WO2015137230A1 - 電動モータ - Google Patents

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WO2015137230A1
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夏海 田村
裕人 田中
哲平 時崎
敏 田村
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株式会社ミツバ
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Definitions

  • the present invention relates to an electric motor.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2014-052304 filed in Japan on March 14, 2014, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • a DC motor with a brush in which a motor magnet is disposed on the inner peripheral surface of a bottomed cylindrical yoke and an armature is rotatably provided radially inward of the motor magnet is known (for example, see Patent Document 1).
  • the armature includes an armature core having a plurality of teeth radially extending outward in the radial direction on the outer periphery of an annular core body that is externally fitted and fixed to a rotating shaft, and each tooth of the armature core is provided between teeth.
  • the commutator has a plurality of segments arranged side by side in a state of being insulated from each other in the circumferential direction, and terminal portions of the respective armature coils are connected to these segments. Further, a plurality of brushes are in sliding contact with the segment.
  • a direct current is supplied to each armature coil by the brush through the segments, the armature and the rotating shaft are moved by the magnetic attractive force and repulsive force generated between the magnetic field formed in the armature core and the motor magnet. Rotate. This rotation sequentially changes the segments in sliding contact with the brush, so that the direction of the current flowing through the armature coil is switched, so-called rectification is performed. Then, the armature rotates continuously, and the rotation output is taken out from the rotation shaft.
  • An object of the present invention is to provide an electric motor capable of improving commutation and extending the life of a brush.
  • the electric motor is attached to the motor magnet in which a plurality of magnetic poles are arranged in the circumferential direction, a rotating shaft that is rotatably provided inside the motor magnet, and the rotating shaft.
  • An armature core having a plurality of teeth extending radially outward and a plurality of slots formed between the teeth; a coil wound around each of the teeth by a concentrated winding method; and the rotation A commutator provided to rotate integrally with the shaft and having a plurality of segments arranged in the circumferential direction; and an anode brush and a cathode brush for supplying power to the coil through the segments; and Three coils are wound respectively, and among the three coils, the number of turns of one coil is the turn of the other two coils. It is set less than.
  • the magnetic pole is set to 4 poles, the number of the slots is set to 6, and the number of the segments is set to 18;
  • the three coils wound around each tooth are composed of one forward winding coil formed by winding in the forward direction and two reverse winding coils formed by winding in the reverse direction,
  • Each tooth is assigned in the circumferential direction in the order of U phase, V phase, and W phase, and the forward winding coil wound around each phase is used as a U phase, V phase, and W phase coil, respectively.
  • the three coils include an advance coil whose magnetomotive force vector is directed toward the advance side, A retarding coil whose magnetic force vector is directed toward the retarded angle side and a positive coil whose magnetomotive force vector is neither directed toward the advanced angle side nor the retarded angle side, and the advance angle ⁇ 1 of the magnetomotive force vector of the advanced angle coil is 0 ° ⁇
  • the retardation angle ⁇ 2 of the magnetomotive force vector of the retardation coil satisfies 0 ° ⁇ 2 ⁇ 20 °
  • the advance angle ⁇ 3 of the position of the anode brush satisfies 0 ° ⁇ ⁇ 3 ⁇ 3 °
  • the number of turns of the advance coil is T1
  • the number of turns of the positive coil is T2
  • the number of turns of the retard coil is T3
  • the three coils include: an advance coil whose magnetomotive force vector is directed toward the advance side; A retarding coil whose magnetic force vector is directed toward the retarded angle side and a positive coil whose magnetomotive force vector is neither directed toward the advanced angle side nor the retarded angle side, and the advance angle ⁇ 1 of the magnetomotive force vector of the advanced angle coil is 0 ° ⁇
  • the retardation angle ⁇ 2 of the magnetomotive force vector of the retardation coil satisfies 0 ° ⁇ 2 ⁇ 20 °
  • the advance angle ⁇ 3 of the position of the anode brush satisfies 3 ° ⁇ 3 ⁇ 10 °
  • the number of turns of the advance coil is T1
  • the number of turns of the positive coil is T2
  • the number of turns of the retard coil is T3, each of the turns T1, T2, T3
  • the three coils are such that the three coils have a magnetomotive force vector toward the advance side.
  • the number of turns of the advance coil is T1
  • the number of turns of the positive coil is T2
  • the number of turns of the retard coil is T3
  • the turns T1, T2, and T3 are: It is set to satisfy T1
  • the number of turns of one coil is set to be smaller than the number of turns of the other two coils, the influence of deterioration of rectification due to mismatch of magnetomotive force vectors by three coils is reduced. it can. Also, brush life can be extended by improving rectification.
  • FIG. 1 is an external side view of a motor with a reduction gear to which an electric motor according to the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view thereof.
  • the motor 1 with a reduction gear is used for driving a wiper of an automobile, for example.
  • the motor 1 with a speed reducer includes an electric motor 2 and a speed reduction mechanism 4 connected to the rotating shaft 3 of the electric motor 2.
  • the electric motor 2 includes a yoke 5 that also serves as a bottomed cylindrical motor housing, and an armature 6 that is rotatably provided in the yoke 5.
  • the cylindrical portion 53 of the yoke 5 is formed in a substantially cylindrical shape, and a motor magnet 7 is provided on the inner peripheral surface of the cylindrical portion 53.
  • a motor magnet 7 is provided on the inner peripheral surface of the cylindrical portion 53.
  • four magnetic poles are arranged in the circumferential direction by alternately arranging N poles and S poles.
  • the bottom wall (end portion) 51 of the yoke 5 is formed with a bearing housing 19 projecting outward in the axial direction at the center in the radial direction, and a sliding bearing for rotatably supporting one end of the rotary shaft 3 therein. 18 is provided.
  • the sliding bearing 18 has a centering function of the rotating shaft 3.
