(57)【要約】【課題】ポールコアに形成されるポールコアチップ間での磁束漏れを確実に抑え、特性を向上させることができる直流電動機を提供する。【解決手段】スタータモータ１は、ポールコア１０１と、ポールコアチップ１０２と、界磁コイル１０３と、補助磁石１０４と、電機子コア１１０とを備えている。ポールコアチップ１０２はポールコア１０１から周方向に延設されている。補助磁極１０４は隣接するポールコアチップ１０２間に固定されている。また、隣接するポールコア１０１と同一極性となるように設定されている。そのため、ポールコアチップ１０２間での磁束が増加する。ポールコアチップ１０２と電機子コア１１０の隙間は、ポールコア１０１と電機子コア１１０の隙間より大きく設定されている。そのため、電機子コア１１０を介したポールコアチップ１０２間での磁束漏れも抑えられる。従って、ポールコアチップ１０２間での磁束漏れを確実に抑え、特性を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータのヨーク径方向に突出し周方向に隣接して配設され、界磁コイルが巻回される複数のポールコアと、
前記ポールコアの先端部から周方向に延設し、前記界磁コイルを保持するポールコアチップと、
隣接する前記ポールコアチップ間に、それぞれの前記ポールコアチップに当接した状態で配設され、前記ポールコアと同一極性の磁極が形成される磁石と、
前記ポールコアの先端面と径方向に対向した状態で前記ポールコアに対して回転可能に配設され、電機子コイルが巻回されるロータと、
を備えた直流電動機において、
前記ポールコアチップと前記ロータとの間の径方向隙間が、前記ポールコアの先端部と前記ロータとの間の径方向隙間より大きいことを特徴とする直流電動機。
【請求項２】
前記ポールコアチップは、前記磁石を保持する磁石保持部を有することを特徴とする請求項１に記載の直流電動機。
【請求項３】
前記ポールコアチップは、前記ポールコアとは分離して設けられた部材を前記ポールコアの先端部に組付けることによって形成されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれ１項に記載の直流電動機。
【請求項４】
前記ポールコアチップは、前記ポールコアより磁気抵抗の低い材質からなることを特徴とする請求項３に記載の直流電動機。
【請求項５】
前記ポールコアに対する前記界磁コイルの券回数が５巻以下であり、
前記ロータは、前記電機子コイルが収容されるスロット数が２１スロット以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の直流電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電動機に関する。特に、ステータを構成する複数のポールコアのうち、隣接するポールコアのポールコアチップの間に磁石を有する直流電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流電動機として、例えば非特許文献１に界磁されているスタータモータがある。図７に示すように、このスタータモータは、複数のポールコアと、チップ部と、磁石と、アーマチャコアとを備えている。ポールコアには、フィールド巻線が巻回されている。ポールコアの先端部には、周方向に延設し、フィールド巻線を保持するチップ部が形成されている。フィールド巻線に電流が流れると、周方向に隣接するポールコアの先端面に互いに異なる極性の磁極が形成される。周方向に隣接するチップ部の間には、それぞれチップ部に当接した状態で磁石が配設されている。磁石は、チップ部と当接する端部に、当接するチップ部を有するポールコアの先端面と同一極性の磁極が形成されるように設定されている。アーマチャコアは、外周面をポールコアの先端面と対向させた状態で回転可能に支持されている。フィールド巻線に電流が流れると、ポールコアの先端面に磁極が形成される。チップ部の間には、ポールコアの先端面と同一極性の磁極が形成される磁石が配設されている。これにより、チップ間の磁束を増加でき、スタータモータの特性を向上させることができる。
【非特許文献１】日本電装公開技報  整理番号７９−０６２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、前述したスタータモータでは、アーマチャコアを介してチップ部の間で磁束漏れが発生してしまい、チップ部の間での磁束漏れを充分に抑えることができない。そのため、当初予測していた程の特性の向上が得られないという問題があった。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ポールコアに形成されるポールコアチップ間での磁束漏れを確実に抑え、特性を向上させることができる直流電動機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００５】
