JPWO2008069016A1 - 直流モータ - Google Patents

Abstract

要約課題 ロータの保持強度や耐久性を悪化させることなく、直流モータの軸方向の小型化を可能にすることができる直流モータを得るものである。解決手段 複数のコイル４が配設されるステータ２と、このステータ２の内周に対向して配設され複数の永久磁石磁極９を有し、一端にパイプ１１を有するロータ８と、ロータ８の他端に設けられ電源から供給された電流を転流してステータ２のコイル４に与える通電部１９と、ロータ８を保持するスリーブ軸受６と、ロータ８を保持しスリーブ軸受６に比し耐荷重の大きいボール軸受７とを備えた直流モータにおいて、パイプ１１がボール軸受７を保持すると共にボール軸受７に直接接触する。選択図 図１

Description

この発明は、例えば排気ガスの再循環系を構成するためのＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ ＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）バルブ装置の駆動用の直流モータなどに用いられるものである。

従来の直流モータは、２つのボール軸受によってロータを保持するような構成になっている（例えば特許文献１参照）。

国際公開２００１−０５０１８号公報（第２図）

しかしながら、近年自動車メーカーから直流モータの特に軸方向の小型化が要求されており、上記のような直流モータに変わり、ロータを保持する２つの軸受の一方の軸受をスリーブ軸受とし、他方の軸受をスリーブ軸受に比し耐荷重の大きいボール軸受とし、ロータの保持の大半をスリーブ軸受に比し耐荷重の大きいボール軸受が持つ構成の直流モータが考えられている。
この直流モータにおいては、ロータの保持の大半を１つのボール軸受で持つため、ボール軸受のサイズは従来の直流モータのボール軸受に比し径方向、軸方向共に大きくなる。しかしながらこの直流モータでは、ロータを保持する軸受の１つとしてボール軸受の代わりにスリーブ軸受を用いている。

従来の直流モータでは、スリーブ軸受ではなく、ボール軸受を用いていたので、軸方向の全長を短くするために、例えば、ボール軸受と通電部とを同一平面上に配置しようとすると、直流モータの径方向の大きさが大きくなってしまう。これにより、直流モータが大型化してしまうため、従来の直流モータではボール軸受と通電部とを同一平面上に配置することができなかった。

これに対し、２つの軸受の一方の軸受をスリーブ軸受とした直流モータでは、径方向の厚さがボール軸受に比し薄いスリーブ軸受を用いることにより、径方向にスペースができるため、スリーブ軸受と通電部とを軸方向の同一平面上に配置することが可能となる。従って、２つの軸受の一方の軸受をスリーブ軸受とした直流モータでは、スリーブ軸受と通電部とを軸方向の同一平面上に配置することができるため、２つのボール軸受を用いていた従来の直流モータに比し軸方向の小型化を可能にすることができる。
また、上記の直流モータのように、２つの軸受の一方の軸受に、スリーブ軸受を用いる場合は、他方の軸受であるボール軸受の軸方向のサイズが大きくなるが、ロータは樹脂で形成されているため、ボール軸受の軸方向のサイズが大きくなった分だけ、ロータの軸方向の樹脂量を少なくすることにより、ボール軸受の軸方向のサイズが大きくなっても、直流モータの軸方向の大きさが大きくならないようにしている。

しかしながら、上記の直流モータにおいては、ボール軸受の径方向のサイズが大きくなることによって、直流モータが外径方向に大きくなるのを防止するために、ボール軸受の外径サイズは従来相当にして、ボール軸受のサイズを内径方向に大きくする必要がある。ボール軸受のサイズを内径方向に大きくすると、ボール軸受に保持されているロータの径方向の厚さが薄くなる。ロータは樹脂で形成されており、またボール軸受に保持されているロータ部分は中空形状であるため、ロータの径方向の厚さが薄くなると、ロータの保持強度や耐久性が悪化してしまうという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ロータの保持強度や耐久性を悪化させることなく、直流モータの小型化を可能にすることができる直流モータを得るものである。

この発明に係る直流モータにおいては、複数のコイルが配設されるステータと、このステータの内周に対向して配設され複数の磁極を有し、一端に金属部材を有するロータと、ロータの他端に設けられ電源から供給された電流を転流してステータのコイルに与える通電部と、ロータを保持する第１の軸受と、ロータを保持し第１の軸受に比し大きい荷重を受ける第２の軸受とを備え、金属部材は第２の軸受を保持すると共に、第２の軸受と直接接触するものである。

