JP2017017804A - 電動モータおよび減速機付モータ - Google Patents

Abstract

【課題】より効果的にスパイク電圧や回転トルクの変動を抑制することができる電動モータおよび減速機付モータを提供する。
【解決手段】４極６スロット１８セグメントの電動モータにおいて、１番の不等セグメント１５から１８番の不等セグメント１５の各隣接する不等セグメント１５間に、Ｕ相、−Ｗ相、−Ｗ相、Ｖ相、−Ｕ相、−Ｕ相、Ｗ相、−Ｖ相、−Ｖ相のコイルがこの順で電気的に接続され、１番の不等セグメントの周方向におけるセグメント幅と比較して、３，６，９，１２，１５，１８番の各不等セグメント１５のセグメント幅が小さく設定されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、電動モータおよび減速機付モータに関するものである。

電動モータとして、例えば、有底筒状のヨークの内周面にモータマグネットを配置し、このモータマグネットよりも径方向内側に、アーマチュアを回転自在に設けたブラシ付きの直流モータが知られている。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と、このアーマチュアコアの各ティースに巻回されたアーマチュアコイルと、アーマチュアコアと一体回転するように回転軸上に設けられるコンミテータと、を備えている。

アーマチュアコアは、回転軸に外嵌固定される円環状のコア本体を有し、このコア本体の外周に、径方向外方に向かって放射状に延びる複数のティースが設けられている。アーマチュアコイルは、各ティース間に形成されるスロットを介し、各ティースに巻回されている。コンミテータは、周方向に互いに絶縁された状態で並んで配置された複数のセグメントを有している。そして、各アーマチュアコイルは、周方向に隣接するセグメント間、またはこのセグメント間の同等の電位差のセグメント間に接続される。また、各セグメントには、複数のブラシが摺接されている。

このような構成のもと、ブラシによりセグメントを介して各アーマチュアコイルに直流電流が供給されると、アーマチュアコアに磁界が形成される。そして、この磁界とモータマグネットとの間に生じる磁気的な吸引力や反発力により、アーマチュアおよび回転軸が回転する。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、アーマチュアコイルに流れる電流の向きが切り替えられる、いわゆる整流が行われる。そして、アーマチュアが継続的に回転し、回転出力が回転軸から取り出される。

ところで、上述のようなブラシ付きの直流モータにあっては、隣接する２つのセグメントにブラシが跨るとき、その２つのセグメントに接続されているアーマチュアコイルが短絡する。このような状態下でコンミテータが回転すると、各アーマチュアコイルに供給される直流電流の電流値が短時間に急激に変化し、不均一に乱れてしまう。つまり、電流波形の変動幅が大きく変化してしまう。とりわけ、各ブラシによってアーマチュアコイルが短絡するタイミングや短絡が解放されるタイミングが同時であると、セグメントからブラシが離間する際に発生するスパイク電圧が大きくなったり、回転トルクの変動が大きくなったりしてしまう。

このため、各セグメントのうち、ブラシが同時に接触する組み合わせのなかで少なくとも一組のものの周方向におけるセグメントの幅（以下、単にセグメント幅という）を、互いに異なる幅で構成する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このように構成することで、各ブラシによってアーマチュアコイルが短絡するタイミングや短絡が解放されるタイミングをずらすことができる。この結果、スパイク電圧や回転トルクの変動を抑制できる。

特許第３９９４０１０号公報

ところで、スパイク電圧を抑制する手段として、セグメントの数をティースの数の３倍に増やし、隣接するセグメント間の電圧を小さくすることも考えられる。このように、セグメントの数を増やした場合、上述の従来技術を適用できなくなってしまう。すなわち、上述の従来技術では、セグメントの数をティースの数の３倍に増やしつつ、さらに効果的にスパイク電圧や回転トルクの変動を抑制することが困難であるという課題がある。

そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、より効果的にスパイク電圧や回転トルクの変動を抑制することができる電動モータおよび減速機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、本発明に係る電動モータは、周方向に４極の磁極が配列されたモータマグネットと、前記モータマグネット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、径方向外方に向かって放射状に延びる６つのティースおよびこれらティース間に形成される６つのスロットを有するアーマチュアコアと、各前記ティースにそれぞれ集中巻方式にて巻装されたコイルと、前記回転軸と一体回転するよう設けられ、１８つ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、を備え、各前記ティースにそれぞれ３つの前記コイルが巻回され、前記３つの前記コイルが、順方向に巻回して形成された１つの順巻きコイルと、逆方向に巻回して形成された２つの逆巻きコイルと、により構成されている電動モータであって、前記セグメントに１番から１８番まで周方向に順に番号を付し、各前記ティースを周方向にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順で割り当て、各相に巻装されている前記順巻きコイルをそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルとし、各相に巻装されている前記逆巻きコイルをそれぞれ−Ｕ相、−Ｖ相、−Ｗ相のコイルとしたとき、１番の前記セグメントから１８番の前記セグメントの各隣接する前記セグメント間に、Ｕ相、−Ｗ相、−Ｗ相、Ｖ相、−Ｕ相、−Ｕ相、Ｗ相、−Ｖ相、−Ｖ相のコイルがこの順で電気的に接続され、１番の前記セグメントの周方向におけるセグメント幅と比較して、３，６，９，１２，１５，１８番の各前記セグメントの前記セグメント幅が小さく設定されていることを特徴とする。

