JP2010093930A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】スロット数を増やしても集中巻き線効果が期待でき、トルクリップルの改善、磁石の有効フラックス量増加、巻線係数の改善が可能となる電動機を提供する。
【解決手段】シャフトに対してコア４と複数のセグメント３を有するコンミテータ（整流子）２とが固定され、コア４は周方向に複数箇所のスロット２６が形成されているとともに、スロット間には径方向外側に向けて延在するティース３０が設けられ、該ティース３０に導線１０が巻回されてコイルが形成された電動機において、ティース３０の少なくとも一部が、先端部が複数のティース要素３１ａに枝分かれした分岐ティース３１であり、異なる分岐ティース３１のティース要素３１ａ間に導線１０が巻回されて外周側コイル２０が形成され、さらに分岐ティース３１の基端側に導線１０が巻回されて内周側コイル２１が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機に関する。さらに詳述すると、本発明は、集中巻に対応したアマチュアコアを備えた直流電動機、発電機等の電動機に関する。

従来の電動機において、アマチュア（電機子）は重ね巻、波巻により構成されている。例えば、特許文献１には、多スロットに跨った巻線を有するコイルが開示されている。また、特許文献２には、集中巻線使用の電動機の例が開示されている。
特許第３５５９１７２号公報 特開２００６−２７１１８８号公報

しかしながら、従来技術においてはコイル占積率（占績率）が低く、高出力化・高効率化に対して不利であり、しかもコイル周長が長くなることから銅量を多く使う仕様となっていた。例えば、特許文献１の技術では、一つのスロットに複数のコイル群が納められることからコイルの整列度をコントロールすることが困難で、占積率を上げられず、効率、出力が制限されるという問題点がある。また、特許文献２に記載されたコア構成の場合、スロット数を増やしトルクリップル等の改善を図る場合、多スロットに跨る巻線が必要となるため、高出力化・高効率化を図る点で不利である。

また、コイル飛散及び電磁振動の抑制のため、エポキシ樹脂等で固着することが必要であった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、スロット数を増やしても集中巻き線効果が期待でき、トルクリップルの改善、磁石の有効フラックス量増加、巻線係数の改善が可能となる電動機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、複数のスロットを有するコアと、スロットの何れかに巻回されてコイルを形成する導線とを備えたアマチュアを有する電動機において、コアには、複数のスロットを含む集中巻線が可能な形状のティースが形成されており、コアのスロットは周方向複数箇所に形成されているとともに、ティースの少なくとも一部が、先端部が複数のティース要素に枝分かれした分岐ティースであり、異なる分岐ティースのティース要素間に導線が巻回されて外周側コイルが形成され、さらに分岐ティースには、ティース要素よりも基端側に導線が巻回されて内周側コイルが形成されている。

本構成によれば、内周側と外周側で二層のコイルを有することから、コイル占積率を向上させることができる。また、コイルが多スロットに跨る巻線ではなく、また、一つのスロットに複数のコイル群が納められるものでもないため、コイルの整列度をコントロールすることが容易で、高効率化及び高出力化に寄与する。

分岐ティースは、先端部が３本のティース要素に分岐していてもよい。また、分岐ティースと、先端部が枝分かれしていない単ティースとが周方向に沿って交互に設けられていてもよい。さらに、各分岐ティースの両端に位置するティース要素のエアギャップを、他のティース要素及び単ティースのエアギャップよりも大きく構成してもよい。

