JP3745533B2

JP3745533B2 - 電機子

Info

Publication number: JP3745533B2
Application number: JP13994398A
Authority: JP
Inventors: 真史山村; 純夫簗瀬; 明福島
Original assignee: Asmo Co Ltd; Denso Corp
Current assignee: Asmo Co Ltd; Denso Corp
Priority date: 1998-05-21
Filing date: 1998-05-21
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2018-05-21
Also published as: JPH11341723A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は直流機の電機子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
直流モータのような直流機を駆動させるとき、電機子に給電させる必要がある。電機子に給電するのは、リード線にて外部電源に連結されたブラシを電機子のコンミテータに当接させることにより行われている。ブラシの数（対数、正負のブラシを１対のブラシという）は、電機子の界磁数、スロット数及びセグメント数（即ち異なるセグメントの位相数）によって異なる。例えば、４界磁、５スロット、１０セグメント（異なる位相数が２つある）の電機子の場合は、４個（２対）のブラシが設けられている。そして、この種のモータにおいて、特開昭５９−１６５９４７号公報には、ブラシ数（対数）を少なくしてモータの小型化を図るための同位相セグメント同士を最短距離で短絡線にて短絡させたものが開示されている。また、一度ティースに巻装した後に同位相セグメント同士を接続するようにした短絡線（先の短絡線と区別するために、以下、接続用巻線という）も提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の巻線方法にて巻装された電機子では、起電力用巻線と接続用巻線とは同位相のスロット間に巻装されていないため、接続用巻線に流れる電流による起電力は起電力用巻線に流れる電流による起電力のブレーキ力となるため、直流モータの出力が低減されるという問題点があった。
【０００４】
また、従来の巻装方法は起電力用巻線の巻装が終了する後に、接続用巻線の巻装が行われる巻装方法である。つまり、接続用巻線が起電力用巻線の外側に巻装されている。従って、電機子回転の遠心力又は電機子の振動などによって接続用巻線は脱落するといった不具合が発生するといった問題点がある。
【０００５】
本発明の目的は直流モータの出力が低減されることはなく、接続用巻線の脱落を防止することができる電機子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１に記載の発明は、回転軸の回りにｍ個の界磁を有し、スロット数ｓをｍ±１とする電機子において、起電力用巻線を巻装したスロット間にその起電力用巻線と同位相の接続用巻線を該接続用巻線に流れる電流の方向が起電力用巻線に流れる電流の方向と同方向となるように巻装したことを要旨とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電機子において、前記接続用巻線は、起電力用巻線より内側に巻装したことを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電機子において、回転軸の回りに界磁が４個であり、電機子のスロット数が５であり、コンミテータのセグメントの数が１０個であることを要旨とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電機子において、回転軸の回りに界磁が６個であり、電機子のスロット数が７であり、コンミテータのセグメントの数が２１個であることを要旨とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１に記載の電機子において、起電力用巻線は波巻で集中巻にて巻装されていることを要旨とする。
（作用）
