JP2004274816A - ブラシ付直流モータ - Google Patents
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Abstract
【課題】製造工数、コストを増大させることなく、磁界状態のアンバランスを効果的に抑制することで回転むら等を防止できるブラシ付直流モータを提供できる。
【解決手段】出力シャフト２の回転方向に沿って並列する互いに異なるコイル配置位置それぞれにおいて、陽極ブラシ１１と同数の電機子コイル２１が、出力シャフト２の回転径方向に沿った互いに異なる位置に配置される。各コイル配置位置それぞれにおける各コイル２１ａ、２１ｂは、互いに異なる陽極ブラシ１１から同時に給電されるべき関係となるように、その各端が、互いに異なる陽極ブラシ１１に同時に接する位置関係にある互いに異なる整流子片７ａに結線される。各コイル配置位置それぞれにおける少なくとも一対のコイル２１ａ、２１ｂそれぞれは、隣り合うコイル配置位置において同じ陽極ブラシ１１から給電されるコイルと、前記回転径方向において互いに異なる位置に配置される。
【選択図】図６
【解決手段】出力シャフト２の回転方向に沿って並列する互いに異なるコイル配置位置それぞれにおいて、陽極ブラシ１１と同数の電機子コイル２１が、出力シャフト２の回転径方向に沿った互いに異なる位置に配置される。各コイル配置位置それぞれにおける各コイル２１ａ、２１ｂは、互いに異なる陽極ブラシ１１から同時に給電されるべき関係となるように、その各端が、互いに異なる陽極ブラシ１１に同時に接する位置関係にある互いに異なる整流子片７ａに結線される。各コイル配置位置それぞれにおける少なくとも一対のコイル２１ａ、２１ｂそれぞれは、隣り合うコイル配置位置において同じ陽極ブラシ１１から給電されるコイルと、前記回転径方向において互いに異なる位置に配置される。
【選択図】図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばパワーステアリング装置における操舵補助力発生に用いるのに適したブラシ付直流モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシ付直流モータにおいては、ブラシの負荷電流を軽減するために複数の陽極ブラシから電機子コイルに給電することが行われている。例えば図１６に示す従来の直流モータは、出力シャフト１０１の回転方向に沿って配置される複数の整流子片１０２ａを有する整流子１０２と、２個の陽極ブラシ１０３と、２個の陰極ブラシ１０４と、複数のスロットを介して電機子コア（図示省略）に巻き付けられる複数の電機子コイル１０５と、複数の界磁（図示省略）とを備えている。出力シャフト１０１の回転方向に沿った互いに異なるコイル配置位置それぞれにおいて、電機子コイル１０５は出力シャフト１０１の回転径方向に沿った互いに異なる位置に配置される。各コイル配置位置それぞれにおいて内方側に位置する電機子コイル１０５を内方コイル１０５ａ、外方側に位置する電機子コイル１０５を外方コイル１０５ｂとする。なお、説明の便宜上、図１６においては内方コイル１０５ａと外方コイル１０５ｂの一部のみを示すが、実際には内方コイル１０５ａと外方コイル１０５ｂは出力シャフト１０１の全周にわたって配置される。
【０００３】
各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル１０５ａと外方コイル１０５ｂとは、同じ陽極ブラシ１０３からの給電により励磁されるように、そのコイル配置位置に最も近接配置される相隣接する一対の整流子片１０２ａの一方に両コイル１０５ａ、１０５ｂの一端が結線され、その一対の整流子片１０２ａの他方に両コイル１０５ａ、１０５ｂの他端が結線される。これにより、例えば図において実線で示すコイル１０５ａ、１０５ｂが一方の陽極ブラシ１０３からの給電により励磁され、破線で示すコイル１０５ａ、１０５ｂが他方の陽極ブラシ１０３からの給電により励磁される。
【０００４】
しかし、整流子片１０２ａに対する各ブラシ１０３、１０４の接触タイミングを完全に同期させるのは困難である。相隣接する一対の整流子片１０２ａの双方にブラシが同時に接触した場合、その一対の整流子片１０２ａに結線されたコイルは短絡により非励磁状態となる。そのため、整流子片１０２ａに対する各ブラシ１０３、１０４の接触タイミングが同期しないと、各コイル１０５ａ、１０５ｂの励磁、非励磁のタインミングが同期しなくなる。そうすると、相対向するコイル配置位置の一方では内外両方のコイル１０５ａ、１０５ｂが励磁され、他方では内外両方のコイル１０５ａ、１０５ｂが非励磁となる状態が生じ、磁界状態が出力シャフト１０１の回転方向においてアンバランスになって回転むら等が生じる。
【０００５】
そこで、図１６において一点鎖線で示すように、互いに異なる陽極ブラシ１０３から同時に給電されるべき関係にあるコイルの端部同士を、均圧線１２０と呼ばれる導線により接続することが提案されている。これにより、整流子片１０２ａに対する各ブラシ１０３、１０４の接触タイミングが同期しない場合でも、各コイル１０５ａ、１０５ｂの励磁、非励磁のタイミングを同期させることができる。
【０００６】
しかし、そのような均圧線１２０はコイル１０５ａ、１０５ｂを形成する導線とは別途に追加する必要があり、製造工数、コストを増大させる。
【０００７】
そこで、均圧線を用いることなく、各ブラシの整流子片に対する接触タイミングが同期しない場合に、磁界状態のアンバランス抑制ができる直流モータが提案されている（特許文献１参照）。この直流モータは、図１７に示すように、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル１０５ａと外方コイル１０５ｂとが互いに異なる陽極ブラシ１０３から同時に給電されるべき関係となるように、その内方コイル１０５ａの一端が結線される整流子片１０２ａが一方の陽極ブラシ１０３に接する位置に配置される時、その外方コイル１０５ｂの一端が結線される整流子片１０２ａは他方の陽極ブラシ１０３に接する位置に配置されている。これにより、各コイル配置位置それぞれにおける両コイル１０５ａ、１０５ｂは、図において実線で示す一方が一方の陽極ブラシ１０３から給電される時、破線で示す他方が他方の陽極ブラシ１０３から給電される状態となる。よって、両陽極ブラシ１０３の整流子片１０２ａに対する接触タイミングが同期しない場合でも、内外両方のコイル１０５ａ、１０５ｂが励磁されたコイル配置位置と内外両方のコイル１０５ａ、１０５ｂが励磁されないコイル配置位置とが対向することはなく、磁界状態のアンバランスを抑制できる。なお、図１７においては、説明の便宜上、内方コイル１０５ａと外方コイル１０５ｂの一部のみを示すが、実際には内方コイル１０５ａと外方コイル１０５ｂは出力シャフト１０１の全周にわたって配置され、図１６と同様部分は同一符号で示す。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−９５２１９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１７に示した従来技術においては、各コイル１０５ａ、１０５ｂの一端が結線される整流子片１０２ａと他端が結線される整流子片１０２ａとは相隣接する。すなわち、隣り合う内方コイル１０５ａは互いに直列接続され、また、隣り合う外方コイル１０５ｂは互いに直列接続される。そのため、一方の陽極ブラシ１０３から両陰極ブラシ１０４までの間においては、一方の陽極ブラシ１０３により内方コイル１０５ａが給電され、他方の陽極ブラシ１０３により外方コイル１０５ｂが給電され、また、他方の陽極ブラシ１０３から両陰極ブラシ１０４までの間においては、一方の陽極ブラシ１０３により外方コイル１０５ｂが給電され、他方の陽極ブラシ１０３により内方コイル１０５ａが給電される。そうすると、一方の陽極ブラシ１０３からの給電により励磁される複数のコイル１０５ａ、１０５ｂと、他方の陽極ブラシ１０３からの給電により励磁される複数のコイル１０５ａ、１０５ｂとが、それぞれ偏在する。例えば図１７においては、一方の陽極ブラシ１０３からの給電により励磁される実線で示す外方コイル１０５ｂは図において左方に偏在し、実線で示す内方コイル１０５ａは図において右方に偏在し、また、他方の陽極ブラシ１０３からの給電により励磁される破線で示す外方コイル１０５ｂは図において右方に偏在し、破線で示す内方コイル１０５ａは図において左方に偏在する。
【００１０】
各ブラシ１０３、１０４の整流子片１０２ａとの接触抵抗を完全に同一にするのは困難であり、各ブラシ１０３、１０４は互いに相違する固有の接触抵抗を有する。また、外方コイル１０５ｂと内方コイル１０５ａとでは導線の巻き数が同一でも導線長さは相違する。そのようなブラシ１０３、１０４の接触抵抗や導線長さの相違に応じて各コイル１０５ａ、１０５ｂの通電状態は互いに相違する。そのため、上記図１７に示すように、一方の陽極ブラシ１０３からの給電により励磁されるコイル１０５ａ、１０５ｂと、他方の陽極ブラシ１０３からの給電により励磁されるコイル１０５ａ、１０５ｂとがそれぞれ偏在すると、磁界状態のアンバランス抑制が阻害される。特に、直流モータを均一な出力が必要とされる用途、例えば操舵補助力の発生に用いるような場合、磁界状態のアンバランス抑制が不十分であるという問題がある。
【００１１】
