JP2009303389A - ブラシ付モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシの延命化を図りつつ、モータ出力が大きくなっても容易に巻装作業を行うことができるブラシ付モータを提供する。
【解決手段】各ティース９は、互いに同方向に巻線を巻装して形成された第一コイル３３Ｕ〜３３Ｙ、および第二コイル３４Ｕ〜３４Ｙを備え、第一コイル３３Ｕ〜３３Ｙの巻き始め端６１が接続されているセグメント１４と、第二コイル３４Ｕ〜３４Ｙの巻き始め端６１が接続されているセグメント１４とをそれぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメント１４に設定し、第一コイル３３Ｕ〜３３Ｙの巻き終わり端６２が接続されているセグメント１４と、第二コイル３４Ｕ〜３４Ｙの巻き終わり端６２が接続されているセグメント１４とをそれぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメント１４に設定した。
【選択図】図３

Description

この発明は、車両等に搭載されるブラシ付モータに関するものである。

一般に、ブラシ付きの直流モータは、内周面に永久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場合が多い。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軸方向に長いティースが複数形成され、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。各ティースにはスロットを介して巻線が巻装され、複数のコイルが形成されている。

各コイルは、回転軸に取り付けられた各セグメントに導通している。各セグメントは複数のブラシと摺接可能になっており、これらブラシを介してコイルに直流電流が供給される。そして、アーマチュアコアに形成される磁界と永久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回転される。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コイルに流れる電流の向きが切り替えられる、所謂整流が行われ、アーマチュアコアが継続的に回転する。

この種の直流モータでは、アーマチュアの回転に伴い、ブラシがセグメントと接触、および離間を繰り返すことになる。このため、セグメント間電圧が大きいとブラシがセグメントから離間する際、コイルに蓄電された電磁エネルギーが放出されることによりブラシとセグメントとの間で放電が発生することがある。ブラシとセグメントとの間で放電が発生すると、ブラシ、およびセグメントが放電摩耗を起こし、ブラシとセグメントとの電気的接触不良を引き起こすおそれがあると共に、ブラシの寿命が短くなるおそれがある。

ここで、各ティースに巻装されるコイルは、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）集中巻方式で構成されている場合が多いが、コイルを５相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相）集中巻法式で構造し、３相集中巻方式と比較してセグメント間電圧を低減させる技術が提案されている。このようにセグメント間電圧を低減させることで、ブラシの延命化を図っている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８−１３６３４３号公報

しかしながら、上述の従来技術にあっては、モータに形成される並列回路数が２回路、または４回路になるので、モータ出力を大きくしていくと巻線の線径が太くなってしまう。このため、各ティースに巻線を巻き難くなってしまうばかりか、モータが大型化してしまうという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ブラシの延命化を図りつつ、モータ出力が大きくなっても容易に巻装作業を行うことができ、高出力、小型化を図ることができるブラシ付モータを提供するものである。

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、８極の磁極を有するヨークと、前記ヨーク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に向かって放射状に延び、巻線が集中巻き方式にて巻装される１０個のティースと、該ティース間に形成され軸線方向に沿って延びる１０個のスロットと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２０枚のセグメントを周回り方向に配置したコンミテータと、前記セグメントに摺接し、給電を行うための複数のブラシとを備えたブラシ付モータにおいて、各ティースは、互いに同方向に前記巻線を巻装して形成された第一コイル、および第二コイルの２つのコイルを備え、前記第一コイルの巻き始め端が接続されている第一巻き始めセグメントと、前記第二コイルの巻き始め端が接続されている第二巻き始めセグメントとをそれぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメントに設定し、前記第一コイルの巻き終わり端が接続されている第一巻き終わりセグメントと、前記第二コイルの巻き終わり端が接続されている第二巻き終わりセグメントとをそれぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメントに設定し、前記第一巻き始めセグメントと前記第一巻き終わりセグメントは、互いに隣接配置されていると共に、前記第二巻き始めセグメントと前記第二巻き終わりセグメントは、互いに隣接配置され、各ティースをそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相の順で割り当てたとき、隣接するセグメント間には、周回り方向にＵ相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、Ｗ相の順で前記第一コイル、または前記第二コイルが接続されていることを特徴とする。
このように構成することで、コイルを５相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相）集中巻法式で構造しつつ、並列回路数を８回路とすることができる。このため、並列回路数が従来よりも増大する分、巻線の線径を細くすることが可能になる。

請求項２に記載した発明は、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たことを特徴とする。
このように構成することで、セグメントに摺接させるブラシの個数を減少させることができる。

