JP4886469B2 - 直流モータのアーマチュア、直流モータ及び直流モータのアーマチュア巻線方法 - Google Patents

Description

この発明は、車両等に搭載される直流モータのアーマチュア、直流モータ及び直流モータのアーマチュア巻線方法に関するものである。

一般に、ブラシ付きの３相直流モータは、内周面に永久磁石を取り付けた円筒状のモータハウジング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。各ティースには巻線が巻装され、３相巻き構造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（コンミテータ片）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、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、いわゆる整流が行われ、アーマチュアコアが継続的に回転する。

このような３相直流モータにおいては、一極対あたりのセグメント数が３個になるためセグメント間電圧が大きくなりやすい。このため、アーマチュアの回転に伴いブラシからセグメントが離れるとき、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、ブラシ及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。
そこで、互いに隣接するセグメント間にコンデンサを電気的に接続することで、アーマチュアの回転に伴いコイルが放出する電磁エネルギーをコンデンサが一時的に蓄電し、コイルの電磁エネルギーがブラシとセグメントとの間に急激に加わることを防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、セグメント間の電圧を低減させる手段として、セグメント数をスロット数に対して２倍にすることが考えられる。この一例を図１１に示す。
図１１は、従来の３相直流の電動モータにおけるアーマチュア５０のセグメント５１とティース５２、モータハウジング２側に固着される永久磁石５３を展開した図面であり、隣接するティース５２間の空隙がスロット５４に相当している。
同図に示すように、この電動モータ５５は、永久磁石５３が２個、スロット５４が３個、セグメント５１が６個設けられた、いわゆる２極３スロット６セグメントのモータである。尚、各ティース５２には、それぞれＵ，Ｖ，Ｗ相がこの順で割り当てられている。

各ティース５２に巻線５６をそれぞれｎ（ｎは１以上の自然数）回順方向に巻装するものとすると、巻線５６は、例えば、その巻き始め端５７が１番セグメント５１ａより巻き始められた場合、まず、１番セグメント５１ａから１−３番ティース５２の間のスロット５４ａに引き込んで１番ティース５２にｎ／２回順方向に巻装する。続いて、１−２番ティース５２の間のスロット５４ｂから巻線５６を引き出し、一端２番セグメント５１ｂに接続する。そして、再びスロット５４ａに引き込んで１番ティース５２にｎ／２回順方向に巻装する。その後、スロット５４ｂから巻線５６を引き出し、巻き終り端５９を３番セグメント５１ｃに接続する。これを隣接するセグメント５１間で順次行うことにより、アーマチュア５０にアーマチュアコイル５５が形成される。
このように構成することにより、一極対あたりのセグメント数を増加させることができ、セグメント間の電圧を低減させることができる。
特開２００４−３２８９８７号公報

しかしながら、上述の従来技術にあっては、相毎に巻装されている巻線５６がそれぞれ３つのセグメント５１に接続されているため、これら１相に対するセグメントにおいて、整流が同一とならないことがある（図１１参照）。これをＵ相に巻装された巻線５６が接続されている１，２，３番セグメント５１ａ，５１ｂ，５１ｃを例に具体的に示す。図１１に示すように、アーマチュア５０の回転方向が矢印Ｂ方向（図１１における右から左に向かう方向）とすると、整流は進角（１−２番セグメント５１ａ，５１ｂ間）と遅角（２−３番セグメント５１ｂ，５１ｃ間）が混在した状態となる。この場合、相の中心である永久磁石５３の中心及びブラシ５８の中心Ｐと、１，２，３番セグメントの中心、つまり、整流の中心とがずれてしまい、進角側の巻線５６の整流状態が過度の過整流、遅角側の巻線５６の整流状態が過度の不足整流となってしまうことがある。このため、モータの性能向上を妨げてしまうという課題がある。

そこで、この発明は、セグメント数がスロット数に対して２倍の３相直流モータにおいて、整流を改善し、モータ性能を向上させることができる直流モータのアーマチュア、直流モータ及び直流モータのアーマチュア巻線方法を提供するものである。

