JP2003047184A

JP2003047184A - 電動モータにおけるアーマチュア構造

Info

Publication number: JP2003047184A
Application number: JP2001235186A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Tanaka; 裕人田中; Yoshichika Kawashima; 義親川島; Kenji Sakata; 憲児坂田
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2001-08-02
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2003-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】内周面に複数対の永久磁石が固着され、複数
の磁極が形成されたヨークに、アーマチュアを回動自在
に軸承した電動モータにおいて、コギングトルクやトル
クむらを減少させるように構成する。【解決手段】アーマチュア４のアーマチュアコア５
を、リング状のボス部５ａの外径に、基部５ｂと、該基
部５ｂ先端から周回り方向に延出する爪部５ｃとで略Ｔ
字状に形成されるティース５ｄが１０個形成されたもの
とし、各爪部５ｃの外周に、各永久磁石３の磁極端にそ
れぞれ対向するティース５ｄが互いに非対称となるべく
非点対称となる関係でＶ溝状の切欠き溝５ｆが形成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両に搭載される
電装品等を構成する電動モータにおけるアーマチュア構
造の技術分野に属するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種電動モータにおいては、
内周面に複数対の永久磁石により複数の磁極が形成され
たヨークに、アーマチュアを回動自在に軸承して構成さ
れたものがあり、このようなものにおいて、アーマチュ
アは、アーマチュア軸に複数枚のアーマチュアコアを積
層状に外嵌し、該アーマチュアコアにコイルが巻装され
る構成となっており、前記各アーマチュアコアは、リン
グ状のボス部の外径に、基部と、該基部先端から周回り
方向に延出する爪部とで略Ｔ字状に形成されるティース
が複数配されたものとなっている。そして、これら積層
されたアーマチュアコアの外周には、隣接ティース間で
あるコイル溝が軸方向を向いて形成され、これらコイル
溝にコイルが巻装されるようになっている。ところで、
電動モータにおいては、駆動時のコギングトルクの低下
が課題であるが、該コギングトルクの主な発生原因の一
つとして、ヨーク側に配される永久磁石の磁極端でのテ
ィースの磁束密度の変化（磁気抵抗変化）があり、この
ため、アーマチュアコアを、偶数のティースが形成され
たものにした場合、径方向に対向するティースに発生す
るトルクが同位相となるためコギングトルクが大きくな
ってしまうことが知られており、奇数のティースが形成
されたアーマチュアコアの方が好適であることが知られ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、奇数のティ
ースが形成されたアーマチュアコアは量産性が悪く、ど
うしてもコスト高となってしまううえ、コイルの巻装工
程においても複雑になるという問題がある。これに対し
て、アーマチュアコアを積層させたときスロット対応部
位に形成されるコイル溝をアーマチュア軸とは変位する
状態、即ちスキューさせる状態とすることが提唱されて
おり、これによって、永久磁石端部とティースとのあい
だで生じる磁束密度変化を緩和させることができるが、
これだけでは充分ではなく、依然問題が残されるうえ、
このようにスキューさせた場合では、有効磁束の低下に
伴い特性劣化と巻線性が悪くなるという不具合もある。
一方、近年、電動モータのコンパクト化が要求され、特
に、配設箇所によっては、一対の永久磁石が固着される
径方向部位については円弧状部とするが、これらのあい
だを平板状とした扁平筒状のヨークを備えた電動モータ
を用いることがある。しかるにこのものでは、ヨークも
磁性体で形成されているが故に、永久磁石の周回り方向
端部である磁極端でのティースの磁束密度の変化がさら
に増幅されてしまううえ、トルクリップルやアーマチュ
ア起磁力の磁気吸引力に基づく振動が発生してしまうと
いう問題もあり、これらに本発明が解決しようとする課
題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の如き実
情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創
作されたものであって、内周面に複数対の永久磁石によ
り複数の磁極が形成されたヨークにアーマチュアを回動
自在に軸承してなる電動モータにおいて、前記アーマチ
ュアのアーマチュアコアを、リング状のボス部の外径
に、基部と、該基部先端から周回り方向に延出する爪部
とで略Ｔ字状に形成されるティースの偶数個を配して構
成するにあたり、前記爪部外周には、対極となる永久磁
石同志の磁極端にそれぞれ対向するティースが互いに非
対称となるように切欠き溝が形成されているものであ
る。そして、このようにすることにより、コギングトル
クやトルクむらの低減を計ることができる。このものに
おいて、本発明のヨークは一対の永久磁石が設けられた
ものとし、アーマチュアコアの爪部外周には、アーマチ
ュアコアの中心点を基準とする非点対称状態の位置関係
で切欠き溝が形成されているものとすることができる。
また、このものにおいて、本発明の切欠き溝は、各爪部
の外周の周回り方向任意の箇所に少なくとも一つ形成さ
れているものとすることができる。さらに、このものに
おいて、本発明のティースを構成する基部は、隣接する
ティースとのあいだに形成されコイル溝を構成するスロ
ット形状がそれぞれ異形となるように形成されているも
のとすることができ、さらなるコギングトルクやトルク
むらの低減を計ることができる。さらにまた、このもの
において、本発明のアーマチュアコアは、コイル溝がア
ーマチュア軸に対して周回り方向に変位するように積層
されているものとすることができる。また、このものに
おいて、本発明のアーマチュアコアは、爪部の切欠き溝
がアーマチュア軸に対して周回り方向に変位するように
積層されているものとすることができる。さらに、この
ものにおいて、本発明のヨークは、互いに対向する平板
状側面を有する扁平筒状となって薄型に形成されている
ものとすることができ、このようなヨークであっても、
コギングトルクやトルクむらやトルクリップルを低減し
て、振動のない高性能な電動モータとすることができ
る。

