JP2010161924A - 電気モータ - Google Patents

Abstract

【課題】電気モータ用の改良されたセラミック永久磁石固定子を提供する。
【解決手段】電気モータは、固定子及び回転子を有する。固定子は、ハウジングと、その中に配置される単一セラミック永久磁石とを有する。磁石はＣ字型断面である。組立中に、磁石は、ハウジングへ挿入できるように弾力で変形される。ハウジングの内径は、弛緩状態の磁石の外径より小さく、ハウジングに挿入されると、磁石は、ハウジングにより弾性変形状態に保たれる。従って、磁石は、ハウジングの内面に作用する半径方向の力を発生し、磁石がハウジングにしっかり保持される。磁石の周囲方向対向端の間にスロットが形成される。スロットは、磁石の一方の軸方向端から他方の軸方向端まで延びる。スロットにはスペーサが圧入され、スペーサとハウジングとの間にインターロック構造体が配置されて、磁石がハウジングに対して動くのを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気モータに係り、より詳細には、永久磁石固定子を有する電気モータ、特に、ＰＭＤＣマイクロモータに係る。

内部回転子永久磁石直流（ＰＭＤＣ）モータは、永久磁石固定子と、この固定子に配置された回転子とを有する。固定子は、ハウジングと、接着剤、磁石ホルダ又は他の手段によりハウジングの内面に取り付けられた複数の個々の磁石とを備えている。

しかしながら、アッセンブル中に複数の個々の磁石を互いに同軸的に保持するのは困難である。更に、複数の磁石をハウジングに取り付けるには時間もかかる。磁石が多いほど、困難さが著しく、従って、アッセンブルに要する時間も長くなる。

ＰＭＤＣモータにはセラミックリング磁石が使用されているが、セラミック磁石はもろい性質であるため、アッセンブルすることと、磁石をハウジングに保持する接着剤とを許すように、ハウジングと磁石との間にギャップを設けている。このギャップは、固定子の効率を低下させる。接着剤を使用すると、接着剤が固定するに要する時間のためにアッセンブルプロセスの速度が落ち、その間、固定子を動かすことができない。接合型又はゴムリング型磁石も知られており、ゴム磁石のストリップを丸めてハウジングに入れることによって作られる。しかしながら、ゴム磁石は柔軟で、セラミック磁石のようにもろくないが、電力密度が非常に低く、従って、電力密度の低いモータにしか適していない。しかしながら、スペースが貴重であるために、ほとんどの用途では、より小さなモータから大きな電力が要求される。

セラミック磁石とは、磁石が一般的に焼結又は同様のプロセスにより形成される硬く、高密度で、もろい性質であることを意味する。もろい性質であるが、セラミック磁石は、ある範囲内で弾性変形することができる。

そこで、上述した問題を克服する電気モータ用の改良されたセラミック永久磁石固定子が要望されている。

これは、本発明では、Ｃ字型断面をもち、磁石をハウジングに接触させるように磁石を弾性変形させるような磁石を使用することで達成される。

従って、本発明は、その１つの態様において、固定子及び回転子を有し、固定子が、ハウジングと、ハウジング内に配置された単一のセラミック永久磁石とを含む電気モータにおいて、磁石はＣ字型断面を有し、磁石の周囲方向対向端の間にはスロットが形成され、このスロットは、磁石の一方の軸方向端から他方の軸方向端まで延び、更に、磁石は、ハウジングの内面に対して半径方向の力を発生して磁石をハウジング内に保持するよう弾力で変形される、電気モータを提供する。

