JP6086870B2 - 電機子および直流モータ - Google Patents

Description

本発明は、電機子およびモータに関する。

従来、自動車や事務機器などの様々な用途においてモータが使用されている。モータには、複数のコイルが巻回された電機子が設けられており、モータを製造する際には、電機子のコアの溝に銅線を巻回する必要がある。

銅線をコアに巻回する方法や装置は、種々考案されている。例えば、中心部に回転子軸を固着した貫通孔を有する回転子軸外周部と、該回転子軸外周部より径方向に向かって突出する突出部と、該突出部との先端から周方向に向かって延出する先端部とによって多数形成された略Ｔ字型の磁極部とよりなるアーマチュアコアの該磁極部間に形成されるスロットのうちの任意のスロットと、該任意のスロットに隣接するスロットを飛び越した他の任意のスロットとの間に、所定の巻数（Ｎ）のアーマチュアコイルを順次多数巻装するようにした直流モータ回転子が考案されている（特許文献１参照）。

特開平１０−２８５８５４号公報

しかしながら、上述のモータ回転子においては、後から巻いたアーマチュアコイルは、その内側に既に巻かれているアーマチュアコイルと干渉してしまうため、既に巻かれているアーマチュアコイルと同じ巻姿にならない。そのため、モータ全体において、複数のコイルの配置が片寄ることで、モータのトルク特性や振動などに影響を与える可能性がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モータの特性の更なる改善を可能とする技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電機子は、回転軸を中心に放射状に設けられた複数のティースを有するコアと、２以上のティースを一組として組毎に巻き回された複数のコイルを備える。複数のコイルは、ティースの回転軸側に配置されている複数の内側コイルと、内側コイルの外側に配置されている複数の外側コイルと、を有する。複数の内側コイルは、隣接する内側コイルが同じティースに巻き回されないように環状に配置されており、複数の外側コイルは、隣接する外側コイルが同じティースに巻き回されないように環状に配置されており、外側コイルは、内側コイルが巻き回されているティースの組合せとは異なる組合せのティースに巻き回されている。

本発明の別の態様もまた、電機子である。この電機子は、回転軸を中心に放射状に設けられたｍ個（ｍは６以上の整数）のティースを有するコアと、ｎ個（ｎはｍ／ｎが３以上となる整数）のティースを一組として組毎に巻き回された複数のコイルを備える。複数のコイルは、ティースの回転軸側に配置されているｍ／ｎ個の内側コイルと、内側コイルの外側に配置されているｍ／ｎ個の外側コイルと、を有する。ｍ／ｎ個の内側コイルは、回転軸の軸線方向から見て（ｍ／ｎ）角形となるように配置されており、ｍ／ｎ個の外側コイルは、回転軸の軸線方向から見て（ｍ／ｎ）角形となるように配置されており、外側コイルは、回転軸を中心に、隣接する内側コイルに対して位相が（３６０°／ｍ）変化した位置に配置されている。前述の外側コイルの外側に、更にコイルを配置してもよい。この時、内側コイルを第１層、この第１層に隣接する外側コイルを第２層、この第２層の外側に隣接する外側コイルを第３層、この第３層の外側に隣接する外側コイルを第４層とすると、層数はｍ／（ｍ／ｎ）で表すことができる。

本発明のさらに別の態様は、直流モータである。この直流モータは、筒状のハウジングと、ハウジングの内面に沿って設けられ、一対以上の磁極を有する固定子と、固定子に対向配置された電機子と、整流子の外周面を摺動するように設けられている一対又は複数対のブラシと、を備えている。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、モータの特性を更に改善できる。

実施の形態に係る直流モータの正面図である。 直流モータの分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 本実施の形態に係る電機子に用いられるコアの正面図である。 本実施の形態に係るコアにコイルを巻き回した電機子の状態を示す模式図である。 比較例としての分布巻きと呼ばれるコイルの巻き方を説明する図である。 比較例としてのダブル巻きと呼ばれるコイルの巻き方を説明する図である。 本実施の形態に係るコイルの巻き方を説明するための図である。 図９（ａ）は、実施例１に係る電機子の構成を模式的に示した図、図９（ｂ）は、実施例２に係る電機子の構成を模式的に示した図、図９（ｃ）は、実施例３に係る電機子の構成を模式的に示した図である。 図１０（ａ）は、実施例４に係る電機子の構成を模式的に示した図、図１０（ｂ）は、実施例５に係る電機子の構成を模式的に示した図、図１０（ｃ）は、実施例６に係る電機子の構成を模式的に示した図である。 図１１（ａ）は、図７に示した電機子のコミテータにブラシが接触した状態を示す模式図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示した電機子が３０°回転した状態を示す模式図である。 図１２（ａ）は、図１１（ａ）に示した状態の電機子における回路構成を示す図、図１２（ｂ）は、図１１（ｂ）に示した状態の電機子における回路構成を示す図である。 図１３（ａ）は、図８に示した電機子のコミテータにブラシが接触した状態を示す模式図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示した電機子が３０°回転した状態を示す模式図である。 図１４（ａ）は、図１３（ａ）に示した状態の電機子における回路構成を示す図、図１４（ｂ）は、図１３（ｂ）に示した状態の電機子における回路構成を示す図である。 本実施の形態の変形例に係るコイルの巻き方を説明するための図である。 本実施の形態の他の変形例に係るコイルの巻き方を説明するための図である。