【０００５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態の一つ
を図１〜図４の図面に基づいて説明する。図面におい
て、１は電動モータを構成する有底筒状のヨークであっ
て、該ヨーク1は、底部１ａにアーマチュア軸２の基端
部を回動自在に軸承するための軸受部が形成される一
方、筒周面は径方向に対向する二対の側辺部により形成
されており、一方の対向する一対の側辺部は真円筒を構
成するべく円弧状部１ｂに形成され、他方の対向する一
対の側辺部は平板状の平板状部１ｃに形成され、これに
よって、ヨーク1は、扁平筒状に形成されてレイアウト
性の優れた形状となっている。そして、ヨーク１の円弧
状部１ｂの内周面に一対の永久磁石３が固着されてお
り、該部位にそれぞれ対極となる磁極を形成するように
設定されている。

【０００６】４はアーマチュアであって、該アーマチュ
ア４は、アーマチュア軸２に、複数枚の薄板状のアーマ
チュアコア５を積層状に外嵌固定し、該アーマチュア４
の外周に形成されるコイル溝４ａにコイル６を巻装する
ことで構成されており、該アーマチュア４は、図示しな
いブラシ、アーマチュア軸２に一体的に外嵌されたコン
ミテータ２ａを介してコイル６に通電がなされることに
より磁界が形成され、永久磁石３により磁極が形成され
たヨーク１内においてアーマチュア軸２とともに一体回
転するように設定されている。

【０００７】さて、前記アーマチュアコア５は、平板リ
ング状のボス部５ａの外周に、該ボス部５ａの同径部位
から外径側に突出する基部５ｂと、該基部５ｂの先端か
ら周回り方向に延出する爪部５ｃとで略Ｔ字状に形成さ
れるティース５ｄが複数放射状に形成されたものとなっ
てる。さらに、本実施の形態のアーマチュアコア５は、
図２に示すように１０個のティースが形成されており、
周回り方向に１０個のスロット５ｅが形成されている。
因みに、各スロット５ｅの深さは同様に形成されてお
り、これらアーマチュアコア５の複数枚を、任意のスロ
ット５ｅ同志が周回り方向同位置になるようにした状態
でアーマチュア軸２に一体的に外嵌することで、スロッ
ト５ｅ対応部位に軸方向に長い前記コイル溝（スロット
溝）４ａが形成されるように設定されている。尚、以
降、図２に示すように各ティース５ｄにＩ〜Ｘの番号を
付与し、各ティース５ｄをそれぞれ１番ティースＩ、２
番ティースＩＩ・・・として表現する。

