JP2007028714A

JP2007028714A - Ｄｃブラシモータ装置

Info

Publication number: JP2007028714A
Application number: JP2005203713A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Motokura; 義信本蔵; Hiroshige Mitarai; 浩成御手洗; Hiroshi Matsuoka; 浩松岡; Youni Hashimoto; 擁二橋本; Kenji Noguchi; 健児野口
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】薄型超偏平形のＤＣブラシモータを構成する。
【解決手段】最大エネルギー積が１７ＭＧＯe 以上で少なくとも６磁極に着磁された中空円筒状の薄肉形状な異方性希土類ボンド磁石１３が筐体１２の内周部に圧接されている。モータ筐体外径（直径）をｒ、異方性希土類ボンド磁石の径方向厚さをｄ、電磁回転体長さをｈ、モータ筐体の厚さをｗとする時、モータ筐体外径（直径）が５０ｍｍ以上、１００ｍｍ未満、筐体厚さ対磁石厚さ比ｗ／ｄが１より大きく４以下であり、磁石厚さ対筐体外径比ｄ／ｒが０．０１以上、０．１０以下であり、電磁回転体長さ対筐体外径比ｈ／ｒが０．０１以上、０．１０以下とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、６極以上のＤＣブラシモータ装置に関する。特に、永久磁石に異方性希土類ボンド磁石を用い、偏平化、軽量化、高トルク化を可能にしたＤＣブラシモータ装置に関する。例えば、１Ｗ〜３００Ｗクラスの高性能小型偏平ＤＣブラシモータ装置に適用すると、その効果が高いものである。

一般に、ＤＣブラシモータにおいては電磁回転体長さｈとモータ筐体外径（直径）ｒとの関係において、ｈ≒ｒとなるモータが製造上作り易く、磁気回路のバランスも取り易くく、モータ性能指標Ｔ（モータ最大出力／モータ磁気回路部体積）が良くなることが知られている。また、モータが使用される環境は、多岐にわたっているため、組み込まれる機械、装置によっては、モータの設置スペースの要請から、モータの長さ方向の寸法が小さく限られたり、外径方向の寸法が小さく限られる場合もある。このうち、長さが制限され、高トルクが要求される場合には、長さを大きくすることなくモータ筐体外径を大きくすることで高出力化を図り、長さの許容される上限を満足するようにしている。その結果として、モータは小型化されずに偏平化された形状となっている。ところが、近年の省資源、省エネルギー化の流れの中で、各種機械、装置は小型軽量化のニーズが高まり、偏平モータにおいても、モータ性能を低下させることなく、更なる小型、更なる偏平化が求められている。

しかしながら、小型化して偏平化するために、単純に電磁回転体長さｈだけを小さくしようとすると、モータ性能指標はあまり変化しないが、電磁回転体長さｈの減少に伴い磁石及び電磁回転体から入出力する磁束が大幅に減少するためモータ出力自体が小さくなるという問題がある。そこで、電磁回転体長さｈを減少させた上で、モータ出力を低下させずに所定のモータ特性を得る為には、モータ筐体外径ｒを大きくすることが考えられるが、モータ筐体外径ｒを大きくすると、磁石使用量が増え、磁気回路の磁気抵抗も増大する結果、モータ性能指標Ｔが悪くなる。
このように、ｈ／ｒを１以下に偏平化すると、モータ出力が低下したり、モータ性能指標が減少すると思われていた。
このため、従来では、モータ特性を低下させることなく、小型化と偏平化を共に達成することは困難であると考えられていた。

現に、市販されている偏平モータは、ｈ／ｒが０．１５〜０．３５の間に存在しており、そのモータ性能指標は２．０（Ｗ／ｃｍ³）程度に過ぎない。このため、偏平モータの分野においては、より偏平化された状態、すなわち、ｈ／ｒが０．１０以下の超偏平化した場合に、より高いモータ性能指標を有する超偏平モータの登場が望まれていた。

