JP5225624B2 - Electric motor - Google Patents
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Description
この発明は、自動車等に搭載され回転速度の切換えを行うことができる電動モータに関するものである。 The present invention relates to an electric motor that is mounted on an automobile or the like and can be switched in rotation speed.
一般に、自動車等の車両に搭載される電動モータとしては、ブラシ付きの電動モータが多く使用されている。この種の電動モータは、円筒状のヨークの内周面に複数の永久磁石を周方向に等間隔で配置し、これら永久磁石の内側にアーマチュアが回転自在に支持されている。アーマチュアは、複数のティースが放射状に形成されたアーマチュアコアを有している。各ティース間には軸方向に長いスロットが複数形成され、所定間隔をあけたスロット間に巻線を巻装することでコイルを形成している。コイルは、アーマチュアコアと隣接するように回転軸に外嵌固定されたコンミテータに導通している。 In general, many electric motors with brushes are used as electric motors mounted on vehicles such as automobiles. In this type of electric motor, a plurality of permanent magnets are arranged at equal intervals in the circumferential direction on the inner peripheral surface of a cylindrical yoke, and an armature is rotatably supported inside these permanent magnets. The armature has an armature core in which a plurality of teeth are formed radially. A plurality of long slots in the axial direction are formed between the teeth, and a coil is formed by winding a winding between the slots spaced at a predetermined interval. The coil is electrically connected to a commutator that is externally fixed to the rotating shaft so as to be adjacent to the armature core.
コンミテータは、金属片である複数のセグメントが互いに絶縁された状態で周方向に配設されたものであって、これらセグメントにそれぞれコイルの巻き始め端、および巻き終わり端が接続される。また、各セグメントはブラシに摺接可能に接続されており、このブラシを介してそれぞれのコイルに給電される。そして、給電されたコイルには磁界が形成され、ヨークの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駆動する。 In the commutator, a plurality of segments, which are metal pieces, are arranged in the circumferential direction in a state of being insulated from each other, and a winding start end and a winding end end of a coil are connected to these segments, respectively. Each segment is slidably connected to the brush, and power is supplied to each coil via the brush. A magnetic field is formed in the supplied coil, and the rotating shaft is driven by a magnetic attractive force or a repulsive force generated between the yoke and the permanent magnet.
ところで、このような電動モータにおいて、例えば、一対のブラシが複数のセグメントのうちの２つに確実に接触する場合には問題ないが、一方のブラシは１つのセグメントに摺接し、他方のブラシは２つのセグメントに跨るように摺接した状態になると、等価電気回路のコイル数に差が生じて各々コイルを流れる電流にバラツキが生じてしまい、電動モータの振動や騒音の原因となる。そこで、磁気バランスのとれた電動モータとすることで振動や騒音低減するさまざまな電動モータ用アーマチュアが提案されている。 By the way, in such an electric motor, for example, there is no problem when a pair of brushes reliably contact two of a plurality of segments. However, one brush is in sliding contact with one segment, and the other brush is If the two segments are in sliding contact with each other, there is a difference in the number of coils in the equivalent electric circuit, resulting in variations in the current flowing through the coils, causing vibration and noise in the electric motor. Therefore, various armatures for electric motors that reduce vibration and noise by using an electric motor with a magnetic balance have been proposed.
この一例を図２１、図２２に基づいて説明する。図２１は永久磁石８１を４個、ティース８２（スロット８３）を２０個、セグメント８４を２０枚有する４極２０スロット２０セグメントの電動モータ８０におけるアーマチュア８５の展開図であり、隣接するティース８２間の空隙がスロット８３に相当している。
