モータ

【課題】本発明の目的は、回転子若しくは固定子に配設される永久磁石としてセグメント磁石に多極着磁させたものを使用するにあたり、磁束波形に歪みを無くすことにより、誘起電圧の歪みを是正し、好適な磁気的バランスを有するモータを提供することにある。
【解決手段】固定子１と回転子２を有するモータＭに関する。
固定子１又は回転子２には、界磁部を構成する２ｎ（ｎは２以上の整数）の着磁がなされたｎ枚の永久磁石２２が固定され、永久磁石２２は、固定子１又は回転子２に固定される固定面２２ｂと、回転子１又は固定子２と対向する対向面２２ａを有して形成されるとともに、永久磁石２２の回転子１回転方向両端部における固定面２２ｂと対向面２２ａとの距離は、他の部分の固定面２２ｂと対向面２２ａとの距離よりも大きくなるように構成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子若しくは固定子に配設される界磁としての永久磁石をセグメント磁石として構成するとともに、このセグメント磁石に多極の着磁を施したモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、直流モータなどでは、界磁を形成するために、固定子に永久磁石等が固定されており、この永久磁石は、外部電源から電流を供給されて誘磁される回転子と対向するように一定のギャップ（間隙）をもって配設されている。
このように構成されているため、外部電源から供給される電流の向きを切替えることにより回転子の磁界の向きが変わり、固定子に配設された永久磁石との相互作用（斥力及び引力）によって回転子が回転することとなる。
このように使用される永久磁石は、セグメント化されて配設される場合が多いが、部品数低減及びコストダウンのため、１枚の永久磁石に多極の着磁がなされることがある。
つまり、２枚の永久磁石により、４極を実現するようなことが行われている。
【０００３】
しかし、このように１枚のセグメント永久磁石に多極着磁すると、磁気的なバランスが崩れ、磁束波形が歪む。
そして、これに伴い、ブラシ寿命が短くなるとともに、騒音及び振動の発生に良くない影響を及ぼすという問題点があった。
【０００４】
この様な問題点に対する対策として、着磁をスキューすることによって、磁束波形及び誘起電圧波形の歪みを是正する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１は、永久磁石形モータに関する技術が開示されている。
特許文献１に記載の永久磁石には、スキュー着磁が施されており、これにより、突極と永久磁石との間の幾何学的位置関係を平均化している。
つまり、この永久磁石セグメントに形成されたスキューは、回転軸方向に対して所定のスキュー角度を持つよう形成されるとともに、その磁極境界線が永久磁石セグメント間の境界と交差するものとしないものとで、そのスキュー角度が異なるよう構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１３６８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、特許文献１に記載されたような永久磁石セグメントを使用したモータによれば、スキュー角度に応じて磁極境界線部分における磁束密度の大きさを調整することが可能となるため、永久磁石セグメント内の磁気特性の違いや、永久磁石セグメント間の隙間部分における磁束密度の低下による各磁極への影響を補償することができる。
また、スキューの作用により、正弦波着磁が成されていないことに基づく本来的なコギングトルクを低減することができる。
しかし、このようなスキュー着磁によれば、磁束量が落ちてしまうという問題点があった。
このような背景下、磁束量を落とすことなく、磁気的なバランスを整えて磁束波形の歪みを是正することが可能な技術が求められていた。
【０００８】
本発明の目的は、上記各問題点を解決することにあり、回転子若しくは固定子に配設される永久磁石としてセグメント磁石に多極着磁させたものを使用するにあたり、磁束波形に歪みを無くすことにより、誘起電圧の歪みを是正し、好適な磁気的バランスを有するモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、本発明に係るモータによれば、固定子と回転子を有するモータであって、前記固定子又は前記回転子には、界磁部を構成する２ｎ（ｎは２以上の整数）の着磁がなされたｎ枚の永久磁石が固定され、前記固定子又は前記回転子と、これと対向して配設された永久磁石との相互関係において磁束波形が是正されるものであり、前記永久磁石は、前記固定子又は前記回転子に固定される固定面と、前記回転子又は前記固定子と対向する対向面を有して形成されるとともに、前記永久磁石の前記回転子回転方向両端部における前記固定面と前記対向面との距離は、他の部分の前記固定面と前記対向面との距離よりも大きくなるように構成されることにより解決される。