本発明の一実施の形態に係る電機子は、回転軸を中心に放射状に設けられた複数のティースを有するコアと、２以上のティースを一組として組毎に巻き回された複数のコイルを備える。複数のコイルは、ティースの回転軸側に配置されている複数の内側コイルと、内側コイルの外側に配置されている複数の外側コイルと、を有する。複数の内側コイルは、隣接する内側コイルが同じティースに巻き回されないように環状に配置されており、複数の外側コイルは、隣接する外側コイルが同じティースに巻き回されないように環状に配置されており、外側コイルは、内側コイルが巻き回されているティースの組合せとは異なる組合せのティースに巻き回されている。

この実施の形態によると、ティースの回転軸側に配置されている複数の内側コイルは、隣接する内側コイルが同じティースに巻き回されないように環状に配置されている。つまり、複数の内側コイルは、互いに余り干渉せずに所定のティースに巻き回されるため、コイル同士の干渉による配置の片寄りが少なく、対称性の高い（バランスのよい）コイルの配置が可能となる。同様に、複数の外側コイルは、隣接する外側コイルが同じティースに巻き回されないように環状に配置されている。つまり、複数の外側コイルは、互いに余り干渉せずに所定のティースに巻き回されるため、コイル同士の干渉による配置の片寄りが少なく、対称性の高い（バランスのよい）コイルの配置が可能となる。また、外側コイルは、内側コイルが巻き回されているティースの組合せとは異なる組合せのティースに巻き回されているため、トルク変動の滑らかな回転特性が得られる。

ここで、ティースは、コイルを巻き回すことができる形状であればよく、例えば、回転軸に垂直な断面形状がコアの径方向に延びたアーム（Ｉ）状のものや、その先端が周方向両側に分岐したＴ字状のものであってもよい。また、外側コイルが巻き回される「異なる組合せのティース」とは、内側コイルが巻き回されているティースのすべてと異なっている場合だけではなく、一部のティースが異なっている場合も含む。また、「環状」とは、円形の場合だけでなく、例えば、三角形、四角形、五角形等の多角形状を含んでもよい。

別の実施の形態もまた、電機子である。この電機子は、回転軸を中心に放射状に設けられたｍ個（ｍは６以上の整数）のティースを有するコアと、ｎ個（ｎはｍ／ｎが３以上となる整数）のティースを一組として組毎に巻き回された複数のコイルを備える。複数のコイルは、ティースの回転軸側に配置されているｍ／ｎ個の内側コイルと、内側コイルの外側に配置されているｍ／ｎ個の外側コイルと、を有する。ｍ／ｎ個の内側コイルは、回転軸の軸線方向から見て（ｍ／ｎ）角形となるように配置されており、ｍ／ｎ個の外側コイルは、回転軸の軸線方向から見て（ｍ／ｎ）角形となるように配置されており、外側コイルは、回転軸を中心に、隣接する内側コイルに対して位相が（３６０°／ｍ）変化した位置に配置されている。前述の外側コイルの外側に、更にコイルを配置してもよい。この時、内側コイルを第１層、この第１層に隣接する外側コイルを第２層、この第２層の外側に隣接する外側コイルを第３層、この第３層の外側に隣接する外側コイルを第４層とすると、層数はｍ／（ｍ／ｎ）で表すことができる。

この実施の形態によると、ｍ／ｎ個の内側コイルは、回転軸の軸線方向から見て（ｍ／ｎ）角形となるように配置されており、ｍ／ｎ個の外側コイルは、回転軸の軸線方向から見て（ｍ／ｎ）角形となるように配置されており、内側コイルと外側コイルとは互いに似た多角形状に配置されている。また、外側コイルは、回転軸を中心に、隣接する内側コイルに対して位相が（３６０°／ｍ）変化した位置に配置されている。そのため、各コイルは、回転軸を中心に均等な角度に配置されることから、トルク変動の滑らかな回転特性が得られる。