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、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、少なくとも一対のブラシを介して給電される複数のセグメントを周方向に配置したコンミテータと、前記コンミテータに、同電位とするセグメント同士を短絡する短絡部材が設けられ、前記磁極と前記スロットと前記セグメントの個数比が２：３：６に設定された直流モータのアーマチュアであって、各ティースは、互いに隣接するセグメントの一方のセグメントに巻き始め端が電気的に接続されると共に、他方のセグメント、又は当該他方のセグメントに短絡したセグメントに巻き終わり端が電気的に接続され、同じ相に相当するティース同士に連続するように順方向に巻装された第一コイルと、互いに隣接する他のセグメントの一方のセグメントに巻き始め端が接続されると共に、他方のセグメント、又は当該他方のセグメントに短絡したセグメントに巻き終わり端が電気的に接続され、同じ相に相当するティース同士に連続するように逆方向に巻装された第二コイルとを備え、各ティースを周回り方向に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第一コイルをそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルとし、各相に巻装されている前記第二コイルをそれぞれ−Ｕ相、−Ｖ相、−Ｗ相のコイルとしたとき、隣接するセグメント間に、Ｕ相、−Ｗ相、Ｖ相、−Ｕ相、Ｗ相、−Ｖ相のコイルをこの順で電気的に接続すると共に、前記第一コイルの前記巻き始め端が接続されているセグメントと前記第二コイルの前記巻き始め端が接続されているセグメントとの相対位置が前記一対のブラシ同士の相対位置に対応するように設定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、セグメント数がスロット数に対して２倍であっても、相毎に巻装されている巻線を互いに隣接する２つのセグメント間に接続すればよく、相毎の整流の中心を隣接するセグメント間の中心とすることができる。つまり、セグメントとセグメントとの間のスリットを整流の中心とすることができる。
また、極数と同じ数のブラシを設ける必要がなくなり、ブラシの設置数を低減することができる。また、巻線の巻き始め端と巻き終わり端とを互いに隣接するセグメント間に接続する必要がなく、この隣接するセグメント間の電位差と等しい電位差を有するセグメント間であれば、任意のセグメント間に接続することができる。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の直流モータのアーマチュアを用いたことを特徴とする直流モータ。

請求項３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、少なくとも一対のブラシを介して給電される複数のセグメントを周方向に配置したコンミテータと、前記コンミテータに、同電位とするセグメント同士を短絡する短絡部材が設けられ、前記磁極と前記スロットと前記セグメントの個数比が２：３：６に設定された直流モータのアーマチュア巻線方法であって、同じ相に相当する複数のティースに、互いに隣接するセグメント間の一方のセグメントに巻き始め端が電気的に接続されると共に、他方のセグメント、又は当該他方のセグメントに短絡したセグメントに巻き終わり端が電気的に接続され、同じ相に相当するティース同士に連続するように第一コイルを順方向に連続して巻装し、互いに隣接する他のセグメント間の一方のセグメントに巻き始め端が接続されるとともに他方のセグメント又は当該他方のセグメントに短絡したセグメントに巻き終わり端が電気的に接続され、同じ相に相当するティース同士に連続するように第二コイルを逆方向に連続して巻装し、各ティースを周回り方向に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第一コイルをそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルとし、各相に巻装されている前記第二コイルをそれぞれ−Ｕ相、−Ｖ相、−Ｗ相のコイルとしたとき、隣接するセグメント間に、Ｕ相、−Ｗ相、Ｖ相、−Ｕ相、Ｗ相、−Ｖ相のコイルをこの順で電気的に接続すると共に、前記第一コイルの前記巻き始め端が接続されているセグメントと前記第二コイルの前記巻き始め端が接続されているセグメントとの相対位置を前記一対のブラシ同士の相対位置に対応するように設定することを特徴とする。

本発明によれば、セグメント数がスロット数に対して２倍であっても、相毎に巻装されている巻線を互いに隣接する２つのセグメント間に接続すればよく、相毎の整流の中心を隣接するセグメント間の中心とすることができる。つまり、セグメントとセグメントとの間のスリットを整流の中心とすることができるため、磁極の中心及びブラシの中心と、整流の中心を容易に合致させることができる。よって、モータ性能を向上させることができる。

また、極数と同じ数のブラシを設ける必要がなくなり、ブラシの設置数を低減させることができる。このため、部品点数を減少させることができ、製造コストを削減することができると共に、直流モータを小型化することが可能になる。
さらに、巻線の巻き始め端と巻き終わり端とを互いに隣接するセグメント間に接続する必要がなく、この隣接するセグメント間の電位差と等しい電位差を有するセグメント間であれば、任意のセグメント間に接続することができる。このため、巻線の巻き始め端と巻き終わり端をそれぞれの近傍に存在するセグメントに電気的に接続することができ、コンミテータとアーマチュアコアとの間の巻太りを防止することができる。よって、より直流モータの小型化を図ることができる。

さらに、本発明によれば、請求項１に記載のアーマチュアを用いることで、小型化、長寿命化及び高性能化を図ることができる直流モータを提供することが可能になる。

次に、この発明の第一実施形態を図１〜図３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、有底円筒形状のモータハウジング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。モータハウジング２の内周面には周方向に永久磁石４が４個固定されている。つまり、磁極を４個有している。

