WO2018207383A1 - 直流モータ - Google Patents

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WO2018207383A1
WO2018207383A1 PCT/JP2017/028967 JP2017028967W WO2018207383A1 WO 2018207383 A1 WO2018207383 A1 WO 2018207383A1 JP 2017028967 W JP2017028967 W JP 2017028967W WO 2018207383 A1 WO2018207383 A1 WO 2018207383A1
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WO
WIPO (PCT)
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permanent magnet
pole
motor
yoke housing
magnet
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/028967
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
朋信 佐藤
Original Assignee
山本電気株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 山本電気株式会社 filed Critical 山本電気株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/02—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting
    • H02K23/04—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting having permanent magnet excitation

Definitions

  • the present invention relates to a DC motor that suppresses cogging torque and reduces electromagnetic vibration.
  • the DC motor of Patent Document 1 includes a magnet yoke that forms a 4n magnetic pole (n is a natural number excluding multiples of 3) with a plurality of magnets equally divided by a cylindrical yoke.
  • a plurality of groove portions are formed at equal intervals on the inner peripheral side, and at least one non-magnetic flux portion is formed in each magnet, and both sides are different from each other with the non-magnetic flux portion as a boundary.
  • the gaps are arranged with the same width and angle as the groove portions, and each gap and each groove portion are formed with the same width and angle along the circumferential direction.
  • the small motor of Patent Document 2 includes a multi-pole field magnet having four or more poles on the inner peripheral surface of the motor case, and the multi-pole field magnet has a predetermined thickness in the radial direction and a predetermined length in the thrust direction.
  • a magnet material integrally formed in a ring shape is alternately magnetized in the radial direction in the circumferential direction with S and N poles, and between the S and N poles, the radially outer side A thin-walled portion having a reduced radial thickness is formed by cutting out the material.
  • the DC motor of Patent Document 3 is a hollow cylindrical thin-walled anisotropic rare earth bonded magnet having a maximum energy product of 14 MGOe (111 kJ / m 3 ) or more and magnetized with at least four magnetic poles.
  • the magnet thickness to housing outer diameter ratio d / r is 0.01 or more and 0.10 or less.
  • the motor of Patent Document 4 includes a magnetic pole made of a permanent magnet magnetized in the radial direction, and a core having salient poles arranged inside or outside thereof, and has the number of salient poles and the least common multiple of the number of magnetic poles.
  • the magnetic flux distribution of the permanent magnet is controlled so that there are four inflection points during the period of the cogging torque with a rotation angle of 360 ° / i with reference to the equilibrium stable point.
  • the magnet yoke forms a 4n magnetic pole by a plurality of magnets equally divided into a cylindrical yoke, and a plurality of groove portions are formed at equal intervals on the inner peripheral side of the plurality of magnets.
  • Each magnet is arranged with a gap at the same width and angle as the groove, and each gap and each groove need to be formed with the same width and angle along the circumferential direction.
  • Dimensional differences occur due to variations in the processing of the groove and variations in the apparatus for attaching each magnet to the yoke. Due to this dimensional difference, the electromagnetic force fluctuates during operation of the DC motor, causing electromagnetic vibration.
  • the multi-pole field magnet is magnetized in the radial direction alternately in the circumferential direction with the S and N poles on the magnet material integrally formed in a ring shape.
  • the multi-pole field magnet since it is necessary to form a thin-walled portion having a reduced radial thickness by cutting off the radially outer peripheral side between the S-pole and the N-pole, there is a dimensional difference due to the cut-off processing variation of the thin-walled portion. Arise. Due to this dimensional difference, the electromagnetic force fluctuates during operation of the small motor, causing electromagnetic vibration.
  • the permanent magnet has a large maximum energy product of 14 MGOe or more and needs to be an anisotropic rare earth bonded magnet, so that the types of magnets to be used are limited.
  • the size of the housing is necessary because the ratio of the rotating body radius to the housing outer diameter a / r is 0.25 or more and less than 0.5 (the housing outer diameter is larger than twice the electromagnetic rotating body radius). Increases, and the size of the DC motor also increases. Further, in the permanent magnet of the DC motor disclosed in Patent Document 3, the cogging torque cannot be reduced.
  • the number of salient poles and the least common multiple i of the number of magnetic poles are used, so that the permanent magnet has four inflection points during a period of cogging torque with a rotation angle of 360 ° / i. Since it is necessary to control the magnetic flux distribution, the configuration of the apparatus for magnetizing the permanent magnet is complicated when the number of salient poles and / or the number of magnetic poles is increased.
  • an object of the present invention is to provide a direct current motor that solves the above-described problems, makes it possible to suppress cogging torque and to reduce electromagnetic vibration.
  • a DC motor is a yoke housing and a cylindrical permanent magnet disposed inside the yoke housing, and has an N-pole region and an S in the inner peripheral direction of the cylindrical shape.
  • An armature including a permanent magnet magnetized so that pole regions are alternately formed and an armature core rotatably disposed inside the permanent magnet, the armature core extending in a radial direction
  • a plurality of teeth disposed in the armature, a slot is provided between two adjacent teeth of the plurality of teeth, and a conductive wire is wound around each of the teeth.
  • a commutator disposed at the end and connected to the start and end of the conductive wire and a plurality of brushes disposed so as to be in sliding contact with the commutator, the maximum energy product of the permanent magnet being 100 kJ / m 3 or less Outside the permanent magnet
  • the diameter is in the range of 58 mm to 66 mm
  • the radial thickness of the permanent magnet is in the range of 1 mm to 4 mm
  • the boundary between the adjacent N pole region and S pole region is relative to the axial direction of the permanent magnet. It has a skew of 15 ° to 25 ° and / or each of the north and south pole regions has a maximum surface magnetic flux density of 25% to 55% for each region.
  • the permanent magnet is disposed by press fitting inside the yoke housing.
  • the permanent magnet in the DC motor, is fixed to the inside of the yoke housing by applying an adhesive to at least one place.
  • the permanent magnet is a samarium bond magnet or a neodymium bond magnet.
  • the samarium-based bonded magnet contains SmFeN-based magnet powder.
  • the neodymium bond magnet includes NdFeB magnet powder.
  • the number of pole pairs of the permanent magnet is two.
  • the number of teeth is any one of 7, 9 and 11 times the number of pole pairs of the permanent magnet.
  • each tooth is configured by laminating a plurality of electromagnetic steel plates.
  • the DC motor can be used for a blower motor for an automobile.
  • FIG. 4 is a side view of the direct current motor of FIG. 1 as viewed from a direction rotated by 90 ° about the motor rotation shaft 104 with respect to FIG. 3.
  • FIG. 5 is a side view of the direct current motor of FIG. 1 as viewed from a direction rotated 180 ° around the motor rotation shaft 104 with respect to FIG. 4.
  • FIG. 2 is a top view of the DC motor in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a bottom view of the DC motor in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a side sectional view of the DC motor of FIG.
  • FIG. 4 is a lower cross-sectional view of the DC motor of FIG. 1 taken along line AA of FIG. 3. It is the schematic showing one Example in the case of having a 4-pole magnetized area
  • FIG. 15B is a side view when the DC motor of FIG. 15A is rotated 90 ° in reverse with respect to FIG. 15B around the shaft.
  • FIG. 15B is a top view of the DC motor of FIG. 15A.
  • FIG. 15B is a bottom view of the DC motor of FIG. 15A.
  • FIG. 15B is a side cross-sectional view of the DC motor of FIG. 15A as viewed from the arrow when cut along line GG.
  • FIG. 15B is a side view from one direction of the armature of the DC motor of FIG. 15A.
  • FIG. 16B is a bottom view of the armature of FIG. 16A.
  • FIG. 16B is a top view of the armature of FIG. 16A. It is a side view from one direction of the upper bracket of the direct-current motor of FIG. 15A.
  • FIG. 17B is a top view of the upper bracket of FIG. 17A.
  • FIG. 17B is a bottom view of the upper bracket of FIG. 17A. It is a bottom view of another Example of an upper bracket. It is a side view from one direction of the yoke housing of the direct-current motor of FIG. 15A. It is a top view at the time of arrange
  • FIG. 18B is a side cross-sectional view of the yoke housing of FIG. 18A viewed from the arrow when cut along the line HH.
  • FIG. 19B is a cross-sectional view of the yoke housing disposed in the magnetizing apparatus of FIG. 19A as seen from the arrow when cut along the line II. It is a top view at the time of magnetizing a permanent magnet to 4 poles so that a shaft may rotate clockwise. It is a figure which shows the magnetization waveform as one Example of the surface magnetic flux density with respect to an angle at the time of magnetizing a permanent magnet to 4 poles like FIG. 19C.
  • FIG. 19B is a side view of the magnetizing apparatus of FIG.
  • FIG. 20B is a cross-sectional view of the yoke housing disposed in the magnetizing apparatus of FIG. 19E as seen from the arrow when cut along the line JJ. It is a top view at the time of magnetizing a permanent magnet to 4 poles so that a shaft may rotate counterclockwise. It is a figure which shows the magnetization waveform as one Example of the surface magnetic flux density with respect to the angle at the time of magnetizing a permanent magnet to 4 poles like FIG. 19G. It is the schematic showing one Example in the case of magnetizing a permanent magnet to 4 poles.
  • FIG. 15A It is the schematic showing another Example in the case of magnetizing a permanent magnet to 4 poles.
  • FIG. 15A It is a perspective view of the brush for clockwise rotation of the direct-current motor of FIG. 15A. It is a side view from one direction of the brush for clockwise rotation of FIG. 20A. It is a top view which shows the sliding contact between the brush for clockwise rotation of FIG. 20A, and a commutator.
  • the DC motor 101 includes a yoke housing 102 having an opening at the top, and an upper bracket 103 that fits at the ends of the yoke housing 102 and covers the opening at the top of the yoke housing 102 to form an end housing. (The direction in which the upper bracket 103 is disposed with respect to the yoke housing 102 is the top).
  • the DC motor 101 includes an external power connection terminal 106 that extends outward from between the yoke housing 102 and the upper bracket 103 and supplies a current for driving the DC motor 101.
  • An upper opening 105 that allows the motor rotating shaft 104 to protrude to the outside may be provided at the center of the upper portion of the upper bracket 103.
  • a lower opening 108 that allows the motor rotating shaft 104 to protrude to the outside may be provided.
  • a screw hole 107 for fixing the DC motor 101 to the motor holder or the like by screwing the DC motor 101 may be provided in the lower portion of the yoke housing 102.
  • an armature 113 is housed in the interior formed by the yoke housing 102 and the upper bracket 103 of the DC motor 101 so as to be rotatable together with the motor rotation shaft 104 around the motor rotation shaft 104.
  • the motor rotation shaft 104 is rotatably supported by concentric upper bearing portions 109 and a lower bearing portion 110 that are disposed at the upper center of the upper bracket 103 and the lower center of the yoke housing 102, respectively.
  • An integrated cylindrical (ring-shaped) permanent magnet 112 is disposed inside the yoke housing 102 so as to surround the armature 113.
  • the permanent magnet 112 may be a hollow column (cylindrical) or a regular polygonal column having a hollow.
  • the integrated cylindrical permanent magnet 112 is magnetized in the radial direction (radial direction), polar anisotropy, and the like, and extends along the inner circumferential direction of the cylindrical permanent magnet 112.
  • the permanent magnet 112 is preferably magnetized after the permanent magnet 112 is disposed inside the yoke housing 102.
  • a concentric commutator 111 that rotates integrally with the motor rotation shaft 104 about the motor rotation shaft 104 is disposed.
  • a plurality of brushes 117 arranged around the commutator 111 are pressed in a substantially central direction of the motor rotating shaft 104 so that the outer surface of the commutator 111 and the inner surface of each brush 117 are in sliding contact.
