JP2008228544A - 永久磁石整流子モータ - Google Patents

Abstract

【課題】界磁磁石の長さが固定子ヨークの長さよりも短い場合であっても、固定子内での界磁磁石の軸方向の位置決を低コストで容易に行うことができる永久磁石整流子モータを提供すること。
【解決手段】略円筒状の固定子ヨーク１１と該固定子ヨーク１１に固着された界磁磁石１２を備えた固定子と、該固定子内に回転可能に設けられた電機子とを備え、前記界磁磁石１２によって該固定子内に界磁磁極を発生させる永久磁石整流子モータにおいて、前記固定子ヨーク１１を強磁性の焼結材で成形するとともに、該固定子内の軸方向の少なくとも一方に、前記界磁磁石１２に対する凸部４１Ｅ（又は突き当て部）を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、電池又は商用電源によって駆動される永久磁石整流子モータに関するものである。

従来、永久磁石整流子モータは、電動工具等の駆動源として用いられている。特許文献１には、永久磁石整流子モータの一例が示されている。この永久磁石整流子モータは、ハウジングと、固定子、電機子及びブラシによって構成されており、固定子は略円筒形状の固定子ヨークと界磁磁石を有している。界磁磁石は、略円筒形状の固定子ヨークの内周面に固着されている。又、固定子ヨークは、鉄製の複数の板状の環状体を同軸状に積層して構成されており、各環状体は、これに設けられたカシメ部においてカシメ固定されて互いに接続されており、製造の際には、環状体の軸方向の厚さを最小単位として任意に変更が可能である。

従って、軸方向の長さが異なる各種固定子ヨークを製造する場合には、製造機械の交換を必要とせず、製作コストの安価な固定子ヨークを備えた永久磁石モータを提供できるようにしている。そして、環状体の内周面に凸部を設けることにより、固定子ヨークの内周面に界磁磁石を容易に保持できるようにしている。
特開２００４−１２９３２９号公報

上記従来の永久磁石整流子モータでは、月産１万台以上の多量に生産する製品に搭載する場合には生産コスト面で有利であるが、月産数千台以下の少量生産の製品に搭載する場合には生産コストが掛かって高価になるという欠点があった。なぜならば、固定子コアを構成する鉄製の板を製造する型のコストが高価であるため、少量生産製品には不向きである。

又、固定子ヨークは環状体を同軸状に積層されて構成されているため、界磁磁石の長さが固定子ヨークの長さより短い場合には、固定子内での軸方向の界磁磁石の位置決めのために治具が必要となる。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、界磁磁石の長さが固定子ヨークの長さよりも短い場合であっても、固定子内での界磁磁石の軸方向の位置決を低コストで容易に行うことができる永久磁石整流子モータを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、略円筒状の固定子ヨークと該固定子ヨークに固着された界磁磁石を備えた固定子と、該固定子内に回転可能に設けられた電機子とを備え、前記界磁磁石によって該固定子内に界磁磁極を発生させる永久磁石整流子モータにおいて、前記固定子ヨークを強磁性の焼結材で成形するとともに、該固定子内の軸方向の少なくとも一方に、前記界磁磁石に対する凸部又は突き当て部を設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記固定子ヨークの軸方向の凸部又は突き当て部の段差を前記界磁磁石の厚さ以下に設定したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記固定子ヨーク内周面に固着された界磁磁石に沿った該固定子ヨークの厚さの最小値を、該界磁磁石に沿っていない該固定子ヨークの厚さの最大値よりも小さく設定したことを特徴とする。

本発明によれば、固定子ヨークを強磁性の焼結材で成形するとともに、該固定子内の軸方向の少なくとも一方に、界磁磁石に対する凸部又は突き当て部を設けたため、界磁磁石の長さが固定子ヨークの長さよりも短い場合であっても、固定子内での界磁磁石の軸方向の位置決を低コストで容易に行うことができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る永久磁石整流子モータを駆動源とする電動工具の部分断面図、図２は図１のII−II線断面図、図３及び図４は本発明に係る永久磁石整流子モータの固定子の側断面図、図５及び図６は固定子の変形例を示す横断面図、図７は固定子の主磁束の流れと電機子反作用磁束の流れを示す概念図、図８は固定子の別形態を示す横断面図である。