隣り合ったティースの間に形成されたスリットのうち内側コイルが挿入されていない複数のスリットにおいて、外側コイルより回転軸側に形成された空間の形状が実質的に同一であってもよい。これにより、電機子が回転する際のバランスがよくなり、このような電機子をモータに使用した場合の振動が抑制される。

空間がＳ個の場合、複数のコイルが回転軸を中心にＳ回点対称となるように設けられていてもよい。これにより、電機子が回転する際のバランスがよくなり、このような電機子をモータに使用した場合の振動が抑制される。

コアの中心を貫通するシャフトと、シャフトに固定され、電機子とともに回転する整流子と、を更に備えてもよい。整流子は、ティースの数と同数のセグメントを有していてもよい。もしくは、整流子は、内側コイル又は外側コイルと同数以下のセグメントに分割されていてもよい。これにより、整流子のセグメントの数がコイルの総数の半分以下で済み、一つのセグメントのサイズを大きくできるため、整流子の製造が容易となり、また、組み立てる際の作業性も向上できる。

セグメントは、少なくとも内側コイルの一端が係止される第１の係止部と、少なくとも外側コイルの一端が係止される第２の係止部と、を有してもよい。これにより、一つのセグメントに複数のコイルの一端を係止させる必要がある場合であっても、同じ係止部に係止させなくても済む。そのため、係止部の大きさを小さくできる。また、他のコイルの一端が係止されている状態で、次のコイルの一端を係止させる場合と比べて、製造が容易となる。

複数のコイルは、一筆書きとなるように結線されていてもよい。これにより、ダブルフライヤと呼ばれる２つのコイルを同時に巻くことができる装置を用いずに、より安価な装置で電機子を製造できる。

さらに別の実施の形態は、直流モータである。この直流モータは、筒状のハウジングと、ハウジングの内面に沿って設けられ、一対以上の磁極を有する固定子と、固定子に対向配置された電機子と、整流子の外周面を摺動するように設けられている一対又は複数対のブラシと、を備えている。これにより、従来より特性が改善された直流モータが実現できる。

さらに別の実施の形態は、電機子である。この電機子は、回転軸を中心に放射状に設けられたｍ個（ｍは偶数）のティースを有するコアと、ｍ／２個のセグメントと、２以上のティースを一組として組毎に巻き回された複数のコイルと、を備える。複数のコイルは、軸方向から見て平行に配置された一対のコイルを有し、該一対のコイルのそれぞれの中心を通る直線に対し線対称となるように配置されており、かつ、一対のセグメント間に２つのコイルが並列に接続されている。

この実施の形態によると、複数のコイルが線対称となるように配置されており、回転中における安定性が増す。

一対のセグメント間に並列に接続された２つのコイルは、回転軸と直交する一つの直線を挟んで１８０°対向するように配置されているとよい。また、ティースの数は、例えば、６個である。また、コイルの数は、例えば、６個である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

（直流モータ）
はじめに、直流モータ（以下、適宜「モータ」という。）の概略構成を説明する。図１は、実施の形態に係る直流モータの正面図である。図２は、直流モータの分解斜視図である。図３は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。なお、図１〜図３に示すモータの構成は、あくまでも例示であり、本実施の形態に係る電機子の構成がこれに限られるものではない。

図１および図２に示すように、モータ１０は、筒状のハウジング１２の内部に回転子１４が収容されて構成されている。ハウジング１２は、有底筒状の金属ケース１６と、筒状の樹脂製のブラシホルダ１８とを組み付けて構成される。金属ケース１６は、磁気回路を形成するヨークとしても機能し、その内周面には筒状の界磁マグネット（単に「マグネット」という）２０が固定され、共に固定子を構成している。本実施の形態に係るマグネット２０は２極であるが、極数や配置はこれに限られない。金属ケース１６の底部中央にはボス部１７が外方にやや突出するように形成され、後述する軸受を収容している。

回転子１４は、回転軸となるシャフト２２の一端側半部に、電機子２４、コミテータ２６、検出用マグネット２８等が設けられて構成される。ブラシホルダ１８には、コミテータ２６に対向配置される一対のカーボンブラシ３０が配設されている。ブラシホルダ１８には、図示しない電装品と電気的に接続するためのコネクタ３２が着脱可能に取り付けられる。