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）が周方向に沿って等間隔に６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。

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１２個取り付けられている。すなわち、コンミテータ１３には、スロット１１の個数に対して２倍の数のセグメント１４が設けられている。
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。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。

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５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、モータハウジング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。モータハウジング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９０°の間隔を開けて一対のブラシホルダ１９が形成されている。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、永久磁石４（磁極）とスロット１１とセグメント１４の個数比が２：３：６に設定されている電動モータ１、すなわち、４極６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、モータハウジング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間のとの間の空隙がスロット１１に相当している。尚、以下の図面においては、各セグメント１４、各ティース９及び巻装された巻線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、５つ置き（例えば１と６）のセグメント１４同士が接続線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，Ｖ，Ｗ相がこの順で割り当てられている。つまり、１番、４番ティース９がＵ相、２番、５番ティース９がＶ相、３番、６番ティース９がＷ相になっている。

巻線１２は、例えば、その巻き始め端３０が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に掛け回された後、巻線１２を１番セグメント１４ａの近傍に存在する１−６番ティース９の間のスロット１１ａ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）回巻装するものとすると、１番ティース９にｎ／２回順方向に巻装して順巻きコイル３３ａを形成する。
続いて、１−２番ティース９の間のスロット１１ｂから巻線１２を引き出し、３−４番ティース９の間のスロット１１ｃに引き込む。そして、４番ティース９にｎ／２回順方向に巻装した順巻きコイル３３ｂを形成する。これら１番ティース９と４番ティース９は、互いに回転軸５を中心に点対称位置に存在している。

巻線１２は、順巻きコイル３３ｂを形成した後、４−５番ティース９の間のスロット１１ｄから引き出し、４番ティース９の近傍に存在する８番セグメント１４ｂのライザ１５に掛け回される。そして、８番セグメント１４ｂに巻線１２の巻き終わり端４０が接続される。これにより、１，８番セグメント１４ａ，１４ｂ間には１番ティース９と４番ティース９に順方向に巻装され、且つ直列接続された一対の順巻きコイル３３ａ，３３ｂを備える第一コイル３３（Ｕ相）が形成される。

尚、巻き終わり端４０が接続されている８番セグメント１４ｂと１番セグメント１４ａに隣接する２番セグメント１４ｅは、接続線２５により短絡されている。このため、１，８番セグメント１４ａ，１４ｂ間の電位差は、隣接するセグメント間の電位差と等しくなる。したがって、第一コイル３３は、隣接する１，２番セグメント１４ａ，１４ｅ間（互いに隣接するセグメント間）に電気的に接続されており、この１，２番セグメント１４ａ，１４ｅ間に第一コイル３３（Ｕ相）が形成されているのと等しいことになる。

一方、４番セグメント１４ｃのライザ１５に掛け回された巻線１２を１−２番ティース９の間のスロット１１ｂに引き込む。そして、１番ティース９にｎ／２回逆方向に巻装して逆巻きコイル３４ａを形成する。
続いて、１−６番ティース９の間のスロット１１ａから巻線１２を引き出し、４−５番ティース９の間のスロット１１ｄに引き込む。そして、４番ティース９にｎ／２回逆方向に巻装して逆巻きコイル３４ｂを形成する。

巻線１２は、逆巻きコイル３４ｂを形成した後、３−４番ティース９の間のスロット１１ｃから引き出し、４番セグメント１４ｃに隣接する５番セグメント１４ｄのライザ１５に掛け回される。そして、５番セグメント１４ｂに巻線１２の巻き終わり端４０が接続される。これにより、４，５番セグメント１４ｃ，１４ｄ間（互いに隣接する他のセグメント間）には１番ティース９と４番ティース９に逆方向に巻装され、且つ直列接続された一対の逆巻きコイル３４ａ，３４ｂを備える第二コイル３４（−Ｕ相）が形成される。

このように、Ｕ相に相当する１番ティース９及び４番ティース９には、巻線１２が順方向にｎ／２回巻装された第一コイル３３と巻線１２が逆方向にｎ／２回巻装された第二コイル３４とを備えたｎ回巻きのアーマチュアコイル７が形成される。
また、図３に示すように、一方のブラシ２１が１，２番セグメント１４ａ，１４ｅ間に当接しているとき、他方のブラシ２１は４，５番セグメント１４ｃ，１４ｄ間に当接している。すなわち、順方向に巻装された第一コイル３３の巻き始め端３０が接続されている１番セグメント１４ａと逆方向に巻装された第二コイル３４の巻き始め端３０が接続されている４番セグメント１４ｃとの相対位置は、一対のブラシ２１，２１同士の相対位置に対応するように周回り方向に９０°の間隔を開けて存在するように設定されている。

