JP5044263B2 - モータ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、各種車載機器のアクチュエータとして使用されるブラシ付きの直流モータ装置に関するものである。
この種のモータ装置は、有底筒状のヨークハウジングを有し、該ヨークハウジングの開口部には、エンドキャップがネジにて固定されている。ヨークハウジングの内側面には複数の永久磁石としてのマグネットが固着されている。ヨークハウジングの底部中央には電機子保持部が形成され、該電機子保持部内部には軸受が設けられ、エンドキャップの中央にも軸受が設けられている。
ヨークハウジングにはアマチュア(電機子)が収容されている。アマチュアは軸受によって回転可能に支持された出力軸を有し、該出力軸の先端部はエンドキャップから外部に突出している。アマチュアは出力軸に固定されたコアと整流子を有し、コアには巻線が巻装され、該巻線は整流子に接続されている。
エンドキャップにはその内側面にブラシ装置がネジにより固定されている。ブラシ装置は、整流子に摺接するブラシを保持している。又、エンドキャップには、給電部が組み付けられている。給電部は、ブラシに対して外部から電源供給を行っている。そして、給電部からブラシ、セグメントの整流子及びそれの巻線側に付属した短絡部材を介してアマチュアの巻線に電源が供給されることにより、アマチュアが回転し、出力軸が回転するようになっている。
このようなモータ装置として例えば特許文献1に記載するものが挙げられる。このモータ装置は、図8に示すように、円筒状のヨーク81と、該ヨーク81の内周面に沿って取着された複数のマグネット82と、ヨーク81内部に回転可能に支持された電機子83とを備えている。そしてマグネット82と当接しない屈曲部84は屈曲しているので回転時の磁気による変形が防止される。また、マグネット82が当接している当接部85はマグネット82が補強しているので変形せずに、全体としてヨーク81が変形しがたいというものである。
特開2005−020914号公報
一般的にモータ装置には、ロータの機械的なアンバランス、電流によるアンバランス(磁気回路)、極数・スロット数による固有振動(吸引・反発)及びギヤによる機械的な振動(モータ外部から伝わる振動)が合成されて振動を発生する。しかしながら、特許文献1に記載のモータ装置は、当接部85はマグネット82による補強がされておらず、厚みがヨーク81の厚みのみであるため剛性が低く、その方向に振動が発生した場合は振動1次モードによる変形方向と剛性の低い部分が近くなり振幅が大きくなるため振動の影響を受けやすく、騒音等が生じるという問題点を有していた。
本発明の目的は、一次モードの振動が発生する箇所の剛性を高めることで振動を抑制できるモータ装置を提供することにある。
本発明の直流モータ装置は、アマチュアが設けられた回転軸を回転駆動するモータ装置であって、前記アマチュアを収容するように筒形状に構成され、かつ、少なくとも外周面形状が八角形となるように角部が形成されたドラム部、当該ドラム部の一端部に設けられ前記回転軸の一端部を支持する底壁部、前記ドラム部の他端開口部に設けられ、かつ、前記回転軸に対してそれぞれ直角方向を向くとともに相互に逆方向に外方に突出する一対の突出部とを有するヨークと、前記アマチュアの外周面に隙間を介して対向する内周面を有し、かつ、前記一対の突出部を結ぶ直線に対して線対称となるように前記ヨークの内側に取り付けられる一対のマグネットとを有し、前記回転軸の回転時に前記ヨークに発生する最大振幅発生方向が前記マグネットを横切り、かつ、前記角部を通る方向となるとともに、前記最大振幅発生方向における前記ドラム部と前記マグネットとを合わせた肉厚が、前記角部以外の部分における前記ドラム部と前記マグネットとを合わせた肉厚よりも大きいことを特徴とする。
本発明の直流モータ装置は、前記角部に対応する前記ドラム部の内周面と前記マグネットの外面との間に補強用のスペーサが配置されており、前記最大振幅発生方向における前記ドラム部と前記マグネットとを合わせた肉厚は、前記スペーサの肉厚を含むことを特徴とする。
本発明の直流モータ装置は、前記マグネットであって前記最大振幅発生方向が通る前記ドラム部の前記角部に対応する部分の肉厚は、前記マグネットであって前記ドラム部の前記角部以外の部分に対応する部分の肉厚よりも大きく形成されていることを特徴とする。