  • An outer flange portion 52 is provided at the opening of the cylindrical portion 53, and the end of the gear housing 23 of the speed reduction mechanism 4 is fixed to the outer flange portion 52, so that the electric motor 2 and the speed reduction mechanism 4 are integrated. Are combined.
  • FIG. 3 is an external side view of the armature.
  • the armature 6 includes an armature body 80 that is externally fitted and fixed to the rotating shaft 3, and a commutator 10 that is disposed on the other end side (the speed reduction mechanism 4 side) of the rotating shaft 3. ing.
  • the armature body 80 has an armature core 8 and an armature coil 9 wound around the armature core 8.
  • the armature core 8 is composed of a laminated core formed by laminating a core plate of a magnetic material punched by pressing or the like in the axial direction, or a dust core obtained by press-molding soft magnetic powder.
  • the armature core 8 has an annular core body 11.
  • a through hole 11 a for press-fitting the rotating shaft 3 is formed at the center of the core body 11.
  • six teeth 12 are radially provided on the outer peripheral portion of the core body 11 at equal intervals in the circumferential direction.
  • Each tooth 12 is formed in a substantially T shape in an axial plan view.
  • Each tooth 12 includes a winding drum portion 12a that protrudes radially from the core body 11 in the radial direction, a flange portion 12b that extends from the tip of the winding drum portion 12a in the circumferential direction, and that forms the outer periphery of the armature core 8. It is comprised by.
  • An armature coil 9 is formed by passing enameled windings 14 through these slots 13 and winding the windings 14 around the outer periphery of the winding body 12a of the teeth 12 by a concentrated winding method (armature coils). Details of the forming method 9 will be described later).
  • a commutator 10 is externally fitted and fixed to the other end side (the reduction mechanism 4 side) of the armature core 8 of the rotating shaft 3.
  • the commutator 10 is provided with a plurality of segments 15 formed of a conductive material on the outer peripheral surface. Eighteen segments 15 that are three times the number of teeth 12 and slots 13 of the armature core 8 are attached.
  • the segment 15 is made of a plate-like metal piece that is long in the axial direction, and is fixed in parallel at equal intervals along the circumferential direction while being insulated from each other.
  • the electric motor 2 is configured as a so-called four-pole six-slot 18-segment electric motor in which the number of magnetic poles is four, the number of slots 13 is six, and the number of segments 15 is eighteen.
  • a riser 16 that is folded in a shape that is folded back to the outer diameter side is integrally formed at the end of each segment 15 on the armature core 8 side.
  • a terminal portion of the armature coil 9 is wound around the riser 16 and fixed by fusing or the like. Thereby, the segment 15 and the armature coil 9 corresponding to this are conducted.
  • the commutator 10 configured in this manner faces the gear housing 23 of the speed reduction mechanism 4 as shown in FIG.
  • a gear group 41 of the speed reduction mechanism 4 is housed in the gear housing 23.
  • the brush housing portion 22 is formed integrally with the gear housing 23 on the electric motor 2 side, and the commutator 10 of the electric motor 2 is exposed to the brush housing portion 22.
  • the brush 21 is housed inside the brush housing part 22 through a holder stay and a brush holder (not shown) so as to be able to appear and retract.
  • the brush 21 is for supplying electric power from an external power source (for example, a battery mounted on an automobile) to the commutator 10.
  • the brush 21 is biased toward the commutator 10 by a spring (not shown), and the tip thereof is in sliding contact with the segment 15.
  • the brush 21 is commonly used for the low speed brush (anode brush) 21a and the high speed brush (anode brush) 21b connected to the anode side, and the low speed brush 21a and the high speed brush 21b, and is connected to the cathode side. And a common brush (cathode brush) 21c.
  • the low speed brush 21a and the common brush 21c are disposed at a mechanical angle of 90 ° in the circumferential direction so as to correspond to the magnetic pole pitch (electrical angle 180 °) of the motor magnet 7.
  • the high speed brush 21b is disposed at a position slightly advanced from the common brush 21c by the magnetic pole pitch of the motor magnet 7.
  • the advance angle of the high speed brush 21b is set to 30 °, for example.
  • FIG. 4 is a development view of the armature. A gap between adjacent teeth corresponds to a slot.
  • FIG. 5 is a diagram showing the winding direction of the winding, and is a view of the armature from the rear side where the commutator is not arranged.
  • each segment 15, each tooth 12, and the formed armature coil 9 will be described with reference numerals.
  • the 18 segments 15, the ones that are 180 ° opposite (segments 15 having the same potential) are electrically connected by a connection line (not shown) or the like. Accordingly, the same symbols 1 to 9 are assigned to the segments 15 having the same conditions as the brush.
  • each of the teeth 12 is assigned a U phase, a V phase, and a W phase in this order in the circumferential direction. That is, the first and fourth teeth 12 are the U phase, the second and fifth teeth 12 are the V phase, and the third and sixth teeth 12 are the W phase.
  • the position corresponding to No. 1 is the position corresponding to the No. 1 tooth 12.
  • the winding 14 is then drawn into the slot 13 between the 1-6th teeth 12 existing in the vicinity of the first segment 15. . Then, the winding 14 is wound around each tooth 12 in the forward direction by the concentrated winding method.
  • the winding 14 is pulled out from the slot 13 between the first and second teeth 12 and is wound around the riser 16 of the second segment 15 adjacent to the first segment 15. Then, the winding end 14 b is connected to the second segment 15. As a result, a U-phase first coil 91 wound around the first tooth 12 in the forward direction is formed between the first and second segments 15.
  • the winding 14 is wound around the riser 16 of the fifth segment 15 and the winding start end 14 a is drawn into the slot 13 between the first and second teeth 12. And it winds to the 1st teeth 12 by the concentrated winding system in the reverse direction. Subsequently, the winding 14 is pulled out from the slot 13 between the 1-6th teeth 12 and is wound around the riser 16 of the 6th segment 15 adjacent to the 5th segment 15. Then, the winding end 14 b is connected to the sixth segment 15. As a result, a “ ⁇ U” phase second coil 92 wound around the first tooth 12 in the reverse direction is formed between the 5th and 6th segments 15.
