(57)【要約】【課題】複数のマグネットを結合させた構造に係り、複数のマグネットの位置精度が高く、また小型化に適した技術を得る。【解決手段】界磁マグネット接続部材１０４をインサート材として、射出成形法を用いてプラスチック磁石により構成される界磁マグネット１０５ａ〜１０５ｄを形成する。界磁マグネット接続部材１０４は、噛み合い部１０８を備えた埋め込み部１０７を有しており、上記の射出成形を行うことで、埋め込み部１０７が界磁マグネットの内部に埋め込まれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマグネットを接続する接続部と、
前記複数のマグネットの内部に少なくとも一部が埋め込まれる埋め込み部と
を備えることを特徴とするマグネット接続部材。
【請求項２】
前記接続部および前記埋め込み部が非磁性の金属材料により構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマグネット接続部材。
【請求項３】
前記接続部は、板状の部材であり、
前記埋め込み部は、前記板状の部材から軸方向に延在した構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載のマグネット接続部材。
【請求項４】
前記複数の埋め込み部は、前記複数のマグネットの内部において当該マグネットの構成材料と噛み合う噛み合い部を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマグネット接続部材。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のマグネット接続部材と、
前記マグネット接続部材により結合された複数のマグネットと
を備えることを特徴とする界磁マグネットユニット。
【請求項６】
前記複数のマグネットは、前記マグネット接続部材をインサート材とした射出成形により形成されたものであることを特徴とする請求項５に記載の界磁マグネットユニット。
【請求項７】
前記マグネット接続部材が骨格構造として機能することを特徴とする請求項５または６に記載の界磁マグネットユニット。
【請求項８】
前記接続部以外の部分において、前記マグネット接続部材は、周方向で隣接するマグネット同士を接続する部分を備えることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の界磁マグネットユニット。
【請求項９】
前記マグネットはプラスチック磁石であり、
前記マグネット接続部材は、前記プラスチック材料と同一の成分を含んでいることを特徴とする請求項１項に記載の界磁マグネットユニット。
【請求項１０】
請求項５乃至９のいずれか一項に記載の界磁マグネットユニットと、
前記界磁マグネットユニットの内側で回転可能なロータと
を備えることを特徴とするＤＣモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造に特徴のあるマグネット接続部材、界磁マグネットユニットおよびそれを用いたＤＣモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
外径が角形のＤＣモータにおける界磁マグネットとして一体型のものを用いた場合、内形が円状となるので、外形が平坦となる部分は薄肉状となる。この薄肉状の部分は、磁気回路上モータ特性に寄与しない。そこで、この薄肉状の部分で界磁マグネットを分離した構造が知られている。この技術に関しては、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１には、４分割された界磁マグネットをマグネットホルダに取り付け、界磁マグネットの位置を決める構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８２８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の構造では、４分割された界磁マグネットを個別に取り扱う作業が必要となるが、更なる工数の削減、各界磁マグネットの位置精度の向上、および小型化した場合における生産性の良さ、といった点で別の技術が求められている。
【０００５】
このような背景において、本発明は、複数のマグネットを結合させた構造に係り、複数のマグネットの位置精度が高く、また小型化に適した技術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】
