JP4018469B2

JP4018469B2 - Armature in rotating electrical machines

Info

Publication number: JP4018469B2
Application number: JP2002207142A
Authority: JP
Inventors: 健依田; 竜一高草木
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-07-16
Also published as: JP2004056851A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に等搭載される回転電機におけるアーマチュアの技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種回転電機としては、内周面に少なくとも一対の永久磁石を設けて極性を付与したヨークに、シャフトと、該シャフトに外嵌固定され、外周面に軸線方向に長いスロットが周回り方向複数形成されたアーマチュアコアと、前記コアのスロット間にそれぞれ巻装され、シャフトの周回りに固着された複数の整流子片の何れかに導通（接続）する複数のコイルとを備えたアーマチュアを回動自在に支持せしめ、前記整流子片にブラシを介して給電することで、コイルが励磁してアーマチュアを回転させるように構成したものがある。
ところで、このような回転電機を高トルク化するような場合、多極化することで対応できるが、このように多極化した場合では、ブラシとコンミテータとの位置関係のバラツキや工作誤差等の原因により、同電位となって磁気がバランスされるべきコイル同志において不均衡を生じてしまうことがあり、このようになると、回転電機の駆動時に、回転力に振れ回り方向の力である加振力が発生し、振動や騒音が生じてしまうという不具合がある。そこで、従来では、同位相の位置関係となるコイル同志を均圧部材を用意して接続し、これによって、同電位となるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、回転電機をパワーステアリング装置の構成部材として用いる場合では、特に高出力、かつ、小型化が要求され、これに対処するべく、ヨークに固着される永久磁石を二対、整流子片を２１個とした四極２１スロット型の回転電機が用いられることがある。この場合、前述したように多極化による磁気バランスの不均一性が問題になるが、さらにこのものでは、２１スロット型であって、整流子片が２１個、コイルが周回り方向に２１個形成されることから、幾何学的にもアンバランスであり、均圧部材を用いて磁気バランスを調整することができない。さらにこのように２１スロット型のものでは、アーマチュアの回転位置に基づいてブラシが接触する整流子片の数が変化することにより、図１３、１４に示すように、同極となる整流子片間に接続されて短絡するコイル１１が、それぞれの磁極（図中（Ａ）、（Ｂ）領域で示す）に対して偏った状態で生じている。尚、図１３はアーマチュア１２の平面図に基づいて、アーマチュア１２の回転状態の変化が示されており、一つの磁極（永久磁石、（Ａ）、（Ｂ）領域）に対して電流が導通されるコイル１１の数（有効導体数であって、短絡しないコイル１１の数）が表示されている。因みに、図１３では、１スロット分の角度を八分割し、各分割角度における状態がそれぞれ（１）段階〜（８）段階として説明されている。また、図１４の（１）段階〜（４）段階は、図１３の（１）段階〜（４）段階に相当する状態をアーマチュアコア１２の展開図に基づいて示しており、短絡するコイルを記載することで各（Ａ）、（Ｂ）領域での有効導体数が表示されている。これらの図面によると、それぞれの（Ａ）または（Ｂ）領域に対向するコイル１１の有効導体数は、アーマチュア１２の回転角度によって変化し、周回り方向に均一になる状態と一半部に偏る状態とが生じていることがわかる。この偏りのため、アーマチュア１２の磁気バランスはアーマチュア１２の回転に伴い崩れ、これが回転電機の振動、騒音の原因となっている。しかも、この偏りは、一つのスロット１２ａが１スロット分だけ回転移動することに伴いそれぞれ四回づつ繰り返し生じているため、アーマチュア１２が一回転するあいだには、前記繰り返し生じるアンバランス状態が、さらに２１回繰り返されることになって振動、騒音の原因となるという問題があり、ここ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、請求項１の発明は、２以上の偶数で定義されるｎ個の磁極が形成され、径方向に対向する位置に同極の磁極が設けられたヨーク内で回転するアーマチュアを、周回り方向に（ａｎ＋１）個（ａは１以上の自然数）のティースが形成されたコアの外周に、任意の整流子片に導通するコイルを任意のティースに複数巻装して構成するにあたり、コイルは二層巻されるものとし、任意の整流子片に導通される一層巻目と二層巻目との各コイルは、それぞれがΩ状巻方式で径方向に対向する位置において同一方向に巻装され、二層巻目のコイルは、一層巻目のコイルに対して径方向に対向した位置から巻装して各磁極に対向する有効導体数が偏らないように構成した回転電機におけるアーマチュアである。
そして、このようにすることにより、磁極に対する有効導体数がバランス化され、均一化された磁気バランスとなって、回転電機駆動時における振動、騒音を低減することができる。
請求項２の発明は、請求項１において、一層巻目と二層巻目との各コイルは、複数のティースを跨ぐ状態で巻装されるものとし、一層巻目のティース跨ぎ数と、二層巻目のティース跨ぎ数とは同数に設定されている回転電機におけるアーマチュアである。
請求項３の発明は、請求項１または２において、回転電機を、ｎは４、ａは５に設定されたものとし、一層巻目と二層巻目とのティース跨ぎ数は５ティースに設定されている回転電機におけるアーマチュアである。
請求項４の発明は、請求項１または２において、一層巻目のティース跨ぎ数と、二層巻目のティース跨ぎ数とは異なる数に設定されている回転電機におけるアーマチュアである。
請求項５の発明は、請求項１または４において、回転電機を、ｎは４、ａは５に設定されたものとし、一層巻目のティース跨ぎ数は５ティースであり、二層巻目のティース跨ぎ数は６ティースに設定されている回転電機におけるアーマチュアである。
請求項６の発明は、２以上の偶数で定義されるｎ個の磁極が形成され、径方向に対向する位置に同極の磁極が設けられたヨーク内で回転するアーマチュアを、周回り方向に（ａｎ＋１）個（ａは１以上の自然数）のティースが形成されたコアの外周に、任意の整流子片に導通するコイルを任意のティースに複数巻装して構成するにあたり、コイルは二層巻されるものとし、任意の整流子片に導通される一層巻目と二層巻目との各コイルは、それぞれがΩ状巻方式で径方向に対向する位置において巻装方向が反対となる関係で巻装され、かつ、二層巻目のコイルは、一層巻目のコイルが対向する磁極とは異なる磁極に対向する位置から巻装して各磁極に対向する有効導体数が偏らないように構成されている回転電機におけるアーマチュアである。
