(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体格が小さい直流モータを提供する。【解決手段】ステータコア１２とフィールドコイル１３とを備える固定子２を筒状のヨーク１１内に配置する。ステータコア１２の軸方向端部に、周方向に交互に異極となるように複数のマグネット１４を配置する。磁性体にて形成されたリングコア１５によって隣接するマグネット１４同士を磁気的に接続する。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２６を備える回転子３を回転自在に配する。フィールドコイル１３非通電時は、隣接するマグネット１４間に、リングコア１５、ヨーク１１、ステータコア１２を通る磁気回路Ｘが形成される。無通電時には、マグネット１４の磁束は回転子３内を通らず、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４
2007006598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のヨークと、
前記ヨーク内に配置され、前記ヨークと磁気的に接続されたステータコアと、前記ステータコアに巻装されたフィールドコイルとを備えてなる固定子と、
前記ステータコアの軸方向端部に周方向に沿って取り付けられ、軸方向端面側が周方向に交互に異極となるように配置された永久磁石と、
磁性体にて形成され、隣接する磁極同士を磁気的に接続するコア部材と、
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ステータコア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、前記コア部材はリング状に形成され、前記永久磁石は前記コア部材の軸方向端面に周方向に沿って取り付けられることを特徴とする直流モータ。
【請求項３】
請求項２記載の直流モータにおいて、前記コア部材は、前記永久磁石の前記ステータコアに対して軸方向反対側の部位に取り付けら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、前記フィールドコイル非通電時には、隣接する前記永久磁石間に、前記ステータコアと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、前記フィールドコイル通電時には、前記永久磁石によって生じる磁束と前記フィールド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。
【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を抑えつつ、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、前記ヨーク内に配置され、前記ヨークと磁気的に接続されたステータコアと、前記ステータコアに巻装されたフィールドコイルとを備えてなる固定子と、前記ステータコアの軸方向端部に周方向に沿って取り付けられ、軸方向端面側が周方向に交互に異極となるように配置された永久磁石と、磁性体にて形成され、隣接する磁極同士を磁気的に接続するコア部材と、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ステータコア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、フィールドコイル通電時は、フィールドコイルによる磁束と永久磁石による磁束の両方によってモータが駆動されるので、フィールドコイルを小さくすることができ、通常のフィールドコイル界磁モータよりも体格が小型化される。一方、フィールドコイル非通電時は、永久磁石による磁束は、コア部材を介してヨークとステータコア内に流れ、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せず、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。
【０００９】
前記直流モータにおいて、前記コア部材をリング状に形成し、前記永久磁石を前記コア部材の軸方向端面に周方向に沿って取り付けるようにしても良い。この場合、前記コア部材を、前記永久磁石の前記ステータコアに対して軸方向反対側の部位に取り付けるようにしても良い。
【００１０】
前記直流モータにおいて、前記フィールドコイル非通電時は、隣接する前記永久磁石間に、前記ステータコアと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。また、前記直流モータにおいて、前記フィールドコイル通電時は、前記永久磁石によって生じる磁束と前記フィールド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を形成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、ステータコアとフィールドコイルとを備える固定子を筒状のヨーク内に配置し、ステータコアの軸方向端部に周方向に交互に異極となるように複数の永久磁石を配置すると共に、磁性体にて形成されたコア部材によって隣接する永久磁石同士を磁気的に接続し、さらに、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、フィールドコイル通電時は、フィールドコイルによる磁束と永久磁石による磁束の両方によってモータが駆動され、その分、通常のフィールドコイル界磁モータよりもフィールドコイルを小さくすることができる。また、フィールドコイル非通電時は、永久磁石の磁束がコア部材を介してヨークとステータコア内を流れるので、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、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することができる。従って、磁気的フリクショントルクやコギングトルクを抑えつつ、通常のフィールドコイル界磁モータよりも小型・低消費電力化された直流モータを提供す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り、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った断面、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１のモータ１は、ブラシ付きの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。