ブラシホルダ１８は、コネクタ３２を取り付けたブラシホルダ組立体の状態で金属ケース１６に挿入されるようにして組み付けられる。金属ケース１６の開口端近傍の側面には切り欠き部３４，３５が設けられており、ブラシホルダ組立体を組み付ける際にコネクタ３２およびブラシホルダ１８の所定箇所が切り欠き部３４，３５の各基端部にそれぞれ係止されることにより適切な位置決めがなされる。

このようにブラシホルダ組立体を組み付けた後、金属ケース１６の開口部をエンドプレート３６により封止する。エンドプレート３６は、金属ケース１６の開口部とほぼ同形状の外形を有し、その開口部に挿通嵌合される。エンドプレート３６は、金属ケース１６内に挿入された後にエンドプレート３６の開口端が内方に加締められることにより、金属ケース１６に対して固定される。エンドプレート３６の周縁部には互いに反対側に延出する一対のフランジ部３８が設けられ、各フランジ部３８が電装品への取り付け部を形成している。

エンドプレート３６の中央にはボス部３９が外方にやや突出するように形成され、リング状であって潤滑用のオイルを含浸したいわゆるオイルレスメタルからなる滑り軸受３７が圧入されている。ボス部３９の底部にはその滑り軸受３７と同軸状に挿通孔が設けられている。シャフト２２の他端側半部は、この挿通孔を貫通して外部に露出し、図示しないギア等を介して駆動対象に接続される。なお、滑り軸受３７をエンドプレート３６ではなくブラシホルダ１８に設けることもできるが、金属からなるエンドプレート３６にて保持する本実施例の構成は、樹脂と比べて温度湿度変化に強く、モータ使用温度湿度環境の変化による体積の膨張収縮が小さいのでシャフト２２の同軸度を向上させることができ、回転子１４を高精度で安定した回転状態を保持することができる。

図３に示すように、金属ケース１６、ブラシホルダ１８、およびコネクタ３２に囲まれるようにしてハウジング１２の内部空間が形成される。エンドプレート３６のボス部３９には上述した滑り軸受３７が圧入され、シャフト２２の挿通孔４０近傍の部分を回転自在に軸支している。一方、金属ケース１６のボス部１７には、滑り軸受けであって外形形状が球形である球形滑り軸受け４１が同軸状に内挿嵌合された有底筒状の軸受ホルダ４２が配置されている。球形滑り軸受け４１は、シャフト２２の一端部に圧入されている。軸受ホルダ４２の底部中央には断面三角形状の凸部４３が設けられ、ボス部１７の底部に設けられた同形状の凹部４４に嵌合することで、その軸線周りの回動が阻止されている。つまり、これら凸部４３および凹部４４により軸受ホルダ４２の回り止め構造が実現されている。また、球形滑り軸受け４１が、その外周の曲面部において軸受ホルダ４２に相対的に回動可能となっている。すなわち、シャフト２２と同軸の球形滑り軸受け４１の軸線が軸受ホルダ４２の軸線と所定角度の傾きを許容する構成となっており、シャフト２２の回転により自動調心がなされるようになっている。

電機子２４は、シャフト２２に圧入されたコア４６と、コア４６に巻回された巻線４８を含んで構成されており、コア４６の外周面がマグネット２０の内周面と所定のクリアランス（磁気ギャップ）をあけて対向配置されている。これらマグネット２０およびコア４６による磁極構成の詳細については後述する。

シャフト２２における電機子２４と滑り軸受３７との間には、電機子２４側から順にコミテータ２６、検出用マグネット２８、ブッシュ５０が並設されている。コミテータ２６は、円筒状をなし、コネクタ３２が金属ケース１６に組み付けられた際にカーボンブラシ３０に対向配置される位置にてシャフト２２に圧入されている。ブラシホルダ１８には筒状のカーボンホルダ３１が固定されており、カーボンブラシ３０は、このカーボンホルダ３１に内挿されて支持されている。

検出用マグネット２８は、コミテータ２６よりも外径がやや小さな円筒状をなし、コミテータ２６に軸線方向に当接するようにシャフト２２に挿通されている。コネクタ３２の下面にはホール素子５２が配設されており、コネクタ３２が金属ケース１６に組み付けられた際には、そのホール素子５２が検出用マグネット２８に対向配置される。検出用マグネット２８がコミテータ２６よりもやや小さく構成されることで、シャフト２２が他端側からブラシホルダ１８に挿通される際に検出用マグネット２８がカーボンブラシ３０に干渉するのが防止される。また、検出用マグネット２８をコミテータ２６よりも小さな範囲で大きくすることで、ホール素子５２に近接配置できるようにされている。

