KR100531734B1 - 모터 장치 및 그 영구 자석 - Google Patents

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KR100531734B1
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하시모토요지
미타라이히로나리
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아이치 세이코우 가부시키가이샤
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Abstract

1∼300W 클래스의 모터 장치를 소형화하는 것이다.
브러시 모터 장치에 있어서, 여자(勵磁) 자석을 중공 원통 형상의 이방성 본드 자석(13)으로 형성한다. 그리고 4극에 착자(着磁)한다. 이방성 본드 자석(13)은 종래의 소결 페라이트 자석과 비교하여 약 4배의 최대 에너지 적(積)을 가진다. 4극 착자로 하면, 1극당 자기 회로의 자로 길이가 저감되어 토크 부여에 기여하는 자력이 증대된다. 토크를 종래와 동일하게 하면 전자 회전체 길이와 영구 자석의 축방향 길이를 축소할 수 있다. 이에 따라, 1∼300W 클래스의 모터 장치를 소형화할 수 있다.

Description

모터 장치 및 그 영구 자석 {A MOTOR AND ITS PERMANENT MAGNET}
본 발명은 DC 브러시 모터 장치 및 그것에 사용되는 영구 자석에 관한 것이다. 특히, 영구 자석에 이방성 희토류 본드 자석을 사용하여, 소형화, 고(高)토크화를 가능하게 한 DC 브러시 모터 장치 및 그 영구 자석에 관한 것이다. 본 발명은, 예를 들면, 1W∼300W 클래스의 고성능 소형 DC 브러시 모터 장치에 적용하면, 그 효과가 높은 것이다.
[특허 문헌 1]
일본국 특개 2001-7691A호
[특허 문헌 2]
일본국 특허제2816668호
[특허 문헌 3]
일본국 특허 제3060104호
1960년 이전은, 소형 모터는 자석을 사용하지 않는 유도 브러시 모터가 사용되어 있었다. 1960년대에 들어와, 염가로 자석의 최대 에너지 적(BHmax) 4MGOe급 페라이트 자석의 등장에 의해, 1∼300W 정도의 소비 전력 소형 브러시 모터가 등장하고, 그 후, 40년간에 걸쳐 사용되어 왔다. 그것은 모터 하우징 내주에 기와 형상의 소결(燒結) 페라이트 자석을, 2극, 또는 4극 배치하고, 그들의 중심부에 코일이 감긴 전자 회전체가 배치된 구성이다. 구동 시에는, 회전축에 배치된 브러시에 의해 코일에 흐르는 전류 방향을 변화시켜, 주위의 소결 페라이트 자석에 의한 자장과 전류와의 상호 작용에 의한 로렌츠 힘에 의해 전자 회전체를 회전시키는 구조이다.
이들 모터에 대하여 근래 소형화의 요청이 있었지만, 소결 페라이트 자석은 소결 시에 수축되기 때문에, 두께가 얇은 소결 페라이트 자석을 제작할 수 없어, 모터의 소형화를 할 수 없었다. 또, 자력도 약하기 때문에, 소결 페라이트 자석으로는 대출력 모터를 실현할 수 없었다.
또, 대출력을 얻기 위해 직경이 큰 모터로 하려고 하면, 페라이트 소결 자석은 원주 방향으로 길게 제조할 수 없기 때문에, 부득이 4극으로 제조하고 있었다. 그 경우, 소결 페라이트 자석을 사용하여 자극을 4극으로 한 경우, 크기 및 중량이 증대되어, 모터 성능 지표(토크 상수/체적)가 향상되지 않았다. 또, 상기 소결에 의해 소결 페라이트 자석 형상도 각각 습도 등의 환경 조건, 소결 조건에 의해 상이해, 완전하게는 동일 치수 기와 형상의 소결 페라이트 자석을 얻는 것이 곤란했다. 또한 상기 소결 페라이트 자석은 상기 모터 하우징으로 분할하여 배치할 필요가 있다. 그러므로, 그 배치 정밀도에 의해 자계의 대칭성에 오차가 생기며, 그 결과, 회전 시에는 토크 불균일이 생겨, 이상음을 발생한다고 하는 폐해도 있었다. 1990년대 후반이 되어, 페라이트 자석에 대하여 약 4배인 자석의 최대 에너지 적(BHmax) 14MGOe 이상을 가지는 고자기 특성, 높은 성형성을 가지는 이방성 희토류 본드 자석이 등장하여, 모터에의 운용이 모색되기 시작하고 있었다.
그러나, 모터 메이커에서는, 현 상태의 페라이트를 사용하는 소형 브러시 모터에 사용하여 4배의 최대 에너지 적을 가지는 자석을 사용해도, 단순히 치환하면, 모터 성능은 20% 정도의 성능 향상에 그쳐, 소형화에 대해서는 백 요크가 2배 이상 필요하게 되어, 오히려 대형화되어 버려 채용할 수 없는 것이었다. 또한 모터 성능은 아마추어 형상, 성능, 백 요크 두께, 재질, 코일 등 많은 요인에 의하기 때문에, 성능 향상의 효과는 20% 정도밖에 기대할 수 없게 되어, 이후 수년에 걸쳐 채용되어 오지 않았다.
본 발명은 상기에 기술한 소형 브러시 모터 업계에서 오랜 세월의 문제를 해결한 것이며, 그 목적은 종래의 모터와 동일 성능이며 체적을 1/2로 한다고 하는 대폭적인 소형화ㆍ경량화, 또는, 종래의 모터와 20% 체적을 감소시키면서 성능을 2배로 한다고 하는 대폭적인 고성능화하는 것이다.
또, 모터 성능 지표 T(토크 상수/체적)로 바꿔 말하면, 소결 페라이트 사용의 종래 모터 성능 지표 T의 2배라고 하는 기술 수준이 상이한 고성능 모터를 제공하는 것이다.
또, 동시에, 토크 불균일의 억제에 의한 정숙성의 향상, 제조 시 자석의 복수 매 부착 공정의 생략을 하는 것이다.
또, 더욱 바람직하게는, 소결 페라이트 자석과 비교하여, 자석 사용량을 1/4 이하로 대폭 줄인다고 하는 자원을 절약화한 고성능 모터를 제공하는 것이다.
제1항 기재의 모터 장치는, DC 브러시 모터의 하우징 내주부에 배치한 영구 자석과, 중심부에 배치한 전자 회전체로 이루어지는 모터 장치로서, 그 영구 자석이 적어도 4 자극에 착자된 중공 원통 형상의 이방성 희토류 본드 자석인 것을 특징으로 한다. 이하의 본 발명의 수단, 작용 및 효과는, 일반적으로 보급되고 있는 2극의 (페라이트) 모터 장치와의 비교로 설명한다.
본 발명에 채용한 이방성 본드 자석은 출원인에 의해 제안된 일본국 특허공개 번호 p 2001-7691A, 일본국 등록 번호 제2816668호, 일본국 등록 번호 제3060104호의 제조 방법으로 제작되는 자석으로서, 예를 들면, Nd-Fe-B로 이루어지는 자분(磁粉)을 수지 성형함으로써 제조되며, 1축 방향으로 강하게 자화되는 자석이다. 이 자석은 종래의 소결 페라이트 자석과 비교하여 최대 에너지 적(BHmax)이 4배 이상으로 되는 특징이 있다. 본 발명자는 이 이방성 희토류 본드 자석의 포텐셜을 어떻게 꺼낼 수 있는가를 예의 검토한 결과, 특히, 1∼300W급 소형 브러시 모터에 적용하는 경우에 효과가 큰 것을 발견했다. 그리고, 고성능 이방성 희토류 본드 자석을 사용함으로써 자석을 박형화하고, 동시에, 자극을 4극 이상으로 함으로써 1극당 자기 회로의 자로(磁路) 길이를 대폭 저감할 수 있어, 전체로서 종래에는 도저히 생각할 수 없는, 종래의 모터와 동일 토크 성능에서 체적을 약 1/2로 한다고 하는 대폭적인 소형화ㆍ경량화, 또는, 종래의 모터에 대하여 약 20% 체적을 감소시키면서 토크 성능을 약 2배로 한다고 하는 대폭적인 고성능화라고 하는 획기적인 효과를 얻을 수 있었다.