  • the commutator 111 is connected to the start and end of a conductive wire wound around the armature 113.
  • the armature 113 housed inside the yoke housing 102 and the upper bracket 103 is rotatably disposed inside a permanent magnet 112 disposed inside the yoke housing 102, as shown in FIG.
  • An armature core 114 is included.
  • the armature core 114 has a plurality of teeth 115 arranged so as to extend in the radial direction.
  • a slot 116 is provided between two adjacent teeth 115 of the plurality of teeth 115, and a conductive wire (winding) ) Is wound around each tooth 115.
  • a choke coil 118 may be connected in series between the external power connection terminal 106 and the brush 117. Further, the capacitor 119 may be connected between the two external power connection terminals 106 (the anode side and the cathode side).
  • the external power supply connection terminal 106, the choke coil 118, and the capacitor 119 are connected to the power supply terminal of the external power supply and play a role of noise removal as a noise prevention element in addition to the role of an electrical connection circuit that appropriately transmits the power to the brush 117. It is what you have. Therefore, the choke coil 118 and the capacitor 119 do not need to be connected as long as appropriate power can be supplied from the external power supply to the brush 117 via the external power supply connection terminal 106 according to the characteristics of the DC motor 101.
  • the following permanent magnet 112 is used. It is desirable to employ the maximum energy product and dimensions.
  • the maximum energy product of the permanent magnet 112 is preferably in the range of 100 kJ / m 3 or less.
  • the maximum energy product of the permanent magnet 112 is preferably in the range of 80 kJ / m 3 or more.
  • the outer diameter (diameter) of the integrated cylindrical permanent magnet 112 is desirably in the range of 58 to 66 mm.
  • the thickness of the permanent magnet 112 in the radial direction is preferably in the range of 1 to 4 mm, and preferably in the range of 1.5 to 3.5 mm, and is approximately constant along the circumferential direction. desirable. By reducing the thickness in this way, the permanent magnet 112 can be reduced in weight, and further the DC motor 101 can be reduced in weight.
  • the outer diameter of the yoke housing 102 where the permanent magnet 112 is accommodated is preferably in the range of 62 to 70 mm.
  • the thickness of the yoke housing 102 in the radial direction is preferably in the range of 1 to 3 mm, and preferably in the range of 1.5 to 2.5 mm, and is approximately constant along the circumferential direction. desirable.
  • FIG. 10 shows one embodiment of the magnetization mode of the integrated cylindrical permanent magnet 112.
  • the upper figure shows a region magnetized to the N pole or S pole on the inner surface side (armature core 114 side) of the permanent magnet 112 when the permanent magnet 112 is viewed from the perspective, and the lower figure shows the permanent magnet 112 from the upper surface.
  • the region magnetized by the north or south pole inside the permanent magnet 112 when viewed (armature core 114 side) is shown.
  • the permanent magnet 112 has a four-pole magnetized region (the number of pole pairs is 2), and N on the armature core 114 side (inner side of the permanent magnet 112) along the cylindrical inner circumferential direction.
  • the permanent magnet 112 has a four-pole magnetized region, but may have a magnetized region of six or more poles (three or more pole pairs).
  • a skew (tilt) having an angle ⁇ with respect to the axial direction 123 of the cylindrical permanent magnet 112 is generated. May be magnetized.
  • the angle ⁇ is 15 ° to 25 °, preferably 20 °.
  • the magnetic pole boundary 122 in FIG. 10 has a linear skew, but may have a curved skew so that the desired angle ⁇ is averaged.
  • FIG. 11 shows another embodiment of the magnetization mode of the integrated cylindrical permanent magnet 112.
  • the upper figure shows a region magnetized to the N pole or S pole on the inner surface side (armature core 114 side) of the permanent magnet 112 when the permanent magnet 112 is viewed from the perspective, and the lower figure shows the permanent magnet 112 from the upper surface.
  • region currently magnetized by the north-pole or the south pole in the inner surface side (armature core 114 side) of the permanent magnet 112 at the time of seeing is shown.
  • the permanent magnet 112 has a four-pole magnetized region (the number of pole pairs is 2), and N on the armature core 114 side (inner side of the permanent magnet 112) along the cylindrical inner circumferential direction.
  • the permanent magnet 112 has a four-pole magnetized region, but may have a magnetized region of six or more poles (three or more pole pairs).
  • the central portion 124 is a region having the maximum surface magnetic flux density, and the ratio of the central portion 124 to each of the N-pole region 120 and the S-pole region 121 is about 25%. ⁇ 55%.
  • the cogging torque is about 1 as compared with the case where the magnetic flux variation in the circumferential direction is alleviated and the surface magnetic flux density of the entire region is maximized. / 60.
  • the permanent magnet 112 is magnetized so as to have a skew of the angle ⁇ at the magnetic pole boundary 122 as described above, while being fully attached at the central portion of each of the N-pole region 120 and the S-pole region 121. It may be magnetized.
  • the permanent magnet 112 may be arranged inside the yoke housing 102, but is preferably arranged by press-fitting. Moreover, in order to prevent the shift
  • the permanent magnet 112 there is a samarium-based bond magnet or a neodymium-based bond magnet.
  • the maximum energy product ((BH) MAX ) is 92 to 99 kJ / m 3
  • the residual magnetic flux density (B r ) is 700 to 750 mT
  • the coercive force on the BH demagnetization curve (H cB ) is 485 to 535 kA / m
  • the coercive force (H cJ ) on the JH demagnetization curve is 860 to 940 kA / m.
  • the maximum energy product ((BH) MAX ) is 87 to 97 kJ / m 3
  • the residual magnetic flux density (B r ) is 720 to 790 mT
  • the coercive force (H cB ) is 470 to 530 kA / m
  • the coercive force (H cJ ) on the JH demagnetization curve is 950 to 1050 kA / m.
  • the maximum energy product of the permanent magnet 112 can be in the range of 80 to 100 kJ / m 3 or less.
  • the samarium-based bond magnet may include SmFeN-based magnet powder, and the neodymium-based bond magnet may include NdFeB-based magnet powder.
  • the permanent magnet 112 can be made thinner and lighter can be achieved.
  • the armature core 114 is formed with a plurality of teeth 115 arranged at equal intervals along the circumferential direction so as to extend in the radial direction from the center of the armature core 114.
  • the slots 114 are provided at equal intervals between two adjacent teeth 115.
  • the maximum outer diameter D is approximately 57 mm
  • the central diameter E is approximately 21 mm.
  • the length of each tooth 115 is defined by (DE) / 2 and is approximately 18 mm.
  • the radially outer end of each tooth 115 is formed in a substantially T shape.
  • the number of teeth 115 constituting the armature core 114 may be determined to be any one of 7, 9, and 11 times the number of pole pairs of the permanent magnet 112. 9 to 14, the number of pole pairs of the permanent magnet 112 is 2, whereas the number of teeth 115 is 18, which is nine times two. As a result, the generation timing of the cogging torque generated in the teeth 115 passing through the magnetic pole boundary 122 can be shifted, and the number of slots can be increased while reducing vibration and noise, that is, the motor output can be increased.
  • the armature core 114 that is, each tooth 115, can be configured by laminating a plurality of thin plate-shaped electromagnetic steel plates in the axial direction (vertical direction) of the armature core 114.
  • the thickness F is set to about 17 mm by laminating 34 electromagnetic steel plates having a thickness of about 0.5 mm.
  • the number of the teeth 115 that is, the number of the slots 116 is relatively increased, and the length of the teeth 115 is set to the end portion in the radial direction of the teeth 115 of the armature core 114 from the center of the armature core 114.
  • the slot 116 By making the slot 116 occupy a relatively wide area with respect to the entire area of the armature core 114 by setting it to a predetermined ratio or more, preferably 1/2 or more with respect to the radius of the armature core 114 until As many conductive wires as possible can be wound around the teeth 115.
  • a conductive wire is wound around the plurality of teeth 115 in a coil shape across the plurality of slots 116 provided so as to extend in the axial direction (vertical direction) and the radial direction of the armature core 114, whereby the armature 113. Is formed. Varnish or the like may be applied to the armature 113 for reinforcing and insulating the conductive wire.
  • the beginning and the end of the conductive wire wound around the armature core 114 are connected to the commutator 111.
  • the DC motor 101 can be used for, for example, a blower motor for an automobile.
  • the blower motor according to the present invention can be reduced in size and weight, and thus is suitable for a small vehicle having a limited mounting space.
  • a DC motor 201 includes a yoke housing 202 having an opening at an upper portion thereof, and the yoke housing 202 is fitted to each other at an end portion so that an opening at the upper portion of the yoke housing 202 is formed.
  • An upper bracket 203 that covers and constitutes the end housing is provided (the direction in which the upper bracket 203 is disposed with respect to the yoke housing 202 is upward).
  • the DC motor 201 includes an external power supply connection terminal 206 that extends outward from between the yoke housing 202 and the upper bracket 203 and supplies a current for driving the DC motor 201.
  • the upper bracket 203 is provided with a brush holder 209 for receiving a brush.
  • An upper opening 205 that allows the shaft 204 to protrude to the outside may be provided at the center of the upper portion of the upper bracket 203.
  • a lower opening 208 that allows the shaft 204 to protrude outward may be provided at the center of the lower portion of the yoke housing 202.
  • a screw hole 207 for fixing the DC motor 201 to a motor holder or the like by screwing the DC motor 201 may be provided in the lower portion of the yoke housing 202.
  • clockwise rotation of the shaft 204 is clockwise rotation (CW rotation)
  • CCW rotation counterclockwise rotation
  • an armature 214 is housed in the interior formed by the yoke housing 202 and the upper bracket 203 of the DC motor 201 so as to be rotatable together with the shaft 204 around the shaft 204.
  • the shaft 204 is rotatably supported by a concentric upper bearing portion 210 and a lower bearing portion 211 that are disposed at the upper center of the upper bracket 203 and the lower center of the yoke housing 202, respectively.
  • An integrated cylindrical (ring-shaped) permanent magnet 213 is disposed inside the yoke housing 202 so as to surround the armature 214.
  • the permanent magnet 213 may be a hollow column (cylindrical) or a regular polygonal column having a hollow.
  • a dimensional difference occurs due to a dimensional variation of each permanent magnet and a variation of the affixing device of each permanent magnet, and this dimensional difference causes an electromagnetic wave during rotation of the armature. Fluctuation of force occurred, causing electromagnetic vibration.
  • the dimensional difference can be eliminated by integrating the permanent magnet 213 into the cylindrical shape, the fluctuation of the electromagnetic force during the rotation of the armature 214 can be reduced to suppress the electromagnetic vibration.
  • the number of steps for attaching the permanent magnet 213 to the yoke housing 202 can be reduced.
  • the armature 214 housed inside the yoke housing 202 and the upper bracket 203 is rotatable inside a permanent magnet 213 disposed inside the yoke housing 202.
  • a disposed armature core 215 is included.
  • the armature core 215 has a plurality of teeth 216 arranged so as to extend in the radial direction.
  • the armature core 215 passes through a slot provided between two adjacent teeth 216 of the plurality of teeth 216 and conducts a conductive wire (winding).
  • Wire) 217 is wound in a coil shape so as to straddle each tooth 216.
  • each unit winding is formed by winding a plurality of times over four teeth 216.
  • a concentric commutator 212 that rotates integrally with the shaft 204 around the shaft 204 is disposed on the shaft 204.
  • the commutator 212 has the same number of commutator pieces (segments) as the teeth 216 on the outer surface thereof, and is connected to the start and end of the conductive wire 217 constituting each unit winding wound around the armature core 215. ing.
  • the armature 214 is driven to rotate about the shaft 204.
