JP2008043031A - リング形状界磁マグネットに薄肉部を形成した小型モータ - Google Patents

Abstract

【課題】４極以上の多極のマグネットに適用して、必要以上にモータトルクを低下させること無く、コギングトルクの発生を小さくする。
【解決手段】本発明は、金属製モータケースの内周面に４極以上の複数極の界磁マグネットを取着して構成される。この複数極の界磁マグネットは、径方向に所定厚さ及びスラスト方向に所定長さを有する全体的にはリング形状に一体に形成したマグネット材に対して着磁される。各磁極間のそれぞれにおいて、径方向外周側を切除することにより径方向厚さが薄くなった薄肉部が形成される。そして、この着磁は、周方向にＳとＮを交互にして径方向に行われる。また、界磁マグネットは、各磁極間のそれぞれにおいて、スラスト方向の端部に切欠き部を設けることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、自動車ドアロックとかシートアジャスタ等の電装用途、電動工具等に用いることのできる小型モータに関し、特に、モータケース内周面に取り付けられる固定子磁極用マグネット構成に関する。

図１１は、従来技術の小型モータの断面図である。このモータは、３極回転磁極構成のロータと、このロータを取り巻くように配されたヨークと、ヨークの内面に取り付けられた断面円弧状（Ｃ型形状）の２個の固定子磁極用マグネットとを具備する。このマグネットは、それぞれ中央部分からロータの周方向に沿って両端部に向かうにしたがって、ロータの外周面との間のギャップが次第に広がる形状に形成されている。

さらに、図示のマグネットは、両端部の対向面の背面（外面）が切り欠かれて切欠き部が形成されている。この切欠き部の形状を変えることによって、マグネットの両端部での磁束密度を調節することができる。

一般的に、固定子磁極用マグネットは、その周方向中央よりも両端部に向けて回転子磁極外周面との径方向間隔を徐々に大きくして、磁界を徐々に弱くすることにより、回転子の回転に伴う急激な磁界の変化を避けることが可能となる。これによって、コギングトルクの発生を小さくすることができる。

しかし、図示のモータは、Ｃ型形状のマグネットをヨーク内に複数個（２個）組み込む必要があるため、特に、４個以上の多数のマグネットをヨーク内へ組み込む際には、その位置決め固定が難しく、生産コスト、品質に対し不利な構成となっている。また、図示のマグネットのように、中央部分から両端部に向かうにしたがって磁束を低下させるために、ロータの外周面との間のギャップが次第に広がる内径偏肉形状にしているが、このような形状は、必要以上に大きなマグネットを用いて発生する磁束を、ギャップを広げて低下させるものであり、効率的では無い。
特開平１０−２０１２０６号公報

本発明は、係る問題点を解決して、４極以上の多極のマグネットに適用して、必要以上にモータトルクを低下させること無く、コギングトルクの発生を小さくすることを目的としている。

また、本発明は、多極マグネットをモータケース内に一括装着可能にして、強固に固定すると共に、マグネットの体積を削減することでコストダウンを図ることを目的としている。

本発明の小型モータは、金属製モータケースの内周面に４極以上の複数極の界磁マグネットを取着して構成される。この複数極の界磁マグネットは、径方向に所定厚さ及びスラスト方向に所定長さを有する全体的にはリング形状に一体に形成したマグネット材に対して着磁される。各磁極間のそれぞれにおいて、径方向外周側を切除することにより径方向厚さが薄くなった薄肉部が形成される。そして、この着磁は、周方向にＳとＮを交互にして径方向に行われる。また、界磁マグネットは、各磁極間のそれぞれにおいて、スラスト方向の端部に切欠き部を設けることができる。

本発明によれば、マグネットと回転子磁極コア間のギャップを一定に維持して、必要以上にモータトルクを低下させること無く、多極マグネットの磁極間に薄肉部を設けてコギングトルクの発生を小さくすることができる。

また、マグネットを全体的にはリング形状に構成することにより容易に多極化することができ、かつ、この一体構成の多極化マグネットをモータケース内に一括装着可能にして、強固に固定すると共に組込み性及び生産性を向上してコストダウンを図ることができる。

さらに、一括装着したマグネットとモータケース間に隙間が形成されるので、この隙間に接着剤を流すことによりマグネットをモータケース内に強固に固定することが可能となる。

