(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状に形成される界磁部と、
前記界磁部の内側に対向して配置され、磁性板材を積み重ねて形成され、当該界磁部と同軸上を周方向に回転可能に支持される積層コアと、
を具備し、
前記積層コアに軸方向の一端から他端に行くに従って周方向に傾斜するスキューが形成されるモータであって、
前記界磁部が、軸方向の一側に配置される第一界磁部と、前記第一界磁部と同一形状であって当該第一界磁部の軸方向の他側に離間して配置される第二界磁部と、により形成され、
前記第一界磁部と前記第二界磁部とは、以下の数式（１）及び（２）を満たす、
ことを特徴とするモータ。
数式（１）・・Ｌｍ（第一界磁部及び第二界磁部のそれぞれの軸方向の長さ）＜Ｌｃ（積層コアの軸方向の長さ）／２
数式（２）・・ｌａ（第一界磁部と第二界磁部との間の軸方向の長さ）＝２×ｌｏ（積層コアの一側端部から第一界磁部の一側端部までの軸方向の長さ、及び積層コアの他側端部から第二界磁部の他側端部までの軸方向の長さ）
【請求項２】
前記界磁部として希土類磁石を用いる、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの技術に関し、特にコギングトルクを低減させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、環状に形成される界磁部と、前記界磁部の内側に対向して配置され、磁性板材を積み重ねて形成され、前記界磁部と同軸上を周方向に回転可能に支持される積層コアと、を具備するモータの技術は公知となっている。このような構成のモータにおいては、積層コアと界磁部とが相互に吸引力を有しているため、電流が印加されていない状態であっても前記積層コアが回転された場合には、いわゆるコギングトルクが発生する。
【０００３】
このようにコギングトルクが発生すると、前記モータの使用用途に応じた様々な問題がある。例えば、前記モータをＥＧＲバルブの駆動用モータとして使用した場合には、次に示すような問題がある。
【０００４】
すなわち、通電をＯＦＦとしてＥＧＲバルブを作動させない場合には、フェイルセーフの観点から、バネ等の付勢力により前記ＥＧＲバルブが全閉側に閉まるように力を加えている。かかる場合、発生するコギングトルクが大きいと、前記コギングトルクに打ち勝つようなより大きな付勢力を加える必要がある。しかしながら、通電をＯＮとしてＥＧＲバルブを作動させる場合には、前記付勢力は抵抗力となるため、前記モータの出力をより一層上げる必要がある。このように、発生したコギングトルクが大きいと、前記モータの出力をより一層上げる必要があるという問題がある。さらに、前記ＥＧＲバルブのバルブ開度により（前記モータの位相により）出力トルクが変動するため、前記ＥＧＲバルブの制御が不安定になるという問題がある。
【０００５】
これに対して、コギングトルクを低減させる技術が公知となっている。例えば、特許文献１及び２に記載された技術においては、積層コアに軸方向の一端から他端に行くに従って周方向に傾斜するスキューが形成される。これによって、積層コアの各部位におけるコギングトルク波形が相互に合成されることによって打ち消しあって、積層コア全体としてのコギングトルクを低減させることができる。また、特許文献１及び２に記載された技術においては、界磁部の形状を特定することによって、前記界磁部の磁束分布により前記スキューによる効果が低減することを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２２８４４７号公報
【特許文献２】特開平１０−１１７４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１及び２に記載された技術では、界磁部は、その軸方向の長さを積層コアと同一、又はそれ以上の長さにする必要がある。すなわち、例えば生産コストを抑制するため等の理由によって、界磁部を小さく（軸方向の長さを積層コアよりも短く）形成した場合には、界磁部の磁束分布が不均一になることによりスキューによる効果が低減することとなり問題があった。
【０００８】
