底部２５の中央部にそれぞれ固定された軸受９によって回転自在に支持されている。整流子７の端部には、サージ電流低減用のバリスタ８が取り付けられている。シャフト４と、鉄心５と、コイル６と、整流子７と、は回転子を構成する。
【００２４】
（磁石）
２片の磁石２ａ、２ｂは、円弧状の磁石である。各磁石２ａ、２ｂは、厚み方向に磁場配向された異方性フェライト焼結磁石であってもよい。２片の磁石２ａ、２ｂは、周方向の空隙部１４を介して対称に配置されている。特に、２片の磁石２ａ、２ｂは、２回回転対称に配置されている。周方向の空隙部１４の中心軸を中心とする角度を角度αと表記する。角度αは、０°を超え６０°以下の範囲に設定されてもよい。角度αは、６０°を超えるとモータ１００の効率が低下する可能性がある。また、角度αは、小さすぎる場合には磁石２ａ、２ｂを固定する固定ピン等が入る空間が確保できなくなる。このような観点から、角度αは１０°〜３０°の範囲に設定されてもよい。各磁石２ａ、２ｂにはＮ極、Ｓ極の２極の磁極が設けられており、２片で４極の磁極を構成している。各磁石２ａ、２ｂの４極の各磁極の両端部には磁極移行部１２が設けられている。
【００２５】
磁極移行部１２は、磁極の表面磁束密度が緩やかに減少、または増加する部分である。図２に示すように、磁極移行部１２の中心軸を中心とする角度を角度βと表記する。なお、βは隣接する磁極の磁束密度の最大値を１００％としたときに磁束が９５％以下になり磁束密度が減り始める位置の磁極間の角度と定義することができる。角度βは、角度αより大きく設定されてもよい。特に、角度αと角度βは、式（１）を満たすように設定されてもよい。
角度β≧角度α・・（１）
【００２６】
シャフト４に固定された６溝の鉄心５にはそれぞれコイル６が巻回されている。このように構成された回転子と固定子とは、４極６溝のＤＣモータを構成している。
【００２７】
次に、図３〜図６を参照して、磁極の表面磁束密度が緩やかに減少、または増加する部分である磁極移行部１２を形成する手段の一例について説明する。図３〜図６それぞれは、モータ１００の磁極移行部１２の周辺を示す径方向断面図である。図３〜図６それぞれは図２に対応する。磁極移行部１２は、第１移行部１２ａと、第２移行部１２ｂと、を含む。第１移行部１２ａは、各磁石２ａ、２ｂの磁極の境界部に形成される。第２移行部１２ｂは、２片の磁石２ａ、２ｂの周方向の空隙部１４を挟んで形成される。このため、着磁の操作だけで正弦波に近づける事には限界があり、特に２片の磁石の周方向の空隙部１４を挟んだ第２移行部１２ｂは磁束密度分布波形が矩形波状になり易いという問題があった。なお、本明細書において、周方向の空隙部１４などの空隙部や空隙は、空所であることは必須ではない。必要に応じて、空隙部には、接着剤、樹脂、非磁性金属などの非磁性材料・部材が配置されてもよい。以下に説明する他の空隙部や空隙についても同様である。
【００２８】
（外周後退部）
図３〜図６の例では、各磁石２ａ、２ｂの外周面には、第２移行部１２ｂに対応する領域に内方に後退する外周後退部１５が設けられている。外周後退部１５を有することにより、各磁石２ａ、２ｂの外径部とモータケース１との間に端部空隙部が形成される。端部空隙部は、２片の磁石２ａ、２ｂの第２移行部１２ｂにわたって、モータケース１と当該磁石の外径部との間に形成される。端部空隙部は、各磁石２ａ、２ｂの両端部に近づくにつれて徐々に間隔が大きくなるように形成されてもよい。つまり、端部空隙部は、第２移行部１２ｂの各磁石２ａ、２ｂの両端部から周方向に最遠の位置またはその近傍において間隔が最小であり、各磁石２ａ、２ｂの両端部において間隔が最大になるように形成されてもよい。この場合、各磁石の両端部の磁束密度分布波形をより正弦波に近づけることが可能になる。
【００２９】
