JP2008109784A

JP2008109784A - ステータ構造

Info

Publication number: JP2008109784A
Application number: JP2006290668A
Authority: JP
Inventors: Taro Matsumae; 太郎松前
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2026-10-26
Also published as: JP5307328B2

Abstract

【課題】低コストでむらが少ない充分なトルクを発生しかつ小型なモータを実現するステータ構造を提供することである。
【解決手段】上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、ブラシ付モータのステータ構造において、ヨーク２内に固定される筒状のステータコア３と、ステータコア３内に埋設される永久磁石５とを備え、ステータコア３は、筒状に形成されるとともに内周側が膨出される複数の磁極部４を有し、各磁極部４内に板状の永久磁石５を２つ以上埋設してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシ付モータのステータ構造に関する。

このブラシ付モータのステータ構造にあっては、たとえば、モータのケースをなす円筒状の筒状のヨークと、当該ヨークの内周に等間隔を持って接着される磁極をなす円弧状の永久磁石とを備えて構成されている（たとえば、特許文献１参照）。

そして、このようなブラシ付モータの界磁用の永久磁石としては、経済的に有利なフェライト磁石を用いる場合が多いが、フェライト磁石の磁力は希土類磁石に比較して小さいので、モータの軸方向の小型化に限界がある。
特許第３７８９９２４号公報（図１）

上述したことから、モータの小型化を図る場合、大きな磁力を備える希土類磁石を用いることが考えられるが、希土類磁石は非常に高価であり、希土類磁石をフェライト磁石のように円弧状に形成するとモータのコストが大幅に悪化することになる。

また、希土類磁石は、フェライト磁石に比較して大きな磁力を備えていることから、フェライト磁石よりも径方向幅を薄く設定することが可能となるが、コギングトルクを軽減するためには、周方向両端の径方向幅を薄くすることが必要で、このようにすると、上記両端が極端に薄くなり減磁してしまう虞が生じる。さらに、希土類磁石は、希土類元素とコバルトあるいは鉄からなる金属間化合物を主成分とした磁石であり、合金磁石とは違い、硬くて脆いという性質があるので、上記のように両端を薄くすると強度上の問題が生じる可能性もある。

他方、希土類磁石を一枚の板として、ステータコア内に埋設するという提案がなしうるが、そうすると、図９に示すように、磁石Ｍの両端がヨークＹの外周に接近しすぎて磁路断面積の確保が困難となり、磁束が飽和して充分なトルクを発生することができない不具合が新たに招来される事になる。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、低コストでむらが少ない充分なトルクを発生しかつ小型なモータを実現するステータ構造を提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、ブラシ付モータのステータ構造において、ヨーク内に固定される筒状のステータコアと、ステータコア内に埋設される永久磁石とを備え、ステータコアは、筒状に形成されるとともに内周側が膨出される複数の磁極部を有し、各磁極部内に板状の永久磁石を２つ以上埋設してなる。

各請求項の発明によれば、永久磁石を希土類磁石としても、モータの製造コストが悪化する恐れが無く、強度上の問題が生じず、磁路断面積も確保されるので磁束飽和が抑制されてモータは充分なトルクを発生することが可能となり、コギングトルクの軽減が可能となるので、低コストでむらが少ない充分なトルクを発生しかつ小型なモータを実現することが可能となるのである。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図1は、本発明の一実施の形態におけるステータ構造が具現化されたモータの横断面図である。図２は、本発明の一実施の形態におけるステータ構造が具現化されたモータのＡＡ断面図である。図３は、本発明の一実施の形態におけるステータ構造が具現化されたモータの一部拡大横断面図である。図４は、本発明の一実施の形態におけるステータ構造の磁極部に埋設される永久磁石が３つとなる場合のモータの一部拡大横断面図である。図５は、本発明の一実施の形態の変形例におけるステータ構造が具現化されたモータの一部拡大横断面図である。図６は、本発明の一実施の形態の他の変形例におけるステータ構造が具現化されたモータの一部拡大横断面図である。図７は、本発明の一実施の形態の別の変形例におけるステータ構造が具現化されたモータの一部拡大横断面図である。図８は、本発明の他の実施の形態の変形例におけるステータ構造が具現化されたモータの一部拡大横断面図である。