本発明はこのような状況を鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、界磁部を小さく（軸方向の長さを積層コアよりも短く）形成した場合であっても、界磁部の磁束分布を均一化することによりスキューによる効果が低減することを防止することができるモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、環状に形成される界磁部と、前記界磁部の内側に対向して配置され、磁性板材を積み重ねて形成され、当該界磁部と同軸上を周方向に回転可能に支持される積層コアと、を具備し、前記積層コアに軸方向の一端から他端に行くに従って周方向に傾斜するスキューが形成されるモータであって、前記界磁部が、軸方向の一側に配置される第一界磁部と、前記第一界磁部と同一形状であって当該第一界磁部の軸方向の他側に離間して配置される第二界磁部と、により形成され、前記第一界磁部と前記第二界磁部とは、以下の数式（１）及び（２）を満たすものである。
数式（１）・・Ｌｍ（第一界磁部及び第二界磁部のそれぞれの軸方向の長さ）＜Ｌｃ（積層コアの軸方向の長さ）／２
数式（２）・・ｌａ（第一界磁部と第二界磁部との間の軸方向の長さ）＝２×ｌｏ（積層コアの一側端部から第一界磁部の一側端部までの軸方向の長さ、及び積層コアの他側端部から第二界磁部の他側端部までの軸方向の長さ）
【００１１】
請求項２においては、前記界磁部として希土類磁石を用いるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１３】
請求項１においては、界磁部を小さく（軸方向の長さを積層コアよりも短く）形成した場合であっても、前記界磁部の磁束分布を均一化することによりスキューによる効果が低減することを防止することができる。
【００１４】
請求項２においては、界磁部を小さく（軸方向の長さを積層コアよりも短く）形成するので、前記界磁部として一般的に高価である希土類磁石を用いた場合であっても、生産コストを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータの構成を示した分解斜視図。
【図２】モータの一部の構成を示した側面断面図。
【図３】図２におけるＡ−Ａ線矢視端面図。
【図４】積層コアの構成を示した斜視図。
【図５】コア部材の構成を示した平面図。
【図６】界磁部の磁束分布が均一な場合のコア部材のコギングトルク波形を示したグラフ。
【図７】界磁部の構成を示した一部拡大図。
【図８】界磁部の構成と積層コアの表面の磁束分布との関係を示した表。
【図９】界磁部の磁束分布が不均一な場合のコア部材のコギングトルク波形を示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、本発明の一実施形態に係るモータ１の全体的な構成について、図１から図４を用いて簡単に説明する。
なお、以下の説明では、各図面に示した矢印方向に基づいて前後方向、左右方向、及び上下方向を規定する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ１の構成を示した分解斜視図である。また、図２は、モータ１の一部の構成を示した側面断面図である。また、図３は、図２におけるＡ−Ａ線矢視端面図である。また、図４は、積層コア５３の構成を示した斜視図である。
【００１８】
図１から図３に示すモータ１は、いわゆるＤＣブラシ付きモータである。モータ１は、主として、ケース１０と、界磁部２０と、ブラシホルダ３０と、ブラケット４０と、アーマチュア５０と、を具備する。
【００１９】
図１から図３に示すケース１０は、モータ１を構成する各部材を収容すると共に、ヨークとしての機能を有するものである。ケース１０は、その筒心方向を上下方向へ向けた略円筒形状に形成される。ケース１０の上端部には、開口部１１が形成される。ケース１０の下端部には、前記開口部１１に対向する支持部１２が形成される。支持部１２の内側には、ベアリング１３が配設される。
【００２０】
図１から図３に示す界磁部２０は、複数のマグネット２１を周方向に配置して環状に形成される。なお、界磁部２０の構成についての詳細な説明は後述する。
なお、界磁部２０は、本発明における「界磁部」の一実施形態である。
【００２１】
図１に示すブラシホルダ３０は、ケース１０の開口部１１に嵌合される。ブラシホルダ３０は、その軸方向を上下方向へ向けた略短円柱形状に形成される。ブラシホルダ３０の上側面には、電流の入出力端子であるターミナル３１・３１が配設される。ターミナル３１・３１は、ブラシホルダ３０の下側面に配設されたブラシ３４・３４と、それぞれ電気的に接続される。ブラシホルダ３０の上側中央部には、その内側に整流子５２を収容する収容部３２が形成される。また、収容部３２の上側中央部には、挿通孔３３が開口される。
【００２２】
図１に示すブラケット４０は、ケース１０を閉塞するものである。ブラケット４０の上側中央部には、支持部４１が形成される。支持部４１の内側には、ベアリング４２が配設される。