図５、図６の例では、各磁石２ａ、２ｂの外周面には、第１移行部１２ａに対応する領域に内方に後退する外周後退部１６が設けられている。外周後退部１６を有することにより、各磁石２ａ、２ｂの外径部とモータケース１との間に中間空隙部が形成される。中間空隙部は、２片の磁石２ａ、２ｂの第１移行部１２ａに対応する領域において、当該領域の全部または一部において、モータケース１と当該磁石の外径部との間に形成される。この場合、各磁石の両端部の磁束密度分布波形をより正弦波に近づけることが可能になる。外周後退部１５と外周後退部１６とは、いずれか一方が設けられてもよく、両方が設けられてもよい。外周後退部１５と外周後退部１６の形状は、所望の磁束密度分布波形に応じて、モータの形状や磁石の厚さなどをパラメータとしてシミュレーションまたは実験により定めることができる。
【００３０】
次に、図７を参照して、磁極移行部１２を形成する別の方法について説明する。図７は、モータ１００の２片の磁石２ａ、２ｂに着磁を施す工程を説明する説明図である。図７は、モータケース１に固定された２片の磁石２ａ、２ｂを含むワークと、当該ワークに嵌合された着磁ヨーク１７と、の径方向断面を示している。着磁ヨーク１７は、モータケース１に取り付けられた磁石２ａ、２ｂの内周に狭い空隙を介して挿入される。
【００３１】
（ヨーク凹部）
着磁ヨーク１７の外径部には、磁極移行部１２に対応する部分が他の部分より窪んだヨーク凹部１８が設けられている。磁極移行部１２は、当該磁極移行部１２に対応する部分が他の部分より窪んだヨーク凹部１８が設けられた着磁ヨーク１７を用いて形成されてもよい。ヨーク凹部１８は、着磁ヨーク１７の外接円から内側に後退した部分である。ヨーク凹部１８は、第１移行部１２ａおよび第２移行部１２ｂに対応して、４箇所に設けられている。ヨーク凹部１８は、４回回転対称に形成されてもよい。ヨーク凹部１８の形状は、所望の磁束密度分布波形に応じて、シミュレーションまたは実験により定めることができる。図７の例では、ヨーク凹部１８は、ヨーク凹部１８の周方向の中心位置１８ｃから周方向で両側に向かって空隙が徐々に大きくなる形状を有する。図７の例では、ヨーク凹部１８を構成する主な面は略平面であるが、当該面は曲面であってもよい。着磁ヨーク１７にヨーク凹部１８を設けることにより、各磁石の磁束密度分布波形をより正弦波に近づけることが容易になる。
【００３２】
（突起部）
次に、図８を参照して、磁極移行部１２を形成する別の手段について説明する。図８の例では、モータケース１の磁極移行部１２に対面する部分に、リブ状の外向き突起部２１が設けられている。図８（ａ）〜（ｃ）は、モータ１００の突起部２１の周辺を示す斜視図である。図８（ｄ）〜（ｅ）は、モータ１００の突起部２１の周辺を示す径方向断面図である。図８（ｄ）〜（ｅ）それぞれは、図８（ａ）〜（ｃ）に対応している。
【００３３】
突起部２１は、第１移行部１２ａおよび第２移行部１２ｂの両方に対応して設けられてもよく、いずれか一方に対応して設けられてもよい。図８（ａ）の例では、突起部２１は、第１移行部１２ａに対応して設けられ、第２移行部１２ｂには設けられていない。図８（ｂ）、（ｃ）の例では、突起部２１は、第１移行部１２ａおよび第２移行部１２ｂの両方に対応して設けられている。突起部２１は、図８（ｃ）に示すように、軸方向に対して傾斜してスキュー状に設けられてもよい。
【００３４】
突起部２１を設けることにより、図８に示すように、モータケース１と各磁石２ａ、２ｂとの間に空気層が形成される。空気層が形成されることにより、各磁石２ａ、２ｂの磁束密度分布波形をより正弦波に近づけることが容易になる。磁束密度分布波形をより正弦波に近づけることにより、振動、騒音を抑制したモータを実現することが可能になる。突起部２１の周方向の幅、半径方向の高さおよびスキューの角度は、モータの形状や磁石の厚さなどをパラメータとしてシミュレーションまたは実験により定めることができる。また、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、突起部２１の外側面を平面状にすることにより、この平面状の部分を利用してモータ１００の取り付けを容易に行えるという利点もある。
