JP2668892B2 - 直流電動機 - Google Patents
直流電動機Info
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/26—Rotor cores with slots for windings
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
- H02K23/02—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting
- H02K23/04—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting having permanent magnet excitation
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
- H02K23/40—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the arrangement of the magnet circuits
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc Machiner (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、直流電動機に関し、直流電動機を用いて作
動する機能部品、製品の内で直流電動機に駆動電圧を印
加しない場合にも大きな保持トルクを要するものに利用
される。例えば自動車部品関係では、パワーウィンドレ
ギュレータシステム、パワーシートシステム、サンルー
フシステム等の直流電動機に利用される。 （従来の技術） 従来の直流電動機として、例えば第５図に示すよう
に、４個の界磁磁極52と、軸部53aから放射状に延出し
界磁磁極52に対向する５個の歯部53bをもつ電機子鉄心5
3とを備えた直流電動機50が知られている。そしてこの
直流電動機50は、例えば第６図に示すように、自動車用
トランスファ切替アクチュエータに利用されている。こ
の場合の動力伝達は、直流電動機50を作動させることに
より、直流電動機50の回転トルクがウォーム61からウォ
ームホイル62を経て待ち機構部63に伝達され貯えられ
る。さらに貯えられた回転トルクは減速歯車64、65を介
してラックアンドピニオン66、67により直線運動の出力
に変換される。ここで待ち機構部63に回転トルクが貯え
られている状態を回転角度センサ68が感知し、直流電動
機50への通電がカットされる。このとき待ち機構部63に
貯えられた回転トルクは、ウォーム61およびウォームホ
イル62を介して直流電動機50に反転方向の回転トルクを
与えた状態となっている。このため、直流電動機50とし
ては、その反転方向への回転トルクに打ち勝つだけの保
持トルクを必要とされている。 ［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来の直流電動機は、４極５コイル集中巻型の構
成であるため、４個の界磁磁極に対して５個の歯部のう
ち１個のみ安定する構造となっている。このため待ち機
構部に貯えられた反転方向に打ち勝つ充分な保持トルク
が得られないという問題があった。 本発明は、上記問題点を解決するものであり、その目
的は、駆動電圧の印加を停止して安定状態にあるときの
反転方向に対する保持トルクの向上を図った直流電動機
を提供することにある。 ［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の直流電動機は、４個の界磁磁極と、軸部から
放射状に延出し該界磁磁極に対向する５個の歯部をもつ
電機子鉄心とを備えた直流電動機において、該電機子鉄
心の各歯部は、該界磁磁極と対向する先端外周面の開角
中央部に該界磁磁極との間のエアギャップが大きくなる
溝を有することを特徴とするものである。 本発明の直流電動機は、４個の界磁磁極と、５個の歯
部をもつ電機子鉄心とを備えた４極５コイル型の直流電
動機である。 界磁磁極は、２個のＮ極マグネットと２個のＳ極マグ
ネットを用いることができる。この界磁磁極は、同一円
周上の略等間隔位置に異極同士が交互に配置される。各
界磁磁極は、形状、大きさ等が同一であることが好まし
い。 電機子鉄心は、界磁磁極の内側に配置される。この電
機子鉄心は、軸部から略等間隔で放射状に延出し界磁磁
極に対向する５個の歯部をもつ。各歯部の界磁磁極と対
向する先端外周面の開角中央部には、回転軸方向に沿っ
て伸びる溝が形成されている。なお開角中央部とは、電
機子鉄心の軸心を中心として先端外周面の両端によって
形成される角度の中央部をいい、歯部の延出中心線上に
ある。 （作用） 本発明の直流電動機では、駆動電圧が印加されていな
