JP5132429B2 - ブラシ付モータ - Google Patents

Description

本発明は、ブラシ付モータに関する。

一般に、筒状のステータを備えたモータにあっては、筒状のステータを同じく筒状のケース内に圧入することで、上記ステータをケースに一体化している（たとえば、特許文献１参照）。

ところで、ブラシ付モータは、通常、ケースをヨークとして機能させるので、当該ケースの内周に等間隔を持って円弧状の永久磁石を接着するようにしているが、筒状のステータコアに設けた孔に界磁用の永久磁石を埋め込むようにしてステータを構成することを考えた場合、ケースにステータを一体化するには、やはり、一般的なモータと同様に、圧入といった方法を採用することが想定される。
特開２００６−３３３６５７号公報（図１）

上述のように、ステータのケースへの固定に際しては圧入を採用すればよいが、ステータコアの孔に永久磁石を単に挿入して嵌合させるだけでは、永久磁石が軸方向にずれを生じる虞があり、永久磁石が軸方向にずれると、ブラシ付モータのコギングトルクが大きくなる問題がある。

したがって、ステータコアの孔に永久磁石を移動不能に固定する必要があり、ステータコアの孔に永久磁石を固定する方法として、永久磁石を孔に挿入した後に接着剤を流し込んで接着する固定方法が考えられる。しかしながら、接着固定は、手間がかかるため、コギングトルクを小さくすることができても、ブラシ付モータの製造コストが高くなってしまうという新たな問題が生じる。

また、接着固定に代えて、ケース内でステータコアの孔の両端をケース内周に固定されるプレート等で閉塞して、永久磁石を孔からの脱落を阻止する提案もなしうるが、この場合には、永久磁石に大きな圧縮力を作用させると永久磁石の損傷に繋がるため、ステータコアの両端を押さえるプレートによって永久磁石に大きな圧縮力が作用することが無いように、永久磁石の軸方向長さをステータコアの軸方向長さより短く設定するしかなく、すると、ステータコアの孔の中で丈の短い永久磁石が遊んでしまい、永久磁石が軸方向にずれてブラシ付モータのコギングトルクが大きくなる問題を解消することができない。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、低コストでステータコアに永久磁石を固定することが可能なブラシ付モータを提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、永久磁石と、筒状に形成されるとともに内周側が膨出される複数の磁極部と前記磁極部に前記永久磁石を収容する孔とを有するステータコアと、で構成される筒状のステータと、前記ステータを収容する筒状のケースと、前記ケース内周に固定されて、前記ステータコアの孔の一端を閉塞するプレートと、前記ケース内周に固定されて、前記ステータコアの他端に当接するカバーとを備え、前記カバーは、前記ステータコアの孔に他端から挿入されて前記永久磁石をプレートへ向けて附勢する附勢部を有することを特徴とする

本発明によれば、永久磁石がステータコアの孔内でプレートとカバーに設けた附勢部によって軸方向にずれなく位置決められて固定されるため、コギングトルクが大きくなってしまうことがなく、永久磁石を接着固定する手間もかからないので、ブラシ付モータの製造コストが高くなってしまうという問題も生じない。したがって、このブラシ付モータによれば、低コストでステータコアに永久磁石を固定することが可能である。
さらに、ケースの内周に固定したカバーがステータコアの他端に当接して、カバーとプレートとでステータをケースに固定するようにしているので、ステータがケースから脱落することが阻止され、ケースやステータコアの寸法精度が高くなくとも、確実にステータをケース内に固定することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図1は、本発明の一実施の形態におけるブラシ付モータの横断面図である。図２は、本発明の一実施の形態におけるブラシ付モータのＡＡ断面図である。図３は、本発明の一実施の形態におけるモータのステータの一部拡大断面図である。図４は、本発明の一実施の形態におけるモータのカバーの平面図である。図５は、本発明の一実施の形態におけるモータのカバーの側面図である。図６は、本発明の一実施の形態の一変形例におけるモータのカバーの平面図である。

一実施の形態におけるブラシ付モータ１は、図１および図２に示すように、有底筒状のケース２と、当該ケース２の内周に固定される筒状のステータ３と、ケース２の内周に固定される環状のプレート１６と、同じく、ケース２の内周に固定される環状のカバー１２と、ケース２の開口部に取付けられるキャップ６と、ケース２の頂部に固定されるボールベアリング７とキャップ６の内周に固定されるボールベアリング８とで両端側が支持されてステータ３の内周側に回転自在に挿通されるロータ９と、ロータ９の下端側に設けられた整流子１０と、整流子１０の外周に摺接するブラシ１１とを備えて構成されている。