そこで、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、ポールコアチップとロータとの間の径方向隙間を、ポールコアの先端部とロータとの間の径方向隙間より大きくすることで、ポールコアチップ間での磁束漏れを確実に抑え、特性を向上できることを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、請求項１に記載の直流電動機は、ステータのヨーク径方向に突出し周方向に隣接して配設され、界磁コイルが巻回される複数のポールコアと、ポールコアの先端部から周方向に延設し、界磁コイルを保持するポールコアチップと、隣接するポールコアチップ間に、それぞれのポールコアチップに当接した状態で配設され、ポールコアと同一極性の磁極が形成される磁石と、ポールコアの先端面と径方向に対向した状態でポールコアに対して回転可能に配設され、電機子コイルが巻回されるロータと、を備えた直流電動機において、ポールコアチップとロータとの間の径方向隙間が、ポールコアの先端部とロータとの間の径方向隙間より大きいことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、ポールコアの先端部とロータとの間の磁気抵抗が、ポールコアチップとロータとの間の磁気抵抗より小さくなっている。そのため、ポールコアチップとロータの間での磁束漏れを抑えることができる。つまり、ロータを介したポールコアチップ間の磁束漏れを抑えることができる。従って、ポールコアに形成されるポールコアチップ間での磁束漏れを確実に抑え、特性を向上させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の直流電動機は、請求項１に記載の直流電動機において、ポールコアチップは、磁石を保持する磁石保持部を有することを特徴とする。この構成によれば、ステータに界磁コイルを組付けた後においても、軸心側から磁石を容易に配設することができる。
【０００９】
請求項３に記載の直流電動機は、請求項１又は２のいずれか１項に記載の直流電動機において、ポールコアチップは、ポールコアとは分離して設けられた部材をポールコアの先端部に組付けることによって形成されていることを特徴とする。この構成によれば、ポールコアチップを容易にポールコアに形成することができる。
【００１０】
請求項４に記載の直流電動機は、請求項３に記載の直流電動機において、ポールコアチップは、ポールコアより磁気抵抗の低い材質からなることを特徴とする。この構成によれば、ポールコアチップに磁束が流れ易くなる。そのため、ポールコアチップとロータの間での磁束漏れをより確実に抑えることができる。
【００１１】
請求項５に記載の直流電動機は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の直流電動機において、ポールコアに対する界磁コイルの券回数が５巻以下であり、ロータは、電機子コイルが収容されるスロット数が２１スロット以下であることを特徴とする。この構成によれば、より大きな特性の向上を得ることができる。ところで、界磁コイルの巻回数、及び、ロータのスロット数が少ない程、磁束漏れによる特性への影響は大きい。逆に、界磁コイルの巻回数、及び、ロータのスロット数が多い場合、その影響は小さい。そのため、特に、界磁コイルの巻回数が５巻以下、及び、ロータのスロット数が２１スロット以下である場合、より大きな特性の向上を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る直流電動機を、自動車等の車両に搭載されエンジンを始動させるためのスタータモータに適用した例を示す。
【００１３】
まず、図１〜図３を参照してスタータモータの構成について説明する。ここで、図１は、本実施形態におけるスタータモータの軸方向から見た断面図である。図２は、図１における補助磁石周辺の拡大図である。図３は、軸心側から見たステータの部分平面図である。
【００１４】
図１に示すスタータモータ１（直流電動機）は、車両に搭載され、直流電圧が印加されることでエンジンを始動させるためのトルクを発生する装置である。スタータモータ１は、ステータ１０と、ロータ１１とから構成されている。
【００１５】
図１〜３に示すように、ステータ１０は、電流が流れることで磁束を発生する部材である。ステータ１０は、ヨーク１００と、ポールコア１０１と、ポールコアチップ１０２と、界磁コイル１０３と、補助磁石１０４とから構成されている。
【００１６】
ヨーク１００は、磁路の一部を構成する磁性材からなる円筒状の部材である。
【００１７】
ポールコア１０１は、ヨーク１００の内周側に配設され、磁路の一部を構成するとともに、界磁コイル１０３が巻回される磁性材からなる略直方体状の部材である。一端面をヨーク１００の内周面に当接させた状態でヨーク１００の径方向軸心側に向かって突出し、周方向に等間隔に隣接して配設されている。具体的には、ヨーク１００の外周側からボルト等によって固定されている。全てのポールコア１０１の軸心側先端面は、軸心から距離が一定な円弧状に成形されている。
【００１８】
