JP2008306913A - Armature for electric motor and electric motor - Google Patents
Armature for electric motor and electric motor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008306913A JP2008306913A JP2007184407A JP2007184407A JP2008306913A JP 2008306913 A JP2008306913 A JP 2008306913A JP 2007184407 A JP2007184407 A JP 2007184407A JP 2007184407 A JP2007184407 A JP 2007184407A JP 2008306913 A JP2008306913 A JP 2008306913A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- winding
- armature
- brushes
- electric motor
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Abstract
Description
この発明は、車両等に搭載される電動モータ用アーマチュア、およびこれを用いた電動モータに関するものである。 The present invention relates to an armature for an electric motor mounted on a vehicle or the like, and an electric motor using the same.
従来から、車両等に搭載されるブラシ付きの電動モータが知られている。この電動モータは、内周面に複数個の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いる。アーマチュアコアには、巻線を巻装するためのティースが放射状に形成され、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。 Conventionally, an electric motor with a brush mounted on a vehicle or the like is known. This electric motor has a configuration in which an armature around which an armature coil is wound is rotatably arranged inside a cylindrical yoke having a plurality of magnets attached to its inner peripheral surface. The armature has an armature core that is externally fixed to the rotating shaft. In the armature core, teeth for winding the winding are formed radially, and a long slot is formed between the teeth in the axial direction.
各ティースには巻線が巻装され、集中巻構造のアーマチュアコイルが形成されている。アーマチュアコイルは、回転軸に取り付けられた各セグメントに導通している。各セグメントはブラシと摺接可能になっており、このブラシからセグメント端子に電圧を印加することによってアーマチュアコイルに電流が給電されるようになっている。このとき、アーマチュアコイルに磁界が形成され、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するようになっている(例えば、特許文献1参照)。 A winding is wound around each tooth to form an armature coil having a concentrated winding structure. The armature coil is electrically connected to each segment attached to the rotating shaft. Each segment can be slidably contacted with a brush, and a current is supplied to the armature coil by applying a voltage from the brush to the segment terminal. At this time, a magnetic field is formed in the armature coil, and the rotating shaft is driven by a magnetic attractive force or repulsive force generated between the magnets of the yoke (see, for example, Patent Document 1).
ところで、アーマチュアコアへの巻線の巻装方式としては、集中巻方式の他に重ね巻(分布巻)方式がある。この重ね巻方式によって巻装されたアーマチュアと4つのブラシを用い、各ブラシの通電パターンを変えることで回転速度を切替える電動モータがある。
この種の電動モータの作用を図8〜図10に基づいて説明する。図8〜図10は、アーマチュア100への通電パターンを示す説明図であり、図8は2つの陽極側ブラシ101,103と2つの陰極側ブラシ102,104との4つのブラシに通電した状態、図9は1つの陽極側ブラシ101と2つの陰極側ブラシ102,104との3つのブラシに通電した状態、図10は1つの陽極側ブラシ101と1つの陰極側ブラシ102との2つのブラシに通電した状態を示す。
By the way, as a winding method of the winding around the armature core, there is a lap winding (distributed winding) method in addition to the concentrated winding method. There is an electric motor that uses an armature wound by this lap winding method and four brushes and changes the energization pattern of each brush to change the rotation speed.
The operation of this type of electric motor will be described with reference to FIGS. 8-10 is explanatory drawing which shows the electricity supply pattern to the
図8〜図9に示すように、重ね巻方式にて巻線が巻装されたアーマチュア100は、並列回路数が4つの回路(直列コイル)C1,C2,C3,C4となる。
4つのブラシ101,102,103,104に通電すると(図8参照)、回路C1にブラシ101からブラシ104に向かう電流I1が流れ、回路C2にブラシ101からブラシ102に向かう電流I2が流れ、回路C3にブラシ103からブラシ102に向かう電流I3が流れ、回路C4にブラシ103からブラシ104に向かう電流I4が流れる。すなわち、全ての回路C1,C2,C3,C4に電流が流れる。
As shown in FIGS. 8 to 9, the
When the four
これに対し、3つのブラシ101,102,104に通電すると(図9参照)、回路C1と回路C2のみに電流I1,I2が流れる。したがって、3ブラシ通電時のトルクは、4ブラシ通電時の半分のトルクしか得られない。
一方、2つのブラシ101,102に通電すると(図10参照)、各回路C1,C2,C3,C4に電流I1,I2,I3,I4’が流れる。
In contrast, when the three
On the other hand, when the two
ここで、図10に示すように、回路C4に流れる電流I4’はブラシ104からブラシ103に向かって流れる。つまり、2ブラシ通電時の回路C4に流れる電流I4’は、4ブラシ通電時の回路C4に流れる電流I4と向きが逆になり、回路C1または回路C3のトルクと打ち消しあう。したがって、2ブラシ通電時のトルクは、4ブラシ通電時の1/3のトルクしか得られない。
このように、各ブラシ101,102,103,104の通電パターンを変えることで、有効導体数や通電電流を変えてトルクを変化させ、回転速度を切替えることができる。
Thus, by changing the energization pattern of each
しかしながら、上述の従来技術のように並列回路数が4回路の4ブラシ付電動モータでは、各ブラシ101,102,103,104の通電パターンを変えることで回転速度を切替えることができるが、アーマチュアコアに巻線を集中巻方式で巻装した場合にあっては並列回路数が2回路になるため、ブラシの通電パターンを変えても回転速度を切替えることが困難であるという課題がある。
However, in the four-brush electric motor having four parallel circuits as in the prior art described above, the rotation speed can be switched by changing the energization pattern of each
そこで、この発明は、巻線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電動モータ用アーマチュア、および電動モータを提供するものである。 Therefore, the present invention provides an armature for an electric motor and an electric motor that can change the rotation speed by changing the energization pattern of the four brushes even when the winding is wound by the concentrated winding method. It is to provide.
