JP2009100528A - 直流モータ、および減速機付直流モータ - Google Patents

Abstract

【課題】コギングトルクを減少させつつ、必要最小限の永久磁石を用いて軽量化、低コスト化を図ると共に、モータ特性を向上させることができる直流モータ、および減速機付直流モータを提供する。
【解決手段】６極９スロット９セグメントの直流モータ２において、ヨーク５の筒部５３を６つの平坦壁５４と、これら６つの平坦壁５４をそれぞれ連結する６つの屈曲壁５５とで構成し、永久磁石７を平板形状に形成し、この永久磁石７を筒部５３の各平坦壁５４にそれぞれ配設した。
【選択図】図３

Description

この発明は、例えば車両に搭載される直流モータ、および減速機付直流モータに関するものである。

直流モータとしては、例えば、筒部を有するヨークの内周面にセグメント型の永久磁石を複数配設し、この永久磁石の内側にアーマチュアを回転自在に設けたブラシ付きの直流モータがある。アーマチュアは、回転軸に外嵌固定されたアーマチュアコアと、複数のセグメントが配設されたコンミテータとを有している。アーマチュアコアには、径方向に放射状に延びる複数のティースが設けられ、これらティース間に軸線方向に長いスロットが複数形成されている。このスロットからコイルが挿通され、各ティースにコイルが巻装されている。コイルは、コンミテータのセグメントに導通している。各セグメントは給電を行うためのブラシに摺接しており、このブラシを介してコイルに直流電流が供給されるようになっている。コイルに直流電流が供給されると磁界が形成され、この磁界と永久磁石との間に生じる磁気的な吸引力や反発力によってアーマチュアが回転する。

ところで、セグメント型の永久磁石を用いる場合、各永久磁石間に空隙が形成される。このため、永久磁石の周方向両端を境にして磁束の変化が大きくなる。このため、ここを通過する各ティースの磁気的な吸引力や反発力が大きく変化してコギングトルクが大きくなる。そこで、永久磁石の中央から周方向両端に向かうにしたがって徐々に永久磁石とアーマチュアコアとの間のエアギャップを大きくし、各ティースが永久磁石の両端を通過する際の磁気的な吸引力や反発力の変化を小さくする技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

また、永久磁石の周方向両端とアーマチュアコアとのエアギャップを確保しつつ、永久磁石の周方向両端の肉厚を中央部分の肉厚よりも厚く形成し、永久磁石のクラック割れを防止する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
さらに、ヨークの周壁であって各永久磁石間の空隙に対応する部位に、径方向外側に膨出する膨出部を設け、永久磁石の両端からヨークへの磁気漏れを低減する技術が提案されている。このようにすることで、直流モータのモータ特性の向上を図ると共に、ヨークの剛性を高めようとしている（例えば、特許文献４参照）。
特開昭５６−９４９５８号公報 特開２００５−２０９１４号公報 特開平９−２２４３３７号公報 特開平１１−１０３５４２号公報

