JP2000224786A - 小型モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、大きなトルクを得ることができる
という奇数極回転子の特徴を維持したまま、振動を発生
し易いという奇数極回転子の問題点を解決し、振動を抑
制した小型モータを提供することを目的としている。 【解決手段】 本発明は、シャフト７上に積層コア８か
ら構成される奇数個の突極磁極、該突極磁極に多極巻き
した巻線９、及び整流子１０を取り付けた回転子を有し
ている。この突極磁極のそれぞれが、アーム部１６と、
アーム部１６の先端に両側に対称の羽根部１７とを有し
ている。積層コア８の各板厚をｕ、コアの径をＤ、羽根
部１７のつけ根における径方向厚みをｔとしたときに、
羽根部１７の径方向厚みｔを、コア径Ｄに対する比とし
て５．５％を上限とし、かつ板厚ｕを下限とする範囲内
の厚さにしたものである。これによって、大きなトルク
を維持したまま、振動を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型モータに関
し、特に、振動を抑制し、共振のピークを発生させない
小型モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】中空筒状の金属ケース内面に、固定子側
磁極としてマグネットを用いる小型モータが、自動車電
装品等の駆動用として用いられている。このような小型
モータの回転子側磁極としては、奇数極或いは偶数極の
いずれのものも用いられている。例えば、図８に示すよ
うに、左右に位置する２極の固定子側磁極を構成するマ
グネット１に対して、回転子側に奇数極、例えば図示し
たように５極の積層コア８により構成される磁極を有す
る小型モータにおいて、２極のマグネット磁極に対し
て、図８に示すように、１つの回転子磁極がＸ軸上に位
置するとき、５極の回転子磁極は、Ｙ軸を中心とした左
右対称にはならない。しかし、さらに回転が進み、図９
に示すように、１つの回転子磁極がＹ軸に一致すると
き、Ｙ軸を中心として左右対称になる。このように、奇
数極回転子は、固定子側磁極から見て、回転に応じて、
対称、或いは非対称を繰り返すことになるので、振動の
観点からは有利な構成とはいえない。

【０００３】これに対して、２極のマグネット磁極に対
して、回転子を、偶数極、例えば６極に構成すると、回
転子のどの回転位置においても、左右対称となるから、
偶数極回転子は、振動の観点からは有利な構成であると
いえる。しかし、奇数極、或いは偶数極をそれぞれ有す
る小型モータを、事実上同一の条件（モータサイズ、電
圧、電流等）にして比較した場合、奇数極回転子のモー
タの方が、大きなトルクを得ることができるということ
が従来より知られている。また、偶数極の場合は、コギ
ングが問題になることもある。

【０００４】このように、奇数極回転子モータは、大き
なトルクを必要とする利用分野において必要性があり、
かつ、同時に奇数極回転子モータの問題点である振動を
抑制することが求められているが、従来、振動を抑制す
るという観点で、積層コアの形状は考慮されていなかっ
た。即ち、図８及び図９に示す従来の積層コアの形状
は、回転子突極磁極を構成するアーム部１６の幅、羽根
部１７の厚みｔ、或いは隣接する羽根部１７間の距離に
ついては、振動抑制の観点で考慮されていなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、大きなトル
クを得ることができるという奇数極回転子の特徴を維持
したまま、振動を発生し易いという奇数極回転子の問題
点を解決し、振動を抑制した小型モータを提供すること
を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の小型モータは、
マグネット１を内周面に取り付けた有底中空筒状のケー
ス２と、該ケース２の開口部を閉じるように嵌着されか
つブラシを取り付けたケース蓋５と、シャフト７上に積
層コア８から構成される奇数個の突極磁極、該突極磁極
に多極巻きした巻線９、及び整流子１０を取り付けた回
転子とから構成されている。この突極磁極のそれぞれ
が、アーム部１６と、アーム部１６の先端において一体
につながる両側に対称の羽根部１７とを有している。積
層コア８は、ケイ素鋼板からプレス加工により打ち抜か
れるが、その１枚の板厚をｕ、コアの径をＤ、羽根部１
７のつけ根における径方向厚みをｔとしたときに、径方
向厚みｔを、コア径Ｄに対する比として５．５％を上限
とし、かつ板厚ｕを下限とする範囲内にある厚さにした
ものである。これによって、大きなトルクを維持したま
ま、振動を抑制することができる。

【０００７】また、本発明の小型モータは、羽根部１７
の隣接する先端間の距離ｖを巻線の線径の１．２倍以
上、かつ、［距離ｖ／外径Ｄ×極数］が０．２２以下に
することによりさらに振動を抑制することができる。