또, 이 이방성 희토류 본드 자석은 수지 성형으로 형성되므로, 용이하게 정밀도가 양호하게 형성된다. 이에 따라, 모터 하우징 내주부의 영구 자석 형상을 정밀도가 양호한 중공 원통 형상으로 할 수 있다. 즉, 영구 자석에 의한 모터 내부 자장을 정밀도가 양호한 회전 대칭으로 할 수 있다. 내부 자장의 대칭성이 고정밀도가 되므로, 중앙부의 전자 회전체는 균일하게 토크를 받아 회전할 수 있다. 따라서, 종래와 같은 토크 불균일에 의한 이상음이 저감되어, 보다 정숙한 모터 장치가 된다. 또, 이방성 희토류 본드 자석은 중공 원통 형상으로 수지 성형되므로, 모터 장치 하우징에의 조립도 용이하게 된다. 종래와 같이, 분리된 2극, 또는 4극의 소결 페라이트 자석을 각각 조립할 필요가 없다. 즉, 제조 공정도 용이하게 하는 이점이 있다.
또, 제2항 기재의 모터 장치는 제1항 기재의 모터 장치로서, 모터 장치의 영구 자석인 이방성 희토류 본드 자석은 최대 에너지 적이 14MGOe 이상인 것을 특징으로 한다.
이방성 희토류 본드 자석은 소결 페라이트 자석과 비교하여, 우수한 자기 특성을 갖지만, 최대 에너지 적이 14MGOe 이상으로 하면, 보다 바람직하다.
또, 제3항 기재의 모터 장치는 제1항 또는 제2항 기재의 모터 장치로서, 모터 하우징 외경(직경)을 r, 이방성 희토류 본드 자석의 직경 방향 두께를 d, 전자 회전체의 반경을 a, 모터 하우징의 두께를 w로 할 때, 전자 회전체 반경 대 하우징 외경비 a/r이 0.25 이상 0.5 미만에서, 하우징 두께 대 자석 두께비 w/d가 1을 초과하고 4 이하이며, 또한 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r는 0.01 이상 0.10 이하인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 모터 하우징은 백요크를 포함하는 개념이며, 모터 하우징 외경 r은, 백 요크 등을 포함하는 모터 장치 외경의 직경 의미로 사용되고 있다.
여기에서, 전자 회전체 반경 대 하우징 외경비 a/r의 한정 범위는, 통상, DC 브러시 모터로 사용되고 있는 상식적인 범위이다. a/r이 0.25보다 작은 경우에는, 모터 하우징에 대하여 전자 회전체가 현저하게 작아져, 모터 성능 지표의 관점에서 보면, 자석 및 하우징부가 불필요하게 사용된 설계로 되는 것이 명확하기 때문에, 통상, 0.25 이상으로 하고 있다.
또, a/r이 0.5인 때에, 모터 하우징 외경과 전자 회전체의 직경(2a)이 동일하게 되기 때문에, a/r은 당연히 0.5 미만이 된다.
또, 1<하우징 두께 대 자석 두께비 w/d≤4의 범위는 다음의 관점에서 설정되어 있다. 페라이트 자석을 사용한 DC 브러시 모터의 경우에는, 자석의 자력이 약하기 때문에, 자석 두께에 대하여 하우징 두께가 얇아도 충분히 자기 누설을 방지하는 설계가 가능하게 되어 있다. 그것에 대하여, 이방성 희토류 본드 자석을 사용한 경우에는, w/d가 1 이하인 때에는, 자석의 자력이 강력하기 때문에 자기누설을 방지할 수 없게 되므로, w/d는 통상 1 이상이다. w/d가 4보다 커지면, 자석의 자력이 강력해도, 하우징 두께가 너무 두껍게 되어, 자기 누설은 없어지지만, 불필요하게 하우징 두께를 증가시키게 시키게 되어, 충분한 소형화로 할 수 없게 되며, 나아가서는, 모터 성능 지표가 열화된다.
한편, 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r의 범위는 다음의 관점에서 결정되고 있다.
영구 자석의 자력은 자석 두께에 따라 증가한다. 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r는 0.O1보다 작아지면, 반(反)자장이 커져, 급격히 자력이 저하되어, 종래의 소정의 토크를 얻을 수 없다. 따라서 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r는 0.01 이상이 바람직하다.
또, 예를 들면 모터 장치의 성능 지표 T(T= 토크 상수/체적)를 종래의 2배로 하기 위해서는, 즉, 종래의 2극 페라이트 모터의 성능 지표 T(약 1.3)의 2배가 되는 T=2.6을 얻기 위해서는, 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r를 0.1 이하로 할 필요가 있다. 따라서 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r는 O.01 이상 0.10 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 제1항 또는 제2항 기재의 모터 장치를 확실하게 실현할 수 있다.
또, 제4항 기재의 모터 장치는, 제1항 또는 제2항 기재의 모터 장치로서, 모터 하우징 외경(직경)을 r, 이방성 희토류 본드 자석의 직경 방향 두께를 d, 전자 회전체의 반경을 a, 모터 하우징의 두께를 w로 할 때, 전자 회전체 반경 대 하우징 외경비 a/r이 0.25 이상, 0.5 미만에서, 하우징 두께 대 자석 두께비 w/d가 1을 초과하고 4 이하이며, 또한 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r는 O.01 이상, 0.08 이하인 것을 특징으로 한다.
단위 자석 사용량당 모터 장치의 성능 지표 T(즉, 모터 장치의 성능 지표 T /자석 사용량, 이하 이 비 S를 "자석 효율"이라고 함)가 종래의 2극 페라이트 모터 자석 효율의 자석 성능 배수 m배와 동일하게 되는 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r이 0.08이다. 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r이 0.08 이하인 때에, 본 발명 모터 장치의 자석 효율 S는 종래의 2극 페라이트 모터 자석 효율의 자석 성능 배수 m배 이상이 된다. 그러나 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r의 하한값 0.O1보다 작아지면, 전술한 바와 같이, 반자장이 커져 급격히 자력이 저하되어, 종래의 소정 토크를 얻을 수 없으므로, 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r는 0.O1 이상이 바람직하다. 이와 같이, 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r이 0.01 이상, 0.08 이하인 경우에는, 자석 효율 S가 종래의 2극 페라이트 모터 자석 효율의 자석 성능 배수 m배 이상이 된다. 여기에서, 자석성능배수 m은 (이방성 본드 자석의 성능[(BH)max])/(페라이트 소결 자석의 성능[(BH)max]으로 정의된다. 예를 들면, 이방성 본드 자석의 성능(최대 에너지 적)이 14MGOe, 페라이트 소결 자석의 성능(최대 에너지 적)이 3.5MGOe인 경우에는, 자석 성능 배수 m은 4가 된다. 또한 자석 효율 S가 종래의 2극 페라이트 모터 자석 효율의 자석 성능 배수 m 배로 될 때의 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r는 이방성 본드 자석의 최대 에너지 적이 14MGOe 이상에서, 그 값에 관계 없이 대략 동일값인 0.08을 취하고 있다.