本発明に係る電動モータは、３つの前記コイルのうち、１つのコイルのターン数が他の２つのコイルのターン数よりも少なく設定されていることを特徴とする。

本発明に係る電動モータは、３，６，９，１２，１５，１８番の各前記セグメント以外の前記セグメントの前記セグメント幅は、全て同一に設定されていることを特徴とする。

本発明に係る電動モータは、１，４，７，１０，１３，１６番の各前記セグメントの前記セグメント幅が、それぞれ同一に設定されていると共に、２，５，８，１１，１４，１７番の各前記セグメントの前記セグメント幅が、それぞれ同一に設定されており、２，５，８，１１，１４，１７番の各前記セグメントの前記セグメント幅は、１，４，７，１０，１３，１６番の各前記セグメントの前記セグメント幅よりも小さく設定されており、かつ、３，６，９，１２，１５，１８番の各前記セグメントの前記セグメント幅よりも大きく設定されていることを特徴とする。

本発明に係る電動モータは、１，４，７，１０，１３，１６番の各前記セグメント以外の前記セグメントの前記セグメント幅は、全て同一に設定されていることを特徴とする。

本発明に係る電動モータは、１，４，７，１０，１３，１６番の各前記セグメントの前記セグメント幅が、それぞれ同一に設定されていると共に、２，５，８，１１，１４，１７番の各前記セグメントの前記セグメント幅が、それぞれ同一に設定されており、１，４，７，１０，１３，１６番の各前記セグメントの前記セグメント幅は、２，５，８，１１，１４，１７番の各前記セグメントの前記セグメント幅よりも小さく設定されており、かつ３，６，９，１２，１５，１８番の各前記セグメントの前記セグメント幅よりも大きく設定されていることを特徴とする。

本発明に係る電動モータは、前記セグメントのうち、前記セグメント幅が最も小さい前記セグメントの前記セグメント幅は、前記ブラシの周方向におけるブラシ幅と同一に設定されていることを特徴とする。

本発明に係る電動モータは、前記セグメントのうち、前記セグメント幅が最も小さい前記セグメントの前記セグメント幅は、前記ブラシの周方向におけるブラシ幅よりも小さく設定されていることを特徴とする。

本発明に係る電動モータは、前記ブラシは、低速用ブラシ、高速用ブラシ、共通ブラシの３つのブラシのみで構成されていることを特徴とする。

本発明に係る減速機付モータは、上記に記載の電動モータと、前記電動モータに連結され前記電動モータの回転軸の回転を減速して出力する減速機構と、を備えたことを特徴する。

本発明によれば、磁極数が４極、スロット数が６、セグメント数がスロット数の３倍の１８セグメントに設定された電動モータ、および減速機付モータにおいて、効果的にスパイク電圧や回転トルクの変動を抑制することができる。

本発明の実施形態における減速機付モータの外観側面図である。 本発明の実施形態における減速機付モータの断面図である。 本発明の実施形態におけるアーマチュアの側面図である。 本発明の実施形態におけるアーマチュアコアの平面図である。 本発明の第１実施形態におけるセグメントの展開図であって、（ａ）は、ノーマルセグメントを示し、（ｂ）は、不等セグメントを示す。 本発明の第１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アーマチュアの進角２０°のときの展開図である。 本発明の実施形態におけるアーマチュアの進角０°のときの展開図である。 本発明の実施形態におけるアーマチュアの遅角２０°のときの展開図である。 本発明の実施形態におけるノーマルセグメントの場合の起磁力ベクトルの説明図である。 本発明の第１実施形態におけるノーマルセグメントと不等セグメントとのスパイク電圧の差を比較したグラフである。 本発明の第１実施形態におけるノーマルセグメントと不等セグメントとのトルクの差を比較したグラフである。 本発明の第２実施形態におけるセグメントの展開図であって、（ａ）は、ノーマルセグメントを示し、（ｂ）は、不等セグメントを示す。 本発明の第３実施形態におけるセグメントの展開図であって、（ａ）は、ノーマルセグメントを示し、（ｂ）は、不等セグメントを示す。 本発明の第４実施形態におけるセグメントの展開図であって、（ａ）は、ノーマルセグメントを示し、（ｂ）は、不等セグメントを示す。 遅角２０°側におけるスパイク電圧の大きさを、本発明の各実施形態で比較したグラフである。 トルクのＰ−Ｐ値を、本発明の各実施形態で比較したグラフである。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
（減速機付モータ）
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は、本発明に係る電動モータ２が適用された減速機付モータ１の外観側面図、図２は、減速機付モータ１の断面図である。

図１、図２に示すように、減速機付モータ１は、例えば、自動車のワイパ駆動用に用いるものであって、電動モータ２と、電動モータ２の回転軸３に連結された減速機構４と、を備えている。電動モータ２は、有底筒状のモータハウジングを兼ねたヨーク５と、ヨーク５内に回転自在に設けられたアーマチュア６と、を有している。なお、以下の説明では、アーマチュア６の回転軸方向を単に軸方向、アーマチュア６の径方向を単に径方向、アーマチュア６の回転方向を周方向と称して説明する。

ヨーク５の筒部５３は略円筒状に形成されており、この筒部５３の内周面には、モータマグネット７が設けられている。モータマグネット７の内周面には、周方向に４つの磁極が、Ｎ極とＳ極を交互に並べて配列されている。

ヨーク５の底壁（エンド部）５１には、径方向中央に軸方向外側に向かって突出する軸受ハウジング１９が形成され、ここに回転軸３の一端を回転自在に軸支するための滑り軸受１８が設けられている。この滑り軸受１８は、回転軸３の調心機能を有している。

