JP2008301621A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】小型に構成可能なモータを提供する。
【解決手段】整流子２５を有する電機子２０は、巻線２４が巻装された電機子コア２３がヨーク１４の外側面に配置したマグネット１５の径方向外側に配置されるとともに、該ヨーク１４の径方向内側には、電機子２０の回転軸２１の基端部を支持するラジアル軸受１６及びスラスト軸受としてのボール１７が収容配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシ付き直流モータに関するものである。

従来、ブラシ付き直流モータは、例えば特許文献１にて示されているように、有底円筒状のヨークハウジングの内周面にマグネットが固着されて固定子側が構成され、回転軸に固定されたコアに巻線が巻回されてなる回転子としての電機子（アーマチャ）がマグネットの内側に収容されてなる。電機子は、その回転軸の所定部位がモータ内に配設された軸受にて回転可能に支持され、その中でも回転軸の基端部がヨークハウジング底部の軸受保持部にて保持された軸受にて支持される構成が従来の一般的なものとなっている。
特開２００１−１０３７０２号公報

しかしながら、上記構成のモータでは、コア内の磁気回路への影響やコアと回転軸との固定強度、更にはコア材を複数枚積層してなるコアを用いた場合のその構造等を考慮し、軸受にて支持される部分が回転軸のコアから軸方向に突出した部分に設定されている。そのため、その突出分に対応して軸受を軸方向外側に配置すべく、該軸受を保持する円筒状の軸受保持部をヨークハウジングの底部から突出させて構成する必要があり、このことがモータを軸方向に大型化させ、小型化を図る上での弊害の一つとなっている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、小型に構成可能なモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、給電ブラシが摺接する整流子を有した電機子がヨークに固着されたマグネットと対向配置され、前記電機子が前記給電ブラシからの給電に基づき回転駆動するブラシ付き直流モータであって、前記ヨークの外側面には前記マグネットが配置され、そのマグネットの径方向外側に前記電機子を構成すべく巻線が巻装された電機子コアが配置されるとともに、前記ヨークの径方向内側には、前記電機子の回転軸の基端部を支持する軸受が収容配置されたことをその要旨とする。

この発明では、整流子を有する電機子は、巻線が巻装された電機子コアがヨークの外側面に配置したマグネットの径方向外側に配置されるとともに、該ヨークの径方向内側には、電機子の回転軸の基端部を支持する軸受が収容配置される。即ち、このようなヨークでは、磁気回路を好適に形成しつつも径方向内側においてスペースの確保が容易である。そのため、ヨークの径方向内側に軸受が配置可能となり、これにより軸受部分の軸方向への突出が抑えられ、モータの小型化が可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータにおいて、前記軸受は、前記電機子の回転軸を回転可能に支持するラジアル軸受、若しくは前記電機子の回転軸をスラスト方向に支持するスラスト軸受であることをその要旨とする。

この発明では、ヨークの径方向内側に、電機子の回転軸を支持するラジアル軸受、若しくはスラスト軸受が収容され、これによりモータの小型化が図られる。特に、ラジアル軸受とスラスト軸受とをともにヨークの径方向内側に収容する構成とすれば、モータのより小型化が図られる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のモータにおいて、前記ヨークの径方向内側には、前記軸受を保持する軸受保持部材が挿入配置されたことをその要旨とする。
この発明では、ヨークの径方向内側に、軸受を保持する軸受保持部材が挿入配置される。これにより、ヨークにて軸受を保持する構成を考慮しなくて済む。つまり、ヨークは磁性金属にて形成されることからその形状が簡単であることが望ましく、軸受保持部材を別途設けてヨークに挿入する構成とすれば、ヨーク形状が簡素化される。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のモータにおいて、前記軸受保持部材には、前記電機子の回転軸のスラスト荷重を受けるスラスト軸受が保持されたことをその要旨とする。

この発明では、軸受保持部材にスラスト軸受が保持されるため、複雑な構成となりがちなそのスラスト軸受を、ヨークではない軸受保持部材にて容易に保持可能となる。
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載のモータにおいて、前記軸受保持部材には、前記ヨークが外嵌され支持されたことをその要旨とする。

この発明では、軸受保持部材にはヨークが外嵌されて支持されることから、ヨークを支持する手段を別途設ける必要がなく、モータの部品点数を低減できる。
請求項６に記載の発明は、請求項３〜５のいずれか１項に記載のモータにおいて、前記電機子、前記ヨーク及び前記マグネットを少なくとも収容するハウジング部材を有し、前記軸受保持部材は、前記ハウジング部材に一体に設けられたことをその要旨とする。

