(57)【要約】【課題】出力トルクの大幅な減少を抑制しつつコギングトルクを効果的に減少させて、回転時の振動や異音の発生を抑制できるアーマチュアコアおよびこのアーマチュアコアを備えたインナロータ型電動モータを提供する。【解決手段】アーマチュアコア本体部４１から径方向に沿って延びる複数のティース４５が等間隔に設けられたアーマチュアコア４０において、各ティース４５の先端面４８に、ティース４５の周方向の中央に頂点５０ａを有する断面Ｖ字形状の溝部５０を軸方向に沿って形成し、溝部５０の径方向の深さをＤとし、アーマチュアコア４０の直径をＲとすると、深さＤ、およびアーマチュアコア４０の直径Ｒを、Ｄ／Ｒ＝０．０１８７５±０．００３７５を満たすように設定したことを特徴としている。【選択図】図２
2013031284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーマチュアコア本体部から径方向に沿って延びる複数のティースが等間隔に設けられたアーマチュアコアにおいて、
前記各ティースの先端面に、前記ティースの周方向の中央に頂点を有する断面Ｖ字形状の溝部を軸方向に沿って形成し、
前記溝部の径方向の深さをＤとし、前記アーマチュアコアの直径をＲとすると、
前記深さＤ、および前記アーマチュアコアの直径Ｒは、
Ｄ／Ｒ＝０．０１８７５±０．００３７５
を満たすように設定したことを特徴とするアーマチュアコア。
【請求項２】
請求項１に記載のアーマチュアコアであって、
前記アーマチュアコア本体部の中心に対する前記溝部の開口角度をαとすると、
前記開口角度αは、
α＝９°±２°
を満たすように設定したことを特徴とするアーマチュアコア。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアーマチュアコアに前記ティースを２０個設け、
前記アーマチュアコアを備えたロータと、
前記アーマチュアコアを回転自在に支持し、前記ティースと径方向で対向する４極のマグネットを有するステータと、
を備えたことを特徴とするインナロータ型電動モータ。
【請求項４】
請求項３に記載のインナロータ型電動モータであって、
前記深さＤを、
Ｄ＝１．５ｍｍ±０．３ｍｍ
を満たすように設定し、
前記アーマチュアコアの直径Ｒを、
Ｒ＝８０ｍｍ±０．３ｍｍ
を満たすように設定したことを特徴とするインナロータ型電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アーマチュアコアおよびこのアーマチュアコアを備えたインナロータ型電動モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車のラジエータ冷却ファンの駆動用として、インナロータ型電動モータやアウタロータ型電動モータが用いられる。
例えば、インナロータ型電動モータは、有底筒状のヨークの内周面にマグネットを複数配置し、このマグネットよりも径方向内側にアーマチュアを回転自在に設けている。アーマチュアは、複数のティースが等角度間隔に放射状に設けられたアーマチュアコアと、アーマチュアコアのティース間に収容された巻線と、を備えている。
【０００３】
ところで、この種の電動モータは、ステータとロータとの間の空隙における磁束変動に起因して、ロータのスムーズな回転を妨げるコギングトルクが発生することが知られている。
【０００４】
このコギングトルクは、電動モータの振動や騒音の発生原因となる。特に、自動車に搭載されるラジエータ冷却ファンの駆動用の電動モータの場合には、電動モータをＯＦＦした後のファンの惰性回転時に、コギングトルクによって電動モータの振動が発生する。そして、この振動が車室内に伝達することで異音が発生し、乗員に対して不快感を与えるおそれがある。また、電動モータの回転駆動時に、コギングトルクによる電動モータの振動と、冷却ファンの振動とが共振することで異音が発生し、乗員に対して不快感を与えるおそれがある。
したがって、振動や異音の発生原因となるコギングトルクを減少させるために、種々の対策が取られている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、コアは、ティースの先端面に径方向外側から、擬似スロット（請求項の「溝部」に相当。）が断面Ｖ字形状に凹設されている。擬似スロットの軸方向から見た開口部面積は、スロットの軸方向から見た開口部面積の７０％以上で１１０％未満となるように設定されている。このようにティースを形成することで、ステータが仮想的に多スロット化され、出力トルクの大幅な減少を抑制しつつコギングトルクを減少できるとされている。