【００１３】
固定子２は、突極状のステータコア１２と、ステータコア１２に巻装されたフィールドコイル１３とを備えている。ステータコア１２は鋼板を複数枚積層して形成されており、ヨーク中心方向に突出する形で周方向に４個等分に設けられている（１２ｐ〜１２ｓ）。ステータコア１２の外周部１２ａは、ヨーク１１の内周面１１ａに固定されており、ステータコア１２はヨーク１１と磁気的に接続された状態となっている。各ステータコア１２にはフィールドコイル１３が巻装されており、隣接するステータコア１２のフィールドコイル１３は互いに巻方向が逆になっている。また、ステータコア１２の軸方向両端部には、図１に示すように、マグネット１４が取り付けられている。マグネット１４は、リングコア１５に取り付けられた状態で、ステータコア１２の端部に固定されている。
【００１４】
図２,３にマグネット１４及びリングコア１５の構成を示す。図２（ａ）は図２（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図、図２（ｂ）はマグネット１４及びリングコア１５の正面図、図３はその斜視図である。図２,３に示すように、リングコア１５は円環形の板状部材であり、鉄等の磁性体にて形成されている。マグネット１４は中心角７０°の円弧状に形成されており、リングコア１５の軸方向端面１５ａに４個等分に固定されている。周方向に隣接するマグネット１４は、軸方向端面側の磁極が互いに異極となるように配置されている。マグネット１４及びリングコア１５は、ステータコア１２の両端部１２ｂ,１２ｃにそれぞれ取り付けられている。
【００１５】
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。回転軸２１には、ロータコア２２に隣接してコンミテータ２４が取り付けられている。コンミテータ２４には、電機子コイル２３が電気的に接続されている。コンミテータ２４には径方向から図示しない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２５と、胴部２５から径方向に向かって突設されたティース２６とを備えている。ティース２６は放射状に複数個設けられており、その先端部はステータコア１２に対向している。各ティース２６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はフィールドコイル１３と直列に接続されている。
【００１６】
次に、このようなモータ１の作用について説明する。図４はフィールドコイル１３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５は、フィールドコイル１３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。なお、図４の（ａ）,（ｂ）と、図５の（ａ）,（ｂ）は、図１の（ａ）,（ｂ）と同様の関係の断面図である。モータ１は、基本的にはフィールドコイル界磁モータであるが、界磁磁束を補助するため、マグネット１４が配設されている。前述のように、マグネット界磁モータでは、磁気的フリクショントルクやコギングトルクの問題があり、モータ１においてもマグネット１４の存在によりその点が問題となる。
【００１７】
しかしながら、当該モータ１にあっては、無通電時には、図４に示すように、隣接するマグネット１４間に磁気回路Ｘが形成され、回転子３側には磁束が流れない。例えば、マグネット１４ｐ,１４ｑについて見ると、それらの間には、マグネット１４ｐ→（図４（ｂ）において紙面手前側から；図４（ａ）Ｍ部の磁束方向参照）ステータコア１２ｐ→ヨーク１１→ステータコア１２ｐ（図４（ｂ）において紙面手前側に向かって；図４（ａ）Ｎ部の磁束方向参照）→マグネット１４ｑ→リングコア１５（図４（ｂ）の紙面手前側；図４（ａ）参照）→マグネット１４ｐなる磁気回路Ｘ１が形成される。
【００１８】
この場合、ステータコア１２からティース２６を通る経路は、両者間に空隙が存在することもあり、リングコア１５やヨーク１１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１４の磁束はティース２６側へは流れず、リングコア１５やヨーク１１を介して隣接するマグネット１４へと向かう。すなわち、モータ１では、フィールドコイル非通電時には、固定子２側で閉じた磁気回路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、ステータコア１２とティース２６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。
【００１９】
このように、当該モータ１では、フィールドコイル１３非通電時には、マグネット１４の磁束がリングコア１５やヨーク１１を通り回転子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。
【００２０】
また、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１４の減磁が起きにくくなり、マグネット１４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。
【００２１】