従って、各請求項に記載の発明によれば、接続用巻線は起電力用巻線と同位相のスロット間に巻装されたため、接続用巻線に流れる電流の方向が起電力用巻線に流れる電流の方向と同方向であれば、接続用巻線に流れる電流による起電力は起電力用巻線に流れる電流による起電力を相殺することはなく、接続用巻線に流れる電流によるブレーキ力が発生されない。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、接続用巻線は、起電力用巻線より内側に巻装した。つまり、接続用巻線は、起電力用巻線により押さえられるため、電機子回転の遠心力又は電機子の振動などによる接続用巻線の脱落を防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、直流機としての直流モータ１１を構成するモータハウジング１２内には電機子１３が収容され、その電機子１３の回転軸１４は軸受１５，１６にて回転可能に支持されている。モータハウジング１２の内壁には、電機子１３を囲むようにｍ個の界磁１７が配置されている。本実施形態では、４個の界磁１７が配置されている。
【００１３】
電機子１３の外周には回転軸１４の軸線と平行なｓ（＝ｍ＋１）個のスロット２０が設けられている。スロット２０は、図２に示すように、くさび状の溝に形成されている。本実施形態では、５（＝４＋１）個のスロット２０が形成されている。また、各スロット２０間には、スロット２０側に延びた突部を有するティース２１が形成されている。ティース２１の突部は隣接する両スロット２０を覆うように突出形成され、該ティース２１は径方向に延びたＴ字断面形状に形成されている。
【００１４】
電機子１３の一端には、コンミテータ２２が設けられている。コンミテータ２２は（ｍ×ｓ／２）個のセグメント２３から構成されていて、本実施形態では１０（＝４×５／２）個のセグメント２３が設けられている。そして、このように構成された電機子１３に起電力用巻線２４及び接続用巻線２５が集中巻にて巻装される。
【００１５】
図２に示すように、２つの巻線機構の第１フォーマ３１及び第２フォーマ３２は、起電力用巻線２４及び接続用巻線２５を所定のスロットピッチでスロット２０内に導けるようにスロットピッチに対応した長さに形成されている。本実施形態では、第１フォーマ３１及び第２フォーマ３２はティース２１の１個分の長さに形成されている。また、第１フォーマ３１と第２フォーマ３２とは、ティース２１を１個分挟んだ位置となる間隔に配置されている。そして、図示しない巻線機構のフライヤにより起電力用巻線２４及び接続用巻線２５が第１及び第２フォーマ３１, ３２の回りに巻回されて、挿入すべきのスロット２０間に起電力用巻線２４及び接続用巻線２５が巻装される。
【００１６】
次に、電機子１３に起電力用巻線２４及び接続用巻線２５を集中巻にて巻装する場合の巻線方法について図２〜図５に従って説明する。
なお、図２〜図５では、巻線方法を分かりやすく説明するために、５個のスロット２０をそれぞれ区別するために番号「２０」に「ａ」〜「ｅ」の符号を付して第１〜第５スロット２０ａ〜２０ｅとし、１０個のセグメント２３をそれぞれ区別するために第１〜第１０セグメント１〜１０とする。また、５個のティース２１をそれぞれ区別するために番号「２１」に「ａ」〜「ｅ」の符号を付して第１〜第５ティース２１ａ〜２１ｅとする。
【００１７】
さらに、○中に「×」のある印は、起電力用巻線２４及び接続用巻線２５が紙面の手前から奥に進行していることを示し、○の中に「・」のある印は起電力用巻線２４及び接続用巻線２５が紙面の奥から手前に進行していることを示す。また、○の中を黒く塗りつぶした「●」の印は起電力用巻線２４が巻終わったことを示し、「☆」の印は巻端を同位相セグメント同士を接続するために１回巻した接続用巻線２５を示す。
【００１８】
まず、第１フォーマ３１と第２フォーマ３２が同時に別々のスロット２０間に接続用巻線２５の巻装が行われる。第１フォーマ３１では、第９セグメント９に接続用巻線２５を結線し、第１ティース２１ａと第２ティース２１ｂの間の第１スロット２０ａに接続用巻線２５を通す。次にスロットピッチに対応する第２ティース２１ｂと第３ティース２１ｃの間の第２スロット２０ｂに接続用巻線２５を通し、両スロット２０ａ，２０ｂ間の第２ティース２１ｂに接続用巻線２５を１回巻回した後、接続用巻線２５を前記第９セグメント９と相対応する同相セグメントの第８セグメント８に引っかける。
