(57)【要約】【課題】磁性粉末を圧縮成形した圧粉磁心本体を備えた軟磁性材において、さらなる高磁束密度化による効率向上と、モータに共通な目標である低振動化を図り、そのような軟磁性材を用いて高効率低騒音のモータを提供すること。【解決手段】モータの磁心において、内部に磁束の流れる方向に沿うように電磁鋼板を配置し、磁性粉末と潤滑材でその電磁鋼板を包み込んで形成したステータを用いる。ステータが３次元構造の場合は、電磁鋼板を切断することなく磁束の流れ方向に沿うように曲げて配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータにおいて、磁束の流れる方向に沿うように電磁鋼板を配置し、磁性粉末と潤滑材で前記電磁鋼板を包み込んで形成した磁心を用いることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記磁心において、ステータ構造を３次元構造とし、電磁鋼板を途中で切断することなく磁束の流れ方向に沿うように配置し、磁性粉末と潤滑材で前記電磁鋼板を包みこんで形成した磁心を用いてステータとすることを特徴とする請求項１記載のモータ。
【請求項３】
前記磁心において、ティース先端部に配置されている電磁鋼板を、ロータの回転方向に対してロータとティースのギャップを順次大きくしていくことを特徴とする請求項１又は２記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電気自動車、ＦＡの各種機器の駆動、電気自転車、電気スクータ、あるいは電気掃除機等へ適用されるモータに関し、特に軟磁性材とこれを用いたモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気、電子機器の小型化が進んでおり、それにつれてハイパワー化とともに、高効率化が要求されている。特にモータは半導体製品と並ぶ「産業の米」として多くの産業をささえ、種々の製品に使用されている。例えば、カメラ産業においては、近年では機能の自動化が進み、オートフォーカスやズームレンズの駆動回路、またフィルムの自動巻き上げ機構などにこの小型電動モータが使用されている。
【０００３】
小形モータの中でも、ＰＭ型２相ステッピングモータを含むクローポール型同期モータは、安価に製造出来る構造を持ち、その代表的なものが非特許文献１に記載されている。
【０００４】
従来のクローポール型同期モータは、当初はステップ動作用のものとして低周波域で用いられていたが、近年は、ＯＡ機器のような低速から高速までの領域で運転される機器に用いられるようになり、低周波域から高周波域で作動するものが必要になって来ている。
【０００５】
しかしながら、従来のクローポール型同期モータでは、クローポール即ち極歯はトルクを重視するために面積を大きくしているので、低周波域でしか作動出来なかった。これに対して極歯の面積を単純に小さくすることによって、高周波域で作動するようには出来るが、この場合は大きなトルクを得ることができない。いずれにしても、従来のクローポール型同期モータでは、トルクをあまり落とさずに低周波域から高周波域までの作動範囲をカバー出来ないという問題があった。
【０００６】
また、従来の圧粉磁心を用いたアキシャルモータにおいては、成形時の加圧方向に平行の磁束密度が直角方向のそれに比べて劣るため、鉄心を用いたモータと比較し、透磁率が低い。特に、肉厚の薄いボス部やスカート部を有する磁心ではその傾向が顕著にあらわれる。さらにボス部やスカート部の部位を有する電磁弁のステーターコアでは、これらの部位の加圧方向が磁路となるため、その方向の磁束密度の改善がバルブの開閉力を増す上で課題となっている。
【０００７】
【非特許文献１】Takashi Kenjo著  ”Stepping Motors and their microprocessor controls”Ｐ．40―Ｐ．43，Oxford University Press刊，１９８６年リプリント版
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、磁性粉末を圧縮成形した圧粉磁心本体を備えた軟磁性材において、さらなる高磁束密度化による効率向上と、モータに共通な目標である低振動化を図り、そのような軟磁性材を用いて高効率低騒音のモータを提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の具体的な手段は、以下の通りである。
（１）モータにおいて、磁束の流れる方向に沿うように電磁鋼板を配置し、磁性粉末と潤滑材で前記電磁鋼板を包み込んで形成した磁心を用いることを特徴とするモータ。