このとき、具体的には、前記固定面と前記対向面との距離は、前記永久磁石の前記回転子回転方向中央部分から前記回転子回転方向両端部に向けて漸進的に大きくなっているよう構成されていると好適である。
【００１０】
このように構成されていることにより、スキュー着磁がなされた従来技術のように磁束量を低下させることなく、磁気的なバランスを整えて、磁束波形の歪みを是正することができる。
このように磁束波形の歪みを是正することにより、誘起電圧の歪みが無くなり、モータ特性が低下することを防止することができる。
【００１１】
更に、請求項１に記載のモータにおいて、前記固定面と前記対向面との距離は、前記永久磁石の回転方向中央部分から前記回転子回転方向両端部に向けて漸進的に大きくなるよう構成されているとともに、前記固定子又は前記回転子と前記永久磁石との距離は、前記永久磁石の回転子回転方向両端部における前記固定子又は回転子と前記永久磁石との距離よりも、他の部分の前記固定子又は前記回転子と前記永久磁石との距離が小さくなるように構成されていると好適である。
【００１２】
このように構成されていると、磁束量を低下させることなく、磁気的なバランスを整えて、磁束波形の歪みを是正することができるとともに、永久磁石の厚さ（固定面と対向面との距離）を漸進的に変化させるため、急激な磁束波形の乱れを防止でき、振動及び騒音を抑制することができる。
また、ブラシ付きモータにおいては、ブラシ寿命を長くすることができる。
【００１３】
また、上記課題は、本発明に係るモータによれば、固定子と回転子を有するモータであって、前記固定子又は前記回転子には、界磁部を構成する２ｎ（ｎは２以上の整数）の着磁がなされたｎ枚の永久磁石が固定され、前記固定子又は前記回転子と、これと対向して配設された永久磁石との相互関係において磁束波形が是正されるものであり、前記固定子又は前記回転子と前記永久磁石との距離は、前記永久磁石の前記回転子回転方向両端部における前記固定子又は前記回転子と前記永久磁石との距離が、他の部分の前記固定子又は前記回転子と前記永久磁石との距離よりも小さくなるように構成されていることにより解決される。
【００１４】
このように構成されていると、固定子又は回転子と永久磁石との距離は、永久磁石の回転子回転方向両端部における固定子又は回転子と永久磁石との距離が、他の部分の固定子又は回転子と永久磁石との距離よりも小さくなるように構成されているため、磁束波形の歪みを有効に是正することができる。
よって、誘起電圧の歪みが無くなり、モータ特性が低下することを防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転子若しくは固定子に配設される永久磁石として、セグメント磁石に多極着磁させたものを使用するにあたり、永久磁石の厚さ（固定子又は回転子に固定される面と、回転子又は固定子と対向する面との距離）を変化させることにより、磁束波形に歪みを無くすことにより、誘起電圧の歪みを是正し、好適な磁気的バランス実現することができる。
つまり、永久磁石に厚さを、回転子回転方向中央部分から両端部に向けて漸進的に大きくなるように構成することにより、好適な磁気的バランスを実現することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、固定子又は回転子と永久磁石との距離（以下、「ギャップ」と記す）は、永久磁石の回転子回転方向両端部におけるギャップが、他の部分のギャップよりも小さくなるように構成されているため、磁束波形の歪みを更に有効に抑制することができる。
以上のように、本発明においては、固定子又は回転子と、これと対向して配設された永久磁石との相互関係において磁束波形が是正され、これにより、音、振動に影響を与えることを防止することができるとともに、ブラシ付モータに適用する場合においては、ブラシ寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータの概略構成を示す軸方向平面での断面説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るモータの軸方向の面と直交する平面での断面説明図である。