또, 제5항 기재의 모터 장치는, 제1항 또는 제2항 기재의 모터 장치로서, 모터 하우징 외경(직경)을 r, 이방성 희토류 본드 자석의 직경 방향 두께를 d, 전자 회전체의 반경을 a, 모터 하우징의 두께를 w로 할 때, 전자 회전체 반경 대 하우징 외경비 a/r이 0.25 이상, 0.5 미만에서, 하우징 두께 대 자석 두께비 w/d가 1을 초과하고 4 이하이며, 또한 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r는 0.01 이상 0.05 이하인 것을 특징으로 한다.
또, 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r이 0.05 이하로 되면, 자석 효율 S는 d/r이 0.08인 때와 비교하여 2배 이상이 된다. 즉, 본 발명 모터 장치의 자석 효율 S가 종래의 2극 페라이트 모터 자석 효율의 자석 성능 배수 m×2배와 동일하게 될 때의 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r이 0.05이다. 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r이 0.05 이하인 때에, 본 발명 모터 장치의 자석 효율 S는 종래의 2극 페라이트 모터 자석 효율의 자석 성능 배수 m×2배 이상이 된다.
예를 들면, 이방성 본드 자석의 성능(최대 에너지 적)이 14MGOe, 페라이트 소결 자석의 성능(최대 에너지 적)이 3.5MGOe인 경우에는, 자석 성능 배수 m은 4가 된다. 따라서 자석의 성능이 이들 값인 경우에는, 자석 효율 S가 종래의 2극 페라이트 모터 자석 효율의 8배 이상이 된다. 따라서 이 범위는 더욱 바람직한 범위가 된다.
또, 제6항 기재의 모터 장치는, 제1항 또는 제2항 기재의 모터 장치로서, 모터 하우징 외경(직경)을 r, 이방성 희토류 본드 자석의 직경 방향 두께를 d, 전자 회전체의 반경을 a, 모터 하우징의 두께를 w로 할 때, 전자 회전체 반경 대 하우징 외경비 a/r이 0.25 이상 0.5 미만에서, 하우징 두께 대 자석 두께비 w/d가 1을 초과하고 4 이하이며, 또한 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r는 0.02 이상 0.05 이하인 것을 특징으로 한다.
자석 효율 S에 관해서는, 제5항과 동일하게, 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r이 0.05 이하가 되면, 자석 효율 S는 d/r이 0.08인 때와 비교하여 2배 이상, 즉, 자석 효율 S가 종래의 2극 페라이트 모터 자석 효율의 2×자석 성능 배수 m배 이상이 된다. 또, 모터 성능 지표 T로 평가하면, 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r는 0.02 이상 0.05 이하의 범위인 때에, 모터 성능 지표 T는 대략 최대값을 취한다. 최대 에너지 적이 14MGOe에서, 본 발명 모터 장치의 모터 성능 지표 T는, 종래의 2극 페라이트 모터의 성능 지표 T의 약 2.3배가 얻어진다. 최대 에너지 적이 17MGOe에서는, 본 발명 모터 장치의 모터 성능 지표 T는, 종래의 2극 페라이트 모터의 성능 지표 T의 약 2.5배가 얻어진다. 또, 최대 에너지 적이 25MGOe에서는, 본 발명 모터 장치의 모터 성능 지표 T는, 종래의 2극 페라이트 모터의 성능 지표 T의 약 2.6배가 얻어진다. 따라서 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r이 0.02 이상이며 0.05 이하의 범위는, 모터 성능 지표 T와 자석 효율 S와의 양자 관점에서 가장 바람직한 범위라고 할 수 있다.
또, 제7항 기재의 영구 자석은 DC 브러시 모터 장치의 전자 회전체 주위에 배치되는 영구 자석으로서, 그것은 적어도 4 자극에 착자된 중공 원통 형상의 얇은 형상인 이방성 희토류 본드 자석인 것을 특징으로 한다. 이방성 희토류 본드 자석은, 예를 들면, Nd-Fe-B로 이루어지는 자분(磁粉)을 수지 성형함으로써 제조되며, 1축 방향으로 강하게 자화되는 자석이다. 이 자석은 종래의 소결 페라이트 자석과 비교하여 최대 에너지 적(BHmax)이 4배 이상으로 되는 특징이 있다.
본 발명자는 이 이방성 희토류 본드 자석의 포텐셜을 어떻게 꺼내는가를 예의 검토한 결과, 이 자석을 박형화하여, 특히, 1∼300W급 소형 브러시 모터에 채용하면 현저한 효과가 얻어지는 것을 발견했다. 동시에 자극을 4극 이상으로 하고 1극당 자기 회로의 자로 길이를 대폭 저감하면, 종래의 모터와 동일 토크 성능에서 체적을 1/2 이하로 한다고 하는 종래에는 도저히 생각할 수 없는 대폭적인 소형화ㆍ경량화, 또는 종래의 모터에 대하여 약 20% 체적을 감소시키면서 토크 성능이 약 2배 이상으로 되는 모터 장치를 실현할 수 있는 것을 발견했다.
또, 이 이방성 희토류 본드 자석은 수지 성형으로 형성되므로, 그 형상은 정밀도 양호하게 형성된다. 이에 따라, 모터 하우징 내주부의 영구 자석 형상을 정밀도가 양호한 중공 원통 형상으로 할 수 있다. 즉, 이 자석을 채용하면, 모터 내부의 자장을 정밀도가 양호한 회전 대칭으로 할 수 있다. 내부 자장을 고정밀도로 대칭으로 할 수 있으므로, 중앙부의 전자 회전체는 균일하게 토크를 받게 된다. 따라서 이 자석을 채용하면 종래와 같은 토크 불균일에 의한 이상음이 저감되어, 보다 정숙한 모터 장치를 실현할 수 있다. 또, 이방성 희토류 본드 자석은 정밀도 양호하게 중공 원통 형상으로 수지 성형되므로, 모터 장치 하우징에의 조립도 용이하게 된다. 종래와같이, 분리된 2극, 또는 4극의 소결 페라이트 자석을 각각 조립할 필요가 없다. 즉, 이 이방성 희토류 본드 자석은 모터 장치의 제조 공정을 용이하게 하는 이점도 있다.
또, 제8항 기재의 영구 자석은 제7항 기재의 영구 자석으로서, 이방성 희토류 본드 자석의 최대 에너지 적은 14MGOe 이상인 것을 특징으로 한다.
이방성 희토류 본드 자석은 소결 페라이트 자석과 비교하여, 우수한 자기 특성을 갖지만, 최대 에너지 적을 14MGOe 이상으로 하면, 보다 바람직하다.
그리고, 최대 에너지 적 14MGOe 이상의 이방성 희토류 본드 자석에 제7항 기재와 같이 4극 이상의 자극을 형성한 경우에는, 토크는 더욱 고출력으로 되지만, 여기에서, 다시 토크가 동일한 조건을 채용하면, 이방성 희토류 본드 자석의 축방향 길이를 더욱 축소할 수 있다. 따라서, 더욱 모터 용적을 축소할 수 있다. 예를 들면, 후술하는 바와 같이 소결 페라이트 자석을 사용한 종래의 모터 장치 용적의 약 50%로 할 수 있다.
또, 제9항 기재의 영구 자석은 제7항 또는 제8항 기재의 영구 자석으로서, 모터 하우징 외경(직경)을 r, 이방성 희토류 본드 자석의 직경 방향 두께를 d, 전자 회전체의 반경을 a, 모터 하우징의 두께를 w로 할 때, 전자 회전체 반경 대 하우징 외경비 a/r이 0.25 이상 0.5 미만에서, 하우징 두께 대 자석 두께비 w/d가 1을 초과하고 4 이하이며, 또한 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r는 O.O1 이상 0.10 이하인 것을 특징으로 한다.
a/r의 범위, w/d의 범위의 의의는, 제3항 발명의 설명에서 기재한 의의와 동일하다.
