JP5044360B2 - 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、集中巻き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、集中巻き方式の他に重ね巻き（分布巻）方式がある。この重ね巻き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１１〜図１３に基づいて説明する。図１１〜図１３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１１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１２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１３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１１〜図１３に示すように、重ね巻き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１１参照）、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１２参照）、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１３参照）、各回路Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４’が流れる。

ここで、図１３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き方式にて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、巻線を集中巻き方式にて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、８極の磁極を有するヨークと、前記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、巻線が集中巻き方式にて巻装される１０個のティースと、該ティース間に形成され軸線方向に沿って延びる１０個のスロットと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２０枚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つのブラシとを備え、前記４つのブラシを陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを２つ備えて構成し、同極側同士のブラシを前記回転軸を中心にして対向配置すると共に、異極側同士のブラシを電気角で１８０度周方向に間隔をあけて配置している５相構造の電動モータであって、前記セグメントを前記回転軸を中心にして互いに点対称位置に存在する２つのセグメント群で構成し、各セグメント群の同電位となるセグメント同士を短絡部材で短絡すると共に、各セグメント群の隣接するセグメント間に接続された各相の巻線をそれぞれ前記回転軸を中心に対向配置されている同相同士のティースに直列に巻装したことを特徴とする。
このように構成することで、ティースに集中巻き方式にて巻線を巻装しても２つのセグメント群にそれぞれ各相の巻線が接続されるので、５相構造の２つの閉回路が形成される。すなわち、集中巻き方式にて構成されている閉回路は、並列回路数が２回路であるため、これを２つ設けることで並列回路数が４回路になる。
また、各相の巻線はそれぞれ回転軸を中心に対向配置されている同相同士のティースに直列に巻装されているので、ブラシの通電パターンを変化させて例えば、３つのブラシに通電した場合であっても通電される巻線のバランスが悪化することを防止できる。すなわち、ブラシの通電パターンを変化させることで、２つの閉回路のうち、一方の閉回路の巻線のみが通電される場合であってもこの通電されている巻線が一方に偏ることなく、回転軸を中心に互いに点対称位置に存在する各巻線に通電される。

請求項２に記載した発明は、ｎを２以上の自然数、ａを１以上の自然数で、かつｎよりも小さい数としたとき、前記各相の巻線は、この巻線に対応するティースで、かつ巻き始め端が接続されているセグメントの近傍に存在するティースにｎ−ａ回巻回し、該ティースと同じ相であって、かつその他のティースにｎ回巻回した後、再度巻き始めのティースにａ回巻回するように構成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、各相のコイルを形成するにあたり、巻線の巻き始めとなるティースと巻き終わりとなるティースとを同じティースに設定するので、巻き始め端から巻き始めのティースに至るまでの配線長さ、および巻き終わりのティースから巻き終わり端に至るまでの配線長さを短く設定することができる。

請求項３に記載した発明は、前記各相の巻線の巻き始めの配線長さと巻き終わりの配線長さとがほぼ等しくなる位置に、対応するセグメントを設定して各セグメント郡を配設したことを特徴とする。
このように構成することで、各相の巻線の巻き始め端と巻き終わり端とをコンミテータの首下周りで捻った状態にすることができる。

請求項１に記載した発明によれば、ティースに集中巻き方式にて巻線を巻装しても２つのセグメント群にそれぞれ各相の巻線が接続されるので、５相構造の２つの閉回路が形成される。すなわち、集中巻き方式にて構成されている閉回路は、並列回路数が２回路であるため、これを２つ設けることで並列回路数が４回路になる。
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、巻線を集中巻き方式にて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、各相の巻線はそれぞれ回転軸を中心に対向配置されている同相同士のティースに直列に巻装されているので、ブラシの通電パターンを変化させて例えば、３つのブラシに通電した場合であっても通電される巻線のバランスが悪化することを防止できる。すなわち、ブラシの通電パターンを変化させることで、２つの閉回路のうち、一方の閉回路の巻線のみが通電される場合であってもこの通電されている巻線が一方に偏ることなく、回転軸を中心に互いに点対称位置に存在する各巻線に通電される。
このため、通電巻線によるアーマチュアの振れ回りを低減することが可能になると共に、回転軸を中心に対向する相の電磁気バランスの差異や抵抗差によって生じる循環電流を低減させることが可能になる。

