JP4457425B2

JP4457425B2 - モータの電機子コアとその電機子コアを用いたブラシ付直流モータ

Info

Publication number: JP4457425B2
Application number: JP04350599A
Authority: JP
Inventors: 吉仁近藤; 徳也中元; 将生鈴木; 伸一郎硲
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2019-02-22
Also published as: DE19942903B4; JP2000152532A; DE19942903A1; US6157102A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシ付直流モータの電機子コア及び、ブラシ付直流モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、いわゆるブラシ付直流モータが広く知られている。ブラシ付直流モータは一般的に、図１２及び図１３に示すように、巻線１０１が巻かれた電機子コア１００と、巻線１０１と電気的に接続され電機子コア１００と一体的に回転する整流子１０２と、回転する整流子１０２との断続により極性を切り換え、電機子コア１００を連続して回転させるブラシ１０３を主な構成要素とする構造となっている。ここで、図１２は、ブラシ付直流モータの主要断面図であり、図１３は、電機子部分の上面図である。
【０００３】
このブラシ付き直流モータの電機子コアは、コスト低減及び、鉄損を低減するため、一般的には、図１２に示すように、鉄板を積層した積層鋼板を使用している。その理由としては、図１２に示す積層鋼板ではなく、例えば鋳造や焼結により電機子コアを作製した場合には、電機子コア全体の電気抵抗が小さくなって、電機子コアに変動する磁束が通過する際に発生する渦電流が大きくなり、電機子コア自体が発熱して鉄損が大きくなり、入力に対する出力の効率が大きく低下するからである。
【０００４】
したがって、従来の技術では上述したような積層鋼板により電機子コアを作製せざるを得なかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように、電機子コアの材料として、鉄板を積層した積層鋼板を使用すると、電機子コア設計時の形状の自在性がなくなり、例えば電機子コアの軸心に垂直方向の断面形状を、軸方向に徐変等することが困難となる。
【０００６】
すなわち、電機子コアの軸に垂直方向の断面形状は、図１３に示すように、一般的に、中央の円盤状部分１００ａと、円盤状部分１００ａの外周に放射状に張り出すティース１００ｂ部分とからなるところ、同一形状の鉄板を積層して電機子コア１００を作製すると、円盤状部分１００ａと、ティース１００ｂ部分の軸方向の高さを同一（図１４においてＬ寸法。図１４は、図１３のＡ−Ａ断面）にせざるを得ない。また、ティース１００ｂ部分の断面（図１３のＢ−Ｂ断面）形状は、図１５に示すように、四隅の角を有する長方形にならざるをえない。
【０００７】
このような形状の電機子コア１００において、巻線１０１を図１３のように電機子コア１００のまわりに巻き付けると、巻線１０１が重なり合う円盤状部分１００ａにおいて、図１４（図１３のＡ−Ａ断面）に示すように、巻線による膨らみ部分Ｍだけ、電機子部分の軸方向長さが長くなってしまう。
【０００８】
また、四隅の角を有する長方形断面のティース１００ｂ部分に巻線を巻き付けることになるから、角部にて、図１５に示すように、巻線の浮きＮが発生し、これによっても、電機子部分の軸方向長さを長くする要因となってしまう。
【０００９】
更に、ベアリングや整流子等の部材を電機子コアの軸方向端部に取付ける形式のモータにおいては、図１４に示すように円盤状部分１００ａと、ティース１００ｂ部分の軸方向の高さ（Ｌ寸法）が同一であるために、ベアリングや整流子等の部材を電機子コアに近づけて配設することが設計上困難となり、モータ全体の軸方向長さを長くする要因となってしまう。
【００１０】
更に別の問題点として、鉄板を積層した積層鋼板により成る電機子コアでは、図１５に示すように巻線の閉ループが四角形になってしまうので、所望の電機子コアの性能を確保しつつ、閉ループ長さを短くすることは形状的にできない。したがって、閉ループ長さを短くすることにより巻線の抵抗を低減し、一定電圧を負荷した場合における巻線に流れる電流を増加してモータの出力を大きくすることができない、という問題も発生する。
【００１１】
