JP4358490B2 - 直流機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流機に関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より、直流機のマグネットの磁極数を多極化する際、マグネット磁極数に対するコイル磁極の数や整流子のセグメントの数、巻線の結線構造といった種々の構成要素の組み合わせを最適化することが要求されている。
【0003】
本発明は、所定構成要素を最適化して高性能な直流機を提供することを目的としている。
【0004】
【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、複数の界磁極を有する固定子と、複数のセグメントからなる整流子を有し、所定のセグメントに結線された複数の電機子コイルを電機子コアに巻装してなる電機子と、前記整流子のセグメントに摺接して給電を行う陽極側及び陰極側ブラシとを備えた直流機であって、前記界磁極の磁極数を「6」とし、前記電機子コイルのコイル数を「8」とし、前記整流子のセグメント数を「24」とし、前記電機子コイルを前記電機子コアのティースに集中巻きにて構成するとともに、前記電機子コイルの全部を1つの閉ループを構成するように直列に接続し且つ前記ブラシ間の並列回路数が「2」となるように該電機子コイルを結線し、前記複数の電機子コイルは、1本の巻線が切断されることなく前記整流子の所定セグメントへの結線と所定の前記ティースへの巻回とが交互に繰り返され全ティースに巻回されて構成され、前記所定セグメントへの結線を挟んで巻回される前後の前記ティースはティース2個おきに設定されるとともに前記巻線が結線される前記セグメントはセグメント2個おきに設定され、前記所定の前記ティースへの巻回前後に前記巻線が結線されるセグメント間には前記セグメントが8個存在するよう設定されており、前記ブラシの数は「6」とされ、各ブラシは、周方向の中心線が前記界磁極の周方向の中心線と一致するように、等角度間隔に配置された。
【0006】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の直流機において、連続して巻回される2つの前記電機子コイル間で結線される前記セグメントは、それら電機子コイルが巻回される前記各ティース間の周方向中央に位置している。
【0009】
(作用)
請求項1に記載の発明によれば、直流機は、界磁極の磁極数が「6」とされ、電機子コイルのコイル数が「8」とされ、整流子のセグメント数が「24」とされ、電機子コイルが電機子コアのティースに集中巻きにて構成されるとともに、電機子コイルの全部が1つの閉ループを構成するように直列に接続され且つ陽極側及び陰極側ブラシ間の並列回路数が「2」となるように該電機子コイルが結線される。つまり、界磁極の磁極数が偶数であるので界磁極のバランスが良く、しかも「6」で且つ「2」で割ると奇数になる偶数であるので、径方向に対向する界磁極は互いに異極になる。そのため、整流の良好な直流機を構成し易い。又、電機子コイルのコイル数が偶数であるので電機子コイルのバランスが良く、しかも「8」で且つ界磁極の磁極数の整数倍とならない偶数で構成されるので、直流機として成立しない組み合わせを容易に排除できる。又、整流子のセグメント数は、界磁極の磁極数と電機子コイルのコイル数とで容易に設定できる。又、電機子コイルが電機子コアのティースに集中巻きにて構成されるとともに、電機子コイルの全部が1つの閉ループを構成するように直列に接続され且つ陽極側及び陰極側ブラシ間の並列回路数が「2」となるように該電機子コイルが結線される。そのため、個々の電機子コイルにかかる電圧を小さくすることができるので、整流が良好となる。又、直流機の発生トルクは、陽極側及び陰極側ブラシ間の並列回路数の増加に伴って減少すること知られており、並列回路数が「2」の直流機は大きな発生トルクを得ることができる。因みに、並列回路数を「4」とした直流機で並列回路数「2」の直流機と同等のトルクを発生させる場合、電機子コイルの巻き数を2倍とする必要があるため、該コイルのインダクタンスが増加し、整流が厳しくなってしまうので、この点からも並列回路数を「2」とすれば、整流が良好となる。このように、これら所定構成要素を最適化することで、高性能な直流機を構成することができる。
【0010】
また、複数の電機子コイルは、整流子の所定セグメントへの結線と所定のティースへの巻回とを交互に繰り返して構成されるものである。このようにすれば、1本の巻線を切断することなく、全電機子コイルを巻回することができる。そのため、電機子コイルの巻線作業を容易とすることができる。
【0011】
請求項2に記載の発明によれば、連続して巻回される2つの電機子コイル間で結線されるセグメントは、それら電機子コイルが巻回される各ティース間の周方向中央に位置している。このようにすれば、電機子コイルの結線構造が簡単となり、電機子コイルの巻線作業をより容易とすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した第1実施形態を図面に従って説明する。
