JP2008199748A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】重ね巻の電動モータにおける隣接コイル間抵抗の均衡化を図り、モータの耐久性を向上させる。
【解決手段】重ね巻にて巻装されたアーマチュアコイルを有する電動モータにて、巻き始めの１巻目のコイル７Ａ_１,７Ｂ_１の巻線ターン数を、２巻目以降のコイル７Ａ_２,７Ｂ_２〜コイル７Ａ₁₀,７Ｂ₁₀の巻線ターン数よりも１巻き多く（１巻目：２５Ｔ，２巻目以降：２４Ｔ）する。これにより、従来の巻線方式に比して、１巻目のコイル７Ａ_１,７Ｂ_１の抵抗値と、巻き終わりの１０巻目のコイル７Ａ₁₀,７Ｂ₁₀の抵抗値との差が小さくなり、隣接コイル間の抵抗差が従来の巻線方式に比して均衡化される。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載される電動モータに関し、特に、重ね巻の電動モータにおける隣接コイル間抵抗の均衡化に関する。

従来より、自動車等の車両では、ワイパ装置等の駆動源として、ブラシ付きの電動モータ（以下、適宜モータと略記する）が多く使用されている。この種のモータは、内周面に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。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おり、アーマチュアコアには軸方向に長いスロットが複数形成されている。このスロットには、所定間隔をあけて巻線が巻装され、複数のコイルが形成される。コイルは、回転軸に取り付けられたコンミテータ片に導通している。コンミテータ片はブラシと摺接しており、ブラシを介してコイルに給電することにより磁界が形成され、ヨークの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駆動される。

このようなモータでは、例えば、４極２０スロットの場合、コイルは次のようにして形成される。図５は、従来の重ね巻モータにおけるアーマチュアコイルの展開図であり、２０個のコンミテータ片５１と２０個のティース５２にそれぞれ番号１〜２０を付して示したものである。図５に示すように、ここでは、巻線５３は１番コンミテータ片５１ａから巻き出され、２０−１番ティースの間のスロット５４ａと、スロット５４ａから数えて４スロット目のスロット５４ｅ（４−５番ティース間）との間にｎ回（複数回；例えば、２４回）巻回される。このようにしてスロット５４ａ,５４ｅ間に巻装された巻線５３は、２番コンミテータ片５１ｂに接続され、１巻目のコイル５５Ａ_１が形成される。

コイル５５Ａ_１を形成する際、それと同時にコイル５５Ａ_１と１８０°反対側の位置にも１巻目のコイル５５Ｂ_１を形成する。すなわち、コイル５５Ａ_１の巻装工程と並行する形で、巻線５３を１０番コンミテータ片５１ｊから巻き出し、９−１０番ティースの間のスロット５４ｊと、１３−１４番ティースの間のスロット５４ｎとの間にｎ回（複数回；コイル５５Ａと同数）巻回する。そして、スロット５４ｊ,５４ｎ間に巻装された巻線５３を１１番コンミテータ片５１ｋに接続し、コイル５５Ａ_１と対向した位置に１巻目のコイル５５Ｂ_１を形成する。

コイル５５Ａ_１,５５Ｂ_１を形成した後、回転軸を１８°回転させ、コイル５５Ａ_１,５５Ｂ_１に続いて２巻目のコイル５５Ａ_２,５５Ｂ_２を形成する。この場合、コイル５５Ａ_２は、２番コンミテータ片５１ｂから巻線５３を巻き出し、１−２番ティースの間のスロット５４ｂと５−６番ティースの間のスロット５４ｆ間にｎ回（コイル５５Ａ_１と同数）巻回した後、３番コンミテータ片５１ｃに接続することにより形成される。また、コイル５５Ｂ_２は、１１番コンミテータ片５１ｋから巻線５３を巻き出し、１０−１１番ティースの間のスロット５４ｋと１４−１５番ティースの間のスロット５４ｏ間にｎ回（コイル５５Ｂ_１と同数）巻回した後、１２番コンミテータ片５１ｌに接続することにより形成される。

