(57)【要約】【課題】無通電時のフリクショントルクやゴギングトルクがほぼゼロでありながら、通常のフィールドコイル界磁モータよりもモータ体格が小さい直流モータを提供する。【解決手段】筒状のヨーク１１内にマグネット１２を配置し、マグネット１２の内周側に固定子２を配置する。固定子２は、マグネット１２と磁気的に接続された界磁極部１４と、界磁極部１４間を磁気的に接続させると共に界磁コイル１６が巻装される連結コア部１５とを備える。固定子２の内周側には、電機子コイル２３が巻装された複数のティース２５を備える回転子３を回転自在に配する。界磁コイル１６非通電時は、隣接するマグネット１２間に、隣接する界磁極部１４と連結コア部１５及びヨーク１１を通る磁気回路Ｘが形成される。マグネット１２の磁束は連結コア部１５によってバイパスされて回転子３内を通らず、無通電時に磁気的フリクショントルクやコギングトルクが発生しない。【選択図】図２
2007006597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のヨークと、
前記ヨークと磁気的に接続された状態で前記ヨーク内に配置され、内周側が周方向に交互に異極となった複数の永久磁石と、
前記永久磁石の内周側に配置され、前記永久磁石と磁気的に接続された界磁極部と、前記界磁極部間を磁気的に接続させる連結コア部とを備えてなる固定子と、
前記連結コア部に巻装された界磁コイルと、
前記固定子の内周側に回転自在に配置され、径方向に突出形成され前記界磁極部と対向する複数のティースと、前記ティースに巻装された電機子コイルとを備えてなる回転子とを有することを特徴とする直流モータ。
【請求項２】
請求項１記載の直流モータにおいて、前記界磁コイルは、前記永久磁石によって生じる磁束と同方向の磁束を発生させることを特徴とする直流モータ。
【請求項３】
請求項１または２記載の直流モータにおいて、前記界磁コイル非通電時には、隣接する前記永久磁石間に、隣接する前記界磁極部と前記連結コア部及び前記ヨークを通る磁気回路が形成されることを特徴とする直流モータ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の直流モータにおいて、前記界磁コイル通電時には、前記永久磁石によって生じる磁束と前記界磁コイルが形成する磁束が共に前記ティース内を同方向に流れる磁気回路が形成されることを特徴とする直流モータ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の直流モータにおいて、前記界磁コイルと前記電機子コイルが直列に接続されてなることを特徴とする直流モータ。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか１項に記載の直流モータにおいて、前記界磁コイルと前記電機子コイルが並列に接続されてなることを特徴とする直流モータ。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の直流モータにおいて、前記界磁コイルは、前記永久磁石間に配置されることを特徴とする直流モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネット界磁とフィールドコイル界磁を併用したハイブリッド型の直流モータに関し、特に、パワースライドドアや電動パワーステアリング等の駆動源として使用される車載モータに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネット（永久磁石）を用いた界磁モータは、小型で高出力なモータを得ることができるため、各種モータ、特に、自動車等の車載モータとして数多く使用されている。例えば、パワースライドドア（ＰＳＤ）用モータやパワーテールゲート（ＰＴＧ）用モータ、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）用モータ、電子制御スロットル（ＥＴＣ）用モータ、パーキングロックアクチュエータ用モータ等、車両各所の動力源として広く用いられている。
【特許文献１】特開昭55-17261号公報
【特許文献２】特開2000-224822号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、このような車載モータでは、例えば、スライドドアを手動で開閉する場合のように、ＰＳＤモータやＰＴＧモータ、ＥＰＳモータ等においては、モータ無通電時にモータ自身が人的に外部から回転される場合がある。また、ＥＴＣモータでは、人的に操作されることはないが、スロットルバルブを閉じるためのスプリングによって、無通電時に外部から回転される場合がある。
【０００４】
