JP5953059B2 - Electric motor - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁抵抗の低下を防止できる電動モータに関するものである。 The present invention relates to an electric motor that can prevent a decrease in insulation resistance.
ブラシ付きの電動モータは、永久磁石を固定したヨーク(ケース)内に、ベアリングを介して回転可能に支持されたロータを有し、ロータに備えた整流子にブラシから電流を与えることによりロータを回転させるものである。 An electric motor with a brush has a rotor rotatably supported via a bearing in a yoke (case) to which a permanent magnet is fixed. The rotor is applied by applying current from the brush to a commutator provided in the rotor. It is intended to rotate.
このような電動モータでは、ロータの回転に伴ってブラシが整流子により磨耗し、この磨耗粉が電動モータ内に蓄積する。磨耗粉は導電性があるため、これがブラシや整流子の周囲に付着すると、ロータのシャフトを支持するベアリングとブラシや整流子との間の絶縁抵抗が低下するという問題が生じうる。 In such an electric motor, the brush is worn by the commutator as the rotor rotates, and this wear powder accumulates in the electric motor. Since the wear powder is conductive, if it adheres to the periphery of the brush or commutator, there may be a problem that the insulation resistance between the bearing supporting the rotor shaft and the brush or commutator decreases.
このような問題に対して、ベアリングと整流子との間に設けられモータの内部空間をベアリング室と整流子室とに区画する隔壁シートを設けたモータが知られている(特許文献1参照)。 In order to solve such a problem, there is known a motor provided with a partition sheet provided between a bearing and a commutator to partition an internal space of the motor into a bearing chamber and a commutator chamber (see Patent Document 1). .
特許文献1の従来技術は、ブラシと整流子との摺動により発生する磨耗粉がベアリング室等へ侵入することを防止して、ブラシ又は整流子とロータとの間の絶縁性を確保している。
The prior art of
ところで、ブラシ又は整流子とヨークとの間の絶縁抵抗は、ヨークの表面に塗装等の被膜を形成することにより確保されることが一般的である。 Incidentally, the insulation resistance between the brush or commutator and the yoke is generally ensured by forming a coating or the like on the surface of the yoke.
一方で、従来、永久磁石の表面には絶縁処理はされていなかった。そのため、ブラシが整流子により磨耗し、この磨耗粉が電動モータ内に蓄積すると、ブラシと永久磁石との間に磨耗粉による導通経路が形成され、ブラシと永久磁石との間に絶縁抵抗が低下してしまう。このような状況において、ヨークの内周面に永久磁石を圧入する等の作業により永久磁石がヨークの内周面を擦り、ヨークの内周面の被膜が削られていた場合は、削られた部分に接する永久磁石とヨークとの間の絶縁抵抗が低下する。この結果、ブラシとヨークとの間の絶縁抵抗が低下するという問題があった。 On the other hand, conventionally, the surface of the permanent magnet has not been insulated. Therefore, when the brush is worn by the commutator and this wear powder accumulates in the electric motor, a conduction path is formed between the brush and the permanent magnet, and the insulation resistance decreases between the brush and the permanent magnet. Resulting in. In such a situation, if the permanent magnet rubs the inner peripheral surface of the yoke by an operation such as press-fitting the permanent magnet into the inner peripheral surface of the yoke, and the coating on the inner peripheral surface of the yoke is scraped off, The insulation resistance between the permanent magnet in contact with the portion and the yoke is lowered. As a result, there is a problem that the insulation resistance between the brush and the yoke is lowered.
本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであって、ブラシの磨耗粉により絶縁抵抗が低下することを防止できる電動モータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an electric motor capable of preventing a decrease in insulation resistance due to brush abrasion powder.
本発明は、ヨークと、ヨーク内に固定される永久磁石と、整流子を有し、ヨーク内で回転可能に支持されるロータと、整流子に摺接して整流子に電流を供給するブラシと、を備える電動モータであって、永久磁石の表面には、電気絶縁性の被膜が形成されると共に、電気絶縁性皮膜上に、電気絶縁性の皮膜より動摩擦係数が低い低摩擦抵抗性の被膜が形成され、電気絶縁性の被膜は、低摩擦抵抗性の被膜よりも厚く形成されることを特徴とする。 The present invention includes a yoke, a permanent magnet fixed in the yoke, a rotor having a commutator and rotatably supported in the yoke, and a brush that slidably contacts the commutator and supplies current to the commutator. , An electric insulating film is formed on the surface of the permanent magnet, and a low friction resistance film having a lower dynamic friction coefficient than the electric insulating film on the electric insulating film The electrically insulating film is thicker than the low friction-resistant film.