請求項１に記載した発明によれば、コイルを５相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相）集中巻法式で構造しつつ、並列回路数を８回路とすることができる。このため、並列回路数が従来よりも増大する分、巻線の線径を細くすることが可能になる。
ここで、従来の並列回路数のまま、ただ単に巻線の線径を細くしてしまうと、巻線の抵抗値が大きくなり、巻線に電流が流れ難くなってしまう。このため、モータ出力を大きくするためには、モータ自体が大型化してしまう。しかしながら、並列回路数を増大することで、コイル全体の抵抗値を小さくすることができるので、この分、巻線の線径を細くでき、巻線の巻装作業を容易に行うことができる。また、モータ自体を大型化することなく、モータ出力を大きくすることが可能になる。

請求項２に記載した発明によれば、セグメントに摺接させるブラシの個数を減少させることができるので、ブラシ付モータの部品点数を減少させることができ、製造コストを低減することができる。

次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、図２に示すように、電動モータ１は、車両に搭載する電装品（例えば、ラジエータファン）の駆動源となるものであって、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た構成となっている。ヨーク２の内周面には周回り方向に永久磁石４が８個固定され、ヨーク２の磁極数は８極に設定されている。

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、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Ｔ字型のティース９（図２参照）が周回り方向に沿って等間隔に１０個放射状に形成されている。

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、周回り方向に沿って等間隔に１０個形成されている。
各ティース９には、スロット１１を介してエナメル被覆の巻線１２が集中巻方式にて巻装され、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。

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２０枚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回り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を形成する巻線１２の巻き始め端６１、および巻き終わり端６２（後述の図３で詳述する）が掛け回わされている。これら巻き始め端６１、および巻き終わり端６２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。

また、図２に示すように、同電位となるセグメント１４（本実施形態では４つ置きのセグメント１４）に対応するライザ１５には、それぞれ接続線２５が掛け回され、接続線２５はヒュージングによりライザ１５に固定されている。接続線２５は、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との間に配線されている。

図１に示すように、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の内側にはホルダーステー１８が取り付けられている。ホルダーステー１８には、周回り方向に４５°の間隔を開けてブラシホルダ１９が２箇所形成されている。ブラシホルダ１９には、それぞれブラシ２１が各々スプリング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。

このように構成された、８極１０スロット２０セグメントの電動モータ１のアーマチュア３には、以下のように巻線１２が巻装されている。
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、ヨーク２側に固着される永久磁石４、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。

同図に示すように、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。つまり、４つ置きのセグメント１４同士（例えば、１番セグメント１４、６番セグメント１４、１１番セグメント１４、１６番セグメント１４）が接続線２５によってそれぞれ短絡されている。
また、各ティース９には、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相が周回り方向にこの順で割り当てられている。つまり、１番、６番ティース９がＵ相、２番、７番ティース９がＶ相、３番、８番ティース９がＷ相、４番、９番ティース９がＸ相、５番、１０番ティース９がＹ相になっている。

巻線１２は、この巻き始め端６１が１番セグメント１４より巻き始められた場合、まず、１番セグメント１４のライザ１５に掛け回された後、巻線１２を１番セグメント１４近傍に存在する１−１０番ティース９の間のスロット１１に引き込む。そして、各ティース９に巻線１２をそれぞれｎ（ｎは１以上の自然数）回巻装するものとした場合、１番ティース９にｎ／２回順方向（図３における時計回り方向）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１１から引き出され、１番セグメント１４に隣接する２番セグメント１４のライザ１５に掛け回される。そして、２番セグメント１４に巻き終わり端６２が接続される。これにより、１−２番セグメント１４，１４間には、１番ティース９に順方向に巻装されたＵ相の第一コイル３３Ｕが形成される。
一方、１番セグメント１４と接続線２５によって短絡され、１番セグメント１４と同電位になっている６番セグメント１４のライザ１５に掛け回された巻線１２を１−１０番ティース９の間のスロット１１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１１から引き出され、６番セグメント１４に隣接し、かつ２番セグメント１４と接続線２５によって短絡されている７番セグメント１４のライザ１５に掛け回される。そして、７番セグメント１４に巻き終わり端６２が接続される。これにより、６−７番セグメント１４，１４間には、１番ティース９に順方向に巻装されたＵ相の第二コイル３４Ｕが形成される。

