JP2019009941A - 直流モータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトが時計方向及び反時計方向のうちのいずれか一方のみに回転可能な直流モータを提供する。【解決手段】直流モータ１０１は、ヨークハウジング１０２と、ヨークハウジング１０２の内側に配置された筒型の永久磁石１１３とを備え、永久磁石１１３は、ヨークハウジング１０２を基準として筒型の内周方向に沿って内周面を複数の区分１１８〜１２１に分けられ、シャフト１０４が時計方向に回転可能な場合には、第１の区分１１８はＮ極に着磁され、第１の区分１１８に隣接する第２の区分１１９及び第３の区分１２０はＳ極に着磁され、シャフト１０４が反時計方向に回転可能な場合には、第１の区分１１８はＳ極に着磁され、第２の区分１１９及び第３の区分１２０はＮ極に着磁され、シャフト１０４が時計方向のみ及び反時計方向のみに回転可能な各直流モータ１０１において、ブラシ以外の部品の形状は同一である。【選択図】図１Ｆ

Description

本発明は、シャフトを時計方向及び反時計方向のうちのいずれか一方向のみに回転させることができる直流モータ及びその製造方法に関するものである。

特許文献１の直流モータは、円筒状のヨークに間隙をおいて等分にされた複数のマグネットで４ｎ磁極（ｎは３の倍数を除く自然数）を構成するマグネットヨーク、各マグネットの内周側には回転可能に収容されている、回転軸を有する電機子を備え、複数のマグネットの内周側には、等間隔で複数の溝部が形成されると共に、各マグネットには少なくとも一つ以上の非磁束部が形成され、非磁束部を境に両側は異極とされ、各マグネットは、溝部と同じ幅及び角度で間隙を置いて配置され、各間隙と各溝部は、円周方向に沿って同じ幅及び角度で形成されている。
特許文献２のモータは、リング状でラジアル方向に多極着磁されている永久磁石からなる磁極と、その内側に配置されている突極を有するコアとを備える。

特開２０１２−２２７９７８号公報 特公平７−８９７２８号公報

特許文献１の直流モータにおいては、回転軸が時計方向のみに回転可能な直流モータと回転軸が反時計方向のみに回転可能な直流モータにおいて、ブラシの位置を同じにする場合には、回転軸の回転方向に応じてヨークに貼り付けるマグネットの位置を変更して別々にマグネットヨークを構成する必要がある。また、同じヨークマグネットを使用する場合には、回転軸の回転方向に応じてブラシの位置を変更して別々にブラシを収容するブラシホルダを構成する必要がある。また、ブラシの位置を同じにし、同じヨークマグネットを使用する場合には、回転軸の回転方向に応じて別々の電機子を構成する必要がある。また高速に回転軸を回転させる場合には、整流子とブラシを介しての電流が流れる方向が切り換わる転流によって、電流が電機子に流れ始める時間は遅延する。

特許文献２のモータにおいても、リング状の永久磁石を備えているが、特許文献１と同様の問題点を有する。

従って、本発明の目的は、上記問題点を解決して、部品を共通化することによって低廉に製造することができる直流モータを提供することである。

本発明の１つの観点によれば、シャフトを時計方向及び反時計方向のうちのいずれか一方向のみに回転させることができる直流モータを製造する方法が、ヨークハウジングを提供するステップａ）と、ヨークハウジングの内側に、筒型の永久磁石を配置するステップｂ）と、ステップｂ）の後に、ヨークハウジングを基準として、筒型の内周方向に沿って内周面を複数の区分に分け、隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように、永久磁石を着磁するステップｃ）と、永久磁石の内側に、シャフトを中心として回転できるように、導電線が巻装された電機子コア、及び導電線の始端及び終端に接続されている整流子を含む電機子を配置するステップｄ）と、整流子に摺接するように、複数のブラシを配置するステップｅ）とを含み、ステップｃ）は、シャフトをいずれか一方向に回転させる場合には、複数の区分のうちの第１の区分の少なくとも一部をＮ極に着磁し、第１の区分に隣接する第２及び第３の区分のそれぞれの少なくとも一部をＳ極に着磁するステップを更に含み、シャフトをいずれか一方向と反対方向に回転させる場合には、第１の区分の少なくとも一部をＳ極に着磁し、第２及び第３の区分のそれぞれの少なくとも一部をＮ極に着磁するステップを更に含み、少なくともステップａ）、ｂ）、及びｄ）は、シャフトを時計方向に回転させる場合及びシャフトを反時計方向に回転させる場合において共通である。

本発明の一具体例によれば、上記方法において、ステップｅ）は、シャフトを時計方向に回転させる場合及びシャフトを反時計方向に回転させる場合において、それぞれ異なる形状の複数のブラシを配置するステップを更に含む。

本発明の一具体例によれば、上記方法において、ステップｃ）は、第１の区分と第２の区分の間の境界が永久磁石の軸線方向に対して１５°〜２５°のスキューを有し、及び／又は、第１の区分と第２の区分のそれぞれの最大表面磁束密度の領域が各区分の２５％〜５５％の範囲を有するように着磁するステップを更に含む。

本発明の一具体例によれば、上記方法において、ステップｃ）は、整流子と複数のブラシとの間の摺接部分の切り換わりによって生じる導電線での転流のタイミングを早めるために、シャフトの回転方向に応じて、摺接部分に対して着磁される複数の区分の位置を移動させるステップを更に含む。

本発明の一具体例によれば、上記方法において、ステップｂ）は、ヨークハウジングの内側に永久磁石を圧入するステップを更に含む。

本発明の一具体例によれば、上記方法において、ステップｂ）は、ヨークハウジングの内側の少なくとも１箇所に接着剤を塗布するステップを更に含む。

本発明の一具体例によれば、上記方法において、永久磁石の極対数が２である。

本発明の一具体例によれば、上記方法において、電機子コアが、半径方向に延伸するように配置された複数のティースを有し、複数のティースの隣り合う２つのティースの間にはスロットが設けられ、ステップｄ）は、導電線がスロットを通るように、各ティースに導電線を巻装するステップを更に含む。