この発明では、軸受保持部材はハウジング部材に一体に設けられることから、モータの部品点数を低減できる。

本発明によれば、小型に構成可能なモータを提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態のモータを示す。本実施形態のモータ１０は、自動車のウインドガラスを自動開閉するパワーウインド装置の駆動源として用いられるものである。このモータ１０は、直流モータにて構成されるモータ部１１と、該モータ部１１にて生じた回転を減速して出力する減速部１２とが一体に組み付けられて構成されている。

図２及び図４に示すように、モータ部１１は、樹脂材料にて有底円筒状に形成されるモータハウジング１３を有し、該ハウジング１３の底部１３ａ中央には、その底部１３ａ内側面から軸方向に沿って延びる支持筒部１３ｂが備えられている。支持筒部１３ｂは、モータハウジング１３の軸方向長さの約３分の１の長さで六角筒状に形成されている（図４参照）。支持筒部１３ｂには、磁性金属にて六角筒状に形成されるヨーク１４が外嵌され支持されている。

ヨーク１４は、モータハウジング１３の軸方向長さの約２分の１の長さで形成され、支持筒部１３ｂの先端より突出している。また、ヨーク１４は、平面よりなる６つの外側面１４ａを有し、６個のマグネット１５のそれぞれがヨーク１４の各外側面１４ａに固着されている。各マグネット１５は、ヨーク１４との固着面がそのヨーク１４の外側面１４ａに対応して平面状をなすとともに、各マグネット１５の外側面が同心円若しくはその同心円に準じた曲面状に形成されている。因みに、本実施形態のマグネット１５は、小型で強力な磁力が得られる希土類磁石にて構成され、特に本実施形態のようにマグネット１５側よりも電機子２０側（ロータ側）を径方向外側に配置するアウタロータ型のモータに用いると好適である。

ヨーク１４の前記支持筒部１３ｂより突出する部分の内周面には、電機子２０の回転軸２１の基端外周面に当接し該基端部をラジアル方向にて支持するラジアル軸受１６が固着されている。また、支持筒部１３ｂの内側には、電機子２０の回転軸２１の基端端面に当接し該基端部をスラスト方向に支持するスラスト軸受としてのボール１７が収容されている。即ち、回転軸２１の基端部は、軸受１６にて回転可能に支持されるとともに、ボール１７にて点接触でスラスト荷重が受けられている。また、ボール１７の奥側には金属製のプレート１８が、更にプレート１８の奥側には弾性部材よりなるスラスト調整部材１９がそれぞれ収容されており、該スラスト調整部材１９は、プレート１８を介してボール１７に弾性力を付与して、回転軸２１のスラスト方向のがたつきを防止している。

回転軸２１の中央部には、電機子コア２３を固定するための固定用カラー２２が固定されている。固定用カラー２２は、非磁性材料、例えばステンレス製で有底円筒状に形成されており、該カラー２２の開口側がモータハウジング１３の底部１３ａに向けられて配置されている。固定用カラー２２の底部２２ａ中央には、該カラー２２の開口側に向けて軸方向に円筒状に延出する固定部２２ｂが設けられている。固定用カラー２２は、その固定部２２ｂが回転軸２１に圧入され、該回転軸２１と一体回転可能に取着される。

固定用カラー２２の筒状部２２ｃの内周面には、電機子コア２３が固着されている。電機子コア２３は、磁性金属板よりなるコア材を複数枚積層して構成されるものであり、円環状をなす外輪部２３ａと該外輪部２３ａの内周縁から径方向内側に延びるティース２３ｂとを有し（図４参照）、該ティース２３ｂは、周方向に等間隔に８個設けられている。各ティース２３ｂには、巻線２４が巻装されている。

尚、本実施形態の電機子コア２３は、外輪部２３ａが各ティース２３ｂ間の中間部分で分割された分割コア２３ｘとして構成され、隣り合う分割コア２３ｘの連結部分が回動可能に構成されている。そして、ティース２３ｂへの巻線２４の装着時に、各ティース２３ｂ先端部が隣り合うティース２３ｂとの間隔を拡開するように各分割コア２３ｘが直線的、若しくはティース２３ｂが外側を向くように略環状に並べられて、各ティース２３ｂへの巻線２４の巻装が行い易い構成とされている。各ティース２３ｂへの巻線２４の装着が終了すると、各ティース２３ｂが内側となるように外輪部２３ａが環状とされ、その電機子コア２３の外輪部２３ａが固定用カラー２２の筒状部２２ｃの内周面に固着される。

