JP2008160908A

JP2008160908A - 小型モータ

Info

Publication number: JP2008160908A
Application number: JP2006343767A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Satani; 務佐谷
Original assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Current assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2008-07-10
Also published as: EP2104203A1; CN101563831A; WO2008075667A1

Abstract

【課題】コギングを小さくして、モータの機械ノイズ及び振動を低下させるために備えられるコアのアーム部先端の折り曲げ部の折り曲げ加工を容易にすると共に有効磁束を低下させることのない回転磁極積層コアを提供する。
【解決手段】回転子磁極積層コアは、所定枚数の鋼板コアの両側に、径方向端部を互いにシャフト軸外方向に折り曲げて構成した各一枚の両側鋼板コアを積層して構成する。両側鋼板コアは、径方向に伸びるアーム部の先端から折り曲げた折り曲げ部を有している。この折り曲げ部は、アーム部幅よりも広く構成されて、隣接磁極の方に伸びると共に、アーム部の両側において、アーム部から連続する幅広の折り曲げ部に切り欠き部を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転子磁極の積層コアの両側に、径方向端部を互いにシャフト軸外方向に折り曲げて構成した各一枚の両側鋼板コアを備える小型モータに関する。

小型モータでは、回転子磁極用コアのシャフト軸方向長さを薄くしてモータの薄型化を図りつつも、磁束量を確保してモータ性能を低下させないために、積層されたコアの両側の各１枚の端部を互いにシャフト軸外方向に折り曲げて磁束の集中を図ることが知られている。

図７は、端部を折り曲げた従来技術の回転子磁極用コアを示し、（Ａ）及び（Ｂ）は、積層されたコアの両側の各１枚を示している（特許文献１参照）。図示のコアは、モータシャフトに嵌合する中央穴を有する円環部と、そこから径方向に伸びる回転子磁極数と同数のアーム部と、その径方向先端から周方向に両側に伸びる羽根部と、羽根部の径方向端部をシャフト軸外方向に略直角に折り曲げた断面Ｌ字状の折り曲げ部とから構成されている。このような折り曲げ部を有するコアを両端部に配置し、それらの間には、折り曲げ部の無い通常のコアを所定枚数積層することにより、積層コアが構成される。

このような積層コアのアーム部回りに巻線が巻回される。この巻回した巻線は、積層コアのシャフト軸方向の両側にはみ出すことになるが、このはみ出した巻線の径方向外側に、シャフト軸方向に折り曲げたコアを位置させて、磁束の集中を図ろうとするものである。言い換えると、折り曲げ部の径方向内側には、巻線のはみ出し部が位置することになる。図示したような３極の回転子磁極であれば、巻線スペースにも余裕があり、羽根部の径方向幅も十分に取ることができるので、折り曲げ部の曲げ加工も容易にできる。

コギング（回転中の磁気抵抗の変化による回転むら）を小さくして、モータの機械ノイズ及び振動の低下を図るために、６極以上の多極コアが有効であることが知られている。また、折り曲げ部を、図７に示すように、アーム部部分だけでなく幅広にして、その両側の羽根部にまで形成して隣接磁極の方向に伸ばすことは、磁束を集中させ、コギングを小さくするために望ましい。しかし、多極コアの場合、羽根部の径方向幅が薄くなり、折り曲げ部を加工しづらくなるという問題が生じる。

図８は、端部を折り曲げた別の従来技術の回転子磁極用コアを示す図である（特許文献２参照）。図示のコアは、アーム部よりも幅広の折り曲げ部をアーム部先端に形成する際に、折り曲げ加工を容易にするために、折り曲げ部に切除部を形成している。折り曲げ部は、磁束の集中を図るために備えられるものであるから、その一部を切り取るような構成は有効磁束が低下するために望ましいものではない。