さらに、図１７に示した上記従来技術においては、各コイル配置位置それぞれにおける外方コイル１０５ｂの各端が結線される一対の整流子片１０２ａは、そのコイル配置位置に最も近接配置され、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル１０５ａの各端が結線される一対の整流子片は、そのコイル配置位置から最も離間配置される。そのため、電機子コアと整流子との間の空間で掛け渡される導線長さが不均一になる。また、電機子コアに導線を巻き付けることで電機子コイルを順次形成していくと、電機子コアと整流子との間の空間に掛け渡される導線の占める領域が次第に膨らむ。その導線の占める領域は導線長さが長くなる程に大きくなる一方で、導線長さが短くても一定の領域は必要である。そのため、その導線長さが不均一であると、電機子コアと整流子１０２との間の空間においてコイル１０５ａ、１０５ｂを形成する導線が占める領域が過大になり、導線の電機子コアへの巻き付けや、導線と整流子片１０２ａとの接続が困難になったり不良を生じるおそれがある。本発明は上記問題を解決することのできるブラシ付直流モータを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明が適用されるブラシ付直流モータは、出力シャフトと、複数の整流子片を有する整流子と、各整流子片に前記出力シャフトの回転に伴って順次接する複数の陽極ブラシと、各整流子片に前記出力シャフトの回転に伴って順次接する複数の陰極ブラシと、複数のスロットが形成された電機子コアと、前記スロットを介して前記電機子コアに巻き付けられる複数のコイルとを有する電機子と、複数の界磁とを備え、前記出力シャフトの回転方向に沿って並列する互いに異なるコイル配置位置それぞれにおいて、前記陽極ブラシと同数の前記コイルが、前記出力シャフトの回転径方向に沿った互いに異なる位置に配置され、各コイル配置位置それぞれにおける各コイルは、互いに異なる陽極ブラシから同時に給電されるべき関係となるように、その各端が、互いに異なる陽極ブラシに同時に接する位置関係にある互いに異なる整流子片に結線される。
これにより、複数の陽極ブラシの整流子片に対する接触タイミングが同期しない場合でも、各陽極ブラシから給電されるコイルが全て励磁状態となるコイル配置位置と、コイルが全て非励磁状態となるコイル配置位置とが相対向する状態が生じるのを防止し、磁界状態のアンバランスを抑制できる。
【００１３】
本発明の特徴の一つは、各コイル配置位置それぞれにおける少なくとも一対のコイルそれぞれは、隣り合うコイル配置位置において同じ陽極ブラシから給電されるコイルと、前記回転径方向において互いに異なる位置に配置される点にある。これにより、同一の陽極ブラシから給電される複数のコイルを回転方向において千鳥配置し、同一の陽極ブラシから給電される複数のコイルの偏在を抑制できる。よって、各ブラシの整流子片との接触抵抗が互いに相違し、また、各コイルの導線長さが回転径方向における位置の相違により相違しても、磁界状態のアンバランスを十分に抑制できる。この場合、各コイル配置位置それぞれにおいて、各コイルの一端が結線される整流子片が陽極ブラシに接する時、各コイルの他端は、その一端が結線される整流子片が接する陽極ブラシとは別の陽極ブラシに接する整流子片に隣接する整流子片に結線されるのが好ましい。
各コイル配置位置それぞれにおける全てのコイルそれぞれを、隣り合うコイル配置位置において同じ陽極ブラシから給電されるコイルと、前記回転径方向において互いに異なる位置に配置するのが好ましい。これにより、各コイル配置位置それぞれに３以上のコイルが配置される場合に、磁界状態のアンバランスをより抑制できる。
【００１４】
本発明の別の特徴は、各ブラシは前記出力シャフトの回転方向に等間隔をおいて配置されると共に、前記陽極ブラシと前記陰極ブラシとはその回転方向において交互に配置され、各コイル配置位置それぞれにおける各コイルの各端が結線される整流子片が陽極ブラシに接する時、そのコイル配置位置は、前記出力シャフトの回転方向において相隣接する陽極ブラシの間に配置される点にある。
これにより、電機子コアと整流子片との間における導線長さを均一化できる。よって、電機子コアと整流子との間の空間において掛け渡し状となる導線が占める領域が過大になることはなく、導線の電機子コアへの巻き付けや、導線と整流子片との接続が困難になったり不良が生じるのを防止できる。
【００１５】
本発明が適用される直流モータは上記両方の特徴を備えるのが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に示す第１実施形態のブラシ付直流モータ１は、出力シャフト２と、この出力シャフト２をベアリング３、４を介して支持するケーシング５とを有し、両ベアリング３、４の間において出力シャフト２の外周に電機子６と整流子７が設けられ、ケーシング５に界磁８とブラシ機構９とが設けられている。電機子６は電機子コア２０と複数の電機子コイル２１とを有する。本実施形態のブラシ付直流モータ１は操舵補助力の発生に用いられ、その操舵補助力は出力シャフト２からパワーステアリング装置（図示省略）を介して自動車の車輪に舵角が変化するように伝達される。
【００１７】
図２に示すように、整流子７は出力シャフト２の回転方向に沿って等間隔をおいて配置されると共に互いに絶縁された複数個（本実施形態では２２）の整流子片７ａを有する。ブラシ機構９は、複数個（本実施形態では２個）の陽極ブラシ１１と、陽極ブラシ１１と同数の陰極ブラシ１２とを有する。各ブラシ１１、１２は、出力シャフト２の回転方向に等間隔（本実施形態では９０°間隔）をおいて配置され、陽極ブラシ１１と陰極ブラシ１２とはその回転方向において交互に配置され、図外ブラシホルダにより保持され、図外ブラシスプリングの弾力により整流子片７ａに押し付けられ、出力シャフト２の回転に伴って各整流子片７ａに順次接する。界磁数は陽極ブラシ１１と陰極ブラシ１２の総数と等しくされ、本実施形態では４極とされ、例えば円弧状に形成された複数のセグメント状のマグネットを出力シャフト２の回転方向に沿い配置することでＮ極の界磁８ａとＳ極の界磁８ｂとを設ける。
【００１８】
図３に示すように、電機子コア２０の外周に整流子片７ａと同数のスロット２０ａが設けられ、それらスロット２０ａを介して電機子コア２０に各電機子コイル２１が巻き付けられる。各電機子コイル２１を形成するための導線の電機子コア２０への巻き数は、全ての電機子コイル２１において等しくされている。各電機子コイル２１の一対のコイル辺の回転方向における間隔が相隣接する界磁の中心間隔に略対応するように、その一対のコイル辺が配置される一対のスロット２０ａの間のスロット２０ａの数（本実施形態では５）が定められる。出力シャフト２の回転方向において並列する各電機子コイル２１は、隣り合う電機子コイル２１とスロット２０ａの数一つ分だけ回転方向にずれて互いに重なるように配置される。これにより、出力シャフト２の回転方向に沿ってスロット２０ａの数と等しい数のコイル配置位置が、隣り合うコイル配置位置とスロット２０ａの数一つ分だけ回転方向にずれて重なるように並列する。なお、説明の便宜上、図においては隣り合うコイル配置位置同士は殆ど重なることなく隣接させて表示している。
【００１９】
図４〜図７に示すように、出力シャフト２の回転方向に沿った互いに異なるコイル配置位置それぞれにおいては、陽極ブラシ１１と同数（本実施形態では２）の電機子コイル２１が、出力シャフト２の回転径方向に沿った互いに異なる位置（本実施形態では２位置）に配置される。以下、各コイル配置位置それぞれにおいて回転中心に近い電機子コイル２１を内方コイル２１ａ、離れた電機子コイル２１を外方コイル２１ｂとする。なお、説明の便宜上、図においては各電機子コイル２１の回転方向における幅は実際より小さく記載し、図４においては一つのコイル配置位置のコイル２１ａ、２１ｂのみ、図５においては２つのコイル配置位置のコイル２１ａ、２１ｂのみ、図６においては４つのコイル配置位置のコイル２１ａ、２１ｂのみを示す。
【００２０】
各コイル配置位置それぞれにおける各コイル２１ａ、２１ｂは、励磁されることで発生する磁界の向きが互いに等しくなるように整流子片７ａに結線される。さらに、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル２１ａと外方コイル２１ｂとは、互いに異なる陽極ブラシ１１から同時に給電されるべき関係とされている。そのため、各コイル配置位置それぞれにおいて、内方コイル２１ａの一端が結線される整流子片７ａが何れかの陽極ブラシ１１に接する位置に配置される時、外方コイル２１ｂの一端が結線される整流子片７ａは別の陽極ブラシ１１に接する位置に配置される。すなわち、各コイル配置位置それぞれにおける各コイル２１ａ、２１ｂは、その各端が、互いに異なる陽極ブラシ１１に同時に接する位置関係にある互いに異なる整流子片７ａに結線されている。図においては、一方の陽極ブラシ１１から給電されるコイル２１ａ、２１ｂを実線で示し、他方の陽極ブラシ１１から給電されるコイル２１ａ、２１ｂを破線で示す。なお、本発明の電機子コイルは、所謂波巻で巻装され、各コイル２１ａ、２１ｂの端部と整流子片７ａとの結線は従来同様に行えばよい。
【００２１】
各コイル配置位置それぞれにおける一対のコイル２１ａ、２１ｂそれぞれは、隣り合うコイル配置位置において同じ陽極ブラシ１１から給電されるコイルと、回転径方向において互いに異なる位置に配置される。本実施形態では、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル２１ａへ給電を行う陽極ブラシ１１により、そのコイル配置位置に隣り合うコイル配置位置における外方コイル２１ｂへの給電がなされる。そのため、各コイル配置位置それぞれにおいて、各コイル２１ａ、２１ｂの一端が結線される整流子片７ａが何れかの陽極ブラシ１１に接する位置に配置される時、そのコイルの他端は、その一端が結線される整流子片７ａに接する陽極ブラシ１１とは別の陽極ブラシ１１が接する整流子片７ａに隣接する整流子片７ａに結線される。本実施形態では、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル２１ａの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置に最も近接配置された相隣接する一対の整流子片７ａの一方とされ、その内方コイル２１ａの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から最も離間配置された相隣接する一対の整流子片７ａの一方とされる。また、そのコイル配置位置における外方コイル２１ｂの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から最も離間配置された相隣接する一対の整流子片７ａの他方とされ、その外方コイル２１ｂの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置に最も近接配置された相隣接する一対の整流子片７ａの他方とされている。
