JP2008259258A - Permanent magnet commutator motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石整流子モータに関し、特に、電池または交流電源により駆動される、電動工具を構成する駆動モータとして好適な永久磁石整流子モータに関する。 The present invention relates to a permanent magnet commutator motor, and more particularly to a permanent magnet commutator motor that is driven by a battery or an AC power source and that is suitable as a drive motor constituting an electric tool.
永久磁石整流子モータは、起動トルクが大きく、変速が可能であることから、比較的小形、軽量で大きな起動トルクを必要とする電動工具の駆動源として広く用いられている。 Permanent magnet commutator motors are widely used as a drive source for electric tools that require a large starting torque because they have a large starting torque and can be shifted.
永久磁石整流子モータは、例えば下記特許文献1に開示されているように、モータハウジングと、固定子と、電機子およびブラシとから構成されている。固定子は、断面形状の外形が楕円形を含む円筒形状の固定子ヨークと、固定子ヨークに内包された界磁磁石(永久磁石)とを有している。界磁磁石は、円筒形状をした固定子ヨークの内周面に、嵌合され、もしくは固着されて取付けられている。固定子ヨークは、例えば鉄材料から成る複数の板状環状体が同軸状に積層された積層体で構成されており、積層体を構成する複数の環状体は、各環状体に設けられたカシメ部によって互いにカシメ固定されて積層されている。固定子ヨークの中心軸方向の長さは、環状体の軸方向の厚さを最小単位として積層すべき環状体の枚数によって変更して調整することができる。
The permanent magnet commutator motor includes a motor housing, a stator, an armature, and a brush as disclosed in, for example,
したがって、軸方向の長さが異なる各種の固定子ヨークを製造する場合は、製造機械の交換を必要とすることなく、製造コストの安価な固定子ヨークを備えた永久磁石整流子モータを提供することができる。さらに、環状体の固定子ヨークの内周面に突起部(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保持させることによって、固定子ヨークと界磁磁石との組立を容易にするように工夫している。 Therefore, when manufacturing various types of stator yokes having different axial lengths, a permanent magnet commutator motor having a stator yoke that is inexpensive to manufacture without requiring replacement of the manufacturing machine is provided. be able to. Further, by providing a protrusion (protrusion) on the inner peripheral surface of the annular stator yoke, the field magnet is held on the inner peripheral surface of the stator yoke, so that the stator yoke and the field magnet It has been devised to facilitate assembly.
上記した永久磁石整流子モータは、多量生産(例えば、月産一万台以上の生産)の電動工具に搭載する場合には生産コスト面で有利であるが、少量生産(例えば、月産千台以下の生産)の製品に搭載する場合には生産コストが高価になるという欠点がある。この理由は、固定子コアを構成する鉄製の板状環状体を製造する板状環状体の製造コストが高価となり、少量生産の製品への適用が不向きとなるためである。 The above-described permanent magnet commutator motor is advantageous in terms of production cost when mounted on a power tool for mass production (for example, production of 10,000 or more units per month), but for small production (for example, thousand units per month) In the case of mounting on a product of the following production), there is a disadvantage that the production cost becomes expensive. The reason for this is that the manufacturing cost of the plate-shaped annular body for manufacturing the iron plate-shaped annular body constituting the stator core becomes expensive, making it unsuitable for application to a small-volume product.
したがって、本発明の一つの目的は、上記従来の欠点を解消し、固定子ヨークの形状を容易に変更し得る固定子ヨークを備える永久磁石整流子モータを提供することにある。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a permanent magnet commutator motor having a stator yoke that can eliminate the above-mentioned conventional drawbacks and can easily change the shape of the stator yoke.
本発明の他の目的は、固定子ヨークと永久界磁磁石の組立を容易にした固定子を備える永久磁石整流子モータを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a permanent magnet commutator motor having a stator that facilitates assembly of a stator yoke and a permanent field magnet.