しかしながら、上述の従来技術にあっては、セグメント型の永久磁石が瓦状に形成されているので永久磁石の加工厚さに制約を受けてしまう。このため、永久磁石の大きさを必要以上に大きくしなければならならず、とりわけ、永久磁石をネオジ焼結磁石などの希土類磁石を用いて成形する場合、切削加工が難しく薄肉化が困難であるという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、コギングトルクを減少させつつ、必要最小限の永久磁石を用いて軽量化、低コスト化を図ると共に、モータ特性を向上させることができる直流モータ、および減速機付直流モータを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、筒部を有するヨークと、前記筒部の内周面に固定された６つのセグメント型の永久磁石と、前記永久磁石の内側に回転自在に支持されたアーマチュアとを備え、前記アーマチュアは、回転軸と、前記回転軸に外嵌固定されるアーマチュアコアと、前記アーマチュアコアと隣接して設けられ９つのセグメントを周方向に配置したコンミテータとを備え、前記アーマチュアコアは、径方向に沿って延びる９つのティースと、前記ティース間に形成され軸線方向に沿って延びる９つのスロットとを有する６極９スロット９セグメントの直流モータにおいて、前記ヨークの前記筒部を６つの平坦壁と、これら６つの平坦壁をそれぞれ連結する６つの屈曲壁とで構成し、前記永久磁石を平板形状に形成し、該永久磁石を前記筒部の各平坦壁にそれぞれ配設したことを特徴とする。
この場合、請求項２に記載した発明のように、前記永久磁石は、希土類磁石であってもよい。
このように、６極９スロット９セグメントの直流モータにおいて、永久磁石を平板形状に形成することで、希土類磁石であっても切削加工等により容易に永久磁石の薄肉化を図ることが可能になる。
また、永久磁石の薄肉化が可能なのでヨークの外形を大きくすることなくヨークの内部空間を大きく確保することができ、アーマチュアコアを拡径することができる。
さらに、ヨークの筒部を６つの平坦壁と、これら６つの平坦壁をそれぞれ連結する６つの屈曲壁とで構成して断面略６角形状としている。このため、断面略円形状の筒部を有するヨークと比較して剛性を高めることができると共に、筒部の２面幅の大きさを断面略円形状の筒部の外径よりも小さくすることができる。
そして、筒部の平坦壁に平板形状の永久磁石を配設することで、永久磁石の中央から周方向両端に向かうにしたがって徐々に永久磁石とアーマチュアコアとの間のエアギャップを大きくすることができる。

請求項３に記載した発明は、前記筒部の各屈曲壁は、前記平坦壁の肉厚よりも厚い肉厚部を備えたことを特徴とする。
このように構成することで、ヨークの剛性をさらに高めることができる。また、各永久磁石間の磁路を確実に確保することができるので、各永久磁石間の磁束密度を低下させ、磁気漏れを低減することができる。

請求項４に記載した発明は、前記筒部の一方の開口縁に外フランジ部を設け、前記外フランジ部に段差部を形成したことを特徴とする。
このように構成することで、段差部がヨークの補強部として機能し、ヨークの剛性をより高めることができる。

請求項５に記載した発明は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の直流モータの前記回転軸に、ウォーム軸と、これに噛合いするウォームホイールとを有するウォーム減速機構を連結したことを特徴とする減速機付直流モータとした。

請求項１、および請求項２に記載した発明によれば、６極９スロット９セグメントの直流モータにおいて、永久磁石を平板形状に形成することで、希土類磁石であっても切削加工等により容易に永久磁石の薄肉化を図ることが可能になる。このため、永久磁石の軽量化、低コスト化を図ることができる。
また、永久磁石の薄肉化が可能なのでヨークの外形を大きくすることなくヨークの内部空間を大きく確保することができ、アーマチュアコアを拡径することができる。このため、従来よりもコイルの巻装スペースを確保することができ、コイルの巻装ターン数を増加させることでトルク性能を向上させることが可能になる。
さらに、ヨークの筒部を６つの平坦壁と、これら６つの平坦壁をそれぞれ連結する６つの屈曲壁とで構成して断面略６角形状としている。このため、断面略円形状の筒部を有するヨークと比較して剛性を高めることができると共に、筒部の２面幅の大きさを断面略円形状のヨークの外径よりも小さくすることができる。よって、直流モータの扁平化を図ることが可能になる。
そして、筒部の平坦壁に平板形状の永久磁石を配設することで、永久磁石の中央から周方向両端に向かうにしたがって徐々に永久磁石とアーマチュアコアとの間のエアギャップを大きくすることができる。このため、各ティースが永久磁石の両端を通過する際の磁気的な吸引力や反発力の変化を小さくすることができ、コギングトルクを減少させることが可能になる。

請求項３に記載した発明によれば、ヨークの剛性をさらに高めることができるため、モータ駆動時の振動を低減し、これに伴う騒音を低減することができる。
また、各永久磁石間の磁路を確実に確保することができるので、各永久磁石間の磁束密度を低下させ、磁気漏れを低減することができる。このため、モータ特性を向上させることができる。