また、下記特許文献１には、ＤＣブラシモータ装置の分野において従来のフェライト焼結磁石を使用した磁極を２極有する小型モータに対して、同じモータ性能を維持しつつ、大幅に小型化できる技術が開示されている。
この技術は、本発明の発明者らが開発したものであるが、その内容は、フェライト焼結磁石に比べ、４倍以上の最大磁気エネルギー積を有する異方性希土類ボンド磁石を、一体リング形状でかつ薄型化して使用することにより、その課題を達成したものである。

特許第３４８０７３３号

本発明者は、上記の小型高性能ＤＣブラシモータに対して、モータ筐体外径（直径）ｒが５０ｍｍ以上で、１００ｍｍ未満と比較的径の大きい、さらに、薄いモータ、すなわち、超偏平型のモータを研究してきた。
上記の特許文献１の技術をこの偏平モータに単に適用すると、確かに、同じ出力特性でモータ性能指数はかなり向上し、ある程度は、偏平化できるるものの、より一層の小型化・超偏平化が求められており、更なるモータ性能指標の向上が必要であった。

すなわち、上記特許文献１の４極ＤＣブラシモータの径を単純に２倍に大きくすると、１磁極当たりの周長が長くなると共に電磁回転体とボンド磁石間の間隙が大きくなる結果、磁気抵抗が大きくなり過ぎ、トルクが理論通り増加しないことが分かった。このことを回避するために、磁石の磁力を向上させようとすると、磁石の厚さが増加し、モータ性能／磁石使用料が低下するという問題がある。また、モータの体積も増加するために、モータ性能指標Ｔ（モータ最大出力／モータ磁気回路部体積）も低下するという問題がある。

さらに、特許文献１には、バックヨークの直径２８．４ｍｍ、磁石厚さ０．７ｍｍの６極モータが例示されているが、このモータにおいて、バックヨークの直径を６５ｍｍに増大させた場合には、磁石厚さは１．６ｍｍとなるが、ギャップは１．１４ｍｍとなるために、フラックスは理論通り増大せず、径を大きくしたことによる理論通りの出力の増大が得られない。

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、従来の小型偏平モータよりもより偏平化させて、小型偏平化と、モータ性能指標Ｔ（モータ最大出力／モータ磁気回路部体積）の向上とを両立させた薄型の超偏平化した小型ＤＣブラシモータを提供することである。

上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、ＤＣブラシモータの筐体内周部に配置した永久磁石と、中心部に配置した電磁回転体からなるＤＣブラシモータ装置であって、永久磁石は、筐体内周部に圧接され、最大エネルギー積が１７ＭＧＯe 以上であり、少なくとも６磁極に着磁された中空円筒状の薄肉形状な異方性希土類ボンド磁石であり、モータ筐体外径（直径）をｒ、異方性希土類ボンド磁石の径方向厚さをｄ、電磁回転体長さをｈ、モータ筐体の厚さをｗとする時、モータ筐体外径（直径）が５０ｍｍ以上、１００ｍｍ未満、筐体厚さ対磁石厚さ比ｗ／ｄが１より大きく４以下であり、磁石厚さ対筐体外径比ｄ／ｒが０．０１以上、０．０５以下であり、電磁回転体長さ対筐体外径比ｈ／ｒが０．０１以上、０．１０以下であるであることを特徴とするＤＣブラシモータ装置である。電磁回転体長さ対筐体外径比ｈ／ｒは、０．０３以上、０．１０以下が望ましく、さらには、０．０５以上、０．１０以下が望ましい。また、０．０５以上、０．０８以下がさらに望ましい。一般的に、電磁回転体の長さｈは、０．９ｍｍ以上が、製造上望ましい。

