(57)【要約】【課題】  磁石の特性を充分に活かして構成した界磁極を有する直流電動機を提供する。【解決手段】  電機子を回転可能に収容し、電機子に磁界を供給する複数の界磁極１を周方向に沿って内側面に配設するヨークハウジング２を有する直流電動機において、各界磁極１は、複数の同極性の磁極片１ａ〜１ｄに分割され、各磁極片１ａ〜１ｄは、隣接する磁極片との間に所定の間隔Ｇ１を有してヨークハウジング２に配設される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子を回転可能に収容し、前記電機子に磁界を供給する複数の界磁極を周方向に沿って内側面に配設するヨークハウジングを有する直流電動機において、
各界磁極は、複数の同極性の磁極片に分割され、各磁極片は、隣接する磁極片との間に所定の間隔を有して前記ヨークハウジングに配設される直流電動機。
【請求項２】
前記界磁極は、前記ヨークハウジングの周方向の少なくとも一方の端部側における前記磁極片の体積を他の部分に比べて減少させて構成している請求項１に記載の直流電動機。
【請求項３】
前記界磁極は、前記電機子の回転軸と略平行な分割線を有し、前記ヨークハウジングの周方向の少なくとも一方の端部に位置する前記磁極片の前記電機子の回転軸と略平行な方向の長さが、他の磁極片に対して短く形成されている請求項１に記載の直流電動機。
【請求項４】
前記界磁極は、前記電機子の回転軸と略平行な分割線を有し、前記ヨークハウジングの周方向の少なくとも一方の端部に位置する前記磁極片の前記電機子の回転軸に略直交する方向の厚みが、他の磁極片に対して薄く形成されている請求項１に記載の直流電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電機子を回転可能に収容し、前記電機子に磁界を供給する複数の界磁極を周方向に沿って内側面に配設するヨークハウジングを有する直流電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電動機（直流モータ）はフレミングの左手の法則で駆動する基本的な電動機であり、界磁極（固定子）、電機子（回転子）、整流子、ブラシを有し、界磁極はヨーク（継鉄）によってつながれて、磁気回路を構成している。ヨークは、電機子などを支持、収容するハウジングとしての役目も果たし、ヨークハウジングと称されることもある。
【０００３】
直流電動機は、接触子としての整流子やブラシを有することによって発生する機械損（機械的劣化）などの構造的な弱点を持ちながらも、電流に比例したトルクを発生するなどの制御の容易さもあって、広い分野で用いられ、例えば、自動車用としても、スタータモータの大トルク発生用から、ドアミラーやワイパーやパワーウィンドゥの駆動モータなど、多くの部分に用いられている。
【０００４】
このようなブラシ付きの直流電動機（直流ブラシモータ）に高トルクを発揮させるためには、電機子は界磁極から受ける磁束線を透過させるための断面積が大きい方が好ましいが、それに伴って電機子を収容するヨークハウジングも大きくなる。しかし、広い分野で用いられている直流ブラシモータに対しては、これらを両立する高性能化、小型化への要求も日々、高まっている。
【０００５】
このような要望に対応して、本願の発明者は、電動機の回転軸方向のサイズを小さくする、いわゆる薄く構成する直流ブラシモータを特許文献１において提案している。これによると、電機子に凹部を設け、電機子を回転可能に支持する二つの軸受けのうち、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（整流子）とを電機子の軸方向の長さ内に位置するようにこの凹部内に設置することによって、電動機の回転軸方向のサイズを小さくしている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−８６７１９号公報（段落番号０００５、０００８、０００９、００２２〜００２７、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の発明では、電機子の回転軸方向のサイズを小さくする方法での小型化が示されている。一方、電機子の回転方向である電動機の径方向の小型化を実現しようとすると、安価で汎用的なフェライト磁石では必要な磁束の量を得ることが困難となる。そこで、高磁束密度、高保磁力など磁気特性に優れた、例えば、希土類磁石を界磁極として用いて、電動機を小型化する方法が用いられることもある。
【０００８】
