(57)【要約】【課題】着磁磁極数と同じ数の角部を有するモータフレーム内に界磁マグネットを設け、モータ形状を増大させずに小型化したままトルクを大きくした小型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１８の一部を残しながら角部１９を内側に押し潰した形状の筒状部２０を有するモータフレーム１０と、断面の内側部分に円弧面を有し外側部分にモータフレームの内側面１０ａに密着する形状を有する界磁マグネット２１と、電機子巻線６を備え、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２２を備え、界磁マグネットはそれぞれ相互に離間して設けられ、モータフレームの界磁マグネット間の辺とアマチュア組立体の半径方向最外側面との間にアマチュア組立体の回転に必要な最小限のエアーギャップのみを形成するようにアマチュア組立体と界磁マグネットを構成したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定板厚を有し、断面形状が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形状とした筒状部を有するモータフレームと、内側部に円弧面を有し、断面の内側部を円弧状とし外側部を前記モータフレームの内側面に密着する形状とした界磁マグネットと、電機子巻線を備え、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とを備え、前記界磁マグネットはそれぞれ相互に離間して設けられ、前記モータフレームの前記界磁マグネット間の前記辺と前記アマチュア組立体の半径方向最外側面との間に前記アマチュア組立体の回転に必要な最小限のエアーギャップのみを形成するように前記アマチュア組立体と前記界磁マグネットを構成したことを特徴とする小型ＤＣモータ。
【請求項２】
前記アマチュア組立体はアマチュアコアを有し、該アマチュアコアが前記半径方向最外側面を形成するように構成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】
前記アマチュア組立体は電機子巻線成形体を有し、該電機子巻線成形体が前記半径方向最外側面を形成するように構成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】
前記界磁マグネットは、前記モータフレームの内側面と前記アマチュア組立体の前記半径方向最外側面との間のエアーギャップ内に、該界磁マグネットの断面における前記円弧状となる内側部と前記モータフレームの内側面に密着して設けられる前記外側部の各々を連結する連結部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の小型ＤＣモータ。
【請求項５】
シャフト中心から前記モータフレームの内側面までの半径を、前記シャフト中心から前記界磁マグネットの前記円弧面までの半径と同じにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の小型ＤＣモータ。
【請求項６】
シャフト中心から前記モータフレームの内側面までの半径を、前記シャフト中心から前記界磁マグネットの任意の曲率の円弧面までの最短半径と同じにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の小型ＤＣモータ。
【請求項７】
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乃至４のいずれか１項記載の小型ＤＣモータ。  
【請求項８】
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、隣接する前記辺の間を、前記円弧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乃至４のいずれか１項記載の小型ＤＣモータ。
【請求項９】
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乃至４のいずれか１項記載の小型ＤＣモータ。
【請求項１０】
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、隣接する前記辺の間を、シャフト中心からの同心円の弧で連結した形状としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の小型ＤＣモータ。
【請求項１１】
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３乃至１０のいずれか１項記載の小型ＤＣモータ。
【請求項１２】
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請求項３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、小型ＤＣ（直流）モータに関し、特に、小型でありながらトルクを大きくした小型ＤＣモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型ＤＣモータの分野では、モータの小型化・軽量化の要求が強まる傾向にある。
断面円筒状のモータフレームを備えたＤＣモータは、界磁マグネットの形状と必要な磁気特性の間に制限が生じ、また、取り付けのための構成を別に必要とする。
【０００３】