電機子コア２３の外輪部２３ａの外周縁には、等間隔に複数個（８個）の位置決め凹部２３ｃが設けられており、固定用カラー２２の筒状部２２ｃの内周面に等間隔に複数個（８個）設けられる位置決め突起２２ｄがその凹部２３ｃに嵌合し、固定用カラー２２に対する電機子コア２３の周方向の位置決め（位置ズレ防止）がなされている。そして、このように回転軸２１に対して固定用カラー２２にて固定された電機子コア２３は、前記マグネット１５に径方向において対向するように配置される。

回転軸２１の中央部における固定用カラー２２よりも先端側には、整流子２５が固着されている。整流子２５は、円盤状をなし、回転軸２１の先端側の軸直交平面よりなる摺接面２５ａ上に周方向に複数個のセグメント（図示略）が配設されて構成されている。各セグメントには、固定用カラー２２の底部２２ａに設けられる複数個の貫通孔（図示略）を介して導出された巻線２４の端末２４ａが接続されている。

モータハウジング１３の開口部１３ｃには、図５に示すようなブラシホルダ３０が嵌着されている。尚、図５に示すブラシホルダ３０は、モータ部１１側から見た平面図である。ブラシホルダ３０の中央部には回転軸２１の先端部をラジアル方向にて支持する軸受３１が装着されるとともに、その中央部から径方向外側にオフセットした位置の同心円上に一対の給電ブラシ３２が所定間隔を有して保持されている。各給電ブラシ３２は、回転軸２１の軸方向に沿ってスライド移動可能に保持されるとともに該ブラシ３２の後端面にスプリング３３の付勢力が付与され（図２参照）、該ブラシの先端部が整流子２５の摺接面２５ａに押圧接触されている。

各給電ブラシ３２は、後端側が直方体状、先端側の接触部３２ａが台形柱状の２段形状とされている。即ち、給電ブラシ３２と接触する各セグメントは、隣り合うセグメントの間隔が径方向において等間隔となるように扇形状をなしていることから、その扇形状に対応して給電ブラシ３２先端の接触部３２ａが断面台形状とされるとともに、残りの部分は直方体状としてブラシホルダ３０にて支持し易い形状とされている。給電ブラシ３２は、後述するギヤハウジング４０に装着されるコネクタ部３４と電気的に接続され、そのコネクタ部３４を介して外部から供給される駆動電源を整流子２５を介して電機子２０に供給する。電機子２０は、整流子２５を介した給電に基づいて回転する。

モータハウジング１３の開口部１３ｃには、軸線を挟んだ対向位置のそれぞれに取付部１３ｄが径方向外側に向けて延出形成されている。モータハウジング１３は、各取付部１３ｄを介在したネジ３５のギヤハウジング４０への螺着にて該ギヤハウジング４０に対し固定される。また、モータハウジング１３は、樹脂製であることから、図２及び図３に示すように、その外側面に補強リブ１３ｅが立設されている。補強リブ１３ｅは、底部１３ａ中央から筒状部分を介して開口部１３ｃ側にそれぞれ設けられる各取付部１３ｄに向けてそれぞれ４つが略等角度間隔に放射状に連続して延び、モータハウジング１３の剛性を高くして、駆動時のモータ部１１から生じる振動及び騒音を抑制している。

図１に示すように、減速部１２は、樹脂材料よりなるギヤハウジング４０を有し、該ギヤハウジング４０は、ウォーム軸４１、ウォームホイール４２及びクラッチ４３を収容可能な所定形状に形成されている。ギヤハウジング４０には、ウォーム軸４１がクラッチ４３を介してモータ部１１の回転軸２１と同軸上に配置され、該クラッチ４３にて両軸４１，２１が駆動連結されている。ウォーム軸４１の中央部には、ウォーム４１ａが形成されており、該ウォーム４１ａの両端部がギヤハウジング４０に設けられる一対の軸受４４，４５にて回転可能にラジアル方向にて支持されている。ウォーム軸４１の先端部には、該軸４１のスラスト荷重を受けるボール４６が配設されている。この場合、前記モータ部１１に備えられるスラスト調整部材１９の弾性力が回転軸２１及びクラッチ４３を介してウォーム軸４１に伝達され、前記回転軸２１とともに該ウォーム軸４１のスラスト方向のがたつきも防止している。

ウォームホイール４２は、ギヤハウジング４０内に回転可能に支持されており、該ホイール４２の中心部にて出力軸４７と一体回転するように連結されている。ウォームホイール４２はウォーム軸４１に設けられたウォーム４１ａと噛合され、前記モータ部１１の駆動によるウォーム軸４１側からの回転力がウォームホイール４２にて減速されて出力軸４７から出力され、該出力軸４７の駆動に基づいてウインドガラスが開閉するようになっている。

