JP4167721B2 - Ｄｃモータ - Google Patents

Description

本発明は、マグネットの取付を容易に行えるようにしたマグネットホルダおよびそれを用いて小型化を図りながら、発生トルクを増大させたＤＣモータに関する。

ＤＣモータの分野では、モータの小型化の要求が強まる傾向にある。ところで、断面円筒状のモータフレームを備えたＤＣモータは、断面円筒状のモータフレームの内側面に沿った界磁マグネットの断面形状では必要なｓｉｎ波状磁化特性を発生することが困難であり、また、断面円筒状のモータフレームを転がらないように取り付けるための構成を別に必要とする。

一方、断面四角形の形状のモータフレームを備えたＤＣモータは、モータフレームの角部で界磁マグネットの厚みを厚くすることにより必要な磁化特性、あたかもｓｉｎ波状磁化曲線にのった特性を発生させ、必要な磁化特性に合ったモータフレーム形状とすることができる。また、モータフレームの断面が四角形のため、いずれかの面が取り付け面に沿うこととなり、取り付け易くなる。

このような例として、例えば、下記特許文献１、特許文献２に示されるＤＣモータがある。

特許文献１の例は、角筒型で断面が正方形のモータフレーム内部に界磁マグネットを一体成形する。この界磁マグネットはモータフレームの角部に磁極の中心がくるようにＮ、Ｓ交互に４極等分に着磁される。界磁マグネットは、外側が角形で内側が円弧状に形成され、隣の界磁マグネットと接して設けられている。界磁マグネットの内部にはロータが配置される。

図６は従来の特許文献２の界磁マグネット構成図である。

図６の特許文献２の例は、金属材の上部モータフレーム１０１と下部モータフレーム（図示省略）とから直方体形状のモータフレームを形成する。上部モータフレーム１０１の内壁には複数の外角内円の界磁マグネット１０２が設けられる。界磁マグネット１０２は、四辺形の上モータフレーム１０１の４隅部にそれぞれ装着され、外側は角形で、内側は円弧状である４個の界磁マグネット１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃおよび１０２ｄからなる。界磁マグネット１０２は隣の界磁マグネット１０２と微小間隙Δｇを介して配置されている。界磁マグネット１０２の内部にはロータ（図示省略）が配置される。

以上述べた従来の配置構成については後で述べるような問題がある。

また、マグネットの取付固着が問題となる。モータフレームの隅に配置する各極独立に着磁された界磁マグネットの取付固定方法は、従来、U字形に成形されたバネを用い、モータフレームの打ち出し部又は切り起こし部に押し付けて界磁マグネットを固定したり（例えば、特許文献１０参照）、接着剤で固定したりしていた。

しかし、U字形のバネで固定する際の問題点は、バネで界磁マグネットをモータフレームの打ち出し部又は切り起こし部に押し付けるため界磁マグネットの位置がモータフレームの打ち出し部又は切り起こし部の精度で決まってしまうことにある。U字形バネの押し付ける力が強いと、界磁マグネットのカケや割れが発生する原因にもなる。また、接着剤での固定は、接着する際、位置を決める治具が必要となり、更に、接着剤の材質に基づく接着信頼性の問題、接着後の乾燥状態による接着力低下等の問題があった。

そのため、従来は、マグネットホルダによりマグネットを保持する取付方法が採用されていた。例えば、特許文献５には、両端の環状部間を両側の保持部で連結し、その内部に磁石を保持するようにした構成の磁石ホルダが示されている（例えば、特許文献５の他に特許文献３、８、９参照）。

図７は従来の特許文献５記載の磁石ホルダの説明図である。

図７において、樹脂製の磁石ホルダ２０３は、対向配置した１対のリング状の環状部２０３ｂを四本の柱状の保持部２０３ａで連結した構成を備える。

非磁性体金属薄板からなる磁石カバー２０１は永久磁石２０２の内側部を保護するために設けられる。永久磁石２０２と磁石カバー２０１は、組み合わされて磁石ホルダ２０３の１対の保持部２０３ａと１対の環状部２０３ｂよりなる空間に収納される。モータフレームとなるヨーク（図示省略）の内側に挿入取り付けされる。これにより、永久磁石２０２は、円周方向には磁石ホルダ２０３の一対の保持部２０３ａにより、また、軸方向には一対の環状部２０３ｂにより保持固定される。

また、他の例として、特許文献６には、上記磁石ホルダの例において、概略、片側の環状部のみに保持部を立設した構成の磁石ホルダが示されている。

図８は従来の特許文献６記載の樹脂製ホルダの説明図である。

図８において、樹脂製ホルダ３０１は、円弧状剛性支持部３０３ａ、３０３ｂの両端部近傍に支持片３０５を立設し、１対の円弧状剛性支持部３０３ａ、３０３ｂの両端部に可撓継手部３０４ａ、３０４ｂを介して連結して構成する。