そして、このようにすることにより、電磁力を小さくすることができて磁気バランスが均一化され、回転電機駆動時における振動、騒音を低減することができる。
請求項７の発明は、請求項６において、ｎは４、ａは５に設定されている回転電機におけるアーマチュアである。
請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、６または７において、回転電機はパワーステアリングの電動モータである回転電機におけるアーマチュアである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第一の実施の形態を図１〜図７の図面に基づいて説明する。
図面において、１はパワーステアリング装置の電動モータであって、該電動モータ１を構成する有底筒状に形成されたモータハウジング２の内周面には周回り方向に位置して互いに径方向に対向するものが同極となった二対の永久磁石３が固定され、これによって、電動モータ１は四つの磁極（ｎ＝４）が形成される四極型のものに構成されている。４はアーマチュアであって、該アーマチュア４を構成するシャフト（アーマチュア軸）５には、複数枚の薄板状のコア材６ａを積層して構成されるコア６が一体的に外嵌され、さらに、該コア６の一側部に位置してコンミテータ（整流子）７が一体的に外嵌されている。そして、アーマチュア４は、シャフト５の両端部がモータハウジング２およびモータハウジング２の開口端を覆蓋するカバー体２ａに軸受２ｂ、２ｃを介して軸承されることで、モータハウジング２内に回動自在に内装される設定となっている。また、カバー体２ａには、周回り方向四箇所に位置してブラシホルダ８が設けられており、これら各ブラシホルダ８に、それぞれ四個のブラシ８ａが出没自在に内装され、各ブラシ８ａの突出先端部（内径側先端部）がコンミテータ７に弾圧状に当接することにより、外部からの電源がブラシ８ａを介してコンミテータ７に供給されるように構成されており、これらの基本構成は従来通りとなっている。
【０００６】
前記コア６を構成するコア材６ａの外径には、Ｔ字形のティース６ｂが周回り方向に２１個、即ち、ティース６ｂの数を、磁極数（ｎ＝４）に対して（ａｎ＋１）個と設定したとき、ａ＝５で設定される数のティース６ｂが形成されたものになっている。そして、これら板材６ａの複数枚をシャフト５に回り止め状に外嵌することで、コア６の外周面には、隣接するティース６ｂ同志とのあいだに凹設された蟻溝状のスロット６ｃが、軸方向に長く、かつ周回り方向に２１個形成されており、これによって、２１スロット（２１ティース）型のアーマチュアが構成されている。
一方、前記コンミテータ７は、絶縁材で筒状に形成された絶縁体７ａの外周面に、導電材で形成された軸方向に長板状の整流子片７ｂの２１枚が、互いに絶縁される状態で周回り方向に並列状に固着されたものに形成されている。さらに、各整流子片７ｂのコア６側の端部には、整流子片７ｂの周回り方向幅よりも幅狭に寸法設定され、外径側に折返し状に折曲されたライザ７ｃが一体形成されている。
そして、前記アーマチュア４は、エナメル被覆の巻線９を前記コア６の所定のスロット６ｃ間に複数回巻装することにより、外周にコイル１０が複数形成されているが、これら各コイル１０の巻き始め端部と巻き終り端部となる巻線９は、それぞれ対応する整流子片７ｂのライザ７ｃに懸け回され、該各ライザ７ｃに懸回された巻線９を整流子片７ｂにフュージングすることで、整流子片７ｂとコイル１０とが電気的に接続されるように設定されている。
【０００７】
このように構成されるアーマチュア４において、本実施の形態では、任意の整流子片７ｂに接続されるコイル１０は二層巻で巻装され、アーマチュア４の周回り方向二箇所のスロット６ｃ間に巻装されるように設定されている。この場合に、各層のコイル１０は、巻線９を従来の一層巻のときの半分の回数（本実施の形態では六回）がスロット６ｃ間に巻装されており、これによって、スロット６ｃ内に巻装される巻線９数が従来の一層巻のものと同数になるようにしている。
さらに、任意の整流子片７ｂに接続される一層巻目のコイル１０と二層巻目のコイル１０とは、それぞれあいだに４スロットの間隙を存して（ティース跨ぎ数が５に設定される状態で）Ω状巻方式で同一方向に巻装されており、そして、これら一層巻目と二層巻目のコイル１０とは、互いに略径方向に対向する位置関係で巻装されている。これによって、各層におけるコイル１０は一周目において、径方向に対向して同電位となるコイル１０が形成されるが、一層巻目の一周目において径方向に対向して巻装されるコイル１０と、二層巻目の一周目おいて径方向に対向して巻装される一対のコイル１０とは、各一対のうち、何れか一方同志が１スロット分（１ティース分）だけ位置ズレするようにして巻装されて、アーマチュア４の回転位置に基づいてブラシ８ａと整流子片７ｂとの接触数が変化したとして、各磁極に対向する有効導体数が偏らないようにして磁気バランスが崩れないように設定されている。
【０００８】
つぎに、前述したようなコイル１０の巻装状態について図３、４、５に基づいて説明する。
図３、４は、それぞれライザ７ｃとティース６ｂとを展開した図面となっており、隣接するティース６ｂとのあいだの空隙がスロット６ｃに相当している。そして、各図面において、２１個のライザ７ｃ、ティース６ｂ、スロット６ｃ、巻装されたコイル１０とにそれぞれ１〜２１の符号を附し、これらの符号に基づいて巻装状態を説明する。
【０００９】
本実施の形態のアーマチュア４に巻装される一層巻目と二層巻目との各コイル１０は、それぞれ巻線９を、あいだに４個のスロット６ｃを存した状態で（ティース跨ぎ数が５の状態）、即ち４個のスロット６ｃを飛ばしたスロット６ｃ間に巻装され、アーマチュア４の外周の略１／４周分のスペースを存するようにして形成されている。
まず、一層目のコイル１０の巻装パターンの一例を図３に示すが、一層巻目において巻線９を１番ライザから巻き始めた場合、１番ライザに懸け回された巻線９を、１９−２０番ティースのあいだのスロット６ｃと１４−１５番ティースのあいだのスロット６ｃ間において六回巻装した後、巻線９を１２番ライザに回し懸けることにより（Ｉ−１）番コイルが形成されている。続いて、１２番ライザに回し懸けられた巻線９を、９−１０番ティースのあいだのスロット６ｃと４−５番ティースのあいだのスロット６ｃ間において六回巻装した後、巻線９を２番ライザに回し懸けることによって（Ｉ−１２）番コイルが形成されている。このとき、巻線９がアーマチュア４の外周を一周することにより形成される（Ｉ−１）番コイルと（Ｉ−１２）番コイルとは略径方向に対向して同電位となるが、これら（Ｉ−１）番コイルと（Ｉ−１２）番コイル同志のあいだに形成される周回り方向一方の間隙は４スロット（５ティース）分であり、他方の間隙は５スロット（６ティース）分となっている。
【００１０】
さらに、前記２番ライザに回し懸けられた巻線９は、２０−２１番ティースのあいだのスロット６ｃと１５−１６番ティースのあいだのスロット６ｃ間において六回巻装され、その後、巻線９を１３番ライザに回し懸けることにより（Ｉ−２）番コイルが形成され、このように、順次巻線９を巻装することにより、（Ｉ−１３）、（Ｉ−３）、（Ｉ−１４）、（Ｉ−４）、（Ｉ−１５）、（Ｉ−５）、（Ｉ−１６）、（Ｉ−６）、（Ｉ−１７）、（Ｉ−７）、（Ｉ−１８）、（Ｉ−８）、（Ｉ−１９）、（Ｉ−９）、（Ｉ−２０）、（Ｉ−１０）、（Ｉ−１１）、（Ｉ−２１）番コイルが順次形成される。