筒部５３の開口部には外フランジ部５２が設けられ、この外フランジ部５２に減速機構４のギヤハウジング２３の端部が固定される。これにより、電動モータ２と減速機構４とが一体に結合される。

（アーマチュア）
図３は、アーマチュア６の側面図である。
図２および図３に示すように、アーマチュア６は、回転軸３に外嵌固定されたアーマチュア本体８０と、回転軸３の他端側（減速機構４側）に配置されたコンミテータ１０と、を備えている。

アーマチュア本体８０は、アーマチュアコア８と、アーマチュアコア８に巻回されたアーマチュアコイル９と、を有している。アーマチュアコア８は、プレス加工等によって打ち抜かれた磁性材料のコアプレートを軸方向に積層することで形成された積層コア、あるいは、軟磁性粉を加圧成形した圧粉コアよりなる。

（アーマチュアコア）
図４は、アーマチュアコア８の平面図である。
同図に示すように、アーマチュアコア８は、円環状のコア本体１１を有している。コア本体１１の中心には、回転軸３を圧入するための貫通孔１１ａが形成されている。また、コア本体１１の外周部には、周方向に等間隔でティース１２が放射状に６つ設けられている。各ティース１２は、軸方向平面視略Ｔ字型に形成されたものである。すなわち、各ティース１２は、コア本体１１から径方向に沿って放射状に突出するティース本体１２ａと、ティース本体１２ａの先端から周方向に沿って延び、アーマチュアコア８の外周を構成する鍔部１２ｂと、により構成されている。

このような構成により、隣接するティース１２間にはスロット１３が６つ形成されている。そして、これらスロット１３にエナメル被覆の巻線１４を通し、ティース本体１２ａの外周に巻線１４を集中巻方式で巻回することにより、アーマチュアコイル９が形成されている。なお、アーマチュアコイル９の形成方法の詳細は、後述する。

（コンミテータ）
次に、アーマチュア６の他の構成について述べる。
図２、図３に示すように、回転軸３のアーマチュアコア８よりも他端側（減速機構４側）に、コンミテータ１０が外嵌固定されている。コンミテータ１０には、外周面に、導電材で形成されたセグメント１５が複数取り付けられている。
ここで、セグメント１５は、各セグメント１５のセグメント幅が不均一に設定されている。以下、このようなセグメント１５を不等セグメント１５という。

不等セグメント１５について、より詳しく説明する。
図５は、セグメントの展開図であって、（ａ）は、ノーマルセグメント１５Ｎを示し、（ｂ）は、本第１実施形態の不等セグメント１５を示す。なお、ノーマルセグメント１５Ｎとは、各セグメントのセグメント幅が全て同一に設定されているものをいう。また、周方向に隣接する不等セグメント１５の間のスリット１７の幅、および周方向に隣接するノーマルセグメント１５Ｎの間のスリット１７の幅は、同一とする（以下の実施形態でも同様）。

図５（ａ）、図５（ｂ）に詳示するように、不等セグメント１５は、アーマチュアコア８のティース１２およびスロット１３の数の３倍である１８枚取り付けられている。すなわち、電動モータ２は、磁極数が４極、スロット１３の個数が６つ、セグメント１５の枚数が１８枚に設定された、いわゆる４極６スロット１８セグメントの電動モータとして構成されている。

不等セグメント１５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。
ここで、周方向に隣接する３つのノーマルセグメント１５Ｎの幅と、周方向に隣接する３つの不等セグメント１５の幅は、同一であるが、３つの不等セグメント１５のうち、最初と次のセグメント幅に対して最後のセグメント幅が小さく設定されている。

より具体的には、各ノーマルセグメント１５Ｎ、および各不等セグメント１５に、１番から１８番まで周方向に順に番号を付したとき、ノーマルセグメント１５Ｎの１〜３番セグメント１５Ｎのセグメント幅と、不等セグメント１５の１〜３番セグメント１５のセグメント幅、４〜６番セグメント１５のセグメント幅、７〜９番セグメント１５のセグメント幅、１０〜１２番セグメント１５のセグメント幅、１３〜１５番セグメント１５のセグメント幅、１６〜１８番セグメント１５のセグメント幅は、それぞれ同一に設定されている。

しかしながら、不等セグメント１５は、３，６，９，１２，１５，１８番の不等セグメント１５以外のセグメント幅が、これら３，６，９，１２，１５，１８番の不等セグメント１５よりも大きく、かつ同一に設定されている。
また、３，６，９，１２，１５，１８番の不等セグメント１５、つまり、最もセグメント幅の小さい３，６，９，１２，１５，１８番の不等セグメント１５のセグメント幅は、後述のブラシ２１ａ〜２１ｃの周方向におけるブラシ幅と同一に設定されている。

図２、図３に戻り、各不等セグメント１５のアーマチュアコア８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１６が一体成形されている。ライザ１６には、アーマチュアコイル９の端末部が掛け回わされ（不図示）、ヒュージングなどにより固定されている。これにより、不等セグメント１５と、これに対応するアーマチュアコイル９とが導通される。

また、ライザ１６には、同電位となる不等セグメント１５同士（機械角で１８０°間隔をあけて配置され、回転軸３を中心にして対向配置されているセグメント同士）を接続する不図示の接続線が設けられている。すなわち、１，１０番の不等セグメント１５同士、２，１１番の不等セグメント１５同士、３，１２番の不等セグメント１５同士、４，１３番の不等セグメント１５同士、５，１４番の不等セグメント１５同士、６，１５番の不等セグメント１５同士、７，１６番の不等セグメント１５同士、８，１７番の不等セグメント１５同士、９，１８番の不等セグメント１５同士は、それぞれ不図示の接続線を介して接続されている。

