(57)【要約】    【課題】駆動特性を低下させずに、取り付けやすく、小型化した小型ＤＣモータを提供することにある。    【解決手段】小型ＤＣモータ１は、一定板厚を有し、断面が四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状の筒状部４を有するモータフレーム３と、内側に円周面を有し、外側をモータフレーム３に密接させた形状のマグネット２とを備える。前記形状は、隣接する各辺の間を任意の形状の弧で連結した形状、隣接する各辺の間を円周面を形成する円弧の半径の長さに対して任意比率の半径の円弧で連結した形状、隣接する各辺の間を直線で連結した形状等で構成する。マグネット２は、半径方向でみて、最小幅に対する最大幅の比率が１：２〜３の範囲の値に形成されている。【選択図】図１
2007006688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定板厚を有し、断面が四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状の筒状部を有するモータフレームと、内側に円周面を有し、外側を前記モータフレームに密接させた形状のマグネットとを備えたことを特徴とする小型ＤＣモータ。
【請求項２】
前記モータフレームの前記断面形状を、四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状であって、隣接する前記各辺の間を任意の形状の弧で連結した形状としたことを特徴とする請求項１記載の小型ＤＣモータ。  
【請求項３】
前記モータフレームの前記断面形状を、四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状であって、隣接する前記各辺の間を、前記円周面を形成する円弧の半径の長さに対して任意比率の円弧で連結した形状としたことを特徴とする請求項１記載の小型ＤＣモータ。
【請求項４】
前記モータフレームの前記断面形状を、四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状であって、隣接する前記各辺の間を直線で連結した形状としたことを特徴とする請求項１記載の小型ＤＣモータ。
【請求項５】
前記モータフレームの前記断面形状を、四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状であって、ｎを１以上の正の整数とするとき、２（ｎ＋１）角形としたことを特徴とする請求項１記載の小型ＤＣモータ。
【請求項６】
前記マグネットは前記円周面に沿って一方向に交互に異なる磁極に着磁されている部分を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の小型ＤＣモータ。
【請求項７】
前記マグネットの前記着磁されている部分が相互に分離されていることを特徴とする請求項６記載の小型ＤＣモータ。
【請求項８】
前記マグネットは異なる磁極に着磁されている部分が前記モータフレームの前記内側に押し潰した角に接する部分を有することを特徴とする請求項６又は７記載の小型ＤＣモータ。
【請求項９】
前記マグネットは、半径方向でみて、最小幅に対する最大幅の比率が１：２〜３の範囲に形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の小型ＤＣモータ。
【請求項１０】
前記マグネットは、前記任意比率を６５％から８５％の間に設定したことを特徴とする請求項３記載の小型ＤＣモータ。
【請求項１１】
電機子巻線を有し、前記モータフレーム内に回転自在に配置されたアマチュア組立体を備え、前記アマチュア組立体は、少なくとも導線を巻回したコイルを円筒状に成形した電機子巻線成形体を有し、該電機子巻線成形体に対向して円筒部を有する内ヨークを固定して設けたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載の小型ＤＣモータ。
【請求項１２】
電機子巻線を有し、前記モータフレーム内に回転自在に配置されたアマチュア組立体を備え、前記アマチュア組立体は、少なくとも導線を巻回したコイルを円筒状に成形した電機子巻線成形体と、該電機子巻線成形体の内側に接して設けた円筒形状の可動バックヨークを有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載の小型ＤＣモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータフレームの容積を小さくすると共にモータフレームを取り付け易くした小型ＤＣモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザープリンター、インクジェットプリンター、電装用等に使用されるＤＣモータでは、モータの特性を維持した状態で、モータの小型化が要求されている。
そのため、モータの特性を左右する回転体の磁気構成部（アマチユアコアの外径と積厚）を維持した状態で、固定体の磁気構成部（マグネット、モータフレーム）の形状を、変えることによりモータ外形を小型化する。
