(57)【要約】【課題】材料取りの効率がよく、コイルの巻回作業が容易であり、かつ、部品点数を減らすことが可能な永久磁石形回転電機を提供すること。【解決手段】回転電機１は、回転軸１１と、この回転軸１１を回転自在に支持する固定子２と、回転軸１１と一体に回転する回転子３とを備える。回転子３は、回転軸１１の一端に取り付けられた有底カップ状のホルダ８と、このホルダ８の円筒面の内周に固定された永久磁石９とを有している。固定子２は、中心を貫通する軸孔内に回転軸１１を軸受１４を介して回転自在に支持するハウジングブッシュ１３と、このハウジングブッシュ１３の外周面に放射状に取り付けられ、先端が永久磁石９に空隙３０を介して対向する１２個の固定子鉄心５と、それぞれの固定子鉄心５に絶縁物６を介して巻回されたコイル７とを有する。【選択図】　図１
2004104986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
該回転軸の一端に取り付けられた有底カップ状のホルダ、該ホルダの円筒面の内周に固定された永久磁石を有して回転軸と一体に回転する回転子と、
中心を貫通する軸孔内に前記回転軸を回転自在に軸支するハウジングブッシュ、該ハウジングブッシュの外周面に放射状に取り付けられ、外周側の先端が前記永久磁石に空隙を介して対向する複数の固定子鉄心、夫々の前記固定子鉄心に絶縁物を介して巻回されたコイルを有する固定子とを備え、
複数の前記固定子鉄心を前記ハウジングブッシュへ固定することにより、前記固定子鉄心の内周側の基端部が互いに圧接されてリング状のヨークが構成されていることを特徴とする永久磁石形回転電機。
【請求項２】
前記各固定子鉄心の内周面に軸方向に延びる溝が形成され、前記ハウジングブッシュの外周面に前記溝に嵌合する凸条が形成され、前記固定子鉄心の溝と前記ハウジングブッシュの凸条との嵌合と、該凸条のかしめによる塑性変形とにより、前記固定子鉄心が前記ハウジングブッシュに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石形回転電機。
【請求項３】
当該永久磁形石回転電機の駆動回路を搭載する回路基板をさらに備え、前記回路基板の取り付け孔の内周と、前記ハウジングブッシュの基板取り付け部の外周とに、互いに係合する平坦部が形成され、前記回路基板は、これらの平坦部を係合させて前記ハウジングブッシュに対して位置決め、固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の永久磁石形回転電機。
【請求項４】
回転電機を外部に固定する際の取り付け部となるブラケットをさらに備え、該ブラケットに形成された取り付け孔には、孔の周縁から外側に切り込んだ切り欠き部が周方向に沿って複数形成され、前記ブラケットの取り付け孔と前記ハウジングブッシュとの嵌合と、該ハウジングブッシュのブラケット取り付け部のかしめによる塑性変形とにより、前記ブラケットが前記ハウジングブッシュに固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の永久磁石形回転電機。
【請求項５】
前記ハウジングブッシュは、亜鉛、アルミニウムのダイカスト又は焼結材の焼結成形により、成形後の機械加工が不要となるよう形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石形回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸を回転自在に支持し、放射状に配置されたポールにコイルを巻回して構成される固定子と、この固定子の外周でポールに対向する永久磁石を保持する回転子とから構成される外転形の永久磁石形回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の外転型の永久磁石式回転電機は、例えば特許文献１に開示されている。この公報には、従来例として、放射状に延びる複数のポールと、リング状のヨークとが一体に形成された固定子鉄心をボルトで軸受けハウジングに固定する構成が開示されている。
【０００３】
一方、上記公報の実施の形態には、複数のポールを夫々別部品とし、各ポールにコイルを巻回した後、ポールの基端に形成された突起をリング状のヨークに形成した溝に嵌合させて固定子鉄心を構成し、これをボルトで軸受ハウジングに固定する構成が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２７５２８４号公報、図１、図２、図７
