JP2009136055A - Ｄｃモータ用永久磁石およびそれを用いたｄｃモータ - Google Patents

Abstract

【課題】角型ＤＣモータのモータフレームの内側に装着する際に精度良く位置決めすることができる永久磁石を提供する。
【解決手段】ＤＣモータ用永久磁石１は、所定の厚さを有し、断面が多角形の各辺の一部を残しながら角部を内側に押し潰した形状の筒状部を有するモータフレームの内側に密接させた中空筒状の永久磁石１であって、永久磁石１の角部３ａ、３ｂでの厚さが厚く、角部３ａ、３ｂ同士を連結する連結部での厚さが薄く形成された永久磁石１において、永久磁石１の一方端側の端面９の角部３ａに軸方向に突出する突起部６を一体に成形すると共に突起部６の端面に凹部７を形成し、凹部７の底面に射出成形時のゲート跡８を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石に関し、特に角型ＤＣモータのモータフレームの内側に密着配置させたＤＣモータ用永久磁石およびそれを用いたＤＣモータに関する。

従来、小型のＤＣモータにおいては、モータを容易に固定するために断面四角形の形状のモータフレームを備えた角型のＤＣモータが知られている。このような角型ＤＣモータでは、モ−タフレームの角部で界磁マグネットを厚くすることにより、界磁マグネットのパーミアンス係数が大きくなって高トルクが得られると共に、あたかも正弦波状磁化曲線が得られてコギングトルクが低減できる。このような角型のＤＣモータに使用する永久磁石としては、モータフレームと同様に断面四角形の筒状体に形成してモータフレームの内側に密着配置したＤＣモータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図７に特許文献１のマグネットを適用したモータの断面図を示す。界磁マグネット３０はモ−タフレーム３１の角部３２での厚さが厚く、連結部３３での厚さが薄くなった断面四角形の筒状体を構成している。このような筒状体に形成された界磁マグネット３０をモータフレーム３１の内側に装着する場合、軸方向で精度良く所定の位置に位置決めして装着する必要がある。このため、スペーサ機能を有する保持リングを装着して界磁マグネットの位置決めを行う構造（例えば、特許文献２参照）や、プレス加工にてモータフレームの内側に位置決め用の凸部を形成して界磁マグネットの位置決めを行う構造（例えば、特許文献３参照）が知られている。

また、上記特許文献２や特許文献３の構成では、プレス加工や別部品が必要となるため、安価にできないという問題がある。このため、安価で、且つ、界磁マグネットを精度良く位置決めすることができる小型ＤＣモータが提案されている（例えば、特許文献４参照）。図８は、特許文献４において、ケーシング内にマグネットを装着した状態を示す断面図であり、図９は図８のマグネットの底面図である。マグネット４１は、圧縮成形にて成形されたプラスチックマグネットで、マグネット４１の軸方向下端面の周縁部には所定間隔を有して複数の凸部４２が形成されている。凸部４２は同一形状に形成され、マグネット４１と一体に成形されている。そして、マグネット４１は凸部４２をケーシング４０の底面４３に載設してケーシング４０内に装着され、精度良く位置決めされている。
特開２００７−００６６８８号公報 実開昭５６−７８６８１号公報 特開平６−２４５４５２号公報 特開２００１−１５７３８８号公報

特許文献４における界磁マグネット４１は、その厚さが等しい円筒状で構成されているため、圧縮成形でも形成できる。しかしながら、図７に示すような、角部３２での厚さが厚く、連結部３３での厚さが薄くなった断面四角形の筒状体からなる界磁マグネット３０を圧縮成形にて作製する場合、界磁マグネット３０における角部３２と連結部３３での厚さが異なるため、角部３２と連結部３３の箇所に流入する粉体にばらつきが生じて均一な成形体を作製することが難しく、その結果、連結部３３の箇所にヒビや割れが生じ易いという問題がある。