【００１１】
つぎに、図４に二層巻目の巻装パターンを示すが、この二層巻目についてもΩ状巻方式で、かつ、あいだに４スロットを存した状態で巻装されている。そして、巻線９を１番ライザから巻き始める場合、巻線９は、前記一層巻目の（Ｉ−１）番コイルと略径方向に対向する位置関係となるよう、９−１０番ティースのあいだのスロット６ｃと４−５番ティースのあいだのスロット６ｃ間において六回巻装した後１２番ライザに回し懸けられ、これによって（ＩＩ−１）番コイルが形成されている。続いて、１２番ライザに回し懸けられた巻線９を、（Ｉ−１２）番コイルに略径方向に対向するべく、２０−２１番ティースのあいだのスロット６ｃと１５−１６番ティースのあいだのスロット６ｃ間において六回巻装した後、巻線９を２番ライザに回し懸けることによって（ＩＩ−１２）番コイルが形成されている。このとき、巻線９がアーマチュア４の外周を一周することにより形成される（ＩＩ−１）番コイルと（ＩＩ−１２）番コイルとは、前述したように、スロットが２１個であるが故に径方向に略対向している状態ではあるが、（ＩＩ−１）番コイルと（ＩＩ−１２）番コイル同志のあいだに形成される周回り方向一方の間隙は４スロット（５ティース）分であり、他方の間隙は５スロット（６ティース）分となっている。
【００１２】
さらに、二層巻目においては、前記２番ライザに回し懸けられた巻線９を、（Ｉ−２）番コイルと略径方向に対向するように、１０−１１番ティースのあいだのスロット６ｃと５−６番ティースのあいだのスロット６ｃ間において六回巻装した後、巻線９を１３番ライザに回し懸けることにより（ＩＩ−２）番コイルが形成されている。このように、順次巻線９を巻装することにより、（ＩＩ−１３）、（ＩＩ−３）、（ＩＩ−１４）、（ＩＩ−４）、（ＩＩ−１５）、（ＩＩ−５）、（ＩＩ−１６）、（ＩＩ−６）、（ＩＩ−１７）、（ＩＩ−７）、（ＩＩ−１８）、（ＩＩ−８）、（ＩＩ−１９）、（ＩＩ−９）、（ＩＩ−２０）、（ＩＩ−１０）、（ＩＩ−２１）、（ＩＩ−１１）番コイルが順次形成されるように設定されている。
【００１３】
そして、このように巻装することにより、図５に示すように、同一整流子片７ｂに接続されるコイル１０、例えば（Ｉ−１）番コイルと（ＩＩ−１）番コイルとは、径方向に対向して形成されている。しかも、このように巻装することにより、一層巻目の一周目において巻装される（Ｉ−１）番コイルと（Ｉ−１２）番コイルとのあいだの周回り方向の間隙と、二層巻目の一周目において巻装される（ＩＩ−１２）番コイルと（ＩＩ−１）番コイルとのあいだの周回り方向の間隙は、それぞれ１スロット（１ティース）分が不均一となっているが、該不均一となる１スロット（１ティース）分の間隙が、一層巻目と二層巻目とで互いに径方向に対向する状態で配されている。この結果、アーマチュア４の回転が任意の角度となって、有効導体数に偏りが生じる場合に、図６に示すように、アーマチュア４が回転し、一層巻目においては右斜め上半部の一対の磁極（（Ａ）領域と（Ｂ）領域）に対する有効導体数がそれぞれ７になったときに、二層巻目においては左斜め下半部の一対の磁極（（Ａ）領域と（Ｂ）領域）に対する有効導体数がそれぞれ７となり、これによって、一層巻目と二層巻目との両者のコイル１０については、全体として各磁極（各一対の（Ａ）領域と（ｂ）領域）に対する有効導体数がそれぞれ１５となり、もって全体としての磁気バランスが均一化されるように設定されている。
【００１４】
叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、電動モータ１のコア６に巻装されるコイル１０は、任意の整流子片７ｂに接続される一層巻目と二層巻目のものが略径方向に対向、即ち、周回り方向に略１８０度の角度を存した位置関係となり、しかも、何れの層においてもあいだに４スロット６ｃの間隙を存した状態で巻装されている。このため、各層の一周目に巻装される略径方向に対向する各一対のコイル１０の一方が１スロット（１ティース）分だけ位置ズレし、全体としてのバランスが取れるように巻装されることになり、この結果、電動モータ１は、各磁極に対する有効導体数に偏りがなくなって、径方向に対向するコイル１６同志の磁気がバランス化されることに伴い均一化され、これによって、アーマチュア４の回転に伴う磁気バランスが確保されることになり、振動の少ない低騒音でかつ円滑な作動をする電動モータ１とすることができる。
【００１５】
因みに、図７（Ａ）は、従来の方式で巻装されたコイルを備えたアーマチュアを用いた電動モータと、本実施の形態の方式で巻装されたコイル１０を備えたアーマチュア４を用いた電動モータとにおいて、それぞれ毎分１５００回転させた状態において、アーマチュア４に作用する電磁力の測定値から得られた電磁力リサージュ図である。このグラフ図からも明らかなように、従来例に対し、本第一の実施の形態のものでは、回転に伴う電磁力変化が小さくなっており、低振動、低騒音となることが実証される。
また、図７（Ｂ）、（Ｃ）に、それぞれ従来例と第一の実施の形態のものについて、それぞれ毎分１５００回転させた状態でのトルク波形と電流波形を測定した結果のグラフ図を示す。これらによると、第一の実施の形態のものは、従来例よりも高トルクとなっており、しかも従来のものと同様に一定のトルクを有しているとともに、トルクリップルについても従来のものと略同程度となっていることがわかる。
【００１６】
しかもこのものでは、２１スロット型であるが故に、整流子片に別途用意される均圧部材を接続して磁気バランスの均一化を確保できないものであるが、本実施の形態のものでは、別途部材を用いることなく磁気バランスの均一化を果すことができ、部品点数を増やすことがなくなって構造の簡略化を計ることができ、信頼性の高い製品を低コストで供給できる。
【００１７】
尚、本発明は前記実施の形態に限定されることは勿論なく、図８、９に示す第二の実施の形態のように構成することもできる。
このものは、一層巻目については、前記第一の実施の形態と同様の手順で巻装され、それぞれあいだに４スロット（５ティース）を存してコイル１０が形成されている。これに対して、一層巻目と同様にΩ状巻方式で同一方向に巻装される二層巻目のコイル１０は、そのコイル中心が、任意の整流子片７ｂに接続される一層巻目で形成されるコイル１０のコイル中心、即ち、中央に位置するティース６ｂ部位に対して略１８０度を存して対向するよう、あいだに５スロット（６ティース）の間隙を存する状態で巻装されている。尚、図８に、第二の実施の形態の二層巻目の巻装状態について示す。このように巻装したものにおいて、図９に示すように、同一整流子片７ｂに接続されるコイル１０、例えば（Ｉ−１）番コイルと（ＩＩ−１）番コイルとは、径方向に対向して形成されている。そして、このように巻装することにより、一層巻目の一周目において径方向に対向して形成される一対のコイルの周回り方向の間隙は、前述したように５スロット（６ティース）と４スロット（５ティース）であり、二層巻目で一周目において径方向に対向して形成される一対のコイル１０は、それぞれ一層巻目で５スロット（６ティース）の間隙を存する側のあいだの間隙が３スロット（４ティース）、反対側が４スロット（５ティース）となるように巻装されており、これによって、これら一、二層巻目の全コイル１０が径方向に対向するように設定されている。この結果、アーマチュア４の磁気バランスが均一化されて、従来品に比べて回転に伴う電磁力変化を小さくすることができ、低振動、低騒音の優れた電動モータを提供することができる。