【００２２】
上記直流モータ１によれば、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル２１ａと外方コイル２１ｂとは、互いに異なる陽極ブラシ１１から同時に給電されるべき関係となる。よって、２つの陽極ブラシ１１の整流子片７ａに対する接触タイミングが同期しない場合でも、各陽極ブラシ１１から給電される内外両コイル２１ａ、２１ｂが共に励磁状態となるコイル配置位置と、内外両コイル２１ａ、２１ｂが共に非励磁状態となるコイル配置位置とが相対向する状態が生じることはない。これにより磁界状態のアンバランスを抑制できる。
また、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル２１ａへ給電を行う陽極ブラシ１１により、そのコイル配置位置に隣り合うコイル配置位置における外方コイル２１ｂへの給電がなされる。これにより、一方の陽極ブラシ１１から給電される外方コイル２１ｂと内方コイル２１ａは出力シャフト２の回転方向において千鳥配置され、また、他方の陽極ブラシ１１から給電される外方コイル２１ｂと内方コイル２１ａも出力シャフトの回転方向において千鳥配置される。よって、一方の陽極ブラシ１１からの給電により励磁される複数のコイルと、他方の陽極ブラシ１１からの給電により励磁される複数のコイルとが、それぞれ偏在することはない。これにより、各ブラシ１１、１２の整流子片７ａとの接触抵抗が互いに相違し、また、外方コイル２１ｂと内方コイル２１ａとで導線長さが互いに相違しても、磁界状態のアンバランスを十分に抑制できる。
【００２３】
図８、図９は本発明の第２実施形態を示し、第１実施形態と同様部分は同一符号で示して説明を省略し、相違点を説明する。まず、各コイル配置位置それぞれにおいて、各コイル２１ａ、コイル２１ｂの各端が結線される整流子片７ａが陽極ブラシ１１に接する時、そのコイル配置位置は、出力シャフト２の回転方向において相隣接する陽極ブラシ１１の略中間に配置される点にある。すなわち、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル２１ａの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向一方に略９０度離れた一対の整流子片７ａの中の一方とされ、その内方コイル２１ａの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向他方に略９０度離れた一対の整流子片７ａの中の一方とされる。また、そのコイル配置位置における外方コイル２１ｂの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向他方に略９０度離れた一対の整流子片７ａの中の他方とされ、その外方コイル２１ｂの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向一方に略９０度離れた一対の整流子片７ａの他方とされている。また、各界磁８ａ、８ｂのブラシ１１、１２に対する相対位置は、第１実施形態の位置から回転方向に９０度ずらした位置とされる。他は第１実施形態と同様とされる。
【００２４】
上記第２実施形態によれば、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル２１ａと外方コイル２１ｂの各端が、そのコイル配置位置に対して最も離間配置される整流子片７ａに接続される場合に比べ、各コイル配置位置と整流子片７ａとの間における導線長さを均一化できる。よって、電機子６と整流子７との間の空間で掛け渡し状となるコイル２１ａ、２１ｂの導線Ｌ（図１参照）が占める領域が過大になることはなく、導線Ｌの電機子コア２０への巻き付けや、導線Ｌと整流子片７ａとの接続が困難になったり不良が生じるのを防止できる。他は第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００２５】
図１０、図１１は本発明の第３実施形態を示し、第１実施形態と同様部分は同一符号で示して説明を省略し、相違点を説明する。まず、整流子片７ａの数が２１とされ、陽極ブラシ１１と陰極ブラシ１２の数がそれぞれ３とされ、各ブラシ１１、１２は出力シャフト２の回転方向に６０°間隔をおいて配置され、界磁数は６極とされ、電機子コアのスロット数とコイル配置位置の数は２１とされる。各コイル配置位置それぞれにおいては、３つの電機子コイル２１が、出力シャフト２の回転径方向に沿った互いに異なる３位置に配置される。以下、各コイル配置位置それぞれにおいて回転中心に最も近い電機子コイル２１を内方コイル２１ａ、最も離れた電機子コイル２１を外方コイル２１ｂ、内方コイル２１ａと外方コイル２１ｂの間の電機子コイル２１を中間コイル２１ｃとする。なお、説明の便宜上、図においては各電機子コイル２１の回転方向における幅は実際より小さく記載し、図１０においては一つのコイル配置位置のコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃのみ、図１１においては３つのコイル配置位置のコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃのみを示すが、全てのコイル配置位置それぞれにコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃが配置される。
【００２６】
各コイル配置位置それぞれにおける各コイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、その各端が、互いに異なる陽極ブラシ１１に同時に接する位置関係にある互いに異なる整流子片７ａに結線され、励磁されることで発生する磁界の向きが互いに等しくなる。図においては、一つの陽極ブラシ１１から給電されるコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃを実線で示し、別の一つの陽極ブラシ１１から給電されるコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃを破線で示し、さらに別の一つの陽極ブラシ１１から給電されるコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃを一点鎖線で示す。各コイル配置位置それぞれにおける全てのコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃそれぞれは、隣り合うコイル配置位置において同じ陽極ブラシ１１から給電されるコイルと、出力シャフト２の回転径方向において互いに異なる位置に配置される。そのため、各コイル配置位置それぞれにおいて、各コイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの一端が結線される整流子片７ａが陽極ブラシ１１に接する時、各コイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの他端は、その一端が結線される整流子片７ａが接する陽極ブラシ１１とは別の陽極ブラシ１１に接する整流子片７ａに隣接する整流子片７ａに結線されている。すなわち、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル２１ａの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置に最も近接する一対の整流子片７ａの中の一方とされ、その内方コイル２１ａの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向一方に略１２０度離れた一対の整流子片７ａの中の一方とされる。また、各コイル配置位置それぞれにおける中間コイル２１ｃの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向一方に略１２０度離れた一対の整流子片７ａの中の他方とされ、その中間コイル２１ｃの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向他方に略１２０度離れた一対の整流子片７ａの中の一方とされる。さらに、各コイル配置位置それぞれにおける外方コイル２１ｂの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向他方に略１２０度離れた一対の整流子片７ａの中の他方とされ、その外方コイル２１ｂの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置に最も近接する一対の整流子片７ａの中の他方とされる。他は第１実施形態と同様で同様の作用効果を奏する。
【００２７】
図１２、図１３は本発明の第４実施形態を示す。第３実施形態との相違は、各コイル配置位置それぞれにおけるコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの各端が結線される整流子片７ａの配置である。すなわち、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル２１ａの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向一方に略１２０度離れた一対の整流子片７ａの中の一方とされ、その内方コイル２１ａの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置に最も近接する一対の整流子片７ａの中の一方とされる。また、各コイル配置位置それぞれにおける中間コイル２１ｃの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向他方に略１２０度離れた一対の整流子片７ａの中の一方とされ、その中間コイル２１ｃの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向一方に略１２０度離れた一対の整流子片７ａの中の他方とされる。さらに、各コイル配置位置それぞれにおける外方コイル２１ｂの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置に最も近接する一対の整流子片７ａの中の他方とされ、その外方コイル２１ｂの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向他方に略１２０度離れた一対の整流子片７ａの中の他方とされる。他は第３実施形態と同様で同様の作用効果を奏する。