このように構成されたコンミテータ１０は、図１、図２に示すように、減速機構４のギヤハウジング２３に臨まされた状態になっている。ギヤハウジング２３には、減速機構４の歯車群４１が収納されている。また、ギヤハウジング２３の電動モータ２側には、ブラシ収納部２２が一体成形され、ここに電動モータ２のコンミテータ１０が臨まされている。

ブラシ収納部２２の内側には、ホルダステーやブラシホルダ（不図示）を介して３つのブラシ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ（図５参照）が出没自在に収納されている。ブラシ２１ａ〜２１ｃは、コンミテータ１０に外部電源（例えば、自動車に搭載されるバッテリ等）からの電力を給電するためのものである。ブラシ２１ａ〜２１ｃは、不図示のスプリングによってコンミテータ１０側に向かって付勢されており、その先端が不等セグメント１５に摺接している。

ブラシ２１ａ〜２１ｃは、陽極（＋）側に接続されている低速用ブラシ２１ａ、および高速（Ｈ）用ブラシ２１ｂと、これら低速用ブラシ２１ａと高速用ブラシ２１ｂとに共通使用され陰極（−）側に接続されている共通ブラシ２１ｃと、により構成されている。
低速用ブラシ２１ａと共通ブラシ２１ｃは、モータマグネット７の磁極ピッチ（電気角１８０°）に対応させて、周方向に機械角で９０°間隔をあけて配置されている。一方、高速用ブラシ２１ｂは、共通ブラシ２１ｃに対してモータマグネット７の磁極ピッチよりも僅かに進角させた位置に配置されている。

なお、高速用ブラシ２１ｂの進角は、例えば、３０°に設定されている。
また、図５では、ブラシ２１ａ〜２１ｃを合計６つ図示している。これは、ブラシ２１ａ〜２１ｃの数は、実際３つであるが、同電位となる不等セグメント１５同士が不図示の接続線によって接続されているので、実質的には、不等セグメント１５に６つのブラシ２１ａ〜２１ｃが摺接していることになるので、ブラシ２１ａ〜２１ｃを６つ図示している。

（アーマチュアコイルの形成方法）
次に、図４、図６に基づいて、アーマチュアコイル９の形成方法の一例について説明する。
図６は、アーマチュアの展開図であり、隣接するティース間の空隙がスロットに相当している。なお、図６においては、各ティース１２、および、形成されたアーマチュアコイル９に、それぞれ符号を付して説明する。

図４、図６に示すように、各ティース１２は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相が、周方向にこの順で割り当てられている。つまり、１番、４番ティース１２がＵ相、２番、５番ティース１２がＶ相、３番、６番ティース１２がＷ相に割り当てられている。ここで、不等セグメント１５に付した番号のうち、１番に相当する位置は、１番ティース１２に対応する位置とする。
なお、図６において、各ティース１２への巻線１４の巻回方向が時計回りであるときを順方向と称し、反時計回りであるときを逆方向と称して説明する。

まず、例えば、巻線１４の巻き始め端１４ａを１番の不等セグメント１５より巻き始める場合、この後、巻線１４を１番の不等セグメント１５近傍に存在する１−６番ティース１２の間のスロット１３に引き込む。そして、１番ティース１２に巻線１４を順方向に集中巻方式にて巻回する。

続いて、１−２番ティース１２の間のスロット１３から巻線１４を引き出し、１番の不等セグメント１５に隣接する２番の不等セグメント１５のライザ１６に掛け回す。そして、２番の不等セグメント１５に巻き終わり端１４ｂを接続する。これにより、１−２番の不等セグメント１５間には、１番ティース１２に順方向に巻回されたＵ相の第１コイル９１が形成される。

また、５番の不等セグメント１５のライザ１６に巻き始め端１４ａを掛け回した巻線１４を、１−２番ティース１２の間のスロット１３に引き込む。そして、１番ティース１２に逆方向に集中巻方式にて巻回する。
続いて、１−６番ティース１２の間のスロット１３から巻線１４を引き出し、５番の不等セグメント１５に隣接する６番の不等セグメント１５のライザ１６に掛け回す。そして、６番の不等セグメント１５に巻き終わり端１４ｂを接続する。これにより、５−６番の不等セグメント１５間には、１番ティース１２に逆方向に巻回された「−Ｕ」相の第２コイル９２が形成される。

さらに、６番の不等セグメント１５のライザ１６に巻き始め端１４ａを掛け回した巻線１４を、１−２番ティース１２の間のスロット１３に引き込む。そして、１番ティース１２に逆方向に集中巻方式にて巻回する。

続いて、１−６番ティース１２の間のスロット１３から巻線１４を引き出し、６番の不等セグメント１５に隣接する７番の不等セグメント１５のライザ１６に掛け回す。そして、７番の不等セグメント１５に巻き終わり端１４ｂを接続する。これにより、６−７番の不等セグメント１５間には、１番ティース１２に逆方向に巻回された「−Ｕ」相の第３コイル９３が形成される。

したがって、Ｕ相に相当する１番ティース１２には、巻線１４が順方向に巻回されて形成されるＵ相の第１コイル９１、巻線１４が逆方向に巻回されて形成される「−Ｕ」相の第２コイル９２および「−Ｕ」相の第３コイル９３で構成されるアーマチュアコイル９が形成される。

