特許 5953059 電動モータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5953059

(24)【登録日】2016年6月17日

(45)【発行日】2016年7月13日

(54)【発明の名称】電動モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 23/04 20060101AFI20160630BHJP

   H02K 13/00 20060101ALI20160630BHJP

【ＦＩ】

   H02K23/04

   H02K13/00 Z

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-23765(P2012-23765)

(22)【出願日】2012年2月7日

(65)【公開番号】特開2013-162664(P2013-162664A)

(43)【公開日】2013年8月19日

【審査請求日】2014年8月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000929

【氏名又は名称】ＫＹＢ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100075513

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 政喜

(74)【代理人】

【識別番号】100120260

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅昭

(74)【代理人】

【識別番号】100137604

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 淳

(72)【発明者】

【氏名】岡部 淳弥

(72)【発明者】

【氏名】亀田 幸則

(72)【発明者】

【氏名】蟹谷 智憲

【審査官】 宮崎 基樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−３０３３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１６７９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２６５９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３３５６７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ２３／０４

Ｈ０２Ｋ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヨークと、前記ヨーク内に固定される永久磁石と、整流子を有し、前記ヨーク内で回転可能に支持されるロータと、前記整流子に摺接して前記整流子に電流を供給するブラシと、を備える電動モータであって、
前記永久磁石の表面には、電気絶縁性の被膜が形成されると共に、前記電気絶縁性皮膜上に、前記電気絶縁性の皮膜より動摩擦係数が低い低摩擦抵抗性の被膜が形成され、前記電気絶縁性の被膜は、前記低摩擦抵抗性の被膜よりも厚く形成されることを特徴とする電動モータ。

【請求項2】

前記低摩擦抵抗性の被膜は、フッ素樹脂の被膜であることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。

【請求項3】

前記ヨークの内面形状に沿う外面形状を有し、前記ヨーク内に挿入される磁石ホルダをさらに備え、
前記永久磁石は、前記磁石ホルダに保持されて、前記ヨーク内に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動モータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、絶縁抵抗の低下を防止できる電動モータに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ブラシ付きの電動モータは、永久磁石を固定したヨーク（ケース）内に、ベアリングを介して回転可能に支持されたロータを有し、ロータに備えた整流子にブラシから電流を与えることによりロータを回転させるものである。

【0003】

このような電動モータでは、ロータの回転に伴ってブラシが整流子により磨耗し、この磨耗粉が電動モータ内に蓄積する。磨耗粉は導電性があるため、これがブラシや整流子の周囲に付着すると、ロータのシャフトを支持するベアリングとブラシや整流子との間の絶縁抵抗が低下するという問題が生じうる。

【0004】

このような問題に対して、ベアリングと整流子との間に設けられモータの内部空間をベアリング室と整流子室とに区画する隔壁シートを設けたモータが知られている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４−３５０４５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の従来技術は、ブラシと整流子との摺動により発生する磨耗粉がベアリング室等へ侵入することを防止して、ブラシ又は整流子とロータとの間の絶縁性を確保している。

【0007】

ところで、ブラシ又は整流子とヨークとの間の絶縁抵抗は、ヨークの表面に塗装等の被膜を形成することにより確保されることが一般的である。

【0008】

一方で、従来、永久磁石の表面には絶縁処理はされていなかった。そのため、ブラシが整流子により磨耗し、この磨耗粉が電動モータ内に蓄積すると、ブラシと永久磁石との間に磨耗粉による導通経路が形成され、ブラシと永久磁石との間に絶縁抵抗が低下してしまう。このような状況において、ヨークの内周面に永久磁石を圧入する等の作業により永久磁石がヨークの内周面を擦り、ヨークの内周面の被膜が削られていた場合は、削られた部分に接する永久磁石とヨークとの間の絶縁抵抗が低下する。この結果、ブラシとヨークとの間の絶縁抵抗が低下するという問題があった。

【0009】

本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであって、ブラシの磨耗粉により絶縁抵抗が低下することを防止できる電動モータ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】