영구 자석의 자력은 두께에 비례한다. 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r이 O.O1 이하이면, 반자장이 커져 그 결과 자력이 급격히 저하된다. 이 조건으로 모터 장치를 제조한 경우, 모터 장치는 소정 출력을 얻을 수 없다. 따라서 모터 장치의 영구 자석에 사용하는 경우에는, 이방성 희토류 본드 자석의 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r는 0.O1 이상이 바람직하다.
또, 이 이방성 희토류 본드 자석을 사용하여, 예를 들면, 모터 장치의 성능 지표 T(T=토크상수/체적)를 종래의 2배로 하기 위해서는, 즉, 종래의 2극 페라이트 모터의 성능 지표(약 1.3)의 2배가 되는 T=2.6을 얻는 데는, 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r을 0.1 이하로 할 필요가 있다. 이 조건은, 예를 들면, 후술하는 바와 같이 내부의 전자 회전체 외경을 동일하게 한 경우의 조건으로부터 얻어진다. 따라서, 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r는 0.01 이상 0.10 이하인 것이 바람직하다. 이 조건을 제4항 또는 제5항 기재의 영구 자석에 가하면, 종래보다 정숙하고, 또한 동일 토크로 체적 약 1/2의 모터 장치, 또는 체적이 약 20% 감소되고 토크가 약 2배인 모터 장치를 확실하게 실현할 수 있다.
또, 제10항 기재의 영구 자석은 제7항 또는 제8항 기재의 영구 자석으로서, 모터 하우징 외경(직경)을 r, 이방성 희토류 본드 자석의 직경 방향 두께를 d, 전자 회전체의 반경을 a, 모터 하우징의 두께를 w로 할 때, 전자 회전체 반경 대 하우징 외경비 a/r이 0.25 이상 0.5 미만에서, 하우징 두께 대 자석 두께비 w/d가 1을 초과하고 4 이하이며, 또한 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r는 0.O1 이상 0.08 이하인 것을 특징으로 한다.
이 수치의 의의는 제4항의 발명에서 설명한 의의와 동일하다.
또, 제11항 기재의 영구 자석은 제7항 또는 제8항 기재의 영구 자석으로서, 모터 하우징 외경(직경)을 r, 이방성 희토류 본드 자석의 직경 방향 두께를 d, 전자 회전체의 반경을 a, 모터 하우징의 두께를 w로 할 때, 전자 회전체 반경 대 하우징 외경비 a/r이 0.25 이상 0.5 미만에서, 하우징 두께 대 자석 두께비 w/d가 1을 초과하고 4 이하이며, 또한 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r는 0.01 이상 0.05 이하인 것을 특징으로 한다.
이 수치의 의의는 제5항의 발명에서 설명한 의의와 동일하다.
또, 제12항 기재의 영구 자석은 제7항 또는 제8항 기재의 영구 자석으로서, 모터 하우징 외경(직경)을 r, 이방성 희토류 본드 자석의 직경 방향 두께를 d, 전자 회전체의 반경을 a, 모터 하우징의 두께를 w로 할 때, 전자 회전체 반경 대 하우징 외경비 a/r이 0.25 이상 0.5 미만에서, 하우징 두께 대 자석 두께비 w/d가 1을 초과하고 4 이하이며, 또한 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r는 0.02 이상 0.05 이하인 것을 특징으로 한다.
이 수치의 의의은 제6항의 발명에서 설명한 의의와 동일하다.
[발명의 실시형태]
이하, 본 발명을 실시 형태에 따라 설명한다. 그리고, 본 발명은 하기의 실시 형태에 한정되지 않는다.
(제1 실시예)
도 1 (a), (b)에 본 실시예 모터 장치의 일례를 나타낸다. 도면은 측면도(a),와 AA' 단면도(b)이다. 본 실시예의 모터 장치는 종래의 모터 장치의 소형화를 목적으로 하고 있다. 본 실시예의 모터 장치는, 하우징(12), 하우징(12)의 내주부에 설치된 중공 원통 형상의 영구 자석인 이방성 희토류 본드 자석(13), 중앙부에 설치된 전자 회전체를 형성하는 아마추어(14), 아마추어(14)에 감긴 코일(15), 아마추어(14) 중심부에서 연장된 회전축(11), 그리고 자속(磁束) 누설 방지를 위한 플럭스 링인 백 요크(10)로 구성된다. 그리고, 백 요크는 모터 하우징의 일부이다. 모터 하우징과 백 요크는 자기 회로 기능에 있어서 동일한 기능을 가지고 있다. 그러므로, 본 실시예에서는, 청구의 범위에 기재한 하우징 외경에 상당하는 것은 백 요크의 외경이다. 또, 용적 비교를 위해 종래의 2극 모터 장치를 도 1 (c), (d)에 나타낸다. (c)가 측면도, (d)가 AA' 단면도이다. 여기에서, 양자 비교를 위해, 아마추어(14)의 외경은 동일하게 하고 있다. 그리고, 상기 이방성 희토류 본드 자석(13)은 출원인에 의해 최근 겨우 양산화가 가능하게 된 것이다. 예를 들면, 이 이방성 희토류 본드 자석(13)은 일본국 특허공개 번호 p2001-7691A, 일본국 등록 번호 제2816668호, 일본국 등록 번호 제3060104호의 제조 방법으로 제작된다. 이 이방성 희토류 본드 자석은 최대 에너지 적 14MOe∼25MOe의 것을, 현재, 제조할 수 있다.
본 실시예의 모터 장치[(a), (b)]와 종래의 모터 장치[(c), (d)]가 상이한 곳은 종래의 모터 장치의 영구 자석인 소결 페라이트 자석(23) 대신, Nd-Fe-B로 이루어지는 중공 원통 형상의 이방성 희토류 본드 자석(13)을 채용한 것이다. 또, 그 착자를 4극으로 하여 1극당 자기 회로의 자로 길이를 대폭 저감하여, 아마추어(14)가 받는 토크의 증대를 가능하게 한 것이다. 이것이 제1 특징이다. 이방성 희토류 본드 자석(13)은 Nd-Fe-B로 이루어지는 자분을 수지 성형함으로써 제조되어, 직경 방향으로 강하게 자화된 자석이다. 이방성 희토류 본드 자석의 재료는 Nd-Fe-B 외에 Nd-Fe-B계 재료, 예를 들면 Nd와 Nd 외의 희토류 원소를 함유하거나, 그 밖의 첨가 원소를 함유한 재료를 사용할 수 있다. 또한 Nd 이외의 희토류 원소를 함유한 재료, 예를 들면, Sm-Fe-N계 재료, SmCo계 재료, 또는, Nd-Fe-B계 재료와 이들의 혼합 물질을 사용할 수 있다. 또, 본드 자석은 플라스틱 자석이라고도 부른다. 이 자석은 종래의 소결 페라이트 자석과 비교하여 최대 에너지 적(BHmax)이 4배 이상으로 되는 특징이 있다. 즉, 표준 소결 페라이트 자석(23)의 최대 에너지 적(BHmax) 3.5MGOe에 대하여, 그 약 4배인 14MGOe 이상의 최대 에너지 적을 가진다. 이것은 모터 토크를 종래와 동일하게 하면(토크 동일 조건), 영구 자석의 두께를 예를 들면 약 1/4로 축소할 수 있는 가능성이 있는 것을 의미한다.
