JP5044315B2 - 電動モータ用アーマチュア、および電動モータ - Google Patents

Description

この発明は、車両等に搭載される電動モータ用アーマチュア、およびこれを用いた電動モータに関するものである。

従来から、車両等に搭載されるブラシ付きの電動モータが知られている。この電動モータは、内周面に複数個の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。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、巻線を巻装するためのティースが放射状に形成され、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、集中巻構造のアーマチュアコイルが形成されている。アーマチュアコイルは、回転軸に取り付けられた各セグメントに導通している。各セグメントはブラシと摺接可能になっており、このブラシからセグメント端子に電圧を印加することによってアーマチュアコイルに電流が給電されるようになっている。このとき、アーマチュアコイルに磁界が形成され、ヨークの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駆動するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、アーマチュアコアへの巻線の巻装方式としては、集中巻方式の他に重ね巻（分布巻）方式がある。この重ね巻方式によって巻装されたアーマチュアと４つのブラシを用い、各ブラシの通電パターンを変えることで回転速度を切替える電動モータがある。
この種の電動モータの作用を図１３〜図１５に基づいて説明する。図１３〜図１５は、アーマチュア１００への通電パターンを示す説明図であり、図１３は２つの陽極側ブラシ１０１，１０３と２つの陰極側ブラシ１０２，１０４との４つのブラシに通電した状態、図１４は１つの陽極側ブラシ１０１と２つの陰極側ブラシ１０２，１０４との３つのブラシに通電した状態、図１５は１つの陽極側ブラシ１０１と１つの陰極側ブラシ１０２との２つのブラシに通電した状態を示す。

図１３〜図１５に示すように、重ね巻方式にて巻線が巻装されたアーマチュア１００は、並列回路数が４つの回路（直列コイル）Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４となる。
４つのブラシ１０１，１０２，１０３，１０４に通電すると（図１３参照）、回路Ｃ１にブラシ１０１からブラシ１０４に向かう電流Ｉ１が流れ、回路Ｃ２にブラシ１０１からブラシ１０２に向かう電流Ｉ２が流れ、回路Ｃ３にブラシ１０３からブラシ１０２に向かう電流Ｉ３が流れ、回路Ｃ４にブラシ１０３からブラシ１０４に向かう電流Ｉ４が流れる。すなわち、全ての回路Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に電流が流れる。

これに対し、３つのブラシ１０１，１０２，１０４に通電すると（図１４参照）、回路Ｃ１と回路Ｃ２のみに電流Ｉ１，Ｉ２が流れる。したがって、３ブラシ通電時のトルクは、４ブラシ通電時の半分のトルクしか得られない。
一方、２つのブラシ１０１，１０２に通電すると（図１５参照）、各回路Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４’が流れる。

ここで、図１５に示すように、回路Ｃ４に流れる電流Ｉ４’はブラシ１０４からブラシ１０３に向かって流れる。つまり、２ブラシ通電時の回路Ｃ４に流れる電流Ｉ４’は、４ブラシ通電時の回路Ｃ４に流れる電流Ｉ４と向きが逆になり、回路Ｃ１または回路Ｃ３のトルクと打ち消しあう。したがって、２ブラシ通電時のトルクは、４ブラシ通電時の１／３のトルクしか得られない。
このように、各ブラシ１０１，１０２，１０３，１０４の通電パターンを変えることで、有効導体数や通電電流を変えてトルクを変化させ、回転速度を切替えることができる。
特開２００６−２０４０７０号公報

しかしながら、上述の従来技術のように並列回路数が４回路の４ブラシ付電動モータでは、各ブラシ１０１，１０２，１０３，１０４の通電パターンを変えることで回転速度を切替えることができるが、アーマチュアコアに巻線を集中巻方式で巻装した場合にあっては並列回路数が２回路になるため、ブラシの通電パターンを変えても回転速度を切替えることが困難であるという課題がある。

そこで、この発明は、巻線を集中巻方式で巻装した場合であっても、４つのブラシの通電パターンを変えることで回転速度の切替えを行うことができる電動モータ用アーマチュア、および電動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、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、前記セグメントを介して前記巻線に給電を行うための４つのブラシとから成る電動モータ用アーマチュアであって、前記巻線は、所定のセグメントに接続され全部で２つの閉回路を構成し、且つ該２つの閉回路を前記回転軸を中心にして点対称に配置させるように前記ティースに集中巻方式にて巻装され、前記４つのブラシは、陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを２つ備えて構成され、同極側同士のブラシは、前記回転軸を中心にして対向配置されると共に、異極側同士のブラシは電気角で１８０°周方向に間隔をあけて配置されることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、前記磁極が４極、前記スロットが６個設けられ、２極３スロットの閉回路が２つ形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、前記磁極が８極、前記スロットが１２個設けられ、４極６スロットの閉回路が２つ形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、前記磁極が８極、前記スロットが１０個設けられ、４極５スロットの閉回路が２つ形成されていることを特徴とする。