本発明の一具体例によれば、上記方法において、複数のティースの個数が、永久磁石の極対数に対して７倍、９倍、及び１１倍のうちの何れかである。

本発明の別の観点によれば、シャフトを時計方向及び反時計方向のうちのいずれか一方向のみに回転させることができる直流モータの筒型の永久磁石を着磁する装置が、着磁ヨークを備え、直流モータのヨークハウジングの内側に配置された永久磁石が、着磁ヨークの外周面を囲むように配置され、着磁ヨークが、直流モータのブラシの位置に関連付けられたヨークハウジングを基準として、永久磁石の内周面を筒型の内周方向に沿って複数の区分に分け、シャフトをいずれか一方向に回転させる場合には、複数の区分のうちの第１の区分の少なくとも一部をＮ極に着磁し、第１の区分に隣接する第２及び第３の区分のそれぞれの少なくとも一部をＳ極に着磁し、シャフトをいずれか一方向と反対方向に回転させる場合には、第１の区分の少なくとも一部をＳ極に着磁し、第２及び第３の区分のそれぞれの少なくとも一部をＮ極に着磁することができるように構成されている。

本発明の別の観点によれば、シャフトを時計方向及び反時計方向のうちのいずれか一方向のみに回転させることができる直流モータが、ヨークハウジングと、ヨークハウジングの内側に配置された筒型の永久磁石と、シャフトを中心として回転できるように永久磁石の内側に配置され、導電線が巻装された電機子コア、及び導電線の始端及び終端に接続されている整流子を含む電機子と、整流子に摺接するように配置された複数のブラシとを備え、永久磁石は、ブラシの位置に関連付けられたヨークハウジングを基準として筒型の内周方向に沿って内周面を複数の区分に分けられ、隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように着磁され、シャフトをいずれか一方向に回転させる場合には、複数の区分のうちの第１の区分の少なくとも一部はＮ極に着磁され、第１の区分に隣接する第２及び第３の区分のそれぞれの少なくとも一部はＳ極に着磁され、シャフトをいずれか一方向と反対方向に回転させる場合には、第１の区分の少なくとも一部はＳ極に着磁され、第２及び第３の区分のそれぞれの少なくとも一部はＮ極に着磁され、シャフトを時計方向のみに回転させることができる直流モータ、及びシャフトを反時計方向のみに回転させることができる直流モータのそれぞれの各ヨークハウジング、各永久磁石、各電機子、及び各整流子の形状は、同一である。

本発明の別の観点によれば、シャフトを時計方向及び反時計方向のうちのいずれか一方向のみに回転させることができる直流モータに使用されることができるヨークハウジングが、ヨークハウジングの内側に配置された筒型の永久磁石を備え、永久磁石は、直流モータが備えるブラシの位置に関連付けられたヨークハウジングを基準として筒型の内周方向に沿って内周面を複数の区分に分けられ、隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように着磁され、シャフトをいずれか一方向に回転させる場合には、複数の区分のうちの第１の区分の少なくとも一部はＮ極に着磁され、第１の区分に隣接する第２及び第３の区分のそれぞれの少なくとも一部はＳ極に着磁され、シャフトをいずれか一方向と反対方向に回転させる場合には、第１の区分の少なくとも一部はＳ極に着磁され、第２及び第３の区分のそれぞれの少なくとも一部はＮ極に着磁され、シャフトを時計方向のみに回転させることができる直流モータ、及びシャフトを反時計方向のみに回転させることができる直流モータにそれぞれ使用される各ヨークハウジング、及び各永久磁石の形状は、同一である。

本発明によれば、シャフトを時計方向のみに回転させることができる直流モータ、及びシャフトを反時計方向のみに回転させることができる直流モータにおいて、ヨークハウジング、永久磁石、電機子、整流子、等の多数の部品を共通化することができ、低廉に直流モータを製造することができる。更に、直流モータのコギングトルクの発生を抑制することができ、且つ、運転時の電磁振動を低減することができる。

なお、本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。

本発明の一実施形態としての直流モータの一方向からの側面図である。 図１Ａの直流モータを、シャフトを中心にして９０°回転させた場合の側面図である。 図１Ａの直流モータを、シャフトを中心にして図１Ｂに対して逆に９０°回転させた場合の側面図である。 図１Ａの直流モータの上面図である。 図１Ａの直流モータの下面図である。 図１Ａの直流モータを、Ｉ−Ｉ線で切断した場合の矢印から見た側部断面図である。 図１Ａの直流モータの電機子の一方向からの側面図である。 図２Ａの電機子の下面図である。 図２Ａの電機子の上面図である。 図１Ａの直流モータの上部ブラケットの一方向からの側面図である。 図３Ａの上部ブラケットの上面図である。 図３Ａの上部ブラケットの下面図である。 上部ブラケットの別の実施例の下面図である。 図１Ａの直流モータのヨークハウジングの一方向からの側面図である。 図４Ａのヨークハウジングの内側に永久磁石を配置した場合の上面図である。 図４Ａのヨークハウジングを、ＩＩ−ＩＩ線で切断した場合の矢印から見た側部断面図である。 本発明の一実施形態としての着磁装置の、ヨークハウジングを配置し、シャフトが時計方向に回転するように永久磁石を着磁する場合の一方向からの側面図である。 図５Ａの着磁装置に配置されたヨークハウジングを、ＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した場合の矢印から見た断面図である。 シャフトが時計方向に回転するように永久磁石を４極に着磁した場合の上面図である。 図５Ｃのように永久磁石を４極に着磁した場合の角度に対する表面磁束密度の一実施例としての着磁波形を示す図である。 図５Ａの着磁装置の、ヨークハウジングを配置し、シャフトが反時計方向に回転するように永久磁石を着磁する場合の一方向からの側面図である。 図５Ｅの着磁装置に配置されたヨークハウジングを、ＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した場合の矢印から見た断面図である。 シャフトが反時計方向に回転するように永久磁石を４極に着磁した場合の上面図である。 図５Ｇのように永久磁石を４極に着磁した場合の角度に対する表面磁束密度の一実施例としての着磁波形を示す図である。 永久磁石を４極に着磁する場合における一実施例を表す概略図である。 永久磁石を４極の着磁する場合における別の実施例を表す概略図である。 図１Ａの直流モータの時計方向回転用ブラシの斜視図である。 図６Ａの時計方向回転用ブラシの一方向からの側面図である。 図６Ａの時計方向回転用ブラシと整流子との間の摺接を示す上面図である。 図１Ａの直流モータの反時計方向回転用ブラシの斜視図である。 図６Ｄの反時計方向回転用ブラシの一方向からの側面図である。 図６Ｄの反時計方向回転用ブラシと整流子との間の摺接を示す上面図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