【００３５】
（偏平部）
次に、図９を参照して、磁極移行部１２を形成する別の手段について説明する。図９の例では、モータケース１の磁極移行部１２に対面する部分に、偏平部３７が設けられている。図９（ａ）は、モータ１００の偏平部３７の周辺を示す斜視図である。図９（ｂ）は、モータ１００の偏平部３７の周辺を示す径方向断面図である。偏平部３７は、円筒状のモータケース１の磁極移行部１２に対面する部分が内向きに後退して略平面に形成された部分である。
【００３６】
偏平部３７は、第１移行部１２ａおよび第２移行部１２ｂの両方に対応して設けられてもよく、いずれか一方に対応して設けられてもよい。図９の例では、偏平部３７は、第１移行部１２ａおよび第２移行部１２ｂの両方に対応して設けられている。モータケース１の外周部に偏平部３７を設けることにより、図９に示すように、各磁石２ａ、２ｂの偏平部３７に対応する部分の肉厚が他の部分より薄くなる。この場合、当該薄肉の部分の周方向中心に近づくにつれて磁束密度が低くなり、磁束密度分布波形をより正弦波に近づけることが容易になる。磁束密度分布波形をより正弦波に近づけることにより、振動、騒音を抑制したモータを実現することが可能になる。
【００３７】
（スリット部）
次に、図１０を参照して、磁極移行部１２を形成する別の手段について説明する。図１０の例では、モータケース１の磁極移行部１２に対面する部分に、スリット部２２が設けられている。図１０（ａ）〜（ｃ）は、モータ１００のスリット部２２の周辺を示す斜視図である。図１０（ｄ）〜（ｅ）は、モータ１００のスリット部２２の周辺を示す径方向断面図である。図１０（ｄ）〜（ｅ）それぞれは、図１０（ａ）〜（ｃ）に対応している。
【００３８】
スリット部２２は、モータケース１の磁極移行部１２に対面する部分に軸方向に延在する切込み部である。図１０（ａ）、（ｂ）の例では、スリット部２２は、それぞれの箇所に一体に設けられており、図１０（ｃ）の例では、スリット部２２は、それぞれの箇所に複数（例えば、３つ）に分割されて設けられてもよい。
【００３９】
スリット部２２は、第１移行部１２ａおよび第２移行部１２ｂの両方に対応して設けられてもよく、いずれか一方に対応して設けられてもよい。図１０（ａ）の例では、スリット部２２は、第１移行部１２ａに対応して設けられ、第２移行部１２ｂには設けられていない。図１０（ｂ）、（ｃ）の例では、スリット部２２は、第１移行部１２ａおよび第２移行部１２ｂの両方に対応して設けられている。スリット部２２は、図１０（ａ）に示すように、軸方向に平行に設けられてもよい。スリット部２２は、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、軸方向に対して傾斜してスキュー状に設けられてもよい。
【００４０】
モータケース１の外周部にスリット部２２を設けることにより、図１０に示すように、各磁石２ａ、２ｂのスリット部２２に対応する部分の近傍で磁気抵抗を大きくすることができる。このように磁気抵抗を大きくした領域では磁束密度が低くなり、磁束密度分布波形をより正弦波に近づけることが容易になる。磁束密度分布波形をより正弦波に近づけることにより、振動、騒音を抑制したモータを実現することが可能になる。
【００４１】
スリット部２２の、スリット幅、スキューの角度、分割数などの形状は、モータの形状や磁石の厚さなどをパラメータとしてシミュレーションまたは実験により定めることができる。スリット部２２の切込み形状に特別な制限はなく、スリット部２２の切込み部はスリットに代えて円形の孔などが設けられてもよい。
【００４２】
（内周後退部）
次に、図１１を参照して、磁極移行部１２を形成する別の手段について説明する。図１１の例では、各磁石２ａ、２ｂの内周面には、磁極移行部１２に対応する領域に、外方に後退する内周後退部２４が設けられている。図１１は、モータ１００の内周後退部２４の周辺を示す径方向断面図である。図１１に示すように、内周後退部２４は、各磁石２ａ、２ｂの内周面において外方に窪んでいる。