そして、これを各相に対応する不等セグメント１５間で順次行うことにより、アーマチュアコア８には第１コイル９１、第２コイル９２および第３コイル９３を備えた３相構造のアーマチュアコイル９が形成され、隣接する不等セグメント１５間にＵ、「−Ｗ」、「−Ｗ」、Ｖ、「−Ｕ」、「−Ｕ」、Ｗ、「−Ｖ」、「−Ｖ」相のコイル９１〜９３がこの順で電気的に順次接続される。

なお、各相のコイル９１〜９３を形成する巻線１４の巻き始め端１４ａおよび巻き終わり端１４ｂの不等セグメント１５への接続箇所は、隣接する不等セグメント１５間にＵ、「−Ｗ」、「−Ｗ」、Ｖ、「−Ｕ」、「−Ｕ」、Ｗ、「−Ｖ」、「−Ｖ」相のコイル９１〜９３がこの順で電気的に順次接続されていればよい。

（電動モータの動作）
次に、電動モータ２の動作について説明する。
ここで、電動モータ２の動作説明にあたり、２つの陽極ブラシ（低速用ブラシ２１ａ、高速用ブラシ２１ｂ）のうち、低速用ブラシ２１ａに電圧を印加した場合ついて説明する。
例えば、図６に示すように、１−２番の不等セグメント１５間に低速用ブラシ２１ａが配置されると共に、６番の不等セグメント１５に共通ブラシ２１ｃが配置された場合、Ｕ相の第１コイル９１は、短絡された状態になる。

そして、「−Ｕ」相の第２コイル９２に逆方向（図６における反時計回り方向）の電流が流れ、「−Ｕ」相の第３コイル９３に順方向（図６における時計回り方向）の電流が流れる。すなわち、第２コイル９２および第３コイル９３には、互いに逆向きの電流が流れるので磁界が相殺され、モータマグネット７との間にトルクが発生しない。

これに対し、Ｖ相の第１コイル９１、「−Ｖ」相の第２コイル９２および「−Ｖ」相の第３コイル９３には、それぞれ順方向に電流が流れる。また、「−Ｗ」相の第１コイル９１、「−Ｗ」相の第２コイル９２および「−Ｗ」相の第３コイル９３には、それぞれ逆方向に電流が流れる。

すると、２，３，５，６番ティース１２にそれぞれ磁界が形成される。これらの磁界の向きは、周回り方向に順番になる。このため、各ティース１２に形成される磁界とモータマグネット７との間に、磁気的な吸引力や反発力が回転軸３を中心にして点対称位置で同じ方向に作用する。そして、これによって回転軸３が回転する。なお、高速用ブラシ２１ｂに電圧を印加すると、この高速用ブラシ２１ｂが進角されているので、この分、回転軸３が高速回転する。

（進角コイル、遅角コイルが生じる理由）
次に、図７〜図９に基づいて、ノーマルセグメント１５Ｎにおいて、アーマチュア６が回転した際の各ティース１２の３つのコイル９１、９２、９３の変化について説明する。
図７は、アーマチュア６の進角２０°のときの展開図であって、前述の図６に対応している。図８は、アーマチュア６の進角０°のときの展開図であって、前述の図６に対応している。図９は、アーマチュア６の遅角２０°のときの展開図であって、前述の図６に対応している。
ここで、以下の説明では、ブラシ２１の位置自体が進角されていない低速用ブラシ２１ａに電圧を印加した場合について説明する。また、３相のうち、Ｕ相について代表して述べるが、他の相についても同様である。

まず、アーマチュア６が回転して、図７に示す状態になったとき、５−６番のノーマルセグメント１５Ｎ間の第２コイル９２がブラシ２１によって短絡される。その際、Ｕ相のティース１２は、進角０°の位置（ティース１２が磁極に正対する位置）から電気角で２０°ずれた位置にある。従って、Ｕ相のティース１２に、進角２０°の起磁力ベクトルが発生する。

次に、アーマチュア６が回転し、図８に示す状態になったとき、１−２番のノーマルセグメント１５Ｎ間の第１コイル９１が短絡される。その際、Ｕ相のティース１２は、進角０°の位置にあり、その位置で整流される。従って、Ｕ相のティース１２に、進角０°の起磁力ベクトルが発生する。

次に、アーマチュア６が回転し、図９に示す状態になったとき、６−７番のノーマルセグメント１５Ｎ間の第３コイル９３が短絡される。その際、Ｕ相のティース１２は、遅角２０°の位置にあり、その位置で整流される。従って、Ｕ相のティース１２に、遅角２０°の起磁力ベクトルが発生する。

以上に鑑みて各相のコイル９１〜９３を形成する巻線１４の機能を調べてみると、各ティース１２に巻装されている３つのコイル（１つの順巻きコイル９１および２つの逆巻きコイル９２、９３）のうち、１つのコイルが、進角無しの起磁力ベクトルを発生する進角０°コイル（正コイル）、残りの１つのコイルが、進角２０°の起磁力ベクトルを発生する進角２０°コイル（進角コイル）、最後の１つのコイルが、遅角２０°の起磁力ベクトルを発生する遅角２０°コイル（遅角コイル）、であることが分かった。
表１にその分類を示す。なお、表１中に記載の「ｓｅｇ」とはセグメントの略称である。

また、図１０に、３つのコイル９１、９２、９３が、進角２０°、進角０°、遅角２０°の働きをすることによる起磁力ベクトルの不一致を図示する。
このように、起磁力ベクトルの不一致から整流性に悪影響が出るおそれがある。