  • winding 14 is wound around the riser 16 of the 6th segment 15 and the winding start end 14a is drawn into the slot 13 between the 1-2th teeth 12. And it winds to the 1st teeth 12 by the concentrated winding system in the reverse direction.
  • the first tooth 12 corresponding to the U-phase is formed by winding the U-phase first coil 91 formed by winding the winding 14 in the forward direction and the winding 14 in the reverse direction.
  • the armature coil 9 including the second coil 92 of the “ ⁇ U” phase and the third coil 93 of the “ ⁇ U” phase is formed.
  • the armature core 8 is formed with the three-phase armature coil 9 including the first coil 91, the second coil 92, and the third coil 93 by sequentially performing this operation between the segments 15 corresponding to the respective phases. Between the adjacent segments 15, coils 91 to 93 of U, “ ⁇ W”, “ ⁇ W”, V, “ ⁇ U”, “ ⁇ U”, W, “ ⁇ V” and “ ⁇ V” phases are Electrically connected in order.
  • connection positions of the winding start end 14a and the winding end end 14b of the windings 14 forming the coils 91 to 93 of each phase to the segments 15 are U, “ ⁇ W”, “ ⁇ W” between the adjacent segments 15.
  • V, “ ⁇ U”, “ ⁇ U”, W, “ ⁇ V”, and “ ⁇ V” phase coils 91 to 93 may be electrically connected in this order.
  • the total number of turns (total number of turns of the winding 14) of the first, second, and third coils 91, 92, and 93 wound around each tooth 12 is set to n (n is 3 is a natural number), the number of turns of each of the first, second, and third coils 91, 92, and 93 is the same “n / 3”.
  • the number of turns is set so that the number of turns of one coil is smaller than the number of turns of the other two coils under the condition that the total number of turns n is kept constant.
  • a magnetic field is formed in each of the second, third, fifth and sixth teeth 12.
  • the directions of these magnetic fields are in order in the circumferential direction. For this reason, between the magnetic field formed in each tooth 12 and the motor magnet 7, a magnetic attractive force or repulsive force acts in the same direction at a point-symmetrical position about the rotation shaft 3. As a result, the rotating shaft 3 rotates.
  • a voltage is applied to the high-speed brush 21b, the high-speed brush 21b is advanced, so that the rotary shaft 3 rotates at a high speed.
  • the third coil 93 between the 6th and 7th segments is short-circuited.
  • the U-phase teeth 12 are at a position where the retardation angle is 20 °, and are rectified at that position. Therefore, a magnetomotive force vector having a retardation of 20 ° is generated in the U-phase teeth 12.
  • the number of turns of the coils 91, 92, 93 is changed. That is, assuming that the number of turns of the lead angle 20 ° coil (the number of turns of the winding 14) is T1, the number of turns of the lead angle 0 ° coil is T2, and the number of turns of the retard angle 20 ° coil is T3, T1, T2,
  • the above condition (1) is the case of the low speed brush 21a in which the position of the brush 21 is not advanced. If the position of the low speed brush 21a is advanced, the advance angle is large. It turns out that it is necessary to change it accordingly. Therefore, the following conditions could be obtained.
  • the advance angle is originally set at the position of the high speed brush 21b. However, since the frequency of use is less than that of the low speed brush 21a, the above conditions are set based on the low speed brush 21a. .
  • the position of the low speed brush 21a by setting the conditions of the number of turns of each of the coils 91, 92, 93 to the above conditions (1) to (3), the influence of the deterioration of the rectification property can be reliably reduced. This can extend the life of the brush.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention.
  • the present invention is not limited to this, and the configuration of the three coils 91, 92, and 93 can be applied to various electric motors in which three coils are formed in each tooth.
  • the brush 21 is configured by three brushes, that is, the low speed brush (anode brush) 21a, the high speed brush (anode brush) 21b, and the common brush (cathode brush) 21c has been described.
  • the present invention is not limited to this, and the configuration of the three coils 91, 92, and 93 can be applied to an electric motor in which an anode brush and a cathode brush are provided in pairs. .
  • the number of turns of one coil is set to be smaller than the number of turns of the other two coils, the influence of deterioration of rectification due to mismatch of magnetomotive force vectors by three coils is reduced. it can. Also, brush life can be extended by improving rectification.