Ｃ字状マグネット３０２ａ，３０２ｂをそれぞれ円弧状剛性支持部３０３ａ、３０３ｂに設けた支持片３０５で支持する（特許文献６の他に特許文献４、７参照）。
特開平０７−０５９３２２号公報 特開２０００−２７９８８５号公報 特開平０９−１０７６４５号公報 特開平０９−１３５５６０号公報 特開平０９−３２２４４３号公報 特開平１１−１１３２００号公報 特開２００１−１９７６９０号公報 特開２００３−１８９５１２号公報 特開２００４−２８２９５１号公報 実開平０３−０６０８５３号公報

上記従来例には以下の問題点がある。
（１） 上記特許文献１の例では、外側が角形で内側が円弧状の界磁マグネットが上部モータフレームの角部に配置されている構成は必要な磁化特性を得ることができるため好ましい。しかし、モータフレームとロータの間には、ロータがスムーズな回転を行うために必要なエアーギャップのほかに、界磁マグネットが介在する。このように界磁マグネットが介在するため、ロータの軸中心から半径方向外側までの長さが界磁マグネットの半径方向厚さ分短くなる。その結果、ロータに巻回できる巻線の巻回数が少なくなり、ロータに生じるトルクがその分小さくなる。
（２） 上記特許文献２の例においても、上記特許文献１の例と同様に、モータフレーム１０１とロータの間には、必要なエアーギャップのほかに、界磁マグネット１０２が介在する。このため、同じく、ロータに生じるトルクが小さくなる。
（３） また、特許文献５の例は、磁石ホルダ２０３が環状部２０３ｂを備えることから、この磁石ホルダ２０３を収納するヨーク（図示省略：モータフレームに相当する）の形状は、断面環状に制限され、他の形状までは言及されていない。また、電機子と界磁用の永久磁石２０２との間に磁石カバー２０１が設けられ、この磁石カバー２０１の分だけ余分にエアーギャップ間隙を設ける必要があり、エアーギャップに基づき磁気特性が劣化するという影響がでる。
（４） 特許文献６の例は、リング状の樹脂製ホルダ３０１の円弧状剛性支持部３０３ａ、３０３ｂと、その円弧状剛性支持部３０３ａ、３０３ｂに立設した１対の支持片３０５で略Ｕ字状空間を形成し、その空間内にＣ字状マグネット３０２ａ，３０２ｂを支持させる。この例では、円弧状剛性支持部３０３ａ、３０３ｂに立設した棒状の支持片３０５でＣ字状マグネット３０２ａ，３０２ｂを支持しているので、Ｃ字状マグネット３０２ａ，３０２ｂが樹脂製ホルダ３０１の開口側から抜け落ちる不都合があり、両側の支持片３０５で支持されているので、振動により両支持部の間隔が変動しやすく、抜け落ちやすい。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、磁極数と同じ角部を有するモータフレーム内に界磁マグネットを設け、モータの外形形状を変えずに発生するトルクを大きくすると共に、界磁マグネットを容易に取り付け固定するようにしたマグネットホルダおよびそれを用いたＤＣモータを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために以下の解決手段を採用する。モータフレーム断面が、一定板厚を有し、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モータにおいて、トルクを大きくするために、回転体の磁気構成部(アマチュアコア)の外径を最大にするには、フレーム内面から回転に必要なエアーギャップのみを設けた状態で、アマチュアコアの外径を設定することが有効となる。また、マグネットホルダは、角部を有するモータフレームの該角部に、界磁マグネットを精確に位置決め固定するために、モータフレームの内側面に密接する略ロ字形枠部に、連結部で連結した一対の柱状部を連設し、前記略ロ字形枠部と前記対になった柱状部と前記連結部により界磁マグネットの保持枠を構成する。具体的には、以下のようになる。 （１）筒状部を有するモータフレームと、該モータフレームに装着されるマグネットホルダとを備えるＤＣモータであって、前記マグネットホルダは、一定板厚を有し、アマチュアコア半径方向の断面形状が四角形であり、各辺の一部を残しながら角部を円弧状とした略ロ字形枠部と、該略ロ字形枠部の一側に任意数立設した対になっている柱状部と、前記対になっている柱状部の端部を連結した連結部を有し、前記略ロ字形枠部の前記角部と前記対になっている柱状部と前記連結部により界磁マグネットのための保持枠を構成しており、前記マグネットホルダを、前記モータフレームの筒状部内に、該筒状部の内側面に接するように装着し、前記界磁マグネットを、前記マグネットホルダの前記保持枠内に装着すると共に前記モータフレームの内側面に接触させて配置し、前記マグネットホルダの連結部には、前記筒状部の開放端から端板部に向かって突出する係止凸部を突き合わせ状態に配置することにより前記連結部が前記半径方向外側のモータフレーム側に押圧されるテーパー面が形成され、前記モータフレームは前記筒状部と該筒状部の一端に前記端板部を有し、前記筒状部の開放端にはエンドブラケットを有し、前記マグネットホルダの前記略ロ字形枠部を前記端板部に当接し、前記連結部の前記テーパー面に前記エンドブラケットの係止凸部を突き合わせ状態に配置する。（２） 上記（１）記載のＤＣモータは、前記界磁マグネットの前記半径方向の断面形状は、内側を、アマチュアコアとエアーギャップを介して対向する円弧に構成し、外側を、略ロ字形の各辺の一部に対応する部分を残しながら角部を円弧状に構成したことを特徴とする。（３） 上記（２）記載のＤＣモータは、前記マグネットホルダの一対の柱状部の間であって、前記略ロ字形枠部の前記角部および前記連結部の前記界磁マグネットと接し、前記保持枠を構成する部分の形状を、前記界磁マグネットの前記半径方向の断面形状としたことを特徴とする。（４） 上記（２）又は（３）のいずれか１項記載のＤＣモータは、前記マグネットホルダの前記対になっている柱状部は、前記半径方向の断面形状の内側が、前記界磁マグネットの前記半径方向の断面形状の内側の円弧形状と同じ径の円弧形状であり、前記柱状部の前記半径方向の断面形状の外側が、前記界磁マグネットの前記半径方向の断面形状の外側の形状の延長線として形成されていることを特徴とする。（５） 上記（１）乃至（４）のいずれか１項記載のＤＣモータは、隣り合う前記対になっている柱状部の間には、モータフレームの内側面とアマチュアコアの歯の前記半径方向の最外側面との間に形成される回転を維持するためのエアーギャップと、前記アマチュアコアの歯を配置したことを特徴とする。（６） 上記（１）乃至（５）のいずれか１項記載のＤＣモータは、一定板厚を有し、アマチュアコア半径方向の断面形状が四角形であり、各辺の一部を残しながら角部が円弧状に形成された筒状部と、該筒状部の一方端に設けられた前記端板部を有する前記モータフレームと、前記係止凸部を有し前記筒状部の開放端に装着された前記エンドブラケットと、前記半径方向の断面の形状の内側が円弧状で外側が前記モータフレームに密着された形状である前記界磁マグネットと、電機子巻線を備え、前記モータフレーム内に回転自在に配置されたロータを備え、前記界磁マグネットはそれぞれ相互に離間して前記角部に設けられ、前記モータフレームの前記界磁マグネット間の前記辺と前記アマチュアコアの半径方向最外側面との間に０．１ｍｍ〜０．５ｍｍのエアーギャップを形成するように前記モータフレームに対し前記アマチュアコアと前記界磁マグネットを構成したことを特徴とする。（７） 上記（１）乃至（６）のいずれか１項記載のＤＣモータは、前記界磁マグネットと前記マグネットホルダを相互に異なる材料で一体成形したことを特徴とする。（８） 上記（１）乃至（６）のいずれか１項記載のＤＣモータは、前記マグネットホルダを前記界磁マグネットと同じ材料で一体成形したことを特徴とする。