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、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、巻線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巻線に給電を行うための4つのブラシとから成る電動モータ用アーマチュアであって、前記アーマチュアコアと前記コンミテータとを、それぞれ前記回転軸を中心に点対称に配置された2つの3相集中巻の回路で構成し、一方の回路の第三相巻線の巻き終わり端を他方の回路の第一相巻線の巻き始め端と接続し、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°周方向に間隔をあけて配置されることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the invention described in
請求項2に記載した発明は、前記磁極が4極、前記スロットが6個設けられ、2極3スロットの回路が2つ形成されていることを特徴とする。
The invention described in
請求項3に記載した発明は、前記磁極が8極、前記スロットが12個設けられ、4極6スロットの回路が2つ形成されていることを特徴とする。
The invention described in
請求項4に記載した発明は、前記回路毎に、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。
The invention described in
請求項5に記載した発明は、請求項1〜請求項4の何れかに記載の電動モータ用アーマチュアを用いたことを特徴とする電動モータとした。
The invention described in
請求項6に記載した発明は、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、巻線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巻線に給電を行うための4つのブラシとから成り、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を設けると共に、前記アーマチュアコアと前記コンミテータとを、それぞれ前記回転軸を中心に点対称に配置された2つの3相集中巻の回路で構成した電動モータ用アーマチュアであって、前記2つの3相集中巻の回路のうちの一方の回路の第三相巻線の巻き終わり端を他方の回路の第一相巻線の巻き始め端と接続し、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、互いの間の角度をθ、極対数をP、Nを0または正の整数としたとき、θ=(180/P)+(360/P)×N≦90°を満たすように、θが決定されていることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a rotating shaft that is pivotally supported by a yoke having a plurality of magnetic poles, and a plurality of teeth that are attached to the rotating shaft and extend radially in the radial direction to wind the winding. An armature core having a plurality of slots formed between the teeth and extending along the axial direction; a commutator provided adjacent to the armature core on the rotating shaft; and a plurality of segments arranged in the circumferential direction; and the segment And a short-circuit member for short-circuiting the segments having the same potential, and the armature core and the commutator are respectively rotated. An armature for an electric motor composed of two three-phase concentrated winding circuits arranged symmetrically with respect to an axis, The winding end of the third phase winding of one circuit of the concentrated circuit is connected to the winding start of the first phase winding of the other circuit, and the four brushes are an anode brush and a cathode. The brushes of the same polarity side are arranged opposite to each other with the rotation axis as the center, and the brushes of the different polarity sides have an angle between each other θ, Θ is determined so that θ = (180 / P) + (360 / P) × N ≦ 90 °, where P is the number of pole pairs and N is 0 or a positive integer. .
本発明によれば、アーマチュアコアと、コンミテータとをそれぞれ回転軸を中心に点対称に配置された2つの3相集中巻の回路で構成するため、並列回路数を従来の集中巻構造での並列回路数と比較して2倍の4回路とすることができる。つまり、1つの3相集中巻の回路には、並列回路数が2回路存在しているため、これを2つ合わせて全部で4回路とすることができる。これに加え、2つの回路を回転軸を中心にして点対称に配置すると共に、4つのブラシのうち、同極同士のブラシを回転軸を中心にして対向配置し、且つ異極同士のブラシを電気角で180°間隔をあけて配置している。 According to the present invention, the armature core and the commutator are each constituted by two three-phase concentrated winding circuits arranged symmetrically with respect to the rotation axis, so that the number of parallel circuits is parallel with the conventional concentrated winding structure. Compared to the number of circuits, the number of circuits can be doubled to four. That is, since there are two parallel circuits in one three-phase concentrated winding circuit, the two can be combined to form a total of four circuits. In addition to this, the two circuits are arranged symmetrically around the rotation axis, and among the four brushes, the same polarity brushes are arranged opposite to each other around the rotation axis, and the different polarity brushes are arranged. The electrical angle is 180 ° apart.