【０００６】
ここで、特許文献１に記載の電動モータはアウタロータ型電動モータであるが、インナロータ型電動モータであっても、アーマチュアコアのティースの先端面に擬似スロットを形成することで、同様にコギングトルクを減少できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１８７１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記の従来技術にあっては、以下の問題がある。
従来技術では、擬似スロットの開口部面積とスロットの開口部面積との割合について規定されているが、擬似スロットの幅や深さについてはなんら規定されていない。このため、擬似スロットの幅や深さが適切でない場合には、有効磁束の減少により電動モータの出力トルクのみが大幅に減少し、コギングトルクを効果的に減少できないおそれがある。
【０００９】
そこで本発明は、出力トルクの大幅な減少を抑制しつつコギングトルクを効果的に減少させて、回転時の振動や異音の発生を抑制できるアーマチュアコアおよびこのアーマチュアコアを備えたインナロータ型電動モータの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明の請求項１に係るアーマチュアコアは、アーマチュアコア本体部から径方向に沿って延びる複数のティースが等間隔に設けられたアーマチュアコアにおいて、前記各ティースの先端面に、前記ティースの周方向の中央に頂点を有する断面Ｖ字形状の溝部を軸方向に沿って形成し、前記溝部の径方向の深さをＤとし、前記アーマチュアコアの直径をＲとすると、前記深さＤ、および前記アーマチュアコアの直径Ｒを、Ｄ／Ｒ＝０．０１８７５±０．００３７５を満たすように設定したことを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、深さＤを有する断面Ｖ字形状の溝部をティースの先端面に形成することで、ステータとロータとの間のエアギャップを溝部の深さＤの分だけ増加させて有効磁束を減少できる。したがって、電動モータ回転時のステータとロータとの間における磁束変動量を減少できるので、出力トルクの大幅な減少を抑制しつつロータのコギングトルクを減少させて、回転時の振動や異音の発生を抑制できる。
また、コギングトルクの測定結果から、深さＤおよびアーマチュアコアの直径Ｒを、
Ｄ／Ｒ＝０．０１８７５±０．００３７５・・・（１）
を満たすように設定することで、ロータのコギングトルクを効果的に減少できることが確認された。
【００１２】
また、本発明の請求項２に係るアーマチュアコアは、前記アーマチュアコア本体部の中心に対する前記溝部の開口角度をαとすると、前記開口角度αを、α＝９°±２°を満たすように設定したことを特徴としている。
【００１３】
本発明によれば、開口角度αを有するように溝部を形成することで、アーマチュアコアのティースの先端面において、周方向で溝部の開口角度α°にわたりステータとロータとの間のエアギャップを増加させて有効磁束を減少できる。これにより、電動モータ回転時におけるステータとロータとの間の磁束変動量を減少できるので、出力トルクの大幅な減少を抑制しつつロータのコギングトルクを減少させて、回転時の振動や異音の発生を抑制できる。
また、コギングトルクの測定結果から、開口角度αを、
α＝９°±２°・・・（２）
を満たすように設定することで、ロータのコギングトルクをさらに効果的に減少できることが確認された。
【００１４】
また、本発明の請求項３に係るインナロータ型電動モータは、上述のアーマチュアコアに前記ティースを２０個設け、前記アーマチュアコアを備えたロータと、前記アーマチュアコアを回転自在に支持し、前記ティースと径方向で対向する４極のマグネットを有するステータと、を備えたことを特徴としている。
【００１５】
本発明によれば、溝部の形成は４極２０スロットのインナロータ型電動モータに好適であり、インナロータ型電動モータの出力トルクの大幅な減少を抑制しつつコギングトルクを効果的に減少できる。