また、ウォーム軸４１及び回転軸２１間に設けられたクラッチ４３は、モータ部１１の駆動に基づく回転軸２１の回転をウォーム軸４１に伝達する一方、出力軸４７側から入力されるウォーム軸４１の回転を阻止するよう構成されている。これにより負荷側からの出力軸４７の空転が阻止され、ウインドガラスの自重による不意な落下の防止や外部から手動の開作動を防止（盗難防止）等がなされている。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態では、整流子２５を有する電機子２０は、巻線２４が巻装された電機子コア２３がヨーク１４の外側面１４ａに配置したマグネット１５の径方向外側に配置されるとともに、該ヨーク１４の径方向内側には、電機子２０の回転軸２１の基端部を支持するラジアル軸受１６及びスラスト軸受としてのボール１７が収容配置されている。即ち、このようなヨーク１４では、磁気回路を好適に形成しつつも径方向内側においてスペースの確保が容易であるため、本実施形態のようにヨーク１４の径方向内側に軸受（軸受１６、ボール１７）が配置可能である。これにより、モータハウジング１３の軸受部分の軸方向への突出を抑えることができ、モータ１０の小型化を図ることができる。

因みに、本実施形態のようにヨーク１４を電機子２０の内側に配置する構成とすることで、モータハウジング１３の材質を磁性金属とする必要がなく、また形状も適宜変更可能となり、設計の自由度が向上する。例えば、モータ部１１の駆動時に生じる騒音の周波数をモータハウジング１３の材質や形状にて容易に調整することもできる。

（２）本実施形態では、ヨーク１４の径方向内側に電機子２０の回転軸２１を支持するラジアル軸受１６及びスラスト軸受（ボール１７）がともに収容されることから、いずれか一方を収容する態様と比べて、よりモータ１０の小型化が図られている。

（３）本実施形態では、ヨーク１４の径方向内側にスラスト軸受（ボール１７）を保持する支持筒部１３ｂ（軸受保持部材）が挿入配置されている。これにより、ヨーク１４にて軸受（ボール１７）を保持する構成を考慮しなくて済む。つまり、ヨーク１４は磁性金属にて形成されることからその形状が簡単であることが望ましく、別途設けた支持筒部１３ｂをヨーク１４に挿入する本実施形態の構成では、ヨーク１４の形状の簡素化を図ることができる。

（４）本実施形態では、支持筒部１３ｂにスラスト軸受（ボール１７）が保持されるため、プレート１８やスラスト調整部材１９等を用いて複雑な構成となりがちなそのスラスト軸受であるボール１７を、ヨーク１４ではない支持筒部１３ｂにて容易に保持することができる。

（５）本実施形態では、支持筒部１３ｂにはヨーク１４が外嵌されて支持されていることから、ヨーク１４を支持する手段を別途設ける必要がなく、モータ１０の部品点数を低減することができる。

（６）本実施形態では、支持筒部１３ｂがモータハウジング１３に一体に設けられることから、モータ１０の部品点数を低減することができる。
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。

・上記実施形態では、ヨーク１４にてラジアル軸受１６を、モータハウジング１３の支持筒部１３ｂにてスラスト軸受（ボール１７）をそれぞれ保持する構成としたが、ヨーク１４にてラジアル軸受１６及びスラスト軸受（ボール１７）をともに保持する構成や、支持筒部１３ｂにてその両軸受を保持する構成としてもよい。また、モータハウジング１３に一体に設けられる支持筒部１３ｂに軸受を保持する構成としたが、この支持筒部１３ｂを軸受保持部材としてモータハウジングと別部材で構成してもよい。このようにすれば、モータハウジングの形状の自由度が向上する。

・上記実施形態では、ヨーク１４の径方向内側に、ラジアル軸受１６及びスラスト軸受（ボール１７）をともに収容配置する構成であったが、例えばラジアル軸受１６のみというようにいずれか一方の軸受のみを収容配置する構成としてもよい。

・上記実施形態では、スラスト軸受であるボール１７を収容する支持筒部１３ｂを六角筒状としたが、他の多角筒形状や円筒形状としてもよい。この場合、支持筒部１３ｂの形状に合わせてヨーク１４の形状を変更する。また、このヨーク１４を、筒状でなく軸方向に凹設した形状とし、その凹設部内に軸受を収容配置する構成としてもよい。

・上記実施形態では、固定用カラー２２の筒状部２２ｃの内周面で電機子コア２３を固定する構成としたが、図６に示すように、固定用カラー２２の筒状部２２ｃの外周面で電機子コア２３を固定する構成としてもよい。このようにすれば、巻線２４が整流子２５側に露出することから、巻線２４の端末２４ａと整流子２５との接続が容易となる。