【0015】
図1に示すように、本実施形態の直流機101は、固定子102と回転子である電機子103を備えている。固定子102は、円筒状のヨーク104と6個の界磁極としてのマグネット105とを備え、該ヨーク104の内周面に等角度(60°)間隔に配置固定されている。つまり、本実施形態では、マグネット磁極数Pを「6」としている。これらマグネット105の内側には、電機子103が回転可能に収容されている。
【0016】
電機子103は、回転軸103aを有している。回転軸103aには、電機子コア(以下、単にコアとする)103bが固定されている。コア103bは8個のティース、即ち第1〜第8ティース106a〜106hを有し、各ティース106a〜106h間には8個のスロット、即ち第1〜第8スロット107a〜107hが形成されている。尚、第1スロット107aは第4,第5ティース106d,106eの間のスロット107とし、第1〜第8ティース106a〜106h及び第1〜第8スロット107a〜107hは図1において時計回り方向に順に配置されている。
【0017】
又、電機子103は、整流子108を有している。整流子108は24個のセグメント、即ち第1〜第24セグメント1〜24を有し、各セグメント1〜24が等角度間隔に設けられている。このセグメントの個数の「24」は、前記マグネット磁極数P及び後述するコイル数Cを用い、次式「(磁極数P×コイル数C)/2」から求められる。尚、第1セグメント1は前記第1スロット107aの周方向中央位置にあるセグメント(前記第4,第5ティース106d,106eの中間位置にあるセグメント)であり、第1〜第24セグメント1〜24は図1において時計回り方向に順に配置されている。
【0018】
ここで、本実施形態の電機子103の巻線結線を説明する。
図1及び図2に示すように、第1セグメント1に結線した巻線109(図1において破線で示す)を、第3スロット107cと第2スロット107b間の第6ティース106fに所定ターン数にて巻回した後、第10セグメント10に結線させる。次いで、第10セグメント10に結線した巻線109を、第6スロット107fと第5スロット107e間の第1ティース106aに所定ターン数にて巻回した後、第19セグメント19に結線させる。次いで、第19セグメント19に結線した巻線109を、第1スロット107aと第8スロット107h間の第4ティース106dに所定ターン数にて巻回した後、第4セグメント4に結線させる。
【0019】
次いで、第4セグメント4に結線した巻線109(図1において実線で示す)を、第4スロット107dと第3スロット107c間の第7ティース106gに所定ターン数にて巻回した後、第13セグメント13に結線させる。次いで、第13セグメント13に結線した巻線109を、第7スロット107gと第6スロット107f間の第2ティース106bに所定ターン数にて巻回した後、第22セグメント22に結線させる。次いで、第22セグメント22に結線した巻線109を、第2スロット107bと第1スロット107a間の第5ティース106eに所定ターン数にて巻回した後、第7セグメント7に結線させる。
【0020】
次いで、第7セグメント7に結線した巻線109(図1において2点鎖線で示す)を、第5スロット107eと第4スロット107d間の第8ティース106hに所定ターン数にて巻回した後、第16セグメント16に結線させる。次いで、第16セグメント16に結線した巻線109を、第8スロット107hと第7スロット107g間の第3ティース106cに所定ターン数にて巻回した後、前記第1セグメント1に結線させ、巻線109の巻回を終了する。
【0021】
即ち、本実施形態では、2個おきのセグメント1,4,…,22が使用されており、該セグメント1,4,…,22への結線とティース106a〜106hへの巻回(この場合、集中巻き)とを交互に繰り返して、8個の電機子コイル、即ち第1〜第8コイル110a〜110hが構成されている。つまり、本実施形態では、コイル数Cを「8」としている。又、本実施形態では、第6コイル110f(第6ティース106f)と第10セグメント10への結線を挟んで第1コイル110a(第1ティース106a)とが、ティース2個おきとなっており、これがコイル110a〜110hの全部にわたって繰り返される。つまり、本実施形態では、1本の巻線109を切断することなく、コイル110a〜110hの全部が巻回できるように構成されている。尚、この場合、連続して巻回される2つのコイル110a〜110h間で結線されるセグメント1,4,…,22は、それらコイル110a〜110hが巻回される各ティース106a〜106h間の周方向中央に位置している。又、本実施形態では、コイル110a〜110hの全部が1つの閉ループを構成するように直列に接続されている。
【0022】