好ましくは、ハウジング及び磁石は、各々、円筒形状を有し、そしてハウジングの内径は、弛緩状態における磁石の外径より若干小さい。

好ましくは、スロットは、固定子の軸に平行である。

好ましくは、スロットは、非均一な巾を有する。

好ましくは、磁石をハウジングと接触するように弾力で押しやるためにスロットにスペーサが配置される。

好ましくは、磁石がハウジングに対して周囲方向に移動するのを防止するためにスペーサとハウジングとの間にインターロック構造体が配置される。

好ましくは、インターロック構造体は、スペーサ及びハウジングの一方に形成された凹所と、スペーサ及びハウジングの他方に形成されて凹所と係合される突起とを含む。

好ましくは、スペーサは、台形型断面を有し、この台形型断面の長辺は、ハウジングの内面に隣接している。

或いは又、スペーサは、両端先細形状又はＵ字形状の断面を有する。

好ましくは、ハウジングは、その内面に形成された内側ねじを有し、又、磁石は、その外面に形成された外側ねじを有し、外側ねじが、内側ねじに係合される。

以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を一例として説明する。２つ以上の図に現れる同じ構造物、要素又は部品は、一般的に、それらが現れる全ての図において同じ参照番号で示す。図示されたコンポーネント及び特徴部の寸法は、一般的に、表現の便宜上及び明瞭化のために選択されたものであって、必ずしも正しいスケールで示されていない。

本発明の好ましい実施形態による電気モータの固定子を示す部分分解斜視図である。 図１の固定子の磁石の斜視図である。 図１の固定子の断面図である。 図２の磁石の端面図である。 あるスロット形状をもつ磁石の斜視図である。 別のスロット形状をもつ磁石の斜視図である。 更に別のスロット形状をもつ磁石の斜視図である。 本発明の第２の実施形態による電気モータの固定子を示す部分分解斜視図である。 図８の固定子の断面図である。 図８の固定子の長手方向断面図である。 図１０の包囲部分の拡大図である。 本発明の第３の実施形態による電気モータの固定子を示す部分分解斜視図である。 図１２の固定子の断面図である。 本発明の第４の実施形態による電気モータの固定子を示す部分分解斜視図である。 図１４の固定子の断面図である。 本発明の第５の実施形態による電気モータの固定子を示す部分分解斜視図である。 図１６の固定子の断面図である。 本発明の第６の実施形態による電気モータの固定子の部分分解、部分断面斜視図である。 本発明を適用できる電気モータを示す図である。

図１９は、本発明を適用できる典型的なＰＭＤＣモータ１２を示す。このモータは、ハウジング２０に嵌合された永久磁石を含む永久磁石固定子を有する。磁石は、単一片セラミック又は焼結磁石である。これは、希土類又はより一般的な組成のものでよい。ハウジング２０は、開放端を有する種々の深絞りのもので、開放端は、モータ端子１５及びブラシギア（図示せず）を支持するエンドキャップによって閉じられる。ハウジングは、エンドキャップ１４を貫通して延びるモータシャフト１３を含む巻線型回転子を収容する。

図１は、第１の好ましい実施形態による電気モータの固定子１０を示す。この固定子１０は、ハウジング２０と、ハウジング２０内に配置された単一片磁石３０とを備えている。固定子は、磁石の形状を示すために部分的に分解されて示されている。完全にアッセンブルされた位置では、磁石がハウジングに完全に挿入され、ハウジングは、磁石のための一次磁束戻り路をなす。

この実施形態では、ハウジング２０が円筒状構成である。図２に示すように、磁石３０も、Ｃ字型断面の実質的に円筒状構成である。実際に、Ｃ字型磁石は、リング磁石をカットすることにより形成される。従って、磁石３０の周囲方向に面する２つの端の間にスロット３２が形成され、磁石３０の一方の軸方向端から他方の軸方向端へと延びている。アッセンブルの前に、弛緩状態における磁石３０の外径は、ハウジング２０の内径より若干大きい。アッセンブル中に、磁石３０が圧迫されて弾力で変形され、これにより、その外径を減少させ、磁石３０をハウジング２０内に挿入できるようにする。この弾性変形は、スロット３２の巾を減少させる。磁石３０がハウジング２０に挿入された後に、磁石３０が解放される。磁石３０は、その元の形状に戻ろうとするが、ハウジングによって制約が課せられているために戻ることができないので、図３に示すように、弾性変形により回復力Ｆを発生する。この力Ｆは、ハウジング２０の内面に半径方向に作用する。従って、磁石３０は、ハウジング２０にしっかり保持される。