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の公報の従来例のようにポールとヨークとが一体構造であると、材料取りの効率が悪く、コイルの巻回作業が困難である。
一方、ポールとヨークとが別構造であると、部品点数と作業工程数が増加するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、材料取りの効率がよく、コイルの巻回作業が容易であり、かつ、部品点数を上記従来例より減らすことができる永久磁石形回転電機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる永久磁石形回転電機は、上記の目的を達成させるため、請求項１に記載のように、回転軸と、回転軸の一端に取り付けられた有底カップ状のホルダ、ホルダの円筒面の内周に固定された永久磁石を有して回転軸と一体に回転する回転子と、中心を貫通する軸孔内に回転軸を回転自在に軸支するハウジングブッシュ、ハウジングブッシュの外周面に放射状に取り付けられ、外周側の先端が永久磁石に空隙を介して対向する複数の固定子鉄心、夫々の固定子鉄心に絶縁物を介して巻回されたコイルを有する固定子とを備え、複数の固定子鉄心をハウジングブッシュへ固定することにより、固定子鉄心の内周側の基端部が互いに圧接されてリング状のヨークが構成されていることを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、固定子鉄心を複数のブロックに分割して構成することにより、材料取りの効率がよく、また、取り付け前に単独で固定子鉄心にコイルを巻回することができるため、巻線占積率を向上させ、小型で高出力の回転電機が得られる。さらに、ヨークを介さずに複数の固定子鉄心（従来のポールに相当）を直接ハウジングブッシュに固定することができるため、ヨークと、ヨークをハウジングブッシュに固定するボルトが不要となり、部品点数を上記従来例より減らすことができる。
【０００９】
各固定子鉄心をハウジングブッシュに固定するには、請求項２に記載のように、各固定子鉄心の内周面に軸方向に延びる溝を形成し、ハウジングブッシュの外周面に溝に嵌合する凸条を形成し、固定子鉄心の溝をハウジングブッシュの凸条に嵌合させ、凸条をかしめて塑性変形させてもよい。
このような構成によれば、固定子鉄心の固定強度が強く、トルクの大きな回転電機にも適用可能である。
【００１０】
上記の構成に加え、請求項３に記載のように、当該回転電機の駆動回路を搭載する回路基板を設けることができる。
この場合、回路基板は、基板に形成された取り付け孔にハウジングブッシュを嵌合させてハウジングブッシュの外周面に固定することが望ましい。
また、回路基板の取り付け孔の内周と、ハウジングブッシュの回路基板取り付け位置の外周とに、互いに係合する平坦部を形成し、これらの平坦部を係合させて位置決めした状態で回路基板をハウジングブッシュに固定してもよい。平坦部を組み合わせることにより、回路基板を位置決めし、基板の空転を防止できる。基板には、励磁タイミングを検出するための素子、例えばホール素子が設けられるが、このホール素子も精度よく位置決めできるため、トルク脈動を抑え、低振動、低騒音で特性のばらつきがない回転電機を提供できる。
【００１１】
上記の構成に加え、請求項４に記載のように回転電機を外部に固定する際の取り付け部となるブラケットを設けることができる。
この場合、ブラケットは、ブラケットに形成された取り付け孔にハウジングブッシュを嵌合させてハウジングブッシュの外周面に固定されることが望ましい。また、ブラケットの取り付け孔に、孔の周縁から外側に切り込んだ切り欠き部を周方向に沿って複数形成し、ブラケットをハウジングブッシュに嵌合させ、ハウジングブッシュのブラケット取り付け部をかしめにより塑性変形させて切り欠き部に侵入させることにより、ブラケットをハウジングブッシュに固定してもよい。これにより、ねじ等を用いなくとも、ブラケットをハウジングブッシュに対して強固に固定することができる。
【００１２】
