特許 6239343 アーマチュアおよび電動モータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6239343

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】アーマチュアおよび電動モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/12 20060101AFI20171120BHJP

   H02K 15/04 20060101ALI20171120BHJP

   H02K 23/30 20060101ALI20171120BHJP

【ＦＩ】

   H02K3/12

   H02K15/04 A

   H02K23/30

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-222231(P2013-222231)

(22)【出願日】2013年10月25日

(65)【公開番号】特開2015-84620(P2015-84620A)

(43)【公開日】2015年4月30日

【審査請求日】2016年6月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000144027

【氏名又は名称】株式会社ミツバ

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100094400

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 三義

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(72)【発明者】

【氏名】上原 修二

(72)【発明者】

【氏名】石関 隆行

(72)【発明者】

【氏名】小島 理規

(72)【発明者】

【氏名】湯淺 宏

(72)【発明者】

【氏名】荒牧 健一

(72)【発明者】

【氏名】阿久澤 和夫

(72)【発明者】

【氏名】天田 英美

(72)【発明者】

【氏名】番場 祐二

(72)【発明者】

【氏名】山形 泰幸

(72)【発明者】

【氏名】坂本 清隆

【審査官】 三澤 哲也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０６１９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−１６６４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２８９５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５９２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１８９８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００５７７８８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ３／１２

Ｈ０２Ｋ １５／０４

Ｈ０２Ｋ ２３／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ、径方向に沿うように放射状に延びる４個以上の偶数個に設定された複数のティース、およびこれらティース間に形成される４個以上の偶数個に設定された複数のスロットを有するアーマチュアコアと、
所定の前記スロット間に巻装される巻線と、
を備えたアーマチュアにおいて、
前記巻線は、互いに線径の異なる第１巻線と第２巻線とにより構成され、
前記複数のスロットを周方向に１つ置きに存在する第１スロットグループと第２スロットグループの２つのグループに分け、ＬおよびＭをそれぞれ自然数としたとき、
前記第１巻線は、前記第１スロットグループと、該第１スロットグループから一方向に２Ｌ個の前記スロットを間に挟んで存在する前記スロットとの間に、それぞれ２Ｍ回ずつ巻回されおり、
前記第２巻線は、前記第２スロットグループと、該第２スロットグループから前記一方向に２Ｌ個の前記スロットを間に挟んで存在する前記スロットとの間に、それぞれ２Ｍ回ずつ巻回されており、
前記スロット間には、前記第１巻線が巻装された後、前記第２巻線が巻装されていることを特徴とするアーマチュア。

【請求項2】

前記第１巻線の線径をＸとし、前記第２巻線の線径をＹとし、前記Ｘおよび前記Ｙをそれぞれ実数とし、Ｎを自然数したとき、
前記線径Ｘおよび前記線径Ｙは、それぞれ
Ｘ−Ｙ＝０．３Ｎ
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に記載のアーマチュア。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のアーマチュアと、
前記アーマチュアの周囲を取り囲むように設けられ、磁極を有するヨークと、
を備えたことを特徴とする電動モータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、例えば、自動車等の車両に搭載されるアーマチュアおよび電動モータに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、自動車等の車両に搭載される電動モータとして、ブラシ付きの電動モータが多く使用されている。この種の電動モータは、円筒状のヨークの内周面に複数のマグネットを周方向に等間隔で配置し、これらマグネットの内側にアーマチュアが回転自在に支持されている。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。各ティース間には軸方向に長いスロットが複数形成され、所定間隔をあけたスロット間に巻線が例えば重ね巻き方式にて巻装されている。

【0003】

ここで、電動モータの出力を変更する手段として、巻線の線径を変更することが考えられる。例えば、出力違いの電動モータを３種類用意する場合、互いに線径の異なる巻線を３種類用意し、それぞれ得たい出力に応じて所望の線径の巻線を用いて各スロット間に巻装する。

