JP5076521B2 - スタータ用モータ - Google Patents

Description

この発明は、主に自動車エンジンの始動に使用されるスタータ用モータに関するものであり、とくに、筒状ヨークの内周壁に磁石スプリングを介して、永久磁石（主磁極）の増磁側に補助極を備える固定子を取り付けたスタータ用モータの生産性の向上にかかわる。

永久磁石を用いた界磁式スタータとして使用される直流モータでは、筒状のヨーク内周壁に、断面が中心側に開いた略コ字形を呈する複数の磁石スプリング（弾性保持具）を軸方向に固着し、この磁石スプリングに固定子を保持させている。このスタータ用モータは、永久磁石（主磁極）の増磁側に接して補助極を付設した固定子を用いると、高電流域でのトルクを低下させることなく低電流域での回転速度を向上させることができ、常温始動性を向上させることが可能である（特許文献１参照）。
特開平９−１６８２４５号公報

固定子が主磁極と補助極とからなる従来のスタータ用モータでは、磁石スプリングをヨーク内周壁に固定した後に主磁極と補助極とを同時的にヨークに組み付ける組み付け方法や、あらかじめ補助極をヨークへ溶接固定しておく組み付け方法といった方法でヨークアッセンブリが行われている。このため、主磁極のみで補助極のない構造のヨークアッセンブリとは異なる組み付け工程をとる必要があった。この結果、補助極がある固定子を装着したスタータ用モータと主磁極のみの固定子を装着したスタータ用モータとの２種類の型式のスタータ用モータを製造する場合には、組み付け工程が複数必要となり、大量生産による製造コストの低減が困難であった。

この発明の目的は、補助極と磁石スプリングとをあらかじめサブアッセンブリとすることにより、主磁極および補助極を有する固定子を備えたスタータ用モータと、主磁極のみの固定子を備えたスタータ用モータとをほぼ同一の工程にて組み付けることが可能なスタータ用モータの提供にある。

請求項１に記載のスタータ用モータでは、筒状のヨークの内周壁に固着される背板および背板からヨークの中心側に延設された両側板を有し、断面が中心側に開口した略コ字形を呈する複数の磁石スプリングと、対をなす磁石スプリングの間に取付けられるとともに、永久磁石（主磁極）および主磁極の増磁側に配設した補助極からなる固定子とを有するスタータ用モータにおいて、あらかじめ磁石スプリングに補助極を取り付けてサブアッセンブリにするにあたり、補助極を主磁極と直接接触するように磁石スプリングの一方の側板の外側に取付け、このサブアッセンブリをヨークの内周面に固着している。

この発明によれば、補助極が主磁極に直接接触させるようにして補助極と磁石スプリングとを一体化し、サブアッセンブリとしているので、補助極を使用しないスタータモータの磁石スプリングとほぼ同一の工程にて組付が可能である。このため、組み付け工程の共通化により、量産効果が向上し、製造コストが低減できる。

請求項２に記載のスタータ用モータでは、補助極と磁石スプリングとのサブアッセンブリは、いずれか一方に設けた凹部といずれか他方に設けた凸部とを嵌合させて一体化している。この構成では、補助極と磁石スプリングとは、凹部と凸部との嵌合という簡単な作業でサブアッセンブリを組み付けできるので、サブアッセンブリの組み付けが低コストに実現できる。

請求項３に記載のスタータ用モータでは、補助極には打ち出しによる凸部が設けられ、磁石スプリングには凹部として打ち抜きによる嵌合穴が設けられ、凸部と嵌合穴とを嵌合させてサブアッセンブリを組み付けている。このように、補助極には打ち出しによる凸部を設け、磁石スプリングには凹部として打ち抜きによる嵌合穴を設ける構成は、加工が容易で生産性に優れている。この場合、凸部を円形とし、嵌合穴を丸穴として２個形成する構造が最も実用的で生産性および耐久性に優れる。

請求項４に記載のスタータ用モータは、補助極は主磁極と直接接触するように磁石スプリングの側板の外側に固定され、凸部の高さは側板の板厚と略同等である。この構成では、一体化されたサブアッセンブリは、補助極の凸部が磁石スプリングの内側へほとんど突出ていない。磁石スプリングは、ヨークの内周壁に接する背板に設けられた取付け穴と、ヨークの内周壁に設けた膨出部とを嵌合させることで位置決めされ、嵌合後に背板から中心方向に突き出した膨出部を偏平に塑性変形させる（かしめる）ことによってヨークの内周壁に固定されている。

