(57)【要約】【課題】胴体長が短く小型でありながら、巻線占積率が高く、高効率・低発熱で、しかも、組付性に優れた低コストのスタータモータを提供する。【解決手段】スタータモータ１は、排気量２００ｃｃ以下の自動二輪車に好適に使用され、ステータ３と、ステータ３内に回転自在に取り付けられたロータ５を有する。ステータ３には４個の界磁マグネット７が取り付けられている。ロータ５は、アーマチュアコア１１とコンミテータ１９を有する。アーマチュアコア１１には１３個のスロット１８が形成されている。コンミテータ１９には２個のブラシ２４が９０°間隔にて配置されている。スロット１８には、アーマチュアコイル１２が波巻きにて巻装されており、スタータモータ１は４極１３スロット波巻仕様となっている。【選択図】図３
2016034167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動二輪車のエンジンに取り付けられ、前記エンジンの始動を行うスタータモータであって、
有底円筒形状のヨークと、前記ヨークの内周面に取り付けられた４個の界磁マグネットと、を備えるステータと、
前記ステータの内側に配置され、前記ヨーク内に回転自在に取り付けられたアーマチュアシャフトと、前記アーマチュアシャフトに固定されたアーマチュアコアと、前記アーマチュアコアに巻装されたアーマチュアコイルと、前記アーマチュアコアに隣接して配置され前記アーマチュアコイルが接続されるコンミテータと、を備えるロータと、を有し、
前記アーマチュアコアは、径方向に突出する１３個のティースと、該ティース間に形成された１３個のスロットと、を有し、
前記アーマチュアコイルは、前記スロット間に波巻にて巻装されることを特徴とするスタータモータ。
【請求項２】
請求項１記載のスタータモータにおいて、前記スタータモータはさらに、
前記ヨークの開口側端面に取り付けられるブラケットと、
前記コンミテータに摺接し、外部の電源と電気的に接続される２個のブラシと、
前記ブラケットに取り付けられ、前記ブラシが径方向に移動自在に収容されるブラシホルダと、を有することを特徴とするスタータモータ。
【請求項３】
請求項２記載のスタータモータにおいて、前記ブラシは、周方向に９０°間隔をあけて配置されることを特徴とするスタータモータ。
【請求項４】
請求項２又は３記載のスタータモータにおいて、前記アーマチュアシャフトは、前記ヨークに取り付けられた焼結軸受と、前記ブラケットに取り付けられたボールベアリングによって回転自在に支持されることを特徴とするスタータモータ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載のスタータモータにおいて、前記スタータモータは、排気量２００ｃｃ以下の自動二輪車に使用されることを特徴とするスタータモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等のエンジン始動用に取り付けられるスタータモータに関し、特に、排気量２００ｃｃ以下クラスの自動二輪車に使用して好適なスタータモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動二輪車では、排気量の小さい小型車においても、エンジン始動に際し、スタータモータによって始動動作を行うものが多くなっている。このようなスタータモータのうち、例えば、排気量２００ｃｃ以下クラスの自動二輪車に使用されるものは、２極１０〜１２スロットの重ね巻アーマチュア仕様がグローバルで一般的となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０-１３６５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような重ね巻仕様のスタータモータは、巻線機の汎用性は高いものの、各スロットへの巻線順が常に隣接スロットとなるため、巻き始めから巻き終りまでコアスロットの面積を有効に使えないという課題がある。この場合、巻線の占積率向上のため、細線を２重に重ね巻きする手段もあるが、巻線時間が２倍となってしまい、生産性を阻害する要因となる。また、２極・重ね巻仕様の場合、ブラシが１８０°対向する形で配置されるため、モータ組み付け時のスプリングの処理等、ブラケットにアーマチュアを組み付ける際の作業性にも課題があった。
【０００５】
さらに、２極・重ね巻仕様の小型スタータでは、低温時の減磁タフネスを確保するため、マグネットの肉厚を確保する必要があり、モータの小型化が図りにくい。また、ヨーク外径とマグネット肉厚によりアーマチュアコア径が決まってしまい、その結果、巻線できる線径や導体数が制限されてしまう。そこで、より高いトルクを必要とする場合は、アーマチュア積厚を長くして対応する必要があり、その分、モータ全長が長くなる。このため、車両内におけるレイアウト性の低下や耐振性の低下を招いてしまう、という問題もあった。また、このように胴体長が長いモータの場合、シャフトやロータコアの振れや、フロント・リヤ軸受等について高い精度を確保しないと、音や振動の発生要因となるおそれもある。