同様に、各コンミテータ片５１から巻出された巻線５３は、各スロット間に複数回巻装されてコイル５５Ａ_ｎ,Ｂ_ｎを形成し、この操作を回転軸を１８°ずつ回転させつつ繰り返す。すなわち、前例で言えば、「対向位置２４Ｔ・４スロット跨ぎ」→「回転軸１８°回転」を繰り返すことにより、複数のコイル５５Ａ_ｎ,Ｂ_ｎがアーマチュアコアの周回りに重ね巻にて形成される。なお、ここでは、スロット５４ａ,５４ｅ間のように、あるスロットと、そのスロットから数えて４番目（ｎ番目）のスロットとの間に導線を巻回する巻線形態を、４スロット跨ぎ（ｎスロット跨ぎ）と称する。
特開平10-295062号公報

しかしながら、重ね巻の電動モータにおいて、このような巻線形態を採用した場合、巻線５３の巻き太りにより、コイルの導線長が次第に長くなり、１巻目のコイル５５Ａ_１,５５Ｂ_１と最後のコイル５５Ａ_ｎ,５５Ｂ_ｎ（前例では、コイル５５Ａ₁₀,５５Ｂ₁₀)との間で抵抗値に差異が生じるという問題があった。図６は、２０スロット構成の従来の重ね巻モータにおけるコイル抵抗値の変化を示すチャートである。図６では、２０個の各コイル抵抗値の平均を１００％とし、１巻目から１０巻目までのコイル抵抗値の変化を示している。図６に示すように、巻き初めの１巻目と２巻目との間ではコイル抵抗値の差は小さく、隣接コイル間の抵抗値の差異も小さい。ところが、巻線を繰り返し最後の１０巻目（１巻目の巻き出し位置に戻る）と、最初の１巻目との間ではコイル抵抗値の差が大きく、隣接コイル間の抵抗値も非常に大きくなる。

つまり、重ね巻の電動モータでは、巻き太りにより、コイル抵抗値が１巻目から徐々に大きくなるため、最後の１巻きと最初の１巻きとの抵抗値の差異が大きくなり、図６に示すように、両コイル間に大きな段差が生じる。このように、隣接コイル間抵抗に不均衡が生じると、ブラシとコンミテータとの間に異常アークが発生し、ブラシ寿命が低下するおそれがあり、モータの耐久性向上の妨げとなるという問題があった。

本発明の目的は、重ね巻の電動モータにおける隣接コイル間抵抗の均衡化を図り、モータの耐久性を向上させることにある。

本発明の電動モータは、重ね巻にて巻装されたアーマチュアコイルを有する電動モータであって、前記アーマチュアコイルは、巻き始めの１コイルの巻線ターン数と、巻き終わりの１コイルの巻線ターン数が異なることを特徴とする。

本発明にあっては、巻き始めの１コイルの巻線ターン数と、巻き終わりの１コイルの巻線ターン数を異ならせることにより、全コイルの巻線ターン数が同じ場合に比して、巻き始めの１コイルのコイル抵抗値を大きくすることができる。このため、巻き始めの１コイルと巻き終わりの１コイルとの間のコイル抵抗値の差を従来の巻線方式よりも小さくでき、隣接コイル間の抵抗差を従来方式に比して均衡化することができ、ブラシ−コンミテータ間の異常アークの発生が抑えられ、ブラシ寿命が向上する。

前記電動モータにおいて、前記アーマチュアコイルの巻き始めの１コイルの巻線ターン数を、巻き終わりの１コイルの巻線ターン数よりも多く設定しても良い。

本発明の電動モータによれば、重ね巻にて巻装されたアーマチュアコイルを有する電動モータにて、アーマチュアコイルの巻き始めの１コイルと巻き終わりの１コイルの巻線ターン数を異なる値とすることにより、全コイルの巻線ターン数が同じ場合に比して、巻き始めの１コイルのコイル抵抗値を大きくすることができ、巻き始めの１コイルと巻き終わりの１コイルとの間のコイル抵抗値の差を従来の巻線方式よりも小さくすることが可能となる。このため、隣接コイル間の抵抗差が従来方式に比して均衡化することができ、ブラシ寿命を向上させ、モータの耐久性向上を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例である電動モータの構成を示す一部断面側面図である。モータ１は、自動車用ワイパ装置の駆動源として使用され、図１に示すように、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２組（４個）の永久磁石４が固定されている。この永久磁石４によって、電動モータ１は４極に構成されている。