（２）前記磁心において、ステータ構造を３次元構造とし、電磁鋼板を途中で切断することなく磁束の流れ方向に沿うように配置し、磁性粉末と潤滑材で前記電磁鋼板を包みこんで形成した磁心を用いてステータとすることを特徴とする（１）記載のモータ。
（３）前記磁心において、ティース先端部に配置されている電磁鋼板を、ロータの回転方向に対してロータとティースのギャップを順次大きくしていくことを特徴とする（１）又は（２）記載のモータ。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、磁束の流れる方向に平行になるよう、磁性粉末に電磁鋼板を埋め込み、電磁鋼板を磁束の流れ方向に曲げ、ティース先端部に配置されている電磁鋼板を回転方向に対してロータとのギャップを大きくする磁心を用いることで、高効率、低騒音モータを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を添付の図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、その一例に係る永久磁石を用いたアキシャルモータを示す概略図である。モータは、ロータ１およびステータ２を備え、ステータ２は、コア、上部巻線と下部巻線を備えている。コアは、第１の上部磁心３と第２の下部磁心４を備える。上部磁心３は、下部磁心４に対して積層された層と把握できる。
【００１３】
これらのステータコアは、内部に電磁鋼板５が埋め込まれた、磁性粉末の圧粉体６で作製されている。この場合、磁束は永久磁石７からコアを通り、もう一方の永久磁石に流れている。磁束密度はコアの中で高いほど、機器の形状が小形化でき、かつ大トルクを発生することが出来る。１０，０００Ａ／ｍの磁束密度は、粉末磁心で１．６８Ｔ程度で、電磁鋼板（３５Ａ２１０）では１．８０Ｔであり、磁心には電磁鋼板を用いることが好ましい。しかしながら、３次元形状の場合、限られた複雑なスペースに電磁鋼板片を充填することは困難で、これを克服するため、粉末磁心が用いられている。
【００１４】
本発明のモータにおいては、電磁鋼板で充填できない空間を磁性粉末で補う構造にしている。また、磁束の流れと平行に配置した電磁鋼板が途中で途切れると透磁率および磁束密度が低下する。したがって、磁性粉末内に埋め込まれた電磁鋼板は磁束の流れと平行に連続していることが好ましい。磁束が曲線を描いて流れる場合は、電磁鋼板もこの曲線に合わせて曲げて配置することで、透磁率を低下させないようにする。磁気特性以外の問題では、ロータを回転したとき、ティースとスロット間の透磁率が急激に変化する場合、トルクの変動が大きく、振動を発生しやすい。この場合、磁性粉末で形成されたコア内の電磁鋼板とロータ間のギャップをティースの中心から、順次高くする構造にすると、コギングトルクが減少する。
【００１５】
実際のφ３００ｍｍ×１００ｍｍのアキシャルモータで試作した場合、モータの効率は電磁鋼板を磁性粉末に埋め込んだことで１．３％向上した。さらに、電磁鋼板を磁束の流れる方向に平行にまげて構成するとさらに、０．５％の向上が見られた。騒音はティース部のロータ対抗表面に対し、均一に分布したものより、径方向のエッジに行くに従いロータからの距離を２倍に配置した構造で、トルクリップルを３０．５％から１６．１％に低減することが出来た。
【００１６】
次に、実施例にもとづき本発明をさらに説明する。
【００１７】
ここで、トルクリップルとは、ロータを回転する際に生じる、トルク変動を定量的に表したもので、平均トルクに対するその変動の割合を意味する。また、磁性粉体とは、強磁性を帯びる粉末で、具体的に純Ｆｅ粉、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ、アモルファス、ナノクリスタル（ナノ結晶合金）などの粒状の軟磁性粉末からなり、これらの表面には電気絶縁処理がなされているものをいう。さらに、潤滑材とは、プレス時、磁性粉末の充填率が高く、隙間を作らないように移動促進のため用いるもので、具体的にはステアリン酸、オレイン酸などの脂肪酸などが利用できる。
【実施例１】
【００１８】
図１に示す３スロット／４極アキシャルモータを対象とし、本発明の条件を満たしたステータ２によりモータを作製した。上述した図１に示すコアでは、上部の磁心はいずれも上部磁心３に沿って巻線を配置し、下部の磁心はいずれも下部磁心４に沿って巻線を配置する。従って、上部磁心および下部磁心に巻線を配置するだけで、巻線の構成を分布巻かつ２段にすることができる。
【００１９】