本発明のさらに他の目的は、固定子ヨークと永久界磁磁石の組立時の正確な位置合せを容易にすることによって、固定子による磁気通路を阻害しないように構成した永久磁石整流子モータを提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a permanent magnet commutator motor configured so as to prevent the magnetic path by the stator from being obstructed by facilitating accurate alignment during assembly of the stator yoke and the permanent field magnet. It is to provide.
上記課題を解決するために本発明に従って開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、次のとおりである。 Among the inventions disclosed in accordance with the present invention in order to solve the above problems, the characteristics of typical ones will be described as follows.
本発明の一つの特徴によれば、固定子ヨークおよび該固定子ヨークの内周面に設けられた一対の対向する界磁磁石を備えた固定子と、該固定子の内周面の軸と同軸の回転軸を持ち、前記固定子の内周面に近接する外周面を有する電機子とを備え、前記界磁磁石により前記固定子の内周面内に界磁磁極を発生させて前記電機子を回転させる永久磁石整流子モータにおいて、前記固定子ヨークは強磁性体材料の焼結体から構成され、前記固定子ヨークの焼結体の内周面には、前記一対の界磁磁石の対向する両一端部を係止するための一対の突起部を一体に形成し、前記一対の界磁磁石の対向する両他端部には弾性体材料のバネ部材を係合させて、前記両一端部が対応する前記一対の突起部に係止するように、前記両他端部から押圧するように構成する。 According to one aspect of the present invention, a stator including a stator yoke and a pair of opposing field magnets provided on an inner peripheral surface of the stator yoke, an axis of the inner peripheral surface of the stator, An armature having a coaxial rotating shaft and having an outer peripheral surface close to the inner peripheral surface of the stator, and generating a field magnetic pole in the inner peripheral surface of the stator by the field magnet. In the permanent magnet commutator motor for rotating the stator, the stator yoke is composed of a sintered body of a ferromagnetic material, and an inner peripheral surface of the sintered body of the stator yoke is provided with the pair of field magnets. A pair of projecting portions for locking the opposing one end portions are integrally formed, and spring members made of an elastic material are engaged with the opposing other end portions of the pair of field magnets. The one end is configured to be pressed from the other end so as to be engaged with the corresponding pair of protrusions. That.
本発明の他の特徴によれば、前記固定子ヨーク内周面に一体に形成された前記突起部の幅および高さが前記界磁磁石の厚さ以下に規定される。 According to another aspect of the present invention, a width and a height of the protrusion integrally formed on the inner peripheral surface of the stator yoke are defined to be equal to or less than a thickness of the field magnet.
本発明のさらに他の特徴によれば、前記界磁磁石を内包している部分の前記固定子ヨークの厚さが、前記界磁磁石を内包していない部分の前記固定子ヨークの厚さにおける最大値よりも薄く形成される。 According to still another aspect of the present invention, the thickness of the stator yoke in the portion including the field magnet is equal to the thickness of the stator yoke in the portion not including the field magnet. It is formed thinner than the maximum value.
本発明の上記特徴によれば、固定子ヨークは強磁性体材料の焼結体より構成されるので、鉄製の板状環状体を積層化した固定子ヨークを備えた永久磁石整流子モータよりも低コストで、少量生産に容易に対応することができる。 According to the above feature of the present invention, the stator yoke is composed of a sintered body of a ferromagnetic material, so that it is more stable than a permanent magnet commutator motor having a stator yoke in which iron plate-like annular bodies are laminated. Low cost and easy handling for small volume production.
本発明によれば、永久界磁磁石は固定子ヨークの突起部へ係止するように保持されるので、永久界磁磁石の組立を容易にした固定子を備える永久磁石整流子モータを提供できる。 According to the present invention, since the permanent field magnet is held so as to be locked to the protrusion of the stator yoke, it is possible to provide a permanent magnet commutator motor including a stator that facilitates assembly of the permanent field magnet. .