前記整流子108には、図示しないブラシホルダにて保持された6個のブラシ、即ち第1〜第6ブラシ111a〜111fがそれぞれ摺接する。各ブラシ111a〜111fは、幅方向(周方向)の中心線が各マグネット105の周方向の中心線と一致するように、等角度(60°)間隔に配置されている。尚、第1〜第6ブラシ111a〜111fは図1において時計回り方向に順に配置され、第1,第3,第5ブラシ111a,111c,111eは陽極側(+極側)ブラシであり、第2,第4,第6ブラシ111b,111d,111fは陰極側(−極側)ブラシである。そして、各ブラシ111a〜111fは、整流子108から電機子103の回転のための駆動電流を供給する。
【0023】
ここで、図1及び図2に示すように、仮に第1ブラシ111aが第22セグメント22にのみ接触している時(非整流時)、給電を行っている陽極側のブラシは第1ブラシ111aであり、陰極側のブラシは第4ブラシ111dである。この場合、これら両ブラシ111a,111d間には、第5コイル110eと第8コイル110hと第3コイル110cと第6コイル110fとが直列に接続した状態となるとともに、第2コイル110bと第7コイル110gと第4コイル110dと第1コイル110aとが直列に接続した状態となる。つまり、本実施形態の巻線109の結線構造では、給電を行っている一対の陽極側及び陰極側ブラシ(この場合、ブラシ111a,111d)間の並列回路数が「2」となるように構成されている。
【0024】
次に、本実施形態の特徴を以下に述べる。
(1)本実施形態の直流機101は、界磁極であるマグネット105の磁極数Pが「2」で割ると奇数になる偶数の「6」で構成され、コイル110a〜110hのコイル数Cがマグネット105の磁極数Pの整数倍とならない「8」で構成され、整流子108のセグメント数が24((磁極数P×コイル数C)/2」で構成されている。又、本実施形態の直流機101は、コイル110a〜110hがコア103bのティース106a〜106hに集中巻きにて構成されるとともに、コイル110a〜110hの全部が1つの閉ループを構成するように直列に接続され且つ給電を行っている一対の陽極側及び陰極側ブラシ111a〜111f間の並列回路数が「2」となるように該コイル110a〜110hが結線されている。
【0025】
つまり、マグネット105の磁極数Pが偶数であるのでマグネット105のバランスが良く、しかも磁極数Pの「6」は「2」で割ると奇数になる偶数であるので、径方向に対向するマグネット105は互いに異極になる。そのため、整流の良好な直流機101を構成し易い。又、コイル110a〜110hのコイル数Cが偶数であるのでコイル110a〜110hのバランスが良く、しかもコイル数Cの「8」はマグネット105の磁極数Pの整数倍とならない偶数で構成されるので、直流機101として成立しない組み合わせを容易に排除できる。又、整流子108のセグメント数は、マグネット105の磁極数Pとコイル110a〜110hのコイル数Cとで容易に設定できる。又、コイル110a〜110hがコア103bのティース106a〜106hに集中巻きにて構成されるとともに、コイル110a〜110hの全部が1つの閉ループを構成するように直列に接続され且つ給電を行っている一対の陽極側及び陰極側ブラシ111a〜111f間の並列回路数が「2」となるように該コイル110a〜110hが結線される。そのため、個々のコイル110a〜110hにかかる電圧を小さくすることができるので、整流が良好となる。又、直流機101の発生トルクは、陽極側及び陰極側ブラシ111a〜111f間の並列回路数の増加に伴って減少すること知られており、並列回路数が「2」の直流機101は大きな発生トルクを得ることができる。因みに、並列回路数を「4」とした直流機で並列回路数「2」の直流機101と同等のトルクを発生させる場合、コイルの巻き数を2倍とする必要があるため、該コイルのインダクタンスが増加し、整流が厳しくなってしまうので、この点からも並列回路数を「2」とすれば、整流が良好となる。このように、本実施形態ではこれら所定構成要素を最適化して、高性能な直流機101を構成することができる。又、本実施形態では、マグネット105の磁極数Pを「6」、コイル110a〜110hのコイル数Cを「8」で構成したことにより、マグネット105の磁極数P及びコイル110a〜110hのコイル数Cを少なく構成することができる。
【0026】
因みに、本実施形態では、マグネット105の磁極数Pを「6」、コイル110a〜110hのコイル数Cを「8」としたが、マグネット(界磁極)の磁極数Pを「6」以上で且つ「2」で割ると奇数になる偶数で構成し、電機子コイルのコイル数Cを「8」以上で且つ界磁極の磁極数Pの整数倍とならない偶数で構成し、整流子のセグメント数を(磁極数P×コイル数C)/2で構成し、電機子コイルを電機子コアのティースに集中巻きにて構成するとともに、電機子コイルの全部を1つの閉ループを構成するように直列に接続し且つ陽極側及び陰極側ブラシ間の並列回路数が「2」となるように該電機子コイルを結線すれば、上記と同様に高性能な直流機を構成することができる。
【0027】
(2)本実施形態のコイル110a〜110hは、整流子108の所定セグメント1,4,…,22への結線と所定のティース106a〜106hへの巻回とを交互に繰り返して構成されるものである。そして、ティース106a〜106hに巻回されるコイル110a〜110hと該セグメント1,4,…,22への結線を挟んだ次のティース106a〜106hに巻回されるコイル110a〜110hとが、ティース2個おきに設定されている。このようにすれば、1本の巻線109を切断することなく、全コイル110a〜110hを巻回することができる。そのため、コイル110a〜110hの巻線作業を容易とすることができる。