同図に示すように、例えば、各ティース８２、各セグメントにそれぞれ符号を附した場合、４番セグメント８４ａに巻き始め端８６が接続された巻線８７は、２−３番ティース８２の間のスロット８３ａと、６−７番ティース８２の間のスロット８３ｂとの間にｎ回（ｎは１以上の自然数）巻装されて第一コイル８８ａを形成した後、巻き終わり端８９を４番セグメント８４ａに隣接する５番セグメント８４ｂに接続されている。
An example of this will be described with reference to FIGS. FIG. 21 is a development view of the
As shown in the figure, for example, when each
また、１４番セグメント８４ｃに巻き始め端８６が接続された巻線８７は、１２−１３番ティース８２の間のスロット８３ｃと、１６−１７番ティース８２の間のスロット８３ｄとの間にｎ回巻装されて第二コイル８８ｂを形成した後、巻き終わり端８９を１４番セグメント８４ｃに隣接する１５番セグメント８４ｄに接続されている。すなわち、第一コイル８８ａと第二コイル８８ｂは、互いに回転軸９４を中心に点対称位置に存在する状態になる。
The winding 87 having the
さらに、同電位となるセグメント８４同士は、接続線９０によって短絡されている。すなわち、４番セグメント８４ａと１４番セグメント８４ｃとが短絡され、５番セグメント８４ｂと１５番セグメント８４ｄとが短絡されている。
また、セグメント８４に摺接するブラシ９１は、陽極側の低速用ブラシ９２ａ、および高速用ブラシ９２ｂと、これらブラシ９２ａ，９２ｂに共通して用いられる陰極側のコモンブラシ９２ｃの３つのブラシで構成されている。低速用ブラシ９２ａとコモンブラシ９２ｃは、互いに電気角で１８０°間隔をあけて配置されている。
Further, the
The
これに対し、高速用ブラシ９２ｂは、低速用ブラシ９２ａから周方向に所定の角度だけ離間した状態で配置されている。そして、電動モータ８０を低回転駆動させる場合は低速用ブラシ９２ａとコモンブラシ９２ｃによって給電を行い、高回転駆動させる場合は高速用ブラシ９２ｂとコモンブラシ９２ｃによって給電を行う。したがって、同電位となるセグメント８４同士が接続線９０で短絡されているため、磁極が４極の電動モータ８０であっても、並列回路数に応じてブラシの個数を増やすことなく、３つのブラシ９２ａ，９２ｂ，９２ｃで低回転駆動時と高回転駆動時の有効導体数に差をつけることができる。
On the other hand, the
また、図２１、図２２に示すように、例えば、低回転駆動時において３番セグメント８４ｅに低速用ブラシ９２ａ、８番セグメント８４ｆにコモンブラシ９２ｃが摺接した場合、高速用ブラシ９２ｂは１４番セグメント８４ｃと１５番セグメント８４ｄとに跨って摺接してコイル８８ａ，８８ｂが短絡される。しかしながら、これらコイル８８ａ，８８ｂは互いに回転軸を中心にして点対称位置に存在しているため、回転軸９４を中心に点対称位置に存在する通電コイルの有効導体数を等しくすることができる（図２２における２点鎖線参照）。
As shown in FIGS. 21 and 22, for example, when the
さらに、その他の一例を図２３に基づいて説明する。
同図に示すように、巻線８７は四方に等分に巻装されている。すなわち、例えば３番セグメント８４ｅより巻き始められた巻線８７は、１−２番ティース８２の間のスロット８３ｅと５−６番ティース８２の間のスロット８３ｆとの間に順方向にｎ回（ｎは自然数）巻装され（コイル９３Ａ）、次に、スロット８３ｅ，８３ｆから周方向に９０°ずれた位置に存在する６−７番ティース８２の間のスロット８３ｂと１０−１１番ティース８２の間のスロット８３ｈとの間に逆方向にｎ回巻装される（コイル９３Ｂ）。
Furthermore, another example is demonstrated based on FIG.
As shown in the figure, the
ここで、コイル９３Ｂは、極性の異なる磁極（永久磁石８１）に対向するため、コイル９３Ａとは逆向きに巻装されている。さらに、同様の手順で、周方向に９０°ずらしながら、１１−１２番ティース８２の間のスロット８３ｈと１５−１６番ティース８２の間のスロット８３ｉとの間に、巻線８７を順方向にｎ回巻装してコイル９３Ｃを形成し、１６−１７番ティース８２の間のスロット８３ｄと２０−１番ティース８２の間のスロット８３ｊとの間にコイル９３Ｄを形成する。その後、巻線８７はスロット８３ｊから引き出され、３番セグメント８４ｅに隣接する４番セグメント８４ａに接続される。このように構成することで、四方で磁気バランスをとることが可能になる（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、上述の従来技術にあっては、図２２に示すように、同電位となるセグメント８４同士を接続線９０によって短絡する場合、回転軸９４を中心に対向する通電コイルの有効導体数を等しくすることができるが、周方向に隣り合う通電コイルの有効導体数が異なる。このため、四方で磁気バランスをとることが困難で、それに伴う振動や騒音の低減化に限界があるというという課題がある。
However, in the above-described prior art, as shown in FIG. 22, when the
一方、図２３に示すように、周方向に９０°ずれたスロット９３間に、順方向と逆方向とを順番に繰り返しながら巻線８７を巻装して４つのコイル９３Ａ，９３Ｂ，９３Ｃ，９３Ｄを形成する場合、並列回路数に応じてブラシの個数を増やす必要がある。すなわち、４極２０スロット２０セグメントの電動モータ８０において、低回転駆動と高回転駆動とに回転速度を切換え可能に構成するには、低速用ブラシとして陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを２つ、高速用ブラシとして陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを１つの合計６つのブラシが必要になる。このため、ブラシの設置個数が増大してしまうという課題がある。
On the other hand, as shown in FIG. 23,
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、全ての位置関係で磁気バランスをとることができ、振動や騒音を低減することができると共に、ブラシの設置個数を３つにすることができる回転速度の切換え可能な電動モータを提供するものである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can achieve a magnetic balance in all positional relationships, reduce vibration and noise, and can provide three brushes. It is an object of the present invention to provide an electric motor capable of switching the rotation speed.
