JP2020022224A - 電動モータ - Google Patents
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Abstract
Description
アーマチュアは、複数のティースが放射状に形成されたアーマチュアコアを有している。各ティース間には、回転軸線方向に長いスロットが複数形成され、このスロットを介してティースに巻線が巻回されている。巻線は、アーマチュアコアと隣接するように回転軸に外嵌固定されたコンミテータに導通している。
例えば、ティースやスロットを、回転軸線に対して斜めに延在するようにスキュー角をつけて形成する技術が開示されている。このように構成することで、巻線による磁界とヨークに設けられた永久磁石との間に生じる磁気的な吸引力や反発力の発生タイミングを、回転軸線方向でずらすことができる。
0°<θ1≦20°
6°≦θ2≦18°
50°≦θ3<70°
を満たすように設定されていることを特徴とする。
0°<θ4≦20°
3°≦θ5≦15°
70°≦θ6<80°
0mm<δ1<3mm
を満たすように設定されていることを特徴とする。
8°≦θ5≦10°
を満たすように設定されていてもよい。
0°<θ7≦20°
4°≦θ8≦18°
80°≦θ9<90°
3mm≦δ2≦4mm
を満たすように設定されていることを特徴とする。
8°≦θ8≦17°
を満たすように設定されていてもよい。
図1は、本発明に係る電動モータ2が適用された減速機付モータ1の平面図である。
減速機付モータ1は、例えば、自動車のワイパーモータとして用いられるものである。図1に示すように、減速機付モータ1は、電動モータ2と、電動モータ2に連結された減速機構3と、を備えている。
ケーシング4には、コネクタ6が一体的に設けられている。このコネクタ6には、不図示の外部電源のコネクタが接続される。コネクタ6を介して、電動モータ2に電力が供給される。
(電動モータ)
図2は、図1のA−A線に沿う断面図である。
図1、図2に示すように、電動モータ2は、いわゆるブラシ付きモータである。電動モータ2は、略有底筒状のヨーク7と、ヨーク7の径方向内側に回転軸線L1回りに回転自在に配置されたアーマチュア8と、を備えている。なお、以下の説明では、回転軸線L1と平行な方向を単に軸方向、アーマチュア8の回転方向を周方向、軸方向及び周方向に直交する方向を径方向と称する。
ヨーク7の開口部7bには、外フランジ部10が設けられている。外フランジ部10には、ボルト孔(不図示)が形成されている。このボルト孔にボルト11が挿通され、減速機構3のケーシング4に形成されたボルト孔(不図示)に螺入される。これにより、ケーシング4にヨーク7が締結固定される。
ヨーク7の筒部7cには、内周面7dに複数(本第1実施形態では4つ)のセグメント型の永久磁石12が設けられている。各永久磁石12は、周方向に等間隔で、かつ異なる磁極が周方向に沿って交互になるように配置されている。すなわち、ヨーク7に設けられた永久磁石12は、磁極数が4極に設定されている。
図2、図3に示すように、セグメント型の永久磁石12は、径方向からみて軸方向に平行な長方形状で、かつ瓦状である。つまり、永久磁石12の周方向で対向する2つ側面12cは、軸方向と平行である。また、永久磁石12の軸方向で対向する2つの側面12dは、軸方向に直交している。さらに、永久磁石12は、径方向内側に面する内面円弧部12aと、径方向外側に面し、ヨーク7の筒部7cの内周面形状に対応するように形成された外面円弧部12bと、を有している。
また、永久磁石12の極弧角θ11(請求項における極弧角θ3に相当)は、
50°≦θ11<70° ・・・(1)
を満たすように設定されている。
6°≦θ12≦18° ・・・(2)
を満たすように設定されている。
図4は、アーマチュア8の側面図、図5は、アーマチュアコア14を軸方向からみた平面図である。
図2、図4、図5に示すように、アーマチュア8は、回転軸13に嵌合固定されたアーマチュアコア14と、アーマチュアコア14に巻回された巻線15と、回転軸13の減速機構3側(図4における下端側)に嵌合固定されたコンミテータ16と、を備えている。
また、回転軸13の減速機構3側の端部には、軸受19が設けられている。この軸受19は、巻線15に給電を行うためのブラシホルダ(不図示)に取り付けられている。ブラシホルダは、ケーシング4に固定されている。すなわち、回転軸13の減速機構3側の端部は、軸受19及びブラシホルダを介し、ケーシング4に回転自在に支持されている。
これらスロット23間にエナメル被覆の巻線15を挿通し、ティース20の巻胴部21に絶縁材であるインシュレータ(不図示)を介して巻線15が巻回される。
0°<θ13≦20° ・・・(3)
を満たすように設定されている。