【０００３】
ＤＣモータを回転させるためには、基本的には、着磁磁極数（Ｎ：任意の正の整数）に対しアマチュアコアのスロット数（Ｍ：任意の正の整数）が２Ｎ：３Ｍとなるので、マグネットの着磁磁極数は、２極、４極、６極、８極、…となる。ＤＣモータの一般的な形状は、小判形と円筒形で、小判形はマグネットが２極着磁されており、円筒形は、２極から２Ｎの着磁がされている。円筒形のモ一タの場合、小型化するためには、マグネットのグレード（最大エネルギー積：（ＢＨ）ｍａｘ）を上げ、マグネットの厚みを減らし、コアの外径を小さくし特性を維持しようとしているが、マグネットの厚みを変更した場合、マグネットのグレードをＵＰするだけでは、モータ特性を維持することは、非常に厳しく困難な場合がほとんどとなる。
【０００４】
また、小型化が要求されるモータにおいては、収納空間を狭くする必要性から、モータフレームを可能な限り小さく形成する。そのため、ロータの形状に合わせた円筒形、小判形が多く、界磁マグネットをモータフレームに取り付けるタイプのものにおいても同様に円筒形、小判形のモータフレームが用いられている。
【０００５】
特性の維持を図りながら、形状の小型化と取り付け易さをねらった先行技術は下記特許文献１に示されている。モータフレームの形状を、マグネットの着磁磁極数と同じ数の角部を有する四角形にすることで、アマチュアコアの外形を変更することなく、更に、特性を維持するためにマグネットの極の中心部の厚みを減らすことなく、モータの小型化を可能にしている。
【０００６】
図８は特許文献１の小型直流モータの断面図である。
【０００７】
図８の小型直流モータ１００は、断面が略正方形の四角筒型モータフレーム１０１と、このモータフレーム１０１の内側に格納され内側に円筒空間を有するものであって前記四角筒型モータフレーム１０１の角部に磁極の中心が来るように４極をＮ極，Ｓ極として交互に磁化したマグネット１０２と、このマグネット１０２の前記円筒空間に径方向空隙を介して格納したロータ１０３と、印刷配線板（図示省略）に横置き載置して用いられるように四角筒形モータフレーム１０１の一側面側に引き出された給電端子（図示省略）を備えてなる。
【０００８】
上記特許文献１の、Ｎ，Ｓ交互に磁化された４極界磁マグネット１０２を備えた小型直流モータ１００では、界磁マグネット１０２を保持するモータフレームを断面が略正方形になるように形成され、磁極の中心が正方形の角にくるように磁化させたもので、この界磁マグネット１０２はプラスチック磁石からなり、前記四角筒形モータフレーム１０１と一体にモールドされたものを用いる。
【０００９】
このようにすると、角型のため、印刷配線基板等に両面粘着テープで接着により固定できる。界磁マグネット１０２の正方形の角の部分は肉厚になるので、実質なパーミアンス係数が大となる。
【特許文献１】特開平０７−０５９３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１の小型直流モータは、モータフレームの４角までもマグネットを充填するので、実際の駆動特性が必要とする以上のマグネット厚みになっている。すなわち、モータフレームの４角部分に対応するマグネット部分は、回転中心から半径方向に見た場合、最もマグネットの厚みが厚く、磁気特性（磁束密度特性）が必要とするサイン波特性を形成する以上のマグネット厚となっている。そのため、モータフレームの４角部分に対応するマグネット部分は特性上問題が発生しない程度削除することが可能となる。
また、モータフレームを固定する際、モータフレームに辺があれば固定し易いという効果が生じるといえるので、もとの辺の一部が残っていれば一応効果を奏するものとなる。従来のものにはこれら問題点があった。
【００１１】
本発明の目的は、以上の点に鑑み、駆動特性を低下させずに、取り付けやすく、小型化した小型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】
【００１２】
上記目的を達成するために以下の解決手段を採用する。
（１）小型ＤＣモータは、一定板厚を有し、断面が四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状の筒状部を有するモータフレームと、内側に円周面を有し、外側を前記モータフレームに密接させた形状のマグネットとを備たことを特徴とする。
（２）上記（１）記載の小型ＤＣモータは、前記モータフレームの前記断面形状を、四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状であって、隣接する前記各辺の間を任意の形状の弧で連結した形状としたことを特徴とする。  
（３）上記（１）記載の小型ＤＣモータは、前記モータフレームの前記断面形状を、四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状であって、隣接する前記各辺の間を、前記円周面を形成する円弧の半径の長さに対して任意比率の半径の円弧で連結した形状としたことを特徴とする。