上述した各問題は、いずれも鉄板を積層した積層鋼板により電機子コアを構成したことによって発生する問題であり、電機子コアの軸方向と垂直な平面で切った断面形状が、電機子コアの軸方向位置によらず一定であるため、すなわち電機子コアを任意の形状に作製できないためである。
【００１２】
故に、本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、上記の各問題点をそれぞれ解決すべく、鉄損が可及的に小さく、且つ任意の形状に作製可能な電機子コアを提供することを技術的課題とするものである。
【００１３】
【課題を解決する手段】
上記の技術的課題を解決するために成された本願発明は、中央の円盤状部分と、該円盤状部分の外周に放射状に張り出すティースとを備え、絶縁被覆された磁性金属の粉体を成形して作製されたモータの電機子コアとした。
【００１４】
本願発明によると、電機子コアを構成する材料は、絶縁被覆された磁性金属の粉体であるので、作製された電機子コアの電気抵抗は全体として大きくなる。したがって、電機子コア内に発生する渦電流は小さく抑えられて鉄損を小さくでき、モータに採用した場合に実用的に使用することができる。更に、電機子コアは成形材であるため、電機子コアを任意の形状に作製することができ、上述した問題点を解決可能な形状に電機子コアを作製できる。尚、磁性金属とは磁場の作用を受けて磁化する金属であり、例えば鉄、コバルト、ニッケルを用いるのが好ましい。
【００１５】
上記の技術的課題を解決するために成された本願発明は、前記円盤状部分の軸心方向高さ及び前記ティースの付け根部分における前記軸心方向高さを、前記ティースの先端部分における前記軸心方向高さより低くしたことである。
【００１６】
これにより、図１４、図１５において示した巻線による膨らみや、巻線の浮きが発生しても、電機子部分の軸方向の巻線のはみ出し量を抑えることができ、ひいては、モータ全体の全長を短縮することができるものである。
【００１７】
上記の技術的課題を解決するために成された本願発明は、前記円盤状部分の軸心方向高さを、前記ティースの付け根部分における前記軸心方向高さより薄くしたことである。
【００１８】
これにより、電機子コアの軸方向端部に取り付けられる部材を電機子コアに近づけて配設することが可能になり、モータの全長を短縮することができるものである。
【００１９】
上記の技術的課題を解決するために成された本願発明は、前記円盤状部分の軸心方向と並行な面で切った前記ティースの付け根部分の断面形状における前記軸心方向と垂直成分の寸法は、前記軸心方向高さに応じて変化するようにしたことである。
【００２０】
本願発明によると、ティースの付け根部分の断面形状が四角形ではないので、ティースの付け根部分に巻線する場合に、図１３に示す従来の電機子コアに対して同一の磁路面積を確保しつつ、巻線の閉ループ長さを短くすることができる。これにより、巻線の電気抵抗が低減され、一定の電圧を負荷した場合のモータの出力を増大させることが可能になる。ティースの付け根部分の断面形状としては円形が好ましい。
【００２１】
上記の技術的課題を解決するために成された本願発明は、前記円盤状部分は軸心方向高さに応じて直径を変位するようにしたことである。
【００２２】
本願発明によると、円盤状部分の直径が軸心方向高さに応じて変位するので、円盤状部分近傍に巻線する場合に、図１３に示す従来の電機子コアに対して同一の磁路面積を確保しつつ、巻線の閉ループ長さを短くすることができる。これにより、巻線の電気抵抗が低減され、一定の電圧を負荷した場合のモータの出力を増大させることが可能になる。本願発明においては、円盤状部分の直径が軸方向中心位置で最も大きくなるようにすることが好ましい。
【００２３】
上記の技術的課題を解決するために成された本願発明は、円盤状部分から軸心方向に区画壁が突出するようにしたことである。
【００２４】
本願発明によると、電機子コアの軸方向端部に取り付けられる部材を区画壁の内周側に配設することが可能になり、例えばティースに巻線を巻くとともに電機子コアの軸方向端部に整流子を取付ける形態のモータに用いる場合には、区画壁の端部にて整流子とティースとの間の巻線に適切な張力を付与しつつ、整流子を電機子コアに近づけて配設することができる。したがって、モータ全体の全長を短縮することができるとともに、巻線の緩み防止のために従来一般的に行われるワニス含浸等の工程を省略することができ、工数の低減にも繋がる。本願発明において区画壁を円筒形状とすると、電機子コアの軸方向端部に取り付けられる部材が巻線に干渉されることなく、好適である。また、区画壁の軸方向端部を面取り形状とすると、巻線にかかる応力を分散させることができる。
