JP2010004597A - ブラシ付モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシの延命化を図りつつ、モータ出力が大きくなっても容易に巻装作業を行うことができ、高出力、小型化を図ることができるブラシ付モータを提供する。また、コイルを集中巻方式で巻装した場合であっても回転速度を可変させることができるブラシ付モータを提供する。
【解決手段】同一のティース群４６（４７）に巻装されている第一コイル３３Ｕ〜３３Ｙ、および第二コイル３４Ｕ〜３４Ｙをそれぞれ同一のセグメント群４１（４２）に接続して閉回路Ｈ１，Ｈ２を２つ形成し、各閉回路Ｈ１，Ｈ２は、第一コイル３３Ｕ〜３３Ｙの巻き始め端６１が接続されているセグメント１４と、第二コイル３４Ｕ〜３４Ｙの巻き始め端６１が接続されているセグメント１４とをそれぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメント１４に設定している。
【選択図】図３

Description

この発明は、車両等に搭載されるブラシ付モータに関するものである。

一般に、ブラシ付きの直流モータは、内周面に永久磁石を取り付けた円筒状のヨークの内側にアーマチュアコイルが巻装されたアーマチュアが回転自在に配置された構成となっている場合が多い。アーマチュアは回転軸に外嵌固定されたアーマチュアコアを有している。アーマチュアコアには軸方向に長いティースが複数形成され、これらティース間に軸方向に長いスロットが形成されている。各ティースにはスロットを介して巻線が巻装され、複数のコイルが形成されている。

各コイルは、回転軸に取り付けられた各セグメントに導通している。各セグメントは一対のブラシと摺接可能になっており、これらブラシを介してコイルに直流電流が供給される。そして、アーマチュアコアに形成される磁界と永久磁石との間に生じる磁気的な吸引力や反発力によって回転軸が回転される。この回転によってブラシが摺接するセグメントが順次変更されコイルに流れる電流の向きが切り替えられる、所謂整流が行われ、アーマチュアコアが継続的に回転する。

この種の直流モータでは、アーマチュアの回転に伴い、ブラシがセグメントと接触、および離間を繰り返すことになる。このため、セグメント間電圧が大きいとブラシがセグメントから離間する際、コイルに蓄電された電磁エネルギーが放出されることによりブラシとセグメントとの間で放電が発生することがある。ブラシとセグメントとの間で放電が発生すると、ブラシ、およびセグメントが放電摩耗を起こし、ブラシとセグメントとの電気的接触不良を引き起こすおそれがあると共に、ブラシの寿命が短くなるおそれがある。

ここで、各ティースに巻装されるコイルは、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）集中巻方式で構成されている場合が多いが、コイルを５相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相）集中巻法式で構造し、３相集中巻方式と比較してセグメント間電圧を低減させる技術が提案されている。このようにセグメント間電圧を低減させることで、ブラシの延命化を図っている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８−１３６３４３号公報

しかしながら、上述の従来技術にあっては、モータに形成される並列回路数が２回路、または４回路になるので、モータ出力を大きくしていくと巻線の線径が太くなってしまう。このため、各ティースに巻線を巻き難くなってしまうばかりか、モータが大型化してしまうという課題がある。
また、上述の従来技術のような直流モータで回転速度を可変させるべく、例えば、ブラシの数を２つから４つに変更して通電されるブラシの数を変化させてもコイルの有効導体数や通電電流が変化しないので、回転速度を可変することが困難であるという課題がある。

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、ブラシの延命化を図りつつ、モータ出力が大きくなっても容易に巻装作業を行うことができ、高出力、小型化を図ることができるブラシ付モータを提供するものである。
また、コイルを集中巻方式で巻装した場合であっても回転速度を可変させることができるブラシ付モータを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、８極の磁極を有するヨークと、前記ヨークの内側に回転自在に設けられる回転軸と、前記回転軸に取り付けられ径方向に向かって放射状に延び、巻線が集中巻き方式にて巻装される１０個のティースと、該ティース間に形成され軸線方向に沿って延びる１０個のスロットとを有するアーマチュアコアと、前記回転軸に前記アーマチュアコアと隣接して設けられ２０枚のセグメントを周回り方向に配置したコンミテータと、前記セグメントに摺接し、給電を行うための４つのブラシとから成り、前記４つのブラシは、陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを２つ備えて構成され、同極側同士のブラシは、前記回転軸を中心にして対向配置されると共に、異極側同士のブラシは電気角で１８０°周回り方向に間隔をあけて配置され、各ティースは、互いに同方向に前記巻線を巻装して形成された第一コイル、および第二コイルの２つのコイルを備え、前記セグメントを前記回転軸を中心にして互いに点対称位置に存在する１０個ずつの２つのセグメント群で構成し、各セグメント群の同電位となるセグメント同士を短絡部材で短絡し、前記ティースを前記回転軸を中心にして互いに点対称位置に存在する５つずつの２つのティース群で構成し、同一のティース群に巻装されている第一コイル、および第二コイルをそれぞれ同一のセグメント群に接続して前記２つのティース群それぞれに閉回路を１つずつ形成し、各ティースをそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相の順で割り当てたとき、各閉回路の隣接するセグメント間には、周回り方向にＵ相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、Ｗ相の順で前記第一コイル、または前記第二コイルが接続されているブラシ付モータであって、前記各閉回路は、前記第一コイルの巻き始め端が接続されている第一巻き始めセグメントと、前記第二コイルの巻き始め端が接続されている第二巻き始めセグメントとをそれぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメントに設定し、前記第一コイルの巻き終わり端が接続されている第一巻き終わりセグメントと、前記第二コイルの巻き終わり端が接続されている第二巻き終わりセグメントとをそれぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメントに設定し、前記第一巻き始めセグメントと前記第一巻き終わりセグメントは、互いに隣接配置されていると共に、前記第二巻き始めセグメントと前記第二巻き終わりセグメントは、互いに隣接配置されていることを特徴とする。

