(57)【要約】【課題】本発明で解決すべき第一の課題は、整流子と電機子コアの組立精度を高めることでモータ特性のばらつきを防止しながら、モータ性能の低下を抑制した、高品質の直流モータを提供することである。また、第二の課題は、組立工程数を節減することにより、低コストのモータを提供することである。【解決手段】有底円筒状のブラケット、この内周面に磁石を取付けて界磁磁極とする。電機子は、薄板のコアシートを複数積み重ねた電機子コアに整流子を締結する。これにシャフトを挿入し、電機子コアに設けたスロット部に電機子コイルを巻装、ベアリングを取り付けて電機子とする。電機子は、上記界磁磁極に組み立てて構成される。上記、電機子コアと整流子との締結は、整流子に樹脂製の多角形の突出部を具備し、これと電機子コアのスロット内周面とを締結し、これにシャフトを挿入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨークと、
ヨークの内周側に配置された界磁磁石と、
前記界磁磁石の内周側に回転可能に支持された電機子部と、
を有する直流モータであって、
前記電機子部は、
外周に形成された複数の電機子スロットにコイルが巻装された電機子コアと、
前記電機子コアの中心軸上に配置されたシャフトと、
前記シャフトの周方向に配置された整流子部と、
を備え、
前記整流子部の外周と前記電機子コアに形成された凹部とを嵌合することにより周方向に固定したこと特徴とする直流モータ。
【請求項２】
前記整流素子部の外周に突出部を設け、該突出部を前記凹部に嵌合することを特徴とする請求項１に記載の直流モータ。
【請求項３】
前記突出部が多角形であることを特徴とする請求項２に記載の直流モータ。
【請求項４】
前記突出部が樹脂で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の直流モータ。
【請求項５】
請求項２において、前記電機子コアは少なくとも２種類の形状のコアシートを積み重ねて構成し、一方のコアシートの内周面は、他方のコアシートの内周面より大きく、かつ前記突出部の断面形状と一致していることを特徴とする直流モータ。
【請求項６】
請求項２において、前記突出部の径方向の寸法は、整流子の巻線を接続後のフックを含む径方向の寸法に対して大きく設定したことを特徴とする直流モータ。
【請求項７】
請求項５において、前記２種類のコアシート同士の固定は、該コアシート同士に設けた締結部を用い、締結部は該コアシートに施した塑性加工であり、前記締結部の位置は、該コアシート内周面を形成する多角形の頂点をつなぐ円弧上に配置したことを特徴とする直流モータ。
【請求項８】
請求項１において、界磁磁極数が４以上であることを特徴とする直流モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ特性のばらつきの防止と、性能を向上した直流モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直流モータは、ブラシと整流子との整流作用により、電機子コイルに流れる電流の正負を切り替え（転流）ながら連続的な回転トルクを得ている。また、電機子コイルの電流位相は、電機子コアと整流子の周方向に対する相対位置と、ブラシと界磁磁極の周方向に対する相対位置により影響を受けるため、これらを精度良く組み立てることが、モータ特性のばらつきを防止するうえで重要である。
【０００３】
特に、電機子コアと整流子の周方向に対する相対位置は、電機子コアを構成するスロットの数、整流子を構成する整流子片の数が多いほど、界磁磁極の磁極数が多いほど、少しの位置ずれでもモータ特性に大きく影響することが知られている。
【０００４】
組立精度を高める方法として、電機子コアの軸方向に貫通した透穴を設け、整流子はこれと組み合わされ固定される突起部が複数設け、突起部が電機子コアの透穴を貫通させて固定する、特許文献１記載の方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３７９８９２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電機子コアと整流子の周方向に対する組立位置は、電機子コイルの電流位相に影響する。電機子コアと整流子の組立位置が不適または、ずれが生じると、正規の電流位相に対して変化するため、モータ特性のばらつきの発生やモータ性能の低下を招く場合がある。
【０００７】
特に界磁磁極が４（４極）の直流モータでは、界磁磁極数が２（２極）のモータと比較して、機械角に占める電気角の割合が２倍、界磁磁極が６（６極）の直流モータでは、界磁磁極数が２（２極）のモータと比較して、機械角に占める電気角の割合が３倍まで増加するため、界磁磁極が４（４極）以上の、多極の直流モータでは、より高い組立精度への対応が必要となる。