  • the plurality of teeth 216 are arranged at equal intervals along the circumferential direction so as to extend in the radial direction from the central portion of the armature core 215.
  • the number of teeth 216 constituting the armature core 215 may be determined to be any one of 7, 9 and 11 times the number of pole pairs of the permanent magnet 213. If the number of pole pairs of the permanent magnet 213 is 2, as shown in FIGS. 16A to 16C, the number of teeth 216 is 18, which is nine times two. As a result, the generation timing of the cogging torque generated in the teeth 216 passing through the magnetic pole boundary of the permanent magnet 213 can be shifted, and the number of slots can be increased while reducing the vibration and noise, that is, the output of the motor can be increased. it can.
  • the armature core 215, that is, each tooth 216, may be configured by laminating a plurality of thin plate-shaped electromagnetic steel plates in the axial direction (vertical direction) of the armature core 215.
  • the number of the teeth 216 is relatively large, and the length of the teeth 216 extends from the center of the armature core 215 to the radially outer end of the teeth 216 of the armature core 215.
  • the conductive wire 217 may be wound around the teeth 216 as much as possible by setting it to a predetermined ratio or more, preferably 1/2 or more with respect to the radius.
  • FIG. 17A to 17C show an embodiment of the upper bracket 203 of the DC motor 201.
  • FIG. The upper bracket 203 includes an external power connection terminal 206 for supplying an electric current and a brush holder 209 for receiving a brush.
  • the choke coil 226 can be connected in series between the external power connection terminal 206 and the brush, and the capacitor 227 is connected between the two external power connection terminals 206 (anode side and cathode side).
  • 3 shows another embodiment of the upper bracket 203.
  • the external power supply connection terminal 206, the choke coil 226, and the capacitor 227 have a role of noise removal as a noise prevention element in addition to the role of an electric connection circuit that is connected to the power supply terminal of the external power supply and appropriately transmits the power to the brush.
  • the choke coil 226 or the capacitor 227 can be provided as shown in FIGS. 17A to 17C as long as appropriate power can be supplied from the external power source to the brush via the external power connection terminal 206 according to the characteristics of the DC motor 201. May not be connected.
  • FIG. 18A to 18C show a yoke housing 202 that can be used for the DC motor 201.
  • the yoke housing 202 includes a cylindrical permanent magnet 213 disposed inside the yoke housing 202.
  • the permanent magnet 213 may be arranged in any way inside the yoke housing 202, but is preferably arranged by press fitting. In order to prevent displacement after press-fitting, it is preferable to apply an adhesive at at least one location of the yoke housing 202 and fix it with an adhesive.
  • FIGS. 19A to 19J show an embodiment of a mode in which the permanent magnet 213 arranged inside the yoke housing 202 shown in FIGS. 18A to 18C is magnetized.
  • FIGS. 19A to 19D show a mode in which the permanent magnet 213 of the yoke housing 202 of the DC motor 201 capable of rotating the shaft 204 only in the clockwise direction is magnetized.
  • the magnetizing device 301 includes a magnetizing yoke 302 and a yoke housing positioning plate 303.
  • a permanent magnet 213 disposed inside the yoke housing 202 is disposed so as to surround the outer peripheral surface of the magnetized yoke 302.
  • the magnetizing yoke 302 divides the inner peripheral surface of the permanent magnet 213 into a plurality of sections 218 to 221 along the cylindrical inner peripheral direction so that the permanent magnet 213 can be made radial (radial direction) or polar anisotropy. Magnetization is performed, and N pole sections and S pole sections polarized along the inner circumferential direction of the permanent magnet 213 are alternately formed.
  • the direction in which the shaft 204 rotates is a brush for supplying a current flowing through the conductive wire 217 wound around the armature 214, and a permanent magnet 213 magnetized by being divided into a plurality of sections 218 to 221 along the inner circumferential direction. Determined by the positional relationship.
  • the yoke housing 202 is fixed to the yoke housing positioning plate 303 in association with the position of the brush, For example, as shown in FIG.
  • the magnetizing yoke 302 can magnetize a permanent magnet 213 disposed inside the yoke housing 202 with reference to the yoke housing 202 associated with the position of the brush.
  • the magnetizing yoke 302 magnetizes the first section 218 and the fourth section 221 to the north pole, and is adjacent to the first section 218 and the fourth section 221 with the magnetic pole boundary 224 as a boundary.
  • the second section 219 and the third section 220 are magnetized to the south pole so that the number of pole pairs is two.
  • each of the first section 218 and the fourth section 221 is magnetized to the N pole
  • at least a part of each of the second section 219 and the third section 220 is magnetized to the S pole. It may be magnetized.
  • the at least part may be a central part of each section.
  • the permanent magnet 213 arranged inside the yoke housing 202 has an inner periphery along the inner peripheral direction of the cylindrical shape with reference to the yoke housing 202 associated with the position of the brush.
  • the surface is divided into a plurality of sections 218 to 221 and magnetized so that the magnetic polarities of adjacent sections are opposite to each other.
  • the inductance increases, and therefore, by switching of the sliding contact portion between the commutator piece (segment) of the commutator 212 and the brush.
  • the time at which current actually begins to flow through the armature 214 is delayed from the resulting commutation in the conductive line 217.
  • the influence becomes large.
  • the brush is applied to the magnetization position of the permanent magnet 213 in the direction opposite to the rotation direction of the shaft 204, that is, in the same direction as the rotation direction of the shaft 204.
  • the positions of the plurality of sections 218 to 221 where the permanent magnet 213 is magnetized may be moved with respect to the sliding contact portion between the commutator 212 and the brush.
  • FIG. 19C shows the positions of the first to fourth sections 218 to 221 where the permanent magnet 213 is magnetized.
  • FIG. 19D shows the surface magnetic flux density magnetized on the inner circumferential surface of the permanent magnet 213 with respect to the circumferential angle of the yoke housing 202.
  • the surface magnetic flux density in the central portion of the first section 218 and the fourth section 221 is the maximum of the N pole
  • the surface magnetic flux density in the central portion of the second section 219 and the third section 220 is the maximum of the S pole.
  • the permanent magnet 213 is magnetized. It should be noted that the vicinity of 0 ° in the first section 218 is already magnetized to the N pole, and the permanent magnet 213 is magnetized so as to have an advance angle of about 5 °.
  • FIGS. 19E to 19H show a mode in which the permanent magnet 213 of the yoke housing 202 of the DC motor 201 capable of rotating the shaft 204 only in the counterclockwise direction is magnetized.
  • the magnetizing device 301 includes a magnetizing yoke 302 and a yoke housing positioning plate 303.
  • a permanent magnet 213 disposed inside the yoke housing 202 is disposed so as to surround the outer peripheral surface of the magnetized yoke 302.
  • the magnetizing yoke 302 divides the inner peripheral surface of the permanent magnet 213 into a plurality of sections 218 to 221 along the cylindrical inner peripheral direction so that the permanent magnet 213 can be made radial (radial direction) or polar anisotropy. Magnetization is performed, and S pole sections and N pole sections polarized along the inner circumferential direction of the permanent magnet 213 are alternately formed.
  • the direction in which the shaft 204 rotates is a brush for supplying a current flowing through the conductive wire 217 wound around the armature 214, and a permanent magnet 213 magnetized by being divided into a plurality of sections 218 to 221 along the inner circumferential direction. Determined by the positional relationship.
  • the permanent magnet 213 is magnetized so as to rotate the shaft 204 only in the counterclockwise direction, for example, as shown in FIG. 19E, the yoke housing 202 is fixed to the yoke housing positioning plate 303 in association with the position of the brush. For example, as shown in FIG.
  • the magnetizing yoke 302 can magnetize the permanent magnet 213 disposed inside the yoke housing 202 with reference to the yoke housing 202 associated with the position of the brush. .
  • the magnetizing yoke 302 magnetizes the first section 218 and the fourth section 221 to the south pole, and is adjacent to the first section 218 and the fourth section 221 with the magnetic pole boundary 224 as a boundary.
  • the second section 219 and the third section 220 are magnetized to N poles so that the number of pole pairs is two. Further, at least a part of each of the first section 218 and the fourth section 221 is magnetized to the S pole, and at least a part of each of the second section 219 and the third section 220 is magnetized to the N pole. It may be magnetized.
  • the permanent magnet 213 arranged inside the yoke housing 202 has an inner circumference along the inner circumferential direction of the cylindrical shape with reference to the yoke housing 202 associated with the position of the brush.
  • the surface is divided into a plurality of sections 218 to 221 and magnetized so that the magnetic polarities of adjacent sections are opposite to each other.
  • the inductance increases, and therefore, by switching of the sliding contact portion between the commutator piece (segment) of the commutator 212 and the brush.
  • the time at which current actually begins to flow through the armature 214 is delayed from the resulting commutation in the conductive line 217.
  • the influence becomes large.
  • the brush is applied to the magnetization position of the permanent magnet 213 in the direction opposite to the rotation direction of the shaft 204, that is, in the same direction as the rotation direction of the shaft 204.
  • the positions of the plurality of sections 218 to 221 where the permanent magnet 213 is magnetized may be moved with respect to the sliding contact portion between the commutator 212 and the brush.
  • FIG. 19G shows the positions of the first to fourth sections 218 to 221 where the permanent magnet 213 is magnetized are slidably contacted between the commutator 212 and the brush. The portion is moved counterclockwise to have an advance angle 222.
  • FIG. 19H shows the surface magnetic flux density magnetized on the inner circumferential surface of the permanent magnet 213 with respect to the circumferential angle of the yoke housing 202.
  • the surface magnetic flux density in the central portion of the first section 218 and the fourth section 221 is the maximum of the S pole
  • the surface magnetic flux density in the central portion of the second section 219 and the third section 220 is the maximum of the N pole.
  • the permanent magnet 213 is magnetized.
  • the 0 ° periphery in the second section 219 is still magnetized to the N pole, and the permanent magnet 213 is magnetized so as to have an advance angle of about 5 °.
  • FIG. 19C and FIG. 19G a mode in which the permanent magnet 213 of the yoke housing 202 of the DC motor 201 capable of rotating the shaft 204 only in the clockwise direction is magnetized and the shaft 204 is rotated only in the counterclockwise direction.
  • the positions of the sections 218 to 221 are shifted due to the advance angle 222 (in the case of FIG. 19C and FIG. 10 °), which is generally the same.
  • the advance angle may be determined by 360 ° / number of slots (number of teeth) / number of poles.
  • the yoke housing 202 used for the DC motor 201 that can rotate the shaft 204 only in the clockwise direction and the yoke housing 202 used for the DC motor 201 that can rotate the shaft 204 only in the counterclockwise direction are the same. It can be made into the shape of this. Also, a permanent magnet 213 used for the DC motor 201 that can rotate the shaft 204 only in the clockwise direction, and a permanent magnet 213 used for the DC motor 201 that can rotate the shaft 204 only in the counterclockwise direction. The same shape and the arrangement position on the yoke housing 202 can be the same. Further, the yoke housing 202 in which the permanent magnet 213 is disposed can be made common in a state before magnetization. Accordingly, the yoke housing 202 having the permanent magnet 213 disposed inside is used for the clockwise and counterclockwise DC motor 201 only by changing the manner in which the permanent magnet 213 is magnetized as described above. Can be provided.
  • FIG. 19I shows an embodiment of the magnetization mode of the cylindrical permanent magnet 213.
  • the upper diagram shows a plurality of sections 218 to 221 that are divided so that the magnetic polarities of the adjacent sections on the inner surface side (armature core 215 side) of the permanent magnet 213 in the perspective view of the permanent magnet 212 are opposite to each other.