このように構成することで、コイルを５相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相）集中巻法式で構造しつつ、並列回路数を８回路とすることができる。このため、並列回路数が従来よりも増大する分、巻線の線径を細くすることが可能になる。
また、ティースに集中巻方式にて巻線を巻装しても回転軸を中心にして点対称となる位置に閉回路がそれぞれ形成されると共に、同極側同士のブラシが回転軸を中心にして対向配置されることにより、２つの閉回路それぞれに陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを１組ずつ配置することができる。このため、４ブラシ通電時、３ブラシ通電時、および２ブラシ通電時において、電流が流れるコイルの本数を変化させることができ、それぞれトルクの大きさを変化させることが可能になる。

請求項２に記載した発明は、８極の磁極を有するヨークと、前記ヨークの内側に回転自在に設けられる回転軸と、前記回転軸に取り付けられ径方向に向かって放射状に延び、巻線が集中巻き方式にて巻装される１０個のティースと、該ティース間に形成され軸線方向に沿って延びる１０個のスロットとを有するアーマチュアコアと、前記回転軸に前記アーマチュアコアと隣接して設けられ２０枚のセグメントを周回り方向に配置したコンミテータと、前記セグメントに摺接し、給電を行うための４つのブラシとから成り、前記４つのブラシは、陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを２つ備えて構成され、同極側同士のブラシは、前記回転軸を中心にして対向配置されると共に、異極側同士のブラシは電気角で１８０°周回り方向に間隔をあけて配置され、各ティースは、互いに同方向に前記巻線を巻装して形成された第一コイル、および第二コイルの２つのコイルを備え、前記セグメントを前記回転軸を中心にして互いに点対称位置に存在する１０個ずつの２つのセグメント群で構成し、各セグメント群の同電位となるセグメント同士を短絡部材で短絡し、前記第一コイルを一方の前記セグメント群に接続すると共に、前記第二コイルを他方の前記セグメント群に接続して２つのセグメント群毎にそれぞれ閉回路を１つずつ形成し、各ティースをそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相の順で割り当てたとき、各閉回路の隣接するセグメント間には、周回り方向にＵ相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、Ｗ相の順で前記第一コイル、または前記第二コイルが接続されているブラシ付モータであって、前記各閉回路は、前記第一コイルの巻き始め端が接続されている第一巻き始めセグメントと、前記第二コイルの巻き始め端が接続されている第二巻き始めセグメントとをそれぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメントに設定し、前記第一コイルの巻き終わり端が接続されている第一巻き終わりセグメントと、前記第二コイルの巻き終わり端が接続されている第二巻き終わりセグメントとをそれぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメントに設定し、前記第一巻き始めセグメントと前記第一巻き終わりセグメントは、互いに隣接配置されていると共に、前記第二巻き始めセグメントと前記第二巻き終わりセグメントは、互いに隣接配置されていることを特徴とする。

このように構成することで、並列回路数が従来よりも増大する分、巻線の線径を細くすることが可能になる。
また、４ブラシ通電時、３ブラシ通電時、および２ブラシ通電時において、電流の流れるコイルの本数を変化させた場合であっても通電されるコイルのバランスが悪化することを防止できる。すなわち、ブラシの通電パターンを変化させることで、２つの閉回路のうち、一方の閉回路のコイルのみが通電される場合であってもこの通電されている相のコイルが一方に偏ることなく、回転軸を中心に互いに点対称位置に存在する同相のコイルにも通電される。

請求項１に記載した発明によれば、コイルを５相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相）集中巻法式で構造しつつ、並列回路数を８回路とすることができる。このため、並列回路数が従来よりも増大する分、巻線の線径を細くすることが可能になる。
ここで、従来の並列回路数のまま、ただ単に巻線の線径を細くしてしまうと、巻線の抵抗値が大きくなり、巻線に電流が流れ難くなってしまう。このため、モータ出力を大きくするためには、モータ自体が大型化してしまう。しかしながら、並列回路数を増大することで、コイル全体の抵抗値を小さくすることができるので、この分、巻線の線径を細くでき、巻線の巻装作業を容易に行うことができる。また、モータ自体を大型化することなく、モータ出力を大きくすることが可能になる。

また、ティースに集中巻方式にて巻線を巻装しても回転軸を中心にして点対称となる位置に閉回路がそれぞれ形成されると共に、同極側同士のブラシが回転軸を中心にして対向配置されることにより、２つの閉回路それぞれに陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを１組ずつ配置することができる。このため、４ブラシ通電時、３ブラシ通電時、および２ブラシ通電時において、電流が流れるコイルの本数を変化させることができ、それぞれトルクの大きさを変化させることが可能になる。よって、コイルを集中巻方式で巻装した場合であっても、４つのブラシの通電パターンを変えることで回転速度の切替えを行うことができる。

請求項２に記載した発明によれば、並列回路数が従来よりも増大する分、巻線の線径を細くすることが可能になる。このため、巻線の巻装作業を容易に行うことができると共に、モータ自体を大型化することなく、モータ出力を大きくすることが可能になる。
また、４ブラシ通電時、３ブラシ通電時、および２ブラシ通電時において、電流の流れるコイルの本数を変化させた場合であっても通電されるコイルのバランスが悪化することを防止できる。すなわち、ブラシの通電パターンを変化させることで、２つの閉回路のうち、一方の閉回路のコイルのみが通電される場合であってもこの通電されている相のコイルが一方に偏ることなく、回転軸を中心に互いに点対称位置に存在する同相のコイルにも通電される。このため、回転速度を可変させるとき、通電コイルによるアーマチュアの振れ回りを低減することが可能になると共に、回転軸を中心に対向する相の電磁気バランスの差異や抵抗差によって生じる循環電流を低減させることが可能になる。