【００２８】
図１４、図１５は本発明の第５実施形態を示す。第４実施形態との相違は、各コイル配置位置それぞれにおいて、各コイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの各端が結線される整流子片７ａが陽極ブラシ１１に接する時、そのコイル配置位置は、出力シャフト２の回転方向において相隣接する陽極ブラシ１１の略中間に配置される点にある。すなわち、各コイル配置位置それぞれにおける各コイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの各端が結線される整流子片７ａが陽極ブラシ１１に接する時、そのコイル配置位置における内方コイル２１ａの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向一方に略６０度離れた一対の整流子片７ａの中の一方とされ、その内方コイル２１ａの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向に略１８０度離れた一対の整流子片７ａの中の一方とされ、また、中間コイル２１ｃの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向他方に略６０度離れた一対の整流子片７ａの中の一方とされ、その中間コイル２１ｃの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向一方に略６０度離れた一対の整流子片７ａの中の他方とされ、さらに、外方コイル２１ｂの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向に略１８０度離れた一対の整流子片７ａの中の他方とされ、外方コイル２１ｂの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向他方に略６０度離れた一対の整流子片７ａの中の他方とされる。これにより、各コイル配置位置と整流子片７ａとの間における導線長さを均一化できる。よって、電機子６と整流子７との間の空間で掛け渡し状となるコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの導線が占める領域が過大になることはなく、導線の電機子コア２０への巻き付けや、導線と整流子片７ａとの接続が困難になったり不良が生じるのを防止できる。他は第４実施形態と同様で同様の作用効果を奏することができる。
【００２９】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、陽極ブラシの数を４以上とし、各コイル配置位置それぞれにおける電機子コイルの数を４以上としてもよい。なお、各コイル配置位置における電機子コイル２１の数が３以上である場合は、各コイル配置位置それぞれにおける少なくとも一対のコイルそれぞれが、隣り合うコイル配置位置において同じ陽極ブラシから給電されるコイルと、回転径方向において互いに異なる位置に配置されればよい。例えば、陽極ブラシ数を３とする場合に、一つの陽極ブラシから給電される各コイルを、各コイル配置位置において同一円周上にある最外方位置、最内方位置あるいは中間位置に配置してもよいし、陽極ブラシ数を４とする場合に、各コイル配置位置それぞれにおける全てのコイルそれぞれが、隣り合うコイル配置位置において同じ陽極ブラシから給電されるコイルと、回転径方向において互いに異なる位置に配置してもよいし、第１の陽極ブラシから給電されるコイルと第２の陽極ブラシから給電されるコイルとをそれぞれ回転方向において千鳥配置し、第３の陽極ブラシから給電されるコイルと第４の陽極ブラシから給電されるコイルとをそれぞれ回転方向において千鳥配置してもよいし、第１の陽極ブラシから給電されるコイルと第２の陽極ブラシから給電されるコイルとをそれぞれ回転方向において千鳥配置し、第３の陽極ブラシから給電されるコイルと第４の陽極ブラシから給電されるコイルとを回転方向において同一円周状に配置してもよい。また、回転方向において千鳥配置されるコイルの各コイル配置位置での回転径方向における位置は特に限定されず、例えば回転径方向における最外方位置と最内方位置とに千鳥配置してもよいし、回転径方向における最外方位置と最内方位置から２番目の位置とに千鳥配置してもよい。さらに、スロットの数も特に限定されず、スロット数をＳ、陽極ブラシ１１の数（極数の１／２）をｍ、ｎを２以上の整数として、Ｓ＝ｍ・（２ｎ−１）によりスロット数を求めてもよく、例えば４極で６スロット以上、６極で９スロット以上、８極で１２スロット以上であれば本発明を適用して磁界状態のアンバランス抑制を行う意味がある。また、各コイル配置位置それぞれにおいて、各コイルの各端が結線される整流子片が陽極ブラシに接する時、そのコイル配置位置を、出力シャフトの回転方向において相隣接する陽極ブラシの丁度中間あるいは略中間でなく、例えば中間から１スロット分だけ回転方向にずらしてもよく、相隣接する陽極ブラシの間であれば本発明の作用効果を奏する範囲でずらすことができる。さらに、本発明を操舵補助力発生用モータ以外の用途のモータに適用してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、製造工数、コストを増大させることなく、磁界状態のアンバランスを効果的に抑制することで回転むら等を防止でき、しかも電機子コイルを形成する導線の巻き付けを円滑に行えるブラシ付直流モータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の操舵補助力発生用直流モータの断面図
【図２】本発明の第１実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおけるブラシと整流子片の配置説明図
【図３】本発明の第１実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子コアの部分正面図
【図４】本発明の第１実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の一つのコイル配置位置の構成説明図
【図５】本発明の第１実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の二つのコイル配置位置の構成説明図
【図６】本発明の第１実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の四つのコイル配置位置の構成説明図
【図７】本発明の第１実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子のコイル配置位置の構成説明図
【図８】本発明の第２実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の一つのコイル配置位置の構成説明図
【図９】本発明の第２実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子のコイル配置位置の構成説明図
【図１０】本発明の第３実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の一つのコイル配置位置の構成説明図
【図１１】本発明の第３実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の三つのコイル配置位置の構成説明図
【図１２】本発明の第４実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の一つのコイル配置位置の構成説明図
【図１３】本発明の第４実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の三つのコイル配置位置の構成説明図
【図１４】本発明の第５実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の一つのコイル配置位置の構成説明図
【図１５】本発明の第５実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の三つのコイル配置位置の構成説明図
【図１６】従来例の直流モータにおける電機子の二つのコイル配置位置の構成説明図
【図１７】別の従来例の直流モータにおける電機子の四つのコイル配置位置の構成説明図
【符号の説明】
２ 出力シャフト
６ 電機子
７ 整流子
７ａ 整流子片
８ 界磁
１１ 陽極ブラシ
１２ 陰極ブラシ
２０ 電機子コア
２０ａ スロット
２１ 電機子コイル
２１ａ 内方コイル
２１ｂ 外方コイル
