JP2014099969A - Ｄｃモータ用磁石およびｄｃモータ - Google Patents

Abstract

【課題】角型ＤＣモータにおいて、モータ特性を低下させることなく、組み付け易く、生産性の良い形状の磁石を提供する。
【解決手段】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状態で挿入される中空筒状を有したステータマグネット２０において、角部２０ａでの厚さが厚く、角部２０ａ同士を連結する薄肉部２０ｂでの厚さが薄く形成されており、軸方向における一方の端側の端面の縁に、軸方向において傾斜するテーパ形状部２１が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＣモータ用磁石およびＤＣモータに関する。

軸方向から見た形状が略四角形の形状を有する角型ＤＣモータが知られている（例えば、特許文献１〜４を参照）。

特開2009-136055号公報 特開2011-15582号公報 特開2009-27908号公報 特開2010-104229号公報

角型ＤＣモータは、ステータ側の磁石（ステータマグネット）の軸方向から見た外形が略四角形状を有し、それを略四角形の断面形状を有するモータケースに収めた構造を有する。この構造では、ステータマグネットをモータケースに挿入する作業が必要となるが、ステータマグネットはモータケースに挿入される寸法に設定されているので、当該作業時に作業に手間取ったり、ステータマグネットの端面の縁が破損したりするという問題がある。このような背景において、本発明は、角型ＤＣモータにおいて、モータ特性を低下させることなく、組み付け易く、生産性の良い形状の磁石を提供することを目的とする。

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状態で挿入される中空筒状を有し、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ており、軸方向における少なくとも一方の端側の端面の外周側の縁が軸方向において傾斜するテーパ形状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１の発明によれば、ＤＣモータ用永久磁石をモータフレームに挿入する際、テーパ形状とされた部分をガイドとすることにより、作業性が改善され、また縁の部分の破損が抑えられる。

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、筒状の金型の軸方向における一方の端部の側から磁性粉末とバインダー樹脂との混練物を充填することで成形されており、前記テーパ形状が前記混練物の充填が行われなかった軸方向の端部の側に設けられていることを特徴とする。請求項２の発明によれば、混練物が充填される金型内の先端付近にテーパ形状が位置するので、テーパ形状となる部分を精度よく形成することができる。

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、前記混練物の前記金型への充填が前記角部の部分から行われていることを特徴とする。請求項３に記載の発明によれば、肉厚部に混練物のゲート（注入口）を設けることにより、材料の合わせ位置（ウェルド）が肉薄部となり磁気的な特性において肉厚部が均一になり安定する。また、磁性粉末とバインダー樹脂との混練物の移動経路が確保され、当該混練物の金型内への充填をスムーズに行える。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明において、ＤＣモータ用永久磁石は、前記角部が軸方向から押されることで、前記金型からの取り出しが行われることを特徴とする。請求項４の発明によれば、製品を傷つけること無く、確実にエジュクト（取り出し）が行える。

請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の発明において、ＤＣモータ用永久磁石は、前記混練物を磁場が印加された前記金型内に充填することで成形されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、ＤＣモータ用永久磁石の軸方向における端面に磁極の極性を示す識別マークが設けられていることを特徴とする。請求項６に記載の発明によれば、極性の識別マークをつけることにより、モータフレームとの組み立て工程において極性を合わせるための確認がし易くなる。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発明において、ＤＣモータ用永久磁石には、外周に周方向に延在した凹部が形成されていることを特徴とする。請求項７に記載の発明によれば、射出成形後における中央部のコアを抜く作業において、このコアにＤＣモータ用永久磁石が引きずられる現象が抑えられる。すなわち、長尺になると、筒型磁石の内径側に接触するコアを抜き出す際に当該コアに磁石がとられ易くなるが、磁石の外周に溝を設けることにより金型内に磁石が残り、上記コアの分離、ゲート側のランナーとの分離、およびエジュクトによる製品の取出しが確実となり、連続成形に支障が出なくなる。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のＤＣモータ用永久磁石と、前記永久磁石を収めたモータケースと前記ＤＣモータ用永久磁石の内側で回転可能なロータとを備えることを特徴とするＤＣモータである。

本発明によれば、角型のＤＣモータにおいて、モータ特性を低下させることなく、組み付け易く、生産性の良い形状の磁石が提供される。

実施形態のＤＣモータの側断面図である。 実施形態のＤＣモータの正面断面図である。 ステータマグネットの軸方向から見た正面図（Ａ）、軸方向で切断した断面図（Ｂ）および軸方向から背面図（Ｃ）である。 図３（Ａ）の一部を拡大した図（Ａ）と図３（Ｂ）の一部を拡大した図（Ｂ）である。