請求項５に記載した発明は、前記閉回路毎に、同電位となるセグメント同士を短絡する短絡部材が設けられていることを特徴とする。

請求項６に記載した発明は、請求項１〜請求項５の何れかに記載の電動モータ用アーマチュアを用いたことを特徴とする電動モータとした。

請求項７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、前記セグメントを介して前記巻線に給電を行うための４つのブラシとから成り、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ると共に、前記巻線を所定のセグメントに接続して全部で２つの閉回路を構成した電動モータ用アーマチュアであって、前記巻線は、前記２つの閉回路を前記回転軸を中心にして点対称に配置させるように前記ティースに集中巻方式にて巻装され、前記４つのブラシは、陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを２つ備えて構成され、同極側同士のブラシは、前記回転軸を中心にして対向配置されると共に、異極側同士のブラシは、互いの間の角度をθ、極対数をＰ、Ｎを０または正の整数としたとき、θ＝（１８０／Ｐ）＋（３６０／Ｐ）×Ｎ≦９０°を満たすように、θが決定されていることを特徴とする。

本発明によれば、ティースに集中巻方式にて巻線を巻装しても、閉回路を２つ設けるように巻装するので、並列回路数を４回路とすることができる。つまり、集中巻方式での１つの閉回路での並列回路数が２回路となるため、これを２つ設けることで並列回路数を４回路とすることができる。これに加え、２つの閉回路を回転軸を中心にして点対称に配置すると共に、４つのブラシのうち、同極同士のブラシを回転軸を中心にして対向配置し、且つ異極同士のブラシを電気角で１８０°間隔をあけて配置している。

このため、４ブラシ通電時、３ブラシ通電時、および２ブラシ通電時において、電流が流れる巻線の本数を変化させることができ、それぞれトルクの大きさを変化させることが可能になる。よって、巻線を集中巻方式で巻装した場合であっても、４つのブラシの通電パターンを変えることで回転速度の切替えを行うことができる。

また、本発明によれば、極対数をＰ、Ｎを０または正の整数としたとき、θ＝（１８０／Ｐ）＋（３６０／Ｐ）×Ｎ≦９０°を満たすようにθを決定するので、多磁極の電動モータ（例えば、１２極以上の電動モータ）であって、１つの閉回路に少なくとも３つの同電位のセグメントが存在する場合などに、ブラシを複数のレイアウトパターンで配置することが可能になる。このため、電動モータの設計の自由度を高めることができる。

次に、この発明の第一実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。
図１に示すように、電動モータ１は、例えば、自動車のパワーウインドウモータ、ワイパモータ、およびファンモータ等に用いられる車両搭載用の直流モータであって、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ている。ヨーク２の内周面には周方向に永久磁石４が磁極を順番に変えながら４個固定されている。

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の外周部には軸方向平面視略Ｔ字状のティース９が放射状に６個形成されている。

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６個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。

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け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の内側にはホルダステー１８が取り付けられている。ホルダステー１８には周方向に沿ってブラシホルダ１９が４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。

図２に示すように、ブラシ２１は、陽極側ブラシ２１ａと陰極側ブラシ２１ｂとの組みを２つ備えた４つのブラシ２１ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｂで構成されている。そして、陽極側ブラシ２１ａ，２１ａ同士、および陰極側ブラシ２１ｂ，２１ｂ同士は互いに回転軸５を中心に対向配置されていると共に、陽極側ブラシ２１ａと陰極側ブラシ２１ｂは周方向に９０°間隔をあけて配置されている。すなわち、同極側同士のブラシは、機械角で１８０°、異極側同士のブラシは電気角で１８０°間隔をあけて配置されている。

なお、この第一実施形態では、永久磁石４が４個、つまり、磁極が４極であるため、電気角でいう１８０°が機械角でいう９０°となるが、磁極の数が変わっても異極側同士のブラシは電気角で１８０°となるように配置すればよい。また、陽極側ブラシ２１ａ，２１ａと陰極側ブラシ２１ｂ，２１ｂを反対にしてもよい。

このように構成された、４極６スロット６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。

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、１−６番ティース９の間のスロット１１ａに引き込まれる。続いて、１番ティース９にｎ回（ｎは１以上の自然数）巻装された後、１−２番ティース９の間のスロット１１ｂから巻線１２が引き出される。そして、２番セグメント１４ｂのライザ１５に掛け回され、２番セグメント１４ｂ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，１４ｂ間には１番ティース９にｎ回巻装されたコイル７ａが形成される。

続いて、巻線１２は、２番セグメント１４ｂから１−２番ティース９の間のスロット１１ｂに引き込まれ、２番ティース９にｎ回巻装された後、２−３番ティース９の間のスロット１１ｃから巻線１２が引き出される。そして、３番セグメント１４ｃのライザ１５に掛け回され、３番セグメント１４ｃに巻き終わり端４０が接続される。これにより、２−３番セグメント１４ｂ，１４ｃ間には２番ティース９にｎ回巻装されたコイル７ｂが形成される。