検出用マグネット２８は、回転に伴ってその外周面にＮ極とＳ極とが交互に現れるように２極に着磁されており、ホール素子５２がその検出用マグネット２８の回転に伴う磁極の切り替わり（境界）を検出してパルス信号を出力する。所定期間におけるそのパルス信号の数を取得することにより、モータ１０の回転数を検出することができる。なお、本実施例では検出用マグネット２８を２極着磁としたが、例えば４極着磁等その他の偶数極数に設定してもよい。

検出用マグネット２８のブッシュ５０との対向面には、断面四角形状の凹部５４が設けられている。一方、ブッシュ５０は、その凹部５４と相補形状の外形を有する段付柱状をなしている。ブッシュ５０は、その先端部を凹部５４に嵌合させるようにシャフト２２に圧入されており、その結果、検出用マグネット２８のシャフト２２に対する回転が防止されている。ブッシュ５０は、鉄などの磁性材料からなり、検出用マグネット２８の磁力を安定化させるバックヨークとしても機能する。

（電機子）
次に、本実施の形態に係る電機子について詳述する。図４は、本実施の形態に係る電機子に用いられるコアの正面図である。本実施の形態に係るコア１００は、所定の形状の電磁鋼板を複数積層して作成されている。

図４に示すコア１００は、回転軸Ｃを中心に放射状に設けられた６つのティースＴ１〜Ｔ６を有する。また、コア１００の各ティースの間には、周方向に順に第１スリットＳ１〜第６スリットＳ６が形成されている。ティースＴ１〜Ｔ６は、コイルを巻き回すことができる形状であればよく、例えば、回転軸に垂直な断面形状がコアの径方向Ｌに延びたアーム（Ｉ）状のものや、その先端が周方向両側に分岐したＴ字状のものであってもよい。

図５は、本実施の形態に係るコアにコイルを巻き回した電機子の状態を示す模式図である。電機子２４は、第１スリットＳ１および第３スリットＳ３の間に巻き回された第１内側コイルＣ１と、第５スリットＳ５および第１スリットＳ１の間に巻き回された第２内側コイルＣ２と、第３スリットＳ３および第５スリットＳ５の間に巻き回された第３内側コイルＣ３と、第６スリットＳ６および第２スリットＳ２の間に巻き回された第１外側コイルＣ１’と、第２スリットＳ２および第４スリットＳ４の間に巻き回された第２外側コイルＣ２’と、第４スリットＳ４および第６スリットＳ６の間に巻き回された第３外側コイルＣ３’と、を有する。

第１内側コイルＣ１、第２内側コイルＣ２および第３内側コイルＣ３は、回転軸Ｃの軸線方向から見て略正三角形となるように各スリットの回転軸側に配置されており、第１外側コイルＣ１’、第２外側コイルＣ２’および第３外側コイルＣ３’は、第１内側コイルＣ１、第２内側コイルＣ２および第３内側コイルＣ３を囲むように、回転軸Ｃの軸線方向から見て略正三角形となるように配置されている。

このように構成されている電機子２４は、３つの内側コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、互いに余り干渉せずに略正三角形に配置されているため、コイル同士の干渉による配置の片寄りが少なく、対称性の高い（バランスのよい）コイルの配置が可能となる。同様に、３つの外側コイルＣ１’，Ｃ２’，Ｃ３’は、互いに余り干渉せずに略正三角形に配置されているため、コイル同士の干渉による配置の片寄りが少なく、対称性の高い（バランスのよい）コイルの配置が可能となる。そのため、電機子２４を備えたモータ１０は、回転時の重量バランスがよく、モータの振動や異音が低減されるため、モータ特性が更に改善する。

次に、本実施の形態に係る電機子におけるコイルの巻き方について説明する。本実施の形態に係るコイルの巻き方は、従来の方法では得られない多様な効果を有する。図６は、比較例としての分布巻きと呼ばれるコイルの巻き方を説明する図である。

図６に示すように、はじめに、ティースＴ１とティースＴ２を囲むように第１スリットＳ１と第３スリットＳ３とに繰り返し銅線を通し、第１コイルＣ１１を形成する。

第１コイルＣ１１を形成し終えると、次に、ティースＴ２とティースＴ３を囲むように第２スリットＳ２と第４スリットＳ４とに繰り返し銅線を通し、第２コイルＣ１２を形成する。この際、ティースＴ２の基部には既に第１コイルＣ１１が巻かれているため、第２スリットＳ２において、第２コイルＣ１２は第１コイルＣ１１と干渉する。その結果、ティースＴ２とティースＴ３とでは、第２コイルＣ１２が巻き回されている位置がずれる。