ところが、このようなマグネット界磁モータでは、マグネットの作用により、アーマチュアには磁気的なフリクショントルク（鉄損によるトルク）やコギングトルクが生じる。また、何れのモータにも、ほとんどの場合、減速機が装着されているため、外的に操作されたとき、それらのトルクが増幅されて外部に伝わる。このため、フリクショントルクやコギングトルクが大きいと、ドア開閉荷重の増大やハンドル戻りの遅れ、スロットルバルブの応答性低下等の問題が生じるおそれがある。
【０００５】
これに対し、電磁石によって界磁を形成するフィールドコイル界磁モータでは、無通電時には界磁に磁力が発生しない。このため、ＰＳＤモータ等して、フィールドコイル界磁モータを使用すれば、磁気的フリクショントルクやゴギングトルクをほぼゼロにすることが可能である。しかしながら、フィールドコイル界磁モータは、マグネット界磁モータに比してモータ体格が大きくなり、また、界磁電流分だけ消費電力が増大してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、無通電時のフリクショントルクやゴギングトルクがほぼゼロでありながら、通常のフィールドコイル界磁モータよりもモータ体格が小さい直流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】
【０００７】
本発明の直流モータは、筒状のヨークと、前記ヨークと磁気的に接続された状態で前記ヨーク内に配置され、内周側が周方向に交互に異極となった複数の永久磁石と、前記永久磁石の内周側に配置され、前記永久磁石と磁気的に接続された界磁極部と、前記界磁極部間を磁気的に接続させる連結コア部とを備えてなる固定子と、前記連結コア部に巻装された界磁コイルと、前記固定子の内周側に回転自在に配置され、径方向に突出形成され前記界磁極部と対向する複数のティースと、前記ティースに巻装された電機子コイルとを備えてなる回転子とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の直流モータにあっては、界磁コイル非通電時には、永久磁石の磁束が連結コア部によってバイパスされ回転子内を通らない。このため、無通電時にモータが外部から回されても、回転子には磁気的フリクショントルクやコギングトルクがほとんど発生しない。従って、例えば、当該モータをＰＳＤモータとして用いた場合、ドアを手動開閉する際の荷重増加が抑えられ、操作性の改善が図られる。また、フリクショントルク等を抑えつつ、フィールドコイル界磁モータよりも小型で低消費電力の直流モータを提供できる。
【０００９】
前記直流モータにおいて、前記界磁コイルによって、前記永久磁石によって生じる磁束と同方向の磁束を発生させても良い。また、前記直流モータにおいて、前記界磁コイル非通電時は、隣接する前記永久磁石間に、隣接する前記界磁極部と前記連結コア部及び前記ヨークを通る磁気回路を形成するようにしても良い。さらに、前記直流モータにおいて、前記界磁コイル通電時は、前記永久磁石によって生じる磁束と前記界磁コイルが形成する磁束が共に前記ティース内を同方向に流れる磁気回路が形成するようにしても良い。
【００１０】
前記直流モータにおいて、前記界磁コイルと前記電機子コイルが直列に接続しても良く、また、前記界磁コイルと前記電機子コイルが並列に接続しても良い。さらに、前記直流モータにおいて、前記界磁コイルを前記永久磁石間に配置するようにしても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の直流モータによれば、筒状のヨーク内に永久磁石を配置し、この永久磁石の内周側に、永久磁石と磁気的に接続された界磁極部と、界磁極部間を磁気的に接続させると共に界磁コイルが巻装される連結コア部とを備えた固定子を配置し、さらに、この固定子の内周側に、電機子コイルが巻装された複数のティースを備える回転子を回転自在に配するようにしたので、当該直流モータでは、界磁コイル非通電時には永久磁石の磁束が連結コア部を通り、無通電時に永久磁石の磁束が回転子内を通らないようにすることができる。このため、無通電時における磁気的フリクショントルクやコギングトルクをほぼゼロにでき、これらのトルクを抑えつつ、フィールドコイル界磁モータよりも小型・低消費電力化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例であるモータの構成を示す断面図である。図１のモータ１は、ブラシ（図示せず）付きのＰＳＤ用直流モータであり、円筒状のヨーク１１内に固定された固定子２と、固定子２内に回転自在に支持された回転子３とから構成されている。ヨーク１１は鉄等の磁性材料にて形成され、その内周面１１ａには複数個のマグネット（永久磁石）１２が固定されている。マグネット１２の外周面１２ａはヨーク内周面１１ａに接触しており、両者は磁気的に接続された状態となっている。マグネット１２は本実施例では４個配設されており（１２ｐ〜１２ｓ；４極）、各マグネット１２は内周側が周方向に交互に異極となるように配列されている。