図９は、端部を折り曲げたさらに別の従来技術の回転子磁極用コアを示す図である（特許文献３参照）。図示のコアは、アーム部の径方向先端からシャフト軸外方向に折り曲げた折り曲げ部を有している。このコアは、図７に示されるような羽根部の径方向幅を十分に狭くしたものに相当するが、しかし、折り曲げ加工を容易にするために、依然として、アーム部の先端側の幅を広くした幅広部を有している。上述したように、コギングを小さくするために、多極コア構成としたときには、幅広部を設けることは、巻線スペースの確保に障害となる。また、図示のコア形状は、幅広部の繋ぎ部の折り曲げ加工が安定しない。特許文献３は、折り曲げ部の側面から見た形状を明確には開示しないが、シャフト軸方向に隣接する積層コアとの間に隙間を設ける形状としなければ加工困難である。要するに、図７に示すような羽根部或いは図８に示すような切除部を設けないと、容易に折り曲げることはできない。隙間を設けると有効磁束が低下することになる。
実開昭６２−１２２４７０号公報実開昭５９−１７９４４７号公報実開昭６１−４６８５６号公報

本発明は、係る問題点を解決して、コギングを小さくして、モータの機械ノイズ及び振動を低下させるために備えられるコアのアーム部先端の折り曲げ部の折り曲げ加工を容易にすると共に有効磁束を低下させることのない回転磁極積層コアを提供することを目的としている。

また、本発明は、巻線スペースを低下させること無く、折り曲げ部に十分な面積を確保して磁束の集中を図ることを目的としている。

本発明の小型モータは、モータケースの内周面にマグネットを取り付けると共にこのモータケースの開口部にエンドベルを嵌着し、モータケースの底部中央及びエンドベルの中央部にそれぞれ設けられた軸受によって支持される回転シャフト上には、巻線を巻いた積層コアにより構成される回転子磁極とコミテータとが備えられて回転子を構成し、積層コアは、所定枚数の鋼板コアと、その両側に、径方向端部を互いにシャフト軸外方向に折り曲げて構成した各一枚の両側鋼板コアとをシャフト軸方向に積層して構成する。両側鋼板コアは、モータシャフトに嵌合する中央穴を有する円環部と、そこから径方向に伸びる回転子磁極数と同数のアーム部と、その径方向先端から折り曲げた折り曲げ部とから構成される。この折り曲げ部は、アーム部幅よりも周方向に広く構成されて、隣接磁極の方に周方向に伸びると共に、アーム部の両側において、アーム部から連続する幅広の折り曲げ部に切り欠き部を設ける。

切り欠き部は、Ｕ字形形状、切り溝を設けた切り起こし形状、或いは切り起こし端に抜き穴を設けた形状とする。回転子磁極を、シャフト軸方向に対して所定角度で傾斜させたスキュー形状にすると共に、折り曲げ部は、シャフト軸方向に対して回転子磁極のスキュー角度と同じ所定角度傾斜させたスキュー形状とする。両側鋼板コアの間に位置する所定枚数の鋼板コアは、径方向に伸びるアーム部の径方向先端から隣接磁極の方に伸びる羽根部を有し、かつ、積層コアは、切り欠き部の両側の端面が、シャフト軸方向に隣接する積層コア羽根部と接するよう構成する。

また、本発明の小型モータは、回転シャフトに固定したウォーム、及びこれに噛み合うウォームホイールを樹脂製のギヤボックス内に収容した減速機部と一体に組み立てられて、減速機付モータを構成する。

本発明の両側鋼板コアには、アーム幅より広く周方向に伸ばした折り曲げ部を備え、かつ、この両側鋼板コアの折り曲げ部がシャフト軸方向に隣接する積層コアに対して隙間を空けることなく接するよう構成できるために、有効磁束を確保することができると共に、巻線時に巻線が隙間に引っ掛かることも防止できる。

また、本発明によれば、回転子磁極だけでなく、折り曲げ部にもスキュー形状を採用することにより、コギングを低下させて機械ノイズ及び振動低減効果があるだけでなく、巻線時に巻線が折り曲げ部に引っ掛かることを防止することができる。

以下、例示に基づき本発明を説明する。図１は、本発明に基づき構成した減速機付モータの縦断面図である。この減速機付モータは、モータ部と、減速機部が一体に組み立てられたものである。モータ部は、金属材料により有底中空筒状に形成されたモータケースの内周面に、マグネットが取り付けられている。このケースの開口部は、樹脂製のエンドベルが嵌着されて、それによって閉じられている。回転シャフト上には、巻線を巻いた積層コアにより構成される回転子磁極とコミテータとが備えられて回転子（図２参照）を構成している。そして、このコミテータに接触する一対のブラシに接続された一対の入力端子が、電気的接続のためにエンドベルを貫通してモータ外部に突出している。回転シャフトの一端は、有底中空筒状のケースの底部中央に設けられたケース内軸受によって支持されている。この回転シャフトの他端は、エンドベルの中央部に収容されたエンドベル内軸受によって支持され、そこからさらに、モータ部外部に延長して、減速機部内部にまで伸びる。