【００２３】
図１に示すアーマチュア５０は、主として、回転軸５１と、整流子５２と、積層コア５３と、を具備する。
【００２４】
図１から図４に示す回転軸５１は、その軸方向を上下方向へ向け、ケース１０の内側であって当該ケース１０（界磁部２０）と同軸上に配置される。回転軸５１の下端側は、ベアリング１３に回動自在に支持される。また、回転軸５１の上端側は、挿通孔３３を通ってベアリング４２に回動自在に支持される。このように、回転軸５１は、ケース１０の内側で、ベアリング１３及びベアリング４２を介して回動自在に支持される。なお、回転軸５１の下端側は、モータ１の出力軸として外方へ向けて延出される。
【００２５】
図１に示す整流子５２は、その軸方向を上下方向へ向けた略円柱形状に形成される。整流子５２は、回転軸５１に相対回転不能に固定されて、ブラシホルダ３０の収容部３２の内側に配置される。整流子５２には、ブラシホルダ３０のブラシ３４・３４が接触される。そして、モータ１の外部からターミナル３１を介して供給された電気が、ブラシ３４を介して整流子５２に供給される。
【００２６】
図１から図４に示す積層コア５３は、磁性板材からなるコア部材１００を複数枚積み重ねて形成される。積層コア５３は、その軸方向を上下方向へ向けた略円柱形状に形成される。積層コア５３は、整流子５２の下方にて回転軸５１に相対回転不能に固定される。これによって、積層コア５３は、界磁部２０と同軸上を、回転軸５１を介して軸回り（周方向）に回転可能に支持される。積層コア５３は、界磁部２０の内側に対向して配置され、上下方向位置で当該界磁部２０と同一位置に配置される。積層コア５３（より詳細には、後述する複数のティース部６２）には、巻線６５が巻回される。なお、図１以外の図では、説明の便宜上、巻線６５の図示を省略している。
なお、積層コア５３は、本発明における「積層コア」の一実施形態である。
【００２７】
以上のような構成において、モータ１には、モータ１の外部からターミナル３１を介して電流が供給される。そして、ターミナル３１に供給された電流は、ブラシ３４により整流子５２に供給されて、積層コア５３に巻回された巻線６５に供給される。これによって、アーマチュア５０が界磁部２０との電磁作用により、回転軸５１の軸回りに回動する。そして、回転軸５１が軸回りに回動することにより、モータ１のトルクが発生する。
【００２８】
次に、積層コア５３の構成について、図１から図６を用いてさらに詳細に説明する。
なお、図５は、コア部材１００の構成を示した平面図である。また、図６は、界磁部２０の磁束分布が均一な場合のコア部材１０１・１０２・・１１６のコギングトルク波形を示したグラフである。
【００２９】
図１から図４に示す積層コア５３は、上述の如く、磁性板材からなるコア部材１００を複数枚積み重ねて形成される。コア部材１００は、その板面を積層コア５３の軸方向と同一方向（上下方向）へ向けて積み重ねられる。図５に示すコア部材１００は、主として、ヨーク部６１と、ティース部６２と、を具備する。
【００３０】
図５に示すヨーク部６１は、コア部材１００の中心部に位置する部位である。ヨーク部６１は、その板面を上下方向へ向けた略板状部材であって略環状に形成される。ヨーク部６１の中央には、回転軸５１が挿通するための挿通孔６３が開口される。
【００３１】
図５に示すティース部６２は、コア部材１００の外側部（ヨーク部６１の外側）に位置する部位である。ティース部６２は、平面視で略Ｔ字状に形成される。ティース部６２は、同一形状のものが複数（本実施形態では、１０）設けられる。ティース部６２・６２・・は、ヨーク部６１の外周縁部に周方向に均等に配置されて、当該外周縁部から長手方向を外径方向へ向けて延出される。ティース部６２・６２・・には、巻線６５が巻回される（図１参照）。
【００３２】
また、本実施形態において、積層コア５３は、コア部材１００を１６枚積み重ねて形成される。そして、コア部材１００・１００・・は、最も上側に配置されたコア部材１００から１枚ずつ下側に行くに従って、平面視で反時計回りに徐々（均等に）に回転した状態（位相をずらした状態）で配置される。このような構成により、積層コア５３の外周面には、複数（本実施形態では、１０つ）のスキュー７０・７０・・が形成される。スキュー７０・７０・・は、上側が左方で下側が右方となるように、すなわち上側端部から下側端部に行くに従って周方向に傾斜して形成される。
なお、スキュー７０は、本発明における「スキュー」の一実施形態である。
【００３３】