本発明の目的は上記の点に鑑み、角型ＤＣモータのモータフレームの内側に装着する際に精度良く位置決めすることができる永久磁石を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、所定の厚さを有し、断面が多角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状の筒状部を有するモータフレームの内側に密接させた中空筒状の永久磁石であって、前記永久磁石の角部での厚さが厚く、前記角部同士を連結する連結部での厚さが薄く形成された永久磁石において、前記永久磁石の一方端側の端面の角部に軸方向へ突出する突起部を一体に成形すると共に前記突起部の端面に凹部を形成し、前記凹部の底面に射出成形時のゲート跡を有することを特徴とするＤＣモータ用永久磁石である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記突起部を形成した側の端面部分に補強部を一体に成形したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記角部で軸方向に突出する複数の突起部の端面のうち一つおきに前記凹部が形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記突起部の端面に形成される凹部の中心位置は、対角線に対して時計回りまたは反時計回りにずれていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、前記モータフレームは軟磁性材料で形成された筒状部を有し、前記筒状部内に請求項１から４のいずれか一項に記載の永久磁石を挿入し、前記永久磁石の突起部の端面を前記筒状部の端板部に当接させて装着したことを特徴とするＤＣモータである。

請求項１に記載の発明によれば、角部での厚さが厚く、角部同士を連結する連結部での厚さが薄く形成された中空筒状の永久磁石は、異なる肉厚を有する形状であるが、射出成形により形成されるため、均一な成形体として容易に作製される。また、この永久磁石の一方端の角部において軸方向に突出する突起部がスペーサの機能を有する結果、永久磁石はモータフレーム内に精度良く位置決めされて装着される。このため、モータフレームに永久磁石を位置決めするための追加工や、永久磁石を保持するための新たなスペーサ部材が不要となり、製造工程が簡略化されると共に安価なＤＣモータを作製することができる。

さらに、永久磁石をモータフレームに配置する設計上、射出成形後に永久磁石に形成されるゲート跡を除去する必要があるが、本発明に係る永久磁石の場合、その突起部の端面に凹部が形成され、射出成形機のゲートの先端部はこの凹部の中に配置されるため、ゲート跡が凹部の底面に形成される。このゲート跡は永久磁石の位置決めの設計上邪魔とならないため、射出成形の後工程としてゲート跡を取り除く必要はない。したがって、作業効率が更に向上するという効果を得ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、突起部を形成した側の端面部分に補強部が一体に形成されるため、この端面部分の半径方向における肉厚が厚くなり、永久磁石の強度が向上する。特に角部での厚さが厚く、角部同士を連結する連結部での厚さが薄く形成された中空筒状の永久磁石の場合、最も薄い連結部でヒビや割れ等が生じやすいため、小型化する上でこの補強部が重要となる。また、ＤＣモータの組み立て時に受ける衝撃やＤＣモータを使用する際に受ける衝撃に対する耐久性も向上する。

請求項３に記載の発明によれば、永久磁石の角部に形成された複数の突起部の端面のうち一つおきに凹部が形成されていることにより、この凹部に形成されるゲート跡も一つおきに形成される態様となる。この態様によれば、射出成形により僅かなウェルドラインが形成された場合でも、ウェルドラインの形成される位置は肉厚が最も厚い角部となる。このため、最も薄い連結部にウェルドラインが形成される場合と比べて、ヒビや割れ等の損傷を低減させることが可能となる。なお、ウェルドラインとは、射出成形において、金型内で溶融樹脂の流れが合流して融着した部分に細い線が発生する現象のことをいう。

請求項４に記載の発明によれば、突起部の端面に形成される凹部の中心位置が、対角線に対して時計回りまたは反時計回りにずれているため、この凹部の底面に形成されるゲート跡も対角線に対してずれる態様となる。したがって、射出成形時に溶融した樹脂が合流する位置は、肉厚が最も薄い連結部からずれるため、射出成形により僅かなウェルドラインが形成された場合でも、最も薄い連結部にウェルドラインが形成される場合と比べて、ウェルドラインによるヒビや割れなどの損傷を低減させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１から４のいずれか一項に記載の永久磁石の突起部の端面をモータフレームの筒状部の端板部に当接させるという簡易な作製工程により、永久磁石が精度良く位置決めされたＤＣモータを作製することができる。また、軟磁性材料で形成された圧延鋼板のモータフレームの内面に永久磁石を位置決めする凸部を追加工する工程が不要であり、また永久磁石とは別に新たなスペーサ部材も不要であるため、作業効率が向上すると共に安価なＤＣモータを作製することができる。

