JP2008086122A - 直流モータ - Google Patents

Abstract

【課題】コギングトルクの振幅を更に小さくし、ひいては振動や騒音を更に低減することができる直流モータを提供する。
【解決手段】直流モータは、略円筒状のヨーク３と、ヨーク３の内周面に沿って固定された複数のマグネット４と、ヨーク３内に収容され、巻線９が巻装された放射状のティース８を有する電機子コア６とを備える。マグネット４の周方向端部には、ヨーク３から径方向に離間することでコギングトルクの周期を短く且つ振幅を小さくするための離間部４ａが形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヨークの内周面に沿って固定された複数のマグネットを備えた直流モータに関するものである。

従来、直流モータとしては、略円筒状のヨークと、そのヨークの内周面に沿って固定された（軸方向から見て略円弧状の）複数のマグネットと、ヨーク内に収容され巻線が巻装された放射状のティースを有する電機子コアとを備えたものがある。そして、このような直流モータは、マグネットの径方向幅が周方向に一定であるものが一般的であるが、このような直流モータでは、コギングトルク（その振幅）が大きくなってしまう（図２に破線で示す特性Ｘ１参照）。

そこで、ヨークに固定されるマグネットとしては、その周方向端部に向かうほど、電機子コアからの距離（即ちエアギャップ）が大きくなっていくように径方向幅が小さくなっていく縮幅部を有するものがある（例えば、特許文献１参照）。このような直流モータでは、マグネットの径方向幅が周方向に一定であるものに比べて、コギングトルク（その振幅）が小さくなる（図２に実線で示す特性Ｘ２参照）。
特開２００２−２９１０００号公報（図８（Ｂ））

しかしながら、上記のような直流モータにおいてもコギングトルクに基づく直流モータの振動や騒音が依然大きいため、コギングトルクの振幅を更に小さくし、ひいては直流モータの振動や騒音を更に低減することが望まれている。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、コギングトルクの振幅を更に小さくし、ひいては振動や騒音を更に低減することができる直流モータを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、略円筒状のヨークと、前記ヨークの内周面に沿って固定された複数のマグネットと、前記ヨーク内に収容され、巻線が巻装された放射状のティースを有する電機子コアとを備えた直流モータであって、前記マグネットの周方向端部には、前記ヨークから径方向に離間することでコギングトルクの周期を短く且つ振幅を小さくするための離間部が形成された。

同構成によれば、電機子コア（ティース）の回転時に生じる磁気抵抗の急激な変化に基づき加振源となるマグネットの周方向端部には、ヨークから径方向に離間する、即ち自由端となり振動をヨークに直接伝達しない離間部が形成され、該離間部により（離間部がないものに比べて）コギングトルクの周期が短く且つ振幅が小さくされる。よって、直流モータの振動や騒音が低減される。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の直流モータにおいて、前記離間部を含む前記マグネットと前記電機子コアとのエアギャップは一定とされた。
同構成によれば、離間部を含むマグネットと電機子コアとのエアギャップは一定であるため、例えば、離間部と電機子コアとのエアギャップが他の部分より大きくされたものに比べて、磁束の無駄を少なくして高効率とすることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の直流モータにおいて、前記マグネットは、前記離間部を含む全体がラジアル方向に配向された異方性磁石、又は等方性磁石である。

同構成によれば、マグネットは、前記離間部を含む全体がラジアル方向に配向された異方性磁石、又は等方性磁石であるため、例えば配向の方向が複数の異方性磁石とした場合に比べて、その製造が容易で、安価となる。

本発明によれば、コギングトルクの振幅を更に小さくし、ひいては振動や騒音を更に低減することができる直流モータを提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１及び図２に従って説明する。図１に示すように、本実施の形態の直流モータは、固定子（ステータ）１と固定子１に対して回転する電機子（ロータ）２とを備えている。

固定子１は、略円筒状のヨーク３と、そのヨーク３の内周面に沿って等角度間隔に固定された複数（本実施の形態では２個）のマグネット４とを備える。マグネット４は、軸方向から見て略円弧状に形成され、その円弧の外側（外周面）がヨーク３の内周面に固着されている。