第２コイルＣ１２を形成し終えると、次に、ティースＴ３とティースＴ４を囲むように第３スリットＳ３と第５スリットＳ５とに繰り返し銅線を通し、第３コイルＣ１３を形成する。この際、ティースＴ３の基部には既に第２コイルＣ１２が巻かれているため、第３スリットＳ３において、第３コイルＣ１３は第２コイルＣ１２と干渉する。その結果、ティースＴ３とティースＴ４とでは、第３コイルＣ１３が巻き回されている位置がずれる。

第３コイルＣ１３を形成し終えると、次に、ティースＴ４とティースＴ５を囲むように第４スリットＳ４と第６スリットＳ６とに繰り返し銅線を通し、第４コイルＣ１４を形成する。この際、ティースＴ４の基部には既に第３コイルＣ１３が巻かれているため、第４スリットＳ４において、第４コイルＣ１４は第３コイルＣ１３と干渉する。その結果、ティースＴ４とティースＴ５とでは、第４コイルＣ１４が巻き回されている位置がずれる。

第４コイルＣ１４を形成し終えると、次に、ティースＴ５とティースＴ６を囲むように第５スリットＳ５と第１スリットＳ１とに繰り返し銅線を通し、第５コイルＣ１５を形成する。この際、ティースＴ５の基部には既に第４コイルＣ１４が巻かれているため、第５スリットＳ５において、第５コイルＣ１５は第４コイルＣ１４と干渉する。その結果、ティースＴ５とティースＴ６とでは、第５コイルＣ１５が巻き回されている位置がずれる。

第５コイルＣ１５を形成し終えると、次に、ティースＴ６とティースＴ１を囲むように第６スリットＳ６と第２スリットＳ２とに繰り返し銅線を通し、第６コイルＣ１６を形成する。この際、ティースＴ６の基部には既に第５コイルＣ１５が巻かれており、ティースＴ１の基部には既に第１コイルＣ１１が巻かれているため、第６スリットＳ６において、第６コイルＣ１６は第５コイルＣ１５と干渉し、第２スリットＳ２において、第６コイルＣ１６は第１コイルＣ１１と干渉する。その結果、ティースＴ６とティースＴ１とでは、第６コイルＣ１６が巻き回されている位置がずれる可能性がある。

このような分布巻きで作製した電機子１０２において、第１コイルＣ１１、第６コイルＣ１６の２つのコイルを除いた他の４つのコイルＣ１２〜Ｃ１５は、コア１００の径方向に対して垂直に設けられておらず、またその角度もばらばらである。また、各コイルの中心（重心）と回転軸Ｃとの距離もそれぞれ異なる。加えて、第２スリットＳ２〜第６スリットＳ６には、コイルが存在しない空間Ｖ１２〜Ｖ１６が形成されているが、この形状も同一ではない。そのため、分布巻きで作製した電機子１０２を用いたモータは、コイルの配置の片寄りに改善の余地があった。

図７は、比較例としてのダブル巻きと呼ばれるコイルの巻き方を説明する図である。ダブル巻きは、ダブルフライヤ装置を用いて、一度に２つの銅線を巻きながらコイルを形成していく方法である。

図７に示すように、はじめに、ティースＴ１とティースＴ２を囲むように第１スリットＳ１と第３スリットＳ３とに繰り返し銅線を通し、第１コイルＣ２１を形成するとともに、ティースＴ４とティースＴ５を囲むように第４スリットＳ４と第６スリットＳ６とに繰り返し銅線を通し、もう一つの第１コイルＣ２１’を同時に形成する。

第１コイルＣ２１，Ｃ２１’を形成し終えると、次に、ティースＴ２とティースＴ３を囲むように第２スリットＳ２と第４スリットＳ４とに繰り返し銅線を通し、第２コイルＣ２２を形成するとともに、ティースＴ５とティースＴ６を囲むように第５スリットＳ５と第１スリットＳ１とに繰り返し銅線を通し、もう一つの第２コイルＣ２２’を同時に形成する。この際、ティースＴ２の基部には既に第１コイルＣ２１が巻かれているため、第２スリットＳ２において、第２コイルＣ２２は第１コイルＣ２１と干渉する。その結果、ティースＴ２とティースＴ３とでは、第２コイルＣ２２が巻き回されている位置がずれる。同様に、ティースＴ５の基部には既に第１コイルＣ２１’が巻かれているため、第５スリットＳ５において、第２コイルＣ２２’は第１コイルＣ２１’と干渉する。その結果、ティースＴ５とティースＴ６とでは、第２コイルＣ２２’が巻き回されている位置がずれる。