発明によれば、最大振幅発生方向におけるドラム部の角部とマグネットとを合わせた肉厚が、ドラム部の角部以外の部分とマグネットとを合わせた肉厚よりも大きいため、回転軸の回転時にヨークに発生する最大振幅発生方向がマグネットを横切り、ドラム部の角部を通る方向となった場合でも、その部分の剛性は高く、振動を抑制できるという効果を有している。
また、本発明によれば、角部の内側とマグネットの外面との間に補強用のスペーサを配置しているため、剛性を高くして振動を抑制しつつも従来用いていた円弧状のマグネットを使用できるという効果を有している。
さらに、本発明によれば、マグネットにおける前記ドラム部の角部内面に接触する部分の肉厚を、マグネットにおける角部以外の部分における肉厚よりも大きく形成しているため、回転軸の回転時にヨークに発生する最大振幅発生方向がマグネットを横切り、ドラム部の角部を通る方向となった場合でも、その部分の剛性は高く、振動を抑制できるという効果を有している。
図1は本発明の一実施形態であるモータ装置の断面図である。
このモータ装置11はモータ本体12と減速機構13とからなる。モータ本体12を収容するヨーク14のドラム部14aの内周面には、マグネット15が接着剤等によって固定されるとともに、その底壁部14bには、回転軸16の基端側を回転自在に支持する軸受17が設けられている。マグネット15は、直流モータに一般的に用いられる断面が円弧状の永久磁石であり、15a(内側N極/外側S極)および15b(内側S極/外側N極)の一対のマグネットによって構成されている。この一対のマグネット15は、それぞれヨーク14のドラム部14a内周面に互いに対向するようにして設けられている。
軸受17は、外周が球状に形成され、回転軸16を自動調心するように構成されている。なお、18は回転軸の基端部を軸方向に支持する支持球であり、この支持球18によって、回転軸16は、ヨーク14に対して略抵抗無く回転できるようになっている。また、19は軸受の図1中右側への抜けを防止するための固定板である。
ヨーク14のドラム部14a内周面に固定された一対のマグネット15の内側には、マグネット15によって囲まれるようにして電機子巻線が巻装されたコアを有するアマチュア(電機子)21が設けられており、アマチュア21は微小隙間(エアギャップ)を介してマグネット15と対向している。このアマチュア21は、例えば12個のスロットを備えており、当該スロットには重ね巻きで電機子巻線(図示せず)が巻装されている。そして、アマチュア21の中心軸と回転軸16の中心軸とが一致するようにして、アマチュア21が回転軸16に一体的に設けられている。
回転軸16には、回転軸16の中心軸と一致するようにしてコミュテータ(整流子)22が一体的に設けられ、このコミュテータ22は、アマチュア21のコアに巻装された電機子巻線が接続されるセグメント(導電部)23を備えている。このセグメント23は、コミュテータ22の周方向に沿って所定間隔で複数個(例えば12個)設けられている。すなわち、コミュテータ22は樹脂のモールド成形で構成されており、円筒状の絶縁部材24の外周面にはセグメント23が成形固着されている。
コミュテータ22には一対のブラシ25が摺接されている。これらブラシ25はスプリング26で付勢されてコミュテータ22に所定の力で押し付けられている。ブラシ25を取り付けたブラシ基板27には、給電部28から駆動電流が供給される。この駆動電流は、ブラシ25とコミュテータ22を介してアマチュア21の電機子巻線に供給されて、アマチュア21を回転させる電磁力を生じさせる。
モータ装置11は、回転軸16の回転を減速する減速機構13を内部に収容するアルミダイカスト製のギヤケース29を備えている。このギヤケース29には、回転軸16を回転自在に支持するボールベアリング30が固定して設けられている。