本発明によれば、永久界磁磁石の係止部として機能する突起部は、固定子ヨークと永久界磁磁石の組立時の正確な位置合せを容易にするので、固定子による磁気通路を阻害しないように構成した永久磁石整流子モータを提供できる。 According to the present invention, the protrusion functioning as the locking portion of the permanent field magnet facilitates accurate alignment during the assembly of the stator yoke and the permanent field magnet, thereby obstructing the magnetic path by the stator. A permanent magnet commutator motor configured so as not to be provided can be provided.
本発明の上記および他の目的、ならびに上記および他の特徴および利点は、以下の本明細書の記述および添付図面からさらに明らかとなるであろう。 The above and other objects, and the above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of the present specification and the accompanying drawings.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。まず、本発明の一実施形態について図1乃至図5を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. First, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1および図2に示されるように、永久磁石モータ1は、ハウジング1aと、固定子10と、電機子20と、一対のブラシ13と、整流子24とを有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ハウジング1aは、真円筒状または略円筒状を含む円筒形状を有する。円筒形状の内周面の一部には、後述する円筒形状の固定子ヨーク11の外周面が固着もしくは取付けられている。このハウジング1aは、例えば、合成樹脂材料より形成されている。
The housing 1a has a cylindrical shape including a true cylindrical shape or a substantially cylindrical shape. An outer peripheral surface of a
固定子10は、固定子ヨーク11と、少なくとも一対のN極およびS極として機能する一対の界磁磁石12aおよび12bとを有する。
The
固定子ヨーク11(図2参照)は、後述するように、本発明に従って強磁性体材料の焼結体で成形され、円筒形状をなす。この固定子ヨーク11の外周面は、ハウジング1aの内周面に嵌着もしくは固着されている。
As will be described later, the stator yoke 11 (see FIG. 2) is formed of a sintered body of a ferromagnetic material according to the present invention, and has a cylindrical shape. The outer peripheral surface of the
円筒形状の固定子ヨーク11(焼結体)の内周面には後述する一対の係止用突起部(凸部)31eおよび31fが焼結体の内周面と一体に形成され、永久磁石である一対の界磁磁石12a、12bが、係止用突起部31eおよび31fと、後述するバネ部材41fとによって挟持され、円筒形状の固定子ヨーク11の内周面に内接するように取付けられている。
On the inner peripheral surface of the cylindrical stator yoke 11 (sintered body), a pair of locking projections (projections) 31e and 31f, which will be described later, are formed integrally with the inner peripheral surface of the sintered body. A pair of