本発明は以下の効果を奏する。
（１） 略ロ字形のマグネットホルダを用いて界磁マグネットをモータフレームの所定位置、特に角部に位置決め固定することができるので、界磁マグネットの位置決め固定が容易且つ正確に行うことができる。
（２） モータフレームとアマチュアコアは、モータフレームとアマチュアコアの歯の最外側との間に回転の維持に必要なエアーギャップのみを形成する程度にアマチュアコアの形状を大きくできるので、巻回数も多くなり、従って発生トルクも大きくすることができる。
（３） マグネットホルダの連結部の係止凹部は、そのテーパー面に、モータ組立時に、エンドブラケットの係止凸部を押し付けるように配置することにより、連結部および柱状部をモータフレームに密接させることができ、従って、保持部に保持されている界磁マグネットを正確に位置決め固定することができる。
（４） 略ロ字形枠部の角部と一対の柱状部と連結部によりマグネットの保持枠を構成したので、モータフレームに対する保持枠の位置決め固定が正確且つ容易に行うことができる。
（５） 従来の円筒形フレームの場合には、磁石の回転方向の厚み変化は、一定厚で変わらないため、界磁用の磁石に必要とされるｓｉｎ波状磁化曲線が得られない。本発明の界磁マグネットの形状は、回転方向の厚み変化が、モータフレームの角部に配置される部分の厚みが他の部分と比べて最も厚く形成されているので、界磁用の磁石に必要とされるｓｉｎ波状磁化曲線が得られる。
（６） 本発明のマグネットホルダは、特許文献６の支持部に相当する、柱状部の両端をそれぞれ略ロ字形枠部と連結部により連結しているので、支持したマグネットが抜け落ちなくなる。
（７） 本発明は、界磁マグネットとマグネットホルダを一体成形した構成とするので、
界磁マグネットとマグネットホルダは別材料とすることができるので、材料選択の幅が拡がり、そのため、寸法精度およびその寸法精度に起因した各種特性が向上する。また、組立が容易になる。また、界磁マグネットとマグネットホルダの間のがたつきが無くなり、振動にも強くなり、寸法精度が格段に良くなり、製造が容易になる。

