JP7256299B2 - モータ - Google Patents

Description

実用新案は、モータの分野に関し、特に、改良された筐体形状及び磁石形状を有するモータに関する。

電動機は種々の携帯用電子機器等に広く使用されており、その中でも永久磁石直流モータが重要なものである。自動車のインテリジェンスと快適性の継続的向上に伴い、永久磁石ＤＣモータは、シートの多方向調整や窓の調整など、自動車にますます広く使用されるようになってきた。これらの用途では、車両全体の重量を軽くするために、モータはできるだけ軽くする必要がある。

モータは、主に、回転子、永久磁石、筐体を備える。モータの重量をその性能に影響を与えることなく最小化するために、従来技術において種々の改良が提案されている。解決策の一つは新しい材料を選択することであり、現在成熟した解決策は、フェライト永久磁石材料を希土類永久磁石材料に置き換えることである。希土類永久磁石材料からなる永久磁石は、より強い磁気エネルギーを有するため、体積は小さくてもよい。しかしながら、希土類永久磁石材料は価格が高い。

別の解決策は、モータ構成要素のサイズを調整することによってモータの重量を低減することである。図３は、従来技術におけるモータ部品の種々の形状を示す図である。このうち、図３の（ａ）は円弧状の遷移部を有する正方形の筐体を有し、筐体が一定の厚さを有し、複数の磁石が正方形の筐体の直線側に配置されたモータを示している。図３の（ｂ）は円形の筐体と円形の磁石を有するモータを示し、この設計は最も一般的なものである。図３の（ｃ）の筐体は、筐体の内側輪郭が円形であり、磁石が円弧状の遷移部に対応する位置に配置されていることを除いて、図３（ａ）の筐体と同様である。図３（ｄ）のモータ筐体は、多角形の平坦な側に配置された複数の不連続な磁石を有する正多角形である。しかしながら、上記の解決策は全て、モータの性能とサイズ／重量／コストとの間のバランスを達成することができない、それら自体の欠点を有する。

したがって、上述の解決策にもかかわらず、サイズ、重量、性能等のバランスの点で改善されたモータを開発することが依然として必要である。

実用新案は、次の技術的解決策を提供する。
固定子組立体と回転子組立体とを備え、固定子組立体は筐体と磁石とを備え、回転子組立体は回転子を備え、回転子と、磁石と、筐体とは内側から外側に順に配置され、軸方向から見て、筐体の外側輪郭は半径方向に第１の円の円周を超えず、筐体の外側輪郭は磁石の磁極に対応する部分で第１の円と一致し、磁石の磁極に対応する部分以外の筐体の外側輪郭は半径方向に第１の円から内側に凹み、凹んだ部分における筐体の外側輪郭は非対称であり、軸方向から見て、磁石は第２の円と第３の円との間に配置される、モータ。

また、凹んだ部分における筐体の外側輪郭の一部は、半径方向において第１の円の内側にある。

また、第２の円の内側にある縁を有する外側輪郭は、円弧又は破線、又は直線と曲線の組み合わせである。

また、凹んだ部分における筐体の外側輪郭の一部は、第１の円と第２の円との間にある。

また、第１の円と第２の円との間の筐体の外側輪郭は、直線又は曲線、又は直線と曲線との組み合わせである。

また、磁石の外側輪郭は筐体の内側輪郭と同じである。

また、磁石の内側輪郭は磁極において第３の円と一致し、磁極間の磁石の内側輪郭の一部は、第３の円に対して半径方向で外側に突出している。

また、外部に突出する磁石の内側輪郭の一部が曲線又は直線、又は曲線と直線の組み合わせである。

また、第１の円、第２の円、第３の円は同心円である。

また、前記モータは永久磁石ＤＣモータである。

以上の技術解決手段から得られたモータは筐体や磁極の形状を改良することで、軽量化・低コスト化を実現し、減磁のリスクを低減している。

本実用新案の例示的な実施形態を、添付の図面を参照して説明する。
図１は実用新案のモータの正面図である。 図２は、図１のＡ－Ａ断面から見た、本実用新案の一実施形態におけるモータの断面図である。 図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、従来技術におけるいくつかのモータ構造を示す。 全ての図面は、概略的なものに過ぎず、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。なお、本実用新案を明確にするために必要な部分のみを示しており、その他の部分については省略又は言及している。すなわち、本実用新案は、図面に示した他の構成要素を含んでいてもよい。