【０００６】
加えて、スタータモータは使用温度範囲が広く、−１０°Ｃレベルでの作動が要求される。このため、一般的な焼結軸受を使用すると、軸受内径−シャフト外径間のクリアランスと含浸油粘度の関係より、アーマチュアアッセンブリに不定期振動が生じ、異音が発生してしまうおそれがある。また、スタータモータは短時間定格のため、内部抵抗を下げた設計としており、作動時の電流値が高い。このため、作動時間や頻度、バッテリ容量などの関係から、モータが過度に使用されると、温度上昇によりアーマチュアが損傷を受けるおそれがあるという問題もあった。
【０００７】
本発明の目的は、胴体長が短く小型でありながら、巻線占積率が高く、高効率・低発熱で、しかも、組付性に優れた低コストのスタータモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のスタータモータは、自動二輪車のエンジンに取り付けられ、前記エンジンの始動を行うスタータモータであって、有底円筒形状のヨークと、前記ヨークの内周面に取り付けられた４個の界磁マグネットと、を備えるステータと、前記ステータの内側に配置され、前記ヨーク内に回転自在に取り付けられたアーマチュアシャフトと、前記アーマチュアシャフトに固定されたアーマチュアコアと、前記アーマチュアコアに巻装されたアーマチュアコイルと、前記アーマチュアコアに隣接して配置され前記アーマチュアコイルが接続されるコンミテータと、を備えるロータと、を有し、前記アーマチュアコアは、径方向に突出する１３個のティースと、該ティース間に形成された１３個のスロットと、を有し、前記アーマチュアコイルは、前記スロット間に波巻にて巻装されることを特徴とする。
【０００９】
前記スタータモータにおいて、前記ヨークの開口側端面に取り付けられるブラケットと、前記コンミテータに摺接し、外部の電源と電気的に接続される２個のブラシと、前記ブラケットに取り付けられ、前記ブラシが径方向に移動自在に収容されるブラシホルダと、をさらに設けても良い。この場合、前記ブラシを、周方向に９０°間隔をあけて配置しても良い。また、前記ヨークに取り付けられた焼結軸受と、前記ブラケットに取り付けられたボールベアリングによって、前記アーマチュアシャフトを回転自在に支持しても良い。さらに、前記スタータモータを、排気量２００ｃｃ以下の自動二輪車に使用しても良い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のスタータモータによれば、自動二輪車用のスタータモータを４極化することにより、マグネットを薄肉化でき、その分、アーマチュアコアの外径を拡径することが可能なる。また、コイルを波巻仕様とすることにより、コイルの占積率が向上し、従来の重ね巻仕様に対し、モータの高効率化が図られる。従って、従来の２極重ね巻仕様に比して、コイル導体数を増加させることができ、従来機と同等の出力を維持しつつ、従来機よりもモータ胴体長を短縮することが可能となる。
【００１１】
さらに、モータの４極化により、ブラシを９０°間隔にて配置できるため、ブラシが１８０°対向した位置に配置される従来機（２極）よりも、モータ組み付け時におけるブラシスプリングのセット作業をより鋭角の中で行うことができ、組み付け性の向上を図ることが可能となる。
【００１２】
加えて、アーマチュアコアを１３スロット構成とすることにより、胴体長を短縮した場合でも、従来機と同等の出力が維持されるよう、コイル導体数とコイル総断面積をバランス良く増加させることが可能となる。
【００１３】
従って、本発明のように、自動二輪車用のスタータモータを４極１３スロット波巻仕様とすることにより、モータ特性を維持しつつ、モータの小型軽量化、低価格化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態であるスタータモータの構成を示す断面図である。
【図２】アーマチュアコアを軸方向から見た側面図である。
【図３】アーマチュアコイルの巻線仕様を示す説明図である。
【図４】ブラシの配置状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態であるスタータモータ１（以下、モータ１と略記する）の構成を示す断面図である。モータ１は、二輪車用、特に、排気量２００ｃｃ以下の自動二輪車のエンジンスタータとして使用される。モータ１は、有底円筒形状のヨーク２を有するステータ３と、ステータ３内に回転自在に取り付けられたアーマチュア４を有するロータ５と、を備えている。ヨーク２の開口端（図中左端部）には、ブラケット６が取り付けられている。ヨーク２の内周面には、周方向に沿って２対４個のマグネット（界磁永久磁極）７が固定されている。マグネット７により、モータ１は４極構成となっている。