なお、従来、磁石カバーを用いる理由は、破損し易いサマリウムコバルト系、フェライト系磁石を用いていたためである。しかし、本発明の場合は、当業者においては当然のこととして、破損し難い、例えば複合磁石を用いることにより、磁石カバーを省略することができる。複合磁石は、ネオジム磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）などの希土類をプラスチックやゴムで結合したもので、今や普通に用いられる磁石であり、従来のサマリウムコバルト系磁石やフェライト系磁石に比べ、曲げ強度が強く、（ＢＨ）ｍａｘが大きくなる。

本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。

モータフレーム断面が、一定板厚を有し、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モータにおいて、トルクを大きくするために、回転体の磁気構成部(アマチュアコア)の外径を最大にするには、フレーム内面から回転に必要なエアーギャップのみを設けた状態で、アマチュアコアの外径を設定する。それによって、アマチュアコアの形状が増大した分だけ巻線の量を増加することができるようになり、その結果発生トルクを大きくすることができるようになる。

また、本発明のマグネットホルダは、角部を有するモータフレームの該角部に、界磁マグネットを正確に位置決め固定するために、モータフレームの内側面に密接する略ロ字形枠部に、連結部で連結した一対の柱状部を連設し、前記略ロ字形枠部と前記対になった柱状部と前記連結部により界磁マグネットの保持枠を構成する。これにより、保持枠が略ロ字形枠部に対し多少自由になるので、モータフレームの角部に界磁マグネットを正確に且つ容易に取付固定することができるようになる。

図１は本発明の実施例１のＤＣモータの構成図である。
図１（ａ）はシャフトの長さ方向に切断した断面図であり、図１（ａ）中、Ａ−Ａ線からＢ−Ｂ線までの間は図１（ｂ）のＤ−Ｄ線で切った断面図、Ｂ−Ｂ線からＣ−Ｃ線までの間は図１（ｃ）のＥ−Ｅ線で切った断面図、Ｃ−Ｃ線からエンドブラケットまでの間は図１（ｄ）のＦ−Ｆ線で切った断面図である。
図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図１（ｄ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

図１（ａ）のＤＣモータ１は、シャフト２にアマチュアコア３を設け、アマチュアコア３の歯４の両側のスロット５に電機子巻線６を巻回する。また、シャフト２に、限流用バリスタ７を搭載し、整流子片８を設けた整流子ユニット９を設ける。シャフト２はその一端をモータフレーム１０の端板部１１の中心開孔に装着した軸受１２に軸支し、他端をエンドブラケット１３に装着した軸受１４に軸支する。端板部１１には、シャフト２を中心として対称位置に取付用のネジ孔１５が設けられている。エンドブラケット１３には、ブラシ１６を備えた端子１７が設けられている。ブラシ１６は整流子片８と接触するように配置される。また、エンドブラケット１３におけるマグネットホルダ３０の連結部３３のテーパー部３３ｂに対向する部分には、係止凸部１３ｂが設けられている。

モータフレーム１０は、板厚一定で、断面が略ロ字形（見方を換えると、断面略ロ字形の筒体でもある）の各辺１８の一部を残しながら各角部１９を内側に押し潰した形状の筒状部２０と、この筒状部２０に連設される端板部１１からなる。実施例１では、筒状部２０の断面は隣接する辺１８同士の間が円弧で連結されている。

モータフレーム１０の形状を、基本的に、界磁マグネット２１の着磁極数と同じ数の略ロ字形にすることで、界磁マグネット２１の極の中心部（回転方向でみた中心部）の厚みを減らすことなく、角部１９のパーミアンス係数を大きくし、界磁マグネット２１に必要な回転方向に沿ったｓｉｎ波状磁化曲線を形成することが可能にする。

モータフレーム１０の内径に対し、アマチュアコア３の外径を、アマチュアコア３の回転に必要最小限のエアーギャップＧを残して設定する。エアーギャップＧは、主にモータフレーム１０の内径精度とアマチュアコア３の外径精度の２点の部品の精度で決まる。このため、エアーギャップＧは、実際の寸法としては、例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の値となる。

モータフレーム１０の角部１９の円弧の半径は、シャフト２中心から界磁マグネット２１のシャフト２側の円弧面２１ａまでの長さの５％から８５％の間の任意の値に設定する。これにより、アマチュアコア３を界磁マグネット２１による配置場所の制限を受けずに拡大した構造で配置することができ、したがって、電機子巻線６の巻回数を増加して発生トルクを増加することができる。好ましくは、上記モータフレーム１０の角部１９の円弧の半径は、シャフト２中心から界磁マグネット２１のシャフト２側の円弧面２１ａまでの長さの６５％から８５％の間の任意の値に設定する。

モータフレーム１０の端板部１１と反対側の筒状部２０の開放端には、エンドブラケット１３が装着される。このとき、係止凸部１３ｂが係止凹部３３ａのテーパー面３３ｂを押圧して保持枠３４を正しい位置に移動し、界磁マグネット２１を正しい位置に取付固定する。