ここで、ＤＣブラシ偏平モータにおいて、モータ筐体外径（直径）ｒを５０ｍｍ以上としたのは、上記の偏平率ｈ／ｒの範囲において５０ｍｍ未満となると、巻線等の製造が困難となるためである。また、モータ筐体外径（直径）ｒを１００ｍｍ未満としたのは、偏平率ｈ／ｒの範囲において１００ｍｍ以上となると、電磁石の反磁界が大きくなり過ぎて、本発明の効果が減少するためである。また、異方性希土類ボンド磁石の長さｕ（軸方向の長さ）は、電磁回転体長さｈに対して、ｈ≦ｕ≦１．２ｈが望ましい。ボンド磁石の長さｕが電磁回転体長さｈよりも小さいと、電磁回転体に有効に供給される磁石からの磁束量が低下するので望ましくない。また、ボンド磁石の長さｕが電磁回転体長さｈの１．２倍よりも大きいと、電磁回転体に供給されない磁束も発生するので、磁石を無駄に使用することになり望ましくない。

請求項２の発明は、異方性希土類ボンド磁石は筐体の内周面に圧入することにより、異方性希土類ボンド磁石の外周面が筐体の内周面と直接、圧接されていることを特徴とする請求項１に記載のＤＣブラシモータ装置である。
請求項１の圧接は、異方性希土類ボンド磁石の弾性力により筐体に、接着剤を介することなく接した状態を言い、この状態を実現する一つの方法として異方性希土類ボンド磁石を筐体の内周面に圧入することが考えられる。その他、圧接としては、筐体と異方性希土類ボンド磁石との一体成形によって得る方法が考えられる。

本発明に採用した異方性希土類ボンド磁石は、出願人によって提案された特開２００１−７６９１７号公報、特許第２８１６６６８号公報、特許第３０６０１０４号公報の製造方法で作製される磁石であって、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂからなる磁粉を樹脂成型することにより製造され、１軸方向に強く磁化される磁石である。この磁石は、従来の焼結フェライト磁石と比較して最大エネルギー積（ＢＨ_max）が４倍以上となる特徴がある。本発明者は、この異方性希土類ボンド磁石のポテンシャルをいかに引き出し得るかを鋭意検討した結果、特に、１〜３００Ｗ級の小型ブラシモータに適用する場合に効果が大きいことを見い出した。そして、高性能異方性希土類ボンド磁石を使用することにより磁石を薄型化すると共に長さを極めて短くしてその直径を大きくし、その磁石をモータの筐体内周部に圧接して、同時に、磁極を６極以上とすることにより、１極当たりの磁気回路の磁路長を大幅に低減することができることを見出した。これにより、従来のＤＣブラシ偏平モータと同等の出力性能を有した薄形超偏平形ＤＣブラシモータを得ることができた。

又、この異方性希土類ボンド磁石は樹脂成形で形成されるので、容易に精度よく形成される。これにより、モータ筐体内周部の永久磁石形状を精度のよい中空円筒形状とすることができる。即ち、永久磁石によるモータ内部磁場を精度のよい回転対称とすることができる。内部磁場の対称性が高精度となるので、中央部の電磁回転体は均一にトルクを受け回転することができる。また、異方性希土類ボンド磁石の直径を拡大して、長さを短くしているので、モータ性能指標Ｔ（モータ最大出力／モータ磁気回路部体積）を高い値に維持したまま、小型で超偏平形のＤＣブラシモータとすることができる。なお、モータ磁気回路部体積は、モータの軸方向に沿って電磁回転体の長さｈの分だけとられたモータ筐体の円柱状部分の体積である。

異方性希土類ボンド磁石の弾性力と筐体の弾性力とにより、異方性希土類ボンド磁石の外周面は筐体の内周面と、直接、圧接され、その内周面には樹脂被膜層が存在しない。また、異方性希土類ボンド磁石は、その弾性力により筐体の形状に沿って圧接されているので、異方性希土類ボンド磁石の内径公差を筐体の外径公差程度に減少させることができる。また、異方性希土類ボンド磁石の内周面には、樹脂被膜層が存在しないことから、この樹脂被膜層の厚さのバラツキが与える異方性希土類ボンド磁石の内径公差の増大を排除できるので、異方性希土類ボンド磁石の内径公差を小さい値にすることができる。これらのために、電磁回転体と異方性希土類ボンド磁石の内周面との間隔を非常に小さくできる。例えば、０．０５ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の範囲に制御できる。このため、磁気回路の磁気抵抗を非常に小さくできるので、異方性希土類ボンド磁石の強大な磁力線がモータコアに効果的に供給される。この結果、モータトルクが向上する。