【００１９】
一方、第２フォーマ３２では、第５セグメント５に接続用巻線２５を結線し、第４ティース２１ｄと第５ティース２１ｅの間の第４スロット２０ｄに接続用巻線２５を通す。次にスロットピッチに対応する第５ティース２１ｅと第１ティース２１ａの間の第５スロット２０ｅに接続用巻線２５を通し、両スロット２０ｄ，２０ｅ間の第５ティース２１ｅに接続用巻線２５を１回巻回した後、接続用巻線２５を前記第５セグメント５と相対応する同相セグメントの第４セグメント４に引っかける。
【００２０】
接続用巻線２５の巻装が終了すると、電機子１３を回転させない状態で起電力用巻線２４の巻装がダブル巻にて行われる。つまり、図２（ｂ）に示すように、第１フォーマ３１では、第８セグメント８に引っかけた接続用巻線２５を起電力用巻線２４として、第１ティース２１ａと第２ティース２１ｂの間の第１スロット２０ａに通す。次に第２ティース２１ｂと第３ティース２１ｃの間の第２スロット２０ｂにその起電力用巻線２４を通し、第２ティース２１ｂに起電力用巻線２４を集中巻にて巻回した後、起電力用巻線２４を回転軸１４に絡み付くように回転軸１４に沿ってほぼ１周まわしてからセグメントピッチに対応する第３セグメント３に引っかける。
【００２１】
一方、これと同時に第２フォーマ３２では、第４セグメント４に引っかけた接続用巻線２５を起電力用巻線２４として、第４ティース２１ｄと第５ティース２１ｅの間の第４スロット２０ｄに通す。次に第５ティース２１ｅと第１ティース２１ａの間の第５スロット２０ｅに起電力用巻線２４を通し、第５ティース２１ｅに起電力用巻線２４を集中巻にて巻回した後、起電力用巻線２４を回転軸１４に絡み付くように回転軸１４に沿ってほぼ１周まわしてからセグメントピッチに対応する第９セグメント９に引っかける。
【００２２】
起電力用巻線２４の巻装が完了すると、図２（ａ）及び図２（ｂ）におけるスロット２０ａの位置にスロット２０ｃがくるように、図２（ｂ）に矢印にて示す反時計回り方向に、回転軸１４を中心に電機子１３を回転させて（本実施形態では、反時計回り方向に２１６（＝１８０＋３６０／１０）度回転させる）、第２フォーマ３２での巻装を止め、図３に示すように、第１フォーマ３１のみでシングル巻にて接続用巻線２５及び起電力用巻線２４の巻装が行われる。
【００２３】
第１フォーマ３１では、前記第３セグメント３に引っかけた起電力用巻線２４を接続用巻線２５として、第３ティース２１ｃと第４ティース２１ｄの間の第３スロット２０ｃに通す。次に第４ティース２１ｄと第５ティース２１ｅの間の第４スロット２０ｄに接続用巻線２５を通し、両スロット２０ｃ，２０ｄ間の第４ティース２１ｄに接続用巻線２５を１回巻回した後、接続用巻線２５を前記第３セグメント３と相対応する同相セグメントの第２セグメント２に引っかける。
【００２４】
接続用巻線２５の巻装が終了すると、電機子１３を回転させない状態で起電力用巻線２４の巻装が行われる。つまり、第１フォーマ３１では、第２セグメント２に引っかけた接続用巻線２５を起電力用巻線２４として、第３ティース２１ｃと第４ティース２１ｄの間の第３スロット２０ｃに通す。次に第４ティース２１ｄと第５ティース２１ｅの間の第４スロット２０ｄに起電力用巻線２４を通し、第４ティース２１ｄに起電力用巻線２４を集中巻にて巻回した後、起電力用巻線２４を回転軸１４に絡み付くように回転軸１４に沿ってほぼ１周まわしてからセグメントピッチに対応する第７セグメント７に引っかける。
【００２５】
起電力用巻線２４の巻装が完了すると、図３におけるスロット２０ｃの位置にスロット２０ｅがくるように、図３に矢印にて示す反時計回り方向に、回転軸１４を中心に電機子１３を回転させて（本実施形態では、反時計回り方向に２１６（＝１８０＋３６０／１０）度回転させる）、図４に示すように、第１フォーマ３１のみでシングル巻にて接続用巻線２５及び起電力用巻線２４の巻装が行われる。
【００２６】
第１フォーマ３１では、前記第７セグメント７に引っかけた起電力用巻線２４を接続用巻線２５として、第５ティース２１ｅと第１ティース２１ａの間の第５スロット２０ｅに通す。次に第１ティース２１ａと第２ティース２１ｂの間の第１スロット２０ａに接続用巻線２５を通し、両スロット２０ｅ，２０ａ間の第１ティース２１ａに接続用巻線２５を１回巻回した後、接続用巻線２５を前記第７セグメント７と相対応する同相セグメントの第６セグメント６に引っかける。
