(57)【要約】【課題】  モータの軸方向の短縮化を図りながら、ブラシ長さを十分確保することでブラシ寿命を伸長する。  【解決手段】  電機子コアの軸方向中心位置と界磁磁石の軸方向中心位置とを不一致として、界磁磁石の内径側にブラシ装置を内包した直流モータにおいて、電機子コアの外周面と対向しない界磁磁石の内周面に、軸方向端部に向かって漸次、極率が縮小してなるテーパ部、もしくは、ヨーク内周面との間に隙間が形成するように界磁磁石の外周面に段差部を設ける。【選択図】  図１
2018057052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁磁石を有するヨークと、
電機子コイルとコンミテータと電機子コアを有する回転電機子と、
前記コンミテータに摺動接触しながら給電して整流を行うブラシと、を備え、
前記界磁磁石の軸方向長さは、前記電機子コアの軸方向長さより長く、
前記電機子コアの軸方向中心位置と前記界磁磁石の軸方向中心位置は、軸方向において不一致とされ、
前記ブラシは、前記界磁磁石の内径側に配置され、
前記電機子コアの外周面と対向しない前記界磁磁石は、起磁力低減手段を設ける直流モータ。
【請求項２】
請求項１に記載の直流モータであって、
前記起磁力低減手段は、前記電機子コアの外周面と対向しない界磁磁石の厚みが、軸方向端部に向かって漸次、薄く形成される直流モータ。
【請求項３】
請求項１に記載の直流モータであって、
前記起磁力低減手段は、前記電機子コアの外周面と対向しない界磁磁石の内周面に、軸方向端部に向かって漸次、極率が縮小してなるテーパ部である直流モータ。
【請求項４】
請求項１に記載の直流モータであって、
前記起磁力低減手段は、前記電機子コアの外周面と対向しない界磁磁石の外周面に、ヨーク内周面との隙間が形成するように段差部を設ける直流モータ。
【請求項５】
請求項２に記載の直流モータであって、
前記テーパ部の開始位置は、前記電機子コアの軸方向の端部の位置と一致している直流モータ。
【請求項６】
請求項３に記載の直流モータであって、
前記段差部の開始位置は、前記電機子コアの軸方向の端部の位置と一致している直流モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流モータに関するものであり、特に自動車補機の駆動用モータに用いられる直流モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
直流モータは、比較的容易に高出力が得られることから、例えば、自動車補機の駆動用モータとして多く用いられている。
【０００３】
近年、自動車の低燃料消費率の向上のため、油圧ポンプに代表される自動車補機が電動化されてきており、車両一台当りの直流モータの搭載数が増加傾向にある。自動車の搭載スペースには限りがあり、エンジンルームへの搭載性を考慮すると、モータの軸方向寸法を短縮化することが求められる。
【０００４】
先行技術として特許文献１および特許文献２を挙げる。特許文献１では、二つの軸受によって回転可能に支持されたシャフトには電機子が一体回転可能に固定され、電機子はコアと、コアをシャフトに一体回転可能に支持する樹脂成形部と、樹脂成形部によってコアとの絶縁を確保した状態でコアに対して巻回される電機子コイルとを有し、樹脂成形部に凹部を設け、軸受のうち、ブラシに近い側に配設される一方の軸受と、ブラシ及びコンミュテータとを電機子の軸方向の長さ内に配設するように凹部内に配置し、樹脂成形部には位置決め部が凹設され、位置決め部内に電機子コイルが配置されており、樹脂成形部は、電機子の軸方向における長さがコアの電機子の軸方向における長さと同一としている。これより、従来の構成に比較してモータの軸方向のサイズを小さくすることができるとしている。
【０００５】
特許文献２では、第２軸受がコア底路の内周側に配設されるとともに、出力軸の長手方向において巻線の出力軸の長手方向端部間内に配設され、ケースは、出力軸が貫通する貫通孔を備え貫通孔は第１軸受を包囲する態様で形成され、第１軸受はその一部分がモータケースから露出しており、貫通孔の出力軸の長手方向における厚さは第１軸受の高さより薄く形成することで、モータ軸方向の短縮化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５１８１８７号
【特許文献２】特許第４５５７７５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、モータの軸方向の短縮化を図りながら、ブラシ長さを十分確保することでブラシ寿命を伸長することである。もう１つの課題は、電機子コアに働く磁気吸引力を緩和することで軸受に作用するスラスト力を軽減して、回転時の不要な摩擦力を低減することである。さらに、ギャップの磁束密度を均等化して整流を安定化した高性能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】