なお、ハウジングブッシュは、請求項５に記載のように、亜鉛、アルミニウムのダイカスト又は焼結材の焼結成形により、成形後の機械加工が不要となるよう形成されていることが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる永久磁石形回転電機の一実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態は、本発明を３相駆動方式の外転型直流ブラシレスモータに適用したものである。図１は、本実施の形態にかかる永久磁石形回転電機の半部断面側面図である。
図１において、回転電機１は、回転軸１１と、この回転軸１１を回転自在に支持する固定子２と、回転軸１１と一体に回転する回転子３とを備えている。
【００１４】
回転子３は、回転軸１１の一端（図１中右側）にブッシュ１９を介して取り付けられた磁性体から成る有底カップ状のホルダ８と、このホルダ８の円筒面の内周に固定された永久磁石９とを有している。
ホルダ８は、アルミ又は黄銅材からなるブッシュ１９に嵌合して固定され、ブッシュ１９は、回転軸１１のローレット部１２に圧入されている。ブッシュ１９を省き、ホルダ８を回転軸１１に直接結合してもよい。
【００１５】
永久磁石９は、円筒状に構成されたフェライト系のプラスチックマグネット、又は、シート状のゴムマグネットを丸めて円筒状にして構成され、円周方向に所定間隔で極数分（例えば１０極）、Ｎ極とＳ極とが交互に着磁され、ホルダ８の内周面に固定されている。
【００１６】
固定子２は、中心を貫通する軸孔内に回転軸１１をボールベアリング等の２個の軸受１４、１４を介して回転自在に支持するハウジングブッシュ１３と、このハウジングブッシュ１３の外周面に取り付けられ、先端が永久磁石９に空隙３０を介して対向する複数の固定子鉄心５と、夫々の固定子鉄心５に絶縁物６を介して巻回されたコイル７とを有する。
複数のブロックに分割された固定子鉄心５は、後述するように（図５参照）、ハウジングブッシュ１３の外周に放射状に取り付けられ、全体として円周方向に一体に結合される。
なお、回転軸１１は、板ばね１５と止め輪１６とによりスラスト方向の位置決めがなされている。即ち、本実施の形態のものでは、図１中左側に配置される出力側の軸受１４に対し、その右方に板ばね１５を、左方に止め輪１６を配置することにより、板ばね１５は、左側の軸受１４の外輪に与圧を与えており、止め輪１６は前記左側の軸受１４の内輪に当接して回転軸１１の図１中の右方向への移動を規制している。
【００１７】
４は回転電機１の駆動回路を搭載する回路基板で、ホルダ８の左方端面に突出する永久磁石９の左方端面４０に間隙を隔てて対向する位置にあってハウジングブッシュ１３の外周面に対して後述するように嵌合され、固定される。
この回路基板４よりさらに図中左側に、回転電機１を外部に固定する際の取り付け部となるプレス材で形成されたブラケット１０が固定されている。
なお、回路基板４の給電端子Ｋ（図１参照）は、図示せぬ駆動電源に接続され、給電を受ける。
【００１８】
各固定子鉄心５は、軸方向から見ると、図２に示すように、外周側に円弧状の幅広部２１を有し、内周側に扇形の基端部２２を有し、これらの間にコイル７を巻回すための幅狭のボビン部２３を有して構成されている。基端部２２は、複数の固定子鉄心５が放射状に組み合わされた際に、隣接する基端部２２に接続されてリング状のヨークを構成できるように、扇形に形成されている。
基端部２２の内周側には、開口より奥が広がる形状の凹部２４が形成されている。固定子鉄心５は、けい素鋼板を積層して形成されており、ボビン部２３と基端部２２とに積層した鋼板を接合するためのかしめ孔２５が形成されている。
なお、幅広部２１は平坦に加工されているため、駆動時に磁束密度の急岐な変化がなく、コキングトルクを抑え、脈動トルク、回転ムラの小さい回転電機が得られる。
【００１９】
固定子２の中心となるハウジングブッシュ１３は、亜鉛、アルミニウムのダイカストにより、あるいは、焼結材の焼結成形により一体成形され、成形後に機械加工していない無加工品である。
図３に取り出して示すように、ハウジングブッシュ１３の内部には、回転軸１１を挿通させるための軸孔１４０と、左右２個の軸受１４、１４を装着するための夫々２つの大径部１４１ａ、１４１ｂと、図中左側となる先端部から奥に向かって細くなり大径部１４１ａに連続するテーパ孔１４２とが形成されている。
なお、左方の大径部１４１ａには、前記のように左方の軸受１４と共に板ばね１５、止め輪１６も装着される。
一方、ハウジングブッシュ１３の外周には、図中右端から順に、長さＬ１にわたる小径の鉄心取り付け部３７、一段径が大きくなる位置決め段差３１、さらに一段径が大きくなる基板取り付け部３２、一段小径のブラケット取り付け部３３、もう一段小径の先端部３５が形成されている。