또, 제2 특징은 영구 자석의 축소화에 있어서, 모터 하우징[백 요크(10)]의 외경(직경)(하우징 외경)을 r, 중공 원통 형상의 이방성 희토류 본드 자석(13)의 두께(자석 두께)를 d, 전자 회전체인 아마추어(14)의 반경(전자 회전체 반경)을 a, 모터 하우징의 두께[하우징(12)과 백요크(10)를 합친 두께](하우징 두께)를 w로 할 때, 전자 회전체 반경 대 하우징 외경비 a/r이 O.25 이상 0.5 미만에서, 하우징 두께 대 자석 두께비 w/d가 1을 초과하고 4 이하이며, 또한 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r는 0.O1 이상, 0.10 이하로 한 것이다(소형화 조건). a/r와 w/d의 값 범위의 의미는, 전술한 과제를 해결하기 위한 수단 및 발명의 작용 효과의 란에서의 제3항 발명의 설명에서 기재한 것과 같다.
자석 두께 대 하우징 외경비 d/r의 하한 조건은 0.01 이하이면, 반자장이 급격히 증대됨으로써 자력이 저하되어, 소정의 모터 토크를 얻을 수 없기 때문에 결정된다. 또, 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r의 상한 조건은 모터 장치의 성능 지표 T(T=토크 상수/체적)를 종래의 약 2배로 하는 조건이다. 즉, 체적을 1/2로 하거나, 또는 토크를 2배로 하는 조건이다. 예를 들면, 종래의 2극 페라이트 모터의 성능 지표를 약 1.3으로 하면, 성능 지표 T를 T=2.6으로 하는 조건이다. 이 조건에 의해, 토크를 동일하게 하여 후술하는 바와 같이 용적이 50% 저감된 소형 모터를 실현할 수 있었다.
예를 들면, 소결 페라이트 자석(23)을 사용한 종래의 모터 장치는 백 요크(10)(모터 하우징)의 외경이 38mm, 내경이 32mm이며, 모터 장치의 출력(토크)은 75.7(mNㆍm/A)이며, 그 용적은 약 56.1㎤이다. 소결 페라이트 자석(23)은 외경 32mm, 내경 24mm, 직경 방향 길이(두께) 약 4mm이다. 따라서, a/r=0.30, w/d=0.75이며, d/r는 0.11이다.
한편, 동일 토크를 얻는 본건 실시예 장치의 모터 장치에서는, 백 요크(10)(모터 하우징)의 외경이 r=31mm, 내경이 26mm이며, 그 용적은 24.5㎤이다. 이방성 희토류 본드 자석(13)의 외경은 26mm, 내경은 24mm, 직경 방향 두께가 d=1mm이며, 4극 착자이다. 자극을 4극으로 함으로써 자기 회로의 자로 길이를 저감시킨다. 따라서 a/r= 0.37, w/d=2.5, d/r=0.03이 된다. 이와 같이 설정하면, 종래와 동일 출력 토크로, 종래의 모터 장치 용적의 44%의 용적을 실현할 수 있다. 또, 성능 지표 T는 3.09이며 종래의 모터 장치의 1.35와 비교하여 2.3배로 할 수 있다.
또한 본 실시예에서는, 아마추어 적두께는 토크가 동일하게 되도록 구했다. 왜냐하면, 본 실시예에서는 이방성 희토류 본드 자석(13)에 4극의 착자를 실행하고 있기 때문이다. 종래의 아마추어 적두께는 약 17.5mm이며, 본 실시예의 아마추어 적두께는 약 9.8mm로 되었다. 그리고, 모터 장치 후부에 놓여지는 교류 직류 변환 장치를 공통부로서 합쳐 모터 축방향 길이를 결정했다. 이에 따라, 종래의 모터 장치의 축방향 길이 LF 약 50mm에 대하여 본 실시예의 모터 장치의 축방향 길이는 약 33mm로 되어, 길이 축소율 LN/LF≒0.66이 되었다. 또, 중량은 종래의 모터 장치가 245g이고, 본 실시예의 모터 장치가 119g이며, 종래의 49%로 저감할 수 있었다.
또, 본 실시예의 이방성 희토류 본드 자석(13)은 수지 성형으로 제작되므로, 정밀도가 양호한 중공 원통 형상으로 형성된다. 그리고, 이방성 희토류 본드 자석(13)은 용이하게 정밀도 양호하게 대칭적으로 착자된다. 모터 장치 내부에서 자장이 정밀도 양호하게 대칭적으로 발생되므로, 아마추어(14)는 균등하게 토크를 받는다. 따라서, 회전 시에 종래와 같이 이상음이 발생하는 일이 없다. 정숙한 모터 장치로 할 수 있었다.
소결 페라이트 2극 모터, 이방성 희토류 본드 4극 모터에 관해 전술했지만, 그들의 제원(諸元)을 포함하고, 또한 소결 페라이트 4극 모터, 이방성 희토류 본드 2극 모터를 비교예로서 표 1에 나타낸다.
본 실시예의 하우징 외경은 백 요크 외경과 동일하다.
백 요크 재질 SPCC
아마추어 재질, 치수 규소 강판 φ23mm
코일의 감기 방법, 권수(卷數) 145turn
전류값 1A
고정 조건 아마추어의 외형을 φ23mm와 동일하게 하고 축방향의 두께를 변화시킴으로써 토크를 동일하게 했다.
상기 표의 결과를 알기 쉽게 설명하기 위해, 성능 지표와 극수와의 관계를 도 3에 나타낸다. 도 3으로부터, 종래의 소결 페라이트 2극 모터에서, 단순히 자석의 재료를 이방성 희토류 본드 자석으로 바꾼 것만의 이방성 희토류 본드 2극 모터, 및 단순히 극수를 2극에서 4극으로 바꾼 것만의 소결 페라이트 4극 모터에서는, 성능 지표는 1.2∼2.0의 범위에 멈추고 있어, 큰 개선은 보이지 않는다. 그것에 대하여, 본 실시예에서는, 이방성 희토류 본드 자석을 사용하는 것과 4극으로 하는 것의 상호 작용에 의해 성능 지표는 3.09가 얻어지고 있다. 이 값은 종래의 소결 페라이트 2극 모터 성능 지표의 2.3배로서, 성능 지표의 비약적인 향상이 실현되고 있다.
(제2 실시예)
제1 실시예는, 이방성 희토류 본드 자석을 사용하여, 종래의 모터 장치를 소형화하는 예였다. 이 이방성 희토류 본드 자석을 사용한 경우, 그 직경 방향의 두께를 조정함으로써, 모터 장치의 토크를 증대할 수도 있다. 즉, 본 실시예는 이방성 희토류 본드 자석을 사용하여 토크를 2배로 하는 예이다.
예를 들면, 소결 페라이트 자석(23)을 사용한 종래의 모터 장치의 토크 상수는 75.7(mNㆍm/A)이며, 그 용적은 약 56.1㎤, 즉 모터 성능 지표 T는 T=1.35이며, 종래의 모터 장치의 그 밖의 치수는 제1 실시예에서 설명한 것과 동일하다.
본 실시예의 모터 장치를 도 2에 나타낸다. 본 실시예에서는, 전자 회전체 반경 대 하우징 외경비 a/r이 0.25 이상 0.5 미만에서, 하우징 두께 대 자석 두께비 w/d가 1을 초과하고 4 이하로 한 조건에서, 상기 소형화 조건(O.01≤d/r≤0.1)에 따라 다음의 치수로 했다. 모터 하우징[백요크(10)]의 외경 r=34mm, 내경 28mm, 이방성 희토류 본드 자석(13)의 외경 28mm, 내경 24mm, 두께 2mm이며 4극 대자(帶磁)이다. 이 때, a/r=0.34, w/d=1.5, d/r는 0.06이다. 자극을 4극으로 함으로써 자기 회로의 자로 길이를 저감시킨다. 그리고, 아마추어의 적두께는 17.5mm로 종래의 모터 장치와 동일하게 했다. 본 실시예의 모터 장치에서는, 종래의 약 2배의 토크(155.5mNㆍm/A)가 얻어지도록 설계되어 있다. 그리고, 그 때의 체적은 41. 2㎤로 종래의 27%의 용적 감소율을 실현할 수 있고, 중량은 종래의 모터 장치 245g에 대하여 본 실시예의 모터 장치가 185g으로 76% 저감할 수 있었다.