（４）上記（１）記載の小型ＤＣモータは、前記モータフレームの前記断面形状を、四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状であって、隣接する前記各辺の間を直線で連結した形状としたことを特徴とする。
（５）上記（１）記載の小型ＤＣモータは、前記モータフレームの前記断面形状を、四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状であって、ｎを１以上の正の整数とするとき、２（ｎ＋１）角形としたことを特徴とする。
（６）上記（１）乃至（５）のいずれか１項記載の小型ＤＣモータは、前記マグネットが前記円周面に沿って一方向に交互に異なる磁極に着磁されている部分を有することを特徴とする。
（７）上記（６）記載の小型ＤＣモータは、前記マグネットの前記着磁されている部分が相互に分離されていることを特徴とする。
（８）上記（６）又は（７）記載の小型ＤＣモータは、前記マグネットは異なる磁極に着磁されている部分が前記モータフレームの前記内側に押し潰した角に接する部分を有することを特徴とする。
（９）上記（１）乃至（８）のいずれか１項記載の小型ＤＣモータは、前記マグネットが、半径方向でみて、最小幅に対する最大幅の比率が１：２〜３の範囲に形成されていることを特徴とする。
（１０）上記（３）記載の小型ＤＣモータは、前記マグネットが、前記任意比率を６５％から８５％の間に設定したことを特徴とする。
（１１）上記（１）乃至（１０）のいずれか１項記載の小型ＤＣモータは、電機子巻線を有し、前記モータフレーム内に回転自在に配置されたアマチュア組立体を備え、前記アマチュア組立体は、少なくとも導線を巻回したコイルを円筒状に成形した電機子巻線成形体を有し、該電機子巻線成形体に対向して円筒部を有する内ヨークを固定して設けたことを特徴とする。
（１２）上記（１）乃至（１０）のいずれか１項記載の小型ＤＣモータは、電機子巻線を有し、前記モータフレーム内に回転自在に配置されたアマチュア組立体を備え、前記アマチュア組立体は、少なくとも導線を巻回したコイルを円筒状に成形したアマチュア巻線成形体と、該アマチュア巻線成形体の内側に接して設けた円筒形状の可動バックヨークを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の小型ＤＣモータは、一定板厚を有し、断面が四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状の筒状部を有するモータフレームと、内側に円周面を有し、外側を前記モータフレームに密接させた形状のマグネットとを備えたものとしたので、マグネットの形状を必要な磁気特性を維持しながら小さくでき、それに伴いモータフレーム形状を取り付けやすく且つ小さくできる。
【００１４】
モータフレームは任意の２（ｎ＋１）角形とした場合にも所期の効果を有する。但しｎは１以上の正の整数とする。
【００１５】
マグネットの形状を、半径方向でみて、最小幅に対する最大幅の比率が１：２〜３の範囲としたので、必要な磁気特性を維持しながら形状を小さくできる。
【００１６】
コアレスモータ又はスロットレスコアードモータに本発明の界磁マグネット構成を組み込むことにより、上で述べた理由と同じ理由で、小型化でき、トルクを大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態を以下図に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の小型ＤＣモータの特徴を従来例との比較で説明する説明図である。
【００１９】
図中、図１（ａ）〜（ｄ）は従来の一般的なフェライトマグネットを用いたＤＣモータの構成図で、図１（ａ）は図１（ｃ）のａ−ａ側面図、図１（ｂ）は図１（ｃ）のｂ−ｂ断面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＣ−Ｃ断面図、図１（ｄ）は図１（ｃ）のｄ−ｄ側面図である。
図１（ａ）〜（ｄ）では、回転方向にＮＳと着磁した断面円弧状のマグネット１０５を２個隙間を設けて軸対称に円筒状モータフレーム１０６の側壁に沿わせて設けた構造をとる。
このような構造を採用すると、１例では、ロータ直径が２３ｍｍの場合、モータフレーム直径は３５．８ｍｍなる。
図中、図１（ｅ）〜（ｈ）は従来のネオジムマグネットを用いたＤＣモータの構成図で、図１（ｅ）は図１（ｇ）のｅ−ｅ側面図、図１（ｆ）は図１（ｇ）のｆ−ｆ断面図、図１（ｇ）は図１（ｆ）のｇ−ｇ断面図、図１（ｈ）は図１（ｇ）のｈ−ｈ側面図である。
図１（ｅ）〜（ｈ）では、回転方向にＮ又はＳと着磁した断面円弧状のマグネット１１１を４個軸対称に円筒状モータフレーム１１２の側壁に沿わせて環状に設けた構造をとる。マグネットのグレードを図１（ａ）の最大エネルギー積（（ＢＨ）ｍａｘ）の比較的小さいフェライトマグネット（（ＢＨ）ｍａｘ（ＢａＯ・６Ｆｅ２Ｏ３）・・１３（Ｊ／ｍ３×１０３）、（ＢＨ）ｍａｘ（ＳｒＯ・６Ｆｅ２Ｏ３）・・１７（Ｊ／ｍ３×１０３））からこの例の最大エネルギー積（（ＢＨ）ｍａｘ）の大きいネオジムマグネット（（ＢＨ）ｍａｘ（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）・・１８０（Ｊ／ｍ３×１０３））に変更することによって、ロータ直径を同じにした場合、モータフレーム直径を小さくできる。このような構造を採用すると、１例では、ロータ直径が２３ｍｍの場合、モータフレーム直径は３２ｍｍなる。