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Abstract

　４極６スロット１８セグメントの電動モータにおいて、各ティース（１２）に、１つの順巻きコイル（９１）と２つの逆巻きコイル（９２）、（９３）を巻回し、順巻きコイルをＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルとし、逆巻きコイルを－Ｕ相、－Ｖ相、－Ｗ相のコイルとしたとき、隣接するセグメント間に、Ｕ相、－Ｗ相、－Ｗ相、Ｖ相、－Ｕ相、－Ｕ相、Ｗ相、－Ｖ相、－Ｖ相のコイルがこの順で電気的に接続されるようにする。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル（９１）のターン数をＴ１、先にブラシに摺接する－Ｕ相、－Ｖ相、－Ｗ相のコイル（９２）のターン数をＴ２、後にブラシに摺接する－Ｕ相、－Ｖ相、－Ｗ相のコイル（９３）のターン数をＴ３とするとき、Ｔ２＞Ｔ１＞Ｔ３とする。

Description

電動モータ
　本発明は、電動モータに関するものである。
　本願は、２０１４年３月１４日に、日本に出願された特願２０１４－０５２３０４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　電動モータとして、例えば、有底筒状のヨークの内周面にモータマグネットを配置し、このモータ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たブラシ付きの直流モータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
　アーマチュアは、回転軸に外嵌固定される円環状のコア本体の外周に、径方向外方に向かって放射状に延びる複数のティースを設けたアーマチュアコアと、該アーマチュアコアの各ティースにティース間のスロットを介して巻回されたアーマチュアコイルと、アーマチュアコアと一体回転するように前記回転軸上に設けられるコンミテータと、を備えている。
　コンミテータは、周方向に互いに絶縁された状態で並んで配置された複数のセグメントを有しており、これらセグメントに、各アーマチュアコイルの端末部が接続されている。
　さらに、セグメントには複数のブラシが摺接されている。そして、ブラシによりセグメントを介して各アーマチュアコイルに直流電流が供給されると、アーマチュアコアに形成される磁界とモータマグネットとの間に生じる磁気的な吸引力や反発力により、アーマチュアおよび回転軸が回転する。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、アーマチュアコイルに流れる電流の向きが切り替えられる、いわゆる整流が行われる。そして、アーマチュアが継続的に回転し、回転出力が回転軸から取り出される。
　ところで、コンミテータが回転すると、セグメントに対してブラシが接触、離間を繰り返すことになる。このため、セグメント間の電圧が大きいと、セグメントからブラシが離間する際に放電が発生し、ブラシ寿命が低下する。これを防止するための手段として、例えば、アーマチュアコアのティースの数に対してコンミテータのセグメントの数を増大する方法がある。
特許第３０４７５４４号公報
　ところで、セグメントの数をティースの数の３倍に増やし、各ティースごとのコイルの数を３本にした場合、同じティースに巻かれている３本のコイルからの起磁力ベクトルが一致せず、遅角、進角無し、進角のコイルができてしまい、整流が悪化するという可能性がある。
　本発明は、整流性の向上を図り、ブラシ寿命を延命させることができる電動モータを提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様によれば、電動モータは、周方向に複数の磁極が配列されたモータマグネットと、前記モータマグネット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、径方向外方に向かって放射状に延びる複数のティースおよびこれらティース間に形成される複数のスロットを有するアーマチュアコアと、前記各ティースにそれぞれ集中巻方式にて巻装されたコイルと、前記回転軸と一体回転するよう設けられ、複数のセグメントを周方向に配置したコンミテータと、前記セグメントを介して前記コイルに給電を行うための陽極ブラシおよび陰極のブラシと、を備え、前記各ティースに、それぞれ３つのコイルが巻装されており、前記３つのコイルのうち、１つのコイルのターン数が他の２つのコイルのターン数よりも少なく設定されている。
　本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様に係る電動モータは、前記磁極が４極、前記スロットの個数が６個、前記セグメントの個数が１８個に設定され、前記各ティースに巻装されている前記３つのコイルは、順方向に巻回して形成された１つの順巻きコイルと、逆方向に巻回して形成された２つの逆巻きコイルと、により構成され、前記各ティースを周回り方向にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順で割り当て、各相に巻装されている前記順巻きコイルをそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルとし、各相に巻装されている前記逆巻きコイルをそれぞれ－Ｕ相、－Ｖ相、－Ｗ相のコイルとしたとき、隣接する前記セグメント間に、Ｕ相、－Ｗ相、－Ｗ相、Ｖ相、－Ｕ相、－Ｕ相、Ｗ相、－Ｖ相、－Ｖ相のコイルがこの順で電気的に接続され、巻装されている１つの順巻きコイルおよび２つの逆巻きコイルのうち、１つのコイルのターン数が他の２つのコイルのターン数よりも少なく設定されている。
　本発明の第３の態様によれば、本発明の第１の態様若しくは第２の態様に係る電動モータにおいて、前記３つのコイルは、起磁力ベクトルが進角側に向かう進角コイルと、起磁力ベクトルが遅角側に向かう遅角コイルと、起磁力ベクトルが進角側にも遅角側にも向かない正コイルとされ、前記進角コイルの起磁力ベクトルの進角θ１が０°＜θ１≦２０°を満たし、前記遅角コイルの起磁力ベクトルの遅角θ２が０°＜θ２≦２０°を満たし、前記陽極ブラシの位置の進角θ３が０°≦θ３≦３°を満たす場合において、前記進角コイルのターン数をＴ１とし、前記正コイルのターン数をＴ２とし、前記遅角コイルのターン数をＴ３としたとき、前記各ターン数Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、Ｔ２＞Ｔ１＞Ｔ３を満たすように設定されている。