【００１６】
また、本発明の請求項４に係るインナロータ型電動モータは、前記深さＤを、Ｄ＝１．５ｍｍ±０．３ｍｍを満たすように設定し、前記アーマチュアコアの直径Ｒを、Ｒ＝８０ｍｍ±０．３ｍｍを満たすように設定したことを特徴としている。
【００１７】
本発明によれば、４極２０スロットであって、溝部の深さＤを、Ｄ＝１．５ｍｍ±０．３ｍｍに設定し、アーマチュアコアの直径ＲをＲ＝８０ｍｍ±０．３ｍｍに設定したインナロータ型電動モータに好適である。
また、コギングトルクの測定結果から、溝部の深さＤをＤ＝１．５ｍｍに設定し、アーマチュアコアの直径ＲをＲ＝８０ｍｍに設定したインナロータ型電動モータにおいて、出力トルクの大幅な減少を抑制しつつコギングトルクを効果的に減少できることが確認できた。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、深さＤを有する断面Ｖ字形状の溝部をティースの先端面に形成することで、ステータとロータとの間のエアギャップを溝部の深さＤの分だけ増加させて有効磁束を減少できる。したがって、電動モータ回転時のステータとロータとの間における磁束変動量を減少できるので、出力トルクの大幅な減少を抑制しつつロータのコギングトルクを減少させて、回転時の振動や異音の発生を抑制できる。
また、コギングトルクの測定結果から、深さＤおよびアーマチュアコアの直径Ｒを、
Ｄ／Ｒ＝０．０１８７５±０．００３７５・・・（１）
を満たすように設定することで、ロータのコギングトルクを効果的に減少できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態のインナロータ型の電動モータの側面断面図である。
【図２】軸方向から見たときのアーマチュアコアの説明図である。
【図３】ティースの先端部分の拡大図である。
【図４】縦軸をマグネットからティースに向かって通過する有効磁束とし、横軸をロータの回転角とした場合の、有効磁束の変化を示すグラフである。
【図５】縦軸をコギングトルクとし、横軸をロータの回転角としたときの、コギングトルク測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施形態に電動モータについて、図１および図２を参照して説明をする。
図１に示すように、本実施形態の電動モータ１は、インナロータ型のブラシ付電動モータである。電動モータ１は、例えば、自動車のラジエータの冷却用ファンモータとして用いられる。このような用途の場合、電動モータ１の回転シャフト２０には、不図示の冷却ファンが取り付けられる。
【００２１】
電動モータ１は、円筒部１０と底部１１とが一体形成された有底筒状のハウジングヨーク２と、ハウジングヨーク２の開口２ａを閉塞するエンドブラケット１７と、を備えている。また、ハウジングヨーク２と、エンドブラケット１７とにより閉塞された空間には、ロータ３が、ハウジングヨーク２と、エンドブラケット１７とにより回転自在に支持されている。
【００２２】
ハウジングヨーク２は、例えば鉄等の金属からなる部材であり、円筒部１０と底部１１とが、例えば絞り加工等により形成される。
ハウジングヨーク２の円筒部１０の内周面１０ａには、例えばフェライトマグネット等の複数（本実施形態では４個）のマグネット４が、周方向に沿って磁極が交互となるように、等間隔に配置されている。
マグネット４は、ハウジングヨーク２の円筒部１０の内周面１０ａと略同一の曲率半径を有する略円弧形状に形成されており、例えば接着剤等により取り付けられている。そして、マグネット４は、後述するアーマチュアコア４０のティース４５（図２参照）と径方向で対向した状態となっている。
【００２３】
ハウジングヨーク２の底部１１には、径方向中央部に、軸方向外側（図１における右側）に向けて突出する軸受ハウジング１２が形成されている。この軸受ハウジング１２は、例えば絞り加工等により形成されている。軸受ハウジング１２の内側には、軸受１３が圧入されている。
【００２４】
ハウジングヨーク２の円筒部１０の開口２ａ側（図１における左側）には、エンドブラケット１７が設けられている。エンドブラケット１７は、例えばアルミ等の金属からなる有底筒状のものであり、円筒部１７ｂと底部１７ａとが一体形成されている。エンドブラケット１７の直径は、ハウジングヨーク２の開口２ａの直径よりも大きく設定されている。そして、エンドブラケット１７は、ハウジングヨーク２の開口２ａを閉塞するように配置されている。