このような磁気特性に優れた磁石を用いると界磁極の厚みを薄くすることができ、同じ大きさのヨークハウジング内に電機子を収容するとすれば、その分だけ電機子の径を大きくすることができる。逆に、電機子の大きさを維持すればヨークハウジングを小さくできる。しかし、直流電動機（ヨークハウジング）の外形寸法と、電機子の径との関係によっては、磁気特性に優れた磁石の有する高い磁束密度が充分に使い切れない場合がある。一般に磁気特性に優れた磁石は、フェライト磁石などと比べて高価であり、その磁石の持つ高い特性を充分に活かすことができないとコストパフォーマンスの悪いものとなる。また、ヨークハウジング直径方向の界磁極の厚みを薄くして、磁石の使用量を減らすと共に、磁界の力を弱めて上記課題の解決を図ると、界磁極の保持力が低下し、電機子に流れる電流による電機子起磁力によって界磁極の磁力が低下するので好ましくない。
【０００９】
本願発明は上記問題に鑑みてなされたもので、磁石の特性を充分に活かして構成した界磁極を有する直流電動機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る直流電動機の第一特徴構成は、各界磁極は、複数の同極性の磁極片に分割され、各磁極片は、隣接する磁極片との間に所定の間隔を有して前記ヨークハウジングに配設される点にある。
【００１１】
第一特徴構成によれば、複数有する界磁極のそれぞれ一極分を複数の磁極片に分割して、所定の間隔を空けてヨークハウジングに配設しているので、一つの界磁極の表面積が減少し、表面積に比例する磁束の量を減らすことができる。例えば、希土類磁石などの高磁束密度の磁石を界磁極に用いると、電機子やヨークハウジングの断面積に対して過剰な磁束密度となることがあるが、これを適正な磁束密度に調整することが可能となる。また、分割、分離して配設することにより、使用する磁石の量を減じることができ、安価に直流電動機を構成することができる。
【００１２】
第二特徴構成は、前記界磁極は、前記ヨークハウジングの周方向の少なくとも一方の端部側における前記磁極片の体積を他の部分に比べて減少させて構成している点にある。
【００１３】
第二特徴構成によれば、例えば同極性の複数の磁極片からなる一つの界磁極のヨークハウジングの周方向の少なくとも一方の端部に配設される磁極片について、磁束の量を減らしたり、磁界の強さを弱くするように構成することができる。すなわち、径方向が同じ厚みの磁極片であれば体積が減少することで表面積が減少するので磁束の量が減少し、同じ表面積であれば体積が減少することで厚みが薄くなるので電機子からの距離が離れて磁界の強さが弱くなる。なお、電機子の回転軸方向にも、磁極片が分割して配設されていて周方向端部に複数の磁極片がある場合には、その合計体積を減少させるように構成することもできる。
【００１４】
直流電動機では、隣接する界磁極間の極性が反転する部分では急激に磁界の方向が変わることから、いわゆるコギングトルクと言われる脈動するようなトルクが発生したり、いわゆる電機子反作用によってブラシ火花が発生したり、この火花による電気雑音が発生することがある。しかし、界磁極端部の磁束を適正に調整可能とすることで、これらを低減することができる。
【００１５】
第三特徴構成は、前記界磁極は、前記電機子の回転軸と略平行な分割線を有し、前記ヨークハウジングの周方向の少なくとも一方の端部に位置する前記磁極片の前記電機子の回転軸と略平行な方向の長さが、他の磁極片に対して短く形成されている点にある。
【００１６】
第三特徴構成によれば、界磁極を電機子の回転軸と略平行に分割するので、例えば、磁性体をプラスチックなどの熱可塑性の材料に練り込んでヨークハウジングと共に一体成形するような場合に、成形金型が作製容易な形状とできる。すなわち、界磁極を成形金型の抜き方向に合わせて複数の磁極片に分割するので成形金型の作製コストや成形工数を減じることができる。
【００１７】
さらに、第三特徴構成によれば、界磁極のヨークハウジングの周方向の少なくとも一方の端部の磁束の量を減らすように構成することができる。すでに述べたように、直流電動機では、隣接する界磁極間の極性が反転する部分では急激に磁界の方向が変わることから、コギングトルクやブラシ火花、電気雑音などが発生するが、界磁極端部の磁束を適正に調整可能とすることでこれらを低減することができる。
【００１８】
第四特徴構成は、前記界磁極は、前記電機子の回転軸と略平行な分割線を有し、前記ヨークハウジングの周方向の少なくとも一方の端部に位置する前記磁極片の前記電機子の回転軸に略直交する方向の厚みが、他の磁極片に対して薄く形成されている点にある。