請求項２に記載した発明によれば、各相のコイルを形成するにあたり、巻線の巻き始めとなるティースと巻き終わりとなるティースとを同じティースに設定するので、巻き始め端から巻き始めのティースに至るまでの配線長さ、および巻き終わりのティースから巻き終わり端に至るまでの配線長さを短く設定することができる。このため、アーマチュアコアとコンミテータとの間の巻き太りを解消することができ、アーマチュアの小型化を図ることが可能になる。

請求項３に記載した発明によれば、コンミテータの首下周りに配索される巻線を捻った状態にすることができる。
このため、アーマチュアコアとコンミテータとの間の巻き太りを容易に解消することができ、アーマチュアをさらに小型化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５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セグメント型の永久磁石４が磁極を順番に変えながら８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を軸線方向に複数枚積層したものである。金属板８の外周部には軸線方向平面視で略Ｔ字状を有するティース９が放射状に１０個形成されている。各ティース９には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相の５相が周回り方向にこの順で割り当てられている。

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は軸線方向に沿って延びており、周方向に沿って等間隔に１０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２０枚取り付けられている。セグメント１４は軸線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、ライザ１５には、同電位となるセグメント１４同士に後述する接続線２５ａ，２５ｂが掛け回されてヒュージングにより固定され、同電位のセグメント１４同士が短絡されている。

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。一方、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箇所設けられている。
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５１ａ，５２ａと陰極側ブラシ５１ｂ，５２ｂとの組みを２つ備えた４つのブラシ５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂで構成されている。そして、陽極側ブラシ５１ａ，５２ａ同士、および陰極側ブラシ５１ｂ，５２ｂ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５１ａ，５２ａと陰極側ブラシ５１ｂ，５２ｂは周方向に４５°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、陽極側ブラシ５１ａ，５２ａと陰極側ブラシ５１ｂ，５２ｂとの配置を互いに反対にしてもよい。

このように、永久磁石４が８個、つまり、磁極が８極、スロット１１が１０個、セグメント１４が２０枚設けられ、８極１０スロット２０セグメントの５相に構成された電動モータ１のアーマチュア３には、以下のように巻線１２が巻装されてアーマチュアコイル７が形成されている。
図３、図４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、各ティース９にＵ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相をこの順で割り当てて説明する。

ここで、セグメント１４は、回転軸５を中心にして互いに点対称位置に存在する第一セグメント群４１と第二セグメント郡４２との２つのセグメント郡４１，４２で構成され、各々セグメント群４１，４２には、同電位となるセグメント１４同士を短絡する接続線２５ａ，２５ｂが接続されている。すなわち、１番セグメント１４ａから１０番セグメント１４ｄに至る間で第一セグメント群４１を構成すると共に、１１番セグメント１４ｅから２０番セグメント１４ｈに至る間で第二セグメント群４２を構成している。そして、第一セグメント群４１のうち、同電位となる４つ置きのセグメント１４（例えば、１番セグメント１４ａと６番セグメント１４ｃ）同士が接続線２５ａによって短絡されていると共に、第二セグメント郡４２のうち、同電位となる４つ置きのセグメント１４（例えば、１１番セグメント１４ｅと１６番セグメント１４ｇ）同士が接続線２５ｂによって短絡されている。

巻線１２は、例えば、その巻き始め端３０が第一セグメント群４１の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番セグメント１４ａの近傍に存在する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（ｎは２以上の自然数であって、各ティース９に対する所望の巻回数）巻回された後、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、５−６番ティース９の間のスロット１１ｃに引き込んで１番ティース９と同相であって、かつ回転軸５を中心にして対向位置に存在する６番ティース９にｎ回巻回される。その後、巻線１２は６−７番ティース９の間のスロット１１ｄ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Ｕ相の１番ティース９、および６番ティース９に直列にｎ回巻装されたＵ相のアーマチュアコイルＵが形成される。