ヨーク14のドラム部14aの開口部には相互に逆方向に突出する突出部14c,14dが設けられており、ギヤケース29の基端側は、図示しないねじによってヨーク14の突出部14c,14dにシール材(図示せず)を介して機密的に固定されている。また、ギヤケース29の先端側は、調整部材31によって、機密的に閉塞されている。なお、調整部材31は、当該調整部材31に設けられた凹所内にボール32を備え、当該ボール32には、回転軸16の先端側が接触するようになっている。そして、このボール32の回転軸16に対する接触力を、調整部材31のギヤケース29に対するねじ込み量を調整することによって調整し、回転軸16の軸方向へのがたつきを防止するようにしている。
回転軸16の先端側には、螺旋状の歯部が外周に形成されたウォーム33が一体的に設けられており、当該ウォーム33は回転軸16とともに回転可能となっている。このウォーム33には、ウォームホイール34の歯部(図示せず)が噛み合うようになっており、これらのウォーム33とウォームホイール34とによって減速機構13を構成している。
減速機構13と制御基板35との間には、減速機構13と制御基板35との間を仕切るカバー36が配置されている。このカバー36は、プラスチック等の樹脂成形品により形成されており、制御基板35を保持するとともに、減速機構13に塗布されたグリスが制御基板35に飛び散って付着するのを防止する役割を果たしている。
制御基板35の図1中上方には、外部からの雨水や埃等がギヤケース29の内部へ侵入するのを防止するとともに、制御基板35の温度上昇を外部に放熱するためのヒートシンク37を有する外側カバー38が、ギヤケース29に対して機密的に固定されている。外側カバー38には、放熱性に優れた樹脂で成形されたヒートシンク37を一体成形してある。
図2は、図1に示したモータ装置におけるヨークとマグネットのみをヨーク開口部から見た正面図である。図2に示すようにヨーク14は底壁部14bとドラム部14aとから形成されている。ドラム部14aの外周面と内周面はともに円筒形状に形成されており、全周にわたって等しい肉厚を有している。また、ヨーク14の開口部には中心軸と直角方向外方に向けてフランジ14eが開口部の全周にわたって円形状に形成されている。そして、ヨーク14の開口部における図2の上方と下方には、中心軸と直角方向外方に向けて一対の三角形状の突出部14c,14dがフランジ14eに連なって形成されている。この一対の突出部14c,14dは中心軸を挟んで互いに反対方向へ突出している。また、それぞれの突出部14c,14dには、ギヤケース29にねじ固定するためのねじ孔14f,14gが穿孔されている。
円筒形状のドラム部14aの内周面には、2つのマグネット15a,15bが固定されている。2つのマグネット15a,15bは、その外周面がドラム部14aの内周面に沿う円弧状であり、その内周面も円弧状に形成されている。2つのマグネット15a,15bはともに中心角が90度以上180度未満で、互いに左右対称の同一形状をしている。そして、この2つのマグネット15a,15bは一対の突出部14cと14dとを結ぶ直線に対して線対称に互いに対向するように配置されている。すなわち、2つのマグネット15a,15bはその極間部が一対の突出部14c,14dの位置に来るように配置されているのである。
モータ装置においては、一般的にロータの機械的なアンバランス、電流によるアンバランス(磁気回路)、極数・スロット数による固有振動(吸引・反発)及びギヤによる機械的な振動(モータ外部から伝わる振動)が合成されて振動を発生する。そして、一対の突出部14c,14dが形成されている円筒状のヨーク14においては、突出部14c,14dの位置を節として図2における矢印の方向に振動1次モードの最大振幅が発生する。しかしながら、図2における矢印の方向は2つのマグネット15a,15bを横切る箇所であり、この箇所はドラム部14aが2つのマグネット15a,15bにより補強されて剛性が高くなっている。よって、矢印の方向に発生する振動を抑制し、騒音等を抑えることができる。出願人が行ったシミュレーションでは、従来品に対して最大変位量を約10%低減することができた。