本発明によると、永久磁石の表面には、永久磁石側から電気絶縁性の被膜と低摩擦抵抗性の被膜とが順に積層される。電気絶縁性の被膜は永久磁石の表面を絶縁して、ブラシとの間の絶縁抵抗を確保する。また、低摩擦抵抗性の被膜は、永久磁石とヨークとの間の摩擦抵抗を低減するので、永久磁石をヨークの内部に挿入するときに永久磁石によってヨークの表面(例えば表面に施された絶縁性の被膜)が削られることが防止される。このような構成により、永久磁石とヨークとの間の絶縁抵抗を確保できるので、ヨークの内部にブラシの磨耗粉が蓄積した場合にも、ブラシとヨークとの間の絶縁抵抗が低下することを防止できる。 According to the present invention, on the surface of the permanent magnet, the electrically insulating coating and the low friction resistant coating are sequentially laminated from the permanent magnet side. The electrically insulating coating insulates the surface of the permanent magnet to ensure insulation resistance with the brush. Also, the low friction resistance coating reduces the frictional resistance between the permanent magnet and the yoke, so that when the permanent magnet is inserted inside the yoke, the surface of the yoke (for example, the insulation applied to the surface) by the permanent magnet. Is prevented from being scraped. With such a configuration, the insulation resistance between the permanent magnet and the yoke can be secured, so that the insulation resistance between the brush and the yoke is reduced even when brush abrasion powder accumulates inside the yoke. Can be prevented.
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施形態の電動モータ1の回転軸方向の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of the
本実施形態の電動モータ1は、円筒形状であって一方の端部が開口された有底形状を成す金属性のヨーク10と、このヨーク10に回転可能に支持されるロータ20とを備える。ヨーク10は、電動モータ1のケースを構成する。
The
ヨーク10の内周面には、永久磁石11が装着される。ヨーク10の開口部分には、樹脂等の絶縁性素材で形成されたブラケット12が装着される。
A
ロータ20は、ロータシャフト21と、ロータシャフト21に固定される整流子22と、ロータコア23とを備える。ロータコア23は、薄板状の電磁鋼板が回転軸方向に積層されて構成される。ロータコア23には巻線24が巻回されている。ロータシャフト21は、ヨーク10の底部側に固定されるベアリング13とブラケット12に固定されるベアリング14とを介して、ヨーク10に対して回転可能に支持される。
The
整流子22の外周側には、複数の電極22aが固定される。電極22aには、それぞれ巻線24が接続される。電動モータ1では、ブラケット12に装着されるブラシ15と整流子22の電極22aとが摺接しており、ブラシ15を介して巻線24に電流が供給される。これにより、巻線24に電流が流れ、ロータコア23に発生する磁力と永久磁石11の磁力との反発力が回転方向に働いて、ロータ20が回転駆動される。
A plurality of
ブラシ15は、ブラケット12に形成されたブラシホルダ31に支持される。ブラシ15は、ブラシホルダ31に内装されたバネ32により整流子22側に押し付けられて電極22aに摺接する。図示しない電源からの電流はハーネス33、リードプレート34、銅編み線35を介してブラシ15に供給され、ブラシ15に摺接する整流子22の電極22aを介して巻線24に供給される。ブラシ15は、一般に、カーボン又はカーボンと銅とを主成分とする導電性材料により形成される。なお、ブラシ15の数や整流子22の電極22aの極数は、電動モータ1の特性や性能に応じて適宜設定される。
The
ブラケット12は、例えば樹脂により形成される。ブラケット12には、ブラシホルダ31と、ベアリング14のアウターレース(外輪)41が嵌合するベアリング取付部12aと、が形成される。ロータシャフト21の外周面にはベアリング14のインナレース(内輪)42が嵌合されており、ロータシャフト21の先端部はブラケット12の軸穴を介して外側に突出している。
The
ヨーク10の内周面には、図2に示すようにセグメント形状の一対の永久磁石11(11a、11b)が互いに向かい合って装着される。永久磁石11は、磁石ホルダ50に装着された状態でヨーク10の内部に圧入固定される。永久磁石11は、例えばフェライト磁石により構成される。なお、永久磁石11の表面には、後述するように電気絶縁性の被膜110aと低摩擦抵抗性の被膜110bとが形成されている。
As shown in FIG. 2, a pair of segment-shaped permanent magnets 11 (11a, 11b) are mounted on the inner peripheral surface of the
次に、電動モータ1の構成を、図2及び3を参照して説明する。
Next, the configuration of the
図2は本発明の実施形態の電動モータ1の図1におけるA−A断面図であり、図3は電動モータ1の図2におけるB−B断面の斜視図である。なお、図2及び図3では、ロータ20は省略されている。