図6に示すように、永久磁石12に着磁されている磁極の傾斜方向と、ティース20及びスロット23の傾斜方向とは、互いに逆向きになるので、上記式(2)、(3)を満たした場合、永久磁石12の境界線L20とティース20(鍔部22)の端面20aとの間の角度θA1は、
6°≦θA1≦30° ・・・(4)
を満たす。ここで、θA1を30°以内とすることで、磁束の減少を防ぐことができる。
次に、図7〜図9に基づいて、本第1実施形態における電動モータ2のモータ特性について説明する。
図7は、永久磁石12の極弧角θ11が上記式(1)を満たすとともに、ティース20(鍔部22)のスキュー角θ13が上記式(3)を満たす場合において、縦軸を電動モータ2のコギングトルク[mN・m]とし、横軸を永久磁石12のスキュー角θ12としたときのコギングトルクの変化を示すグラフである。なお、図7中、2点鎖線で示す線C1は、ティース20(鍔部22)のスキュー角θ13を30°とし、永久磁石12のスキュー角θ12を0°とした場合(以下、この場合を従来の場合という)のコギングトルクを示している。線C1は、本第1実施形態と比較するために記載した(以下の第2実施形態における図13、及び第3実施形態における図17も同様)。
すなわち、図8に示すように、有効磁束は、スキュー角θ12が大きくなるほど減少してしまうことが確認できる。そこで、コギングトルクの最低値(スキュー角θ12が12°)のときの有効磁束に対し、±3%の有効磁束を満足するスキュー角θ12を下限値、及び上限値とした。このように設定することで、有効磁束の増減によって、電動モータ2のトルク特性が大幅に変化してしまうことを防止できるからである。
また、永久磁石12のスキュー角θ12が上記式(2)を満たす場合の上限値である18°における有効磁束は、ベストモード時の有効磁束に対して−3%(97%)であることが確認できる。
このように構成することで、永久磁石12自体を軸方向に対して傾斜するように形成する場合と比較して、永久磁石12の製造工程が簡易化でき、永久磁石12の製造コストを低減できる。
(電動モータ)
次に、この発明の第2実施形態を、図3を援用し、図10〜図15に基づいて説明する。なお、第1実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する(以下の実施形態についても同様)。
図10は、第2実施形態における電動モータ202の軸方向に直交する断面図である。図10は、前述の図2に対応している。図11は、アーマチュア208の側面図である。図11は、前述の図3に対応している。図12は、アーマチュアコア14を軸方向からみた平面図である。図12は、前述の図4に対応している。
図10〜図12に示すように、前述の第1実施形態と第2実施形態との相違点は、前述の第1実施形態における永久磁石12及びティース20の形状と、本第2実施形態における永久磁石212及びティース220の形状と、が異なる点にある。
より具体的には、図10に示すように、ヨーク7の筒部7cの内周面に設けられた4つのセグメント型の永久磁石212は、径方向からみた形状が前述の第1実施形態と同様である。すなわち、永久磁石212は、径方向からみて軸方向に平行な長方形状で、かつ瓦状である。永久磁石212は、径方向内側に面する内面円弧部212aと、径方向外側に面し、ヨーク7の筒部7cの内周面形状に対応するように形成された外面円弧部212bと、周方向両端を形成する2つの側面212cと、を有している。2つの側面212cは、周方向で対向し、かつ軸方向と平行である。
0mm<δ1<3mm ・・・(5)
を満たすように設定されている。
70°≦θ21<80° ・・・(6)
を満たすように設定されている。
3°≦θ22≦15° ・・・(7)
を満たすように設定されている。
図10〜図12に示すように、ティース220及びスロット23は、軸方向一方Y(図11における下方)に向かうに従い、周方向他方X2(図11における左方)に向かって軸方向に対して傾斜するように形成されている。ティース220(鍔部22)の周方向における端面220aと、回転軸線L1との間のスキュー角θ23(請求項における第1スキュー角θ4に相当)は、
0°<θ23≦20° ・・・(8)
を満たすように設定されている。
さらに、各溝31,32は、それぞれ溝幅が異なるように形成されている。すなわち、2つの溝31,32のうち、第1溝31の溝幅は、第2溝32の溝幅よりも狭く設定されている。
このような構成のもと、仮に永久磁石212の内面円弧部12aの円弧中心P1と外面円弧部12bの円弧中心P2との偏心量δ1を、0mmから増大させていくと、ティース20(鍔部22)と永久磁石212とのギャップが、ティース220の周方向中央から周方向両側に向かうに従って徐々に大きくなる。つまり、ティース220(鍔部22)に対する永久磁石212の磁束の急激な変化を緩和することができる。このため、電動モータ202のコギングトルクが徐々に減少していく。一方、偏心量δ1を2.5mmよりも大きくすると、逆にコギングトルクが増大していく。また、以下の図13〜図15のようなモータ特性が得られる。