【０００８】
これに対応するため、電機子コアに透穴を設け、整流子はこれと組み合わされ固定される突起部を複数設け、これら突起部が電機子コアの透穴を貫通させて固定する方法を用いることで、組立精度を高める方法が採られる場合がある。
【０００９】
しかし、この方法では、透穴が電機子コアを貫通するため、磁束が通る断面積が減少、磁気抵抗が増加してモータ特性が低下する場合があった。また、突起部は金属製であるため、モータ駆動による磁界の変動により、うず電流がこれに流れてジュール損失が発生し、モータ出力が低下する場合があった。
【００１０】
そこで、本発明で解決すべき第一の課題は、電機子コアと整流子との組立精度を高めることでモータ特性のばらつきを防止しながらモータ性能の低下を抑制した、高品質の直流モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明に係わる直流モータは、ヨークと、ヨークの内周側に配置された界磁磁石と、界磁磁石の内周側に回転可能に支持された電機子部と、を有する直流モータであって、電機子部は、外周に形成された複数の電機子スロットにコイルが巻装された電機子コアと、電機子コアの中心軸上に配置されたシャフトと、シャフトの周方向に配置された整流子部と、を備え、整流子部の外周と電機子コアに形成された凹部とを嵌合することにより周方向に固定したこと特徴とする直流モータである。
【発明の効果】
【００１２】
電機子コアの磁束の流れを阻害しない範囲を利用して、整流子を電機子コアに締結するので、モータの特性低下を招くことがない。また、電機子コアと整流子との位置決めを精度良く行うことができるので、モータ特性のばらつきを防止する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態1に係わる直流モータの側面からみた断面図である。
【図２】電機子コアシートの断面図である。
【図３】電機子コアの斜視図および側面からみた断面図である。
【図４】整流子部の斜視図および側面からみた断面図である。
【図５】シャフト、整流子部および電機子コアの組立状況を示す図である。
【図６】電機子コアと整流子部が組み合わされた状況を示す図である。
【図７】シャフト、整流子部および電機子コアの組立の完了の状況を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態２に係わる直流モータの側面からみた断面図である。
【図９】本発明の実施形態３に係わる直流モータの側面からみた断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１〜図７を用いて本発明の実施形態１を説明する。この直流モータは、例えば、車両の油圧ポンプに用いられるものである。最初に、図１を用いて、直流モータの構成を説明する。図１は、本発明の実施形態である直流モータを側面から見た断面図である。
【００１５】
直流モータ１００は、ヨーク４、フロントブラケット３、界磁磁石５及び電機子１（回転子）を備える。ヨーク４は、有底の略円筒形状であり、リアベアリング２１とブラシホルダ３０を備える。リアベアリング２１は、ヨーク４の端面の中央部に配置され、シャフト１０の一端を回転可能に支持する。
【００１６】
フロントブラケット３は、略円盤状であり、フロントベアリング２０を備える。フロントブラケット３は、ヨーク４の端部に配置される。ブラシホルダ３０は、ブラシ１５を保持する。ブラシ加圧用ばね３１は、ブラシホルダ３０とブラシ１５の間に配置される。ブラシ１５は、ブラシ加圧用ばね３１（弾性体）の弾性力により整流子部２に付勢される。これにより、ブラシ１５は、外部から供給される電力を、整流子部２を介して電機子コイル６に供給する。フロントベアリング２０は、フロントブラケット３の中心部に配置され、シャフト１０の他端を回転可能に支持する。界磁磁石５（固定子）は、ヨーク４の内周面に配置され、磁場を生成する。電機子１は、略円柱形状であり、電機子コア５０、整流子部２、シャフト１０、電機子コイル６を備える。電機子コア５０は、略円盤上の薄板鋼板（コアシート）を積層して形成する。シャフト１０は、電機子１の中心軸上に配置され、フロントベアリング２０及びリアベアリング２１によって回転可能に支持する。ここで、電機子１の外径直径寸法は、界磁磁石の内径直径寸法よりも小さい。これにより、電機子１は、界磁磁石５の内周側に隙間を介して回転可能に支持する。電機子コイル６は、電機子コア５０の外周側の電機子スロット７１内に巻装する。
【００１７】