本発明に係る永久磁石整流子モータ１は、図１に示すように、ハウジング１Ａと、固定子１０と、電機子２０と、ブラシ１３及び整流子２４を有している。ハウジング１Ａは、略円筒形に成形され、その内周の一部には後述の固定子ヨーク１１の外周面が固着されている。固定子１０は、固定子ヨーク１１と２つの界磁磁石１２，１２を有しており、固定子ヨーク１１は、強磁性の焼結材で略円筒状に成形されている。尚、固定子ヨーク１１の半径方向の厚さは３ｍｍ〜１０ｍｍに設定されており、該固定子ヨーク１１の外周面はハウジング１Ａの内周面の一部に固着されている。

２つの界磁磁石１２，１２は永久磁石であり、略長方形を成す板状の永久磁石が円弧状に湾曲した形状を有している。界磁磁石１２の円弧状に湾曲した面は、固定子ヨーク１１の内周面の形状に一致しており、２つの界磁磁石１２，１２は、固定子ヨーク１１の内周面の一部であって、固定子ヨーク１１の直径方向の相対向する位置にそれぞれ固着されている。従って、ハウジング1 Ａの半径方向の断面で見た場合、図２に示すように、界磁磁石１２と固定子ヨーク１１及びハウジング１Ａは、この順番でハウジング１Ａの半径方向から外方へ向かって配置されている。２つの界磁磁石１２，１２によって、固定子１０には２極の界磁磁極が発生し、この２極の界磁磁極によって界磁が発生するよう構成されている。

又、固定子ヨーク１１の内周面には、界磁磁石１２を保持する凸部４１Ｅが固定ヨーク３１の軸方向に設けられている。これにより、固定子ヨーク１１の軸方向の長さより短い界磁磁石１２を使用する場合にも、固定子ヨーク１１内での界磁磁石１２の位置決めを容易に行うことができる。尚、図４に示すように、図３で示した凸部４１Ｅを突き当て部４１Ｆで構成しても良い。ここで、凸部４１Ｅの段差と幅及び突き当て部４１Ｆの段差は、界磁磁石１２の厚さ以下であることが望ましい。

更に、図５及び図６に示すように、前記凸部４１Ｅ及び突き当て部４１Ｆを界磁磁石１２の極弧角以内とすれば、固定子１０内の冷却に有利となる。

因に、鉄板のカシメ積層による固定子ヨークでは、同一の型で抜くために軸方向の突き当て部を設けることができず、界磁磁石の位置決めには別途治具等を必要とし、余分なコストと工程を要してしまう。

図１に示すように、ハウジング１Ａの内周面であって固定子ヨーク１１が設けられていない部分には、ブラシ１３と該ブラシ１３を保持するためのブラシホルダ１３Ａが設けられている。ブラシ１３は、ハウジング１Ａの内周面に固着されているブラシホルダ１３Ａ内に収納保持されており、ブラシホルダ１３Ａ内に設けられた不図示のスプリングによって付勢された状態で、固定子ヨーク１１の半径方向内方へ突出している。そして、ブラシ１３は、不図示のリード線を介して電源に電気的に接続されている。

ハウジング１Ａの一端１１Ａは、当該一端１１Ａを塞ぐ蓋部１１Ｂを成しており、該ハウジング１Ａの他端側には、後述のシャフト２１を支承するための軸受１５を固定する固定部１６が設けられている。

又、固定子１０の内方には電機子２０が設けられており、この電機子２０は。シャフト２１とコア２２及びコイル２３とを有している。そして、シャフト２１の一端２１Ａは、蓋部１１Ｂに設けられた軸受１４によって支承され、シャフト２１の他端は、固定部１６に設けられた軸受１５によって支承されており、シャフト２１は固定子ヨーク１１の軸心を中心に回転可能である。シャフト２１の一部にはコア２２が固着されており、コア２２には不図示の複数のスロットが形成されている。コア２２には、不図示のスロットに掛けられるようにして導線が巻回されており、巻回された導線はコイル２３を構成し、このコイル２３は固定子１０の界磁磁石１２に対向している。

シャフト２１の一端２１Ａ寄り部分には、略円柱形状の整流子２４がシャフト２１に同軸的に固着されており、整流子２４は、シャフト２１及びコア２２と共に一体回転するように構成され、コイル２３に電気的に接続されている。