ポールコアチップ１０２は、ポールコア１０１の軸心側先端部から周方向に延設され、界磁コイル１０３を保持するとともに磁路の一部を構成する磁性材からなる円弧板状の部位である。ポールコアチップ１０２は、ポールコア１０１とは分離したポールコア１０１より磁気抵抗の低い円弧板状の別部材をポールコア１０１の軸心側先端部に組付けることによって形成されている。ポールコアチップ１０２を形成するための別部材には、ポールコア１０１の外形と同一の長方形状の孔部１０２ａが形成されている。この別部材は、孔部１０２ａをポールコア１０１に嵌合させ、ポールコア１０１の軸心側先端部に組付けられている。内周面側には、ポールコア１０１の軸心側先端部が突出している。ポールコアチップ１０２の周方向先端部には、補助磁石１０４を保持するための補助磁石保持部１０２ａが形成されている。補助磁石保持部１０２ａは、補助磁石１０４の周方向端部の角部の外形に沿った切欠き部によって構成されている。
【００１９】
界磁コイル１０３は、電流が流れることで磁束を発生する、導線をコイル状に成形して構成される部材である。界磁コイル１０３は、各ポールコア１０１に３巻ずつ巻回されている。界磁コイル１０３は、電流が流れることで隣接するポールコア１０１の軸心側先端面に互いに異なる極性の磁極が形成されるように巻回されている。
【００２０】
補助磁石１０４は、周方向に隣接するポールコアチップ１０２間での磁束漏れを抑えるための略長方形板状の部材である。補助磁極１０４は、隣接するポールコア１０１の軸心側先端部の間に、それぞれのポールコアチップ１０２に当接した状態で固定されている。具体的には、補助磁石保持部１０２ａに固定されている。また、補助磁石１０４は、ポールコアチップ１０２と当接する端部に、当接するポールコアチップ１０２を有するポールコア１０１の軸心側先端部と同一極性の磁極が形成されるように設定されている。
【００２１】
図１及び図２に示すように、ロータ１１は、ブラシ（図略）を介して電流が供給され、この電流がステータ１０の発生する磁束と鎖交することでトルクを発生する部材である。ロータ１１は、外周面を、ポールコア１０１の軸心側先端面と径方向に対向させた状態で、ステータ１０に対して回転可能に支持されている。ロータ１１は、電機子コア１１０と、電機子コイル１１１とから構成されている。
【００２２】
電機子コア１１０は、磁路の一部を構成するとともに電機子コイル１１１を収容する磁性材からなる円柱状の部材である。電機子コア１１０には、電機子コイル１１１を収容する、軸心方向に延びる、径方向に長い長円状のスロット１１０ａ（一部省略）が周方向に等間隔に隣接して形成されている。具体的には、１９個のスロット１１０ａが周方向に等間隔に形成されている。
【００２３】
電機子コイル１１１は、ブラシを介して供給される電流が流れる導線をコイル状に成形して構成される部材である。電機子コイル１１１は、電機子コア１１０のスロット１１０ａに収容されている。具体的には、各スロット１１０ａに２本ずつ収容されている。
【００２４】
このように構成されたロータ１１は、電機子コア１１０外周面を、ポールコア１０１の軸心側先端面と径方向に対向させた状態で、ステータ１０に対して回転可能に支持されている。これにより、ポールコアチップ１０２と電機子コア１１０との間の径方向の隙間ｇ１が、ポールコア１０１と電機子コア１１０との間の径方向の隙間ｇ２より大きく設定されることとなる。
【００２５】
次に、図１及び図４を参照してスタータモータの動作について説明する。ここで、図４は、磁束の流れを説明するための説明図である。
【００２６】
図１において、界磁コイル１０３に電流が流れると、図４に示すように、ポールコア１０１の軸心側先端面に磁極が形成され磁束Φを発生する。磁束Φは、Ｎ極が形成されるポールコア１０１の軸心側先端面から、電機子コア１１０を介して、Ｓ極が形成されるポールコア１０１の軸心側先端面へと流れる。その一部が、ポールコアチップ１０２から隣接するポールコアチップ１０２へ流れようとする。しかし、ポールコアチップ１０２間には補助磁石１０４が固定されている。補助磁石１０４は、ポールコアチップ１０２と当接する端部に、当接するポールコアチップ１０２を有するポールコア１０１の軸心側先端部と同一極性の磁極が形成されるように設定されている。つまり、Ｎ極が形成されるポールコア１０１側の周方向端部にはＮ極が、Ｓ極が形成されるポールコア１０１側の周方向端部にはＳ極がそれぞれ形成されるように設定されている。そのため、ポールコアチップ１０２間での磁束の増加がなされる。しかも、ポールコアチップ１０２と電機子コア１１０との間の隙間ｇ１が、ポールコア１０１と電機子コア１１０との間の隙間ｇ２より大きく設定されている。そのため、ポールコアチップ１０２と電機子コア１１０との間の磁気抵抗が、ポールコア１０１と電機子コア１１０との間の磁気抵抗より大きくなる。従って、ステータ１０とロータ１１との間では、磁束は、磁気抵抗の小さいポールコア１０１と電機子コア１１０との間を流れることとなり、電機子コア１１０を介したポールコアチップ１０２間での磁束漏れをも抑えることができる。これにより、ポールコアチップ１０２間での磁束漏れを確実に抑えることができる。
【００２７】
図１において、ブラシを介して電機子コイル１１１に電流が流れると、流れた電流がステータ１０の発生する磁束と鎖交することでトルクを発生する。発生したトルクは、ステータモータ１として車両に搭載されたエンジンに伝達される。これにより、エンジンが始動する。
【００２８】
次に、図５を参照してスタータモータの特性について説明する。ここで、図５は、スタータモータの特性を示すグラフである。なお、図中における実線が、本実施形態におけるスタータモータ１の特性である。一方、破線が、比較例におけるスタータモータの特性である。比較例のスタータモータは、ポールコアチップと電機子コアとの間の隙間が、ポールコアと電機子コアとの間の隙間と同一であることを除いては、本実施形態と同一構成である。つまり、従来の構成に相当するスタータモータである。
