JP2008131780A - 直流モータのアーマチュア及び直流モータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】永久磁石4とスロット11とセグメント14の個数比が4:6:12に設定され、各コイルC1,C2,C3,C4,C5,C6は、周方向に順方向と逆方向とが交互となるように巻装され、ブラシは、低速用ブラシと高速用ブラシと、共通ブラシの3つのブラシで構成され、コンミテータに、同電位となるセグメント14同士を短絡する接続線25が設けられ、順方向に巻装されているコイルC1,C5,C3の各相をU相、V相、W相とし、逆方向に巻装されているコイルC4,C2,C6の各相を−U相、−V相、−W相としたとき、隣接するセグメント14間には、U相、−W相、V相、−U相、W相、−V相のコイルがこの順で電気的に接続されている。
【選択図】図4
Description
図26に示すように、例えば、6個のセグメント61にそれぞれ番号S1〜S6を付し、6個のティース62にそれぞれ番号1〜6を付した場合、巻線63は、S1セグメント61aから巻出され、1−6番ティース62の間のスロット64aと1−2番ティース62の間のスロット64bを通って1番ティース62にn(nは1以上の自然数)回順方向に巻装されコイルC1を形成し、S2セグメント61bに接続される。
図28は、スロット54が6個、セグメント51が12個設けられたアーマチュア50の展開図である。尚、同電位となるセグメント同士は、接続線66によって短絡されている。
同図に示すように、各ティース52に巻線56をそれぞれn(nは1以上の自然数)回順方向に巻装するものとすると、巻線56は、例えば、S1セグメント51aより巻出された場合、まず、S1セグメント51aから1−6番ティース52の間のスロット54aに引き込んで1番ティース52にn/2回順方向に巻装し、副コイルC1’を形成する。続いて、1−2番ティース52の間のスロット54bから巻線56を引き出し、一端2番セグメント51bに接続する。
したがって、3相集中巻きのブラシ付きモータは、3ブラシ式モータとして使用することが困難であり、これにより、従来の3ブラシ式のモータでは小型化に限界があるという課題がある。
この場合、請求項2に記載した発明のように、周方向に連続して配設されている任意の3つのセグメントには、それぞれ任意の異相の2つのコイルが電気的に接続され、前記任意の3つのセグメントは、セグメント一つ置きに存在していてもよい。
このように構成することで、スロット数に対してセグメントの数を2倍とし、且つ一つのセグメントに対してそれぞれ異相のコイル同士を結線することができる。このため、結線図を多角形にすることができる。
このように構成することで、同電位となるセグメント同士が短絡されているため、コイルの巻き始め端と巻き終わり端とを隣接するセグメント間に接続する必要がなく、巻き始め端、巻き終わり端のそれぞれ近傍に存在するセグメントに電気的に接続することができる。
この場合、請求項6に記載した発明のように、同じ相に相当するティース同士に前記巻線が連続して巻装されていてもよい。
また、請求項7に記載した発明のように、前記隣接するセグメント間に前記巻線が電気的に接続され、前記ティース毎にそれぞれ別体の前記巻線が巻装されていてもよい。
このように、アーマチュアを5相巻き構造とすることで極対数あたりのセグメント数を奇数にすることができる。
このように構成することで、低速用ブラシと共通ブラシによってコイルに電力供給する場合には高速用ブラシに通電されないので、高速用ブラシから同相に逆方向の電流が流れることを防止することができる。
図1、図2に示すように、直流モータ1は、自動車用のワイパーモータに用いられるものであって、有底円筒形状のモータハウジング2内にアーマチュア3を回転自在に配置した構成となっている。モータハウジング2の内周面には周方向に永久磁石4が4個固定されている。つまり、磁極を4個有している。
セグメント14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。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の巻き始め端部と巻き終わり端部となる巻線12が掛け回わされ、巻線12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。
図4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、そして、接続線25を展開した図面であり、隣接するティース9間のとの間の空隙がスロット11に相当している。尚、以下の図面においては、各セグメント14、各ティース9及び巻装された巻線12にそれぞれ符号を附して説明する。
また、各ティース9には、それぞれU,V,W相がこの順で割り当てられている。つまり、1番、4番ティース9がU相、2番、5番ティース9がV相、3番、6番ティース9がW相になっている。