【0028】
因みに、コイル数Cを上記に従って増加させた場合、「1」を加算した数が電機子コイルのコイル数Cの半分以下で且つ該コイル数Cを割り切れない偶数おきに設定すれば、1本の巻線を切断することなく全電機子コイルを巻回することができ、電機子コイルの巻線作業を容易とすることができる。
【0029】
(3)本実施形態では、連続して巻回される2つのコイル110a〜110h間で結線されるセグメント1,4,…,22は、それらコイル110a〜110hが巻回される各ティース106a〜106h間の周方向中央に位置している。このようにすれば、コイル110a〜110hの結線構造が簡単となり、コイル110a〜110hの巻線作業をより容易とすることができる。
【0030】
(第2実施形態)
以下、本発明を具体化した第2実施形態を図面に従って説明する。尚、前記第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【0031】
図3は、本実施形態の直流機101aの展開図を示す。本実施形態の直流機101aは、6個のマグネット105と、8個の電機子コイル(第1〜第8コイル)112a〜112hと、24個のセグメント(第1〜第24セグメント)1〜24を有する整流子108と、8個の短絡部材(第1〜第8短絡線)113a〜113hと、2個のブラシ(第1,第2ブラシ)114a,114bとを備えている。
【0032】
第1コイル112aは、第2,第3セグメント2,3と結線され、第2コイル112bは、第5,第6セグメント5,6と結線されている。第3コイル112cは、第8,第9セグメント8,9と結線され、第4コイル112dは、第11,第12セグメント11,12と結線されている。第5コイル112eは、第14,第15セグメント14,15と結線され、第6コイル112fは、第17,第18セグメント17,18と結線されている。第7コイル112gは、第20,第21セグメント20,21と結線され、第8コイル112hは、第23,第24セグメント23,24と結線されている。因みに、本実施形態の各コイル112a〜112hは、図4に示すように、結線されるセグメント2,3,…,23,24とは回転軸103aを挟んだ反対側に位置する各ティース106a〜106hにそれぞれ巻線109が集中巻きされて構成される。尚、結線されるセグメント2,3,…,23,24の正面に位置する各ティース106a〜106hに巻線109を巻回して各コイル112a〜112hを形成してもよい。
【0033】
第1短絡線113aは、第9,第1,第17セグメント9,1,17を短絡し、第2短絡線113bは、第18,第10,第2セグメント18,10,2を短絡する。第3短絡線113cは、第3,第19,第11セグメント3,19,11を短絡し、第4短絡線113dは、第12,第4,第20セグメント12,4,20を短絡する。第5短絡線113eは、第21,第13,第5セグメント21,13,5を短絡し、第6短絡線113fは、第6,第22,第14セグメント6,22,14を短絡する。第7短絡線113gは、第15,第7,第23セグメント15,7,23を短絡し、第8短絡線113hは、第24,第16,第8セグメント24,16,8を短絡する。つまり、各短絡線113a〜113hは、同電位となる120°の間隔を有してそれぞれ配置される3個のセグメント1〜24同士を短絡する。又、このように各セグメント1〜24に対して短絡線113a〜113hを設定すると、各コイル112a〜112hと各短絡線113a〜113hとを1本の巻線109を切断することなく結線することができる。
【0034】
第1,第2ブラシ114a,114bは、幅方向(周方向)の中心線が所定のマグネット105の周方向の中心線と一致するように、互いに等角度(180°)間隔を有して配置されている。第1ブラシ114aは、陽極側(+極側)ブラシであり、第2ブラシ114bは陰極側(−極側)ブラシである。つまり、本実施形態では、陽極側及び陰極側ブラシが一対のブラシ114a,114bで駆動可能としている。
【0035】
次に、本実施形態の特徴を以下に述べる。
(1)本実施形態の直流機101aにおいても、前記第1実施形態の(1)で述べたように、界磁極であるマグネット105の磁極数Pが「2」で割ると奇数になる偶数の「6」で構成され、コイル112a〜112hのコイル数Cがマグネット105の磁極数Pの整数倍とならない偶数の「8」で構成され、整流子108のセグメント数が24((磁極数P×コイル数C)/2)で構成されている。又、本実施形態の直流機101aも、コイル112a〜112hがコア103bのティース106a〜106hに集中巻きにて構成されるとともに、コイル112a〜112hの全部が1つの閉ループを構成するように直列に接続され且つ陽極側及び陰極側ブラシ114a,114b間の並列回路数が「2」となるように該コイル112a〜112hが結線されている。そのため、本実施形態の直流機101aも、高性能に構成することができる。
