(57)【要約】【課題】直流モータの部品点数および組立工数を低減することができる直流モータのロータを提供すること。【解決手段】直流モータは、コイル１２および該コイル１２に接続された整流子１３を有するステータ１０と、該ステータ１０の内周側に配置されるロータ２０と、該ロータ２０に設けられ、整流子１３に接触する給電ブラシ３０とを備える。ロータ２０は、シャフト２１と、該シャフト２１上に設けられる樹脂スペーサ２２と、該樹脂スペーサ２２上に設けられるヨーク２３と、該ヨーク２３上に設けられる永久磁石２４とを有する。シャフト２１は、樹脂スペーサ２２にインサート成形で固定される。樹脂スペーサ２２は、給電ブラシ３０が挿入される凹部２５を有する。【選択図】図１
2011160531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルおよび該コイルに接続された整流子を有するステータの内周側に配置される直流モータのロータにおいて、
前記ロータは、シャフトと、該シャフト上に設けられる樹脂スペーサと、該樹脂スペーサ上に設けられるヨークと、該ヨーク上に設けられる永久磁石とを有し、
前記シャフトは、前記樹脂スペーサにインサート成形で固定され、
前記樹脂スペーサは、前記整流子に接触する給電ブラシが挿入される凹部を有する直流モータのロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流モータのロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、直流モータとして、コイルおよび該コイルに接続された整流子を有するステータと、該ステータの内周側に配置されるロータと、該ロータ側に設けられ、整流子に接触する給電ブラシとを備える直流モータが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。これらの直流モータにおいて、ロータは、シャフト、ヨーク、および永久磁石が一体化された構成になっている。外部電源から直流モータに電力が供給されると、この電力は給電ブラシから整流子を介してコイルに供給され、コイルに発生する磁界と、永久磁石が形成する磁界との作用により、永久磁石に回転モーメントが作用し、ロータが回転する。ロータが回転すると、整流子によりコイルの巻線の磁性が順次切り替えられ、ロータが連続的に一方向に回転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１１７８２２号公報
【特許文献２】特表２００７−５０７１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の構成の直流モータでは、ロータの部材（特許文献１ではシャフト、特許文献２ではヨーク）と給電ブラシとの間に、給電ブラシが挿入される絶縁性のブラシホルダを設ける必要があり、部品点数が多かった。また、直流モータを組み立てる際に、円筒状のヨークにシャフトを圧入する工程が必要であり、組立工数が多かった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、直流モータの部品点数および組立工数を低減することができる直流モータのロータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明は、
コイルおよび該コイルに接続された整流子を有するステータの内周側に配置される直流モータのロータにおいて、
前記ロータは、シャフトと、該シャフト上に設けられる樹脂スペーサと、該樹脂スペーサ上に設けられるヨークと、該ヨーク上に設けられる永久磁石とを有し、
前記シャフトは、前記樹脂スペーサにインサート成形で固定され、
前記樹脂スペーサは、前記整流子に接触する給電ブラシが挿入される凹部を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、直流モータの部品点数および組立工数を低減することができる直流モータのロータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係るロータの直流モータへの搭載状態の一例を示す縦断面図である。
【図２】図１のロータ２０の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照し、本発明を実施するための形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係るロータの直流モータへの搭載状態の一例を示す縦断面図である。図２は、図１のロータ２０の横断面図である。