請求項１に記載の発明は、複数のマグネットを接続する接続部と、前記複数のマグネットの内部に少なくとも一部が埋め込まれる埋め込み部とを備えることを特徴とするマグネット接続部材である。請求項１に記載の発明によれば、埋め込み部がマグネットの内部に埋め込まれることで、複数のマグネットと一体化されるマグネット接続部材が得られる。このマグネット接続部材を用いたマグネットユニットは、マグネット接続部材をインサート材、プラスチック磁石原料を充填材料とした射出成形により製造が可能となる。この射出成形により得た構造では、各マグネットの位置精度を高くできる。また、マグネット接続部材に一つ一つのマグネットを取り付ける作業を必要とせず、高い量産性が得られる。また、組み立てに細かい作業を必要とせず、マグネットの位置精度を高くできるので、小型化に有利となる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記接続部および前記埋め込み部が非磁性の金属材料により構成されていることを特徴とする。請求項２に記載の発明によれば、接続部および埋め込み部が磁路となることによる効率の低下が発生しない。また、接続部および埋め込み部を構成する部材として、金属材料を用いることで、プラスチック磁石を射出成形によって得る際におけるマグネット接続部材の変形が抑えられ、マグネットユニット全体の寸法精度および形状精度を高くできる。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記接続部は、板状の部材であり、前記埋め込み部は、前記板状の部材から軸方向に延在した構造を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発明において、前記複数の埋め込み部は、前記複数のマグネットの内部において当該マグネットの構成材料と噛み合う噛み合い部を備えることを特徴とする。請求項４に記載の発明によれば、噛み合い構造によりマグネット接続部材とマグネットの一体性が高くなり、強固な構造を得ることができる。噛み合い部の構造は、埋め込み部をマグネットから引き抜こうとした際に、マグネットの内部で引っ掛かる構造であればよい。具体的には、突出した構造、凹凸構造、窪んだ構造、爪構造等により噛み合い部を構成することができる。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のマグネット接続部材と、前記マグネット接続部材により結合された複数のマグネットとを備えることを特徴とする界磁マグネットユニットである。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記複数のマグネットは、前記マグネット接続部材をインサート材とした射出成形により形成されたものであることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の発明において、前記マグネット接続部材が骨格構造として機能することを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、前記接続部以外の部分において、前記マグネット接続部材が、周方向で隣接するマグネット同士を接続する部分を備えることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の界磁マグネットユニットである。請求項８に記載の発明によれば、複数のマグネットが立体的な構造により一体に補強された構造となるので、高い強度が得られる。ここで、周方向で隣接するマグネット同士を接続する部分は、埋め込み部を用いた構造であっても良いし、更に他の補助的な部材であってもよい。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記マグネットはプラスチック磁石であり、前記マグネット接続部材は、前記プラスチック材料と同一の成分を含んでいることを特徴とする。請求項９に記載の発明によれば、マグネットとマグネット接続部材との材質に同じ成分が含まれるので、両者の馴染み性が良好となり、マグネットとマグネット接続部材の一体性が高くなる。このため、界磁マグネットユニットとして高い強度を得ることができる。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項５乃至９のいずれか一項に記載の界磁マグネットユニットと、前記界磁マグネットユニットの内側で回転可能なロータとを備えることを特徴とするＤＣモータである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数のマグネットを結合させた構造に係り、複数のマグネットの位置精度が高く、また小型化に適した技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態のＤＣモータの側面図（Ａ）、正面図（Ｂ）および側断面図（Ｃ）である。