上部磁心と下部磁心は磁性粉末により一体化しており、かつ電磁鋼板５は、図１の点線に示すように磁束の流れる方向に平行に配置してある。これらの電磁鋼板は上部下部ともつながっており、コイルの内部に配置されるよう、曲線を持って磁束の流れる方向に平行に配置されている。よって、当該コアに巻線を設けて電機子を形成し、下部側及び上部側の少なくとも一方にロータ１を配置することで、電機子で発生した磁束をロータに多く与えることができる。これは、電機子とロータとの間で相対的な駆動を行う場合に、駆動の効率を良くする。
【００２０】
ティース表面については、電磁鋼板の先端を均一な高さに配置したものより、径方向のエッジに行くに従いロータからの距離をギャップ距離の０．３から２倍に離して配置した構造であるとトルクリップルが抑えられ、騒音の低いモータが出来る。
【００２１】
表１と表２に、この実施例に基づいて作成した磁心を用いたモータと従来の圧粉磁心を用いたモータとを比較した結果を示す。本発明で規定した条件を満たす磁心を用いることにより、モータの高効率化および低騒音化が図れた。
【００２２】
【表１】
2008278623.tif 000003
【００２３】
【表２】
2008278623.tif 000004
【実施例２】
【００２４】
以下、第２の実施例について、図面を参照しながら説明する。
図１よりスロット数の多い、１８スロットクローポール型モータを対象とし、本発明の条件を満たしたステータによりモータを作製した。図２に示すステータも、内部を電磁鋼板で形成し、そのまわりを圧粉体で包含した形状で、Ａステータリング８とＢステータリング９からなる。その間にＵ相コイルとＶ相コイルを備える。ＡステータリングとＢステータリングは軸線のＬ方向に重ね合わされる。
【００２５】
ステータリングの内端はＴ字状をなし、テーパーしながら軸線のＬ方向両側に延びている。磁性粉末で形成されたティース１０の内部には電磁鋼板１１が配置され、ティースの外側にはコイルの径方向の高さに対応する部分であり、それよりも径方向内側の部分はポール１２となる。ここで、ポールとは、磁束がロータに向かって発生する磁極を意味する。
【００２６】
図２から明らかなように、Ａステータリング８はＢステータリング９に関して鏡面対称な部材であり、かつ裏返すことでＢステータリングと互換可能な同一形状を有している。
【００２７】
本実施例のモータは二相交流で作動するものであり、Ｕ相、Ｖ相のポールは電気角で９０°ずつ周方向にずれて配置される。それに対してロータの各永久磁石はＵ相、Ｖ相のポールに対して共用されていて同一位相の磁束を発生する。これにより各相のポールはロータに均一なトルクを発生させることができる。
【００２８】
Ａステータリング８およびＢステータリング９においては、電磁鋼板１１は図３に示すように磁束の流れる方向に平行に配置してある。これらの電磁鋼板は周りに磁性粉末で覆われており、ひとつのリングを構成している。よって、当該コアに巻線を設けて電機子を形成し、リング内部に回転子を配置することで、電機子で発生した磁束を回転子に多く与えることができる。これは、電機子と回転子との間で相対的な駆動を行う場合に、駆動効率を良くする。
【００２９】
ティース９表面については、電磁鋼板の先端を均一な高さに配置したものより、径方向のエッジに行くに従いロータからの距離をギャップの２倍に離して配置した構造を用いた。そうすることでトルクリップルが抑えられ、騒音の低いモータができる。
【００３０】
表３と表４に、この実施例に基づいて作成した磁心を用いたモータと従来の圧粉磁心を用いたモータとを比較した結果を示す。本発明で規定した条件を満たす磁心を用いることにより、モータの高効率化および低騒音化が図れた。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
【表４】
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【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】アキシャル型モータに本発明を適用した場合の一例を示す図である。
【図２】クローポール型モータに本発明を適用した場合の一例を示す図である。
【図３】ステータリングのティースおよびポールの内部に配置される電磁鋼板を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    ロータ
２    ステータ
３    上部磁心
４    下部磁心
５    電磁鋼板
６    磁性粉末の圧粉体
７    永久磁石
８    Ａステータリング
９    Ｂステータリング
１０    ティース
１１    電磁鋼板
１２    ポール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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