図5は、図4の結線図である。同図に示すように、隣接するセグメント14間にU相、−W相、V相、−U相、W相、−V相のコイルがこの順に電気的に接続されたものの結線図は多角形となる。このため、通常作動時(低速用ブラシ21aと共通ブラシ21cによって電力供給)と高速作動時(高速用ブラシ21bと共通ブラシ21cによって電力供給)の有効導体数に差をつけることができる。
因みに、各ブラシ21a,21b,21cの周方向の幅をセグメント14の周方向の幅よりも小さく設定することによって、通常作動時の有効導体数を増加させ、通常作動/高速作動での有効導体比率を小さくすることができる。ここで、一般的に、回転速度を切替えることができる3ブラシ式モータにあっては、通常作動/高速作動での有効導体比率が小さい方が通常作動時と高速作動時の回転速度差を付けやすい。
尚、各コイルC1,C2,C3,C4,C5,C6は、1本の巻線12で巻装される場合に限られるものではなく、図8に示すように、各コイルC1,C2,C3,C4,C5,C6を2本以上の巻線12で巻装してもよい。
その一例を図9〜図12に基づいて説明する。
図9は、8極12スロット24セグメントの直流モータにおけるアーマチュア3の展開図、図10は、図9の結線図である。
この第二実施形態では、直流モータ1は、永久磁石4を有するモータハウジング2内にアーマチュア3を回転自在に配置した4極6スロット12セグメントの直流モータである点、同電位となるセグメント14同士は、接続線25によって短絡されている点等の基本的構造は前記第一実施形態と同様である。したがって、以下の図面において、第一実施形態のアーマチュア3の展開図である図4と同一態様には、同一符号を付して説明を省略する。
巻線12は、例えば、その巻き始め端30がS1セグメント14aより巻き始められた場合、まず、S1セグメント14aのライザ15に掛け回された後、巻線12をS1セグメント14aの近傍に存在する1−6番ティース9の間のスロット11aに引き込む。そして、各ティース9に巻線12をそれぞれn回巻装するものとすると、1番ティース9にn/2回順方向に巻装して順巻きコイル33aを形成する。
続いて、1−2番ティース9の間のスロット11bから巻線12を引き出し、3−4番ティース9の間のスロット11eに引き込む。そして、4番ティース9にn/2回順方向に巻装した順巻きコイル33bを形成する。
続いて、1−6番ティース9の間のスロット11aから巻線12を引き出し、4−5番ティース9の間のスロット11dに引き込む。そして、4番ティース9にn/2回逆方向に巻装して逆巻きコイル34bを形成する。
同様にして、例えば、巻線12の巻き始め端30がS3セグメント14kより巻き始められた場合、V相に相当する2番ティース9と5番ティース9にそれぞれn/2回順方向に巻装して順巻きコイル33a,33bを形成して第一コイル33を形成する。その後、S10セグメント14jに接続する。
このようにすることで、V相に相当する2番ティース9及び5番ティース9には、巻線12が順方向にn/2回ずつ巻装された第一コイル33(V相)と巻線12が逆方向にn/2回ずつ巻装された第二コイル34(−V相)とを備えたn回巻きのアーマチュアコイル7が形成される。
そして、これを各相に対応するセグメント14間で順次行うことにより、アーマチュアコア6には3相集中巻き構造のアーマチュアコイル7が形成される。
図15に示すように、巻線12は、例えば、その巻き始め端30がS1セグメント14aより巻き始められた場合、まず、S1セグメント14aのライザ15に掛け回された後、巻線12をS1セグメント14a近傍に存在する1−3番ティース9の間のスロット11a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11bから引き出され、S1セグメント14aに隣接するS2セグメント14eのライザ15に掛け回される。そして、S2セグメント14bに巻き終わり端40が接続される。これにより、S1−S2セグメント14a,14b間には1番ティース9に順方向に巻装された第一コイル33(U相)が形成される。
続いて、巻線12は1−3番ティース9の間のスロット11aから引き出され、S4セグメント14eに隣接するS5セグメント14fのライザ15に掛け回される。そして、S5セグメント14fに巻き終わり端40が接続される。これにより、S4−S5セグメント14e,14f間には1番ティース9に逆方向に巻装された第二コイル33(−U相)が形成される。
この第三実施形態においては、上述の実施形態の永久磁石4とスロット11とセグメント14の個数比が2:3:6に設定されている場合であるのに対し、その個数比が4:5:10に設定されている場合について説明する。
図17は、4極5スロット10セグメントの直流モータにおけるアーマチュア3の展開図、図18は、図17の結線図である。