【００２５】
エンドブラケット１７の底部１７ａの径方向中央部には、軸方向外側（図１における左側）に向けて突出する軸受ハウジング１８が形成されている。この軸受ハウジング１８は、絞り加工等により形成されている。軸受ハウジング１８の内側には、軸受１９が圧入されている。
【００２６】
エンドブラケット１７の円筒部１７ｂの内側には、樹脂等により形成されたブラシホルダ３２が設けられている。ブラシホルダ３２には、複数のブラシ３４が周方向に並んで配置されている。これらブラシ３４は、スプリング３５を介して径方向の内側に向けて付勢された状態で、ブラシホルダ３２から出没自在に内装されている。そして、ブラシ３４の先端は、後述するコンミテータ２３のセグメント２５に摺接している。
【００２７】
各ブラシ３４は、ピグテールを介してターミナル（いずれも不図示）に接続されている。また、ターミナルは、電動モータ１から外部に延出された電源供給用ハーネス３１に接続されている。電源供給用ハーネス３１は、外部電源（不図示）と接続されており、電源供給用ハーネス３１、ターミナルおよびピグテールを介して、外部電源から各ブラシ３４へ電流が供給されるようになっている。そして、各ブラシ３４に供給された電流は、各ブラシ３４からコンミテータ２３のセグメント２５へと供給されるようになっている。
【００２８】
上述したハウジングヨーク２の内部には、ロータ３が配置されている。
ロータ３は、回転シャフト２０と、回転シャフト２０の一端側に外嵌固定されたコンミテータ２３と、回転シャフト２０の他端側に外嵌固定されたアーマチュアコア４０と、により構成されている。
【００２９】
回転シャフト２０は、例えば鉄等の金属からなる棒状の部材である。回転シャフト２０は、一端側（図１における左側）がエンドブラケット１７に設けられた軸受１９に挿入され、他端側（図１における右側）がハウジングヨーク２の底部１１に設けられた軸受１３に挿入される。これにより、回転シャフト２０は、軸受１９および軸受１３により回転軸Ｏを中心に回転自在に軸支されている。
【００３０】
コンミテータ２３は、回転シャフト２０の一端側に外嵌固定された円柱形状のものである。コンミテータ２３の外周面には、板状の導電材により形成された複数のセグメント２５が複数設けられている。セグメント２５は、コンミテータ２３から露出した状態で回転シャフト２０を中心に周方向に等間隔に配設されており、隣接するセグメント２５は互いに絶縁されている。
【００３１】
各セグメント２５のアーマチュアコア４０側（図１における右側）には、径方向外側に折り返す形で突設され、先端が径方向内側に折り曲げられたライザ２６が一体成形されている。
ライザ２６は、後述するアーマチュアコア４０に巻装されたアーマチュアコイル２２をセグメント２５に接続させるためのものである。ライザ２６には、アーマチュアコイル２２から引き出された導線２７の巻始め端と巻終わり端とがそれぞれ掛け回わされ、例えばヒュージングにより固定されている。これにより、各セグメント２５とこれに対応するアーマチュアコイル２２とが電気的に接続される。
【００３２】
（アーマチュアコア）
図２は、軸方向から見たときのアーマチュアコア４０の説明図である。
図１に示すように、アーマチュアコア４０は、回転シャフト２０のコンミテータ２３よりも他端側（図１における右側）に配置されており、例えば電磁鋼板等の薄板状の磁性材料を軸方向に積層して形成した部材である。図２に示すように、アーマチュアコア４０は、アーマチュアコア本体部４１と、複数のティース４５と、を有している。
【００３３】
アーマチュアコア本体部４１は、略円盤状に形成されたものである。アーマチュアコア本体部４１の中心には、回転軸Ｏに沿ってアーマチュアコア本体部４１を貫通する回転シャフト挿通孔４２が形成されている。回転シャフト挿通孔４２の直径は、例えば回転シャフト２０（図１参照）の外径よりも小径に形成されている。そして、回転シャフト挿通孔４２に回転シャフト２０を圧入することで、アーマチュアコア４０が回転シャフト２０に外嵌固定される。
【００３４】