【００２９】
図５に示すように、本実施形態におけるスタータモータ１は、従来の構成に相当する
比較例に比べ、同一電流に対してトルクを向上させることできる。低電流域で回転数が低下することとなるが、全領域でトルクを向上させることができる。それに伴って、出力も向上することとなる。
【００３０】
最後に、具体的効果について説明する。本実施形態によれば、補助磁石１０４によってポールコアチップ１０２間での直接的な磁束漏れを抑えることができる。しかも、ポールコアチップ１０２と電機子コア１１０との間の隙間ｇ１を、ポールコア１０１と電機子コア１１０との間の隙間ｇ２より大きく設定することで、電機子コア１１０を介したポールコアチップ１０２間での磁束漏れをも抑えることができる。そのため、ポールコアチップ１０２間での磁束漏れを確実に抑えることができる。それに伴って、スタータモータ１の特性を向上させることができる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、ポールコアチップ１０２は、補助磁石１０４を保持する補助磁石保持部１０２ａを有している。そのため、ステータ１０に界磁コイル１０３を組付けた後においても、軸心側から補助磁石１０４を容易に固定することができる。
【００３２】
また、本実施形態によれば、ポールコアチップ１０２は、ポールコア１０１とは分離した別部材をポールコア１０１に組付けることによって形成されている。そのため、ポールコアチップ１０２を容易にポールコア１０１に形成することができる。
【００３３】
さらに、本実施形態によれば、ポールコアチップ１０２は、ポールコア１０１より磁気抵抗の低い材質で構成されている。そのため、ポールコアチップ１０２に磁束が流れ易くなる。従って、ポールコアチップ１０２と電機子コア１１０との間での磁束漏れをより確実に抑えることができる。
【００３４】
加えて、本実施形態によれば、ステータ１０は、１つのポールコア１０１に対する界磁コイル１０３の券回数が３巻であり、ロータ１１は、電機子コイル１１１が収容されるスロット数が１９スロットである。ところで、界磁コイル１０３の巻回数、及び、ロータ１１のスロット数が少ない程、磁束漏れによる特性への影響は大きい。逆に、界磁コイル１０３の巻回数、及び、ロータ１１のスロット数が多い場合、その影響は小さい。そのため、低巻回及び低スロットの場合、より大きな特性の向上を得ることができる。特に、界磁コイルの巻回数が５巻以下、及び、ロータのスロット数が２１スロット以下である場合、より大きな特性の向上を得ることができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、ポールコアチップ１０２がポールコア１０１とは分離した別部材として構成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。ポールコアチップ１０２は、ポールコア１０１と一体的に成形されていてもよい。
【００３６】
また、本実施形態では、ポールコアチップ１０２がポールコア１０１に組付けられ、ポールコア１０１の軸心側先端部をポールコアチップ１０２の内周面より軸心側に突出させているが、図６に示すように、ポールコア２０１に、ポールコアチップ２０２を位置決めするための段部２０１ａを設けてもよい。
【００３７】
さらに、本実施形態では、補助磁石保持部１０２ａが、補助磁石１０４の周方向端部の角部の外形に沿った切欠き部によって構成される例を挙げているが、これに限られるものではない。例えば、図６に示すように、補助磁石２０４が周方向端面に凹部２０４ａを有し、補助磁石保持部２０２ａが、この凹部２０４ａに嵌合する凸部によって構成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態におけるスタータモータの軸方向から見た断面図である。
【図２】図１における補助磁石周辺の拡大図である。
【図３】軸心側から見たステータの部分平面図である。
【図４】磁束の流れを説明するための説明図である。
【図５】スタータモータの特性を示すグラフである。
【図６】変形形態におけるスタータモータの軸方向から見た断面図である。
【図７】従来のスタータモータの軸方向から見た断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１・・・スタータモータ（直流電動機）、１０・・・ステータ、１００・・・ヨーク、１０１、２０１・・・ポールコア、１０２、２０２・・・ポールコアチップ、１０２ａ，２０２ａ・・・補助磁石保持部（磁石保持部）、１０３・・・界磁コイル、１０４、２０４・・・補助磁石（磁石）、１１・・・ロータ、１１０・・・電機子コア、１１０ａ・・・スロット、１１１・・・電機子コイル、２０１ａ・・・段部、２０４ａ・・・凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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