一方、図１のモータ１を駆動する場合には、フィールドコイル１３とマグネット１４の両方によって界磁が形成される。フィールドコイル１３が通電されると、ステータコア１２の内径側端部は周方向に交互に異極となる。これにより、固定子２と回転子３内には、図５に示すように、フィールドコイル１３によって磁気回路Ｙ、マグネット１４によって磁気回路Ｚがそれぞれ形成される。
【００２２】
磁気回路Ｙは、ヨーク１１と回転子３を介して、隣接するステータコア１２間に形成される。例えば、フィールドコイル１３ｐ,１３ｑ間には、ステータコア１２ｐ→ティース２６ｂ→胴部２５→ティース２６ｃ→ステータコア１２ｑ→ヨーク１１→ステータコア１２ｐなる磁気回路Ｙ１が形成される。また、磁気回路Ｚは、リングコア１５と回転子３を介して、隣接するマグネット１４間に形成される。例えば、マグネット１４ｐ,１４ｑ間には、マグネット１４ｐ→（図５（ｂ）において紙面手前側から；図５（ａ）Ｍ部の磁束方向参照）ステータコア１２ｐ→ティース２６ａ→胴部２５→ティース２６ｄ→ステータコア１２ｑ→（図５（ｂ）において紙面手前側に向かって；図５（ａ）Ｎ部の磁束方向参照）→マグネット１４ｑ→リングコア１５（図５（ｂ）の紙面手前側；図５（ａ）参照）→マグネット１４ｐなる磁気回路Ｚ１が形成される。
【００２３】
ここで、図４（ｂ）,５（ｂ）を比較すると、図４（ｂ）では、隣接するマグネット１４間の磁気回路Ｘはティース２６側を通らずヨーク１１が磁路となっているのに対し、図５（ｂ）の磁気回路Ｚはヨーク１１を通らずティース２６が磁路となっている。これは、フィールドコイル１３を励磁すると、フィールドコイル１３によって発生した磁束によって、マグネット１４からヨーク１１への磁束の流入が阻まれると共に、フィールドコイル１３の磁束によってマグネット１４の磁束がティース２６側へと導入されるためである。
【００２４】
磁気回路Ｙ,Ｚが形成されると、フィールドコイル１３によって発生した磁束と、マグネット１４の磁束とが共に回転子３を通る。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。このように、当該モータ１では、モータ駆動時の界磁磁束をフィールドコイル１３とマグネット１４によって形成し、フィールドコイル１３による界磁磁束をマグネット１４によって補助するようにしている。このため、通常のフィールドコイル界磁モータに比して、フィールドコイルを小さくすることができる。なお、本発明による直流モータは、比較的、軸方向の長さを小さく構成できるため、偏平型のモータに好適である。
【００２５】
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、フィールドコイル１３とマグネット１４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。しかも、無通電時には、マグネット１４の磁束は回転子３側には流れず、フリクショントルク等もほぼゼロに抑えられる。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の操作性向上を図ることが可能となる。
【００２６】
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。
【００２７】
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とフィールドコイル１３を並列に接続し、モータ１を分巻モータとしても良い。
【００２８】
加えて、前述の実施例では、４個のマグネット１４を用いた例を示したが、図６（ａ）のように、極異方性リングマグネット１６を用いて、リングコア１５を省くことも可能である。また、図６（ｂ）のように、垂直方向（軸方向）着磁したリングマグネット１７にリングコア１５を取り付けた構成を採用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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り、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った断面、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図２】（ａ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図、（ｂ）はマグネット及びリングコアの正面図である。
【図３】マグネット及びリングコアの斜視図である。
【図４】フィールド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５】フィールド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。
【図６】マグネットの変形例を示す説明図であり、（ａ）は極異方性リングマグネットを用いた構成、（ｂ）は垂直方向着磁リングマグネットとリングコアを用いた構成を示している。
【符号の説明】
【００３０】
１    モータ
２    固定子
３    回転子
１１    ヨーク
１１ａ  内周面
１２    ステータコア
１２ａ  外周部
１２ｂ,１２ｃ     両端部
１２ｐ〜１２ｓ    ステータコア
１３    フィールドコイル
１３ｐ,１３ｑ    フィールドコイル
１４    マグネット
１４ｐ,１４ｑ    マグネット
１５    リングコア
１５ａ  軸方向端面
２１    回転軸
２２    ロータコア
２３    電機子コイル
２４    コンミテータ
２５    胴部
２６    ティース
２６ａ〜２６ｄ    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】
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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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