図3は、本発明の他の実施形態であるモータ装置におけるヨークとマグネットのみをヨーク開口部から見た正面図である。また、図4は図3に示すヨークを底部から見た斜視図である。図3及び図4に示すようにヨーク54は底壁部54bとドラム部54aとから形成されている。ドラム部54aの外周面と内周面はともに正八角筒状に形成されている。また、ヨーク54の開口部には中心軸と直角方向外方に向けて円形のフランジ54eが開口部の全周にわたって円形状に形成されている。そして、ヨーク54の開口部における図3の上方と下方には、中心軸と直角方向外方に向けて一対の三角形状の突出部54c,54dがフランジ54eに連なって形成されている。この一対の突出部54c,54dは中心軸を挟んで互いに反対方向へ突出している。また、それぞれの突出部54c,54dには、ギヤケース29にねじ固定するためのねじ孔54f,54gが穿孔されている。
正八角筒状のドラム部54aの内周面には、2つのマグネット55a,55bが固定されている。2つのマグネット55a,55bは、その外周面は正八角筒状のドラム部54aの内周面に沿う折れ線形状であり、その内周面は円弧状に形成されている。2つのマグネット55a,55bはともに中心角が90度以上180度未満で、互いに左右対称の同一形状をしている。そして、この2つのマグネット55a,55bは一対の突出部54cと54dとを結ぶ直線に対して線対称に互いに対向するように配置されている。すなわち、2つのマグネット55a,55bはその極間部が一対の突出部54c,54dの位置に来るように配置されているのである。図3に示すように正八角形の角部におけるマグネット55a,55bの肉厚は、角部以外の部分におけるマグネット55a,55bの肉厚よりも大きくなるように形成されており、結果として角部におけるドラム部54aとマグネット55a,55bとを合わせた肉厚が、角部以外の部分におけるドラム部54aとマグネット55a,55bとを合わせた肉厚よりも大きくなっているのである。
ここで、一対の突出部54c,54dが形成されている正八角筒状のヨーク54においては、突出部54c,54dの位置を節として図3における矢印の方向に振動1次モードの最大振幅が発生する。しかしながら、図3における矢印の方向は正八角筒状のドラム部54aの角部を横切る箇所であり、この箇所におけるドラム部54aとマグネット55a,55bとを合わせた肉厚は、他の箇所におけるドラム部54aとマグネット55a,55bとを合わせた肉厚よりも大きくなっており、剛性が高まっている。よって、矢印の方向に振動が発生したとしてもその振動を抑制し、騒音等を抑えることができる。出願人が行ったシミュレーションでは、従来品に対して最大変位量を約14%低減することができた。
図5は、本発明のさらに他の実施形態であるモータ装置におけるヨークとマグネットのみをヨーク開口部から見た正面図である。また、図6は図5に示すヨークとマグネットをヨーク開口部から見た斜視図である。図5及び図6に示すようにヨーク64は底壁部64bとドラム部64aとから形成されている。ドラム部64aの外周面と内周面はともに正八角筒状に形成されている。本実施形態においては、ドラム部64aの内周面における角部に磁気回路として使用できる材料からなるスペーサ66を、開口部から底壁部64bに向けて埋め込み、ドラム部の内周面一帯が円筒形状になるように形成した。また、ヨーク64の開口部には中心軸と直角方向外方に向けてフランジ64eが開口部の全周にわたって円形状に形成されている。そして、ヨーク64の開口部における図5の上方と下方には、中心軸と直角方向外方に向けて一対の三角形状の突出部64c,64dがフランジ64eに連なって形成されている。この一対の突出部64c,64dは中心軸を挟んで互いに反対方向へ突出している。また、それぞれの突出部64c,64dには、ギヤケース29にねじ固定するためのねじ孔64f,64gが穿孔されている。
スペーサ66が埋め込まれて内周面が円筒形状となったドラム部64aの内周面には、2つのマグネット65a,65bが固定されている。2つのマグネット65a,65bは、その外周面がドラム部64aの内周面に沿う円弧状であり、その内周面も円弧状に形成されている。2つのマグネット65a,65bはともに中心角が90度以上180度未満で、互いに左右対称の同一形状をしている。ドラム部64aの内周面はスペーサ66が埋め込まれて円筒形状になっているため、モータ装置において通常使用される円弧のマグネットを使用することができるのである。そして、この2つのマグネット65a,65bは一対の突出部64cと64dとを結ぶ直線に対して線対称に互いに対向するように配置されている。すなわち、2つのマグネット65a,65bはその極間部が一対の突出部64c,64dの位置に来るように配置されているのである。図5に示すように正八角形の角部におけるマグネット65a,65bの肉厚は、角部以外の部分におけるマグネット65a,65bの肉厚と等しいが、ドラム部64aの内周面にはスペーサ66が埋め込まれているため、結果として、角部におけるドラム部64aとマグネット65a,65bとスペーサ66とを合わせた肉厚が、角部以外の部分におけるドラム部64aとマグネット65a,65bとを合わせた肉厚よりも大きくなっている。