【０００８】さらに、前記アーマチュアコイル５の各爪
部５ｃは、周回り方向等間隔を存して形成されている
が、各爪部５ｃの外周縁部には内径側に切欠かれる状態
でＶ溝状の切欠き溝５ｆがそれぞれ形成されており、こ
れら各切欠き溝５ｆは、アーマチュアコア５の中心点を
基準として点対称状態とならないような（非点対称状態
の）位置関係でそれぞれ切欠き形成されている。つま
り、５番ティースＶと６番ティースＶＩとの爪部５ｃに
は、１番ティースＩと１０番ティースＸとの周回り方向
中央と、５番ティースＶと６番ティースＶＩとの周回り
方向中央とを結ぶ中心線Ｍを基準として、それぞれ上下
に任意の角度αを存した部位がＶ溝の溝底となるように
して切欠き溝５ｆそれぞれ形成されている。また、前記
基準線Ｍの上側半部の１番〜４番ティースＩ〜ＩＶの爪
部５ｃには、５番ティースＶと周回り方向同位置に位置
する状態で切欠き溝５ｆがそれぞれ形成されている。一
方、前記基準線Ｍの下側半部の７番〜１０番ティースＶ
ＩＩ〜Ｘの爪部５ｃには、６番ティースＶＩと周回り方
向同位置に位置する状態で切欠き溝５ｆがそれぞれ形成
されている。これによって、例えば５番ティースＶを基
準とした場合、中心点Ｏに点対称となる１０番ティース
Ｘに対し、切欠き溝５ｆの形成位置が点対称とはならな
いように設定され、１〜１０番の何れのティースＩ〜Ｘ
を基準としても、点対称状態とはならない、つまり非点
対称となるように設定されている。

【０００９】そして、このように形成された複数のアー
マチュアコア５をアーマチュア軸２に圧入状態で外嵌さ
せることで回り止め状の一体化がなされるが、このと
き、各アーマチュアコア５は、切欠き溝５ｆの位置につ
いては規則性がなく（ランダムで）、スロット５ｅ位置
が周回り方向同位置となるような積層状態で外嵌されて
いる。これによって、アーマチュア４外周に、アーマチ
ュア軸２の軸方向を向いたコイル溝４がスロット５ｅ数
だけ形成されるとともに、切欠き溝５ｆについては規則
性のない状態で配され、各ティース５ｄにおける磁束密
度が点対称状態とならないように設定されている。そし
て、このように形成されたアーマチュア４にコイル６を
巻装し、ヨーク1内においてアーマチュア４を回転する
場合に、一対の永久磁石３のうち、一方の永久磁石３の
磁極端に対向するティース５ｄと、該ティース５ｄとは
同位相となる位置関係で、他方の永久磁石３の磁極端に
対向するティース５ｄとは、互いの磁束密度が異なるよ
うに設定され、磁束密度の急激な変化を小さく（少な
く）することによって、コギングトルクやトルクむら等
の低減を計るように設定されている。

【００１０】尚、本実施の形態のアーマチュアコア５
は、前述したように各スロット５ｅの深さ（径方向長
さ）は同じであるが、隣接するスロット５ｅ同志の形状
が異形になるように形成されている。これによって、ア
ーマチュア４のコイル溝４ａに、コイル６をダブルフラ
イヤ方式の二層巻にしたとき、コイル６の巻装姿勢が乱
れてしまうような不具合がなくなるうえ、トルクリップ
ルの低減がなされ、磁気的バランスの改善が計れるよう
に設定されている。

【００１１】叙述の如く構成された本発明の実施の形態
において、アーマチュア４のコイル溝４ａに巻装される
コイル６に通電することで、アーマチュア４の回転がな
されるが、この場合に、アーマチュア４を構成スラーマ
チュアコア５の各ティース５ｄを構成する爪部５ｃの外
周部には、それぞれ非点対称状態となる位置関係で切欠
き溝５ｆが形成されている。この結果、永久磁石３の磁
極端（周回り方向端縁部）に対向するティース５ｄは、
それぞれ非点対称となる関係で切欠かれた切欠き溝５ｅ
がランダムに位置することになって、これら径方向に対
向するティース５ｄの磁束密度の変化がそれぞれ異なっ
たものとなり、コギングトルクやトルクむらの発生を低
減させることができる。しかも、本実施の形態のよう
に、扁平筒状のヨーク１に内装される場合であっても、
トルクリップルやアーマチュア起磁力の磁気吸引力に基
づく振動を低減することができ、高品質な電動モータを
提供できる。