また、アーマチュアコア本体部４１には、回転シャフト挿通孔４２よりも外径側に、肉抜部４３が周方向に略等間隔に形成されている。肉抜部４３は、軸方向から見て、内径側に短辺を有し、外径側に長辺を有する略扇状に形成されている。肉抜部４３を形成することで、アーマチュアコア４０の軽量化を図っている。
【００３５】
ティース４５は、回転軸Ｏを中心にして、アーマチュアコア本体部４１から径方向に沿って放射状に延在している。そして、ティース４５は、複数本（本実施形態では２０本）形成されており、周方向に沿って等間隔に設けられている。
各ティース４５間には、スロット４４が形成される。スロット４４は、周方向に沿って等間隔に２０スロット形成されている。これらスロット４４から導線２７が導入されて、ティース４５にアーマチュアコイル２２が巻装される。
【００３６】
また、ティース４５は、軸方向平面視で略Ｙ字形状に形成されており、ティース４５の先端に設けられ左右対称となるように周方向に延在するティース先端部４７と、ティース先端部４７の先端面４８に形成された溝部５０と、ティース先端部４７よりも基端側に設けられティース先端部４７とアーマチュアコア本体部４１とを接続する巻胴部４６と、により構成されている。
【００３７】
図３は、ティース先端部４７の拡大図である。
図３に示すように、ティース先端部４７の先端面４８は、軸方向視で回転軸Ｏ（図２参照）を中心とする略円弧形状に形成されている。ティース先端部４７の先端面４８の曲率半径は、アーマチュアコア４０の半径と同一となるように形成されている。すなわち、ティース先端部４７の先端面４８の外径は、アーマチュアコア４０の直径と同一となっている。本実施形態のアーマチュアコア４０は、直径をＲとすると、Ｒ＝８０ｍｍとなるように形成されている。
【００３８】
また、ティース先端部４７の先端面４８は、マグネット４（図１参照）と径方向で対向した状態となっている。ティース４５の先端面４８は、マグネット４と所定の離間距離（以下「エアギャップ」という。）を有した状態で配置されている。
マグネット４とティース４５との間の有効磁束はエアギャップに依存しており、このエアギャップの大きさを変更することで電動モータ１の出力トルクおよびコギングトルクの大きさを変更できる。エアギャップの大きさは、要求される出力トルクおよびコギングトルクにより適宜設定される。
【００３９】
ティース先端部４７の先端面４８には、周方向の中央に、軸方向に沿って延在し、径方向に深さを有する溝部５０が形成されている。
溝部５０は、回転軸Ｏに直交する断面がＶ字形状に形成されている。溝部５０は、ティース４５の周方向の中央に、底部となるＶ字の頂点５０ａを有している。
また、溝部５０は、溝部５０の頂点５０ａから径方向の外側に向かって漸次幅が広がるように開口する、一対の溝壁部５０ｂを有している。一対の溝壁部５０ｂは平坦に形成されており、ティース先端部４７の先端面４８と交差するように形成されている。
溝部５０を形成することで、スロット４４に加えて擬似的にスロットが形成された状態となる。そして、ハウジングヨーク２のマグネット４と、アーマチュアコア４０のティース先端部４７の先端面４８とが対向する面積が減少する。
【００４０】
本実施形態では、ティース先端部４７の先端面４８とティース４５の周方向における中心線との交点をＫ３とし、交点Ｋ３と頂点５０ａとの離間距離、すなわち溝部５０の径方向の深さをＤとしたとき、溝部５０の深さＤおよびアーマチュアコア４０の直径Ｒを、
Ｄ／Ｒ＝０．０１８７５±０．００３７５・・・（１）
を満たすように設定している。
具体的に本実施形態では、溝部５０の深さＤをＤ＝１．５ｍｍに設定し、アーマチュアコア４０の直径ＲをＲ＝８０．０ｍｍに設定し、（１）式の値を０．０１８７５に設定している。
【００４１】
ところで、溝部５０の深さＤを変更することにより、溝部５０におけるロータ３のマグネット４とハウジングヨーク２とのエアギャップが変化する。また、溝部５０の深さＤを変更することにより、ハウジングヨーク２のマグネット４と、アーマチュアコア４０のティース先端部４７の先端面４８とが対向する面積が変化する。これにより、ロータ３のマグネット４とハウジングヨーク２との間の有効磁束が変化し、電動モータ１の出力トルクおよびコギングトルクの大きさが変化する。
このため、溝部５０の深さＤを適切に設定することで、出力トルクの大幅な減少を抑制しつつコギングトルクを低減できるといえる。
【００４２】