ここで、一対の突出部64c,64dが形成されている正八角筒状のヨーク64においては、突出部64c,64dの位置を節として図5における矢印の方向に振動1次モードの最大振幅が発生する。しかしながら、図5における矢印の方向は正八角筒状のドラム部64aの角部を横切る箇所であり、この箇所におけるドラム部64aとマグネット65a,65bとスペーサ66とを合わせた肉厚は、他の箇所におけるドラム部64aとマグネット65a,65bとを合わせた肉厚よりも大きくなっており、剛性が高まっている。よって、矢印の方向に振動が発生したとしてもその振動を抑制し、騒音等を抑えることができる。出願人が行ったシミュレーションでは、従来品に対して最大変位量を約14%低減することができた。
図7は、本発明のさらに他の実施形態であるモータ装置におけるヨークとマグネットのみをヨーク開口部から見た正面図である。図7に示すようにヨーク74は底壁部74bとドラム部74aとから形成されている。ドラム部74aの外周面は正八角筒状に、内周面は円筒形状に形成されている。また、ヨーク74の開口部には中心軸と直角方向外方に向けてフランジ74eが開口部の全周にわたって円形状に形成されている。そして、ヨーク74の開口部における図7の上方と下方には、中心軸と直角方向外方に向けて一対の三角形状の突出部74c,74dがフランジ74eに連なって形成されている。この一対の突出部74c,74dは中心軸を挟んで互いに反対方向へ突出している。また、それぞれの突出部74c,74dには、ギヤケース29にねじ固定するためのねじ孔74f,74gが穿孔されている。
内周面が円筒形状であるドラム部74aの内周面には、2つのマグネット75a,75bが固定されている。2つのマグネット75a,75bは、その外周面がドラム部74aの内周面に沿う円弧状であり、その内周面も円弧状に形成されている。2つのマグネット75a,75bはともに中心角が90度以上180度未満で、互いに左右対称の同一形状をしている。ドラム部74aの内周面は円筒形状になっているため、モータ装置において通常使用される円弧のマグネットを使用することができるのである。そして、この2つのマグネット75a,75bは一対の突出部74cと74dとを結ぶ直線に対して線対称に互いに対向するように配置されている。すなわち、2つのマグネット75a,75bはその極間部が一対の突出部74c,74dの位置に来るように配置されているのである。図7に示すように正八角形の角部におけるマグネット75a,75bの肉厚は、角部以外の部分におけるマグネット75a,75bの肉厚と等しいが、角部におけるドラム部74aの肉厚が角部以外の部分におけるドラム部74aの肉厚よりも大きいため、結果として、角部におけるドラム部74aとマグネット75a,75bとを合わせた肉厚が、角部以外の部分におけるドラム部74aとマグネット75a,75bとを合わせた肉厚よりも大きくなっている。
ここで、一対の突出部74c,74dが形成されている正八角筒状のヨーク74においては、突出部74c,74dの位置を節として図7における矢印の方向に振動1次モードの最大振幅が発生する。しかしながら、図7における矢印の方向は正八角筒状のドラム部74aの角部を横切る箇所であり、この箇所におけるドラム部74aとマグネット75a,75bとを合わせた肉厚は、他の箇所におけるドラム部74aとマグネット75a,75bとを合わせた肉厚よりも大きくなっており、剛性が高まっている。よって、矢印の方向に振動が発生したとしてもその振動を抑制し、騒音等を抑えることができる。