  • the following figure shows a plurality of sections 218 to 221 that are divided so that the magnetic polarities of the adjacent sections on the inner surface side (armature core 215 side) of the permanent magnet 213 when the permanent magnet 213 is viewed from above are opposite to each other. Indicates. In FIG.
  • the permanent magnet 213 has a four-pole magnetized region (the number of pole pairs is 2), and on the armature core 215 side (the inner surface side of the permanent magnet 213) along the inner circumferential direction of the cylindrical shape.
  • the magnetic polarities of adjacent sections are opposite to each other, such as the first section 218 is N pole, the second section 219 is S pole, the fourth section 221 is N pole, and the third section 220 is S pole.
  • Each section is magnetized in the radial direction, polar anisotropy, or the like.
  • the permanent magnet 213 has a four-pole magnetized region, but may have a magnetized region of six or more poles (three or more pole pairs).
  • the magnetic pole boundary 224 between two adjacent sections may be magnetized so that a skew (tilt) having an angle ⁇ with respect to the axial direction 223 of the cylindrical permanent magnet 213 is generated.
  • the angle ⁇ is 15 ° to 25 °, preferably 20 °.
  • the magnetic pole boundary 224 in FIG. 19I has a linear skew, but may have a curved skew so that the average angle ⁇ is a desired angle ⁇ .
  • FIG. 19J shows another embodiment of the magnetization mode of the cylindrical permanent magnet 213.
  • the upper figure shows a plurality of sections 218 to 221 that are divided so that the magnetic polarities of the adjacent sections on the inner surface side (armature core 215 side) of the permanent magnet 213 when the permanent magnet 213 is viewed are opposite to each other.
  • the following figure shows a plurality of sections 218 to 221 that are divided so that the magnetic polarities of the adjacent sections on the inner surface side (armature core 215 side) of the permanent magnet 213 when the permanent magnet 213 is viewed from above are opposite to each other. Indicates. In FIG.
  • the permanent magnet 213 has a 4-pole magnetized region (the number of pole pairs is 2), and on the armature core 215 side (the inner surface side of the permanent magnet 213) along the inner circumferential direction of the cylindrical shape.
  • the magnetic polarities of adjacent sections are opposite to each other, such as the first section 218 is N pole, the second section 219 is S pole, the fourth section 221 is N pole, and the third section 220 is S pole.
  • Each section is magnetized in the radial direction, polar anisotropy, or the like.
  • the permanent magnet 213 has a four-pole magnetized region, but may have a magnetized region of six or more poles (three or more pole pairs).
  • the central portion 225 is an area where the surface magnetic flux density is maximum, and the ratio of the central portion 225 to each of the first to fourth sections 218 to 221 is about 25% to 55%.
  • the permanent magnet 213 is magnetized so as to have a skew of an angle ⁇ at the magnetic pole boundary 224 as described above, while at the central portion 225 of each of the first to fourth sections 218 to 221. It may be magnetized to maximize the surface magnetic flux density
  • 20A to 20C show an embodiment of the clockwise rotation brush 228 used in the DC motor 201 that can rotate the shaft 204 in the clockwise direction.
  • 20D to 20F show an embodiment of the counterclockwise rotation brush 229 used in the DC motor 201 that can rotate the shaft 204 counterclockwise.
  • the clockwise rotation brush 228 and the counterclockwise rotation brush 229 are in sliding contact with the commutator 212, and a sliding contact portion 230 for flowing a current through the conductive wire 217 wound around the armature 214, and the shaft 204.
  • a taper portion 231 is provided for suppressing the self-excited vibration by bringing the brush 228 into contact with the side wall of the brush holder 209 on the rotational direction side, and for carrying noise reduction.
  • the taper portion 231 is formed by increasing the size of the brush in a portion that contacts the side wall of the brush holder 209 on the rotation direction side of the shaft 204 to have a tapered shape. It is for pressing on. Therefore, the clockwise rotation brush 228 and the counterclockwise rotation brush 229 have different shapes in the tapered portion 231 depending on the rotation direction of the shaft 204.
  • the DC motor 201 that can rotate the shaft 204 in the clockwise direction and the DC motor 201 that can rotate the shaft 204 in the counterclockwise direction include the yoke housing 202, the permanent magnet 213, the armature 214, The element 212, the upper bracket 203 provided with the brush holder 209, and the external power connection terminal 206 (that is, other than the brush) have the same shape, and the yoke housing 202, permanent magnet 213, armature 214, commutator 212, upper part Parts can be shared for the bracket 203 and the external power supply connection terminal 206. Furthermore, the yoke housing 202 in which the permanent magnet 213 is arranged can be made common in the state before magnetization, and the management of parts and the production management according to the rotation direction are facilitated.
  • Such a direct current motor 201 that can rotate the shaft only in one of the clockwise direction and the counterclockwise direction can be manufactured at low cost according to the rotation direction and can suppress electromagnetic vibration during operation.
  • it can be used for a blower motor for automobiles.
  • the blower motor according to the present invention can be reduced in size and weight by adopting a cylindrical permanent magnet 213 having a high holding force, and thus is suitable for a small vehicle having a limited mounting space.