いときには、界磁磁極のＮ極側の一方と電機子鉄心の１
個の歯部とがそれぞれ中心で対向する位置が安定状態と
なる。従って180度位相がずれた位置にあるＮ極側の他
方は、電機子鉄心の２個の歯部の略半分づつと対向して
いる。この場合、各歯部の先端外周面に形成された溝の
少なくとも一部がＮ極側の他方と対向している。この溝
により、先端外周面Ｎ極側の他方の対向面との間のエア
ギャップが大きくなる部分が形成される。 （実施例） 以下本発明の直流電動機の具体的実施例を図面に基づ
き説明する。ここで第１図は界磁磁極に対して電機子鉄
心が安定状態にある場合の正面図、第２図は直流電動機
の側面方向縦断面図、第３図は界磁磁極の正面図、第４
図は電機子鉄心の正面図である。 本実施例の直流電動機は、ヨーク１と、４個の界磁磁
極２と、電機子鉄心３と、シャフト４とを主要構成要素
としている。 ヨーク１は、有底の略円筒形状をしており、底部11の
中心部には外側に突出した円筒状の突部12を有する。突
部12には、軸穴12aが形成されており、軸穴12aに嵌挿さ
れるシャフト４を保持するメタル軸受4aが配設されてい
る。なお、ヨーク１は、厚み1.6mmの炭素鋼板で形成さ
れ、円筒部の長さＬが35.7mm、内径φ１が47.2mmに形成
されている。また、シャフト４の他方には、これを保持
するボールベアリング4bが配設されている。 界磁磁極２は、２個のＮ極マグネット21、23と、２個
のＳ極マグネット22、24とからなる。各マグネット21〜
24は、外周面21a〜24bがヨーク１の内周面に密着した状
態で接着剤により固定されており、90度角づつ位相をず
らせて異極が交互に配置されている。従って同極同士が
180度方向で対向している。各マグネット21〜24は、曲
面状の外周面21a〜24aおよび内周面21b〜24bによって形
成される厚みが5.0mm、長さl1が26.5mmで湾曲状の平板
に形成されたものであり、同一の形状、大きさに形成さ
れている。また各マグネット21〜24の内周面21b〜24bに
よって形成される直径φ２は約37mmである。そして各マ
グネット21〜24は、両側面21c〜25c、21d〜25dによって
形成される弧度法による角度αが72度となる幅をもち、
隣接する側面同士によって形成される弧度法による角度
βが18度となる間隔を隔てて配置されている。なお本実
施例でのマグネット21〜24は、東京電気化学社製「FB3
B」を使用している。 電機子鉄心３は、軸部30と、軸部30から等間隔で５方
向に放射状に延出する歯部31〜35とからなり、一体的に
形成されている。軸部30は、その中心にシャフト４が嵌
挿固定される回転軸孔30aを有する。歯部31〜35は、軸
部30から延出中心線と平行の一定幅で延出する延出部13
1〜135と、各延出部131〜135の先端に形成された先端部
231〜235とよりなる。この場合歯部31〜35の延出中心線
により形成される弧度法による角度はθは72度となって
いる。各先端部231〜235は、延出部131〜135の幅よりも
幅広に形成されており、先端外周面231a〜235aが直径36
mmの円周上にある曲面となっている。この先端外周面23
1a〜235aは、各マグネット21〜24の内側面21b〜21bと一
定間隔（約0.5mm）を隔てて対向している。また隣り合
う先端部231〜235同士の間隔は約2.5mmとなっている。
そして各先端外周面231a〜235aの開角中央部（延出中心
線上）には、回転軸孔30aと同方向に伸びる溝Ａ〜Ｅが
設けられている。各溝Ａ〜Ｅは、深さｄが2.5mm、幅ｗ
が2.5mmで同一の大きさに形成されている。なお電機子
鉄心３の回転軸方向の長さl2は、約17mmに形成されてい
る。 シャフト４は、電機子鉄心３の回転軸となるものであ
る。このシャフト４は、電機子鉄心３の回転軸孔30aに
嵌挿固定され、ヨーク１のメタル軸受4aに軸支されてい
る。 本実施例の直流電動機は、以上のように構成されてい
る。この直流電動機の保持トルクについて従来のものと
比較する実験を行った。 （実験） 上記実施例の直流電動機および従来の直流電動機の保
持トルクをトルクゲージにより常温で測定した。なお従
来の直流電動機は、界磁磁極と対向する電機子鉄心の先
端外周面に溝が設けられていない点でのみ実施例の直流
電動機と異なり、他の構成、条件等は全て同一のものを
使用した。 その結果は、従来の直流電動機では保持トルクが170g
cmであったに対し、実施例の直流電動機では保持トルク
が220gcmであった。 この結果からも明らかなように、実施例の直流電動機
は保持トルクが顕著に増加することを確認した。 なお、本実施例の直流電動機の保持トルクが顕著に増
加する理由は次の様である。 第１図において、電機子鉄心３は界磁磁極２に対して
安定状態である。この場合、マグネット21と歯部31の先