【００４３】
磁極移行部１２に内周後退部２４が設けられることにより、その部分において鉄心５と各磁石２ａ、２ｂの内周面との間の空隙を拡げることができる。磁極移行部１２で当該空隙が拡大されることにより、その部分で磁気抵抗が増大する。このように磁気抵抗を大きくした領域では磁束密度が低くなり、磁束密度分布波形をより正弦波に近づけることが容易になる。磁束密度分布波形をより正弦波に近づけることにより、振動、騒音を抑制したモータを実現することが可能になる。内周後退部２４の形状は、モータの形状や磁石の厚さなどをパラメータとしてシミュレーションまたは実験により定めることができる。
【００４４】
（その他の構成）
次に、実施の形態に係るモータ１００のその他の構成について説明する。図１に示すように、モータケース１は、第１中空柱体１ａと、第１中空柱体１ａよりも外径および内径が小さい第２中空柱体１ｂと、を含む。第２中空柱体１ｂは、軸受９を保持する底部２５を有する。第１中空柱体１ａと第２中空柱体１ｂとの境界には段差面１ｃが形成される。
【００４５】
各磁石２ａ、２ｂの軸方向の一方の端面は、段差面１ｃに接触している。各磁石２ａ、２ｂの軸方向の他方の端面は、エンドベル３に固定されたブラシホルダ２３から延伸した柱状部２６に接触している。つまり、各磁石２ａ、２ｂは、段差面１ｃと柱状部２６とに軸方向で両側から挟持されている。各磁石２ａ、２ｂの軸方向の他方の端面には、エンドベル３とモータケース１をかしめ固定する際に、柱状部２６が圧接されている。この構成により、各磁石２ａ、２ｂをモータケース１に強固に固定することができる。磁石を強固に固定することによりモータの振動・騒音を抑制することができる。なお、中空柱体の軸方向視の外形輪郭は、円形に限らず、多角形であってもよく、円形と多角形との組合わせであってもよい。
【００４６】
図１２は、エンドベル３のかしめ固定部の周辺を示す軸方向断面図である。図１２は、モータ１００の回転子を除いた部分の軸方向断面図であり、図１に対応する。図１２（ａ）は、モータケース１にエンドベル３をかしめ固定する前の状態を示し、図１２（ｂ）は、かしめ固定した後の状態を示している。２片の磁石２ａ、２ｂは周方向の空隙部１４に挿入された固定ピン２８によってモータケース１に固定されている。固定ピン２８は、周方向に拡張する方向の力を、各磁石２ａ、２ｂの周方向の両端部に付与する。
【００４７】
かしめ前の状態では、各磁石２ａ、２ｂの軸方向の一方の端面は、段差面１ｃに密着しており、各磁石２ａ、２ｂの軸方向の他方の端面は、ブラシホルダ２３から延伸した柱状部２６と隙間を介して対面している。柱状部２６の先端には、柱状部２６よりも細い突起部２７が形成されている。モータケース１にエンドベル３をかしめ固定する過程で、図１２（ｂ）に示すように、突起部２７は、各磁石２ａ、２ｂの軸方向の他方の端面に接触し、さらに押し込まれると徐々に潰れていく。突起部２７は各磁石２ａ、２ｂの軸方向の他方の端面に押し潰されて圧着され、各磁石２ａ、２ｂをモータケース１に強固に圧着固定することができる。
【００４８】
（ブラシホルダ）
ブラシホルダ２３について説明する。図１３（ａ）、（ｂ）はブラシホルダ２３の斜視図である。図１３（ｃ）、（ｄ）はエンドベル側から見た各磁石２ａ、２ｂの配置を示す図である。図１３（ａ）の例では、ブラシホルダ２３の柱状部２６の突起部２７は四角錐形状に形成されている。この場合、図１３（ｃ）に示すように、エンドベル３をかしめ固定する際に、突起部２７は、各磁石２ａ、２ｂの軸方向の他方の端面の圧接部２９に当たり先端部が押しつぶされて当該磁石を強固に固定する。図１３（ｂ）の例では、ブラシホルダ２３の柱状部２６の突起部２７は円柱形状に形成されている。この場合、図１３（ｄ）に示すように、圧接部２９と各磁石２ａ、２ｂとの接触面積が大きくなるため、当該磁石をより強固に固定することができる。突起部２７の形状は、四角錐形状や円柱形状に限定されず、例えば複数の針状の突起部、板状の突起部、中空円柱状の突起部等にすることも可能である。柱状部２６の数は４つに限定されない。柱状部２６の数は、３以下または５以上であってもよい。
