JP2000253604A - 直流電動機 - Google Patents

直流電動機

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JP2000253604A
JP2000253604A JP5535099A JP5535099A JP2000253604A JP 2000253604 A JP2000253604 A JP 2000253604A JP 5535099 A JP5535099 A JP 5535099A JP 5535099 A JP5535099 A JP 5535099A JP 2000253604 A JP2000253604 A JP 2000253604A
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俊則 田中
Masabumi Okazaki
正文 岡崎
Kyohei Yamamoto
京平 山本
Akihiro Daikoku
晃裕 大穀
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルクリップル及びコギングトルクを小さく
できる直流電動機を得る。 【解決手段】 この発明の直流電動機の界磁永久磁石2
0は、中心部の厚みが両端部よりも大きく構成されてお
り、界磁永久磁石20とアマチュア17との間の空隙長
さが最小になる点に対応するステータ23の内径をRs
i[m]、ステータ23の中心点と界磁永久磁石20の
内径曲率中心点との距離である偏心量をd[m]とし
て、δ=d/Rsiと定義したとき、δ≧0.09であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば電動パワ
ーステアリング装置用電動機に適用される直流電動機に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】図5は従来の直流電動機である電動パワ
ーステアリング装置用電動機(以下、電動機と略称す
る。)の要部断面図、図6は図5のVI−VI線に沿っ
た断面図(コイルは省略されている。)である。この電
動機は、円筒状のヨーク1と、このヨーク1の内壁に4
個固定された界磁永久磁石2(円弧状で厚みは一定)を
有するステータ6と、ヨーク1内に回転自在に設けられ
たシャフト3と、このシャフト3に固定されたアマチュ
ア4と、このシャフト3が貫通する貫通孔7aを有する
ハウジング7に締付ねじ(図示せず)で固定された整流
装置8と、この整流装置8と電気的に接続されたリード
線9とを備えている。アマチュア4は、軸線方向に延び
た21個のスロット5を有するコア10と、スロットに
導線16が波巻方式で巻回されて構成されたコイル11
とを備えている。
【0003】整流装置8は、周方向に複数配列されフッ
ク15で導線16と電気的に接続された整流子片12
と、整流子片12間を絶縁支持するモールド14と、整
流子片12に当接する2個のブラシ13とを備えてい
る。
【0004】上記電動機では、整流子片12に当接する
ブラシ13を介してリード線9から電流をコイル11に
供給することで、シャフト3に固定されたアマチュア
4、整流装置8は電磁作用によりシャフト3と共に回転
する。
【0005】ところで、この電動機を無通電状態におい
て外部から駆動した場合、磁石とコアとの回転位置関係
によって磁気的な安定性が異なるため、脈動するトルク
が発生する。これをコギングトルクという。この回転時
のコギングトルクの値は、例えば、アマチュア4のコア
10の外径が50[mm]、コア10の軸線方向長さが
45[mm]としたとき、40[g・cm;o-p](ス
キューがない条件下での本願出願人が磁気解析したとき
の値である。)であった。このコア10に対して理想的
なスキューを施したときには、理論上はコギングトルク
の値はゼロになる。スキュー率を0.5スロットピッチ
とした実機における実測値は、65[g・cm;o-p]
であり、理想どおりゼロにはならない。理想どおりゼロ
にできない理由は、例えば0.5[mm]の鋼板を積層
した場合、コア10の軸線方向に延びたスロットの内面
が直線状であると仮定したときにはコギングトルクはゼ
ロであるが、実際にはスロットの内面が階段状となり、
直線状にはならない等が挙げられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のような4極、波
巻、スロット5の数21,2ブラシ方式の電動機では、
コイル11に電流が流れていないときのトルクであるコ
ギングトルクの値は小さいものの、図7に示すように、
コイル11に電流を流したときの負荷時のトルクリップ