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、リング状の金属板を複数枚積層して構成されている。金属板の外周部には、Ｔ字形のティース８が周方向に沿って複数個（本実施例では２０個）放射状に形成されている。アーマチュアコア６の外周には、隣接するティース８間に溝状のスロット９（図２参照）が凹設されている。スロット９は軸方向に沿って延びており、周方向に沿って複数個（２０個）形成されている。所定間隔をあけて存するスロット９間にはエナメル被覆の巻線１１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。

アーマチュアコア６の一端側には、コンミテータ１２が隣接して配置されている。コンミテータ１２は、外形略円筒形状に形成された絶縁部１３と、絶縁部１３の外周面に取り付けられた複数枚のコンミテータ片１４（本実施例では２０枚）から構成されている。絶縁部１３は合成樹脂にて形成され、回転軸５に外嵌固定されている。コンミテータ片１４は、軸方向に長い板状の金属片からなり、銅などの導電材にて形成されている。コンミテータ片１４は、互いに絶縁された状態で、周方向に沿って並列状に固定されている。各コンミテータ片１４のアーマチュアコア６側の端部には、外径側に折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り端部となる巻線１１が巻回され、フュージングにより固定されている。これにより、コンミテータ片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。

回転軸５の一端部は、モータハウジング２に取り付けられた軸受１６によって回転自在に支持されており、アーマチュア３はモータハウジング２内に回転自在に内装される。モータハウジング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、周方向４箇所にブラシホルダ１９が形成されている。ブラシホルダ１９にはそれぞれブラシ２１が出没自在に内装されている。ブラシ２１の突出先端部（内径側先端部）はコンミテータ１２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１２に供給される。一方、回転軸５の他端部は、カバー１７に取り付けられた軸受２２によって回転自在に支持されている。

このようなモータ１では、アーマチュアコイル７は次のようにして巻装される。図２は、アーマチュア３におけるアーマチュアコイル７の巻線展開図である。モータ１では、アーマチュアコイル７は重ね巻方式にて巻装され、スロット９間に４スロット跨ぎにて順次巻装されている。そこで、例えば、巻線１１（例えば、φ０.６７ｍｍ）を１番コンミテータ片１４ａから巻き始める場合を考えると、まず、１番コンミテータ片１４ａのライザ１５に巻線１１の一端を懸け回し、１番コンミテータ片１４ａと巻線１１を電気的に接続する。１番コンミテータ片１４ａに接続された巻線１１は、２０−１番ティース８ｔ,８ａの間のスロット９ａと４−５番ティース８ｄ,８ｅの間のスロット９ｅとの間に、２５ターン巻回される。スロット９ａ,９ｅ間に巻装された巻線１１は、その後、２番コンミテータ片１４ｂに接続され、１巻目のコイル７Ａ_１（巻き始めの１コイル）が形成される。

モータ１においても、従来のモータと同様に、コイル７Ａ_１と同時にその１８０°反対側の位置に１巻目のコイル７Ｂ_１（巻き始めの１コイル）を形成する。すなわち、コイル７Ａ_１の巻装工程と並行する形で、巻線１１を１０番コンミテータ片１４ｊから巻き出し、９−１０番ティース８ｉ,８ｊの間のスロット９ｊと、１３−１４番ティース８ｍ,８ｎの間のスロット９ｎとの間に２５回（複数回；コイル７Ａ_１と同数）巻回する。そして、スロット９ｊ,９ｎ間に巻装された巻線１１を１１番コンミテータ片１４ｋに接続し、コイル７Ａ_１と対向した位置に１巻目のコイル７Ｂ_１を形成する。