　本発明の第４の態様によれば、本発明の第１の態様若しくは第２の態様に係る電動モータにおいて、前記３つのコイルは、起磁力ベクトルが進角側に向かう進角コイルと、起磁力ベクトルが遅角側に向かう遅角コイルと、起磁力ベクトルが進角側にも遅角側にも向かない正コイルとされ、前記進角コイルの起磁力ベクトルの進角θ１が０°＜θ１≦２０°を満たし、前記遅角コイルの起磁力ベクトルの遅角θ２が０°＜θ２≦２０°を満たし、前記陽極ブラシの位置の進角θ３が３°＜θ３≦１０°を満たす場合において、前記進角コイルのターン数をＴ１とし、前記正コイルのターン数をＴ２とし、前記遅角コイルのターン数をＴ３としたとき、前記各ターン数Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１を満たすように設定されている。
　本発明の第５の態様によれば、本発明の第１の態様若しくは第２の態様に係る電動モータにおいて、前記３つのコイルは、前記３つのコイルは、起磁力ベクトルが進角側に向かう進角コイルと、起磁力ベクトルが遅角側に向かう遅角コイルと、起磁力ベクトルが進角側にも遅角側にも向かない正コイルとされ、前記進角コイルの起磁力ベクトルの進角θ１が０°＜θ１≦２０°を満たし、前記遅角コイルの起磁力ベクトルの遅角θ２が０°＜θ２≦２０°を満たし、前記陽極ブラシの位置の進角θ３がθ３＝２０°を満たす場合において、前記進角コイルのターン数をＴ１とし、前記正コイルのターン数をＴ２とし、前記遅角コイルのターン数をＴ３としたとき、前記各ターン数Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１を満たすように設定されている。
　上記の電動モータによれば、１つのコイルのターン数が他の２つのコイルのターン数よりも少なく設定されているので、３つのコイルによる起磁力ベクトルの不一致による整流性の悪化の影響を軽減できる。また、整流の改善によりブラシ寿命を延命させることができる。
本発明の実施形態における減速機付きモータの外観側面図である。 本発明の実施形態における減速機付きモータの縦断面図である。 本発明の実施形態におけるアーマチュアの側面図である。 本発明の実施形態におけるアーマチュアの展開図である。 本発明の実施形態における巻線の巻回方向を示す図である。 本発明の実施形態におけるアーマチュアの進角２０°のときの展開図である。 本発明の実施形態におけるアーマチュアの進角０°のときの展開図である。 本発明の実施形態におけるアーマチュアの遅角２０°のときの展開図である。 本発明の実施形態におけるコイルのターン数の違いによる特性比較図である。
（第１実施形態）
（減速機付モータ）
　次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１は、本発明に係る電動モータが適用された減速機付モータの外観側面図である。図２は、その縦断面図である。
　図１および図２に示すように、減速機付モータ１は、例えば、自動車のワイパ駆動用に用いるものである。減速機付モータ１は、電動モータ２と、電動モータ２の回転軸３に連結された減速機構４とを備えている。電動モータ２は、有底筒状のモータハウジングを兼ねたヨーク５と、ヨーク５内に回転自在に設けられたアーマチュア６とを有している。
　ヨーク５の筒部５３は略円筒状に形成されており、この筒部５３の内周面には、モータマグネット７が設けられている。モータマグネット７の内周面には、周方向に４つの磁極が、Ｎ極とＳ極を交互に並べて配列されている。
　ヨーク５の底壁（エンド部）５１には、径方向中央に軸方向外側に向かって突出する軸受ハウジング１９が形成され、ここに回転軸３の一端を回転自在に軸支するための滑り軸受１８が設けられている。この滑り軸受１８は、回転軸３の調心機能を有している。
　筒部５３の開口部には外フランジ部５２が設けられ、その外フランジ部５２に減速機構４のギヤハウジング２３の端部が固定されることで、電動モータ２と減速機構４とが一体に結合されている。
（アーマチュア）
　図３は、アーマチュアの外観側面図である。
　図２および図３に示すように、アーマチュア６は、回転軸３に外嵌固定されたアーマチュア本体８０と、回転軸３の他端側（減速機構４側）に配置されたコンミテータ１０とを備えている。
　アーマチュア本体８０は、アーマチュアコア８と、アーマチュアコア８に巻回されたアーマチュアコイル９とを有している。アーマチュアコア８は、プレス加工等によって打ち抜かれた磁性材料のコアプレートを軸方向に積層することで形成された積層コア、あるいは、軟磁性粉を加圧成形した圧粉コアよりなる。
（アーマチュアコア）
　図５に示すように、アーマチュアコア８は、円環状のコア本体１１を有している。コア本体１１の中心には、回転軸３を圧入するための貫通孔１１ａが形成されている。また、コア本体１１の外周部には、周方向に等間隔にティース１２が放射状に６つ設けられている。各ティース１２は、軸方向平面視略Ｔ字型に形成されたものである。各ティース１２は、コア本体１１から径方向に沿って放射状に突出する巻胴部１２ａと、巻胴部１２ａの先端から周方向に沿って延び、アーマチュアコア８の外周を構成する鍔部１２ｂとにより構成されている。
　このような構成により、隣接するティース１２間にはスロット１３が６つ形成されている。そして、これらスロット１３にエナメル被覆の巻線１４を通し、ティース１２の巻胴部１２ａの外周に巻線１４を集中巻方式で巻回することで、アーマチュアコイル９が形成されている（アーマチュアコイル９の形成方法の詳細は後述する）。
（コンミテータ）
　次に、アーマチュアの他の構成について述べる。
　図２および図３に示すように、回転軸３のアーマチュアコア８よりも他端側（減速機構４側）には、コンミテータ１０が外嵌固定されている。コンミテータ１０には、外周面に、導電材で形成されたセグメント１５が複数取り付けられている。セグメント１５は、アーマチュアコア８のティース１２およびスロット１３の数の３倍の１８枚取り付けられている。セグメント１５は軸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方向に沿って等間隔に並列に固定されている。このように、電動モータ２は、磁極数が４極、スロット１３の個数が６つ、セグメント１５の枚数が１８枚に設定されたいわゆる４極６スロット１８セグメントの電動モータとして構成されている。