第２コイルＣ２２，Ｃ２２’を形成し終えると、次に、ティースＴ３とティースＴ４を囲むように第３スリットＳ３と第５スリットＳ５とに繰り返し銅線を通し、第３コイルＣ２３を形成するとともに、ティースＴ６とティースＴ１を囲むように第６スリットＳ６と第２スリットＳ２とに繰り返し銅線を通し、もう一つの第３コイルＣ２３’を同時に形成する。この際、ティースＴ３の基部には既に第２コイルＣ２２が巻かれており、ティースＴ４の基部には既に第１コイルＣ２１’が巻かれているため、第３スリットＳ３、第５スリットＳ５において、第３コイルＣ２３は第２コイルＣ２２、第１コイルＣ２１’と干渉する。その結果、ティースＴ３とティースＴ４とでは、第３コイルＣ２３が巻き回されている位置がずれる可能性がある。同様に、ティースＴ６の基部には既に第２コイルＣ２２’が巻かれており、ティースＴ１の基部には既に第１コイルＣ２１が巻かれているため、第６スリットＳ６、第２スリットＳ２において、第３コイルＣ２３’は第２コイルＣ２２’、第１コイルＣ２１と干渉する。その結果、ティースＴ６とティースＴ１とでは、第３コイルＣ２３’が巻き回されている位置がずれる可能性がある。

このようなダブル巻きで作製した電機子１０４において、第１コイルＣ２１，Ｃ２１’、第３コイルＣ２３，Ｃ２３’を除いた他の２つのコイルＣ２２，Ｃ２２’は、コア１００の径方向に対して垂直に設けられておらず、またその角度もばらばらである。また、第１コイルＣ２１（Ｃ２１’）、第２コイルＣ２２（Ｃ２２’）、第３コイルＣ２３（Ｃ２３’）の中心（重心）と回転軸Ｃとの距離もそれぞれ異なる。加えて、第２スリットＳ２、第３スリットＳ３、第５スリットＳ５、第６スリットＳ６には、コイルが存在しない空間Ｖ２２，Ｖ２３，Ｖ２５，Ｖ２６が形成されているが、この形状も同一ではない。そのため、ダブル巻きで作製した電機子１０４を用いたモータは、分布巻きで作製した電機子１０２と比較して、コイルの配置の片寄りは改善はされているが、改善の余地がまだ残っている。また、ダブル巻きはダブルフライヤ装置を用いる必要があり、製造装置のコストが上昇するという問題もある。

本発明者らは、これらの巻き方から得た知見に基づいて、コイルの配置の片寄りを更に改善できる巻き方を考案した。

図８は、本実施の形態に係るコイルの巻き方を説明するための図である。図８に示すように、はじめに、ティースＴ１とティースＴ２を囲むように第１スリットＳ１と第３スリットＳ３とに繰り返し銅線を通し、第１内側コイルＣ１を形成する。

第１内側コイルＣ１を形成し終えると、次に、ティースＴ５とティースＴ６を囲むように第５スリットＳ５と第１スリットＳ１とに繰り返し銅線を通し、第２内側コイルＣ２を形成する。この際、ティースＴ５およびティースＴ６の基部には他のコイルが巻かれていないため、第２内側コイルＣ２は、他のコイルと干渉せず、ティースＴ５およびティースＴ６の基部に巻かれることになる。

第２内側コイルＣ２を形成し終えると、次に、ティースＴ３とティースＴ４を囲むように第３スリットＳ３と第５スリットＳ５とに繰り返し銅線を通し、第３内側コイルＣ３を形成する。この際、ティースＴ３およびティースＴ４の基部には他のコイルが巻かれていないため、第３内側コイルＣ３は、他のコイルと干渉せず、ティースＴ３およびティースＴ４の基部に巻かれることになる。

第３内側コイルＣ３を形成し終えると、次に、ティースＴ６とティースＴ１を囲むように第６スリットＳ６と第２スリットＳ２とに繰り返し銅線を通し、第１外側コイルＣ１’を形成する。この際、ティースＴ６の基部には第２内側コイルＣ２が巻かれており、ティースＴ１の基部には第１内側コイルＣ１が巻かれているため、第１外側コイルＣ１’は、第６スリットＳ６において第２内側コイルＣ２と干渉し、第２スリットＳ２において第１内側コイルＣ１と干渉する。しかしながら、第１内側コイルＣ１および第２内側コイルＣ２の形状はほぼ同じであるため、ティースＴ６とティースＴ１とで、第１外側コイルＣ１’が巻き回される位置と回転軸Ｃとの距離が同じになる。