【0010】

本発明は、ヨークと、ヨーク内に固定される永久磁石と、整流子を有し、ヨーク内で回転可能に支持されるロータと、整流子に摺接して整流子に電流を供給するブラシと、を備える電動モータであって、永久磁石の表面には、電気絶縁性の被膜が形成されると共に、電気絶縁性皮膜上に、電気絶縁性の皮膜より動摩擦係数が低い低摩擦抵抗性の被膜が形成され、電気絶縁性の被膜は、低摩擦抵抗性の被膜よりも厚く形成されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によると、永久磁石の表面には、永久磁石側から電気絶縁性の被膜と低摩擦抵抗性の被膜とが順に積層される。電気絶縁性の被膜は永久磁石の表面を絶縁して、ブラシとの間の絶縁抵抗を確保する。また、低摩擦抵抗性の被膜は、永久磁石とヨークとの間の摩擦抵抗を低減するので、永久磁石をヨークの内部に挿入するときに永久磁石によってヨークの表面（例えば表面に施された絶縁性の被膜）が削られることが防止される。このような構成により、永久磁石とヨークとの間の絶縁抵抗を確保できるので、ヨークの内部にブラシの磨耗粉が蓄積した場合にも、ブラシとヨークとの間の絶縁抵抗が低下することを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態の電動モータの回転軸方向の断面図である。

【図2】本発明の実施形態の電動モータの図１におけるＡ−Ａ断面図である。

【図3】本発明の実施形態の電動モータの図２におけるＢ−Ｂ断面図の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

【0014】

図１は、本発明の実施形態の電動モータ１の回転軸方向の断面図である。

【0015】

本実施形態の電動モータ１は、円筒形状であって一方の端部が開口された有底形状を成す金属性のヨーク１０と、このヨーク１０に回転可能に支持されるロータ２０とを備える。ヨーク１０は、電動モータ１のケースを構成する。

【0016】

ヨーク１０の内周面には、永久磁石１１が装着される。ヨーク１０の開口部分には、樹脂等の絶縁性素材で形成されたブラケット１２が装着される。

【0017】

ロータ２０は、ロータシャフト２１と、ロータシャフト２１に固定される整流子２２と、ロータコア２３とを備える。ロータコア２３は、薄板状の電磁鋼板が回転軸方向に積層されて構成される。ロータコア２３には巻線２４が巻回されている。ロータシャフト２１は、ヨーク１０の底部側に固定されるベアリング１３とブラケット１２に固定されるベアリング１４とを介して、ヨーク１０に対して回転可能に支持される。

【0018】

整流子２２の外周側には、複数の電極２２ａが固定される。電極２２ａには、それぞれ巻線２４が接続される。電動モータ１では、ブラケット１２に装着されるブラシ１５と整流子２２の電極２２ａとが摺接しており、ブラシ１５を介して巻線２４に電流が供給される。これにより、巻線２４に電流が流れ、ロータコア２３に発生する磁力と永久磁石１１の磁力との反発力が回転方向に働いて、ロータ２０が回転駆動される。

【0019】

ブラシ１５は、ブラケット１２に形成されたブラシホルダ３１に支持される。ブラシ１５は、ブラシホルダ３１に内装されたバネ３２により整流子２２側に押し付けられて電極２２ａに摺接する。図示しない電源からの電流はハーネス３３、リードプレート３４、銅編み線３５を介してブラシ１５に供給され、ブラシ１５に摺接する整流子２２の電極２２ａを介して巻線２４に供給される。ブラシ１５は、一般に、カーボン又はカーボンと銅とを主成分とする導電性材料により形成される。なお、ブラシ１５の数や整流子２２の電極２２ａの極数は、電動モータ１の特性や性能に応じて適宜設定される。

【0020】

ブラケット１２は、例えば樹脂により形成される。ブラケット１２には、ブラシホルダ３１と、ベアリング１４のアウターレース（外輪）４１が嵌合するベアリング取付部１２ａと、が形成される。ロータシャフト２１の外周面にはベアリング１４のインナレース（内輪）４２が嵌合されており、ロータシャフト２１の先端部はブラケット１２の軸穴を介して外側に突出している。