　また、各セグメント１５のアーマチュアコア８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１６が一体成形されている。ライザ１６には、アーマチュアコイル９の端末部が掛け回わされ、ヒュージングなどにより固定されている。これにより、セグメント１５と、これに対応するアーマチュアコイル９とが導通される。
　このように構成されたコンミテータ１０は、図１に示すように、減速機構４のギヤハウジング２３に臨まされている。ギヤハウジング２３には、減速機構４の歯車群４１が収納されている。また、ギヤハウジング２３の電動モータ２側には、ブラシ収納部２２が一体成形され、ここに電動モータ２のコンミテータ１０が臨まされている。
　ブラシ収納部２２の内側には、ホルダステーやブラシホルダ（不図示）を介してブラシ２１が出没自在に収納されている。ブラシ２１は、コンミテータ１０に外部電源（例えば、自動車に搭載されるバッテリ等）からの電力を給電するためのものである。ブラシ２１は、不図示のスプリングによってコンミテータ１０側に向かって付勢されており、その先端がセグメント１５に摺接している。
　ブラシ２１は、陽極側に接続されている低速用ブラシ（陽極ブラシ）２１ａ、および高速用ブラシ（陽極ブラシ）２１ｂと、これら低速用ブラシ２１ａと高速用ブラシ２１ｂとに共通使用され陰極側に接続されている共通ブラシ（陰極ブラシ）２１ｃとにより構成されている。低速用ブラシ２１ａと共通ブラシ２１ｃは、モータマグネット７の磁極ピッチ（電気角１８０°）に対応させて、周方向に機械角で９０°間隔をあけて配置されている。一方、高速用ブラシ２１ｂは、共通ブラシ２１ｃに対してモータマグネット７の磁極ピッチよりも僅かに進角させた位置に配置されている。なお、高速用ブラシ２１ｂの進角は、例えば、３０°に設定されている。
（アーマチュアコイルの形成方法）
　次に、図４、図５に基づいて、アーマチュアコイル９の形成方法の一例について説明する。
　図４は、アーマチュアの展開図である。隣接するティース間の空隙は、スロットに相当している。図５は、巻線の巻回方向を示す図で、コンミテータが配置されていない後方側からアーマチュアを見たものである。なお、以下の図４においては、各セグメント１５、各ティース１２、および、形成されたアーマチュアコイル９にそれぞれ符号を付して説明する。ここで、１８枚のセグメント１５のうち、１８０°対向する位置にあるもの（同電位となるセグメント１５同士）は、不図示の接続線等により電気的に接続されている。従って、ブラシに対して同条件のセグメント１５には、１～９の同符号を付してある。
　図４、図５に示すように、各ティース１２は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相が周方向にこの順で割り当てられている。つまり、１番、４番ティース１２がＵ相、２番、５番ティース１２がＶ相、３番、６番ティース１２がＷ相になる。ここで、セグメント１５に付した番号のうち、１番に相当する位置は、１番ティース１２に対応する位置とする。
　なお、図４において、各ティース１２への巻線１４の巻回方向が時計回りであるときを順方向と称し、反時計回りであるときを逆方向と称して説明する。
　まず、例えば、巻線１４の巻き始め端１４ａを１番セグメント１５より巻き始める場合、この後、巻線１４を１番セグメント１５近傍に存在する１－６番ティース１２の間のスロット１３に引き込む。そして、各ティース１２に巻線１４を順方向に集中巻方式にて巻回する。
　続いて、１－２番ティース１２の間のスロット１３から巻線１４を引き出し、１番セグメント１５に隣接する２番セグメント１５のライザ１６に掛け回す。そして、２番セグメント１５に巻き終わり端１４ｂを接続する。これにより、１－２番セグメント１５間には、１番ティース１２に順方向に巻回されたＵ相の第１コイル９１が形成される。
　また、５番セグメント１５のライザ１６に巻き始め端１４ａを掛け回した巻線１４を、１－２番ティース１２の間のスロット１３に引き込む。そして、１番ティース１２に逆方向に集中巻方式にて巻回する。
　続いて、１－６番ティース１２の間のスロット１３から巻線１４を引き出し、５番セグメント１５に隣接する６番セグメント１５のライザ１６に掛け回す。そして、６番セグメント１５に巻き終わり端１４ｂを接続する。これにより、５－６番セグメント１５間には、１番ティース１２に逆方向に巻回された「－Ｕ」相の第２コイル９２が形成される。
　さらに、６番セグメント１５のライザ１６に巻き始め端１４ａを掛け回した巻線１４を、１－２番ティース１２の間のスロット１３に引き込む。そして、１番ティース１２に回逆方向に集中巻方式にて巻回する。
　続いて、１－６番ティース１２の間のスロット１３から巻線１４を引き出し、６番セグメント１５に隣接する７番セグメント１５のライザ１６に掛け回す。そして、７番セグメント１５に巻き終わり端１４ｂを接続する。これにより、６－７番セグメント１５間には、１番ティース１２に逆方向に巻回された「－Ｕ」相の第３コイル９３が形成される。
　したがって、Ｕ相に相当する１番ティース１２には、巻線１４が順方向に巻回されて形成されるＵ相の第１コイル９１、巻線１４が逆方向に巻回されて形成される「－Ｕ」相の第２コイル９２および「－Ｕ」相の第３コイル９３で構成されるアーマチュアコイル９が形成される。
　そして、これを各相に対応するセグメント１５間で順次行うことにより、アーマチュアコア８には第１コイル９１、第２コイル９２および第３コイル９３を備えた３相構造のアーマチュアコイル９が形成され、隣接するセグメント１５間にＵ、「－Ｗ」、「－Ｗ」、Ｖ、「－Ｕ」、「－Ｕ」、Ｗ、「－Ｖ」、「－Ｖ」相のコイル９１～９３がこの順で電気的に順次接続される。
　なお、各相のコイル９１～９３を形成する巻線１４の巻き始め端１４ａおよび巻き終わり端１４ｂのセグメント１５への接続箇所は、隣接するセグメント１５間にＵ、「－Ｗ」、「－Ｗ」、Ｖ、「－Ｕ」、「－Ｕ」、Ｗ、「－Ｖ」、「－Ｖ」相のコイル９１～９３がこの順で電気的に順次接続されていればよい。
　ところで、一般的には、各ティース１２に巻回された第１、第２、第３の３つのコイル９１、９２、９３の合計ターン数（巻線１４の合計巻回数）をｎ（ｎは３の倍数であって自然数）とした場合、第１、第２、第３の３つのコイル９１、９２、９３の各ターン数は、それぞれ同じ「ｎ／３」としているが、本実施形態では、それらのターン数を、合計ターン数ｎを一定に保った条件で、１つのコイルのターン数が他の２つのコイルのターン数よりも少なくなるように設定している。ここでは、その説明の前に電動モータ２の動作について説明する。
（電動モータの動作）
　電動モータ２の動作説明にあたり、２つの陽極ブラシ（低速用ブラシ２１ａ、高速用ブラシ２１ｂ）のうち、低速用ブラシ２１ａに電圧を印加した場合ついて説明する。