図１Ａ〜図６Ｆを参照して、本発明の直流モータの実施例を説明する。

図１Ａ〜図１Ｆに示すように、直流モータ１０１は、上部に開口部を有するヨークハウジング１０２と、ヨークハウジング１０２とは互いの端部にて嵌合してヨークハウジング１０２の上部の開口部を覆ってエンドハウジングを構成する上部ブラケット１０３（ヨークハウジング１０２に対して上部ブラケット１０３が配置されている方向を上とする）を備える。直流モータ１０１は、ヨークハウジング１０２と上部ブラケット１０３との間から外方に延びている、直流モータ１０１を駆動するための電流を供給する外部電源接続端子１０６を備える。上部ブラケット１０３には、ブラシを収容するためのブラシホルダ１０９が設けられている。上部ブラケット１０３の上部の中心には、シャフト１０４が外部に突出することを可能にする上部開口部１０５が設けられていてもよい。ヨークハウジング１０２の下部の中心には、シャフト１０４が外部に突出することを可能にする下部開口部１０８が設けられていてもよい。また、ヨークハウジング１０２の下部には、直流モータ１０１をねじ止めしてモータホルダ等に固定するためのねじ穴１０７が設けられていてもよい。なお、図１Ｄに示すように、直流モータ１０１を上部から見てシャフト１０４の右回りの回転を時計方向回転（ＣＷ回転）、シャフト１０４の左回りの回転を反時計方向回転（ＣＣＷ回転）とする。

図１Ｆに示すように、直流モータ１０１のヨークハウジング１０２と上部ブラケット１０３で形成される内部には、電機子１１４がシャフト１０４を中心にしてシャフト１０４とともに回転可能に収容されている。シャフト１０４は、上部ブラケット１０３の上部中心及びヨークハウジング１０２の下部中心とそれぞれに配置されている、同心円状の上部軸受部１１０及び下部軸受部１１１により回転可能に支持されている。ヨークハウジング１０２の内側には、電機子１１４を取り囲むように、一体化された筒型（リング状）の永久磁石１１３が配置されている。永久磁石１１３は、中空を有する円柱（円筒型）であってもよいし、中空を有する正多角柱であってもよい。複数の永久磁石をヨークハウジング１０２の内側に貼り付ける場合においては、各永久磁石の寸法バラツキ及び各永久磁石の貼り付け装置のバラツキによる寸法差が生じ、この寸法差によって電機子の回転時における電磁力の変動が生じ、電磁振動の発生原因となっていた。しかし、永久磁石１１３を筒型に一体化とすることにより、この寸法差を解消することができるため、電機子１１４の回転時における電磁力の変動を低減して、電磁振動を抑制することができ、また、永久磁石１１３をヨークハウジング１０２に貼り付けるための工数を削減することができる。

図２Ａ〜図２Ｃに示すように、ヨークハウジング１０２と上部ブラケット１０３で形成される内部に収容されている電機子１１４は、ヨークハウジング１０２の内側に配置された永久磁石１１３の内側に回転可能に配置された電機子コア１１５を含む。電機子コア１１５は、半径方向に延伸するように配置された複数のティース１１６を有し、複数のティース１１６の隣り合う２つのティース１１６の間に設けられたスロットを通って、導電線（巻線）１１７が各ティース１１６を跨ぐようにしてコイル状に巻装されている。この例ではティース１１６を４個跨いで複数回巻回され各単位巻線を構成している。また、シャフト１０４上にはシャフト１０４を中心として、シャフト１０４と一体で回転する同心円状の整流子１１２が配置されている。整流子１１２はその外面にティース１１６と同数の整流子片（セグメント）を有し、電機子コア１１５に巻装される各単位巻線を構成している導電線１１７の始端及び終端に接続されている。そして、直流モータ１０１が組み立てられたとき、整流子１１２の周囲に配置されたブラシホルダ１０９に収容されたブラシが、シャフト１０４の略中心方向に押圧されて、整流子１１２の外面とブラシの内面とが摺接するようになっている。図示しない外部電源から外部電源接続端子１０６、ブラシホルダ１０９に収容されたブラシ、そして整流子１１２を介して電機子１１４の電機子コア１１５を構成する複数のティース１１６に巻装された導電線１１７に電流が供給されると、電機子１１４はシャフト１０４を中心にして回転駆動する。