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、極対数が２以上の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、
前記コンミテータに設けられ、同電位となるセグメント同士を短絡する接続線と、
隣接する前記セグメント間に前記巻線が接続されると共に、各磁極に対向するスロット間に前記巻線が巻装されて形成されたコイルとを有し、
前記極対数をＰ、前記スロットの数をＮ、ａを０または正の整数としたとき、
Ｎ＝４Ｐ＋２Ｐ×ａ
を満たすように、Ｎが決定されるアーマチュアと、
前記コンミテータの前記セグメントに摺接可能に設けられ、前記コイルに給電を行うためのブラシとを備え、
各コイルは、前記回転軸を中心に点対称位置に存在するコイル同士の巻装方向が同方向で、且つ隣り合うコイルの巻装方向が互いに逆方向となるように、各々周方向に等分に巻装され、
前記ブラシは、第１速度用ブラシと、前記第１速度用ブラシから所定角度周方向に離間して設けられた第２速度用ブラシと、これら第１速度用ブラシ、および第２速度用ブラシに共通使用される共通ブラシとの３つのブラシで構成されており、
前記第１速度用ブラシ、および前記第２速度用ブラシの何れか一方のブラシと、前記共通ブラシとが、それぞれ１つの前記セグメントに摺接した状態で、かつ前記第１速度用ブラシ、および前記第２速度用ブラシの何れか他方のブラシが、隣接する２つの前記セグメントに跨るように摺接した状態において、通電されている前記コイルが、周方向全体に亘って等しく分布されるように構成されていることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the invention described in
A plurality of teeth that are attached to the rotating shaft and extend radially in the radial direction to wind a winding; and an armature core having a plurality of slots formed between the teeth and extending along the axial direction;
A commutator provided on the rotating shaft adjacent to the armature core and having a plurality of segments arranged in a circumferential direction ;
A connecting line provided in the commutator, for short-circuiting the segments having the same potential ;
Together with the winding between the adjacent segments are connected, and a coil in which the windings are formed is wound between the slots facing each pole,
When the number of pole pairs is P, the number of slots is N, and a is 0 or a positive integer,
N = 4P + 2P × a
An armature where N is determined to satisfy
A brush that is slidably contacted with the segment of the commutator, and that feeds power to the coil;
Each coil is equally divided in the circumferential direction so that the winding directions of the coils existing at point symmetry positions around the rotation axis are the same and the winding directions of adjacent coils are opposite to each other. Wrapped around
The brush includes a first speed brush, a second speed brush provided in a circumferential direction away from the first speed brush, the first speed brush, and the second speed brush. It consists of three brushes with a common brush used in common,
One of the first speed brush, the second speed brush, and the common brush are in sliding contact with one of the segments, and the first speed brush, In a state in which one of the second speed brushes is in sliding contact with two adjacent segments, the energized coil is configured to be equally distributed over the entire circumferential direction. It is characterized by being.
請求項２に記載した発明は、前記コイルは、前記スロット間に前記巻線を短節巻にて巻装することで形成されていることを特徴とする。
The invention described in
請求項３に記載した発明は、前記コイルは、前記スロット間に前記巻線を全節巻にて巻装することで形成されていることを特徴とする。
The invention described in
本発明によれば、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接続線を設けるため、低速用ブラシと、この低速用ブラシから所定角度周方向に離間して設けられた高速用ブラシと、これら低速用ブラシ、および高速用ブラシに共通使用される共通ブラシとの３つのブラシを設置するだけで、極対数が２以上で、且つ回転速度の切換え可能な電動モータを提供することが可能になる。 According to the present invention, in order to provide the commutator with a connection line for short-circuiting the segments having the same potential, the low-speed brush, the high-speed brush provided at a predetermined angle in the circumferential direction from the low-speed brush, and these It is possible to provide an electric motor having a pole pair number of 2 or more and a switchable rotation speed only by installing three brushes, a low-speed brush and a common brush commonly used for a high-speed brush. .
また、各コイルを回転軸を中心に点対称位置に存在するコイル同士の巻装方向が同方向で、且つ隣り合うコイルの巻装方向が互いに逆方向となるようにスロット間に巻装するので、全ての位置関係で磁気バランスをとることができる。このため、電動モータの振動や騒音を低減することが可能になる。 In addition, each coil is wound between the slots so that the winding directions of the coils existing at point symmetry positions around the rotation axis are the same and the winding directions of adjacent coils are opposite to each other. , Magnetic balance can be achieved in all positional relationships. For this reason, it becomes possible to reduce vibration and noise of the electric motor.