【図２】界磁マグネット接続部材の斜視図（Ａ）、正面図（Ｂ）、界磁マグネットユニットの斜視図（Ｃ）および界磁マグネットユニットの正面図（Ｄ）である。
【図３】他の界磁マグネット接続部材の斜視図（Ａ）、正面図（Ｂ）、他の界磁マグネットユニットの斜視図（Ｃ）および他の界磁マグネットユニットの正面図（Ｄ）である。
【図４】他の界磁マグネット接続部材の斜視図（Ａ）、他の界磁マグネットユニットの斜視図（Ｂ）および他の界磁マグネットユニットの正面図（Ｃ）である。
【図５】他の界磁マグネット接続部材の斜視図（Ａ）、（Ｂ)および(Ｃ)である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（構成）
図１には、実施形態のＤＣモータ１００が示されている。図１（Ａ）には、ＤＣモータの側面図が示され、図１（Ｂ）には、正面図が示され、（Ｃ）には、（Ｂ）におけるＡ−Ａの線で切断した側断面図が示されている。ＤＣモータ１００は、略筒形状を有する外側ケース１０１を備えている。軸方向から見て、外側ケース１０１は、角が丸い角形（正四角形）の略角筒構造を有している。外側ケース１０１には、取り付け部材１０２が固定されている。取り付け部材１０２は、ＤＣモータ１００の取り付けに利用される。外側ケース１０１の内側には、界磁マグネットユニット１０３が固定されている。以下、界磁マグネットユニット１０３について説明する。
【００１９】
図２（Ｃ）には、界磁マグネットユニット１０３が示されている。界磁マグネットユニット１０３は、図２（Ａ）および（Ｂ）に示す界磁マグネット接続部材１０４と、界磁マグネット接続部材１０４によって接続された４つの界磁マグネット１０５ａ〜１０５ｄとにより構成されている。ここで、図２（Ａ）を軸方向から見た状態が図２（Ｂ）に示され、図２（Ｃ）を軸方向から見た状態が図２（Ｄ）に示されている。
【００２０】
界磁マグネット接続部材１０４は、非磁性の金属により構成され、板状の円環形状を有した接続部１０６、接続部１０６から軸方向に立ち上がり軸方向に延在した埋め込み部１０７を備えている。界磁マグネット接続部材１０４を構成する非磁性の金属としては、アルミニウム、銅、真鍮等が挙げられる。埋め込み部１０７は、同じ構造のものが４つ配置されている。埋め込み部１０７は、軸方向に延在した２本の長手形状部材１０７ａ，１０７ｂと、この２本の長手形状部材１０７ａ，１０７ｂの先端を繋ぐ形で位置する梁部材１０７ｃにより構成されている。図２（Ｃ）に示す構造は、界磁マグネット接続部材１０４をインサート材とした射出成形法により、界磁マグネット１０５ａ〜１０５ｄを形成することで得られる。
【００２１】
図２（Ｃ）に示すように、接続部１０６の一部、長手形状部材１０７ａ，１０７ｂの側面を含む部分、および梁部材１０７ｃの両端の部分（符号１０８ａ，１０８ｂの部分）が界磁マグネットに埋め込まれる。この例において、埋め込み部１０７は、隣接する２つの界磁マグネット（例えば、界磁マグネット１０５ａ，１０５ｄ）に埋め込まれている。例えば、界磁マグネット１０５ａと１０５ｄに着目した場合を説明する。この場合、長手形状部分１０７ａの縁の部分と梁部材１０７ｃの符号１０８ａの部分が界磁マグネット１０５ｄに埋め込まれ、長手形状部分１０７ｂの縁の部分と梁部材１０７ｃの符号１０８ｂの部分が界磁マグネット１０５ａに埋め込まれている。この状態は、他の３つの界磁マグネット接続部材においても同じである。
【００２２】
符号１０８ａ，１０８ｂの部分は、噛み合い部として機能する。すなわち、噛み合い部１０８ａ、１０８ｂは、界磁マグネット１０５ｄに埋め込まれた状態において、界磁マグネット１０５ｄ内部と軸方向において接触する噛み合い構造を構成する。また、梁部材１０７ｃは、噛み合い部１０８ａ，１０８ｂを繋ぐことで、隣接する界磁マグネット（例えば、界磁マグネット１０５ａ，１０５ｄ）を接続する接続部として機能する。界磁マグネット接続部材１０４の一部が界磁マグネット１０４ａ〜１０４ｄに埋め込まれた図２（Ｃ）に示す構造は、界磁マグネット接続部材１０４を骨格構造体、界磁マグネット１０４ａ〜１０４ｄをこの骨格構造体に肉付けされた部分として把握することもできる。