　例えば、図４に示すように、１－２番セグメント１５間に低速用ブラシ２１ａが配置されると共に、６番セグメント１５に共通ブラシ２１ｃが配置された場合、Ｕ相の第１コイル９１は、短絡される。
　そして、「－Ｕ」相の第２コイル９２に逆方向（図４における反時計回り方向）の電流が流れ、「－Ｕ」相の第３コイル９３に順方向（図４における時計回り方向）の電流が流れる。すなわち、第２コイル９２および第３コイル９３には、互いに逆向きの電流が流れるので磁界が相殺され、モータマグネット７との間にトルクが発生しない。
　これに対し、Ｖ相の第１コイル９１、「－Ｖ」相の第２コイル９２および「－Ｖ」相の第３コイル９３には、それぞれ順方向に電流が流れる。また、「－Ｗ」相の第１コイル９１、「－Ｗ」相の第２コイル９２および「－Ｗ」相の第３コイル９３には、それぞれ逆方向に電流が流れる。
　すると、２、３、５、６番ティース１２にそれぞれ磁界が形成される。これらの磁界の向きは、周回り方向に順番になる。このため、各ティース１２に形成される磁界とモータマグネット７との間に、磁気的な吸引力や反発力が回転軸３を中心にして点対称位置で同じ方向に作用する。そして、これによって回転軸３が回転する。なお、高速用ブラシ２１ｂに電圧を印加すると、この高速用ブラシ２１ｂが進角されているので、この分、回転軸３が高速回転する。
（進角コイル、遅角コイルが生じる理由）
　次に、アーマチュア６が回転するのに伴う、各ティース１２の３つのコイル９１、９２、９３の変化について説明する。
　ここで、以下の説明では、ブラシ２１の位置自体が進角されていない低速用ブラシ２１ａに電圧を印加した場合について説明する。また、３相のうち、Ｕ相について代表して述べるが、他の相についても同様である。
　アーマチュア６が回転して、図６に示す状態になったとき、５－６番セグメント間の第２コイル９２がブラシ２１によって短絡される。その際、Ｕ相のティース１２は、進角０°の位置（ティース１２が磁極に正対する位置）から電気角で２０°ずれた位置にある。
従って、Ｕ相のティース１２に、進角２０°の起磁力ベクトルが発生する。
　次に、アーマチュア６が回転し、図７に示す状態になったとき、１－２番セグメント間の第１コイル９１が短絡される。その際、Ｕ相のティース１２は、進角０°の位置にあり、その位置で整流される。従って、Ｕ相のティース１２に、進角０°の起磁力ベクトルが発生する。
　次に、アーマチュア６が回転し、図８に示す状態になったとき、６－７番セグメント間の第３コイル９３が短絡される。その際、Ｕ相のティース１２は、遅角２０°の位置にあり、その位置で整流される。従って、Ｕ相のティース１２に、遅角２０°の起磁力ベクトルが発生する。
　以上に鑑みて各相のコイル９１～９３を形成する巻線１４の機能を調べてみると、各ティース１２に巻装されている３つのコイル（１つの順巻きコイル９１および２つの逆巻きコイル９２、９３）のうち、１つのコイルが、進角無しの起磁力ベクトルを発生する進角０°コイル（正コイル）、残りの１つのコイルが、進角２０°の起磁力ベクトルを発生する進角２０°コイル（進角コイル）、最後の１つのコイルが、遅角２０°の起磁力ベクトルを発生する遅角２０°コイル（遅角コイル）、であることが分かった。
　表１にその分類を示す。なお、表１中に記載の「ｓｅｇ」とはセグメントの略称である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　以上のように３つのコイル９１、９２、９３が、進角２０°、進角０°、遅角２０°の働きをすることになると、先に述べたように起磁力ベクトルの不一致から整流性に悪影響が出るおそれがある。そこで、本実施形態の電動モータ２では、コイル９１、９２、９３のターン数に変化を持たせている。すなわち、進角２０°コイルのターン数（巻線１４の巻回数）をＴ１、進角０°コイルのターン数をＴ２、遅角２０°コイルのターン数をＴ３としたとき、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の大小関係を次のように設定している。
　　Ｔ２＞Ｔ１＞Ｔ３　　・・・（１）
　ただし、「Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＝一定」の条件内でＴ１、Ｔ２、Ｔ３の大小関係を決めている。
　このように、３つのコイル９１、９２、９３のターン数に変化を持たせることにより、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、特に性能的な影響を及ぼす可能性（例えば、ブラシ寿命の低下）のある遅角２０°コイルのセグメント間電圧が低下することが確かめられた。
　ところで、上記の条件（１）は、ブラシ２１の位置自体が進角されていない低速用ブラシ２１ａの場合であり、この低速用ブラシ２１ａの位置自体が進角されていると、進角の大きさに応じて変える必要があることが分かった。そこで、以下の条件を得ることができた。
　低速用ブラシ２１ａの進角θが
　（１）０°≦θ≦３°　の場合は、Ｔ２＞Ｔ１＞Ｔ３
　（２）３°＜θ≦１０°の場合は、Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１
　（３）θ＝２０°の場合は、　　　Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１
に設定する。
　なお、高速用ブラシ２１ｂの位置には、そもそも進角が設定されているが、低速用ブラシ２１ａと比較して使用頻度が少ないため、低速用ブラシ２１ａを基準に上記の条件を設定している。
（効果）
　したがって、上述の実施形態によれば、各ティース１２に３つのコイル９１、９２、９３が形成されている電動モータ２において、３つのコイル９１、９２、９３のうち、１つのコイルのターン数を他の２つのコイルのターン数よりも少なく設定することにより、各ティース１２に巻装された３つのコイル９１、９２、９３による起磁力ベクトルの不一致による整流性の悪化の影響を軽減できる。また、整流の改善によりブラシ寿命を延命させることができる。
　とりわけ、低速用ブラシ２１ａの位置に応じ、各コイル９１、９２、９３のターン数の条件を上記の条件（１）～（３）に設定することにより、確実に整流性の悪化の影響を低減でき、ブラシ寿命を延命させることができる。
　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。