次に、この発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１〜図３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の駆動源として用いられるものであって、有底円筒形状のヨーク２内にアーマチュア３が回転自在に配置されている。ヨーク２の内周面には周方向に４つの永久磁石４が固定されている。すなわち、この実施形態の電動モータ１は４極型の電動モータであり、極対数は２となっている。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 to 3, the
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（整流子）１３とから構成されている。アーマチュアコア６は、複数の金属板を軸方向に積層したものである。金属板の外周部には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複数個（本実施形態では２０個）放射状に形成されている。複数枚の金属板を回転軸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。
The
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複数個（本実施形態では２０個）形成されている。
ここで、スロット１１の数「Ｎ」は、極対数を「Ｐ」、「ａ」を０または正の整数としたとき、下式により決定される。
Ｎ＝４Ｐ＋２Ｐ×ａ
The
Here, the number “N” of the
N = 4P + 2P × a
すなわち、本実施形態では、スロット１１の数Ｎが「２０」、極対数Ｐが「２」であるため、ａが「３」となり、数式２を満たしていることになる。
また、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が形成されている。
That is, in this embodiment, since the number N of
Further, enamel-wrapped
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が複数枚（本実施形態では２０枚）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。
The
また、同電位となるセグメント１４、すなわち、回転軸５を中心にして互いに対向するセグメント１４（本実施形態では９つ置きのセグメント１４）にそれぞれ対応するライザ１５には、各々接続線２５が掛け回され、この接続線２５がヒュージングによりライザ１５に固定されている（図２参照）。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との間に配索されている。
The
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３箇所にブラシホルダ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Ｓ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Ｓ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（不図示）がブラシ２１を介してコンミテータ１３に供給される。
The other end side of the
図３に詳示するように、ブラシ２１は、陽極側に接続されている低速用ブラシ２１ａ、および高速用ブラシ２１ｂと、これら低速用ブラシ２１ａと高速用ブラシ２１ｂとに共通使用され陰極側に接続されている共通ブラシ２１ｃとで構成されている。低速用ブラシ２１ａと共通ブラシ２１ｃは互いに電気角で１８０°、つまり、機械角で周方向に９０°間隔をあけて配設されている。一方、高速用ブラシ２１ｂは、低速用ブラシ２１ａから周方向に角度αだけ離間して配置されている。なお、この実施形態では、共通ブラシ２１ｃを陰極側とし、低速用ブラシ２１ａ及び高速用ブラシ２１ｂを陽極側として説明するが、陽極側と陰極側を反対にしてもよい。
As shown in detail in FIG. 3, the
ここで、コンミテータ１３の同電位となるセグメント１４、すなわち、回転軸５を中心にして互いに対向するセグメント１４同士は接続線２５によって短絡されているため、ブラシ２１が摺接していないセグメントにも給電することが可能になる。したがって、図３に２点鎖線で示すように、各ブラシ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの回転軸５を中心にして対向する位置にもそれぞれブラシ２１ａ’，２１ｂ’，２１ｃ’が存在しているとみなすことができる。
Here, since the
これによれば、高速用ブラシ２１ｂ’は低速用ブラシ２１ａよりも角度θだけ進角した位置に存在していることになる。
そして、電動モータ１は、低回転駆動時は共通ブラシ２１ｃと低速用ブラシ２１ａによって、高回転駆動時は共通ブラシ２１ｃと高速用ブラシ２１ｂによって電力供給される。このため、高回転駆動時は、高速用ブラシ２１ｂによって電動モータ１は進角され、低回転駆動時よりも高回転で作動する。
According to this, the
The
次に、図４に基づいて電動モータ１におけるアーマチュア３への巻線１２の巻装方法について説明する。
図４は、アーマチュア３の展開図であり、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、および各ティース９にそれぞれ符号を附して説明する。
Next, a method of winding the winding 12 around the
FIG. 4 is a development view of the
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、本実施形態においては、９つ置き（例えば、１番セグメント１４ａと１１番セグメント１４ｄ）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。巻線１２は、一対の隣接するセグメント１４の間に回転軸５を中心にして点対称位置に存在するスロット１１間の巻装方向が同方向で、且つ隣り合うスロット１１間の巻装方向が互いに逆方向になるように短節巻にて四方に等分に巻装されている。
As shown in the figure, the
すなわち、例えば３番セグメント１４ｂのライザ１５に巻き始め端３０が掛け回された巻線１２は、１−２番ティース９の間のスロット１１ａと５−６番ティース９の間のスロット１１ｂとの間に順方向にｎ回巻装されコイル７Ａを形成している。