【００１３】
マグネット１２の内周側には、固定子２が取り付けられている。固定子２は、略円環状の鋼板を複数枚積層したステータコア１３を備えている。ステータコア１３の外周面１３ａはマグネット１２の内周面１２ｂと接触しており、固定子２とマグネット１２は磁気的に接続された状態となっている。固定子２には、マグネット１２に対応して界磁極部１４が設けられており、界磁極部１４の間には連結コア部１５が設けられている。界磁極部１４と連結コア部１５は一体に形成されており、これにより固定子２は全体で略円環状に形成される。連結コア部１５は隣接する界磁極部１４間に設けられ、界磁極部１４同士を磁気的に接続している。連結コア部１５にはそれぞれ界磁コイル１６が巻装されている。
【００１４】
回転子３は、回転軸２１と、回転軸２１に固定されたロータコア２２と、ロータコア２２に巻装された電機子コイル２３とを備えた構成となっている。図１には示されていないが、回転軸２１にはコンミテータが取り付けられており、電機子コイル２３はこのコンミテータに接続されている。コンミテータには径方向からブラシが摺接しており、ブラシを介してバッテリから電機子コイル２３に対し電力が供給される。ロータコア２２は、複数枚の鋼板を積層した構成となっており、中央の胴部２４と、胴部２４から径方向に向かって突設されたティース２５とを備えている。ティース２５は放射状に複数個設けられており、その先端部は界磁極部１４に対向している。各ティース２５には、電機子コイル２３が巻装されている。なお、モータ１は直巻モータとなっており、電機子コイル２３は界磁コイル１６と直列に接続されている。
【００１５】
次に、このようなモータ１の作用について説明する。図２は界磁コイル１６及び電機子コイル２３に通電を行っていない場合（無通電時）の磁束の流れを示す説明図、図３は界磁コイル１６及び電機子コイル２３に通電を行った場合（通電時）の磁束の流れを示す説明図である。本発明によるモータ１では、無通電時には、図２に示すように、隣接するマグネット１２間に磁気回路Ｘが形成される。例えば、マグネット１２ｐ,１２ｑについて見ると、それらの間には、マグネット１２ｐ→界磁極部１４ｐ→連結コア部１５ｐ→界磁極部１４ｑ→マグネット１２ｑ→ヨーク１１→マグネット１２ｐなる磁気回路Ｘ１が形成される。
【００１６】
この場合、界磁極部１４からティース２５を通る経路は、両者間に空隙が存在することもあり、連結コア部１５を通る磁気回路Ｘの経路よりも磁気抵抗が高い。このため、マグネット１２の磁束はティース２５側へは流れず、連結コア部１５を介して隣接するマグネット１２へと向かう。すなわち、モータ１では、界磁コイル非通電時には、固定子２内で閉じた磁気回路Ｘが形成され、回転子３には磁束が通らない。従って、回転子３には鉄損に起因する磁気的フリクショントルクはほとんど生ぜず、また、界磁極部１４とティース２５を通る磁路も形成されないためコギングトルクもほとんど生じない。よって、無通電時に回転軸２１が外部から回されたとしても、その際の磁気的フリクショントルクやコギングトルクはほぼゼロに抑えられる。
【００１７】
このように、当該モータ１では、界磁コイル非通電時には、マグネット１２の磁束が連結コア部１５によってバイパスされ回転子３内を通らない。このため、無通電時に外部から回転軸２１を回されても、磁気的フリクショントルクやコギングトルクがほぼゼロに抑えられる。従って、モータ１を使用したＰＳＤでは、手動時のドア開閉操作がこれらのトルクによって重くなることがなく、従来のマグネット界磁モータを用いた装置に比して、軽い力でドアの手動開閉操作を行うことができる。
【００１８】
また、モータ１では、図１に示すように、マグネット１２の内径側にステータコア１３が存在するため、マグネット１２が万が一割れた場合でも、その飛散を抑えることができ、モータロックを防止できる。さらに、図１のような構造を採用することにより、電機子反作用によるマグネット１２の減磁が起きにくくなり、マグネット１２をより薄くできる。このため、マグネットコストの低減やモータの小型化を図ることが可能となる。特に、高価な希土類マグネットを使用するモータでは、マグネット使用量を半減できる場合もあり、大幅なコストダウンが可能となる。加えて、減磁対策用の保磁力材料を省くことができ、その分のコスト減も図られる。
【００１９】
一方、図１のモータ１を駆動する場合には、界磁コイル１６と電機子コイル２３を併用し、両コイルに通電を行う。この場合、界磁コイル１６は、マグネット１２によって生じる磁束と同方向の磁束を発生させるように励磁される。つまり、界磁コイル１６を励磁すると、マグネット１２から回転子３内に向けて流れる磁束の方向と同方向の磁束が回転子３内に発生する。なお、界磁コイル１６とマグネット１２の起磁力は、両者同等程度に設定する。