複数のティース１１６は、電機子コア１１５の中心部から半径方向に延伸するように、周方向に沿って等間隔に配置されている。電機子コア１１５を構成するティース１１６の個数は、永久磁石１１３の極対数に対して７倍、９倍、及び１１倍のうちの何れかになるように決定されてもよい。永久磁石１１３の極対数は２であれば、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、ティース１１６の個数は、２の９倍の１８である。これにより、永久磁石１１３の磁極境界を通過するティース１１６に生じるコギングトルクの発生タイミングをずらすことができ、振動や騒音を低減しつつ多スロット化を図り、即ちモータの高出力化を図ることができる。なお、電機子コア１１５、すなわち各ティース１１６は、電機子コア１１５の軸線方向（上下方向）に薄肉の板状の複数の電磁鋼板を層状に重ねることによって構成されていてもよい。電機子コア１１５において、ティース１１６の個数を比較的多くし、ティース１１６の長さを、電機子コア１１５の中心から電機子コア１１５のティース１１６の半径方向外側の端部までの電機子コア１１５の半径に対して所定の割合以上、好ましくは１／２以上とすることによって、できるだけ多くの導電線１１７がティース１１６に巻装されるようにしてもよい。

図３Ａ〜図３Ｃに、直流モータ１０１の上部ブラケット１０３の一実施例を示す。上部ブラケット１０３は、外方に延びて、電流を供給するための外部電源接続端子１０６、及びブラシを収容するためのブラシホルダ１０９を備える。また、図３Ｄに、チョークコイル１２６が外部電源接続端子１０６とブラシとの間に直列に接続可能であって、キャパシタ１２７が２つの外部電源接続端子１０６（陽極側、陰極側）間に接続されている、上部ブラケット１０３の別の実施例を示す。外部電源接続端子１０６、チョークコイル１２６、キャパシタ１２７は、外部電源の電力供給端子と接続してその電力を適正にブラシに伝える電気接続回路の役割に加えて雑音防止素子としてノイズ除去の役割を有しているものである。なお、直流モータ１０１の特性に応じて適正な電力を外部電源から外部電源接続端子１０６を介してブラシに供給できるものであれば、図３Ａ〜図３Ｃのように、チョークコイル１２６、又はキャパシタ１２７は接続されていなくてもよい。

図４Ａ〜図４Ｃに、直流モータ１０１に使用されることができるヨークハウジング１０２を示す。ヨークハウジング１０２は、ヨークハウジング１０２の内側に配置された筒型の永久磁石１１３を備える。永久磁石１１３は、ヨークハウジング１０２の内側にどのように配置されてもよいが、圧入によって配置されることが好ましい。また、圧入後のずれを防止するため、ヨークハウジング１０２の少なくとも１箇所において接着剤を塗布し、接着材による固定をしておくことが好ましい。

図５Ａ〜図５Ｊに、図４Ａ〜図４Ｃに示されたヨークハウジング１０２の内側に配置された永久磁石１１３を着磁する態様の一実施例を示す。まず図５Ａ〜図５Ｄに、シャフト１０４を時計方向のみに回転させることができる直流モータ１０１のヨークハウジング１０２の永久磁石１１３を着磁する態様を示す。図５Ａ、図５Ｂに示すように、着磁装置２０１は、着磁ヨーク２０２、及びヨークハウジング位置決めプレート２０３を備える。ヨークハウジング１０２の内側に配置された永久磁石１１３が、着磁ヨーク２０２の外周面を囲むように配置される。着磁ヨーク２０２は、永久磁石１１３の内周面を筒型の内周方向に沿って複数の区分１１８〜１２１に分けて、永久磁石１１３を半径方向（ラジアル方向）や極異方性等に着磁し、永久磁石１１３の内周方向に沿って分極されたＮ極の区分及びＳ極の区分を交互に形成する。

シャフト１０４が回転する方向は、電機子１１４に巻装される導電線１１７に流れる電流を給電するブラシ、及び内周方向に沿って複数の区分１１８〜１２１に分けて着磁された永久磁石１１３の位置関係によって決定される。シャフト１０４を時計方向のみに回転させるように永久磁石１１３を着磁する場合には、例えば図５Ａに示すように、ブラシの位置に関連付けてヨークハウジング１０２をヨークハウジング位置決めプレート２０３に固定して、そして、例えば図５Ｂに示すように、着磁ヨーク２０２は、ブラシの位置に関連付けられたヨークハウジング１０２を基準として、ヨークハウジング１０２の内側に配置された永久磁石１１３を着磁することができる。図５Ｂにおいては、着磁ヨーク２０２は、第１の区分１１８及び第４の区分１２１をＮ極に着磁して、磁極境界１２４を境に第１の区分１１８及び第４の区分１２１に隣接する第２の区分１１９及び第３の区分１２０をＳ極に着磁して極対数が２であるように着磁している。また、第１の区分１１８及び第４の区分１２１のそれぞれの少なくとも一部をＮ極に着磁して、第２の区分１１９及び第３の区分１２０のそれぞれの少なくとも一部をＳ極に着磁してもよい。なお、少なくとも一部とは、各区分の中央部分であってもよい。

このようにして、図５Ｃに示すように、ヨークハウジング１０２の内側に配置された永久磁石１１３は、ブラシの位置に関連付けられたヨークハウジング１０２を基準として筒型の内周方向に沿って内周面を複数の区分１１８〜１２１に分けられ、隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように着磁される。また、電機子コア１１５に巻装される導電線１１７の巻数が大きい場合にはインダクタンスが大きくなるため、整流子１１２の整流子片（セグメント）とブラシとの間の摺接部分の切り換わりによって生じる導電線１１７での転流から、実際に電流が電機子１１４に流れ始める時間は遅延する。特に電機子１１４を高速に回転させる場合にはその影響が大きくなる。この転流のタイミングを早めてこの遅延を補正するために、シャフト１０４の回転方向とは逆方向に永久磁石１１３の着磁位置に対してブラシを、すなわちシャフト１０４の回転方向と同じ方向に、整流子１１２とブラシとの間の摺接部分に対して永久磁石１１３の着磁される複数の区分１１８〜１２１の位置を移動させてもよい。図５Ｃにおいては、シャフト１０４が時計方向に回転しているので、永久磁石１１３の着磁される第１〜４の区分１１８〜１２１の位置を、整流子１１２とブラシとの間の摺接部分に対して進角１２２を有するように時計方向に移動させている。図５Ｄに、ヨークハウジング１０２の周方向の角度に対する永久磁石１１３の内周面に着磁された表面磁束密度を示す。第１の区分１１８及び第４の区分１２１の中央部分の表面磁束密度がＮ極の最大となり、第２の区分１１９及び第３の区分１２０の中央部分の表面磁束密度がＳ極の最大となるように、永久磁石１１３は着磁されている。なお、第１の区分１１８にある０°周辺は既にＮ極に着磁されており、約５°の進角を有するように永久磁石１１３は着磁されている。