コイル７Ａ_１,７Ｂ_１を形成した後、回転軸を１８°回転させ、コイル７Ａ_１,７Ｂ_１に続いて２巻目のコイル７Ａ_２,７Ｂ_２を形成する。ここで、本発明によるモータ１では、２巻目以降のアーマチュアコイル７は、１巻目のコイル７Ａ_１,７Ｂ_１よりも巻線１１を１巻き少なく巻装する。従って、コイル７Ａ_２は、２番コンミテータ片１４ｂから巻線１１を巻き出し、１−２番ティース８ａ,８ｂの間のスロット９ｂと５−６番ティース８ｅ,８ｆの間のスロット９ｆ間に２４回巻回した後、３番コンミテータ片１４ｃに接続することにより形成される。また、コイル７Ｂ_２は、１１番コンミテータ片１４ｋから巻線５３を巻き出し、１０−１１番ティース８ｊ,８ｋの間のスロット９ｋと１４−１５番ティース８ｎ,８ｏの間のスロット９ｏ間に２４回（コイル７Ｂ_１と同数）巻回した後、１２番コンミテータ片１４ｌに接続することにより形成される。

同様に、各コンミテータ片１４から巻出された巻線１１は、各スロット間に複数回巻装されてコイル７Ａ_ｎ,Ｂ_ｎを形成し、この操作を回転軸を１８°ずつ回転させつつ繰り返す。すなわち、コイル７Ａ_２,７Ｂ_２〜コイル７Ａ₁₀,７Ｂ₁₀に関しては、「対向位置２４Ｔ・４スロット跨ぎ」→「回転軸１８°回転」を繰り返し、複数のコイル７Ａ_ｎ,Ｂ_ｎ（ｎ≧２）をアーマチュアコアの周回りに重ね巻にて形成する。従って、当該モータ１においては、１巻目のコイル７Ａ_１,７Ｂ_１は２５Ｔ、２巻目以降のコイル７Ａ_２・・・７Ａ₁₀,７Ｂ_１・・・７Ｂ₁₀は２４Ｔとなっており、１巻目は２巻目以降よりも１巻き多く巻線１１が巻装されている。

図３は、従来の巻線形態の重ね巻モータと当該モータ１におけるコイル抵抗値の変化を比較して示したチャートである。図３では、各アーマチュアコイル７（２０個）の抵抗値の平均を１００％とし、１巻目から１０巻目までのコイル抵抗値の変化を示しており、点線は従来の巻線形態（図６と同じ）、実線はモータ１の場合を示している。図３に示すように、モータ１においても、巻き初めの１巻目と２巻目との間ではコイル抵抗値の差は小さく、最後の１０巻目（巻き終わりの１コイル）と最初の１巻目（巻き始めの１コイル）との間ではコイル抵抗値の差は大きくなる。つまり、重ね巻モータである限りコイル形成時の巻き太りは避けられず、１−２巻目と１０−１巻目と比較すれば、隣接コイル間の抵抗値には差異が生じる。

しかしながら、本発明によるモータ１では、１巻目のコイル７Ａ_１,７Ｂ_１が２巻目以降のコイル７Ａ_２,７Ｂ_２〜コイル７Ａ₁₀,７Ｂ₁₀よりも１巻き多く巻線１１が巻装されているので、１巻目のコイル７Ａ_１,７Ｂ_１のコイル抵抗値が従来方式に比べて大きくなる。このため、図３から明らかなように、１巻目と２巻目との間ではコイル抵抗値の差はほとんどなく、１０巻目と１巻目との間のコイル抵抗値の差も従来方式よりも小さくなる。すなわち、最後の１巻きと最初の１巻きとの抵抗値の差異が減少し、両コイル間に生じる抵抗値の段差が小さくなる。従って、隣接コイル間の抵抗差が従来方式に比して均衡化され、ブラシ−コンミテータ間の異常アークの発生が抑えられ、ブラシ寿命を向上させることができ、モータの耐久性向上を図ることが可能となる。