端外周面231aとはそれぞれの中心線上で対向している。
一方180度方向の反対側に位置するマグネット23には、
２箇の歯部33、34の先端外周面233a、234aがそれぞれ半
分づつ対向している。そして先端外周面233aの一部はマ
グネット22と対向し、先端外周面234aの一部はマグネッ
ト24と対向している。この場合、マグネット23から歯部
33に流れる磁束はそのほとんどが先端部233を経てマグ
ネット22に流れ、マグネット23から歯部34に流れる磁束
はそのほとんどが先端部234を経てマグネット24に流れ
る。これにより歯部33は時計方向に、歯部34は反時計方
向に回転しようとするトルクをもち、両トルクは略同じ
大きさで釣り合っている。しかし本発明のように各先端
外周面231a〜235aに溝Ａ〜Ｅが形成されていると、溝
Ｃ、Ｄによってマグネット23とのエアギャップが大きく
なるとともに、磁束の通る経路が迂回して形成される。
これにより、両歯部33、34の互いに向き合う方向へ回転
しようとするトルクは、溝Ｃ、Ｄがない場合よりも小さ
くなった状態で釣り合っているため、それだけ不安定度
が小さくなる。なお先端外周面231aがマグネット21と対
向して安定状態にある歯部31は、溝Ａによって安定度が
いくらか小さくなる。しかし、両歯部33、34によって不
安定度が小さくなった分と合わせて電機子鉄心３全体と
してみれば安定度が向上し、保持トルクが向上すること
になる。 ［発明の効果］ 本発明の直流電動機では、電機子鉄心の各歯部は、界
磁磁極と対向する先端外周面の開角中央部に界磁磁極と
の間のエアギャップが大きくなる溝を有する。このた
め、駆動電圧の印加を停止して安定状態にあるときの反
転方向に対する保持トルクを向上させることができる。
動する機能部品、製品の内で直流電動機に駆動電圧を印
加しない場合にも大きな保持トルクを要するものに利用
される。例えば自動車部品関係では、パワーウィンドレ
ギュレータシステム、パワーシートシステム、サンルー
フシステム等の直流電動機に利用される。 （従来の技術） 従来の直流電動機として、例えば第５図に示すよう
に、４個の界磁磁極52と、軸部53aから放射状に延出し
界磁磁極52に対向する５個の歯部53bをもつ電機子鉄心5
3とを備えた直流電動機50が知られている。そしてこの
直流電動機50は、例えば第６図に示すように、自動車用
トランスファ切替アクチュエータに利用されている。こ
の場合の動力伝達は、直流電動機50を作動させることに
より、直流電動機50の回転トルクがウォーム61からウォ
ームホイル62を経て待ち機構部63に伝達され貯えられ
る。さらに貯えられた回転トルクは減速歯車64、65を介
してラックアンドピニオン66、67により直線運動の出力
に変換される。ここで待ち機構部63に回転トルクが貯え
られている状態を回転角度センサ68が感知し、直流電動
機50への通電がカットされる。このとき待ち機構部63に
貯えられた回転トルクは、ウォーム61およびウォームホ
イル62を介して直流電動機50に反転方向の回転トルクを
与えた状態となっている。このため、直流電動機50とし
ては、その反転方向への回転トルクに打ち勝つだけの保
持トルクを必要とされている。 ［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来の直流電動機は、４極５コイル集中巻型の構
成であるため、４個の界磁磁極に対して５個の歯部のう
ち１個のみ安定する構造となっている。このため待ち機
構部に貯えられた反転方向に打ち勝つ充分な保持トルク
が得られないという問題があった。 本発明は、上記問題点を解決するものであり、その目
的は、駆動電圧の印加を停止して安定状態にあるときの
反転方向に対する保持トルクの向上を図った直流電動機
を提供することにある。 ［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の直流電動機は、４個の界磁磁極と、軸部から
放射状に延出し該界磁磁極に対向する５個の歯部をもつ
電機子鉄心とを備えた直流電動機において、該電機子鉄
心の各歯部は、該界磁磁極と対向する先端外周面の開角
中央部に該界磁磁極との間のエアギャップが大きくなる
溝を有することを特徴とするものである。 本発明の直流電動機は、４個の界磁磁極と、５個の歯
部をもつ電機子鉄心とを備えた４極５コイル型の直流電
動機である。 界磁磁極は、２個のＮ極マグネットと２個のＳ極マグ
ネットを用いることができる。この界磁磁極は、同一円
周上の略等間隔位置に異極同士が交互に配置される。各
界磁磁極は、形状、大きさ等が同一であることが好まし
い。 電機子鉄心は、界磁磁極の内側に配置される。この電
機子鉄心は、軸部から略等間隔で放射状に延出し界磁磁
極に対向する５個の歯部をもつ。各歯部の界磁磁極と対