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、電流が流れる巻線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、巻線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。 For this reason, the number of windings through which a current flows can be changed at the time of energizing four brushes, at the time of energizing three brushes, and at the time of energizing two brushes, and the magnitude of torque can be changed. Therefore, even when the winding is wound by the concentrated winding method, the rotation speed can be switched by changing the energization patterns of the four brushes.
また、本発明によれば、極対数をP、Nを0または正の整数としたとき、θ=(180/P)+(360/P)×N≦90°を満たすようにθを決定するので、多磁極の電動モータ(例えば、12極以上の電動モータ)であって、1つの回路に少なくとも3つの同電位のセグメントが存在する場合などに、ブラシを複数のレイアウトパターンで配置することが可能になる。このため、電動モータの設計の自由度を高めることができる。 According to the present invention, θ is determined so as to satisfy θ = (180 / P) + (360 / P) × N ≦ 90 °, where P is the number of pole pairs and N is 0 or a positive integer. Therefore, in the case of a multi-pole electric motor (for example, an electric motor having 12 or more poles) and at least three segments having the same potential exist in one circuit, the brushes can be arranged in a plurality of layout patterns. It becomes possible. For this reason, the freedom degree of design of an electric motor can be raised.
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、電動モータ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の内周面には周方向に永久磁石4が磁極を順番に変えながら4個固定されている。
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, an
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の外周部には軸方向平面視略T字状のティース9が放射状に6個形成されている。
The
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は軸方向に沿って延びており、周方向に沿って等間隔に6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。
By fitting a plurality of
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6個取り付けられている。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。
The
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。
A
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。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には周方向に沿ってブラシホルダ19が4箇所形成されている。
The other end side of the
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。
Each
図2に示すように、ブラシ21は、陽極側ブラシ21aと陰極側ブラシ21bとの組みを2つ備えた4つのブラシ21a,21a,21b,21bで構成されている。そして、陽極側ブラシ21a,21a同士、および陰極側ブラシ21b,21b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21aと陰極側ブラシ21bは周方向に90°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。
As shown in FIG. 2, the
なお、この第一実施形態では、永久磁石4が4個、つまり、磁極が4極であるため、電気角でいう180°が機械角でいう90°となるが、磁極の数が変わっても異極側同士のブラシは電気角で180°となるように配置すればよい。また、陽極側ブラシ21a,21aと陰極側ブラシ21b,21bを反対にしてもよい。
In the first embodiment, since there are four
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て説明する。
FIG. 3 is a developed view of the segment 14 (riser 15) and the
同図に示すように、4極6スロット6セグメントの電動モータ1のアーマチュア3は、1−3番ティース9と、1−3番セグメント14a−14cとを有する3相集中巻で2極3スロットの第一回路K1、および4−6番ティース9と、4−6番セグメント14d−14fとを有する3相集中巻で2極3スロットの第二回路K2の2つの回路K1,K2で構成された状態になっている。これら2つの回路K1,K2は、周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つの回路K1,K2を配置した状態になる。
As shown in the figure, the
アーマチュアコア6への具体的な巻装方法としては、例えば、巻線12の巻き始め端30が第一回路K1の1番セグメント14aより巻き始められた場合、まず、1番セグメント14aのライザ15に掛け回される。その後、1−6番ティース9の間のスロット11aに引き込まれ、1番ティース9にn回(nは1以上の自然数)巻装される。
As a specific winding method around the