  • the rotation direction of the shaft 204 can be reversed, and the magnetic pole property need not be limited to the above embodiment.
  • Each may be magnetized to the opposite polarity.

Landscapes

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Abstract

コギングトルクを抑制し、電磁振動を低減する直流モータを提供する。直流モータ１０１は、ヨークハウジング１０２の内側に配置され、内周方向に沿ってＮ極領域１２０及びＳ極領域１２１が交互に形成された筒型の永久磁石１１２と、永久磁石１１２の内側に回転可能に配置された電機子コア１１４を含む電機子１１３とを備え、永久磁石１１２の最大エネルギー積が１００ｋＪ／ｍ３以下の範囲であって、永久磁石１１２の外径が５８～６６ｍｍの範囲内であって、永久磁石１１２の半径方向の厚みが１～４ｍｍの範囲であって、隣接するＮ極領域１２０とＳ極領域１２１の間の磁極境界１２２が永久磁石１１２の軸線方向１２３に対して１５～２５°のスキュー１２２を有し、及び／又は、Ｎ極領域１２０とＳ極領域１２１の各々が２５～５５％の表面磁束密度が最大となる領域１２４を有する。

Description

直流モータ
　本発明は、コギングトルクを抑制し、電磁振動を低減する直流モータに関するものである。
　特許文献１の直流モータは、円筒状のヨークに間隙をおいて等分にされた複数のマグネットで４ｎ磁極（ｎは３の倍数を除く自然数）を構成するマグネットヨークを備え、複数のマグネットの内周側には、等間隔で複数の溝部が形成されると共に、各マグネットには少なくとも一つ以上の非磁束部が形成され、非磁束部を境に両側は異極とされ、各マグネットは、溝部と同じ幅及び角度で間隙を置いて配置され、各間隙と各溝部は、円周方向に沿って同じ幅及び角度で形成されている。
　特許文献２の小型モータは、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備え、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、周方向にＳ極とＮ極を交互に径方向に着磁され、Ｓ極とＮ極との間において、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ている。
　特許文献３の直流モータは、最大エネルギー積が１４ＭＧＯｅ（１１１ｋＪ／ｍ３）以上であって、少なくとも４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る、筐体内周部に配置された永久磁石を備え、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、電磁回転体の半径をａ、前記モータ筐体の厚さをｗとする時、電磁回転体半径対筐体外径比ａ／ｒが０．２５以上、０．５未満において、筐体厚さ対磁石厚さ比ｗ／ｄが１を超え、４以下であり、且つ、磁石厚さ対筐体外径比ｄ／ｒは０．０１以上、０．１０以下である。
　特許文献４のモータは、ラジアル方向に着磁されている永久磁石からなる磁極と、その内側または外側に配置されている突極を有するコアとを備え、突極数と磁極数の最小公倍数をｉとしたときに平衡安定点を基準とする回転角３６０°／ｉのコギングトルクの周期の間で４個の変曲点を有するように永久磁石の磁束分布を制御する。
特開２０１２－２２７９７８号公報 特開２００８－４３０３１号公報 特許第３４８０７３３号公報 特公平７－８９７２８号公報
　特許文献１の直流モータにおいては、マグネットヨークは円筒状のヨークに等分にされた複数のマグネットで４ｎ磁極を構成し、複数のマグネットの内周側に等間隔で複数の溝部が形成され、各マグネットは、溝部と同じ幅及び角度で間隙を置いて配置され、各間隙と各溝部は、円周方向に沿って同じ幅及び角度で形成される必要があるために、各マグネットの寸法バラツキ、溝部の加工バラツキ、各マグネットをヨークに貼り付けるための装置のバラツキによる寸法差が生じる。この寸法差によって、該直流モータの運転時に電磁力の変動が発生して、電磁振動の発生原因となる。
　特許文献２の小型モータにおいては、複数極の界磁マグネットは、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、周方向にＳ極とＮ極を交互に径方向に着磁され、Ｓ極とＮ極との間において、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する必要があるために、薄肉部の切除加工バラツキによる寸法差が生じる。この寸法差によって、該小型モータの運転時に電磁力の変動が発生して、電磁振動の発生原因となる。
　特許文献３の直流モータにおいては、永久磁石は、１４ＭＧＯｅ以上の大きい最大エネルギー積を有し、異方性希土類ボンド磁石である必要があるために、使用する磁石の種類が限定され、更に、電磁回転体半径対筐体外径比ａ／ｒが０．２５以上、０．５未満である（筐体外径は電磁回転体半径に対して２倍より大きい）必要があるために、筐体のサイズが大きくなって、直流モータのサイズも大きくなる。また、特許文献３の直流モータの永久磁石においては、コギングトルクを低減することはできない。
　特許文献４のモータにおいては、突極数と磁極数の最小公倍数ｉを使用して、回転角３６０°／ｉのコギングトルクの周期の間で４個の変曲点を有するように永久磁石の磁束分布を制御する必要があるために、突極数及び／又は磁極数を増加させた場合に永久磁石に着磁させるための装置の構成が複雑となる。
　従って、本発明の目的は、上記問題点を解決して、コギングトルクの抑制を可能にし、且つ、電磁振動の低減を可能にする直流モータを提供することである。
　本発明の１つの観点によれば、直流モータが、ヨークハウジングと、ヨークハウジングの内側に配置された筒型の永久磁石であって、その筒型の内周方向に沿ってＮ極領域及びＳ極領域が交互に形成されるように着磁された永久磁石と、永久磁石の内側に回転可能に配置された電機子コアを含む電機子であって、電機子コアが半径方向に延伸するように配置された複数のティースを有し、複数のティースの隣り合う２つのティースの間にはスロットが設けられ、導電線が各ティースに巻装されている、電機子と、電機子の一方の端部に配置され、導電線の始端及び終端に接続されている整流子と、整流子に摺接するように配置された複数のブラシとを備え、永久磁石の最大エネルギー積が１００ｋＪ／ｍ３以下の範囲であって、永久磁石の外径が５８ｍｍ～６６ｍｍの範囲であって、永久磁石の半径方向の厚みが１ｍｍ～４ｍｍの範囲であって、隣接するＮ極領域とＳ極領域の間の境界が永久磁石の軸線方向に対して１５°～２５°のスキューを有し、及び／又は、Ｎ極領域とＳ極領域の各々が各領域に対して２５％～５５％の最大表面磁束密度を有する。
　本発明の一具体例によれば、上記直流モータにおいて、永久磁石が、ヨークハウジングの内側に圧入によって配置されている。
　本発明の一具体例によれば、上記直流モータにおいて、永久磁石が、少なくとも１箇所への接着剤塗布によりヨークハウジングの内側に固定されている。
　本発明の一具体例によれば、上記直流モータにおいて、永久磁石が、サマリウム系ボンド磁石又はネオジム系ボンド磁石である。
　本発明の一具体例によれば、上記直流モータにおいて、サマリウム系ボンド磁石がＳｍＦｅＮ系磁石粉を含む。
　本発明の一具体例によれば、上記直流モータにおいて、ネオジム系ボンド磁石がＮｄＦｅＢ系磁石粉を含む。
　本発明の一具体例によれば、上記直流モータにおいて、永久磁石の極対数が２である。
　本発明の一具体例によれば、上記直流モータにおいて、複数のティースの個数が、永久磁石の極対数に対して７倍、９倍、及び１１倍のうちの何れかである。
　本発明の一具体例によれば、上記直流モータにおいて、各ティースが複数の電磁鋼板を積層することによって構成されている。
　本発明の一具体例によれば、上記直流モータは、自動車用のブロアモータに使用されることができる。
　本発明によれば、直流モータのコギングトルクの発生を抑制することができ、且つ、運転時の電磁振動を低減することができる。更に、高保持力の筒型のボンド磁石の採用により永久磁石の薄型化が可能になり軽量化が達成できる。
　なお、本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。
本発明の一実施形態としての直流モータの一方向からの斜視図である。 図１の直流モータの別の方向からの斜視図である。 図１の直流モータの一方向からの側面図である。 図１の直流モータの図３に対してモータ回転軸１０４を中心にして９０°回転させた方向からの側面図である。 図１の直流モータの図４に対してモータ回転軸１０４を中心にして１８０°回転させた方向からの側面図である。 図１の直流モータの上面図である。 図１の直流モータの下面図である。 図５のＢ－Ｂ線で切断した図１の直流モータの側部断面図である。 図３のＡ－Ａ線で切断した図１の直流モータの下部断面図である。 図１の直流モータに使用される永久磁石の４極の着磁領域を有する場合における一実施例を表す概略図である。 図１の直流モータに使用される永久磁石の４極の着磁領域を有する場合における別の実施例を表す概略図である。 図１の直流モータに使用される電機子コアの上面図である。 図１２のＣの部分の拡大図である。 図１２の電機子コアの一方向からの側面図である。 本発明の別の実施形態としての直流モータの一方向からの側面図である。 図１５Ａの直流モータを、シャフトを中心にして９０°回転させた場合の側面図である。 図１５Ａの直流モータを、シャフトを中心にして図１５Ｂに対して逆に９０°回転させた場合の側面図である。 図１５Ａの直流モータの上面図である。 図１５Ａの直流モータの下面図である。 図１５Ａの直流モータを、Ｇ－Ｇ線で切断した場合の矢印から見た側部断面図である。 図１５Ａの直流モータの電機子の一方向からの側面図である。 図１６Ａの電機子の下面図である。 図１６Ａの電機子の上面図である。 図１５Ａの直流モータの上部ブラケットの一方向からの側面図である。 図１７Ａの上部ブラケットの上面図である。 図１７Ａの上部ブラケットの下面図である。 上部ブラケットの別の実施例の下面図である。 図１５Ａの直流モータのヨークハウジングの一方向からの側面図である。 図１８Ａのヨークハウジングの内側に永久磁石を配置した場合の上面図である。 図１８Ａのヨークハウジングを、Ｈ－Ｈ線で切断した場合の矢印から見た側部断面図である。 本発明の一実施形態としての着磁装置の、ヨークハウジングを配置し、シャフトが時計方向に回転するように永久磁石を着磁する場合の一方向からの側面図である。 図１９Ａの着磁装置に配置されたヨークハウジングを、Ｉ－Ｉ線で切断した場合の矢印から見た断面図である。 シャフトが時計方向に回転するように永久磁石を４極に着磁した場合の上面図である。 図１９Ｃのように永久磁石を４極に着磁した場合の角度に対する表面磁束密度の一実施例としての着磁波形を示す図である。 図１９Ａの着磁装置の、ヨークハウジングを配置し、シャフトが反時計方向に回転するように永久磁石を着磁する場合の一方向からの側面図である。 図１９Ｅの着磁装置に配置されたヨークハウジングを、Ｊ－Ｊ線で切断した場合の矢印から見た断面図である。 シャフトが反時計方向に回転するように永久磁石を４極に着磁した場合の上面図である。 図１９Ｇのように永久磁石を４極に着磁した場合の角度に対する表面磁束密度の一実施例としての着磁波形を示す図である。 永久磁石を４極に着磁する場合における一実施例を表す概略図である。 永久磁石を４極に着磁する場合における別の実施例を表す概略図である。 図１５Ａの直流モータの時計方向回転用ブラシの斜視図である。 図２０Ａの時計方向回転用ブラシの一方向からの側面図である。 図２０Ａの時計方向回転用ブラシと整流子との間の摺接を示す上面図である。 図１５Ａの直流モータの反時計方向回転用ブラシの斜視図である。 図２０Ｄの反時計方向回転用ブラシの一方向からの側面図である。 図２０Ｄの反時計方向回転用ブラシと整流子との間の摺接を示す上面図である。
　以下、本発明の実施例について図面を参照して説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
　図１～１４を参照して、本発明の直流モータの一実施形態を説明する。
　直流モータ１０１は、上部に開口部を有するヨークハウジング１０２と、ヨークハウジング１０２とは互いの端部にて嵌合してヨークハウジング１０２の上部の開口部を覆ってエンドハウジングを構成する上部ブラケット１０３（ヨークハウジング１０２に対して上部ブラケット１０３が配置されている方向を上とする）を備える。直流モータ１０１は、ヨークハウジング１０２と上部ブラケット１０３との間から外方に延びている、直流モータ１０１を駆動するための電流を供給する外部電源接続端子１０６を備える。上部ブラケット１０３の上部の中心には、モータ回転軸１０４が外部に突出することを可能にする上部開口部１０５が設けられていてもよい。ヨークハウジング１０２の下部の中心には、モータ回転軸１０４が外部に突出することを可能にする下部開口部１０８が設けられていてもよい。また、ヨークハウジング１０２の下部には、直流モータ１０１をねじ止めしてモータホルダ等に固定するためのねじ穴１０７が設けられていてもよい。