一実施の形態におけるステータ構造が具現化されたモータ１は、図１および図２に示すように、有底筒状のヨーク２と、ヨーク２の内周に固定される筒状のステータコア３と、ステータコア３に設けた磁極部４にそれぞれ埋設される永久磁石５と、ヨーク２の開口部に取付けられる環状のキャップ６と、ヨーク２の頂部に固定されるボールベアリング７とキャップ６の内周に固定されるボールベアリング８とで両端側が支持されてステータコア３内に回転自在に挿通されるロータ９と、ロータ９の下端側に設けられた整流子１０と、整流子１０の外周に摺接するブラシ１１とを備えて構成されている。

以下、詳細に説明すると、ステータコア３は、筒状に形成されるとともに、内周側が膨出されて肉厚を厚くして形成される複数の磁極部４を備え、図示するところでは、磁極部４は四つ設けられており、モータ１は４磁極のモータとして構成されている。

そして、各磁極部４の内周側のロータ９と対向する面の円弧方向の両端部は、図１に示すように、ロータ９の外周から遠ざかるように傾斜されてテーパ面４ａが形成され、また、各磁極部４の肉厚内には、２つの板状の永久磁石５がハの字に配置されて埋め込まれて設けられている。具体的には、磁極部４に永久磁石５が固定される孔４ｂが設けられており、この孔４ｂ内に永久磁石５が接着等によって固定される。同じ磁極部４に埋設される各永久磁石５は、磁極部４が一つの磁極として機能するよう、たとえば、その磁極部４がＮ極として機能する場合には、Ｎ極側をロータ９側に向けて配置され、磁極部４がＳ極として機能する場合には、Ｓ極側をロータ９側に向けて配置される。

このように、円弧状の磁極部４に上記配置で永久磁石５が埋設されるので、図３に示すように、各永久磁石５における磁極部４の円弧方向端側の端部５ａが磁極部４の内周側に接近するよう傾斜させられて磁極部４内に配置されることになり、永久磁石５の端部５ａの外方を向く背面側における磁極部４の肉厚が厚く確保されることになる。

ここで、永久磁石５の端部５ａの背面側は磁束が集中するが、この端部５ａの背面側の磁極部４の肉厚が厚く確保されることにより磁束集中部Ｂにおける磁路断面積が大きく確保されることになり、磁束の飽和が抑制されることになる。

なお、上記したところでは、二つの永久磁石５を一つの磁極部４内に埋設するようにしているので、これら永久磁石５をハの字型に配置すれば上記磁束集中部Ｂにおける磁路断面積を大きく確保することができる。これに対して、三つ以上の永久磁石５を一つの磁極部４内に埋設する場合には、図４に示すように、各永久磁石５のうち磁極部４の円弧方向端部側に配置される永久磁石５を、磁極部４の円弧方向端側に向く端部５ａが磁極部４の内周側に接近するよう傾斜させて配置するようにすればよい。

また、永久磁石５は、ステータコア３の磁極部４内に埋設されることになるので、プロテクタやホルダといった永久磁石５の保護および飛散防止のためだけに使用される部材をモータ１に設ける無駄を省くことが可能となる。

なお、ステータコア３は、複数の鉄板を積層することによって上記した形状を実現するようにしているが、このように鉄板の積層による以外にも焼結成形によって上記形状を実現するようにしてもよい。

つづいて、ロータ９は、図１に示したところでは、シャフト１２と、シャフト１２の外周に固定される２２個のスロットを備えたロータコア１３と、ロータコア１３に巻回される巻線１４とを備えた周知の構成とされている。