次に図５Ｅ〜図５Ｈに、シャフト１０４を反時計方向のみに回転させることができる直流モータ１０１のヨークハウジング１０２の永久磁石１１３を着磁する態様を示す。図５Ｅ、図５Ｆに示すように、着磁装置２０１は、着磁ヨーク２０２、及びヨークハウジング位置決めプレート２０３を備える。ヨークハウジング１０２の内側に配置された永久磁石１１３が、着磁ヨーク２０２の外周面を囲むように配置される。着磁ヨーク２０２は、永久磁石１１３の内周面を筒型の内周方向に沿って複数の区分１１８〜１２１に分けて、永久磁石１１３を半径方向（ラジアル方向）や極異方性等に着磁し、永久磁石１１３の内周方向に沿って分極されたＳ極の区分及びＮ極の区分を交互に形成する。

シャフト１０４が回転する方向は、電機子１１４に巻装される導電線１１７に流れる電流を給電するブラシ、及び内周方向に沿って複数の区分１１８〜１２１に分けて着磁された永久磁石１１３の位置関係によって決定される。シャフト１０４を反時計方向のみに回転させるように永久磁石１１３を着磁する場合には、例えば図５Ｅに示すように、ブラシの位置に関連付けてヨークハウジング１０２をヨークハウジング位置決めプレート２０３に固定して、そして、例えば図５Ｆに示すように、着磁ヨーク２０２は、ブラシの位置に関連付けられたヨークハウジング１０２を基準として、ヨークハウジング１０２の内側に配置された永久磁石１１３を着磁することができる。図５Ｆにおいては、着磁ヨーク２０２は、第１の区分１１８及び第４の区分１２１をＳ極に着磁して、磁極境界１２４を境に第１の区分１１８及び第４の区分１２１に隣接する第２の区分１１９及び第３の区分１２０をＮ極に着磁して極対数が２であるように着磁している。また、第１の区分１１８及び第４の区分１２１のそれぞれの少なくとも一部をＳ極に着磁して、第２の区分１１９及び第３の区分１２０のそれぞれの少なくとも一部をＮ極に着磁してもよい。

このようにして、図５Ｇに示すように、ヨークハウジング１０２の内側に配置された永久磁石１１３は、ブラシの位置に関連付けられたヨークハウジング１０２を基準として筒型の内周方向に沿って内周面を複数の区分１１８〜１２１に分けられ、隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように着磁される。また、電機子コア１１５に巻装される導電線１１７の巻数が大きい場合にはインダクタンスが大きくなるため、整流子１１２の整流子片（セグメント）とブラシとの間の摺接部分の切り換わりによって生じる導電線１１７での転流から、実際に電流が電機子１１４に流れ始める時間は遅延する。特に電機子１１４を高速に回転させる場合にはその影響が大きくなる。この転流のタイミングを早めてこの遅延を補正するために、シャフト１０４の回転方向とは逆方向に永久磁石１１３の着磁位置に対してブラシを、すなわちシャフト１０４の回転方向と同じ方向に、整流子１１２とブラシとの間の摺接部分に対して永久磁石１１３の着磁される複数の区分１１８〜１２１の位置を移動させてもよい。図５Ｇにおいては、シャフト１０４が反時計方向に回転しているので、永久磁石１１３の着磁される第１〜４の区分１１８〜１２１の位置を、整流子１１２とブラシとの間の摺接部分に対して進角１２２を有するように反時計方向に移動させている。図５Ｈに、ヨークハウジング１０２の周方向の角度に対する永久磁石１１３の内周面に着磁された表面磁束密度を示す。第１の区分１１８及び第４の区分１２１の中央部分の表面磁束密度がＳ極の最大となり、第２の区分１１９及び第３の区分１２０の中央部分の表面磁束密度がＮ極の最大となるように、永久磁石１１３は着磁されている。なお、第２の区分１１９にある０°周辺は未だＮ極に着磁されており、約５°の進角を有するように永久磁石１１３は着磁されている。図５Ｃと図５Ｇを比較すると、シャフト１０４を時計方向のみに回転させることができる直流モータ１０１のヨークハウジング１０２の永久磁石１１３を着磁する態様とシャフト１０４を反時計方向のみに回転させることができる直流モータ１０１のヨークハウジング１０２の永久磁石１１３を着磁する態様において、各区分１１８〜１２１の位置は、進角１２２の関係上ずれているが（図５Ｃと図５Ｇの場合、互いに対して１０°）、概ね同じである。なお、進角は、３６０°／スロット数（ティース数）／極数によって決定されてもよい。

シャフト１０４を時計方向のみに回転させることができる直流モータ１０１に使用されるヨークハウジング１０２、及びシャフト１０４を反時計方向のみに回転させることができる直流モータ１０１に使用されるヨークハウジング１０２は、同一の形状のものとすることができる。また、シャフト１０４を時計方向のみに回転させることができる直流モータ１０１に使用される永久磁石１１３、及びシャフト１０４を反時計方向のみに回転させることができる直流モータ１０１に使用される永久磁石１１３も、同一の形状のものとすることができる。従って、上記のように永久磁石１１３に着磁される態様を変えるのみによって、時計方向回転及び反時計方向回転の直流モータ１０１に使用される、内側に永久磁石１１３が配置されたヨークハウジング１０２を提供することができる。