次に、巻線１２は、スロット１１ａ，１１ｂから周方向に９０°ずれた位置に存在する６−７番ティース９の間のスロット１１ｃと１０−１１番ティース９の間のスロット１１ｄとの間に逆方向にｎ回巻装されコイル７Ｂを形成している。
That is, for example, the winding 12 in which the winding
Next, the winding 12 is between the
ここで、コイル７Ｂは、極性の異なる磁極（永久磁石４）に対向するため、コイル７Ａとは逆向きに巻装されている。引き続き、６−７番ティース９の間のスロット１１ｃから引き出された巻線１２は、スロット１１ｃ，１１ｄから周方向に９０°ずれた位置に存在する１１−１２番ティース９の間のスロット１１ｅと１５−１６番ティース９の間のスロット１１ｆとの間に順方向にｎ回巻装されコイル７Ｃを形成している。
Here, since the
さらに、スロット１１ｅ，１１ｆから周方向に９０°ずれた位置に存在する１６−１７番ティース９の間のスロット１１ｇと２０−１番ティース９の間のスロット１１ｈとの間に逆方向にｎ回巻装されコイル７Ｄを形成している。その後、巻線１２はスロット１１ｇから引き出され、３番セグメント１４ｂに隣接する４番セグメント１４ｃに接続される。
Further, n times in the reverse direction between the
したがって、アーマチュアコア６には、周方向に９０°ずれたスロット１１間に順方向と逆方向とを順番に繰り返しながら巻線１２が巻装された、つまり、回転軸５を中心に点対称位置に存在するコイル同士の巻装方向が同方向で、且つ隣り合うコイルの巻装方向が互いに逆方向となるように巻装された４つのコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄが形成されている。これを順次所定の隣接するセグメント１４間で繰り返し行うことにより、アーマチュアコア６に短節巻のアーマチュアコイル７が形成される。
Therefore, the
図４、図５に示すように、このように巻装されたアーマチュア３に、例えば、低回転駆動時において２番セグメント１４ｅに低速用ブラシ２１ａ、７番セグメント１４ｆに共通ブラシ２１ｃが摺接した場合、高速用ブラシ２１ｂは１３番セグメント１４ｇと１４番セグメント１４ｈとに跨って摺接する。このとき、１３番セグメント１４ｇは３番セグメント１４ｂと短絡し、１４番セグメント１４ｈは４番セグメント１４ｃと短絡しているため、各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄが高速用ブラシ２１ｂによって短絡される。
しかしながら、これらコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄは四方に等分に巻装されているため、通電されているアーマチュアコイル７のエリア（図５における２点鎖線部分）を四方共に等しい。すなわち、回転軸５を中心に四方の通電コイルの有効導体数が等しくなっている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
However, since these
したがって、上述の実施形態によれば、高速用ブラシ２１ｂによって短絡されるコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄが四方に等分に巻装されているため、全ての位置関係で磁気バランスをとることが可能になる。このため、電動モータの振動や騒音を従来よりもさらに低減することができる。
Therefore, according to the above-described embodiment, the
また、コンミテータ１３に同電位となるセグメント１４同士を短絡する接続線２５を設けるため、低速用ブラシ２１ａと、この低速用ブラシ２１ａから周方向に角度αだけ離間して配置された高速用ブラシ２１ｂと、これら低速用ブラシ２１ａ、および高速用ブラシ２１ｂに共通使用される共通ブラシ２１ｃとの３つのブラシを設置するだけで、回転速度の切換え可能な電動モータ１を提供することが可能になる。
さらに、極対数が２以上であっても従来のように並列回路数に応じてブラシの設置数が増大することを防止することができるので、電動モータ１の製造コストを低減することが可能になる。
Further, in order to provide the
Furthermore, even if the number of pole pairs is two or more, it is possible to prevent the number of brushes from increasing according to the number of parallel circuits as in the prior art, so that the manufacturing cost of the
なお、上述の実施形態では、４つのコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄが各スロット１１間に巻線１２をｎ回巻装することで形成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、例えば、巻線１２の総巻回数を奇数にしたい場合、つまり、総巻回数がコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの数である「４」で割れないような場合にあっては、各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ全てが同じ巻回数でなくてもよい。
In the above-described embodiment, the case where the four
また、上述の実施形態では、アーマチュアコア６に巻線１２を図４に示すような巻装方法で巻装した場合に説明したが、これに限られるものではなく、例えば、以下の図６〜図２２に示す他の実施形態のようにさまざまな巻装方法が採用可能である。
ここで、図１を援用し、図６〜図２０に基づいて他の実施形態におけるアーマチュア３への巻線１２の巻装方法について説明する。
Further, in the above-described embodiment, the case where the winding 12 is wound around the
Here, with reference to FIG. 1, a method of winding the winding 12 around the