望ましい構成では、磁石スプリングの固定穴は矩形で長手方向に２個形成され、膨出部はこれら取付け穴に対応してヨークの内壁面から中心方向に突き出して形成される。膨出部は嵌合された状態で背板から中心側へ突き出しており、突出し部分をかしめて拡開し、磁石スプリングをヨーク内周壁に固着する。かしめる際に、補助極の凸部が磁石スプリングの内側へほとんど突出ていないため、補助極が無い場合と同様のかしめ治具を使用でき、かしめ工程の共通化が可能となる。この結果、生産性向上の効果が大きく、製造コストの低減に有利である。

請求項５に記載のスタータ用モータは、補助極は主磁極と直接接触するように磁石スプリングの側板の外側に固定され、凸部の高さは側板の板厚と略同等であり、かつ磁石スプリングは内部が極間磁石の装着室となっており、中心側の開口を塞ぐ極間磁石の保持機構を有する。この構成では、サブアッセンブリは補助極の凸部が磁石スプリングの内側にほとんど突き出さないため、補助極が無い場合と同様に磁石スプリングの内側空間が確保されている。

このため、補助極が無い固定子に極間磁石を組み合わせる構造と同様に、容易に極間磁石を磁石スプリングの内部（装着室）に追加することができる。この構成では、補助極と極間磁石の両方を備え主磁極間の漏れ磁束の少ないヨークアッセンブリの組付が円滑にでき、スタータ用モータの出力性能向上を低コストに実現できる。

この発明の最良の実施形態を、図に示す実施例１とともに説明する。

図１および図２はこの発明の要旨であり、自動車エンジンに装着されるスタータ用モータのヨークアッセンブリ１０を示す。このヨークアッセンブリ１０は、円筒状ヨーク１と、その内周壁１１に等間隔に固定された複数の磁石スプリング２と、磁石スプリング２に保持された複数の固定子３とからなる。このヨークアッセンブリ１０が使用されるスタータ用モータの基本構造は周知であり、ヨーク１内には図示しない回転軸を有する電機子が同軸的に収容される。

この実施例では、ヨーク１の内周壁１１に６個の磁石スプリング２が等間隔に固定され、６個の磁石スプリング２の間のそれぞれには６個の固定子３が配置され、磁石スプリング２により周方向から押圧されて保持されている。ヨーク１には、磁石スプリング２を固定するため外から内側にプレスで形成した長手方向（軸方向）に左右一対で計６対の矩形状を呈する膨出部１２、１２が、周方向に等間隔に設けられている。

固定子３は、永久磁石である断面が扇型の主磁極４と、各主磁極４の増磁側（他方）の側面４１に当接して配された鉄板製の補助極５とからなる。記号Ｎ、Ｓは主磁極４の磁極の方向を示す。なお、補助極５はスタータ用モータの固定子に必須のものではないが、主磁極４と補助極５とを直接接合した固定子３の使用により、スタータ用モータの常温始動性が向上することは公知である。また、固定子３の個数は、スタータ用モータの要求性能により適宜に選択される。

磁石スプリング２は、板バネ製で断面が略コ字形の樋状を呈しており、ヨーク１の中心側に開口した状態でヨーク１の内周壁１１に固定されている。磁石スプリング２は、図３に示す如く、内周壁１１に対応した曲率を有する背板２１、背板２１の両側の一方から延長され中心方向に折り曲げられ補助極５が固着される補助極側の側板２２、および両側の他方から延長され中心方向に折り曲げられ主磁極４の一方の側面４２に当接する主磁極側の側板２３を有する。背板２１には、膨出部１２、１２に対応して矩形の固定穴２４、２４が打ち抜きにより開けられ、両端部には主磁極４の両端面４３、４３を係止するための爪板２５、２５および２５、２５が対称的に形成されている。

補助極側の側板２２は、主磁極４と略同一の高さ（主磁極４の半径方向の厚さ）を有するとともに、補助極５が外側に固着される構成となっており、全幅の中間線より補助極５の板厚分だけ中間線側に位置し（図３（ｂ）参照）、一対の丸穴２６、２６が開けられている。他方の主磁極側の側板２３は、主磁極４と略同一の高さを有し、中間線から全幅の１／２の位置に設けられ、外側面が主磁極４の一方の側面４２に直接に圧接する。