また、各ティース9には、それぞれU,V,W,X,Y相が周方向にこの順で割り当てられている。つまり、1番ティース9がU相、2番ティース9がV相、3番ティース9がW相、4番ティース9がX相、5番ティース9がY相になっている。
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,X,V,Y,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となっている。
尚、この第三実施形態においても各ブラシ21a,21b,21cの周方向の幅を各コイルに供給する負荷電流に応じて任意に設定することが可能であるが、これらブラシ21a,21b,21cの周方向の幅をセグメント14の周方向の幅よりも小さく設定すれば、通常作動時には、低速用ブラシ21aと共通ブラシ21cとが同時に整流されることがない。このため、通常作動/高速作動での有効導体比率を小さくすることができる。
さらに、上述の第三実施形態では、4極5スロット10セグメントの直流モータの場合について説明したが、これに限られるものではなく、永久磁石4とスロット11とセグメント14の個数比が4:5:10に設定されていればよい。具体的には、図20に示すように、8極10スロット20セグメントのアーマチュア3であっても、同様の5相巻き構造とすることができる。
具体的に図21に示す。同図は、8極10スロット20セグメントのアーマチュア3の展開図である。
続いて、1−2番ティース9の間のスロット11bから巻線12を引き出し、5−6番ティース9の間のスロット11eに引き込む。そして、6番ティース9にn回巻装して第二コイル7bを形成する。
そして、これを順次各セグメント14間に二つのコイル7a,7bを繰り返し形成しながら巻き進むことにより、アーマチュアコア6には5相(U,V,W,X,Y相)巻き構造のアーマチュアコイル7が形成される。
図22は、永久磁石4(磁極)とスロット11とセグメント14の個数比が2:3:6に設定されている直流モータ1、例えば、4極6スロット12セグメントの直流モータ1におけるアーマチュア3の展開図である。
この第四実施形態においては、各ティース9に巻線12が一般的な3相集中巻き構造(図28参照)で巻装されている。
つまり、図22に示すように、低速用ブラシ21aと共通ブラシ21cの周方向の幅がセグメント14の周方向の幅よりも大きく、且つセグメント14の2つ分の周方向の幅よりも小さく設定されていると共に、高速用ブラシ21bの周方向の幅がセグメント14の周方向の幅よりも小さく設定されている。
尚、上述の第四実施形態では、各ティース9に巻線12が一般的な3相集中巻き構造で巻装されている場合について説明したが、これはほんの一例にすぎず、例えば、図23に示すように、同じ相に相当するティース9同士に巻線12が連続して巻装されていてもよい。
図24、図25に示すように、6極9スロット18セグメントであっても、低速用ブラシ21aと共通ブラシ21cの周方向の幅がセグメント14の周方向の幅よりも大きく、且つセグメント14の2つ分の周方向の幅よりも小さく設定されていると共に、高速用ブラシ12bの周方向の幅がセグメント14の周方向の幅よりも小さく設定されていれば、この第四実施形態と同様の効果を奏することができる。
さらに、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T字型のティース9が周方向に沿って等間隔に複数個放射状に形成されている場合について説明したが、アーマチュアコア6の形状はこれに限られるものではなく、周方向に分割可能な分割コア方式であってもよいし、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しているものであってもよい。
さらに、上述の実施形態では、直流モータ1が自動車用のワイパーモータに用いられるものである場合について説明したが、直流モータ1の使用はこれに限られるものではない。
2 モータハウジング(ヨーク)
3,50,60 アーマチュア
4,53 永久磁石(磁極)
5 回転軸
6 アーマチュアコア
7,55,65 アーマチュアコイル(コイル)
9,52,62 ティース
11,11a,11b、11c,11d,11e,11f,54,54a,54b,64,64a,64b,64c スロット
12,56,63 巻線
13 コンミテータ
14,51,61 セグメント
21 ブラシ
21a,67 低速用ブラシ
21b,68 高速用ブラシ
21c,70 共通ブラシ
25,66 接続線(短絡部材)
33 第一コイル
34 第二コイル
Claims (9)
- 複数の磁極を有するヨークに軸支される回転軸と、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、コイルを巻装するための複数のティースと、前記ティース間に形成され軸方向に沿って延びる複数のスロット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ブラシとから成り、