（１）第１の実施形態
（ＤＣモータ用永久磁石の構成）
以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。図１は第１の実施形態に係るＤＣモータ用永久磁石の上面図であり、図２は第１の実施形態に係るＤＣモータ用永久磁石の図１におけるＡ−Ａ断面図であり、図３は第１の実施形態に係るＤＣモータ用永久磁石の底面図である。

第１の実施形態に係る永久磁石１は、サマリウム−鉄−窒素（Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ）からなる希土類磁石粉末と樹脂バインダーとして熱可塑性樹脂（例えば、ナイロン６又はナイロン１２などのポリアミド樹脂）とを含んだ混練物を溶融し、溶融した混練物を金型に射出成形した後、冷却、固化して作製された希土類ボンド磁石である。永久磁石１の形状は、例えば、一辺１７ｍｍ×１７ｍｍ×全高２３ｍｍ、最厚部４の厚さＷ１が１．６ｍｍ、最薄部５の厚さＷ２が０．３ｍｍであり、角部３ａ、３ｂがＲ面を形成し、断面が四角形で中空の筒状体である。そして、永久磁石１は、最厚部４が磁極を形成するようにＮ極、Ｓ極が交互に着磁され、磁極数は４極となる。

筒状体２は中空であって、一方端側の端面９（上面）の４箇所の角部３ｂが最厚部４を形成し、最厚部４同士を連結する箇所が最薄部５を形成する。そして、この一方端側の端面９の角部３ａにはそれぞれ軸方向に突出する突起部６が一体に形成されており（図１では４個）、突起部６の高さは１．５ｍｍである。突起部６の端面には少なくとも１つ以上の凹部７が形成されるが、本実施形態に係る永久磁石１は、全ての突起部６の端面に形成されている。この凹部７の中に射出成形機のゲート（ピンゲート）の先端部が配置（この場合、ピンゲートの数は４箇所）され、サマリウム−鉄−窒素（Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ）からなる希土類磁石粉末とナイロン６又はナイロン１２を含んだ混練物が、シリンダ内で所定温度に加熱溶融される。溶融された混練物は、所定圧力にて４箇所のピンゲートから金型の内部に射出され、射出された混練物は、冷却、固化された後、金型から取り出される。このように射出成形機のピンゲートが、突起部６に形成された凹部７の中に配置され、溶融した混練物がこのピンゲートから金型内に射出されるため、凹部７の底面にゲート跡８が形成される。

永久磁石１は、その全長が他方端の端面１０（底面）から突起部６の端面までの距離Ｌとして規定されて成形されるため、凹部７の底面にゲート跡８が形成されても後加工にてゲート跡８を取り除く必要がない。また、ＤＣモータのモータフレーム内に永久磁石１を装着するとき、筒状体２の一方端の角部３ａに形成された突起部６がスペーサとして機能するため、永久磁石１とは別のスペーサ部材が不要であると共に、永久磁石１を容易に精度良く位置決めすることができる。

なお、本実施形態では、モータフレームの断面形状が四角形の場合を想定して、四角形の永久磁石について説明するが、これに限定されるものではなく、任意の多角形の構成も同様である。また、永久磁石１に用いる希土類磁石粉末はネオジム−鉄−ホウ素系（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系）磁石粉末であっても、サマリウム−コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ系）磁石粉末であっても勿論よく、高い磁気特性を必要としない用途であれば、フェライト磁石粉末を用いたフェライトボンド磁石であってもよいことは勿論である。

（ＤＣモータ用永久磁石の製造方法）
次に、ＤＣモータ用永久磁石の製造方法について簡単に説明する。まず、サマリウム−鉄−窒素（Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ）からなる希土類磁石粉末と樹脂バインダーとして熱可塑性樹脂であるナイロン６又はナイロン１２とからなるコンパウンドが混練される。この際、適宜潤滑剤などの添加物を添加させてもよい。射出成形機は、金型のキャビティ内で溶融した混練物が合流する際に発生するウェルドラインを防止するため、ホットランナー方式が好適である。混練物はこの射出成形機のホッパーに投入され、シリンダ内で所定の温度に加熱されて溶融される。