図中、図１（ｉ）〜（ｌ）は本発明のネオジムマグネットを用いた小型ＤＣモータの構成図で、図１（ｉ）は図１（ｋ）のｉ−ｉ側面図、図１（ｊ）は図１（ｋ）のｊ−ｊ断面図、図１（ｋ）は図１（ｊ）のｋ−ｋ断面図、図１（ｌ）は図１（ｋ）のｌ−ｌ側面図である。
【００２０】
図１（ｉ）〜（ｌ）の小型ＤＣモータ１では、回転方向にＮ又はＳと着磁した断面円弧状のマグネット２を４個軸対称に円筒状モータフレーム３の側壁に沿わせて環状に設けた構造をとる。
【００２１】
モータフレーム３は、一定板厚を有し、断面が四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状の筒状部４と、シャフト７を挿通するための開口を有する端板部５を有する。特にこの例の場合、四角形の角はシャフト７の中心からの同心円の弧により丸めた形状になっている。
【００２２】
モータフレーム３における筒状部４の開口端には、樹脂製のエンドキャップ６が嵌め込まれている。エンドキャップ６は、シャフト７を挿通するための開口を有し、シャフト７に設けられるコミテータと接触するブラシとその端子部を圧入固定してある。
マグネット２は、内側に円周面を有し、外側をモータフレーム３に密接させた形状を有する。
このような構造を採用すると、１例では、ロータ直径が２３ｍｍの場合、モータフレームの外側の最短直径は２８．５ｍｍになる。
【００２３】
また、採用するマグネット２の材質も図１（ｅ）の従来のネオジムマグネットを用いたＤＣモータの例と異ならない。
【００２４】
以上を考慮すると、本発明の小型ＤＣモータ１は、一定板厚を有し、断面が四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状の筒状部４を有するモータフレーム３と、内側に円周面を有し、外側をモータフレーム３に密接させた形状のマグネット２とを備えた構成を採用することにより、駆動特性を維持するために必要な磁気特性（回転に応じたサイン波特性）を保持しながら、モータフレーム３の断面積を最小にすることができ、また、モータフレーム３の側壁には断面でみたときの直線の辺からなる平面が形成されるので、モータフレーム３の取り付けが容易になる特徴を有するものとなる。
【００２５】
［マグネット形状］
ＤＣモータを構成する部品の中でもマグネットは最も高価な部品であり、モータ特性を維持した上で最小限の重量にする必要がある。
本発明のマグネットを特許文献１の従来のマグネットと比較して説明する。
図２は、本発明のモータフレームとマグネットの特徴を従来例との比較で説明する説明図である。
具体的には、特許文献１の従来のマグネット（図３（ｆ１）、図３（ｆ２）参照）と、本発明の図１（ｊ）のマグネット（図３（ｃ１）、図３（ｃ２）参照）および後記する代表的なモータフレーム形状が変則８角形のマグネット（図３（ｂ１）、図３（ｂ２）参照）の比較図である。
図２（ａ）はモータフレームの断面形状、図２（ｂ）はマグネットの１磁極分の断面図である。
まず、マグネットの形状を説明する。 
マグネットの１磁極分の断面形状は、図２（ｂ）において、内側面を相互に整合させて位置決めすると、特許文献１の従来のマグネットが実線のｆ４形状になり、本発明の図１（ｊ）のマグネットが点線のｃ４形状になり、本発明の変則８角形のマグネットが１点鎖線のｂ４形状になる。
本発明のｂ４形状およびｃ４形状は、従来のｆ４形状の角を内側に押し潰した形状になっている。
【００２６】
この角を内側に押し潰した形状を軸（シャフト）中心からの半径方向幅で表すと、回転方向両端の幅Ｌ１ｂ（＝Ｌ１ｃ）に対するｂ４形状の最大幅Ｌ２ｂの比率を２．０≦Ｌ２ｂ／Ｌ１ｂ≦３．０の範囲に設定し、回転方向両端の幅Ｌ１ｂ（Ｌ１ｃ）に対するＣ４形状の最大幅Ｌ２ｃとの比率を２．０≦Ｌ２ｃ／Ｌ１ｂ≦３．０の範囲に設定する。
（比率）
次にこの比率を１：２〜３にする理由について説明する。
【００２７】
以下の表１および表２の測定データは図１（ｉ）〜図１（ｌ）に示した本発明の小型ＤＣモータを用いて採取した。モータは、ロータ直径が２３ｍｍ、モータフレームの最短直径が２８．５ｍｍの構成のものを用いた。
【００２８】
図４は本発明のマグネットのＬ２：Ｌ１の比率によるトルク特性図である。図４のデータは本発明の図１（ｊ）のマグネットを基にした測定データであり、以下の表１になる。
【００２９】
【表１】
2007006688.tif 000003
【００３０】
上記トルク特性では、起動トルクが比較的大きく、且つ、コギングトルクが比較的小さい領域としてＬ１に対するＬ２の比率が２．０≦Ｌ２／Ｌ１≦３．０の範囲が該当する。
【００３１】
次に、本発明の図１（ｊ）のマグネット（図３（ｃ１）、図３（ｃ２）参照）の角を丸める場合の形状について説明する。