【0021】

ヨーク１０の内周面には、図２に示すようにセグメント形状の一対の永久磁石１１（１１ａ、１１ｂ）が互いに向かい合って装着される。永久磁石１１は、磁石ホルダ５０に装着された状態でヨーク１０の内部に圧入固定される。永久磁石１１は、例えばフェライト磁石により構成される。なお、永久磁石１１の表面には、後述するように電気絶縁性の被膜１１０ａと低摩擦抵抗性の被膜１１０ｂとが形成されている。

【0022】

次に、電動モータ１の構成を、図２及び３を参照して説明する。

【0023】

図２は本発明の実施形態の電動モータ１の図１におけるＡ−Ａ断面図であり、図３は電動モータ１の図２におけるＢ−Ｂ断面の斜視図である。なお、図２及び図３では、ロータ２０は省略されている。

【0024】

磁石ホルダ５０の外形は、ヨーク１０の内周面形状に沿うような円筒形状を有する。磁石ホルダ５０の側壁部には、セグメント形状の永久磁石１１が装着される一組の窓状の磁石装着部５１ａ、５１ｂが形成されている。磁石装着部５１ａ、５１ｂに一組の永久磁石１１ａ、１１ｂが装着されることで、永久磁石１１ａ、１１ｂが磁石ホルダ５０に固定される。

【0025】

永久磁石１１ａ、１１ｂは、それぞれ、略同一形状のセグメント形状（Ｃ形状）を有している。永久磁石１１ａ、１１ｂの外周側（セグメント形状の膨出側）の曲面は、ヨーク１０の内周面形状に沿うような形状となっている。永久磁石１１ａ、１１ｂそれぞれの表面には、後述するように電気絶縁性の被膜１１０ａと低摩擦抵抗性の被膜１１０ｂとが形成されている。

【0026】

磁石ホルダ５０に一組の永久磁石１１ａ、１１ｂを装着した場合には、この磁石ホルダ５０の外周面の形状は、ヨーク１０の内周面の形状と略一致する。このような形状とすることで、磁石ホルダ５０がヨーク１０の内周面に圧入固定される。

【0027】

なお、磁石ホルダ５０の一端側はヨーク１０の底部へと向かう絞り構造となっており（図１参照）、この絞り構造の中央部には、ベアリング１３のアウターレース４３の外周面に嵌合するベアリング取付部５０ａが形成されている。

【0028】

本実施形態の電動モータ１は、次のような手順により組立てられる。

【0029】

まず、磁石ホルダ５０の磁石装着部５１ａ、５１ｂのそれぞれに、永久磁石１１ａ、１１ｂが装着される。そして、永久磁石１１ａ、１１ｂが装着された磁石ホルダ５０がヨーク１０の内部へと挿入される。

【0030】

図３の点線で示すように、ヨーク１０の開口部から磁石ホルダ５０がヨーク１０の内部へと挿入される。磁石ホルダ５０は、その底部がヨーク１０の底部に突き当たるまで挿入される。このとき、磁石ホルダ５０及び永久磁石１１の外周面が、ヨーク１０の内周面を滑りながらヨーク１０の底部に突き当たるまで挿入される。

【0031】

ヨーク１０の内部に永久磁石１１を装着した磁石ホルダ５０が圧入されることにより、ヨーク１０の内周面に永久磁石１１の外周面が密着する。これにより、一組の永久磁石１１ａ、１１ｂの磁力がヨーク１０により結合される。なお、磁石ホルダ５０とヨーク１０との間に、予め接着剤を塗布しておいてもよい。

【0032】

次に、予めベアリング１３が装着されたロータ２０が、ヨーク１０の内部に挿入される。磁石ホルダ５０の底部のベアリング取付部５０ａには、このベアリング１３が装着される。

【0033】

次に、リードプレート３４、銅編み線３５、ブラシ１５、ベアリング１４等が予め装着されたブラケット１２が、ヨーク１０の開口部に装着される。その後、ブラケット１２とヨーク１０とが、例えばボルト及びナットにより固定される。

【0034】

このように構成される電動モータ１において、従来、次のような問題が発生していた。

【0035】

電動モータ１が回転するときに、整流子２２の電極２２ａとブラシ１５とが摺接するので、電極２２ａよりも軟質の材質であるブラシ１５が磨耗する。ブラシ１５の磨耗により発生する磨耗粉は、ヨーク１０の内部に蓄積する。