【００２０】
ハウジングブッシュ１３の鉄心取り付け部３７には、軸方向に長さＬ１にわたって延びる複数の凸条２８が形成されている。
凸条２８は、図３の右側面より見た正面図（以下右正面図という）である図４に示すように、根本が細く、先端が太くなるよう形成され、固定子鉄心５の凹部２４（図２参照）に嵌合する形状となっている。
この例では、凸条２８は１２箇所に当角度間隔で形成されている。なお、各凸条２８の付け根位置には、ダイカスト成型時の型の押し出しピンによりピン穴２７が形成されている。このように押し出しピンによりピン穴を形成することによって、後にピン穴を形成するための機械加工が不要となる。
この場合、ピン穴２７は、Ｌ１／５程度の深さとすればよい。
【００２１】
ハウジングブッシュ１３の基板取り付け部３２には、図３の右正面図である図４、左正面図である図７に示すように、３箇所に平坦部２６が形成されている。また、ブラケット取り付け部３３と先端部３５との間の段差部には、図３及び図７に示すように、軸方向に沿って切り込まれたリング状溝３４が形成されている。
【００２２】
続いて、ハウジングブッシュ１３に対する各部材の取付について図３も参照して説明する。
各固定子鉄心５は、図５に示すように、コイル７を巻回した状態で凸条２８に凹部２４を合わせて軸方向にスライドさせ、位置決め段差３１に当接するまで挿入されて鉄心取り付け部３７に取り付けられる。１２個の固定子鉄心５を放射状に組み合わせ、周方向の位置決め作用を持つ芯出し治具（図示せず）により外周を押さえた状態で図６に示すように、ピン穴２７にカシメピン３８を圧入し、凸条２８を拡張して凹部２４に対して強固に固定する。
１２個の固定子鉄心５がハウジングブッシュ１３に固定されると、各固定子鉄心５の内周側の基端部２２が互いに接続されて磁路を形成するためのヨークを構成する。
【００２３】
回路基板４は、図示せぬ電子部品により所用の駆動回路が実装されたプリント基板であり、この回路基板４に形成された取り付け孔１３２（図８参照）にハウジングブッシュ１３を嵌合させてハウジングブッシュ１３の外周面に固定されている。
即ち、図７に示すように、ハウジングブッシュ１３の基板取り付け部３２には、上記のように３箇所に平坦部２６が形成されている。
一方、回路基板４には、図８に示すように取り付け孔１３２が形成され、この取り付け孔１３２の内周には基板取り付け部３２の平坦部２６に対応する平坦部１２６が形成されている。これらの平坦部２６、１２６を係合させて位置決めした状態で回路基板４をハウジングブッシュ１３に嵌合させて固定する。
このように平坦部２６、１２６を相互に係合させることにより、回路基板４を位置決めし、基板４の空転を防止できる。回路基板４には、励磁タイミングを検出するための図示せぬホール素子が設けられるが、このホール素子も精度よく位置決めできるため、トルク脈動を抑え、低振動、低騒音で特性のばらつきがない回転電機を提供できる。なお、平坦部は１箇所であってもよいし、３箇所より多くともよい。
【００２４】
ブラケット１０は、ブラケットに形成された取り付け孔にハウジングブッシュ１３を嵌合させてハウジングブッシュ１３の外周面に固定されている。
図９に示すように、ブラケット１０には、その中央部に取り付け孔１３３が形成されている。取り付け孔１３３には、孔の周縁から外側に切り込んだ半円形の切り欠き部３６が等角度間隔で、８箇所に形成されている。ブラケット１０をハウジングブッシュ１３のブラケット取り付け部３３に嵌合させ、このブラケット取り付け部３３のリング状溝３４より外周側の部分に軸方向の力を加えてかしめる。これにより、ブラケット取り付け部３３が一部塑性変形し、ブラケット１０の切り欠き部３６に侵入し（食い込むように肉盛りする）、ブラケット１０をハウジングブッシュ１３に強固に固定することができる。なお、切り欠き部の個数は８個に限定されず、任意の数であってよい。
【００２５】
本発明は上記の実施の形態に限定されない。
たとえば、本実施の形態では、永久磁石形回転電機の例として、３相駆動方式の１０極の外転型直流ブラシレスモータに本発明を適用した場合を説明したが、駆動方式も３相駆動方式でなく２相駆動方式のものであってもよいし、極数も１０極以外の他の極数のものでもよい。
また、永久磁石９のホルダ８に対する配置構成も、前記の実施の形態のものでは、１個の円筒状に形成されたものの場合を示したが、これに代え、複数個に分割された永久磁石をホルダ８の円筒面の内周に所定間隔を隔てて配置し、Ｎ極、Ｓ極の所定の極数になるように着磁するように変形してもよい。