以下、詳細に説明すると、ステータ３は、筒状に形成されるとともに内周側が膨出されて肉厚を厚くして形成される複数の磁極部４ａを有するステータコア４と、ステータコア４の各磁極部４ａ内に二つずつ埋設される希土類の永久磁石５とを備えて構成されている。

なお、この実施の形態の場合、ステータコア４における磁極部４ａは、磁極部４ａは四つ設けられており、ブラシ付モータ１は４磁極のモータとして構成されている。

さらに詳しくは、各磁極部４ａの内周側のロータ９と対向する面の円弧方向の両端部は、図１に示すように、ロータ９の外周から遠ざかるように傾斜されてテーパ面４ｂが形成され、また、各磁極部４ａの肉厚内には、二つの板状の永久磁石５，５がハの字に配置されて埋め込まれて設けられている。具体的には、各磁極部４ａには永久磁石５，５が固定される孔４ｃが設けられており、この孔４ｃ内に永久磁石５，５が挿入され、後述するプレート１６とカバー１２によって永久磁石５は孔４ｃ内で固定されるようになっている。なお、永久磁石５の軸方向長さは、ステータコア４の軸方向長さより短く設定されている。

そして、同じ磁極部４ａに埋設される各永久磁石５，５は、磁極部４ａが一つの磁極として機能するよう、たとえば、その磁極部４ａがＮ極として機能する場合には、Ｎ極側をロータ９側に向けて配置され、磁極部４ａがＳ極として機能する場合には、Ｓ極側をロータ９側に向けて配置される。

このように、円弧状の磁極部４ａに上記配置で永久磁石５が埋設されるので、図３に示すように、各永久磁石５における磁極部４ａの円弧方向端側の端部５ａが磁極部４ａの内周側に接近するよう傾斜させられて磁極部４ａ内に配置されることになり、永久磁石５の端部５ａの外方を向く背面側における磁極部４ａの肉厚が厚く確保されることになる。

ここで、永久磁石５の端部５ａの背面側は磁束が集中するが、この端部５ａの背面側の磁極部４ａの肉厚が厚く確保されることにより磁束集中部Ｂにおける磁路断面積が大きく確保されることになり、磁束の飽和が抑制されることになる。このように、二つの永久磁石５を一つの磁極部４ａ内にハの字型に配置すれば上記磁束集中部Ｂにおける磁路断面積を大きく確保することができるのである。なお、この実施の形態にあっては、磁路断面積を確保しやすくするために、二つの永久磁石５，５を一つの磁極部４ａ内に設けるようにしているが、一つの磁極部４ａ内に設けられる永久磁石の数はこれに限定されるものではない。

また、ステータコア４は、複数の鋼板を積層することによって上記した形状を実現するようにしているが、このように鋼板の積層による以外にも焼結成形によって上記形状を実現するようにしてもよい。

つづいて、ロータ９は、図１に示したところでは、シャフト１３と、シャフト１３の外周に固定される２２個のスロットを備えたロータコア１４と、ロータコア１４に巻回される巻線１５とを備えた周知の構成とされている。

そして、図１に示すように、ステータコア４の磁極部４ａは、そのテーパ面４ｂの形成によって、その円弧方向端部がロータコア１４の外周から徐々に遠ざかるようになっている。

したがって、磁極部４ａの周方向の両端部側では中央部に比較してロータコア１４との間の空隙が大きくなるので、コギングトルクを軽減することが可能となる。つまり、このステータ３によれば、永久磁石５の形状を特に円弧状とし、かつ、周方向両端側の肉厚を薄くする加工を施すことなく、コギングトルクを軽減することが可能となり、ブラシ付モータ１にむらのないトルクを発生させることが可能となる。なお、この実施の形態の場合、コギングトルクの軽減のために磁極部４ａの両端にテーパ面４ｂを設けているが、これを設けなくともよい。

そして、上述のように、二つの板状の永久磁石５をステータコア４の一つの磁極部４ａ内に配置するようにして、各磁極部４ａのそれぞれが一つの磁極を構成するようにしていることから、永久磁石５を円弧状に形成する必要が無くなり、永久磁石５を希土類磁石としてもコスト高とならず、強度上の問題が招来されることが無い。さらに、永久磁石５を希土類磁石としても、使用される永久磁石５の形状は全て板状で同一形状とすることができるので、製造工程が複雑化してしまう恐れも無く、両端を薄くする必要が無いので減磁の恐れも低減できる。