そして、1−2番ティース9の間のスロット11bから巻線12が引き出される。次に、2番セグメント14bのライザ15に掛け回され、2番セグメント14bに巻き終わり端40が接続される。これにより、1−2番セグメント14a,14b間には1番ティース9にn回巻装された第一相(例えば、U相)のコイル7aが形成される。
And the coil | winding 12 is pulled out from the
続いて、巻線12は、2番セグメント14bから1−2番ティース9の間のスロット11bに引き込まれ、2番ティース9にn回巻装される。その後、2−3番ティース9の間のスロット11cから巻線12が引き出される。そして、3番セグメント14cのライザ15に掛け回され、3番セグメント14cに巻き終わり端40が接続される。これにより、2−3番セグメント14b,14c間には2番ティース9にn回巻装された第二相(例えば、V相)のコイル7bが形成される。
Subsequently, the winding 12 is drawn from the
次に、巻線12は、3番セグメント14cから2−3番ティース9の間のスロット11cに引き込まれ、3番ティース9にn回巻装されて第三相(例えば、W相)のコイル7cを形成する。その後、3−4番ティース9の間のスロット11dから巻線12が引き出される。ここで、スロット11dから引き出された巻線12の巻き終わり端40は、第一回路K1上ではなく、第二回路K2の4番セグメント14dに接続される。
Next, the winding
続いて、4番セグメント14dのライザ15に巻き始め端30が掛け回された巻線12は、3−4番ティース9の間のスロット11dに引き込まれ、4番ティース9にn回巻装される。そして、4−5番ティース9の間のスロット11eから巻線12が引き出され、5番セグメント14eに巻き終わり端40が接続される。これにより、4−5番セグメント14d,14e間に、4番ティース9にn回巻装された第一相のコイル7dが形成される。
Subsequently, the winding 12 having the winding start end 30 wound around the
これを第一回路K1と同様に順次ティース9を変えながら巻進むことによって、第二回路K2上、つまり、4−6番セグメント14間には、4−6番ティース9に巻線12が3相集中巻にて巻装された第一相のコイル7d、第二相のコイル7e、および第三相のコイル7fが形成される。そして、第三相のコイル7fを形成し、スロット11aから引き出された巻線12の巻き終わり端40は、第二回路K2上ではなく、第一回路K1の1番セグメント14aに接続される。
By winding this while changing the
したがって、アーマチュア3は、3相集中巻構造である第一回路K1の第三相のコイル7cの巻き終わり端40が3相集中巻構造である第二回路K2の第一相のコイル7dの巻き始め端30と接続し、且つ第二回路K2の第三相のコイル7fの巻き終わり端40が第一回路K1の第一相のコイル7aの巻き始め端30と接続した状態になっている。
Therefore, the
これに加え、同極側同士のブラシ21が機械角で180°、異極側同士のブラシ21が電気角で180°間隔に配置されている。このため、1つの回路に並列回路数が2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4回路構成されることになる。
In addition to this, the
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。
図4(a)、図4(b)に示すように、例えば、陽極側ブラシ21a,21aがそれぞれ1−2番セグメント14a,14b間、4−5番セグメント14d,14e間に存在し、陰極側ブラシ21b,21bがそれぞれ3番セグメント14c、6番セグメント14fに存在している場合、つまり、各回路K1,K2上に各々一対のブラシ21a,21bが存在している場合であって、4つのブラシ21a,21a,21b,21b全てを通電させた状態では、4つのコイル7b,7c,7e,7fに電流が流れる。
Next, based on FIGS. 4-6, the effect | action of the
As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), for example, anode-
すなわち、1−2番セグメント14a,14b間に形成されたコイル7aと、4−5番セグメント14d,14e間に形成されたコイル7dは、陽極側ブラシ21a,21aによって短絡された状態となる(図4(b)参照)。一方、2番ティース9に形成されたコイル7bと5番ティース9に形成されたコイル7eには、順方向(図4(a)における時計回り)に電流が流れ、3番ティース9に形成されたコイル7cと6番ティース9に形成されたコイル7fには、逆方向(図4(a)における反時計回り)に電流が流れる。
That is, the
ここで、4つのブラシ21a,21a,21b,21b全てを通電させた状態でのモータトルクをT4、各コイル7a〜7fの抵抗をR、印加電圧をE、極対数をP、円周率をπ、導体数をZ、1極あたりの磁束をφとしたとき、次式のようになる。
Here, T4 is the motor torque when all four
図5(a)、図5(b)に示すように、1−2番セグメント14a,14b間に存在する陽極側ブラシ21a、および3番セグメント14c、6番セグメント14fにそれぞれ存在する陰極側ブラシ21b,21bの3つのブラシを通電させた場合にあっては、2つのコイル7b,7cに電流が流れる。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
すなわち、1−2番セグメント14a,14b間に形成されたコイル7aと、4−5番セグメント14d,14e間に形成されたコイル7dは、陽極側ブラシ21a,21aによって短絡された状態となると共に、3番ティース9に形成されたコイル7cと5番ティース9に形成されたコイル7eが無通電状態なる(図5(b)参照)。
That is, the
一方、2番ティース9に形成されたコイル7bには順方向に電流が流れ、6番ティース9に形成されたコイル7fには逆方向に電流が流れる。
ここで、3つのブラシ21a,21b,21bを通電させた状態でのモータトルクをT3としたとき、次式のようになる。
On the other hand, a current flows in the forward direction through the
Here, when the motor torque when the three
図6(a)、図6(b)に示すように、1−2番セグメント14a,14b間に存在する陽極側ブラシ21a、および3番セグメント14cに存在する陰極側ブラシ21bの2つのブラシを通電させた場合にあっては、4つのコイル7b,7c,7e,7fに電流が流れる。
As shown in FIGS. 6A and 6B, two brushes, an
しかしながら、4つのブラシ21a,21a,21b,21b全てを通電した場合とは異なり、5番ティース9に形成されたコイル7eに流れる電流が逆方向となる。つまり、5番ティース9に形成されたコイル7eに流れる電流は、本来流れる方向と逆方向に流れる。したがって、コイル7eでのトルクは、コイル7c、またはコイル7fの何れか一方のトルクと打ち消しあうことになる。
However, unlike the case where all the four