一方、断面四角形形状のモータフレームを備えたＤＣモータは、モータフレームの角部で界磁マグネットの厚みを厚くすることにより必要な磁化特性、あたかもｓｉｎ波状磁化曲線にのった特性を発生させ、必要な磁化特性に合ったモータフレーム形状とすることができる。また、モータフレームの断面が四角形形状のため、いずれかの面が取り付け面に沿うこととなり、取り付け易くなる。
【０００４】
このような例として、例えば、下記特許文献１、特許文献２に示されるＤＣモータがある。
【０００５】
特許文献１の例は、角筒型で断面が正方形のモータフレーム内部に界磁マグネットを一体成形する。この界磁マグネットはモータフレームの角部に磁極の中心がくるようにＮ、Ｓ交互に４極等分に着磁される。界磁マグネットは、外側が角形で内側が円弧状に形成され、隣の界磁マグネットと接して設けられている。界磁マグネットの内部にはロータが配置される。
【０００６】
図７は従来の特許文献２の界磁マグネット構成図である。
【０００７】
図７の特許文献２の例は、金属材の上部モータフレーム１０１と下部モータフレーム（図示省略）とから直方体形状のモータフレームを形成する。上部モータフレーム１０１の内壁には複数の外角内円の界磁マグネット１０２が設けられる。界磁マグネット１０２は、四角形の上部モータフレーム１０１の４角部にそれぞれ装着され、外側は角形で、内側は円弧状である４個の界磁マグネット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃおよび１０２ｄからなる。界磁マグネット１０２は隣の界磁マグネットと微小間隙Δｇを介して配置されている。界磁マグネット１０２の内部にはロータ（図示省略）が配置される。
【特許文献１】特開平０７−５９３２２号公報
【特許文献２】特開２０００−２７９８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献２の例での、外側が角形で内側が円弧状の界磁マグネット１０２が上部モータフレーム１０１の角部に配置されている。この構成は必要な磁化特性を得ることができるため好ましい。しかし、モータフレームとアマチュアコアの間には、アマチュアコアがスムーズな回転を行うために必要なエアーギャップのほかに、界磁マグネット１０２が介在する。このように界磁マグネット１０２が介在するため、アマチュアコアの軸中心から半径方向外側までの長さが界磁マグネット１０２の半径方向厚さ分短くなる。その結果、アマチュアコアの１スロット当たりの有効磁束が低下し、アマチュアコアに生じるトルクは、有効に作用していない状態となる。更に、アマチュアコアに巻回できる巻線の巻回数が少なくなり、アマチュアコアに生じるトルクがその分小さくなる。
【０００９】
上記特許文献１の例においても、上記特許文献２の例と同様に、モータフレームとアマチュアコアの間には、必要なエアーギャップのほかに、界磁マグネットが介在する。このため、上記特許文献１の例は、上記特許文献２の例と同じく、アマチュアコアに生じるトルクが小さくなる。
【００１０】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、着磁磁極数と同じ数の角部を有するモータフレーム内に界磁マグネットを設け、モータ形状を増大させずに小型化したまま発生するトルクを大きくした小型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】
【００１１】
本発明の小型ＤＣモータは、アマチュアコアや電機子巻線成形体等の回転体を有するアマチュア組立体の外径を、モータフレームの内径から、前記アマチュア組立体の回転をスムーズに行うために必要最小限のエアーギャップを引いた値にして、アマチュア組立体の外径を増大させて、アマチュア組立体の有効磁束を増大させ、トルクを大きくする。特に、アマチュア組立体がアマチュアコアを有する場合には、アマチュアコアの外径を増大させ、アマチュアコアの１スロット当たりの巻線の巻回数を増加して有効磁束を増大させ、トルクを大きくする。
【００１２】
また、アマチュア組立体が電機子巻線成形体を有する場合には、電機子巻線成形体の外径を増大させ、電機子巻線成形体の電機子巻線の巻回数を増大させて、トルクを大きくする。他に、界磁マグネットを備えたモータフレームに組み込むアマチュア組立体としては任意の形状のものが適用できる。
【００１３】
モータフレームの形状を、界磁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、界磁マグネットの極の中心部の厚みを減らすことなく、モータ全体の小型化を達成する。更には、モータフレームの形状を２（ｎ＋１）角形にすることができる。但し、ｎは１以上の正の整数とする。
【００１４】
更に、アマチュアコアや電機子巻線成形体等のアマチュア組立体の外径を、モータフレームの内径から、最小限必要なエアーギャップ（実際の寸法としては、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の極めて短い任意の寸法）の分を差し引いた値とすることにより、必要最小限のスペースに収まるようになるので、小型化することができる。
【００１５】
モータフレームの角部の内側の円弧の半径は、シャフト中心から界磁マグネットのシャフト側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。好ましくは、上記モータフレームの角部の内側の円弧の半径は、シャフト中心から界磁マグネットのシャフト側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。
【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、上で述べた理由で、小型化でき、トルクを大きくすることができる。