（概要）
図１および図２には、実施形態のＤＣモータ１が示されている。ＤＣモータ１は、ＤＣブラシモータであり、軸方向から見た外側の形状が図２に示すように、外形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て丸めた略角型の形状を有している。ここで、軸方向というのは、ＤＣモータ１における回転するシャフトの延在する方向として定義される。

ＤＣモータ１は、モータフレーム１０を備えている。モータフレーム１０は、磁性材料により構成され、ＤＣモータ１の外側のケースとして機能すると共に後述するステータマグネット２０のバックヨークとしても機能する。軸方向から見て、モータフレーム１０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丸くした形状の略四角の断面形状を有している。モータフレーム１０は、角が丸い四角い筒状の筒状部１１を有している。筒状部１１の片側の端部は、開放され、もう片側の端部は円盤部１２により蓋をされた構造を有している。円盤部１２の中心には、後述するシャフト３２が貫通する孔が設けられたボス部１２ａが設けられている。ボス部１２ａの内側には、シャフト３２を回転自在な状態で保持する軸受１３が取り付けられている。また、モータフレーム１０の軸方向における開放された側は、樹脂製のハウジング１７が取り付けられ、蓋がされている。

モータフレーム１０の内側には、本発明のＤＣモータ用永久磁石の一例であるステータマグネット２０が挿入され保持されている。ステータマグネット２０は、内側に円柱形状の空洞を有し、モータフレーム１０の内側に挿入可能な形状を有している。すなわち、ステータマグネット２０は、所定の厚さを有し、軸方向から見た外径形状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丸くした角が丸い四角形状を有し、内径形状が丸型の中空筒状の構造を有している。軸方向から見て、４ヶ所の角部２０ａは厚さが相対的に厚く、角部２０ａ同士を連結する薄肉部２０ｂでの厚さが相対的に薄く形成されている。

また、ステータマグネット２０の軸方向における一方の端面外周側の縁に、軸方向において傾斜するテーパ形状部２１が形成されている。ステータマグネット２０の内側には、隙間を隔ててロータ３３が配置されている。ロータ３３は、ロータコア３０、ロータコイル３１（図２では図示省略）、シャフト３２を有している。ロータコア３３は、図２に示す形状の電磁鋼板を複数枚軸方向で重ねた構造を有している、ロータコア３３は、放射状に形成された複数の突極３３aを有し、この突極３３aのそれぞれにロータコイル３１（図２では図示省略）が巻回されている。ロータコア３０の中心には、シャフト３２が固定されている。シャフト３２は、軸受１３，１４により、モータフレーム１０とハウジング１７に回転自在な状態で保持されている。

ハウジング１７には、給電端子１６が設けられ、給電端子１６から、ブラシ給電機構１６を介して、ロータコイル３２に駆動電力が供給される。ブラシ給電機構１６は、一般的なＤＣブラシレスモータにおけるものと同じであるので詳しい説明は省略する。

図３（Ａ）には、ステータマグネット２０を軸方向から正面図が示されている。図３（Ａ）のａ―ｂの線で切断した断面の様子が図３（Ｂ）に示されている。また、図３（Ａ）とは逆方向の端面の様子が図３（Ｃ）に示されている。図４（Ａ）には、図３（Ｂ）におけるＡの部分を拡大したものが示されている。図４（Ｂ）には、図３（Ｂ）におけるＢの部分を拡大したものが示されている。ここで、図３（Ｂ）の左側から見た状態が図３（Ａ）に示され、図３（Ｂ）の右側から見た状態が図３（Ｃ）に示されている。

ステータマグネット２０は、所謂プラスチック磁石であり、永久磁石の原料となる磁性粉末とバインダー樹脂との混練物を図示しない金型に充填する射出成形法により製造されている。図示しない金型への上記混練物の充填は、図３（Ｂ）の左側の方向から行われる。図４（Ａ）には、この射出成形工程におけるゲート（上記混練物が注入される注入口の部分）の位置およびその跡（注入後にゲートの跡が残る）が符号２３で示されている。

図示しない金型への上記混練部の充填は、当該金型内に所定の状態の磁場が加わる状態で行われる。この作業は、永久磁石を埋め込んだ金型や外部から磁場を加えた金型を用いることで、プラスチック磁石を構成する磁性粉末に磁気的な配向を与える公知の技術を利用して行われる。

図３（Ａ）に示すステータマグネット２０の端面には、識別マーク２４が設けられている。識別マーク２４は、切削加工等により形成されている。ステータマグネット２０は、上述した射出成形時に行われた磁気的に配向の方向（極性）を示すものである。なお、ステータマグネット２０は、射出成形による成形後に、４つの角部が周方向に沿ってＳＮＳＮとなるように更に着磁がされる。