ここで、図５（ｂ）に示すように、不等セグメント１５は、３，６，９，１２，１５，１８番の不等セグメント１５以外のセグメント幅が、これら３，６，９，１２，１５，１８番の不等セグメント１５よりも大きく、かつ同一に設定されている。換言すれば、３，６，９，１２，１５，１８番の不等セグメント１５は、これら以外の不等セグメント１５よりもセグメント幅が小さく設定されている。

このため、例えば１−２番の不等セグメント１５間のスリット１７が、進角０°に位置しているのに対し、５−６番の不等セグメント１５のスリット１７が、進角２０°の位置から遅角側に変位する一方、６−７番の不等セグメント１５のスリット１７が、近く２０°の位置から進角側に変位する。
つまり、図１０に矢印Ｙで示すように、進角２０°、及び遅角２０°の起磁力ベクトルが、進角０°側に変位する。

図１１は、ノーマルセグメント１５Ｎと不等セグメント１５とのスパイク電圧［Ｖ］の差を比較したグラフである。
同図に示すように、ノーマルセグメント１５Ｎに不等セグメント１５の遅角２０°におけるスパイク電圧が顕著に低下していることが確認できる。また、遅角２０°側でスパイク電圧が最も大きくなることが確認できる。
また、図１２は、ノーマルセグメント１５Ｎと不等セグメント１５とのトルク［ｍＮ・ｍ］（Ｐ−Ｐ値（ｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋ ｖａｌｕｅ）、平均値、リップル率、１２次成分、１８次成分）の差を比較したグラフである。
同図に示すように、平均トルクは殆ど変化が確認できない。これに対し、他のトルク成分では、不等セグメント１５のほうが低下していることが確認できる。

このように、上述の実施形態では、４極６スロット１８セグメントの電動モータ２において、３，６，９，１２，１５，１８番の不等セグメント１５が、これら以外の不等セグメント１５よりもセグメント幅が小さく設定される。また、３，６，９，１２，１５，１８番の不等セグメント１５以外のセグメント幅が、それぞれ同一に設定される。これにより、進角、遅角の生じるセグメント間のスリット１７が、それぞれ進角０°側に向かって変位する。このため、４極６スロット１８セグメントの電動モータ２において、効果的にスパイク電圧や回転トルクの変動を抑制することができる。

また、３，６，９，１２，１５，１８番の不等セグメント１５、つまり、最もセグメント幅の小さい３，６，９，１２，１５，１８番の不等セグメント１５のセグメント幅は、後述のブラシ２１ａ〜２１ｃの周方向におけるブラシ幅と同一に設定されている。このため、各ブラシ２１ａ〜２１ｃが意図せず不等セグメント１５間に跨ってしまい、各コイル９１〜９３が短絡してしまうことを防止できる。

（第２実施形態）
次に、図１３に基づいて、本発明の第２実施形態について説明する。
図１３は、セグメントの展開図であって、（ａ）は、ノーマルセグメント１５Ｎを示し、（ｂ）は、本第２実施形態の不等セグメント２１５を示す。なお、図１３は、前述の図５に対応している。
図１３（ｂ）に示すように、前述の第１実施形態と第２実施形態との相違点は、第１実施形態の不等セグメント１５のセグメント幅と、第２実施形態の不等セグメント２１５のセグメント幅とが異なる点にある（以下の実施形態も、不等セグメントのセグメント幅が第１実施形態の不等セグメントのセグメント幅と異なる点が相違点である）。

より詳しくは、１，４，７，１０，１３，１６番の各不等セグメント２１５のセグメント幅が、それぞれ同一に設定されている。また、２，５，８，１１，１４，１７番の各不等セグメント２１５のセグメント幅が、それぞれ同一に設定されている。さらに、３，６，９，１２，１５，１８番の各不等セグメント２１５のセグメント幅が、それぞれ同一に設定されている。そして、２，５，８，１１，１４，１７番の各不等セグメント２１５のセグメント幅は、１，４，７，１０，１３，１６番の各不等セグメント２１５のセグメント幅よりも小さく設定されており、かつ、３，６，９，１２，１５，１８番の各不等セグメント２１５のセグメント幅よりも大きく設定されている。つまり、３，６，９，１２，１５，１８番の各不等セグメント２１５のセグメント幅は、最も小さく設定されている。

これにより、例えば１−２番の不等セグメント２１５間のスリット１７が、進角０°の位置から遅角側に変位する。また、例えば５−６番の不等セグメント２１５のスリット１７が、進角２０°の位置から遅角側に変位する。さらに、例えば６−７番の不等セグメント２１５のスリット１７が、遅角２０°の位置から進角側に変位する。
このように構成した場合であっても、前述の第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第３実施形態）
次に、図１４に基づいて、本発明の第３実施形態について説明する。
図１４は、セグメントの展開図であって、（ａ）は、ノーマルセグメント１５Ｎを示し、（ｂ）は、本第３実施形態の不等セグメント３１５を示す。なお、図１４は、前述の図５に対応している。
図１４（ｂ）に示すように、第３実施形態の不等セグメント３１５は、１，４，７，１０，１３，１６番の各不等セグメント３１５以外の不等セグメント３１５のセグメント幅が、全て同一に設定されている。また、１，４，７，１０，１３，１６番の各不等セグメント３１５のセグメント幅は、それら以外の不等セグメント３１５のセグメント幅よりも大きく設定されている。