図６〜図２０において、電動モータ１は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点、ヨーク２の内周面に４つの永久磁石４が固定されている点、アーマチュアコア６にティース９（スロット１１）が２０個形成されている点、コンミテータ１３に２０枚のセグメント１４が取り付けられている点、各スロット１１間に形成されたコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄは回転軸５を中心に点対称位置に存在するコイル同士の巻装方向が同方向で、且つ隣り合うコイルの巻装方向が互いに逆方向となるように巻装されている点等、コンミテータ１３に同電位のセグメント１４同士を短絡する接続線２５が設けられている点等の基本的構成は、上述の実施形態と同様である。なお、図６〜図２２にあっては、接続線２５の記載を省略する。
6 to 20, in the
図６と図４との相違点は、図６のコイル７Ａが最初にｎ−１回巻装された主コイル７１と、最後に１回巻装された副コイル７２とで構成されている点にある。図６に示すように、副コイル７２は、コイル７Ｄを形成した巻線１２が再び主コイル７１が形成されているスロット１１ａに引き込まれることで形成される。その後巻線１２は、スロット１１ｂから引き出され、４番セグメント１４ｃに接続される。したがって、これら主コイル７１、および副コイル７２によって、スロット１１ａとスロット１１ｂとの間にｎ回巻装されたコイル７Ａが形成される。
The difference between FIG. 6 and FIG. 4 is that the
このように巻線１２を巻装することで、上述の実施形態と同様の効果を奏するのに加え、コンミテータ１３の首下の巻太りを低減することが可能になる。また、アーマチュアコア６全体での巻線１２の巻回数が形成されるコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの数である「４」で割れないような場合にあっては、各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ全てが同じ巻回数でなくてもよい。
By winding the winding 12 in this way, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained, and in addition, it is possible to reduce the winding thickness under the neck of the
図７と図４との相違点は、図７のコイル７Ａに副コイル７３が０．５回巻装されていると共に、コイル７Ｃに副コイル７３が０．５回巻装されている点にある。このように構成することで、巻線１２の総巻回数が奇数回であっても、アーマチュアコア６にバランスよく巻線１２を巻装することが可能になる。
また、この場合、永久磁石４の磁極の配列はＮ，Ｓ逆であってもよい。つまり、永久磁石４のＳ極に対向しているコイル７Ｂ、およびコイル７Ｄに副コイル７３を０．５回巻装してもよい。
The difference between FIG. 7 and FIG. 4 is that the
In this case, the arrangement of the magnetic poles of the
図８と図４との相違点は、図８のコイル７Ａをｎ−１回巻装された主コイル７１と、１回巻装された副コイル７２で構成すると共に、このコイル７Ａとコイル７Ｃに副コイル７３を０．５回巻装している点にある。このように構成することで、コンミテータ１３の首下の巻太りを低減することが可能になると共に、巻線１２の総巻回数が奇数回であっても、アーマチュアコア６にバランスよく巻線１２を巻装することが可能になる。
The difference between FIG. 8 and FIG. 4 is that the
図９と図４との相違点は、図９において、コイル７Ｂを形成した後、スロット１１ｃから巻線１２を引き出すのではなく、スロット１１ｄから引き出している点、コイル７Ｃを形成した後、スロット１１ｆから巻線１２を引き出すのではなく、スロット１１ｅから引き出している点にある。このように構成することで、コイル７Ｂ、およびコイル７Ｄにそれぞれ０．５回巻装された副コイル７３を形成することができる。
図１０と図４との相違点は、図１０のコイル７Ａがｎ−Ｘ（Ｘは２以上の整数）回巻装された主コイル７１とＸ回巻装された副コイル７２とで構成されると共に、コイル７Ｂ、およびコイル７Ｄにそれぞれ０．５回巻装された副コイル７３が形成されている点にある。
9 differs from FIG. 4 in that, in FIG. 9, after the
The difference between FIG. 10 and FIG. 4 is that the
図１１と図４との相違点は、図１１の各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄのそれぞれに副コイル７３が０．５回巻装されている点にある。すなわち、図１１に示すように、各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄに巻線１２がｎ回巻装されているのに加え、さらに巻線１２の巻回数がアーマチュアコア６全体で２回多い。このように構成することで巻線１２の総巻回数が偶数回で、且つ形成されるコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの数である「４」で割り切れない場合であっても、アーマチュアコア６にバランスよく巻線１２を巻装することが可能になる。
The difference between FIG. 11 and FIG. 4 is that the
図１２と図４との相違点は、図１２のコイル７Ａがｎ−１回巻装された主コイル７１と、０．５回巻装された２つの副コイル７３，７３とで構成されている点にある。すなわち、図１２に示すように、主コイル７１を巻装した後、スロット１１ａから巻線１２を引き出し、スロット１１ａ側に副コイル７３を形成している。そして、コイル７Ｂを形成するべくコンミテータ１３とは反対側（図１における左側）に巻線１２を配索し、スロット１１ｃに引き込んでいる。
The difference between FIG. 12 and FIG. 4 is that the
また、コイル７Ｄを形成した後、スロット１１ｈから巻線１２を引き出している。さらに、コンミテータ１３とは反対側に巻線１２を配索してスロット１１ｂに引き込み、スロット１１ｂ側に副コイル７３を形成している。このように構成することで、各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの渡り線７５をコンミテータ１３とは反対側に配索させることができる。このため、コンミテータ１３の首下の巻太りを低減することが可能になる。