実用新案の技術的解決策は、図面を参照して以下に詳細に説明される。

図１は、現在の実用新案のモータ１００の構造を示す。モータ１００は、筐体１０１と、筐体１０１の内部に配置された要素とで構成される。筐体１０１には、図１及び図２に示すように、磁石１０２及び回転子１０３が配置されている。回転子１０３は、出力（図示せず）シャフトと接続され、外部に電力を出力する。また、モータにはベアリングなどの要素が設けられている。筐体１０１は一般に金属製であり、全体として一定の長さを有する筒状構造を有している。筐体１０１は、磁石１０２の磁路として機能する。筐体１０１は開口部と、開口部を閉鎖するエンドカバーとを有し、開口部は減速ギアボックスによって閉鎖することもできる。回転子１０３と、磁石１０２と、筐体１０１とは、半径方向に内側から外側に向かって順次配置されている。筐体１０１及び磁石１０２は、固定子組立体と称される場合がある。回転子１０３は中央に中央部分を有し、複数の歯が中央部分から半径方向外向きに延在し、複数の歯の間にスロットが形成され、歯に巻線が設けられる。回転子１０３は巻線、出力シャフト及び他の要素とともに、回転子組立体と呼ばれる。

磁石１０２は、フェライト又は希土類材料から作ることができる。製造工程中、フェライト粉末又は異方性又は等方性結合ネオジム鉄ホウ素磁性粉末をエポキシ樹脂接着剤と混合し、次いでプレス成形する。又は、フェライト磁性粉末又は異方性又は等方性ネオジム鉄ホウ素磁性粉末をＰＡ及びＰＰＳなどの熱可塑性化合物と均一に混合してペレットを作製し、次いでペレットを射出成形機で磁石に成形する。

従って、上記の製造方法を採用した場合、磁石の形状設計は、磁石の材料の使用量に影響を与え、それによって、磁石の重量、コスト、及び性能に影響を及ぼすことになる。

以下、図２を参照して、本実用新案における磁石及びこれを備えたモータの一実施形態について説明する。図２を参照すると、モータは、筐体１０１と、磁石１０２と、回転子１０３とを含む。回転子１０３は磁石１０２内に設けられており、回転子１０３の外側輪郭と磁石１０２の内側輪郭との間に空隙が配置されている。筐体１０１の外側輪郭は、第１の円Ｃ１に基づき、モータの軸方向から見て、筐体１０１の外側輪郭は第１の円Ｃ１の半径方向外側を超えず、筐体１０１の内側輪郭は第２の円Ｃ２に基づき、磁石１０２の磁極に対応する筐体１０１の部分は第１の円Ｃ１と第２の円Ｃ２との間にあり、筐体１０１の他の部分は少なくとも部分的に第２の円Ｃ２の半径方向内側にある。図２から、磁石１０２は４つの磁極を有することが分かる。説明の便宜上、磁石部に対応する部分は角と称され、角間の部分はサイドエッジと称される。