請求項４に記載した発明によれば、段差部がヨークの補強部として機能し、ヨークの剛性をより高めることができるので、さらに低振動、低騒音化を図ることが可能になる。

請求項５に記載した発明によれば、コギングトルクを減少させつつ、必要最小限の永久磁石を用いて軽量化、低コスト化を図ると共に、モータ特性を向上させることができる減速機付直流モータを提供することができる。

次に、この発明の第一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１〜図３に示すように、減速機付直流モータ１は、例えば、車両のパワーウインドウ装置等に用いられるものであって、直流モータ２と直流モータ２の回転軸３に連結されたウォームギヤ減速機４とを備えている。
直流モータ２は６極モータであって、有底筒状のヨーク５内にアーマチュア６を回転自在に配置した構成となっている。

ヨーク５の筒部５３は、断面略６角形状に形成されており、６つの平坦壁５４と、これらを連結する屈曲壁５５とで構成されている。
各平坦壁５４の内面には、それぞれセグメント型の永久磁石７が設けられている。永久磁石７はネオジ焼結磁石などの希土類磁石で平板状に形成されたものであって、厚さ方向両端に対向配置され互いに平行な表面７ａ、および裏面７ｂと、これらの間に配置された側面７ｃとを有している。そして、永久磁石７は、裏面７ｂを筒部５３の平坦壁５４側に向けて固定されている。これにより、ヨーク５の屈曲壁５５は、各永久磁石７の側面７ｃの間に形成される空隙Ｋに対応して設けられた状態になっている。

ヨーク５の底壁（エンド部）５１には、中央に軸線方向外側に向かって突出するボス１９が形成され、ここに回転軸３の一端を軸支するための軸受け１８が圧入固定されていると共に、回転軸３のスラスト荷重を受ける円柱状の樹脂部材３５（例えば、ベスペル；ベスペルはデュポン株式会社の登録商標）が設けられている。
筒部５３の開口部５３ａには、直流モータ２をウォームギヤ減速機４に締結固定するための外フランジ部５２が設けられている。この外フランジ部５２は、軸線方向平面視で略５角形状に形成されており、筒部５３の回転軸３を中心にして対向する２つの平坦壁５４に沿う方向に長く延在している。外フランジ部５２の短手方向の幅Ｅ１は、筒部５３の回転軸３を中心にして対向する２つの平坦壁５４間の幅Ｅ２よりもやや大きく設定されている。なお、筒部５３の回転軸３を中心にして対向する２つの平坦壁５４間の幅Ｅ２は、筒部５３の回転軸３を中心にして対向する２つの屈曲壁５５間の幅Ｅ３よりも小さく設定されていることはいうまでもない。

外フランジ部５２の長手方向一端側には、頂点となる部分にボルト孔２４ａが１つ形成されると共に、他端側には各角部にそれぞれボルト孔２４ｂ，２４ｃが形成されている。
また、外フランジ部５２の中央寄りには、筒部５３側に向かって膨出する段差部５６が形成されている。この段差部５６は、筒部５３の開口縁を取り囲むように形成されており、長手方向両端に弧状に形成された弧状部５６ａ，５６ａを有している。

アーマチュア６は、回転軸３に外嵌固定されたアーマチュアコア８と、アーマチュアコア８に巻装されたアーマチュアコイル９と、回転軸３の他端側に配置されたコンミテータ１０とを備えている。アーマチュアコア８は、リング状の金属板１１を軸線方向に複数枚積層したものである。
金属板１１の外周部にはＴ字型の９つのティース１２が周方向に沿って等間隔で放射状に形成されている。各ティース１２は、径方向に延出する巻胴部１２ａと、巻胴部１２ａの先端に設けられ周方向に延在する外周部１２ｂとで構成されている。

すなわち、ティース１２の先端に設けられた外周部１２ｂがアーマチュアコア８の外周面を構成しており、永久磁石７の表面７ａと対向した状態になっている。
ここで、ティース１２の外周部１２ｂは軸線方向平面視で弧状に形成されているのに対し、これに対向する永久磁石７の表面７ａは平坦に形成されている。このため、永久磁石７の中央から周方向両端の側面７ｃに向かうに従って徐々に永久磁石７とアーマチュアコア８との間のエアギャップＧが大きくなる。