【0004】

また、各スロットに収納される巻線の占有率（占積率）を高めるために、線径の異なる２種類の巻線を用いて各スロット間に巻装する技術が提案されている。すなわち、各スロットには、２種類の巻線が不規則に混在した状態になっている（例えば、特許文献１参照）。このように構成することで、電動モータのモータ効率を高めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開昭５８−１６３２４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上述の特許文献１のように、２種類の巻線を用いて各スロット間に巻装することにより、２種類の巻線のうちの１種類のみを用いて各スロット間に巻装した場合と異なる出力の電動モータを得ることができる。すなわち、巻線の種類を２種類に減少しつつ、出力違いの電動モータを３種類用意することが可能になる。
ここで、上述の特許文献１にあっては、各スロットに２種類の巻線が不規則に混在した状態になっているので、巻線の巻装作業が煩わしいという課題がある。

【0007】

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、互いに線径の異なる２種類の巻線を用いつつ、巻線の巻装作業を容易化できるアーマチュアおよび電動モータを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するために、本発明に係るアーマチュアは、回転軸と、前記回転軸に取り付けられ、径方向に沿うように放射状に延びる４個以上の偶数個に設定された複数のティース、およびこれらティース間に形成される４個以上の偶数個に設定された複数のスロットを有するアーマチュアコアと、所定の前記スロット間に巻装される巻線と、を備えたアーマチュアにおいて、前記巻線は、互いに線径の異なる第１巻線と第２巻線とにより構成され、前記複数のスロットを周方向に１つ置きに存在する第１スロットグループと第２スロットグループの２つのグループに分け、ＬおよびＭをそれぞれ自然数としたとき、前記第１巻線は、前記第１スロットグループと、該第１スロットグループから一方向に２Ｌ個の前記スロットを間に挟んで存在する前記スロットとの間に、それぞれ２Ｍ回ずつ巻回されおり、前記第２巻線は、前記第２スロットグループと、該第２スロットグループから前記一方向に２Ｌ個の前記スロットを間に挟んで存在する前記スロットとの間に、それぞれ２Ｍ回ずつ巻回されており、前記スロット間には、前記第１巻線が巻装された後、前記第２巻線が巻装されていることを特徴とする。

【0009】

本発明に係るアーマチュアは、前記第１巻線の線径をＸとし、前記第２巻線の線径をＹとし、前記Ｘおよび前記Ｙをそれぞれ実数とし、Ｎを自然数したとき、前記線径Ｘおよび前記線径Ｙは、それぞれＸ−Ｙ＝０．３Ｎを満たすように設定されていることを特徴とする。

【0013】

本発明に係る電動モータは、アーマチュアと、前記アーマチュアの周囲を取り囲むように設けられ、磁極を有するヨークと、を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、互いに線径の異なる第１巻線と第２巻線とが各スロット間に順番に巻装されるので、互いに線径の異なる２種類の巻線を用いつつ、巻線の巻装作業を容易化できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態における電動モータの一部を断面で示した側面図である。

【図2】本発明の実施形態におけるコンミテータの平面図である。

【図3】本発明の実施形態におけるアーマチュアの展開図である。

【図4】本発明の実施形態におけるアーマチュアの展開図であって、第１巻線のみを巻装した場合を示す。

【図5】本発明の実施形態におけるアーマチュアの展開図であって、第２巻線のみを巻装した場合を示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（電動モータ）
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、電動モータ１の一部を断面で示した側面図である。
同図に示すように、電動モータ１は、例えば、二輪用のスターターモータとして用いられるものであって、車体に固定されるフロントブラケット２（図１における左側）と、フロントブラケット２に一端部が固定される円筒状のステータ３と、ステータ３の他端部を閉塞するリアブラケット４（図１における右側）と、ステータ３内に配置され、フロントブラケット２、およびリアブラケット４に回転自在に支持されるアーマチュア５と、を備えている。

【0017】

アーマチュア５は、エンジンのシャフトに連結される回転軸１０を有し、回転軸１０にアーマチュアコア１１と、コンミテータ１２とが固着されている。アーマチュアコア１１は、例えば鉄心片を積層して製造されるものであって、回転軸１０を中心にして放射状に延びる複数（例えば、この実施形態では３２個）のティース６１を有している（図３〜図５参照）。各ティース６１間には、軸方向に長い蟻溝状の複数（例えば、この実施形態では３２個）のスロット６２が複数形成されている（図３〜図５参照）。そして、周方向に所定間隔をあけたスロット６２間に、巻線１３が巻装されている。なお、巻線１３の巻装方法の詳細については後述する。