ルは大きくなる(横軸は回転位置を示しており、図中の
矢印で示した範囲が1回転、即ち360°の回転を表し
ている。)という問題点があった。このトルクリップル
を小さくする方策として、本願出願人が既に出願(特願
平11−012017号)したように、4極、重巻、ス
ロット数22、4ブラシ方式の電動機を採用することが
考えられる。
【0007】図8はこの電動機の断面図(コイルは省略
されている。)である。即ち、スロット22の数22、
重巻のアマチャア17を図5に示したアマチュア4の代
わりに組み入れたときは、トルクリップルを低く抑える
ことができるものの、コギングトルクの値は、図9に示
すように約400[g・cm;o-p]と大きくなってし
まうという問題点があった。
【0008】この発明は、かかる問題点を解決すること
を課題とするものであって、トルクリップル及びコギン
グトルクを小さくできる直流電動機を得ることを目的と
するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る直流電動機では、界磁永久磁石は、中心部の厚みが両
端部よりも大きく構成されており、界磁永久磁石とアマ
チュアとの間の空隙長さが最小になる点に対応するステ
ータの内径をRsi[m]、ステータの中心点と界磁永
久磁石の内径曲率中心点との距離である偏心量をd
[m]として、δ=d/Rsiと定義したとき、δ≧
0.09である。
【0010】また、請求項2に係る直流電動機では、ス
ロットはスキューされている。
【0011】また、請求項3に係る直流電動機では、直
流電動機として電動パワーステアリング装置用電動機が
用いられている。
【0012】
【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
実施の形態1について、図1ないし図4を用いて説明す
るが、図5、図6及び図8と同一または相当部材は同一
符号を付して、説明する。この直流電動機は、4極、重
巻、スロット数22、4ブラシ方式の電動パワーステア
リング装置用電動機であり、ヨーク1と、このヨーク1
の内壁に4個固定された界磁永久磁石20を有するステ
ータ23と、ヨーク1内に回転自在に設けられたシャフ
ト3と、このシャフト3に固定されたアマチュア17
と、シャフト3が貫通する貫通孔7aを有するハウジン
グ7に締付ねじ(図示せず)で固定された整流装置8
と、この整流装置8と電気的に接続されたリード線9と
を備えている。
【0013】整流装置8は、周方向に複数配列されフッ
ク15で導線16と電気的に接続された整流子片12
と、整流子片12間を絶縁支持するモールド14と、整
流子片12に当接する4個のブラシとを備えている。
【0014】上記界磁永久磁石20の厚み寸法は、中央
部が厚く、両端部に向かうに従って薄く構成されてい
る。以下、この界磁永久磁石20の形状を説明するため
に、図2に示すように、空隙長さが最小である位置(界
磁永久磁石20の中央部)における界磁永久磁石20と
回転中心との距離をRsi、界磁永久磁石20の内径側の
曲率をRmi、界磁永久磁石20の内径側の曲率中心と
回転中心とのずれをdとしたとき、偏心量δ=d/Rs
iと定義する。δは無次元量である。
【0015】図1の例ではδは約0.25とした場合で
ある。図3はこのときのコギングトルク波形図である。
従来の電動機では、コギングトルクの値は、図9に示し
たように約400[g・cm;o-p]であったのに対し
て、約80[g・cm;o-p](スキューがない条件下
で本願出願人が磁界解析したときの値である。)と低く
抑えられていることが分かる。
【0016】この偏心量δを変化させたときのコギング
トルクの変化を示したのが図4である。図4に示すよう
に、偏心量δに対し、コギングトルクには極値(図中A
点、δ=0.09)がある。A点よりも偏心量δが小さ
いときには、偏心量δに対するコギングトルクの変化率
が大きく、電動機の量産時のばらつきが大きくなって不
適である。偏心量δの値をA点よりも大きくすること
で、コギングトルクの値を小さく、かつ量産時のばらつ
きを小さくすることができる。この偏心量δは、界磁永
久磁石20がコイルに及ぼす鎖交磁束量を確保するこ
と、並びに界磁永久磁石20自身が減磁しないこととい
う条件を満たす範囲で設定すればよい。このように、4
極、重巻、スロット数22、4ブラシ方式の電動機で
は、トルクリップルが低く抑えられる(特願平11−0
12017号参照)とともに、コギングトルクを低減す
ることができる。勿論、アマチュア17のスロット22
をスキューさせることにより、さらにコギングトルクは
低減される。なお、上記実施の形態では、電動パワース