主磁極４は、扇状の断面を有し、外周はヨーク１の内周壁１１と同一の曲率を有する永久磁石であり、軸方向の長さおよび高さは、上記の如く補助極側の側板２２および主磁極側の側板２３の軸方向の長さおよび高さとほぼ同一の寸法となっている。補助極５は、図４に示す如く、厚さ２ｍｍの鉄板製で、高さおよび長さは、主磁極４の他方の側面４１および側板２２、２３とほぼ同一に設定されている。補助極５には、補助極側の側板２２に設けた一対の丸穴２６、２６に嵌合する円形の凸部５１、５１が成形されている。凸部５１、５１は、打ち出し成形が通常であるが、他の成形方法で形成されてもよい。

図５は、磁石スプリング２に補助極５を組み付けた磁石スプリングのサブアッセンブリ２０を示す。補助極５は、ヨークアッセンブリ１０に取り付けられる前に、磁石スプリング２の補助極側の側板２２の外面に、凸部５１、５１を丸穴２６、２６に嵌合させてサブアッセンブリ２０に組み付けされている。この状態で、サブアッセンブリ２０をヨーク１に固定する。この固定は、磁石スプリング２の背板２１の固定穴２４、２４を、ヨーク１の膨出部１２、１２に嵌合し、膨出部１２、１２に打撃を加えて図１に示す如く偏平頭部１２０、１２０に塑性変形させる（かしめる）ことによりなされる。

この発明では、磁石スプリング２に補助極５を組み付けたサブアッセンブリ２０をヨーク１の内周壁１１に固定している。このため、補助極を使用していない永久磁石（主磁極）のみの固定子を取り付けた型式のヨークアッセンブリの組み付けと、ほぼ同一の製造ラインで主磁極４と補助極５とを備えた固定子３を有する型式のヨークアッセンブリ１０の組み付けとを容易に実施できる。このため、生産性が向上し、製造コストが低減できる。ヨークアッセンブリ１０は、６個のサブアッセンブリ２０をヨーク１の内周壁１１に固定した後に、６個の主磁極４を嵌め込み、爪板２５、２５および２５、２５を外側に折り曲げ主磁極４の端面を係止することにより行われる。

補助極側の側板２２への補助極５の取付けは、他の固着方法も採用できるが、いずれか一方に凸部、他方に凹部を設けて、相互に嵌合させる構成が作業性に優れる。また、この実施例の如く、補助極側の側板２２に設けた一対の丸穴２６、２６に補助極５に設けた円形の凸部５１、５１を嵌合させる構成は、工作性、組み付け性および耐久性の観点から最も実用的である。サブアッセンブリ２０のヨーク１への固定は、磁石スプリング２の背板２１に設けた固定穴２４、２４と、ヨーク１に設けた膨出部１２、１２とを嵌合させて、膨出部１２、１２を偏平頭部１２０、１２０にかしめる方法が、固定強度および生産性の観点から最も有利である。

図６は、この発明の実施例２にかかるヨークアッセンブリ１０を示す。この実施例ではヨークアッセンブリ１０は、磁石スプリング２の外側に主磁極４と直接接触するようにして配された補助極５に加えて、磁石スプリング２の内側に極間磁石６を保持した構成を有する。磁石スプリング２は、図７に示す如く、内部が極間磁石６の装着室６０となっており、中心側に開口した開口部を塞ぐ極間磁石６の保持部として、両側板２２、２３の中心側端から内側に対向して設けられた棚縁２ａ、２ａを備えている。

棚縁２ａ、２ａは、それぞれの両端部２ｂ、２ｂが両側板２２、２３の下端から切り離されるとともに幾分背板２１側に湾曲して形成され先端にはフック状折り返し２ｃ、２ｃが形成され、さらに中央に円弧状の背板２１側への膨出部２ｄが形成されている。また、背板２１には、極間磁石６の半径方向外面を押させるための４個の押え爪２ｅ、２ｅが形成されている。各押え爪２ｅは、背板２１の固定穴２４、２４の間に略矩形の窓２ｆ、２ｆを穿設するとともにその左右の横縁から中心側へ折り曲げて形成されている。