【００１６】
アーマチュア４は、アーマチュアコア１１と、アーマチュアコア１１に巻装されたアーマチュアコイル１２とを有している。アーマチュアコア１１は、金属製のコアプレート１３を複数枚積層して形成されている。コアプレート１３は、アーマチュアシャフト１４に固定されている。アーマチュアシャフト１４の図中右端部は、ヨーク２に取り付けられた軸受１５によって回転自在に支持されている。アーマチュアシャフト１４の図中右端部は、ブラケット６に取り付けられた軸受１６によって回転自在に支持されている。モータ１では、軸受１５には焼結軸受が、軸受１６にはボールベアリングが使用されている。
【００１７】
図２は、アーマチュアコア１１を軸方向から見た側面図である。図２に示すように、アーマチュアコア１１の外周には、ティース１７が突設されている。隣接するティース１７の間は、スロット１８となっている。モータ１では、ティース１７及びスロット１８は１３個設けられている。ティース１７には、アーマチュアコイル１２が波巻にて巻装されており、アーマチュアコイル１２は各スロット１８内に収容される。すなわち、モータ１は、４極１３スロット（４Ｐ１３Ｓ）の波巻仕様となっている。
【００１８】
アーマチュアコア１１の一端側には、コンミテータ１９が隣接して配置されている。コンミテータ１９は、アーマチュアシャフト１４に外嵌固定されている。コンミテータ１９は、合成樹脂製のボディ部２１と、複数枚の金属製セグメント２２とを備えている。セグメント２２は、ボディ部２１の外周面に固定されている。セグメント２２は、銅板等の導電材にて形成され、互いに電気的に絶縁されている。各セグメント２２のアーマチュアコア１１側の端部には、ライザ２３が形成されている。ライザ２３には、アーマチュアコイル１２が巻回され、フュージングにより固定されている。
【００１９】
図３は、アーマチュアコイル１２の巻線仕様を示す説明図である。図３に示すように、アーマチュアコイル１２においては、例えば、巻線Ｗは、７番コンミテータ１９ａから、５番ティース１７ａと６番ティース１７ｂの間のスロット１８ａと、２番ティース１７ｃと３番ティース１７ｄの間のスロット１８ｂとの間に巻装され、１番コンミテータ１９ｂに結線される。次に、１番コンミテータ１９ｂから、１２番ティース１７ｅと１３番ティース１７ｆの間のスロット１８ｃと、９番ティース１７ｇと１０番ティース１７ｈの間のスロット１８ｄとの間に巻装され、８番コンミテータ１９ｃに結線される。つまり、アーマチュアコイル１２の各スロット１８への巻線順は、隣接したスロットとはならず、スロット１８ａの次は約１８０°対向した位置にあるスロット１８ｃとなる。
【００２０】
コンミテータ１９には、ブラシ２４が摺接している。図４は、ブラシ２４の配置状態を示す説明図である。モータ１では、図４に示すように、ブラシ２４は２個設けられており、２つのブラシ２４ａ,２４ｂは、周方向に９０°離れて配置されている。ブラシ２４は、ブラケット６に設けられたブラシホルダ２５に収容されている。ブラシホルダ２５には、各ブラシ２４が出没自在に取り付けられる。ブラシ２４はブラシスプリング２６によってコンミテータ１９に押接されている。各ブラシ２４は、端子２７を介して図示しない電源と電気的に接続され、コンミテータ１９には、ブラシ２４を介して外部電源から電力が供給される。
【００２１】
ここで、本発明では、出力特性を変えることなく、既存品のスタータモータを小型化・低価格化することがひとつの目的となっている。つまり、一定の出力特性の中で、スタータモータを如何に小さく、軽く、安くするかが課題となる。本発明者らは、かかる目的の下、材料費や加工費の低減という観点から、モータ胴体長を削減すべく、アーマチュアコアの積厚（軸方向長）削減を検討した。この場合、コアの積厚を削減すれば、同出力を得るには、コアを短くした分だけ有効導体数を増やす必要がある。そして、そのためにはコアの外径増大が求められ、モータ全体の外径を増やさないという制限を考慮すると、マグネットを薄くする必要が生じる。但し、極端な薄肉化は、マグネット単品の加工性を損なう。そこで、本発明者らは、マグネットをヨーク内に取り付ける際の作業性も考慮しつつ、それらのバランスを考え、マグネットを４極化することとした。
【００２２】