【0036】

電動モータ１の組立て時に、磁石ホルダ５０は、その外面がヨーク１０の内面をすべりながら圧入される。ヨーク１０は導電性の金属で形成されているので、漏電を防止するために、ヨーク１０の表面には、電気絶縁性の被膜（例えばカチオン電着塗装による被膜）が予め形成されている。ここで、従来は、磁石ホルダをヨークに圧入するとき、ヨークの内周面の形状の公差、表面の塗装の微細な凹凸、磁石ホルダや永久磁石の外周面の公差、磁石ホルダの圧入時の傾き等の原因により、磁石ホルダに装着された永久磁石がヨークの内周面の被膜を削ってしまう可能性があった。

【0037】

このような従来の構成では、ヨークの内周面の被膜が削られると、ヨークを形成する金属が露出するので、ヨークの金属部分が露出した箇所と永久磁石との間の絶縁抵抗が低下する。永久磁石はフェライト等の導電性のある材質で形成されているので、ヨークと永久磁石との間の絶縁抵抗が低下する。このような状況で、ブラシの磨耗粉が蓄積すると、ブラシと永久磁石との間に電気の導通経路が発生して、ブラシとヨークとの間の絶縁抵抗が低下する虞があった。

【0038】

そこで、本発明の実施形態では、磁石ホルダ５０をヨーク１０内に圧入するとき、ヨーク１０の金属部分が露出することがないように、次のように構成した。

【0039】

前述の電動モータ１の組立てに先立って、永久磁石１１の表面（外周面及び内周面）には、電気絶縁性の被膜１１０ａと低摩擦抵抗性の被膜１１０ｂとが積層される。まず、電気絶縁性の被膜１１０ａは、永久磁石１１の表面にカチオン電着塗装を行うことによって形成される。

【0040】

カチオン電着塗装とは、水溶性のカチオン塗料を満たした電着層に被塗装物を浸漬して、被塗装物を陰極とし、電着層中に設置した陽極との間に電流を印加することにより被塗装物の表面に塗料を析出させて被膜を形成するものである。電気絶縁性のカチオン塗料を用いることによって、被塗装物に電気絶縁性の被膜１１０ａを形成することができる。

【0041】

永久磁石１１には、その表面にカチオン電着塗料による電気絶縁性の被膜１１０ａが形成される。この被膜１１０ａの厚さは、永久磁石１１とヨーク１０との間の絶縁抵抗を十分に確保できる程度の厚みに設定される。具体的には、電動モータ１の定格電圧に対して絶縁性を確保するために必要な厚さであり、さらに、コストや製造工程の効率を勘案した適切な厚さ（例えば３０［μｍ］）とする。

【0042】

なお、カチオン電着塗装に限らず、永久磁石１１の表面に電気絶縁性の被膜１１０ａを形成するものであればよく、例えば電気絶縁性の塗料を永久磁石１１の表面に吹き付け塗装を行って被膜１１０ａを形成してもよい。また、アルミ酸化膜のように永久磁石１１の表面に化学的な処理を行って電気絶縁性の被膜１１０ａを形成してもよい。

【0043】

カチオン電着塗装による電気絶縁性の被膜１１０ａを形成した後、永久磁石１１の表面に低摩擦抵抗性の被膜１１０ｂをさらに積層して形成する。本実施形態では、永久磁石１１の表面に形成された電気絶縁性の被膜１１０ａの上層に、フッ素樹脂による被膜１１０ｂを形成する。

【0044】

低摩擦抵抗性の被膜１１０ｂを形成するフッ素樹脂には、例えば四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）、四フッ化エチレン・バーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン共重合体樹脂（ＥＴＦＥ）等が用いられる。

【0045】

このようなフッ素樹脂による被膜１１０ｂを永久磁石１１の表面にさらに形成することにより、永久磁石１１の外周面の摩擦抵抗（動摩擦係数）が低減される。特に、フッ素樹脂は、カチオン電着塗装による電気絶縁性の被膜１１０ａよりも摩擦抵抗が小さい被膜１１０ｂを形成することができる。また、カチオン電着塗装による電気絶縁性の被膜１１０ａよりも表面硬度が高い被膜１１０ｂを形成できる。