また、Ｖ相のアーマチュアコイルＶ、Ｗ相のアーマチュアコイルＷ、Ｘ相のアーマチュアコイルＸ、Ｙ相のアーマチュアコイルＹについてもそれぞれＵ相のアーマチュアコイルＵと同様に巻線１２を巻装し、この巻き始め端３０、および巻き終わり端４０を対応する第一セグメント郡４１のセグメント１４間に接続する。すると、第一セグメント郡４１には、４極５スロットの５相（Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ相）構造の第一閉回路Ｈ１が形成される（図４参照）。

一方、第二セグメント郡４２の１１番セグメント１４ｅより巻き始められた巻線１２は、１１番セグメント１４ｅのライザ１５に掛け回された後、１１番セグメント１４ｅの近傍に存在する５−６番ティース９の間のスロット１１ｃに引き込まれる。続いて、６番ティース９にｎ回巻回された後、６−７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。

そして、１−１０番ティース９の間のスロット１１ａに引き込んで１番ティース９にｎ回巻回される。その後、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、１１番セグメント１４ｅに隣接する１２番セグメント１４ｆに巻き終わり端４０が接続される。これにより、１１−１２番セグメント１４ｅ，１４ｆ間にはＵ相の６番ティース９、および１番ティース９に直列にｎ回巻装されたＵ相のアーマチュアコイルＵ’が形成される。

また、Ｖ相のアーマチュアコイルＶ’、Ｗ相のアーマチュアコイルＷ’、Ｘ相のアーマチュアコイルＸ’、Ｙ相のアーマチュアコイルＹ’についてもそれぞれＵ相のアーマチュアコイルＵ’と同様に巻線１２を巻装し、この巻き始め端３０、および巻き終わり端４０を対応する第一セグメント郡４２のセグメント１４間に接続する。すると、第二セグメント郡４２には、４極５スロットの５相（Ｕ’，Ｖ’，Ｗ’，Ｘ’，Ｙ’相）構造の第二閉回路Ｈ２が形成される（図４参照）。

したがって、図５に示すように、コンミテータ１３には、５相構造の第一閉回路Ｈ１と第二閉回路Ｈ２とが並列に接続されている状態となる。なお、図５は、各陽極側ブラシ５１ａ，５２ａがそれぞれ１−２番セグメント１４ａ，１４ｂ間と１１−１２番セグメント１４ｅ，１４ｆ間とに存在し、各陰極側ブラシ５１ｂ，５２ｂがそれぞれ４番セグメント１４ｉと１４番セグメント１４ｊに存在している場合の回路図を示すものであって、４つのブラシ５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ全てが通電されている状態を示している。

次に、図６〜図８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６に示すように、例えば、陽極側ブラシ５１ａ，５２ａがそれぞれ１−２番セグメント１４ａ，１４ｂ間、１１−１２番セグメント１４ｅ，１４ｆ間に存在し、陰極側ブラシ５１ｂ，５２ｂがそれぞれ４番セグメント１４ｉ、１４番セグメント１４ｊ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５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂが存在している場合であって、これら全てを通電させた状態では、Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ相の８つのアーマチュアコイルＶ，Ｖ’，Ｗ，Ｗ’，Ｘ，Ｘ’，Ｙ，Ｙ’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Ｕ相のアーマチュアコイルＵと、１１−１２番セグメント１４ｅ，１４ｆ間に形成されたＵ相のアーマチュアコイルＵ’は、陽極側ブラシ５１ａ，５２ａによって短絡された状態となる。これに対し、Ｖ相のアーマチュアコイルＶ，Ｖ’とＸ相のアーマチュアコイルＸ，Ｘ’には順方向（図６における時計回り）に電流が流れ、Ｗ相のアーマチュアコイルＷ，Ｗ’とＹ相のアーマチュアコイルＹ，Ｙ’には逆方向（図６における反時計回り）に電流が流れる。