次に、この発明の第一実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。
図１に示すように、ブラシ付モータ１は、例えば、自動車のパワーウインドウモータ、ワイパモータ、およびファンモータ等に用いられる車両搭載用の直流モータであって、有底円筒形状のヨーク２内にアーマチュア３を回転自在に配置している。ヨーク２の内周面には周回り方向にセグメント型の永久磁石４が磁極を順番に変えながら８個固定されている。

アーマチュア３は、回転軸５に固定されたアーマチュアコア６と、アーマチュアコア６に巻装されたアーマチュアコイル７と、アーマチュアコア６の一端側に配置されたコンミテータ１３とから構成されている。アーマチュアコア６は、リング状の金属板８を軸線方向に複数枚積層したものである。金属板８の外周部には軸線方向平面視で略Ｔ字状を有するティース９が放射状に１０個形成されている。各ティース９には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相の５相が周回り方向にこの順で割り当てられている。

複数枚の金属板８を回転軸５に外嵌することにより、アーマチュアコア６の外周には隣接するティース９間に蟻溝状のスロット１１が形成されている。スロット１１は軸線方向に沿って延びており、周回り方向に沿って等間隔に１２個形成されている。このスロット１１間にはエナメル被覆の巻線１２が巻装され、これによりアーマチュアコア６の外周に複数のアーマチュアコイル７が形成される。

コンミテータ１３は回転軸５の一端に外嵌固定されている。コンミテータ１３の外周面には、導電材で形成されたセグメント１４が２０枚取り付けられている。セグメント１４は軸線方向に長い板状の金属片からなり、互いに絶縁された状態で周回り方向に沿って等間隔に並列に固定されている。

各セグメント１４のアーマチュアコア６側の端部には、外径側に折り返す形で折り曲げられたライザ１５が一体形成されている。ライザ１５には、アーマチュアコイル７を形成する巻線１２の巻き始め端６１、および巻き終わり端６２（後述の図３で詳述する）が掛け回わされている。これら巻き始め端６１、および巻き終わり端６２は、ヒュージングによりライザ１５に固定されている。これにより、セグメント１４とこれに対応するアーマチュアコイル７とが電気的に接続される。また、ライザ１５には、同電位となるセグメント１４同士に後述する接続線２５ａ，２５ｂが掛け回されてヒュージングにより固定され、同電位のセグメント１４同士が短絡されている。

回転軸５の他端側は、ヨーク２に突出形成されたボス内の軸受け１６によって回転自在に支持されている。一方、ヨーク２の開口端にはカバー１７が設けられており、このカバー１７の内側にはホルダステー１８が取り付けられている。ホルダステー１８には周回り方向に沿ってブラシホルダ１９が４箇所設けられている。
ブラシホルダ１９には、それぞれブラシ２１がスプリング２９を介して付勢された状態で出没自在に内装されている。これらブラシ２１の先端部は、スプリング２９によって付勢されているためコンミテータ１３に摺接しており、外部からの電源がブラシ２１を介してコンミテータ１３に供給されるようになっている。

図２に示すように、ブラシ２１は、陽極側ブラシ５１ａ，５２ａと陰極側ブラシ５１ｂ，５２ｂとの組みを２つ備えた４つのブラシ５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂで構成されている。そして、陽極側ブラシ５１ａ，５２ａ同士、および陰極側ブラシ５１ｂ，５２ｂ同士は互いに回転軸５を中心に対向配置されていると共に、陽極側ブラシ５１ａ，５２ａと陰極側ブラシ５１ｂ，５２ｂは周回り方向に４５°間隔をあけて配置されている。すなわち、同極側同士のブラシは、機械角で１８０°、異極側同士のブラシは電気角で１８０°間隔をあけて配置されている。なお、陽極側ブラシ５１ａ，５２ａと陰極側ブラシ５１ｂ，５２ｂとの配置を互いに反対にしてもよい。

このように、永久磁石４が８個、つまり、磁極が８極、スロット１１が１０個、セグメント１４が２０枚設けられ、８極１０スロット２０セグメントの５相に構成されたブラシ付モータ１のアーマチュア３には、以下のように巻線１２が巻装されてアーマチュアコイル７が形成されている。

図３は、アーマチュア３のセグメント１４（ライザ１５）とティース９を展開した図面であり、隣接するティース９間の空隙がスロット１１に相当している。なお、以下の図面においては、各セグメント１４、各ティース９、および巻装された巻線１２にそれぞれ符号を附し、各ティース９にＵ相、Ｖ相、Ｗ相をこの順で割り当てて説明する。つまり、１番、６番ティース９がＵ相、２番、７番ティース９がＶ相、３番、８番ティース９がＷ相、４番、９番ティース９がＸ相、５番、１０番ティース９がＹ相になっている。

ここで、セグメント１４は、回転軸５を中心にして互いに点対称位置に存在する第一セグメント群４１と第二セグメント群４２との２つのセグメント群４１，４２で構成され、各々セグメント群４１，４２には、同電位となるセグメント１４同士を短絡する接続線２５ａ，２５ｂが接続されている。すなわち、１番セグメント１４から１０番セグメント１４に至る間の１０個のセグメント１４で第一セグメント群４１を構成すると共に、１１番セグメント１４から２０番セグメント１４に至る間の１０個のセグメント１４で第二セグメント群４２を構成している。