【００３２】
図５は本発明のマグネットの内半径に対するコーナーＲの比率による磁気特性と質量（コスト）の特性図である。図５のデータは本発明の図１（ｊ）のマグネットを基にした測定データであり、以下の表２になる。
【００３３】
【表２】
2007006688.tif 000004
【００３４】
上記マグネットの内半径（内側の曲面を形成する円弧の半径の長さ）に対するコーナーＲ（マグネットの外側の曲面を形成する円弧の半径の長さ）の比率による磁気特性（起動トルク特性）は、比較的高い範囲にあり、且つ、上記マグネットの内半径に対するコーナーＲの比率による質量特性、即ち、質量をコストで表した特性は、比較的安い範囲にある条件を満たす範囲として、マグネットの内半径に対するコーナーＲの比率（即ち、マグネットの内径（半径）に対するコーナーの曲率半径）を６５％〜８５％の範囲に設定する。
【００３５】
この結果、マグネットの角に丸み（Ｒ）を設ける形状の場合には、２つの条件、即ち、
（１）マグネットの幅Ｌ１に対する幅Ｌ２の比率が２．０≦Ｌ２／Ｌ１≦３．０の範囲に設定する条件、
（２）マグネットの内半径に対するコーナーＲの半径の比率を６５％〜８５％の範囲に設定する条件が、
単独又は両方一緒に設定されることになる。
【００３６】
一方、変則８角形のマグネット（図３（ｂ１）、図３（ｂ２）参照）の場合は、図２（ｂ）のｂ４形状のように、角は直線で切った形状になる。この直線の傾きは、基本的には任意の傾きに設定できるが、好ましくは、マグネットの内側曲面を形成する円弧の中心から延ばした半径で描いた円弧に接する接線の傾きか、又は、マグネットの断面の外側の直線部分から所定角度の傾きか、又は、モータフレームの多角形状に合わせた角度の傾きとする。
この角が直線で切った形状の場合には、マグネットの幅Ｌ１に対する幅Ｌ２の比率が２．０≦Ｌ２／Ｌ１≦３．０の範囲に設定する条件が必要となる。
また、本発明の小型ＤＣモータは、マグネットが円周面に沿って一方向に交互に異なる磁極に着磁されている部分を有するものであってもよい、また、マグネットの着磁されている部分が相互に分離されているものであってもよい、また、マグネットは異なる磁極に着磁されている部分がモータフレームの内側に押し潰した角に接する部分を有するものであってもよい。
［モータフレーム形状］
図２（ａ）はモータフレームの断面の外側形状を示す図である。
【００３７】
図中、特許文献１の従来のモータフレームが実線のｆ３形状になり、本発明の図１（ｊ）のモータフレームが点線のｃ３形状になり、本発明の変則８角形のマグネットが１点鎖線のｂ３形状になる。本発明のｃ３形状およびｂ３形状は、従来例のｆ３形状と比べ、角部分が大幅に削除された形状となり、占有空間が減少したことがわかる。また、弧の両側が直線の辺になっているので、据わりの良い安定した取り付けができる。
【００３８】
また、本発明の小型ＤＣモータは、モータフレームの断面形状を、四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状であって、隣接する各辺の間を任意の形状の弧で連結した形状としたものでもよく、また、モータフレームの断面形状を、四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状であって、隣接する各辺の間を、円周面を形成する円弧の半径の長さに対して任意比率の円弧で連結した形状としたものでもよく、また、モータフレームの断面形状を、四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状であって、隣接する各辺の間を直線で連結した形状としたものでもよく、また、モータフレームの断面形状を、四角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状であって、ｎを１以上の正の整数とするとき、２（ｎ＋１）角形としたものであってもよい。
【００３９】
モータフレームは、基本形状を四角形とし、この四角形の各辺の一部を残しながら角部を内側に押し潰した断面形状を、隣接する辺の間を任意の形状の弧等で連結した形状とする。基本形状をこの四角形に限らず、２（ｎ＋１）角形とすることができる。但しｎは１以上の正の整数とする。これにより、フレームの筒状部の基本形状（角部を潰す前の形状）は、例えば、四角形、六角形、八角形、・・にすることができる。
【実施例２】
【００４０】
本発明のマグネットとモータフレームの例について従来例との比較で説明する。
図３は本発明の種々の実施例の説明図である。なお、図３中、添え字１がつく図はモータフレームの端板を示す図、換言すると、モータフレーム外形を示す図である。添え字２がつく図はモータフレーム断面図である。
図３（ａ１）、図３（ａ２）は、断面図において、モータフレーム３ａは丸形形状を基本にし、マグネット２ａは、モータ特性を維持するのに必要なマグネットのパーミアンスを確保し、磁極の切り替わる部分のマグネットの幅を最小限に抑えるようにし、磁極の切り替わる部分（最小厚部分）の半径方向の厚みＬ１と磁極の中心部（最大厚部分）の半径方向の厚みＬ２の比率Ｌ２：Ｌ１が１：２〜３になるようにし、且つ、直線の辺を残した形状とする。