このように、複数の板状の永久磁石５をステータコア４の一つの磁極部４ａ内に配置するようにして、各磁極部４ａのそれぞれが一つの磁極を構成するようにしていることから、永久磁石５を希土類磁石としても、モータ１の製造コストが悪化する恐れが無く、強度上の問題が生じず、磁路断面積も確保されるので磁束飽和が抑制されてブラシ付モータ１は充分なトルクを発生することが可能となるので、希土類磁石の大きな磁力によって永久磁石５の図２中上下方向となる軸方向長さを短くすることができ、モータ１にとって好ましくない弊害が招来される事なくブラシ付モータ１の軸方向長さを小型化することが可能となる。

他方、ステータ３が収容固定されるケース２は、底部２ａと筒部２ｂとを備えて有底筒状とされ、筒部２ｂの内径がステータ３の外径より若干小径となるように設定されるとともに、筒部２ｂの内周には、同一円周上の複数箇所を外周側からポンチ加締めによって内方へ突出せしめて凸部２ｃが形成されている。

そして、ケース２内には、環状のプレート１６が挿入され、このプレート１６は、ケース２内の凸部２ｃに当接して、それ以上の侵入を阻まれてケース２内に軸方向に位置決めされるようになっている。プレート１６は、薄肉の板状とされずに、ステータ３の端面とケース２の底部２ａに当接して両者に挟み込まれる厚みを備えていてもよい。

また、ケース２内に上述のステータ３を内部に侵入させるとステータ３はケース２に締付けられるとともに、プレート１６に当接して、ステータコア４の孔４ｃの一端となる図２中上端が閉塞されるとともに、それ以上の侵入を阻まれてケース２内に軸方向に位置決めされて固定されるようになっている。すなわち、ステータ３は、ケース２内に圧入されて固定されるようになっている。

そして、本発明では、ステータ３をケース２に圧入したのち、カバー１２をケース２内に圧入させており、このカバー１２によって永久磁石５を孔４ｃに対して位置決めるとともに、ステータ３のケース２からの抜けを防止している。

このカバー１２は、図４および図５に示すように、環状本体１２ａと、環状本体１２ａの外周に設けられた爪部１２ｂと、環状本体１２ａから立ち上がってステータコア４の孔４ｃ内に挿入されて永久磁石５を附勢する附勢部としての板バネ１２ｃとを備えて構成されており、爪部１２ｂをケース２に圧入することでケース２内に固定され、環状本体１２ａをステータコア４の一端となる図２中下端に当接させて、ステータ３を下方から支持し、ステータ３のケース２からの脱落を阻止している。

さらに詳しくは、環状本体１２ａは、ケース２に固定された状態でステータコア４の下端に当接して少なくともステータコア４の孔４ｃの図２中下端を閉塞することができるようになっており、孔４ｃを閉塞して永久磁石５のステータコア４からの脱落を防止している。

また、爪部１２ｂは、この実施の形態の場合、ケース２の内周に対向する外周形状がケース２の内周と同じ曲率の円弧状に設定され、環状本体１２ａの外周全周に亘って放射状に８個設けられており、図５に示すように、カバー１２のケース２への装着が容易で抜けにくくなるように、環状本体１２ａに対して反ステータコア側へ傾斜している。

そして、このカバー１２は、ケース２内に圧入させると、爪部１２ｂの先端となる外周がケース２の内周に接触して、爪部１２ｂが撓んでケース２を拡径する方向へ附勢力を生じて、爪部１２ｂが自身の附勢力によってケース２の内周に押付けられ、ケース２に強固に固定される。このようにカバー１２がケース２に強固に固定されると、環状本体１２ａがステータコア４の図２中下端に当接してステータ３のケース２からの脱落が阻止される。

また、カバー１２は、図４および図５に示すように、カバー１２を母材のうち環状本体１２ａに相当する部位の一部をＵ字上に打ち抜くとともに、当該打ち抜き部分をステータコア４側へ折り曲げ成形することにより、環状本体１２ａに板バネ１２ｃを設けている。

当該板バネ１２ｃは、環状本体１２ａ上であって、ステータコア４の孔４ｃに符合する位置に孔４ｃと同じ数だけ設けられており、カバー１２をケース２に圧入して環状本体１２ａをステータコア４の図２中下端に当接させると、孔４ｃ内に図２中下方から侵入して、永久磁石５の下端を図２中上方へ附勢してプレート１６へ押付ける。

かくして、永久磁石５は、図２中上端がプレート１６に当接し、図２中下端が孔４ｃ内に挿入される板バネ１２ｃに当接して、板バネ１２ｃの附勢力によって永久磁石５が図２中上方へ附勢され、ステータコア４の各孔４ｃ内に挿入された各永久磁石５は、軸方向にずれなく位置決められて固定される。