そして、第一セグメント群４１のうち、同電位となる４つ置きのセグメント１４（例えば、１番セグメント１４と６番セグメント１４）同士が接続線２５ａによって短絡されていると共に、第二セグメント群４２のうち、同電位となる５つ置きのセグメント１４（例えば、１１番セグメント１４と１６番セグメント１４）同士が接続線２５ｂによって短絡されている。

また、ティース９も隣接する各セグメント群４１，４２に対応するように回転軸５を中心にして互いに点対称位置に存在する第一ティース群４６と第二ティース群４７との２つのティース群４６，４７で構成されている。すなわち、１番ティース９から５番ティース９に至る間の５つのティース９で第一ティース群４６を構成していると共に、６番ティース９から１０番ティース９に至る間の５つのティース９で第二ティース群４７を構成している。

これらセグメント群４１，４２とティース群４６，４７は、それぞれ対を成して２つの閉回路を形成している。すなわち、第一セグメント群４１と第一ティース群４６とで第一閉回路Ｈ１を構成し、第一ティース群４６の各ティース９に巻装されている巻線１２は、全て第一セグメント群４１の各セグメント１４に接続されている。一方、第二セグメント群４２と第二ティース群４７とで第二閉回路Ｈ２を構成し、第二ティース群４７の各ティース９に巻装されている巻線１２は、全て第二セグメント群４２の各セグメント１４に接続されている。

より詳しく、巻線１２の巻装方法について説明する。
まず、第一閉回路Ｈ１において、巻線１２は、この巻き始め端６１が１番セグメント１４より巻き始められた場合、まず、１番セグメント１４のライザ１５に掛け回された後、巻線１２を１番セグメント１４近傍に存在する１−１０番ティース９の間のスロット１１に引き込む。そして、各ティース９に巻線１２をそれぞれｎ（ｎは１以上の自然数）回巻装するものとした場合、１番ティース９にｎ／２回順方向（図３における時計回り方向）に巻装する。
続いて、巻線１２は１−２番ティース９の間のスロット１１から引き出され、１番セグメント１４に隣接する２番セグメント１４のライザ１５に掛け回される。そして、２番セグメント１４に巻き終わり端６２が接続される。これにより、１−２番セグメント１４，１４間には、１番ティース９に順方向に巻装されたＵ相の第一コイル３３Ｕが形成される。

一方、１番セグメント１４と接続線２５によって短絡され、１番セグメント１４と同電位になっている６番セグメント１４のライザ１５に掛け回された巻線１２を１−１０番ティース９の間のスロット１１に引き込む。そして、１番ティース９にｎ／２回順方向に巻装する。
続いて、巻線１２は１−２番ティース９の間のスロット１１から引き出され、６番セグメント１４に隣接し、かつ２番セグメント１４と接続線２５によって短絡されている７番セグメント１４のライザ１５に掛け回される。そして、７番セグメント１４に巻き終わり端６２が接続される。これにより、６−７番セグメント１４，１４間には、１番ティース９に順方向に巻装されたＵ相の第二コイル３４Ｕが形成される。

したがって、Ｕ相の第一コイル３３Ｕの巻き始め端６１が接続されている１番セグメント１４を第一巻き始めセグメントとし、Ｕ相の第二コイル３４Ｕの巻き始め端６１が接続されている６番セグメント１４を第二巻き始めセグメントとした場合、これら第一巻き始めセグメントと第二巻き始めセグメントは、それぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメントに設定されていることになる。

また、Ｕ相の第一コイル３３Ｕの巻き終わり端６２が接続されている２番セグメント１４を第一巻き終わりセグメントとし、Ｕ相の第二コイル３４Ｕの巻き終わり端６２が接続されている７番セグメント１４を第二巻き終わりセグメントとした場合、これら第一巻き終わりセグメントと第二巻き終わりセグメントは、それぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメントに設定されていることになる。
このような構成のもと、Ｕ相に相当する１番ティース９には、巻線１２が順方向にｎ／２回巻装されたＵ相の第一コイル３３Ｕ、およびＵ相の第二コイル３４Ｕの２つのコイルを備えたｎ回巻きのアーマチュアコイル７が形成される。

Ｕ相以外の他の相のティース９にも同様にして巻線１２を巻装し、かつ隣接するセグメント１４間に、Ｕ相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、Ｗ相の各コイル３３Ｕ〜３４Ｙがこの順で電気的に順次接続されるように構成する。
すなわち、例えば、Ｖ相のティース９において、巻線１２の巻き始め端６１が３番セグメント１４より巻き始められ、Ｖ相に相当する２番ティース９にｎ／２回順方向に巻装してＶ相の第一コイル３３Ｖを形成する。その後、３番セグメント１４に隣接する４番セグメント１４に接続する。
一方、３番セグメント１４と接続線２５によって短絡され、３番セグメント１４と同電位になっている８番セグメント１４と、４番セグメント１４と接続線２５によって短絡され、４番セグメント１４と同電位になっている９番セグメント１４間に、２番ティース９にｎ／２回順方向に巻装されたＶ相の第二コイル３４Ｖを形成する。

これを順次各セグメント１４間に各相のコイル３３Ｕ〜３４Ｙを形成しながら巻き進むことにより、第一閉回路Ｈ１には５相（Ｕ相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、Ｗ相）巻き構造のアーマチュアコイル７が形成される。
また、同電位となるセグメント１４同士が接続線２５によって短絡されているため、結果的に隣接するセグメント１４間には、Ｕ相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、Ｗ相のアーマチュアコイル７がこの順で電気的に順次接続された構造になる。