　図８に示すように、直流モータ１０１のヨークハウジング１０２と上部ブラケット１０３で形成される内部には、電機子１１３がモータ回転軸１０４を中心にしてモータ回転軸１０４とともに回転可能に収容されている。モータ回転軸１０４は、上部ブラケット１０３の上部中心及びヨークハウジング１０２の下部中心とそれぞれに配置されている、同心円状の上部軸受部１０９及び下部軸受部１１０により回転可能に支持されている。ヨークハウジング１０２の内側には、電機子１１３を取り囲むように、一体化された筒型（リング状）の永久磁石１１２が配置されている。永久磁石１１２は、中空を有する円柱（円筒型）であってもよいし、中空を有する正多角柱であってもよい。複数の永久磁石をヨークハウジング１０２の内側に貼り付ける場合においては、各永久磁石の寸法バラツキ及び各永久磁石の貼り付け装置のバラツキによる寸法差が生じ、この寸法差によって電機子の回転時における電磁力の変動が生じ、電磁振動の発生原因となっていた。しかし、永久磁石１１２を筒型に一体化とすることにより、この寸法差を解消することができるため、電機子１１３の回転時における電磁力の変動を低減して、電磁振動を抑制することができ、また、永久磁石１１２をヨークハウジング１０２に貼り付けるための工数を削減することができる。図１０、図１１に示すように、一体化された筒型の永久磁石１１２は半径方向（ラジアル方向）や極異方性等に着磁され、筒型の永久磁石１１２の内周方向に沿って分極されたＮ極領域１２０及びＳ極領域１２１が交互に形成されている。なお、永久磁石１１２への着磁は、永久磁石１１２がヨークハウジング１０２の内側に配置された後が好ましい。電機子１１３の一方の端部には、モータ回転軸１０４を中心として、モータ回転軸１０４と一体で回転する同心円状の整流子１１１が配置されている。整流子１１１の周囲に配置された複数のブラシ１１７が、モータ回転軸１０４の略中心方向に押圧されて、整流子１１１の外面と各ブラシ１１７の内面とが摺接するようになっている。整流子１１１は、電機子１１３に巻装される導電線の始端及び終端に接続されている。
　ヨークハウジング１０２と上部ブラケット１０３で形成される内部に収容されている電機子１１３は、図９に示すように、ヨークハウジング１０２の内側に配置された永久磁石１１２の内側に回転可能に配置された電機子コア１１４を含む。電機子コア１１４は、半径方向に延伸するように配置された複数のティース１１５を有し、複数のティース１１５の隣り合う２つのティース１１５の間にはスロット１１６が設けられ、導電線（巻線）が各ティース１１５に巻装されている。
　図示しない外部電源から外部電源接続端子１０６、ブラシ１１７、そして整流子１１１を介して電機子１１３の電機子コア１１４を構成する複数のティース１１５に巻装された導電線に電流が供給されると、電機子１１３はモータ回転軸１０４を中心にして回転駆動する。
　外部電源接続端子１０６とブラシ１１７との間には、チョークコイル１１８が直列に接続されていてもよい。また、キャパシタ１１９が、２つの外部電源接続端子１０６（陽極側、陰極側）間に接続されていてもよい。外部電源接続端子１０６、チョークコイル１１８、キャパシタ１１９は、外部電源の電力供給端子と接続してその電力を適正にブラシ１１７に伝える電気接続回路の役割に加えて雑音防止素子としてノイズ除去の役割を有しているものである。従って、直流モータ１０１の特性に応じて適正な電力を外部電源から外部電源接続端子１０６を介してブラシ１１７に供給できるものであれば、チョークコイル１１８、キャパシタ１１９は接続されていなくてもよい。
　直流モータ１０１の小型化、且つ軽量化を達成し、直流モータ１０１全体の物理的なバランスを考慮するとともに、直流モータ１０１の性能を維持するためには、例えば以下のような、永久磁石１１２の最大エネルギー積及び寸法を採用することが望ましい。永久磁石１１２の最大エネルギー積は、１００ｋＪ／ｍ３以下の範囲であることが望ましい。また、永久磁石１１２の最大エネルギー積は、８０ｋＪ／ｍ３以上の範囲であることが望ましい。
　更に、一体化された筒型の永久磁石１１２の外径（直径）は、５８～６６ｍｍの範囲であることが望ましい。また、永久磁石１１２の半径方向の厚みは、１～４ｍｍの範囲であること、好ましくは、１．５～３．５ｍｍの範囲であることが望ましく、周方向に沿って概一定であることが望ましい。このように厚みを薄くすることにより永久磁石１１２を軽量化し、更には直流モータ１０１を軽量化することができる。なお、永久磁石１１２が収容されている部分のヨークハウジング１０２の外径は、６２～７０ｍｍの範囲であることが望ましい。また、ヨークハウジング１０２の半径方向の厚みは、１～３ｍｍの範囲であること、好ましくは、１．５～２．５ｍｍの範囲であることが望ましく、周方向に沿って概一定であることが望ましい。
　図１０に、一体化された筒型の永久磁石１１２の着磁態様の一実施例を示す。上図が、永久磁石１１２を斜視した場合の永久磁石１１２の内面側（電機子コア１１４側）におけるＮ極又はＳ極に着磁されている領域を示し、下図が、永久磁石１１２を上面から見た場合の永久磁石１１２の内側（電機子コア１１４側）におけるＮ極又はＳ極に着磁されている領域を示す。図１０においては、永久磁石１１２は、４極の着磁領域を有し（極対数は２）、筒型の内周方向に沿って電機子コア１１４側（永久磁石１１２の内面側）にＮ極領域（１２０）及びＳ極領域（１２１）が交互に形成されるように、半径方向や極異方性等に着磁されている。なお、図１０においては、永久磁石１１２は４極の着磁領域を有するが、６極以上（３以上の極対数）の着磁領域を有していてもよい。隣接するＮ極領域（１２０）とＳ極領域（１２１）との間の磁極境界１２２においては、筒型の永久磁石１１２の軸線方向１２３に対してθの角度を有するスキュー（傾き）が生じるように着磁されていてもよい。角度θは、１５°～２５°であること、好ましくは、２０°であることが望ましい。２０°のスキューを有するように着磁することによって、スキューを有しない場合（θ＝０°）と比較すると、コギングトルクを約１／４５に低減することができる。なお、図１０の磁極境界１２２は、直線状のスキューを有するようになっているが、平均して所望の角度θになるように曲線状のスキューを有していてもよい。
　また、図１１に、一体化された筒型の永久磁石１１２の着磁態様の別の実施例を示す。上図が、永久磁石１１２を斜視した場合の永久磁石１１２の内面側（電機子コア１１４側）におけるＮ極又はＳ極に着磁されている領域を示し、下図が、永久磁石１１２を上面から見た場合の永久磁石１１２の内面側（電機子コア１１４側）におけるＮ極又はＳ極に着磁されている領域を示す。図１１においては、永久磁石１１２は、４極の着磁領域を有し（極対数は２）、筒型の内周方向に沿って電機子コア１１４側（永久磁石１１２の内面側）にＮ極領域１２０及びＳ極領域１２１が交互に形成されるように、半径方向や極異方性等に着磁されている。なお、図１１においては、永久磁石１１２は４極の着磁領域を有するが、６極以上（３以上の極対数）の着磁領域を有していてもよい。Ｎ極領域１２０、Ｓ極領域１２１の各々において、中央部分１２４は表面磁束密度が最大となる領域であり、中央部分１２４のＮ極領域１２０、Ｓ極領域１２１の各々に占める割合は約２５％～５５％である。このように磁極中央部分に表面磁束密度が最大となる領域を設けることによって、周方向の磁気変動を緩和し全領域の表面磁束密度を最大に着磁する場合と比較すると、コギングトルクを約１／６０に低減することができる。
　なお、永久磁石１１２は、上記のように磁極境界１２２においては角度θのスキューを有するように着磁される一方で、Ｎ極領域１２０、Ｓ極領域１２１の各々のうちの中央部分においてフル着磁されていてもよい。
　永久磁石１１２は、ヨークハウジング１０２の内側にどのように配置されてもよいが、圧入によって配置されることが好ましい。また、圧入後のずれを防止するため、少なくとも１箇所において接着剤による固定をしておくことが好ましい。
　永久磁石１１２としては、サマリウム系ボンド磁石又はネオジム系ボンド磁石がある。サマリウム系ボンド磁石によれば、最大エネルギー積（（ＢＨ）ＭＡＸ）は９２～９９ｋＪ／ｍ３、残留磁束密度（Ｂｒ）は７００～７５０ｍＴ、Ｂ－Ｈ減磁曲線上での保磁力（ＨｃＢ）は４８５～５３５ｋＡ／ｍ、Ｊ－Ｈ減磁曲線上での保磁力（ＨｃＪ）は８６０～９４０ｋＡ／ｍである。ネオジム系ボンド磁石によれば、最大エネルギー積（（ＢＨ）ＭＡＸ）は８７～９７ｋＪ／ｍ３、残留磁束密度（Ｂｒ）は７２０～７９０ｍＴ、Ｂ－Ｈ減磁曲線上での保磁力（ＨｃＢ）は４７０～５３０ｋＡ／ｍ、Ｊ－Ｈ減磁曲線上での保磁力（ＨｃＪ）は９５０～１０５０ｋＡ／ｍである。永久磁石１１２として、サマリウム系ボンド磁石又はネオジム系ボンド磁石を使用すれば、永久磁石１１２の最大エネルギー積を、８０～１００ｋＪ／ｍ３以下の範囲とすることができる。なお、サマリウム系ボンド磁石は、ＳｍＦｅＮ系磁石粉を含み、ネオジム系ボンド磁石は、ＮｄＦｅＢ系磁石粉を含んでいてもよい。高保持力の磁石を採用することによって、永久磁石１１２の薄型化が可能になって軽量化が達成できる。
　図１２に示すように、電機子コア１１４には、電機子コア１１４の中心部から半径方向に延伸するように配置された複数のティース１１５が周方向に沿って等間隔で形成されている。これにより、隣り合う２つのティース１１５の間にはスロット１１４が等間隔に設けられる。電機子コア１１４の寸法は、例えば、最大外周の直径Ｄを略５７ｍｍ、中心部の直径Ｅを略２１ｍｍとしている。各ティース１１５の長さは、（Ｄ－Ｅ）／２で規定され、略１８ｍｍである。また、図１３に示すように、各ティース１１５の半径方向外側の端部は略Ｔ字状に形成されている。
　電機子コア１１４を構成するティース１１５の個数は、永久磁石１１２の極対数に対して７倍、９倍、及び１１倍のうちの何れかになるように決定されてもよい。図９～図１４においては、永久磁石１１２の極対数は２であるのに対して、ティース１１５の個数は、２の９倍の１８である。これにより磁極境界１２２を通過するティース１１５に生じるコギングトルクの発生タイミングをずらすことができ、振動や騒音を低減しつつ多スロット化を図り、即ちモータの高出力化を図ることができる。
　電機子コア１１４、すなわち各ティース１１５は、電機子コア１１４の軸線方向（上下方向）に薄肉の板状の複数の電磁鋼板を層状に重ねることによって構成されることができる。図１４の電機子コア１１４においては、厚さ略０．５ｍｍの電磁鋼板を３４枚積層することによって、厚さＦを略１７ｍｍとしている。電機子コア１１４において、ティース１１５の個数、すなわちスロット１１６の個数を比較的多くし、ティース１１５の長さを、電機子コア１１４の中心から電機子コア１１４のティース１１５の半径方向外側の端部までの電機子コア１１４の半径に対して所定の割合以上、好ましくは１／２以上として、電機子コア１１４の全体の領域に対して比較的広い領域をスロット１１６が占めるようにすることによって、できるだけ多くの導電線がティース１１５に巻装されるようにすることができる。
　電機子コア１１４の軸線方向（上下方向）及び半径方向に延伸するように設けられた複数のスロット１１６を跨いで複数のティース１１５に導電線がコイル状に巻装されることによって、電機子１１３は形成されている。導電線の補強及び絶縁のためにワニス等が電機子１１３に塗布されてもよい。電機子コア１１４に巻装された導電線の始端及び終端は、整流子１１１に接続されている。
　直流モータ１０１は、例えば、自動車用のブロアモータに使用されることができる。特に本発明によるブロアモータは、小型化、且つ軽量化を達成できるので、載置スペースが限られている小型車に好適である。
　図１５Ａ～図２０Ｆを参照して、本発明の直流モータの別の実施形態を説明する。
　図１５Ａ～図１５Ｆに示すように、直流モータ２０１は、上部に開口部を有するヨークハウジング２０２と、ヨークハウジング２０２とは互いの端部にて嵌合してヨークハウジング２０２の上部の開口部を覆ってエンドハウジングを構成する上部ブラケット２０３（ヨークハウジング２０２に対して上部ブラケット２０３が配置されている方向を上とする）を備える。直流モータ２０１は、ヨークハウジング２０２と上部ブラケット２０３との間から外方に延びている、直流モータ２０１を駆動するための電流を供給する外部電源接続端子２０６を備える。上部ブラケット２０３には、ブラシを収容するためのブラシホルダ２０９が設けられている。上部ブラケット２０３の上部の中心には、シャフト２０４が外部に突出することを可能にする上部開口部２０５が設けられていてもよい。ヨークハウジング２０２の下部の中心には、シャフト２０４が外部に突出することを可能にする下部開口部２０８が設けられていてもよい。また、ヨークハウジング２０２の下部には、直流モータ２０１をねじ止めしてモータホルダ等に固定するためのねじ穴２０７が設けられていてもよい。なお、図１５Ｄに示すように、直流モータ２０１を上部から見てシャフト２０４の右回りの回転を時計方向回転（ＣＷ回転）、シャフト２０４の左回りの回転を反時計方向回転（ＣＣＷ回転）とする。