【００１８】
つぎに、図１０、１１、１２の第三の実施の形態について説明する。
このものは、一層巻目については、前記第一の実施の形態と同様の手順で巻装され、各コイル１０は、あいだに４スロット（５ティース）の間隙を存して形成されている。これに対して、二層巻目のコイル１０は、あいだに４スロット（５ティース）の間隙を存して形成されるとともに、任意の整流子片７ｂに接続される一層巻目で形成されるコイル１０に対し、９０度の角度を存したスロット６ｃ部位に位置し、しかも、前記一層巻目とは逆巻となる巻装方向となる状態で巻装される設定となっている。
つまり、二層巻目のコイル１０はΩ状巻方式で、かつ、あいだに４スロット（５ティース）を存した状態で巻装されている。そして、図１０に示すように、１番ライザから巻線９を巻き始めた場合、巻線９は、前記一層巻目の（Ｉ−１）番コイルと略９０度の角度間隙を存した位置関係、即ち、一層巻目のコイル１０が対向する磁極とは異なる磁極に対向するよう、１９−２０番ティースのあいだのスロット６ｃと３−４番ティースのあいだのスロット６ｃ間において六回巻装した後１２番ライザに回し懸けられ、これによって（ＩＩ−１）番コイルが形成されている。ここで、（ＩＩ−１）番コイルは、の巻装方向は、１９−２０番ティースのあいだのスロット６ｃから３−４番ティースのあいだのスロットに至る状態で巻装されることから、一層巻目の巻装方向とは逆方向になっている。
【００１９】
続いて、１２番ライザに回し懸けられた巻線９を、（Ｉ−１２）番コイルと略９０度の角度間隔を存した位置関係となるよう、９−１０番ティースのあいだのスロット６ｃと１４−１５番ティースのあいだのスロット６ｃ間において六回巻装した後、巻線９を２番ライザに回し懸けることによって（ＩＩ−１２）番コイルが形成されている。
さらに、前記２番ライザに回し懸けられた巻線９は、（Ｉ−２）番コイルと略９０度の角度間隔を存した位置関係となるよう、２０−２１番ティースのあいだのスロット６ｃと４−５番ティースのあいだのスロット６ｃ間において六回巻装した後、巻線９を１３番ライザに回し懸けることにより（ＩＩ−２）番コイルが形成されている。このように、順次巻線９を巻装することにより、（ＩＩ−１３）、（ＩＩ−３）、（ＩＩ−１４）、（ＩＩ−４）、（ＩＩ−１５）、（ＩＩ−５）、（ＩＩ−１６）、（ＩＩ−６）、（ＩＩ−１７）、（ＩＩ−７）、（ＩＩ−１８）、（ＩＩ−８）、（ＩＩ−１９）、（ＩＩ−９）、（ＩＩ−２０）、（ＩＩ−１０）、（ＩＩ−２１）、（ＩＩ−１１）番コイルが、前記一層巻目とは巻装方向が逆になる関係で順次形成されるように設定されている。
【００２０】
このように巻装したものにおいて、図１０に示すように、一層巻目の一周目に形成される一対のコイル１０と、二層巻目の一周目に形成される一対のコイル１０とは、それぞれ周回り方向に隣接状に巻装されて、それぞれが別々の磁極に対向するようになっている。この結果、従来の一層巻で構成したものにおいて、有効導体数の偏りにより生じる電磁力を「２」としたとき、同一整流子片７ｂに接続されるコイル１０、例えば（Ｉ−１）番コイルと（ＩＩ−１）番コイルとは、従来のものの半分の巻装回数になっていることと、これらが９０度の角度間隔を存してそれぞれ隣接する異極となる関係の磁極に対向していることから、本実施の形態の電磁力は従来比で「２^１／２／２」として示すことができ、この結果、第一の実施の形態と略同様に、従来品に比べて回転に伴う電磁力変化を小さくすることができ、低振動、低騒音の優れた電動モータを提供することができる。
尚、図１２は、従来の方式で巻装されたコイルを備えたアーマチュアを用いた電動モータと、第三の実施の形態の方式で巻装されたコイル１０を備えたアーマチュア４を用いた電動モータとにおいて、それぞれ毎分１５００回転させた状態において、アーマチュアに作用する電磁力の測定値から得られた電磁力リサージュ図である。このグラフ図からも明らかなように、従来例に対し、本実施の形態のものでは、回転に伴う電磁力変化が小さくなっており、低振動、低騒音となることが実証される。
【００２１】
さらに、本発明は、前記実施の形態のように、４極２１スロット型以外のアーマチュアにも適用することができ、要は、各磁極に対向する有効導体数が偏らないように、一層巻目と二層巻目とのコイルにより磁気バランスさせるように構成すればよく、これによって、低振動、低騒音を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ電動モータの一部断面側面図、コアの正面図である。
【図２】図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれコンミテータの側面図、背面図、断面図である。
【図３】一層巻目における巻線の巻装状態を説明する展開図である。
【図４】二層巻目における巻線の巻装状態を説明する展開図である。
【図５】一層巻目と二層巻目におけるコイルの位置関係を説明するコアの正面図である。
【図６】アーマチュアにおける有効導体数を説明するパターン図である。
【図７】図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれアーマチュアの電磁力を説明する電磁力リサージュ図、トルクを説明するグラフ図、トルクリップルを説明するグラフ図である。
【図８】第二の実施の形態の二層巻目における巻線の巻装状態を説明する展開図である。
【図９】第二の実施の形態の一層巻目と二層巻目におけるコイルの位置関係を説明するコアの正面図である。
【図１０】第三の実施の形態の二層巻目における巻線の巻装状態を説明する展開図である。
【図１１】第三の実施の形態の一層巻目と二層巻目におけるコイルの位置関係を説明するコアの正面図である。
【図１２】第三の実施の形態におけるアーマチュアの電磁力を説明する電磁力リサージュ図である。
【図１３】従来例におけるアーマチュアの回転状態に伴う有効導体数の変化を説明するパターン図である。
【図１４】従来例におけるアーマチュアの回転状態に伴う有効導体数の変化を説明する展開図である。
【符号の説明】
１電動モータ
２モータハウジング
３永久磁石
４アーマチュア
５シャフト
６コア
６ｂティース
６ｃスロット
７コンミテータ
７ｂ整流子片
７ｃライザ
８ａブラシ
９巻線
１０コイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of armatures in rotating electrical machines mounted on vehicles and the like.