よって、各永久磁石５がステータコア４の孔４ｃ内で接着によって固定されるのではなく、プレート１６とカバー１２に設けた附勢部としての板バネ１２ｃによって軸方向にずれなく位置決められて固定されるため、コギングトルクが大きくなってしまうことがなく、ブラシ付モータ１の製造コストが高くなってしまうという問題も生じない。

すなわち、低コストで、かつ、ステータコア４に永久磁石５を固定することが可能となるのである。

また、この場合、環状本体１２ａがステータコア４の他端たる図２中下端に当接して、カバー１２とプレート１６とでステータ３をケース２に固定するようにしているので、ケース２やステータコア４の寸法公差や、線膨張係数の違いで温度変化によって生じる締付力の変化によって、ケース２のステータ３を締付ける締付力が不足する事態となっても、カバー１２によって、ステータ３がケース２から脱落することが阻止され、ケース２やステータコア４の寸法精度が高くなくとも、確実にステータ３をケース２内に固定する事ができる。

そして、ケース２とステータ３の双方において高精度な寸法管理を強いられる事がなく、ケース２やステータ３に寸法を出すための後加工を施す必要が無いから、圧入性も改善され、ブラシ付モータ１の生産性の向上と低コスト生産を両立する事ができる。

また、永久磁石５は、ステータコア４の磁極部４ａ内に埋設されることになるので、プロテクタやホルダといった永久磁石５の保護および飛散防止のためだけに使用される部材をブラシ付モータ１に設ける無駄を省くことが可能となる。

さらに、爪部１２ｂの数は、ステータ３をケース２に固定し抜け止めとして機能できれば、二個以上設ければよいが、ケース２に対して偏心させることがないよう、３個以上設置することが好ましく、また、各爪部１２ｂの円周方向幅は、全て同じに設定せずともよく、さらには、爪部１２ｂの外周の形状は、上記した円弧状以外に、たとえば、鋸歯状や波型に設定されてもよい。

また、附勢部としての板バネ１７ｂは、図６に示した一実施の形態の一変形例におけるブラシ付モータのカバー１７のように、環状本体１７ａの内周に連なる破線で示した腕ａを外周側へ向けて折りたたんで、形成してもよい。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

本発明の一実施の形態におけるブラシ付モータの横断面図である。 本発明の一実施の形態におけるブラシ付モータのＡＡ断面図である。 本発明の一実施の形態におけるステータ構造が具現化されたモータの一部拡大横断面図である。 本発明の一実施の形態におけるモータのカバーの平面図である。 本発明の一実施の形態におけるモータのカバーの側面図である。 本発明の一実施の形態の一変形例におけるモータのカバーの平面図である。

符号の説明

１ ブラシ付モータ
２ ケース
２ａ ケースにおける底部
２ｂ ケースにおける筒部
２ｃ ケースにおける凸部
３ ステータ
４ ステータコア
４ａ ステータコアにおける磁極部
４ｂ ステータコアにおけるテーパ面
４ｃ ステータコアにおける孔
５ 永久磁石
５ａ 永久磁石の端部
６ キャップ
７，８ ボールベアリング
９ ロータ
１０ 整流子
１１ ブラシ
１２，１７ カバー
１２ａ カバーにおける環状本体
１２ｂ カバーにおける爪部
１３ シャフト
１４ ロータコア
１５ 巻線
１６ プレート
Ｂ ステータコアにおける磁束集中部
Ｍ ステータコアにおける磁路

Claims (3)

1. 永久磁石と、筒状に形成されるとともに内周側が膨出される複数の磁極部と前記磁極部に前記永久磁石を収容する孔とを有するステータコアと、で構成される筒状のステータと、
   前記ステータを収容する筒状のケースと、
   前記ケース内周に固定されて、前記ステータコアの孔の一端を閉塞するプレートと、
   前記ケース内周に固定されて、前記ステータコアの他端に当接するカバーとを備え、
   前記カバーは、前記ステータコアの孔に他端から挿入されて前記永久磁石をプレートへ向けて附勢する附勢部を有することを特徴とするブラシ付きモータ。
2. 前記カバーは、前記ステータコアの他端に当接して前記ステータのケースからの抜け止めとして機能することを特徴とする請求項１に記載のブラシ付モータ。
3. 前記カバーは、前記ステータコアの他端に当接する環状本体と、前記環状本体の外周に設けられて反ステータコア側へ傾斜する複数の爪部と、前記環状本体から立ち上がって前記ステータコアの孔内に挿入されて前記永久磁石を附勢する板バネとを備え、前記爪部を前記ケース内周に圧入することを特徴とする請求項１に記載のブラシ付モータ。

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