図３（ｂ１）、図３（ｂ２）は、再度説明すると、断面図において、モータフレーム３ｂ形状が変則８角形で、マグネット２ｂの厚みの比率Ｌ２：Ｌ１が１：２〜３になるようにし、且つ、直線の辺を残した形状とする。その他の要件は図３（ａ１）、図３（ａ２）の場合と同じとする。
図３（ｃ１）、図３（ｃ２）は、断面図において、モータフレーム３ｃは直線と弧の組合せで構成され、磁極の切り替わる部分（最小厚部分）の半径方向の厚みＬ１と磁極の中心部（最大厚部分）の半径方向の厚みＬ２の比率Ｌ２：Ｌ１が１：２〜３になるようにし、且つ、マグネット２ｃの外側の弧からなるコーナーＲの半径を、マグネット２ｃの内側の半径（内半径）の６５％〜８５％の範囲に設定する。
【００４１】
以上は、モータフレーム３ｃの半径方向の厚みが実用上問題とならない程度に薄い場合についての条件であったが、モータフレーム３ｃの厚みが実用上問題となる場合には、マグネット２ｃと接するモータフレーム３ｃの内側の条件となる。もっとも、モータフレーム３ｃの厚みを考慮してモータフレーム３ｃの外側の条件を設定してもよい。
【００４２】
図３（ｄ１）、図３（ｄ２）は、断面図において、８極１２スロットの場合のモータ形状で、他の例と同様に構成される。モータフレーム３ｄ形状は前記図３（ｂ１）および図３（ｂ２）の例と同じに形成する。マグネット２ｄは、８極をそれぞれモータフレーム３ｄの各角部に設け、磁極の切り替わる部分（最小厚部分）の厚みＬ１と磁極の中心部の厚みＬ２の比率Ｌ２：Ｌ１が１：２〜３になるようにする。
【００４３】
図３（ｅ１）、図３（ｅ２）は、断面図において、モータフレーム３ｅは図３（ｃ１）と図３（ｃ２）の例と同じで、マグネット２ｅの各極を独立固定するために、隣接磁極間に隙間８を設ける構成とする。マグネット２ｅの半径方向最小厚みＬ１と磁極の中心部の半径方向最大厚みＬ２の比率Ｌ２：Ｌ１が１：２〜３になるようにし、且つ、マグネット２ｅの外側の弧からなるコーナーＲの半径を、マグネット２ｅの内側の半径（内半径）の６５％〜８５％の間の任意の値に設定する。この構成により、本発明の隣接磁極間に隙間のない構成の小型ＤＣモータと同様の作用・効果を奏する。
隙間の間隔は、マグネット２ｅがモータの駆動特性を落とさない範囲で設けることが好ましい。
【実施例３】
【００４４】
図６は本発明のマグネット構成を適用したコアレスモータの断面図である。
図（６ａ）は図６（ｂ）のｎ−ｎ断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のｍ−ｍ断面図である。本発明のコアレスモータ２９は本発明の小型ＤＣモータに含まれる。
【００４５】
コアレスモータ２９のモータフレーム３０は、筒状部３１と、この筒状部３１に連設される端板部３２と、端板部３２に連設される軸受支持部３３からなる。軸受支持部３３の内部には、シャフト７が、この軸受支持部３３の上下端に分離して設けた２個の軸受３４、３５により回転自在に支持されている。シャフト７の一端は底板３６に当接している。シャフト７には整流子モールド３７が設けられている。
【００４６】
整流子モールド３７は、樹脂製で、モータフレーム３０の軸受支持部３３の周囲を囲繞するように設けた円筒部３７ａと、該円筒部３７ａの一端に連設されシャフト７に固定された内側環状板部３７ｂと、円筒部３７ａの他端に半径方向外方に突設した外側環状板部３７ｃとからなり、整流子片３９ａとそれに連なり電機子巻線成形体３８までの給電路となるライザ３９ｂの一部を一体に埋め込み成形してある。ライザ３９ｂの半径方向外測は電機子巻線成形体３８を金属条片のタップ３８ａにより電気的に接続すると共に必要な支持強度を持って支持している。整流子片３９ａと接触する一対のブラシ４０は、底板３６に固定した端子４１に取り付けられている。
【００４７】
電機子巻線成形体３８は、電機子巻線を巻回したコイルを厚みの薄い円筒状に形成し樹脂固定し、途中からタップ３８ａをとってライザ３９ｂに接続した構成をとる。回転側の電機子巻線成形体３８を挟むようにして固定側には内ヨーク４２と界磁マグネット４３が配置される。内ヨーク４２は、電機子巻線成形体３８に対向する円筒部４２ａと、底板３６上に配置される折り曲げ部４２ｂからなる。界磁マグネット４３は、その磁気中心をモータフレーム３０の各辺４４を連結する角部４５に合わせて配置される。
【００４８】
内ヨーク４２の円筒部４２ａは、界磁マグネット４３の発生磁束を短絡し、漏洩磁束を減少させる。
【００４９】
モータフレーム３０は、板厚一定で、断面が四角形の各辺４４の一部を残しながら角部４５を内側に押し潰した形状の筒状部３１と、この筒状部３１に連設される端板部３２と、端板部３２に連設される軸受支持部３３からなる。前記筒状部３１の断面は隣接する辺４４同士の間が角部４５の円弧で連結されている。軸受支持部３３は円筒状に形成される。
【００５０】
モータフレーム３０の筒状部３１の形状を、基本的に、界磁マグネット４３の着磁磁極数と同じ数の角部を有する四角形にすることで、界磁マグネット４３の極の中心部の厚みを減らすことなく、モータの小型化を可能にする。
