(57)【要約】【課題】固定子ヨークの形状を容易に変更し得る固定子ヨーク構造を備え、かつ固定子ヨークと永久界磁磁石の組立を容易にした固定子を備える永久磁石整流子モータを提供する。【解決手段】固定子ヨーク１１を強磁性体材料の焼結体で成形し、固定子ヨーク１１の内周面に界磁磁石１２ａ、１２ｂを係止する係止用突起部（凸部）３１ｅおよび３１ｆを設け、該係止用突起部（凸部）３１ｅ、３１ｆとバネ部材４１ｆとにより界磁磁石１２ａ、１２ｂを挟持させることによって、界磁磁石１２ａ、１２ｂを固定子ヨーク１１内周面に容易に固着する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子ヨークおよび該固定子ヨークの内周面に設けられた一対の対向する界磁磁石を備えた固定子と、該固定子の内周面の中心軸と同軸の回転軸を持ち、前記固定子の内周面に近接する外周面を有する電機子とを備え、前記界磁磁石により前記固定子の内周面内に界磁磁極を発生させて前記電機子を回転させる永久磁石整流子モータにおいて、
前記固定子ヨークは強磁性体材料の焼結体から構成され、前記固定子ヨークの焼結体の内周面には、前記一対の界磁磁石の対向する両一端部を係止するための一対の突起部を一体に形成し、
前記一対の界磁磁石の対向する両他端部には弾性体材料のバネ部材を係合させて、前記両一端部が対応する前記一対の突起部に係止するように、前記両他端部から押圧するように構成したことを特徴とする永久磁石整流子モータ。
【請求項２】
前記固定子ヨーク内周面に一体に形成された前記突起部の幅および高さが前記界磁磁石の厚さ以下であることを特徴とする請求項１に記載された永久磁石整流子モータ。
【請求項３】
前記界磁磁石を内包している部分の前記固定子ヨークの厚さが、前記界磁磁石を内包していない部分の前記固定子ヨークの厚さにおける最大値よりも薄く形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された永久磁石整流子モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石整流子モータに関し、特に、電池または交流電源により駆動される、電動工具を構成する駆動モータとして好適な永久磁石整流子モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石整流子モータは、起動トルクが大きく、変速が可能であることから、比較的小形、軽量で大きな起動トルクを必要とする電動工具の駆動源として広く用いられている。
【０００３】
永久磁石整流子モータは、例えば下記特許文献１に開示されているように、モータハウジングと、固定子と、電機子およびブラシとから構成されている。固定子は、断面形状の外形が楕円形を含む円筒形状の固定子ヨークと、固定子ヨークに内包された界磁磁石（永久磁石）とを有している。界磁磁石は、円筒形状をした固定子ヨークの内周面に、嵌合され、もしくは固着されて取付けられている。固定子ヨークは、例えば鉄材料から成る複数の板状環状体が同軸状に積層された積層体で構成されており、積層体を構成する複数の環状体は、各環状体に設けられたカシメ部によって互いにカシメ固定されて積層されている。固定子ヨークの中心軸方向の長さは、環状体の軸方向の厚さを最小単位として積層すべき環状体の枚数によって変更して調整することができる。
【０００４】
したがって、軸方向の長さが異なる各種の固定子ヨークを製造する場合は、製造機械の交換を必要とすることなく、製造コストの安価な固定子ヨークを備えた永久磁石整流子モータを提供することができる。さらに、環状体の固定子ヨークの内周面に突起部（凸部）を設けることにより、固定子ヨークの内周面に界磁磁石を保持させることによって、固定子ヨークと界磁磁石との組立を容易にするように工夫している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２９３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した永久磁石整流子モータは、多量生産（例えば、月産一万台以上の生産）の電動工具に搭載する場合には生産コスト面で有利であるが、少量生産（例えば、月産千台以下の生産）の製品に搭載する場合には生産コストが高価になるという欠点がある。この理由は、固定子コアを構成する鉄製の板状環状体を製造する板状環状体の製造コストが高価となり、少量生産の製品への適用が不向きとなるためである。
