JP4018469B2 - 回転電機におけるアーマチュア - Google Patents
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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「２１／２／２」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
【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「２１／２／２」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
Claims (8)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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