【0018】

図２は、コンミテータ１２の平面図である。
図１、図２に示すように、コンミテータ１２は、円板状に形成されたいわゆるディスク型コンミテータである。このコンミテータ１２は、回転軸１０に固着されている円板状のコンミテータ本体１２ａと、このコンミテータ本体１２ａのアーマチュアコア１１とは反対側の面に配置された複数（例えば、この実施形態では３２個）のセグメント１４と、により構成されている。

【0019】

各セグメント１４は、周方向に沿って、かつ回転軸１０を中心に放射状となるように配置されている。各々セグメント１４間には、これらセグメント１４間の絶縁を確保するためのスリット１４ａが形成されている。また、各セグメント１４の径方向外側端には、巻線１３の一端が接続されるライザ１４ｂが形成されている。

【0020】

図１に示すように、フロントブラケット２の径方向中央には、軸方向外側に向かって突出する筒部１５が一体成形されている。この筒部１５の内周面には、回転軸１０の一端部を回転自在に支持するベアリング１６が圧入固定されている。回転軸１０は、ベアリング１６、筒部１５内を介して軸方向外側に突出している。
また、筒部１５の内周面には、ベアリング１６よりも軸方向外側に、オイルシール１７が設けられている。さらに、筒部１５の外周面には、不図示のエンジンケースに電動モータ１を装着する際に使用するＯリング１８が取り付けられている。このように構成されたフロントブラケット２は、外周縁部がボルト１９によってステータ３に締結固定されるようになっている。

【0021】

ステータ３は、筒部２１ａを有する略円筒状に形成されたヨーク２１を備えている。ヨーク２１の内周側には、界磁用の瓦状に形成されたマグネット２２が周方向に沿って複数固着されている。マグネット２２には、例えば、ネオジム系の希土類磁石などを用いることができる。

【0022】

また、ヨーク２１の一端部には、リアブラケット４がボルト２３によって締結固定されている。リアブラケット４は有底円筒形状に形成されており、底部４ａの径方向中央にボス部２５が突設されている。このボス部２５には、アーマチュア５の回転軸１０の他端を回転自在に支持するための軸受けとしてオイレスメタル２６が圧入されている。
リアブラケット４、ヨーク２１、およびフロントブラケット２は、導電性の材料、例えば、アルミのダイカストで製造されている。

【0023】

リアブラケット４の底部４ａには、内側にブラシホルダ３０が固定されている。ブラシホルダ３０は略環状の樹脂成型品であり、径方向中央には、リアブラケット４のボス部２５の外周面を覆うように形成されたホルダボス３０ａが突設されている。すなわち、リアブラケット４に突設されたボス部２５とブラシホルダ３０に突設されたホルダボス３０ａとによって、アーマチュア５の回転軸１０の他端を回転自在に支持する軸受けボスが構成された状態になっている。

【0024】

また、リアブラケット４には、ホルダボス３０ａを囲むように４つのホルダ部３１が一体に設けられている。ホルダ部３１は軸方向に沿って延びており、その各々に導電性のブラシ３２が１つずつ摺動自在に収容されている。ブラシ３２は、ホルダ部３１内に配置されたスプリング３３によってコンミテータ１２側に向けて付勢されている。そして、その先端が、コンミテータ１２のセグメント１４に摺接している。

【0025】

また、ブラシ３２には、不図示のピグテールの一端が溶着などによって固定されている。ピグテールは、ホルダ部３１の側部に形成された不図示のスリットから引き出される。４つのうちの２つのブラシ３２（プラス側のブラシ）から延びるピグテールは、給電板３５を介してターミナルボルト（給電端子）３６に接続されている。一方、４つのうちの残りの２つのブラシ３２（マイナス側のブラシ）から延びるピグテールは、不図示のアース端子に接続されている。

【0026】

ターミナルボルト３６は、不図示の外部電源と給電板３５とを電気的に接続するためのものである。ターミナルボルト３６は、ボルト本体５１と、ボルト本体５１の基端に設けられ、ブラシホルダ３０内に配置される頭部４１と、から成る。
ボルト本体５１は、ブラシホルダ３０、およびリアブラケット４のそれぞれに形成された端子挿入孔４２，４３を介して内面側から外側へと突出している。ボルト本体５１の先端側には、雄ネジ部５２が刻設されており、ここにナット４７が螺入されるようになっている。