【０００７】
したがって、本発明の一つの目的は、上記従来の欠点を解消し、固定子ヨークの形状を容易に変更し得る固定子ヨークを備える永久磁石整流子モータを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、固定子ヨークと永久界磁磁石の組立を容易にした固定子を備える永久磁石整流子モータを提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、固定子ヨークと永久界磁磁石の組立時の正確な位置合せを容易にすることによって、固定子による磁気通路を阻害しないように構成した永久磁石整流子モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明に従って開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、次のとおりである。
【００１１】
本発明の一つの特徴によれば、固定子ヨークおよび該固定子ヨークの内周面に設けられた一対の対向する界磁磁石を備えた固定子と、該固定子の内周面の軸と同軸の回転軸を持ち、前記固定子の内周面に近接する外周面を有する電機子とを備え、前記界磁磁石により前記固定子の内周面内に界磁磁極を発生させて前記電機子を回転させる永久磁石整流子モータにおいて、前記固定子ヨークは強磁性体材料の焼結体から構成され、前記固定子ヨークの焼結体の内周面には、前記一対の界磁磁石の対向する両一端部を係止するための一対の突起部を一体に形成し、前記一対の界磁磁石の対向する両他端部には弾性体材料のバネ部材を係合させて、前記両一端部が対応する前記一対の突起部に係止するように、前記両他端部から押圧するように構成する。
【００１２】
本発明の他の特徴によれば、前記固定子ヨーク内周面に一体に形成された前記突起部の幅および高さが前記界磁磁石の厚さ以下に規定される。
【００１３】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記界磁磁石を内包している部分の前記固定子ヨークの厚さが、前記界磁磁石を内包していない部分の前記固定子ヨークの厚さにおける最大値よりも薄く形成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の上記特徴によれば、固定子ヨークは強磁性体材料の焼結体より構成されるので、鉄製の板状環状体を積層化した固定子ヨークを備えた永久磁石整流子モータよりも低コストで、少量生産に容易に対応することができる。
【００１５】
本発明によれば、永久界磁磁石は固定子ヨークの突起部へ係止するように保持されるので、永久界磁磁石の組立を容易にした固定子を備える永久磁石整流子モータを提供できる。
【００１６】
本発明によれば、永久界磁磁石の係止部として機能する突起部は、固定子ヨークと永久界磁磁石の組立時の正確な位置合せを容易にするので、固定子による磁気通路を阻害しないように構成した永久磁石整流子モータを提供できる。
【００１７】
本発明の上記および他の目的、ならびに上記および他の特徴および利点は、以下の本明細書の記述および添付図面からさらに明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。まず、本発明の一実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。
【００１９】
図１および図２に示されるように、永久磁石モータ１は、ハウジング１ａと、固定子１０と、電機子２０と、一対のブラシ１３と、整流子２４とを有している。
【００２０】
ハウジング１ａは、真円筒状または略円筒状を含む円筒形状を有する。円筒形状の内周面の一部には、後述する円筒形状の固定子ヨーク１１の外周面が固着もしくは取付けられている。このハウジング１ａは、例えば、合成樹脂材料より形成されている。
【００２１】