一対の界磁磁石12a、12bは、N極およびS極の永久磁石であり、板状永久磁石を円弧状に湾曲させたような形状を有している。界磁磁石12a、12bの円弧状湾曲した外周面は、固定子ヨーク11の内周面の形状に内接しており、一対の界磁磁石12a、12bは、固定子10の内周面の一部を構成する。一対の界磁磁石12a、12bは、モータの出来る限り効率よい回転トルクを得るために、固定子ヨーク11の直径方向の相対向する位置に、対称的に配置され、固着されている。したがって、図2に示すように、ハウジング1aの半径方向の断面で見た場合に、界磁磁石12aまたは12b、固定子ヨーク11、およびハウジング1aは、それらの順番に、ハウジング1aの半径方向の中心部から外方へ向かって配置されている。これによって、対称的に配置された一対の界磁磁石12a、12bによって、固定子10には一対の界磁磁極が発生し、この一対の界磁磁極間に磁束密度が高い界磁束が発生するように構成されている。
The pair of
図1および図2に示すように、固定子10の内周面に近接してその内方に電機子20が設けられている。電機子20は、シャフト21と、シャフト21に取付けられた回転子コア22と、回転子コア22に巻回されたコイル23とを有している。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, an
シャフト21の一端21a(図1参照)は、ハウジング蓋部1bに設けられた軸受部14によって支承されており、シャフト21の他端は固定部16に設けられた軸受部15によって支承されている。これによって、シャフト21は、固定子ヨーク11(固定子10)の軸心を中心に回転可能に支持される。
One
シャフト21の一部にはコア(鉄心)22が固着されている。コア22の外周面は、一対の界磁磁石12a、12bがなす内周面に近接して配設される。コア22には図示せぬ複数のスロットが回転軸方向と並行して形成され、スロット内には導線が一対の界磁磁石12a、12bによって発生する界磁束を横切るように巻回されている。巻回された導線はコイル23をなし、後述する一対のブラシ13より電流が供給される。電機子20によって発生した回転トルクは、シャフト21を回転出力軸として、軸受部15に支承されたシャフト21の他端部側(図1の図面左側)へ伝達され、図示されていない電動工具の先端工具を駆動する。
A core (iron core) 22 is fixed to a part of the
図1に示すように、シャフト21の一端部21a側には、円柱形状の整流子(コミュテータ)24がシャフト21と同軸的に固着されており、シャフト21およびコア22と共に一体に回転するように構成されている。整流子24は、その円柱外周面に沿って露出する複数の整流子片(図示なし)を有し、整流子片によってコイル23の各端部に電気的接続されている。
As shown in FIG. 1, a
図1に示すように、シャフト21の一端21a側(右端部側)には、相対向して上下一対のブラシ13が配設される。各ブラシ13は、ハウジング1aの内周面に固着されたブラシホルダ13a内に収納され、保持される。ブラシホルダ13a内に保持されたブラシ13は、ブラシホルダ13a内に設けられた図示せぬスプリングによって整流子24の方向に付勢され、整流子24(整流子片)へ突き出して整流子24に電気的接続(接触)される。一対のブラシ13の他端部は、図示せぬリード線を介して、例えば直流電源に電気的に接続され、該電源からブラシ13および整流子24を介してコイル23へ電流を供給し、電機子20に回転トルクを発生するように構成する。
As shown in FIG. 1, a pair of upper and
冷却ファン17は、シャフト21と一体に回転するように、シャフト21の他端部側に設けられ、電機子20で発生する熱を冷却する。
The cooling
本発明に従った固定子10の構造について、図3および図4を参照してさらに詳細に説明する。
The structure of the
上述したように、固定子ヨーク11(焼結体)の円筒形状の内周面には、一対の界磁磁石12a、12bの一端をそれぞれ係止するための一対の係止用突起部(凸部)31eおよび31fが一体に設けられている。例えば、固定子ヨーク11の外径は49mm、長さは39mm、半径方向の厚さは3mm〜10mm、突起部(凸部)31e、31fの内周方向の幅wは1.5mm、その半径方向の高さhは0.5mmである。固定子ヨーク11の突起部(凸部)31eおよび31fは、図4の(1)に示すように、固定子ヨーク11の軸方向の長さ(例えば、39mm)全体にわたって形成する必要はなく、一対の界磁磁石12a、12bの一端を安定に係止できる長さであればよい。
As described above, a pair of locking projections (protrusions) for locking one end of each of the pair of
固定子ヨーク11の焼結体は、例えば、純鉄の微粉末表面を無機絶縁物で絶縁し、少量の有機樹脂バインダと混合した後、圧縮成形および熱処理により製造する。
The sintered body of the
図4の(2)に示すように、一対の界磁磁石12a、12bの他端部には界磁磁石固定用のバネ部材41fを挿入することによって、一対の界磁磁石12a、12bの一端部を突起部31eおよび31f(図4の(1)参照)へそれぞれ押圧(付勢)して一対の界磁磁石12a、12bを固定子ヨーク11内に界磁磁石を固着する。