そこで、溝部５０の深さＤを種々変更して電動モータ１のコギングトルクの測定を行った結果、（１）式を満足するように溝部５０の深さＤおよびアーマチュアコア４０の直径Ｒを設定することにより、電動モータ１のコギングトルクを低減できることが確認された。コギングトルクの測定結果、および（１）式を満足するように溝部５０の深さＤを設定したときの作用・効果については後述する。
【００４３】
また、ティース先端部４７の先端面４８と溝壁部５０ｂとの交点をＫ１およびＫ２とし、交点Ｋ１と回転軸Ｏと交点Ｋ２で形成される角度、すなわちアーマチュアコア本体部４１の中心に対する溝部５０の開口角度をαとしたとき、開口角度αを、
α＝９°±２°・・・（２）
を満たすように設定している。具体的に本実施形態では、α＝９°に設定している。
【００４４】
ところで、溝部５０の開口角度αを変更することにより、ロータ３のマグネット４とハウジングヨーク２とのエアギャップが増加する領域が変化する。また、溝部５０の開口角度αを変更することにより、ハウジングヨーク２のマグネット４と、アーマチュアコア４０のティース先端部４７の先端面４８とが対向する面積が変化する。このため、電動モータ１の出力トルクおよびコギングトルクの大きさは、溝部５０の深さＤに加えて、溝部５０の開口角度αにも依存する。すなわち、溝部５０の深さＤに加えて、溝部５０の開口角度αを適切に設定することで、出力トルクの大幅な減少を抑制しつつコギングトルクを低減できるといえる。
【００４５】
そこで、溝部５０の開口角度αを変更して電動モータ１のコギングトルクの測定を行った結果、（２）式を満足するように溝部５０の開口角度αを設定することにより、電動モータ１のコギングトルクを低減できることが確認された。コギングトルクの測定結果、および（２）式を満足するように溝部５０の開口角度αを設定したときの作用・効果については後述する。
【００４６】
（有効磁束の測定）
続いて、種々のアーマチュアコアを使用して、ハウジングヨーク２とロータ３との間に発生する有効磁束の測定を行った。以下に、有効磁束の測定について説明をする。具体的には、４極２０スロットのインナロータ型電動モータを形成し、以下に示す実施例１〜３および比較例１のアーマチュアコア４０を使用して有効磁束の測定を行った。
【実施例１】
【００４７】
溝部５０の深さＤをＤ＝１．５ｍｍに設定し、アーマチュアコア４０の直径ＲをＲ＝８０ｍｍに設定することにより、（１）式で表されるＤ／ＲをＤ／Ｒ＝０．０１８７５に設定した。
また、溝部５０の開口角度αをα＝７°に設定した。
【実施例２】
【００４８】
溝部５０の深さＤをＤ＝１．５ｍｍに設定し、アーマチュアコア４０の直径ＲをＲ＝８０ｍｍに設定することにより、（１）式で表されるＤ／ＲをＤ／Ｒ＝０．０１８７５に設定した。
また、溝部５０の開口角度αをα＝９°に設定した。
【実施例３】
【００４９】
溝部５０の深さＤをＤ＝１．５ｍｍに設定し、アーマチュアコア４０の直径ＲをＲ＝８０ｍｍに設定することにより、（１）式で表されるＤ／ＲをＤ／Ｒ＝０．０１８７５に設定した。
また、溝部５０の開口角度αをα＝１１°に設定した。
【比較例１】
【００５０】
溝部５０を形成せず、アーマチュアコア４０の直径ＲをＲ＝８０ｍｍに設定した。
【００５１】
（有効磁束測定結果）
図４は、縦軸をマグネット４からティース４５に向かって通過する有効磁束（ｗｂ）とし、横軸をロータ３の回転角（ｄｅｇ）とした場合の、有効磁束の変化を示すグラフである。なお、縦軸における中央値は、発生する有効磁束が０であることを示し、中央値を挟んで振幅が大きいほど発生する有効磁束が多く、中央値を挟んで振幅が小さいほど発生する有効磁束が少ないことを示している。
【００５２】
同図に示すように、ハウジングヨーク２とロータ３との間に発生する有効磁束は、アーマチュアコア４０に溝部５０が形成されていない比較例１が最も多くなったことが確認できる。これに対して、所定の深さＤおよび開口角度αを有する溝部５０が形成された実施例１〜３は、比較例１よりも最大有効磁束が２パーセントから４パーセント程度少なくなるという結果が得られた。比較例１に対する実施例１〜３の最大有効磁束の減少率から、実施例１〜３の出力トルクの大幅な減少は抑制されていることが確認できる。
【００５３】