【００２３】
４つの界磁マグネット１０５ａ〜１０５ｄは、ステータ側の磁極を構成する永久磁石であり、通常の４極のＤＣブラシモータにおける界磁マグネットと同様の着磁が行われている。ここで、界磁マグネット１０５ａ〜１０５ｄは、所謂プラスチック磁石であり、希土類元素等の磁性材料の粉末と樹脂材料とを混合したものを原料とした射出成形法により成形されたものが使用されている。
【００２４】
以下、図２（Ｃ）および（Ｄ）に示す界磁マグネットユニット１０３を製造する工程の一例を説明する。まず、非磁性の金属材料を用いてプレス加工等により図２（Ａ）に示す形状の界磁マグネット接続部材１０４を得る。なお、界磁マグネット接続部材１０４を得るための手法は、プレス加工に限定されない。次に、界磁マグネット１０５ａ〜１０５ｄを射出成形法により形成する。この際、まず界磁マグネット１０５ａ〜１０５ｄを形成するための金型を用意し、その金型の中にインサート材として、界磁マグネット接続部材１０４を配置する。次に、磁性材料の粉末、樹脂材料の粉末およびその他の添加物を混合したものを用意し、それを原料として上記の金型を用いた射出成形を行う。上記の射出成形によって、図２（Ｃ）および図２（Ｄ）に示す界磁マグネットユニット１０３が得られる。
【００２５】
図１に戻り、界磁マグネットユニット１０３の内側には、ロータ１１０が回転自在な状態で保持されている。ロータ１１０は、通常のＤＣブラシモータのロータと同様な構造であり、ロータ鉄心１１１およびロータ鉄心１１１に巻回されたロータコイル１１２を備えている。ロータ鉄心１１１は、回転軸であるシャフト１１３に固定され、シャフト１１３は、軸受１１４により外側ケース１０１に対して回転自在な状態で保持され、軸受１１５によりハウジング１１６に回転自在な状態で保持されている。ハウジング１１６は、外側ケース１０１の開放部分を塞ぐ部材であり、外側ケース１０１に固定されている。
【００２６】
また、シャフト１１３には、円筒形状の外周を有する整流子保持部材１１７が固定されている。整流子保持部材１１７の外周には、整流子１１８が取り付けられている。整流子１１８には、ロータコイル１１２の巻線（マグネットワイヤ）の端部が接続されている（図示省略）。整流子１１８は、図示されないブラシ電極に接触する。図示しないブラシ電極は、ステータ側の部材であるハウジング１１６に固定され、そこに外部から駆動電力から供給される。整流子１１８およびブラシ電極の部分の構造は、通常のＤＣブラシモータと同じである。
【００２７】
（優位性）
本実施形態の構造によれば、界磁マグネット１０５ａ〜１０５ｄの内部に埋め込まれた埋め込み部１０７によって界磁マグネット１０５ａ〜１０５ｄが組み合わされて界磁マグネットユニット１０３となるので、界磁マグネットユニット１０３における界磁マグネット１０５ａ〜１０５ｄの位置精度を高く維持できる。また、界磁マグネット接続部材１０４をインサート材とした射出成形法により、界磁マグネットユニット１０３が製造されるので、製造工数が少なくて済み、また小型化に対応し易い。すなわち、界磁マグネット１０５ａ〜１０５ｄを個別に取り付ける作業を必要としないので、界磁マグネットが小型である場合に界磁マグネットの取り付けが困難となる問題が生じない。また、接続部１０６に加えて、埋め込み部１０７が周方向で隣接する界磁マグネット（例えば、界磁マグネット１０５ａと１０５ｄ）同士を接続し、補強するので、界磁マグネット１０５ａ〜１０５ｄを組み合わせた構造をより強固なものとできる。
【００２８】
（バリエーション）
界磁マグネット接続部材の他の形態について説明する。図３（Ａ）および（Ｂ）には、界磁マグネット接続部材１２０が示されている。界磁マグネット接続部材１２０は、非磁性の金属により構成されている。界磁マグネット接続部材１２０は、平たい板状の部材により構成された略円環形状の接続部１２１、接続部１２１から軸方向に延在した埋め込み部１２２を備えている。この例においても界磁マグネット接続部材１２０をインサート材として、プラスチック磁石により構成される界磁マグネット１２３ａ〜１２３ｄが射出成形法により形成され、図３（Ｃ）および（Ｄ）に示す外観が得られる。この場合も埋め込み部１２２が界磁マグネット内に埋め込まれ、界磁マグネット接続部材１２０と界磁マグネット１２３ａ〜１２３ｄが一体化された構造が得られる。
【００２９】