【0027】

また、ブラシホルダ３０、およびリアブラケット４のそれぞれに設けられた端子挿入孔４２，４３には、Ｏリング４４が挿入されている。これによって、ターミナルボルト３６のボルト本体５１と端子挿入孔４２，４３との間がシールされる。
一方、リアブラケット４の軸方向外側では、ターミナルボルト３６に、樹脂ブッシュ４５と、ストッパワッシャ４６を通した後でナット４７が締め込まれている。そして、ターミナルボルト３６とナット４７とにより、ブラシホルダ３０とリアブラケット４とを挟み込んでいる。また、リアブラケット４の外側には、ナット４７を囲むように絶縁性のカバー４８が取り付けられている。

【0028】

このような構成のもと、電動モータ１は、自動二輪車の車体、例えば、エンジンカバーなどに固定される。このとき、フロントブラケット２から延びる回転軸１０には、クランクシャフトに取り付けられたワンウェイクラッチに連結される。そして、電動モータ１は、車体によってボディアースされる。
電動モータ１は、ターミナルボルト３６に電圧を印加すると、ブラシ３２に摺接するコンミテータ１２から巻線１３に電流が供給され、アーマチュア５が回転する。アーマチュア５の回転は、ワンウェイクラッチを介してクランクシャフトを回転させ、エンジンを始動させる。

【0029】

（巻線の巻線方法）
次に、図３〜図５に基づいて、アーマチュアコア１１への巻線１３の巻装方法について説明する。
図３〜図５は、アーマチュア５の展開図であって、隣接するティース６１間の空隙がスロット６２に相当している。なお、本実施形態では、ティース６１、スロット６２、およびセグメント１４の個数がそれぞれ３２個に設定されているが、図３〜図５では、図面を分かり易くするために、ティース６１、スロット６２、およびセグメント１４の一部を省いて図示している。

【0030】

ここで、図３に示すように、巻線１３は、互いに線径の異なる第１巻線１３ａと第２巻線１３ｂとにより構成されている。第１巻線１３ａの線径は、第２巻線１３ｂの線径よりも太く設定されている。具体的には、第１巻線１３ａの線径は、例えば、Φ１．７ｍｍに設定されており、第２巻線１３ｂの線径は、例えば、Φ１．４ｍｍに設定されている。
そして、所定のスロット６２間には、線径の太い第１巻線１３ａが巻装された後、線径の細い第２巻線１３ｂが巻装されている。より具体的に、以下に説明する。

【0031】

まず、図４に基づいて、第１巻線１３ａの巻装方法について説明する。
同図に示すように、第１巻線１３ａは、４つのスロット６２を間に挟んで存在する２つのスロット６２間に、それぞれ２回ずつ巻回される。そして、巻回された第１巻線１３ａの端末部は、それぞれ所定の２つのセグメント１４に接続される。

【0032】

第１巻線１３ａを巻回した後、図５に示すように、４つのスロット６２を間に挟んで存在する２つのスロット６２間に、それぞれ第２巻線１３ｂを１回ずつ巻回する。このとき、第２巻線１３ｂは、第１巻線１３ａが巻回されている２つのスロット６２間と同じスロット６２間には巻回されていない。すなわち、第１巻線１３ａが巻回されている２つのスロット６２間から１つのスロット６２分ずれた位置に存在する２つのスロット６２間に、第２巻線１３ｂが１回巻回されている。

【0033】

これにより、図３に示すように、アーマチュアコア１１には、第１巻線１３ａと第２巻線１３ｂとが巻装される。
ここで、第１巻線１３ａと第２巻線１３ｂの２つの巻線１３ａ，１３ｂが巻装されている電動モータ１の出力は、アーマチュアコア１１に、第１巻線１３ａの線径と第２巻線１３ｂの線径との間の線径の巻線が巻装されている電動モータ１の出力とほぼ同等になる。具体的には、４つのスロット６２を間に挟んで存在する２つのスロット６２間に、線径がΦ１．６ｍｍの巻線を、それぞれ１．５回ずつ巻回した場合の電動モータ１の出力と同等になる。