【００１７】
具体的には、以下のようになる。
（１）小型ＤＣモータは、一定板厚を有し、断面形状が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形状となる筒状部を有するモータフレームと、内側部に円弧面を有し、断面の内側部を円弧状とし外側部を前記モータフレームの内側面に密着する形状とした界磁マグネットと、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とを備え、前記界磁マグネットはそれぞれ相互に離間して設けられ、前記モータフレームの前記界磁マグネット間の前記辺と前記アマチュア組立体の半径方向最外側面との間に前記アマチュア組立体の回転に必要な最小限のエアーギャップのみを形成するように前記アマチュア組立体と前記界磁マグネットを構成したことを特徴とする。
（２）上記（１）記載の小型ＤＣモータは、前記アマチュア組立体はアマチュアコアを有し、該アマチュアコアが前記半径方向最外側面を形成するように構成したことを特徴とする。
（３）上記（１）記載の小型ＤＣモータは、前記アマチュア組立体は電機子巻線成形体を有し、該電機子巻線成形体が前記半径方向最外側面を形成するように構成したことを特徴とする。
（４）上記（１）乃至（３）のいずれか１項記載の小型ＤＣモータにおいて、前記界磁マグネットは、前記モータフレームの内側面と前記アマチュア組立体の前記半径方向最外側面との間のエアーギャップ内に、該界磁マグネットの断面における前記円弧状となる内側部と前記モータフレームの内側面に密着して設けられる前記外側部の各々を連結する連結部を有することを特徴とする。
（５）上記（１）乃至（４）のいずれか１項記載の小型ＤＣモータにおいて、シャフト中心から前記モータフレームの内側面までの半径を、前記シャフト中心から前記界磁マグネットの前記円弧面までの半径と同じにしたことを特徴とする。
（６）上記（１）乃至（４）のいずれか１項記載の小型ＤＣモータにおいて、シャフト中心から前記モータフレーム内側面までの半径を、前記シャフト中心から前記界磁マグネットの任意の曲率の円弧面までの最短半径と同じにしたことを特徴とする。
（７）上記（１）乃至（４）のいずれか１項記載の小型ＤＣモータにおいて、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。  
（８）上記（１）乃至（４）のいずれか１項記載の小型ＤＣモータにおいて、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、隣接する前記辺の間を、前記円弧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。
（９）上記（１）乃至（４）のいずれか１項記載の小型ＤＣモータにおいて、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、隣接する前記辺の間を直線で連結した形状としたことを特徴とする。
（１０）上記（１）乃至（４）のいずれか１項記載の小型ＤＣモータにおいて、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、隣接する前記辺の間を、シャフト中心からの同心円の弧で連結した形状としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の小型ＤＣモータ。
（１１）上記（３）乃至（１０）のいずれか１項記載の小型ＤＣモータにおいて、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（３）乃至（１０）のいずれか１項記載の小型ＤＣモータにおいて、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】
【００１８】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００１９】
本発明の小型ＤＣモータは、一定板厚を有し、断面形状が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形状となる筒状部を有するモータフレームと、内側面に円弧面を有し、断面の内側部を円弧状とし、外側部を前記モータフレームの内側面に密着する形状とした界磁マグネットと、電機子巻線を備え、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とを備え、前記界磁マグネットはそれぞれ相互に離間して設けられ、前記モータフレームの前記界磁マグネット間の前記辺とアマチュア組立体の半径方向最外側面との間に前記アマチュア組立体の回転に必要な最小限のエアーギャップのみを形成するように前記アマチュア組立体と前記界磁マグネットを構成したことを特徴とするので、アマチュア組立体の最も外側の外径を、モータフレームの最も短かい内径から、必要最小限のエアーギャップを引いた値にできる。その結果、アマチュア組立体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、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。
【００２０】
アマチュア組立体がアマチュアコアを有する場合には、アマチュアコアのスロットの長さを長くすることができ、このため巻線スペースを稼ぐことができ、該スロットに巻回できる巻線数を増加してトルクを大きくすることができる。また、このため、巻線スペースを稼ぐことができ、アマチュアコアを最大径にすることでトルクを稼ぎ、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。