つまり、１−２番セグメント１４，１４間にはＵ相の第一コイル３３Ｕが接続され、２−３番セグメント１４，１４間にはＸ相の第一コイル３３Ｘが接続され、３−４番セグメント１４，１４間にはＶ相の第一コイル３３Ｖが接続され、４−５番セグメント１４，１４間にはＹ相の第一コイル３３Ｙが接続され、５−６番セグメント１４，１４間にはＷ相の第一コイル３３Ｖが接続される。

また、６−７番セグメント１４，１４間にはＵ相の第二コイル３４Ｕが接続され、７−８番セグメント１４，１４間にはＸ相の第二コイル３４Ｘが接続され、８−９番セグメント１４，１４間にはＶ相の第二コイル３４Ｖが接続され、９−１０番セグメント１４，１４間にはＹ相の第二コイル３４Ｙが接続され、１０−１番（１１番セグメント１４と同電位）セグメント１４，１４間にはＷ相の第二コイル３４Ｖが接続される。

第二閉回路Ｈ２についても同様に巻線１２が巻装されている。すなわち、第二ティース群４７の各ティース９に、巻線１２が順方向にｎ／２回ずつ巻装された各相の第一コイル３３Ｕ〜３３Ｙと同じく巻線１２が順方向にｎ／２回ずつ巻装された各相の第二コイル３４Ｕ〜３４Ｙとを備えたｎ回巻きのアーマチュアコイル７を形成する。そして、第二セグメント群４２の各々隣接するセグメント１４間に、Ｕ相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、Ｗ相のアーマチュアコイル７がこの順で電気的に順次接続する。

このように、８極１０スロット２０セグメントで構成されたブラシ付モータ１は、５相集中巻で４極５スロットの２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２を有することになる。これら閉回路Ｈ１，Ｈ２は、周回り方向に並列した状態で形成されているので、アーマチュア３は、回転軸５を中心にして点対称に２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２を配置した状態になる。
これに加え、同極側同士のブラシ２１（陽極側ブラシ５１ａ，５２ａ、または陰極側ブラシ５１ｂ，５２ｂ）が機械角で１８０°、異極側同士のブラシ２１が電気角で１８０°（機械角で４５°）間隔に配置されている。このため、１つの閉回路に並列回路数が４回路となり、アーマチュア３には、集中巻方式であっても並列回路数が８回路構成されることになる。

次に、図４〜図６に基づいて、この第一実施形態のアーマチュア３の作用について説明する。
まず、図４に示すように、例えば、陽極側ブラシ５１ａ，５２ａがそれぞれ１−２番セグメント１４，１４間、１１−１２番セグメント１４，１４間に存在し、陰極側ブラシ５１ｂ，５２ｂがそれぞれ４番セグメント１４、１４番セグメント１４に存在している場合、つまり、各閉回路Ｈ１，Ｈ２上に各々１組のブラシ５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂがそれぞれ存在している場合であって、これら全てを通電させた状態について説明する。

この場合では、各閉回路Ｈ１，Ｈ２のＵ相の第一コイル３３Ｕ、および第二コイル３４Ｕが各陽極側ブラシ５１ａ，５２ａに短絡され、その他のＶ相のコイル３３Ｖ，３４Ｖ、Ｗ相のコイル３３Ｗ，３４Ｗ、Ｘ相のコイル３３Ｘ，３４Ｘ、およびＹ相のコイル３３Ｙ，３４Ｙに電流が流れる。Ｖ相のコイル３３Ｖ，３４Ｖ、およびＸ相のコイル３３Ｘ，３４Ｘにはティース９に対して順方向（図４における時計回り）に電流が流れる一方、Ｗ相のコイル３３Ｗ，３４Ｗ、およびＹ相のコイル３３Ｙ，３４Ｙにはティース９に対して逆方向（図４における反時計回り）に電流が流れる。

次に、図５に示すように、各ブラシ５１ａ〜５２ｂの位置が図４と同様で、かつ４つのブラシ５１ａ〜５２ｂのうち、３つのブラシを通電させた場合、つまり、例えば、陽極側ブラシ５１ａ，５２ａと、２つのセグメント群４１，４２のうちの第一セグメント群４１に存在している（４番セグメント１４に存在している）陰極側ブラシ５１ｂの３つのブラシに通電した場合について説明する。

この場合、第一閉回路Ｈ１にあっては、Ｖ相のコイル３３Ｖ，３４Ｖ、Ｗ相のコイル３３Ｗ，３４Ｗ、Ｘ相のコイル３３Ｘ，３４Ｘ、およびＹ相のコイル３３Ｙ，３４Ｙに電流が流れる。第一閉回路Ｈ１のＵ相の第一コイル３３Ｕ、および第二コイル３４Ｕが各ブラシ５１ａ〜５２ｂに短絡されている。
一方、第二閉回路Ｈ２にあっては、第二セグメント群４２に存在している陰極側ブラシ５２ｂが通電されていないので、第二閉回路Ｈ２の各相のコイル３３Ｕ〜３４Ｗには電流が流れない。したがって、４つのブラシ５１ａ〜５２ｂの全てを通電させた場合（図４参照）と比較して、電流の流れるコイルが半分になる。

これは、２つのブラシを通電させた場合であっても、各閉回路Ｈ１，Ｈ２上、つまり、各セグメント群４１，４２に各々１組のブラシ５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂがそれぞれ存在している場合であれば同じことがいえる。つまり、図５において、第一セグメント群４１に存在している陽極側ブラシ５１ａと陰極側ブラシ５１ｂの１組のブラシ５１ａ，５２ｂのみを通電させた場合であっても第一閉回路Ｈ１のＶ相のコイル３３Ｖ，３４Ｖ、およびＷ相のコイル３３Ｗ，３４Ｗのみに電流が流れる。