【図３】本発明の実施例１に係るモータと従来例のモータの比較を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例１に係るモータの詳細説明図である。
【図５】本発明の実施例２に係るモータの詳細説明図である。
【図６】本発明の実施例３に係るモータの詳細説明図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るモータの機械角に対する磁束量を示すグラフである。
【図８】図７に係るグラフの要部拡大説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する構成は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
本実施形態は、固定子又は回転子と、これと対向して配設された永久磁石との相互関係において磁束波形を是正されるモータに関するものである。
具体的には、回転子若しくは固定子に配設される永久磁石としてセグメント磁石に多極着磁させたものを使用するにあたり、磁束波形に歪みを無くすことにより、誘起電圧の歪みが是正され、好適な磁気的バランスが実現されたモータに関するものである。
【００１９】
図１乃至図８は、本発明の一実施形態を示すものであり、図１はモータの概略構成を示す軸方向平面での断面説明図、図２はモータの軸方向の面と直交する平面での断面説明図、図３は実施例１に係るモータと従来例のモータの比較を示す説明図、図４は実施例１に係るモータの詳細説明図、図５は実施例２に係るモータの詳細説明図、図６は実施例３に係るモータの詳細説明図、図７は機械角に対する磁束量を示すグラフ、図８は図７に係るグラフの要部拡大説明図である。
【００２０】
図１及び図２により、本実施形態に係るモータＭの構成の一例について説明する。
本実施形態に係るモータＭは、マグネットの形状又は／及びマグネットと回転子とのギャップを除いて、公知の直流モータの構成を採用したものである。
本実施形態に係るモータＭは、図１に示すように、固定子１、回転子２、シャフト３を主たる構成要素として構成されている。
【００２１】
なお、本実施形態においては、モータＭとしてアウターロータ型のブラシレスモータを例示したが、これに限られるものではなく、インナーロータ型のブラシレスモータにおいても、本発明は有効に適用可能である。
また、ブラシ付モータにおいても、もちろん本発明は有効に適用可能であり、本実施形態においては、回転子２にマグネット２２が配設されているが、例えば、インナーロータ型のブラシ付モータに適用する場合には、固定子１側にマグネット２２が配設されることとなる。
【００２２】
本実施形態に係る固定子１は、複数枚の鋼板を積層することにより構成され、周囲にスロットが形成された鉄心１１と、この鉄心１１に巻き収められた巻線１２を有して形成されている。
【００２３】
本実施形態に係る回転子２は、有底略円柱形状つまり略カップ形状のヨーク２１と、界磁部を形成する複数のマグネット２２とで構成されている。
ヨーク２１は、一定の間隙（ギャップＧ）を有して固定子１を囲むように配設されている。
更に、ヨーク２１の円筒部内壁面には、鉄心１１の外側面を囲んで対向するように、複数の永久磁石であるマグネット２２が配設されている。
このマグネット２２は、多極着磁された永久磁石であって、本実施形態においては、２枚使用されているので、４極となる。
つまり、本発明に係るモータにおいては、ｎ枚（ｎ≧２の整数）のマグネット２２で、２ｎ極の着磁がなされることとなる。
なお、この複数のマグネット２２の形状、及び固定子１との位置関係（特に、ギャップＧに関して）は、本発明の主要構成であるため、後に詳述する。
【００２４】
本実施形態に係るシャフト３は、ヨーク２１の底面略中央部にその出力側が固定されるとともに、出力側と反対方向端部が固定子１の中心部に軸受を介して支承されている。
また、図示は省略するが、回転子２の回転位置を検出するためのホール素子が、磁界域に配設されている。
回転子２は、このホール素子により回転位置が検出され、この情報により、固定子１に供給される電流の方向が回路によって切り替わり（引力と斥力が切り替わり続け）、回転を続けることとなる。
【００２５】
（実施例１）
実施例１を、図３及び図４により説明する。
本実施例に係るマグネット２２は、厚さが一定ではない。
図３（ａ）に対比のために、従来のマグネットと固定子１との関係を示し、図３（ｂ）に本実施例に係るマグネット２２と固定子１との関係を示す。