【００１９】
第四特徴構成によれば、界磁極を電機子の回転軸と略平行に分割するので、例えば、磁性体をプラスチックなどの熱可塑性の材料に練り込んでヨークハウジングと共に一体成形するような場合に、成形金型が作製容易な形状とできる。すなわち、界磁極を成形金型の抜き方向に合わせて複数の磁極片に分割するので成形金型の作製コストや成形工数を減じることができる。
【００２０】
さらに、第四特徴構成によれば、界磁極のヨークハウジングの周方向の少なくとも一方の端部の磁界の強さを減じるように構成することができる。電機子の回転軸に略直交する方向の厚みを薄くすると、電機子からの距離が遠くなって、界磁極端部の磁界の強さが弱くなる。上記と同様に、コギングトルクやブラシ火花、電気雑音等の問題を軽減することができる。
【００２１】
別の構成として、前記界磁極は、互いに交差する少なくとも２以上の方向の分割線により複数の同極性の磁極片に分割されているように構成することもできる。
【００２２】
この構成によれば、例えば電機子の周方向と回転軸方向の２方向に界磁極を分割するので、界磁極の磁束分布を分割前の界磁極の全面から均一に間引くことができ、より適正な磁束密度に調整することが可能となる。また、この適正な分割によって、必要最小限の磁石（磁性体）の使用量で直流電動機を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図６は、直流電動機のヨークハウジング２と界磁極１との構成例を示す斜視図及びその展開図である。電機子（不図示）は、図６（イ）に示すヨークハウジング２の中心を回転軸として回転する。図６（ロ）は、図６（イ）を回転軸方向で半分に切断した斜視図であり、図６（ハ）はその展開図である。
【００２４】
図６に示した直流電動機の例では、界磁極１は４極有り、ヨークハウジング２の内側、つまり電機子側にＮ極を向けた界磁極１Ｎと、Ｓ極を向けた界磁極１Ｓとを各々２極ずつ有している。ここで、一つの界磁極１はヨークハウジング２の周方向に約６５度の開き角をもって設けられている。なお、図６に示す界磁極１は、この領域が一つの極性を有する界磁極１であることを表すものであり、必ずしも構成物としての磁石が存在することを限定するものではない。界磁極１を構成する磁石の配設例については、以下本発明に係る実施形態において説明する。
【００２５】
［第一の実施形態］
図１は、本発明の第一の実施形態に係る直流電動機の界磁極の構成例を示す斜視図及びその展開図である。図１に示すように、各界磁極は、複数の同極性の磁極片１ａと１ｂと１ｃと１ｄ（以下１ａ〜１ｄと同義）とに分割され、各磁極片１ａ〜１ｄは、隣接する磁極片との間に所定の間隔Ｇ１を有してヨークハウジング２に配設されている。
【００２６】
界磁極１の磁束の量は、電機子側すなわちヨークハウジング２の内面側の界磁極１の表面積に比例する。従って、図１に示したように界磁極１を分割して、ヨークハウジング２の周方向に所定の間隔Ｇ１を設けて配置すると、所定の間隔Ｇ１の分だけ表面積が減少し、磁束の量を減らすことができる。希土類磁石などの高磁束密度の磁石を界磁極１に用いると、電機子やヨークハウジング２の断面積に対して過剰な磁束密度となることがあるが、これを適正な磁束密度に調整することが可能となる。また、高磁束密度の磁石は一般に高価であるが、分割、分離して配設することにより、使用する磁石の量を減じることができ、安価に直流電動機を構成することができる。
【００２７】
より好適には、この分割は３つ以上の磁極片への分割であることが望ましい。少なくとも一つの界磁極１を、例えば、ヨークハウジング２の周方向の一方の端部の磁極片１ａと、中央の磁極片１ｂ及び１ｃと、他方の端部の磁極片１ｄとの３つに分けて考えることができ、実用的である。
【００２８】
なお、電機子の径と磁束の量とを適切なバランスに調節するのであれば、電機子の回転軸に直交する方向の界磁極１の厚みを薄くすると共に、電機子の径を大きくすることでも対応できる。しかし、界磁極１を薄くすると界磁極１を構成する磁石の保磁力が低下する。界磁極１によって作られた磁界内を電機子が回転すると、電機子に巻かれた電機子巻線に流れる電流による電機子起磁力によって界磁極１の作る磁界とを反対方向の磁界を発生する。保磁力が低いと、この逆起磁力に抗することができずに界磁極１の磁力が低下する現象（減磁）が発生する可能性が高くなるので、表面積を減じて磁束の量を調整する構成が好ましい。
【００２９】