界磁マグネット２１は、破損し難い、例えば、曲げ強度が強く、（ＢＨ）ｍａｘが大きいネオジム磁石等を用いる。

界磁マグネット２１は、半径方向又は回転方向に着磁され、断面略ロ字形の筒状部２０の角部１９に相互に離間して配置される。

界磁マグネット２１の断面形状は、内側の面（アマチュアコア３に近接する面）がシャフト２中心からの半径で形成される円弧面２１ａで、外側の面がモータフレーム１０の内側面１０ａに密着して形成される。内側の面と外側の面の間の連結面２１ｂは、モータフレーム１０の内側面１０ａと直交する面に形成されているが、抜け止め作用を有する任意の角度に設定することができる。

特に、ＤＣモータ１において、モータ特性に大きく影響を与える、界磁マグネット２１の（ＢＨ）ｍａｘ（最大エネルギー積）と回転体の磁気構成部を構成するアマチュアコア３の外径寸法の関係において、アマチュアコア３の外径をモータフレーム１０の内径から必要最小限のエアーギャップＧを除いた値まで大きくすることにより、アマチュアコア３のスロット５の巻線領域を稼ぎ、尚且つ、モータ部品として高価な界磁マグネット２１の使用量を抑え、モータ形状の小型化を図りながらトルクを増加し、コストとモータ体積の低減を実現する。

個々の界磁マグネット２１は、マグネットホルダ３０により位置決め固定されると共に、モータフレーム１０の角部１９に押さえ込まれ取付固定される。
マグネットホルダ３０は、合成樹脂製で、半径方向には、モータフレーム１０の筒状部２０の内側に密着するように形成され、シャフト２方向には、端板部１１とエンドブラケット１３に当接するように構成される。

図２は、本発明のマグネットホルダの斜視図である。

図３は、図２の本発明のマグネットホルダに界磁マグネットを装着した状態を示す斜視図である。
マグネットホルダ３０は、シャフト２方向に一定厚さを有する略ロ字形枠部３１の一方側に、対になった柱状部３２を四対モータフレーム１０の筒状部２０の面に沿うように平行に立設し、対になった柱状部３２間を連結部３３で連結する。
略ロ字形枠部３１は、一定板厚を有し、断面が四角形の各辺３１ａの一部（大略、中央部分）を残しながら角部３１ｂを内側（略ロ字形枠部３１の内部方向）に押し潰した形状（例えば、変則環状、筒状）に形成されている。略ロ字形としたのは、前記「断面が略ロ字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」が図１の例の他に図４の例も含むことから、角部の形状が円弧または直線で形成される例も含むように定義した。
略ロ字形枠部３１は、中空枠体で、四角形の各辺３１ａの中央部をそのまま辺として残し、該辺３１ａの中央部を残し両側の角部３１ｂを内側に押し潰した形状を有する略ロ字形体又は筒状体として形成する。

略ロ字形枠部３１の外側はモータフレーム１０の筒状部２０の内側面に密接する形状、即ち、隣り合わせの辺３１ａの間の角部３１ｂを任意の半径の円弧で連結した形状、換言すると、各辺３１ａの一部を残しながら角部３１ｂを内側に任意半径の円弧となるように押し潰した形状に形成する。

略ロ字形枠部３１の内側は、前記外側面から大略強度を維持できる厚さだけ内側に形成され、且つ、柱状部３２が設けられていない側から柱状部３２が設けられている側に向かってＰ段、Ｑ段の順で２段に構成される。Ｐ段は外側面から半径方向一定厚の内側に略ロ字形枠部３１の外側形状の相似形に形成されている。Ｑ段における各辺３１ａの形状はＰ段の各辺３１ａの半径方向厚さと同じに形成され、Ｑ段における角部形状は、界磁マグネット２１を支持するために、界磁マグネット２１の半径方向断面形状に対応する形状に形成される。

柱状部３２は、略ロ字形枠部３１から一体に立設され、図１（ｃ）および図１（ｄ）に断面図を示すように、界磁マグネット２１の半径方向断面形状の回転方向両端に当接するように形成される。即ち、一定板厚を有し、断面が四角形の各辺１８の一部を残しながら角部１９を内側に押し潰した形状とした略ロ字形枠部３１内に、モータフレーム１０の辺１８に回転のためのエアーギャップＧのみを介してアマチュアコア３の１歯４の外側面が対向するように、アマチュアコア３を配置したＤＣモータ１において、外側がモータフレーム１０の内側角部１９に密着し、内側がアマチュアコア３の歯４の外側面に回転のためのエアーギャップのみを設けて対向配置した界磁マグネット２１の回転方向両側に、界磁マグネット２１の内側面を構成する円弧面２１ａと同じ半径の円弧面を内側面とし、外側がモータフレーム１０の内側面１０ａに密着する柱状部３２を有する。