【0036】
(2)本実施形態の直流機101aは、120°に位置する3個のセグメント1〜24同士を短絡する第1〜第8短絡線113a〜113hを備えており、陽極側及び陰極側ブラシが一対のブラシ114a,114bで駆動可能に構成されている。そのため、ブラシ数を低減できるので、ブラシ114a,114bを配置するスペースを小さくでき、直流機101aの小型化に貢献することができる。
【0037】
因みに、マグネット磁極数Pを増加させた場合、短絡線は「360°/(磁極数P/2)」に位置する「磁極数P/2」個のセグメント同士を短絡すれば、陽極側及び陰極側ブラシが一対で駆動することが可能となる。このようにすれば、上記と同様にブラシ数を低減できるので、ブラシを配置するスペースを小さくでき、直流機の小型化に貢献することができる。
【0038】
(3)本実施形態の各コイル112a〜112hは、結線されるセグメント2,3,…,23,24とは回転軸103aを挟んだ反対側に位置する各ティース106a〜106hに巻回されて構成されている。そのため、セグメント2,3,…,23,24から各ティース106a〜106hまで延びる渡り線(巻線109)を回転軸103aに略巻き付けるように配置できる。そのため、結線されるセグメント2,3,…,23,24の正面に位置する各ティース106a〜106hに巻線109を巻回する場合の渡り線と比べて、本実施形態では渡り線の径方向外側への突出が小さく抑えられる。そのため、渡り線の上に短絡線113a〜113hが乗り上げる際の該短絡線113a〜113hの径方向外側への突出が小さく抑えられ、直流機101aの小型化に貢献することができる。
【0039】
(第3実施形態)
以下、本発明を具体化した第3実施形態を図面に従って説明する。尚、前記実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【0040】
図5は、本実施形態の直流機101bの展開図を示す。本実施形態の直流機101bは、6個のマグネット105と、10個の電機子コイル(第1〜第10コイル)115a〜115jと、30個のセグメント(第1〜第30セグメント)1〜30を有する整流子116と、6個のブラシ(第1〜第6ブラシ)111a〜111fとを備えている。
【0041】
第1コイル115aは、第28,第7セグメント28,7と結線され、第2コイル115bは、第1,第10セグメント1,10と結線されている。第3コイル115cは、第4,第13セグメント4,13と結線され、第4コイル115dは、第7,第16セグメント7,16と結線されている。第5コイル115eは、第10,第19セグメント10,19と結線され、第6コイル115fは、第13,第22セグメント13,22と結線されている。第7コイル115gは、第16,第25セグメント16,25と結線され、第8コイル115hは、第19,第28セグメント19,28と結線されている。第9コイル115iは、第22,第1セグメント22,1と結線され、第10コイル115jは、第25,第4セグメント25,4と結線されている。
【0042】
因みに、本実施形態においても、2個おきのセグメント1,4,…,28が使用されており、該セグメント1,4,…,28への結線とティース(図示略)への巻回(この場合、集中巻き)とを交互に繰り返して、第1〜第10コイル115a〜115jが構成されている。又、本実施形態では、コイル115a〜115jは、該コイル115a〜115jの全部にわたってティース2個おき(コイル2個おき)に巻回されるので、1本の巻線109を切断することなく、コイル115a〜115jの全部が巻回できるように構成されている。尚、この場合、連続して巻回される2つのコイル115a〜115j間で結線されるセグメント1,4,…,28は、それらコイル115a〜115jが巻回される各ティース間の周方向中央に位置する。又、本実施形態では、コイル115a〜115jの全部が1つの閉ループを構成するように直列に接続されている。
【0043】
次に、本実施形態の特徴を以下に述べる。
(1)本実施形態の直流機101bにおいても、前記第1実施形態の(1)で述べたように、界磁極であるマグネット105の磁極数Pが「2」で割ると奇数になる偶数の「6」で構成され、コイル115a〜115jのコイル数Cがマグネット105の磁極数Pの整数倍とならない偶数の「10」で構成され、整流子116のセグメント数が30((磁極数P×コイル数C)/2)で構成されている。又、本実施形態の直流機101bも、コイル115a〜115jがティース(図示略)に集中巻きにて構成されるとともに、コイル115a〜115jの全部が1つの閉ループを構成するように直列に接続され且つ給電を行っている一対の陽極側及び陰極側ブラシ111a〜111f間の並列回路数が「2」となるように該コイル115a〜115jが結線されている。そのため、本実施形態の直流機101bも、高性能に構成することができる。
【0044】