以下、例示に基づき本発明を説明する。図１は、本発明を具体化する小型モータの構成を示す縦断面図である。４極界磁のマグネット、及び１０極の回転子磁極（図３参照）を有する小型モータについて、以下説明するが、本発明は、４極、６極、８極等の４極以上の多数極の界磁極及び３極以上の回転子磁極を有する小型モータに対して適用可能である。

図示したように、例えば金属材料等により中空円筒状に形成されたモータケースの内周面に界磁用マグネットが取り付けられている。モータケースの円筒形状側面が、マグネットの磁路となるヨークを形成している。このモータケースの開口部にはエンドベル（ケース蓋）が嵌着されている。なお、図示のモータケース側面は、円筒形状として例示したが、界磁極数と同数の辺を有する多角形状にすることも可能である。

回転子のシャフトは、エンドベルの中央部と、モータケースの底部中央にそれぞれ設けられた軸受によって支持されている。なお、シャフトは、それが結合される外部負荷に応じた適切な長さに、軸受を貫通してモータ外部に延長可能である。シャフト上に構成される回転子は、磁極コアと該磁極コア上に巻いた巻線とからなる回転子磁極構成を備えている。整流子は、シャフト上に固定されている。この整流子に接触するブラシ（一対）は、モータケースに取り付けたブラシホルダに支持され、かつ、モータ電源は、ブラシに電気的に接続された外部端子を介して外部より供給される。本発明は、詳細は後述するように、界磁用マグネットの構成及びこのマグネットのモータケース内への取付け構成にのみ特徴を有しており、回転子磁極及び整流子を含む回転子構成及びブラシなどの電源供給構成としては、例示した構成に限らず他の通常の構成を採用可能である。

図２は、４極界磁のマグネットを単独で示す図であり、（Ａ）は側面図を、（Ｂ）は図中の上半分を断面で示す縦断面図、（Ｃ）は斜視図である。図示のマグネットの磁極は径方向に着磁される４極であり、かつ周方向にＳとＮが交互になっている。このマグネットとしては、通常のマグネット、例えば、ネオジボンド磁石のようなプラスチックマグネット或いは焼結マグネットを用いることができる。ここで例示するマグネットは、マグネット材により径方向に所定厚さ及びスラスト方向に所定長さを有する全体的にはリング形状に一体に形成されているが、各磁極間のそれぞれの中央部或いはその近傍において、径方向外周側を円弧状に切除した切除部を形成した結果として、径方向厚さが薄くなった薄肉部が形成されている。なお、切除部形状として円弧形状を例示したが、これ以外にも、半円形状、平面状、もしくは凹形状などの他の任意の形状を採用可能である。

また、図２（Ｂ）或いは（Ｃ）に見られるように、各磁極間のそれぞれの中央部或いはその近傍において、かつ、シャフトと平行な方向（スラスト方向）においてリング形状マグネットの両側に、それぞれ切欠き部を設けることもできる。これによって、リング形状を維持しつつも、マグネットの体積を削減することができる。なお、切欠き部形状として矩形状を例示したが、図６を参照して後述するように、他の任意の形状を採用可能である。

このようなマグネットは磁性材料を、図示したように薄肉部（及び切欠き部）を有する全体的にはリング形状に一体成形し、多極のマグネットに着磁することができる。このように、マグネットに薄肉部を設けて偏肉形状にしたことで、マグネットの磁束は、マグネット磁極の周方向中心から周方向に離れる程になめらかに減少して、コギングトルク低減を図ることができる。この薄肉部に加えて、マグネットに切欠き部を設けることにより、さらに、マグネット極間で、マグネット材を削ぎ落として、材料費低減を図ることができる。小型モータの製造コストに占めるマグネット材料のコスト比は大きなものとなっているが、例示した構成のように、マグネットに薄肉部（及び切欠き部）を有することで、マグネットの材料費を低減することが可能となる。このマグネットの薄肉部の切削量は、モータ性能を大きく低下させることなく、またリング形状を維持するためには、マグネット体積の４０％以下が望ましい。