　図１５Ｆに示すように、直流モータ２０１のヨークハウジング２０２と上部ブラケット２０３で形成される内部には、電機子２１４がシャフト２０４を中心にしてシャフト２０４とともに回転可能に収容されている。シャフト２０４は、上部ブラケット２０３の上部中心及びヨークハウジング２０２の下部中心とそれぞれに配置されている、同心円状の上部軸受部２１０及び下部軸受部２１１により回転可能に支持されている。ヨークハウジング２０２の内側には、電機子２１４を取り囲むように、一体化された筒型（リング状）の永久磁石２１３が配置されている。永久磁石２１３は、中空を有する円柱（円筒型）であってもよいし、中空を有する正多角柱であってもよい。複数の永久磁石をヨークハウジング２０２の内側に貼り付ける場合においては、各永久磁石の寸法バラツキ及び各永久磁石の貼り付け装置のバラツキによる寸法差が生じ、この寸法差によって電機子の回転時における電磁力の変動が生じ、電磁振動の発生原因となっていた。しかし、永久磁石２１３を筒型に一体化とすることにより、この寸法差を解消することができるため、電機子２１４の回転時における電磁力の変動を低減して、電磁振動を抑制することができ、また、永久磁石２１３をヨークハウジング２０２に貼り付けるための工数を削減することができる。
　図１６Ａ～図１６Ｃに示すように、ヨークハウジング２０２と上部ブラケット２０３で形成される内部に収容されている電機子２１４は、ヨークハウジング２０２の内側に配置された永久磁石２１３の内側に回転可能に配置された電機子コア２１５を含む。電機子コア２１５は、半径方向に延伸するように配置された複数のティース２１６を有し、複数のティース２１６の隣り合う２つのティース２１６の間に設けられたスロットを通って、導電線（巻線）２１７が各ティース２１６を跨ぐようにしてコイル状に巻装されている。この例ではティース２１６を４個跨いで複数回巻回され各単位巻線を構成している。また、シャフト２０４上にはシャフト２０４を中心として、シャフト２０４と一体で回転する同心円状の整流子２１２が配置されている。整流子２１２はその外面にティース２１６と同数の整流子片（セグメント）を有し、電機子コア２１５に巻装される各単位巻線を構成している導電線２１７の始端及び終端に接続されている。そして、直流モータ２０１が組み立てられたとき、整流子２１２の周囲に配置されたブラシホルダ２０９に収容されたブラシが、シャフト２０４の略中心方向に押圧されて、整流子２１２の外面とブラシの内面とが摺接するようになっている。図示しない外部電源から外部電源接続端子２０６、ブラシホルダ２０９に収容されたブラシ、そして整流子２１２を介して電機子２１４の電機子コア２１５を構成する複数のティース２１６に巻装された導電線２１７に電流が供給されると、電機子２１４はシャフト２０４を中心にして回転駆動する。
　複数のティース２１６は、電機子コア２１５の中心部から半径方向に延伸するように、周方向に沿って等間隔に配置されている。電機子コア２１５を構成するティース２１６の個数は、永久磁石２１３の極対数に対して７倍、９倍、及び１１倍のうちの何れかになるように決定されてもよい。永久磁石２１３の極対数は２であれば、図１６Ａ～図１６Ｃに示すように、ティース２１６の個数は、２の９倍の１８である。これにより、永久磁石２１３の磁極境界を通過するティース２１６に生じるコギングトルクの発生タイミングをずらすことができ、振動や騒音を低減しつつ多スロット化を図り、即ちモータの高出力化を図ることができる。なお、電機子コア２１５、すなわち各ティース２１６は、電機子コア２１５の軸線方向（上下方向）に薄肉の板状の複数の電磁鋼板を層状に重ねることによって構成されていてもよい。電機子コア２１５において、ティース２１６の個数を比較的多くし、ティース２１６の長さを、電機子コア２１５の中心から電機子コア２１５のティース２１６の半径方向外側の端部までの電機子コア２１５の半径に対して所定の割合以上、好ましくは１／２以上とすることによって、できるだけ多くの導電線２１７がティース２１６に巻装されるようにしてもよい。
　図１７Ａ～図１７Ｃに、直流モータ２０１の上部ブラケット２０３の一実施例を示す。上部ブラケット２０３は、外方に延びて、電流を供給するための外部電源接続端子２０６、及びブラシを収容するためのブラシホルダ２０９を備える。また、図１７Ｄに、チョークコイル２２６が外部電源接続端子２０６とブラシとの間に直列に接続可能であって、キャパシタ２２７が２つの外部電源接続端子２０６（陽極側、陰極側）間に接続されている、上部ブラケット２０３の別の実施例を示す。外部電源接続端子２０６、チョークコイル２２６、キャパシタ２２７は、外部電源の電力供給端子と接続してその電力を適正にブラシに伝える電気接続回路の役割に加えて雑音防止素子としてノイズ除去の役割を有しているものである。なお、直流モータ２０１の特性に応じて適正な電力を外部電源から外部電源接続端子２０６を介してブラシに供給できるものであれば、図１７Ａ～図１７Ｃのように、チョークコイル２２６、又はキャパシタ２２７は接続されていなくてもよい。
　図１８Ａ～図１８Ｃに、直流モータ２０１に使用されることができるヨークハウジング２０２を示す。ヨークハウジング２０２は、ヨークハウジング２０２の内側に配置された筒型の永久磁石２１３を備える。永久磁石２１３は、ヨークハウジング２０２の内側にどのように配置されてもよいが、圧入によって配置されることが好ましい。また、圧入後のずれを防止するため、ヨークハウジング２０２の少なくとも１箇所において接着剤を塗布し、接着材による固定をしておくことが好ましい。
　図１９Ａ～図１９Ｊに、図１８Ａ～図１８Ｃに示されたヨークハウジング２０２の内側に配置された永久磁石２１３を着磁する態様の一実施例を示す。まず図１９Ａ～図１９Ｄに、シャフト２０４を時計方向のみに回転させることができる直流モータ２０１のヨークハウジング２０２の永久磁石２１３を着磁する態様を示す。図１９Ａ、図１９Ｂに示すように、着磁装置３０１は、着磁ヨーク３０２、及びヨークハウジング位置決めプレート３０３を備える。ヨークハウジング２０２の内側に配置された永久磁石２１３が、着磁ヨーク３０２の外周面を囲むように配置される。着磁ヨーク３０２は、永久磁石２１３の内周面を筒型の内周方向に沿って複数の区分２１８～２２１に分けて、永久磁石２１３を半径方向（ラジアル方向）や極異方性等に着磁し、永久磁石２１３の内周方向に沿って分極されたＮ極の区分及びＳ極の区分を交互に形成する。
　シャフト２０４が回転する方向は、電機子２１４に巻装される導電線２１７に流れる電流を給電するブラシ、及び内周方向に沿って複数の区分２１８～２２１に分けて着磁された永久磁石２１３の位置関係によって決定される。シャフト２０４を時計方向のみに回転させるように永久磁石２１３を着磁する場合には、例えば図１９Ａに示すように、ブラシの位置に関連付けてヨークハウジング２０２をヨークハウジング位置決めプレート３０３に固定して、そして、例えば図１９Ｂに示すように、着磁ヨーク３０２は、ブラシの位置に関連付けられたヨークハウジング２０２を基準として、ヨークハウジング２０２の内側に配置された永久磁石２１３を着磁することができる。図１９Ｂにおいては、着磁ヨーク３０２は、第１の区分２１８及び第４の区分２２１をＮ極に着磁して、磁極境界２２４を境に第１の区分２１８及び第４の区分２２１に隣接する第２の区分２１９及び第３の区分２２０をＳ極に着磁して極対数が２であるように着磁している。また、第１の区分２１８及び第４の区分２２１のそれぞれの少なくとも一部をＮ極に着磁して、第２の区分２１９及び第３の区分２２０のそれぞれの少なくとも一部をＳ極に着磁してもよい。なお、少なくとも一部とは、各区分の中央部分であってもよい。
　このようにして、図１９Ｃに示すように、ヨークハウジング２０２の内側に配置された永久磁石２１３は、ブラシの位置に関連付けられたヨークハウジング２０２を基準として筒型の内周方向に沿って内周面を複数の区分２１８～２２１に分けられ、隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように着磁される。また、電機子コア２１５に巻装される導電線２１７の巻数が大きい場合にはインダクタンスが大きくなるため、整流子２１２の整流子片（セグメント）とブラシとの間の摺接部分の切り換わりによって生じる導電線２１７での転流から、実際に電流が電機子２１４に流れ始める時間は遅延する。特に電機子２１４を高速に回転させる場合にはその影響が大きくなる。この転流のタイミングを早めてこの遅延を補正するために、シャフト２０４の回転方向とは逆方向に永久磁石２１３の着磁位置に対してブラシを、すなわちシャフト２０４の回転方向と同じ方向に、整流子２１２とブラシとの間の摺接部分に対して永久磁石２１３の着磁される複数の区分２１８～２２１の位置を移動させてもよい。図１９Ｃにおいては、シャフト２０４が時計方向に回転しているので、永久磁石２１３の着磁される第１～４の区分２１８～２２１の位置を、整流子２１２とブラシとの間の摺接部分に対して進角２２２を有するように時計方向に移動させている。図１９Ｄに、ヨークハウジング２０２の周方向の角度に対する永久磁石２１３の内周面に着磁された表面磁束密度を示す。第１の区分２１８及び第４の区分２２１の中央部分の表面磁束密度がＮ極の最大となり、第２の区分２１９及び第３の区分２２０の中央部分の表面磁束密度がＳ極の最大となるように、永久磁石２１３は着磁されている。なお、第１の区分２１８にある０°周辺は既にＮ極に着磁されており、約５°の進角を有するように永久磁石２１３は着磁されている。
　次に図１９Ｅ～図１９Ｈに、シャフト２０４を反時計方向のみに回転させることができる直流モータ２０１のヨークハウジング２０２の永久磁石２１３を着磁する態様を示す。図１９Ｅ、図１９Ｆに示すように、着磁装置３０１は、着磁ヨーク３０２、及びヨークハウジング位置決めプレート３０３を備える。ヨークハウジング２０２の内側に配置された永久磁石２１３が、着磁ヨーク３０２の外周面を囲むように配置される。着磁ヨーク３０２は、永久磁石２１３の内周面を筒型の内周方向に沿って複数の区分２１８～２２１に分けて、永久磁石２１３を半径方向（ラジアル方向）や極異方性等に着磁し、永久磁石２１３の内周方向に沿って分極されたＳ極の区分及びＮ極の区分を交互に形成する。
　シャフト２０４が回転する方向は、電機子２１４に巻装される導電線２１７に流れる電流を給電するブラシ、及び内周方向に沿って複数の区分２１８～２２１に分けて着磁された永久磁石２１３の位置関係によって決定される。シャフト２０４を反時計方向のみに回転させるように永久磁石２１３を着磁する場合には、例えば図１９Ｅに示すように、ブラシの位置に関連付けてヨークハウジング２０２をヨークハウジング位置決めプレート３０３に固定して、そして、例えば図１９Ｆに示すように、着磁ヨーク３０２は、ブラシの位置に関連付けられたヨークハウジング２０２を基準として、ヨークハウジング２０２の内側に配置された永久磁石２１３を着磁することができる。図１９Ｆにおいては、着磁ヨーク３０２は、第１の区分２１８及び第４の区分２２１をＳ極に着磁して、磁極境界２２４を境に第１の区分２１８及び第４の区分２２１に隣接する第２の区分２１９及び第３の区分２２０をＮ極に着磁して極対数が２であるように着磁している。また、第１の区分２１８及び第４の区分２２１のそれぞれの少なくとも一部をＳ極に着磁して、第２の区分２１９及び第３の区分２２０のそれぞれの少なくとも一部をＮ極に着磁してもよい。
　このようにして、図１９Ｇに示すように、ヨークハウジング２０２の内側に配置された永久磁石２１３は、ブラシの位置に関連付けられたヨークハウジング２０２を基準として筒型の内周方向に沿って内周面を複数の区分２１８～２２１に分けられ、隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように着磁される。また、電機子コア２１５に巻装される導電線２１７の巻数が大きい場合にはインダクタンスが大きくなるため、整流子２１２の整流子片（セグメント）とブラシとの間の摺接部分の切り換わりによって生じる導電線２１７での転流から、実際に電流が電機子２１４に流れ始める時間は遅延する。特に電機子２１４を高速に回転させる場合にはその影響が大きくなる。この転流のタイミングを早めてこの遅延を補正するために、シャフト２０４の回転方向とは逆方向に永久磁石２１３の着磁位置に対してブラシを、すなわちシャフト２０４の回転方向と同じ方向に、整流子２１２とブラシとの間の摺接部分に対して永久磁石２１３の着磁される複数の区分２１８～２２１の位置を移動させてもよい。図１９Ｇにおいては、シャフト２０４が反時計方向に回転しているので、永久磁石２１３の着磁される第１～４の区分２１８～２２１の位置を、整流子２１２とブラシとの間の摺接部分に対して進角２２２を有するように反時計方向に移動させている。図１９Ｈに、ヨークハウジング２０２の周方向の角度に対する永久磁石２１３の内周面に着磁された表面磁束密度を示す。第１の区分２１８及び第４の区分２２１の中央部分の表面磁束密度がＳ極の最大となり、第２の区分２１９及び第３の区分２２０の中央部分の表面磁束密度がＮ極の最大となるように、永久磁石２１３は着磁されている。なお、第２の区分２１９にある０°周辺は未だＮ極に着磁されており、約５°の進角を有するように永久磁石２１３は着磁されている。図１９Ｃと図１９Ｇを比較すると、シャフト２０４を時計方向のみに回転させることができる直流モータ２０１のヨークハウジング２０２の永久磁石２１３を着磁する態様とシャフト２０４を反時計方向のみに回転させることができる直流モータ２０１のヨークハウジング２０２の永久磁石２１３を着磁する態様において、各区分２１８～２２１の位置は、進角２２２の関係上ずれているが（図１９Ｃと図１９Ｇの場合、互いに対して１０°）、概ね同じである。なお、進角は、３６０°／スロット数（ティース数）／極数によって決定されてもよい。