しかしながら、図６に示すように、例えば、１組のブラシ５１ａ，５１ｂに通電し、かつこれらブラシ５１ａ，５２ｂが９−１０番セグメント１４，１４間と、１２番セグメント１４に存在するとき、つまり、１組のブラシ５１ａ，５１ｂが２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２（２つのセグメント群４１，４２）に跨って存在しているときは、何れのコイル３３Ｕ〜３４Ｗにも電流が流れない、無通電状態となる。

したがって、上述の第一実施形態によれば、巻線１２を５相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相）集中巻法式で巻装してアーマチュアコイル７を形成しつつ、並列回路数を８回路とすることができる。このため、並列回路数が従来よりも増大する分、巻線１２の線径を細くすることが可能になり、巻装作業を容易に行うことができる。また、ブラシ付モータ１自体を大型化することなく、モータ出力を大きくすることが可能になる。

また、８極１０スロット２０セグメントの５相に構成されたブラシ付モータ１のアーマチュア３に、５相集中巻きで４極５スロットの閉回路Ｈ１，Ｈ２を２つ形成することで並列回路数を合計４回路とすることができる。
このため、４つのブラシ５１ａ〜５２ｂの全てを通電させたときには、例えば、Ｖ相のコイル３３Ｖ，３４Ｖ、Ｗ相のコイル３３Ｗ，３４Ｗ、Ｘ相のコイル３３Ｘ，３４Ｘ、およびＹ相のコイル３３Ｙ，３４Ｙに電流が流れる（図４参照）。一方、４つのブラシ５１ａ〜５２ｂのうち、３つのブラシを通電させた場合、４つのブラシ５１ａ〜５２ｂの全てを通電させた場合と比較して、電流の流れるコイルが半分になる（図５参照）。このため、３ブラシ通電時のトルクを４ブラシ通電時の半分のトルクとすることができる。

また、２つのブラシ、つまり、１組のブラシ５１ａ，５１ｂのみを通電させたときは、例えば、第一閉回路Ｈ１のＶ相のコイル３３Ｖ，３４Ｖ、Ｗ相のコイル３３Ｗ，３４Ｗ、Ｘ相のコイル３３Ｘ，３４Ｘ、およびＹ相のコイル３３Ｙ，３４Ｙに電流が流れる場合と、何れのコイル３３Ｕ〜３４Ｗにも電流が流れない無通電状態となる場合とがある（図６参照）。このため、無通電状態の間、アーマチュア３の回転軸５は惰性で回転することになり、この結果、２ブラシ通電時は３ブラシ通電時よりもトルクが低減される。

すなわち、４つのブラシ５１ａ〜５２ｂの通電パターンを変えることで電流が流れる巻線１２の本数を変化させることができ、トルクの大きさを変化させることが可能になる。よって、巻線１２を集中巻き方式でアーマチュアコア６に巻装した場合であっても、アーマチュア３の回転軸５の回転速度の切替えを行うことができる。

次に、この発明の第二実施形態を図１、図２を援用し、図７〜図１０に基づいて説明する。なお、第一実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する。
この第二実施形態において、ブラシ付モータ１は８極１０スロット２０セグメントの５相に構成されたものである点、コンミテータ１３に摺接する４つのブラシ５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂは同極側同士が機械角で１８０°、異極側同士が電気角で１８０°間隔をあけて配置されている点、セグメント１４は、回転軸５を中心にして互いに点対称位置に存在する第一セグメント群４１と第二セグメント群４２との２つのセグメント群４１，４２で構成され、各々セグメント群４１，４２には、同電位となるセグメント１４同士を短絡する接続線２５ａ，２５ｂが接続されている点、各ティース９に第一コイル３３Ｕ〜３３Ｙ、および第二コイル３４Ｕ〜３４Ｙが巻装され、それぞれアーマチュアコイル７が形成されている点等の基本的構成は前記第一実施形態と同様である。

ここで、第二実施形態では、ティース９が回転軸５を中心にして互いに点対称位置に存在する２つのティース群により構成されていない。すなわち、１０個のティース９に巻装されている第一コイル３３Ｕ〜３３Ｙは、全て第一セグメント群４１に接続され、これら第一コイル３３Ｕ〜３３Ｙと第一セグメント群４１とで第一閉回路Ｈ１を形成している。
一方、１０個のティース９に巻装されている第二コイル３４Ｕ〜３４Ｙは、全て第二セグメント群４２に接続され、これら第二コイル３４Ｕ〜３４Ｙと第二セグメント群４２とで第二閉回路Ｈ２を形成している。

より詳しく説明する。図７に示すように、第一セグメント群４１の１番から６番セグメント１４の間には、１番から５番ティース９の各相の第一コイル３３Ｕ〜３３Ｙの巻き始め端６１、および巻き終わり端６２がＵ相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、Ｗ相の順で接続されている。また、第一セグメント群４１の６番から１番セグメントの間には、６番から１０番ティース９の各相の第一コイル３３Ｕ〜３３Ｙの巻き始め端６１、および巻き終わり端６２がＵ相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、Ｗ相の順で接続されている。
このように、第一セグメント群４１に１番から１０番ティース９のそれぞれに巻装されている第一コイル３３Ｕ〜３３Ｙが接続され、第一閉回路Ｈ１を形成している。