Further, after the
図１３と図４との相違点は、図１３において、巻装方向が順方向であるコイル７Ａとコイル７Ｃとを巻線１２で巻装した後、巻装方向が逆方向であるコイル７Ｂとコイル７Ｄとを巻線１２で巻装している点にある。このように構成することで、最後に巻装されるコイルをコイル７Ｂとすることができる。すなわち、図１３に示すように、コイル７Ｂは、コイル７Ｄよりも巻線１２の巻き終わり端３１が接続される４番セグメント１４ｃに近い位置に存在している。
The difference between FIG. 13 and FIG. 4 is that in FIG. 13, after winding the
したがって、巻装工程を増大させることなく、コンミテータ１３の首下の巻太りを低減することが可能になる。よって、巻装時間の短縮化を図りつつ、コンミテータ１３の首下の巻太りを低減することができる。また、アーマチュアコア６全体での巻線１２の巻回数が形成されるコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの数である「４」で割れないような場合にあっては、各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ全てが同じ巻回数でなくてもよい。
Therefore, it becomes possible to reduce the thickness of the winding under the neck of the
図１４は、コイル７Ａとコイル７Ｃとを巻装した後、コイル７Ｂとコイル７Ｄとを巻装しているのに加え、コイル７Ａとコイル７Ｃとに副コイル７３が０．５回巻装されている。このように構成することで、図１３と同様の効果を奏するのに加え、巻線１２の総巻回数が奇数回であっても、アーマチュアコア６にバランスよく巻線１２を巻装することが可能になる。
In FIG. 14, after the
図１５と図１４との相違点は、図１４がコイル７Ａとコイル７Ｃとに副コイル７３が０．５回巻装されているのに対し、図１５ではコイル７Ｂとコイル７Ｄとに副コイル７３が０．５回巻装されている点にある。
図１６は、コイル７Ａとコイル７Ｃとを巻装した後、コイル７Ｂとコイル７Ｄとを巻装しているのに加え、各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄに副コイル７３が０．５回巻装されている。このように構成することで、図１４、図１５と同様の効果を奏するのに加え、巻線１２の総巻回数が偶数回で、且つ形成されるコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの数である「４」で割り切れない場合であっても、アーマチュアコア６にバランスよく巻線１２を巻装することが可能になる。
15 differs from FIG. 14 in that FIG. 14 has the
FIG. 16 shows that after the
図１７と図４との相違点は、図４の各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄが直列に接続されているのに対し、図１７は、直列に接続されたコイル７Ａ，７Ｂと、直列に接続されたコイル７Ｃ，７Ｄとが並列に接続されている点にある。すなわち、図１７に示すように、巻線１２は、コイル７Ｂを形成した後、コイル７Ｃ，７Ｄを形成せずに巻き終わり端３１が４番セグメント１４ｃに接続されている。
17 differs from FIG. 4 in that the
一方、１３番セグメント１４ｇに巻き始め端３０が接続された巻線１２は、コイル７Ｃ、７Ｄを形成し、スロット１１ｈから引き出された後に１４番セグメント１４ｈに接続されている。このように構成することで並列回路数を増大させることができ、各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄを直列に接続した場合と異なる回転速度の切換えを行うことができる。また、各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄを直列に接続した場合と異なるブラシ２１のレイアウトが可能になる。
On the other hand, the winding
図１８と図１７との相違点は、図１８の各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄに副コイル７３が０．５回巻装されている点にある。このように構成することで、図１７と同様の効果を奏するのに加え、巻線１２の総巻回数が偶数回で、且つ形成されるコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの数である「４」で割り切れない場合であっても、アーマチュアコア６にバランスよく巻線１２を巻装することが可能になる。
The difference between FIG. 18 and FIG. 17 is that the
図１９と図１７との相違点は、図１８のコイル７Ａ、およびコイル７Ｃがｎ−１回巻装された主コイル７１と、０．５回巻装された２つの副コイル７３とで構成されている点にある。この場合、図２０に示すように、スロット１１ａ，１１ｅに引き込まれた巻線１２でコイル７Ａ，７Ｃよりも先にコイル７Ｂ，７Ｄを形成するようにしてもよい。
このように構成することで、図１７と同様の効果を奏するのに加え、コンミテータ１３の首下の巻太りを低減することが可能になる。
The difference between FIG. 19 and FIG. 17 is that the
By configuring in this way, in addition to achieving the same effect as in FIG. 17, it is possible to reduce the thickening under the neck of the
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、上述の実施形態では、電動モータ１はヨーク２に永久磁石４が４つ固定され、アーマチュアコア６に２０個のスロット１１が形成され、コンミテータ１３に２０枚のセグメント１４が取り付けられた４極２０スロット２０セグメントの電動モータである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、極対数が２以上で、且つスロット１１の数を「Ｎ」、極対数を「Ｐ」、「ａ」を０または正の整数としたとき、ＮがＮ＝４Ｐ＋２Ｐ×ａを満たすように構成されていればよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention.