【００１２】つぎに、本実施の形態の電動モータ１（本
発明品）と、従来通りティースに切欠き溝のない従来型
のティースが用いられた電動モータ（従来品）とを用い
て各種特性を比較した結果を示す。図３（Ａ）の表図
は、本発明品と従来品のそれぞれのコギングトルクを測
定した結果であり、本発明品は従来品と比較して、コギ
ングトルクが約２１パーセント低減されていることが確
認された。図３（Ｂ）の表図は、本発明品と従来品のそ
れぞれのトルクむらを測定した結果であり、本発明品は
従来品と比較して、トルクむらが約１２パーセント低減
されていることが確認された。また、本発明品と従来品
のそれぞれに巻装されたコイルに電流を流した（１キロ
ヘルツ（ｋＨｚ）時）ときにおけるインダクタンスを測
定した結果、本発明品は０．２２４（ミリヘンリー（ｍ
Ｈ））、従来品は０．３７４（ミリヘンリー（ｍＨ））
と測定され、本発明品の整流性が向上しているものと考
察される。また、図４の表図は、本発明品、従来品それ
ぞれの回転数、出力曲線、トルク曲線、仕事効率を示し
ており、該表図から、本発明品の出力、トルクがアップ
して仕事効率の向上が計られていることが確認できる。
さらに、図３（Ｃ）の表図は、本発明品と従来品のそれ
ぞれについてトルクリップルを測定したもの（永久磁石
を固着しないヨークにアーマチュアを組込み、コイルに
通電することにより求めた数値）であるが、この結果か
ら、本発明品は、トルクリップルが約２４パーセント低
減されることが確認された。

【００１３】尚、本発明は前記第一の実施の形態に限定
されないことは勿論であって、切欠き溝の溝形状として
は、Ｖ溝形状の他、Ｕ字形状、凵字形状等、種々の形状
であってもよい。さらに、ヨークに設けられる永久磁石
は一対、二対・・・というように複数対設けられた（複
数極）ものであってもよい。また、切欠き溝は、必ずし
も各ティースに形成されていなくともよく、また、各テ
ィースに一つ以上形成されていてもよく、要は、対極と
なる永久磁石同志の磁極端にそれぞれ対向するティース
が互いに非対称となればよい。また、前記第一の実施の
形態のものにおいて、アーマチュアが内装されるヨーク
に固着される永久磁石は均一な板厚を有したもの（同芯
状マグネット）となっている。ところで、永久磁石の板
厚を周回り方向一端部の板厚を変えたもの（偏芯状マグ
ネット）とし、これによって、永久磁石の磁極端でのテ
ィースの磁束密度の変化をさらに小さくすることができ
ることが知られている。そこで、このような永久磁石を
用いたヨークを備えた電動モータとすることで、さらな
るコギングトルクの低減が計れることが期待できる。因
みに、本発明が実施されたアーマチュア４（本発明品）
と、ティース爪部に切欠き溝のない従来のアーマチュア
（従来品）とを、偏芯状マグネットが固定されたヨーク
にそれぞれ軸承することで構成した電動モータについ
て、それぞれ出力曲線、トルク曲線、仕事効率を測定し
た結果を図５の表図に示すが、この場合でも、本発明品
の方が出力曲線、トルク曲線ともにアップして仕事効率
の向上を計れることが確認された。

【００１４】ところで、前記第一の実施の形態のもの
は、切欠き溝５ｆの溝位置は任意であるが、コイル溝４
ａの向きはアーマチュア軸２の軸方向と同方向を向くよ
うな状態でアーマチュアコア５が積層されている。これ
に対し、アーマチュアコア５を、切欠き溝５ｆの溝位置
はランダムであるがコイル溝４ａはアーマチュア軸２に
対して周回り方向に変位させる、所謂スキューさせる状
態に積層する構成とすることもでき、このようにするこ
とで、磁極端における磁束密度の均一化をさらに計るこ
とができて、コギングトルクやトルクむらの一層の低減
に寄与することができる。

【００１５】つぎに、図６に第二の実施の形態を示す
が、該第二の実施の形態のアーマチュアコア７は、基部
７ｂが同径部位から外径に突出してスロット７ｅ深さが
同様に形成され、かつ、スロット７ｅの形状が異形でな
いものに形成されている。そしてこのものでも、爪部７
ｃの外周に切欠き溝７ｆが形成されており、これら切欠
き溝７ｆは、１０個のティース７ｄに対して前記第一の
実施の形態と同様の位置に形成され、任意の爪部７ｃを
基準として点対称状態とはならないように設定されてい
る。