図７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７において１−２番セグメント１４ａ，１４ｂ間、１１−１２番セグメント１４ｅ，１４ｆ間に存在する陽極側ブラシ５１ａ，５２ａと、２つのセグメント郡４１，４２のうちの第一セグメント郡４１に存在している（４番セグメント１４ｉに存在している）陰極側ブラシ５１ｂの３つのブラシに通電した場合にあっては、第一閉回路Ｈ１のＶ，Ｗ，Ｘ，Ｙ相のアーマチュアコイルＶ，Ｗ，Ｘ，Ｙのみに電流が流れる。すなわち、４つのブラシ５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂを通電する場合と比較して、電流が流れるティース９の数は同一となるが、これらのティース９に流れる電流値は、第二閉回路Ｈ２に電流が流れていないので約半分になる。

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、つまり、各セグメント郡４１，４２に各々一対のブラシ５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ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７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５１ａと４番セグメント１４ｉに存在する陰極側ブラシ５２ｂの２つのブラシ５１ａ，５２ｂに通電した場合であっても第一閉回路Ｈ１のＶ，Ｗ，Ｘ，Ｙ相のアーマチュアコイルＶ，Ｗ，Ｘ，Ｙのみに電流が流れる。

しかしながら、図８に示すように、例えば、２つのブラシ５１ａ，５２ｂに通電し、且つこれら２つのブラシ５１ａ，５２ｂが９−１０番セグメント１４ｋ，１４ｌ間と、１２番セグメント１４ｆ上に存在するとき、つまり、一対のブラシ５１ａ，５２ｂが２つの閉回路Ｈ１，Ｈ２（２つのセグメント郡４１，４２）に跨って存在しているときは、何れのアーマチュアコイルＵ，Ｕ’，Ｖ，Ｖ’，Ｗ，Ｗ’，Ｘ，Ｘ’，Ｙ，Ｙ’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、８極１０スロット２０セグメントの５相に構成された電動モータ１のアーマチュア３に５相集中巻きで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る。
このため４つのブラシ５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ全てを通電させたときには、例えば、Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ相の８つのアーマチュアコイルＶ，Ｖ’，Ｗ，Ｗ’，Ｘ，Ｘ’，Ｙ，Ｙ’に電流が流れ、通常の８極１０スロット集中巻き方式と同様のトルク（モータ特性）を得ることができる（図６参照）。一方、３つのブラシに通電させたときには、例えば、第一閉回路Ｈ１のＶ，Ｗ，Ｘ，Ｙ相のアーマチュアコイルＶ，Ｗ，Ｘ，Ｙのみに電流が流れる。このため、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（図７参照）。

また、２つのブラシに通電させたときには、例えば、第一閉回路Ｈ１のＶ，Ｗ，Ｘ，Ｙ相のアーマチュアコイルＶ，Ｗ，Ｘ，Ｙのみに電流が流れる状態（図７参照）と、何れのアーマチュアコイルＵ，Ｕ’，Ｖ，Ｖ’，Ｗ，Ｗ’，Ｘ，Ｘ’，Ｙ，Ｙ’にも電流が流れない、無通電状態（図８参照）とがある。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り、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５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ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を集中巻き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。

さらに、各相のアーマチュアコイルＵ，Ｕ’，Ｖ，Ｖ’，Ｗ，Ｗ’，Ｘ，Ｘ’，Ｙ，Ｙ’は、それぞれ回転軸５を中心に対向配置されている同相同士のティース９に直列に巻装されているので、ブラシ５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂの通電パターンを変化させても通電される巻線１２のバランスが悪化することを防止できる。すなわち、図７に示すように、例えば、３つのブラシ５１ａ，５１ｂ，５２ａを通電させ、第一閉回路Ｈ１のＶ，Ｗ，Ｘ，Ｙ相のアーマチュアコイルＶ，Ｗ，Ｘ，Ｙのみに電流が流れる場合であっても通電される巻線１２が一方に偏ることがなく、回転軸５を中心に互いに点対称位置に存在する同相のティース９に巻装されている巻線１２の全てに電流が流れる。このため、通電される巻線１２によるアーマチュア３の振れ回りを低減することが可能になると共に、回転軸５を中心に対向する相の電磁気バランスの差異や抵抗差によって生じる循環電流を低減させることが可能になる。