図４に示すように、磁石３０は、２極、４極、６極、８極、等の複数の極を有するように分極又は荷電される。

スロット３２は、製造を容易にするためにハウジング２０の軸と平行であるのが好ましい。或いは又、スロット３２は、図５に示すように、ハウジング２０の軸に対して傾斜又はスキューされてもよい。

スロット３２は、これも製造を容易にするために均一な巾であるのが好ましい。或いは又、スロット３２は、非均一な巾でもよく、例えば、スロット３２の巾は、図６に示すように、一端から他端へ徐々に増加されてもよいし、又はスロット３２は、図７に示すように、各々均一な巾の２つの区分を含み、その一方の区分が他方の区分より狭くなるようにしてもよい。

図８から１１に第２の好ましい実施形態が示されている。この実施形態では、スペーサ３４がスロット３２に挿入され、磁石３０の２つの周囲方向対向端の間にサンドイッチされる。磁石３０の外径は、ハウジング２０の内径より若干大きくてもよいし、若干小さくてもよいし、又はそれに等しくてもよい。アッセンブル中に、磁石３０がハウジング２０内に挿入される。磁石の外径が、ハウジングの内径以上である場合には、磁石３０が圧迫されて弾力で変形され、これにより、その外径を減少させて、ハウジングに容易に挿入できるようにする。磁石３０がハウジング２０に挿入された後に、スペーサ３４をスロット３２へ圧入して、磁石３０の周囲方向対向端が互いに離れるようにする。磁石の弛緩外径がハウジングの内径以下である場合は、磁石が弾力で変形されて、ハウジング２０の内面に作用する半径方向の力を発生する。磁石３０がハウジングより大きい場合は、スペーサ３４が、磁石の弾性回復力を助成し、磁石によりハウジングに加えられる半径方向の力を増加する。従って、スペーサ３４を伴う磁石３０は、ハウジング２０にしっかり保持される。

磁石３０がハウジング２０に対して移動するのを防止するためにスペーサ３４とハウジング２０の内面との間にインターロック構造体が配置されるのが好ましい。このインターロック構造体は、スペーサ３４及びハウジング２０の一方に形成された凹所と、スペーサ３４及びハウジング２０の他方に形成されて凹所に係合される突起とで構成される。この実施形態では、スペーサ３４の半径方向外面に凹所３５が形成され、そしてハウジング２０の内面に突起２１が形成されて凹所３５に係合する。

スペーサの形状は、便宜上選択されてもよいが、図９に示すように、短い縁と、この短い縁に対向する長い縁とを有し、短い縁が固定子の中心に接近するような台形断面のスペーサが特に好ましい。この構成は、スペーサが磁石とハウジングとの間に楔固定されて、固定子の半径方向に移動したり外れたりすることがないという点で自己支持型である。又、スペーサは、インターロック構造体により軸方向に移動することも防止され、従って、それを位置保持するための付加的な部品を必要としない。

或いは又、スペーサ３５の台形断面の短い縁が、図１２及び１３に示すように、固定子の中心から離れる方向を向いてもよい。しかしながら、上述したように、この構成は、自己支持型ではない。

或いは又、図１４及び１５に示すように、スペーサ３５の断面が両端先細形状で、その中間部が両端より半径方向に広くてもよい。このように、磁石の対向端が同様の形状をしている場合でも、スペーサを自己支持型とすることができる。

図１６及び１７に示す別の実施形態では、スペーサ３４の断面がＵ字型で、その開放端が固定子の中心を向いている。Ｕの基部は、ハウジングに隣接され、上述したインターロック構造体は、スペーサ３４の基部の凹所３５と、ハウジング２０の内面に形成された突起２１とで構成される。突起２１は、ハウジングの外面を型抜きするか又はプレス加工することで形成されるのが最も便利である。