【００１６】また、図７に第三の実施の形態のアーマチ
ュアコア８を示すが、このものは、前記第二の実施の形
態と同様にスロット８ｅの深さは何れも同様であるが、
ティース８ｄが周回り方向に１２個形成されたものとな
っている。さらにこのものにおいて、切欠き溝８ｆは、
周回り方向一端部から他端部おいて順次位置ズレする状
態で切欠かれ、これによって、任意の爪部８ｃを基準と
して点対称状態とはならないようにしている。そして、
このものでは、アーマチュアコア８を積層する場合に、
各アーマチュアコア８を、前記切欠き溝８ｆを周回り方
向に順次ずらすように積層することで、図８に示すよう
に、アーマチュア４の周回り方向に形成されるコイル溝
４ａはアーマチュア軸２に対して同方向を向くが、切欠
き溝８ｆにより形成される溝４ｂは、周回り方向に位置
ずれしてアーマチュア軸２に対して変位する（スキュー
する）状態とさせることができ、このように構成するこ
とでも、コギングトルクの低減、トルクむらの低減を期
待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれヨークの側面
図、正面断面図である。

【図２】アーマチュアコアの正面図である。

【図３】図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ本発明
品と従来品におけるコギングトルク、トルクむら、トル
クリップルを示す表図である。

【図４】本発明品と従来品における回転数、トルク曲
線、出力曲線、仕事効率を示す表図である。

【図５】偏芯マグネットのヨークを備えた本発明品と従
来品における回転数、トルク曲線、出力曲線、仕事効率
を示す表図である。

【図６】第二の実施の形態におけるアーマチュアコアの
正面図である。

【図７】第三の実施の形態におけるアーマチュアコアの
正面図である。

【図８】第三の実施の形態におけるアーマチュアの側面
を説明するパターン図である。

【符号の説明】

２アーマチュア３永久磁石４アーマチュア４ａコイル溝５アーマチュアコア５ｂ基部５ｃ爪部５ｄティース５ｅスロット６コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂田憲児群馬県桐生市広沢町一丁目二六八一番地株式会社ミツバ内Ｆターム(参考） 5H002 AA04 AB01 AE07 5H623 AA02 AA04 BB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内周面に複数対の永久磁石により複数の
磁極が形成されたヨークにアーマチュアを回動自在に軸
承してなる電動モータにおいて、前記アーマチュアのア
ーマチュアコアを、リング状のボス部の外径に、基部
と、該基部先端から周回り方向に延出する爪部とで略Ｔ
字状に形成されるティースの偶数個を配して構成するに
あたり、前記爪部外周には、対極となる永久磁石同志の
磁極端にそれぞれ対向するティースが互いに非対称とな
るように切欠き溝が形成されている電動モータにおける
アーマチュア構造。
【請求項２】請求項１において、ヨークは一対の永久
磁石が設けられたものとし、アーマチュアコアの爪部外
周には、アーマチュアコアの中心点を基準とする非点対
称状態の位置関係で切欠き溝が形成されている電動モー
タにおけるアーマチュア構造。
【請求項３】請求項１または２において、切欠き溝
は、各爪部の外周の周回り方向任意の箇所に少なくとも
一つ形成されている電動モータにおけるアーマチュア構
造。
【請求項４】請求項１、２または３において、ティー
スを構成する基部は、隣接するティースとのあいだに形
成されコイル溝を構成するスロット形状がそれぞれ異形
となるように形成されている電動モータにおけるアーマ
チュア構造。
【請求項５】請求項１、２、３または４において、ア
ーマチュアコアは、コイル溝がアーマチュア軸に対して
周回り方向に変位するように積層されている電動モータ
におけるアーマチュア構造。
【請求項６】請求項１、２、３または４において、ア
ーマチュアコアは、爪部の切欠き溝がアーマチュア軸に
対して周回り方向に変位するように積層されている電動
モータにおけるアーマチュア構造。
【請求項７】請求項１、２、３、４、５または６にお
いて、ヨークは、互いに対向する平板状側面を有する扁
平筒状となって薄型に形成されている電動モータにおけ
るアーマチュア構造。