一方、第二セグメント群４２の１１番から１６番セグメント１４の間には、１番から５番ティース９の各相の第二コイル３４Ｕ〜３４Ｙの巻き始め端６１、および巻き終わり端６２がＵ相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、Ｗ相の順で接続されている。また、第二セグメント群４２の１６番から１１番セグメントの間には、６番から１０番ティース９の各相の第二コイル３４Ｕ〜３４Ｙの巻き始め端６１、および巻き終わり端６２がＵ相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、Ｗ相の順で接続されている。
このように、第二セグメント群４２に１番から１０番ティース９のそれぞれに巻装されている第二コイル３４Ｕ〜３４Ｙが接続され、第二閉回路Ｈ２を形成している（図８参照）。

次に、図９、図１０に基づいて、この第二実施形態のアーマチュア３の作用について説明する。
図９に示すように、例えば、陽極側ブラシ５１ａ，５２ａがそれぞれ１−２番セグメント１４，１４間、１１−１２番セグメント１４，１４間に存在し、陰極側ブラシ５１ｂ，５２ｂがそれぞれ４番セグメント１４、１４番セグメント１４に存在している場合、つまり、各セグメント群４１，４２上に各々１組のブラシ５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂがそれぞれ存在している場合であって、これら全てを通電させた状態について説明する。

この場合では、上述の第一実施形態と同様に、Ｕ相の第一コイル３３Ｕ、および第二コイル３４Ｕが各陽極側ブラシ５１ａ，５２ａに短絡され、その他のＶ相のコイル３３Ｖ，３４Ｖ、Ｗ相のコイル３３Ｗ，３４Ｗ、Ｘ相のコイル３３Ｘ，３４Ｘ、およびＹ相のコイル３３Ｙ，３４Ｙに電流が流れる。Ｖ相のコイル３３Ｖ，３４Ｖ、およびＸ相のコイル３３Ｘ，３４Ｘにはティース９に対して順方向（図４における時計回り）に電流が流れる一方、Ｗ相のコイル３３Ｗ，３４Ｗ、およびＹ相のコイル３３Ｙ，３４Ｙにはティース９に対して逆方向（図４における反時計回り）に電流が流れる。

次に、図１０に示すように、各ブラシ５１ａ〜５２ｂの位置が図９と同様で、かつ４つのブラシ５１ａ〜５２ｂのうち、３つのブラシを通電させた場合、つまり、例えば、陽極側ブラシ５１ａ，５２ａと、２つのセグメント群４１，４２のうちの第一セグメント群４１に存在している（４番セグメント１４に存在している）陰極側ブラシ５１ｂの３つのブラシに通電した場合について説明する。

この場合、第一セグメント群４１に接続されている第一コイル３３Ｕ〜３３Ｙのうち、Ｖ相の第一コイル３３Ｖ、Ｗ相の第一コイル３３Ｗ、Ｘ相の第一コイル３３Ｘ、およびＹ相の第一コイル３３Ｙに電流が流れる。一方、第二セグメント群４２に接続されている第二コイル３４Ｕ〜３４Ｙには、電流が流れない。このため、アーマチュアコイル７全体として考えた場合、２番から５番ティース９、および７番から１０番ティース９に巻装されているアーマチュアコイル７には、４つのブラシ５１ａ〜５２ｂの全てを通電させた場合（図４参照）と比較して、半分の電流しか流れないことになる。

また、２つのブラシ、つまり、１組のブラシ５１ａ，５１ｂのみを通電させたときは、例えば、第一セグメント群４１に接続されたＶ相の第一コイル３３Ｖ、Ｗ相の第一コイル３３Ｗ、Ｘ相の第一コイル３３Ｘ、およびＹ相の第一コイル３３Ｙに電流が流れる場合と、何れのコイル３３Ｕ〜３４Ｗにも電流が流れない無通電状態となる場合とがある。

したがって、上述の第二実施形態によれば、前述した第一実施形態と同様の効果に加え、４ブラシ通電時、３ブラシ通電時、および２ブラシ通電時において、電流の流れるコイル３３Ｕ〜３４Ｙの本数を変化させた場合であっても通電されるコイル３３Ｕ〜３４Ｙのバランスが悪化することを防止できる。すなわち、ブラシ２１の通電パターンを変化させることで、２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２のうち、一方の閉回路のコイルのみが通電される場合であってもこの通電されている相のコイルが上述の第一実施形態のように一方に偏ることない（図５、図１０参照）。このため、回転速度を可変させるとき、通電コイルによるアーマチュア３の振れ回りを低減することが可能になると共に、回転軸５を中心に対向する相の電磁気バランスの差異や抵抗差によって生じる循環電流を低減させることが可能になる。

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。
また、上述の実施形態では、アーマチュアコア６は、リング状の金属板８を軸方向に複数枚積層したものであって、金属板８の外周部には略Ｔ字状を有するティース９が形成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、アーマチュアコア６を周回り方向に分割可能な分割コア方式としてもよいし、ティース９を軸方向に対して捩れつつ傾斜するように所定のスキュー角を有するように形成してもよい。

本発明の実施形態における電動モータの縦断面図である。 本発明の実施形態におけるブラシ付モータのブラシ配置図である。 本発明の第一実施形態におけるアーマチュアの展開図である。 本発明の第一実施形態におけるアーマチュアの作用説明図である。 本発明の第一実施形態におけるアーマチュアの作用説明図である。 本発明の第一実施形態におけるアーマチュアの作用説明図である。 本発明の第二実施形態におけるアーマチュアの展開図である。 本発明の第二実施形態におけるアーマチュアの展開図である。 本発明の第二実施形態におけるアーマチュアの作用説明図である。 本発明の第二実施形態におけるアーマチュアの作用説明図である。