この結果、2つのブラシを通電させた場合のモータトルクをT2とすると、T2はコイル7bのトルクと、コイル7cまたはコイル7fの何れか一方のトルクとを足し合わせたトルク、つまり、次式のようになる。
As a result, if the motor torque when the two brushes are energized is T2, T2 is the torque obtained by adding the torque of the
したがって、上述の第一実施形態によれば、4極6スロット6セグメントの電動モータ1のアーマチュア3を1−3番ティース9と、1−3番セグメント14a−14cとを有する3相集中巻で2極3スロットの第一回路K1、および4−6番ティース9と、4−6番セグメント14d−14fとを有する3相集中巻で2極3スロットの第二回路K2の2つの回路K1,K2で構成している。
Therefore, according to the first embodiment described above, the
これに加え、第一回路K1の第三相のコイル7cの巻き終わり端40が3相集中巻構造である第二回路K2の第一相のコイル7dの巻き始め端30と接続し、且つ第二回路K2の第三相のコイル7fの巻き終わり端40が第一回路K1の第一相のコイル7aの巻き始め端30と接続した状態になっている。
さらに、同極側同士のブラシ21が機械角で180°、異極側同士のブラシ21が電気角で180°間隔に配置されている。
In addition, the winding
Furthermore, the
このため、1つの回路に並列回路数が2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4回路構成されることになり、しかも、4つのブラシ21a,21a,21b,21b全てを通電させたときには、4つのアーマチュアコイル7(この第一実施形態では、コイル7b,7c,7e,7f)に電流が流れ、通常の4極6スロット集中巻方式と同様のトルク(モータ特性)を得ることができる。一方、3つのブラシに通電させたときには、2つのアーマチュアコイル7(この第一実施形態では、コイル7b,7f)に電流が流れる。よって、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(数式1、数式2参照)。
For this reason, the number of parallel circuits is two in one circuit, and the
また、2つのブラシに通電させたときには、4ブラシ通電時の1/3のトルクとすることができる(数式3参照)。
すなわち、4つのブラシ21a,21a,21b,21b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(アーマチュアコイル7の数)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可能になる。
Further, when the two brushes are energized, the torque can be reduced to 1/3 that of the 4-brush energization (see Equation 3).
That is, by changing the energization pattern of the four
次に、この発明の第二実施形態を図1を援用し、図7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。また、この第二実施形態において、電動モータ1の基本的構造は前記第一実施形態と同様である。
ここで、第二実施形態においては、永久磁石4(磁極)が8個、スロット11が12個、セグメント14が12個設けられた8極12スロット12セグメントの電動モータ1について説明する。なお、この第二実施形態においても、各ブラシ21a,21a,21b,21b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。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the same aspect as 1st embodiment. In the second embodiment, the basic structure of the
Here, in the second embodiment, an 8-pole 12-slot 12-segment
図7に示すように、1−6番セグメント14間には、各々同電位となるセグメント14(この第二実施形態では2つ置きのセグメント14)に対応するライザ15にそれぞれ接続線25aが掛け回されている。この接続線25aは、ヒュージングによりライザ15に固定されている。
As shown in FIG. 7, between the 1-
一方、7−12番セグメント14間には、各々同電位となるセグメント14に対応するライザ15にそれぞれ接続線25bが掛け回され、ヒュージングによりライザ15に固定されている。これら接続線25a,25bは、回路K1,K2毎に同電位となるセグメント14同士を短絡するためのものであって、コンミテータ13とアーマチュアコア6との間(図1におけるA部)に配線されている。
On the other hand, between the 7th and
すなわち、この第二実施形態では、8極12スロット12セグメントの電動モータ1のアーマチュア3に、1−6番ティース9と、1−6番セグメント14a−14fとを有する3相集中巻で4極6スロットの第一回路K1、および7−12番ティース9と、7−12番セグメント14g−14lとを有する3相集中巻で4極6スロットの第二回路K2との2つの回路K1,K2が構成されている。
In other words, in this second embodiment, the
接続線25a,25bを有するアーマチュア3には、例えば、1−5番セグメント14a,14e間に1番、4番ティース9に巻線12がそれぞれ集中巻方式にて巻装された第一相のコイル7a,7dが形成されている。そして、このような巻装構造を接続するセグメント14と巻装する2つのティースをずらしながら順次行うことによって、第一回路K1の1−6番セグメント14間には、1−6番ティース9にそれぞれ第一相のコイル7a,7dと、第二相のコイル7b,7eと、第三相のコイル7c,7fとが形成されている。
In the
一方、第二回路K2の7−12番セグメント14間には、7−12番ティース9にそれぞれ集中巻方式にて巻装された第一相のコイル7g,7jと、第二相のコイル7h,7kと、第三相のコイル7i,7lとが形成されている。
ここで、第一回路K1の第三相のコイル7fの巻き終わり端40は、第二回路K2の第一相のコイル7gの巻き始め端30と接続し、且つ第二回路K2の第三相のコイル7lの巻き終わり端40は、第一回路K1の第一相のコイル7aの巻き始め端30と接続している。
したがって、この第二実施形態によれば、前述の第一実施形態と同様の効果を奏することができる。
On the other hand, between the 7th and
Here, the winding
Therefore, according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be achieved.