(2)本実施形態のコイル115a〜115jは、整流子116の所定セグメント1,4,…,28への結線と所定のティース(図示略)への巻回とを交互に繰り返して構成されるものである。そして、ティースに巻回されるコイル115a〜115jと該セグメント1,4,…,28への結線を挟んだ次のティースに巻回されるコイル115a〜115jとが、ティース2個おき(コイル2個おき)に設定されている。つまり、「1」を加算した数がコイル115a〜115jのコイル数Cの半分以下で且つ該コイル数Cを割り切れない偶数おきとしたので、1本の巻線109を切断することなく、全コイル115a〜115jを巻回することができる。そのため、コイル115a〜115jの巻線作業を容易とすることができる。
【0045】
(3)本実施形態では、連続して巻回される2つのコイル115a〜115j間で結線されるセグメント1,4,…,28は、それらコイル115a〜115jが巻回される各ティース間の周方向中央に位置する。このようにすれば、コイル115a〜115jの結線構造が簡単となり、コイル115a〜115jの巻線作業をより容易とすることができる。
【0046】
(第4実施形態)
以下、本発明を具体化した第4実施形態を図面に従って説明する。尚、前記実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【0047】
図6は、本実施形態の直流機101cの展開図を示す。本実施形態の直流機101cは、10個のマグネット117と、8個の電機子コイル(第1〜第8コイル)118a〜118hと、40個のセグメント(第1〜第40セグメント)1〜40を有する整流子119と、10個のブラシ(第1〜第10ブラシ)120a〜120jとを備えている。
【0048】
マグネット117は、ヨーク(図示略)の内周面に等角度(36°)間隔に配置固定されている。
第1コイル118aは、第35,第10セグメント35,10と結線され、第2コイル118bは、第40,第15セグメント40,15と結線されている。第3コイル118cは、第5,第20セグメント5,20と結線され、第4コイル118dは、第10,第25セグメント10,25と結線されている。第5コイル118eは、第15,第30セグメント15,30と結線され、第6コイル118fは、第20,第35セグメント20,35と結線されている。第7コイル118gは、第25,第40セグメント25,40と結線され、第8コイル118hは、第30,第5セグメント30,5と結線されている。
【0049】
因みに、本実施形態では、4個おきのセグメント5,10,…,40が使用されており、該セグメント5,10,…,40への結線とティース(図示略)への巻回(この場合、集中巻き)とを交互に繰り返して、第1〜第8コイル118a〜118hが構成されている。又、本実施形態では、コイル118a〜118hは、該コイル118a〜118hの全部にわたってティース2個おき(コイル2個おき)に巻回されるので、1本の巻線109を切断することなく、コイル118a〜118hの全部が巻回できるように構成されている。尚、この場合、連続して巻回される2つのコイル118a〜118h間で結線されるセグメント5,10,…,40は、それらコイル118a〜118hが巻回される各ティース間の周方向中央に位置する。又、本実施形態では、コイル118a〜118hの全部が1つの閉ループを構成するように直列に接続されている。
【0050】
第1〜第10ブラシ120a〜120jは、幅方向(周方向)の中心線が各マグネット117の周方向の中心線と一致するように、等角度(36°)間隔に配置されている。
【0051】
次に、本実施形態の特徴を以下に述べる。
(1)本実施形態の直流機101cにおいても、前記第1実施形態の(1)で述べたように、界磁極であるマグネット117の磁極数Pが「2」で割ると奇数になる偶数の「10」で構成され、コイル118a〜118hのコイル数Cがマグネット117の磁極数Pの整数倍とならない偶数の「8」で構成され、整流子119のセグメント数が40((磁極数P×コイル数C)/2)で構成されている。又、本実施形態の直流機101cも、コイル118a〜118hがティース(図示略)に集中巻きにて構成されるとともに、コイル118a〜118hの全部が1つの閉ループを構成するように直列に接続され且つ給電を行っている一対の陽極側及び陰極側ブラシ120a〜120j間の並列回路数が「2」となるように該コイル118a〜118hが結線されている。そのため、本実施形態の直流機101cも、高性能に構成することができる。
【0052】
(2)本実施形態のコイル118a〜118hは、整流子119の所定セグメント5,10,…,40への結線と所定のティース(図示略)への巻回とを交互に繰り返して構成されるものである。そして、ティースに巻回されるコイル118a〜118hと該セグメント5,10,…,40への結線を挟んだ次のティースに巻回されるコイル118a〜118hとが、ティース2個おき(コイル2個おき)に設定されている。つまり、「1」を加算した数がコイル118a〜118hのコイル数Cの半分以下で且つ該コイル数Cを割り切れない偶数おきとしたので、1本の巻線109を切断することなく、全コイル118a〜118hを巻回することができる。そのため、コイル118a〜118hの巻線作業を容易とすることができる。