この発明は、ロータの保持強度や耐久性を悪化させることなく、直流モータの軸方向の小型化を可能にすることができる。

この発明の実施の形態１における直流モータの構成を示す断面図である。 図１に示す直流モータにおけるステータ２の製造方法を示す平面図である。 図１に示す直流モータにおける通電部１９の電流の流れを示し、（Ａ）はステータ２とロータ８の平面図、（Ｂ）は直流モータの断面側面図である。 図１に示す直流モータにおけるのプレート１２の形状を表す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。 図１に示す直流モータにおけるパイプ１１の形状を表す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。

符号の説明

２．ステータ
３．ステータコア
４．コイル
６．スリーブ軸受
７．ボール軸受
８．ロータ
９．永久磁石
１１．パイプ
１２．プレート
１４．整流子
１５．スリップリング
１９．通電部
２０．曲げ部
２１．穴
２２．テーパ

実施の形態１
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施の形態１における直流モータの構成を示す断面図である。図２は図１に示す直流モータにおけるステータの製造方法を示す平面図である。

図１において１は樹脂材料で形成されるモータケース、２はこのモータケース１と樹脂モールドにより一体成形されるステータで、図２（Ａ）に示すように磁極ティース３ａがそれぞれ突設されるコア片３ｂが、薄肉部３ｃを介して連結された磁性材料を、所定の枚数積層してステータコア３を形成し、巻線性をよくするために、この状態で巻線機（図示せず）により各磁極ティース３ａにそれぞれコイル４を施した後、図２（Ｂ）に示すように各薄肉部３ｃを折曲させることにより、環状に形成して構成されている。

５はモータケース１の一端側に装着されるフランジ部材で、中央部にシャフト１０を保持するボス部５ａが突出して形成されている。６は第１の軸受としてのスリーブ軸受であり、７は第２の軸受としてのボール軸受であり、このボール軸受７はスリーブ軸受６に比し、耐荷重の大きい軸受である。また図１からもわかるようにスリーブ軸受６は、ボール軸受７に比しその径方向の厚さが薄いものである。

８はスリーブ軸受６及びボール軸受７により両端が保持され、外周部にはステータ２の磁極ティース３ａに対応する位置に複数の永久磁石磁極９が配設されたロータである。１０はロータ８の回転に応じて軸方向に直動可能なシャフトである。例えばこの直流モータをＥＧＲバルブ装置に用いる場合は、シャフト１０の軸方向の直動に応じて、排気路（図示せず）と吸気路（図示せず）との間を開放、閉塞するバルブ部材（図示せず）が軸方向に直動し、このバルブ部材の開放、閉塞によって排気ガスの一部を吸気路に再循環させる、あるいは再循環させる排気ガスの量を調整する。

１１はロータ８の一端側に設けられ、ボール軸受７を保持する金属部材としてのパイプであり、パイプ１１はボール軸受７の内輪の壁面と直接接触している。１２はボール軸受７の内輪を軸方向に支持するプレートであり、パイプ１１とプレート１２とは溶接等により固定されている。なお、ボール軸受７の外輪はモータケース２により軸方向に位置決めされている。

１３はロータ８の他端側に固着あるいは一体成形され、ロータ８と共に回転する円板、１４はこの円板１３の外周部を周方向に多分割して形成される整流子であり、この整流子１４の接触面は径方向に形成されている。１５はこの整流子１４の内周側に同心円環状にｎ分割（図においては３分割）して形成されたスリップリングであり、このスリップリング１５の接触面は軸方向に形成されている。１６はモータケース１の他端側に装着されるブラケットである。

１７はこのブラケット１６に絶縁支持され、先端側が整流子１４の接触面にコイルスプリング等の弾性体による所定の圧力を介して摺動可能に接触する一対の第１のブラシであり、第１のブラシ１７は整流子１４に対して径方向から接触させている。１８はブラケット１６に絶縁支持され、先端が各スリップリング１５の接触面にばね性部材等の弾性体による所定の圧力を介して摺動可能に接触する３個の第２のブラシであり、第２のブラシ１８は各スリップリング１５に対して軸方向から接触させている。
また通電部１９は１３乃至１５から構成されている。