図１８は、本発明の別の実施形態による固定子の部分分解図である。ハウジング２０は、その内面に内側ねじ２２が形成されており、そして磁石３０は、その外面に外側ねじ３１が形成されている。外側ねじ３１は、内側ねじ２２と係合して、磁石を保持する助けをし、磁石をハウジングへねじ込むことでハウジングに嵌合することができる。この実施形態では、磁石がハウジングにねじ込まれるときに磁石を弾性変形するように、磁石の外径がハウジングの内径より若干大きいのが好ましい。

或いは又、磁石をハウジングと接触するよう弾力で押しやるためにスロットにスペーサが圧入される。これは、図８又は図１４の実施形態の構成と同様であり、弛緩状態における磁石の外径がハウジングの内径より小さい場合に特に有用である。

上述した実施形態は、セラミック又は焼結単一片永久磁石をハウジングに嵌合してＰＭＤＣモータの永久磁石固定子を形成するための簡単で有効な構成体を提供することにより本発明の有用性を示している。これは、１００ワット未満の範囲の小型モータ及びマイクロモータのような小サイズモータに特に有用である。

本発明の説明及び特許請求の範囲において、動詞「備える(comprise)」、「含む(include)」、「収容する(contain)」及び「有する(have)」並びにその変化は、各々、ここに述べたアイテムの存在を特定するために包括的な意味で使用され、付加的なアイテムの存在を除外するものではない。

本発明は、１つ以上の好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定されるものとする。

１０：固定子
１２：ＰＭＤＳモータ
１３：シャフト
１４：エンドキャップ
１５：端子
２０：ハウジング
２１：突起
３０：磁石
３２：スロット
３４：スペーサ
３５：凹所

Claims (10)

1. 固定子及び回転子を有し、固定子が、ハウジングと、ハウジング内に配置された単一のセラミック永久磁石とを含む電気モータにおいて、磁石はＣ字型断面を有し、磁石の周囲方向対向端の間にはスロットが形成され、このスロットは、磁石の一方の軸方向端から他方の軸方向端まで延び、更に、磁石は、ハウジングの内面に対して半径方向の力を発生して磁石をハウジング内に保持するように弾力で変形されることを特徴とする電気モータ。
2. 前記ハウジング及び前記磁石は、各々、円筒形状を有し、そして前記ハウジングの内径は、弛緩状態における前記磁石の外径より若干小さい、請求項１に記載のモータ。
3. 前記スロットは、前記固定子の軸に平行である、請求項１又は２に記載のモータ。
4. 前記スロットは、非均一な巾を有する、請求項１、２又は３に記載のモータ。
5. 前記磁石を前記ハウジングと接触するように弾力で押しやるために前記スロットに配置されたスペーサを更に備えた、請求項１から４のいずれかに記載のモータ。
6. 前記磁石が前記ハウジングに対して周囲方向に移動するのを防止するために、前記スペーサと前記ハウジングとの間にインターロック構造体が配置される、請求項５に記載のモータ。
7. 前記インターロック構造体は、前記スペーサ及び前記ハウジングの一方に形成された凹所と、前記スペーサ及び前記ハウジングの他方に形成されて凹所と係合される突起とを含む、請求項６に記載のモータ。
8. 前記スペーサは、台形型断面を有し、この台形型断面の長辺が前記ハウジングの内面に隣接している、請求項５、６又は７に記載のモータ。
9. 前記スペーサは、両端先細形状又はＵ字形状の断面を有する、請求項５、６又は７に記載のモータ。
10. 前記ハウジングは、その内面に形成された内側ねじを有し、又、前記磁石は、その外面に形成された外側ねじを有し、外側ねじが、内側ねじに係合される、請求項１から９のいずれかに記載のモータ。

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