次に、巻線１２は、３番セグメント１４ｃから２−３番ティース９の間のスロット１１ｃに引き込まれ、３番ティース９にｎ回巻装された後、３−４番ティース９の間のスロット１１ｄから巻線１２が引き出される。
ここで、スロット１１ｄから引き出された巻線１２は、４番セグメント１４ｄのライザに掛け回されず、再び１番セグメント１４ａのライザ１５に掛け回されて１番セグメント１４ａに巻き終わり端４０が接続される。

これにより、３−１番セグメント１４ｃ，１４ａ間に、３番ティース９にｎ回巻装されたコイル７ｃが形成されることになる。したがって、１−３番セグメント１４間には、１−３番ティース９のそれぞれに巻線１２が３相集中巻にて巻装された２極３スロットの閉回路Ｈ１が形成される。

続いて、４番セグメント１４ｄのライザ１５に巻き始め端３０が掛け回された巻線１２は、３−４番ティース９の間のスロット１１ｄに引き込まれ、４番ティース９にｎ回巻装される。そして、４−５番ティース９の間のスロット１１ｅから巻線１２が引き出され、５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、４−５番セグメント１４ｄ，１４ｅ間に、４番ティース９にｎ回巻装されたコイル７ｄが形成される。
同様して、４−６番セグメント１４間には、４−６番ティース９にそれぞれ巻線１２が３相集中巻にて巻装されたコイル７ｄ，７ｅ，７ｆを有する２極３スロットの閉回路Ｈ２が形成される。

このように、４極６スロット６セグメントで構成された電動モータ１は、３相集中巻で２極３スロットの２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２を有している。これら閉回路Ｈ１，Ｈ２は、周方向に並列した状態で形成されているので、アーマチュア３は、回転軸５を中心にして点対称に２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２を配置した状態になる。

これに加え、同極側同士のブラシ２１が機械角で１８０°、異極側同士のブラシ２１が電気角で１８０°間隔に配置されている。このため、１つの閉回路に並列回路数が２回路となり、アーマチュア３には、集中巻方式であっても並列回路数が４回路構成されることになる。

次に、図４〜図７に基づいて、この第一実施形態のアーマチュア３の作用について説明する。
図４に示すように、例えば、陽極側ブラシ２１ａ，２１ａがそれぞれ１−２番セグメント１４ａ，１４ｂ間、４−５番セグメント１４ｄ，１４ｅ間に存在し、陰極側ブラシ２１ｂ，２１ｂがそれぞれ３番セグメント１４ｃ、６番セグメント１４ｆに存在している場合、つまり、各閉回路Ｈ１，Ｈ２上に各々一対のブラシ２１ａ，２１ｂが存在している場合であって、４つのブラシ２１ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｂ全てを通電させた状態では、４つのコイル７ｂ，７ｃ，７ｅ，７ｆに電流が流れる。

すなわち、１−２番セグメント１４ａ，１４ｂ間に形成されたコイル７ａと、４−５番セグメント１４ｄ，１４ｅ間に形成されたコイル７ｄは、陽極側ブラシ２１ａ，２１ａによって短絡された状態となる。一方、２番ティース９に形成されたコイル７ｂと、５番ティース９に形成されたコイル７ｅには順方向（図４における時計回り）に電流が流れ、３番ティース９に形成されたコイル７ｃと、６番ティース９に形成されたコイル７ｆには逆方向（図４における反時計回り）に電流が流れる。

図５に示すように、陽極側ブラシ２１ａ，２１ａがそれぞれ２−３番セグメント１４ｂ，１４ｃ間、５−６番セグメント１４ｅ，１４ｆ間に存在し、陰極側ブラシ２１ｂ，２１ｂがそれぞれ１番セグメント１４ａ、４番セグメント１４ｄに存在している場合、つまり、一対のブラシ２１ａ，２１ｂが２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２に跨って存在している場合であって、４つのブラシ２１ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｂ全てを通電させた状態でも４つのコイル７ａ，７ｃ，７ｄ，７ｆに電流が流れる。

すなわち、２−３番セグメント１４ｂ，１４ｃ間に形成されたコイル７ｂと、５−６番セグメント１４ｅ，１４ｆ間に形成されたコイル７ｅは、陽極側ブラシ２１ａ，２１ａによって短絡された状態となる。一方、３番ティース９に形成されたコイル７ｃと、６番ティース９に形成されたコイル７ｆには順方向（図５における時計回り）に電流が流れ、１番ティース９に形成されたコイル７ａと、４番ティース９に形成されたコイル７ｄには逆方向（図５における反時計回り）に電流が流れる。