図５Ｉに、筒型の永久磁石１１３の着磁態様の一実施例を示す。上図が、永久磁石１１２を斜視した場合の永久磁石１１３の内面側（電機子コア１１５側）を隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように分けられた複数の区分１１８〜１２１を示し、下図が、永久磁石１１３を上面から見た場合の永久磁石１１３の内面側（電機子コア１１５側）を隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように分けられた複数の区分１１８〜１２１を示す。図５Ｉにおいては、永久磁石１１３は、４極の着磁領域を有し（極対数は２）、筒型の内周方向に沿って電機子コア１１５側（永久磁石１１３の内面側）に、例えば、第１の区分１１８がＮ極、第２の区分１１９がＳ極、第４の区分１２１がＮ極、第３の区分１２０がＳ極のように、隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように、各区分は半径方向や極異方性等に着磁されている。なお、図５Ｉにおいては、永久磁石１１２は４極の着磁領域を有するが、６極以上（３以上の極対数）の着磁領域を有していてもよい。隣接する２つの区分の間の磁極境界１２４においては、筒型の永久磁石１１３の軸線方向１２３に対してθの角度を有するスキュー（傾き）が生じるように着磁されていてもよい。角度θは、１５°〜２５°であること、好ましくは、２０°であることが望ましい。２０°のスキューを有するように着磁することによって、スキューを有しない場合（θ＝０°）と比較すると、コギングトルクを約１／４５に低減することができる。なお、図５Ｉの磁極境界１２４は、直線状のスキューを有するようになっているが、平均して所望の角度θになるように曲線状のスキューを有していてもよい。

また、図５Ｊに、筒型の永久磁石１１３の着磁態様の別の実施例を示す。上図が、永久磁石１１３を斜視した場合の永久磁石１１３の内面側（電機子コア１１５側）を隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように分けられた複数の区分１１８〜１２１を示し、下図が、永久磁石１１３を上面から見た場合の永久磁石１１３の内面側（電機子コア１１５側）を隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように分けられた複数の区分１１８〜１２１を示す。図５Ｊにおいては、永久磁石１１３は、４極の着磁領域を有し（極対数は２）、筒型の内周方向に沿って電機子コア１１５側（永久磁石１１３の内面側）に、例えば、第１の区分１１８がＮ極、第２の区分１１９がＳ極、第４の区分１２１がＮ極、第３の区分１２０がＳ極のように、隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように、各区分は半径方向や極異方性等に着磁されている。なお、図５Ｊにおいては、永久磁石１１３は４極の着磁領域を有するが、６極以上（３以上の極対数）の着磁領域を有していてもよい。第１〜第４の区分１１８〜１２１の各々において、中央部分１２５は表面磁束密度が最大となる領域であり、中央部分１２５の第１〜第４の区分１１８〜１２１の各々に占める割合は約２５％〜５５％である。このように各区分の中央部分１２５に表面磁束密度が最大となる領域を設けることによって、全領域の表面磁束密度を最大に着磁する場合と比較すると、コギングトルクを約１／６０に低減することができる。

なお、永久磁石１１３は、上記のように磁極境界１２４においては角度θのスキューを有するように着磁される一方で、第１〜第４の区分１１８〜１２１の各々のうちの中央部分１２５において表面磁束密度が最大になるように着磁されていてもよい。

図６Ａ〜図６Ｃに、シャフト１０４を時計方向に回転させることができる直流モータ１０１に使用される時計方向回転用ブラシ１２８の一実施例を示す。また、図６Ｄ〜図６Ｆに、シャフト１０４を反時計方向に回転させることができる直流モータ１０１に使用される反時計方向回転用ブラシ１２９の一実施例を示す。時計方向回転用ブラシ１２８及び反時計方向回転用１２９は、整流子１１２に摺接して、電機子１１４に巻装された導電線１１７に電流を流すための摺接部分１３０と、シャフト１０４の回転方向側のブラシホルダ１０９の側壁にブラシ１２８を当接させて自励振動を抑制して、騒音抑制に荷担させるためのテーパ部分１３１とを備える。テーパ部分１３１は、シャフト１０４の回転方向側のブラシホルダ１０９の側壁に当接する部分のブラシの寸法を長くしてテーパ形状にしたものであって、図示しないブラシスプリングによってブラシを押圧してその側壁に押し付けるためのものである。従って、時計方向回転用ブラシ１２８及び反時計方向回転用ブラシ１２９は、シャフト１０４の回転方向によってテーパ部分１３１において異なる形状を有する。このように、シャフト１０４を時計方向に回転させることができる直流モータ１０１、及びシャフト１０４を反時計方向に回転させることができる直流モータ１０１は、ヨークハウジング１０２、永久磁石１１３、電機子１１４、整流子１１２、ブラシホルダ１０９が設けられた上部ブラケット１０３、外部電源接続端子１０６（すなわちブラシ以外）については同一の形状を有し、ヨークハウジング１０２、永久磁石１１３、電機子１１４、整流子１１２、上部ブラケット１０３、外部電源接続端子１０６については部品を共通化することができる。

このような、シャフトを時計方向及び反時計方向のうちのいずれか一方のみに回転させることができる直流モータ１０１は、回転方向に応じて廉価に製造できると共に運転時の電磁振動を抑制できるので、例えば、自動車用のブロアモータに使用されることができる。特に本発明によるブロアモータは、高保持力の筒型の永久磁石１１３を採用することにより小型化、且つ軽量化を達成できるので、載置スペースが限られている小型車に好適である。