2 is a cross-sectional view of the
磁石ホルダ50の外形は、ヨーク10の内周面形状に沿うような円筒形状を有する。磁石ホルダ50の側壁部には、セグメント形状の永久磁石11が装着される一組の窓状の磁石装着部51a、51bが形成されている。磁石装着部51a、51bに一組の永久磁石11a、11bが装着されることで、永久磁石11a、11bが磁石ホルダ50に固定される。
The outer shape of the
永久磁石11a、11bは、それぞれ、略同一形状のセグメント形状(C形状)を有している。永久磁石11a、11bの外周側(セグメント形状の膨出側)の曲面は、ヨーク10の内周面形状に沿うような形状となっている。永久磁石11a、11bそれぞれの表面には、後述するように電気絶縁性の被膜110aと低摩擦抵抗性の被膜110bとが形成されている。
Each of the
磁石ホルダ50に一組の永久磁石11a、11bを装着した場合には、この磁石ホルダ50の外周面の形状は、ヨーク10の内周面の形状と略一致する。このような形状とすることで、磁石ホルダ50がヨーク10の内周面に圧入固定される。
When a pair of
なお、磁石ホルダ50の一端側はヨーク10の底部へと向かう絞り構造となっており(図1参照)、この絞り構造の中央部には、ベアリング13のアウターレース43の外周面に嵌合するベアリング取付部50aが形成されている。
Note that one end side of the
本実施形態の電動モータ1は、次のような手順により組立てられる。
The
まず、磁石ホルダ50の磁石装着部51a、51bのそれぞれに、永久磁石11a、11bが装着される。そして、永久磁石11a、11bが装着された磁石ホルダ50がヨーク10の内部へと挿入される。
First, the
図3の点線で示すように、ヨーク10の開口部から磁石ホルダ50がヨーク10の内部へと挿入される。磁石ホルダ50は、その底部がヨーク10の底部に突き当たるまで挿入される。このとき、磁石ホルダ50及び永久磁石11の外周面が、ヨーク10の内周面を滑りながらヨーク10の底部に突き当たるまで挿入される。
As shown by the dotted line in FIG. 3, the
ヨーク10の内部に永久磁石11を装着した磁石ホルダ50が圧入されることにより、ヨーク10の内周面に永久磁石11の外周面が密着する。これにより、一組の永久磁石11a、11bの磁力がヨーク10により結合される。なお、磁石ホルダ50とヨーク10との間に、予め接着剤を塗布しておいてもよい。
When the
次に、予めベアリング13が装着されたロータ20が、ヨーク10の内部に挿入される。磁石ホルダ50の底部のベアリング取付部50aには、このベアリング13が装着される。
Next, the
次に、リードプレート34、銅編み線35、ブラシ15、ベアリング14等が予め装着されたブラケット12が、ヨーク10の開口部に装着される。その後、ブラケット12とヨーク10とが、例えばボルト及びナットにより固定される。
Next, the
このように構成される電動モータ1において、従来、次のような問題が発生していた。
Conventionally, the following problems have occurred in the
電動モータ1が回転するときに、整流子22の電極22aとブラシ15とが摺接するので、電極22aよりも軟質の材質であるブラシ15が磨耗する。ブラシ15の磨耗により発生する磨耗粉は、ヨーク10の内部に蓄積する。
Since the
電動モータ1の組立て時に、磁石ホルダ50は、その外面がヨーク10の内面をすべりながら圧入される。ヨーク10は導電性の金属で形成されているので、漏電を防止するために、ヨーク10の表面には、電気絶縁性の被膜(例えばカチオン電着塗装による被膜)が予め形成されている。ここで、従来は、磁石ホルダをヨークに圧入するとき、ヨークの内周面の形状の公差、表面の塗装の微細な凹凸、磁石ホルダや永久磁石の外周面の公差、磁石ホルダの圧入時の傾き等の原因により、磁石ホルダに装着された永久磁石がヨークの内周面の被膜を削ってしまう可能性があった。
When the
このような従来の構成では、ヨークの内周面の被膜が削られると、ヨークを形成する金属が露出するので、ヨークの金属部分が露出した箇所と永久磁石との間の絶縁抵抗が低下する。永久磁石はフェライト等の導電性のある材質で形成されているので、ヨークと永久磁石との間の絶縁抵抗が低下する。このような状況で、ブラシの磨耗粉が蓄積すると、ブラシと永久磁石との間に電気の導通経路が発生して、ブラシとヨークとの間の絶縁抵抗が低下する虞があった。 In such a conventional configuration, when the coating on the inner peripheral surface of the yoke is scraped, the metal forming the yoke is exposed, so that the insulation resistance between the portion where the metal portion of the yoke is exposed and the permanent magnet decreases. . Since the permanent magnet is made of a conductive material such as ferrite, the insulation resistance between the yoke and the permanent magnet is lowered. Under such circumstances, when the abrasion powder of the brush accumulates, an electrical conduction path is generated between the brush and the permanent magnet, and there is a possibility that the insulation resistance between the brush and the yoke is lowered.