図６に示すように、３つのブラシを通電させた場合、つまり、例えば、図６において１−２番セグメント１４ａ，１４ｂ間、４−５番セグメント１４ｄ，１４ｅ間に存在する陽極側ブラシ２１ａ，２１ａと、３番セグメント１４ｃに存在する陰極側ブラシ２１ｂの３つのブラシに通電した場合にあっては、２つのコイル７ｂ，７ｃに電流が流れる。すなわち、２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２のうちの一方の閉回路（図６においては閉回路Ｈ２）は、電流が流れない状態になる。

これは、２つのブラシを通電させた場合であっても、各閉回路Ｈ１，Ｈ２上に各々一対のブラシ２１ａ，２１ｂが存在している場合であれば同じことがいえる。つまり、図６において１−２番セグメント１４ａ，１４ｂ間に存在する陽極側ブラシ２１ａと３番セグメント１４ｃに存在する陰極側ブラシ２１ｂの２つのブラシ２１ａ，２１ｂに通電した場合であっても２つのコイル７ｂ，７ｃに電流が流れる。

しかしながら、図７に示すように、例えば、２つのブラシ２１ａ，２１ｂに通電し、且つこれら２つのブラシ２１ａ，２１ｂが２−３番セグメント１４ｂ，１４ｃ間と、４番セグメント１４ｄ上に存在するとき、つまり、一対のブラシ２１ａ，２１ｂが２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２に跨って存在しているときは、何れのコイル７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄにも電流が流れない、無通電状態となる。

したがって、上述の第一実施形態によれば、３相集中巻で２極３スロットの閉回路Ｈ１，Ｈ２を２つ形成することで並列回路数を合計４回路とすることができる。
このため４つのブラシ２１ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｂ全てを通電させたときには、４つのアーマチュアコイル７（この第一実施形態では、コイル７ｂ，７ｃ，７ｅ，７ｆ）に電流が流れ、通常の４極６スロット集中巻方式と同様のトルク（モータ特性）を得ることができる。一方、３つのブラシに通電させたときには、２つのアーマチュアコイル７（この第一実施形態では、コイル７ｂ，７ｃ）に電流が流れる。よって、３ブラシ通電時のトルクを４ブラシ通電時の半分のトルクとすることができる。

また、２つのブラシに通電させたときには、２つのアーマチュアコイル７に電流が流れる状態（図６参照）と、全てのアーマチュアコイル７（コイル７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ）に電流が流れない、つまり無通電になる状態がある（図７参照）。このため、無通電状態の間、アーマチュア３の回転軸５は惰性で回転することになる。この結果、２ブラシ通電時は、３ブラシ通電時よりもトルクが低減される。

すなわち、４つのブラシ２１ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｂの通電パターンを変えることで電流が流れる巻線１２の本数（アーマチュアコイル７の数）を変化させることができ、トルクの大きさを変化させることが可能になる。よって、巻線１２を集中巻方式でアーマチュアコア６に巻装した場合であっても、アーマチュア３の回転軸５の回転速度の切替えを行うことができる。

次に、この発明の第二実施形態を図１を援用し、図８〜図１１に基づいて説明する。なお、第一実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する（以下の実施形態でも同様）。また、以下の実施形態において、電動モータ１の基本的構造は前記第一実施形態と同様である。

ここで、第二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１２個設けられた８極１２スロット１２セグメントの電動モータ１について説明する。なお、この第二実施形態においても、各ブラシ２１ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｂは、同極側同士が機械角で１８０°、異極側同士が電気角で１８０°間隔をあけて配置されている（以下の実施形態でも同様）。

図８に示すように、１−６番セグメント１４間には、各々同電位となるセグメント１４（この第二実施形態では２つ置きのセグメント１４）に対応するライザ１５にそれぞれ接続線２５ａが掛け回されている。この接続線２５ａは、ヒュージングによりライザ１５に固定されている。

一方、７−１２番セグメント１４間には、各々同電位となるセグメント１４に対応するライザ１５にそれぞれ接続線２５ｂが掛け回され、ヒュージングによりライザ１５に固定されている。これら接続線２５ａ，２５ｂは、閉回路Ｈ１，Ｈ２毎に、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（図１におけるＡ部）に配線されている。

接続線２５ａ，２５ｂを有するアーマチュア３には、例えば、１−５番セグメント１４ａ，１４ｅ間に１番、４番ティース９に巻線１２がそれぞれ集中巻方式にて巻装されたコイル７ａ，７ｄが形成されている。そして、このような巻装構造を接続するセグメント１４と巻装する２つのティースをずらしながら順次行うことによって、１−６番セグメント１４間には、１−６番ティース９にそれぞれコイル７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆを有する３相集中巻で４極６スロットの閉回路Ｈ１が形成されている。