テアリング装置用電動機について説明したが、勿論、こ
の発明は他の直流電動機にも適用できる。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の請求項
1に係る直流電動機によれば、円筒状のヨークと、この
ヨークの内壁に間隔をおいて4個固定された円弧状の界
磁永久磁石を有するステータと、前記ヨーク内に回転自
在に設けられたシャフトと、このシャフトに固定されて
いるとともに軸線方向に延びた22個のスロットを有す
るアマチュアとを備え、界磁永久磁石は、中心部の厚み
が両端部よりも大きく構成されており、界磁永久磁石と
アマチュアとの間の空隙長さが最小になる点に対応する
ステータの内径をRsi[m]、ステータの中心点と界
磁永久磁石の内径曲率中心点との距離である偏心量をd
[m]として、δ=d/Rsiと定義したとき、δ≧
0.09であるので、トルクリップル及びコギングトル
クを低減することができる。
【0018】また、請求項2に係る直流電動機では、ス
ロットはスキューされているので、コギングトルクはさ
らに低減される。
【0019】また、請求項3に係る直流電動機では、電
動パワーステアリング装置用電動機が用いられているの
で、ハンドルを握るドライバーの操舵感が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1による電動パワーステ
アリング装置用電動機の断面図である。
【図2】 図1の界磁永久磁石の形状を説明するための
説明図である。
【図3】 図1の電動パワーステアリング装置用電動機
のコギングトルク波形図である。
【図4】 図1の電動パワーステアリング装置用電動機
の偏心量とコギングトルクとの関係を示す図である。
【図5】 従来の電動パワーステアリング装置用電動機
の断面図である。
【図6】 図5のVI−VI線に沿う断面図である。
【図7】 図5の電動パワーステアリング装置用電動機
のトルクを示す図である。
【図8】 従来の他の例を示す電動パワーステアリング
装置用電動機の断面図である。
【図9】 図8の電動パワーステアリング装置用電動機
のコギングトルク波形図である。
【符号の説明】
1 ヨーク、3 シャフト、17 アマチュア、20
界磁永久磁石、22スロット、23 ステータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 京平 東京都千代田区大手町二丁目6番2号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 大穀 晃裕 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5H622 AA02 CA02 CA05 CA10 CA13 CB04 PP05 PP17 PP19 QB03

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円筒状のヨークと、このヨークの内壁に
    間隔をおいて4個固定された円弧状の界磁永久磁石を有
    するステータと、前記ヨーク内に回転自在に設けられた
    シャフトと、このシャフトに固定されているとともに軸
    線方向に延びた22個のスロットを有するアマチュアと
    を備えた直流電動機であって、 前記界磁永久磁石は、中心部の厚みが両端部よりも大き
    く構成されており、界磁永久磁石とアマチュアとの間の
    空隙長さが最小になる点に対応するステータの内径をR
    si[m]、前記ステータの中心点と界磁永久磁石の内
    径曲率中心点との距離である偏心量をd[m]として、
    δ=d/Rsiと定義したとき、 δ≧0.09 である直流電動機。
  2. 【請求項2】 スロットはスキューされている請求項1
    に記載の直流電動機。
  3. 【請求項3】 直流電動機は、電動パワーステアリング
    装置用電動機である請求項1または2に記載の直流電動
    機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010110207A (ja) * 2008-10-31 2010-05-13 Johnson Electric Sa 電気モータ
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CN114172336A (zh) * 2021-11-29 2022-03-11 深圳市精锐电机有限公司 一种永磁式旋转外转子电机

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