As shown in FIG. 4B, one end of the pair of
界磁磁石固定用のバネ部材41fは弾性体部材で構成され、例えば、図4の(2)に示されるように、馬蹄形(U字形)に折り曲げられたバネ鋼等の金属材料で形成される。また、金属部材以外に、バネ性を有する樹脂材料で形成したバネ部材であってもよい。図5に示す変形例は、板状合成樹脂材料を湾曲状に折り曲げて弾力性を持たせてバネ部材41fを構成したものである。
The field magnet fixing
このように、突起部31e、31fとバネ部材41fによって界磁磁石12a、12bを挟持する構成とすることにより、固定子ヨーク11の内周面に界磁磁石12a、12bを、接着剤を用いることなく、容易に固着することができる。
As described above, the
図3に示すように、固定子ヨーク11の内周面に設ける突起部31e、31fの高さ(段差)hおよび円周方向の幅wは、界磁磁石12a、12bの厚さtより小さく規定することが望ましい。この理由は、突起部31e、31fの形成によって固定子ヨーク11内の主磁束が漏洩もしくは減少するのを防止するためである。
As shown in FIG. 3, the height (step difference) h and the circumferential width w of the
ちなみに、従来の継鉄板材のプレス折り曲げパイプ加工による固定子ヨークの製造では、固定子ヨークの半径方向の厚さが3mm以下である場合、固定子ヨークのパイプ状継鉄部に外周表面より切込みを入れて局部的に曲げ加工することにより、固定子ヨークの内周面に突起部(凸部)を設けることが可能である。しかし、このようにして突起部を形成すると、切込み加工部が空隙となり、固定子ヨークの継鉄部が主磁束の磁路として有効に働かなくなるので、界磁磁石により発生する主磁束が減少する。その結果、永久磁石整流子モータの効率が低下する。また、他の突起部の形成法として固定子ヨークのパイプ状継鉄部に外周より外力を加えて固定子ヨークを塑性変形させ、内面に突起を設けることも可能である。しかし、変形させた固定子ヨークの継鉄部は、曲げ加工による引張りや圧縮により、固定子ヨークの半径方向の厚さが薄くなるので、主磁束の減少は避けられず、回転トルクの発生が低下する。 By the way, in the manufacture of the stator yoke by press bending pipe processing of the conventional yoke plate material, when the radial thickness of the stator yoke is 3 mm or less, the pipe yoke of the stator yoke is cut from the outer peripheral surface. It is possible to provide a protruding portion (convex portion) on the inner peripheral surface of the stator yoke by locally bending it. However, when the protrusions are formed in this way, the notched portion becomes a gap, and the yoke portion of the stator yoke does not work effectively as the magnetic path of the main magnetic flux, so that the main magnetic flux generated by the field magnet is reduced. . As a result, the efficiency of the permanent magnet commutator motor is reduced. As another method of forming the protrusion, it is possible to apply an external force to the pipe yoke portion of the stator yoke from the outer periphery to plastically deform the stator yoke and provide a protrusion on the inner surface. However, the yoke part of the deformed stator yoke is reduced in thickness in the radial direction of the stator yoke by bending or pulling and compressing, so a decrease in the main magnetic flux is inevitable and rotational torque is generated. descend.