本発明は前記実施の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で種々変更可能である。たとえば、本発明のモータ装置はワイパモータとしたが、他の装置に用いられるモータに変更してもよい。また、ヨークのドラム部の形状は円筒形状か正八角筒状に限られることなく、正多角形状とし、その内周面に沿ってマグネットを固定するようにしてもよい。
本発明の一実施形態であるモータ装置の断面図である。 図1に示したモータ装置におけるヨークとマグネットのみをヨーク開口部から見た正面図である。 本発明の他の実施形態であるモータ装置におけるヨークとマグネットのみをヨーク開口部から見た正面図である。 図3に示すヨークを底部から見た斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態であるモータ装置におけるヨークとマグネットのみをヨーク開口部から見た正面図である。 図5に示すヨークとマグネットをヨーク開口部から見た斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態であるモータ装置におけるヨークとマグネットのみをヨーク開口部から見た正面図である。 従来のモータ装置を示す軸方向断面図である。
符号の説明
11 モータ装置
12 モータ本体
13 減速機構
14 ヨーク
14a ドラム部
14b 底壁部
14c,14d 突出部
14e フランジ
14f,14g ねじ孔
15a,15b マグネット
16 回転軸
17 軸受
18 支持球
19 固定板
21 アマチュア
22 コミュテータ
23 セグメント
24 絶縁部材
25 ブラシ
26 スプリング
27 ブラシ基板
28 給電部
29 ギヤケース
30 ボールベアリング
31 調整部材
32 ボール
33 ウォーム
34 ウォームホイール
35 制御基板
36 カバー
37 ヒートシンク
38 外側カバー
54 ヨーク
54a ドラム部
54b 底壁部
54c,54d 突出部
54e フランジ
54f,54g ねじ孔
55a,55b マグネット
64 ヨーク
64a ドラム部
64b 底壁部
64c,64d 突出部
64e フランジ
64f,64g ねじ孔
65a,65b マグネット
66 スペーサ
74 ヨーク
74a ドラム部
74b 底壁部
74c,74d 突出部
74e フランジ
74f,74g ねじ孔
75a,75b マグネット
81 ヨーク
82 マグネット
83 電機子
84 屈曲部
85 当接部

Claims (3)

  1. アマチュアが設けられた回転軸を回転駆動するモータ装置であって、
    前記アマチュアを収容するように筒形状に構成され、かつ、少なくとも外周面形状が八角形となるように角部が形成されたドラム部、当該ドラム部の一端部に設けられ前記回転軸の一端部を支持する底壁部、前記ドラム部の他端開口部に設けられ、かつ、前記回転軸に対してそれぞれ直角方向を向くとともに相互に逆方向に外方に突出する一対の突出部とを有するヨークと、
    前記アマチュアの外周面に隙間を介して対向する内周面を有し、かつ、前記一対の突出部を結ぶ直線に対して線対称となるように前記ヨークの内側に取り付けられる一対のマグネットとを有し、
    前記回転軸の回転時に前記ヨークに発生する最大振幅発生方向が前記マグネットを横切り、かつ、前記角部を通る方向となるとともに、前記最大振幅発生方向における前記ドラム部と前記マグネットとを合わせた肉厚が、前記角部以外の部分における前記ドラム部と前記マグネットとを合わせた肉厚よりも大きいことを特徴とするモータ装置。
  2. 請求項1記載のモータ装置において、前記角部に対応する前記ドラム部の内周面と前記マグネットの外面との間に補強用のスペーサが配置されており、前記最大振幅発生方向における前記ドラム部と前記マグネットとを合わせた肉厚は、前記スペーサの肉厚を含むことを特徴とするモータ装置。
  3. 請求項記載のモータ装置において、前記マグネットであって前記最大振幅発生方向が通る前記ドラム部の前記角部に対応する部分の肉厚は、前記マグネットであって前記ドラム部の前記角部以外の部分に対応する部分の肉厚よりも大きく形成されていることを特徴とするモータ装置。
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