【０００８】
課題を解決するために、本発明に係る直流モータは、界磁磁石を有するヨークと、電機子コイルとコンミテータと電機子コアを有する回転電機子と、前記コンミテータに摺動接触しながら給電して整流を行うブラシと、を備え、前記界磁磁石の軸方向長さは、前記電機子コアの軸方向長さより長く、前記電機子コアの軸方向中心位置と前記界磁磁石の軸方向中心位置は、軸方向において不一致とされ、前記ブラシは、前記界磁磁石の内径側に配置され、前記電機子コアの外周面と対向しない前記界磁磁石は、起磁力低減手段を設ける。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の直流モータは、モータ特性向上および軸方向の短縮化を達成しながら、十分なブラシ長を確保することと、ギャップの磁束密度を均等化することにより、整流作用を安定化することでブラシ寿命時間を伸長できる。また、電機子コアに働く磁気吸引力（スラスト力）を軽減することで、回転時の摩擦力を低減でき、小型でかつ高性能なモータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る直流モータを側面からみた部分断面図である。
【図２】本実施形態に係わる界磁磁石４の外観斜視図である。
【図３】本実施形態に係わる直流モータのモータ軸方向位置とギャップの磁束密度との関係図である。
【図４】他の実施形態に係わる直流モータの断面図である。
【図５】他の実施形態に係わる直流モータの界磁磁石の斜視図である。
【図６】従来の直流モータの側面からみた断面図である。
【図７】従来の直流モータの界磁磁石の斜視図である。
【図８】従来の直流モータのモータ軸方向位置とギャップの磁束密度との関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係わる直流モータの実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る直流モータを側面からみた部分断面図である。点線四角Ａで囲まれた部分が断面図である。
【００１３】
直流モータ１は、ヨーク３と、このヨーク３の内周壁に配置される界磁磁石４と、を有する。電機子３０は、界磁磁石４の内径側であって、界磁磁石４に対してギャップ１５を介して対向配置される。
【００１４】
シャフト１０は、電機子３０の中央部を貫通し、この電機子３０に固定される。出力軸側軸受６ａは、エンドブラケット２０とシャフト１０の軸方向の一方側に設けられる。反出力軸側軸受６ｂは、ヨーク３に支承され、シャフト１０の軸方向の一方側を支持する。
【００１５】
コンミテータ７と電機子コア２は、シャフト１０の軸方向に並べられる。電機子コイル５は、電機子コア２のスロット（図示せず）に巻線される。
【００１６】
電機子コイル５は、コンミテータ７を構成する整流子片１１に接続されている。直流モータ１に電圧を印加すると、電流はブラシ８に流れ、電機子３０へ通電され、もう一方のブラシ８（図示せず）を介して電力が給電される。
【００１７】
コンミテータ７への機械的な摺動接触による電流の授受は、回転中でも安定給電できるよう、ブラシ８がブラシ加圧用バネ９によりコンミテータ７に付勢される。そして電機子コイル５に整流作用に伴う電流が流れ、界磁磁石４が作る磁界と、電機子３０が作る磁界の相互作用によって連続的な回転トルクが発生し、シャフト１０の出力軸端より機械出力を得ている。
【００１８】
電機子３０は、界磁磁石４の軸方向長さ寸法内に収容されるように構成される。また、ブラシ８とブラシ加圧用バネ９を含むブラシ装置およびコンミテータ７のそれぞれの一部は、界磁磁石４の軸方向長さ寸法内に収容されるように構成される。なお、ブラシ８とブラシ加圧用バネ９を含むブラシ装置およびコンミテータ７の全体が界磁磁石４の軸方向長さ寸法内に収容されるように構成されてもよい。
【００１９】
電機子コア２の軸方向の位置においては、この電機子コア２の軸方向の中央部が界磁磁石４の軸方向の中央部に対して反出力軸側軸受６ｂ側に偏った位置に配置される。電機子コア２が配置されない界磁磁石４のもう一方のスペースに、ブラシ８、ブラシ加圧用バネ９を含むブラシ装置が配置される。これより、電機子３０とブラシ８とブラシ加圧用バネ９を含むブラシ装置は、モータ軸方向に対し界磁磁石４に内包されて構成される。
【００２０】