同様にして、例えば、巻線１２の巻き始め端３０が３番セグメント１４ｆより巻き始められた場合、Ｖ相に相当する２番ティース９と５番ティース９にそれぞれｎ／２回順方向に巻装して順巻きコイル３３ａ，３３ｂを形成して第一コイル３３を形成する。その後、１０番セグメント１４ｇに接続する。
一方、２番ティース９と５番ティース９とにそれぞれｎ／２回逆巻き方向に巻装した逆巻きコイル３４ａ，３４ｂを形成して第二コイル３４を形成する。この第二コイル３４の巻き始め端３０及び巻き終わり端４０は、６，７番セグメント１４ｈ，１４ｉに接続されている。すなわち、第二コイル３４の巻き始め端３０が接続されている６番セグメント１４ｈは、第一コイル３３の巻き始め端３０が接続されている３番セグメント１４ｆから周回り方向に９０°の間隔を開けて存在している。

このようにすることで、Ｖ相に相当する２番ティース９及び５番ティース９には、巻線１２が順方向にｎ／２回ずつ巻装された第一コイル３３（Ｖ相）と巻線１２が逆方向にｎ／２回ずつ巻装された第二コイル３４（−Ｖ相）とを備えたｎ回巻きのアーマチュアコイル７が形成される。
そして、これを各相に対応するセグメント１４間で順次行うことにより、アーマチュアコア６には３相（Ｕ，Ｖ，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。このため、巻線１２が順方向に巻装されている各相の第一コイル３３をそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相、巻線１２が逆方向に巻装されている各相の第二コイル３４をそれぞれ−Ｕ，−Ｖ，−Ｗ相とすると、各々隣接するセグメント１４間は、両隣が互いに異相、且つ順逆交互となるようにＵ，−Ｗ，Ｖ，−Ｕ，Ｗ，−Ｖ相のコイル３３，３４がこの順で電気的に順次接続された構造となっている。

つまり、１−２番セグメント１４ａ，１４ｅ間には第一コイル３３（Ｕ相）が電気的に接続される一方、１番セグメント１４ａには、異相の第二コイル３４（−Ｖ相）の巻き終わり端４０が電気的に接続されると共に、２番セグメント１４ｅには、異相の第二コイル３４（−Ｗ相）の巻き始め端３０が電気的に接続されている。そして、これを順次各セグメント１４間で繰り返し行うことでアーマチュアコイル７が形成されている。
このような巻線構造とすることで、各相の第一コイル３３の巻き始め端３０が接続されているセグメント１４と第二コイル３４の巻き始め端３０が接続されているセグメント１４との相対位置が一対のブラシ２１同士の相対位置と等しくすることができる。

したがって、上述の第一実施形態によれば、相毎に巻装されている巻線１２を互いに隣接する２つのセグメント１４間に接続すればよく、相毎の整流の中心を隣接するセグメント間の中心とすることができる。具体的には、Ｕ相が形成されている１，２番セグメント１４ａ，１４ｅで考えた場合、１番セグメント１４ａと２番セグメント１４ｅとの間のスリット２７を整流の中心とすることができる。このため、このスリット２７と、相の中心である永久磁石４の中心及びブラシ２１の中心Ｐとを容易に合致させることができる。すると、アーマチュア３の回転方向を矢印Ａ方向（図３における右から左に向かう方向）とした場合、進角（１番セグメント１４ａ）と遅角（２番セグメント１４ｅ）との整流の差異をなくす（整流を改善する）ことができ、モータの性能を向上させることができる。

また、隣接するセグメント１４間は、各相の両隣が互いに異相、且つ順逆交互となるようにＵ，−Ｗ，Ｖ，−Ｕ，Ｗ，−Ｖ相のコイル３３，３４がこの順で電気的に順次接続された構造となっているため、アーマチュアコイル７に適正な磁界を形成することができる。よって、確実にモータ特性を向上させることができる。
さらに、スロット１１の数に対してセグメント１４の数が２倍になっているため、巻線１２に電流を供給する場合、ブラシ２１によるセグメント１４間の印加電圧を低減することができる。このため、ブラシ２１とセグメント１４との間での放電を防止することが可能になる。