なお、図４及び図７に示すように、以下では説明に応じて、積層コア５３にて積み重ねられたコア部材１００・１００・・のうち、最も上側に配置されたコア部材１００を「コア部材１０１」と称し、当該コア部材１０１から下側に１枚ずつ行くに従って「コア部材１０２・コア部材１０３・コア部材１０４・・コア部材１１５・コア部材１１６」と、それぞれ称する。
【００３４】
そして、界磁部２０の磁束分布が均一な場合には、スキュー７０・７０・・を形成することによって、コア部材１０１・１０２・・１１６にて、それぞれ位相がずれたコギングトルク波形が発生する。より詳細には、コア部材１０１とコア部材１０９、コア部材１０２とコア部材１１０、・・、コア部材１０９とコア部材１１６にて、相互に逆位相となると共に振幅が一致するコギングトルク波形が発生する。そして、これらの位相がずれたコギングトルク波形が相互に合成されることによって打ち消しあって、コア部材１０１・１０２・・１１６（積層コア５３）全体としてコギングトルクが低減するのである。なお、本実施形態では、上述の如く、積層コア５３の上側半分と下側半分と（すなわち、コア部材１０１から１０８と、コア部材１０９から１１６と）のコギングトルク波形が相互に合成されることによって打ち消しあうように構成される。
このように、積層コア５３にスキュー７０・７０・・を形成することによって、コギングトルクを低減させることができる。
【００３５】
次に、界磁部２０の構成について、図７を用いて詳細に説明する。
図７は、界磁部２０の構成を示した一部拡大図である。
【００３６】
界磁部２０は、上述の如く、複数のマグネット２１を周方向に配置して環状に形成される。本実施形態では、マグネット２１として希土類磁石が用いられる。界磁部２０は、第一界磁部２０ａと、第二界磁部２０ｂと、により構成される。
【００３７】
第一界磁部２０ａは、複数のマグネット２１ａを周方向に配置して環状に形成される。マグネット２１ａは、その板面をケース１０における内径方向及び外径方向へ向けた略湾曲板状に形成される。マグネット２１ａは、それぞれ同一形状のものが複数（本実施形態では、４つ）設けられる。マグネット２１ａ・２１ａ・・は、ケース１０の内周面に固着される。マグネット２１ａ・２１ａ・・は、周方向に均等に配置され、全体として筒心（軸）方向を上下方向へ向けた略円筒形状に形成される。第一界磁部２０ａの上側端部は、積層コア５３の上側端部よりも下方に形成される。
【００３８】
第二界磁部２０ｂは、第一界磁部２０ａと同一形状であって、当該第一界磁部２０ａの軸方向の下側に離間して配置される。
【００３９】
より詳細には、第二界磁部２０ｂは、マグネット２１ａと同一形状である複数のマグネット２１ｂを周方向に配置して環状に形成される。マグネット２１ｂは、その板面をケース１０における内径方向及び外径方向へ向けた略湾曲板状に形成される。マグネット２１ｂは、それぞれ同一形状のものが複数（本実施形態では、４つ）設けられる。マグネット２１ｂ・２１ｂ・・は、ケース１０の内周面に固着される。マグネット２１ｂ・２１ｂ・・は、周方向に均等に配置され、全体として筒心方向を上下方向へ向けた略円筒形状に形成される。第二界磁部２０ｂの下側端部は、積層コア５３の下側端部よりも上方に形成される。
【００４０】
このように、界磁部２０（第一界磁部２０ａ及び第二界磁部２０ｂ）は、軸方向の長さ（第一界磁部２０ａの上側端部から第二界磁部２０ｂの下側端部までの長さ）が、積層コア５３の軸方向の長さ（積層コア５３の上側端部から下側端部までの長さ）よりも短く形成される。
【００４１】
そして、第一界磁部２０ａ及び第二界磁部２０ｂは、以下の数式（１）及び数式（２）を満たすように形成される。
【００４２】
（数１）
Ｌｍ＜Ｌｃ／２
【００４３】
ここで、前記「Ｌｍ」は、第一界磁部２０ａ及び第二界磁部２０ｂのそれぞれの軸方向の長さを指すものである。また、前記「Ｌｃ」は、積層コア５３の軸方向の長さを指すものである。
【００４４】
（数２）
ｌａ＝２×ｌｏ
【００４５】
ここで、前記「ｌａ」は、第一界磁部２０ａと第二界磁部２０ｂとの間の軸方向の長さを指すものである。また、前記「ｌｏ」は、積層コア５３の上側端部（一側端部）から第一界磁部２０ａの上側端部（一側端部）までの軸方向の長さ、及び積層コア５３の下側端部（他側端部）から第二界磁部２０ｂの下側端部（他側端部）までの軸方向の長さを指すものである。
【００４６】
以下では、第一界磁部２０ａ及び第二界磁部２０ｂが上記数式（１）及び数式（２）を満たすことによって奏する効果について、図８及び図９を用いて説明する。
図８は、界磁部２０及び従来の界磁部１２０の構成と積層コア５３の表面の磁束分布との関係を示した表である。また、図９は、界磁部２０（第一界磁部２０ａ及び第二界磁部２０ｂ）の磁束分布が不均一な場合のコア部材１０１・１０２・・１１６のコギングトルク波形を示したグラフである。