[0002]
[Prior art]
Generally, in this type of rotating electrical machine, a shaft and a shaft that is provided with a polarity by providing at least a pair of permanent magnets on the inner peripheral surface, and a slot that is externally fixed to the shaft and that has a long slot in the axial direction around the outer peripheral surface. Armature core comprising a plurality of armature cores and a plurality of coils that are respectively wound between slots of the core and are electrically connected (connected) to any of a plurality of commutator pieces fixed around the circumference of the shaft Is configured such that the coil is excited to rotate the armature by supplying power to the commutator piece via a brush.
By the way, when increasing the torque of such a rotating electric machine, it is possible to cope with it by increasing the number of poles. This may cause imbalance between the coils where the magnetic potential should be balanced as a potential, and in this case, when the rotating electrical machine is driven, an excitation force that is a force in the swinging direction is generated in the rotational force. There is a problem that vibration and noise occur. Thus, conventionally, coils that have the same phase positional relationship are prepared by connecting pressure equalizing members, and thereby the same potential is obtained.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when a rotating electrical machine is used as a component of a power steering device, particularly high output and miniaturization are required. To cope with this, two pairs of permanent magnets fixed to a yoke and 21 commutator pieces are used. A four pole 21 slot type rotating electrical machine may be used. In this case, the non-uniformity of the magnetic balance due to multipolarization becomes a problem as described above. However, in this case, the 21-slot type has 21 commutator pieces and 21 coils in the circumferential direction. Therefore, it is geometrically unbalanced, and the magnetic balance cannot be adjusted using the pressure equalizing member. Further, in the case of the 21-slot type as described above, the number of commutator pieces with which the brush contacts changes based on the rotational position of the armature, so that, as shown in FIGS. The coils 11 that are connected to each other and are short-circuited are generated in a state of being biased with respect to the respective magnetic poles (indicated by regions (A) and (B) in the figure). FIG. 13 shows a change in the rotation state of the armature 12 based on a plan view of the armature 12, and current is conducted to one magnetic pole (permanent magnet, (A), (B) region). The number of coils 11 (the number of effective conductors and the number of coils 11 that are not short-circuited) is displayed. Incidentally, in FIG. 13, the angle for one slot is divided into eight, and the state at each division angle is described as (1) stage to (8) stage, respectively. Further, steps (1) to (4) in FIG. 14 show states corresponding to steps (1) to (4) in FIG. 13 based on the development of the armature core 12, and the coil to be short-circuited is shown. The number of effective conductors in each of the (A) and (B) regions is displayed. According to these drawings, the number of effective conductors of the coil 11 facing each of the regions (A) or (B) varies depending on the rotation angle of the armature 12, and is uniform in the circumferential direction and biased to one half. It can be seen that. Due to this bias, the magnetic balance of the armature 12 collapses as the armature 12 rotates, which causes vibration and noise of the rotating electrical machine. In addition, this bias is repeatedly generated four times as each slot 12a is rotated by one slot, so that the unbalanced state that is repeatedly generated during one rotation of the armature 12 is further increased. There is a problem that it is repeated 21 times and causes vibration and noise, and there is a problem to be solved by the present invention.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in order to solve these problems in view of the above circumstances, and the invention of claim 1 is formed of n magnetic poles defined by an even number of 2 or more. Is , Poles of the same polarity were provided at positions opposed in the radial direction A plurality of coils connected to an arbitrary commutator piece are arranged on the outer periphery of a core in which (an + 1) teeth (a is a natural number of 1 or more) are formed in the circumferential direction in the armature rotating in the yoke. In the winding configuration, the coil is wound in two layers, and each coil of the first layer winding and the second layer winding conducted to an arbitrary commutator piece has an Ω-shaped winding system. Is wound in the same direction at a position opposed to the radial direction, The second layer coil is radially opposed to the first layer coil. The number of effective conductors facing each magnetic pole is not biased by winding from the position It is an armature in a rotating electrical machine.
By doing so, the number of effective conductors with respect to the magnetic poles is balanced, and the magnetic balance is made uniform, so that vibration and noise during driving of the rotating electrical machine can be reduced.
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the coils of the first layer winding and the second layer winding are wound so as to straddle a plurality of teeth, The number of straddle teeth straddling teeth is an armature in a rotating electrical machine set to the same number.
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the rotating electrical machine is set such that n is set to 4 and a is set to 5, and the number of teeth straddling between the first layer winding and the second layer winding is set to 5 teeth. It is an armature in a rotating electrical machine.
The invention of claim 4 is the armature in the rotating electrical machine according to claim 1 or 2, wherein the number of teeth straddling the first layer is different from the number of teeth straddling the second layer.
The invention of claim 5 is the rotating electrical machine according to claim 1 or 4, wherein n is set to 4 and a is set to 5, the number of teeth straddling the first layer is 5 teeth, The number of teeth straddling is an armature in a rotating electric machine set to 6 teeth.
In the invention of claim 6, n magnetic poles defined by an even number of 2 or more are formed. , Poles of the same polarity were provided at positions opposed in the radial direction A plurality of coils connected to an arbitrary commutator piece are arranged on the outer periphery of a core in which (an + 1) teeth (a is a natural number of 1 or more) are formed in the circumferential direction in the armature rotating in the yoke. In the winding configuration, the coil is wound in two layers, and each coil of the first layer winding and the second layer winding conducted to an arbitrary commutator piece is an Ω-shaped winding method. The winding of the second layer winding is wound from the position opposite to the magnetic pole different from the magnetic pole opposed to the coil of the first winding. The number of effective conductors facing each magnetic pole is not biased It is an armature in a rotating electrical machine.
And by doing in this way, electromagnetic force can be made small, a magnetic balance is equalized, and the vibration and noise at the time of a rotary electric machine drive can be reduced.
The invention of claim 7 is an armature in a rotating electrical machine according to claim 6, wherein n is set to 4 and a is set to 5.
The invention according to claim 8 is the armature in the rotating electrical machine according to claim 1, 2, 3, 4, 6 or 7, wherein the rotating electrical machine is an electric motor for power steering.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a first embodiment of the present invention will be described based on the drawings of FIGS.