複数枚の金属板１１を回転軸３に外嵌固定することにより、アーマチュアコア８の外周には、隣接するティース１２間に蟻溝状のスロット１３が９つ形成されている。スロット１３は軸線方向に沿って延びており、周方向に沿って等間隔に複数形成されている。
これらスロット１３間にエナメル被覆の巻線１４を挿通し、ティース１２の巻胴部１２ａに絶縁材であるインシュレータ３９を介して巻線１４が巻装される。これにより、アーマチュアコア８の外周に、複数のアーマチュアコイル９が形成される。

コンミテータ１０は、回転軸３の他端側に外嵌固定されている。コンミテータ１０の外周面には、導電材で形成されたセグメント１５が９枚取り付けられている。
セグメント１５は軸線方向に長い板状の金属片からなり、互いに絶縁された状態で周方向に沿って等間隔に並列に固定されている。したがって、この第一実施形態の直流モータ２は、永久磁石７が６つ、スロット１３が９つ、セグメント１５が９枚の６極９スロット９セグメントで構成された直流モータとなっている。

各セグメント１５のアーマチュアコア８側の端部には、外径側に折り返す形で折り曲げられたライザ１６が一体成形されている。ライザ１６には、アーマチュアコイル９の巻き始め端部と巻き終わり端部となる巻線１４が掛け回わされ、巻線１４はヒュージングによりライザ１６に固定されている。これにより、セグメント１５とこれに対応するアーマチュアコイル９とが導通される。

このように構成されたコンミテータ１０は、ウォームギヤ減速機４のギヤハウジング２３に形成されたブラシ収納部２２に臨んだ状態で配設されている。
ブラシ収納部２２は、ギヤハウジング２３の直流モータ２側に凹状に形成されたものである。このブラシ収納部２２には、一対のブラシホルダ２０が内装されボルト１７によって締結固定されている。
ブラシホルダ２０には、それぞれ不図示のブラシがスプリング２１を介して付勢された状態で出没自在に内装されている。これらブラシの先端部は、スプリング２１によって付勢され、コンミテータ１０に摺接した状態になっている。

ギヤハウジング２３のブラシ収納部２２よりも径方向外側には、ヨーク５の３つのボルト孔２４ａ，２４ｂ，２４ｃに対応する部位に雌ネジ部（不図示）が刻設されている。これら雌ネジ部にボルト２４が螺入されることにより、直流モータ２がギヤハウジング２３に締結固定された状態になる。
ギヤハウジング２３は、ブラシ収納部２２の他に、ウォーム軸収容部２７とウォームホイール収容部２８とを有している。

ウォーム軸収容部２７には、直流モータ２の回転軸３の他端に連結されたウォーム軸２５が収容されている。
ウォーム軸２５の両端側は、ウォーム軸収容部２７に設けられた軸受け４０，４１によって回転自在に支持されている。ウォーム軸２５と直流モータ２の回転軸３とは互いに軸線方向に移動自在、かつ相対回転不能に連結されている。

また、ウォーム軸収容部２７の直流モータ２とは反対側には、クッションゴム３８が内装されている。このクッションゴム３８は、スラストプレート３７、および円柱状の樹脂部材３６（例えば、ベスペル）を介してウォーム軸２５を軸線方向に沿って直流モータ２側に向かって若干押圧している。したがって、樹脂部材３６とこれに対応するウォーム軸２５の先端との間に摺動摩擦抵抗が生じると共に、ヨーク５に設けられた樹脂部材３５とこれに対応する回転軸３の先端との間に摺動摩擦抵抗が生じるようになっている。

一方、ウォームホイール収容部２８には、ウォーム軸２５に噛合されるウォームホイール２６が収容されている。ウォームホイール２６には、このウォームホイール２６と共に回転可能に駆動連結された出力軸（不図示）が直流モータ２の回転軸３の直交方向に沿うように設けられている。なお、この不図示の出力軸が回転することによって車両のウインドウガラスが開閉する。
すなわち、前述したスラストプレート３７とこれに対応するウォーム軸２５の先端との間に生じる摺動摩擦抵抗は、ウインドウガラスの開閉動作の際、ウインドウガラスの自重によるウォーム軸２５の反転を防止するために作用するようになっている。