なお、この第二実施形態において、第一回路K1内の同相同士のティース9(例えば、1番ティース9と4番ティース9)に巻線12を一連の動作で直列に巻装し、且つ第二回路K2内の同相同士のティース9(例えば、7番ティース9と10番ティース9)に巻線12を一連の動作で直列巻で巻装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、例えば、図11に示すように、各ティース9毎に巻線12を巻装する並列巻で巻装してもよい。
In the second embodiment, the winding 12 is wound in series with a series of operations around the teeth 9 (for example, the
また、図12に示すように、1−6番ティース9に巻装された各巻線12の巻き始め端30、および巻き終わり端40を1−6番ティース9とは回転軸5を中心にして点対称位置に存在する7−1番セグメント14間に接続してもよい。このように巻装した場合であっても、アーマチュア3を2つの回路K1,K2で構成することができるのに加え、コンミテータ13とアーマチュアコア6との間(図1におけるA部)に配線される巻線12が周方向に捩れた状態になる。このため、コンミテータ13とアーマチュアコア6との間の巻き太りを解消することが可能になる。
Further, as shown in FIG. 12, the winding
図13は、8極の電動モータ1における各ブラシ21a,21bの配置図である。同図に示すように、8極の電動モータ1にあっては、電気角でいう180°が機械角でいう45°になる。つまり、陽極側ブラシ21a,21a同士、および陰極側ブラシ21b,21b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21aと陰極側ブラシ21bは周方向に45°間隔をあけて配置されている。
FIG. 13 is a layout diagram of the
また、異極側同士のブラシ21a,21b間の角度をθ、極対数をP、Nを0または正の整数としたとき、角度θは、θ=(180/P)+(360/P)×N≦90°を満たすようにして決定してもよい。つまり、8極の電動モータ1にあっては、極対数Pが「4」であるため、θ=(180/4)+(360/4)×N≦90°を満たすようにNを決定すると、N=0となり、この結果θ=45°となる。
Further, when the angle between the
次に、この発明の第三実施形態を図14〜図17に基づいて説明する。
この第三実施形態にあっては、電動モータ1は、永久磁石4(磁極)が12個、スロット11が18個、セグメント14が18個設けられた12極18スロット18セグメントで構成されている。
また、1−9番セグメント14間において、各々同電位となるセグメント14(2つ置きのセグメント14)にそれぞれ接続線25aが接続されている。一方、これとは別に10−18番セグメント14間において、各々同電位となるセグメント14(2つ置きのセグメント14)にそれぞれ接続線25bが接続されている。そして、各ティース9毎に巻線12を並列巻で巻装して2つの回路K1,K2を形成している。また、各回路K1,K2には、それぞれ第一相のコイル、第二相のコイル、および第三相のコイルが形成されている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In this third embodiment, the
In addition, between the 1-
ここで、第一回路K1の第三相のコイルのうち、第二回路K2に隣接するコイル7iの巻き終わり端40は、第二回路K2の第一相のコイルのうち、第一回路K1に隣接するコイル7jの巻き始め端30と接続している。また、第二回路K2の第三相のコイルのうち、第一回路K1に隣接するコイル7mの巻き終わり端40は、第一回路K1の第一相のコイルのうち、第二回路K2に隣接するコイル7aの巻き始め端30と接続している。
Here, among the third phase coils of the first circuit K1, the winding
なお、この第三実施形態において、各ティース9毎に巻線12が並列巻で巻装されている場合について説明したが、これに限られるものではなく、例えば、図15に示すように、第一回路K1内の同相同士のティース9(例えば、1番ティース9、4番ティース9、および7番ティース9)に巻線12を一連の動作で直列に巻装し、且つ第二回路K2内の同相同士のティース9(例えば、10番ティース9、13番ティース9、および16番ティース9)に巻線12を一連の動作で直列巻によって巻装してもよい。
In the third embodiment, the case where the winding 12 is wound in parallel for each
図16、図17は、12極の電動モータ1における各ブラシ21a,21bの配置図である。同図に示すように、12極の電動モータ1にあっては、電気角でいう180°が機械角でいう30°になる。すなわち、陽極側ブラシ21a,21a同士、および陰極側ブラシ21b,21b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21aと陰極側ブラシ21bは周方向に30°間隔をあけて配置されている(図16参照)。
FIGS. 16 and 17 are layout diagrams of the
この他に、異極側同士のブラシ21a,21b間の角度をθ、極対数をP、Nを0または正の整数としたとき、角度θは、θ=(180/P)+(360/P)×N≦90°を満たすようにすればよいので、N=0の場合と、N=1の場合との2通りの角度で配置することができる。すなわち、θ=(180/6)+(360/6)×0=30(°)で異極側同士のブラシ21a,21bを配置する場合(図16参照)の他に、θ=(180/6)+(360/6)×1=90(°)で異極側同士のブラシ21a,21bを配置する場合(図17参照)の2通りで配置することができる。
In addition, when the angle between the
ここで、例えば図15の2点鎖線で示すように、陽極側ブラシ21aに対してθ=30°の角度で陰極側ブラシ21bを配置する場合と、図15の実線で示すように、陽極側ブラシ21aに対してθ=90°の角度で陰極側ブラシ21bを配置する場合とでは、両者の陰極側ブラシ21bが摺接しているセグメント14は互いに接続線25aで接続された状態にある。このため、異極側同士のブラシ21a,21b間の角度θは30°、または90°の何れの場合であっても、同じセグメント14と導通することになる。
Here, for example, as shown by a two-dot chain line in FIG. 15, the