なお、第一の実施形態においては、界磁極１を電機子の回転軸と略平行な分割線Ｌ１で分割している。これは、界磁極１をヨークハウジング２と共に一体成形して配設する場合に特に有効な分割方法である。詳細を以下に説明する。
【００３０】
磁石には様々な種類があるが、大部分は硬くてもろいという欠点がある。この欠点を補うために開発されたものがボンド磁石と呼ばれるものである。ボンド磁石は、磁性体の粉末と、プラスチック（熱可塑性樹脂）やゴムなどの結合剤と、カップリングと称される、糊の役目をする特殊添加剤とを混合し、圧縮、射出、押出などによって所定の形に成形固化した磁石である。名称としてはプラスチック磁石（プラマグ）、ゴム磁石、ボンド磁石など様々なものがあるが、本明細書中では、以下、プラマグと称する。
【００３１】
このプラマグは、硬くてもろいという欠点を補い、柔軟な形に成形可能であることから実用的には直流電動機の界磁極１として良く用いられる。また、成形で作ることができるので、ヨークハウジング２との一体成形も技術的には可能である。そして、この一体成形を行う場合には、金型の抜き方向は電機子の回転軸に沿った方向となる。従って、界磁極１を電機子の回転軸と略平行な分割線Ｌ１で分割すると金型形状が簡潔となって金型作製コストが低減でき、この金型を使った成形も容易になる。また、分割により、材料の使用量を減らすことができる。このように、適正な磁束密度に調整された界磁極１を有する直流電動機を安価に提供することが可能となる。
【００３２】
なお、隣接する各磁極片１ａ〜１ｄの隙間には、分割された各磁極片１ａ〜１ｄの保持手段として利用可能な別の成形物を他の樹脂などで形成してもよい。また、上記では各磁極片１ａ〜１ｄのヨークハウジング２の周方向の幅や、各磁極片１ａ〜１ｄの間の所定の間隔Ｇ１は一様であるように図示しているが、各磁極片１ａ〜１ｄごとに幅を変えてもよいし、所定の間隔Ｇ１の値を変えてもよい。
【００３３】
［第二の実施形態］
図２は、本発明の第二の実施形態に係る直流電動機の界磁極の構成例を示す展開図である。これによると、ヨークハウジング２の周方向の少なくとも一方の端部側における磁極片１ｆ及び１ｇの体積を他の部分の磁極片１ｅに比べて減少させて構成している。特に図２に示した構成例では、界磁極１は、電機子の回転軸と略平行な分割線を有し、ヨークハウジング２の周方向の少なくとも一方の端部に位置する磁極片１ｆ及び１ｇの電機子の回転軸と略平行な方向の長さＨ２及びＨ３が、他の磁極片１ｅの長さＨ１に対して短く形成されている。図２に示した例では、一つの界磁極１のヨークハウジング２周方向の両方の端部にある磁極片１ｆ及び１ｇについて、電機子の回転軸方向の長さを短くして、両端部の磁束の量を減らすように構成している。ここで一つの界磁極１は、ヨークハウジング２の周方向の両端部の磁極片１ｆ及び１ｇと、中央の磁極片１ｅとの３つ以上の磁極片へ分割されており、各磁極片１ｅ〜１ｇの磁束の調整をそれぞれに対して好適に実施できる。
【００３４】
直流電動機では、隣接する界磁極１間の極性が反転する部分では急激に磁界の方向が変わることから、いわゆるコギングトルクと言われる脈動するようなトルクが発生したり、いわゆる電機子反作用によってブラシ火花が発生したり、この火花による電気雑音が発生することがある。しかし、界磁極１端部の磁束を適正に調整可能とすることで、これらを低減することができる。
【００３５】
図２に示した構成例では、ヨークハウジング２の周方向の少なくとも一方の端部側における磁極片１ｆ及び１ｇの体積を他の部分１ｅに比べて減少させるとともに、隣接する界磁極１端部で互いに体積を減少させる磁極片１ｆ及び１ｇの配置を上下交互となるようにしている。体積を減少させる方法として、本実施形態では、隣接する界磁極１端部で互いに短く形成された磁極片１ｆ及び１ｇの配置を上下交互となるように構成している。このように構成することによって、回転トルクを確保するための界磁極１間の間隔を広げすぎることなく、磁界の急激な変化を防止することができる。
【００３６】
なお、界磁極１の構成例は図２に示したものに限定されるものではなく、電機子の回転軸方向にも、磁極片が分割して配設されていて周方向端部に複数の磁極片がある場合には、その回転軸方向への合計長さや合計体積を減少させるように構成してもよい。また、ヨークハウジング２周方向の各磁極片１ｅ〜１ｇの幅や厚さ、各磁極片の所定間隔についても、一様である必要はなく、磁極片ごとに値を変えてもよい。当然、同一の磁極片内で回転軸方向の厚みを変えてもよい。
【００３７】
［第三の実施形態］