そして、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、極数と同じ数のブラシを設ける必要がなく、ブラシ２１の設置数を低減することができる。このため、部品点数を減少させることで製造コストを削減することができると共に、直流モータをより小型化することが可能になる。
また、巻線１２の巻き始め端３０と巻き終わり端４０とを互いに隣接するセグメント１４間に接続する必要がなく、この隣接するセグメント１４間の電位差と等しい電位差を有するセグメント１４間であれば、任意のセグメント１４間に接続することができる。このため、巻線１２の巻き始め端３０と巻き終わり端４０をそれぞれの近傍に存在するセグメント１４に電気的に接続することができ、コンミテータ１３とアーマチュアコア６との間の巻太りを防止することができる。よって、より電動モータ１の小型化を図ることが可能になる。

尚、この第一実施形態においては、同じ相同士のティース９に一対の順巻きコイル３３ａ，３３ｂを直列接続して第一コイル３３を形成すると共に、逆巻きコイル３４ａ，３４ｂを直列接続して第二コイル３４を形成し、これによって各相のアーマチュアコイル７を形成している構造の場合について説明した。しかしながら、図４に示すように、ティース９毎にそれぞれ別体の巻線１２を巻装して第一コイル３３と第二コイル３４を形成し、各コイル３３，３４を隣接するセグメント１４間に接続した構造としてもよい。

この場合、巻線１２は、例えば、その巻き始め端３０が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に掛け回された後、巻線１２を１番セグメント１４ａ近傍に存在する１−６番ティース９の間のスロット１１ａ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１１ｂから引き出され、１番セグメント１４ａに隣接する２番セグメント１４ｅのライザ１５に掛け回される。そして、２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、１，２番セグメント１４ａ，１４ｅ間には１番ティース９に順方向に巻装された第一コイル３３（Ｕ相）が形成される。

一方、４番セグメント１４ｃのライザ１５に掛け回された巻線１２を１−２番ティース９の間のスロット１１ｂに引き込む。そして、１番ティース９にｎ／２回逆方向に巻装する。
続いて、巻線１２は１−６番ティース９の間のスロット１１ａから引き出され、４番セグメント１４ｃに隣接する５番セグメント１４ｈのライザ１５に掛け回される。そして、５番セグメント１４ｈ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１４ｃ，１４ｈ間には１番ティース９に逆方向に巻装された第二コイル３３（−Ｕ相）が形成される。

したがって、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回巻装された第一コイル３３と巻線１２が逆方向にｎ／２回巻装された第二コイル３４とを備えたｎ回巻きのアーマチュアコイル７が形成される。
そして、これを各相に対応するセグメント１４間で順次行うことにより、アーマチュアコア６には３相（Ｕ，Ｖ，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、上述の第一実施形態では、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場合について説明したが、同電位となるセグメント１４同士を短絡させなくてもよい。
この場合、図４に示すように、同じ相に相当するセグメント１４間に当接するように二対のブラシ２１を等間隔に設け、同じ相同士のアーマチュアコイル７に同時に電流が供給できるようにする。

このように、ティース９毎にそれぞれ第一コイル３３と第二コイル３４を巻装してアーマチュアコイル７を形成すると、同じ相同士のティース９に連続して第一コイル３３と第二コイル３４を巻装してアーマチュアコイル７を形成する場合と比較して、並列回路数を増加させることができる。この場合、配列回路数と極数が同じ数となる。
したがって、並列回路数を増やすことができ巻線１２の線径を細くすることが可能になる。

次に、この発明の第二実施形態を図５に基づいて説明する。
図５は、アーマチュア３の展開図であって、前述した第一実施形態の図３と基本的構成は同様である。したがって、図５において、図３と同一態様には、同一符号を付して説明を省略する（以下の実施形態について、図６〜図１０も同様）。また、以下の実施形態において、電動モータ１は、永久磁石４を有するモータハウジング２内にアーマチュア３を回転自在に配置したものである等の基本的構造は前記第一実施形態と同様である。

この第二実施形態と第一実施形態との相違点は、第一実施形態が４極６スロット１２セグメントの電動モータ１であるのに対し、第二実施形態の場合、永久磁石４（磁極）が６個、スロット１１が９個、セグメント１４が１８個設けられた６極９スロット１８セグメントの電動モータ１である点にある。
図８に示すように、巻線１２は、例えば、その巻き始め端３０が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に掛け回された後、巻線１２を１番セグメント１４ａの近傍に存在する１−９番ティース９の間のスロット１１ｇに引き込む。そして、１番ティース９にｎ／２回順方向に巻装して順巻きコイル３３ａを形成する。