符号の説明

１ ブラシ付モータ
２ ヨーク
３ アーマチュア
４ 永久磁石（磁極）
５ 回転軸
６ アーマチュアコア
７ アーマチュアコイル
９ ティース
１１ スロット
１２ 巻線
１３ コンミテータ
１４ セグメント（第一巻き始めセグメント、第一巻き終わりセグメント、第二巻き始めセグメント、第二巻き終わりセグメント）
２１ ブラシ
２５ａ，２５ｂ 接続線（短絡部材）
３３Ｕ〜３３Ｙ 第一コイル
３４Ｕ〜３４Ｙ 第二コイル
４１ 第一セグメント群（セグメント群）
４２ 第二セグメント群（セグメント群）
４６ 第一ティース群（ティース群）
４７ 第二ティース群（ティース群）
５１ａ，５２ａ 陽極側ブラシ
５１ｂ，５２ｂ 陰極側ブラシ
６１ 巻き始め端
６２ 巻き終わり端
Ｈ１ 第一閉回路（閉回路）
Ｈ２ 第二閉回路（閉回路）

Claims (2)

1. ８極の磁極を有するヨークと、
   前記ヨークの内側に回転自在に設けられる回転軸と、
   前記回転軸に取り付けられ径方向に向かって放射状に延び、巻線が集中巻き方式にて巻装される１０個のティースと、該ティース間に形成され軸線方向に沿って延びる１０個のスロットとを有するアーマチュアコアと、
   前記回転軸に前記アーマチュアコアと隣接して設けられ２０枚のセグメントを周回り方向に配置したコンミテータと、
   前記セグメントに摺接し、給電を行うための４つのブラシとから成り、
   前記４つのブラシは、陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを２つ備えて構成され、
   同極側同士のブラシは、前記回転軸を中心にして対向配置されると共に、異極側同士のブラシは電気角で１８０°周回り方向に間隔をあけて配置され、
   各ティースは、互いに同方向に前記巻線を巻装して形成された第一コイル、および第二コイルの２つのコイルを備え、
   前記セグメントを前記回転軸を中心にして互いに点対称位置に存在する１０個ずつの２つのセグメント群で構成し、各セグメント群の同電位となるセグメント同士を短絡部材で短絡し、
   前記ティースを前記回転軸を中心にして互いに点対称位置に存在する５つずつの２つのティース群で構成し、
   同一のティース群に巻装されている第一コイル、および第二コイルをそれぞれ同一のセグメント群に接続して前記２つのティース群それぞれに閉回路を１つずつ形成し、
   各ティースをそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相の順で割り当てたとき、
   各閉回路の隣接するセグメント間には、周回り方向にＵ相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、Ｗ相の順で前記第一コイル、または前記第二コイルが接続されているブラシ付モータであって、
   前記各閉回路は、
   前記第一コイルの巻き始め端が接続されている第一巻き始めセグメントと、前記第二コイルの巻き始め端が接続されている第二巻き始めセグメントとをそれぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメントに設定し、
   前記第一コイルの巻き終わり端が接続されている第一巻き終わりセグメントと、前記第二コイルの巻き終わり端が接続されている第二巻き終わりセグメントとをそれぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメントに設定し、
   前記第一巻き始めセグメントと前記第一巻き終わりセグメントは、互いに隣接配置されていると共に、
   前記第二巻き始めセグメントと前記第二巻き終わりセグメントは、互いに隣接配置されていることを特徴とするブラシ付モータ。
2. ８極の磁極を有するヨークと、
   前記ヨークの内側に回転自在に設けられる回転軸と、
   前記回転軸に取り付けられ径方向に向かって放射状に延び、巻線が集中巻き方式にて巻装される１０個のティースと、該ティース間に形成され軸線方向に沿って延びる１０個のスロットとを有するアーマチュアコアと、
   前記回転軸に前記アーマチュアコアと隣接して設けられ２０枚のセグメントを周回り方向に配置したコンミテータと、
   前記セグメントに摺接し、給電を行うための４つのブラシとから成り、
   前記４つのブラシは、陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを２つ備えて構成され、
   同極側同士のブラシは、前記回転軸を中心にして対向配置されると共に、異極側同士のブラシは電気角で１８０°周回り方向に間隔をあけて配置され、
   各ティースは、互いに同方向に前記巻線を巻装して形成された第一コイル、および第二コイルの２つのコイルを備え、
   前記セグメントを前記回転軸を中心にして互いに点対称位置に存在する１０個ずつの２つのセグメント群で構成し、各セグメント群の同電位となるセグメント同士を短絡部材で短絡し、
   前記第一コイルを一方の前記セグメント群に接続すると共に、前記第二コイルを他方の前記セグメント群に接続して２つのセグメント群毎にそれぞれ閉回路を１つずつ形成し、
   各ティースをそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相の順で割り当てたとき、
   各閉回路の隣接するセグメント間には、周回り方向にＵ相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、Ｗ相の順で前記第一コイル、または前記第二コイルが接続されているブラシ付モータであって、
   前記各閉回路は、
   前記第一コイルの巻き始め端が接続されている第一巻き始めセグメントと、前記第二コイルの巻き始め端が接続されている第二巻き始めセグメントとをそれぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメントに設定し、
   前記第一コイルの巻き終わり端が接続されている第一巻き終わりセグメントと、前記第二コイルの巻き終わり端が接続されている第二巻き終わりセグメントとをそれぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメントに設定し、
   前記第一巻き始めセグメントと前記第一巻き終わりセグメントは、互いに隣接配置されていると共に、
   前記第二巻き始めセグメントと前記第二巻き終わりセグメントは、互いに隣接配置されていることを特徴とするブラシ付モータ。
   
   

Images