極間磁石６は高さが装着室６０の約１／２、幅が装着室６０の全幅とほぼ同一の偏平な矩形断面を有する棒状を呈し、中心側の左右両側を棚縁２ａ、２ａで弾性支持され、背板２１（外）側を４個の押え爪２ｅで押えられ、両端を折り返し２ｃ、２ｃで係止されて、装着室６０（磁石スプリング２の内側）の中心側に保持されている。極間磁石６の使用は公知であり、近接した主磁極４の内径側の磁極と同磁極（反発する向き）に配置され、出力の増大に寄与することが知られている。図８に示す如く、磁石スプリング２と補助極５とは、側板２２の外面に補助極５を取り付けたサブアッセンブリ２０として組付けられ、実施例１と同様にヨークアッセンブリ１０に組み立てられる。

この実施例では、補助極側の側板２２に設けた一対の丸穴２６、２６の深さ（側板２２の板厚）と円形凸部５１、５１の高さとを同一に設定することが望ましい。これにより、補助極５の装着にともなう、補助極側の側板２２の内側への突出しをほぼゼロにすることが可能であり、補助極５が無いものに極間磁石を組み合わせる構造と同様に、サブアッセンブリ２０に容易に極間磁石を追加することができる。また、それによる主磁極間の漏れ磁束を低減できるため、スタータ用モータの出力性能を向上させることができる。

ヨークアッセンブリの側面図である（実施例１）。 ヨークアッセンブリの正面図である（実施例１）。 磁石スプリングの平面図、側面図、正面断面図である（実施例１）。 補助極の正面図および断面図である（実施例１）。 サブアッセンブリの平面図および側面図である（実施例１）。 ヨークアッセンブリの側面図である（実施例２）。 磁石スプリングの平面図、側面図、正面断面図である（実施例２）。 サブアッセンブリの平面図および側面図である（実施例２）。

符号の説明

１ ヨーク
１０ （ヨークと固定子との）ヨークアッセンブリ
１１ 内周壁
１２ 膨出部
２ 磁石スプリング
２０ （磁石スプリングと補助極との）サブアッセンブリ
２１ 背板
２２ 補助極側の側板
２３ 主磁極側の側板
２４ 固定穴
２５ 爪板
２６ 丸穴
２ａ 棚縁（極間磁石の保持部）
３ 固定子
４ 主磁極（永久磁石）
４１ 他方の側面
４２ 一方の側面
４３ 端面
５ 補助極
５１ 凸部
６ 極間磁石
６０ （極間磁石の）装着室

Claims (5)

1. 筒状のヨークの内周壁に固着される背板および該背板から前記ヨークの中心側に延設された両側板を有し、断面が中心側に開口した略コ字形を呈する複数の磁石スプリングと、永久磁石（主磁極）および補助極からなり、周方向において前記主磁極の増磁側に前記補助極が配設される固定子とを具備し、この固定子が対をなす前記磁石スプリングの間に取付けられるスタータ用モータにおいて、あらかじめ前記磁石スプリングの一方の前記側板の外側に、前記補助極を、前記主磁極と直接接触するように取り付けてサブアッセンブリとし、このサブアッセンブリを前記ヨークの内周面に固着することを特徴とするスタータ用モータ。
2. 請求項１に記載のスタータ用モータにおいて、前記サブアッセンブリは、前記補助極および前記磁石スプリングのいずれか一方に設けた凹部といずれか他方に設けた凸部とを嵌合させて一体化されていることを特徴とするスタータ用モータ。
3. 請求項２に記載のスタータ用モータにおいて、前記サブアッセンブリは、前記補助極に打ち出しにより設けた前記凸部と、前記磁石スプリングに設けた前記凹部である打ち抜きによる嵌合穴との嵌合により一体化されていることを特徴とするスタータ用モータ。
4. 請求項３に記載のスタータ用モータにおいて、前記補助極は、前記凸部の高さが前記側板の板厚と略同等であり、
   前記磁石スプリングは、前記ヨークの内周壁に接する前記背板に設けられた固定穴と、前記ヨークの内周面に設けた膨出部とを嵌合させることで位置決めされ、前記膨出部を塑性変形させることによって前記ヨークに固定されていることを特徴とするスタータ用モータ。
5. 請求項３に記載のスタータ用モータにおいて、前記補助極は、前記凸部の高さが前記側板の板厚と略同等であり、
   前記磁石スプリングは、内部が極間磁石の装着室となっており、前記中心側に開口した開口部を塞ぐ前記極間磁石の保持部を有することを特徴とするスタータ用モータ。

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