【００１１】
直流モータは、図１に示すように、ステータ（固定子）１０と、ロータ２０（回転子）と、給電ブラシ３０とを備えている。この直流モータはインナロータ型のモータであって、ロータ２０はステータ１０の内周側に配置されている。給電ブラシ３０は、ロータ２０側に設けられている。
【００１２】
はじめに、ステータ１０について説明する。
【００１３】
ステータ１０は、コア１１と、コイル１２と、整流子（コミュテータ）１３と、ケース１４と、カバー１５とを備える。コア１１、コイル１２、および整流子１３は、略有底円筒状のケース１４および略円板状のカバー１５で形成される内部空間に収容され、ケース１４またはカバー１５に対して固定されている。
【００１４】
コア１１は、例えばケイ素鋼などからなり、積層鋼板であって良い。コア１１は、略円筒形状に形成されており、ロータ２０の回転軸線と同軸的に配置されている。コア１１は、周知の構成であって良い。例えば、コア１１は、略円筒形状のインナコアと、略円筒形状のアウタコアと、インナコアから放射状に延びる複数のティースとで構成されて良い。複数のティースは、周方向に等角度間隔で配列され、各ティースの先端部は、アウタコアの内周部に組み付けられる。
【００１５】
コイル１２は、コア１１のティースに巻装されている。ちなみに、コイル１２は、アウタコアに組み付けられる前のティースに巻装され、その後、ティースとアウタコアとが組み付けられる。
【００１６】
整流子１３は、径方向に放射状に配置される複数の整流子片１３ａ（コミュテータセグメント）と、複数の整流子片１３ａを保持する略円環状の保持部材とを備える。
【００１７】
各整流子片１３ａは、板状で同一形状に形成され、ロータ２０の回転軸線に対して垂直に配置されている。各整流子片１３ａのロータ２０側の面が、給電ブラシ３０が摺接する摺接面となっている。これらの摺接面は、面一に配置されている。各整流子片１３ａは、周方向に隣り合う整流子片１３ａとの間に隙間が設けられるように、保持部材によって周方向に等角度間隔で保持されている。
【００１８】
各整流子片１３ａは、コイル１２の巻線と電気的に接続されている。具体的には、各整流子片１３ａには接続用端子が設けられ、各接続用端子が電気線を介して対応するコイル１２の巻線に電気的に接続されている。このようにして、整流子１３は、コイル１２と電気的に接続されている。
【００１９】
ケース１４は、例えば樹脂などの絶縁材からなる。ケース１４は、略有底円筒状に形成されており、ロータ２０の回転軸線と同軸的に配置されている。ケース１４の開口は、カバー１５で閉塞されている。
【００２０】
カバー１５は、例えば樹脂などの絶縁材からなり、ケース１４に嵌め込まれ、固定されている。
【００２１】
なお、本実施形態では、ケース１４およびカバー１５は、絶縁材からなるとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ケース１４またはカバー１５は金属や合金などの導電材からなっても良く、この場合、コア１１、コイル１２、および整流子１３は、樹脂などの絶縁材を介して、ケース１４またはカバー１５に固定される。
【００２２】
次に、ロータ２０について説明する。
【００２３】
ロータ２０は、コア１１の内部空間に回転自在に配置されている。ロータ２０は、図２に示すように、シャフト２１と、樹脂スペーサ２２と、ヨーク２３と、永久磁石２４とを備えている。
【００２４】
シャフト２１は、ボールベアリングなどの軸受１６、１７によって回転可能に軸支され、リング部材によって軸方向への移動が規制してある。シャフト２１の軸方向一端部は、ケース１４の底部に設けられる軸受１６に軸支され、ケース１４の外部に延出している。一方、シャフト２１の軸方向他端部は、カバー１５に設けられる軸受１７に軸支され、カバー１５の内側面の近傍まで延びている。
【００２５】
シャフト２１は、樹脂スペーサ２２にインサート成形で固定されている。即ち、樹脂スペーサ２２の成形時に、成型用金型内で、樹脂スペーサ２２とシャフト２１とが一体に結合される。よって、シャフト２１を樹脂スペーサ２２内に圧入する工程がないため、組立工数を低減することができる。
【００２６】
シャフト２１の外周面には、樹脂スペーサ２２との結合力を高めるため、突起または溝が設けられて良い。