一方、７−１２番セグメント１４間には、７−１２番ティース９にそれぞれコイル７ｇ，７ｈ，７ｉ，７ｊ，７ｋ，７ｌを有する３相集中巻で４極６スロットの閉回路Ｈ２が形成されている。
したがって、上述の第二実施形態によれば、３相集中巻で４極６スロットの閉回路Ｈ１，Ｈ２を２つ形成することで並列回路数を合計４回路とすることができるため、上述の第一実施形態と同様の効果を奏することができる。

次に、この発明の第三実施形態を図９〜図１１に基づいて説明する。
この第三実施形態と上述の第一実施形態、および第二実施形態の相違点は、上述の第一実施形態、および第二実施形態のアーマチュア３が３相集中巻構造であったのに対し、第三実施形態のアーマチュア３は、５相集中巻構造となっている。
具体的に、図９に示すように、電動モータ１は、永久磁石４（磁極）が８個、スロット１１が１０個、セグメント１４が２０個設けられた８極１０スロット２０セグメントで構成されている。

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、１−１０番ティース９の間のスロット１１ａに引き込まれる。続いて、１番ティース９にｎ回巻装された後、１−２番ティース９の間のスロット１１ｂから巻線１２が引き出される。そして、２番セグメント１４ｂのライザ１５に掛け回され、２番セグメント１４ｂ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，１４ｂ間には１番ティース９にｎ回巻装されたコイル７ａが形成される。

続いて、巻線１２は、２番セグメント１４ｂから引き出さず、３番セグメント１４ｃのライザ１５に掛け回して１−２番ティース９の間のスロット１１ｂに引き込まれる。そして、２番ティース９にｎ回巻装された後、２−３番ティース９の間のスロット１１ｃから巻線１２が引き出され、３番セグメント１４ｃに巻き終わり端４０が接続される。これにより、３−４番セグメント１４ｂ，１４ｃ間には２番ティース９にｎ回巻装されたコイル７ｂが形成される。

そして、接続するセグメント１４と巻装するティース９をずらしながら３−５番ティース９のそれぞれに巻線１２を集中巻方式で巻装する。また、１−１０番セグメント１４間には、各々同電位となるセグメント１４（この第三実施形態では４つ置きのセグメント１４）に対応するライザ１５にそれぞれ接続線２５ａが掛け回され、ヒュージングにより固定されている。このため、１−１０番セグメント１４間には、１−５番ティース９にそれぞれコイル７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅを有する５相集中巻で４極５スロットの閉回路Ｈ１が形成されている。

同様にして、１１−２０番セグメント１４間には、６−１０番ティース９にそれぞれコイル７ｆ，７ｇ，７ｈ，７ｉ，７ｊが形成されている。また、１１−２０番セグメント１４間には、各々同電位となるセグメント１４に対応するライザ１５にそれぞれ接続線２５ｂが掛け回され、ヒュージングにより固定されている。
したがって、１１−２０番セグメント１４間には、６−１０番ティース９にそれぞれコイル７ｆ，７ｇ，７ｈ，７ｉ，７ｊを有する５相集中巻で４極５スロットの閉回路Ｈ２が形成されている。

このため、上述の第三実施形態によれば、５相集中巻で４極５スロットの閉回路Ｈ１，Ｈ２を２つ形成することで並列回路数を合計４回路とすることができ、上述の第一実施形態と同様の効果を奏することができる。
なお、閉回路Ｈ１，Ｈ２は、周方向に並列した状態で形成されているので、アーマチュア３は、回転軸５を中心にして点対称に２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２を配置した状態になることはいうまでもない。

図１０は、縦軸をトルク（ｋｇｆ・ｃｍ）とし、横軸を回転軸５の回転数（ｒｐｍ）とした場合の第三実施形態の電動モータ１（８極１０スロット２０セグメント）のトルクの変化を示したグラフである。
同図に示すように、４つのブラシ２１ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｂへの通電パターンを変えることでトルクが異なることが確認できる。

図１１は、縦軸をトルク（ｋｇｆ・ｃｍ）とし、横軸を電流（Ａ）とした場合の第三実施形態の電動モータ１のトルクの変化を示したグラフである。
同図に示すように、４つのブラシ２１ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｂへの通電パターンによらず、同じトルクを得るのに、同じ電流が必要であることが確認できる。すなわち、通電パターンによらず、電流が確実にトルクに変換され、モータとして成立していることが確認できる。

図１２は、縦軸をトルク（ｋｇｆ・ｃｍ）とし、横軸を回転軸５の回転数（ｒｐｍ）とした場合の第三実施形態の電動モータ１のトルクの変化を示したグラフである。
同図に示すように、例えば、この電動モータ１にファン（図１２における負荷曲線α）を取り付けると、ファンは回転数が上がるに伴って負荷が大きくなる。このため、回転数とトルクのマッチングポイントが各通電パターンで異なり、回転軸５の回転速度の可変が可能になる。

なお、上述の第一実施形態、第二実施形態、および第三実施形態でティース９に集中巻方式にて巻線１２を巻装し、２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２を形成した場合について説明したが、これらの実施形態の他に以下の図１６〜図３３に示す他の実施形態のようにさまざまな極数、およびスロット数の電動モータ１に集中巻方式にて２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２を形成することができる。