このように、溝部５０を形成することにより、ハウジングヨーク２のマグネット４と、アーマチュアコア４０のティース先端部４７の先端面４８とが対向する面積が減少する。また、開口角度αで決定されるティース先端部４７の先端面４８における溝部５０の形成領域において、ロータ３とハウジングヨーク２とのエアギャップが増加する。
そして、マグネット４とティース先端部４７の先端面４８との対向面積の減少、および溝部５０の形成領域におけるロータ３とハウジングヨーク２とのエアギャップの増加により、マグネット４からティース４５に向かって通過する有効磁束が減少している。そして、この有効磁束の減少により、ロータ３の回転時におけるコギングトルクが低下する。
【００５４】
（コギングトルクの測定）
続いて、種々のアーマチュアコアを使用して、ロータ３のコギングトルクの測定を行った。以下に、コギングトルクの測定について説明をする。具体的には、上述の実施例１〜３、および比較例１のアーマチュアコアを有するインナロータ型電動モータに加え、以下に示す比較例２および比較例３のアーマチュアコアを有するインナロータ型電動モータを形成した。そして、上述の実施例１〜３、および比較例１〜３のアーマチュアコアを有するロータ３のコギングトルクを測定した。
【比較例２】
【００５５】
溝部５０の深さＤをＤ＝１．０ｍｍに設定し、アーマチュアコア４０の直径ＲをＲ＝８０ｍｍに設定することにより、（１）式で表されるＤ／ＲをＤ／Ｒ＝０．０１２５に設定した。
また、溝部５０の開口角度αをα＝９°に設定した。
【比較例３】
【００５６】
溝部５０の深さＤをＤ＝２．０ｍｍに設定し、アーマチュアコア４０の直径ＲをＲ＝８０ｍｍに設定することにより、（１）式で表されるＤ／ＲをＤ／Ｒ＝０．０２５に設定した。
また、溝部５０の開口角度αをα＝９°に設定した。
【００５７】
（コギングトルク測定結果）
図５は、縦軸をコギングトルク（Ｎ・ｍ）とし、横軸をロータ３の回転角（ｄｅｇ）としたときの、コギングトルク測定結果を示すグラフである。なお、縦軸における中央値は、発生するコギングトルクが０であることを示し、中央値を挟んで振幅が大きいほど発生するコギングトルクが大きく、中央値を挟んで振幅が小さいほど発生するコギングトルクが小さいことを示している。
【００５８】
図５に示すように、（１）式で表されるＤ／ＲをＤ／Ｒ＝０．０１８７５に設定し、（２）式で表される開口角度αを９°に設定した実施例２のコギングトルクが最も小さくなった。したがって、溝部５０の深さＤをＤ＝１．５ｍｍに設定し、アーマチュアコア４０の直径ＲをＲ＝８０ｍｍに設定した実施例２のアーマチュアコア４０がベストモードであるといえる。
また、コギングトルクの値は、アーマチュアコア４０に溝部５０が形成されていない比較例１が最も大きかった。
【００５９】
前述の有効磁束測定結果（図４参照）に示されるように、実施例２の有効磁束は比較例１よりも少なかったため、電動モータ１の回転時における実施例２の磁束変動量も、比較例１の磁束変動量よりも少ないといえる。
ここで、この磁束変動量はコギングトルクの発生要因となる。したがって、比較例１よりも磁束変動量が少ない実施例２のコギングトルクは、比較例１のコギングトルクよりも小さくなっていることが確認できる。
これに対して、比較例１の有効磁束は、有効磁束測定結果に示されるように最も多かった。したがって、電動モータ１の回転時における磁束変動量についても、比較例１の磁束変動量が最も大きくなったため、比較例１のコギングトルクが最も大きくなったことが確認できる。
【００６０】
また、（１）式で表されるＤ／Ｒを０．０１８７５に設定し、（２）式で表される開口角度αを７°に設定した実施例１、および（１）式で表されるＤ／Ｒを０．０１８７５に設定し、（２）式で表される開口角度αを９°に設定した実施例３についても、コギングトルクが良好に抑制されていることが確認できる。具体的には、実施例１および実施例３のコギングトルクは、比較例１の最大コギングトルクの２５パーセント以下に抑制されていることが確認できる。
したがって、以上の結果から、溝部５０の開口角度αを、
α＝９°±２°・・・（２）
を満たすように設定することにより、コギングトルクが良好に抑制できることが確認できる。
【００６１】
また、（１）式で表されるＤ／Ｒを０．０１２５に設定し、（２）式で表される開口角度αを９°に設定した比較例２、および（１）式で表されるＤ／Ｒを０．０２５に設定し、（２）式で表される開口角度αを９°に設定した比較例３については、比較例１よりもコギングトルクが抑制されることが確認できる。