これにより、例えば１−２番の不等セグメント２１５間のスリット１７が、進角０°の位置から遅角側に変位する。また、例えば５−６番の不等セグメント２１５のスリット１７は、進角２０°の位置のままになる。さらに、例えば６−７番の不等セグメント２１５のスリット１７が、遅角２０°の位置から進角側に変位する。
このように構成した場合であっても、前述の第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第４実施形態）
次に、図１５に基づいて、本発明の第４実施形態について説明する。
図１５は、セグメントの展開図であって、（ａ）は、ノーマルセグメント１５Ｎを示し、（ｂ）は、本第４実施形態の不等セグメント４１５を示す。なお、図１５は、前述の図５に対応している。
図１５（ｂ）に示すように、第４実施形態の不等セグメント４１５は、１，４，７，１０，１３，１６番のセグメント幅が、それぞれ同一に設定されている。また、２，５，８，１１，１４，１７番の各不等セグメント４１５のセグメント幅が、それぞれ同一に設定されている。さらに、３，６，９，１２，１５，１８番の各不等セグメント４１５のセグメント幅が、それぞれ同一に設定されている。そして、１，４，７，１０，１３，１６番の各不等セグメント４１５のセグメント幅は、２，５，８，１１，１４，１７番の各不等セグメント４１５のセグメント幅よりも小さく設定されており、かつ３，６，９，１２，１５，１８番の各不等セグメント４１５のセグメント幅よりも大きく設定されている。

これにより、例えば１−２番の不等セグメント２１５間のスリット１７が、進角０°の位置から進角側に変位する。また、例えば５−６番の不等セグメント２１５のスリット１７は、進角２０°の位置から遅角側に変位する。さらに、例えば６−７番の不等セグメント２１５のスリット１７は、遅角２０°の位置からほぼ変わらない位置となる。
このように構成した場合であっても、前述の第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

ここで、図１６、図１７に基づいて、第１実施形態の不等セグメント１５、第２実施形態の不等セグメント２１５、第３実施形態の不等セグメント３１５、および第４実施形態の不等セグメント４１５の効果について比較する。

図１６は、最もスパイク電圧が大きくなる遅角２０°側におけるスパイク電圧［Ｖ］の大きさを、各実施形態で比較したグラフである。
同図に示すように、スパイク電圧は、第３実施形態の不等セグメント３１５が最も低減できることが確認できる。これは、図１４に示すように、第３実施形態の不等セグメント３１５では、例えば６−７番の不等セグメント２１５のスリット１７における、遅角２０°の位置からの変位量が、他の実施形態と比較して最も大きいからである。すなわち、例えば６−７番の不等セグメント２１５のスリット１７が、他の実施形態と比較して最も進角０°の位置（図１４におけるＰ１）に近づくからである。

図１７は、トルク［ｍＮ・ｍ］のＰ−Ｐ値を、各実施形態で比較したグラフである。
同図に示すように、トルク［ｍＮ・ｍ］のＰ−Ｐ値は、第４実施形態の不等セグメント４１５が最も低減できることが確認できる。これは、不等セグメントにおいて、高速用ブラシ２１ｂの短絡する短絡タイミングが、ノーマルセグメント１５Ｎに対して最もずれているためである。すなわち、例えば２−３番の不等セグメント４１５に対して、他の実施形態と比較して高速用ブラシ２１ｂの短絡する短絡タイミングが最も早いためである。

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。
例えば、上述の実施形態では、減速機付モータ１は、例えば、自動車のワイパ駆動用に用いるものである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、さまざまな用途に減速機付モータ１を採用することが可能である。

また、上述の実施形態では、電動モータ２は、低速用ブラシ２１ａ、高速用ブラシ２１ｂ、および共通ブラシ２１ｃの３つのブラシ２１ａ〜２１ｃを備え、通電するブラシ２１ａ〜２１ｃによってアーマチュア６の速度を可変できる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、陽極側に接続される陽極ブラシと陰極側に接続される陰極ブラシの２つのブラシで構成してもよい。

さらに、上述の実施形態では、最もセグメント幅の小さい不等セグメント１５，２１５，３１５，４１５のセグメント幅を、各ブラシ２１ａ〜２１ｃの周方向におけるブラシ幅と同一に設定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、不等セグメント１５，２１５，３１５，４１５のセグメント幅を、各ブラシの周方向におけるブラシ幅よりも小さく設定してもよい。具体的には、各ブラシ２１ａ〜２１ｃの周方向におけるブラシ幅の訳１／２〜同等程度としてもよい。これは、コンミテータ１０が円弧状であるため、各ブラシ２１ａ〜２１ｃの周方向におけるブラシ幅の全域においてコンミテータ１０に接触させることが難しいためである。このため、電動モータ２の特性が確保される範囲（例えば、各ブラシ２１ａ〜２１ｃの周方向におけるブラシ幅の訳６０％以上で、かつ９５％未満）で、コンミテータ１０にブラシ２１ａ〜２１ｃが接触していればよい。このように構成することで、ブラシ２１ａ〜２１ｃの周方向におけるブラシ幅とセグメント幅との間に、設計公差をもたせることができ、生産性を向上させることができる。

さらに、上述の実施形態では、各ティース１２に巻回された第１、第２、第３の３つのコイル９１、９２、９３のターン数（巻線１４の巻回数）を特に規定していないが、以下のように規定することができる。
すなわち、各ティース１２に巻回された第１、第２、第３の３つのコイル９１、９２、９３の合計ターン数をｎ（ｎは３の倍数であって自然数）とした場合、第１、第２、第３の３つのコイル９１、９２、９３の各ターン数は、それぞれ同じ「ｎ／３」としてもよい。
また、進角２０°コイルのターン数をＴ１、進角０°コイルのターン数をＴ２、遅角２０°コイルのターン数をＴ３としたとき、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の大小関係を、
Ｔ２＞Ｔ１＞Ｔ３ ・・・（１）
を満たすように設定してもよい。ただし、「Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＝一定」の条件内でＴ１、Ｔ２、Ｔ３の大小関係を決めている。