本実施例に係るマグネット２２は、その周方向（モータＭの回転方向に沿う方向）端部の厚みｄ２が、Ｎ極とＳ極の境界部分の厚みｄ１（中央付近の厚み）よりも大きくなるように、つまり、厚みｄ２＞厚みｄ１となるよう構成されている。
そして、本実施例においては、厚みは漸進的に変化する。
よって、急激な磁束波形の乱れを防止でき、振動及び騒音を抑制することができる。
また、ブラシ付きモータにおいては、ブラシ寿命を長くすることができる。
なお、本明細書において「厚み」とは、周方向断面において固定子１と対向する側面（以下、「対向面２２ａ」と記す）とヨーク２１に接している側面（以下、「固定面２２ｂ」と記す）との距離を指す。
【００２６】
つまり、図４に示すように、マグネット２２の外周（ヨーク２１の内壁面と接する側）は、点Ｐを中心とした半径ｒ２の円弧となり、内周（固定子１の外壁面と対向する側）のは、点Ｑを中心とした半径ｒ１となる。
換言すれば、マグネット２２の外周と内周とでは中心が異なり、つまり、本例に係るマグネット２２は、その周方向端部の厚みｄ２が、Ｎ極とＳ極の境界部分の厚みｄ１（中央付近の厚み）よりも大きくなるようにその中心がΔｒ分だけ偏心した形状を有する。
なお、本実施例においては、マグネット２２の対向面２２ａと固定子１外側面との距離であるギャップＧは、ギャップＧ＝ｇ１で、一定である。
【００２７】
このように構成されているため、磁束量が増加し、更に、磁束波形が歪むことを有効に抑制することができる。
そして、磁束波形の歪みが是正されることにより、誘起電圧の歪みが無くなり、モータ特性が低下することを有効に防止することができる。
【００２８】
（実施例２）
次いで、実施例２を、図５により説明する。
モータＭの基本構成としては、前述と同様であるので、異なる部分を中心に説明する。
図５に示すように、本実施例に係るマグネット２２は、実施例１と同様に、その周方向（モータＭの回転方向に沿う方向）端部の厚みｄ２が、Ｎ極とＳ極の境界部分の厚みｄ１（中央付近の厚み）よりも大きくなるように構成されている。
つまり、マグネット２２の外周（ヨーク２１の内壁面と接する側）の中心点Ｐは、内周（固定子１の外壁面と対向する側）の中心点Ｑとは異なるよう構成されている（つまり、偏心している：図４参照）。
【００２９】
本実施例においては、マグネット２２の対向面２２ａと固定子１外側面との距離であるギャップＧは、一定ではない。
つまり、図５に示すように、その周方向（モータＭの回転方向に沿う方向）端部における対向面２２ａと固定子１とのギャップＧ（＝ｇ２）は、Ｎ極とＳ極の境界部分（中央付近）のギャップＧ（＝ｇ１）よりも小さくなるように、換言すれば、ｇ２＜ｇ１となるように構成されている。
【００３０】
このように、永久磁石であるマグネット２２の径方向の厚さが漸進的に変化するとともに、ギャップＧの幅も漸進的に変化する。このため、急速な磁束波形の乱れがなくなり、振動、騒音を抑制できるとともに、ブラシ付モータに適用した場合においては、ブラシ寿命を延ばすことが可能となる。
【００３１】
（実施例３）
次いで、実施例３を、図６により説明する。
モータＭの基本構成としては、前述と同様であるので、異なる部分を中心に説明する。
図６に示すように、本実施例に係るマグネット２２は、厚み（対向面２２ａと固定面２２ｂとの距離）は一定（＝ｄ１）である。
【００３２】
また、本実施例においては、マグネット２２の対向面２２ａと固定子１外側面との距離であるギャップＧは、一定ではない。
つまり、図５に示すように、その周方向（モータＭの回転方向に沿う方向）端部における対向面２２ａと固定子１とのギャップＧ（＝ｇ２）は、Ｎ極とＳ極の境界部分（中央付近）のギャップＧ（＝ｇ１）よりも小さくなるように、換言すれば、ｇ２＜ｇ１となるように構成されている。
【００３３】
このように構成されていることで、マグネット２２の周方向両端部のギャップＧが小さくなり、磁束波形の歪みを抑制することが可能となる。
【００３４】
ここで、磁束波形の変化について説明する。
図７において、点線で示す正弦波形が、通常のマグネットと通常のギャップを有する従来のモータ（図３（ａ）参照）における波形である。
図３（ａ）に示す、Ｎ極とＳ極との切替部Ａ、切替部Ｂ、切替部Ｂ´との３箇所において、切替部Ａにはマグネット２２が存在しているが、切替部Ｂ及び切替部Ｂ´には、マグネット２２が存在しない。
このため、磁束波形が歪み、この歪みにより誘起電圧が歪むこととなる。