【0046】

永久磁石１１の外周面の摩擦抵抗を低減することにより、永久磁石１１の外周面とヨーク１０の内周面との摩擦抵抗が小さくなり、ヨーク１０の内部に磁石ホルダ５０を圧入するときのすべり性が高くなる。これにより、永久磁石１１の外周面がヨーク１０の内周面を摺動しやすくなり、ヨーク１０の内周面の被膜が削られてしまうことや、永久磁石１１の外周面の被膜（１１０ａ、１１０ｂ）が削られてしまうことが防止される。

【0047】

フッ素樹脂の被膜１１０ｂは、電気絶縁性の被膜１１０ａの表面の摩擦抵抗を低減できる程度の厚みに形成することが望ましい。具体的には、コストや製造工程の効率により適切な厚さ（例えば１［μｍ］〜５［μｍ］）とする。なお、フッ素樹脂の被膜１１０ｂの形成方法は、吹き付けや塗布など、永久磁石１１の表面に低摩擦抵抗性の被膜１１０ｂを形成できるものであればどのような方法でもよい。

【0048】

このように、永久磁石１１の表面にカチオン電着塗装による電気絶縁性の被膜１１０ａを形成し、さらに低摩擦抵抗性の被膜１１０ｂを積層して形成することにより、磁石ホルダ５０の圧入時のすべり性が高くなり、磁石ホルダ５０に保持された永久磁石１１の外周面がヨーク１０の内周面の被膜を削ってしまうことや、永久磁石１１の外周面の被膜（１１０ａ、１１０ｂ）が削られてしまうことが防止される。

【0049】

以上のように、本発明の実施形態の電動モータ１は、ヨーク１０と、ヨーク１０に固定される永久磁石１１と、ヨーク１０内で回転可能に支持されるロータ２０と、を備えるブラシ付きの電動モータである。永久磁石１１の表面には、永久磁石１１側から電気絶縁性の被膜１１０ａと低摩擦抵抗性の被膜１１０ｂとが順に積層されている。永久磁石１１の表面に電気絶縁性の被膜１１０ａが形成されることにより、永久磁石１１とヨーク１０との間の絶縁抵抗が確保される。また、永久磁石１１の外周面に低摩擦抵抗性の被膜１１０ｂが形成されることにより、永久磁石１１がヨーク１０の内部に圧入されるときの摩擦抵抗が低減されて、永久磁石１１の外周面がヨーク１０の内周面の被膜を削ってしまうことや、永久磁石１１の表面の被膜（１１０ａ、１１０ｂ）が削られてしまうことが防止される。

【0050】

このように構成することで、ヨーク１０の内周面の被膜と永久磁石１１の外周面に形成された電気絶縁性の被膜１１０ａとが損なわれることなく、ヨーク１０の内部にブラシ１５の磨耗粉が蓄積した場合であっても、ブラシ１５とヨーク１０との間の絶縁抵抗が低下することを防止できる。

【0051】

電気絶縁性の被膜１１０ａはカチオン電着塗装より形成される被膜であり、低摩擦抵抗性の被膜１１０ｂはフッ素樹脂の被膜である。これらの被膜は従来の手法を用いることによって形成することができるので、電動モータ１の製造コストを上昇させることがない。

【0052】

また、永久磁石１１は、ヨーク１０の内面形状に沿う外面形状を有する磁石ホルダ５０に保持されて、ヨーク１０の内部に圧入される。複数の永久磁石１１を磁石ホルダ５０によって一度の作業によりヨーク１０内に挿入することができるので、電動モータ１の製造コストを低減できる。

【0053】

なお、本発明の実施形態では、電動モータ１を例として説明したが、これに限らず、発電機等の回転電機にも適用することができる。

【0054】

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

【符号の説明】

【0055】

１ 電動モータ
１０ ヨーク
１１ａ、１１ｂ 永久磁石
１２ ブラケット
１３ ベアリング
１４ ベアリング
１５ ブラシ
２０ ロータ
２１ ロータシャフト
２２ 整流子
２２ａ 電極
２３ ロータコア
２４ 巻線
５０ 磁石ホルダ
５１ａ、５１ｂ 磁石装着部
１１０ａ 被膜
１１０ｂ 被膜

【図1】

【図2】

【図3】