図１６は、８極６スロット１２セグメントである３相の電動モータ１におけるアーマチュア３の展開図である。同図に示すように、１−６番セグメント１４間において、各々同電位となるセグメント１４（２つ置きのセグメント１４）にそれぞれ接続線２５ａが接続されている。一方、これとは別に７−１２番セグメント１４間において、各々同電位となるセグメント１４（２つ置きのセグメント１４）にそれぞれ接続線２５ｂが接続されている。これら接続線２５ａ，２５ｂによって、２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２が形成されている。

この場合、図１７に示すように、極数、セグメント数が同一でスロット１１が１２個設けられた８極１２スロット１２セグメントの３相の電動モータ１であっても、同様に２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２を形成することができる。また、図１８に示すように、各閉回路Ｈ１，Ｈ２における同相同士のティース９に巻線１２をそれぞれ一連の動作で直列に巻装してもよい。

さらに、図１９に示すように、１−６番ティース９に巻装された各巻線１２の巻き始め端３０、および巻き終わり端４０を１−６番ティース９とは回転軸５を中心にして点対称位置に存在する７−１２番セグメント１４間に接続してもよい。このように巻装した場合であっても、閉回路を２つ形成することができるのに加え、コンミテータ１３とアーマチュアコア６との間（図１におけるＡ部）に配線される巻線１２が周方向に捩れた状態になる。このため、コンミテータ１３とアーマチュアコア６との間の巻き太りを解消することが可能になる。

また、図１９では３番ティース９、６番ティース９に巻装された巻線１２の巻き終わり端４０が７番セグメント１４ｇに接続されているが、図２０に示すように、３番ティース９、および６番ティース９に巻装された巻線１２の巻き終わり端４０を７番セグメント１４ｇと同電位の１０番セグメント１４ｈに接続してもよい。なお、７番セグメント１４ｇと１０番セグメント１４ｈは互いに同電位同士のセグメント１４であるので、互いに接続線２５ｂによって接続されている。すなわち、同電位のセグメント１４であれば、どこに接続しても巻線１２によって同じ回路を形成することができる。

図２１は、８極の電動モータ１における各ブラシ２１ａ，２１ｂの配置図である。同図に示すように、８極の電動モータ１にあっては、電気角でいう１８０°が機械角でいう４５°になる。つまり、陽極側ブラシ２１ａ，２１ａ同士、および陰極側ブラシ２１ｂ，２１ｂ同士は互いに回転軸５を中心に対向配置されていると共に、陽極側ブラシ２１ａと陰極側ブラシ２１ｂは周方向に４５°間隔をあけて配置されている。

また、異極側同士のブラシ２１ａ，２１ｂ間の角度をθ、極対数をＰ、Ｎを０または正の整数としたとき、角度θは、θ＝（１８０／Ｐ）＋（３６０／Ｐ）×Ｎ≦９０°を満たすようにして決定してもよい。つまり、８極の電動モータ１にあっては、極対数Ｐが「４」であるため、θ＝（１８０／４）＋（３６０／４）×Ｎ≦９０°を満たすようにＮを決定すると、Ｎ＝０となり、この結果θ＝４５°となる。

図２２は、１２極１４スロット４２セグメントである７相の電動モータ１におけるアーマチュア３の展開図である。同図に示すように、１−２１番セグメント１４間において、各々同電位となるセグメント１４（６つ置きのセグメント１４）にそれぞれ接続線２５ａが接続されている。一方、これとは別に２２−４２番セグメント１４間において、各々同電位となるセグメント１４（６つ置きのセグメント１４）にそれぞれ接続線２５ｂが接続されている。これら接続線２５ａ，２５ｂによって、２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２が形成されている。

この場合、図２３に示すように、極数が同一でスロット１１が１６個、セグメント１４が４８個設けられた１２極１６スロット４８セグメントの８相の電動モータ１であっても、同様に２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２を形成することができる。また、図２４に示すように、１２極１８スロット１８セグメントの電動モータ１であっても、同様に２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２を形成することができる。この場合、図２５に示すように、各閉回路Ｈ１，Ｈ２における同相同士のティース９に巻線１２をそれぞれ一連の動作で直列に巻装してもよい。

さらに、図２６に示すように、１２極２０スロット３０セグメントである５相の電動モータ１であっても、２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２を形成することができる。この場合、図２７に示すように、各閉回路Ｈ１，Ｈ２における同相同士のティース９に巻線１２をそれぞれ一連の動作で直列に巻装してもよい。