【００５１】
モータフレーム３０の筒状部３１の内径に対し、電機子巻線成形体３８の外径を、最も近づいた位置、実施例の場合各辺４４の中央部分の位置で両者の間に必要最小限のエアーギャップと界磁マグネット４３の回転方向両端の幅Ｌ１のみを有するように設定する。この設定は、図６の例では、各辺４４の中央部分で行われる。
エアーギャップは、主にモータフレーム３０の内径精度と電機子巻線成形体３８の外径精度の２点の部品の精度で決まる。このため、エアーギャップは、実際の寸法としては、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の値となる。
【００５２】
モータフレーム３０の角部４５の円弧の半径は、シャフト７中心から界磁マグネット４３のシャフト７側の内側部４３ａの円弧面までの長さの５％から８５％の間の任意の値に設定する。これにより、電機子巻線成形体３８を界磁マグネット４３による配置場所の制限を受けずに径を拡大した構造で配置することができ、したがって、電機子巻線の巻回数を増加して発生トルクを増加することができる。好ましくは、上記モータフレーム３０の角部４５の円弧の半径は、シャフト７中心から界磁マグネット４３のシャフト７側の内側部４３ａの円弧面までの長さの６５％から８５％の間の任意の値に設定する。
【００５３】
界磁マグネット４３は、例えばネオジムマグネット（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）等で形成され、半径方向又は回転方向に着磁され、断面四角形の筒状部３１の角部４５に相互に離間して配置される。
【００５４】
界磁マグネット４３の断面形状は、内側部４３ａ（電機子巻線成形体３８に近接する側）がシャフト７中心からの半径で形成された円弧状を呈し、外側部４３ｂがモータフレーム３０の筒状部３１の内側面３１ａに密着した形状に形成される。この内側部４３ａと外側部４３ｂの間の連結部４３ｃは、実施例ではモータフレーム３０の筒状部３１の内側面３１ａと直交する角度に形成されているが、任意の角度にもできる。
特に、小型ＤＣモータ１において、モータ特性に大きな影響を与える、界磁マグネット４３の（ＢＨ）ｍａｘ（最大エネルギー積）と回転体の磁気構成部を構成する電機子巻線成形体３８の外径寸法の関係を最適なものとするために、
（１）界磁マグネットの幅Ｌ１に対する幅Ｌ２の比率が２．０≦Ｌ２／Ｌ１≦３．０の範囲に設定する条件、
（２）界磁マグネットの内半径に対するコーナーＲの半径の比率を６５％〜８５％の範囲に設定する条件が、
単独又は両方一緒に設定されることになる。
界磁マグネット４３が回転方向の円周面に沿って一方向に交互に異なる磁極に着磁されている部分を有するものであってもよい、また、
界磁マグネットの着磁されている部分が相互に分離されているものであってもよい、また、界磁マグネットは異なる磁極に着磁されている部分がモータフレームの内側に押し潰した角に接する部分を有するものであってもよい。
【００５５】
このように構成することにより、電機子巻線成形体３８の有効磁束を増大し、更に、電機子巻線成形体３８の巻線領域を稼ぎ、尚且つ、モータ部品として高価な界磁マグネット４３の使用量を抑え、モータ形状の小型化を図りながらトルクを増加し、コストとモータ体積の低減を実現する。
【００５６】
モータフレーム３０および界磁マグネット４３の構成は、上記のように種々変更することができる。
【００５７】
実施例３のコアレスモータ２９は、モータフレーム３０の筒状部３１の内径に対し、電機子巻線成形体３８の外径を、最も近づいた位置、実施例の場合各辺４４の中央部分の位置で両者の間に回転のために必要な最小限のギャップと界磁マグネット４３の必要最小限の幅Ｌ１を有するように設定したので、電機子巻線成形体３８の半径方向長さを長くでき、このため巻線スペースを稼ぐことができ、電機子巻線成形体３８を最大径にすることで起動トルクを稼ぎ、高価な界磁マグネット使用量を最小限にし、小型化することができる。
【００５８】
また、モータフレーム３０の筒状部３１の形状を、基本的に、界磁マグネット４３の着磁磁極数と同じ数の角部を有する四角形にすることで、ｓｉｎ波磁化特性を達成するための界磁マグネット４３の磁極の中心部の厚みを減らすことなく、モータの小型化を可能にすることができる。
【００５９】
また、整流子モールド３７の形状を、モータフレーム３０の軸受支持部３３の周囲を囲繞するように設けた円筒部３７ａと、該円筒部３７ａの一端に連設されシャフト７に固定された内側環状板部３７ｂと、円筒部３７ａの他端に半径方向外方に突設した外側環状板部３７ｃとより構成したので、整流子片３９ａとブラシ４０の接触空間を確保しながら、安定支持のために軸受３４、３５を離間して２個設けることができ、内ヨーク４２の円筒部４２ａを軸方向に長く形成することができる。
【００６０】
外側環状板部３７ｃおよび電機子巻線成形体３８は外側面に樹脂の補強膜を設け、タップ３８ａの耐震構造を構成することもできる。タップ３８ａとライザ３９ｂは溶接により接続する。タップ３８ａは短冊状に形成され、弾性を付与するために一部に湾曲部を設ける。