一方、金型のキャビティ内への注入口であるピンゲートは、永久磁石１の突起部６に形成された凹部７の中に４箇所配置される。溶融した混練物は、ウェルドラインが形成され難い所定温度および所定圧力にて４箇所のピンゲートから金型のキャビティ内に射出される。そして、キャビティ内で混練物が冷却、固化され、希土類ボンド磁石が成形される。その後、冷却、固化した永久磁石１が突き出しピンにより突き出されて金型から取り出される。この際に形成される突き出しピン跡は、他方端側の端面１０（底面）の最厚部４に形成されることが好ましい。この態様によれば、最薄部５が突き出される場合と比べて、永久磁石１のヒビや割れなどの損傷を防止することができる。一方、４箇所のピンゲートのゲート跡８は、突起部６に形成された凹部７の底面に形成される。永久磁石１は、その全長が他方端の端面１０（底面）から突起部６の端面までの距離Ｌと規定されて成形されるため、ゲート跡８は設計上不都合とならならず、射出成形後の工程でゲート跡８を取り除く必要がない。このため、作業効率が向上し、安価なＤＣモータ用永久磁石が作製可能となる。

（ＤＣモータの構成および組み立て）
以下、このＤＣモータ用永久磁石を利用したＤＣモータの構成およびその組み立てについて簡単に説明する。図４は第１の実施形態に係るＤＣモータの図１におけるＡ−Ａ断面図である。

ＤＣモータ１１は、主にモータフレーム１３と、永久磁石１と、アマチュアコア１４と、巻線１５と、シャフト１６と、軸受１７、１８と、整流子１９と、ブラシ２０と、端子２１と、エンドブロック２２とを備えている。ＤＣモータ１１は、いわゆるブラシ付ＤＣモータであり、ブラシ２０および整流子１９により巻線に流れる電流の向きが切り替えられ、磁界の向きが変化することで回転力が生成される。

モータフレーム１３は、一定の厚さの軟磁性鋼板（例えば、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ））により絞り加工にて形成され、軸方向Ｘに対する断面が四角形の各辺の一部を残しながら角部を内側に押し潰した形状の中空筒状部を有している。永久磁石１は、外周面に接着剤等が塗布され、その突起部６の端面を先頭にしてモータフレーム１３の筒状部の内側に軸方向Ｘへ挿入される。そして、突起部６がモータフレーム１３の筒状部の端板部１２に当接した位置で、永久磁石１はモータフレーム１３の内側に固着位置決めされる。一方、巻線１５が巻回されたアマチュアコア１４と整流子１９とがシャフト１６の所定の位置に圧入固定される。そして、シャフト１６は、モータフレーム１３の端板部１２に固定された軸受１７内に挿入位置決めされる。その後、軸受１８、ブラシ２０および端子２１が取り付けられたエンドブロック２２が、モータフレーム１３の後部を塞ぐように取り付けられる。

以上により、永久磁石１は一体に成形された突起部６によってモータフレーム１３の筒状部の内側に容易に位置決めされる。このため、軟磁性材料で形成された圧延鋼板のモータフレーム１３の内面に永久磁石１を位置決めするための突起部を設ける追加工が不要であり、また、また永久磁石とは別に新たなスペーサ部材も不要であるため、作業効率が向上すると共に安価なＤＣモータを作製することができる。

（第１の実施形態の優位性）
まず第１に、本発明に係る永久磁石は射出成形により形成される希土類ボンド磁石であるため、異なる肉厚を有する形状であっても、均一な成形体を容易に形成することができる。すなわち、第１の実施形態に係る永久磁石１は、角型ＤＣモータ１１のモータフレーム１３の内側に密接配置させるものであるため、角部３ａ、３ｂでの厚さが厚く、角部３ａ、３ｂ同士を連結する連結部での厚さが薄い中空筒状であるが、射出成形により形成されるため、このように肉厚の異なる形状であっても均一な成形体を容易に作製することができる。一方、圧縮成形にて作製する場合には、角部と連結部の箇所に流入する粉体にばらつきが生じて均一な成形体を作製することが難しく、その結果、厚さが薄い連結部の箇所にヒビや割れが生じ易いという問題がある。