図13に示すように、永久磁石212のスキュー角θ22が9°のとき、コギングトルクが最も小さくなることが確認できる。スキュー角θ22が9°の場合、上記式(7)を満たしている。
すなわち、図13に示すように、永久磁石212のスキュー角θ22が上記式(7)を満たす場合の下限値である3°のとき、従来の場合におけるコギングトルクの1/2であることが確認できる。このように、永久磁石212のスキュー角θ22の下限値は、従来の場合におけるコギングトルクの1/2となる角度とした。このように設定することで、従来と比較して十分にコギングトルクを低減できるからである。
一方、図14に示すように、永久磁石212のスキュー角θ22が上記式(7)を満たす場合の上限値である15°のときの有効磁束は、ベストモード時の有効磁束に対して−3%(97%)であることが確認できる。このように、永久磁石212のスキュー角θ22の上限値は、コギングトルクの最低値(スキュー角θ22が9°)のときの有効磁束に対して−3%の有効磁束を満足する角度とした。このように設定することで、有効磁束の低減によって、電動モータ202のトルク特性が低下してしまうことを防止できるからである。
図15に示すように、永久磁石212のスキュー角θ22が上記式(7)を満たすとき、電動モータ202のトルクリプルが、従来の場合と差ほど変化が見られないことが確認できる。
8°≦θ22≦10° ・・・(9)
を満たすように設定されていてもよい。
永久磁石212のスキュー角θ22が上記式(9)を満たす範囲は、従来の場合におけるトルクリプルよりも、トルクリプルが低減できる範囲である(図15参照)。
(電動モータ)
次に、この発明の第3実施形態を、図3、図4を援用し、図16〜図19に基づいて説明する。
図16は、第3実施形態における電動モータ302の軸方向に直交する断面図である。図16は、前述の図2に対応している。
この第3実施形態において、ティース20の形状は、前述の第1実施形態と同様である。
図16に示すように、前述の第1実施形態と第3実施形態との相違点は、前述の第1実施形態における永久磁石12の形状と、本第3実施形態における永久磁石312の形状と、が異なる点にある。
より具体的には、図16に示すように、ヨーク7の筒部7cの内周面に設けられた4つのセグメント型の永久磁石312は、径方向からみた形状が前述の第1実施形態と同様である。すなわち、永久磁石312は、径方向からみて軸方向に平行な長方形状で、かつ瓦状である。永久磁石312は、径方向内側に面する内面円弧部312aと、径方向外側に面し、ヨーク7の筒部7cの内周面形状に対応するように形成された外面円弧部312bと、周方向両端を形成する2つの側面312cと、を有している。2つの側面312cは、周方向で対向し、かつ軸方向と平行である。
3mm≦δ2≦4mm ・・・(10)
を満たすように設定されている。
80°≦θ31<90° ・・・(11)
を満たすように設定されている。
4°≦θ32≦18° ・・・(12)
を満たすように設定されている。
一方、図4を援用するように、ティース20及びスロット23は、軸方向一方Y(図4における下方)に向かうに従い、周方向他方X2(図4における左方)に向かって軸方向に対して傾斜するように形成されている。ティース20(鍔部22)の周方向における端面20aと、回転軸線L1との間のスキュー角θ33(請求項における第1スキュー角θ7に相当)は、
0°<θ33≦20°・・・(13)
を満たすように設定されている。
このような構成のもと、偏心量δ2を大きくすると、ティース20(鍔部22)と永久磁石312とのギャップが、ティース20の周方向中央から周方向両側に向かうに従って徐々に大きくなる。つまり、ティース20(鍔部22)に対する永久磁石312の磁束の急激な変化を緩和することができる。このため、電動モータ302のコギングトルクが減少する。一方、拘束トルクは、偏心量が2.5mm付近まではほぼ減少が見られないが、2.5mmを超えると、減少勾配が徐々に大きくなっていく。このため、電動モータ302では、偏心量δ2を、式(10)を満たすように設定した。また、以下の図17〜図19のようなモータ特性が得られる。
図17に示すように、永久磁石312のスキュー角θ32が9°のとき、コギングトルクが最も小さくなることが確認できる。スキュー角θ32が9°のとき、上記式(12)を満たしている。