【００２５】
上記の技術的課題を解決するために成された本願発明は、上述した電機子コアを用い、前記電機子コアに巻かれた巻線と、前記巻線と電気的に接続され前記電機子コアと一体的に回転する整流子と、前記整流子との断続により極性を切り換え、前記電機子コアを連続して回転させるブラシとを有する、ブラシ付直流モータとした。
【００２６】
これは、上述した電機子コアを用いたブラシ付直流モータである。これにより、全長を短縮したモータを提供することができる。なお、ブラシ付直流モータの作動については周知であるので、説明は省略する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１は、本発明の第1の実施の形態におけるモータの電機子コアの上面図（軸方向から見た図）であり、これは、従来技術における図１３において、巻線がない状態に対応する図である。
【００２９】
電機子コア１の形状は、図１に示すように、中央の円盤状部分２と、円盤状部分２の外周に放射状に張り出すティース３とからなる。ティース３は、さらに、付け根部分３ａと、先端部分３ｂとからなる。
【００３０】
図２は、図１における、Ｅ−Ｅ断面であり、従来技術における図１４に相当するものである。図２に示すように、円盤状部分２の高さＪは、ティース３の先端部分３ｂの高さＨより短くなっており、また、ティース３の付け根部分３ａの高さは、半径方向に徐変しており、先端部分３ｂの高さＨより短くなっている。
【００３１】
図３は、図１における、Ｆ−Ｆ断面であり、従来技術における図１５に相当するものである。図３に示すように、ティースの付け根部分３ａの断面形状は、長円形をしており、四隅の角がない。よって、ティースの付け根部分３ａに巻線４を巻き付けても、従来技術における図１５のごとき巻線の浮きは発生せず、図３のように、長円形に隙間なく巻き付くことになる。
【００３２】
このように、軸に直角方向の断面形状を軸方向に徐変等してある電機子コア１の３次元形状は、機械切削や積層鋼板では、実質的に作製不可能であり、形状の自在性に優れる粉末やチップを用いた成形方法によれば、安価にて高精度に作製することができるものである。
【００３３】
電機子コア１がこのような形状を有しているので、巻線４を、従来技術における図１３のように円盤状部分２に重なるように一定の規則をもって巻きつけても、巻線４の重なり具合は図２に示すようになり、巻線による膨らみを加味しても、巻線部分の高さＪ１は、ティースの先端部分３ｂの高さＨと同等であり、電機子部分の軸方向の巻線のはみ出しは、ほとんどなくなる。
【００３４】
よって、この電機子コア１に巻線を巻き付けた電機子をブラシ付直流モータに使用すれば、巻線の軸方向のはみ出し量が低減した分、モータ全長を短縮することができ、モータのコンパクト化に貢献することができる。
【００３５】
第１の実施の形態における電機子コアの成形について説明する。電機子コア１は、粒径がφ２５〜φ１５０μｍの鉄粉をガラスにて絶縁被覆してなる粉末を成形型内に充填し、粉末を凝縮成形後、２７５℃で６０分間加熱して成形される。
【００３６】
このように電機子コア１を成形により作製することで、第１の実施の形態で示すような形状の電機子コア１を作製できる。また、電機子コア１はガラスにて絶縁被覆された粉末により成形されるので、作製された電機子コア１の電気抵抗は全体として大きくなる。したがって、電機子コア１内に発生する渦電流は小さく抑えられて鉄損を小さくでき、モータに採用した場合に実用的に使用することができる。
【００３７】
図４は本発明の第２の実施の形態における電機子コア１１の上面図（軸方向から見た図）であり、これは、従来技術における図１３において、巻線がない状態に対応する図である。
【００３８】
図４において、１１は電機子コアであり、電機子コア１１は、第１の実施の形態と同様の方法で成形により作製される。
【００３９】
電機子コア１１の形状は、図４に示すように、中央の円盤状部分１２と、円盤状部分１２の外周に放射状に張り出すティース１３とからなる。ティース１３は、さらに、付け根部分１３ａと、先端部分１３ｂとからなる。円盤状部分１２は、後述する図５に示すようにティースの付け根部分１３ａの高さより薄く成形されている。
【００４０】
図５は電機子コア１１を備える直流モータを図４におけるＣ−Ｃ切断面で切った断面図である。モータケース１５の内周面には永久磁石１６が固設され、永久磁石１６の内周には巻線１４が巻かれた電機子コア１１がボールベアリング１７を介してモータケース１５に対して回転可能に配設されている。電機子コア１１の回転軸１１ａにはティースの付け根部分１３ａに巻かれた巻線１４と電気的に接続する整流子１８が固設されている。整流子１８は図面下端のフック部１８ａにて巻線１４と電気的に接続しており、図示しないブラシを介して電流供給源（図示せず）と電気的に接続している。