このモータ部に取付ボルトを介して取り付けられる減速機部は、回転シャフトに固定したウォーム、及びこれに噛み合うヘリカルギヤによって構成されるウォームホイール等を樹脂製のギヤボックス内に収容している。回転シャフトの先端は、ギヤボックス内に収容されたギヤボックス内軸受により支持されている。モータ部のモータを駆動したときに、回転シャフトが回転し、この回転はウォームを介してウォームホイールを減速回転させ、これは次に、緩衝部材等を介して出力軸を回転させる。そして、この出力軸の回転により、例えば、図示しない駆動手段を介して自動車の窓ガラスを開閉することができる。以上のモータ部及び減速機部の構成は、回転子の構成を除いて、従来技術と同一のものにすることができる。

図２は、図１に示される回転子を取り出して示す図であり、（Ａ）は巻線前の回転子を、（Ｂ）は巻線後の回転子をそれぞれ示している。回転子は、巻線を巻いた積層コアにより構成される回転子磁極と、コミテータとを、回転シャフト上に備えることにより構成される。積層コアの両側の各一枚の両側鋼板コアは、詳細は後述するように、径方向端部を互いにシャフト軸外方向に折り曲げている。それらの間に挟まれるコアは、打ち抜き鋼板を所定枚数積層した通常のものとすることができる。また、図示の積層コアは、各磁極を、シャフト軸方向に対して所定角度で傾斜させたスキュー形状として、コギングを小さくしている。図２（Ａ）に示すように、回転シャフト上に、コミテータ及び積層コアを組み立てた後、積層コアには巻線がされ、各巻線の端部は、コミテータを構成する各コミテータ片端部の巻線接続部に接続される。その後、図２（Ｂ）に示すように、巻線接続部を含む巻線端部を接着剤（例えばエポキシ系）で覆って巻線を固定することができる。

図３は、図２に示した折り曲げ部を有する両側鋼板コアを詳細に示す図であり、（Ａ）はシャフト軸外側から見た側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の右側から見た図で、上半分を断面で示している。（Ｃ）は積層コア両側のそれぞれ同一構成の各一枚の両側鋼板コアを示す斜視図である。図示の両側鋼板コアは、８極の回転磁極を構成するものとして例示している。この折り曲げ部を有するコアは、モータシャフトに嵌合する中央穴を有する円環部と、そこから径方向に伸びる回転子磁極数と同数の８個のアーム部と、その径方向先端から略直角に折り曲げた断面Ｌ字状の折り曲げ部とから構成されている。この折り曲げ部は、アーム部幅よりも周方向に広く構成されて、隣接する両側磁極の方に周方向に伸びている。図３（Ｂ）に見られるように、折り曲げ部の径方向の幅は板厚に等しく、このように薄く形成することができるので、巻線スペースを大きく取ることができる。

さらに、図示のコアには、アーム部の両側において、アーム部から連続する幅広の折り曲げ部にＵ字形の切り欠き部を設けている。Ｕ字形の切り欠き溝幅は、材厚T（例えば、0.8ｍｍ）に対して0.8〜1.3ｍｍ程度が望ましい。折り曲げ部を径方向から見た形状は、磁路をできるだけ大きくするために、図示したように、全体的には矩形状とされるが、図３（Ｂ）に示すように、折り曲げ部は、シャフト軸方向に対して角度α傾斜させたスキュー形状、即ち平行四辺形としている。スキュー角度は、磁極間円周距離の半分程度だけ、積層コア一端を他端に対して偏倚させる角度αが望ましく（図２参照）、これ以上スキューするとモータ性能が低下することが経験的に分かっている。このスキュー角度αは、積層コア全体の軸方向距離に対する偏倚の割合を角度に換算したもので、例えば、８回転磁極数、積層コア長３２ｍｍであれば、８°〜９°程度が望ましい。スキュー磁極構成によって、巻線時に巻線が折り曲げ部に引っ掛かることを防止できるが、積層コアの軸方向の片側のみをスキュー形状としても良い。Ｕ字形切り欠き部の両側の端面（図３（Ｃ）参照）は、シャフト軸方向に隣接する積層コア羽根部（図４参照）と接することになる。図２（Ｂ）において、部分的拡大図を示し、両側鋼板コアがそれに隣接するコアと隙間無く接している状態が示されている。