続いて、１−２番ティース９の間のスロット１１ｂから巻線１２を引き出し、３−４番ティース９の間のスロット１１ｃに引き込む。そして、４番ティース９にｎ／２回順方向に巻装して順巻きコイル３３ｂを形成する。
さらに、４−５番ティース９の間のスロット１１ｄから巻線１２を引き出し、６−７番ティース９の間のスロット１１ｅに引き込む。そして、７番ティース９にｎ／２回順方向に巻装して順巻コイル３３ｃを形成する。尚、これら１番ティース９、４番ティース９及び７番ティース９は、互いに周回り方向に６０°の間隔を開けて存在している。

巻線１２は、順巻きコイル３３ｃを形成した後、７−８番ティース９の間のスロット１１ｆから引き出し、７番ティース９の近傍に存在する１４番セグメント１４ｊのライザ１５に掛け回される。そして、１４番セグメント１４ｊに巻線１２の巻き終わり端４０が接続される。これにより、１，１４番セグメント１４ａ，１４ｂ間には１番ティース９、４番ティース９及び７番ティース９に順方向にｎ／２回ずつ巻装され、且つ直列接続された順巻きコイル３３ａ，３３ｂ，３３ｃを備える第一コイル３３（Ｕ相）が形成される。
尚、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ため、巻き終わり端４０が接続されている１４番セグメント１４ｊと、巻き始め端３０が接続されている１番セグメント１４ａに隣接する２番セグメント１４ｅとは、短絡された状態になっている。

一方、４番セグメント１４ｃのライザ１５に掛け回された巻線１２を１−２番ティース９の間のスロット１１ｂに引き込む。そして、１番ティース９にｎ／２回逆方向に巻装して逆巻きコイル３４ａを形成する。
続いて、１−９番ティース９の間のスロット１１ｇから巻線１２を引き出し、４−５番ティース９の間のスロット１１ｄに引き込む。そして、４番ティース９にｎ／２回逆方向に巻装して逆巻きコイル３４ｂを形成する。
さらに、３−４番ティース９の間のスロット１１ｃから巻線１２を引き出し、７−８番ティース９の間のスロット１１ｆに引き込む。そして、７番ティース９にｎ／２回逆方向に巻装して逆巻コイル３４ｃを形成する。

巻線１２は、逆巻きコイル３３ｃを形成した後、６−７番ティース９の間のスロット１１ｅから引き出し、１１番セグメント１４ｋのライザ１５に掛け回される。そして、１１番セグメント１４ｋに巻線１２の巻き終わり端４０が接続される。これにより、４，１１番セグメント１４ｃ，１４ｋ間には１番ティース９、４番ティース９及び７番ティース９に逆方向にｎ／２回ずつ巻装され、且つ直列接続された逆巻きコイル３３ａ，３３ｂ，３３ｃを備える第二コイル３４（−Ｕ相）が形成される。尚、巻き終わり端４０が接続されている１１番セグメント１４ｋと、巻き始め端３０が接続されている４番セグメント１４ｃに隣接する５番セグメント１４ｄとは、短絡された状態になっている。

このように、Ｕ相に相当する１番ティース９、４番ティース９及び７番ティース９には、巻線１２が順方向に巻装された第一コイル３３と巻線１２が逆方向に巻装された第二コイル３４とを備えたアーマチュアコイル７が形成される。そして、これを各相に対応するセグメント１４間で順次行うことにより、アーマチュアコア６には３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）巻き構造のアーマチュアコイル７が形成される。

したがって、上述の第二実施形態によれば、６極９スロット１８セグメントの電動モータ１であっても、第一実施形態と同様の効果を奏することができる。
尚、この第二実施形態においては、同じ相同士のティース９に各順巻きコイル３３ａ，３３ｂ，３３ｃを直列接続して第一コイル３３を形成すると共に、各逆巻きコイル３４ａ，３４ｂ，３４ｃを直列接続して第二コイル３４を形成し、これによって各相のアーマチュアコイル７を形成している構造の場合について説明した。しかしながら、図６に示すように、ティース９毎にそれぞれ別体の巻線１２を巻装して第一コイル３３と第二コイル３４を形成し、各コイル３３，３４を隣接するセグメント１４間に接続した構造としてもよい。

また、また、上述の第二実施形態では、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場合について説明したが、同電位となるセグメント１４同士を短絡させなくてもよい。
この場合、図６に示すように、同じ相に相当するセグメント１４間に当接するように三対のブラシ２１を等間隔に設け、同じ相同士のアーマチュアコイル７に同時に電流が供給できるようにする。

次に、この発明の第三実施形態を図７に基づいて説明する。
この第三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２４個設けられた８極１２スロット２４セグメントの電動モータ１について説明する。
図７に示すように、８極１２スロット２４セグメントの場合であっても、上述した第一実施形態と同様に、同じ相に相当する各ティース９（例えば、Ｕ相の場合、１番ティース９、４番ティース９、７番ティース９及び１０番ティース９）に連続して順巻きコイル３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄをｎ／２回ずつ巻装して第一コイル３３が形成されると共に、同じ相に相当する各ティース９に連続して逆巻きコイル３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄをｎ／２回ずつ巻装して第二コイル３４が形成されている。