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばパワーステアリング装置における操舵補助力発生に用いるのに適したブラシ付直流モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシ付直流モータにおいては、ブラシの負荷電流を軽減するために複数の陽極ブラシから電機子コイルに給電することが行われている。例えば図１６に示す従来の直流モータは、出力シャフト１０１の回転方向に沿って配置される複数の整流子片１０２ａを有する整流子１０２と、２個の陽極ブラシ１０３と、２個の陰極ブラシ１０４と、複数のスロットを介して電機子コア（図示省略）に巻き付けられる複数の電機子コイル１０５と、複数の界磁（図示省略）とを備えている。出力シャフト１０１の回転方向に沿った互いに異なるコイル配置位置それぞれにおいて、電機子コイル１０５は出力シャフト１０１の回転径方向に沿った互いに異なる位置に配置される。各コイル配置位置それぞれにおいて内方側に位置する電機子コイル１０５を内方コイル１０５ａ、外方側に位置する電機子コイル１０５を外方コイル１０５ｂとする。なお、説明の便宜上、図１６においては内方コイル１０５ａと外方コイル１０５ｂの一部のみを示すが、実際には内方コイル１０５ａと外方コイル１０５ｂは出力シャフト１０１の全周にわたって配置される。
【０００３】
各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル１０５ａと外方コイル１０５ｂとは、同じ陽極ブラシ１０３からの給電により励磁されるように、そのコイル配置位置に最も近接配置される相隣接する一対の整流子片１０２ａの一方に両コイル１０５ａ、１０５ｂの一端が結線され、その一対の整流子片１０２ａの他方に両コイル１０５ａ、１０５ｂの他端が結線される。これにより、例えば図において実線で示すコイル１０５ａ、１０５ｂが一方の陽極ブラシ１０３からの給電により励磁され、破線で示すコイル１０５ａ、１０５ｂが他方の陽極ブラシ１０３からの給電により励磁される。
【０００４】
しかし、整流子片１０２ａに対する各ブラシ１０３、１０４の接触タイミングを完全に同期させるのは困難である。相隣接する一対の整流子片１０２ａの双方にブラシが同時に接触した場合、その一対の整流子片１０２ａに結線されたコイルは短絡により非励磁状態となる。そのため、整流子片１０２ａに対する各ブラシ１０３、１０４の接触タイミングが同期しないと、各コイル１０５ａ、１０５ｂの励磁、非励磁のタインミングが同期しなくなる。そうすると、相対向するコイル配置位置の一方では内外両方のコイル１０５ａ、１０５ｂが励磁され、他方では内外両方のコイル１０５ａ、１０５ｂが非励磁となる状態が生じ、磁界状態が出力シャフト１０１の回転方向においてアンバランスになって回転むら等が生じる。
【０００５】
そこで、図１６において一点鎖線で示すように、互いに異なる陽極ブラシ１０３から同時に給電されるべき関係にあるコイルの端部同士を、均圧線１２０と呼ばれる導線により接続することが提案されている。これにより、整流子片１０２ａに対する各ブラシ１０３、１０４の接触タイミングが同期しない場合でも、各コイル１０５ａ、１０５ｂの励磁、非励磁のタイミングを同期させることができる。
【０００６】
しかし、そのような均圧線１２０はコイル１０５ａ、１０５ｂを形成する導線とは別途に追加する必要があり、製造工数、コストを増大させる。
【０００７】
そこで、均圧線を用いることなく、各ブラシの整流子片に対する接触タイミングが同期しない場合に、磁界状態のアンバランス抑制ができる直流モータが提案されている（特許文献１参照）。この直流モータは、図１７に示すように、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル１０５ａと外方コイル１０５ｂとが互いに異なる陽極ブラシ１０３から同時に給電されるべき関係となるように、その内方コイル１０５ａの一端が結線される整流子片１０２ａが一方の陽極ブラシ１０３に接する位置に配置される時、その外方コイル１０５ｂの一端が結線される整流子片１０２ａは他方の陽極ブラシ１０３に接する位置に配置されている。これにより、各コイル配置位置それぞれにおける両コイル１０５ａ、１０５ｂは、図において実線で示す一方が一方の陽極ブラシ１０３から給電される時、破線で示す他方が他方の陽極ブラシ１０３から給電される状態となる。よって、両陽極ブラシ１０３の整流子片１０２ａに対する接触タイミングが同期しない場合でも、内外両方のコイル１０５ａ、１０５ｂが励磁されたコイル配置位置と内外両方のコイル１０５ａ、１０５ｂが励磁されないコイル配置位置とが対向することはなく、磁界状態のアンバランスを抑制できる。なお、図１７においては、説明の便宜上、内方コイル１０５ａと外方コイル１０５ｂの一部のみを示すが、実際には内方コイル１０５ａと外方コイル１０５ｂは出力シャフト１０１の全周にわたって配置され、図１６と同様部分は同一符号で示す。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−９５２１９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１７に示した従来技術においては、各コイル１０５ａ、１０５ｂの一端が結線される整流子片１０２ａと他端が結線される整流子片１０２ａとは相隣接する。すなわち、隣り合う内方コイル１０５ａは互いに直列接続され、また、隣り合う外方コイル１０５ｂは互いに直列接続される。そのため、一方の陽極ブラシ１０３から両陰極ブラシ１０４までの間においては、一方の陽極ブラシ１０３により内方コイル１０５ａが給電され、他方の陽極ブラシ１０３により外方コイル１０５ｂが給電され、また、他方の陽極ブラシ１０３から両陰極ブラシ１０４までの間においては、一方の陽極ブラシ１０３により外方コイル１０５ｂが給電され、他方の陽極ブラシ１０３により内方コイル１０５ａが給電される。そうすると、一方の陽極ブラシ１０３からの給電により励磁される複数のコイル１０５ａ、１０５ｂと、他方の陽極ブラシ１０３からの給電により励磁される複数のコイル１０５ａ、１０５ｂとが、それぞれ偏在する。例えば図１７においては、一方の陽極ブラシ１０３からの給電により励磁される実線で示す外方コイル１０５ｂは図において左方に偏在し、実線で示す内方コイル１０５ａは図において右方に偏在し、また、他方の陽極ブラシ１０３からの給電により励磁される破線で示す外方コイル１０５ｂは図において右方に偏在し、破線で示す内方コイル１０５ａは図において左方に偏在する。
【００１０】
各ブラシ１０３、１０４の整流子片１０２ａとの接触抵抗を完全に同一にするのは困難であり、各ブラシ１０３、１０４は互いに相違する固有の接触抵抗を有する。また、外方コイル１０５ｂと内方コイル１０５ａとでは導線の巻き数が同一でも導線長さは相違する。そのようなブラシ１０３、１０４の接触抵抗や導線長さの相違に応じて各コイル１０５ａ、１０５ｂの通電状態は互いに相違する。そのため、上記図１７に示すように、一方の陽極ブラシ１０３からの給電により励磁されるコイル１０５ａ、１０５ｂと、他方の陽極ブラシ１０３からの給電により励磁されるコイル１０５ａ、１０５ｂとがそれぞれ偏在すると、磁界状態のアンバランス抑制が阻害される。特に、直流モータを均一な出力が必要とされる用途、例えば操舵補助力の発生に用いるような場合、磁界状態のアンバランス抑制が不十分であるという問題がある。
【００１１】
さらに、図１７に示した上記従来技術においては、各コイル配置位置それぞれにおける外方コイル１０５ｂの各端が結線される一対の整流子片１０２ａは、そのコイル配置位置に最も近接配置され、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル１０５ａの各端が結線される一対の整流子片は、そのコイル配置位置から最も離間配置される。そのため、電機子コアと整流子との間の空間で掛け渡される導線長さが不均一になる。また、電機子コアに導線を巻き付けることで電機子コイルを順次形成していくと、電機子コアと整流子との間の空間に掛け渡される導線の占める領域が次第に膨らむ。その導線の占める領域は導線長さが長くなる程に大きくなる一方で、導線長さが短くても一定の領域は必要である。そのため、その導線長さが不均一であると、電機子コアと整流子１０２との間の空間においてコイル１０５ａ、１０５ｂを形成する導線が占める領域が過大になり、導線の電機子コアへの巻き付けや、導線と整流子片１０２ａとの接続が困難になったり不良を生じるおそれがある。本発明は上記問題を解決することのできるブラシ付直流モータを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明が適用されるブラシ付直流モータは、出力シャフトと、複数の整流子片を有する整流子と、各整流子片に前記出力シャフトの回転に伴って順次接する複数の陽極ブラシと、各整流子片に前記出力シャフトの回転に伴って順次接する複数の陰極ブラシと、複数のスロットが形成された電機子コアと、前記スロットを介して前記電機子コアに巻き付けられる複数のコイルとを有する電機子と、複数の界磁とを備え、前記出力シャフトの回転方向に沿って並列する互いに異なるコイル配置位置それぞれにおいて、前記陽極ブラシと同数の前記コイルが、前記出力シャフトの回転径方向に沿った互いに異なる位置に配置され、各コイル配置位置それぞれにおける各コイルは、互いに異なる陽極ブラシから同時に給電されるべき関係となるように、その各端が、互いに異なる陽極ブラシに同時に接する位置関係にある互いに異なる整流子片に結線される。
これにより、複数の陽極ブラシの整流子片に対する接触タイミングが同期しない場合でも、各陽極ブラシから給電されるコイルが全て励磁状態となるコイル配置位置と、コイルが全て非励磁状態となるコイル配置位置とが相対向する状態が生じるのを防止し、磁界状態のアンバランスを抑制できる。
【００１３】
本発明の特徴の一つは、各コイル配置位置それぞれにおける少なくとも一対のコイルそれぞれは、隣り合うコイル配置位置において同じ陽極ブラシから給電されるコイルと、前記回転径方向において互いに異なる位置に配置される点にある。これにより、同一の陽極ブラシから給電される複数のコイルを回転方向において千鳥配置し、同一の陽極ブラシから給電される複数のコイルの偏在を抑制できる。よって、各ブラシの整流子片との接触抵抗が互いに相違し、また、各コイルの導線長さが回転径方向における位置の相違により相違しても、磁界状態のアンバランスを十分に抑制できる。この場合、各コイル配置位置それぞれにおいて、各コイルの一端が結線される整流子片が陽極ブラシに接する時、各コイルの他端は、その一端が結線される整流子片が接する陽極ブラシとは別の陽極ブラシに接する整流子片に隣接する整流子片に結線されるのが好ましい。