次に、シャフトを時計方向及び反時計方向のうちのいずれか一方のみに回転させることができる直流モータ１０１の製造方法を説明する。この製造方法は、ヨークハウジング１０２を提供するステップａ）と、ヨークハウジング１０２の内側に、筒型の永久磁石１１３を配置するステップｂ）と、ステップｂ）の後に、直流モータ１０１のブラシホルダ１０９（すなわち時計方向回転用ブラシ１２８又は反時計方向回転用ブラシ１２９）の位置に関連付けられたヨークハウジング１０２を基準として、永久磁石１１３の筒型の内周方向に沿って内周面を第１〜第４の区分１１８〜１２１に分け、第１〜第４の区分１１８〜１２１のそれぞれに隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように、永久磁石１１３を着磁するステップｃ）と、永久磁石１１３の内側に、シャフト１０４を中心として回転できるように、導電線１１７が巻装された電機子コア１１５、及び導電線１１７の始端及び終端に接続されている整流子１１２を含む電機子１１４を配置するステップｄ）と、整流子１１２に摺接するように、複数の時計方向回転用ブラシ１２８又は反時計方向回転用ブラシ１２９を配置するステップｅ）とを含む。

ステップｃ）において、シャフト１０４を時計方向に回転させる直流モータ１０１を製造する場合には、第１〜第４の区分１１８〜１２１のうちの第１の区分１１８及び第４の区分１２１をＮ極に着磁し、第１の区分１１８及び第４の区分１２１に隣接する第２の区分１１９及び第３の区分１２０をＳ極に着磁する。この場合、第１の区分１１８及び第４の区分１２１のそれぞれの少なくとも一部をＮ極に着磁して、第２の区分１１９及び第３の区分１２０のそれぞれの少なくとも一部をＳ極に着磁してもよい。また、シャフト１０４を反時計方向に回転させる直流モータ１０１を製造する場合には、第１〜第４の区分１１８〜１２１のうちの第１の区分１１８及び第４の区分１２１をＳ極に着磁し、第１の区分１１８及び第４の区分１２１に隣接する第２の区分１１９及び第３の区分１２０をＮ極に着磁する。この場合、第１の区分１１８及び第４の区分１２１のそれぞれの少なくとも一部をＳ極に着磁して、第２の区分１１９及び第３の区分１２０のそれぞれの少なくとも一部をＮ極に着磁してもよい。

また、シャフト１０４を時計方向に回転させる直流モータ１０１を製造する場合、及びシャフト１０４を反時計方向に回転させる直流モータ１０１を製造する場合において、ヨークハウジング１０２、永久磁石１１３、電機子１１４、整流子１１２、上部ブラケット１０３、外部電源接続端子１０６（すなわちブラシ以外）の形状を同一とし、ヨークハウジング１０２、永久磁石１１３、電機子１１４、整流子１１２、上部ブラケット１０３、外部電源接続端子１０６について部品を共通化すれば、少なくともステップａ）、ｂ）、及びｄ）については、両方の場合において共通化することができる。

ステップｅ）において、シャフト１０４を時計方向に回転させる直流モータ１０１を製造する場合には、各ブラシホルダ１０９内に時計方向回転用ブラシ１２８を収容し、シャフト１０４を反時計方向に回転させる直流モータ１０１を製造する場合には、各ブラシホルダ１０９内に反時計方向回転用ブラシ１２９を収容するように、シャフト１０４を時計方向に回転させる場合及びシャフト１０４を反時計方向に回転させる場合において、複数のブラシホルダ１０９に、それぞれ異なる形状の複数のブラシを配置してもよい。

上記記載は特定の実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の原理と添付の特許請求の範囲の範囲内で種々の変更及び修正をすることができることは当業者に明らかである。例えば、シャフト１０４の延出方向により回転方向は逆にもなり得るし、着磁極性は上記実施例に限定される必要はなく、それぞれ逆極性に着磁しても良い。

１０１ 直流モータ
１０２ ヨークハウジング
１０３ 上部ブラケット
１０４ シャフト
１０５ 上部開口部
１０６ 外部電源接続端子
１０７ ねじ穴
１０８ 下部開口部
１０９ ブラシホルダ
１１０ 上部軸受部
１１１ 下部軸受部
１１２ 整流子
１１３ 永久磁石
１１４ 電機子
１１５ 電機子コア
１１６ ティース
１１７ 導電線
１１８ 第１の区分
１１９ 第２の区分
１２０ 第３の区分
１２１ 第４の区分
１２２ 進角
１２３ 軸線方向
１２４ 磁極境界
１２５ 中央部分
１２６ チョークコイル
１２７ キャパシタ
１２８ 時計方向回転用ブラシ
１２９ 反時計方向回転用ブラシ
１３０ 摺接部分
１３１ テーパ部分
２０１ 着磁装置
２０２ 着磁ヨーク
２０３ ヨークハウジング位置決めプレート

Claims (12)