換言すれば、対になっている柱状部３２の断面形状の内側が、界磁マグネット２１の断面形状の内側の円弧形状と同じ径の円弧形状とし、柱状部３２の断面形状の外側が、界磁マグネット２１の断面形状の外側の形状の延長線として形成されていることになる。

このため、例えば、柱状部３２の半径方向断面は、界磁マグネット２１の回転方向先端では、半径方向厚みが回転方向に漸次減少する形状となり、界磁マグネット２１の回転方向後端では、半径方向厚みが回転方向に漸次増加する形状となる。

このような柱状部３２を一対連結する連結部３３は、その略ロ字形枠部３１側が、図１（ｃ）および図１（ｄ）に示されるように、両側に柱状部３２を当接した界磁マグネット２１の半径方向の断面図形状に相当する。

連結部３３には、略ロ字形枠部３１と反対側に、テーパー面３３ｂを有する係止凹部３３ａが形成されている。連結部３３の係止凹部３３ａには、外側から中心に向かうテーパー面３３ｂが形成されていて、マグネットホルダ３０をモータフレーム１０に固定するために、エンドブラケット１３の係止凸部１３ｂが係合すると、係止凸部１３ｂで係止凹部３３ａのテーパー面３３ｂが外側（半径方向外側）へ押圧されて、連結部３３に連設する両柱状部３２がモータフレーム１０側に押圧され、界磁マグネット２１がモータフレーム１０の内側に密着させられる。係止凸部１３ｂは４個エンドブラケット１３の所定位置に設けられている。マグネットホルダ３０の柱状部３２が組立前に多少位置ずれを生じても、係止凸部１３ｂが連結部３３の係止凹部３３ａの位置を修正することができるので、界磁マグネット２１の位置を所定の位置に位置決めすることができる。マグネットホルダ３０は注形樹脂により一体に形成する。

略ロ字形枠部３１の角部３１ｂ領域と、１対の柱状部３２と、連結部３３により、界磁マグネット２１の形状に合わせた長方形の保持枠３４を形成する。１対の柱状部３２の界磁マグネット２１と接する面３２ａ、３２ｂの成す角度は、その面によって界磁マグネット２１をモータフレーム１０へ押しつけるような力が働くように形成する。

界磁マグネット２１の柱状部３２と接する面は、図１（ｃ）および図１（ｄ）に示すように、モータフレーム１０の各辺１８と直交する面に形成する。この結果、界磁マグネット２１と一対の柱状部３２の接するそれぞれの面は、相互に９０度の角度を成し、界磁マグネット２１をモータフレーム１０の角部１９に押し込むとき、相互の位置がずれないように正確に位置決め固着することができる。

マグネットホルダ３０の保持枠３４に界磁マグネット２１を装着すると、図３に示すように、界磁マグネット２１の外側面が角部１９および連結部３３の外側面に整列する。

図４は本発明のマグネットホルダのモータフレームへの実装説明図である。

界磁マグネット２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆをモータフレーム１０へ実装時、モータフレーム１０の筒状部２０の開口側から、略ロ字形枠部３１を先頭にして保持枠３４に界磁マグネット２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆを収納保持した状態でマグネットホルダ３０を挿入し、次にシャフト２を装着したアマチュアコア３および整流子ユニット９等をマグネットホルダ３０内に挿入位置決めし、その後、モータフレーム１０の開口端にエンドブラケット１３を装着し、エンドブラケット１３の係止凸部１３ｂをマグネットホルダ３０の連結部３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆの係止凹部３３ａに係合し、位置決め固定する。

図５は、本発明の他の実施例のＤＣモータの構成図である。

本発明のＤＣモータ１は、モータフレーム１０の断面が四角形の各辺１８の一部を残しながら角部１９を内側に押し潰した形状が、隣接する辺１８の間を任意の形状の弧で連結した形状としたものでもよく、また、モータフレーム１０の断面が四角形の各辺１８の一部を残しながら角部１９を内側に押し潰した形状が、隣接する辺１８の間を、円弧面を形成する円弧の半径の長さに対して任意比率の円弧で連結した形状としたものでもよい。また、モータフレーム１０の断面が四角形の各辺１８の一部を残しながら角部１９を内側に押し潰した形状が、隣接する辺１８の間を直線で連結した形状としたものでもよく、また、モータフレーム１０の断面が四角形の各辺１８の一部を残しながら角部１９を内側に押し潰した形状が、ｎを２以上の正の整数とするとき、４ｎ角形としたものであってもよい。

以下で説明する図５（ａ）および図５（ｂ）は図１（ｄ）の断面位置の図に相当する。
なお、巻線は図示省略してある。

図５（ａ）は、断面図で、８極１２スロットの場合のモータ形状で、モータフレーム１０ｄの断面が四角形の各辺１８ｄの一部を残しながら角部１９ｄを内側に押し潰した形状が変則８角形で、角部１９ｄを直線とした形状とする。界磁マグネット２１ｇは、内側が円弧面で、外側がモータフレーム１０ｄの角部１９ｄに密着するように構成され、アマチュアコア３の回転動作を妨害しないようにモータフレーム１０ｄの角部１９ｄに相互に離間して設け、モータ特性を維持するのに必要なマグネットの磁化特性を確保した形状とする。
マグネットホルダの形状は、実施例１の場合の角部の数、辺の数、柱状部の数、連結部の数を２倍にした構成をとる。界磁マグネット２１ｇは実施例１の場合の２倍の数がマグネットホルダの１対の柱状部３２ｄ内に収納保持される。