第２に、永久磁石１の一方端側の端面９（上面）の角部４に軸方向に突出する突起部６がスペーサの機能を有する結果、永久磁石１がモータフレーム１３内に精度良く位置決めして装着される。この突起部６は永久磁石１と同一材料で一体に射出成形されるため、モータフレーム１３に永久磁石１を位置決めする凸部を追加工したり、新たなスペーサ部材が備える必要がなくなる。このため、作業効率が向上すると共に安価なＤＣモータを作製することができる。

第３に、第１の実施形態に係る永久磁石１によれば、その突起部６の端面に凹部７が形成され、この凹部７の中に射出成形機のピンゲートが配置されるため、ゲート跡８が凹部７の底面に形成される態様となる。このゲート跡８は、永久磁石１をモータフレームに配置する設計上邪魔とならないため、射出成形の後工程としてゲート跡８を取り除く必要がなくなる。したがって、作業効率が更に向上するという効果を得ることができる。

（２）第２の実施形態
（ＤＣモータ用永久磁石の構成および優位性）
第２の実施形態に係るＤＣモータ用永久磁石は、図１〜図３に示す第１の実施形態に係るＤＣモータ用永久磁石の構成において、突起部６を形成した一方端側の端面９（上面）部分の内周面全周に亘って補強部２３を備える。補強部２３は永久磁石１と共に一体に射出形成され、突起部６を形成した一方端側の端面９部分における半径方向の肉厚を厚くするため、永久磁石１の強度を向上させることができる。特に角部３ｂが最厚部４を形成し、最厚部４同士を連結する箇所が最薄部５を形成する中空筒状の永久磁石１の場合、最薄部５の箇所でヒビや割れ等が生じやすいため、小型化する上で補強部２３が重要となる。この補強部２３によれば、ＤＣモータ１１の組み立て時に永久磁石１が受ける衝撃やＤＣモータ１１を使用する際に永久磁石１が受ける衝撃に対する耐久性が向上する。

なお、永久磁石１は、他方端側の端面１０（底面）部分に内周面全周に亘る補強部を備える態様でもよい。この際、補強部の形状は補強部２３と同様の形状でもよいし、半径方向の肉厚を厚くする形状であれば異なっていてもよい。また、この補強部は永久磁石１と一体に成形されることが好ましい。この態様によれば、永久磁石１全体の強度を向上させることができると共に、永久磁石１は一方端側の端面９（上面）部分に形成された補強部２３と磁気特性上の均衡を図ることができる。

（３）第３の実施形態
（ＤＣモータ用永久磁石の構成および優位性）
図５は、第３の実施形態に係るＤＣモータ用永久磁石の上面図である。永久磁石２は、図１に示す永久磁石１において、角部３ａに形成された複数の突起部６の端面のうち一つおきに凹部７が形成されている。この例において、永久磁石２は、右上および左下の凹部７が無い態様となっているが、左上および右下の凹部７が無い態様でも勿論よい。この場合、この凹部７に形成されるゲート跡８も一つおきに形成される態様となる。したがって、射出成形機のピンゲートが配置される数も少なくなるため、射出成形時の所要時間は図１に示す永久磁石１と比べて僅かに劣るが、図５に示す永久磁石２の態様によれば、射出成形により僅かなウェルドラインが形成された場合であっても、ウェルドラインが形成される位置Ｗは最厚部４となるため、最薄部５にウェルドラインが形成される場合と比べて、ヒビや割れ等の損傷を低減させることができる。

なお、永久磁石が四角形ではなく、五角形、六角形、七角形などの多角形の場合も同様であり、角部に形成された複数の突起部の端面のうち一つおきに凹部を形成することにより、最厚部である角部にウェルドラインが形成され易くなる。