【００４９】
（ケース凹部）
次に、モータケース１に各磁石２ａ、２ｂを固定する別の固定手段について説明する。図１４（ａ）は、別の固定手段を適用したモータ１００の斜視図である。図１４（ｂ）は、別の固定手段を適用したモータ１００の回転子を除いた部分の軸方向断面図であり、図１に対応する。図１４の例では、モータケース１にケース凹部１ｄが設けられている。ケース凹部１ｄは、モータケース１の円筒部と底部２５の境界部に設けられている。ケース凹部１ｄは、部分的に半径方向および軸方向に内側に進入する部分である。ケース凹部１ｄの内側には、段差面１ｃが形成されている。段差面１ｃは、第１中空柱体１ａと第２中空柱体１ｂの段差における軸方向に向いた面である。ケース凹部１ｄは、複数設けられてもよく、図１４の例では、周方向に略等間隔に４つのケース凹部１ｄが設けられている。
【００５０】
各磁石２ａ、２ｂの軸方向の一方の端面は、段差面１ｃに密着している。各磁石２ａ、２ｂの軸方向の他方の端面は、ブラシホルダ２３から延伸した柱状部２６と隙間を介して対面している。柱状部２６の先端には、柱状部２６よりも細い突起部２７が形成されている。モータケース１にエンドベル３をかしめ固定する過程で突起部２７は、各磁石２ａ、２ｂの軸方向の他方の端面に接触し、さらに押し込まれると徐々に潰れていく。突起部２７は各磁石２ａ、２ｂの軸方向の他方の端面に押し潰されて圧着され、各磁石２ａ、２ｂをモータケース１に強固に圧着固定することができる。
【００５１】
前述したように、各磁石２ａ、２ｂは周方向の空隙部１４に挿入された固定ピン２８によってモータケース１に固定されている。固定ピン２８は、周方向に拡張する方向の力を、各磁石２ａ、２ｂの周方向の両端部に付与する。磁石の固定ピン２８は各磁石２ａ、２ｂのケース凹部１ｄの範囲外に挿入されており、固定ピン２８の先端部は段差面１ｃの底部２５に突き当たるまで挿入できるため、より長い固定ピン２８を使用することができる。固定ピン２８を長くすることにより固定ピン２８と各磁石２ａ、２ｂの嵌合長が長くなり、各磁石２ａ、２ｂの周方向の固定がより強固になり当該磁石の振動を抑制することができる。
【００５２】
図１５、図１６を参照して、第１比較例に係るモータ２００について説明する。図１５は、第１比較例に係るモータ２００の径方向断面図であり、図２に対応する。図１６は、モータ２００の磁束密度分布波形である。モータ２００は、Ｃ型形状の１片の磁石３０に２極の着磁を施し磁極の間には１か所の空隙部３５と１か所の未着磁部３２を設けている。モータ２００は、図１６に示すように、磁束密度分布波形が矩形波状であるため、高調波成分が多く重畳されており、駆動時の振動やノイズが大きい。
【００５３】
図１７は、実施の形態に係るモータ１００の磁束密度分布を示す図である。モータ１００は、上述の構成を備えることにより、モータ２００に対して磁束密度分布波形を正弦波状に近づけることができる。磁束密度分布波形の高調波成分が抑制されることにより、モータ１００は、モータ２００に対して振動やノイズを低減することができる。
【００５４】
図１８、図１９を参照して、第２比較例に係るモータ３００について説明する。図１８は、第２比較例に係るモータ３００の径方向断面図であり、図２に対応する。図１９は、モータ３００の磁束密度分布波形である。モータ３００は、２片の磁石と６溝の電機子から構成されており、２片の磁石は周方向に空隙部θを挟んで配置され、２片の磁石には未着磁部θ‘が設けられている。モータ３００は、図１９に示すように、磁束密度分布波形が矩形波状であるため、高調波成分が多く重畳されており、駆動時の振動やノイズが大きい。実施の形態に係るモータ１００は、磁束密度分布波形の高調波成分が抑制されることにより、モータ１００は、モータ３００に対して振動やノイズを低減することができる。