各コイル配置位置それぞれにおける全てのコイルそれぞれを、隣り合うコイル配置位置において同じ陽極ブラシから給電されるコイルと、前記回転径方向において互いに異なる位置に配置するのが好ましい。これにより、各コイル配置位置それぞれに３以上のコイルが配置される場合に、磁界状態のアンバランスをより抑制できる。
【００１４】
本発明の別の特徴は、各ブラシは前記出力シャフトの回転方向に等間隔をおいて配置されると共に、前記陽極ブラシと前記陰極ブラシとはその回転方向において交互に配置され、各コイル配置位置それぞれにおける各コイルの各端が結線される整流子片が陽極ブラシに接する時、そのコイル配置位置は、前記出力シャフトの回転方向において相隣接する陽極ブラシの間に配置される点にある。
これにより、電機子コアと整流子片との間における導線長さを均一化できる。よって、電機子コアと整流子との間の空間において掛け渡し状となる導線が占める領域が過大になることはなく、導線の電機子コアへの巻き付けや、導線と整流子片との接続が困難になったり不良が生じるのを防止できる。
【００１５】
本発明が適用される直流モータは上記両方の特徴を備えるのが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に示す第１実施形態のブラシ付直流モータ１は、出力シャフト２と、この出力シャフト２をベアリング３、４を介して支持するケーシング５とを有し、両ベアリング３、４の間において出力シャフト２の外周に電機子６と整流子７が設けられ、ケーシング５に界磁８とブラシ機構９とが設けられている。電機子６は電機子コア２０と複数の電機子コイル２１とを有する。本実施形態のブラシ付直流モータ１は操舵補助力の発生に用いられ、その操舵補助力は出力シャフト２からパワーステアリング装置（図示省略）を介して自動車の車輪に舵角が変化するように伝達される。
【００１７】
図２に示すように、整流子７は出力シャフト２の回転方向に沿って等間隔をおいて配置されると共に互いに絶縁された複数個（本実施形態では２２）の整流子片７ａを有する。ブラシ機構９は、複数個（本実施形態では２個）の陽極ブラシ１１と、陽極ブラシ１１と同数の陰極ブラシ１２とを有する。各ブラシ１１、１２は、出力シャフト２の回転方向に等間隔（本実施形態では９０°間隔）をおいて配置され、陽極ブラシ１１と陰極ブラシ１２とはその回転方向において交互に配置され、図外ブラシホルダにより保持され、図外ブラシスプリングの弾力により整流子片７ａに押し付けられ、出力シャフト２の回転に伴って各整流子片７ａに順次接する。界磁数は陽極ブラシ１１と陰極ブラシ１２の総数と等しくされ、本実施形態では４極とされ、例えば円弧状に形成された複数のセグメント状のマグネットを出力シャフト２の回転方向に沿い配置することでＮ極の界磁８ａとＳ極の界磁８ｂとを設ける。
【００１８】
図３に示すように、電機子コア２０の外周に整流子片７ａと同数のスロット２０ａが設けられ、それらスロット２０ａを介して電機子コア２０に各電機子コイル２１が巻き付けられる。各電機子コイル２１を形成するための導線の電機子コア２０への巻き数は、全ての電機子コイル２１において等しくされている。各電機子コイル２１の一対のコイル辺の回転方向における間隔が相隣接する界磁の中心間隔に略対応するように、その一対のコイル辺が配置される一対のスロット２０ａの間のスロット２０ａの数（本実施形態では５）が定められる。出力シャフト２の回転方向において並列する各電機子コイル２１は、隣り合う電機子コイル２１とスロット２０ａの数一つ分だけ回転方向にずれて互いに重なるように配置される。これにより、出力シャフト２の回転方向に沿ってスロット２０ａの数と等しい数のコイル配置位置が、隣り合うコイル配置位置とスロット２０ａの数一つ分だけ回転方向にずれて重なるように並列する。なお、説明の便宜上、図においては隣り合うコイル配置位置同士は殆ど重なることなく隣接させて表示している。
【００１９】
図４〜図７に示すように、出力シャフト２の回転方向に沿った互いに異なるコイル配置位置それぞれにおいては、陽極ブラシ１１と同数（本実施形態では２）の電機子コイル２１が、出力シャフト２の回転径方向に沿った互いに異なる位置（本実施形態では２位置）に配置される。以下、各コイル配置位置それぞれにおいて回転中心に近い電機子コイル２１を内方コイル２１ａ、離れた電機子コイル２１を外方コイル２１ｂとする。なお、説明の便宜上、図においては各電機子コイル２１の回転方向における幅は実際より小さく記載し、図４においては一つのコイル配置位置のコイル２１ａ、２１ｂのみ、図５においては２つのコイル配置位置のコイル２１ａ、２１ｂのみ、図６においては４つのコイル配置位置のコイル２１ａ、２１ｂのみを示す。
【００２０】
各コイル配置位置それぞれにおける各コイル２１ａ、２１ｂは、励磁されることで発生する磁界の向きが互いに等しくなるように整流子片７ａに結線される。さらに、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル２１ａと外方コイル２１ｂとは、互いに異なる陽極ブラシ１１から同時に給電されるべき関係とされている。そのため、各コイル配置位置それぞれにおいて、内方コイル２１ａの一端が結線される整流子片７ａが何れかの陽極ブラシ１１に接する位置に配置される時、外方コイル２１ｂの一端が結線される整流子片７ａは別の陽極ブラシ１１に接する位置に配置される。すなわち、各コイル配置位置それぞれにおける各コイル２１ａ、２１ｂは、その各端が、互いに異なる陽極ブラシ１１に同時に接する位置関係にある互いに異なる整流子片７ａに結線されている。図においては、一方の陽極ブラシ１１から給電されるコイル２１ａ、２１ｂを実線で示し、他方の陽極ブラシ１１から給電されるコイル２１ａ、２１ｂを破線で示す。なお、本発明の電機子コイルは、所謂波巻で巻装され、各コイル２１ａ、２１ｂの端部と整流子片７ａとの結線は従来同様に行えばよい。
【００２１】
各コイル配置位置それぞれにおける一対のコイル２１ａ、２１ｂそれぞれは、隣り合うコイル配置位置において同じ陽極ブラシ１１から給電されるコイルと、回転径方向において互いに異なる位置に配置される。本実施形態では、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル２１ａへ給電を行う陽極ブラシ１１により、そのコイル配置位置に隣り合うコイル配置位置における外方コイル２１ｂへの給電がなされる。そのため、各コイル配置位置それぞれにおいて、各コイル２１ａ、２１ｂの一端が結線される整流子片７ａが何れかの陽極ブラシ１１に接する位置に配置される時、そのコイルの他端は、その一端が結線される整流子片７ａに接する陽極ブラシ１１とは別の陽極ブラシ１１が接する整流子片７ａに隣接する整流子片７ａに結線される。本実施形態では、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル２１ａの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置に最も近接配置された相隣接する一対の整流子片７ａの一方とされ、その内方コイル２１ａの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から最も離間配置された相隣接する一対の整流子片７ａの一方とされる。また、そのコイル配置位置における外方コイル２１ｂの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から最も離間配置された相隣接する一対の整流子片７ａの他方とされ、その外方コイル２１ｂの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置に最も近接配置された相隣接する一対の整流子片７ａの他方とされている。
【００２２】
上記直流モータ１によれば、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル２１ａと外方コイル２１ｂとは、互いに異なる陽極ブラシ１１から同時に給電されるべき関係となる。よって、２つの陽極ブラシ１１の整流子片７ａに対する接触タイミングが同期しない場合でも、各陽極ブラシ１１から給電される内外両コイル２１ａ、２１ｂが共に励磁状態となるコイル配置位置と、内外両コイル２１ａ、２１ｂが共に非励磁状態となるコイル配置位置とが相対向する状態が生じることはない。これにより磁界状態のアンバランスを抑制できる。
また、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル２１ａへ給電を行う陽極ブラシ１１により、そのコイル配置位置に隣り合うコイル配置位置における外方コイル２１ｂへの給電がなされる。これにより、一方の陽極ブラシ１１から給電される外方コイル２１ｂと内方コイル２１ａは出力シャフト２の回転方向において千鳥配置され、また、他方の陽極ブラシ１１から給電される外方コイル２１ｂと内方コイル２１ａも出力シャフトの回転方向において千鳥配置される。よって、一方の陽極ブラシ１１からの給電により励磁される複数のコイルと、他方の陽極ブラシ１１からの給電により励磁される複数のコイルとが、それぞれ偏在することはない。これにより、各ブラシ１１、１２の整流子片７ａとの接触抵抗が互いに相違し、また、外方コイル２１ｂと内方コイル２１ａとで導線長さが互いに相違しても、磁界状態のアンバランスを十分に抑制できる。
【００２３】