エアーギャップはフレーム内径精度とコア外径精度の２点の部品の精度で決まるため、実際の寸法としては、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の極めて短い任意の寸法で構成することができる。
【００２１】
アマチュア組立体が電機子巻線成形体を有する場合には、電機子巻線成形体の半径方向長さを長くでき、巻線スペースを稼ぐことができ、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。
【００２２】
モータフレームの形状を、界磁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、界磁マグネットの極の中心部の厚みを減らすことなく、モータ全体の小型化を達成することができる。
【００２３】
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フレームの断面形状を、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。
【００２４】
モータフレームの角部の内側の円弧の半径は、シャフト中心から界磁マグネットのシャフト側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、アマチュアコアを界磁マグネットによる配置場所の制限を受けずに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トルクを増加することができる。
【００２５】
好ましくは、上記モータフレームの角部の内側の円弧の半径は、シャフト中心から界磁マグネットのシャフト側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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は本発明の実施例１の小型ＤＣモータの構成図である。この実施例１ではアマチュア組立体がアマチュアコアを有する場合を説明する。
図１（ａ）はシャフトの長さ方向に切断した断面図であり、図１（ａ）中、
Ａ−Ａ線からＢ−Ｂ線までの間は図１（ｂ）のＤ−Ｄ線で切った断面図、
Ｂ−Ｂ線からＣ−Ｃ線までの間は図１（ｃ）のＥ−Ｅ線で切った断面図、
Ｃ−Ｃ線からエンドブロックまでの間は図１（ｄ）のＦ−Ｆ線で切った断面図である。
図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図１（ｄ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【００２８】
図１（ａ）の小型ＤＣモータ１は、アマチュア組立体２２とフレーム組立体２３を有する。
【００２９】
アマチュア組立体２２は、シャフト２と、このシャフト２に設けたアマチュアコア３と、アマチュアコア３の突極４の両側のスロット５に巻回した電機子巻線６と、シャフト２に設けた整流子ユニット９を有する。
【００３０】
シャフト２に設けた整流子ユニット９には、限流用バリスタ７を搭載し、整流子片８を設ける。シャフト２はその一端をモータフレーム１０の端板部１１の中心開孔に装着した軸受１２に軸支し、他端をエンドブロック１３に装着した軸受１４に軸支している。端板部１１には、シャフト２を中心として対称位置に取付用のネジ孔１５が設けられている。エンドブロック１３には、ブラシ１６を備えた端子１７が設けられている。ブラシ１６は整流子片８と接触するように配置されている。
【００３１】
モータフレーム１０は、板厚一定で、断面が四角形の各辺１８の一部を残しながら角部１９を内側に押し潰した形状の筒状部２０と、この筒状部２０に連設される前記端板部１１からなる。前記筒状部２０の断面は隣接する辺１８同士の間が円弧で連結されている。
【００３２】
モータフレーム１０の筒状部２０の形状を、基本的に、界磁マグネット２１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、回転方向にｓｉｎ波状磁化特性を得るための界磁マグネット２１の磁極の中心部の厚みを減らすことなく構成でき、モータの小型化を可能にする。
【００３３】
モータフレーム１０の筒状部２０の内側面１０ａに対し、アマチュアコア３の外側面を、最も近づいた位置、実施例１の場合各辺１８の中央部分の位置で必要最小限のエアーギャップＧのみが存在するように設定する。この設定は、図１の例では、各辺１８の中央部分で行われる。
エアーギャップＧは、主にモータフレーム１０の内径精度とアマチュアコア３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Ｇは、実際の寸法としては、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の値となる。
【００３４】
モータフレーム１０の角部１９の内側の円弧の半径は、シャフト２の中心から界磁マグネット２１のシャフト２側の内側部２１ａ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、アマチュアコア３を界磁マグネット２１による配置場所の制限を受けずに増大した構造として配置することができ、したがって、電機子巻線６の巻回数を増加して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１０の角部１９の円弧の内側の半径は、シャフト２の中心から界磁マグネット２１のシャフト２側の内側部２１ａ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。