固定子１０は、固定子ヨーク１１と、少なくとも一対のＮ極およびＳ極として機能する一対の界磁磁石１２ａおよび１２ｂとを有する。
【００２２】
固定子ヨーク１１（図２参照）は、後述するように、本発明に従って強磁性体材料の焼結体で成形され、円筒形状をなす。この固定子ヨーク１１の外周面は、ハウジング１ａの内周面に嵌着もしくは固着されている。
【００２３】
円筒形状の固定子ヨーク１１(焼結体)の内周面には後述する一対の係止用突起部（凸部）３１ｅおよび３１fが焼結体の内周面と一体に形成され、永久磁石である一対の界磁磁石１２ａ、１２ｂが、係止用突起部３１ｅおよび３１fと、後述するバネ部材４１ｆとによって挟持され、円筒形状の固定子ヨーク１１の内周面に内接するように取付けられている。
【００２４】
一対の界磁磁石１２ａ、１２ｂは、Ｎ極およびＳ極の永久磁石であり、板状永久磁石を円弧状に湾曲させたような形状を有している。界磁磁石１２ａ、１２ｂの円弧状湾曲した外周面は、固定子ヨーク１１の内周面の形状に内接しており、一対の界磁磁石１２ａ、１２ｂは、固定子１０の内周面の一部を構成する。一対の界磁磁石１２ａ、１２ｂは、モータの出来る限り効率よい回転トルクを得るために、固定子ヨーク１１の直径方向の相対向する位置に、対称的に配置され、固着されている。したがって、図２に示すように、ハウジング１ａの半径方向の断面で見た場合に、界磁磁石１２ａまたは１２ｂ、固定子ヨーク１１、およびハウジング１ａは、それらの順番に、ハウジング1ａの半径方向の中心部から外方へ向かって配置されている。これによって、対称的に配置された一対の界磁磁石１２ａ、１２ｂによって、固定子１０には一対の界磁磁極が発生し、この一対の界磁磁極間に磁束密度が高い界磁束が発生するように構成されている。
【００２５】
図１および図２に示すように、固定子１０の内周面に近接してその内方に電機子２０が設けられている。電機子２０は、シャフト２１と、シャフト２１に取付けられた回転子コア２２と、回転子コア２２に巻回されたコイル２３とを有している。
【００２６】
シャフト２１の一端２１ａ（図１参照）は、ハウジング蓋部１ｂに設けられた軸受部１４によって支承されており、シャフト２１の他端は固定部１６に設けられた軸受部１５によって支承されている。これによって、シャフト２１は、固定子ヨーク１１（固定子１０）の軸心を中心に回転可能に支持される。
【００２７】
シャフト２１の一部にはコア（鉄心）２２が固着されている。コア２２の外周面は、一対の界磁磁石１２ａ、１２ｂがなす内周面に近接して配設される。コア２２には図示せぬ複数のスロットが回転軸方向と並行して形成され、スロット内には導線が一対の界磁磁石１２ａ、１２ｂによって発生する界磁束を横切るように巻回されている。巻回された導線はコイル２３をなし、後述する一対のブラシ１３より電流が供給される。電機子２０によって発生した回転トルクは、シャフト２１を回転出力軸として、軸受部１５に支承されたシャフト２１の他端部側（図１の図面左側）へ伝達され、図示されていない電動工具の先端工具を駆動する。
【００２８】
図１に示すように、シャフト２１の一端部２１ａ側には、円柱形状の整流子（コミュテータ）２４がシャフト２１と同軸的に固着されており、シャフト２１およびコア２２と共に一体に回転するように構成されている。整流子２４は、その円柱外周面に沿って露出する複数の整流子片（図示なし）を有し、整流子片によってコイル２３の各端部に電気的接続されている。
【００２９】
図１に示すように、シャフト２１の一端２１ａ側（右端部側）には、相対向して上下一対のブラシ１３が配設される。各ブラシ１３は、ハウジング１ａの内周面に固着されたブラシホルダ１３ａ内に収納され、保持される。ブラシホルダ１３ａ内に保持されたブラシ１３は、ブラシホルダ１３ａ内に設けられた図示せぬスプリングによって整流子２４の方向に付勢され、整流子２４（整流子片）へ突き出して整流子２４に電気的接続（接触）される。一対のブラシ１３の他端部は、図示せぬリード線を介して、例えば直流電源に電気的に接続され、該電源からブラシ１３および整流子２４を介してコイル２３へ電流を供給し、電機子２０に回転トルクを発生するように構成する。
【００３０】