【００２７】
接続用巻線２５の巻装が終了すると、電機子１３を回転させない状態で起電力用巻線２４の巻装が行われる。つまり、第１フォーマ３１では、第６セグメント６に引っかけた接続用巻線２５を起電力用巻線２４として、第５ティース２１ｅと第１ティース２１ａの間の第５スロット２０ｅに通す。次に第１ティース２１ａと第２ティース２１ｂの間の第１スロット２０ａに起電力用巻線２４を通し、第１ティース２１ａに起電力用巻線２４を集中巻にて巻回した後、起電力用巻線２４を回転軸１４に絡み付くように回転軸１４に沿ってほぼ１周まわしてからセグメントピッチに対応する第１セグメント１に引っかける。
【００２８】
起電力用巻線２４の巻装が完了すると、図４におけるスロット２０ｅの位置にスロット２０ｂがくるように、図４に矢印にて示す反時計回り方向に、回転軸１４を中心に電機子１３を回転させて（本実施形態では、反時計回り方向に２１６（＝１８０＋３６０／１０）度回転させる）、図５に示すように、第１フォーマ３１のみでシングル巻にて接続用巻線２５及び起電力用巻線２４の巻装が行われる。
【００２９】
第１フォーマ３１では、前記第１セグメント１に引っかけた起電力用巻線２４を接続用巻線２５として、第２ティース２１ｂと第３ティース２１ｃの間の第２スロット２０ｂに通す。次に第３ティース２１ｃと第４ティース２１ｄの間の第３スロット２０ｃに接続用巻線２５を通し、両スロット２０ｂ，２０ｃ間の第３ティース２１ｃに接続用巻線２５を１回巻回した後、同接続用巻線２５を第１セグメント１と相対応する同相セグメントの第１０セグメント１０に引っかける。
【００３０】
接続用巻線２５の巻装が終了すると、電機子１３を回転させない状態で起電力用巻線２４の巻装が行われる。つまり、第１フォーマ３１では、第１０セグメント１０に引っかけた接続用巻線２５を起電力用巻線２４として、第２ティース２１ｂと第３ティース２１ｃの間の第２スロット２０ｂに通す。次に第３ティース２１ｃと第４ティース２１ｄの間の第３スロット２０ｃに起電力用巻線２４を通し、第３ティース２１ｃに起電力用巻線２４を集中巻にて巻回した後、起電力用巻線２４を回転軸１４に絡み付くように回転軸１４に沿ってほぼ１周まわしてからセグメントピッチに対応する第５セグメント５に引っかける。そして、起電力用巻線２４の端部を第５セグメント５に結線することにより、電機子１３へのワインディングが終了する。図６は上記巻線方法による接続の関係を示す。
【００３１】
次に、上記した巻線方法にて巻装された電機子１３の特徴を以下に述べる。
（１）本実施形態では、接続用巻線２５は起電力用巻線２４と同位相のスロット２０間に巻装された。しかも、接続用巻線２５に流れる電流の方向と起電力用巻線２４に流れる電流の方向とは同方向となるように接続用巻線２５と起電力用巻線２４とをワインディングした。従って、接続用巻線２５に流れる電流による起電力は起電力用巻線２４に流れる電流による起電力を相殺することはなく、接続用巻線２５に流れる電流によるブレーキ力の発生を防止することができる。その結果、直流モータの出力が低減されることを防止することができる。
【００３２】
（２）本実施形態では、ダブル巻及びシングル巻において、接続用巻線２５の巻装が終了する後に、起電力用巻線２４の巻装が行われるため、接続用巻線２５は起電力用巻線２４の内側に位置する。つまり、接続用巻線２５は起電力用巻線２４により押さえられている。従って、電機子回転の遠心力又は電機子の振動などによる接続用巻線２５の外れを防止することができる。その結果、接続用巻線２５の脱落を防止することができる。
【００３３】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○上記実施形態では、起電力用巻線２４及び接続用巻線２５をダブル巻にて巻装した後にシングル巻にて巻装して実施したが、全てのスロット（又はティース）に起電力用巻線２４及び接続用巻線２５をシングル巻にて巻装して実施してもよい。この場合、上記実施形態と同様な効果を奏することができる。
【００３４】