したがって、この第三実施形態によれば、前述の第一実施形態、および第二実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、これに加え、各回路K1,K2に少なくとも3つの同電位のセグメントがある電動モータ1にあっては、ブラシ間の間隔が狭く、ブラシをレイアウトし難い場合や、ブラシ21の周辺部品のレイアウト位置によって、各ブラシ21a,21bのレイアウトパターンを選択することが可能になる。このため、電動モータ1の設計の自由度を高めることができる。
Therefore, according to the third embodiment, the same effects as those of the first embodiment and the second embodiment described above can be achieved. Further, in addition to this, in the
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、上述の第一実施形態では電動モータ1が4極6スロット6セグメントの場合、第二実施形態では8極12スロット12セグメントの場合、第三実施形態では、12極18スロット18セグメントの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、電動モータ1は、3相集中巻構造であって、一対の陽極側ブラシ21aと陰極側ブラシ21bで成立する回路を2つ形成、つまり、4ブラシ21a,21a,21b,21bで2つの回路K1,K2を構成し、且つ同極側同士のブラシが機械角で180°、異極側同士のブラシが電気角で180°周方向に間隔をあけて配置されていればよい。
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.
In the first embodiment, the
さらに、上述の実施形態において、極数が12極以上の電動モータ1にあっては、ブラシ21a,21bのレイアウトパターンが2通りある場合について説明した。しかしながら、異極側同士のブラシ21a,21b間の角度をθ、極対数をP、Nを0または正の整数としたとき、角度θがθ=(180/P)+(360/P)×N≦90°を満たすようにすればよいので、電動モータ1は磁極数の増加に伴って、ブラシ21a,21bのレイアウトパターンも増加することはいうまでもない。
Further, in the above-described embodiment, the case where there are two layout patterns of the
1 電動モータ
2 ヨーク
3 アーマチュア(電動モータ用アーマチュア)
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
7a〜7m コイル
9 ティース
11,11a〜11e スロット
12 巻線
13 コンミテータ
14,14a〜14f セグメント
21 ブラシ
21a 陽極側ブラシ
21b 陰極側ブラシ
25a,25b 接続線(短絡部材)
K1 第一回路
K2 第二回路
1
4 Permanent magnet (magnetic pole)
5 Rotating
K1 first circuit K2 second circuit
Claims (6)
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巻線に給電を行うための4つのブラシとから成る電動モータ用アーマチュアであって、
前記アーマチュアコアと前記コンミテータとを、それぞれ前記回転軸を中心に点対称に配置された2つの3相集中巻の回路で構成し、
一方の回路の第三相巻線の巻き終わり端を他方の回路の第一相巻線の巻き始め端と接続し、
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°周方向に間隔をあけて配置されることを特徴とする電動モータ用アーマチュア。 A rotating shaft pivotally supported by a yoke having a plurality of magnetic poles;
A plurality of teeth that are attached to the rotating shaft and extend radially in the radial direction to wind a winding; and an armature core having a plurality of slots formed between the teeth and extending along the axial direction;
A commutator provided on the rotating shaft adjacent to the armature core and having a plurality of segments arranged in a circumferential direction;
An armature for an electric motor comprising four brushes for supplying power to the winding via the segment,
The armature core and the commutator are each composed of two three-phase concentrated winding circuits arranged point-symmetrically around the rotation axis,
Connect the winding end of the third phase winding of one circuit to the winding start of the first phase winding of the other circuit,
The four brushes are configured to include two sets of an anode side brush and a cathode side brush,
The electric motors are characterized in that the same-polarity-side brushes are arranged opposite to each other around the rotation axis, and the different-polarity-side brushes are arranged at an electrical angle of 180 ° in the circumferential direction. For armature.