（４）第４の実施形態
（ＤＣモータ用永久磁石の構成および優位性）
図６は、第４の実施形態に係るＤＣモータ用永久磁石の上面図である。永久磁石３は、図１に示す永久磁石１において、永久磁石３の突起部６の端面に形成される凹部２４の中心位置が、永久磁石３の対角線Ｂ及びＣに対して反時計回りにずれている。この場合、射出成形機の４箇所のピンゲートの位置もずれるため、射出成形後に形成されるゲート跡２５の位置も対角線Ｂ及びＣに対して反時計回りにずれる。この態様によれば、射出成形時に溶融した混練物が４箇所のピンゲートから射出されて合流する位置はおよそＷとなる。したがって、射出成形時に僅かにウェルドラインが形成された場合であっても、ウェルドラインが形成される位置は、最薄部５の位置から厚みがある位置Ｗにずれる。このため、最薄部５にウェルドラインが形成される場合と比べて、ヒビや割れなどの損傷を低減させることができる。

なお、永久磁石３の凹部２４の中心位置は、対角線Ｂ及びＣに対して反時計回りではなく、時計回りにずれている態様でも勿論よい。この場合、凹部２４に形成されるゲート跡２５の位置も対角線Ｂ及びＣに対して時計回りにずれる態様となり、上記と同様の効果を得ることができる。

本発明は、多角形の角型ＤＣモータ、特に小型化が要求される角型ＤＣモータに利用することができる。

第１及び第２の実施形態に係るＤＣモータ用永久磁石の上面図である。 第１及び第２の実施形態に係るＤＣモータ用永久磁石のＡ−Ａ断面図である。 第１及び第２の実施形態に係るＤＣモータ用永久磁石の底面図である。 第１及び第２の実施形態に係る永久磁石を利用したＤＣモータの断面図である。 第３の実施形態に係るＤＣモータ用永久磁石の上面図である。 第４の実施形態に係るＤＣモータ用永久磁石の上面図である。 従来の一例を示す角型マグネットの断面図である。 従来の一例を示す下端面に凸部を有する円形マグネットの断面図である。 従来の一例を示す下端面に凸部を有する円形マグネットの底面図である。

符号の説明

１、２６、２７…永久磁石、２…筒状体、３ａ、３ｂ…角部、４…最厚部、５…最薄部、６…突起部、７、２４…凹部、８、２５…ゲート跡、９…一方端側の端面、１０…他方端側の端面、１１…ＤＣモータ、１２…端板部、１３…モータフレーム、１４…アマチュアコア、１５…電機子巻線、１６…シャフト、１７、１８…軸受、１９…整流子、２０…ブラシ、２１…端子、２２…エンドブロック、２３…補強部。

Claims (5)

1. 所定の厚さを有し、断面が多角形の各辺の一部を残しながら角を内側に押し潰した形状の筒状部を有するモータフレームの内側に密接させた中空筒状の永久磁石であって、前記永久磁石の角部での厚さが厚く、前記角部同士を連結する連結部での厚さが薄く形成された永久磁石において、
   前記永久磁石の一方端側の端面の角部に軸方向へ突出する突起部を一体に成形すると共に前記突起部の端面に凹部を形成し、前記凹部の底面に射出成形時のゲート跡を有することを特徴とするＤＣモータ用永久磁石。
2. 前記突起部を形成した側の端面部分に補強部を一体に成形したことを特徴とする請求項１に記載のＤＣモータ用永久磁石。
3. 前記角部で突出する複数の突起部の端面のうち一つおきに前記凹部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のＤＣモータ用永久磁石。
4. 前記突起部の端面に形成される凹部の中心位置は、対角線に対して時計回りまたは反時計回りにずれていることを特徴とする請求項２に記載のＤＣモータ用永久磁石。
5. 前記モータフレームは軟磁性材料で形成された筒状部を有し、前記筒状部内に請求項１〜４のいずれか一項に記載の永久磁石を挿入し、前記永久磁石の突起部の端面を前記筒状部の端板部に当接させて装着したことを特徴とするＤＣモータ。
   

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