前記磁極と前記スロットと前記セグメントの個数比が4:6:12に設定され、
各ティースは、U相、V相、W相がこの順で割り当てられ、前記コイルは、周方向に順方向と逆方向とが交互となるように巻装されている直流モータのアーマチュアであって、
前記ブラシは、低速用ブラシと高速用ブラシと、これらに共通して用いられる共通ブラシの3つのブラシで構成され、
前記コンミテータに、同電位となるセグメント同士を短絡する短絡部材が設けられ、
前記コイルが順方向に巻装されている各相をU相、V相、W相とし、前記コイルが逆方向に巻装されている各相を−U相、−V相、−W相としたとき、
隣接するセグメント間には、U相、−W相、V相、−U相、W相、−V相のコイルがこの順で電気的に接続されていることを特徴とする直流モータのアーマチュア。 - 周方向に連続して配設されている任意の3つのセグメントには、それぞれ任意の異相の2つのコイルが電気的に接続され、前記任意の3つのセグメントは、セグメント一つ置きに存在していることを特徴とする請求項1に記載の直流モータのアーマチュア。
- 複数の磁極を有するヨークに軸支される回転軸と、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、コイルを巻装するための複数のティースと、前記ティース間に形成され軸方向に沿って延びる複数のスロット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ブラシとから成り、
前記磁極と前記スロットと前記セグメントの個数比が2:3:6に設定され、
各ティースは、U相、V相、W相がこの順で割り当てられると共に、順方向に巻装された第一コイルと、逆方向に巻装された第二コイルとを備えている直流モータのアーマチュアであって、
前記ブラシは、低速用ブラシと高速用ブラシと、これらに共通して用いられる共通ブラシの3つのブラシで構成され、
前記第一コイルが巻装されている各相をU相、V相、W相とし、前記第二コイルが巻装されている各相を−U相、−V相、−W相としたとき、
隣接するセグメント間には、U相、−W相、V相、−U相、W相、−V相のコイルがこの順で電気的に接続されていることを特徴とする直流モータのアーマチュア。 - 前記コンミテータに、同電位となるセグメント同士を短絡する短絡部材が設けられていることを特徴とする請求項3に記載の直流モータのアーマチュア。
- 複数の磁極を有するヨークに軸支される回転軸と、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る複数のティースと、前記ティース間に形成され軸方向に沿って延びる複数のスロット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巻線に給電を行うためのブラシとから成り、
前記磁極と前記スロットと前記セグメントの個数比が4:5:10に設定されている直流モータのアーマチュアであって、
前記ブラシは、低速用ブラシと高速用ブラシと、これらに共通して用いられる共通ブラシの3つのブラシで構成され、
前記コンミテータに、同電位となるセグメント同士を短絡する短絡部材が設けられ、隣接するセグメント間に前記巻線が電気的に接続されると共に、前記巻線が前記ティースに巻装されてコイルを形成していることを特徴とする直流モータのアーマチュア。 - 同じ相に相当するティース同士に前記巻線が連続して巻装されていることを特徴とする請求項5に記載の直流モータのアーマチュア。
- 前記隣接するセグメント間に前記巻線が電気的に接続され、前記ティース毎にそれぞれ別体の前記巻線が巻装されていることを特徴とする請求項5に記載の直流モータのアーマチュア。
- 複数の磁極を有するヨークに軸支される回転軸と、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、コイルを巻装するための複数のティースと、前記ティース間に形成され軸方向に沿って延びる複数のスロット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ブラシとから成り、
前記磁極と前記スロットと前記セグメントの個数比が2:3:6に設定されている直流モータのアーマチュアにおいて、
前記コンミテータに、同電位となるセグメント同士を短絡する短絡部材が設けられ、
前記ブラシは、低速用ブラシと高速用ブラシと、これらに共通して用いられる共通ブラシの3つのブラシで構成され、前記低速用ブラシと前記共通ブラシの周方向の幅を前記セグメントの周方向の幅よりも大きく、且つ前記セグメント2つ分の周方向の幅より小さくなるように設定し、前記高速用ブラシの周方向の幅を前記セグメントの周方向の幅より小さくなるように設定したことを特徴とする直流モータのアーマチュア。 - 請求項1〜請求項8の何れかに記載の直流モータのアーマチュアを用いたことを特徴とする直流モータ。
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