In the drawings, reference numeral 1 denotes an electric motor of a power steering device, and a circumferential direction is formed on an inner peripheral surface of a motor housing 2 formed in a bottomed cylindrical shape constituting the electric motor 1. The ones that are located in the opposite direction in the radial direction have the same polarity Two pairs of permanent magnets 3 are fixed, whereby the electric motor 1 is configured as a quadrupole type in which four magnetic poles (n = 4) are formed. 4 is an armature, and a core 6 formed by laminating a plurality of thin plate-like core members 6a is integrally fitted on a shaft (armature shaft) 5 constituting the armature 4, A commutator (commutator) 7 is integrally fitted on one side of the core 6. The armature 4 is pivotable into the motor housing 2 by bearing both ends of the shaft 5 on the motor housing 2 and a cover body 2a covering the opening end of the motor housing 2 via bearings 2b and 2c. It is set to be interior. Further, the cover body 2a is provided with brush holders 8 positioned at four places in the circumferential direction, and four brushes 8a are respectively provided in the brush holders 8 so as to be able to protrude and retract. The protruding tip (inner diameter side tip) abuts against the commutator 7 in an elastic manner, so that power from the outside is supplied to the commutator 7 via the brush 8a. It is street.
[0006]
The outer diameter of the core material 6a constituting the core 6 includes 21 T-shaped teeth 6b in the circumferential direction, that is, the number of teeth 6b is (an + 1) with respect to the number of magnetic poles (n = 4). The number of teeth 6b set by a = 5 is formed. A plurality of these plate members 6a are externally fitted to the shaft 5 in a non-rotating manner, so that dovetail-shaped slots 6c that are recessed between adjacent teeth 6b are formed on the outer peripheral surface of the core 6. 21 pieces are formed in the axial direction and in the circumferential direction, thereby constituting a 21 slot (21 teeth) type armature.
On the other hand, the commutator 7 has 21 axially long commutator pieces 7b formed of a conductive material insulated from each other on the outer peripheral surface of an insulator 7a formed in a cylindrical shape by an insulating material. It is formed in a state fixed in parallel in the circumferential direction in the state. Further, a riser 7c that is set to be narrower than the circumferential width of the commutator piece 7b and is folded back on the outer diameter side is integrally formed at the end of each commutator piece 7b on the core 6 side. Is formed.
In the armature 4, a plurality of coils 10 are formed on the outer periphery by winding the enamel-wrapped winding 9 between the predetermined slots 6 c of the core 6 a plurality of times. The windings 9 serving as the start end and the winding end end are hung around the risers 7c of the corresponding commutator pieces 7b, and the windings 9 hung around the risers 7c are fused to the commutator pieces 7b. Thus, the commutator piece 7b and the coil 10 are set to be electrically connected.
[0007]
In the armature 4 configured as described above, in the present embodiment, the coil 10 connected to an arbitrary commutator piece 7b is wound in two layers, and between the slots 6c at two locations in the circumferential direction of the armature 4. It is set to be wound. In this case, the coil 10 of each layer is wound between the slots 6c by half the number of windings 9 in the conventional single-layer winding (six times in the present embodiment). The number of windings 9 to be wound around is the same as that of the conventional one-layer winding.
Furthermore, the first-layer coil 10 and the second-layer coil 10 connected to an arbitrary commutator piece 7b have a 4-slot gap between them (the number of teeth straddling is set to 5). In state) with Ω winding method In the same direction The first and second layer coils 10 are wound in a positional relationship facing each other in a substantially radial direction. As a result, the coils 10 in each layer are formed in the first turn so as to be opposed to each other in the radial direction and have the same potential. The pair of coils 10 wound oppositely in the radial direction in the first turn of the second layer winding is such that one of the pair is displaced by one slot (one tooth). And the number of contacts between the brush 8a and the commutator piece 7b changes based on the rotational position of the armature 4, Make sure that the number of effective conductors facing each magnetic pole is not biased. It is set so that the magnetic balance is not lost.
[0008]
Next, the winding state of the coil 10 as described above will be described with reference to FIGS.
3 and 4 are developed views of the riser 7c and the tooth 6b, respectively, and the gap between the adjacent teeth 6b corresponds to the slot 6c. In each drawing, the 21 risers 7c, the teeth 6b, the slots 6c, and the wound coil 10 are assigned reference numerals 1 to 21, respectively, and the winding state will be described based on these reference numerals.
[0009]
Each of the coils 10 of the first layer winding and the second layer winding wound around the armature 4 of the present embodiment has a winding 9 and four slots 6c between them (the number of teeth straddling is 5 state), that is, is wound between the slots 6c in which the four slots 6c are skipped, and is formed so as to have a space of approximately 1/4 of the outer circumference of the armature 4.
First, an example of the winding pattern of the first layer coil 10 is shown in FIG. 3, but when the winding 9 is started to be wound from the first riser in the first layer winding, the winding 9 wound around the first riser, After winding 6 times between the slot 6c between the 19th-20th teeth and the slot 6c between the 14th-15th teeth, turn the winding 9 around the 12th riser and hang it on the (I-1) coil. Is formed. Subsequently, the winding 9 wound around the No. 12 riser is wound six times between the slot 6c between the teeth 9-10 and the slot 6c between the teeth 4-5, and then the winding 9 is wound. A coil (I-12) is formed by turning it around the second riser. At this time, the (I-1) -th coil and the (I-12) -th coil, which are formed by winding the winding 9 around the outer circumference of the armature 4, are substantially the same in the radial direction. One circumferential direction gap formed between the (I-1) coil and the (I-12) coil is 4 slots (5 teeth), and the other gap is 5 slots (6 teeth). It has become.
[0010]
Further, the winding 9 wound around the second riser is wound six times between the slot 6c between the teeth 20-21 and the slot 6c between the teeth 15-16, and then the winding 9 (I-2) coil is formed by turning it around the riser No. 13, and winding the windings 9 sequentially in this way, (I-13), (I-3), (I- 14), (I-4), (I-15), (I-5), (I-16), (I-6), (I-17), (I-7), (I-18) , (I-8), (I-19), (I-9), (I-20), (I-10), (I-11), and (I-21) coils are sequentially formed.
[0011]
Next, the winding pattern of the second layer winding is shown in FIG. 4. The second layer winding is also wound in the Ω-shaped winding method with 4 slots in between. And when winding 9 is started from No. 1 riser, winding 9 is the position of 9-10 teeth so that it may be in the positional relationship facing the (I-1) number coil of the above-mentioned first layer winding in the almost radial direction. Between the slot 6c between the slot 6c and the slot 6c between the 4th and 5th teeth, after being wound six times, it is wound around the 12th riser, thereby forming the (II-1) coil. Subsequently, between the slot 6c between the teeth 20-21 and the teeth 15-16, the winding 9 wound around the riser 12 is opposed to the coil (I-12) in the substantially radial direction. (II-12) coil is formed by winding the winding 9 around the second riser and hanging it around the slot 6c. At this time, the coil (II-1) and the coil (II-12) formed by winding 9 winding around the outer periphery of the armature 4 have 21 slots as described above. Although it is in a state of being substantially opposed in the radial direction, one circumferential direction gap formed between the (II-1) coil and the (II-12) coil is 4 slots (5 teeth). There is a gap of 5 slots (6 teeth).