【００２７】
樹脂スペーサ２２は、例えばポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどからなる。また、樹脂スペーサ２２は、耐熱性や強度を確保するため、ガラス繊維やセラミックス繊維などを含んでいても良い。
【００２８】
樹脂スペーサ２２は、軸方向において両軸受１６、１７の間に挟まれる態様で配置されている。この樹脂スペーサ２２は、略円筒形状に形成されており、ロータ２０の回転軸線と同軸的に配置されている。樹脂スペーサ２２の内周面２２ａは、断面円形状であって、シャフト２１に固着してある。一方、樹脂スペーサ２２の外周面２２ｂは、断面多角形状であって、ヨーク２３に固着してある。
【００２９】
ヨーク２３は、例えば鉄やステンレスなどからなり、磁気回路のバックヨークとなる。ヨーク２３は、略円筒形状に形成されており、ロータ２０の回転軸線と同軸的に配置されている。例えば、ヨーク２３は、図２に示すように、多角筒状に形成されている。ヨーク２３の外周面には、エポキシ樹脂などの接着剤によって永久磁石２４が固着されている。
【００３０】
ヨーク２３は、樹脂スペーサ２２にアウトサート成形で固定される。即ち、樹脂スペーサ２２の成形時に、成型用金型内で、樹脂スペーサ２２とヨーク２３とが一体に結合される。そのため、樹脂スペーサ２２をヨーク２３内に圧入する工程がないので、組立工数を低減することができる。そして、ヨーク２３の内側に樹脂材が充填されているので、従来の一般的な直流モータに比べて、磁気特性を維持しつつ、ロータ２０のイナーシャを低減することができ、応答性も向上することができる。
【００３１】
ヨーク２３の内周面には、樹脂スペーサ２２との結合力を高めるため、突起または溝が設けられて良い。
【００３２】
永久磁石２４は、例えばフェライトやＮｅ−Ｆｅ−Ｂ、Ｓｍ−Ｃｏなどからなる。永久磁石２４は、板状に形成されており、ヨーク２３の周方向に沿って所定角度（本実施形態では、４５°）で配列されている。複数（本実施形態では、８つ）の永久磁石２４は、周方向に沿って、極性（Ｎ極、Ｓ極）が互い違いになるように配置されている。これらの永久磁石２４は、それぞれ、ヨーク２３の外周面を構成する複数（本実施形態では、８つ）の平面のいずれかに、はみ出さない態様で固着されている。また、これらの永久磁石２４は、それぞれ、コア１１の内周面に近接対向する円弧状の外周面を有しており、この外周面とコア１１の内周面との間には若干の間隙が形成されている。
【００３３】
次に、給電ブラシ３０について説明する。
【００３４】
給電ブラシ３０は、例えばカーボンや銅などからなる。給電ブラシ３０は、ロータ２０側に設けられており、周知のスリップリングやリード線などを介して、外部電源から電力が供給されるように構成されている。給電ブラシ３０は、プラス側給電用のものと、マイナス側給電用のものとがある。これらの給電ブラシ３０は、ロータ２０の位置に関係なく整流子１３に接触し、ロータ２０の回転のための電力をコイル１３に供給する。
【００３５】
各給電ブラシ３０は、樹脂スペーサ２２に設けられる凹部２５のいずれかに挿入される。よって、絶縁性のブラシホルダを別途設けなくてすむため、直流モータの部品点数を低減することができる。
【００３６】
また、各給電ブラシ３０は、略四角柱状に同一形状に形成され、軸方向に移動可能に凹部２５に挿入されている。凹部２５は、給電ブラシ３０の断面形状と略同一になっている。そのため、給電ブラシ３０の軸方向以外への移動を規制することができる。
【００３７】
さらに、各給電ブラシ３０は、凹部２５との間に介装される圧縮コイルバネによって、整流子１３（整流子片１３ａ）に押圧接触されている。よって、給電ブラシ３０と整流子１３との接触を確実にすることができる。なお、上記圧縮コイルバネを用いる代わりに、板バネなどの弾性部材を用いても良い。
【００３８】
凹部２５は、樹脂スペーサ２２の径方向に放射状に配置されており、周方向に等角度間隔（本実施形態では、４５°）で配列されている。この凹部２５は、永久磁石２４と同じ位相で配列されており、永久磁石２４のいずれかと径方向に対向して配置されている。各凹部２５は、断面略四角形状であって、径方向内側ほど幅狭になっている。そして、各凹部２５は、樹脂スペーサ２２の軸方向一端面にて外部に開口している。
【００３９】