電磁回転体長さ対筐体外径比ｈ／ｒが０．１５未満のＤＣブラシモータは従来、存在しない。本発明は、電磁回転体長さ対筐体外径比ｈ／ｒを０．１以下、０．０１以上とすることで、ＤＣブラシモータをより偏平形モータとすることができる。０．０１≦ｈ／ｒ≦０．１を満たすことにより、直径に比べて長さが十分に小さいので、長さ方向に沿ったボンド磁石の直径偏差が小さくなる。また、磁石の軸と筐体の軸とが完全に同軸となっていない場合であっても、磁石の軸方向の長さが短いと、軸方向に沿った直径偏差が小さくなる。これらの結果、異方性希土類ボンド磁石の内径公差をより小さくでき、電磁回転体と異方性希土類ボンド磁石との間の間隙をより小さくできるので、磁気抵抗を小さくできモータトルクを向上させることができる。したがって、さらに、モータ性能指標Ｔ（モータ最大出力／モータ磁気回路部体積）を向上させることができる。

また、請求項２の発明では、異方性希土類ボンド磁石は筐体の内周面に圧入することにより、異方性希土類ボンド磁石の外周面が筐体の内周面と直接、圧接されていることを特徴とする。この結果、磁気回路の磁気抵抗を極力小さくすることができるので、モータトルクを向上させ、モータ性能指標Ｔ（モータ最大出力／モータ磁気回路部体積）を向上させることができる。

電磁回転体と磁石との間隙を小さくするためには、磁石の外径公差Ａと筐体の内径公差Ｂとを小さくする必要がある。これは、従来技術のように磁石を筐体の内周面に接着剤で固定する場合、接着剤層の公差Ｃが上乗せされ全公差はＡ＋Ｂ＋Ｃとなる。公差が大きくなるため、間隙を小さくすると磁石が電磁回転体に接触する可能性がある。しかし、異方性希土類ボンド磁石を筐体の内周面に圧入すると、接着剤の交差Ｃが排除され、全公差は、Ａ＋Ｂとなるが、実際は、異方性希土類ボンド磁石は、筐体の内周面になぞってしまうため、全公差は、Ａ’＋Ｂ（ただし、Ａ’＜Ａ）となり、単なる公差の和Ａ＋Ｂよりも小さくなる。

さらに、異方性希土類ボンド磁石の長さが短いと、磁石の外径公差Ａは軸方向の平均範囲が狭くなるので、さらに、小さい値となる。また、磁石の軸と筐体の軸とが完全に同軸となっていない場合であっても、磁石の軸方向の長さが短いと、それによる、外径公差Ａの増加分が抑制される。したがって、０．０１≦ｈ／ｒ≦０．１を満たすことにより、全公差は、Ａ" ＋Ｂ（ただし、Ａ”＜Ａ’＜Ａ）となり、公差の和Ａ＋Ｂよりも小さくなる。全公差を小さくできることから、異方性希土類ボンド磁石と電磁回転体とが接触しないために必要な間隙の最小値を小さくすることができる。以上の理由から、電磁回転体長さ対筐体外径比ｈ／ｒが０．０１以上、０．１以下としたことと、異方性希土類ボンド磁石を筐体に圧入したこととにより、電磁回転体と異方性希土類ボンド磁石との間隙を小さくでき、磁気回路の磁気抵抗を極力小さくできる。このようにして、モータの外径を増大させても、異方性希土類ボンド磁石と電磁回転体との間隙を小さくできるので、トルクの低下がなく、モータ性能指標Ｔ（モータ最大出力／モータ磁気回路部体積）を高く維持し、または、増大させた、超偏平形のＤＣブラシモータとすることができる。