【0053】
(3)本実施形態では、連続して巻回される2つのコイル118a〜118h間で結線されるセグメント5,10,…,40は、それらコイル118a〜118hが巻回される各ティース間の周方向中央に位置する。このようにすれば、コイル118a〜118hの結線構造が簡単となり、コイル118a〜118hの巻線作業をより容易とすることができる。
【0054】
(第5実施形態)
以下、本発明を具体化した第5実施形態を図面に従って説明する。尚、前記実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【0055】
図7は、本実施形態の直流機101dの展開図を示す。本実施形態の直流機101dは、10個のマグネット117と、12個の電機子コイル(第1〜第12コイル)121a〜121lと、60個のセグメント(第1〜第60セグメント)1〜60を有する整流子122と、10個のブラシ(第1〜第10ブラシ)120a〜120jとを備えている。
【0056】
第1コイル121aは、第50,第15セグメント50,15と結線され、第2コイル121bは、第55,第20セグメント55,20と結線されている。第3コイル121cは、第60,第25セグメント60,25と結線され、第4コイル121dは、第5,第30セグメント5,30と結線されている。第5コイル121eは、第10,第35セグメント10,35と結線され、第6コイル121fは、第15,第40セグメント15,40と結線されている。第7コイル121gは、第20,第45セグメント20,45と結線され、第8コイル121hは、第25,第50セグメント25,50と結線されている。第9コイル121iは、第30,第55セグメント30,55と結線され、第10コイル121jは、第35,第60セグメント35,60と結線されている。第11コイル121kは、第40,第5セグメント40,5と結線され、第12コイル121lは、第45,第10セグメント45,10と結線されている。
【0057】
因みに、本実施形態においても、4個おきのセグメント5,10,…,60が使用されており、該セグメント5,10,…,60への結線とティース(図示略)への巻回(この場合、集中巻き)とを交互に繰り返して、第1〜第12コイル121a〜121lが構成されている。又、本実施形態では、コイル121a〜121lは、該コイル121a〜121lの全部にわたってティース4個おき(コイル4個おき)に巻回されるので、1本の巻線109を切断することなく、コイル121a〜121lの全部が巻回できるように構成されている。尚、この場合、連続して巻回される2つのコイル121a〜121l間で結線されるセグメント5,10,…,60は、それらコイル121a〜121lが巻回される各ティース間の周方向中央に位置する。又、本実施形態では、コイル121a〜121lの全部が1つの閉ループを構成するように直列に接続されている。
【0058】
次に、本実施形態の特徴を以下に述べる。
(1)本実施形態の直流機101dにおいても、前記第1実施形態の(1)で述べたように、界磁極であるマグネット117の磁極数Pが「2」で割ると奇数になる偶数の「10」で構成され、コイル121a〜121lのコイル数Cがマグネット117の磁極数Pの整数倍とならない偶数の「12」で構成され、整流子122のセグメント数が60((磁極数P×コイル数C)/2)で構成されている。又、本実施形態の直流機101dも、コイル121a〜121lがティース(図示略)に集中巻きにて構成されるとともに、コイル121a〜121lの全部が1つの閉ループを構成するように直列に接続され且つ給電を行っている一対の陽極側及び陰極側ブラシ120a〜120j間の並列回路数が「2」となるように該コイル121a〜121lが結線されている。そのため、本実施形態の直流機101dも、高性能に構成することができる。
【0059】
(2)本実施形態のコイル121a〜121lは、整流子122の所定セグメント5,10,…,60への結線と所定のティース(図示略)への巻回とを交互に繰り返して構成されるものである。そして、ティースに巻回されるコイル121a〜121lと該セグメント5,10,…,60への結線を挟んだ次のティースに巻回されるコイル121a〜121lとが、ティース4個おき(コイル4個おき)に設定されている。つまり、「1」を加算した数がコイル121a〜121lのコイル数Cの半分以下で且つ該コイル数Cを割り切れない偶数おきとしたので、1本の巻線109を切断することなく、全コイル121a〜121lを巻回することができる。そのため、コイル121a〜121lの巻線作業を容易とすることができる。
【0060】
(3)本実施形態では、連続して巻回される2つのコイル121a〜121l間で結線されるセグメント5,10,…,60は、それらコイル121a〜121lが巻回される各ティース間の周方向中央に位置する。このようにすれば、コイル121a〜121lの結線構造が簡単となり、コイル121a〜121lの巻線作業をより容易とすることができる。
【0061】