そして、このように界磁を４極化することにより、当該モータ１は、従来の２極機に比してマグネットを薄肉化でき、その分、アーマチュアコア１１の外径を大きくすることが可能となった。発明者らの試作では、従来の２極機と同じヨーク外径にて、アーマチュアコア１１を７％拡径することができた。これにより、従来に比してコイルの占積率が向上し、導体数を３０％増加させることができ、その結果、アーマチュアコアの積厚を３０％削減することが可能となった。このように、本発明によるモータ１では、従来仕様に対し、モータ胴体長を大幅に短縮でき、モータの小型軽量化を図ることが可能となると共に、車両内におけるレイアウト性の向上や耐振性の向上を図ることが可能となる。
【００２３】
また、界磁の４極化により、モータ１では、ブラシ２４を図４のように９０°間隔で配置することが可能となる。このため、ブラシが１８０°対向した位置に配置される従来機（２極）よりも、モータ組み付け時におけるブラシスプリングのセット作業をより鋭角の中で行うことができ、組み付け性の向上を図ることが可能となる。さらに、従来機では、ブラシが天地方向に設置された場合、下側のブラシの近傍に摩耗粉が堆積しやすくなり、絶縁に悪影響を及ぼしやすい。これに対し、モータ１のような９０°配置の場合は、両ブラシ共に天方向に設置出来るため（図４参照）、絶縁に対し有利である。加えて、挟み角が９０°の場合、両ブラシ２４ａ,２４ｂの合力方向の荷重を常にアーマチュアシャフト１４に付加することができる。このため、焼結軸受１５とアーマチュアシャフト１４との間のクリアランスによるアーマチュアの不定期振動が発生しにくくなる。また、不定期振動が仮に発生してもそれを抑制する作用があるため、不定期振動に伴うモータ振動や異音などを防止することが可能となる。
【００２４】
一方、上述のように、アーマチュアコアの積厚を３０％削減すると、出力維持のためには、前述のように、コイルの有効導体数を３０％増大させる必要がある。この場合、現状の２極１０スロット仕様のモータでは、直径１.１ｍｍの導線を５ターンさせて１０スロットに巻装し、導体数１００、導体断面積９５を得ている。これに対し、発明者らの実験によれば、１３スロットのアーマチュアコア１１に、直径１.１ｍｍの導線を５ターンさせて巻装すると、導体数１３０、導体断面積１２３となり、コイル導体数・導体断面積共にほぼ１.３倍となり、これが最もバランスの取れた仕様になることが分かった。このため、当該モータ１では、アーマチュアコア１１を１３スロット構成としており、界磁と合わせて、４極１３スロット仕様が本発明によるスタータモータの特徴となっている。
【００２５】
また、モータ１では、前述のようにアーマチュアコイル１２が波巻仕様となっている。波巻仕様は、巻線順が隣接スロットとなる重ね巻仕様に比して、コイルの屈曲状態に余裕があり、スロット底部に容易にコイルを配置できる。従って、スロットのスペースを有効に使うことができ、コイルの占積率向上を図ることが可能となる。さらに、波巻仕様とアーマチュアコア拡径の相乗効果によるコイル占積率の向上により、モータの高効率化が図られ、従来の２極機によりも通電時の発熱を抑えることが可能となる。従って、スタータの温度上昇が抑制され、モータの過剰使用によるアーマチュアの損傷を防止することが可能となる。
【００２６】
本発明は前述のような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施形態では、モータ１を２ブラシ構成としたが、４ブラシ以上の構成とすることも可能である。但し、４ブラシ構成の場合、摩耗粉の影響を避けるべく全ブラシを上方に配置することができないため、コスト面も考慮すると、小型のスタータモータでは２ブラシ構成が好ましい。
【符号の説明】
【００２７】
１    スタータモータ
２    ヨーク
３    ステータ
４    アーマチュア
５    ロータ
６    ブラケット
７    マグネット
１１    アーマチュアコア
１２    アーマチュアコイル
１３    コアプレート
１４    アーマチュアシャフト
１５    軸受
１６    軸受
１７    ティース
１７ａ  ５番ティース
１７ｂ  ６番ティース
１７ｃ  ２番ティース
１７ｄ  ３番ティース
１８    スロット
１８ａ  ５番ティースと６番ティースの間のスロット
１８ｂ  ２番ティースと３番ティースの間のスロット
１９    コンミテータ
１９ａ  ７番コンミテータ
１９ｂ  １番コンミテータ
２１    ボディ部
２２    セグメント
２３    ライザ
２４    ブラシ
２４ａ,２４ａ    ブラシ
２５    ブラシホルダ
２６    ブラシスプリング
２７    端子
Ｗ      巻線
【図１】
2016034167.tif 000003
【図２】
2016034167.tif 000004
【図３】
2016034167.tif 000005
【図４】
2016034167.tif 000006