図５（ｂ）は、断面図で、モータフレーム１０ｅは辺１８ｅの角部１９ｅの丸み（コーナーＲ）を、界磁マグネット２１ｈの内側の円弧２１ｉの内半径（シャフト中心から界磁マグネットの内側の円弧までの半径方向の長さ）に対するコーナーＲの半径の比率を５％〜８５％の範囲に設定する。好ましくは、上記モータフレーム１０ｅの角部１９ｅの円弧の半径は、シャフト中心から界磁マグネット２１ｈのシャフト側の円弧２１ｉまでの長さの６５％から８５％の間の任意の値に設定する。

界磁マグネット２１ｈは、内側が円弧２１ｉで、外側がモータフレーム１０ｅに密着した構成を有し、アマチュアコア３の回転動作を妨害しないようにモータフレーム１０ｅの角部１９ｅに離間して設け、モータ特性を維持するのに必要なｓｉｎ波状磁化特性を確保した構成とする。

マグネットホルダの形状は、実施例１の場合と同様に構成される。界磁マグネット２１ｈはマグネットホルダの１対の柱状部３２ｅ内に収納保持される。

以上述べた例では、界磁マグネットとマグネットホルダは成形後組立、即ち、界磁マグネットとマグネットホルダをそれぞれ別個に製造しておいて、組立の段階で、マグネットホルダの保持枠内に界磁マグネットを装着している。これでは、工程が多くなり、製造効率が悪い。この問題を改善するために、（１）界磁マグネットとマグネットホルダを別材料で一体成形する製造方法、又は、（２）界磁マグネットとマグネットホルダを同じ材料で一体成形する製造方法を用いることができる。具体的には、以下のようになる。
（１）界磁マグネットとマグネットホルダを別材料で一体成形する製造方法では、予め界磁マグネットを所定形状に成形しておき、その界磁マグネットを樹脂成形装置の型枠内に位置決め固定し、マグネットホルダの材料を型枠内に注入し、マグネットホルダを成形すると共にその保持枠内に界磁マグネットを装着した構成に成形する。この場合、界磁マグネットとマグネットホルダは別材料とすることができるので、材料選択の幅が拡がり、そのため、寸法精度およびその寸法精度に起因した各種特性が向上する。また、組立が容易になる。
（２）界磁マグネットとマグネットホルダを同じ材料で一体成形する製造方法では、界磁マグネットとマグネットホルダの型枠を有する樹脂成形装置の型枠内に、界磁マグネットの材料を注入し、界磁マグネットとマグネットホルダを同時に形成する。界磁マグネットの材料としては、ネオジム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）ボンド磁石等の材料を用いる。この製造方法は、マグネットホルダの材料が界磁マグネットの材料に制限されることがあるが、しかし、界磁マグネットとマグネットホルダの間のがたつきが無くなり、振動にも強くなり、寸法精度が格段に良くなり、製造が容易になる。

以上述べた例では、界磁マグネットの断面形状は、内側面（アマチュアコアに近接する側）がシャフト中心からの半径で形成される円弧面で、外側の面がモータフレームの内側面に密着して形成される。

モータフレームの形状を、基本的に、界磁マグネットの着磁極数と同じ数の略ロ字形にすることで、界磁マグネットの極の中心部（回転方向でみた中心部）の厚みを減らすことなく、角部のパーミアンス係数を大きくし、界磁マグネットに必要な回転方向に沿ったｓｉｎ波状磁化曲線を形成している。

他の例として、実施例４では、界磁マグネット２１の断面形状、特に内側の面（アマチュアコアに近接する面）の円弧面を、シャフト２中心からの半径ではなく、磁気特性が回転方向に沿ったｓｉｎ波状磁化曲線を形成するようなシャフト中心を外した位置からの半径の円弧面に形成する。

これによって、モータフレームに角部があることとは関係なく、界磁マグネットに回転方向に沿ったｓｉｎ波状磁化曲線を形成することができるようになる。

以上述べた以外に、既に述べた各部構成を組み合わせて、任意の特性のＤＣモータを構成することもできる。

本発明の実施例１のＤＣモータの構成図である。 本発明のマグネットホルダの斜視図である。 図２の本発明のマグネットホルダに界磁マグネットを装着した状態を示す斜視図である。 本発明のマグネットホルダのモータフレームへの実装説明図である。 本発明の他の実施例のＤＣモータの構成図である。 従来の特許文献２のマグネット構成図である。 従来の特許文献５記載の磁石ホルダの説明図である。 従来の特許文献６記載の樹脂製ホルダの説明図である。