【００３５】
実施の態様は以下のようなものが好ましい。
【００３６】
シャフト２の中心からモータフレーム１０の内側面１０ａまでの半径を、シャフト２の中心から界磁マグネット２１の内側部２１ａの円弧面までの半径と同じにする。
【００３７】
また、シャフト２の中心からモータフレーム１０の内側面１０ａまでの半径を、シャフト２の中心から界磁マグネット２１の任意の曲率の内側部２１ａの円弧面までの最短半径と同じにする。
【００３８】
また、四角形の各辺１８の一部を残しながら角１９を内側に押し潰したモータフレーム１０の断面形状を、隣接する辺１８の間を任意の形状の弧で連結した形状とする。
【００３９】
また、四角形の各辺１８の一部を残しながら角１９を内側に押し潰したモータフレーム１０の断面形状を、隣接する辺１８の間を、前記円弧面を形成する円弧（シャフト中心から界磁マグネットの円弧面までの半径を有する）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する。
【００４０】
また、四角形の各辺１８の一部を残しながら角１９を内側に押し潰したモータフレームの前記断面形状を、隣接する辺１８の間を直線で連結した形状とする。
【００４１】
また、四角形の各辺１８の一部を残しながら角１９を内側に押し潰したモータフレームの前記断面形状を、隣接する前記辺の間を、シャフト２中心からの同心円の弧で連結した形状とする。モータフレーム１０の端板部１１と反対側の筒状部２０の開放端には、エンドブロック１３が装着される。
【００４２】
フレーム組立体２３は、モータフレーム１０と軸受１２と界磁マグネット２１からなる。
【００４３】
界磁マグネット２１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２０の角部１９に相互に離間して４個配置される。
【００４４】
界磁マグネット２１の断面形状（シャフト２の長さ方向と直行する面での断面形状）は、内側部（アマチュアコア３に近接する側）２１ａが円弧状に形成され、外側部２１ｂがモータフレーム１０の筒状部２０の内側面１０ａに密着する形状に形成される。この内側部２１ａと外側部２１ｂの間の連結部２１ｃは、実施例１ではモータフレーム１０の内側面１０ａ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。界磁マグネット２１は、モータフレーム１０の内側面１０ａとアマチュアコア３の半径方向最外側面との間のエアーギャップＧ内に、この界磁マグネット２１の断面における円弧状となる内側部２１ａとモータフレームの内側面１０ａに密着して設けられる外側部２１ｂの各々を連結する連結部２１ｃを有する。界磁マグネット２１は、図１（ａ）に示すように、アマチュアコア３に対向するように筒状部２０の長さ方向に配置される。
【００４５】
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２１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アマチュアコア３の外径寸法の関係を最適なものとするために、アマチュアコア３の外径をモータフレーム１０の筒状部２０の内径から必要最小限のエアーギャップＧを除いた値まで大きくすることにより、アマチュアコア３の１スロット当たりの有効磁束を増大することができ、更に、アマチュアコア３のスロット５の巻線領域を稼ぎ、尚且つ、モータ部品として高価なマグネット２１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。
【００４６】
最大エネルギー積の大きなマグネットを用いる場合、コギングトルク対策等を考慮するうえでマグネットの形状を最適化することが要求され、本発明は係る課題の解決に多大な影響を及ぼす。
【実施例２】
【００４７】
図２は、本発明の他の実施例の小型ＤＣモータの構造図である。
【００４８】
図２（ａ）はシャフトの長さ方向に切断した断面図であり、図２（ａ）中、Ｈ−Ｈ線からＩ−Ｉ線までの間は図１（ｂ）のＫ−Ｋ線で切った断面図、Ｉ−Ｉ線からＪ−Ｊ線までの間は図１（ｃ）のＬ−Ｌ線で切った断面図、Ｊ−Ｊ線からエンドブロックまでの間は図１（ｄ）のＭ−Ｍ線で切った断面図である。
図２（ｂ）は図２（ａ）のＨ−Ｈ断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＩ−Ｉ断面図、図２（ｄ）は図２（ａ）のＪ−Ｊ断面図である。
図２は、界磁マグネットを除いて、図１の構成要素と同じ構成を有する。同じ構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
図２（ａ）の小型ＤＣモータ１は、アマチュア組立体２２とフレーム組立体２３Ａを有する。
【００４９】
フレーム組立体２３Ａは、モータフレーム１０と、軸受１２と、連結枠部２１ｄにより連結されている界磁マグネット２１Ａからなる。
【００５０】
界磁マグネット２１Ａは、図２（ｄ）に示すように、断面の内側部２１ａにシャフト２の中心からの半径で形成される円弧面を有し、外側部２１ｂにモータフレーム１０の内側面１０ａに密着する形状を有して形成され、モータフレーム１０の内側面１０ａとアマチュアコア３の外側面との間に形成されるエアーギャップＧ内に、界磁マグネット２１Ａの
断面形状における内側部２１ａと外側部２１ｂを連結する連結部２１ｃを有する構成とし、四角形の各辺１８の一部を残して角部１９を押し潰した形状の筒状部２０の角部１９に相互に離間して４個配置される。