そして、図１に示すように、ステータコア３の磁極部４は、そのテーパ面４ａの形成によって、その円弧方向端部がロータコア１３の外周から徐々に遠ざかるようになっている。

したがって、磁極部４の周方向の両端部側では中央部に比較してロータコア１３との間の空隙が大きくなるので、コギングトルクを軽減することが可能となる。つまり、このステータ構造によれば、永久磁石５の形状を特に円弧状とし、かつ、周方向両端側の肉厚を薄くする加工を施すことなく、コギングトルクを軽減することが可能となり、モータ１にむらのないトルクを発生させることが可能となる。

そして、上述のように、複数の板状の永久磁石５をステータコア３の一つの磁極部４内に配置するようにして、各磁極部４のそれぞれが一つの磁極を構成するようにしていることから、永久磁石５を円弧状に形成する必要が無くなり、永久磁石５を希土類磁石としてもコスト高とならず、強度上の問題が招来されることが無い。さらに、永久磁石５を希土類磁石としても、使用される永久磁石５の形状は全て板状で同一形状とすることができるので、製造工程が複雑化してしまう恐れも無く、両端を薄くする必要が無いので減磁の恐れも低減できる。

このように、複数の板状の永久磁石５をステータコア３の一つの磁極部４内に配置するようにして、各磁極部４のそれぞれが一つの磁極を構成するようにしていることから、永久磁石５を希土類磁石としても、モータ１の製造コストが悪化する恐れが無く、強度上の問題が生じず、磁路断面積も確保されるので磁束飽和が抑制されてモータ１は充分なトルクを発生することが可能となり、コギングトルクの軽減が可能となるので、希土類磁石の大きな磁力によって永久磁石５の図２中上下方向となる軸方向長さを短くすることができ、モータ１にとって好ましくない弊害が招来される事なくモータ１の軸方向長さを小型化することが可能となる。

すなわち、本発明のステータ構造によれは、低コストでむらが少ない充分なトルクを発生しかつ小型なモータを実現することが可能となるのである。

次に、一実施の形態の変形例におけるステータ構造が具現化したモータ１について説明する。この変形例では、ステータコア３の磁極部４の形状が一実施の形態におけるステータ構造と異なる。なお、この変形例におけるステータ構造の説明では、上述した一実施の形態のステータ構造と同様の部材については、説明が重複するので、同一の符号を付するのみとしてその詳しい説明を省略することとする。

この変形例におけるステータコア３の磁極部４は、図５に示すように、その内周に複数の溝１５を備えており、この溝１５同士の間隔は、ロータコア１３のティース１３ａのピッチの間隔と異なるように設定されている。そして、磁極部４の内周に複数の溝１５を設けることにより、パーミアンスの変化の波数を増加させて、波形の振幅を小さくすることが可能となるので、コギングトルクを軽減することが可能となる。つまり、このステータ構造によっても、コギングトルクを軽減することが可能となり、モータ１にむらのないトルクを発生させることが可能となる。

そして、この変形例のステータ構造におけるその他の構成は、一実施の形態におけるステータ構造と同様であるので、一実施の形態におけるステータ構造と同様に、永久磁石５を希土類磁石としても、モータ１の製造コストが悪化する恐れが無く、強度上の問題が生じず、磁路断面積も確保されるので磁束飽和が抑制されてモータ１は充分なトルクを発生することが可能となり、コギングトルクの軽減が可能となるので、低コストでむらが少ない充分なトルクを発生しかつ小型なモータを実現することが可能となるのである。

つづいて、一実施の形態の他の変形例におけるステータ構造が具現化したモータ１について説明する。この他の変形例においても、ステータコア３の磁極部４の形状が一実施の形態におけるステータ構造と異なるのみであるので、一実施の形態のステータ構造と同様の部材については詳しい説明を省略することとする。

この他の変形例におけるステータコア３の磁極部４にあっては、図６に示すように、磁極部４の内周の曲率中心をロータ９の回転中心から当該磁極部４側とは反対方向に偏心させるようにしてある。

つまり、各磁極部４の周方向両端側では中央部に比較してロータコア１３との間の空隙が大きくなるので、コギングトルクを軽減することが可能となる。つまり、このステータ構造によっても、コギングトルクを軽減することが可能となり、モータ１にむらのないトルクを発生させることが可能となる。