図３（Ｃ）に示すように、ステータマグネット２０の軸方向における端部の外周側の縁の部分には、軸方向で傾斜するテーパ形状部２１が設けられている。テーパ形状部２１は、ステータマグネット２０端部における外周の縁の部分を面取りした形状を有している。この例において、テーパ形状部２１は、軸方向における一方の端部のみに設けられ、また４箇所の角部２０ａの部分に設けられている（薄肉部２０ｂには設けられていない）。なお、テーパ形状部２１を軸方向における両端部に設け、更に薄肉部２０ｂにも設けることも可能である。

図３に示すように、テーパ形状部２１は、図３（Ｂ）の右側の端部の縁、すなわち永久磁石の原料となる磁性粉末とバインダー樹脂との混練物の充填が行われなかった側の端部（つまり、上記混練物が進入して行く先端の部分）の縁に形成されている。ステータマグネット２０は、テーパ形状部２１の側を先頭にして、モータフレーム１０の内側に挿入される。この際、テーパ形状部２１の部分がモータフレーム１０の縁に接触し、テーパ形状部２１がガイドとなって上記の挿入がスムーズに行われる。このため、上記の挿入の工程の作業が容易となり、またステータマグネット２０の縁の損傷が抑えられる。なお、テーパ形状部２１を図３（Ａ）の端面側に設け、この側からモータフレーム１０への挿入を行う構造も可能である。

図３（Ｃ）には、エジェクト跡部２５が示されている。射出成形工程の後、エジェクト跡部２５にエジェクト用のピンを接触させ、金型からのステータマグネット２０の取り出しが行われる。なお、ステータマグネット２０の材質や条件によっては、エジュクト跡部２５の目視での確認が困難な場合もある。

図４（Ｂ）に示すように、ステータマグネット２０の外周には、周方向に延在する凹部（溝部）２２が設けられている。凹部２２は、以下の理由で設けられている。ステータマグネットマグネット２０は、図示しない金型を用いて形成されるが、この際に、ステータマグネット２０内側の円柱形状の空洞部分を形成するために、この部分には、円柱状のコアが配置される。このコアは、磁性粉末とバインダー樹脂との混練物を金型内に充填した後に取り除く必要がある。この工程において、当該コアにステータマグネット２０の内周面が密着し、コアと一体となってステータマグネット２０がコアについて移動してしまう問題が発生する場合がある。そこで、凹部２２を設けることで、金型内周面とステータマグネット２０との軸方向における引っ掛かり構造を与え、上記の問題の発生を抑えている。

図３および図４における寸法の設定としては、例えば、以下の範囲および値が採用される。まず、Ｌ/Ｓ＞１の場合、ＴをＬの３％〜１０％とする。また、Ｌ/Ｓ＜１の場合、ＴをＬの５％〜１８％とする。また、ｔは角部２０ａの厚みの１０％〜２０％とする。また、ｄは０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍとする。また、ＷはＬの２．５％〜６％とする。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

本発明は、角型のＤＣブラシレスモータに利用することができる。

１…ＤＣモータ、１０…モータフレーム、１１…筒状部、１２…円盤部、１２ａ…ボス部、１３…軸受、１４…軸受、１５…ブラシ給電部、１６…給電端子、１７…ハウジング、２０…ステータマグネット、２０ａ…角部、２０ｂ…薄肉部、２１…テーパ形状部、２２…凹部、２３…ゲート跡、２４…識別マーク、２５…エジェクト跡、３０…ロータコア、３０ａ…突極、３１…ロータコイル、３２…シャフト、３３…ロータ。

Claims (8)

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状態で挿入される中空筒状を有し、
   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ており、
   軸方向における少なくとも一方の端側の端面の外周側の縁が軸方向において傾斜するテーパ形状を有することを特徴とするＤＣモータ用永久磁石。
2. 筒状の金型の軸方向における一方の端部の側から磁性粉末とバインダー樹脂との混練物を充填することで成形されており、
   前記テーパ形状が前記混練物の充填が行われなかった軸方向の端部の側に設けられている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. 前記混練物の前記金型への充填が前記角部の部分から行わ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. 前記角部が軸方向から押されることで、前記金型からの取り出しが行われることを特徴とする請求項２または３に記載のＤＣモータ用永久磁石。
5. 前記混練物を磁場が印加された前記金型内に充填することで成形されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載のＤＣモータ用永久磁石。
6. 軸方向における端面に磁極の極性を示す識別マークが設けられていることを特徴とする請求項５に記載のＤＣモータ用永久磁石。
7. 外周に凹部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＤＣモータ用永久磁石。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のＤＣモータ用永久磁石と、
   前記永久磁石を収めたモータケースと
   前記ＤＣモータ用永久磁石の内側で回転可能なロータと
   を備えることを特徴とするＤＣモータ。
   
   
   

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