In the above-described embodiment, the
さらに、上述の実施形態では、ブラシ２１が低速用ブラシ２１ａと、高速用ブラシ２１ｂと、これら低速用ブラシ２１ａ、および高速用ブラシ２１ｂに共通使用される共通ブラシ２１ｃとの３つのブラシで構成されている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、４極以上であって、且つ同電位のセグメント同士を短絡する接続線２５を用いた電動モータ全てに採用可能である。すなわち、接続線２５だけでは解消しきれない磁気的なアンバランスを本実施形態のような巻線１２の巻装構造とすることでアンバランスを解消することができる。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
このことは、例えば、ブラシ数が２つの場合や４つの場合であっても採用することが可能であるといえる。すなわち、ブラシ数が２つの場合や４つの場合にあっては、本発明の３ブラシのような磁気的なアンバランスが生じ難いものの、本発明における巻線１２の巻装構造、および接続線２５を用いた構造を採用することにより、さらに確実に磁気的なバランスがとれた電動モータを提供することが可能になる。
This can be adopted even when the number of brushes is two or four, for example. That is, when the number of brushes is two or four, the magnetic unbalance unlike the three brushes of the present invention hardly occurs, but the winding structure of the winding 12 and the
そして、上述の実施形態では、アーマチュアコア６の各スロット１１間に巻線１２を短節巻にて巻装した場合について説明したが、これに限られるものではなく、全節巻にて巻装してもよい。
また、上述の実施形態では、アーマチュアコア６が複数の金属板を軸方向に積層したものであ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、アーマチュアコアを軟磁性粉末を加圧成形することで形成される、所謂圧粉磁性体により形成してもよい。
And in the above-mentioned embodiment, although the case where the coil | winding 12 was wound by short-pitch winding between each
Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the case where the
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，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ コイル
９ ティース
１１，１１ａ〜１１ｈ スロット
１２ 巻線
１３ コンミテータ
１４ セグメント
２１ ブラシ
２１ａ 低速用ブラシ（第１速度用ブラシ）
２１ｂ 高速用ブラシ（第２速度用ブラシ）
２１ｃ 共通ブラシ
２５ 接続線
７１ 主コイル
７２，７３ 副コイル
７５ 渡り線
1
4 Permanent magnet (magnetic pole)
5 Rotating
21b High speed brush (second speed brush)
Claims (3)
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、
前記コンミテータに設けられ、同電位となるセグメント同士を短絡する接続線と、
隣接する前記セグメント間に前記巻線が接続されると共に、各磁極に対向するスロット間に前記巻線が巻装されて形成されたコイルとを有し、
前記極対数をＰ、前記スロットの数をＮ、ａを０または正の整数としたとき、
Ｎ＝４Ｐ＋２Ｐ×ａ
を満たすように、Ｎが決定されるアーマチュアと、
前記コンミテータの前記セグメントに摺接可能に設けられ、前記コイルに給電を行うためのブラシとを備え、
各コイルは、前記回転軸を中心に点対称位置に存在するコイル同士の巻装方向が同方向で、且つ隣り合うコイルの巻装方向が互いに逆方向となるように、各々周方向に等分に巻装され、
前記ブラシは、第１速度用ブラシと、前記第１速度用ブラシから所定角度周方向に離間して設けられた第２速度用ブラシと、これら第１速度用ブラシ、および第２速度用ブラシに共通使用される共通ブラシとの３つのブラシで構成されており、
前記第１速度用ブラシ、および前記第２速度用ブラシの何れか一方のブラシと、前記共通ブラシとが、それぞれ１つの前記セグメントに摺接した状態で、かつ前記第１速度用ブラシ、および前記第２速度用ブラシの何れか他方のブラシが、隣接する２つの前記セグメントに跨るように摺接した状態において、短絡されている前記コイル、および通電されている前記コイルが、周方向全体に亘って等しく分布されるように構成されていることを特徴とする電動モータ。 A rotating shaft pivotally supported by a yoke having two or more pole pairs;
A plurality of teeth that are attached to the rotating shaft and extend radially in the radial direction to wind a winding; and an armature core having a plurality of slots formed between the teeth and extending along the axial direction;
A commutator provided on the rotating shaft adjacent to the armature core and having a plurality of segments arranged in a circumferential direction ;
A connecting line provided in the commutator, for short-circuiting the segments having the same potential ;
Together with the winding between the adjacent segments are connected, and a coil in which the windings are formed is wound between the slots facing each pole,
When the number of pole pairs is P, the number of slots is N, and a is 0 or a positive integer,
N = 4P + 2P × a
An armature where N is determined to satisfy
A brush that is slidably contacted with the segment of the commutator, and that feeds power to the coil;
Each coil is equally divided in the circumferential direction so that the winding directions of the coils existing at point symmetry positions around the rotation axis are the same and the winding directions of adjacent coils are opposite to each other. Wrapped around
The brush includes a first speed brush, a second speed brush provided in a circumferential direction away from the first speed brush, the first speed brush, and the second speed brush. It consists of three brushes with a common brush used in common,
One of the first speed brush, the second speed brush, and the common brush are in sliding contact with one of the segments, and the first speed brush, In a state where any other brush of the second speed brushes is in sliding contact with the two adjacent segments, the short-circuited coil and the energized coil extend over the entire circumferential direction. The electric motor is configured to be equally distributed .
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