隣り合う凹部２５の間には、径方向に放射状に配置された連結部２２ｃがある。連結部２２ｃは、樹脂スペーサ２２の内周部と外周部とを連結するものである。連結部２２ｃは、シャフト２１の中心と多角筒状のヨーク２３の頂点とを結ぶ位置に配置されている。その結果、凹部２５を取り囲む壁の肉厚が略均一になるので、樹脂スペーサ２２の強度を全体に渡って略均一に保つことができる。
【００４０】
ここで、複数（本実施形態では、８つ）の凹部２５の全てに、給電ブラシ３０が１つずつ配置されている必要はなく、例えば２つの凹部２５の一方にプラス側給電用の給電ブラシ３０が配置され、他方にマイナス側給電用の給電ブラシ３０が配置されていれば良い。なお、図１および図２には、給電ブラシ３０を１つのみ、図示してある。
【００４１】
次に、上記構成とされた直流モータの動作について説明する。なお、直流モータの結線態様などは周知であるので、説明を省略する。
【００４２】
外部電源から直流モータに電力が供給されると、この電力は、周知のスリップリングなどを介して、一旦、ロータ２０側に供給される。そして、ロータ２０側に供給された電力は、給電ブラシ３０および整流子１３を介して、ステータ１０側に供給される。この際、電力は、整流子１３を介して、コイル１２に供給され、コイル１２に発生する磁界と、永久磁石２４が形成する磁界との作用により、永久磁石２４に回転モーメントが作用し、ロータ２０が回転する。ロータ２０が回転すると、整流子１３によりコイル１２の巻線の磁性が順次切り替えられ、ロータ２０が連続的に一方向に回転する。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
【００４４】
本実施形態では、シャフト２１は、樹脂スペーサ２２にインサート成形で固定されている。即ち、樹脂スペーサ２２の成形時に、成型用金型内で、樹脂スペーサ２２とシャフト２１とが一体に結合される。よって、シャフト２１を樹脂スペーサ２２内に圧入する工程がないため、組立工数を低減することができる。
【００４５】
また、本実施形態では、樹脂スペーサ２２は、給電ブラシ３０が挿入される凹部２５を有する。そのため、絶縁性のブラシホルダを別途設けなくてすむので、直流モータの部品点数を低減することができる。
【００４６】
さらに、本実施形態では、ヨーク２３は、樹脂スペーサ２２にアウトサート成形で固定される。即ち、樹脂スペーサ２２の成形時に、成型用金型内で、樹脂スペーサ２２とヨーク２３とが一体に結合される。よって、樹脂スペーサ２２をヨーク２３内に圧入する工程がないため、組立工数を低減することができる。そして、ヨーク２３の内側に樹脂材が充填されているので、従来の一般的な直流モータに比べて、磁気特性を維持しつつ、ロータ２０のイナーシャを低減することができ、応答性も向上することができる。
【００４７】
以上、本発明の一実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
【００４８】
例えば、上述した実施形態では、磁極毎に複数（本実施形態では、８個）の独立した永久磁石２４を用いたが、複数磁極で１個とした永久磁石や、環状とした１個の永久磁石を用いても良い。
【００４９】
また、上述した実施形態では、コア１１において、ティースがインナコアから放射状に延びるとしたが、インナコアを形成せず、ティースの内周側部分を独立させても良い。この場合、ティースをアウタコアに一体に成形することが好ましい。
【００５０】
また、上述した実施形態では、凹部２５は樹脂スペーサ２２の軸方向一端面にて外部に開口しているとしたが、樹脂スペーサ２２の外周面にて外部に開口していても良い。この場合、樹脂スペーサ２２は、ヨーク２３および永久磁石２４から軸方向一方に突出するように構成され、その突出部分に凹部２５が設けられる。さらにこの場合、整流子片１３ａは、ケース１４の内壁面に周方向に沿って配列され、各整流子片１３ａの内周面が給電ブラシ３０との摺接面になる。これらの摺接面は、円弧面状に形成される。
【符号の説明】
【００５１】
１０    ステータ
１１    コア
１２    コイル
１３    整流子
１３ａ  整流子片
１４    ケース
１５    カバー
１６    軸受
１７    軸受
２０    ロータ
２１    シャフト
２２    樹脂スペーサ
２３    ヨーク
２４    永久磁石
２５    凹部
３０    給電ブラシ
【図１】
2011160531.tif 000003
【図２】
2011160531.tif 000004