電機子２は、固定子１に対して回転可能に支持された回転軸５と、該回転軸５に固定された電機子コア６と、同じく回転軸５に固定された整流子７とを備える。本実施の形態の電機子コア６は、回転軸５を中心として放射状に延びる１２個のティース８を有する。そして、ティース８には巻線９が図示しないインシュレータを介して分布巻にて巻装されている。尚、本実施の形態の巻線９は、周方向に並ぶ３個のティース８に分布巻されている。又、図１では、前記巻線９を部分的且つ模式的に図示している。

ここで、本実施の形態のマグネット４の周方向端部には、ヨーク３から径方向に離間することでコギングトルクの周期を短く且つ振幅を小さくするための離間部４ａが形成されている。詳しくは、マグネット４の周方向中央部は、その外周面がヨーク３の内周面に固着される径方向幅が周方向に一定の主磁束部４ｂとされている。そして、離間部４ａは、その外周面がヨーク３の内周面に固着されないように、主磁束部４ｂより径方向幅が小さくされて、主磁束部４ｂの周方向両端部から延設されている。又、本実施の形態の離間部４ａは、主磁束部４ｂより周方向に離間するほど（周方向端部に向かうほど）径方向幅が小さくなるように形成されている。又、離間部４ａは、全て（本実施の形態では２個）のマグネット４の全ての周方向端部に形成されている。又、離間部４ａを含むマグネット４と電機子コア６とのエアギャップは一定とされている。又、本実施の形態のマグネット４は、離間部４ａを含む全体がラジアル方向に配向された異方性磁石である。そして、離間部４ａは、（離間部がないもの（図２中、特性Ｘ１，Ｘ２参照）に比べて）コギングトルクの周期を短く且つ振幅を小さくするように設定されている（図２に太線で示す特性Ｘ３参照）。尚、本実施の形態の離間部４ａは、離間部がなくマグネットの径方向幅が周方向に一定の一般的なもの（図２に破線で示す特性Ｘ１参照）のコギングトルクの周期である回転角度３０°に対して、コギングトルクの周期を約１／３（回転角度約１０°）としている。つまり、離間部４ａは、コギングトルクの山と谷の間隔と高さを小さくしている。

次に、上記実施の形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
（１）電機子コア６（ティース８）の回転時に生じる磁気抵抗の急激な変化に基づき加振源となるマグネット４の周方向端部には、ヨーク３から径方向に離間する、即ち自由端となり振動をヨーク３に直接伝達しない離間部４ａが形成され、該離間部４ａにより（離間部４ａがないもの（特性Ｘ１，Ｘ２参照）に比べて）コギングトルクの周期が短く且つ振幅が小さくされる（図２に太線で示す特性Ｘ３参照）。よって、直流モータの振動や騒音が低減される。

（２）離間部４ａを含むマグネット４と電機子コア６とのエアギャップは一定であるため、例えば、離間部４ａと電機子コア６とのエアギャップが他の部分（主磁束部４ｂ）より大きくされたものに比べて、磁束の無駄を少なくして高効率とすることができる。

（３）マグネット４は、離間部４ａを含む全体がラジアル方向に配向された異方性磁石であるため、例えば配向の方向が複数の異方性磁石とした場合に比べて、その製造が容易で、安価となる。

（４）離間部４ａは、全て（本実施の形態では２個）のマグネット４の全ての周方向端部に形成されるため、各部で振動や騒音が低減される。
上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。

・上記実施の形態では、離間部４ａとヨーク３との間を空間としたが、これに限定されず、図３に示すように、上記実施の形態と略同様に離間部４ａの振動をヨーク３に直接伝達しない（即ち振動減衰効果の高い）高分子材料１１を、離間部４ａとヨーク３との間に介在させてもよい。尚、図３に示す高分子材料１１は、その全体が、周方向に隣り合うマグネット４同士を周方向に繋ぐ形状（軸方向から見て略円弧形状）に形成されている。又、勿論、高分子材料１１は、周方向に隣り合うマグネット４同士を周方向に繋がない分割された（１つの離間部４ａに１つ設けられる）形状のものとしてもよい。さらに、離間部４ａとヨーク３との径方向の間のみに設けられる形状の高分子材料としてもよく、このようにすると、上記別例（図３参照）に比べて高分子材料の量を少なくすることができる。

・上記実施の形態では、離間部４ａを含むマグネット４（即ち離間部４ａ及び主磁束部４ｂ）と電機子コア６とのエアギャップは一定であるとしたが、これに限定されず、例えば、離間部４ａと電機子コア６とのエアギャップを他の部分（主磁束部４ｂ）より大きくしてもよい。