○上記実施形態では、巻装すべくティース２１に起電力用巻線２４を集中巻にて巻回した後、起電力用巻線２４を回転軸１４に絡み付くように回転軸１４に沿ってほぼ１周まわしてからセグメントピッチに対応するセグメント２３に引っかけるように実施したが、巻装すべくティース２１に起電力用巻線２４を集中巻にて巻回した後、起電力用巻線２４を直接に当該ティース２１の近傍のセグメントピッチに対応するセグメント２３に引っかけるように実施してもよい。この場合、上記実施形態と同様な効果を奏することができる。
【００３５】
○上記実施形態では、本発明を電機子の回転軸回りに４個の界磁を有する５スロット１０セグメント直流機の波巻を集中巻にて巻装した電機子に実施したが、５以上のスロットを有する他の直流機の波巻を集中巻にて巻装した電機子に実施してもよい。例えば、６個の界磁を有する７スロット２１セグメント直流機の波巻を集中巻にて巻装した電機子に実施した場合の接続の関係を図７に示す。この場合、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。また、電機子への起電力用巻線２４及び接続用巻線２５の巻装を２回以上のダブル巻にて行ってもよい。
【００３６】
○上記実施形態では、起電力用巻線２４は波巻で集中巻にて巻装されるように実施したが、巻装方法は限定されなく、例えば、常に、接続用巻線２５に流れる電流が起電力用巻線２４の起電力を妨げなければ、起電力用巻線２４及び接続用巻線２５のいずれか一方が集中巻で他方が分布巻で実施してもよい。この場合、上記実施形態とほぼ同様な効果を奏することができる。
【００３７】
○また、本発明を波巻に代えて重ね巻の直流モータに応用してもよい。この場合、上記実施形態とほぼ同様な効果を奏することができる。
○上記実施形態では、本発明を直流機としての直流モータの電機子に具体化したが、永久磁石モータ全般の電機子に具体化して実施してもよい。この場合、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように、各請求項に記載の発明によれば、直流モータの出力が低減されることを防止することができる。
【００３９】
また、請求項２に記載の発明によれば、接続用巻線の脱落を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】直流モータの断面図。
【図２】電機子への接続用巻線及び起電力用巻線の巻装を示す巻線方法説明図。
【図３】同じく電機子への接続用巻線及び起電力用巻線の巻装を示す巻線方法説明図。
【図４】同じく電機子への接続用巻線及び起電力用巻線の巻装を示す巻線方法説明図。
【図５】同じく電機子への接続用巻線及び起電力用巻線の巻装を示す巻線方法説明図。
【図６】電機子への接続用巻線及び起電力用巻線の巻装と等価する巻線方法説明図。
【図７】６極、７スロット２１セグメント電機子への起電力用巻線及び接続用巻線の巻装と等価する巻線方法説明図。
【符号の説明】
１１…直流モータ、１２…モータハウジング、１３…電機子、１４…回転軸、１７…界磁、２０，２０ａ〜２０ｅ…スロット、２１，２１ａ〜２１ｅ…ティース、２３…セグメント、２４…起電力用巻線、２５…接続用巻線、３１…第１フォーマ、３２…第２フォーマ。

Claims

回転軸（１４）の回りにｍ個の界磁（１７）を有し、スロット（２０）数ｓをｍ±１とする電機子において、
起電力用巻線（２４）を巻装したスロット（２０）間にその起電力用巻線（２４）と同位相の接続用巻線（２５）を該接続用巻線（２５）に流れる電流の方向が起電力用巻線（２４）に流れる電流の方向と同方向となるように巻装したことを特徴とする電機子。
請求項１に記載の電機子において、
前記接続用巻線（２５）は、起電力用巻線（２４）より内側に巻装したことを特徴とする電機子。
請求項１又は２に記載の電機子において、
回転軸（１４）の回りに界磁（１７）が４個であり、電機子（１３）のスロット（２０）数が５であり、コンミテータ（２２）のセグメント（２３）の数が１０個であることを特徴とする電機子。
請求項１又は２に記載の電機子において、
回転軸（１４）の回りに界磁（１７）が６個であり、電機子（１３）のスロット（２０）数が７であり、コンミテータ（２２）のセグメント（２３）の数が２１個であることを特徴とする電機子。
請求項１乃至４のいずれか１に記載の電機子において、
起電力用巻線（２４）は波巻で集中巻にて巻装されていることを特徴とする電機子。