また、ギヤハウジング２３には、コネクタ２９が回転軸３の直交方向に沿うように外方（図１における上側）に向かって一体成形されている。このコネクタ２９は、外部からの電源を直流モータ２に供給するためのものである。
コネクタ２９には、不図示の接続端子が内装されており、この接続端子が直流モータ２の不図示のブラシに電気的に接続されている。これによって、外部からの電源がブラシを介してコンミテータ１０に供給される。
この他にギヤハウジング２３の外周部には、減速機付直流モータ１を固定するときに使用されるボルト孔３３が３箇所設けられている。

したがって、上述の第一実施形態によれば、６極９スロット９セグメントの直流モータ２において、永久磁石７を平板形状に形成することで、永久磁石７をネオジ焼結磁石などの希土類磁石で形成した場合であっても切削加工等により容易に永久磁石７の薄肉化を図ることが可能になる。このため、永久磁石７の軽量化、低コスト化を図ることができる。

また、永久磁石７を薄肉化することでヨーク５の外形を大きくすることなくアーマチュアコア８を拡径することができる。すなわち、永久磁石７の薄肉化に伴い、筒部５３の内部スペースＳ（図３参照）が大きくなる。このため、内部スペースＳが大きくなった分だけアーマチュアコア８を拡径させることができる。アーマチュアコア８を拡径することは、すなわち、ティース１２の巻胴部１２ａを径方向に長く形成することが可能になり、巻線１４のターン数を増大させることができるので、直流モータ２のトルク性能を向上させることが可能になる。

さらに、ヨーク５の筒部５３を６つの平坦壁５４と、これら６つの平坦壁５４をそれぞれ連結する６つの屈曲壁５５とで構成して断面略６角形状としている。このため、断面略円形状の筒部を有するヨークと比較して剛性を高めることができる。
これに加え、筒部５３の回転軸３を中心にして対向する２つの平坦壁５４間の幅Ｅ２を筒部５３の回転軸３を中心にして対向する２つの屈曲壁５５間の幅Ｅ３（図２参照）よりも小さく設定することができる。すなわち、従来のようにヨークの筒部が断面略円形状に形成されている場合の外径と比較して平坦壁５４間の幅Ｅ２を小さく設定することができる。このため、直流モータ２の扁平化を図ることが可能になり、減速機付直流モータ１の配置自由度を高めることができる。

そして、筒部５３の平坦壁５４に平板形状の永久磁石７が配設されているので、永久磁石７の中央から周方向両端の側面７ｃに向かうに従って徐々に永久磁石７とアーマチュアコア８との間のエアギャップＧが大きくなる。このため、各ティース１２の外周部１２ｂが永久磁石７の両端を通過する際の磁気的な吸引力や反発力の変化を小さくすることができ、コギングトルクを減少させることが可能になる。

また、筒部５３の開口部５３ａに、直流モータ２をウォームギヤ減速機４に締結固定するための外フランジ部５２を設け、この中央寄りに筒部５３側に向かって膨出する段差部５６を形成している。このため、段差部５６がヨーク５の補強部として機能し、ヨーク５の剛性をさらに高めることができる。よって、直流モータ２の駆動に伴う振動や、振動による騒音を低減することができる。

次に、この発明の第二実施形態を、図１を援用し図４に基づいて説明する。なお、第一実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明を省略する。
この第二実施形態において、減速機付直流モータ１は、例えば、車両のパワーウインドウ装置等に用いられるものであって、直流モータ２と直流モータ２の回転軸３に連結されたウォームギヤ減速機４とを備えたものである点、直流モータ２は、有底筒状のヨーク６０内にアーマチュア６を回転自在に配置した構成となっており、セグメント型であって平板状の永久磁石７が６つ、スロット１３が９つ、セグメント１５が９枚の６極９スロット９セグメントで構成されている点、ヨーク６０の筒部６１が断面略６角形状に形成されており、６つの平坦壁５４と、これらを連結する屈曲壁５５とで構成されている点等の基本的構成は上述の第一実施形態と同様である。