すなわち、図17に示すように、永久磁石312のスキュー角θ32が上記式(12)を満たす場合の下限値である4°のとき、従来の場合におけるコギングトルクの1/2であることが確認できる。このように、永久磁石312のスキュー角θ32の下限値は、従来の場合におけるコギングトルクの1/2となる角度とした。このように設定することで、従来と比較して十分にコギングトルクを低減できるからである。
一方、図18に示すように、永久磁石312のスキュー角θ32が上記式(12)を満たす場合の上限値である18°のときの有効磁束は、ベストモード時の有効磁束に対して−3%(97%)であることが確認できる。このように、永久磁石312のスキュー角θ32の上限値は、コギングトルクの最低値(スキュー角θ22が9°)のときの有効磁束に対して−3%の有効磁束を満足する角度とした。このように設定することで、有効磁束の低減によって、電動モータ302のトルク特性が低下してしまうことを防止できるからである。
図19に示すように、永久磁石312のスキュー角θ32が上記式(12)を満たすとき、電動モータ302のトルクリプルが、従来の場合と差ほど変化が見られないことが確認できる。
8°≦θ32≦17°・・・(14)
を満たすように設定されていてもよい。
永久磁石312のスキュー角θ32が上記式(14)を満たす範囲は、従来の場合におけるトルクリプルよりも、トルクリプルが低減できる範囲である(図19参照)。
(永久磁石)
図20は、第4実施形態における永久磁石412の斜視図である。
図20に示すように、永久磁石412は、略円筒状に形成されていてもよい。この場合であっても、磁極(N極、S極)が軸方向一方Y(図20における下方)に向かうに従い、周方向一方X1(図20における右方)に向かって軸方向に対して傾斜するように着磁すればよい。
このように構成した場合であっても、前述の実施形態と同様の効果を奏することができる。また、永久磁石412を略円筒状に形成することで、部品点数の削減が可能となる。
(永久磁石)
図21は、第5実施形態における永久磁石512とアーマチュアコア14との位置関係を示す斜視図である。図21は、前述の図6に対応している。なお、図21では、説明を分かりやすくするために、4つの永久磁石512のうちの1つを除いて図示している。
図21に示すように、永久磁石512自体を、軸方向に対して傾斜させるように形成してもよい。永久磁石512は、周方向で対向する2つの側面512cが、軸方向一方Y(図21における下方)に向かうに従い、周方向一方X1(図21における右方)に向かって軸方向に対して傾斜するように形成されている。
(永久磁石)
図22は、第6実施形態における永久磁石612とアーマチュアコア14との位置関係を示す斜視図である。図22は、前述の図6に対応している。なお、22では、説明を分かりやすくするために、4つの永久磁石612のうちの1つを除いて図示している。
図22に示すように、永久磁石612は、複数(本第6実施形態では5つ)の小磁石50を軸方向に積層してなる。小磁石50は、周方向に長く、かつ軸方向からみて略円弧状に形成されている。小磁石50の軸方向の厚さは、全て積層した状態で、前述の第1実施形態から第5実施形態の永久磁石2,212,312,412,512の軸方向の高さと、ほぼ同一になる。
また、各小磁石50は、軸方向一方Y(図22における下方)に向かうに従い、周方向一方X1(図22における右方)に向かって所定量だけずれながら積層されている。したがって、永久磁石612(小磁石50全体)としての磁極間の境界線L20Aは、軸方向一方Yに向かうに従い、周方向一方X1に向かって軸方向に対して傾斜する。
例えば、上述の実施形態では、電動モータ2,202,302を減速機構3と連結して減速機付モータ1とし、この減速機付モータ1を自動車のワイパーモータとして用いる場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、電動モータ2,202,302単独で、さまざまな装置に用いることができる。また、減速機付モータ1も、さまざまな装置に用いることが可能である。
Claims (9)
- 筒部を有するヨークと、
前記筒部の内周面に、異なる磁極が周方向に沿って交互になるように設けられた永久磁石と、
前記ヨークに、回転軸線回りに回転自在に支持される回転軸と、
前記回転軸に固定され、径方向に沿って放射状に延びたコイルを巻回するための複数のティースを有するアーマチュアコアと、
前記回転軸に前記アーマチュアコアと隣接して設けられ複数のセグメントが周方向に配置されたコンミテータと、
を備え、
前記永久磁石は、前記周方向で隣り合う磁極間の境界線が、前記回転軸線方向一方に向かうに従い、前記周方向一方に向かって、前記回転軸線に対して傾斜するように形成されており、
前記ティースは、前記回転軸線方向一方に向かうに従い、前記周方向他方に向かって、前記回転軸線に対して傾斜するように形成されている