要するに、外転型の永久磁石形回転電機であれば、本発明は上記実施の形態のものに対する各種の変形例のものに適用可能である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されるので、次のような優れた効果を有する。
まず、請求項１の構成によれば、固定子鉄心を複数で構成することにより、材料取りの効率がよく、また、取り付け前に単独で固定子鉄心にコイルを巻回することができるため、巻線占積率を向上させ、小型で高出力の回転電機が得られる。さらに、ヨークを介さずに複数の固定子鉄心（従来のポールに相当）を直接ハウジングブッシュに固定することができるため、ヨークと、ヨークをハウジングブッシュに固定するボルトが不要となり、部品点数を上記従来例より減らすことができる。
【００２７】
また、請求項２の構成によれば、固定子鉄心の溝とハウジングブッシュの凸条とを組み合わせることにより、固定子鉄心の固定強度を強く保つことができ、トルクの大きな回転電機にも適用可能である。
【００２８】
また、請求項３の構成によれば、回路基板とハウジングブッシュの基板取り付け部とに平坦部を形成して組み合わせることにより、回路基板を正確に位置決めし、基板の空転を防止することができる。
【００２９】
また、請求項４の構成によれば、ハウジングブッシュを塑性変形させてブラケットの切り欠き部に侵入させることにより、ブラケットをハウジングブッシュに対して強固に固定することができる。また、ねじによる固定が不要であるため、部品点数の削減に貢献できる。
【００３０】
さらに、請求項５の構成によれば、ハウジングブッシュを一体に形成された無加工品にしたことにより、機械加工が不要となり、製造コストの安価な回転電機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる外転型永久磁石形回転電機の半部縦断側面図である。
【図２】図１に示す固定子鉄心の平面図である。
【図３】図１に示すハウジングブッシュの縦断側面図である。
【図４】図３の右正面図である。
【図５】図１に示す固定子鉄心とハウジングブッシュとの結合関係を軸方向から見た正面図である。
【図６】図１に示す固定子鉄心のかしめピンによる固定方法を示す要部の拡大縦断側面図である。
【図７】図３の左正面である。
【図８】図１に示す回路基板の要部の正面図である。
【図９】図１に示すブラケットの正面図である。
【符号の説明】
１：回転電機
２：固定子
３：回転子
４：回路基板
５：固定子鉄心
６：絶縁物
７：コイル
８：ホルダ
９：永久磁石
１０：ブラケット
１１：回転軸
１３：ハウジングブッシュ
２６：平坦部
２７：ピン穴
２８：凸条
３２：基板取り付け部
３３：ブラケット取り付け部
３４：リング状溝
３７：鉄心取り付け部
３８：カシメピン
３６：切り欠き部
１２６：平坦部
【図１】
2004104986.tif 000003
【図２】
2004104986.tif 000004
【図３】
2004104986.tif 000005
【図４】
2004104986.tif 000006
【図５】
2004104986.tif 000007
【図６】
2004104986.tif 000008
【図７】
2004104986.tif 000009
【図８】
2004104986.tif 000010
【図９】
2004104986.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月28日(2003.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
ハウジングブッシュ１３の鉄心取り付け部３７には、軸方向に長さＬ１にわたって延びる複数の凸条２８が形成されている。
凸条２８は、図３の右側面より見た正面図（以下右正面図という）である図４に示すように、根本が細く、先端が太くなるよう形成され、固定子鉄心５の凹部２４（図２参照）に嵌合する形状となっている。
この例では、凸条２８は１２箇所に等角度間隔で形成されている。なお、各凸条２８の付け根位置には、ダイカスト成型時の型の押し出しピンによりピン穴２７が形成されている。このように押し出しピンによりピン穴を形成することによって、後にピン穴を形成するための機械加工が不要となる。
この場合、ピン穴２７は、Ｌ１／５程度の深さとすればよい。