図８、図９は本発明の第２実施形態を示し、第１実施形態と同様部分は同一符号で示して説明を省略し、相違点を説明する。まず、各コイル配置位置それぞれにおいて、各コイル２１ａ、コイル２１ｂの各端が結線される整流子片７ａが陽極ブラシ１１に接する時、そのコイル配置位置は、出力シャフト２の回転方向において相隣接する陽極ブラシ１１の略中間に配置される点にある。すなわち、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル２１ａの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向一方に略９０度離れた一対の整流子片７ａの中の一方とされ、その内方コイル２１ａの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向他方に略９０度離れた一対の整流子片７ａの中の一方とされる。また、そのコイル配置位置における外方コイル２１ｂの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向他方に略９０度離れた一対の整流子片７ａの中の他方とされ、その外方コイル２１ｂの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向一方に略９０度離れた一対の整流子片７ａの他方とされている。また、各界磁８ａ、８ｂのブラシ１１、１２に対する相対位置は、第１実施形態の位置から回転方向に９０度ずらした位置とされる。他は第１実施形態と同様とされる。
【００２４】
上記第２実施形態によれば、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル２１ａと外方コイル２１ｂの各端が、そのコイル配置位置に対して最も離間配置される整流子片７ａに接続される場合に比べ、各コイル配置位置と整流子片７ａとの間における導線長さを均一化できる。よって、電機子６と整流子７との間の空間で掛け渡し状となるコイル２１ａ、２１ｂの導線Ｌ（図１参照）が占める領域が過大になることはなく、導線Ｌの電機子コア２０への巻き付けや、導線Ｌと整流子片７ａとの接続が困難になったり不良が生じるのを防止できる。他は第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００２５】
図１０、図１１は本発明の第３実施形態を示し、第１実施形態と同様部分は同一符号で示して説明を省略し、相違点を説明する。まず、整流子片７ａの数が２１とされ、陽極ブラシ１１と陰極ブラシ１２の数がそれぞれ３とされ、各ブラシ１１、１２は出力シャフト２の回転方向に６０°間隔をおいて配置され、界磁数は６極とされ、電機子コアのスロット数とコイル配置位置の数は２１とされる。各コイル配置位置それぞれにおいては、３つの電機子コイル２１が、出力シャフト２の回転径方向に沿った互いに異なる３位置に配置される。以下、各コイル配置位置それぞれにおいて回転中心に最も近い電機子コイル２１を内方コイル２１ａ、最も離れた電機子コイル２１を外方コイル２１ｂ、内方コイル２１ａと外方コイル２１ｂの間の電機子コイル２１を中間コイル２１ｃとする。なお、説明の便宜上、図においては各電機子コイル２１の回転方向における幅は実際より小さく記載し、図１０においては一つのコイル配置位置のコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃのみ、図１１においては３つのコイル配置位置のコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃのみを示すが、全てのコイル配置位置それぞれにコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃが配置される。
【００２６】
各コイル配置位置それぞれにおける各コイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、その各端が、互いに異なる陽極ブラシ１１に同時に接する位置関係にある互いに異なる整流子片７ａに結線され、励磁されることで発生する磁界の向きが互いに等しくなる。図においては、一つの陽極ブラシ１１から給電されるコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃを実線で示し、別の一つの陽極ブラシ１１から給電されるコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃを破線で示し、さらに別の一つの陽極ブラシ１１から給電されるコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃを一点鎖線で示す。各コイル配置位置それぞれにおける全てのコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃそれぞれは、隣り合うコイル配置位置において同じ陽極ブラシ１１から給電されるコイルと、出力シャフト２の回転径方向において互いに異なる位置に配置される。そのため、各コイル配置位置それぞれにおいて、各コイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの一端が結線される整流子片７ａが陽極ブラシ１１に接する時、各コイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの他端は、その一端が結線される整流子片７ａが接する陽極ブラシ１１とは別の陽極ブラシ１１に接する整流子片７ａに隣接する整流子片７ａに結線されている。すなわち、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル２１ａの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置に最も近接する一対の整流子片７ａの中の一方とされ、その内方コイル２１ａの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向一方に略１２０度離れた一対の整流子片７ａの中の一方とされる。また、各コイル配置位置それぞれにおける中間コイル２１ｃの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向一方に略１２０度離れた一対の整流子片７ａの中の他方とされ、その中間コイル２１ｃの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向他方に略１２０度離れた一対の整流子片７ａの中の一方とされる。さらに、各コイル配置位置それぞれにおける外方コイル２１ｂの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向他方に略１２０度離れた一対の整流子片７ａの中の他方とされ、その外方コイル２１ｂの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置に最も近接する一対の整流子片７ａの中の他方とされる。他は第１実施形態と同様で同様の作用効果を奏する。
【００２７】
図１２、図１３は本発明の第４実施形態を示す。第３実施形態との相違は、各コイル配置位置それぞれにおけるコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの各端が結線される整流子片７ａの配置である。すなわち、各コイル配置位置それぞれにおける内方コイル２１ａの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向一方に略１２０度離れた一対の整流子片７ａの中の一方とされ、その内方コイル２１ａの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置に最も近接する一対の整流子片７ａの中の一方とされる。また、各コイル配置位置それぞれにおける中間コイル２１ｃの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向他方に略１２０度離れた一対の整流子片７ａの中の一方とされ、その中間コイル２１ｃの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向一方に略１２０度離れた一対の整流子片７ａの中の他方とされる。さらに、各コイル配置位置それぞれにおける外方コイル２１ｂの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置に最も近接する一対の整流子片７ａの中の他方とされ、その外方コイル２１ｂの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向他方に略１２０度離れた一対の整流子片７ａの中の他方とされる。他は第３実施形態と同様で同様の作用効果を奏する。
【００２８】
図１４、図１５は本発明の第５実施形態を示す。第４実施形態との相違は、各コイル配置位置それぞれにおいて、各コイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの各端が結線される整流子片７ａが陽極ブラシ１１に接する時、そのコイル配置位置は、出力シャフト２の回転方向において相隣接する陽極ブラシ１１の略中間に配置される点にある。すなわち、各コイル配置位置それぞれにおける各コイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの各端が結線される整流子片７ａが陽極ブラシ１１に接する時、そのコイル配置位置における内方コイル２１ａの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向一方に略６０度離れた一対の整流子片７ａの中の一方とされ、その内方コイル２１ａの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向に略１８０度離れた一対の整流子片７ａの中の一方とされ、また、中間コイル２１ｃの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向他方に略６０度離れた一対の整流子片７ａの中の一方とされ、その中間コイル２１ｃの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向一方に略６０度離れた一対の整流子片７ａの中の他方とされ、さらに、外方コイル２１ｂの一端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向に略１８０度離れた一対の整流子片７ａの中の他方とされ、外方コイル２１ｂの他端が結線される整流子片７ａは、そのコイル配置位置から回転方向他方に略６０度離れた一対の整流子片７ａの中の他方とされる。これにより、各コイル配置位置と整流子片７ａとの間における導線長さを均一化できる。よって、電機子６と整流子７との間の空間で掛け渡し状となるコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの導線が占める領域が過大になることはなく、導線の電機子コア２０への巻き付けや、導線と整流子片７ａとの接続が困難になったり不良が生じるのを防止できる。他は第４実施形態と同様で同様の作用効果を奏することができる。