特に、小型ＤＣモータ１において、モータ特性に大きく影響を与える、界磁マグネット２１Ａ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アマチュアコア３の外径寸法の関係において、アマチュアコア３の外径をモータフレーム１０の内径から必要最小限のエアーギャップＧを除いた値まで大きくすることにより、アマチュアコア３の１スロット当たりの有効磁束を増大することができ、更に、アマチュアコア３のスロット５の巻線領域を稼ぎ、尚且つ、モータ部品として高価なマグネットの使用量を抑え、モータ形状の小型化を図りながらトルクを増加し、界磁マグネット２１Ａを、１ピース化することで、モータ組立工数を低減でき、コストとモータ体積の低減を実現する。
連結枠部２１ｄは、図２（ａ）および図２（ｃ）に示されるように、モータフレーム１０の筒状部２０の内側面１０ａに沿って略四角形状に構成される。連結枠部２１ｄは単板部１１と筒状部２０に接して設ける。
【実施例３】
【００５１】
図３は、本発明の他の実施例の小型ＤＣモータの構成図である。なお、電機子巻線は図面上省略されている。図３（ａ）は曲面の多いモータフレームで４極６スロットの場合の断面図、図（ｂ）は８角形モータフレームで８極１２スロットの場合の断面図、図３（ｃ）は角形モータフレームで４極６スロットの場合の断面図である。
［モータフレーム形状］
以上述べた実施例のモータフレームは、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フレームの断面形状を、隣接する辺の間を任意の形状の弧等で連結した形状としたものであったが、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。
【００５２】
本発明の小型ＤＣモータ１は、四角形の各辺１８の一部を残しながら角部１９を内側に押し潰したモータフレーム１０の断面形状を、隣接する辺１８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、四角形の各辺１８の一部を残しながら角部１９を内側に押し潰したモータフレーム１０の断面形状を、隣接する辺１８の間を、円弧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、四角形の各辺１８の一部を残しながら角部１９を内側に押し潰したモータフレーム１０の断面形状を、隣接する辺１８の間を直線で連結した形状としたものでもよく、また、四角形の各辺１８の一部を残しながら角部１９を内側に押し潰したモータフレーム１０の断面形状を、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。界磁マグネット２１ｆの断面の内側の円弧の半径を長くしてゆくことにより、該円弧を、例えば、ほとんど直線に近くし、界磁マグネット２１ｆの回転方向の磁化特性をｓｉｎ波状にすることができる。
【００５３】
界磁マグネット２１ｆは、以下の図３（ａ）から図３（ｃ）の例においても、モータフレーム１０の内側面とアマチュアコア３の半径方向最外側面との間のエアーギャップＧ内に、この界磁マグネット２１ｆの断面における円弧状となる内側部２１ａとモータフレームの内側面１０ａに密着して設けられる外側部２１ｂの各々を連結する連結部２１ｃを有する。
【００５４】
なお、アマチュアコアの形状も適宜変更することができる。実施例は４極６スロットに構成されているが、例えば、４極５スロットとすることもできる。
【００５５】
図３（ａ）の例は、断面図で示すように、モータフレーム１０ｄは各辺１８の一部を残し角部１９の円弧の半径を大きくし、全体的に丸形形状を基本として構成する。界磁マグネット２１ｆは、内側部２１ａが円弧面で、外側部２１ｂがモータフレーム１０ｄの内側面１０ａに密着し、アマチュアコア３の回転動作を妨害しないようにモータフレーム１０ｄの角部１９ａに相互に離間して設け、モータ特性を維持するのに必要なマグネットの磁化特性を確保した形状とする。
図３（ｂ）の例は、断面図で示すように、８極１２スロットの場合のモータ形状で、モータフレーム１０ｅの断面が四角形の各辺１８の一部を残しながら角部１９ｂを内側に押し潰した形状が変則８角形で、直線の辺１８を残した形状とする。界磁マグネット２１ｇは、内側が円弧面で、外側がモータフレーム１０ｅの２直線が成す角に密着し、アマチュアコア３の回転動作を妨害しないようにモータフレーム１０ｅの角部１９ｂに相互に離間して設け、モータ特性を維持するのに必要なマグネットの磁化特性を確保した形状とする。
【００５６】
図３（ｃ）の例は、断面図で示すように、モータフレーム１０ｆは四つの辺１８の角部（コーナー）１９ｃの丸み（コーナーＲ）を、界磁マグネット２１ｈの円弧面の内半径（シャフト中心から界磁マグネットの円弧面までの半径方向の長さ）に対するコーナーＲの半径の比率を５％〜８５％の範囲に設定する。好ましくは、上記モータフレームの角部の円弧の半径は、シャフト中心から界磁マグネットのシャフト側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。
【００５７】
界磁マグネット２１ｈは、内側部２１ａが円弧面で、外側部２１ｂがモータフレーム１０ｆに密着し、アマチュアコア３の回転動作を妨害しないようにモータフレーム１０ｆの角部１９ｃに相互に離間して設け、モータ特性を維持するのに必要なマグネットの磁化特性を確保した形状とする。
【実施例４】
【００５８】
図４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４（ａ）は図４（ｂ）のＰ−Ｐ断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＮ−Ｎ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。