次に、この発明の第二実施形態を図１、図２を援用し、図９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は８極１０スロット２０セグメントの５相に構成されたものである点、コンミテータ１３に摺接する４つのブラシ５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ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点等の基本的構成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、各相のアーマチュアコイルＵ，Ｕ’，Ｖ，Ｖ’，Ｗ，Ｗ’，Ｘ，Ｘ’，Ｙ，Ｙ’を形成するにあたり、巻線１２の巻き始めとなるティース９と巻き終わりとなるティース９とが同じティース９に設定されている。

すなわち、例えば、巻線１２の巻き始め端３０が第一セグメント群４１の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番セグメント１４ａの近傍に存在する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−ａ回（ａは１以上の自然数であって、かつｎよりも小さい数）巻回し、主コイル７１を形成する。

そして、巻線１２を１−２番ティース９の間のスロット１１ｂから引き出して５−６番ティース９の間のスロット１１ｃに引き込む。引き続き、１番ティース９と同相であって、かつ回転軸５を中心にして対向位置に存在する６番ティース９にｎ回巻回する。その後、巻線１２は６−７番ティース９の間のスロット１１ｄから引き出され、再び１−１０番ティース９の間のスロット１１ａに引き込まれる。そして、１番ティース９に巻線１２をａ回巻回し、副コイル７２を形成する。

この後、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１４ｂに巻き終わり端４０が接続される。これにより、Ｕ相の１番ティース９には、ｎ−ａ回巻回された主コイル７１とａ回巻回された副コイル７２とによって巻線１２がｎ回巻回されていることになる。したがって、１−２番セグメント１４ａ，１４ｂ間にはＵ相の１番ティース９、および６番ティース９に直列にｎ回巻装されたＵ相のアーマチュアコイルＵが形成される。

また、Ｖ相のアーマチュアコイルＶ、Ｗ相のアーマチュアコイルＷ、Ｘ相のアーマチュアコイルＸ、Ｙ相のアーマチュアコイルＹについてもそれぞれＵ相のアーマチュアコイルＵと同様に巻線１２を巻装し、この巻き始め端３０、および巻き終わり端４０を対応する第一セグメント郡４１のセグメント１４間に接続する。これにより、第一セグメント郡４１に４極５スロットの５相（Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ相）構造の第一閉回路Ｈ１を形成する。

一方、第二閉回路Ｈ２の６，７，８，９，１０番ティースに巻装される各相のアーマチュアコイルＵ’，Ｖ’，Ｗ’，Ｘ’，Ｙ’もｎ−ａ回巻きの主コイル７１とａ回巻きの副コイル７２とで構成する。そして、第二セグメント郡４２の各セグメント１４間に各相のアーマチュアコイルＵ’，Ｖ’，Ｗ’，Ｘ’，Ｙ’の巻き始め端３０、および巻き終わり端４０を接続する。これにより、第二セグメント郡４２に４極５スロットの５相（Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ相）構造の第二閉回路Ｈ２を形成する。

したがって、上述の第二実施形態によれば、前述した第一実施形態と同様の効果を奏することができる。これに加え、各相のアーマチュアコイルＵ，Ｕ’，Ｖ，Ｖ’，Ｗ，Ｗ’，Ｘ，Ｘ’，Ｙ，Ｙ’を形成するにあたり、巻線１２の巻き始めとなるティース９と巻き終わりとなるティース９とが同じティース９に設定されているので、巻き始め端３０から巻き始めのティース９に至るまでの配線長さ、および巻き終わりのティース９から巻き終わり端４０に至るまでの配線長さを短く設定することができる。このため、アーマチュアコア６とコンミテータ１３との間の巻き太りを解消することができ、アーマチュア３の小型化を図ることが可能になる。