しかし、比較例２および比較例３の最大コギングトルクは、比較例１の最大コギングトルクの２５パーセント以下とはならず、実施例１から実施例３ほど良好にコギングトルクは抑制されなかった。
【００６２】
以上の結果から、Ｄ／Ｒ＝０．０１８７５を満たすように設定することにより、コギングトルクが良好に抑制できることが確認できる。
そして、アーマチュアコア４０をプレスで成型する時の寸法誤差等を考慮すると、溝部５０の深さＤ、およびアーマチュアコア４０の直径Ｒは、
Ｄ／Ｒ＝０．０１８７５±０．００３７５・・・（１）
を満たすように設定される。
【００６３】
（効果）
本実施形態によれば、深さＤを有する断面Ｖ字形状の溝部５０をティース４５の先端面４８に形成することで、ハウジングヨーク２とロータ３との間のエアギャップを溝部５０の深さＤの分だけ増加させて有効磁束を減少できる。したがって、電動モータ１の回転時におけるハウジングヨーク２とロータ３との間の磁束変動量を減少できるので、出力トルクの大幅な減少を抑制しつつロータ３のコギングトルクを減少させて、回転時の振動や異音の発生を抑制できる。
【００６４】
また、本実施形態によれば、開口角度αを有するように溝部５０を形成することで、アーマチュアコア４０のティース４５の先端面４８において、周方向で溝部５０の開口角度αにわたりハウジングヨーク２とロータ３との間のエアギャップを増加させて有効磁束を減少できる。これにより、電動モータ１の回転時におけるハウジングヨーク２とロータ３との間の磁束変動量を減少できるので、出力トルクの大幅な減少を抑制しつつロータ３のコギングトルクを減少させて、回転時の振動や異音の発生を抑制できる。
【００６５】
また、本実施形態によれば、４極２０スロットであって、溝部５０の深さＤをＤ＝１．５ｍｍ±０．３ｍｍに設定し、アーマチュアコア４０の直径ＲをＲ＝８０ｍｍ±０．３ｍｍに設定したインナロータ型電動モータに好適である。また、コギングトルクの測定結果から、溝部５０の深さＤをＤ＝１．５ｍｍに設定し、アーマチュアコア４０の直径ＲをＲ＝８０ｍｍに設定したインナロータ型電動モータにおいて、出力トルクの大幅な減少を抑制しつつコギングトルクを効果的に減少できることが確認できた。
【００６６】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の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種々の変更を加えることが可能である。
【００６７】
本実施形態では、マグネット２０はフェライトマグネットであったが、フェライトマグネットに限定されることはなく、例えばネオジム等の希土類からなるマグネットであってもよい。
【００６８】
本実施形態では、溝部５０は、溝部５０の頂点５０ａから径方向の外側に向かって漸次幅が広がるように開口する一対の溝壁部５０ｂを有しており、一対の溝壁部５０ｂは平坦に形成されていた。しかし、一対の溝壁部５０ｂは、例えば湾曲されて形成されていてもよい。
【００６９】
本実施形態では、アーマチュアコア４０の直径ＲがＲ＝８０ｍｍに設定された４極２０スロットの電動モータ１を例に説明したが、アーマチュアコア４０の寸法やハウジングヨーク２の極対数、ロータ３のスロット数等については、実施例に限られることはなく、種々の変更が可能である。
【００７０】
本実施形態では、インナロータ型のブラシモータを例に説明したが、本発明の適用はこれに限られることはなく、例えばインナロータ型のブラシレスモータやアウタロータ型のブラシレスモータに適用してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１  電動モータ（インナロータ型電動モータ）
２  ステータ
４  マグネット
４０  アーマチュアコア
４１  アーマチュアコア本体部
４５  ティース
４８  先端面
５０  溝部
５０ａ  頂点
【図１】
2013031284.tif 000003
【図２】
2013031284.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013031284.tif 000006
【図５】
2013031284.tif 000007