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２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２の一端は底板３６に当接している。シャフト２には整流子モールド３７が設けられている。
【００５９】
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２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の半径方向外側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。
【００６０】
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、モータフレーム３０の各辺４４を連結する角部４５のそれぞれに分離して配置される。
【００６１】
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、漏洩磁束を減少する。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
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Ｇのみを有するように設定する。この設定は、図４の例では、各辺４４の中央部分で行われる。
エアーギャップＧ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Ｇは、実際の寸法としては、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の値となる。
【００６４】
モータフレーム３０の角部４５の内側の円弧の半径は、シャフト２中心から界磁マグネット４３のシャフト２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の内側の円弧の半径は、シャフト２中心から界磁マグネット４３のシャフト２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。
【００６５】
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。
【００６６】
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２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。
【００６７】
界磁マグネット４３は、モータフレーム３０の内側面３１ａと電機子巻線成形体３８の半径方向最外側面との間のエアーギャップＧ内に、この界磁マグネット４３の断面における円弧状となる内側部４３ａとモータフレームの内側面３１ａに密着して設けられる外側部４３ｂの各々を連結する連結部４３ｃを有する。
【００６８】
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、電機子巻線成形体３８の外径をモータフレーム３０の筒状部３１の内径から必要最小限のエアーギャップＧを除いた値まで大きくすることにより、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。
【００６９】
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。
【００７０】
実施例４のコアレスモータは、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４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Ｇのみ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。
【００７１】
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。
【００７２】
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２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効果を奏する。
【００７３】
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。
【００７４】
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（主に内ヨーク４２）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５】
【００７５】
図５は本発明の他のモータフレーム形状の小型ＤＣモータの断面図である。
以上述べた実施例のモータフレームは、基本形状を四角形とし、この四角形の各辺１８の一部を残しながら角部１９を内側に押し潰したモータフレーム１０の断面形状を、隣接する辺１８の間を任意の形状の弧等で連結した形状としたものであったが、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、モータ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。
【００７６】