符号の説明

１ ＤＣモータ
２ シャフト
３ アマチュアコア
４ 歯
５ スロット
６ 電機子巻線
７ バリスタ
８ 整流子片
９ 整流子ユニット
１０、１０ｄ、１０ｅ モータフレーム
１０ａ 内側面
１１ 端板部
１２、１４ 軸受
１３ エンドブラケット
１３ｂ 係止凸部
１５ ネジ孔
１６ ブラシ
１７ 端子
１８、１８ｄ、１８ｅ 辺
１９、１９ｄ、１９ｅ 角部
２０ 筒状部
２１、２１ｃ、２１ｄ，２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈ 界磁マグネット
２１ａ 円弧面
２１ｂ 連結面
３０ マグネットホルダ
３１ 略ロ字形枠部
３１ａ 辺
３１ｂ 角部
３２、３２ｄ、３２ｅ 柱状部
３３、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ 連結部
３３ａ 係止凹部
３３ｂ テーパー面
３４ 保持枠
Ｇ エアーギャップ

Claims (8)

1. 筒状部を有するモータフレームと、該モータフレームに装着されるマグネットホルダとを備えるＤＣモータであって、 前記マグネットホルダは、一定板厚を有し、アマチュアコア半径方向の断面形状が四角形であり、各辺の一部を残しながら角部を円弧状とした略ロ字形枠部と、該略ロ字形枠部の一側に任意数立設した対になっている柱状部と、前記対になっている柱状部の端部を連結した連結部を有し、前記略ロ字形枠部の前記角部と前記対になっている柱状部と前記連結部により界磁マグネットのための保持枠を構成しており、 前記マグネットホルダを、前記モータフレームの筒状部内に、該筒状部の内側面に接するように装着し、前記界磁マグネットを、前記マグネットホルダの前記保持枠内に装着すると共に前記モータフレームの内側面に接触させて配置し、 前記マグネットホルダの連結部には、前記筒状部の開放端から端板部に向かって突出する係止凸部を突き合わせ状態に配置することにより前記連結部が前記半径方向外側のモータフレーム側に押圧されるテーパー面が形成され、前記モータフレームは前記筒状部と該筒状部の一端に前記端板部を有し、前記筒状部の開放端にはエンドブラケットを有し、前記マグネットホルダの前記略ロ字形枠部を前記端板部に当接し、前記連結部の前記テーパー面に前記エンドブラケットの係止凸部を突き合わせ状態に配置したことを特徴とするＤＣモータ。
2. 前記界磁マグネットの前記半径方向の断面形状は、内側を、アマチュアコアとエアーギャップを介して対向する円弧に構成し、外側を、略ロ字形の各辺の一部に対応する部分を残しながら角部を円弧状に構成したことを特徴とする請求項１記載のＤＣモータ。
3. 前記マグネットホルダの一対の柱状部の間であって、前記略ロ字形枠部の前記角部および前記連結部の前記界磁マグネットと接し、前記保持枠を構成する部分の形状を、前記界磁マグネットの前記半径方向の断面形状としたことを特徴とする請求項２記載のＤＣモータ。
4. 前記マグネットホルダの前記対になっている柱状部は、該柱状部の前記半径方向の断面形状の内側が、前記界磁マグネットの前記半径方向の断面形状の内側の円弧形状と同じ径の円弧形状であり、前記柱状部の前記半径方向の断面形状の外側が、前記界磁マグネットの前記半径方向の断面形状の外側の形状の延長線として形成されていることを特徴とする請求項２又は３記載のＤＣモータ。
5. 隣り合う前記対になっている柱状部の間には、モータフレームの内側面とアマチュアコアの歯の前記半径方向の最外側面との間に形成される回転を維持するためのエアーギャップと、前記アマチュアコアの歯を配置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のＤＣモータ。
6. 一定板厚を有し、アマチュアコア半径方向の断面形状が四角形であり、各辺の一部を残しながら角部が円弧状に形成された筒状部と、該筒状部の一方端に設けられた前記端板部を有する前記モータフレームと、前記係止凸部を有し前記筒状部の開放端に装着された前記エンドブラケットと、前記半径方向の断面の形状の内側が円弧状で外側が前記モータフレームに密着された形状である前記界磁マグネットと、電機子巻線を備え、前記モータフレーム内に回転自在に配置されたロータを備え、前記界磁マグネットはそれぞれ相互に離間して前記角部に設けられ、前記モータフレームの前記界磁マグネット間の前記辺と前記アマチュアコアの半径方向最外側面との間に０．１ｍｍ〜０．５ｍｍのエアーギャップを形成するように前記モータフレームに対し前記アマチュアコアと前記界磁マグネットを構成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のＤＣモータ。
7. 前記界磁マグネットと前記マグネットホルダを相互に異なる材料で一体成形したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のＤＣモータ。
8. 前記マグネットホルダを前記界磁マグネットと同じ材料で一体成形したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のＤＣモータ。

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