図４（Ａ）には、界磁マグネット接続部材１３０が示されている。界磁マグネット接続部材１３０は、非磁性の金属により構成されている。界磁マグネット接続部材１３０は、平たい板状の部材により構成された略円環形状の接続部１３１、接続部１３１から軸方向に延在した埋め込み部１３２を備えている。埋め込み部１３２は、周囲が界磁マグネットの構成材料によって覆われることで界磁マグネット１３３ａ〜１３３ｄのそれぞれと噛み合う構造となる噛み合い部１３４を備えている。
【００３０】
図４に示す例においても界磁マグネット接続部材１３０をインサート材として、プラスチック磁石により構成される界磁マグネット１３３ａ〜１３３ｄが射出成形法により形成され、図４（Ｂ）および（Ｃ）に示す外観が得られる。この場合も埋め込み部１３２が界磁マグネット内に埋め込まれ、界磁マグネット接続部材１３０と界磁マグネット１３３ａ〜１３３ｄが一体化された構造が得られる。
【００３１】
図５（Ａ）には、界磁マグネット接続部材１４０が示されている。界磁マグネット接続部材１４０は、非磁性の金属により構成されている。界磁マグネット接続部材１４０は、略円環形状の接続部１４１、接続部１４１から軸方向に延在した埋め込み部１４２を備えている。
【００３２】
図５（Ｂ）には、界磁マグネット接続部材１５０が示されている。界磁マグネット接続部材１５０は、非磁性の金属により構成されている。界磁マグネット接続部材１５０は、略円環形状の接続部１５１、接続部１５１から軸方向に延在した埋め込み部１５２を備えている。埋め込み部１５２の縁は、軸方向に沿って延在する凹凸の繰り返し構造（鋸の歯形状）とされ、この部分が噛み合い部１５４として機能する構造を有している。
【００３３】
図５（Ｃ）には、界磁マグネット接続部材１６０が示されている。界磁マグネット接続部材１６０は、非磁性の金属により構成されている。界磁マグネット接続部材１６０は、略円環形状の接続部１６１、接続部１６１から軸方向に延在した埋め込み部１６２を備えている。埋め込み部１６２には、孔により構成される噛み合い部１６３が設けられている。
【００３４】
図５に示す例において、隣接する埋め込み部１４２，１５２，１６２を繋ぐブリッジ部を設けた構造とし、図２の場合と同様に接続部１４１，１５１，１６１以外の部分で隣接する界磁マグネット同士が接続される構造としてもよい。この構造は、４個の界磁マグネットが立体的に補強され一体化されるので、より強固なものとなる。
【００３５】
（その他）
以上の例示では、ステータ側の磁極数が４であり、したがって界磁マグネットが４つである場合を説明したが、界磁マグネットの数は４個以上（例えば、６個や８個）であってよい。界磁マグネット接続部材１０４を樹脂材料により構成することもできる。この場合、利用する樹脂材料として、プラスチック磁石の溶融温度（例えば２５０℃程度）において強度が失われない耐熱性を備えた樹脂材料（耐熱樹脂）を利用する。また、界磁マグネット接続部材１０４を耐熱樹脂により構成する場合に、その材料の中にプラスチック磁石を構成する樹脂材料と同一の成分を含ませてもよい。マグネットとマグネット接続部材との材質に同じ成分が含まれるようにすることで、両者の馴染み性が良好となり、マグネットとマグネット接続部材の一体性を高くできる。本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、界磁コイルを備えたＤＣモータに利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１００…ＤＣモータ、１０１…外側ケース、１０２…取り付け部材、１０３…界磁マグネットユニット、１０４…界磁マグネット接続部材、１０５ａ〜ｄ…界磁マグネット、１０６…接続部、１０７…埋め込み部、１０７ａ…長手形状部材、１０７ｂ…長手形状部材、１０７ｃ…梁部材、１０８ａ…噛み合い部、１０８ｂ…噛み合い部、１１０…ロータ、１１１…ロータ鉄心、１１２…ロータコイル、１１３…シャフト、１１４…軸受、１１５…軸受、１１６…ハウジング、１１７…整流子保持部材、１１８…整流子、１２０…界磁マグネット接続部材、１２１…接続部、１２２…埋め込み部、１３０…界磁マグネット接続部材、１３１…接続部、１３２…埋め込み部、１３４…噛み合い部、１４０…界磁マグネット接続部材、１４１…接続部、１４２…埋め込み部、１５０…界磁マグネット接続部材、１５１…接続部、１５２…埋め込み部、１５４…噛み合い部、１６０…界磁マグネット接続部材、１６１…接続部、１６２…埋め込み部、１６３…噛み合い部。
【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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