そして、それぞれ第一コイル３３、第二コイル３４の巻き始め端３０、巻き終わり端４０が隣接するセグメント１４間の電位差と等しい電位差のセグメント１４間に接続されている。また、各コイル３３，３４の巻き始め端３０が接続されているセグメント１４間の相対位置は、一対のブラシ２１同士の相対位置に対応している。尚、これら１番ティース９、４番ティース９、７番ティース９及び１０番ティース９は、互いに周回り方向に４５°の間隔を開けて存在している。

また、図８に示すように、ティース９毎にそれぞれ別体の巻線１２を巻装して第一コイル３３と第二コイル３４を形成し、各コイル３３，３４を隣接するセグメント１４間に接続した構造としてもよい。さらに、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場合について説明したが、同電位となるセグメント１４同士を短絡させなくてもよい。この場合、図８に示すように、同じ相に相当するセグメント１４間に当接するように四対のブラシ２１を等間隔に設け、同じ相同士のアーマチュアコイル７に同時に電流が供給できるようにする。
したがって、上述の第三実施形態によれば、８極１２スロット２４セグメントの電動モータ１であっても、第一実施形態と同様の効果を奏することができる。

次に、この発明の第四実施形態を図９に基づいて説明する。
この第三実施形態においては、永久磁石４（磁極）が１０個、スロット１１が１５個、セグメント１４が３０個設けられた１０極１５スロット３０セグメントの電動モータ１について説明する。
図９に示すように、１０極１５スロット３０セグメントの場合であっても、上述した第一実施形態と同様に、同じ相に相当する各ティース９（例えば、Ｕ相の場合、１番ティース９、４番ティース９、７番ティース９、１０番ティース９及び１３番ティース９）に連続して順巻きコイル３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅを巻装して第一コイル３３が形成されると共に、同じ相に相当する各ティース９に連続して逆巻きコイル３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅを巻装して第二コイル３４が形成されている。

そして、それぞれ第一コイル３３、第二コイル３４の巻き始め端３０、巻き終わり端４０が隣接するセグメント１４間の電位差と等しい電位差のセグメント１４間に接続されている。また、各コイル３３，３４の巻き始め端３０が接続されているセグメント１４間の相対位置は、一対のブラシ２１同士の相対位置に対応している。尚、これら１番ティース９、４番ティース９、７番ティース９、１０番ティース９及び１３番ティース９は、互いに周回り方向に３６°の間隔を開けて存在している。

また、図１０に示すように、ティース９毎にそれぞれ別体の巻線１２を巻装して第一コイル３３と第二コイル３４を形成し、各コイル３３，３４を隣接するセグメント１４間に接続した構造としてもよい。さらに、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場合について説明したが、同電位となるセグメント１４同士を短絡させなくてもよい。この場合、図１０に示すように、同じ相に相当するセグメント１４間に当接するように五対のブラシ２１を等間隔に設け、同じ相同士のアーマチュアコイル７に同時に電流が供給できるようにする。
したがって、上述の第四実施形態によれば、１０極１５スロット３０セグメントの電動モータ１であっても、第一実施形態と同様の効果を奏することができる。

尚、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、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場合において、ホルダーステー１８にブラシホルダ１９が２箇所形成され、このブラシホルダ１９にそれぞれブラシ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場合について説明した。しかしながら、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場合であってもブラシホルダ１９（ブラシ２１）の設置箇所は２箇所に限られるものではなく、各アーマチュアコイル７に供給する電流密度の大きさによって増設することも可能である。
さらに、上述の実施形態において、図４、６、８、１０にある並列回路数と極数が同じになる巻き線に図３、５、７、９と同様の接続線２５を設ければブラシ２１の設置数を減らすことが可能となるのはいうまでもない。

さらに、上述の実施形態では、巻線１２の巻き始め端３０と巻き終わり端４０とが、それぞれ巻装されるティース９の近傍に位置し、且つそのティース９の相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）に相当するセグメント１４に接続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。巻き始め端３０及び巻き終わり端４０は、その巻線１２が巻装されているティース９の相に相当するセグメント１４に接続されていればよい。
また、上述の実施形態では、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って、金属板８の外周部にはＴ字型のティース９が周方向に沿って等間隔に複数個放射状に形成されている場合について説明したが、アーマチュアコア６の形状はこれに限られるものではなく、周方向に分割可能な分割コア方式であってもよいし、軸方向に対して捩れつつ傾斜するように所定のスキュー角を有しているものであってもよい。