次に上記のように構成される実施の形態１における直流モータの動作について説明する。
図３は図１に示す直流モータにおける通電部１９の電流の流れを示し、（Ａ）はステータ２とロータ８の平面図、（Ｂ）は直流モータの断面側面図である。
まず、電源（図示せず）から直流電流（ＤＣ＋）が一方の第１のブラシ１７を介して流入すると、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、整流子１４で整流されてこれに対応するスリップリング１５に流れ、第２のブラシ１８を介してステータ２側に供給され、コイル４を流れた後、再び第２のブラシ１８、スリップリング１５及び整流子１４を流れ、他方の第１のブラシ１７を介して電源側（ＤＣ−）に流出する。

すると、電流の流れるコイル４で発生する磁束と、ロータ８の永久磁石磁極９の作用でロータ８に回転力が発生する。この回転力により、円板１３も回転するので、第１のブラシ１７と接触する整流子１４との組み合わせが切り替わって、電流の流れるコイル４も順次切り替わっていくため、ロータ８は連続回転を始める。ロータ８の回転に応じてシャフト１０が軸方向に直動する。

例えば、この直流モータがＥＧＲバルブ装置に用いられる場合は、このシャフト１０の軸方向の直動に応じて、排気路（図示せず）と吸気路（図示せず）との間を開放、閉塞するバルブ部材（図示せず）が軸方向に直動し、このバルブ部材の開放、閉塞によって排気ガスの一部を吸気路に再循環させる、あるいは再循環させる排気ガスの量を調整する。

ところで、このように構成された直流モータによれば、スリーブ軸受６とボール軸受７によりロータ８を保持すると共に、ボール軸受７を保持するためのパイプ１１をボール軸受７に直接接触させる構成としている。従来の直流モータの場合、軸方向の小型化を実現するために、スリーブ軸受６とボール軸受７とでロータ８を保持する際に、ロータ８の径方向の厚さを薄く形成する必要があるため、ロータ８の保持強度や耐久性が悪化してしまうという問題があった。しかし、図１に記載の直流モータは、ボール軸受７と、樹脂に比し強度の強い金属部材で形成されているパイプ１１とが直接接触することにより、ロータ８の保持強度や耐久性が悪化することなく、直流モータの軸方向の小型化を可能にすることができる。

またこの直流モータは、金属部材としてパイプ１１を用いている。金属部材としてパイプ１１を用いることによって、パイプ１１は中空形状であるため、シャフト１０を挿入するためのスペースを後加工によって確保する必要がなくなり、作業性が向上する。

なお実施の形態１では、金属部材であるパイプ１１とボール軸受７の軸方向抜け止め用のプレート１２とを溶接等により固定すると記載したが、特にパイプ１１とプレート１２とがレーザ溶接で固定されているとさらに良い。

一般的に溶接方法としては、溶接装置が安価であり、容易に溶接が可能であるＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ ｇａｓ）溶接が用いられている。このＴＩＧ溶接とは、熱に強いタングステン電極（Ｔ）を持ち，その周囲に不活性ガス（イナートガス,Ｉ）を流して溶接する方法である。
しかしながら、ＴＩＧ溶接では、アースを取る必要があるため、溶接の際にある程度のスペースが要求されるので、本発明の直流モータのような小型製品においては、ＴＩＧ溶接は不向きであった。

本発明の直流モータでは、溶接の際にレーザ溶接を用いている。このレーザ溶接は、レーザ光を熱源として主として金属に集光した状態で照射し、金属を局部的に溶融・凝固させる事によって接合する方法であり、ＴＩＧ溶接のようにアースを取る必要がなく、狭いスペースでの施工が可能であり、例えば本発明の直流モータをＥＧＲバルブ装置のような小型化を要求される製品に用いる場合は最適である。

また実施の形態１では、プレート１２の形状について詳細に記載していないが、プレート１２の形状は曲げ部を有すると共にボール軸受７をカバーするようにプレート１２を径方向に伸長させた形状であるとさらに良い。

図４は図１に示す直流モータにおけるプレート１２の形状を表す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。