【００４１】
図５に示すように、第２の実施の形態では円盤状部分１２の軸方向高さがティース１３の軸方向高さに対して薄いため、整流子１８のフック部１８ａの位置をティースの付け根部分１３ａの高さ面より低い位置に配設することができ、更に円盤状部分１２に対応するモータケース１５の底面に軸方向に屈曲する屈曲部１５ａを形成してボールベアリング１７を支持することができる。これにより、ボールベアリング１７及び整流子１８を電機子コア１１に近づけて配設することができ、モータ全体の軸方向長さを短縮することができる。
【００４２】
図６は本発明の第３の実施の形態における電機子コア２１の上面図（軸方向から見た図）であり、これは、従来技術における図１３において、巻線がない状態に対応する図である。図７は整流子２８及び巻線を備えた電機子コア２１を図６におけるＤ−Ｄ切断面で切った断面図である。
【００４３】
図６において、２１は電機子コアであり、電機子コア２１は第１の実施の形態と同様の方法で成形により作製される。
【００４４】
電機子コア２１の形状は、図６に示すように、中央の円盤状部分２２と、円盤状部分２２の外周に放射状に張り出すティース２３とからなる。ティース２３は、さらに、付け根部分２３ａと、先端部分２３ｂとからなる。
【００４５】
図７に図６のＤ−Ｄ断面図を示す。電機子コア２１は、図７に示すようにティースの付け根部分２３ａの断面形状が楕円形に成形されている。また、図８は図６のＧ−Ｇ断面図であり、電機子コア２１の円盤状部分２２の断面形状は周面が外周側に膨出する略樽形を呈している。
【００４６】
ティースの付け根部分２３ａの断面形状を楕円形とすることで、ティースの付け根部分２３ａに巻線する場合に、図１３に示す従来の電機子コアに対して同一の磁路面積を確保するとともに、巻線の閉ループ長さを短くすることができる。これにより、同一の性能を奏する従来の形式の電機子コアに対して巻線の電気抵抗が低減され、同一の電圧を負荷した場合にモータの出力が増大する。
【００４７】
また、円盤状部分２２を略樽形とすることで、円盤状部分２２近傍に巻線する場合に、図１３に示す従来の電機子コアに対して同一の磁路面積を確保するとともに、巻線の閉ループ長さを短くすることができる。これにより、ティースの付け根部分２３ａへの巻線と同様に、モータの出力が増大する。
【００４８】
図９は本発明の第４の実施の形態における電機子コア３１の上面図（軸方向から見た図）であり、これは、従来技術における図１３において、巻線がない状態に対応する図である。図１０は整流子３８及び巻線３４を備えた電機子コア３１を図９におけるＩ−Ｉ切断面で切った断面図、図１１は図１０の別の状態を示す図である。
【００４９】
図９において、３１は電機子コアであり、電機子コア３１は第１の実施の形態と同様の方法で成形により作製される。
【００５０】
電機子コア３１の形状は、図９から図１１に示すように、中央の円盤状部分３２と、円盤状部分３２の外周に放射状に張り出すティース３３と、円盤状部分３２から軸方向に突出する区画壁３２ａからなる。ティース３３は、さらに、付け根部分３３ａと、先端部分３３ｂとからなる。区画壁３２ａは、円盤状部分３２におけるティースの付け根部分３３ａ近傍から軸方向に突出しており円筒形状を呈している。区画壁３２ａの突出高さは巻線３４の高さより高く設定されており、区画壁３２ａの上端部は面取り形状を呈している。
【００５１】
図１０は、電機子コア３１の回転軸３１ａに整流子３８を圧入する前の状態を示しており、図１０の状態から整流子３８を軸方向下側に圧入することにより区画壁３２ａの内周側に配設して、図１１に示す状態になる。図１０から図１１の状態に移行する途中では、フック部３８ａに架る巻線３４ａが一旦緩むが、巻線３４ａが区画壁３２ａの上端部に当接することにより、巻線３４ａに適切な張力を付与しつつ、整流子３８を電機子コア３１に近づけて配設することができる。したがって、モータ全体の全長を短縮することができるとともに、巻線の緩み防止のためのワニス含浸等の余分な工程を省略することができる。更に、区画壁３２ａの上端部が面取り形状であるために、整流子３８の圧入時において巻線３４にかかる応力を分散させつつ適切な張力を得ることもできる。
【００５２】