整流子部２は、シャフト１０の一部に配置され、外部から供給される電力を電機子コイル６に供給する。整流子部２の構成の詳細については、図４を用いて後述する。整流子部２の樹脂部８１は電機子コア５０側に突出しており、この突出した部位と、電機子コア５０とが締結される。
【００１８】
次に、図２から図３を用いて、図１に示す直流モータ１００の電機子コアの構成の詳細を説明する。
【００１９】
図２は、電機子コア５０を構成する電機子コアシート（Ａ）５１、電機子コアシート（Ｂ）５２を軸方向から見た断面図である。
【００２０】
まず、電機子コアシート（Ａ）５１について説明する。隣接する２つの電機子ティース７２の間に、電機子スロット７１が形成される。すなわち、電機子スロット７１は、電機子コアシート（Ａ）５１の外周に等間隔で形成（配置）される。また、電機子コアシート（Ａ）５１の中心部には締結部（Ａ）６１がある。ここに、シャフト１０が締結される。その詳細については図５を用いて後述する。また、電機子コアシート同士を固定するコア締結部７５が、放射状かつ均等に配置される。コア締結部７５は、電機子コアシート（Ｂ）５２の締結部（Ｂ）６２の内周側の形状である正八角形の頂点をつなぐ円弧に沿って複数配置する。電機子コアシート（Ａ）５１に配置したコア締結部７５と電機子コアシート（Ｂ）５２に配置したコア締結部の位置は、電機子コアシートをコアシート厚さ方向に積層したときに一致するようにした。コア締結部７５は、電機子コアシートに凹凸状の加工を施し、これらをカシメ接続して、電機子コアシート同士を固定する。
【００２１】
次に、電機子コアシート（Ｂ）５２について説明する。外径寸法、電機子ティース７２、電機子スロット７１の形状は、電機子コアシート（Ａ）５１のそれと同一であり、異なるのは、コアシート内周側の形状である。電機子コアシート（Ａ）５１の内周面の形状は円形であるのに対し、電機子コアシート（Ｂ）５２の内周側の形状は、図２に示すように正八角形であり、電機子コアシート（Ｂ）５２の中心に配置する。また、正八角形の外形および寸法は、後述する整流子部２との突出部の断面形状と同一とし、かつ磁束の流れに影響の無い範囲とした。具体的には、図２に示す電機子コア５０のコアバック部の寸法yが、電機子コアティース７２の幅wに対し１．０倍以上あれば、磁束がスムーズに流れるのでモータ特性の低下は無い。したがって、本条件を満足するように、正八角形の外形および寸法を設定すればよい。また、電機子コアシート（Ａ）５１と電機子コアシート（Ｂ）５２の板厚tは、必ずしも同一でなくてよい。
【００２２】
図３は、電機子コア５０の斜視図および軸方向から見た断面図である。電機子コア５０は、所定の積厚（電機子コア５０の軸方向の長さ）になるように、電機子コアシート（Ａ）５１と電機子コアシート（Ｂ）５２を所定の枚数を組み合わせて積層し、コア締結部７５を用いて電機子コアシート（Ａ）５１および電機子コアシート（Ｂ）５２を固定することで電機子コア５０を構成する。図において、締結部（Ｂ）６２の軸方向長さX1は、整流子部２の突出部８６の軸方向長さX2と一致する。つまり、整流子部２の突出部８６の端面と、電機子コア５０の締結部（Ｂ）６２の軸方向に位置する端面とが接する。これより整流子部２と電機子コア５０との軸方向の位置が精度良く設定できる。
【００２３】
図４は、整流子部２の斜視図および軸方向から見た断面図である。整流子部２は、例えば銅でできた整流子片８２と、フェノール樹脂などの耐熱樹脂でできた樹脂部８１からなる。整流子片８２は、電機子コイル６の導体が引っかかるフック部８４、ブラシが摺動接触する摺接部８３、回転遠心力により整流子片８２が飛散しないように、樹脂部８１に対して強固に固定されるアンカー部８５からなる。整流子片８２は、整流子部２の円周方向に均等に配置される。樹脂部８１は整流子片８２のアンカー部８５が埋設される部位（埋設部８７）と、電機子コア５０の締結部（Ｂ）６２に挿入され固定される部位（突出部８６）とがあり、これらは、複数の整流子片８２とともに樹脂に埋めこんで作製して一体構造とする。突出部８６は、電機子コア５０の正八角形形状の締結部（Ｂ）６２に隙間無く組み合わされるよう、断面をこれと同じ正八角形の形状とする。
【００２４】
図５には電機子５０の組立工程のうち、電機子コイル６の巻装前までの工程を模式的に示した。組立工程の第１のステップとして、電機子コア５０に、整流子部２を組み立てる。組立後の状況について、図６を用いて説明する。整流子部２は、その突出部８６を電機子コア５０の締結部（Ｂ）６２に締結する。固定方法は、圧入や接着など、目的に応じ選択すればよい。
【００２５】
この工程においては、電機子コア５０と整流子部２の周方向の位置を正確に設定すること、電機子コア５０と整流子部２を一体の構成にする、２つの工程を同時に行う。
【００２６】