多極のマグネットが一体に全体的にはリング形状に構成されるために、モータケース内に一括装着可能となり、位置決め固定が容易となる。マグネット磁極の周方向中心部からマグネット磁極の両端部に向かうにしたがって磁束を低下させるために、ロータの外周面との間のギャップを広げるのではなく、ギャップを一定のままにして、径方向外周側を削ぎ落とした薄肉部（及び切欠き部）を形成したために、効率的な形状となっている。これによって、マグネット磁極の周方向中心部では十分な磁界を発生させる厚みを確保すると共にギャップを一定に維持して、大きなトルクダウン無くコストダウン及びコギングトルクの低減が可能となる。

図３は、本発明を具体化する小型モータをマグネット中央部で切断した概略構成の一例を示す断面図である。図３は、４極界磁のマグネット、及び１０極の回転子磁極を有する小型モータを例示するが、巻線の図示を省略している。上述したように、本発明の界磁用マグネットには、各磁極間に切除部（薄肉部）が形成される。このため、リング形状マグネットをモータケース内に一括装着したときには、モータケース内面とマグネット間に隙間が生じるので、ここに接着剤を流すことによりリング形状マグネットの強固な固定が可能となる。

図４〜図９は、リング形状マグネットの種々の構成を例示する図である。図４は、４極界磁極を例として、各磁極間の中央部のそれぞれにおいて形成する薄肉部を、径方向外周側を円弧状に切除することにより構成した例を示している。但し、上述したような切欠き部は設けていない。図４（Ａ）は４個の磁極間の４個の切除部（薄肉部）を同一形状にした例を示し、また、図４（Ｂ）は薄肉部の形状を異ならせた例を示している。即ち、図４（Ｂ）は大きな円弧状に切除した大切除部と、小さな円弧状に切除した小切除部を周方向交互に配置した例を示している。

また、この薄肉部は、マグネットの長さ方向（スラスト方向）の全てに設ける必要は必ずしも無く、図５に示すように、薄肉部の長さ方向の間に壁部を設けることも可能である。スラスト方向に合成したマグネットの磁束が、マグネット磁極間で周方向になめらかに減少しかつ増加する構成であれば、コギングトルク低減を図ることができる。図５（Ａ）は、薄肉部の長さ方向の中央に中央壁部を設けた例を示し、また図５（Ｂ）は薄肉部の長さ方向の非中央部分に片寄り壁部を設けた例を示している。

図６は、マグネットに薄肉部（切除部）に加えて切欠き部を設けた例を示し、前述した矩形状切欠き部（図２参照）とは異なる形状を例示している。図６（Ａ）は円弧状の切欠き部を、（Ｂ）は台形状の切欠き部を、（Ｃ）は三角形状の切欠き部をそれぞれ例示している。図示したように、薄肉部の形成に加えて、各磁極間の中央部のそれぞれにおいて、即ち、薄肉部と周方向位置を合わせて、リング形状マグネットの両側にそれぞれ切欠き部を設けている。これによって、薄肉部による作用に加えて、切欠き部による作用により、マグネットをさらに小さく削ぎ落としてマグネット材コストを低減しつつ、マグネットの磁束はマグネット磁極間でなめらかに減少しかつ増加して、コギングトルク低減を図ることができる。

図７は、薄肉部の形成を円弧状切除により行い、かつ切欠き部形状を矩形状にした場合を例として、（Ａ）は大切除部及びそこに設けた大切欠き部と、小切除部とそこに設けた小切欠き部を組み合わせて形成される薄肉部を、マグネットの周方向に交互に左右反転させた例を示し、また（Ｂ）は、周方向の４つの薄肉部について、左右の配置を周方向で同一にした例を示している。このように、薄肉部（切除部）及び切欠き部は、マグネットの長さ方向の両側で対称に形成する必要は必ずしも無く、図７に示すように、マグネットの両側でその形状を異にすることができる。これによって、マグネットの磁束は、スラスト方向に合成した値が、マグネット磁極間で周方向になめらかに減少しかつ増加して、コギングトルク低減を図ることができる。

図８は、薄肉部の形成を円弧状切除により行い、かつ切欠き部形状を矩形状にした場合を例として、スラスト方向に合成したマグネットの磁束を、マグネット磁極間で周方向によりなめらかにするために、切欠き部の大きさを左右で異ならせるだけでなく、切除部の大きさ（幅）をマグネットの長さ方向に直線的に変化させたテーパー状偏肉例を示している。図８（Ａ）は、切除部の大きさを変化させる方向を、右から左へ、或いは左から右へ周方向に交互に配置した例を示し、（Ｂ）は全て同一方向に配置した例を示している。