冷却ファン１７は、シャフト２１と一体に回転するように、シャフト２１の他端部側に設けられ、電機子２０で発生する熱を冷却する。
【００３１】
本発明に従った固定子１０の構造について、図３および図４を参照してさらに詳細に説明する。
【００３２】
上述したように、固定子ヨーク１１(焼結体)の円筒形状の内周面には、一対の界磁磁石１２ａ、１２ｂの一端をそれぞれ係止するための一対の係止用突起部（凸部）３１ｅおよび３１fが一体に設けられている。例えば、固定子ヨーク１１の外径は４９ｍｍ、長さは３９ｍｍ、半径方向の厚さは３ｍｍ〜１０ｍｍ、突起部（凸部）３１ｅ、３１ｆの内周方向の幅ｗは１．５ｍｍ、その半径方向の高さｈは０．５ｍｍである。固定子ヨーク１１の突起部（凸部）３１ｅおよび３１ｆは、図４の（１）に示すように、固定子ヨーク１１の軸方向の長さ（例えば、３９ｍｍ）全体にわたって形成する必要はなく、一対の界磁磁石１２ａ、１２ｂの一端を安定に係止できる長さであればよい。
【００３３】
固定子ヨーク１１の焼結体は、例えば、純鉄の微粉末表面を無機絶縁物で絶縁し、少量の有機樹脂バインダと混合した後、圧縮成形および熱処理により製造する。
【００３４】
図４の（２）に示すように、一対の界磁磁石１２ａ、１２ｂの他端部には界磁磁石固定用のバネ部材４１ｆを挿入することによって、一対の界磁磁石１２ａ、１２ｂの一端部を突起部３１ｅおよび３１ｆ（図４の（１）参照）へそれぞれ押圧（付勢）して一対の界磁磁石１２ａ、１２ｂを固定子ヨーク１１内に界磁磁石を固着する。
【００３５】
界磁磁石固定用のバネ部材４１ｆは弾性体部材で構成され、例えば、図４の（２）に示されるように、馬蹄形（Ｕ字形）に折り曲げられたバネ鋼等の金属材料で形成される。また、金属部材以外に、バネ性を有する樹脂材料で形成したバネ部材であってもよい。図５に示す変形例は、板状合成樹脂材料を湾曲状に折り曲げて弾力性を持たせてバネ部材４１ｆを構成したものである。
【００３６】
このように、突起部３１ｅ、３１ｆとバネ部材４１ｆによって界磁磁石１２ａ、１２ｂを挟持する構成とすることにより、固定子ヨーク１１の内周面に界磁磁石１２ａ、１２ｂを、接着剤を用いることなく、容易に固着することができる。
【００３７】
図３に示すように、固定子ヨーク１１の内周面に設ける突起部３１ｅ、３１ｆの高さ（段差）ｈおよび円周方向の幅ｗは、界磁磁石１２ａ、１２ｂの厚さｔより小さく規定することが望ましい。この理由は、突起部３１ｅ、３１ｆの形成によって固定子ヨーク１１内の主磁束が漏洩もしくは減少するのを防止するためである。
【００３８】
ちなみに、従来の継鉄板材のプレス折り曲げパイプ加工による固定子ヨークの製造では、固定子ヨークの半径方向の厚さが3ｍｍ以下である場合、固定子ヨークのパイプ状継鉄部に外周表面より切込みを入れて局部的に曲げ加工することにより、固定子ヨークの内周面に突起部（凸部）を設けることが可能である。しかし、このようにして突起部を形成すると、切込み加工部が空隙となり、固定子ヨークの継鉄部が主磁束の磁路として有効に働かなくなるので、界磁磁石により発生する主磁束が減少する。その結果、永久磁石整流子モータの効率が低下する。また、他の突起部の形成法として固定子ヨークのパイプ状継鉄部に外周より外力を加えて固定子ヨークを塑性変形させ、内面に突起を設けることも可能である。しかし、変形させた固定子ヨークの継鉄部は、曲げ加工による引張りや圧縮により、固定子ヨークの半径方向の厚さが薄くなるので、主磁束の減少は避けられず、回転トルクの発生が低下する。
【００３９】
これに対し、上述した本発明の実施形態によれば、突起部３１ｅ、３１ｆの形成部に空隙が形成されることはないので、固定子ヨーク１１の主磁束が減少することはなく、永久磁石整流子モータの効率低下を防止することができる。また、本発明によれば、固定子ヨーク１１を焼結体として成形するので、突起部３１ｅ、３１ｆの形状を容易に実現できる。
【００４０】
上記実施例で説明した固定子ヨーク１１は、図３に示したように、その外周形状が円形（真円）であり、突起部１２ａ、１２ｂを除く固定子ヨーク１１の半径方向の厚さは一定である。すなわち、図３に示したように、固定子ヨーク１１の内周と外周が同心円状に形成されて固定子ヨーク１１の厚さが全周にわたって一定である。
【００４１】