【０００８】また、本発明の小型モータは、アーム部１
７の幅ｗのコア径Ｄに対する比を、０．１４〜０．１６
にすることにより、さらに振動を抑制することができ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の小型モータを、
上半分を断面で示す縦断面図であり、また、図２は、回
転子側及び固定子側の磁極の配置を示すため、図１に示
した小型モータを横断面で示す図である。マグネット１
は、金属材料により有底中空筒状に形成されたケース２
の内周面に取り付けられている。このケース２の開口部
は、ケース蓋５が嵌着されてそれによって閉じられてい
る。ケース蓋５の中央部には、シャフト７のための軸受
け６が収容される。シャフト７の他端は、有底中空筒状
のケース２の底部中央に設けられた軸受け３によって支
持されている。

【００１０】このシャフト７には、詳細は後述する、本
発明の特徴とする形状を有する積層コア８と、該積層コ
ア８上に巻いた巻線９と、整流子１０とが備えられて、
小型モータの回転子を構成している。また、本発明の巻
線９は、多極巻に巻かれている。巻線９は、奇数極では
５極以上においては通常、整流子上で切り替わる電圧及
び電流の変動を極力小さくするために２極、或いは３極
等の多極の回りに巻線する多極巻が行われるが、このよ
うな多極巻は、広い角度範囲をカバーすることになるの
で、磁束の変動が滑らかとなり、振動の点からも有利な
構成となっている。

【００１１】整流子１０に接触するブラシは、また通常
のように、ケース蓋５に支持されると共に、ブラシに接
続された入力端子１１が電気的接続のためにケース蓋５
を貫通して外部に突出している。

【００１２】図３は、本発明の５極の突極磁極を構成す
る積層コアを例示する図である。また、図４は、図３に
示した積層コアに２極巻きした巻線９を整流子１０の側
から見た図である。積層コア８は、通常のように、ケイ
素鋼板から所定の形状にプレス加工により打ち抜いて積
層することにより構成されている。この積層コア８は、
中央にシャフト７が挿入されるシャフト用穴１４を有す
る環状部１５から、突極磁極数だけのアームが径方向に
延びている。アームの先端には、左右対称に羽根部１７
が形成されている。この積層コアのコア径をＤ、羽根部
１７のつけ根（アームにつながる部分）における径方向
羽根厚みをｔとする。このつけ根には、機械的強度を増
すために通常、”Ｒ”が設けられているが、この羽根厚
みｔは、”Ｒ”を除いた厚みである。

【００１３】図５及び図６は、それぞれ図３及び図４と
同様な図であるが、突極磁極が７極に構成され、かつ巻
線が３極の回りに巻かれている点でのみ相違している。
それ故、詳細な説明は省略するが、いずれにしても、本
発明は、奇数極の突極磁極を有し、かつ巻線が多極巻き
される小型モータに適用することができる。

【００１４】

【００１５】このような小型モータにおいて、本発明
は、その積層コアの形状に特徴を有している。第一に、
羽根部１７の厚みｔを可能な限り薄く構成することによ
り、振動を抑制することができる。第二に、１つの羽根
部先端と、それに隣接する隣の磁極の羽根部先端との距
離ｖを可能な限り狭くすることにより、振動を抑制する
ことができる。第三に、アーム幅ｗを最適値に選択する
ことにより振動を抑制することができる。

【００１６】外径Ｄ＝２３ｍｍ、アーム幅ｗ＝３．４ｍ
ｍのコアに対して、羽根厚みを変化させた場合の共振
を、加速度Ｇで測定した結果を表１に示す。また、この
グラフを図７に示す。この結果、羽根厚／外径を５．５
％以下にすることにより、振動を十分に抑制できること
がわかった。

【００１７】また、羽根厚みの下限値は、加工精度によ
り制限を受ける。積層コアは、例えば、０．３５ｍｍ或
いは０．５ｍｍの板厚ｕのケイ素鋼板より打ち抜いて作
成されるが、この板厚ｕより薄い幅で精度よく打ち抜く
ことは、一度抜きでは難しく、また、二度抜き以上では
プレス工数が増加し、製品としてもシャフト水平方向強
度が低くなる。それ故、羽根厚みｔは、使用されるケイ
素鋼板の、少なくとも板厚ｕ以上、望ましくは、その
１．５倍以上とすることにより精度よく打ち抜き可能と
なる。

【００１８】

【００１９】また、隣接する羽根部先端間の距離ｖを変
化させて、共振（Ｇ）を測定したところ、先端間の距離
ｖを狭くする方が、共振（Ｇ）を抑える効果のあること
がわかった。上記表２は、距離ｖを変化させた場合の、
モータ共振の原因となるＸ方向、及びＹ方向の磁気力を
測定した結果である。本来、モータは、軸の回りに対称
であって、Ｘ方向、Ｙ方向のいずれの方向においても磁
気力が作用しないのが理想である。が、可能な限り小さ
い値にすることでも共振は低減できる。