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巻線に給電を行うための4つのブラシとから成り、
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を設けると共に、前記アーマチュアコアと前記コンミテータとを、それぞれ前記回転軸を中心に点対称に配置された2つの3相集中巻の回路で構成した電動モータ用アーマチュアであって、
前記2つの3相集中巻の回路のうちの一方の回路の第三相巻線の巻き終わり端を他方の回路の第一相巻線の巻き始め端と接続し、
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、互いの間の角度をθ、極対数をP、Nを0または正の整数としたとき、
θ=(180/P)+(360/P)×N≦90°
を満たすように、θが決定されていることを特徴とする電動モータ用アーマチュア。 A rotating shaft pivotally supported by a yoke having a plurality of magnetic poles;
A plurality of teeth that are attached to the rotating shaft and extend radially in the radial direction to wind a winding; and an armature core having a plurality of slots formed between the teeth and extending along the axial direction;
A commutator provided on the rotating shaft adjacent to the armature core and having a plurality of segments arranged in a circumferential direction;
Consisting of four brushes for feeding the windings through the segments,
The commutator is provided with a short-circuit member for short-circuiting the segments having the same potential, and the armature core and the commutator are two three-phase concentrated winding circuits arranged symmetrically about the rotation axis, respectively. An electric motor armature configured,
Connecting the winding end of the third phase winding of one circuit of the two three-phase concentrated winding circuits to the winding starting end of the first phase winding of the other circuit;
The four brushes are configured to include two sets of an anode side brush and a cathode side brush,
The brushes on the same pole side are arranged opposite to each other around the rotation axis,
The brushes on the different polar sides have an angle between each other as θ, the number of pole pairs as P, and N as 0 or a positive integer.
θ = (180 / P) + (360 / P) × N ≦ 90 °
An armature for an electric motor, wherein θ is determined so as to satisfy
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007184407A JP2008306913A (en) | 2007-05-10 | 2007-07-13 | Armature for electric motor and electric motor |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007125542 | 2007-05-10 | ||
JP2007184407A JP2008306913A (en) | 2007-05-10 | 2007-07-13 | Armature for electric motor and electric motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008306913A true JP2008306913A (en) | 2008-12-18 |
Family
ID=40235105
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007184407A Withdrawn JP2008306913A (en) | 2007-05-10 | 2007-07-13 | Armature for electric motor and electric motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008306913A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009118579A (en) * | 2007-11-02 | 2009-05-28 | Mitsuba Corp | Electric motor |
JP2010172174A (en) * | 2008-12-26 | 2010-08-05 | Mitsuba Corp | Direct current motor |
JP2010213491A (en) * | 2009-03-11 | 2010-09-24 | Mitsuba Corp | Dc motor |
CN113765278A (en) * | 2021-09-02 | 2021-12-07 | 余姚奥胜电机制造有限公司 | Four-stage motor |
-
2007
- 2007-07-13 JP JP2007184407A patent/JP2008306913A/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009118579A (en) * | 2007-11-02 | 2009-05-28 | Mitsuba Corp | Electric motor |
JP2010172174A (en) * | 2008-12-26 | 2010-08-05 | Mitsuba Corp | Direct current motor |
JP2010213491A (en) * | 2009-03-11 | 2010-09-24 | Mitsuba Corp | Dc motor |
CN113765278A (en) * | 2021-09-02 | 2021-12-07 | 余姚奥胜电机制造有限公司 | Four-stage motor |
CN113765278B (en) * | 2021-09-02 | 2023-02-03 | 余姚奥胜电机制造有限公司 | Four-stage motor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4886469B2 (en) | DC motor armature, DC motor and DC motor armature winding method | |
US8274193B2 (en) | Electric motor | |
JP5853002B2 (en) | Electric motor | |
JP5523318B2 (en) | 3-phase DC motor | |
JPWO2007060908A1 (en) | Armature in rotating electrical machine and method for manufacturing the same | |
JP2010057352A (en) | Electric motor | |
JP5044315B2 (en) | Armature for electric motor and electric motor | |
JP2008136343A (en) | Dc motor armature, dc motor, and winding method of dc motor armature | |
JP5231879B2 (en) | Electric motor | |
JP2008306913A (en) | Armature for electric motor and electric motor | |
JP2008099416A (en) | Armature for motor, motor, and winding method of armature for motor | |
JP5317754B2 (en) | Electric motor | |
JP5225624B2 (en) | Electric motor | |
JP2011041389A (en) | Three-phase direct-current motor | |
JP2008131780A (en) | Armature of dc motor and dc motor | |
JP5300339B2 (en) | Motor with brush | |
JP5491588B2 (en) | Motor with brush | |
JP2010004597A (en) | Motor with brush | |
JP5058753B2 (en) | Electric motor | |
JP5980096B2 (en) | Electric motor | |
JP2012196043A (en) | Method for winding coil of dc motor and dc motor | |
JP6579967B2 (en) | motor | |
JP5044360B2 (en) | Electric motor | |
JP5491587B2 (en) | Electric motor | |
JP6928563B2 (en) | motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20101005 |