ここで、第二実施形態では、ヨーク６０の筒部６１の屈曲壁５５の肉厚を平坦壁５４の肉厚よりも厚く設定することで、屈曲壁５５に肉厚部６２を６箇所設けている。
この肉厚部６２は屈曲壁５５の内側に設けられ、肉厚部６２の内面６２ａは隣接する平坦壁５４同士に跨るように平面に形成されている。

したがって、上述の第二実施形態によれば、前述した第一実施形態と同様の効果に加え、肉厚部６２が屈曲壁５５の補強部として機能することができるので、ヨーク６０の剛性をさらに高めることができる。このため、より直流モータ２の低振動化、低騒音化を図ることが可能になる。
また、各永久磁石７の側面７ｃの間に形成される空隙Ｋに対応する屈曲壁５５に肉厚部６２を設けることで、各永久磁石間７の磁路を確実に確保してヨーク５内の各永久磁石７間の磁束密度を減少させることができる。このため、各永久磁石７の磁気漏れを低減することができ、さらに直流モータ２のモータ特性を向上させることができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
また、上述の実施形態では、減速機付直流モータ１は、例えば、車両のパワーウインドウ装置等に用いられるものである場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、減速機付直流モータ１は、車両の電動シート、サンルーフ、および電動パワーステアリング、並びに車両以外の電装品など、さまざまな装置に適用することが可能である。

本発明の実施形態における減速機付直流モータの構成を示す断面図である。 本発明の第一実施形態における直流モータの斜視図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第二実施形態における直流モータの横断面図である。

符号の説明

１ 減速機付直流モータ
２ 直流モータ
３ 回転軸
５，６０ ヨーク
６ アーマチュア
７ 永久磁石
８ アーマチュアコア
９ アーマチュアコイル（コイル）
１０ コンミテータ
１２ ティース
１２ａ 巻胴部
１２ｂ 外周部
１３ スロット
１５ セグメント
２５ ウォーム軸
２６ ウォームホイール
５２ 外フランジ部
５３，６１ 筒部
５３ａ 開口部
５４ 平坦壁
５５ 屈曲壁
５６ 段差部
５６ａ 弧状部
６２ 肉厚部
Ｋ 空隙
Ｇ エアギャップ
Ｓ 内部スペース

Claims (5)

1. 筒部を有するヨークと、
   前記筒部の内周面に固定された６つのセグメント型の永久磁石と、
   前記永久磁石の内側に回転自在に支持されたアーマチュアとを備え、
   前記アーマチュアは、
   回転軸と、
   前記回転軸に外嵌固定されるアーマチュアコアと、
   前記アーマチュアコアと隣接して設けられ９つのセグメントを周方向に配置したコンミテータとを備え、
   前記アーマチュアコアは、
   径方向に沿って延びる９つのティースと、
   前記ティース間に形成され軸線方向に沿って延びる９つのスロットとを有する６極９スロット９セグメントの直流モータにおいて、
   前記ヨークの前記筒部を６つの平坦壁と、これら６つの平坦壁をそれぞれ連結する６つの屈曲壁とで構成し、
   前記永久磁石を平板形状に形成し、該永久磁石を前記筒部の各平坦壁にそれぞれ配設したことを特徴とする直流モータ。
2. 前記永久磁石は、希土類磁石であることを特徴とする請求項１に記載の直流モータ。
3. 前記筒部の各屈曲壁は、前記平坦壁の肉厚よりも厚い肉厚部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直流モータ。
4. 前記筒部の一方の開口縁に外フランジ部を設け、
   前記外フランジ部に段差部を形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の直流モータ。
5. 請求項１〜請求項４の何れかに記載の直流モータの前記回転軸に、
   ウォーム軸と、これに噛合いするウォームホイールとを有するウォーム減速機構を連結したことを特徴とする減速機付直流モータ。
   
   
   

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