・上記実施の形態では、マグネット４は、離間部４ａを含む全体がラジアル方向に配向された異方性磁石であるとしたが、これに限定されず、例えば、等方性磁石に変更してもよく、このようにしても、例えば配向の方向が複数の異方性磁石とした場合に比べて、その製造が容易で、安価となる。

・上記実施の形態では、離間部４ａは、全て（本実施の形態では２個）のマグネット４の全ての周方向端部に形成されるとしたが、これに限定されず、全てのマグネット４の全ての周方向端部の内の少なくとも１つに離間部４ａを形成すればよい。

・上記実施の形態では、離間部４ａは、主磁束部４ｂより周方向に離間するほど（周方向端部に向かうほど）径方向幅が小さくなるように形成されるとしたが、これに限定されず、例えば、径方向幅が一定のものとしてもよい。

・上記実施の形態では、離間部４ａは、離間部がなくマグネットの径方向幅が周方向に一定の一般的なもの（図２に破線で示す特性Ｘ１参照）のコギングトルクの周期である回転角度３０°に対して、周期を約１／３（回転角度約１０°）とするものとしたが、周期を短く且つ振幅を小さくすることができれば、他の特性となるように変更してもよい。

・上記実施の形態では、固定子１が備えるマグネット４の数は、２個であるとしたが、これに限定されず、マグネットの数を他の数（例えば、４個や６個等）に変更してもよい。

・上記実施の形態では、電機子コア６が有するティース８の数は、１２個であるとしたが、これに限定されず、ティース８の数を他の数に変更してもよい。又、勿論、分布巻するティースの数（上記実施の形態では３個）をも変更してもよい。

上記各実施の形態から把握できる技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
（イ）略円筒状のヨークと、前記ヨークの内周面に沿って固定された複数のマグネットと、前記ヨーク内に収容され、巻線が巻装された放射状のティースを有する電機子コアと
を備えた直流モータであって、前記マグネットの周方向端部には、前記ヨークから径方向に離間する離間部が形成され、前記マグネットは、前記離間部を含む全体がラジアル方向に配向された異方性磁石、又は等方性磁石であることを特徴とする直流モータ。

同構成によれば、電機子コアの回転時に生じる磁気抵抗の急激な変化に基づき加振源となるマグネットの周方向端部には、ヨークから径方向に離間する、即ち振動をヨークに直接伝達しない離間部が形成されるため、該離間部により（離間部がないものに比べて）コギングトルクの周期を短く且つ振幅を小さくすることができる。よって、直流モータの振動や騒音を低減することができる。又、マグネットは、前記離間部を含む全体がラジアル方向に配向された異方性磁石、又は等方性磁石であるため、配向の方向が複数の異方性磁石とした場合に比べて、その製造が容易で、安価となる。

（ロ）請求項１乃至３、及び上記（イ）のいずれか１つに記載の直流モータにおいて、前記離間部は、全ての前記マグネットの全ての周方向端部に形成されたことを特徴とする直流モータ。同構成によれば、離間部は、全てのマグネットの全ての周方向端部に形成されるため、各部で振動や騒音が低減される。

本実施の形態における直流モータの模式断面図。 回転角度−コギングトルク特性図。 別例における直流モータの模式断面図。

符号の説明

３…ヨーク、４…マグネット、４ａ…離間部、６…電機子コア、８…ティース、９…巻線。

Claims (3)

1. 略円筒状のヨークと、
   前記ヨークの内周面に沿って固定された複数のマグネットと、
   前記ヨーク内に収容され、巻線が巻装された放射状のティースを有する電機子コアと
   を備えた直流モータであって、
   前記マグネットの周方向端部には、前記ヨークから径方向に離間することでコギングトルクの周期を短く且つ振幅を小さくするための離間部が形成されたことを特徴とする直流モータ。
2. 請求項１に記載の直流モータにおいて、
   前記離間部を含む前記マグネットと前記電機子コアとのエアギャップは一定とされたことを特徴とする直流モータ。
3. 請求項１又は２に記載の直流モータにおいて、
   前記マグネットは、前記離間部を含む全体がラジアル方向に配向された異方性磁石、又は等方性磁石であることを特徴とする直流モータ。

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