そして、この他の変形例のステータ構造におけるその他の構成は、一実施の形態におけるステータ構造と同様であるので、一実施の形態におけるステータ構造と同様に、永久磁石５を希土類磁石としても、モータ１の製造コストが悪化する恐れが無く、強度上の問題が生じず、磁路断面積も確保されるので磁束飽和が抑制されてモータ１は充分なトルクを発生することが可能となり、コギングトルクの軽減が可能となるので、低コストでむらが少ない充分なトルクを発生しかつ小型なモータを実現することが可能となるのである。

さらに、一実施の形態の別の変形例におけるステータ構造が具現化したモータ１について説明する。この別の変形例においても、ステータコア３の磁極部４の形状が一実施の形態におけるステータ構造と異なるのみであるので、一実施の形態のステータ構造と同様の部材については詳しい説明を省略することとする。

この別の変形例におけるステータコア３の磁極部４にあっては、図７に示すように、磁極部４の内周側のロータ９と対向する面の円弧方向の両端部に、円弧方向に突出する凸部４ｃが形成されている。

このように、別の変形例におけるステータコア３の磁極部４のロータ９側面の円弧方向端部に凸部４ｃを設けると、磁路断面積が小さくなる凸部４ｃで磁束が飽和して磁極部４のロータ９側面の円弧方向の両端部における磁力が弱くなるので、コギングトルクを軽減することが可能となる。つまり、このステータ構造によっても、コギングトルクを軽減することが可能となり、モータ１にむらのないトルクを発生させることが可能となる。

そして、この別の変形例のステータ構造におけるその他の構成は、一実施の形態におけるステータ構造と同様であるので、一実施の形態におけるステータ構造と同様に、永久磁石５を希土類磁石としても、モータ１の製造コストが悪化する恐れが無く、強度上の問題が生じず、永久磁石５の端部５ａの背面側の磁束集中部Ｂにおける磁路断面積も確保されるので磁束飽和が抑制されてモータ１は充分なトルクを発生することが可能となり、コギングトルクの軽減が可能となるので、低コストでむらが少ない充分なトルクを発生しかつ小型なモータを実現することが可能となるのである。

最後に、他の実施の形態におけるステータ構造が具現化したモータ１について説明する。この他の変形例にあっては、ステータコア３の一つの磁極部４内に埋設される複数の永久磁石５の有効円弧方向幅が他の磁極部４内に埋設される複数の永久磁石５の有効円弧方向幅と異なるように設定されており、その他の構成は、一実施の形態におけるステータ構造と同様に構成してある。

この他の実施の形態のステータ構造にあっては、図８に示すように、四つの各磁極部４_１，４_２，４_３，４_４のうち、磁極部４_１における複数の永久磁石５の有効円弧方向幅Ｗ_１が他の磁極部４_２，４_３，４_４の複数の永久磁石５の有効円弧方向幅Ｗ_２，Ｗ_３，Ｗ_４と異なるように設定されている。

ここで、有効円弧方向幅Ｗ_１は、複数の永久磁石５が協働して磁極部４_１内で一つの磁石として作用する場合における磁石の有効円弧方向幅とされ、有効円弧方向幅Ｗ_２，Ｗ_３，Ｗ_４も同様であり、この有効円弧方向幅Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３，Ｗ_４は、磁極部４内において複数の永久磁石５のなす角度や間隔を変更することで変化させることができ、具体的には、たとえば、磁極部４_１内の複数の孔４ｂ同士のなす角度を他の磁極部４_２，４_３，４_４における孔４ｂ同士のなす角度と異なるようにして、ステータコア３を成形すればよい。

このように設定することで、一つのモータ１内で磁石の有効円弧方向幅を異なるように設定することが可能となり、コギングトルクを軽減することが可能となる。つまり、このステータ構造によっても、コギングトルクを軽減することが可能となり、モータ１にむらのないトルクを発生させることが可能となる。