【００５５】
図２０を参照して、第３比較例に係るモータ４００について説明する。図２０は、第３比較例に係るモータ４００の軸方向断面図であり、図１に対応する。モータ４００では、モータケースの折り曲げ部３３に磁石３４ａ、３４ｂの一方の端面が密着し、磁石３４ａ、３４ｂの他方の端面は止めボス３６に当接している。磁石３４ａ、３４ｂは、折り曲げ部３３と止めボス３６との間に固定されている。この場合、折り曲げ部３３は、磁石３４ａ、３４ｂとの接触面積が少ないので、当該磁石を強固に固定することは困難である。また、細長く伸びた止めボス３６では、圧着時にボスが変形してしまい十分な強度で磁石を固定することが困難で、磁石が振動してモータ４００の振動や騒音が悪くなる可能性がある。
【００５６】
実施の形態に係るモータ１００では、各磁石２ａ、２ｂの一方の端面はモータケース１の段差面１ｃに密着しており、他方の端面はブラシホルダ２３から延伸した柱状部２６の先端の突起部２７によって強固に固定されている。柱状部２６はかしめによって大きく変形しない程度の強度を有し、突起部２７のみがつぶれて磁石が強固に圧着された状態を維持することができる。このため、モータ１００の振動や騒音が抑制される。
【００５７】
図２１は、第１比較例に係るモータ２００と、実施の形態に係るモータ１００の性能の一例を比較して示す比較図である。図２２は、モータ２００とモータ１００の特性の一例を比較して示す特性図である。図２３は、モータ２００とモータ１００の単位体積当たりのトルク定数Ｋｔを比較した図である。実施の形態に係るモータ１００は、ほぼ同等のトルク定数Ｋｔを備える第１比較例のモータ２００に比べて４０％近く小型化される。また、実施の形態に係るモータ１００は、各磁石２ａ、２ｂを強固に固定して磁束密度分布波形を正弦波状にすることにより、第１比較例に係るモータ２００に比べて２０ｇｃｍ負荷時の騒音を１．７８ｄＢ低くすることができた。このように、実施の形態に係るモータ１００は、第１比較例に係るモータ２００に比べて小型・軽量化および低騒音化に大きく貢献することができる。
【００５８】
次に、このように構成されたモータ１００の作用・効果を説明する。
【００５９】
実施の形態に係るモータ１００は、整流子７を備え中心軸を中心に回転可能な回転子と、整流子７と接触するブラシ１０を備えた固定子と、を含むＤＣモータであって、固定子は、２回回転対称に配置された２片の円弧状の磁石２ａ、２ｂを含み、各磁石２ａ、２ｂはＮ極とＳ極とを有し、各磁石２ａ、２ｂのＮ極とＳ極との間には、Ｎ極とＳ極の各中心部からＮ極とＳ極の境界に向かって表面磁束密度が緩やかに移行する磁極移行部１２が設けられている。このようにＮ極とＳ極の境界の表面磁束が緩やかになることにより騒音の低減が可能となる。また、磁石に異方性焼結フェライトを使用することにより小型高トルクかつ低騒音のモータを提供することができる。この構成によれば、磁極移行部１２を有しない場合に比べて磁束密度分布波形を正弦波状に近づけることができる。磁束密度分布波形の高調波成分が抑制されることにより、モータの振動やノイズを低減することができる。
【００６０】
実施の形態に係るモータ１００では、２片の磁石２ａ、２ｂは、中心軸を中心として角度αの角度範囲にわたって周方向に設けられる空隙部１４を挟んで配置され、磁極移行部１２は、中心軸を中心として角度βの角度範囲にわたって設けられ、角度βは、角度αに対して、角度β≧角度αの関係を満たすように設定されている。この構成によれば、磁束密度分布波形を正弦波状に近づけることができる。磁束密度分布波形の高調波成分が抑制されることにより、モータの振動やノイズを低減することができる。
【００６１】
実施の形態に係るモータ１００では、角度αは、０°を超え６０°以下の範囲に設定されている。角度αが６０°を超えて大きくなるとモータの効率が悪くなってしまう。また、少なすぎると磁石を固定する固定ピン等が入る空間が確保できなくなってしまう。この構成によれば、固定ピン等の配置空間を確保しつつモータの効率低下を抑制することができる。