界磁磁石４には、電機子コア２の出力軸側の端部から出力軸側に向かって、極率が小さくなるテーパ部１２が設けられる。これより、ブラシ装置の外径寸法は、界磁磁石４のテーパ部１２の内周面に干渉しない範囲で拡大させることで、ブラシ８の長さ寸法を長く設定できる。
【００２１】
図２は、本実施形態に係わる界磁磁石４の外観斜視図である。
【００２２】
界磁磁石４の外周面は、円筒形のヨーク３の内周面に沿うようにアーク形状とし、界磁磁石４はヨーク３へ接着材を用いて固定する。
【００２３】
図３は、本実施形態に係わるモータ軸方向位置とギャップの磁束密度との関係図を示す。図３の上図は、界磁磁石４の周辺断面である。図３の下図は、上図に追記した矢印の方向に沿って、ギャップ１５の磁束密度をプロットしたものである。
【００２４】
図３の上図に示されたＡ部は、電機子コア２の反出力軸側の端部位置に対応する。Ｂ部は、電機子コア２の出力軸側の端部位置に対応する。
【００２５】
電機子コア２では、磁束の集束作用が高まるため、ギャップ１５の磁束密度が高く設定される。電機子コア２に対し大きくオーバーハングした界磁磁石４の起磁力により、Ｂ部はＡ部に対してギャップの磁束密度が高くなる。この傾向は、従来例（図６、図７および図８参照）で顕著である。つまり図６ないし図８の従来例は、界磁磁石４に１２が形成されておらず、界磁磁石４の電機子コア２側に平面が形成されている。
【００２６】
一般的に、磁石の起磁力は、磁石厚みと電機子コア２の外周面に対向する表面積に比例する。つまり、界磁磁石４に、出力軸側に、漸次、極率が小となるテーパ部を設けることにより、界磁磁石４の厚みが薄くなるように操作して、起磁力が小さくなるように調整できる。
【００２７】
これにより、従来の直流モータのモータ軸方向位置とギャップの磁束密度との関係図(図８)に示す、Ｂ部でのギャップ１５の磁束密度の急峻な立ち上がり、ピークの値を減少させることができる。ギャップ１５の磁束密度は、モータトルクに直接関係するため、高く設定したいところであるが、高すぎると整流作用に影響し、整流火花が多く発生することがある。
【００２８】
また、ギャップ１５の磁束密度の急峻な立ち上がりは、電機子コア２の軸方向に働く磁気吸引力の増大にも影響する。この力は電機子コア２に作用する軸方向に働くスラスト力であり、電機子コア２、シャフト１０を介し、出力軸側軸受６ａと反出力軸側軸受６ｂに加わり、不要な回転摩擦力となる。
【００２９】
このため、このスラスト力、すなわち磁気吸引力を緩和することがモータ特性を維持するため重要である。本実施形態の場合、整流火花を抑えるために０．５Ｔ以下に抑えれば、磁気吸引力のスラスト力への影響は少ない。すなわち、モータの軸方向長さを短縮化しながら、整流を安定化して、磁気吸引力を軽減することにより、ブラシ寿命が長く、回転摩擦力が小さい、小型でかつ高性能の直流モータを得ることができる。
【００３０】
本実施形態では、界磁磁石４の形状がアーク形状で説明した。界磁磁石４が板状である場合では、電機子コア２の外周と対向しない界磁磁石４の厚みが、軸方向端部に向かって漸次、薄くすることにより、本実施形態の意図する同様の効果を得ることができる。 
図４に、他の実施形態に係わる直流モータの断面図を示す。図５に、他の実施の形態に係わる直流モータの界磁磁石の斜視図を示す。
【００３１】
界磁磁石４の外周面に、ヨーク３内周面との間に隙間が形成されるように段差部１３を設ける。隙間は、空隙（空気）のままでも良いが、界磁磁石４をヨーク３に強固に固定するため接着剤を充填させても良い。空隙部は、透磁率が鉄などの軟磁性材料に比べ低く磁気的な抵抗となる。この作用と、段差部１３の追加により界磁磁石４の厚みを薄く設定することで磁石起磁力が小さくでき、前記実施の形態の界磁磁石４にテーパ部を設けた場合と同様の効果を奏する。
【００３２】
なお、本発明は上記した各実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１…直流モータ、２…電機子コア、３…ヨーク、４…界磁磁石、５…電機子コイル、６ａ…出力軸側軸受、６ｂ…反出力軸側軸受、７…コンミテータ、８…ブラシ、９…ブラシ加圧用バネ、１０…シャフト、１１…整流子片、１２…テーパ部、１３…段差部、１５…ギャップ、２０…エンドブラケット、３０…電機子
【図１】
2018057052.tif 000003
【図２】
2018057052.tif 000004
【図３】
2018057052.tif 000005
【図４】
2018057052.tif 000006
【図５】
2018057052.tif 000007
【図６】
2018057052.tif 000008
【図７】
2018057052.tif 000009
【図８】
2018057052.tif 000010