また、同電位であるべきコイルを電気的に接続する均圧線を備えていてもよい。これにより不平衡電流を抑制し、電動機の性能を向上させることができる。

上記の電動機は、車両等に搭載される車載用アクチュエータとしても好適である。

本発明の電動機によれば、コイル占積率を向上させることができ、その結果、高出力化、高効率化を実現できる。また、コイルが多スロットに跨る巻線ではなく、また、一つのスロットに複数のコイル群が納められるものではないため、コイルの整列度をコントロールすることが容易で、高効率化及び高出力化に寄与することができる。さらに、出力密度の向上が図れるため、当該電動機の小型、軽量化が図れる。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態として示した直流電動機（ＤＣモータ）のアマチュア１の構成ならびに結線パターンの図、図２はコア４のティース構造等を示す概略図である。図１中の符号５はブラシを示している。本実施形態におけるアマチュア１のコンミテータ（整流子）２は２４個のセグメント３を有している（なお、図３においては各セグメントを１〜２４の丸数字で示している）。また、コア４に対して導線１０が巻回されて複数の外周側コイル２０と内周側コイル２１とが形成されている。さらに、これら同電位であるべき外周側コイル２０及び内周側コイル２１を電気的に接続する均圧線２５を備えている。

図２にコア４の平面図を示す。このコア４には周方向に複数箇所のスロット２６が形成されている。また、これらスロット２６の間には径方向外側に向けて延在するティース３０が設けられている。

ティース３０としては、先端部が複数（本実施形態では３本）のティース要素３１ａに枝分かれした分岐ティース３１と、先端部が枝分かれしていない単ティース３２とが周方向に沿って交互に例えば６組設けられている。単ティース３２を挟んで両側に位置する分岐ティース３１のティース要素３１ａ間には導線１０が巻回されて外周側コイル２０が形成されている。また、分岐ティース３１の基端側（枝分かれしたティース要素３１ａが形成されていない部位３１ｂ）に導線１０が巻回されて内周側コイル２１が形成されている。

また、各コア４は、積層方向に捩れが加えられたコアスキューの状態で積層されることが好ましい。すなわち、板状のコア４を複数積層する際、真っ直ぐに積層するのではなく、各コア４を僅かずつ回転させながら積み上げて螺旋状に積層していくことが好ましい。

このように構成されたアマチュア１を有する電動機においては、内周側と外周側とに形成された二層のコイル２０，２１を有するという構造を実現できる。別の表現をすれば、本実施形態のアマチュア１においてはコア４の構成および巻線パターンの改良を図り、いわば集中巻対応コア構成として集中巻線化の実現を図っている。このような最適化によれば、一例として従来の占積率４８％を約７８％程度まで向上させうる等、アマチュア１におけるコイル占積率の向上を図ることができる。これによれば当該電動機の高出力化・高効率化を図ることが可能となる。

しかも、本実施形態の電動機は、多スロットに跨った巻線形態のコイルというような構造ではなく、一つのスロットに複数のコイル群が納められるような構造でもないため（特許文献１に記載の技術参照）、コイルの整列度をコントロールすることが容易で、高効率化及び高出力化に寄与する。

また、磁極両側のティース要素３１ａのエアギャップが他よりも大きいため、上述したようにトルクリップルを低減させることができる。

また、均圧線２５を設けたことによって不平衡電流を抑制し、これによって電動機の性能を向上させることも可能である。さらには、エポキシ樹脂等によるコイル飛散防止策を不要とすることも可能である。また、コイルエンド寸法を短縮することができるため、これによって当該電動機の小型化を図ることができるという利点もある。

なお、本実施形態にて説明した電動機は、車両に搭載される車載用アクチュエータとしても好適である。例えば図４は、パワーアシスト用の電動機（図４において符号１３で示す）を備えたコラム式の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering）１００を示す図である。ここで、符号１１はステアリングシャフト、１２はステアリングシャフト１１のハウジング、４０はラック・ピニオン式運動変換機構、５０はウォーム減速機構であり、これらは車両のステアリング系を構成している。符号６０はトルクセンサである。このような電動パワーステアリング装置１００についての簡単な説明を以下に記す。

ステアリングシャフト１１は、ステアリング入力軸（入力軸）１１ａとステアリング出力軸（出力軸）１１ｂとを備えており、ハウジング１２の内部に軸芯回りに回転自在に支持されている。ハウジング１２は車室内部の所定位置に下部を前方に向けて傾斜した状態に固定されている。ステアリング入力軸１１ａは、その上端にステアリングホイール（図示せず）が固定されることになり、ステアリングホイールと同期回転する。