[0012]
Further, in the second layer winding, the slot 9c between the 10th and 11th teeth is arranged so that the winding 9 wound around the second riser faces the (I-2) th coil in a substantially radial direction. After winding 6 times between the slots 6c between the teeth No. 5-6 and No. 5-6, the No. 11 coil is formed by winding the winding 9 around the No. 13 riser. Thus, by winding the winding 9 sequentially, (II-13), (II-3), (II-14), (II-4), (II-15), (II-5) , (II-16), (II-6), (II-17), (II-7), (II-18), (II-8), (II-19), (II-9), ( II-20), (II-10), (II-21), and (II-11) coils are sequentially formed.
[0013]
And by winding in this way, as shown in FIG. 5, the coil 10 connected to the same commutator piece 7b, for example, the (I-1) th coil and the (II-1) th coil, It is formed facing the direction. In addition, by winding in this way, the circumferential gap between the (I-1) -th coil and the (I-12) -th coil wound in the first round of the first layer, and the two layers The gap in the circumferential direction between the (II-12) coil and the (II-1) coil wound in the first turn of the winding is uneven for one slot (one tooth). However, the non-uniform gap for one slot (one tooth) is arranged in a state in which the first and second layers are opposed to each other in the radial direction. As a result, when the armature 4 is rotated at an arbitrary angle and the number of effective conductors is biased, the armature 4 rotates as shown in FIG. When the number of effective conductors for the magnetic poles ((A) region and (B) region) is 7 respectively, in the second layer winding, a pair of magnetic poles ((A) region and (B) The number of effective conductors with respect to each region) is 7, and as a result, the coils 10 of both the first layer winding and the second layer winding are totally for each magnetic pole (each pair of (A) region and (b) region). The number of effective conductors is 15 respectively, so that the magnetic balance as a whole is made uniform.
[0014]
In the embodiment of the present invention configured as described above, the coil 10 wound around the core 6 of the electric motor 1 is composed of a first layer winding and a second layer winding connected to an arbitrary commutator piece 7b. They are wound in a state of being opposed to each other substantially in the radial direction, that is, having a substantially 180 degree angle in the circumferential direction, and having a gap of 4 slots 6c between any layers. For this reason, one of the pair of coils 10 facing each other in the substantially radial direction wound in the first turn of each layer is shifted by one slot (one tooth) and wound so that the balance as a whole can be achieved. As a result, the electric motor 1 is made uniform as the number of effective conductors for each magnetic pole is not biased and the magnetism between the coils 16 facing each other in the radial direction is balanced. The magnetic balance accompanying rotation of 4 will be ensured, and it can be set as the electric motor 1 which carries out a smooth operation | movement with the low noise with few vibrations.
[0015]
Incidentally, FIG. 7A uses an electric motor using an armature including a coil wound by a conventional method and an armature 4 including a coil 10 wound by the method of the present embodiment. It is an electromagnetic force Lissajous figure obtained from the measured value of the electromagnetic force which acts on the armature 4 in a state where the electric motor is rotated at 1500 rpm. As is clear from this graph, the electromagnetic force change accompanying rotation is small in the first embodiment compared to the conventional example, and it is proved that low vibration and low noise are achieved. .
FIGS. 7B and 7C are graphs showing the results of measuring the torque waveform and the current waveform in the state where the conventional example and the first embodiment are respectively rotated at 1500 rpm. Show. According to these, the thing of the first embodiment has higher torque than the conventional example, and also has a constant torque like the conventional one, and the torque ripple is also the conventional one. It turns out that it is about the same level.
[0016]
In addition, since this is a 21-slot type, it is impossible to ensure a uniform magnetic balance by connecting a pressure equalizing member separately prepared to the commutator piece. The magnetic balance can be made uniform without using a member, the number of parts is not increased, the structure can be simplified, and a highly reliable product can be supplied at low cost.
[0017]
Of course, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be configured as in the second embodiment shown in FIGS.
This one-layer winding is wound in the same procedure as in the first embodiment, and the coil 10 is formed with 4 slots (5 teeth) between them. On the other hand, as with the first layer winding, In the same direction The coil 10 of the second layer winding to be wound is the coil center of the coil 10 formed by a single-layer winding connected to an arbitrary commutator piece 7b, that is, the tooth 6b portion located in the center. Against Abbreviation It is wound with a gap of 5 slots (6 teeth) between them so as to face each other at 180 degrees. FIG. 8 shows the winding state of the second layer winding of the second embodiment. As shown in FIG. 9, the coil 10 connected to the same commutator piece 7 b, for example, the (I-1) th coil and the (II-1) th coil, are arranged in the radial direction. They are formed to face each other. By winding in this way, the gap in the circumferential direction of the pair of coils formed to face each other in the radial direction in the first turn of the first turn is 5 slots (6 teeth) and 4 as described above. A pair of coils 10 which are slots (5 teeth) and are formed so as to face each other in the radial direction in the first turn in the second layer winding, are between the sides where the gap of 5 slots (6 teeth) exists in the first turn. It is wound so that the gap is 3 slots (4 teeth) and the opposite side is 4 slots (5 teeth), so that all the coils 10 of the first and second layer windings are set to face each other in the radial direction. Has been. As a result, the magnetic balance of the armature 4 is made uniform, the electromagnetic force change accompanying rotation can be reduced as compared with the conventional product, and an excellent electric motor with low vibration and low noise can be provided.
[0018]
Next, a third embodiment of FIGS. 10, 11, and 12 will be described.
This one-layer winding is wound in the same procedure as in the first embodiment, and each coil 10 is formed with a gap of 4 slots (5 teeth) between them. On the other hand, the coil 10 of the second layer winding is formed with a gap of 4 slots (5 teeth) between them, and is formed with a single layer winding connected to an arbitrary commutator piece 7b. The coil 10 is positioned so as to be positioned in a slot 6c portion having an angle of 90 degrees, and is wound in a winding direction that is reverse to the one-layer winding.
That is, the coil 10 of the second layer winding is wound in an Ω-shaped winding system and with 4 slots (5 teeth) between them. Then, as shown in FIG. 10, when the winding 9 is started to be wound from the first riser, the winding 9 is located at an angle gap of about 90 degrees with the (I-1) th coil of the first layer winding. Relationship, that is, the coil 10 of the first turn A magnetic pole different from the opposing magnetic pole So as to be opposite to the slot 6c between the 19th to 20th teeth and the slot 6c between the 3rd and 4th teeth, and then wound around the riser No. 12, thereby (II-1) A coil is formed. Here, the winding direction of the coil (II-1) is wound in the state from the slot 6c between the 19th and 20th teeth to the slot between the 3rd and 4th teeth. The winding direction is opposite to the winding direction.