【００２９】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、陽極ブラシの数を４以上とし、各コイル配置位置それぞれにおける電機子コイルの数を４以上としてもよい。なお、各コイル配置位置における電機子コイル２１の数が３以上である場合は、各コイル配置位置それぞれにおける少なくとも一対のコイルそれぞれが、隣り合うコイル配置位置において同じ陽極ブラシから給電されるコイルと、回転径方向において互いに異なる位置に配置されればよい。例えば、陽極ブラシ数を３とする場合に、一つの陽極ブラシから給電される各コイルを、各コイル配置位置において同一円周上にある最外方位置、最内方位置あるいは中間位置に配置してもよいし、陽極ブラシ数を４とする場合に、各コイル配置位置それぞれにおける全てのコイルそれぞれが、隣り合うコイル配置位置において同じ陽極ブラシから給電されるコイルと、回転径方向において互いに異なる位置に配置してもよいし、第１の陽極ブラシから給電されるコイルと第２の陽極ブラシから給電されるコイルとをそれぞれ回転方向において千鳥配置し、第３の陽極ブラシから給電されるコイルと第４の陽極ブラシから給電されるコイルとをそれぞれ回転方向において千鳥配置してもよいし、第１の陽極ブラシから給電されるコイルと第２の陽極ブラシから給電されるコイルとをそれぞれ回転方向において千鳥配置し、第３の陽極ブラシから給電されるコイルと第４の陽極ブラシから給電されるコイルとを回転方向において同一円周状に配置してもよい。また、回転方向において千鳥配置されるコイルの各コイル配置位置での回転径方向における位置は特に限定されず、例えば回転径方向における最外方位置と最内方位置とに千鳥配置してもよいし、回転径方向における最外方位置と最内方位置から２番目の位置とに千鳥配置してもよい。さらに、スロットの数も特に限定されず、スロット数をＳ、陽極ブラシ１１の数（極数の１／２）をｍ、ｎを２以上の整数として、Ｓ＝ｍ・（２ｎ−１）によりスロット数を求めてもよく、例えば４極で６スロット以上、６極で９スロット以上、８極で１２スロット以上であれば本発明を適用して磁界状態のアンバランス抑制を行う意味がある。また、各コイル配置位置それぞれにおいて、各コイルの各端が結線される整流子片が陽極ブラシに接する時、そのコイル配置位置を、出力シャフトの回転方向において相隣接する陽極ブラシの丁度中間あるいは略中間でなく、例えば中間から１スロット分だけ回転方向にずらしてもよく、相隣接する陽極ブラシの間であれば本発明の作用効果を奏する範囲でずらすことができる。さらに、本発明を操舵補助力発生用モータ以外の用途のモータに適用してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、製造工数、コストを増大させることなく、磁界状態のアンバランスを効果的に抑制することで回転むら等を防止でき、しかも電機子コイルを形成する導線の巻き付けを円滑に行えるブラシ付直流モータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の操舵補助力発生用直流モータの断面図
【図２】本発明の第１実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおけるブラシと整流子片の配置説明図
【図３】本発明の第１実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子コアの部分正面図
【図４】本発明の第１実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の一つのコイル配置位置の構成説明図
【図５】本発明の第１実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の二つのコイル配置位置の構成説明図
【図６】本発明の第１実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の四つのコイル配置位置の構成説明図
【図７】本発明の第１実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子のコイル配置位置の構成説明図
【図８】本発明の第２実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の一つのコイル配置位置の構成説明図
【図９】本発明の第２実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子のコイル配置位置の構成説明図
【図１０】本発明の第３実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の一つのコイル配置位置の構成説明図
【図１１】本発明の第３実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の三つのコイル配置位置の構成説明図
【図１２】本発明の第４実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の一つのコイル配置位置の構成説明図
【図１３】本発明の第４実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の三つのコイル配置位置の構成説明図
【図１４】本発明の第５実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の一つのコイル配置位置の構成説明図
【図１５】本発明の第５実施形態の操舵補助力発生用直流モータにおける電機子の三つのコイル配置位置の構成説明図
【図１６】従来例の直流モータにおける電機子の二つのコイル配置位置の構成説明図
【図１７】別の従来例の直流モータにおける電機子の四つのコイル配置位置の構成説明図
【符号の説明】
２ 出力シャフト
６ 電機子
７ 整流子
７ａ 整流子片
８ 界磁
１１ 陽極ブラシ
１２ 陰極ブラシ
２０ 電機子コア
２０ａ スロット
２１ 電機子コイル
２１ａ 内方コイル
２１ｂ 外方コイル
Claims (5)
- 出力シャフトと、
複数の整流子片を有する整流子と、
各整流子片に前記出力シャフトの回転に伴って順次接する複数の陽極ブラシと、
各整流子片に前記出力シャフトの回転に伴って順次接する複数の陰極ブラシと、
複数のスロットが形成された電機子コアと、前記スロットを介して前記電機子コアに巻き付けられる複数のコイルとを有する電機子と、
複数の界磁とを備え、
前記出力シャフトの回転方向に沿って並列する互いに異なるコイル配置位置それぞれにおいて、前記陽極ブラシと同数の前記コイルが、前記出力シャフトの回転径方向に沿った互いに異なる位置に配置され、
各コイル配置位置それぞれにおける各コイルは、互いに異なる陽極ブラシから同時に給電されるべき関係となるように、その各端が、互いに異なる陽極ブラシに同時に接する位置関係にある互いに異なる整流子片に結線され、
各コイル配置位置それぞれにおける少なくとも一対のコイルそれぞれは、隣り合うコイル配置位置において同じ陽極ブラシから給電されるコイルと、前記回転径方向において互いに異なる位置に配置されるブラシ付直流モータ。 - 各コイル配置位置それぞれにおける全てのコイルそれぞれが、隣り合うコイル配置位置において同じ陽極ブラシから給電されるコイルと、前記回転径方向において互いに異なる位置に配置される請求項１に記載のブラシ付直流モータ。
- 各コイル配置位置それぞれにおいて、各コイルの一端が結線される整流子片が陽極ブラシに接する時、各コイルの他端は、その一端が結線される整流子片が接する陽極ブラシとは別の陽極ブラシに接する整流子片に隣接する整流子片に結線される請求項１または２に記載のブラシ付直流モータ。
- 各ブラシは前記出力シャフトの回転方向に等間隔をおいて配置されると共に、前記陽極ブラシと前記陰極ブラシとはその回転方向において交互に配置され、
各コイル配置位置それぞれにおいて、各コイルの各端が結線される整流子片が陽極ブラシに接する時、そのコイル配置位置は、前記出力シャフトの回転方向において相隣接する陽極ブラシの間に配置される請求項１〜３の中の何れかに記載のブラシ付直流モータ。 - 出力シャフトと、
複数の整流子片を有する整流子と、
各整流子片に前記出力シャフトの回転に伴って順次接する複数の陽極ブラシと、
各整流子片に前記出力シャフトの回転に伴って順次接する複数の陰極ブラシと、
複数のスロットが形成された電機子コアと、前記スロットを介して前記電機子コアに巻き付けられる複数のコイルとを有する電機子と、
複数の界磁とを備え、
前記出力シャフトの回転方向に沿って並列する互いに異なるコイル配置位置それぞれにおいて、前記陽極ブラシと同数の前記コイルが、前記出力シャフトの回転径方向に沿った互いに異なる位置に配置され、
各コイル配置位置それぞれにおける各コイルは、互いに異なる陽極ブラシから同時に給電されるべき関係となるように、その各端が、互いに異なる陽極ブラシに同時に接する位置関係にある互いに異なる整流子片に結線され、
各ブラシは前記出力シャフトの回転方向に等間隔をおいて配置され、前記陽極ブラシと前記陰極ブラシとはその回転方向において交互に配置され、
各コイル配置位置それぞれにおいて、各コイルの各端が結線される整流子片が陽極ブラシに接する時、そのコイル配置位置は、前記出力シャフトの回転方向において相隣接する陽極ブラシの間に配置されるブラシ付直流モータ。
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