さらに、ステアリング入力軸１１ａとステアリング出力軸１１ｂとはトルクセンサ６０のトーションバーを介して連結されており、ステアリングホイールからステアリング入力軸１１ａを経てステアリング出力軸１１ｂに伝達される操舵トルクがトルクセンサ６０により検出され、検出された操舵トルクに基づいて電動機１３の出力が制御される。

ラック・ピニオン式運動変換機構４０は、長手方向を例えば車両の左右方向として車両前部のエンジンルーム内にほぼ水平に配置され、軸方向に移動自在なラック軸４１と、ラック軸４１の軸芯に対して斜めに支承されてラック軸４１の歯部に噛合する歯部を有するピニオン軸４２と、ラック軸４１及びピニオン軸４２を支承する筒状のケース４３とを備えている。ラック・ピニオン式運動変換機構４０のラック軸４１の両端側に設けられた図示略のナックルに、前輪のホイールが取り付けられる。

ピニオン軸４２とステアリング出力軸１１ｂの下端とは、２個の自在継手１５，１６及び連結部材１７で連結されている。また、ステアリング出力軸１１ｂの軸方向の中間位置にはウォーム減速機構５０が配置され、このウォーム減速機構５０を介してモータ１３から、車両のステアリング系であるステアリング出力軸１１ｂに対して操舵補助トルクを与えるパワーが付与される。このウォーム減速機構５０は、図示は略すが、ステアリング出力部１１ｂと一体回転するウォームホイールと、このウォームホイールに直交方向に沿って噛み合うウォームとを備えており、ウォームがモータ１３の後述する出力軸に同軸且つ一体回転可能に連結されている。

本発明の一実施形態として示す電動機のアマチュアの構成ならびに結線パターンを示す図である。 アマチュアのコアのティース構造および当該ティースに導線が巻回されて構成されるコイルの一例を示す概略図である。 電動機を構成するアマチュアの平面図である。 電動機を搭載した電動パワーステアリング装置の一例を示す図である。

符号の説明

１…アマチュア、２…コンミテータ（整流子）、３…セグメント、４…コア、１０…導線、１３…電動機、２０…外周側コイル、２１…内周側コイル、２５…均圧線、２６…スロット、３０…ティース、３１…分岐ティース、３１ａ…ティース要素、３２…単ティース、ａ１…エアギャップ、ａ２…エアギャップ

Claims (6)

1. 複数のスロットを有するコアと、前記スロットの何れかに巻回されてコイルを形成する導線とを備えたアマチュアを有する電動機において、
   前記コアには、複数の前記スロットを含む集中巻線が可能な形状のティースが形成されており、
   前記コアのスロットは周方向複数箇所に形成されているとともに、
   前記ティースの少なくとも一部が、先端部が複数のティース要素に枝分かれした分岐ティースであり、
   異なる前記分岐ティースの前記ティース要素間に前記導線が巻回されて外周側コイルが形成され、さらに前記分岐ティースには、前記ティース要素よりも基端側に導線が巻回されて内周側コイルが形成されていることを特徴とする電動機。
2. 前記分岐ティースは、先端部が３本のティース要素に分岐している請求項１に記載の電動機。
3. 前記分岐ティースと、先端部が枝分かれしていない単ティースとが周方向に沿って交互に設けられている請求項１または２に記載の電動機。
4. 前記各分岐ティースの両端に位置する前記ティース要素のエアギャップが、他のティース要素及び前記単ティースのエアギャップよりも大きい請求項３に記載の電動機。
5. 同電位であるべき前記コイルを電気的に接続する均圧線を備えた請求項１から４のいずれか一項に記載の電動機。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の電動機を搭載した車載用アクチュエータ。

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