向する先端外周面の開角中央部には、回転軸方向に沿っ
て伸びる溝が形成されている。なお開角中央部とは、電
機子鉄心の軸心を中心として先端外周面の両端によって
形成される角度の中央部をいい、歯部の延出中心線上に
ある。 （作用） 本発明の直流電動機では、駆動電圧が印加されていな
いときには、界磁磁極のＮ極側の一方と電機子鉄心の１
個の歯部とがそれぞれ中心で対向する位置が安定状態と
なる。従って180度位相がずれた位置にあるＮ極側の他
方は、電機子鉄心の２個の歯部の略半分づつと対向して
いる。この場合、各歯部の先端外周面に形成された溝の
少なくとも一部がＮ極側の他方と対向している。この溝
により、先端外周面Ｎ極側の他方の対向面との間のエア
ギャップが大きくなる部分が形成される。 （実施例） 以下本発明の直流電動機の具体的実施例を図面に基づ
き説明する。ここで第１図は界磁磁極に対して電機子鉄
心が安定状態にある場合の正面図、第２図は直流電動機
の側面方向縦断面図、第３図は界磁磁極の正面図、第４
図は電機子鉄心の正面図である。 本実施例の直流電動機は、ヨーク１と、４個の界磁磁
極２と、電機子鉄心３と、シャフト４とを主要構成要素
としている。 ヨーク１は、有底の略円筒形状をしており、底部11の
中心部には外側に突出した円筒状の突部12を有する。突
部12には、軸穴12aが形成されており、軸穴12aに嵌挿さ
れるシャフト４を保持するメタル軸受4aが配設されてい
る。なお、ヨーク１は、厚み1.6mmの炭素鋼板で形成さ
れ、円筒部の長さＬが35.7mm、内径φ１が47.2mmに形成
されている。また、シャフト４の他方には、これを保持
するボールベアリング4bが配設されている。 界磁磁極２は、２個のＮ極マグネット21、23と、２個
のＳ極マグネット22、24とからなる。各マグネット21〜
24は、外周面21a〜24bがヨーク１の内周面に密着した状
態で接着剤により固定されており、90度角づつ位相をず
らせて異極が交互に配置されている。従って同極同士が
180度方向で対向している。各マグネット21〜24は、曲
面状の外周面21a〜24aおよび内周面21b〜24bによって形
成される厚みが5.0mm、長さl1が26.5mmで湾曲状の平板
に形成されたものであり、同一の形状、大きさに形成さ
れている。また各マグネット21〜24の内周面21b〜24bに
よって形成される直径φ２は約37mmである。そして各マ
グネット21〜24は、両側面21c〜25c、21d〜25dによって
形成される弧度法による角度αが72度となる幅をもち、
隣接する側面同士によって形成される弧度法による角度
βが18度となる間隔を隔てて配置されている。なお本実
施例でのマグネット21〜24は、東京電気化学社製「FB3
B」を使用している。 電機子鉄心３は、軸部30と、軸部30から等間隔で５方
向に放射状に延出する歯部31〜35とからなり、一体的に
形成されている。軸部30は、その中心にシャフト４が嵌
挿固定される回転軸孔30aを有する。歯部31〜35は、軸
部30から延出中心線と平行の一定幅で延出する延出部13
1〜135と、各延出部131〜135の先端に形成された先端部
231〜235とよりなる。この場合歯部31〜35の延出中心線
により形成される弧度法による角度はθは72度となって
いる。各先端部231〜235は、延出部131〜135の幅よりも
幅広に形成されており、先端外周面231a〜235aが直径36
mmの円周上にある曲面となっている。この先端外周面23
1a〜235aは、各マグネット21〜24の内側面21b〜21bと一
定間隔（約0.5mm）を隔てて対向している。また隣り合
う先端部231〜235同士の間隔は約2.5mmとなっている。
そして各先端外周面231a〜235aの開角中央部（延出中心
線上）には、回転軸孔30aと同方向に伸びる溝Ａ〜Ｅが
設けられている。各溝Ａ〜Ｅは、深さｄが2.5mm、幅ｗ
が2.5mmで同一の大きさに形成されている。なお電機子
鉄心３の回転軸方向の長さl2は、約17mmに形成されてい
る。 シャフト４は、電機子鉄心３の回転軸となるものであ
る。このシャフト４は、電機子鉄心３の回転軸孔30aに
嵌挿固定され、ヨーク１のメタル軸受4aに軸支されてい
る。 本実施例の直流電動機は、以上のように構成されてい
る。この直流電動機の保持トルクについて従来のものと
比較する実験を行った。 （実験） 上記実施例の直流電動機および従来の直流電動機の保
持トルクをトルクゲージにより常温で測定した。なお従
来の直流電動機は、界磁磁極と対向する電機子鉄心の先
端外周面に溝が設けられていない点でのみ実施例の直流
電動機と異なり、他の構成、条件等は全て同一のものを
使用した。 その結果は、従来の直流電動機では保持トルクが170g
cmであったに対し、実施例の直流電動機では保持トルク
が220gcmであった。 この結果からも明らかなように、実施例の直流電動機