以上、本発明を上記実施の態様に即して説明したが、本発明は上記態様に限定されるものではなく、上述した各実施の形態を組み合せた電機子コアとするなど、本発明の原理に準ずる各種態様を含むものである。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、絶縁被覆された磁性金属の粉体を成形して電機子コアを作製したことにより、電機子コアの電気抵抗を小さくして鉄損を可及的に小さくするとともに、電機子コアを任意の形状に作製することができるので、例えば電機子コアの軸心に垂直方向の断面形状を、軸方向に徐変等することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるモータの電機子コアの上面図（軸方向から見た図）である。
【図２】図１におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図３】図１におけるＦ−Ｆ断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態におけるモータの電機子コアの上面図（軸方向から見た図）である。
【図５】第２の実施の形態の電機子コアを備える直流モータの図４におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態におけるモータの電機子コアの上面図（軸方向から見た図）である。
【図７】図６におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図８】図６におけるＧ−Ｇ断面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態におけるモータの電機子コアの上面図（軸方向から見た図）である。
【図１０】第４の実施の形態の電機子コアを備える直流モータの図９におけるＩ−Ｉ断面図である。
【図１１】図１０の別の状態を示す図である。
【図１２】従来技術におけるブラシ付直流モータの主要断面図である。
【図１３】従来技術におけるブラシ付直流モータの電機子部分の上面図である。
【図１４】図１２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図１５】図１２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１・・・電機子コア
２、１２、２２、３２・・・円盤状部分
３、１３、２３、３３・・・ティース
３ａ、１３ａ、２３ａ、３３ａ・・・付け根部分
３ｂ、１３ｂ、２３ｂ、３３ｂ・・・先端部分
４、１４、２４、３４・・・巻線
１５・・・モータケース
１６・・・永久磁石
１７・・・ボールベアリング
１８、２８、３８・・・整流子

Claims

巻線が巻かれた電機子コアと、該電機子コアと一体的に回転する整流子と、該整流子との断続により極性を切り換え、前記電機子コアを連続して回転させるブラシと、前記電機子コアがモータケースに対して回転可能とするボールベアリングとを有するブラシ付直流モータであって、
前記電機子コアは、
絶縁被覆された磁性金属の粉体を成形して作製され、
中央の円盤状部分と、該円盤状部分の外周に放射状に張り出すティース部分とからなり、
前記電機子コアは、前記円盤状部分に前記整流子の一部を収容する第一の凹部と、前記ボールベアリングの一部を収容する第二の凹部とを有する、
ことを特徴とする電機子コアをもつブラシ付直流モータ。
前記ティース部分は、前記巻線が巻かれる付け根部分と、該付け根部分の先端に設けられた先端部分とからなり、前記先端部分の軸方向の高さは、前記付け根部分の軸方向の高さおよび前記円盤状部分の軸方向の高さより高いことを特徴とする請求項１に記載の電機子コアをもつブラシ付直流モータ。
前記円盤状部分の軸心方向と並行な面で切った前記ティースの付け根部分の断面形状における前記軸心方向と垂直成分の寸法は、前記軸心方向高さに応じて変化することを特徴とする請求項１または２に記載の電機子コアをもつブラシ付直流モータ。
前記ティース付け根部分の断面形状が楕円形になるように成形されたことを特徴とする請求項３項に記載の電機子コアをもつブラシ付直流モータ。
前記円盤状部分は軸心方向高さに応じて直径が変化することを特徴とする請求項１または２に記載の電機子コアをもつブラシ付直流モータ。
前記円盤状部分の断面形状が周面が外周側に膨出する樽形になるように成形されたことを特徴とする請求項５項に記載の電機子コアをもつブラシ付直流モータ。
前記円盤状部分は、前記ティース部分の付け根部分が形成され始める部位に、該円盤状部分の軸方向に突出した円筒形状の区画壁が成形されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電機子コアをもつブラシ付直流モータ。