【００２０】
このように界磁コイル１６を通電すると、図３のように、固定子２と回転子３内には、マグネット１２によって磁気回路Ｙ、界磁コイル１６によって磁気回路Ｚが形成される。例えば、マグネット１２ｐ,１２ｑ間には、マグネット１２ｐ→界磁極部１４ｐ→ティース２５ａ→胴部２４→ティース２５ｂ→界磁極部１４ｑ→マグネット１２ｑ→ヨーク１１→マグネット１２ｐなる磁気回路Ｙ１が形成される。また、界磁コイル１６ｐによっては、連結コア部１５ｐ→界磁極部１４ｐ→ティース２５ａ→胴部２４→ティース２５ｂ→界磁極部１４ｑ→連結コア部１５ｐなる磁気回路Ｚ１が形成される。
【００２１】
ここで、図１,２を比較すると、図１では、隣接するマグネット１２間の連結コア部１５が磁路となっているのに対し、図２では、マグネット１２の磁束は連結コア部１５を通らず、ティース２５が磁路となっている。これは、界磁コイル１６を前述のような方向に励磁すると、界磁コイル１６によって発生した磁束によって、マグネット１２から連結コア部１５への磁束の流入が阻まれると共に、界磁コイル１６の磁束によってマグネット１２の磁束がティース２５側へと導入されるためである。このように磁気回路Ｙ,Ｚが形成されると、界磁コイル１６によって発生した磁束と、マグネット１２の磁束とが共に回転子３を通ることになる。この状態で電機子コイル２３が順に励磁されると、回転子３と固定子２との間に適宜吸引力と反発力が生じ、回転子３が固定子２内にて回転し、モータ１が駆動される。
【００２２】
このように、当該モータ１では、モータ駆動時には界磁コイル１６とマグネット１２を用いて界磁を形成する。ここで、前述のように、フリクショントルク等の低減のためにフィールドコイル界磁モータを使用すると、モータ体格が大きくなり消費電力も増大する。これに対し、モータ１は、マグネット界磁モータに比べるとやや体格は大きいものの、界磁コイル１６とマグネット１２の併用により、通常のフィールドコイル界磁モータよりもモータ体格を小さくでき、消費電流も低減できる。従って、本発明によるモータ１によれば、モータ体格を抑えつつフリクショントルク等を低減でき、小型化の要請に応えつつＰＳＤの操作性を向上させることが可能となる。
【００２３】
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、ＰＳＤ用の直流モータに本発明を適用した例を示したが、ＰＴＧ用モータやＥＰＳ用モータ、ＥＴＣ用モータ、パーキングロックアクチュエータ用モータ等、各種車載モータにも本発明を適用可能である。例えば、ＥＰＳ用モータに本発明を適用した場合にはハンドル戻りの遅れを防止でき、また、ＥＴＣ用モータに本発明を適用した場合にはスロットルバルブの応答性低下を防止できる。なお、各種産業ロボット用モータやＩＴ機器用モータなど、車載モータ以外の直流モータにも本発明は適用可能である。
【００２４】
さらに、前述の実施例では、４極のモータについて説明したが、モータの極数はこれに限定されない。加えて、前述の実施例では、モータ１を直巻モータとしたが、電機子コイル２３と界磁コイル１６を並列に接続し、モータ１を分巻モータとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例であるモータの構成を示す断面図である。
【図２】界磁コイル及び電機子コイルに通電を行っていない場合（無通電時）の磁束の流れを示す説明図である。
【図３】界磁コイル及び電機子コイルに通電を行った場合（通電時）の磁束の流れを示す説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    モータ
２    固定子
３    回転子
１１    ヨーク
１１ａ  内周面
１２    マグネット
１２ａ  外周面
１２ｂ  内周面
１２ｐ,１２ｑ,１２ｒ,１２ｓ    マグネット
１３    ステータコア
１３ａ  外周面
１４    界磁極部
１４ｐ,１４ｑ    界磁極部
１５    連結コア部
１５ｐ  連結コア部
１６    界磁コイル
１６ｐ  界磁コイル
２１    回転軸
２２    ロータコア
２３    電機子コイル
２４    胴部
２５    ティース
２５ａ,２５ｂ    ティース
Ｘ    磁気回路
Ｘ１  磁気回路
Ｙ    磁気回路
Ｙ１  磁気回路
Ｚ    磁気回路
Ｚ１  磁気回路
【図１】
2007006597.tif 000003
【図２】
2007006597.tif 000004
【図３】
2007006597.tif 000005