そして、誘起電圧が歪むと、音及び振動に悪影響を及ぼすとともに、ブラシ付モータにおいてはブラシの寿命が短くなるという悪影響が生じる。
【００３５】
図７において点線で示す波形がこの通常のマグネットと通常のギャップを有する従来のモータにおける、機械角と磁束量を示すグラフである。
図８は、波形比較を行うに際し、差異が明確にわかるように正方向に現れるピーク部分を拡大した図である。
図７及び図８に示すように、従来のモータによれば、ピーク部分において、ピーク検出位置がずれるとともに、ピーク位置での磁束量が減少していることがわかる。
これに対し、例えば、本実施例２に係るモータＭのように、マグネット２２と固定子１との関係性を変えた場合（マグネット２２の形状を改変する及びギャップＧを改変する）、図７の実線に示す通り、ピーク検出位置が本来の位置に是正されるとともに、磁束量の減少も防止することが可能となる。
【００３６】
図８に示すように、従来技術のモータにおいては、ピーク位置が機械角約４７°付近に現れるのに対し、本実施例に係るモータＭにおいては、ピーク位置が機械角ｓ°ずれて、本来のピーク位置である機械角約４５°付近に是正されている。
また、従来のモータにおいては、ピーク時の磁束量（の絶対値）が減少しているのに対し、本実施例に係るモータＭにおいては、ピーク時の磁束量（の絶対値）はｔμＷｂ分増加していることがわかる。
よって、本実施例に係るモータＭの磁束波形は、本来の正弦波に近づき、磁束量も本来の磁束量に近づく。
つまり、磁束波形の歪みが是正され、本来の磁束量を得ることができることとなる。
【００３７】
以上のように、本実施形態においては、マグネット２２の形状を変化させる、若しくは／及びマグネット２２の対向面２２ａと固定子１との間の距離（ギャップＧ）を変化させることにより、磁束波形の歪みを是正することが可能になり、これにより誘起電圧の歪みを是正することができる。
よって、音及び振動に悪影響を及ぼすことが回避できるとともに、ブラシ付モータにおいてはブラシの寿命を長くすることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１‥固定子、２‥回転子、３‥シャフト、
１１‥鉄心、１２‥巻線、
２１‥ヨーク、２２‥マグネット、２２ａ‥対向面、２２ｂ‥固定面、
Ｇ‥ギャップ、Ｍ‥モータ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と回転子を有するモータであって、
前記固定子又は前記回転子には、界磁部を構成する２ｎ（ｎは２以上の整数）の着磁がなされたｎ枚の永久磁石が固定され、前記固定子又は前記回転子と、これと対向して配設された永久磁石との相互関係において磁束波形が是正されるものであり、
前記永久磁石は、前記固定子又は前記回転子に固定される固定面と、前記回転子又は前記固定子と対向する対向面を有して形成されるとともに、前記永久磁石の前記回転子回転方向両端部における前記固定面と前記対向面との距離は、他の部分の前記固定面と前記対向面との距離よりも大きくなるように構成されることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記固定面と前記対向面との距離は、前記永久磁石の前記回転子回転方向中央部分から前記回転子回転方向両端部に向けて漸進的に大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記固定面と前記対向面との距離は、前記永久磁石の回転方向中央部分から前記回転子回転方向両端部に向けて漸進的に大きくなるよう構成されているとともに、
前記固定子又は前記回転子と前記永久磁石との距離は、前記永久磁石の回転子回転方向両端部における前記固定子又は回転子と前記永久磁石との距離よりも、他の部分の前記固定子又は前記回転子と前記永久磁石との距離が小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項４】
固定子と回転子を有するモータであって、
前記固定子又は前記回転子には、界磁部を構成する２ｎ（ｎは２以上の整数）の着磁がなされたｎ枚の永久磁石が固定され、前記固定子又は前記回転子と、これと対向して配設された永久磁石との相互関係において磁束波形が是正されるものであり、
前記固定子又は前記回転子と前記永久磁石との距離は、前記永久磁石の前記回転子回転方向両端部における前記固定子又は前記回転子と前記永久磁石との距離が、他の部分の前記固定子又は前記回転子と前記永久磁石との距離よりも小さくなるように構成されていることを特徴とするモータ。

【図１】