具体的には図２から、筐体１０１の外郭線の左部と下部、すなわち筐体の左側縁の外側輪郭と下側縁の外側輪郭はそれぞれ、第１の円Ｃ１と交差する直線で形成されていることが分かる。２つの直線は、第２の円Ｃ２に接することができる。さらに、２本の直線を互いに垂直にすることができる。筐体１０１の外側輪郭線の上部及び右部、すなわち、筐体の上側縁の外側輪郭及び右側縁の外側輪郭は直線ではない。筐体の上側縁の外側輪郭の一部は第２の円Ｃ２の半径方向内部にあり、一方、筐体の右側縁の外側輪郭線は第２の円Ｃ２の半径方向内部にはない。言い換えれば、この部分の外側輪郭上の点は、第２の円Ｃ２の半径方向外側にあるか、又は第２の円Ｃ２上にある。好ましくは、筐体の上側縁の外側輪郭線が円弧又は破線／接続線、又は直線と曲線との組み合わせである。好ましくは、筐体の右側縁の外側等高線が直線と曲線との組み合わせである。

図２の例示的な実施形態は４つの角部及び４つの側縁部を有する筐体１０１の外側輪郭の特定の形状を詳細に記述しているに過ぎないが、本実用新案の主なアイデアの１つは筐体１０１の各側縁部の外側輪郭が円に基づいて内向き非対称の切断及び成形によって形成されることにある。したがって、この切断及び成形は、他の数の側縁部にも適用することができる。

第１の円Ｃ１に基づいて筐体１０１の外側輪郭を切断することにより、筐体が薄肉部を有することが可能となる。第１に、環状筐体と比較して、このような筐体はより軽量であり、より少ない材料を使用し、より低いコストを引き起こす。第二に、この設計はモータの設置を容易にする。

次に、磁石１０２の輪郭について説明する。磁石１０２の断面は内外円が同心円である環の内側に位置しており（断面の一部が環の内外輪郭と一致するという事情を含むべきであると当業者は理解できる）、環の外側は第２の円Ｃ２であり、環の内側は第３の円Ｃ３である。この環に基づいて、環の内側輪郭は、環の内円、すなわち第３の円Ｃ３上に非対称の切断及び成形を行うことによって形成される。磁石１０２の外側輪郭は筐体１０１の外側輪郭と同じであってもよく、例えば、図２の右側の磁石１０２の外側輪郭であってもよく、あるいは、磁石１０２の外側輪郭が筐体１０１の外側輪郭と同じでなくてもよい。例えば、図２の上側の磁石１０２の外側輪郭は、筐体１０１の外側輪郭がへこんでいるときにはへこみを生じない。全体では、磁石１０２の外側輪郭が筐体１０１の内側輪郭と適合する。

第２の円Ｃ２に基づいて切断することにより、磁石が薄い部分を有することが可能となる。第１に、環状磁石と比較して、このような磁石は軽量であり、材料の使用が少なく、コストが低い。第２に、この設計は順方向又は逆方向の方向変化に役立ち、表面磁気分布を均一にし、変動を少なくし、したがって、モータを円滑に回転させる。

磁石１０２の内側輪郭は第３の円Ｃ３に基づいており、その一部は第３の円Ｃ３に一致しており、第３の円Ｃ３に一致しない部分は第３の円Ｃ３の半径方向外側にあり、様々な形態を有することができる。磁石１０２の角の内側輪郭は、第３の円Ｃ３と一致する。磁石１０２の側縁の内側輪郭は第３の円Ｃ３と一致しない。図２は、幾つかの異なる形態の磁石１０２の内部輪郭が第３の円Ｃ３に対して半径方向に凹んでいる状況を概略的に示す。側縁に対応する磁石１０２の内側輪郭部分の凹状輪郭線は対称曲線又は直線、例えば、図２の上側縁に対応する凹部であってもよく、又は非対称であってもよく、曲線又は直線の組み合わせ、例えば、図２の左側縁又は下側縁に対応する凹部であってもよい。

磁石１０２の内側輪郭の凹部は上述の形態の凹部の組み合わせとすることができ、この凹部は、筐体１０１の外側輪郭の非対称的な切断及び成形と組み合わせることができる。図２は一例を示すだけであり、磁石１０２の内側輪郭における凹部が、筐体１０１の外側輪郭の非対称切断に形態的に対応することを意味するものではない。