또, 이 경우에도, 제1 실시예와 동일하게 이방성 희토류 본드 자석(13)은 정밀도가 양호한 중공 원통 형상으로 형성되므로, 고정밀도의 대칭적 자장을 발생시킨다. 따라서 고출력으로 정숙한 모터 장치로 할 수 있었다.
(제3 실시예)
제1 실시예의 모터 장치에서, 본 발명의 대상인 저출력 레벨의 DC 브러시 모터에 있어서, 상식적 조건인 (1) 전자 회전체 반경 대 하우징 외경비 a/r이 0.25 이상, 0.5 미만, (2) 하우징 두께 대 자석 두께비 w/d가 1을 초과하고 4 이하로 한 조건에서, 이방성 희토류 본드 자석(13)의 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r=R(이하, 단순히, 비율 R이라고 함)을 여러 가지로 변화시켜 모터 장치의 성능 지표 T를 평가했다. 이방성 희토류 본드 자석(13)의 최대 에너지 적을 14MGOe로 했을 때의 특성을 도 4에 나타낸다. 비율 R이 0.O1 이상 0.10 이하의 범위에서, 종래의 2극 페라이트 모터의 성능 지표 T(약 1.3)의 2배로 되어 있는 것이 이해된다. 특히, 하한값인 0.01 이상이 아니면, 가령 25MGOe의 강력 자석으로 해도, 상기한 종래 모터 성능 지표의 2배라고 하는 우수한 특성이 얻어지지 않는 것이다.
동일하게, 이방성 희토류 본드 자석(13)의 최대 에너지 적을 17MGOe, 25MGOe로 했을 때의 특성을 도 6, 도 8에 각각 나타낸다. 최대 에너지 적이 커짐에 따라서, 전체적으로 성능 지표 T가 커지는 것이 이해된다.
다음에, 이방성 희토류 본드 자석(13)의 체적을 v로 할 때, 본드 자석의 단위 체적당 성능 지표 T, 즉, T/v를 자석 효율 S로 하여 비율 R에 대한 변화 특성을 구했다. 최대 에너지 적을 14MGOe, 17MGOe, 25MGOe로 했을 때의 특성을 각각 도 5, 도 7, 도 9에 나타낸다. 비율 R이 0.01 이상, 0.08 이하인 경우에는, 자석 효율 S가 종래의 2극 페라이트 모터 자석 효율의 자석 성능 배수 m배 이상으로 되는 것이 이해된다. 이 특징은 최대 에너지 적이 14MGOe 이상에서도 성립된다.
또, 비율 R이 0.05 이하가 되면, 자석 효율 S는 R이 0.08인 때와 비교하여 2배 이상, 즉, 자석 효율 S가 종래의 2극 페라이트 모터 자석 효율의 2×자석 성능 배수 m배 이상으로 되는 것이 이해된다. 이것은 자석 성능 배수 m의 2배의 자석 효율을 갖는 것을 의미한다. 따라서 이 경우에는, 페라이트 자석과 비교하여, 자석 성능 배수 m의 다시 2배의 효율로, 단위 자석 사용량에 대한 모터 장치의 성능 지표 T를 향상시킬 수 있다. 이 특징은 최대 에너지 적이 14MGOe 이상에서도 성립된다.
또, 비율 R이 0.02 이상, 0.05 이하의 범위에서는, 자석 효율 S는 d/r이 0.08인 때와 비교하여 2배 이상, 즉, 자석 효율 S가 종래의 2극 페라이트 모터 자석 효율의 2m 배 이상으로 된다. 또, 모터 성능 지표 T로 평가하면, 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r는 0.02 이상 0.05 이하의 범위인 때에, 모터 성능 지표 T는 거의 최대값을 취하는 것이 이해된다. 최대 에너지 적이 14MGOe에서, 종래의 2극 페라이트 모터의 성능 지표 T의 약 2.3배가 얻어진다. 최대 에너지 적이 17MGOe에서는, 종래의 2극 페라이트 모터의 성능 지표 T의 약 2.5배가 얻어진다. 또, 최대 에너지 적이 25MGOe에서는, 종래의 2극 페라이트 모터의 성능 지표 T의 약 2.6배가 얻어진다. 이들의 특징은 최대 에너지 적이 14MGOe 이상에서 성립된다.
따라서, 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r이 0.02 이상이고 0.05 이하인 범위는, 모터 성능 지표 T와 자석 효율 S와의 양자의 관점에서 가장 바람직한 범위라고 할 수 있다.
그리고, 자석 효율 S는 다음과 같이 고려된다. 토크 상수를 r, 모터 장치의 체적을 V, 이방성 희토류 본드 자석의 체적을 v, 모터 하우징의 외경(직경)을 r, 이방성 본드 자석의 직경 방향 두께를 d, 자석 두께 대 하우징 외경비 d/r을 R, 전자 회전체의 반경을 a, 하우징의 두께를 w, 모터 장치의 실효 길이를 L, 전자 회전체와 이방성 희토류 본드 자석 사이의 에어 갭을 무시하면, 다음 식이 성립된다.
[수학식 1]
2a+2d+2w=r …(1)
[수학식 2]
R = d/r …(2)
[수학식 3]
V=πr2/L/4 …(3)
[수학식 4]
v=π{(a+d)2-a2}L …(4)
d＜a가 성립되기 때문,
[수학식 5]
v=2πadL …(5)
따라서, 자석 효율 S는 다음 식으로 된다.
[수학식 6]
S=τ/(Vv)
=2τ/{π2L2adr2 }
=2τ/{π2L2 (r/2-d-w) dr2 } …(6)
d=Rr를 수학식 6에 대입하면, 다음 식이 얻어진다.
[수학식 7]
S=2τ/{π2L2 (r/2-Rr-w)Rr3 }
=τ/{π2L2r3) [(1-2R) r-2w〕R} …(7)
이 특성이 도 5, 도 7, 도 9에 나타나 있다.
(제4 실시예)
제1 실시예와 동일 치수로 하여, 6극의 모터 장치를 제조했다. 그 모터 장치의 치수나 특성은 표 1에 나타내는 것과 같다. 동일하게, 페라이트 자석을 사용한 6극 모터에 대해서도 성능 지표 T를 평가했다. 그 모터 장치의 치수나 특성은 표 1에 나타나 있다. 성능 지표 T에 관해, 도 3에 나타내는 특성이 얻어졌다. 이 특성으로부터 얻어지는 것은 본 발명의 이방성 희토류 본드 자석을 사용한 모터 장치의 성능 지표 T는, 2극에서 4극으로 증가할 때에, 성능 지표 T가 비약적으로 증가하고, 4극에서 6극으로 증가할 때에는, 성능 지표 T가 4극의 1.10배, 2극의 1.74배로 증가하고 있는 것이 이해된다. 이들의 값은 페라이트 자석을 사용한 종래 모터의 성능 지표 T는 극수에 따라서는 거의 변화되지 않는다. 즉, 4극에서 6극으로 증가할 때에는, 성능 지표 T가 4극에 대하여 전혀 변화되지 않고, 6극 모터의 성능 지표 T는 2극 모터 성능 지표의 1.07배에 멈추고 있다. 이들로부터, 본 발명의 이방성 희토류 본드 자석을 사용한 모터 장치에서는, 4극이나 6극으로 하는 것은 종래의 페라이트 자석을 사용한 모터로부터는 예측할 수 없는 효과가 있는 것이 이해된다.