そこで、本発明の実施形態では、磁石ホルダ50をヨーク10内に圧入するとき、ヨーク10の金属部分が露出することがないように、次のように構成した。
Therefore, in the embodiment of the present invention, when the
前述の電動モータ1の組立てに先立って、永久磁石11の表面(外周面及び内周面)には、電気絶縁性の被膜110aと低摩擦抵抗性の被膜110bとが積層される。まず、電気絶縁性の被膜110aは、永久磁石11の表面にカチオン電着塗装を行うことによって形成される。
Prior to the assembly of the
カチオン電着塗装とは、水溶性のカチオン塗料を満たした電着層に被塗装物を浸漬して、被塗装物を陰極とし、電着層中に設置した陽極との間に電流を印加することにより被塗装物の表面に塗料を析出させて被膜を形成するものである。電気絶縁性のカチオン塗料を用いることによって、被塗装物に電気絶縁性の被膜110aを形成することができる。
Cationic electrodeposition coating involves immersing an object to be coated in an electrodeposition layer filled with a water-soluble cationic paint, using the object to be coated as a cathode, and applying an electric current to the anode installed in the electrodeposition layer. As a result, the coating is deposited on the surface of the object to be coated to form a film. By using the electrically insulating cationic paint, the electrically insulating
永久磁石11には、その表面にカチオン電着塗料による電気絶縁性の被膜110aが形成される。この被膜110aの厚さは、永久磁石11とヨーク10との間の絶縁抵抗を十分に確保できる程度の厚みに設定される。具体的には、電動モータ1の定格電圧に対して絶縁性を確保するために必要な厚さであり、さらに、コストや製造工程の効率を勘案した適切な厚さ(例えば30[μm])とする。
On the surface of the
なお、カチオン電着塗装に限らず、永久磁石11の表面に電気絶縁性の被膜110aを形成するものであればよく、例えば電気絶縁性の塗料を永久磁石11の表面に吹き付け塗装を行って被膜110aを形成してもよい。また、アルミ酸化膜のように永久磁石11の表面に化学的な処理を行って電気絶縁性の被膜110aを形成してもよい。
In addition, it is not limited to cationic electrodeposition coating, and any coating may be used as long as it forms an electrically insulating
カチオン電着塗装による電気絶縁性の被膜110aを形成した後、永久磁石11の表面に低摩擦抵抗性の被膜110bをさらに積層して形成する。本実施形態では、永久磁石11の表面に形成された電気絶縁性の被膜110aの上層に、フッ素樹脂による被膜110bを形成する。
After the electrically insulating
低摩擦抵抗性の被膜110bを形成するフッ素樹脂には、例えば四フッ化エチレン樹脂(PTFE)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂(FEP)、四フッ化エチレン・バーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂(PFA)、四フッ化エチレン共重合体樹脂(ETFE)等が用いられる。
Examples of the fluororesin that forms the low-friction-
このようなフッ素樹脂による被膜110bを永久磁石11の表面にさらに形成することにより、永久磁石11の外周面の摩擦抵抗(動摩擦係数)が低減される。特に、フッ素樹脂は、カチオン電着塗装による電気絶縁性の被膜110aよりも摩擦抵抗が小さい被膜110bを形成することができる。また、カチオン電着塗装による電気絶縁性の被膜110aよりも表面硬度が高い被膜110bを形成できる。
By further forming such a
永久磁石11の外周面の摩擦抵抗を低減することにより、永久磁石11の外周面とヨーク10の内周面との摩擦抵抗が小さくなり、ヨーク10の内部に磁石ホルダ50を圧入するときのすべり性が高くなる。これにより、永久磁石11の外周面がヨーク10の内周面を摺動しやすくなり、ヨーク10の内周面の被膜が削られてしまうことや、永久磁石11の外周面の被膜(110a、110b)が削られてしまうことが防止される。
By reducing the frictional resistance of the outer peripheral surface of the
フッ素樹脂の被膜110bは、電気絶縁性の被膜110aの表面の摩擦抵抗を低減できる程度の厚みに形成することが望ましい。具体的には、コストや製造工程の効率により適切な厚さ(例えば1[μm]〜5[μm])とする。なお、フッ素樹脂の被膜110bの形成方法は、吹き付けや塗布など、永久磁石11の表面に低摩擦抵抗性の被膜110bを形成できるものであればどのような方法でもよい。
The