尚、本発明の各実施形態は、以下のように変更してもよい。
○上記第2実施形態で用いた短絡線113a〜113hの各セグメント1〜24との接続はこれに限らず適宜変更してもよい。又、短絡線113a〜113hを巻線109の一部を用いて構成したが、金属板で形成した短絡板を用いて構成してもよい。尚、この短絡板をリング状又は円弧状に形成し、回転軸103aに挿通させて軸方向に積層するように構成すれば、コンパクトに構成することができる。又、このような短絡線や短絡板といった短絡部材を、第3〜第5実施形態の直流機101b〜101dに適用してもよい。このようにすれば、第3〜第5実施形態の直流機101b〜101dのブラシ数を低減することができる。
【0062】
○上記第1,第2実施形態では、マグネット(界磁極)の磁極数Pを「6」、電機子コイルのコイル数Cを「8」とし、第3実施形態では、マグネット(界磁極)の磁極数Pを「6」、電機子コイルのコイル数Cを「10」とし、第4実施形態では、マグネット(界磁極)の磁極数Pを「10」、電機子コイルのコイル数Cを「8」とし、第5実施形態では、マグネット(界磁極)の磁極数Pを「10」、電機子コイルのコイル数Cを「12」とした。これら磁極数P,コイル数Cは、これに限定されるものではなく、適宜変更してもよい。即ち、マグネット(界磁極)の磁極数Pを「6」以上で且つ「2」で割ると奇数になる偶数とし、電機子コイルのコイル数Cを「8」以上で且つ界磁極の磁極数Pの整数倍とならない偶数とすれば、適宜変更してもよい。
【0063】
○上記各実施形態では、界磁極としてマグネット105,117を用いたが、コイルを用いた界磁極であってもよい。
上記各実施形態から把握できる技術的思想を以下に記載する。
【0064】
(イ)前記界磁極は、マグネットである。
【0065】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、所定構成要素を最適化して高性能な直流機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施形態の直流機を説明するための概略構成図。
【図2】 第1実施形態の直流機の展開図。
【図3】 第2実施形態の直流機の展開図。
【図4】 第2実施形態の直流機の巻き線の結線を説明するための説明図。
【図5】 第3実施形態の直流機の展開図。
【図6】 第4実施形態の直流機の展開図。
【図7】 第5実施形態の直流機の展開図。
【符号の説明】
1〜24,1〜30,1〜40,1〜60…セグメント、102…固定子、103…電機子、105…界磁極としてのマグネット、108…整流子、110a〜110h…電機子コイルとしての第1〜第8コイル、111a〜111f…ブラシとしての第1〜第6ブラシ、112a〜112h…電機子コイルとしての第1〜第8コイル、113a〜113h…短絡部材としての第1〜第8短絡線、114a,114b…ブラシとしての第1,第2ブラシ、115a〜115j…電機子コイルとしての第1〜第10コイル、116…整流子、117…界磁極としてのマグネット、118a〜118h…電機子コイルとしての第1〜第8コイル、119…整流子、120a〜120j…ブラシとしての第1〜第10ブラシ、121a〜121l…電機子コイルとしての第1〜第12コイル、122…整流子、P…界磁極の磁極数としてのマグネット磁極数、C…電機子コイルのコイル数。
Claims (2)
- 複数の界磁極を有する固定子と、
複数のセグメントからなる整流子を有し、所定のセグメントに結線された複数の電機子コイルを電機子コアに巻装してなる電機子と、
前記整流子のセグメントに摺接して給電を行う陽極側及び陰極側ブラシと、
を備えた直流機であって、
前記界磁極の磁極数を「6」とし、
前記電機子コイルのコイル数を「8」とし、
前記整流子のセグメント数を「24」とし、
前記電機子コイルを前記電機子コアのティースに集中巻きにて構成するとともに、前記電機子コイルの全部を1つの閉ループを構成するように直列に接続し且つ前記ブラシ間の並列回路数が「2」となるように該電機子コイルを結線し、
前記複数の電機子コイルは、1本の巻線が切断されることなく前記整流子の所定セグメントへの結線と所定の前記ティースへの巻回とが交互に繰り返され全ティースに巻回されて構成され、
前記所定セグメントへの結線を挟んで巻回される前後の前記ティースはティース2個おきに設定されるとともに前記巻線が結線される前記セグメントはセグメント2個おきに設定され、前記所定の前記ティースへの巻回前後に前記巻線が結線されるセグメント間には前記セグメントが8個存在するよう設定されており、
前記ブラシの数は「6」とされ、各ブラシは、周方向の中心線が前記界磁極の周方向の中心線と一致するように、等角度間隔に配置されたことを特徴とする直流機。 - 請求項1に記載の直流機において、
連続して巻回される2つの前記電機子コイル間で結線される前記セグメントは、それら電機子コイルが巻回される前記各ティース間の周方向中央に位置していることを特徴とする直流機。
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