図２８、図２９は、１２極の電動モータ１における各ブラシ２１ａ，２１ｂの配置図である。同図に示すように、１２極の電動モータ１にあっては、電気角でいう１８０°が機械角でいう３０°になる。すなわち、陽極側ブラシ２１ａ，２１ａ同士、および陰極側ブラシ２１ｂ，２１ｂ同士は互いに回転軸５を中心に対向配置されていると共に、陽極側ブラシ２１ａと陰極側ブラシ２１ｂは周方向に３０°間隔をあけて配置されている（図２８参照）。

この他に、異極側同士のブラシ２１ａ，２１ｂ間の角度をθ、極対数をＰ、Ｎを０または正の整数としたとき、角度θは、θ＝（１８０／Ｐ）＋（３６０／Ｐ）×Ｎ≦９０°を満たすようにすればよいので、Ｎ＝０の場合と、Ｎ＝１の場合との２通りの角度で配置することができる。すなわち、θ＝（１８０／６）＋（３６０／６）×０＝３０（°）で異極側同士のブラシ２１ａ，２１ｂを配置する場合（図２８参照）の他に、θ＝（１８０／６）＋（３６０／６）×１＝９０（°）で異極側同士のブラシ２１ａ，２１ｂを配置する場合（図２９参照）の２通りで配置することができる。

ここで、例えば図２２の２点鎖線で示すように、陽極側ブラシ２１ａに対してθ＝３０°の角度で陰極側ブラシ２１ｂを配置する場合と、図２２の実線で示すように、陽極側ブラシ２１ａに対してθ＝９０°の角度で陰極側ブラシ２１ｂを配置する場合とでは、両者の陰極側ブラシ２１ｂが摺接しているセグメント１４は互いに接続線２５ａで接続された状態にある。このため、異極側同士のブラシ２１ａ，２１ｂ間の角度θは３０°、または９０°の何れの場合であっても、同じセグメント１４と導通することになる。

したがって、各閉回路Ｈ１，Ｈ２に少なくとも３つの同電位のセグメントがある電動モータ１にあっては、ブラシ間の間隔が狭く、ブラシをレイアウトし難い場合や、ブラシ２１の周辺部品のレイアウト位置によって、各ブラシ２１ａ，２１ｂのレイアウトパターンを選択することが可能になる。このため、電動モータ１の設計の自由度を高めることができる。

図３０は、１６極１２スロット２４セグメントである３相の電動モータ１におけるアーマチュア３の展開図である。同図に示すように、１−１２番セグメント１４間において、各々同電位となるセグメント１４（２つ置きのセグメント１４）にそれぞれ接続線２５ａが接続されている。一方、これとは別に１３−２４番セグメント１４間において、各々同電位となるセグメント１４（２つ置きのセグメント１４）にそれぞれ接続線２５ｂが接続されている。これら接続線２５ａ，２５ｂによって、２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２が形成されている。
この場合、図３１に示すように、各閉回路Ｈ１，Ｈ２における同相同士のティース９に巻線１２をそれぞれ一連の動作で直列に巻装してもよい。

図３２、図３３は、１６極の電動モータ１における各ブラシ２１ａ，２１ｂの配置図である。同図に示すように、１６極の電動モータ１にあっては、電気角でいう１８０°が機械角でいう２２．５°になる。すなわち、陽極側ブラシ２１ａ，２１ａ同士、および陰極側ブラシ２１ｂ，２１ｂ同士は互いに回転軸５を中心に対向配置されていると共に、陽極側ブラシ２１ａと陰極側ブラシ２１ｂは周方向に２２．５°間隔をあけて配置されている（図３２参照）。

この他に、異極側同士のブラシ２１ａ，２１ｂ間の角度をθ、極対数をＰ、Ｎを０または正の整数としたとき、角度θは、θ＝（１８０／Ｐ）＋（３６０／Ｐ）×Ｎ≦９０°を満たすようにすればよいので、Ｎ＝０の場合と、Ｎ＝１の場合との２通りの角度で配置することができる。すなわち、θ＝（１８０／８）＋（３６０／８）×０＝２２．５（°）で異極側同士のブラシ２１ａ，２１ｂを配置する場合（図３２参照）の他に、θ＝（１８０／８）＋（３６０／８）×１＝６７．５（°）で異極側同士のブラシ２１ａ，２１ｂを配置する場合（図３３参照）の２通りで配置することができる。

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、上述の第一実施形態では電動モータ１が４極６スロット６セグメントの３相集中巻構造の場合、第二実施形態では８極１２スロット１２セグメントの３相集中巻構造の場合、第三実施形態では８極１０スロット２０セグメントの５相集中巻構造の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、電動モータ１は、一対の陽極側ブラシ２１ａと陰極側ブラシ２１ｂで成立する閉回路を２つ形成、つまり、４ブラシ２１ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｂで２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２を構成し、且つ同極側同士のブラシが機械角で１８０°、異極側同士のブラシが電気角で１８０°周方向に間隔をあけて配置されていればよい。