このように、永久磁石11の表面にカチオン電着塗装による電気絶縁性の被膜110aを形成し、さらに低摩擦抵抗性の被膜110bを積層して形成することにより、磁石ホルダ50の圧入時のすべり性が高くなり、磁石ホルダ50に保持された永久磁石11の外周面がヨーク10の内周面の被膜を削ってしまうことや、永久磁石11の外周面の被膜(110a、110b)が削られてしまうことが防止される。
In this way, by forming the electrically insulating
以上のように、本発明の実施形態の電動モータ1は、ヨーク10と、ヨーク10に固定される永久磁石11と、ヨーク10内で回転可能に支持されるロータ20と、を備えるブラシ付きの電動モータである。永久磁石11の表面には、永久磁石11側から電気絶縁性の被膜110aと低摩擦抵抗性の被膜110bとが順に積層されている。永久磁石11の表面に電気絶縁性の被膜110aが形成されることにより、永久磁石11とヨーク10との間の絶縁抵抗が確保される。また、永久磁石11の外周面に低摩擦抵抗性の被膜110bが形成されることにより、永久磁石11がヨーク10の内部に圧入されるときの摩擦抵抗が低減されて、永久磁石11の外周面がヨーク10の内周面の被膜を削ってしまうことや、永久磁石11の表面の被膜(110a、110b)が削られてしまうことが防止される。
As described above, the
このように構成することで、ヨーク10の内周面の被膜と永久磁石11の外周面に形成された電気絶縁性の被膜110aとが損なわれることなく、ヨーク10の内部にブラシ15の磨耗粉が蓄積した場合であっても、ブラシ15とヨーク10との間の絶縁抵抗が低下することを防止できる。
With this configuration, the abrasion powder of the
電気絶縁性の被膜110aはカチオン電着塗装より形成される被膜であり、低摩擦抵抗性の被膜110bはフッ素樹脂の被膜である。これらの被膜は従来の手法を用いることによって形成することができるので、電動モータ1の製造コストを上昇させることがない。
The electrically insulating
また、永久磁石11は、ヨーク10の内面形状に沿う外面形状を有する磁石ホルダ50に保持されて、ヨーク10の内部に圧入される。複数の永久磁石11を磁石ホルダ50によって一度の作業によりヨーク10内に挿入することができるので、電動モータ1の製造コストを低減できる。
Further, the
なお、本発明の実施形態では、電動モータ1を例として説明したが、これに限らず、発電機等の回転電機にも適用することができる。
In the embodiment of the present invention, the
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
1 電動モータ
10 ヨーク
11a、11b 永久磁石
12 ブラケット
13 ベアリング
14 ベアリング
15 ブラシ
20 ロータ
21 ロータシャフト
22 整流子
22a 電極
23 ロータコア
24 巻線
50 磁石ホルダ
51a、51b 磁石装着部
110a 被膜
110b 被膜
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記永久磁石の表面には、電気絶縁性の被膜が形成されると共に、前記電気絶縁性皮膜上に、前記電気絶縁性の皮膜より動摩擦係数が低い低摩擦抵抗性の被膜が形成され、前記電気絶縁性の被膜は、前記低摩擦抵抗性の被膜よりも厚く形成されることを特徴とする電動モータ。 A yoke, a permanent magnet fixed in the yoke, a rotor having a commutator and rotatably supported in the yoke, and a brush that is in sliding contact with the commutator and supplies current to the commutator An electric motor comprising:
An electric insulating film is formed on the surface of the permanent magnet, and a low friction resistance film having a lower dynamic friction coefficient than the electric insulating film is formed on the electric insulating film. The electric motor is characterized in that the insulating film is formed thicker than the low frictional resistance film.
前記永久磁石は、前記磁石ホルダに保持されて、前記ヨーク内に設けられることを特徴とする請求項1又は2に記載の電動モータ。 An outer surface shape conforming to the inner surface shape of the yoke, and further comprising a magnet holder inserted into the yoke;
The electric motor according to claim 1, wherein the permanent magnet is held by the magnet holder and provided in the yoke.
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