リラクタンス・トルクは、電磁誘導の瞬間的な衝撃変動が磁石を減磁の危険にさらすので、電磁誘導の瞬間的な衝撃変動を回避するために、回転子１０３の歯が磁石領域の境界に出入りするときに低減される。ユーティリティモデルはコストと体積を削減することに加えて、この薄型化処理を通して境界における電磁誘導衝撃を低減することもでき、これにより、減磁のリスクを低減することができる。したがって、上記の設計は磁石の磁場の十分な磁気性能を維持するだけでなく、減磁のリスクを低減すると同時に、体積をより小さく、軽量にし、構造をよりコンパクトかつ合理的にする。

例示的な実施形態を参照して、本実用新案の明確かつ完全な説明を行った。当業者は、開示された技術的解決策になされた修正が本実用新案の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な他の実施形態を含み得ることを理解すべきである。これらの実施形態は、特許請求の範囲及びその任意の同等の技術的解決策によって決定される本実用新案の範囲内にあると理解されるべきである。

Claims (10)

1. 固定子組立体と回転子組立体とを備えるモータであって、
   前記固定子組立体は筐体（１０１）及び磁石（１０２）を備え、前記回転子組立体は回転子（１０３）を備え、該回転子（１０３）と、前記磁石（１０２）と、前記筐体（１０１）とは、内側から外側に順次配置されているモータにおいて、
   軸方向から見て、前記筐体（１０１）の外側輪郭は半径方向において第１の円（Ｃ１）の外周を超えず、前記筐体（１０１）の外側輪郭は前記磁石（１０２）の磁極に対応する部分において前記第１の円（Ｃ１）と一致し、前記磁石（１０２）の前記磁極に対応する部分以外の前記筐体（１０１）の外側輪郭は、前記半径方向において前記第１の円（Ｃ１）から内側に凹んでおり、凹んだ部分における前記筐体（１０１）の外側輪郭は非対称であり、
   前記軸方向から見て、前記磁石（１０２）は第２の円（Ｃ２）と第３の円（Ｃ３）との間に配置されている、ことを特徴とするモータ。
2. 前記凹んだ部分における前記筐体（１０１）の外側輪郭の一部は前記半径方向における前記第１の円（Ｃ１）の内側にある、ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記第２の円（Ｃ２）の内側にいくつかの側縁を有する前記外側輪郭は、円弧又は破線、又は直線と曲線との組み合わせである、ことを特徴とする請求項２に記載のモータ。
4. 前記凹んだ部分における前記筐体（１０１）の外側輪郭の一部は前記第１の円（Ｃ１）と前記第２の円（Ｃ２）との間にあることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
5. 前記第１の円（Ｃ１）と前記第２の円（Ｃ２）との間の前記筐体（１０１）の外側輪郭は、直線又は曲線、又は直線と曲線との組み合わせである、ことを特徴とする請求項４に記載のモータ。
6. 前記磁石（１０２）の外側輪郭は前記筐体（１０１）の内側輪郭と同じである、ことを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載のモータ。
7. 前記磁石（１０２）の内側輪郭は磁極において前記第３の円（Ｃ３）と一致し、前記磁極間の前記磁石（１０２）の内側輪郭の一部は、前記第３の円（Ｃ３）に対して半径方向に外側に突出している、ことを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載のモータ。
8. 前記磁石（１０２）の内側輪郭のうち内側に突出する部分は、曲線又は直線、又は曲線と直線との組み合わせである、ことを特徴とする請求項７に記載のモータ。
9. 前記第１の円（Ｃ１）と、前記第２の円（Ｃ２）と、前記第３の円（Ｃ３）とは、同心円である、ことを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載のモータ。
10. 前記モータは永久磁石ＤＣモータである、ことを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載のモータ。

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