図４は、両側鋼板コアの間に位置する鋼板コアを例示する図である。両端部に位置することになる折り曲げ部を有する両側鋼板コア（図３参照）の間には、折り曲げ部の無い通常のコアを所定枚数積層することになるが、このコアもまた、折り曲げ部が無いだけで、モータシャフトに嵌合する中央穴を有する円環部と、そこから径方向に伸びる回転子磁極数と同数のアーム部と、その径方向先端から隣接磁極の方に伸びる羽根部を有している。そして、この羽根部の径方向の幅は、図示したような８磁極構成であれば、板厚程度が望ましい。例えば、図４に示すコアを積層した上に、図３に示す折り曲げ部を有する両側鋼板コアをシャフト軸方向に重ねると、切欠き部両側の端面が、図４に示すコアの羽根部の上に隙間無く接触させることが可能となる。

図５及び図６は、それぞれ図３とは異なる折り曲げ部を有する両側の一対のコアを詳細に示す図である。図５に示すコアは、切欠き部として、切り溝を設けて切り起こし形状とした例を示している。さらに、図６に示すコアは、切り起こし形状の加工を容易にするため、切り起こし端に抜き穴を設ける形状としたものである。

本発明に基づき構成した減速機付モータの縦断面図である。図１に示される回転子を取り出して示す図である。図２に示した折り曲げ部を有する両側鋼板コアを詳細に示す図である。両側鋼板コアの間に位置する鋼板コアを例示する図である。図３とは異なる折り曲げ部を有する両側の一対のコアを詳細に示す図である。図３及び図５とは異なる折り曲げ部を有する両側の一対のコアを詳細に示す図である。端部を折り曲げた従来技術の回転子磁極用コアを示す図である。端部を折り曲げた別の従来技術の回転子磁極用コアを示す図である。端部を折り曲げたさらに別の従来技術の回転子磁極用コアを示す図である。

Claims

モータケースの内周面にマグネットを取り付けると共にこのモータケースの開口部にエンドベルを嵌着し、モータケースの底部中央及びエンドベルの中央部にそれぞれ設けられた軸受によって支持される回転シャフト上には、巻線を巻いた積層コアにより構成される回転子磁極とコミテータとが備えられて回転子を構成し、前記積層コアは、所定枚数の鋼板コアと、その両側に、径方向端部を互いにシャフト軸外方向に折り曲げて構成した各一枚の両側鋼板コアとをシャフト軸方向に積層して構成した小型モータにおいて、
前記両側鋼板コアは、モータシャフトに嵌合する中央穴を有する円環部と、そこから径方向に伸びる回転子磁極数と同数のアーム部と、その径方向先端から折り曲げた折り曲げ部とから構成され、
前記折り曲げ部は、アーム部幅よりも周方向に広く構成されて、隣接磁極の方に周方向に伸びると共に、アーム部の両側において、アーム部から連続する幅広の折り曲げ部に切り欠き部を設けた、ことを特徴とする小型モータ。
前記切り欠き部は、Ｕ字形形状、切り溝を設けた切り起こし形状、或いは切り起こし端に抜き穴を設けた形状とした請求項１に記載の小型モータ。
回転子磁極を、シャフト軸方向に対して所定角度で傾斜させたスキュー形状にすると共に、前記折り曲げ部は、シャフト軸方向に対して前記回転子磁極のスキュー角度と同じ所定角度傾斜させたスキュー形状とした請求項１に記載の小型モータ。
前記両側鋼板コアの間に位置する所定枚数の鋼板コアは、径方向に伸びるアーム部の径方向先端から隣接磁極の方に伸びる羽根部を有し、かつ、前記積層コアは、前記切り欠き部の両側の端面が、シャフト軸方向に隣接する積層コア羽根部と接するよう構成した請求項１に記載の小型モータ。
回転シャフトに固定したウォーム、及びこれに噛み合うウォームホイールを樹脂製のギヤボックス内に収容した減速機部と一体に組み立てられて、減速機付モータを構成する請求項１に記載の小型モータ。