ことを特徴とする電動モータ。 - 前記永久磁石は、略円筒状のリングマグネット、及び前記回転軸線に直交する径方向からみて前記回転軸線方向に平行な複数の瓦状のセグメント型マグネットのいずれか一方からなり、
前記磁極間の境界線のみ、前記回転軸線に対して傾斜している
ことを特徴とする請求項1に記載の電動モータ。 - 前記永久磁石は、前記回転軸線に直交する径方向からみて複数の瓦状のセグメント型マグネットからなり、各前記セグメント型マグネットが前記回転軸線に対して傾斜するように形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電動モータ。 - 前記永久磁石は、複数の小磁石を前記回転軸線方向に積層してなり、
前記複数の小磁石は、前記回転軸線方向一方に向かうに従い、前記周方向一方に向かってずれながら積層されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電動モータ。 - 6つの前記ティースと、
磁極数が4極の前記永久磁石と、
を備え、
前記永久磁石は、前記回転軸線に直交する径方向における外側の外面と前記径方向における内側の内面とがそれぞれ円弧状に形成され、前記周方向全体に渡って肉厚が均一になるように形成されており、
前記ティースの前記周方向における端面と前記回転軸線との間の角度を第1スキュー角θ1とし、前記永久磁石の前記境界線と前記回転軸線との間の角度を第2スキュー角θ2とし、
前記永久磁石の極弧角をθ3としたとき、
前記第1スキュー角θ1、前記第2スキュー角θ2、前記極弧角θ3は、それぞれ
0°<θ1≦20°
6°≦θ2≦18°
50°≦θ3<70°
を満たすように設定されている
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電動モータ。 - 6つの前記ティースと、
磁極数が4極の前記永久磁石と、
を備え、
前記永久磁石は、前記回転軸線に直交する径方向における外側の外面と前記径方向における内側の内面とがそれぞれ円弧状に形成され、かつ前記外面の円弧の中心位置よりも前記内面の円弧の中心が前記径方向外側に位置するように形成されており、
前記ティースの前記永久磁石と対向する面には、溝幅の異なる2つの溝が、前記ティースの傾斜方向に沿って、かつ前記回転軸線方向全体に渡って形成されており、
前記ティースの前記周方向における端面と前記回転軸線との間の角度を第1スキュー角θ4とし、前記永久磁石の前記境界線と前記回転軸線との間の角度を第2スキュー角θ5とし、
前記永久磁石の極弧角をθ6とし、前記永久磁石の前記内面の円弧の中心と前記外面の円弧の中心との距離である偏心量をδ1としたとき、
前記第1スキュー角θ4、前記第2スキュー角θ5、前記極弧角θ6、前記偏心量δ1は、それぞれ
0°<θ4≦20°
3°≦θ5≦15°
70°≦θ6<80°
0mm<δ1<3mm
を満たすように設定されている
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電動モータ。 - 前記第2スキュー角θ5は、
8°≦θ5≦10°
を満たすように設定されている
ことを特徴とする請求項6に記載の電動モータ。 - 6つの前記ティースと、
磁極数が4極の前記永久磁石と、
を備え、
前記永久磁石は、前記回転軸線に直交する径方向における外側の外面と前記径方向における内側の内面とがそれぞれ円弧状に形成され、かつ前記外面の円弧の中心位置よりも前記内面の円弧の中心が前記径方向外側に位置するように形成されており、
前記ティースの前記周方向における端面と前記回転軸線との間の角度を第1スキュー角θ7とし、前記永久磁石の前記境界線と前記回転軸線との間の角度を第2スキュー角θ8とし、
前記永久磁石の極弧角をθ9とし、前記永久磁石の前記内面の円弧の中心と前記外面の円弧の中心との距離である偏心量をδ2としたとき、
前記第1スキュー角θ7、前記第2スキュー角θ8、前記極弧角θ9、前記偏心量δ2は、それぞれ
0°<θ7≦20°
4°≦θ8≦18°
80°≦θ9<90°
3mm≦δ2≦4mm
を満たすように設定されている
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電動モータ。 - 前記第2スキュー角θ8は、
8°≦θ8≦17°
を満たすように設定されている
ことを特徴とする請求項8に記載の電動モータ。
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2018
- 2018-07-30 JP JP2018142449A patent/JP2020022224A/ja active Pending
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