なお、上記のモータ筐体はバックヨークを含む概念であり、モータ筐体外径ｒは、バックヨークなどを含むモータ装置の外径の直径の意味で用いられている。
又、１＜筐体厚さ対磁石厚さ比ｗ／ｄ≦４の範囲は次の観点から設定されている。フェライト磁石を使用したＤＣブラシモータの場合には、磁石の磁力が弱いために、磁石厚さに対して筐体厚さが薄くても十分磁気漏洩を防ぐ設計が可能となっている。それに対して、異方性希土類ボンド磁石を使用した場合には、ｗ／ｄが１以下の時には、磁石の磁力が強力なために磁気漏洩を防ぐことが出来なくなるので、ｗ／ｄは、通常１以上である。ｗ／ｄが４より大きくなると、磁石の磁力が強力であっても、筐体厚さが厚くなり過ぎ、磁気漏洩はなくなるものの、無駄に筐体厚さを増加させることになり、十分な小型化ができなくなり、ひいては、モータ性能指標が劣化する。

一方、磁石厚さ対筐体外径比ｄ／ｒの範囲は次の観点から決定されている。
永久磁石の磁力は磁石厚さに応じて増加する。磁石厚さ対筐体外径比ｄ／ｒは０．０１より小さくなると、反磁場が大となり急激に磁力が低下し、従来の所定トルクを得ることができない。よって、磁石厚さ対筐体外径比ｄ／ｒは０．０１以上が望ましい。

また、磁石厚さ対筐体外径比ｄ／ｒが０．０５を越えると、磁石の磁力が強すぎるために、筐体の厚さを増大させなければならないので望ましくない。また、電磁回転体に対する磁束の磁気回路に関しては、磁石がエアギャップとなり、磁気回路の磁気抵抗が増加し、モータ性能指標が劣化するので望ましくないので、磁石厚さ対筐体外径比ｄ／ｒは０．０５以下が望ましい。
よって、磁石厚さ対筐体外径比ｄ／ｒは、０．０１以上、０．０５以下であることが望ましい。

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではない。

図１（ａ）、（ｂ）に本実施例のモータの１例を示す。図は、側面図（ａ）とｂｂ断面図（ｂ）である。本実施例のモータ装置は、モータ性能指標Ｔ（モータ最大出力／モータ磁気回路部体積）を高い値に維持したまま、超偏平化することを目的としている。本実施例のモータ装置は、筐体１２、筐体１２の内周部に設けられた中空円筒形状の永久磁石である異方性希土類ボンド磁石１３、中央部に設けられた電磁回転体を形成するロータコア１４、ロータコア１４に旋巻されたコイル１５、ロータコア１４中心部から延出された回転軸１１、そして磁束漏れ防止のためのバックヨーク１０から構成される。なお、異方性希土類ボンド磁石１３には、最大エネルギー積が１７ＭＧＯｅ（１３５ＫＪ／ｍ³）以上を用いることにより、その最大エネルギー積が大きいために、本発明を用いた場合における磁気回路の磁気抵抗の減少効果により、モータの性能向上が大きくなる。異方性希土類ボンド磁石１３は６極に磁化されており、ロータコア１４において巻線が配置されるスロットは１５個である。尚、モータ筐体１６は筐体１２とバックヨーク１０とを合わせた概念として使用している。バックヨーク１０は必ずしも必要ではなく、筐体１２だけでモータ筐体を構成しても良い。

尚、上記異方性希土類ボンド磁石１３は、出願人により、近年ようやく量産化が可能となったものである。例えば、この異方性希土類ボンド磁石１３は、特開２００１−７６９１７号公報、特許第２８１６６６８号公報、特許第３０６０１０４号公報、及び国際特許出願ＰＣＴ／ＪＰ０３／０４５３２の製造方法で製造される。この異方性希土類ボンド磁石は、最大エネルギー積１７ＭＧＯｅ〜２８ＭＧＯｅ（１３５ＫＪ／ｍ³〜２２３ＫＪ／ｍ³）のものを、現在、製造することができる。