・上記実施形態では、整流子２５の摺接面２５ａを軸直交平面とし、給電ブラシ３２をその摺接面２５ａに軸方向に接触させる構成としたが、図７に示すように、整流子２５の外周面を摺接面２５ａとし、給電ブラシ３２をその摺接面２５ａに径方向に接触させる構成としてもよい。

・上記実施形態では、補強リブ１３ｅをモータハウジング１３の底部１３ａから開口部１３ｃ側の取付部１３ｄまで連続して設けたが、例えば図８（ａ）のように、補強リブ１３ｅをモータハウジング１３の筒状部分の一部に設けてもよく、また図８（ｂ）のように、補強リブ１３ｅをモータハウジング１３の底部１３ａ部分と開口部１３ｃ部分（取付部１３付近）とに個々に設けてもよい。つまり、補強リブ１３ｅの形状を適宜変更し、モータ部１１の剛性のみならず、その駆動時に生じる騒音の周波数を調整することもできる。

また、補強リブ１３ｅをモータハウジング１３の底部１３ａ中央から開口部１３ｃ側の各取付部１３ｄに向けてそれぞれ４つを略等角度間隔に設けたが、その数及び形状を適宜変更してもよい。例えば図９（ａ）のように、モータハウジング１３の底部１３ａ中央から全周に亘って複数の補強リブ１３ｅを放射状に等間隔に設けてもよい。また図９（ｂ）のように、４つの補強リブ１３ｅを互いに平行に設けてもよい。また図９（ｃ）のように、４つの補強リブ１３ｅでモータハウジング１３の底部１３ａを囲むように設けてもよい。このようにしてモータ部１１の剛性の向上を図るとともに、その駆動時に生じる騒音の周波数を調整することもできる。また、モータハウジング１３を有底円筒状に形成したがこれに限らず、例えばモータ冷却用の孔を形成してもよい。

・上記実施形態では、モータ部１１と減速部１２とを一体に組み付けてなる減速機構付きのモータ１０に適用したが、例えばリンク機構内蔵のモータや、減速部を有していないモータに適用してもよい。

本実施形態におけるモータの構成図である。 モータ部の断面図である。 モータ部の底部側から見た平面図である。 モータ部の軸直交方向の断面図である。 ブラシホルダのモータ部側から見た平面図である。 別例におけるモータ部の断面図である。 別例におけるモータ部の断面図である。 （ａ）（ｂ）は各別例におけるモータ部の断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は各別例におけるモータ部の底部側から見た平面図である。

符号の説明

１０…モータ、１３…モータハウジング（ハウジング部材）、１３ｂ…支持筒部（軸受保持部材）、１４…ヨーク、１４ａ…外側面、１５…マグネット、１６…ラジアル軸受、１７…ボール（スラスト軸受）、２０…電機子、２１…回転軸、２３…電機子コア、２４…巻線、２５…整流子、３２…給電ブラシ。

Claims (6)

1. 給電ブラシが摺接する整流子を有した電機子がヨークに固着されたマグネットと対向配置され、前記電機子が前記給電ブラシからの給電に基づき回転駆動するブラシ付き直流モータであって、
   前記ヨークの外側面には前記マグネットが配置され、そのマグネットの径方向外側に前記電機子を構成すべく巻線が巻装された電機子コアが配置されるとともに、前記ヨークの径方向内側には、前記電機子の回転軸の基端部を支持する軸受が収容配置されたことを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記軸受は、前記電機子の回転軸を回転可能に支持するラジアル軸受、若しくは前記電機子の回転軸をスラスト方向に支持するスラスト軸受であることを特徴とするモータ。
3. 請求項１又は２に記載のモータにおいて、
   前記ヨークの径方向内側には、前記軸受を保持する軸受保持部材が挿入配置されたことを特徴とするモータ。
4. 請求項３に記載のモータにおいて、
   前記軸受保持部材には、前記電機子の回転軸のスラスト荷重を受けるスラスト軸受が保持されたことを特徴とするモータ。
5. 請求項３又は４に記載のモータにおいて、
   前記軸受保持部材には、前記ヨークが外嵌され支持されたことを特徴とするモータ。
6. 請求項３〜５のいずれか１項に記載のモータにおいて、
   前記電機子、前記ヨーク及び前記マグネットを少なくとも収容するハウジング部材を有し、
   前記軸受保持部材は、前記ハウジング部材に一体に設けられたことを特徴とするモータ。

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