図９は、薄肉部の形成を円弧状切除により行い、かつ切欠き部形状を矩形状にした場合を例として、スラスト方向に合成したマグネットの磁束を、マグネット磁極間で周方向によりなめらかにするために、切除部の方向を、シャフトと平行な方向（スラスト方向）に対して、傾けた例を示している。図９（Ａ）は、マグネットの長さ方向において切除部幅を一定にして外周をスキューさせた外周スキュー切除部例を示し、（Ｂ）は、マグネット長さ方向の中央で、ステップ状に周方向にずらせた外周段付き切除部例を示している。

本発明の小型モータは、界磁極間に薄肉部を設けたリング形状マグネットを採用することにより、大きなトルクダウン無く、コギングトルク低減が可能となる。これについて、さらに図１０に示すグラフを参照して、本発明の小型モータによる測定結果（Ａ）を、従来例（Ｂ）と対比して説明する。図１０に示す測定に用いた本発明のマグネットを有するモータ構成は、図３に示すような構成を有している。これと対比する従来例によるマグネットとして、薄肉部を有さない一定厚さのリング形状の構成を使用し、回転子などの他の構成は本発明と同一とした。

図１０（Ａ）及び（Ｂ）のいずれのグラフにおいても、横軸は着磁電圧を表し、また、縦軸は逆起電圧（Ｖ）とコギングトルク（gf.cm）を表している。着磁電圧は、マグネット材質により所定形状に成形して、着磁するために着磁装置コイルに印加する電圧である。例えば、１５００（Ｖ）の電圧で着磁したマグネットを用いた場合、本発明は、性能を低下させずに（従来例と対比して逆起電圧が略同一）、コギングトルクが、従来例の１０．５から５．０（gf.cm）以下に５０％以上低減していることが分かる。

本発明を具体化する小型モータの構成を示す縦断面図である。 ４極界磁のマグネットを単独で示す図である。 本発明を具体化する小型モータをマグネット中央部で切断した概略構成の一例を示す断面図である。 各磁極間の中央部のそれぞれにおいて、径方向外周側に形成する薄肉部を円弧状に切除することにより構成した例を示す図である。 長さ方向の間に壁部を設けた薄肉部の例を示す図である。 マグネットに薄肉部（切除部）に加えて切欠き部を設けた例を示す図である。 大切除部及びそこに設けた大切欠き部と、小切除部とそこに設けた小切欠き部から形成される薄肉部の例を示す図である。 切欠き部の大きさを左右で異ならせるだけでなく、切除部の大きさをマグネットの長さ方向に直線的に変化させたテーパー状の薄肉部の例を示す図である。 切除部の方向を、シャフトと平行な方向に対して、傾けた薄肉部の例を示す図である。 本発明の小型モータによる測定結果（Ａ）を、従来例（Ｂ）と対比して示すグラフである。 従来技術の小型モータの断面図である。

Claims (5)

1. モータケースの内周面に４極以上の複数極の界磁マグネットを取着した小型モータにおいて、
   前記複数極の界磁マグネットは、径方向に所定厚さ及びスラスト方向に所定長さを有する全体的にはリング形状に一体に形成したマグネット材に対して着磁される各磁極間のそれぞれにおいて、径方向外周側を切除することにより径方向厚さが薄くなった薄肉部を形成し、かつ、この着磁は、周方向にＳとＮを交互にして径方向に行われる、
   ことから成る小型モータ。
2. 前記界磁マグネットは、各磁極間のそれぞれにおいて、スラスト方向の端部に切欠き部を設けた請求項１に記載の小型モータ。
3. 前記薄肉部を形成するために切除した形状は、円弧状、半円形状、平面状、もしくは凹形状である請求項１に記載の小型モータ。
4. 前記薄肉部は、スラスト方向両端面部において、幅を異ならせた請求項１に記載の小型モータ。
5. 前記薄肉部が形成される方向を、スラスト方向に対して傾けてスキューさせるか、或いはステップ状に周方向にずらせた請求項１に記載の小型モータ。
   

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