【００４７】
図８に示すように、従来の界磁部１２０の構成（上記数式（１）及び数式（２）を満たさないような構成）によれば、積層コア５３の表面の磁束密度が、当該積層コア５３の上側半分と下側半分との対応する箇所で一致していない。ここで、前記「積層コア５３の上側半分と下側半分との対応する箇所」とは、界磁部１２０の磁束分布が均一な場合であれば、相互に合成されることによって打ち消しあうこととなるコギングトルク波形が生じる箇所を指すものである。したがって、かかる場合には、前記積層コア５３の上側半分と下側半分との対応する箇所において、コギングトルク波形が変化して、相互に逆位相となると共に振幅が一致する関係とはならない。その結果、界磁部１２０の磁束分布によりスキュー７０・７０・・による効果が低減することとなる（コギングトルクを低減させることができない）。
【００４８】
これに対して、図８に示すように、界磁部２０（第一界磁部２０ａ及び第二界磁部２０ｂ）の構成（上記数式（１）及び数式（２）を満たすような構成）によれば、積層コア５３の表面の磁束密度が、当該積層コア５３の上側半分と下側半分との対応する箇所で一致している。したがって、かかる場合には、前記積層コア５３の上側半分と下側半分との対応する箇所において、コギングトルク波形が変化したとしても、図９に示すように、相互に逆位相となると共に振幅が一致する関係が維持されている。その結果、界磁部２０（第一界磁部２０ａ及び第二界磁部２０ｂ）の磁束分布によりスキュー７０・７０・・による効果が低減することを防止することができる（コギングトルクを低減させることができる）。
【００４９】
以上のように、本発明の一実施形態に係るモータ１は、
環状に形成される界磁部２０と、
前記界磁部２０の内側に対向して配置され、コア部材１００（磁性板材）を積み重ねて形成され、当該界磁部２０と同軸上を周方向に回転可能に支持される積層コア５３と、
を具備し、
前記積層コア５３に軸方向の一端から他端に行くに従って周方向に傾斜するスキュー７０・７０・・が形成されるモータであって、
前記界磁部２０が、軸方向の上側（一側）に配置される第一界磁部２０ａと、前記第一界磁部２０ａと同一形状であって当該第一界磁部２０ａの軸方向の下側（他側）に離間して配置される第二界磁部２０ｂと、により形成され、
前記第一界磁部２０ａと前記第二界磁部２０ｂとは、以下の数式（１）及び（２）を満たすものである。
数式（１）・・Ｌｍ（第一界磁部２０ａ及び第二界磁部２０ｂのそれぞれの軸方向の長さ）＜Ｌｃ（積層コア５３の軸方向の長さ）／２
数式（２）・・ｌａ（第一界磁部２０ａと第二界磁部２０ｂとの間の軸方向の長さ）＝２×ｌｏ（積層コア５３の一側端部から第一界磁部２０ａの一側端部までの軸方向の長さ、及び積層コア５３の他側端部から第二界磁部２０ｂの他側端部までの軸方向の長さ）
【００５０】
このような構成により、界磁部２０（第一界磁部２０ａ及び第二界磁部２０ｂ）を小さく（軸方向の長さを積層コア５３よりも短く）形成した場合であっても、前記界磁部２０（第一界磁部２０ａ及び第二界磁部２０ｂ）の磁束分布を均一化することによりスキュー７０・７０・・による効果が低減することを防止することができる。これによって、界磁部２０を小さく形成することができるので、生産コストを抑制することができる。
【００５１】
また、前記界磁部２０として希土類磁石を用いるものである。
【００５２】
このような構成により、界磁部２０（第一界磁部２０ａ及び第二界磁部２０ｂ）を小さく（軸方向の長さを積層コア５３よりも短く）形成するので、前記界磁部２０（第一界磁部２０ａ及び第二界磁部２０ｂ）として一般的に高価である希土類磁石を用いた場合であっても、生産コストを抑制することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１      モータ
２０    界磁部
２０ａ  第一界磁部
２０ｂ  第二界磁部
５３    積層コア
７０    スキュー
【図１】
0005756391.tif 000002
【図２】
0005756391.tif 000003
【図３】
0005756391.tif 000004
【図４】
0005756391.tif 000005
【図５】
0005756391.tif 000006
【図６】
0005756391.tif 000007
【図７】
0005756391.tif 000008
【図８】
0005756391.tif 000009
【図９】
0005756391.tif 000010