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電動モータの横断面図である。 本発明の第一実施形態におけるアーマチュアコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。 本発明の第一実施形態におけるコギングトルクの変化を示すグラフである。 本発明の第一実施形態におけるトルクの変化を示すグラフである。 本発明の第一実施形態におけるブラシの耐久時間を示すグラフである。 本発明の第一実施形態におけるアーマチュアコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。 本発明の第二実施形態におけるアーマチュアコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。 本発明の第三実施形態におけるアーマチュアコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。 本発明の第三実施形態におけるアーマチュアコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。 従来のアーマチュアコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。

符号の説明

１ 電動モータ
２ モータハウジング（ヨーク）
３，５０ アーマチュア
４，５３ 永久磁石（磁極）
５ 回転軸
６，５５ アーマチュアコイル
９，５２ ティース
１１，５４ スロット
１２，５６ 巻線
１３ コンミテータ
１４，５１ セグメント
２１，５８ ブラシ
２５ 接続線（短絡部材）
３０，５７ 巻き始め端
３３ 第一コイル
３４ 第二コイル

Claims (3)

1. 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、少なくとも一対のブラシを介して給電される複数のセグメントを周方向に配置したコンミテータと、前記コンミテータに、同電位とするセグメント同士を短絡する短絡部材が設けられ、前記磁極と前記スロットと前記セグメントの個数比が２：３：６に設定された直流モータのアーマチュアであって、
   各ティースは、
   互いに隣接するセグメントの一方のセグメントに巻き始め端が電気的に接続されると共に、他方のセグメント、又は当該他方のセグメントに短絡したセグメントに巻き終わり端が電気的に接続され、同じ相に相当するティース同士に連続するように順方向に巻装された第一コイルと、
   互いに隣接する他のセグメントの一方のセグメントに巻き始め端が接続されると共に、他方のセグメント、又は当該他方のセグメントに短絡したセグメントに巻き終わり端が電気的に接続され、同じ相に相当するティース同士に連続するように逆方向に巻装された第二コイルとを備え、
   各ティースを周回り方向に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第一コイルをそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルとし、各相に巻装されている前記第二コイルをそれぞれ−Ｕ相、−Ｖ相、−Ｗ相のコイルとしたとき、
   隣接するセグメント間に、Ｕ相、−Ｗ相、Ｖ相、−Ｕ相、Ｗ相、−Ｖ相のコイルをこの順で電気的に接続すると共に、
   前記第一コイルの前記巻き始め端が接続されているセグメントと前記第二コイルの前記巻き始め端が接続されているセグメントとの相対位置が前記一対のブラシ同士の相対位置に対応するように設定されていることを特徴とする直流モータのアーマチュア。
2. 請求項１に記載の直流モータのアーマチュアを用いたことを特徴とする直流モータ。
3. 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、少なくとも一対のブラシを介して給電される複数のセグメントを周方向に配置したコンミテータと、前記コンミテータに、同電位とするセグメント同士を短絡する短絡部材が設けられ、前記磁極と前記スロットと前記セグメントの個数比が２：３：６に設定された直流モータのアーマチュア巻線方法であって、
   同じ相に相当する複数のティースに、互いに隣接するセグメント間の一方のセグメントに巻き始め端が電気的に接続されると共に、他方のセグメント、又は当該他方のセグメントに短絡したセグメントに巻き終わり端が電気的に接続され、同じ相に相当するティース同士に連続するように第一コイルを順方向に連続して巻装し、
   互いに隣接する他のセグメント間の一方のセグメントに巻き始め端が接続されるとともに他方のセグメント又は当該他方のセグメントに短絡したセグメントに巻き終わり端が電気的に接続され、同じ相に相当するティース同士に連続するように第二コイルを逆方向に連続して巻装し、
   各ティースを周回り方向に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第一コイルをそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルとし、各相に巻装されている前記第二コイルをそれぞれ−Ｕ相、−Ｖ相、−Ｗ相のコイルとしたとき、
   隣接するセグメント間に、Ｕ相、−Ｗ相、Ｖ相、−Ｕ相、Ｗ相、−Ｖ相のコイルをこの順で電気的に接続すると共に、
   前記第一コイルの前記巻き始め端が接続されているセグメントと前記第二コイルの前記巻き始め端が接続されているセグメントとの相対位置を前記一対のブラシ同士の相対位置に対応するように設定することを特徴とする直流モータのアーマチュア巻線方法。

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