なお、このステータ構造が適用されるモータ１におけるコギングトルクを低減することが可能であれば、磁極部４_１のみの複数の永久磁石５の有効円弧方向幅Ｗ_１を他の各磁極部４_２，４_３，４_４における複数の永久磁石５の有効円弧方向幅Ｗ_２，Ｗ_３，Ｗ_４と異なるように設定するのみならず、各磁極部４_１，４_２，４_３，４_４における複数の永久磁石５の有効円弧方向幅Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３，Ｗ_４は、一部が異なるように設定されても、全てが異なるように設定されてもよい。

したがって、この他の実施の形態におけるステータ構造においても、その他の構成は、一実施の形態におけるステータ構造と同様であるので、一実施の形態におけるステータ構造と同様に、永久磁石５を希土類磁石としても、モータ１の製造コストが悪化する恐れが無く、強度上の問題が生じず、磁路断面積も確保されるので磁束飽和が抑制されてモータ１は充分なトルクを発生することが可能となり、コギングトルクの軽減が可能となるので、低コストでむらが少ない充分なトルクを発生しかつ小型なモータを実現することが可能となるのである。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

本発明の一実施の形態におけるステータ構造が具現化されたモータの横断面図である。本発明の一実施の形態におけるステータ構造が具現化されたモータのＡＡ断面図である。本発明の一実施の形態におけるステータ構造が具現化されたモータの一部拡大横断面図である。本発明の一実施の形態におけるステータ構造の磁極部に埋設される永久磁石が３つとなる場合のモータの一部拡大横断面図である。本発明の一実施の形態の変形例におけるステータ構造が具現化されたモータの一部拡大横断面図である。本発明の一実施の形態の他の変形例におけるステータ構造が具現化されたモータの一部拡大横断面図である。本発明の一実施の形態の別の変形例におけるステータ構造が具現化されたモータの一部拡大横断面図である。本発明の他の実施の形態の変形例におけるステータ構造が具現化されたモータの一部拡大横断面図である。一枚板の永久磁石をステータコア内に埋設する提案におけるモータの一部拡大横断面図である。

符号の説明

１モータ
２ヨーク
３ステータコア
４，４_１，４_２，４_３，４_４磁極部
４ａテーパ面
４ｂ孔
４ｃ凸部
５永久磁石
５ａ永久磁石の端部
６キャップ
７，８ボールベアリング
９ロータ
１０整流子
１１ブラシ
１２シャフト
１３ロータコア
１３ａティース
１４巻線
１５溝
Ｗ_１，Ｗ_２，Ｗ_３，Ｗ_４磁極部内の複数の永久磁石における有効円弧方向幅

Claims

ブラシ付モータのステータ構造において、ヨーク内に固定される筒状のステータコアと、ステータコア内に埋設される永久磁石とを備え、ステータコアは、筒状に形成されるとともに内周側が膨出される複数の磁極部を有し、各磁極部内に板状の永久磁石を２つ以上埋設してなることを特徴とするステータ構造。
一つの磁極部内に埋設される複数の永久磁石のうち磁極部の円弧方向端部側に配置される永久磁石は、それぞれ磁極部の円弧方向端側に向く端部を磁極部の内周側に接近するよう傾斜させて配置されることを特徴とする請求項１に記載のステータ構造。
磁極部内周側のロータと対向する面の円弧方向端部は、ロータ外周から遠ざかるようテーパ面が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のステータ構造。
磁極部の内周に複数の溝を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のステータ構造。
少なくとも一つの磁極部内に埋設される複数の永久磁石における有効円弧方向幅が他の磁極部内に埋設される複数の永久磁石における有効円弧方向幅と異なることを特徴とする請求項１または２に記載のステータ構造。
磁極部の内周の曲率中心をロータの回転中心から当該磁極部側とは反対方向に偏心させるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のステータ構造。
磁極部内周側のロータと対向する面の円弧方向端部に、円弧方向に突出する凸部が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のステータ構造。