本実施例のモータ装置（図１（ａ）、（ｂ））は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂからなる薄型中空円筒状の異方性希土類ボンド磁石１３を採用している。又、ボンド磁石１３の径を６５ｍｍとして、その着磁を６極とすることで、１極当たりの磁気回路の磁路長が径を大きくしても増大しないようにして、ロータコア１４の受けるトルクの減少の防止を図っている。異方性希土類ボンド磁石１３は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂからなる磁粉を樹脂成型することにより製造され、径方向に強く磁化された磁石である。異方性希土類ボンド磁石の材料は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂの他、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系材料、例えばＮｄとＮｄの他の希土類元素を含んだり、その他の添加元素を含んだ材料を用いることができる。更に、Ｎｄ以外の希土類元素を含んだ材料、例えば、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系材料、ＳｍＣｏ系材料、または、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系材料とこれらの混合物質を用いることができる。

又、異方性希土類ボンド磁石はプラスチック磁石とも言われる。この磁石は、従来の焼結フェライト磁石と比較して最大エネルギー積（ＢＨ）_maxが約５倍以上となる特徴がある。即ち、標準的な焼結フェライト磁石２３の最大エネルギー積（ＢＨ）_maxが３．５ＭＧＯe （２８ＫＪ／ｍ³）に対して、この異方性希土類ボンド磁石は、その約５倍の１７ＭＧＯｅ（１３５ＫＪ／ｍ³）以上の最大エネルギー積を有する。

異方性希土類ボンド磁石１３における樹脂の重量割合は、２Ｗ％以上３Ｗ％以下の範囲とした。異方性磁石粉末と樹脂とを金型に供給し、加熱した状態で磁場を印加して配向させ、さらに圧縮成形する。

この成形体をキュアー処理して、樹脂の硬化度を９０〜１００％まで向上させた。これにより、磁粉と樹脂、樹脂と樹脂との間の結合を高めた。次に、この円筒状の成形体を、図３に示すように、圧入シリンダ３０の位置決め凸リング３２を有するピストン３１に挿入して、硬化後の異方性希土類ボンド磁石１３の成形体をガラス転移点温度以下の温度で加熱した。凸リング３２によりピストン３１における異方性希土類ボンド磁石１３の位置が決定される。この加熱により、磁粉と樹脂、樹脂と樹脂との間の結合を切ることなく、材質強度を下げる、すなわち、硬化させた樹脂をガラス状領域からゴム状領域に近づけることにより、異方性希土類ボンド磁石１３を筐体１２に圧入する時に異方性希土類ボンド磁石に応力がかかるのを低減して機械的強度を保持した。この状態で、圧入シリンダ３０を駆動して、図３に示すように、ピストン３１の先端が筐体先端部に当接する状態とした。この状態で、筐体１２の内部における異方性希土類ボンド磁石１３の位置が決定される。このピストン３１の動作により、筐体１２の内周部に沿って、異方性希土類ボンド磁石１３を圧入して、所定位置に位置決めした。その後、圧入シリンダ３０を駆動して、ピストン３１を抜くことで、異方性希土類ボンド磁石１３を筐体１２の内周部に圧入固定した。

このようにして、図２に示すように、異方性希土類ボンド磁石１３の外周面は筐体１２の内周面に対して、異方性希土類ボンド磁石１３の弾性力と筐体１２の弾性力とにより、直接、圧接されている。すなわち、異方性希土類ボンド磁石１３の外周面と筐体１２の内周面との間には、全面に渡り隙間が存在しない。したがって、磁気回路の磁気抵抗を減少させることができる。この結果、エネルギー積の大きい異方性希土類ボンド磁石１３の能力を十分に発揮させることができ、出力トルクやモータ性能指標（モータ最大出力／モータ磁気回路部体積）の大きなモータを得ることができる。

上記の製造方法により、図４に示すように、異方性希土類ボンド磁石１３を筐体１２の内面に圧入により圧接した構造とすることができる。異方性希土類ボンド磁石１３の厚さｄは、図４に示すように、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲の薄さであることが好ましい。同じモータ筐体外径の場合、厚さｄが０．５ｍｍ未満では反磁場が大となり急激に磁力が低下し、従来の所定のトルクを得ることができない。また、磁石厚さｄが２．０ｍｍを越えると、磁石の磁力が強すぎるために、筐体の厚さを増大させなければならないので望ましくない。また、電磁回転体に対する磁束の磁気回路に関しては、磁石厚さｄは、エアギャップとなり、磁気回路の磁気抵抗が増加し、モータ性能指標が劣化するので望ましくない。よって、磁石厚さｄは、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲が望ましい。