又、整流子２４は、ブラシ１３と対向接触する位置関係にあり、不図示の電源からブラシ１３及び整流子２４を介してコイル２３へ電流が供給され、電機子２０に回転トルクが発生するよう構成されている。そして、シャフト２１には、冷却ファン１７が固着されており、冷却ファン１７は、シャフト２１と一体に回転して電機子２０を冷却する。

尚、図８に示すように、固定子ヨーク１１の形状は、その内周面に固着された界磁磁石１２に沿った部分１１Ｄの厚さの最小値が界磁磁石１２に沿っていない部分１１Ｅの厚さの最大値よりも薄くなるようにすることが望ましい。本発明では、固定子ヨーク１１を焼結材で成形して製造するため、そのような形状を容易に実現することできる。

図７に永久磁石整流子モータ１内の磁束の流れの概念図を示す。

固定子１０の外周と内周が同心円である場合、固定子ヨーク１１の厚さは厚い方が界磁磁石１２より発生する主磁束Ａは増加するが、その一方、永久磁石整流子モータ１の駆動時に電機子２０のコイルに電流が流れることにより電機子起磁力が発生し、電機子反作用磁束Ｂも流れ易くなる。この電機子反作用磁束Ｂは、界磁磁石１２から発生する主磁束Ａの流れを阻害して電機子２０の回転トルク低下の原因となるため、当該永久磁石整流子モータ１の効率が低下する。

従って、図８に示すような固定子形状とすれば、界磁磁極の略中央の位置における固定子ヨーク１１の磁路断面積を小さくして磁気抵抗を増加させることができ、主磁束を有効にトルク発生に寄与させて永久磁石整流子モータ１の効率向上を図ることができる。

尚、以上では固定子ヨーク１１の半径方向の断面の外周は円形であったが、図９に示すように、界磁磁石１２が固着されている位置に相当する固定子ヨーク１１の外周の位置を直線状に切り欠いた形状としても良い。

本発明に係る永久磁石整流子モータを駆動源とする電動工具の部分断面図である。 図１のII−II線断面図である。 本発明に係る永久磁石整流子モータの固定子の側断面図である。本発明の第１の実施の形態による永久磁石整流子モータの固定子を示す断面図。 本発明に係る永久磁石整流子モータの固定子の側断面図である。 本発明に係る永久磁石整流子モータの固定子の変形例を示す横断面図である。 本発明に係る永久磁石整流子モータの固定子の変形例を示す横断面図である。 本発明に係る永久磁石整流子モータの固定子の主磁束の流れと電機子反作用磁束の流れを示す概念図である。 本発明に係る永久磁石整流子モータの固定子の別形態を示す横断面図である。 本発明に係る永久磁石整流子モータの固定子の別形態を示す横断面図である。

符号の説明

１ 永久磁石整流子モータ
１Ａ ハウジング
１０ 固定子
１１ 固定子ヨーク
１１Ａ ハウジングの一端
１１Ｂ ハウジングの蓋部
１１Ｄ 界磁磁石のある位置での固定子ヨーク部
１１Ｅ 界磁磁石のない位置での固定子ヨーク部
１２ 界磁磁石
１３ ブラシ
１３Ａ ブラシホルダ
１４，１５ 軸受
１６ 軸受固定部
１７ 冷却ファン
２０ 電機子
２１ シャフト
２２ コア
２３ コイル
２４ 整流子
４１Ｅ 固定子ヨーク軸方向の凸部
４１Ｆ 固定子ヨーク軸方向の突き当て部

Claims (3)

1. 略円筒状の固定子ヨークと該固定子ヨークに固着された界磁磁石を備えた固定子と、該固定子内に回転可能に設けられた電機子とを備え、前記界磁磁石によって該固定子内に界磁磁極を発生させる永久磁石整流子モータにおいて、
   前記固定子ヨークを強磁性の焼結材で成形するとともに、該固定子内の軸方向の少なくとも一方に、前記界磁磁石に対する凸部又は突き当て部を設けたことを特徴とする永久磁石整流子モータ。
2. 前記固定子ヨークの軸方向の凸部又は突き当て部の段差を前記界磁磁石の厚さ以下に設定したことを特徴とする請求項１記載の永久磁石整流子モータ。
3. 前記固定子ヨーク内周面に固着された界磁磁石に沿った該固定子ヨークの厚さの最小値を、該界磁磁石に沿っていない該固定子ヨークの厚さの最大値よりも小さく設定したことを特徴とする請求項１又は２記載の永久磁石整流子モータ。
   

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