【００６２】
実施の形態に係るモータ１００では、磁極移行部１２は、当該磁極移行部１２に対応する部分が他の部分より窪んだヨーク凹部１８が設けられた着磁ヨーク１７を用いて形成されている。この構成によれば、ヨーク凹部１８を有しない着磁ヨークを用いた場合に比べて、磁極移行部１２の磁束密度を緩やかに変化させることができる。
【００６３】
実施の形態に係るモータ１００では、２片の磁石２ａ、２ｂは、モータケース１の内側に固定され、各磁石２ａ、２ｂの外周面には、磁極移行部１２に対応する領域に内方に後退する外周後退部（１５、１６）が設けられ、外周後退部（１５、１６）とモータケース１との間に空隙部が形成されている。この構成によれば、外周後退部を有しない場合に比べて、モータケース１との間に空隙部を形成して、磁極移行部１２に対応する領域の磁束密度を緩やかに変化させることができる。
【００６４】
実施の形態に係るモータ１００では、２片の磁石２ａ、２ｂは、モータケース１の内側に固定され、モータケース１の磁極移行部１２に対面する部分に、リブ状の外向き突起部２１、偏平部３７またはスリット部２２が設けられている。この構成によれば、モータケース１と各磁石２ａ、２ｂとの間に空気層が形成され、各磁石２ａ、２ｂの磁束密度分布波形を正弦波に近づけることが容易になる。
【００６５】
実施の形態に係るモータ１００では、各磁石２ａ、２ｂの内周面には、磁極移行部１２に対応する領域に外方に窪む内周後退部２４が設けられている。この構成によれば、内周後退部２４の領域において、鉄心５と各磁石２ａ、２ｂとの間の空隙を拡げて、磁束密度分布波形を正弦波に近づけることが容易になる。
【００６６】
実施の形態に係るモータ１００は、整流子７を備え中心軸を中心に回転可能な回転子と、整流子７と接触するブラシ１０を備えた固定子と、を含むＤＣモータであって、固定子は、回転子を回転自在に支持する軸受９と、磁石２ａ、２ｂと、モータケース１と、ブラシ１０を保持するブラシホルダ２３と、エンドベル３と、を含み、モータケース１は、第１中空柱体１ａと、第１中空柱体１ａに対して外形が異なる第２中空柱体１ｂを有し、第２中空柱体１ｂは、軸受９を保持する底部２５を有し、磁石２ａ、２ｂの一方の端面は、第１中空柱体１ａと第２中空柱体１ｂとの段差面１ｃに接触して固定され、磁石２ａ、２ｂの他方の端面は、エンドベル３に固定されたブラシホルダ２３から延伸した柱状部２６によって圧接され、柱状部２６の先端には突起部２７が形成されている。この構成によれば、各磁石２ａ、２ｂを段差面１ｃとブラシホルダ２３の柱状部２６との間に挟んで固定することができる。また、各磁石２ａ、２ｂの他方の端面が柱状部２６によって圧接されるので、各磁石２ａ、２ｂをより強固に固定することが可能になり、当該磁石の振動を低減することができる。
【００６７】
第２中空柱体を備えるモータ１００では、第２中空柱体１ｂの外周部には、第１中空柱体１ａ部の外周部に対して複数の小径部または複数のケース凹部１ｄが部分的に形成されている。この構成によれば、各磁石２ａ、２ｂをケース凹部１ｄとブラシホルダ２３の柱状部２６との間に挟んで強固に固定することができる。
【００６８】
以上、本発明の各実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。
【符号の説明】
【００６９】
１  モータケース、  ２ａ、２ｂ  磁石、  ３  エンドベル、  ４  シャフト、  ５  鉄心、  ７  整流子７、  ９  軸受、  １０  ブラシ１０、  １２  磁極移行部１２、  １７  着磁ヨーク、  ２３  ブラシホルダ２３、  １００  モータ。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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