しかしながら、図６に示すように、固定子ヨーク１１の外周と内周が同心円である場合、固定子ヨーク１１の厚さが厚い程、一対の界磁磁石１２ａ、１２ｂより発生する主磁束Ｂｍは増加するが、その一方、整流子モータ駆動時に電機子２０のコイル２３（図１参照）に流れる電流により電機子起磁力が発生し、電機子反作用磁束Ｂｒも発生し易くなる。この電機子反作用磁束Ｂｒは、界磁磁石１２ａ、１２ｂから発生する主磁束Ｂｍの流れを阻害し、電機子２０の回転トルクを低下させる原因となり、その結果、整流子モータの効率を低下させる原因となる。
【００４２】
この電機子反作用磁束Ｂｒによる整流子モータの効率低下を改善するために、本発明の他の実施形態によれば、図７および図８に示すように、固定子ヨーク１１の外周形状が略楕円形状に形成される。
【００４３】
すなわち、図７および図８に示すように、固定子ヨーク１１の形状は、その内周面に固着された界磁磁石１２ａ、１２ｂに沿った固定子ヨークの部分１１ｄの厚さの最小値ｔ１（図７参照）が、該界磁磁石１２ａ、１２ｂに沿っていない固定子ヨークの部分１１ｅの厚さの最大値ｔ２（図７参照）よりも薄くなるように形成されている。このように、界磁磁石１２ａ、１２ｂが積層される部分の固定子ヨーク１１ｄの厚さｔ１を、積層されない部分の固定子ヨーク１１ｅの厚さｔ２より薄く形成した固定子ヨーク１１の構造は、本発明によれば固定子ヨーク１１を焼結体で成形するので、板状継鉄をプレス加工等で製造する場合に比較して容易に製造することができる。
【００４４】
したがって、図７または図８に示すような固定子１０の構造とすれば、界磁磁極１２ａ、１２ｂの略中央の位置における固定子ヨーク１１の磁路断面積を小さくできるので、磁気抵抗を増加させて、主磁束Ｂｍ（図６参照）を有効にトルクに寄与させて整流子モータの効率向上を図ることができる。
【００４５】
なお、図８に示すように、界磁磁石１２ａ、１２ｂを内包する部分の固定子ヨーク１１ｄの外周を平面形状とする場合は、円筒状の固定子ヨークを焼結成形した後、界磁磁石１２ａ、１２ｂを内包する固定子ヨークの外周部を直線状に切削した形状としてもよい。
【００４６】
以上、本発明者によってなされた発明を、各種の実施形態に基づき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係る永久磁石整流子モータを示す要部断面図。
【図２】図１に示したＸ−Ｘ線に沿った永久磁石整流子モータの断面図。
【図３】図１に示した永久磁石整流子モータを構成する固定子の断面図。
【図４】図３に示したＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線に沿った固定子の断面図。
【図５】図３に示した固定子に用いられるバネ部材の変形例を示す斜視図。
【図６】図１に示した永久磁石整流子モータにおける固定子の主磁束の磁路と電機子反作用磁束の磁路とを示す概念図。
【図７】本発明の他の実施形態に係る永久磁石整流子モータの固定子を示す断面図。
【図８】本発明のさらに他の実施形態に係る永久磁石整流子モータの固定子を示す断面図。
【符号の説明】
【００４８】
１：永久磁石整流子モータ      １ａ：ハウジング      １ａ：ハウジング蓋部
１０：固定子      １１：固定子ヨーク      １２ａ、１２ｂ：界磁磁石
１３：ブラシ      １３ａ：ブラシホルダ      １４：軸受部      １５：軸受部
１６：軸受固定部      １７：冷却ファン      ２０：電機子      ２１：シャフト
２２：コア      ２３：コイル      ２４：整流子      ３１ｅ、３１ｆ：突起部（凸部）
４１ｆ：バネ部材
【図１】
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【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】
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【図８】
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