[0019]
Subsequently, the winding 9 suspended by the 12th riser is placed in the slot 6c between the 9th and 10th teeth so as to have a positional relationship with the (I-12) th coil at an angle interval of about 90 degrees. After winding six times between the slots 6c between the 14th and 15th teeth, the coil 9 is turned around the second riser to form the (II-12) coil.
Further, the winding 9 wound around the second riser has a slot 6c between the teeth 20-21 and the coil (I-2) so as to have a positional relationship with an angular interval of about 90 degrees. After winding 6 times between the slots 6c between the 4th and 5th teeth, the winding 9 is turned around the 13th riser and the (II-2) th coil is formed. In this way, by sequentially winding the winding 9, (II-13), (II-3), (II-14), (II-4), (II-15), (II-5) , (II-16), (II-6), (II-17), (II-7), (II-18), (II-8), (II-19), (II-9), ( No. II-20), (II-10), (II-21), and (II-11) coils are set so that they are sequentially formed so that the winding direction is opposite to that of the first layer winding. Yes.
[0020]
In what is wound in this way, as shown in FIG. 10, the pair of coils 10 formed in the first turn of the first layer and the pair of coils 10 formed in the first turn of the second layer are: Each is wound adjacently in the circumferential direction so that each faces a separate magnetic pole. As a result, when the electromagnetic force generated by the deviation of the number of effective conductors is “2” in the conventional one-layer winding, the coil 10 connected to the same commutator piece 7b, for example, the (I-1) th coil And the coil (II-1) are opposed to the magnetic poles in which the number of windings is half that of the conventional coil, and they are adjacent to each other and have different polarities with an angular interval of 90 degrees. Therefore, the electromagnetic force of the present embodiment is “2” in comparison with the conventional case. ^1/2 / 2 ". As a result, as in the first embodiment, the electromagnetic force change accompanying the rotation can be reduced compared to the conventional product, and the electric motor has excellent vibration and noise. A motor can be provided.
12 shows an electric motor using an armature including a coil wound by a conventional method and an armature 4 including a coil 10 wound by the method of the third embodiment. It is an electromagnetic force Lissajous figure obtained from the measured value of the electromagnetic force which acts on an armature in the state rotated by 1500 per minute, respectively. As is clear from this graph, in the present embodiment, the electromagnetic force change accompanying rotation is small compared to the conventional example, and it is proved that low vibration and low noise are achieved.
[0021]
Furthermore, the present invention can also be applied to armatures other than the 4-pole 21-slot type as in the above-described embodiment. In short, the first layer is formed so that the number of effective conductors facing each magnetic pole is not biased. And a second-layer coil so as to be magnetically balanced, thereby realizing low vibration and low noise.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are a partial cross-sectional side view and a front view of a core of an electric motor, respectively.
FIGS. 2A, 2B, and 2C are a side view, a rear view, and a cross-sectional view of a commutator, respectively.
FIG. 3 is a development view illustrating a winding state of a winding in a first layer winding.
FIG. 4 is a development view illustrating a winding state of a winding in the second layer winding.
FIG. 5 is a front view of a core for explaining a positional relationship of coils in a first layer winding and a second layer winding.
FIG. 6 is a pattern diagram for explaining the number of effective conductors in an armature.
FIGS. 7A, 7B and 7C are an electromagnetic force Lissajous diagram for explaining the electromagnetic force of the armature, a graph for explaining torque, and a graph for explaining torque ripple, respectively.
FIG. 8 is a development view illustrating a winding state of the winding in the second layer winding of the second embodiment.
FIG. 9 is a front view of the core for explaining the positional relationship of the coils in the first layer winding and the second layer winding of the second embodiment.
FIG. 10 is a development view illustrating a winding state of a winding in the second layer winding of the third embodiment.
FIG. 11 is a front view of a core for explaining a positional relationship of coils in a first layer winding and a second layer winding of the third embodiment.
FIG. 12 is an electromagnetic force Lissajous diagram for explaining the electromagnetic force of the armature in the third embodiment.
FIG. 13 is a pattern diagram for explaining a change in the number of effective conductors according to the rotation state of the armature in the conventional example.
FIG. 14 is a development view for explaining a change in the number of effective conductors according to the rotation state of the armature in the conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Electric motor
2 Motor housing
3 Permanent magnet
4 Armature
5 Shaft
6 cores
6b Teeth
6c slot
7 Commutator
7b Commutator piece
7c riser
8a brush
9 Winding
10 coils

Claims

N magnetic poles defined by an even number of 2 or more are formed , and (an + 1) armatures rotating in a circumferential direction are rotated in a yoke in which magnetic poles of the same polarity are provided at positions opposed in the radial direction (a is a When a plurality of coils, which are connected to an arbitrary commutator piece, are wound around an outer periphery of a core having a natural number of teeth (one or more), the coils are wound in two layers. Each coil of the first layer winding and the second layer winding conducted to the commutator piece is wound in the same direction at a position opposed to the radial direction in the Ω-shaped winding method , and the second layer winding coil is An armature in a rotating electrical machine configured so that the number of effective conductors facing each magnetic pole is not biased by being wound from a position facing in the radial direction with respect to the first-layer coil.

In Claim 1, each coil of the 1st layer winding and the 2nd layer winding shall be wound in the state over a plurality of teeth, and the number of teeth straddling the 1st layer and the number of teeth straddling the 2nd layer winding Is an armature in a rotating electrical machine set to the same number.

The armature in a rotating electrical machine according to claim 1 or 2, wherein the rotating electrical machine is set such that n is 4 and a is 5 and the number of teeth straddling between the first layer winding and the second layer winding is set to 5 teeth. .

The armature in a rotating electrical machine according to claim 1 or 2, wherein the number of teeth straddling the first layer is different from the number of teeth straddling the second layer.

In Claim 1 or 4, the rotating electrical machine is assumed that n is set to 4 and a is set to 5, the number of teeth straddling the first layer is 5 teeth, and the number of teeth straddling the second layer winding is 6 teeth. Armature in a rotating electrical machine that has been set.

N magnetic poles defined by an even number of 2 or more are formed , and (an + 1) armatures rotating in a circumferential direction are rotated in a yoke in which magnetic poles of the same polarity are provided at positions opposed in the radial direction (a is a When a plurality of coils, which are connected to an arbitrary commutator piece, are wound around an outer periphery of a core having a natural number of teeth (one or more), the coils are wound in two layers. Each coil of the first layer winding and the second layer winding conducted to the commutator piece is wound in a relationship in which the winding direction is opposite at a position facing each other in the radial direction in the Ω-shaped winding method , and The second-layer coil is configured to be wound from a position facing a magnetic pole different from the magnetic pole opposed to the first-layer coil so that the number of effective conductors facing each magnetic pole is not biased In armature.

The armature in a rotating electric machine according to claim 6, wherein n is set to 4 and a is set to 5.

The armature in the rotary electric machine according to claim 1, wherein the rotary electric machine is an electric motor for power steering.