さらに、巻線１２の巻き始め端３０、および巻き終わり端４０がそれぞれ接続されるセグメント１４は上述の実施形態に限られるものではなく、同じ閉回路内であって同電位のセグメント１４同士が各接続線２５ａ，２５ｂによって接続されているものである場合、同電位のセグメント１４のうちの何れかのセグメント１４に接続されていればよい。

そして、上述の実施形態において、極数が１２極以上の電動モータ１にあっては、ブラシ２１ａ，２１ｂのレイアウトパターンが２通りある場合について説明した。しかしながら、異極側同士のブラシ２１ａ，２１ｂ間の角度をθ、極対数をＰ、Ｎを０または正の整数としたとき、角度θがθ＝（１８０／Ｐ）＋（３６０／Ｐ）×Ｎ≦９０°を満たすようにすればよいので、電動モータ１は磁極数の増加に伴って、ブラシ２１ａ，２１ｂのレイアウトパターンも増加することはいうまでもない。

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。 本発明の第一実施形態における電動モータのブラシ配置図である。 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アーマチュアの作用説明図である。 本発明の第一実施形態におけるアーマチュアの作用説明図である。 本発明の第一実施形態におけるアーマチュアの作用説明図である。 本発明の第一実施形態におけるアーマチュアの作用説明図である。 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トルクの変化を示すグラフである。 本発明の第三実施形態におけるトルクの変化を示すグラフである。 本発明の第三実施形態におけるトルクの変化を示すグラフである。 従来の電動モータにおけるアーマチュアへの通電パターンを示す説明図である。 従来の電動モータにおけるアーマチュアへの通電パターンを示す説明図である。 従来の電動モータにおけるアーマチュアへの通電パターンを示す説明図である。 本発明の他の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。 本発明の他の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。 本発明の他の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。 本発明の他の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。 本発明の他の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。 本発明の他の実施形態における電動モータのブラシ配置図である。 本発明の他の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。 本発明の他の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。 本発明の他の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。 本発明の他の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。 本発明の他の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。 本発明の他の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。 本発明の他の実施形態における電動モータのブラシ配置図である。 本発明の他の実施形態における電動モータのブラシ配置図である。 本発明の他の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。 本発明の他の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。 本発明の他の実施形態における電動モータのブラシ配置図である。 本発明の他の実施形態における電動モータのブラシ配置図である。

符号の説明

１ 電動モータ
２ ヨーク
３ アーマチュア（電動モータ用アーマチュア）
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
７ａ〜７ｌ コイル
９ ティース
１１，１１ａ〜１１ｅ スロット
１２ 巻線
１３ コンミテータ
１４，１４ａ〜１４ｈ セグメント
２１ ブラシ
２１ａ 陽極側ブラシ
２１ｂ 陰極側ブラシ
２５ａ，２５ｂ 接続線（短絡部材）
Ｈ１，Ｈ２ 閉回路

Claims (7)

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、
   前記セグメントを介して前記巻線に給電を行うための４つのブラシとから成る電動モータ用アーマチュアであって、
   前記巻線は、所定のセグメントに接続され全部で２つの閉回路を構成し、且つ該２つの閉回路を前記回転軸を中心にして点対称に配置させるように前記ティースに集中巻方式にて巻装され、
   前記４つのブラシは、陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを２つ備えて構成され、
   同極側同士のブラシは、前記回転軸を中心にして対向配置されると共に、異極側同士のブラシは電気角で１８０°周方向に間隔をあけて配置されることを特徴とする電動モータ用アーマチュア。
2. 前記磁極が４極、前記スロットが６個設けられ、２極３スロットの閉回路が２つ形成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用アーマチュア。
3. 前記磁極が８極、前記スロットが１２個設けられ、４極６スロットの閉回路が２つ形成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用アーマチュア。
4. 前記磁極が８極、前記スロットが１０個設けられ、４極５スロットの閉回路が２つ形成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用アーマチュア。
5. 前記閉回路毎に、同電位となるセグメント同士を短絡する短絡部材が設けられていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電動モータ用アーマチュア。
6. 請求項１〜請求項５の何れかに記載の電動モータ用アーマチュアを用いたことを特徴とする電動モータ。
7. 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、
   前記セグメントを介して前記巻線に給電を行うための４つのブラシとから成り、
   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ると共に、前記巻線を所定のセグメントに接続して全部で２つの閉回路を構成した電動モータ用アーマチュアであって、
   前記巻線は、前記２つの閉回路を前記回転軸を中心にして点対称に配置させるように前記ティースに集中巻方式にて巻装され、
   前記４つのブラシは、陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを２つ備えて構成され、
   同極側同士のブラシは、前記回転軸を中心にして対向配置されると共に、
   異極側同士のブラシは、互いの間の角度をθ、極対数をＰ、Ｎを０または正の整数としたとき、
   θ＝（１８０／Ｐ）＋（３６０／Ｐ）×Ｎ≦９０°
   を満たすように、θが決定されていることを特徴とする電動モータ用アーマチュア。

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