本発明の直流モータのプレート１２の形状は、図４に示すように曲げ部２０を持つ形状になっている。
パイプ１１とプレート１２とはレーザ溶接により固定されるため、レーザ溶接の際に熱が発生し、その結果、熱によりプレート１２が変形してしまう。プレート１２が変形してしまうと、プレート１２とボール軸受７との間に隙間ができてしまい、プレート１２とボール軸受７にがたつきが発生し、直流モータの制御応答性が悪化してしまう。
本発明の直流モータでは、上記のようにプレート１２が曲げ部２０を有する形状にしている。一般的に熱変形のしやすさに関して、平坦なプレートと曲げ部２０を有するプレート１２とを比較した場合、曲げ部２０を有するプレート１２の方が、平坦なプレート１２に比し、熱変形しにくいことが知られている。本発明の直流モータのプレート１２に曲げ部２０を有することにより、平坦なプレート１２に比し、熱変形しにくい形状になっているので、プレート１２の熱変形によりプレート１２とボール軸受７との間に隙間が生じるという問題を解決し、プレート１２とボール軸受７とのがたつきを防止し、直流モータを良好に制御することができる。

さらにプレート１２はボール軸受７をカバーするような構成をとっているとさらに良い。
このような構成をとることにより、パイプ１１とプレート１２とをレーザ溶接する際に、飛散するスパッタはボール軸受７ではなく、プレート１２に付着する。つまり、スパッタがボール軸受７に付着することを防止し、スパッタの付着によるボール軸受７の破損や摺動性の悪化を防止することができる。

また実施の形態１では、パイプ１１について詳細に記載していないが、パイプ１１はロータ８に対してインサートモールド成形するとさらに良い。
パイプ１１とロータ８とをインサートモールド成形することにより、パイプ１１とロータ８との同軸精度が向上できるので、パイプ１１の軸とロータ８の軸とがずれることによるロータ８のがたつきを防止し、直流モータを良好に制御することができる。

さらにパイプ１１は、ロータ８と樹脂で一体成形する際にパイプ１１のインサートモールド部分に穴を設けると良い。
図５は図１に示す直流モータにおけるパイプ１１の形状を表す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
２１はパイプ１１に設けられた穴である。本発明の直流モータは、パイプ１１に穴２１を設けることにより、パイプ１１とロータ８とを樹脂で一体成形する際に、穴２１に樹脂が流入するので、パイプ１１の軸方向の保持強度が向上する。

なお、穴２１の大きさや数は、ロータ８の回転に応じてシャフト１０が軸方向に移動する際に、ロータ８に生じる反力に対して、十分に大きい樹脂のせん断が得られるように設定するとさらに良い。

またパイプ１１は、板材を丸めて形成すると良い。
パイプ１１に軸方向の保持強度を向上させるための穴２１を開ける際に、板材に予め穴２１を開けてから丸めることにより、パイプ１１を形成する方が、パイプ材に穴２１を開けるよりも、容易に穴２１を開けることができるので、低コスト化を図ることができる。

またパイプ１１の端面にテーパ２２を設けておくと良い。
テーパ２２は図５（Ｂ）に示すようにパイプ１１の端面に設けられている。
パイプ１１の端面にテーパ２２を設けることにより、直流モータの組立時にボール軸受７や、プレート１２等を圧入しやすくなるため、直流モータの組立性が向上する。

Claims (8)

1. 複数のコイルが配設されるステータと、
   このステータの内周に対向して配設され、複数の磁極を有し、一端側に金属部材を有するロータと、
   上記ロータの他端側に設けられ、電源から供給された電流を転流して上記ステータのコイルに与える通電部と、
   上記ロータを保持する第１の軸受と、
   上記ロータを保持し上記第１の軸受に比し耐荷重の大きい第２の軸受とを備え、
   上記金属部材は上記第２の軸受を保持すると共に、上記第２の軸受と直接接触することを特徴とする直流モータ。
2. 上記金属部材はパイプであることを特徴とする請求項１に記載の直流モータ。
3. 上記金属部材は上記第２の軸受を軸方向に支持するプレートと共にレーザー溶接で固定することを特徴とする請求項１に記載の直流モータ。
4. 上記プレートは曲げ部を有すると共に上記第２の軸受をカバーすることを特徴とする請求項３に記載の直流モータ。
5. 上記パイプと上記ロータとをインサートモールド成形したことを特徴とする請求項４に記載の直流モータ。
6. 上記パイプに穴を設けたことを特徴とする請求項５に記載の直流モータ。
7. 上記パイプの下端部にテーパを有することを特徴とする請求項２に記載の直流モータ。
8. 上記パイプは板状部材を屈曲させて形成したことを特徴とする請求項６あるいは請求項７に記載の直流モータ。

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