したがって、Ｕ相の第一コイル３３Ｕの巻き始め端６１が接続されている１番セグメント１４を第一巻き始めセグメントとし、Ｕ相の第二コイル３４Ｕの巻き始め端６１が接続されている６番セグメント１４を第二巻き始めセグメントとした場合、これら第一巻き始めセグメントと第二巻き始めセグメントは、それぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメントに設定されていることになる。
また、Ｕ相の第一コイル３３Ｕの巻き終わり端６２が接続されている２番セグメント１４を第一巻き終わりセグメントとし、Ｕ相の第二コイル３４Ｕの巻き終わり端６２が接続されている７番セグメント１４を第二巻き終わりセグメントとした場合、これら第一巻き終わりセグメントと第二巻き終わりセグメントは、それぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメントに設定されていることになる。

このような構成のもと、Ｕ相に相当する１番ティース９には、巻線１２が順方向にｎ／２回巻装されたＵ相の第一コイル３３Ｕ、およびＵ相の第二コイル３４Ｕの２つのコイルを備えたｎ回巻きのアーマチュアコイル７が形成される。

同様にして、１番ティース９と同相のＵ相である６番ティースにもＵ相の第一コイル３３Ｕ，およびＵ相の第二コイル３４Ｕの２つのコイルを備えたｎ回巻きのアーマチュアコイルを形成する。すなわち、１番セグメント１４と接続線２５によって短絡され、１番セグメント１４と同電位になっている１１番セグメント１４と、２番セグメント１４と接続線２５によって短絡され、２番セグメント１４と同電位になっている１２番セグメント１４との間に、６番ティース９にｎ／２回順方向に巻装されたＵ相の第一コイル３３Ｕを形成する。また、１１番セグメント１４と同電位の１６番セグメント１４と、１２番セグメント１４と同電位の１７番セグメント１４との間に、６番ティース９にｎ／２回順方向に巻装されたＵ相の第二コイル３４Ｕを形成する。

Ｕ相以外の他の相のティース９にも同様にして巻線１２を巻装し、かつ隣接するセグメント１４間に、Ｕ相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、Ｗ相の各コイル３３Ｕ〜３４Ｙがこの順で電気的に順次接続されるように構成する。
すなわち、例えば、Ｖ相のティース９において、巻線１２の巻き始め端６１が３番セグメント１４より巻き始められ、Ｖ相に相当する２番ティース９にｎ／２回順方向に巻装してＶ相の第一コイル３３Ｖを形成する。その後、３番セグメント１４に隣接する４番セグメント１４に接続する。
一方、３番セグメント１４と接続線２５によって短絡され、３番セグメント１４と同電位になっている８番セグメント１４と、４番セグメント１４と接続線２５によって短絡され、４番セグメント１４と同電位になっている９番セグメント１４間に、２番ティース９にｎ／２回順方向に巻装されたＶ相の第二コイル３４Ｖを形成する。

これを順次各セグメント１４間に各相のコイル３３Ｕ〜３４Ｙを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相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、Ｗ相）巻き構造のアーマチュアコイル７が形成される。
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相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、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になる。

つまり、１−２番セグメント１４，１４間、１１−１２番セグメント１４，１４間には、Ｕ相の第一コイル３３Ｕが接続され、２−３番セグメント１４，１４間、１２−１３番セグメント１４，１４間には、Ｘ相の第一コイル３３Ｘが接続され、３−４番セグメント１４，１４間、１３−１４番セグメント１４，１４間には、Ｖ相の第一コイル３３Ｖが接続され、４−５番セグメント１４，１４間、１４−１５番セグメント１４，１４間には、Ｙ相の第一コイル３３Ｙが接続され、５−６番セグメント１４，１４間、１５−１６番セグメント１４，１４間には、Ｗ相の第一コイル３３Ｖが接続される。

また、６−７番セグメント１４，１４間、１６−１７番セグメント１４，１４間には、Ｕ相の第二コイル３４Ｕが接続され、７−８番セグメント１４，１４間、１７−１８番セグメント１４，１４間には、Ｘ相の第二コイル３４Ｘが接続され、８−９番セグメント１４，１４間、１８−１９番セグメント１４，１４間には、Ｖ相の第二コイル３４Ｖが接続され、９−１０番セグメント１４，１４間、１９−２０番セグメント１４，１４間には、Ｙ相の第二コイル３４Ｙが接続され、１０−１番（１１番セグメント１４と同電位）セグメント１４，１４間、２０−１１番（１番セグメント１４と同電位）セグメント１４，１４間には、Ｗ相の第二コイル３４Ｖが接続される。

次に、図２、図４に基づいて、この実施形態のブラシ付モータ１の作用について説明する。なお、以下の説明においては、２つのブラシ２１，２１の一方が１−２番セグメント１４，１４間に配置され、他方が４番セグメント１４に配置されている場合について説明する。これに加え、１−２番セグメント１４，１４間に配置されたブラシ２１を陽極側のブラシ２１とし、４番セグメント１４に配置されたブラシ２１を陰極側のブラシ２１とした場合について説明する。