次に、組立工程の第２のステップとして、シャフト１０を、第１のステップで作成した、一体化した電機子コア５０と整流子部２の軸中心に挿入する。締結は、電機子コア５０が締結部（Ａ）６１であり、整流子部２が締結部（Ｃ）６３である。シャフト１０には軸方向に微小な突起をシャフト円周方向に数箇所設け（詳細は図示せず）、これらと締結して、上記、電機子コア５０および整流子部２と軸方向でかみ合い固定することで、回転トルクが出力軸を通じて外部に伝達する。
【００２７】
図７はシャフト１０、整流子部２および電機子コア５０の組立が完了した状況を示す斜視図である。組立完了した電機子コア５０、整流子部２およびシャフト１０はそれぞれ締結されて一体化してある。
【００２８】
電機子コイル６は、電機子コア５０の電機子スロット７１に所定のスロットピッチで整流子部２のフック部８４に引っ掛けながら巻線を行って電機子１を作製する。これに、フロントベアリング２０ならびにリアベアリング２１をシャフト１０の両端から取り付けることにより、電機子１が回転可能となる。これを、界磁磁石５を取り付けたヨーク４に収容し、フロントブラケット３を組み立てて、直流モータ１００を作製する。なお、本実施の形態では、電機子コアシート（Ｂ）５２の内周面および整流子部２に具備した突出部８６の断面形状は正八角としたが、これに限定することはなく、本発明の効果を奏するのであれば、その他の多角形、その他の形状であってもよい。
【００２９】
従来の電機子の組立順序として、はじめに電機子コアにシャフトを挿入、その後、これと整流子との相対位置を専用の冶具を用いて設定し、組み立て作業を実施する必要があり、組み立てに要する工程数が増加する傾向にあった。
【００３０】
そこで本実施例においては、有底円筒状のブラケット、この内周面に磁石を取付けて界磁磁極とする。電機子は、薄板鋼板のコアシートを複数積み重ねた電機子コアに整流子を締結する。これにシャフトを挿入し、電機子コアに設けたスロット部に電機子コイルを巻装、ベアリングを取り付けて電機子とする。電機子は、上記界磁磁極に組み立てて構成される。上記電機子コアと整流子との締結は、整流子に樹脂製の多角形の突出部を具備し、これと電機子コアのスロット内周面とを締結し、これにシャフトを挿入する。
【００３１】
このように構成することにより、予め、電機子コアに整流子を組み立ておいて、その後シャフトを挿入することができる。シャフトに、電機子コアと整流子をそれぞれ組み立てていた従来の組立方法に対し、組立のための工程数が節減できるので、低コストの直流モータを提供できる効果がある。
【００３２】
図８は、本発明の実施形態２に係わる直流モータの側面からみた断面図である。図において、電機子コア５０に設けた締結部（Ｂ）６２の軸方向長さX1は、整流子部２の突出部８６の軸方向長さX2よりも小さく設定する。つまり、整流子部２の突出部の電機子コア５０に対し反対側の端面の位置が、電機子コア５０より外側に配置する。これより、整流子部２に配置したフック部８４と、電機子スロット７１の距離が長く、沿面距離を伸長できるので、モータ端子電圧が高い場合に好適な実施の形態となる。
【００３３】
図９は、本発明の実施形態３に係わる直流モータの側面からみた断面図である。本発明の実施形態３では、電機子コア５０を構成する電機子コアシートとして、電機子コアシート（Ｂ）５２のみを用いる。これより、電機子コア５０の内周面は、締結部（Ｂ）６２のみで構成する。電機子コア５０に設けた締結部（Ｂ）６２の軸方向長さX1は、整流子部２の突出部８６の軸方向長さX2と同一とする。本実施の形態は、電機子コア５０が扁平（電機子コア５０の外径が軸方向長さに対して大きい場合）の場合など、整流子部２の突出部８６の軸方向長さX2が充分確保できないときに採用するとよい。
【符号の説明】
【００３４】
１…電機子
２…整流子部
３…フロントブラケット
４…ヨーク
５…界磁磁石
６…電機子コイル
１０…シャフト
１５…ブラシ
２０…フロントベアリング
２１…リアベアリング
３０…ブラシホルダ
３１…ブラシ加圧用ばね
５０…電機子コア
５１…電機子コアシート（Ａ）
５２…電機子コアシート（Ｂ）
６１…締結部（Ａ）
６２…締結部（Ｂ）
６３…締結部（Ｃ）
７１…電機子スロット
７２…電機子ティース
７５…コア締結部
８１…樹脂部
８２…整流子片
８３…摺接部
８４…フック部
８５…アンカー部
８６…突出部
８７…埋込部
１００…直流モータ
【図１】
2014068494.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014068494.tif 000009
【図８】
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【図９】
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