(제5 실시예)
제1 실시예의 모터 장치에서, 도 10에 나타낸 바와 같이, 브러시(30a, 30b)를 배치했다. 즉, 브러시를 180도 대향이 아니고, 90도의 위치에 설치했다. 이에 따라 브러시가 존재하지 않는 공간이 도 10의 영역 Q로 나타낸 바와 같이, 널리 형성되므로, 이 영역 Q에 전자 회로를 배치할 수 있다. 그리고, 6극의 경우이면, 2개의 브러시를 60도 간격으로 설치하면, 동일하게 넓은 공간을 확보할 수 있다. 8극이면, 22.5도, 67.5도의 간격으로 2개의 브러시를 설치함으로써 동일하게 넓은 공간을 확보할 수 있다.
이와 같은 브러시 2극 구조로 모터를 사용하는 경우에는, 예를 들면, 4극 모터의 경우, 도 11과 같이 코일로 하면 된다.
(변형예)
상기 실시예는 본 발명의 실시 형태의 일례이며, 그 밖에 여러 가지 변형예가 고려된다. 예를 들면, 상기 실시예에서는 이방성 희토류 본드 자석(13)을 4극 착자로 했지만, 4극보다 많아도 된다. 예를 들면, 6극, 8극이라도 된다. 자극수를 많게 하면, 그 만큼 자로 길이도 짧아지므로, 아마추어 코일이 가로 지르는 자속이 증가된다. 또, 이방성 희토류 본드 자석(13)은 용이하게 정밀도 양호하게 착자 가능하기 때문에, 보다 고출력으로 정숙한 모터 장치를 실현할 수 있다.
또, 상기 실시예에서는 이방성 희토류 본드 자석(13)은 수지 성형으로 형성한다고 했지만, 수지 성형후, 절삭 등에 의해 더욱 고정밀도로 가공해도 된다. 또한 치수 정밀도가 향상되어, 보다 토크 불균일이 없는 정숙한 모터 장치로 할 수 있다.
고성능 이방성 희토류 본드 자석을 사용함으로써 자석을 박형화하고, 동시에, 자극을 4극 이상으로 함으로써 1극당 자기 회로의 자로(磁路) 길이를 대폭 저감할 수 있어, 전체로서 종래에는 도저히 생각할 수 없는, 종래의 모터와 동일 토크 성능에서 체적을 약 1/2로 한다고 하는 대폭적인 소형화ㆍ경량화, 또는, 종래의 모터에 대하여 약 20% 체적을 감소시키면서 토크 성능을 약 2배로 한다고 하는 대폭적인 고성능화라고 하는 획기적인 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 구체적인 실시예에 관한 모터 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구체적인 실시예에 관한 모터 장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 페라이트 소결 자석을 사용한 모터 장치와, 이방성 본드 자석을 사용한 모터 장치에서의 극수와 성능 지표와의 관계를 나타낸 특성도이다.
도 4는 이방성 희토류 본드 자석의 최대 에너지 적을 14MGOe로 했을 때의 성능 지표 T와 비율 R과의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 5는 이방성 희토류 본드 자석의 최대 에너지 적을 14MGOe로 했을 때의 자석 효율 S와 비율 R과의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 6은 이방성 희토류 본드 자석의 최대 에너지 적을 17MGOe로 했을 때의 성능 지표 T와 비율 R과의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 7은 이방성 희토류 본드 자석의 최대 에너지 적을 17MGOe로 했을 때의 자석 효율 S와 비율 R과의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 8은 이방성 희토류 본드 자석의 최대 에너지 적을 25MGOe로 했을 때의 성능 지표 T와 비율 R과의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 9는 이방성 희토류 본드 자석의 최대 에너지 적을 25MGOe로 했을 때의 자석 효율 S와 비율 R과의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 10은 제5 실시예에 관한 모터 장치 브러시의 위치를 나타낸 구성도이다.
도 11은 제5 실시예에 관한 모터 장치의 코일을 나타낸 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 백 요크, 11: 회전축, 12: 하우징, 13: 이방성 희토류 본드 자석, 14: 아마추어, 15: 코일, 23: 소결 페라이트 자석.

Claims (12)

  1. DC 브러시 모터의 하우징 내주부에 배치된 영구 자석과, 중심부에 배치된 전자(電磁) 회전체로 이루어지는 모터 장치에 있어서,
    상기 영구 자석은, 최대 에너지 적(積)이 14MGOe 이상이며, 적어도 4 자극(磁極)에 착자(着磁)된 얇은 중공 원통 형상의 이방성 희토류 본드 자석이고,
    상기 모터 하우징 외경(직경)을 r, 상기 이방성 희토류 본드 자석의 직경 방향 두께를 d, 상기 전자 회전체의 반경을 a, 상기 모터 하우징의 두께를 w로 할 때, 전자 회전체 반경 대 하우징 외경비(a/r)는 0.25 이상, 0.5 미만이고,
    하우징 두께 대 자석 두께비(w/d)는 1을 초과하고 4 이하이며, 자석 두께 대 하우징 외경비(d/r)는 O.O1 이상, O.10 이하인 것을 특징으로 하는 모터 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자석 두께 대 하우징 외경비(d/r)는 0.01 이상, 0.08 이하인 것을 특징으로 하는 모터 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자석 두께 대 하우징 외경비(d/r)는 0.01 이상, 0.05 이하인 것을 특징으로 하는 모터 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자석 두께 대 하우징 외경비(d/r)는 0.02 이상, 0.05 이하인 것을 특징으로 하는 모터 장치.