【0034】

したがって、上述の実施形態によれば、アーマチュアコア１１に、第１巻線１３ａと第２巻線１３ｂとの線径の異なる２種類の巻線１３ａ，１３ｂを巻装して、これら巻線１３ａ，１３ｂの中間の線径の巻線の電動モータ１の出力を得る場合において、まず、第１巻線１３ａを巻装した後、第２巻線１３ｂを巻装するので、巻線１３の巻装作業を容易化できる。

【0035】

また、２種類の巻線１３ａ，１３ｂのうちの何れか一方のみをアーマチュアコア１１に巻装することにより、異なる出力を得る２種類の電動モータ１を製造することができる。すなわち、２種類の巻線１３ａ，１３ｂを用いて以下の３種類の電動モータ１を製造することができる。
（１）アーマチュアコア１１に第１巻線１３ａのみを用いて所望の出力を得る電動モータ１
（２）アーマチュアコア１１に第２巻線１３ｂのみを用いて所望の出力を得る電動モータ１
（３）アーマチュアコア１１に第１巻線１３ａおよび第２巻線１３ｂを用いて所望の出力を得る電動モータ１
このように、２種類の巻線１３ａ，１３ｂを用いて仕様の異なる３種類の電動モータ１を製造できるので、電動モータ１の製造コストを低減できる。

【0036】

さらに、２種類の巻線１３ａ，１３ｂのうち、線径の太い第１巻線１３ａを最初に巻装し、その後、線径の細い第２巻線１３ｂを巻装するので、巻装作業をより容易化できる。これは、線径の太い第１巻線１３ａは、線径の細い第２巻線１３ｂと比較して撓みにくいと共に、スロット６２に挿入しにくいので、線径の太い第１巻線１３ａを最初に巻装することにより、この第１巻線１３ａの巻装作業性を向上できるからである。

【0037】

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、電動モータ１は、二輪用のスターターモータとして用いられるものであ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、さまざまな電動機器に、電動モータ１を採用することができる。

【0038】

また、上述の実施形態では、ティース６１、スロット６２、およびセグメント１４の個数がそれぞれ３２個に設定されて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、ティース６１、スロット６２、およびセグメント１４の個数は、それぞれ任意に設定することが可能である。

【0039】

さらに、上述の実施形態では、第１巻線１３ａの線径を、第２巻線１３ｂの線径よりも太く設定した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、第１巻線１３ａの線径を、第２巻線１３ｂの線径よりも細く設定してもよい。この場合、２種類の巻線１３ａ，１３ｂのうち、線径の太い第２巻線１３ｂを、線径の細い第１巻線１３ａよりも後に巻装することになるが、２種類の巻線１３ａ，１３ｂを用いて仕様の異なる３種類の電動モータ１を製造できるという点では、上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。

【0040】

また、上述の実施形態では、第１巻線１３ａの線径をΦ１．７ｍｍに設定し、第２巻線１３ｂの線径をΦ１．４ｍｍに設定した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、各巻線１３ａ，１３ｂの線径は任意に設定することが可能であり、それぞれ異なる線径に設定されていればよい。

【0041】

さらに、上述の実施形態では、４つのスロット６２を間に挟んで存在する２つのスロット６２間に、それぞれ第１巻線１３ａを２回ずつ巻回すると共に、４つのスロット６２を間に挟んで存在する２つのスロット６２間に、それぞれ第２巻線１３ｂを１回ずつ巻回す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１の仕様に応じて、任意のスロット６２間に各巻線１３ａ，１３ｂを巻回すればよい。また、各巻線１３ａ，１３ｂの巻回数も、電動モータ１の仕様に応じて任意に設定することが可能である。例えば、４つのスロット６２を間に挟んで存在する２つのスロット６２間に、それぞれ第１巻線１３ａを１回ずつ巻回すると共に、４つのスロット６２を間に挟んで存在する２つのスロット６２間に、それぞれ第２巻線１３ｂを２回ずつ巻回してもよい。

【符号の説明】

【0042】

１…電動モータ
５…アーマチュア
１０…回転軸
１１…アーマチュアコア
１３…巻線
１３ａ…第１巻線
１３ｂ…第２巻線
２１…ヨーク
２２…マグネット（磁極）
６１…ティース
６２…スロット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】