　例えば、上述の実施形態では、自動車のワイパ駆動用に用いる減速機付モータ１の電動モータ２に、上記の３つのコイル９１、９２、９３の構成を適用した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、各ティースに３つのコイルが形成されるさまざまな電動モータに上記の３つのコイル９１、９２、９３の構成を適用することが可能である。
　また、上述の実施形態では、ブラシ２１は、低速用ブラシ（陽極ブラシ）２１ａ、高速用ブラシ（陽極ブラシ）２１ｂ、共通ブラシ（陰極ブラシ）２１ｃの３つのブラシで構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、陽極ブラシと陰極ブラシとが対となって設けられている電動モータにも、上記の３つのコイル９１、９２、９３の構成を適用することが可能である。
　上記の電動モータによれば、１つのコイルのターン数が他の２つのコイルのターン数よりも少なく設定されているので、３つのコイルによる起磁力ベクトルの不一致による整流性の悪化の影響を軽減できる。また、整流の改善によりブラシ寿命を延命させることができる。
　１　減速機付きモータ
　２　電動モータ
　６　アーマチュア
　７　モータマグネット
　８　アーマチュアコア
　９　アーマチュアコイル
　１０　コンミテータ
　１５　セグメント
　１２　ティース
　１３　スロット
　２１　ブラシ
　９１，９２，９３　コイル

Claims (5)

  1. 　周方向に複数の磁極が配列されたモータマグネットと、
    　前記モータマグネット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、径方向外方に向かって放射状に延びる複数のティースおよびこれらティース間に形成される複数のスロットを有するアーマチュアコアと、
    　前記各ティースにそれぞれ集中巻方式にて巻装されたコイルと、
    　前記回転軸と一体回転するよう設けられ、複数のセグメントを周方向に配置したコンミテータと、
    　前記セグメントを介して前記コイルに給電を行うための陽極ブラシおよび陰極のブラシと、を備え、
    　前記各ティースに、それぞれ３つのコイルが巻装されており、
    　前記３つのコイルのうち、１つのコイルのターン数が他の２つのコイルのターン数よりも少なく設定されている電動モータ。
  2. 　前記磁極が４極、前記スロットの個数が６個、前記セグメントの個数が１８個に設定され、
    　前記各ティースに巻装されている前記３つのコイルは、順方向に巻回して形成された１つの順巻きコイルと、逆方向に巻回して形成された２つの逆巻きコイルと、により構成され、
    　前記各ティースを周回り方向にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順で割り当て、各相に巻装されている前記順巻きコイルをそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルとし、各相に巻装されている前記逆巻きコイルをそれぞれ－Ｕ相、－Ｖ相、－Ｗ相のコイルとしたとき、隣接する前記セグメント間に、Ｕ相、－Ｗ相、－Ｗ相、Ｖ相、－Ｕ相、－Ｕ相、Ｗ相、－Ｖ相、－Ｖ相のコイルがこの順で電気的に接続され、
    　巻装されている１つの順巻きコイルおよび２つの逆巻きコイルのうち、１つのコイルのターン数が他の２つのコイルのターン数よりも少なく設定されている請求項１に記載の電動モータ。
  3. 　前記３つのコイルは、起磁力ベクトルが進角側に向かう進角コイルと、起磁力ベクトルが遅角側に向かう遅角コイルと、起磁力ベクトルが進角側にも遅角側にも向かない正コイルとされ、
    　前記進角コイルの起磁力ベクトルの進角θ１が
    　０°＜θ１≦２０°
    　を満たし、
    　前記遅角コイルの起磁力ベクトルの遅角θ２が
    　０°＜θ２≦２０°
    　を満たし、
    　前記陽極ブラシの位置の進角θ３が
    　０°≦θ３≦３°
    　を満たす場合において、
    　前記進角コイルのターン数をＴ１とし、前記正コイルのターン数をＴ２とし、前記遅角コイルのターン数をＴ３としたとき、
    　前記各ターン数Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、
    　Ｔ２＞Ｔ１＞Ｔ３
    　を満たすように設定されている請求項１または請求項２に記載の電動モータ。
  4. 　前記３つのコイルは、起磁力ベクトルが進角側に向かう進角コイルと、起磁力ベクトルが遅角側に向かう遅角コイルと、起磁力ベクトルが進角側にも遅角側にも向かない正コイルとされ、
    　前記進角コイルの起磁力ベクトルの進角θ１が
    　０°＜θ１≦２０°
    　を満たし、
    　前記遅角コイルの起磁力ベクトルの遅角θ２が
    　０°＜θ２≦２０°
    　を満たし、
    　前記陽極ブラシの位置の進角θ３が
    　３°＜θ３≦１０°
    　を満たす場合において、
    　前記進角コイルのターン数をＴ１とし、前記正コイルのターン数をＴ２とし、前記遅角コイルのターン数をＴ３としたとき、
    　前記各ターン数Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、
    　Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１
    　を満たすように設定されている請求項１または請求項２に記載の電動モータ。
  5. 　前記３つのコイルは、起磁力ベクトルが進角側に向かう進角コイルと、起磁力ベクトルが遅角側に向かう遅角コイルと、起磁力ベクトルが進角側にも遅角側にも向かない正コイルとされ、
    　前記進角コイルの起磁力ベクトルの進角θ１が
    　０°＜θ１≦２０°
    　を満たし、
    　前記遅角コイルの起磁力ベクトルの遅角θ２が
    　０°＜θ２≦２０°
    　を満たし、
    　前記陽極ブラシの位置の進角θ３が
    　θ３＝２０°
    　を満たす場合において、
    　前記進角コイルのターン数をＴ１とし、前記正コイルのターン数をＴ２とし、前記遅角コイルのターン数をＴ３としたとき、
    　前記各ターン数Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、
    　Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１
    　を満たすように設定されている請求項１または請求項２に記載の電動モータ。
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