  7. DC 브러시 모터의 하우징 내주부의 전자 회전체 주위에 배치되는 영구 자석에 있어서,
    상기 영구 자석은, 최대 에너지 적이 14MGOe 이상이며, 적어도 4 자극에 착자된 얇은 중공 원통 형상인 이방성 희토류 본드 자석이고,
    상기 모터 하우징 외경(직경)을 r, 상기 이방성 희토류 본드 자석의 직경 방향 두께를 d, 상기 전자 회전체의 반경을 a, 상기 모터 하우징의 두께를 w로 할 때, 전자 회전체 반경 대 하우징 외경비(a/r)는 0.25 이상, 0.5 미만이고,
    하우징 두께 대 자석 두께비(w/d)는 1을 초과하고, 4 이하이며, 자석 두께 대 하우징 외경비(d/r)는 0.01 이상, 0.10 이하인 것을 특징으로 하는 영구 자석.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 자석 두께 대 하우징 외경비(d/r)는 0.01 이상, 0.08 이하인 것을 특징으로 하는 영구 자석.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 자석 두께 대 하우징 외경비(d/r)는 0.01 이상, 0.05 이하인 것을 특징으로 하는 영구 자석.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 자석 두께 대 하우징 외경비(d/r)는 0.02 이상, 0.05 이하인 것을 특징으로 하는 영구 자석.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101275334B1 (ko) 2011-12-05 2013-06-17 삼성전기주식회사 모터용 로터 어셈블리 및 이를 구비하는 스핀들 모터

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1638194A1 (en) * 2003-05-19 2006-03-22 Isuzu Motors Limited Eddy-current reduction gear
WO2005008862A1 (ja) * 2003-07-22 2005-01-27 Aichi Steel Corporation Ltd. 薄型ハイブリッド着磁型リング磁石、ヨーク付き薄型ハイブリッド着磁型リング磁石、および、ブラシレスモータ
WO2005104337A1 (ja) 2004-04-20 2005-11-03 Aichi Steel Corporation ４磁極モータ用異方性ボンド磁石、それを用いたモータ及び４磁極モータ用異方性ボンド磁石の配向処理装置
DE102004026403A1 (de) * 2004-05-29 2005-12-22 Robert Bosch Gmbh Elektrische Maschine
US7812484B2 (en) * 2004-11-30 2010-10-12 Aichi Steel Corporation Permanent magnet for motor, motor housing, and motor device
US7291944B2 (en) * 2005-01-12 2007-11-06 Wilt Jr Herman F Electromagnetic engine
US7352100B2 (en) * 2005-03-08 2008-04-01 Asmo Co., Ltd. Direct-current motor
JP4848842B2 (ja) * 2006-05-29 2011-12-28 株式会社ジェイテクト ブラシレスモータ及び電動パワーステアリング装置
WO2008062791A1 (fr) 2006-11-22 2008-05-29 Mitsuba Corporation Moteur cc
JP5113442B2 (ja) * 2007-07-19 2013-01-09 株式会社ミツバ 電動モータ、および電動モータのコイル巻装方法
CN101409490B (zh) * 2007-10-08 2013-08-14 德昌电机股份有限公司 电动机
JP5188775B2 (ja) * 2007-10-17 2013-04-24 ミネベア株式会社 小型ｄｃモータ
DE102008043173A1 (de) * 2008-07-04 2010-01-07 Robert Bosch Gmbh Getriebe-Antriebseinheit mit einer Selbsthemmvorrichtung
KR20110057056A (ko) * 2008-09-12 2011-05-31 아이치 세이코우 가부시키가이샤 희토류 이방성 본드 자석의 제조 방법, 자석 성형체의 배향 처리 방법 및 자장안성형 장치
JP6009140B2 (ja) * 2010-09-17 2016-10-19 マブチモーター株式会社 Ｄｃモータ
CN201975875U (zh) * 2011-01-27 2011-09-14 德昌电机(深圳)有限公司 电动工具及其永磁电机
DE102012101139A1 (de) * 2011-02-18 2012-08-23 Johnson Electric S.A. Permanentmagnetmotor
JP5622634B2 (ja) * 2011-03-28 2014-11-12 カヤバ工業株式会社 ブラシ付きモータ
DE102011075195A1 (de) * 2011-05-04 2012-11-08 Robert Bosch Gmbh Elektromotor
JP6407825B2 (ja) * 2015-09-02 2018-10-17 信越化学工業株式会社 永久磁石磁気回路の製造方法
WO2018081527A1 (en) * 2016-10-27 2018-05-03 Ut-Battelle, Llc Bonded permanent magnets produced by big area additive manufacturing
CN108258870A (zh) * 2016-12-29 2018-07-06 德昌电机(深圳)有限公司 电机及电机磁芯

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5691681A (en) * 1995-01-13 1997-11-25 Nakagawaseimitsukogyo Kabushikikaisha Method of producing a field magnet for a DC motor and a field magnet for a DC motor
KR19990016293A (ko) * 1997-08-14 1999-03-05 오상수 전동기에 설치되는 영구자석의 착자방법
KR19990047517A (ko) * 1997-12-04 1999-07-05 윤종용 전동모터 및 그 제작방법
KR20010035393A (ko) * 2001-02-09 2001-05-07 정보순 자기베어링이 있는 모터

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3891879A (en) * 1974-06-25 1975-06-24 Mitsubishi Steel Mfg Rotor for a hysteresis motor
JPS58144565A (ja) * 1982-01-20 1983-08-27 Tdk Corp モ−タ用ゴム磁石
US4508988A (en) * 1982-12-21 1985-04-02 Kollmorgen Technologies Corporation Permanent magnet motor stator for d.c. motors
JPS637159A (ja) * 1986-06-26 1988-01-13 Mabuchi Motor Co Ltd マイクロモ−タ
AU7602287A (en) * 1986-08-18 1988-02-25 Raffel Product Development Co., Inc. Mounting for vibrating motor
US4942322A (en) * 1988-05-27 1990-07-17 Allied-Signal Inc. Permanent magnet rotor with bonded sheath
US5109172A (en) * 1989-04-26 1992-04-28 Pace Sang H L Permanent magnet motor having diverting magnets
US5204569A (en) * 1990-02-07 1993-04-20 Asmo Co., Ltd. Anisotropic magnet for rotary electric machine
JPH04190646A (ja) 1990-11-22 1992-07-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 補助ヨーク
US5677587A (en) * 1993-01-19 1997-10-14 Kabushiki Kaisha Sankyo Seiki Seisakusho Small motor having drive magnet with magnetization pattern for biasing rotor shaft
JPH07211567A (ja) 1994-01-11 1995-08-11 Mitsubishi Materials Corp 円筒状ラジアル異方性ボンド磁石の成形法
US5485049A (en) * 1994-05-25 1996-01-16 United Technologies Motor Systems, Inc. Multi-speed motor
JPH09135547A (ja) 1995-11-07 1997-05-20 Eidai Kako Kk モータ
JP3363682B2 (ja) * 1995-12-19 2003-01-08 株式会社ミツバ 磁石発電機
US5920139A (en) * 1996-03-31 1999-07-06 Sanyo Electric Co. Ltd. Magnet motor stator
JP2816668B2 (ja) 1996-07-04 1998-10-27 愛知製鋼株式会社 磁気異方性樹脂結合型磁石の製造方法
JPH1041115A (ja) 1996-07-19 1998-02-13 Sumitomo Special Metals Co Ltd 異方性ボンド磁石用原料粉末の製造方法
US5757601A (en) * 1997-01-21 1998-05-26 Ford Motor Company Short circuit protection for high side driver
JP3060104B2 (ja) * 1997-12-19 2000-07-10 愛知製鋼株式会社 ラジアル配向した磁気異方性樹脂結合型磁石及びその製造方法
US6020713A (en) * 1998-01-05 2000-02-01 Capstone Turbine Corporation Turbogenerator/motor pulse width modulated controller
US6465916B2 (en) * 1998-12-04 2002-10-15 Canon Kabushiki Kaisha Motor
US6218760B1 (en) * 1998-12-22 2001-04-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Brushless motor
US6700279B1 (en) * 1999-04-20 2004-03-02 Mitsuba Corporation Brushless motor
JP4278235B2 (ja) 1999-06-22 2009-06-10 神保電器株式会社 交流２線式スイッチの電源制御回路
JP3250551B2 (ja) 1999-06-28 2002-01-28 愛知製鋼株式会社 異方性希土類磁石粉末の製造方法
US6444052B1 (en) 1999-10-13 2002-09-03 Aichi Steel Corporation Production method of anisotropic rare earth magnet powder
US6313551B1 (en) * 2000-02-04 2001-11-06 Nikon Corporation Magnet array for a shaft-type linear motor
US6441522B1 (en) * 2000-03-31 2002-08-27 Coleman Powermate, Inc. Electromagnetic apparatus employing high permeability low conductivity element
US6777841B2 (en) * 2000-10-09 2004-08-17 Siemens Aktiengesellschaft Device comprising a rotor and a magnetic suspension bearing for the contactless bearing of the rotor
US6563248B2 (en) * 2000-12-28 2003-05-13 Asmo Co., Ltd. Hybrid-magnet DC motor
US6756717B2 (en) * 2002-06-28 2004-06-29 Asmo Co. Ltd. Motor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5691681A (en) * 1995-01-13 1997-11-25 Nakagawaseimitsukogyo Kabushikikaisha Method of producing a field magnet for a DC motor and a field magnet for a DC motor
KR19990016293A (ko) * 1997-08-14 1999-03-05 오상수 전동기에 설치되는 영구자석의 착자방법
KR19990047517A (ko) * 1997-12-04 1999-07-05 윤종용 전동모터 및 그 제작방법
KR20010035393A (ko) * 2001-02-09 2001-05-07 정보순 자기베어링이 있는 모터

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101275334B1 (ko) 2011-12-05 2013-06-17 삼성전기주식회사 모터용 로터 어셈블리 및 이를 구비하는 스핀들 모터

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