【００６１】
電機子巻線成形体３８を挟んで界磁マグネット４３とその反対側に内ヨーク４２を設けたので、磁性体の磁路（内ヨーク４２等）を長く設けることができ、磁路の磁気抵抗を小さく抑え、磁束密度の減少を抑制することができる。なお、コギングトルクを抑制することも当然できる。
【実施例４】
【００６２】
図７は本発明のマグネット配置構成を適用したスロットレスコアードモータの断面図である。図７（ａ）は図７（ｂ）のｐ−ｐ断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のｏ−ｏ断面図である。本発明のスロットレスコアードモータは本発明の小型ＤＣモータに含まれる。
【００６３】
本発明のスロットレスコアードモータ４７は、実施例３のコアレスモータにおいて、内ヨーク４２の代わりに、電機子巻線成形体３８の内側に接して可動バックヨーク４６が設けられ、該可動バックヨーク４６は整流子モールド３７により支持される構造を有する。可動バックヨーク４６は、磁性材を樹脂に混入したもの又は磁性材製で、スロットを有さず、電機子アマチュア巻線成形体３８と同じく円筒状に形成されている。
【００６４】
界磁マグネット４３は、実施例３と同じく４極で構成され、一対のＮ極マグネット４３ＭＮＬおよびＳ極マグネット４３ＭＳＬと、一対のＮ極マグネット４３ＭＮＳおよびＳ極マグネット４３ＭＳＳからなる。特徴は、磁束密度の同じＮ極マグネットとＳ極マグネットの１対を単位として用いる。異なる磁束密度の対のマグネットを組み合わせることもできる。各マグネットは、磁極の中心がシャフト（回転軸）７の中心に対して均等な開き角度となるように配置する。
【００６５】
磁束の透過経路を表示すると、例えばＮ極の界磁マグネット４３ＭＮＬからの磁束は、電機子巻線成形体３８、可動バックヨーク４６、電機子巻線成形体３８、Ｓ極の界磁マグネット４３ＭＳＬ、モータフレーム３０の経路で磁束が透過する。この経路では、磁気抵抗の高いギャップ箇所は、マグネット４３ＭＮＬとマグネット４３ＭＳＬとアマチュア巻線成形体３８の間のギャップのみのため、実施例３のコアレスモータに比し、磁束密度の大きい、発生トルクの大きなモータを構成することができる。
また、電機子巻線成形体３８の内側に可動バックヨーク４６を設けたので、実施例３のコアレスモータの例と比べて、慣性力が大きくなり、回転がなめらかになる。
【００６６】
以上の実施例はインナーロータ型のモータとして説明したが、おおよそ、界磁マグネットを設けたフレームに回転軸を設け、巻線を固定し、巻線に駆動電流を流せばアウターロータ型モータとして構成することができる。また、回転軸に外部動力を加えて回転させれば、発電機としても構成できる。
【００６７】
以上、説明した構成は機能を変更せずに適宜組み合わせを変更することができる。
【００６８】
所定の開き角度で配置したマグネットに対し、アマチュアを前記マグネットの内側で回転させることも、外側で回転させることもできる。
【００６９】
以上述べた以外に、既に述べた各部構成を組み合わせて、任意の特性の小型ＤＣモータを構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の小型ＤＣモータの特徴を従来例との比較で説明する説明図である。
【図２】本発明のモータフレームとマグネットの特徴を従来例との比較で説明する説明図である。
【図３】本発明の種々の実施例の説明図である。
【図４】本発明のマグネットのＬ１：Ｌ２の比率によるトルク特性図である。
【図５】本発明のマグネットの内半径に対するコーナーＲの半径の比率による磁気特性と質量（コスト）の特性図である。
【図６】本発明のマグネット構成を適用したコアレスモータの断面図である。
【図７】本発明のマグネット構成を適用したスロットレスコアードモータの断面図である。
【図８】特許文献１の小型直流モータの断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１    小型ＤＣモータ
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ    マグネット
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ    モータフレーム
４、３１    筒状部
５、３２    端板部
６    エンドキャップ
７    シャフト
８    隙間
２９    コアレスモータ
３３    軸受支持部
３６    底板
３７    整流子モールド
３８    電機子巻線成形体
３９ａ    整流子片
３９ｂ    ライザ
４２    内ヨーク
４３    界磁マグネット
４３ａ    内側部
４３ｂ    外側部
４３ｃ    連結部
４４    辺
４５    角部
４６    可動バックヨーク
４７    スロットレスコアードモータ  
【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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