は保持トルクが顕著に増加することを確認した。 なお、本実施例の直流電動機の保持トルクが顕著に増
加する理由は次の様である。 第１図において、電機子鉄心３は界磁磁極２に対して
安定状態である。この場合、マグネット21と歯部31の先
端外周面231aとはそれぞれの中心線上で対向している。
一方180度方向の反対側に位置するマグネット23には、
２箇の歯部33、34の先端外周面233a、234aがそれぞれ半
分づつ対向している。そして先端外周面233aの一部はマ
グネット22と対向し、先端外周面234aの一部はマグネッ
ト24と対向している。この場合、マグネット23から歯部
33に流れる磁束はそのほとんどが先端部233を経てマグ
ネット22に流れ、マグネット23から歯部34に流れる磁束
はそのほとんどが先端部234を経てマグネット24に流れ
る。これにより歯部33は時計方向に、歯部34は反時計方
向に回転しようとするトルクをもち、両トルクは略同じ
大きさで釣り合っている。しかし本発明のように各先端
外周面231a〜235aに溝Ａ〜Ｅが形成されていると、溝
Ｃ、Ｄによってマグネット23とのエアギャップが大きく
なるとともに、磁束の通る経路が迂回して形成される。
これにより、両歯部33、34の互いに向き合う方向へ回転
しようとするトルクは、溝Ｃ、Ｄがない場合よりも小さ
くなった状態で釣り合っているため、それだけ不安定度
が小さくなる。なお先端外周面231aがマグネット21と対
向して安定状態にある歯部31は、溝Ａによって安定度が
いくらか小さくなる。しかし、両歯部33、34によって不
安定度が小さくなった分と合わせて電機子鉄心３全体と
してみれば安定度が向上し、保持トルクが向上すること
になる。 ［発明の効果］ 本発明の直流電動機では、電機子鉄心の各歯部は、界
磁磁極と対向する先端外周面の開角中央部に界磁磁極と
の間のエアギャップが大きくなる溝を有する。このた
め、駆動電圧の印加を停止して安定状態にあるときの反
転方向に対する保持トルクを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第４図は本発明の実施例に係り、第１図は電機
子鉄心が界磁磁極に対して安定状態にある場合の正面
図、第２図は直流電動機の側面方向縦断面図、第３図は
界磁磁極の配置を示す正面図、第４図は電機子鉄心の正
面図である。第５図および第６図は従来の直流電動機に
係り、第５図は第１図に対応する正面図、第６図は自動
車用トランスファ切替アクチュエータの斜視図である。 １……ヨーク、２……界磁磁極 21〜24……マグネット ３……電機子鉄心、31〜35……歯部 231a〜235a……先端外周面 Ａ〜Ｅ……溝
子鉄心が界磁磁極に対して安定状態にある場合の正面
図、第２図は直流電動機の側面方向縦断面図、第３図は
界磁磁極の配置を示す正面図、第４図は電機子鉄心の正
面図である。第５図および第６図は従来の直流電動機に
係り、第５図は第１図に対応する正面図、第６図は自動
車用トランスファ切替アクチュエータの斜視図である。 １……ヨーク、２……界磁磁極 21〜24……マグネット ３……電機子鉄心、31〜35……歯部 231a〜235a……先端外周面 Ａ〜Ｅ……溝
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭61−42258（ＪＰ，Ａ)
特開 昭55−71163（ＪＰ，Ａ)
実開 昭56−171579（ＪＰ，Ｕ)
実開 昭61−185276（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．４個の界磁磁極と、軸部から放射状に延出し、該界
磁磁極に対向する５個の歯部をもつ電機子鉄心とを備え
た直流電動機において、 該電機子鉄心の各歯部は、該界磁磁極と対向する先端外
周面の開角中央部に該界磁磁極との間のエアギャップが
大きくなる溝を有することを特徴とする直流電動機。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62246734A JP2668892B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 直流電動機 |
| US07/251,493 US4900963A (en) | 1987-09-30 | 1988-09-30 | D.C. motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62246734A JP2668892B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 直流電動機 |
Publications (2)
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