図４は、従来の巻線形態の重ね巻モータと本発明によるモータのブラシ寿命を比較して示した表である。発明者らは、φ０.６７ｍｍの巻線を使用して１３.５Ｖの電圧を印加して実験を行い、図４における「改善前」は全てのコイルの巻線ターン数を２４Ｔ、「改善後」は１巻目の巻線ターン数を２５Ｔ、２巻目以降の巻線ターン数を２４Ｔとした場合をそれぞれ示している。図４に示すように、No.1,No.2の両サンプルとも「改善後」はブラシ寿命が延びており、「改善前」に比して約１.５倍の寿命が得られた。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、１巻目を２巻目以降よりも１巻き多く巻装した例を示したが、両者の差は１巻きには限定されず、１巻き以上の差異を設けても良い。また、１巻目を多く巻装するのではなく、１０巻目を１巻き少なく巻装する方式も採用可能である。要は、巻き始めの１コイルのコイル抵抗値を巻き終わりの１コイルのそれよりも大きくし、両コイル間に生じる抵抗差を低減させる巻線形態であれば、巻数の大小や差異、導線の材質，線径などの設定は適宜変更可能である。但し、巻線ターン数の減少は出力減少につながるため、１巻目を多く巻装する方が好ましい。なお、各コイル７Ａ_１,７Ｂ_１〜コイル７Ａ₁₀,７Ｂ₁₀の巻数を最適設定し、隣接コイル間の抵抗差を厳密に調整すれば、更なる耐久性向上を図ることが可能である。

一方、前述のモータ１では２０個のスロットを有する構成となっているが、スロット数は２０には限定されない。また、前述の実施例では、本発明をワイパ装置の駆動源として使用されるモータについて説明したが、その適用対象はワイパ装置用電動モータには限定されず、他の車載モータやロボット等の産業用機械、パソコンやその周辺機器等のＩＴ機器にも適用可能である。さらに、前述の実施例においては円筒形のコンミテータを有するモータに本発明を適用した形態について説明したが、これに限らずディスク型コンミテータを有するモータにも本発明は適用可能である。

本発明の一実施例である電動モータの構成を示す一部断面側面図である。 図１の電動モータにおけるアーマチュアコイルの巻線展開図である。 従来の巻線形態の重ね巻モータと本発明によるモータにおけるコイル抵抗値の変化を比較して示したチャートである。 従来の巻線形態の重ね巻モータと本発明によるモータのブラシ寿命を比較して示した表である。 従来の重ね巻モータにおけるアーマチュアコイルの展開図である。 ２０スロット構成の従来の重ね巻モータにおけるコイル抵抗値の変化を示すチャートである。

符号の説明

１ 電動モータ
２ モータハウジング
３ アーマチュア
４ 永久磁石
５ 回転軸
６ アーマチュアコア
７ アーマチュアコイル
７Ａ_１ 巻き始めのコイル
７Ｂ_１ 巻き始めのコイル
７Ａ₁₀ 巻き終わりのコイル
７Ｂ₁₀ 巻き終わりのコイル
８ ティース
９ スロット
１１ 巻線
１２ コンミテータ
１３ 絶縁部
１４ コンミテータ片
１５ ライザ
１６ 軸受
１７ カバー
１８ ホルダステー
１９ ブラシホルダ
２１ ブラシ
２２ 軸受
５１ コンミテータ片
５２ ティース
５３ 巻線
５４ スロット
５５ コイル

Claims (2)

1. 重ね巻にて巻装されたアーマチュアコイルを有する電動モータであって、
   前記アーマチュアコイルは、巻き始めの１コイルの巻線ターン数と、巻き終わりの１コイルの巻線ターン数が異なることを特徴とする電動モータ。
2. 請求項１記載の電動モータにおいて、前記アーマチュアコイルの巻き始めの１コイルは、巻き終わりの１コイルよりも巻線ターン数が多いことを特徴とする電動モータ。

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