これに対し、上述した本発明の実施形態によれば、突起部31e、31fの形成部に空隙が形成されることはないので、固定子ヨーク11の主磁束が減少することはなく、永久磁石整流子モータの効率低下を防止することができる。また、本発明によれば、固定子ヨーク11を焼結体として成形するので、突起部31e、31fの形状を容易に実現できる。
On the other hand, according to the above-described embodiment of the present invention, since no gap is formed in the formation part of the
上記実施例で説明した固定子ヨーク11は、図3に示したように、その外周形状が円形(真円)であり、突起部12a、12bを除く固定子ヨーク11の半径方向の厚さは一定である。すなわち、図3に示したように、固定子ヨーク11の内周と外周が同心円状に形成されて固定子ヨーク11の厚さが全周にわたって一定である。
As shown in FIG. 3, the
しかしながら、図6に示すように、固定子ヨーク11の外周と内周が同心円である場合、固定子ヨーク11の厚さが厚い程、一対の界磁磁石12a、12bより発生する主磁束Bmは増加するが、その一方、整流子モータ駆動時に電機子20のコイル23(図1参照)に流れる電流により電機子起磁力が発生し、電機子反作用磁束Brも発生し易くなる。この電機子反作用磁束Brは、界磁磁石12a、12bから発生する主磁束Bmの流れを阻害し、電機子20の回転トルクを低下させる原因となり、その結果、整流子モータの効率を低下させる原因となる。
However, as shown in FIG. 6, when the outer periphery and inner periphery of the
この電機子反作用磁束Brによる整流子モータの効率低下を改善するために、本発明の他の実施形態によれば、図7および図8に示すように、固定子ヨーク11の外周形状が略楕円形状に形成される。
In order to improve the efficiency reduction of the commutator motor due to the armature reaction magnetic flux Br, according to another embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 7 and 8, the outer peripheral shape of the
すなわち、図7および図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12a、12bに沿った固定子ヨークの部分11dの厚さの最小値t1(図7参照)が、該界磁磁石12a、12bに沿っていない固定子ヨークの部分11eの厚さの最大値t2(図7参照)よりも薄くなるように形成されている。このように、界磁磁石12a、12bが積層される部分の固定子ヨーク11dの厚さt1を、積層されない部分の固定子ヨーク11eの厚さt2より薄く形成した固定子ヨーク11の構造は、本発明によれば固定子ヨーク11を焼結体で成形するので、板状継鉄をプレス加工等で製造する場合に比較して容易に製造することができる。
That is, as shown in FIGS. 7 and 8, the shape of the
したがって、図7または図8に示すような固定子10の構造とすれば、界磁磁極12a、12b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できるので、磁気抵抗を増加させて、主磁束Bm(図6参照)を有効にトルクに寄与させて整流子モータの効率向上を図ることができる。
Therefore, if the structure of the
なお、図8に示すように、界磁磁石12a、12bを内包する部分の固定子ヨーク11dの外周を平面形状とする場合は、円筒状の固定子ヨークを焼結成形した後、界磁磁石12a、12bを内包する固定子ヨークの外周部を直線状に切削した形状としてもよい。
As shown in FIG. 8, when the outer periphery of the
以上、本発明者によってなされた発明を、各種の実施形態に基づき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。 As mentioned above, although the invention made | formed by this inventor was demonstrated based on various embodiment, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible within the range which does not deviate from the summary. .
1:永久磁石整流子モータ 1a:ハウジング 1a:ハウジング蓋部
10:固定子 11:固定子ヨーク 12a、12b:界磁磁石
13:ブラシ 13a:ブラシホルダ 14:軸受部 15:軸受部
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 31e、31f:突起部(凸部)
41f:バネ部材
1: Permanent magnet commutator motor 1a: Housing 1a: Housing lid portion 10: Stator 11:
41f: Spring member
Claims (3)
前記固定子ヨークは強磁性体材料の焼結体から構成され、前記固定子ヨークの焼結体の内周面には、前記一対の界磁磁石の対向する両一端部を係止するための一対の突起部を一体に形成し、
前記一対の界磁磁石の対向する両他端部には弾性体材料のバネ部材を係合させて、前記両一端部が対応する前記一対の突起部に係止するように、前記両他端部から押圧するように構成したことを特徴とする永久磁石整流子モータ。 A stator having a stator yoke and a pair of opposing field magnets provided on the inner peripheral surface of the stator yoke, and a rotation axis coaxial with the central axis of the inner peripheral surface of the stator, the fixed And a permanent magnet commutator motor that rotates the armature by generating a field magnetic pole in the inner peripheral surface of the stator by the field magnet. In
The stator yoke is composed of a sintered body of a ferromagnetic material, and the inner peripheral surface of the sintered body of the stator yoke is used to lock both opposing ends of the pair of field magnets. A pair of protrusions are integrally formed,
The opposite ends of the pair of field magnets are engaged with spring members made of an elastic material so that the one ends are engaged with the corresponding pair of protrusions. A permanent magnet commutator motor characterized by being configured to be pressed from a portion.
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