　シャフト２０４を時計方向のみに回転させることができる直流モータ２０１に使用されるヨークハウジング２０２、及びシャフト２０４を反時計方向のみに回転させることができる直流モータ２０１に使用されるヨークハウジング２０２は、同一の形状のものとすることができる。また、シャフト２０４を時計方向のみに回転させることができる直流モータ２０１に使用される永久磁石２１３、及びシャフト２０４を反時計方向のみに回転させることができる直流モータ２０１に使用される永久磁石２１３も、同一の形状であり、ヨークハウジング２０２への配置位置も同一とすることができる。又、永久磁石２１３が配置されたヨークハウジング２０２は、着磁前の状態において共通化することができる。従って、上記のように永久磁石２１３に着磁される態様を変えるのみによって、時計方向回転及び反時計方向回転の直流モータ２０１に使用される、内側に永久磁石２１３が配置されたヨークハウジング２０２を提供することができる。
　図１９Ｉに、筒型の永久磁石２１３の着磁態様の一実施例を示す。上図が、永久磁石２１２を斜視した場合の永久磁石２１３の内面側（電機子コア２１５側）を隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように分けられた複数の区分２１８～２２１を示し、下図が、永久磁石２１３を上面から見た場合の永久磁石２１３の内面側（電機子コア２１５側）を隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように分けられた複数の区分２１８～２２１を示す。図１９Ｉにおいては、永久磁石２１３は、４極の着磁領域を有し（極対数は２）、筒型の内周方向に沿って電機子コア２１５側（永久磁石２１３の内面側）に、例えば、第１の区分２１８がＮ極、第２の区分２１９がＳ極、第４の区分２２１がＮ極、第３の区分２２０がＳ極のように、隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように、各区分は半径方向や極異方性等に着磁されている。なお、図１９Ｉにおいては、永久磁石２１３は４極の着磁領域を有するが、６極以上（３以上の極対数）の着磁領域を有していてもよい。隣接する２つの区分の間の磁極境界２２４においては、筒型の永久磁石２１３の軸線方向２２３に対してθの角度を有するスキュー（傾き）が生じるように着磁されていてもよい。角度θは、１５°～２５°であること、好ましくは、２０°であることが望ましい。２０°のスキューを有するように着磁することによって、スキューを有しない場合（θ＝０°）と比較すると、コギングトルクを約１／４５に低減することができる。なお、図１９Ｉの磁極境界２２４は、直線状のスキューを有するようになっているが、平均して所望の角度θになるように曲線状のスキューを有していてもよい。
　また、図１９Ｊに、筒型の永久磁石２１３の着磁態様の別の実施例を示す。上図が、永久磁石２１３を斜視した場合の永久磁石２１３の内面側（電機子コア２１５側）を隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように分けられた複数の区分２１８～２２１を示し、下図が、永久磁石２１３を上面から見た場合の永久磁石２１３の内面側（電機子コア２１５側）を隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように分けられた複数の区分２１８～２２１を示す。図１９Ｊにおいては、永久磁石２１３は、４極の着磁領域を有し（極対数は２）、筒型の内周方向に沿って電機子コア２１５側（永久磁石２１３の内面側）に、例えば、第１の区分２１８がＮ極、第２の区分２１９がＳ極、第４の区分２２１がＮ極、第３の区分２２０がＳ極のように、隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように、各区分は半径方向や極異方性等に着磁されている。なお、図１９Ｊにおいては、永久磁石２１３は４極の着磁領域を有するが、６極以上（３以上の極対数）の着磁領域を有していてもよい。第１～第４の区分２１８～２２１の各々において、中央部分２２５は表面磁束密度が最大となる領域であり、中央部分２２５の第１～第４の区分２１８～２２１の各々に占める割合は約２５％～５５％である。このように各区分の中央部分２２５に表面磁束密度が最大となる領域を設けることによって、全領域の表面磁束密度を最大に着磁する場合と比較すると、コギングトルクを約１／６０に低減することができる。
　なお、永久磁石２１３は、上記のように磁極境界２２４においては角度θのスキューを有するように着磁される一方で、第１～第４の区分２１８～２２１の各々のうちの中央部分２２５において表面磁束密度が最大になるように着磁されていてもよい
　図２０Ａ～図２０Ｃに、シャフト２０４を時計方向に回転させることができる直流モータ２０１に使用される時計方向回転用ブラシ２２８の一実施例を示す。また、図２０Ｄ～図２０Ｆに、シャフト２０４を反時計方向に回転させることができる直流モータ２０１に使用される反時計方向回転用ブラシ２２９の一実施例を示す。時計方向回転用ブラシ２２８及び反時計方向回転用ブラシ２２９は、整流子２１２に摺接して、電機子２１４に巻装された導電線２１７に電流を流すための摺接部分２３０と、シャフト２０４の回転方向側のブラシホルダ２０９の側壁にブラシ２２８を当接させて自励振動を抑制して、騒音抑制に荷担させるためのテーパ部分２３１とを備える。テーパ部分２３１は、シャフト２０４の回転方向側のブラシホルダ２０９の側壁に当接する部分のブラシの寸法を長くしてテーパ形状にしたものであって、図示しないブラシスプリングによってブラシを押圧してその側壁に押し付けるためのものである。従って、時計方向回転用ブラシ２２８及び反時計方向回転用ブラシ２２９は、シャフト２０４の回転方向によってテーパ部分２３１において異なる形状を有する。このように、シャフト２０４を時計方向に回転させることができる直流モータ２０１、及びシャフト２０４を反時計方向に回転させることができる直流モータ２０１は、ヨークハウジング２０２、永久磁石２１３、電機子２１４、整流子２１２、ブラシホルダ２０９が設けられた上部ブラケット２０３、外部電源接続端子２０６（すなわちブラシ以外）については同一の形状を有し、ヨークハウジング２０２、永久磁石２１３、電機子２１４、整流子２１２、上部ブラケット２０３、外部電源接続端子２０６については部品を共通化することができる。更に、永久磁石２１３を配置したヨークハウジング２０２は着磁前の状態において共通化することができ、部品の管理や回転方向に応じた製造管理は容易となる。
　このような、シャフトを時計方向及び反時計方向のうちのいずれか一方のみに回転させることができる直流モータ２０１は、回転方向に応じて廉価に製造できると共に運転時の電磁振動を抑制できるので、例えば、自動車用のブロアモータに使用されることができる。特に本発明によるブロアモータは、高保持力の筒型の永久磁石２１３を採用することにより小型化、且つ軽量化を達成できるので、載置スペースが限られている小型車に好適である。
　なお、直流モータ２０１において、シャフト２０４を上部開口部２０５又は下部開口部２０８より突出させることによってシャフト２０４の回転方向は逆になり得、着磁極性は上記実施例に限定される必要はなく、それぞれ逆極性に着磁してもよい。
　上記記載は特定の実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の原理と添付の特許請求の範囲の範囲内で種々の変更及び修正をすることができることは当業者に明らかである。
　１０１　　直流モータ
　１０２　　ヨークハウジング
　１０３　　上部ブラケット
　１０４　　モータ回転軸
　１０５　　上部開口部
　１０６　　外部電源接続端子
　１０７　　ねじ穴
　１０８　　下部開口部
　１０９　　上部軸受部
　１１０　　下部軸受部
　１１１　　整流子
　１１２　　永久磁石
　１１３　　電機子
　１１４　　電機子コア
　１１５　　ティース
　１１６　　スロット
　１１７　　ブラシ
　１１８　　チョークコイル
　１１９　　キャパシタ
　１２０　　Ｎ極領域
　１２１　　Ｓ極領域
　１２２　　磁極境界
　１２３　　軸線方向
　１２４　　中央部分
　２０１　　直流モータ
　２０２　　ヨークハウジング
　２０３　　上部ブラケット
　２０４　　シャフト
　２０５　　上部開口部
　２０６　　外部電源接続端子
　２０７　　ねじ穴
　２０８　　下部開口部
　２０９　　ブラシホルダ
　２１０　　上部軸受部
　２１１　　下部軸受部
　２１２　　整流子
　２１３　　永久磁石
　２１４　　電機子
　２１５　　電機子コア
　２１６　　ティース
　２１７　　導電線
　２１８　　第１の区分
　２１９　　第２の区分
　２２０　　第３の区分
　２２１　　第４の区分
　２２２　　進角
　２２３　　軸線方向
　２２４　　磁極境界
　２２５　　中央部分
　２２６　　チョークコイル
　２２７　　キャパシタ
　２２８　　時計方向回転用ブラシ
　２２９　　反時計方向回転用ブラシ
　２３０　　摺接部分
　２３１　　テーパ部分
　３０１　　着磁装置
　３０２　　着磁ヨーク
　３０３　　ヨークハウジング位置決めプレート

Claims (10)

  1. 　ヨークハウジングと、
    　前記ヨークハウジングの内側に配置された筒型の永久磁石であって、前記筒型の内周方向に沿ってＮ極領域及びＳ極領域が交互に形成されるように着磁された永久磁石と、
    　前記永久磁石の内側に回転可能に配置された電機子コアを含む電機子であって、前記電機子コアが半径方向に延伸するように配置された複数のティースを有し、前記複数のティースの隣り合う２つのティースの間にはスロットが設けられ、導電線が各ティースに巻装されている、電機子と、
    　前記電機子の一方の端部に配置された整流子であって、前記導電線の始端及び終端に接続されている整流子と、
    　前記整流子に摺接するように配置された複数のブラシと、
    を備える直流モータであって、
    　前記永久磁石の最大エネルギー積が１００ｋＪ／ｍ３以下の範囲であって、
    　前記永久磁石の外径が５８ｍｍ～６６ｍｍの範囲であって、前記永久磁石の半径方向の厚みが１ｍｍ～４ｍｍの範囲であって、
    　隣接する前記Ｎ極領域と前記Ｓ極領域の間の境界が前記永久磁石の軸線方向に対して１５°～２５°のスキューを有し、及び／又は、前記Ｎ極領域と前記Ｓ極領域の各々の最大表面磁束密度が各領域の２５％～５５％の範囲を有する、直流モータ。
  2. 　前記永久磁石が、前記ヨークハウジングの内側に圧入によって配置されている、請求項１に記載の直流モータ。
  3. 　前記永久磁石が、少なくとも１箇所への接着剤塗布により前記ヨークハウジングの内側に固定されていることを特徴とする、請求項２に記載の直流モータ。
  4. 　前記永久磁石が、サマリウム系ボンド磁石又はネオジム系ボンド磁石である、請求項１から請求項３の何れかに記載の直流モータ。
  5. 　前記サマリウム系ボンド磁石がＳｍＦｅＮ系磁石粉を含む、請求項４に記載の直流モータ。
  6. 　前記ネオジム系ボンド磁石がＮｄＦｅＢ系磁石粉を含む、請求項４に記載の直流モータ。
  7. 　前記永久磁石の極対数が２である、請求項１～６の何れか一項に記載の直流モータ。
  8. 　前記複数のティースの個数が、前記永久磁石の極対数に対して７倍、９倍、及び１１倍のうちの何れかである、請求項１～７の何れか一項に記載の直流モータ。
  9. 　各ティースが複数の電磁鋼板を積層することによって構成されている、請求項１～８の何れか一項に記載の直流モータ。
  10. 　自動車用のブロアモータに使用されることができる、請求項１～９の何れか一項に記載の直流モータ。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002051484A (ja) * 2000-07-28 2002-02-15 Mitsumi Electric Co Ltd モータ
JP2002095230A (ja) * 2000-09-13 2002-03-29 Asmo Co Ltd 直流機
JP2003134776A (ja) * 2001-10-29 2003-05-09 Shimano Inc 電動リールのモータ
JP2004242489A (ja) * 2002-12-11 2004-08-26 Daido Steel Co Ltd ブラシレスモータ
JP2006311661A (ja) * 2005-04-26 2006-11-09 Aichi Steel Works Ltd ４極ｄｃブラシモータ
JP2014150724A (ja) * 2008-10-07 2014-08-21 Mitsuba Corp 電動モータ、および減速機付モータ

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002051484A (ja) * 2000-07-28 2002-02-15 Mitsumi Electric Co Ltd モータ
JP2002095230A (ja) * 2000-09-13 2002-03-29 Asmo Co Ltd 直流機
JP2003134776A (ja) * 2001-10-29 2003-05-09 Shimano Inc 電動リールのモータ
JP2004242489A (ja) * 2002-12-11 2004-08-26 Daido Steel Co Ltd ブラシレスモータ
JP2006311661A (ja) * 2005-04-26 2006-11-09 Aichi Steel Works Ltd ４極ｄｃブラシモータ
JP2014150724A (ja) * 2008-10-07 2014-08-21 Mitsuba Corp 電動モータ、および減速機付モータ

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