JP5324131B2 - 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）

しかしながら、上述したモータのケースは、有底筒状であるため深絞りプレス加工によって形成されることが多く、この深絞りプレス加工では高い寸法精度を望むことができず、寸法公差によってはステータをケース内に圧入しても、ケースがステータを締付ける締付力が不足してしまう虞がある。

締付力が不足すると、大トルクを出力しようとするとケース内でステータが空回りしてしまう事態を生じたり、ケースからステータが脱落してしまう可能性がある。

このような事態を回避するには、ケースとステータの双方において高精度な寸法管理を強いられる事になるので、モータの生産性が悪化するとともに、加工コストも高くなってしまうことになる。

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、生産性を向上でき低コストで生産する事が可能で、かつ、ステータの脱落と空回りを防止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。

上記した目的を解決するために、本発明における課題解決手段におけるブラシ付モータは、筒状のケースと、当該ケース内に収容される筒状のステータとを備え、当該ステータは、内周側が膨出される複数の磁極部を有するステータコアと、各磁極部に形成された孔内に装着される永久磁石とを含むとともに、上記ステータコアの周方向への周り止めのための嵌合部を有する環状のストッパカバーをさらに備え、当該ストッパカバーは上記ケース内に圧入されて上記ステータコアの一端に当接するとともに、上記ステータコアの任意の磁極部間に形成された凹部に上記嵌合部を嵌合させることを特徴とする。

本発明によれば、ケースやステータコアの寸法公差や、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、ケースのステータを締付ける締付力が不足する事態となっても、ストッパカバーによって、ステータがケースから脱落することが阻止されるとともにステータがケースに対して空回りすることが阻止されるので、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事ができる。

そして、ケースとステータ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、ケースやステータ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。

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ストッパ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ストッパカバーの側面図である。

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の内周に圧入されてステータ３のケース２からの抜け止めおよび回り止めとして機能する環状のストッパカバー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４ｂが設けられており、この孔４ｂ内に永久磁石５，５が接着等によって固定される。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、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。

このケース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、凸部２ｃによっ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。なお、ステータ３のケース２に対する位置決めとケース２内への更なる侵入を防止するには、上記凸部２ｃを設けるほか、ケース２の筒部２ｂの内周にスナップリングを装着して、ステータ３の位置決めを行ってもよい。さらには、ケース２の底部２ａとステータ３との間に、たとえば、樹脂製のリングを介装したり、ケース２の底部２ａの一部をケース２内側へ突出させて凸部を設け、当該凸部にステータ３を当接させたりすることでステータ３の位置決めを行うようにしてもよい。

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、ストッパカバー１２をケース２内に圧入させており、このストッパカバー１２によってステータ３の抜けを防止している。

このストッパカバー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、ステータコア４の任意の磁極部４ａ間に嵌合する嵌合部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からの脱落を防止するとともに、ステータコア４の磁極部４ａ間に嵌合部１２ｃを嵌合させステータコアの任意の磁極部間に形成された凹部に嵌合部を嵌合させることでステータ３のケース２に対する空回りを防止している。

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４ｂ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４ｂ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。なお、永久磁石５の脱落を阻止する必要が無い場合、環状本体１２ａで孔４ｂを閉塞する必要は無い。

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１６個設けられており、図５に示すように、ストッパカバー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、このストッパカバー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。このようにストッパカバー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。

さらに、嵌合部１２ｃは、環状本体１２ａの内周からステータコア４側に立ち上っており、その周方向幅は、ステータコア４の磁極部４ａ間の隙間幅未満に設定されている。なお、嵌合部１２ｃの軸方向長さは、ストッパカバー１２をケース２に装着した際に底部２ａに干渉しない範囲で任意に設定することができる。また、嵌合部１２ｃは、この実施の形態の場合、ステータコア４の磁極部４ａ間の隙間が四つ存在しているので、これに対応して四つ設けられているが、全ての磁極部４ａ間に対応する必要は無く、少なくとも一つ以上設けられればよい。

そして、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までストッパカバー１２をケース２に圧入すると、磁極部４ａ間の凹部に嵌合部１２ｃが侵入して、ストッパカバー１２を介してケース２に対してステータ３が回り止めされることになる。

よって、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、ストッパカバー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るとともにステータ３がケース２に対して空回りすることが阻止されるので、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。

なお、この実施の形態の場合、ステータコア４の孔４ｂがストッパカバー１２によって閉塞されるので、孔４ｂに固定されている永久磁石５が孔４ｂ内で遊んでしまうような事態となっても、永久磁石５がステータコア４から脱落してしまう事態を回避でき、ブラシ付モータ１が駆動不能となってしまうことがなく、ブラシ付モータ１の信頼性が向上する。

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。

なお、この実施の形態においては、ステータコア４の孔４ｂのうちストッパカバー１２で閉塞していない上端から永久磁石５が外部へ突出する可能性があるが、ケース２が有底筒状であるので、ケース２によって完全に永久磁石５が孔４ｂの上端から外部へ脱落することがないが、孔４ｂの図２中上端を閉塞しておくようにしてもよい。また、ケース２が有底ではなく両端が開放される筒状である場合には、ストッパカバー１２を二つ用いて一つを予めケース２内に装着しておき、ステータコア４の孔４ｂの両端を二つのストッパカバー１２を対向させて挟み込むことで閉塞するようにしてもよい。このように、テータコア４の孔４ｂの両端を二つのストッパカバー１２で閉塞する場合、ストッパカバー１２がステータ３のケース２に対する位置決めとしても機能するので、凸部２ｃを設ける必要は無い。

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。

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ストッパ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ストッパカバーの側面図である。

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 ストッパカバー
１２ａ ストッパカバーにおける環状本体
１２ｂ ストッパカバーにおける爪部
１２ｃ ストッパカバーにおける嵌合部
１３ シャフト
１４ ロータコア
１５ 巻線
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 (2)

1. 筒状のケースと、当該ケース内に収容される筒状のステータとを備え、
   当該ステータは、内周側が膨出される複数の磁極部を有するステータコアと、各磁極部に形成された孔内に装着される永久磁石とを含むとともに、上記ステータコアの周方向への周り止めのための嵌合部を有する環状のストッパカバーをさらに備え、
   当該ストッパカバーは上記ケース内に圧入されて上記ステータコアの一端に当接するとともに、上記ステータコアの任意の磁極部間に形成された凹部に上記嵌合部を嵌合させる
   ことを特徴とするブラシ付モータ。
2. 上記ストッパカバーは、上記ステータコアの一端に当接する環状本体と、上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、上記環状本体の内周に設けられた上記嵌合部と備え、上記爪部を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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