【００２０】

【００２１】このように、先端間の距離が狭いほど磁気
力は小さくなっている。しかし、最低限巻線の線径以上
の間隔をあけなければ、巻線をすることができない。要
するに、先端間の距離ｖは、巻線に支障のない範囲でで
きるだけ狭くすることが望ましい。距離ｖを、線径の
１．２倍以上、かつ、［距離ｖ／外径Ｄ×極数］が０．
２２以下にすることにより、十分に共振を抑制すること
ができた。

【００２２】さらに、アーム幅ｗを変化させて、共振
（Ｇ）を測定したところ、アーム幅ｗを広くする方が、
共振（Ｇ）を抑える効果のあることがわかった。しか
し、そのコア形状から理解できるように、アーム幅ｗを
広くすると、巻線のためのスペースが減少するため、十
分なトルクを得ることができない。共振を十分に抑える
ことのできる範囲で、アーム幅ｗを狭くすることが、高
トルクを得るという観点で望ましい。アーム幅／外径
を、０．１４〜０．１６にすることにより、振動を抑制
し、かつ十分高トルクを得ることができる。

【００２３】上記の表３は、本発明により作成された小
型モータのＸ方向、Ｙ方向磁気力を測定した結果を示す
と共に、従来構成と比較するものである。表３に見られ
るように、本発明は、磁気力をかなり改善したものであ
ることがわかる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、羽根部１７の径方向厚みｔ
を、コア外径Ｄに対する比として５．５％を上限とし、
かつ板厚ｕを下限とする範囲内にある厚さにしたことに
より、大きなトルクを得ることができるという奇数極回
転子の特徴を維持したまま、振動を抑制することができ
るという効果を生じる。

【００２５】また、本発明は、羽根部１７の隣接する先
端間の距離ｖを、巻線の線径の１．２倍以上、かつ、
［距離ｖ／外径Ｄ×極数］が０．２２以下にすることに
より、さらに振動を抑制することができる。

【００２６】また、本発明は、アーム部１７の幅ｗのコ
ア径Ｄに対する比を、０．１４〜０．１６にすることに
より、さらに振動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の小型モータを、上半分を断面で示す縦
断面図である。

【図２】回転子側及び固定子側の磁極の配置を示すた
め、図１に示した小型モータを横断面で示す図である。

【図３】本発明の５極の突極磁極を構成する積層コアを
例示する図である。

【図４】図３に示した積層コアに２極巻きした巻線を整
流子とは反対の側から見た図である。

【図５】図３と同様な図であるが、突極磁極が７極に構
成された図である。

【図６】図４と同様な図であるが、突極磁極が７極に構
成され、かつ巻線が３極の回りに巻かれた図である。

【図７】羽根厚みを変化させた場合の共振を、加速度Ｇ
で測定した結果をグラフにして示す図である。

【図８】従来技術の５極の積層コアにより構成される回
転子磁極と２極のマグネット磁極の配置を示す図であ
る。

【図９】図８と同様な従来技術を示す図であるが、図８
よりも回転が進んだ状態を示す図である。

【符号の説明】

１ マグネット ２ ケース ３ 軸受け ５ ケース蓋 ６ 軸受け ７ シャフト ８ 積層コア ９ 巻線 １０ 整流子 １４ シャフト用穴 １５ 環状部 １６ アーム部 １７ 羽根部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マグネットを内周面に取り付けた有底中空
   筒状のケースと、該ケースの開口部を閉じるように嵌着
   されかつブラシを取り付けたケース蓋と、シャフト上に
   積層コアから構成される奇数個の突極磁極、該突極磁極
   に多極巻きした巻線、及び整流子を取り付けた回転子と
   から成る小型モータにおいて、 前記突極磁極のそれぞれが、アーム部と、アーム部先端
   において一体につながる両側に対称の羽根部とを有し、 板厚ｕのケイ素鋼板からプレス加工により打ち抜かれる
   コアの外径をＤ、羽根部のつけ根における径方向厚みを
   ｔとしたときに、この径方向厚みｔを、コア外径Ｄに対
   する比として５．５％を上限とし、かつ板厚ｕを下限と
   する範囲内の厚さにした、ことを特徴とする小型モー
   タ。
2. 【請求項２】前記羽根部の隣接する先端間の距離ｖを、
   巻線の線径の１．２倍以上、かつ、［距離ｖ／外径Ｄ×
   極数］が０．２２以下にしたことを特徴とする請求項１
   に記載の小型モータ。
3. 【請求項３】前記アーム部の幅ｗのコア径Ｄに対する比
   を、０．１４〜０．１６にしたことを特徴とする請求項
   １又は２に記載の小型モータ。