次に、この発明の第三実施形態を図１０に基づいて説明する。
この第三実施形態にあっては、各相のアーマチュアコイルＵ，Ｕ’，Ｖ，Ｖ’，Ｗ，Ｗ’，Ｘ，Ｘ’，Ｙ，Ｙ’の巻き始めの配線長さと巻き終わりの配線長さとがほぼ等しくなるように各セグメント郡４１，４２を配設している。
すなわち、例えば、第一セグメント郡４１を構成する１番セグメント１４ａは１番ティース９の近傍に配置せず、この１番ティース９の近傍から周回り方向にずれた位置に配置されている。そして、各セグメント１４は、１番セグメント１４ａから周回り方向に順に２〜２０番セグメント１４が配置されている。

このため、第一セグメント郡４１は、１番ティース９から５番ティース９に至るまでの間の部位に対応するように配置されておらず、周回り方向にずれて配置された状態になっていると共に、第二セグメント郡４２は、１１番ティース９から２０番ティース９に至るまでの間の部位に対応するように配置されておらず、周回り方向にずれて配置された状態になっている。

したがって、上述の第三実施形態によれば、前述した第一実施形態と同様の効果を奏することができる。これに加え、各セグメント郡４１，４２が対応するティース９に対して周回り方向にずれて配置されているので、コンミテータ１３の首下周り、つまり、アーマチュアコア６とコンミテータ１３との間に配索される巻線１２を捻った状態にすることができる。このため、アーマチュアコア６とコンミテータ１３との間の巻き太りを容易に解消することができ、アーマチュア３をさらに小型化することが可能になる。

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、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、つまり、対応するセグメント郡４１，４２であって、かつ接続線２５ａ，２５ｂによって短絡されている同電位のセグメント１４であればよい。すなわち、上述の実施形態では、例えば、第一閉回路Ｈ１のＵ相のアーマチュアコイルＵの巻き終わり端４０が２番セグメント１４ｂに接続されている場合について説明した。しかしながら、このアーマチュアコイルＵの巻き終わり端４０を同じセグメント郡４１の７番セグメント１４に接続してもよい。

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。 本発明の実施形態におけるアーマチュアの回路図である。 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。 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。

符号の説明

１ 電動モータ
２ ヨーク
３ 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，Ｕ〜Ｗ’ アーマチュアコイル（コイル）
９ ティース
１１，１１ａ〜１１ｄ スロット
１２ 巻線
１３ コンミテータ
１４、１４ａ〜１４ｍ セグメント
２１ ブラシ
２５ａ，２５ｂ 接続線（短絡部材）
３０ 巻き始め端
４０ 巻き終わり端
４１ 第一セグメント郡
４２ 第二セグメント郡
５１ａ，５２ａ 陽極側ブラシ
５１ｂ，５２ｂ 陰極側ブラシ
７１ 主コイル
７２ 副コイル
Ｈ１ 第一閉回路
Ｈ２ 第二閉回路

Claims (3)

1. ８極の磁極を有するヨークと、
   前記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、巻線が集中巻き方式にて巻装される１０個のティースと、該ティース間に形成され軸線方向に沿って延びる１０個のスロットと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２０枚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つのブラシとを備え、
   前記４つのブラシを陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを２つ備えて構成し、
   同極側同士のブラシを前記回転軸を中心にして対向配置すると共に、異極側同士のブラシを電気角で１８０度周方向に間隔をあけて配置している５相構造の電動モータであって、
   前記セグメントを前記回転軸を中心にして互いに点対称位置に存在する２つのセグメント群で構成し、
   各セグメント群の同電位となるセグメント同士を短絡部材で短絡すると共に、
   各セグメント群の隣接するセグメント間に接続された各相の巻線をそれぞれ前記回転軸を中心に対向配置されている同相同士のティースに直列に巻装したことを特徴とする電動モータ。
2. ｎを２以上の自然数、ａを１以上の自然数で、かつｎよりも小さい数としたとき、
   前記各相の巻線は、この巻線に対応するティースで、かつ巻き始め端が接続されているセグメントの近傍に存在するティースにｎ−ａ回巻回し、
   該ティースと同じ相であって、かつその他のティースにｎ回巻回した後、再度巻き始めのティースにａ回巻回するように構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。
3. 前記各相の巻線の巻き始めの配線長さと巻き終わりの配線長さとがほぼ等しくなる位置に、対応するセグメントを設定して各セグメント郡を配設したことを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
   
   
   

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