図５の例は、ｎが２のときの六角形のモータフレーム５０を示す。６極９スロットに形成されている。六角形のモータフレーム５０の筒状部５１は、六角形の各辺５３の一部を残しながら角部５２を内側に押し潰したモータフレーム５０の断面形状を、隣接する辺５３の間を界磁マグネット５４の内側部２１ａの円弧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ある。また、隣接する辺５３の間を直線で連結した形状としたものでもよい。
モータフレーム５０は各辺５３の角部（コーナー）５２の丸み（コーナーＲ）を、界磁マグネット５４の内側部２１ａの円弧面の内半径（シャフト中心から界磁マグネットの円弧面までの半径方向の長さ）に対するコーナーＲの半径の比率を５％〜８５％の範囲に設定する。好ましくは、上記モータフレームの角部の内側の円弧の半径は、シャフトの中心から界磁マグネットのシャフト側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。
【００７７】
界磁マグネット５４は、内側部２１ａが円弧面で、外側部２１ｂがモータフレーム５０に密着し、アマチュアコア５５の回転動作を妨害しないようにモータフレーム５０の角部５２に相互に離間して設けられ、モータ特性を維持するのに必要なマグネットの磁化特性を確保した形状とする。
【００７８】
モータフレーム５０の内側面とアマチュアコア５５の半径方向最外側面との間のエアーギャップＧ内に、この界磁マグネット５４の断面における円弧状となる内側部２１ａとモータフレームの内側面１０ａに密着して設けられる外側部２１ｂの各々を連結する連結部２１ｃを有する。なお、アマチュアコア５５の形状も適宜変更することができる。
【実施例６】
【００７９】
図６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６（ａ）は図６（ｂ）のＲ−Ｒ断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＱ−Ｑ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。
本発明のスロットレスコアードモータ４７は、実施例４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、電機子巻線成形体３８と同じく円筒形状に形成されている。
【００８０】
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、磁束密度の大きい、トルクの大きなモータを構成することができる。
【００８１】
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４のコアレスモータ２９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。
【００８２】
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モータフレームにシャフトを設け、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、シャフト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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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】
【００８６】
【図１】本発明の実施例１の小型ＤＣモータの構成図である。
【図２】本発明の実施例２の小型ＤＣモータの構成図である。
【図３】本発明の他の実施例の小型ＤＣモータの構成図である。
【図４】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５】本発明の他のモータフレーム形状の小型ＤＣモータの断面図である。
【図６】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７】従来の特許文献２の界磁マグネット構成図である。
【符号の説明】
【００８７】
１    小型ＤＣモータ
２    シャフト
３、５５    アマチュアコア
４    突極
５    スロット
６    電機子巻線
７    バリスタ
８    整流子片
９    整流子ユニット
１０、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、３０、５０    モータフレーム
１０ａ，３１ａ    内側面
１１、３１    端板部
１２、１４、３４、３５    軸受
１３    エンドブロック
１５    ネジ孔
１６、４０    ブラシ
１７、４１    端子
１８、４４、５３    辺
１９、４５、５２    角部
２０、３１、５１    筒状部
２１、２１Ａ、２１ｆ，２１ｇ、２１ｈ、４３、５４    界磁マグネット
２１ａ    内側部
２１ｂ    外側部
２１ｃ    連結部
２２    アマチュア組立体
２３、２３Ａ    フレーム組立体
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
４６    可動バックヨーク
４７    スロットレスコアードモータ  
Ｇ    エアーギャップ
【図１】
2007049884.tif 000003
【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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