図３及び図４は、本発明の第三の実施形態に係る直流電動機の界磁極の構成例を示す斜視図である。ここで、界磁極１は、電機子の回転軸と略平行な分割線を有し、ヨークハウジング２の周方向の少なくとも一方の端部に位置する磁極片１ｉ又は１ｊの電機子の回転軸に略直交する方向の厚みＴ２又はＴ３が、他の磁極片１ｈの厚みＴ１に対して薄く形成されている。
【００３８】
図３に示す構成では、一つの界磁極１を構成する磁極片１ｈ及び１ｉのうち、ヨークハウジング２の周方向の両端部の磁極片１ｉの厚みＴ２を、中央部の磁極片１ｈの厚みＴ１よりも薄くして電機子からの距離が遠くなるようにしている。また、図４に示す構成では、一つの界磁極１を構成する磁極片１ｈ及び１ｊのうち、ヨークハウジング２の周方向の両端部の磁極片１ｊについては端部へ向かうに従って厚みＴ１から厚みＴ３へと薄くして、電機子からの距離が遠くなるようにしている。共に、一つの界磁極１の両端部が電機子に及ぼす磁界の強さが次第に弱くなるように構成している。これにより、第二の実施形態と同様に、コギングトルクやブラシ火花、電気雑音等の問題を軽減することができる。
【００３９】
なお、厚みを薄くする磁極片については、電機子起磁力による減磁が生じない程度の厚みを有している。また、ヨークハウジング２の周方向の各磁極片１ｈ〜１ｊの幅や厚みＴ１（又はＴ２又はＴ３）や、各磁極片の所定間隔についても、一様である必要はなく、磁極片ごとに値を変えてもよい。
【００４０】
［第四の実施形態］
図５は、本発明の第四の実施形態に係る直流電動機の界磁極の構成例を示す斜視図及びその展開図である。ここで、界磁極１は、互いに交差する少なくとも２以上の方向の分割線Ｌ１及びＬ２により複数の同極性の磁極片１ｋに分割されている。図５では、一例として電機子の回転軸に略平行な分割線Ｌ１を有すると共に、回転軸と直交する分割線Ｌ２を有する構成を示したが、これに限定するものではなく、どちらか一方又は両方が前記回転軸に対して斜めの分割線を有していてもよい。
【００４１】
電機子（ヨークハウジング２）の周方向と回転軸方向の両方にそれぞれ所定の間隔Ｇ１、Ｇ２を有するように界磁極１を磁極片１ｋに分割するので、界磁極１の磁束分布を分割前の界磁極１の全面から均一に間引くことができ、より適正な磁束密度に調整することが可能となる。また、この適正な分割によって、必要最小限の磁石（磁性体）の使用量で直流電動機を構成することができる。
【００４２】
また、このような分割を行った上で、ヨークハウジング２の周方向の少なくとも一方の端部側における磁極片１ｋの合計体積を他の部分に比べて減少させて構成させてもよい。そうすると、界磁極１の磁束分布を分割前の界磁極１の全面から均一に間引くことができるとともに、界磁極端部の磁束を適正に調整できる。なお、各磁極片１ｋの大きさ（体積や長さ）や、各磁極片１ｋの所定の間隔Ｇ１及びＧ２についても、一様である必要はない。
【００４３】
以上、説明したように構成することにより、磁石の特性を充分に活かして構成した界磁極を有する直流電動機を提供することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上、磁石の特性を充分に活かした界磁極を有する直流電動機を提供することを可能とする構成について説明したが、直流機であれば同様に構成可能である。従って、直流発電機の界磁極の構成に対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る直流電動機の界磁極の構成例を示す斜視図及びその展開図
【図２】本発明の第二の実施形態に係る直流電動機の界磁極の構成例を示す展開図
【図３】本発明の第三の実施形態に係る直流電動機の界磁極の一の構成例を示す斜視図
【図４】本発明の第三の実施形態に係る直流電動機の界磁極の他の構成例を示す斜視図
【図５】本発明の第四の実施形態に係る直流電動機の界磁極の構成例を示す斜視図及びその展開図
【図６】直流電動機のヨークハウジングと界磁極との構成例を示す斜視図及びその展開図
【符号の説明】
【００４６】
１              界磁極
１ａ〜１ｄ      磁極片
２              ヨークハウジング
Ｇ１            所定の間隔
Ｌ１            分割線
【図１】
2005278364.tif 000003
【図２】
2005278364.tif 000004
【図３】
2005278364.tif 000005
【図４】
2005278364.tif 000006
【図５】
2005278364.tif 000007
【図６】
2005278364.tif 000008