図４に示すように、陽極側のブラシ２１は、１−２番セグメント１４，１４間に配置されているので、Ｕ相の各コイル３３Ｕ，３４Ｕは短絡された状態になる。そして、Ｖ相の２番ティース９、および７番ティース９に巻装されているＶ相のコイル３３Ｖ，３４Ｖと、Ｘ相の４番ティース９、および９番ティース９に巻装されているＸ相のコイル３３Ｘ，３４Ｘに順方向（図４における時計回り方向）に電流が流れる。

一方、Ｗ相の３番ティース９、および８番ティース９に巻装されているＷ相のコイル３３Ｗ，３４Ｗと、Ｙ相の５番ティース９、および１０番ティース９に巻装されているＹ相のコイル３３Ｙ，３４Ｙに逆方向（図４における反時計回り方向）に電流が流れる。
つまり、Ｖ相からＹ相の各ティース９に流れる電流の順逆の向きが周回り方向に順番になる。すると、各ティース９に形成される磁界と永久磁石４との間に磁気的な吸引力や反発力が回転軸５を中心にして点対称位置で同じ方向に作用する（図２参照）。これによって、回転軸５が回転する。

したがって、上述の実施形態によれば、巻線１２を５相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相）集中巻法式で巻装してアーマチュアコイル７を形成しつつ、並列回路数を８回路とすることができる。このため、並列回路数が従来よりも増大する分、巻線１２の線径を細くすることが可能になり、巻装作業を容易に行うことができる。また、ブラシ付モータ１自体を大型化することなく、モータ出力を大きくすることが可能になる。

また、コンミテータ１３に、同電位となるセグメント１４同士を短絡する接続線２５が設けられているので、２つのブラシ２１で各相のコイル３３Ｕ〜３４Ｗに電流を供給することができる。このため、ブラシ２１を磁極の数と同じ８つ設ける必要がなく、ブラシ付モータ１の部品点数を減少させることができる。よって、ブラシ付モータ１の製造コストを低減することができる。

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。
また、上述の実施形態では、コンミテータ１３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、接続線２５を設けなくてもよい。この場合、ブラシ２１を磁極の数と同じ８つ設ける必要があるが、並列回路数は８回路であるので巻線１２の線径を細径化することは可能である。

本発明の実施形態における電動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平面図である。 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ブラシ付モータの作用説明図である。

符号の説明

１ ブラシ付モータ
２ ヨーク
３ 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
９ ティース
１１ スロット
１２ 巻線
１３ コンミテータ
１４ セグメント（第一巻き始めセグメント、第一巻き終わりセグメント、第二巻き始めセグメント、第二巻き終わりセグメント）
２１ ブラシ
２５ 接続線（短絡部材）
３３Ｕ〜３３Ｙ 第一コイル
３４Ｕ〜３４Ｙ 第二コイル
６１ 巻き始め端
６２ 巻き終わり端

Claims (2)

1. ８極の磁極を有するヨークと、
   前記ヨーク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に向かって放射状に延び、巻線が集中巻き方式にて巻装される１０個のティースと、該ティース間に形成され軸線方向に沿って延びる１０個のスロットと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２０枚のセグメントを周回り方向に配置したコンミテータと、
   前記セグメントに摺接し、給電を行うための複数のブラシとを備えたブラシ付モータにおいて、
   各ティースは、互いに同方向に前記巻線を巻装して形成された第一コイル、および第二コイルの２つのコイルを備え、
   前記第一コイルの巻き始め端が接続されている第一巻き始めセグメントと、前記第二コイルの巻き始め端が接続されている第二巻き始めセグメントとをそれぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメントに設定し、
   前記第一コイルの巻き終わり端が接続されている第一巻き終わりセグメントと、前記第二コイルの巻き終わり端が接続されている第二巻き終わりセグメントとをそれぞれ別個で、かつ互いに同電位となるセグメントに設定し、
   前記第一巻き始めセグメントと前記第一巻き終わりセグメントは、互いに隣接配置されていると共に、
   前記第二巻き始めセグメントと前記第二巻き終わりセグメントは、互いに隣接配置され、
   各ティースをそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相の順で割り当てたとき、
   隣接するセグメント間には、周回り方向にＵ相、Ｘ相、Ｖ相、Ｙ相、Ｗ相の順で前記第一コイル、または前記第二コイルが接続されていることを特徴とするブラシ付モータ。
2. 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たことを特徴とする請求項１に記載のブラシ付モータ。
   
   

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