また、異方性希土類ボンド磁石１３の内周面とロータコア１４との間隙ｂは、０．０５ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の範囲のであることが好ましい。本発明においては、筐体と磁石が圧接状態にあること、及び、ｈ／ｒを０．０１以上、０．１０以下に限定することで、異方性希土類ボンド磁石の内周面が精度良く形成される為、間隙を小さくすることができる。本発明のモータと磁気特性を同一にしたモータの場合には、異方性希土類ボンド磁石と電磁回転体との間隙が０．０５ｍｍ未満では、モータの組み立て時における電磁回転体の位置決めが困難であり、さらに、電磁回転体の作製精度に限界があるため、クリアランスを確保できず、モータの製造が困難となる。また、間隙が０．４ｍｍを超えると磁気抵抗が増大し、モータの性能指数の向上効果と、出力を低下させずにモータを偏平化させる効果が大幅に減少する。

また、好ましくは電磁回転体の直径２ａを拡大するとトルクが更に向上し、モータ性能指標Ｔを下げることなく、超偏平形のＤＣブラシモータとすることができる。具体的には、電磁回転体直径対モータ筐体外径比２ａ／ｒが、０．８２以上、０．９０以下に電磁回転体の直径を拡大するとよい。２ａ／ｒが、０．８２未満では、トルクの向上が十分ではなく、０．９０を超えると磁石側からの供給磁束が減って逆にトルクが減少してしまう。本実施例では、ロータコア１４の外径を固定し、ロータコア１４と異方性希土類ボンド磁石１３との間隙ｂを０．２５ｍｍ、異方性希土類ボンド磁石１３の厚さを１．５ｍｍ、磁石長さは５．５ｍｍと従来の４極異方性希土類ボンド磁石の長さの約１／２、体積は５８％とした。

また、異方性希土類ボンド磁石の厚さは、０．７ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすると、さらに、望ましい。異方性希土類ボンド磁石の内周面とロータのコアの外周面との間隔は、０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下が、より望ましい。

表１は、従来技術等と本発明のモータの諸元を比較して示した表である。電磁回転体の長さｈ、モータ筐体の外径（直径）ｒ、磁石の長さｕなどは、それらのモータの出力が同一となるように設定した。従来例は、現行使用されているフェライト焼結磁石を使用した磁極が４極の偏平モータである。比較例１は、従来例に対して、一体リング形状で、磁極が４極で薄型の異方性希土類ボンド磁石を適用した比較例である。比較例２は、比較例１に対して磁極を４極から６極にしたものである。比較例１、２、実施例は、モータ筐体の外径（直径）ｒを同一にして、モータ出力が同一となるように、磁石の長さｕ、電磁回転体の長さｈ等を設定した。なお、従来例と比較例１、２は、磁石は筐体に接着剤で接着されており、且つ、磁石の内表面が樹脂で覆われており、モータ筐体と磁石が圧接状態にあるのは、本発明だけである。

本実施例では、表１に示すように筐体外径（直径）を現在使用されているフェライト焼結磁石を使用したモータに比べ若干小さくしても、圧入により磁石と筐体間が圧接されていること、磁石の磁極を６極以上に選択していること、磁石を薄型化していること、電磁回転体を大径化し、ｈ／ｒを０．０１以上、０．１０以下に薄くすることにより、エアギャップを小さくでき、従来困難であった、従来のフェライト焼結使用の小型ＤＣブラシ偏平モータと同一出力特性での大幅な極偏平化とモータ性能指標の３倍もの向上を同時に達成することができた。

また、従来の偏平モータのモータ出力と同一の出力が得られるように、従来の偏平モータに対して特許文献１の異方性希土類ボンド磁石を用いたモータ（比較例１）と、本実施例と比較すれば明らかなように、モータ性能指標は１．７倍に向上していることが理解される。また、６極モータである比較例２と実施例とを比べても、モータ性能指標は１．４場合に向上していることが理解される。