1. シャフトを時計方向及び反時計方向のうちのいずれか一方向のみに回転させることができる直流モータを製造する方法であって、
   ａ）ヨークハウジングを提供するステップと、
   ｂ）前記ヨークハウジングの内側に、筒型の永久磁石を配置するステップと、
   ｃ）前記ステップｂ）の後に、前記ヨークハウジングを基準として、前記筒型の内周方向に沿って内周面を複数の区分に分け、隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように、前記永久磁石を着磁するステップと、
   ｄ）前記永久磁石の内側に、前記シャフトを中心として回転できるように、導電線が巻装された電機子コア、及び前記導電線の始端及び終端に接続されている整流子を含む電機子を配置するステップと、
   ｅ）前記整流子に摺接するように、複数のブラシを配置するステップと
   を含み、
   前記ステップｃ）は、前記シャフトを前記いずれか一方向に回転させる場合には、前記複数の区分のうちの第１の区分の少なくとも一部をＮ極に着磁し、前記第１の区分に隣接する第２及び第３の区分のそれぞれの少なくとも一部をＳ極に着磁するステップを更に含み、前記シャフトを前記いずれか一方向と反対方向に回転させる場合には、前記第１の区分の少なくとも一部をＳ極に着磁し、前記第２及び第３の区分のそれぞれの少なくとも一部をＮ極に着磁するステップを更に含み、
   少なくとも前記ステップａ）、ｂ）、及びｄ）は、前記シャフトを時計方向に回転させる場合及び前記シャフトを反時計方向に回転させる場合において共通である、方法。
2. 前記ステップｅ）は、前記シャフトを時計方向に回転させる場合及び前記シャフトを反時計方向に回転させる場合において、それぞれ異なる形状の前記複数のブラシを配置するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ステップｃ）は、前記第１の区分と前記第２の区分の間の境界が前記永久磁石の軸線方向に対して１５°〜２５°のスキューを有し、及び／又は、前記第１の区分と前記第２の区分のそれぞれの最大表面磁束密度の領域が各区分の２５％〜５５％の範囲を有するように着磁するステップを更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ステップｃ）は、前記整流子と前記複数のブラシとの間の摺接部分の切り換わりによって生じる前記導電線での転流のタイミングを早めるために、前記シャフトの回転方向に応じて、前記摺接部分に対して着磁される前記複数の区分の位置を移動させるステップを更に含む、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
5. 前記ステップｂ）は、前記ヨークハウジングの内側に前記永久磁石を圧入するステップを更に含む、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
6. 前記ステップｂ）は、前記ヨークハウジングの内側の少なくとも１箇所に接着剤を塗布するステップを更に含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記永久磁石の極対数が２である、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
8. 前記電機子コアが、半径方向に延伸するように配置された複数のティースを有し、前記複数のティースの隣り合う２つのティースの間にはスロットが設けられ、前記ステップｄ）は、前記導電線が前記スロットを通るように、各ティースに前記導電線を巻装するステップを更に含む、請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
9. 前記複数のティースの個数が、前記永久磁石の極対数に対して７倍、９倍、及び１１倍のうちの何れかである、請求項８に記載の方法。
10. シャフトを時計方向及び反時計方向のうちのいずれか一方向のみに回転させることができる直流モータの筒型の永久磁石を着磁する装置であって、
    前記装置が、着磁ヨークを備え、
    前記直流モータのヨークハウジングの内側に配置された前記永久磁石が、前記着磁ヨークの外周面を囲むように配置され、
    前記着磁ヨークが、前記直流モータのブラシの位置に関連付けられた前記ヨークハウジングを基準として、前記永久磁石の内周面を前記筒型の内周方向に沿って複数の区分に分け、前記シャフトを前記いずれか一方向に回転させる場合には、前記複数の区分のうちの第１の区分の少なくとも一部をＮ極に着磁し、前記第１の区分に隣接する第２及び第３の区分のそれぞれの少なくとも一部をＳ極に着磁し、前記シャフトを前記いずれか一方向と反対方向に回転させる場合には、前記第１の区分の少なくとも一部をＳ極に着磁し、前記第２及び第３の区分のそれぞれの少なくとも一部をＮ極に着磁することができるように構成されている、装置。
11. シャフトを時計方向及び反時計方向のうちのいずれか一方向のみに回転させることができる直流モータであって、
    ヨークハウジングと、
    前記ヨークハウジングの内側に配置された筒型の永久磁石と、
    前記シャフトを中心として回転できるように前記永久磁石の内側に配置され、導電線が巻装された電機子コア、及び前記導電線の始端及び終端に接続されている整流子を含む電機子と、
    前記整流子に摺接するように配置された複数のブラシと
    を備え、
    前記永久磁石は、前記ブラシの位置に関連付けられた前記ヨークハウジングを基準として前記筒型の内周方向に沿って内周面を複数の区分に分けられ、隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように着磁され、
    前記シャフトを前記いずれか一方向に回転させる場合には、前記複数の区分のうちの第１の区分の少なくとも一部はＮ極に着磁され、前記第１の区分に隣接する第２及び第３の区分のそれぞれの少なくとも一部はＳ極に着磁され、前記シャフトを前記いずれか一方向と反対方向に回転させる場合には、前記第１の区分の少なくとも一部はＳ極に着磁され、前記第２及び第３の区分のそれぞれの少なくとも一部はＮ極に着磁され、
    前記シャフトを時計方向のみに回転させることができる直流モータ、及び前記シャフトを反時計方向のみに回転させることができる直流モータのそれぞれの各ヨークハウジング、各永久磁石、各電機子、及び各整流子の形状は、同一である、直流モータ。
12. シャフトを時計方向及び反時計方向のうちのいずれか一方向のみに回転させることができる直流モータに使用されることができるヨークハウジングであって、
    前記ヨークハウジングの内側に配置された筒型の永久磁石を備え、
    前記永久磁石は、前記直流モータが備えるブラシの位置に関連付けられた前記ヨークハウジングを基準として前記筒型の内周方向に沿って内周面を複数の区分に分けられ、隣接する区分の磁気極性が互いに反対になるように着磁され、
    前記シャフトを前記いずれか一方向に回転させる場合には、前記複数の区分のうちの第１の区分の少なくとも一部はＮ極に着磁され、前記第１の区分に隣接する第２及び第３の区分のそれぞれの少なくとも一部はＳ極に着磁され、前記シャフトを前記いずれか一方向と反対方向に回転させる場合には、前記第１の区分の少なくとも一部はＳ極に着磁され、前記第２及び第３の区分のそれぞれの少なくとも一部はＮ極に着磁され、
    前記シャフトを時計方向のみに回転させることができる直流モータ、及び前記シャフトを反時計方向のみに回転させることができる直流モータにそれぞれ使用される各ヨークハウジング、及び各永久磁石の形状は、同一である、ヨークハウジング。