このように、３つのコイル９１、９２、９３のターン数に変化を持たせることにより、遅角２０°コイルのセグメント間電圧を低下させることができる。このため、４極６スロット１８セグメントの電動モータ２において、より効果的にスパイク電圧や回転トルクの変動を抑制することができる。

ところで、上記の式（１）は、ブラシ２１の位置自体が進角されていない低速用ブラシ２１ａの場合であり、この低速用ブラシ２１ａの位置自体が進角されていると、進角の大きさに応じて変える必要がある。このため、
低速用ブラシ２１ａの進角θが
（１）０°≦θ≦３° の場合は、Ｔ２＞Ｔ１＞Ｔ３
（２）３°＜θ≦１０°の場合は、Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１
（３）θ＝２０°の場合は、 Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１
にそれぞれ設定することが望ましい。

なお、高速用ブラシ２１ｂの位置には、そもそも進角が設定されているが、低速用ブラシ２１ａと比較して使用頻度が少ないため、低速用ブラシ２１ａを基準に上記の条件を設定する。

１…減速機付モータ
２…電動モータ
３…回転軸
４…減速機構
５…ヨーク
６…アーマチュア
７…モータマグネット
８…アーマチュアコア
９…アーマチュアコイル（コイル）
１０…コンミテータ
１２…ティース
１３…スロット
１４…巻線（コイル）
１５，２１５，３１５，４１５…不等セグメント（セグメント）
２１ａ…低速用ブラシ（ブラシ）
２１ｂ…高速用ブラシ（ブラシ）
２１ｃ…共通ブラシ（ブラシ）
９１，９２，９３…コイル

Claims (10)

1. 周方向に４極の磁極が配列されたモータマグネットと、
   前記モータマグネット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、径方向外方に向かって放射状に延びる６つのティースおよびこれらティース間に形成される６つのスロットを有するアーマチュアコアと、
   各前記ティースにそれぞれ集中巻方式にて巻装されたコイルと、
   前記回転軸と一体回転するよう設けられ、１８つ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、を備え、
   各前記ティースにそれぞれ３つの前記コイルが巻回され、
   前記３つの前記コイルが、順方向に巻回して形成された１つの順巻きコイルと、逆方向に巻回して形成された２つの逆巻きコイルと、により構成されている電動モータであって、
   前記セグメントに１番から１８番まで周方向に順に番号を付し、
   各前記ティースを周方向にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順で割り当て、各相に巻装されている前記順巻きコイルをそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルとし、各相に巻装されている前記逆巻きコイルをそれぞれ−Ｕ相、−Ｖ相、−Ｗ相のコイルとしたとき、
   １番の前記セグメントから１８番の前記セグメントの各隣接する前記セグメント間に、Ｕ相、−Ｗ相、−Ｗ相、Ｖ相、−Ｕ相、−Ｕ相、Ｗ相、−Ｖ相、−Ｖ相のコイルがこの順で電気的に接続され、
   １番の前記セグメントの周方向におけるセグメント幅と比較して、３，６，９，１２，１５，１８番の各前記セグメントの前記セグメント幅が小さく設定されていることを特徴とする電動モータ。
2. ３つの前記コイルのうち、１つのコイルのターン数が他の２つのコイルのターン数よりも少なく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
3. ３，６，９，１２，１５，１８番の各前記セグメント以外の前記セグメントの前記セグメント幅は、全て同一に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動モータ。
4. １，４，７，１０，１３，１６番の各前記セグメントの前記セグメント幅が、それぞれ同一に設定されていると共に、２，５，８，１１，１４，１７番の各前記セグメントの前記セグメント幅が、それぞれ同一に設定されており、
   ２，５，８，１１，１４，１７番の各前記セグメントの前記セグメント幅は、１，４，７，１０，１３，１６番の各前記セグメントの前記セグメント幅よりも小さく設定されており、かつ、３，６，９，１２，１５，１８番の各前記セグメントの前記セグメント幅よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動モータ。
5. １，４，７，１０，１３，１６番の各前記セグメント以外の前記セグメントの前記セグメント幅は、全て同一に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動モータ。
6. １，４，７，１０，１３，１６番の各前記セグメントの前記セグメント幅が、それぞれ同一に設定されていると共に、２，５，８，１１，１４，１７番の各前記セグメントの前記セグメント幅が、それぞれ同一に設定されており、
   １，４，７，１０，１３，１６番の各前記セグメントの前記セグメント幅は、２，５，８，１１，１４，１７番の各前記セグメントの前記セグメント幅よりも小さく設定されており、かつ３，６，９，１２，１５，１８番の各前記セグメントの前記セグメント幅よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動モータ。
7. 前記セグメントのうち、前記セグメント幅が最も小さい前記セグメントの前記セグメント幅は、前記ブラシの周方向におけるブラシ幅と同一に設定されていることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の電動モータ。
8. 前記セグメントのうち、前記セグメント幅が最も小さい前記セグメントの前記セグメント幅は、前記ブラシの周方向におけるブラシ幅よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の電動モータ。
9. 前記ブラシは、低速用ブラシ、高速用ブラシ、共通ブラシの３つのブラシのみで構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の電動モータ。
10. 請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の電動モータと、
    前記電動モータに連結され前記電動モータの回転軸の回転を減速して出力する減速機構と、
    を備えたことを特徴する減速機付モータ。

Images