本実施例のモータ性能指標の向上の理由は、磁極数６極とすること、異方性希土類ボンド磁石とモータ筐体を圧接状態とすること、電磁回転体長さ対筐体外径比ｈ／ｒを０．０１以上、０．１以下とすることのこれらの構成要件の相互作用によるものである。磁極数を６極とすることで、磁気回路の磁路長を短くすることで、筐体外径の増大に対して磁気回路の磁気抵抗の増大を抑制し、異方性希土類ボンド磁石と筐体とを圧接状態としてｈ／ｒを０．０１以上、０．１以下とすることにより、異方性希土類ボンド磁石の内径公差を小さくすることで、電磁回転体と異方性希土類ボンド磁石の内面との間隙を極めて小さくすることにより、磁気回路の磁気抵抗を低減させて、磁力に対するモータ出力の比を向上させることができたからである。この結果、本実施例によると、偏平率ｈ／ｒ＝０．０７７を実現し、モータ性能指標Ｔ（モータ最大出力／モータ磁気回路部体積）を従来の偏平率０．２０９のモータに比べて、３倍以上とすることができた。

また、現行品のフェライト焼結磁石使用の偏平モータに比べて、同一出力、モータ筐体外径をほぼ等しくした場合には、磁石長さが３０％以下となり、電磁回転体の長さｈも３５％以下と大幅に偏平化したモータを得ることができた。

また、筐体厚さ、磁石厚さ、モータ外径間の比を所定の範囲内にすることで、本実施例においては、筐体厚さ＋磁石厚さを５．１５ｍｍと薄くできるために、電磁回転体半径を大きくできる。この結果、電磁回転体のスロット数が１２スロットから１５スロットへと増えてもそれ以上に電磁回転体への巻線のペースが拡大し、筐体の外径を同一とすれば、モータ出力を向上させることができ、モータ性能指標Ｔ（モータ最大出力／モータ磁気回路部体積）を向上させることができる。

本発明は、小型の超偏平形の高トルクモータとして用いることができる。

本発明の具体的な第１実施例に係るＤＣブラシモータ装置を示した構成図。第１実施例に係るＤＣブラシモータにおける異方性希土類ボンド磁石が筐体内周部に圧入された状態を示した軸方向断面図。第１実施例に係るＤＣブラシモータにおける異方性希土類ボンド磁石を筐体内周部に圧入する機構の構成図。ロータコアと異方性希土類ボンド磁石と空隙との関係を示した断面図。

符号の説明

１０…バックヨーク
１１…回転軸
１２…筐体
１３…異方性希土類ボンド磁石
１４…ロータコア
１５…コイル
１６…モータ筐体
３０…シリンダ
３１…ピストン
３２…凸リング

Claims

ＤＣブラシモータの筐体内周部に配置した永久磁石と、中心部に配置した電磁回転体からなるＤＣブラシモータ装置であって、
前記永久磁石は、前記筐体内周部に圧接され、最大エネルギー積が１７ＭＧＯe 以上であり、少なくとも６磁極に着磁された中空円筒状の薄肉形状な異方性希土類ボンド磁石であり、
前記モータ筐体外径（直径）をｒ、前記異方性希土類ボンド磁石の径方向厚さをｄ、前記電磁回転体長さをｈ、前記モータ筐体の厚さをｗとする時、モータ筐体外径（直径）が５０ｍｍ以上、１００ｍｍ未満、筐体厚さ対磁石厚さ比ｗ／ｄが１より大きく４以下であり、磁石厚さ対筐体外径比ｄ／ｒが０．０１以上、０．０５以下であり、電磁回転体長さ対筐体外径比ｈ／ｒが０．０１以上、０．１０以下であることを特徴とするＤＣブラシモータ装置。
前記異方性希土類ボンド磁石は前記筐体の内周面に圧入することにより、前記異方性希土類ボンド磁石の外周面が前記筐体の内周面と直接、圧接されていることを特徴とする請求項１に記載のＤＣブラシモータ装置。