第１外側コイルＣ１’を形成し終えると、次に、ティースＴ２とティースＴ３を囲むように第２スリットＳ２と第４スリットＳ４とに繰り返し銅線を通し、第２外側コイルＣ２’を形成する。この際、ティースＴ２の基部には第１内側コイルＣ１が巻かれており、ティースＴ３の基部には第３内側コイルＣ３が巻かれているため、第２外側コイルＣ２’は、第２スリットＳ２において第１内側コイルＣ１と干渉し、第４スリットＳ４において第３内側コイルＣ３と干渉する。しかしながら、第１内側コイルＣ１および第３内側コイルＣ３の形状はほぼ同じであるため、ティースＴ２とティースＴ３とで、第２外側コイルＣ２’が巻き回される位置と回転軸Ｃとの距離が同じになる。

第２外側コイルＣ２’を形成し終えると、次に、ティースＴ４とティースＴ５を囲むように第４スリットＳ４と第６スリットＳ６とに繰り返し銅線を通し、第３外側コイルＣ３’を形成する。この際、ティースＴ４の基部には第３内側コイルＣ３が巻かれており、ティースＴ５の基部には第２内側コイルＣ２が巻かれているため、第３外側コイルＣ３’は、第４スリットＳ４において第３内側コイルＣ３と干渉し、第６スリットＳ６において第２内側コイルＣ２と干渉する。しかしながら、第２内側コイルＣ２および第３内側コイルＣ３の形状はほぼ同じであるため、ティースＴ４とティースＴ５とで、第３外側コイルＣ３’が巻き回される位置と回転軸Ｃとの距離が同じになる。

このような方法で作製した電機子２４において、すべてのコイルは、コア１００の径方向に対してほぼ垂直になっている。なお、各コイルは、コア１００の径方向に対して実質的に垂直になっていればよく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲でわずかに傾いて配置されている場合もありうる。また、第１内側コイルＣ１、第２内側コイルＣ２、第３内側コイルＣ３の中心（重心）と回転軸Ｃとの距離が一定である。同様に、第１外側コイルＣ１’、第２外側コイルＣ２’、第３外側コイルＣ３’の中心（重心）と回転軸Ｃとの距離が一定である。加えて、第２スリットＳ２、第４スリットＳ４、第６スリットＳ６には、コイルが存在しない空間Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６が形成されているが、この形状は同じである。そのため、本実施の形態で作製した電機子２４を用いたモータは、分布巻きやダブル巻きで作製した電機子１０２，１０４と比較して、コイルの配置の片寄りがより改善されている。

また、本実施の形態に係る電機子の巻き線方法は、第１内側コイルＣ１、第２内側コイルＣ２、第３内側コイルＣ３、第１外側コイルＣ１’、第２外側コイルＣ２’および第３外側コイルＣ３’の順に一筆書きとなるように結線することが可能となり、安価なシングルフライヤ装置を用いることを可能としている。そのため、ダブルフライヤと呼ばれる２つのコイルを同時に形成することができる装置を用いずに、より安価な装置で電機子を製造できる。

上述のように、本実施の形態に係る電機子２４は、回転軸Ｃを中心に放射状に設けられた６つのティースを有するコア１００と、２つのティースを一組として組毎に巻き回された６つのコイルを備える。６つのコイルは、ティースの回転軸側に配置されている３つの内側コイル（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）と、内側コイルの外側に配置されている３つの外側コイル（Ｃ１’，Ｃ２’，Ｃ３’）と、を有する。

第１内側コイルＣ１は、ティースＴ１，Ｔ２に巻き回されており、隣接する第２内側コイルＣ２は、ティースＴ５，Ｔ６に巻き回されており、同じく隣接する第３内側コイルＣ３は、ティースＴ３，Ｔ４に巻き回されている。つまり、３つの内側コイルは、隣接する内側コイルが同じティースに巻き回されないように環状に配置されている。

第１外側コイルＣ１’は、ティースＴ６，Ｔ１に巻き回されており、隣接する第２外側コイルＣ２’は、ティースＴ２，Ｔ３に巻き回されており、同じく隣接する第３外側コイルＣ３’は、ティースＴ４，Ｔ５に巻き回されている。つまり、３つの外側コイルは、隣接する外側コイルが同じティースに巻き回されないように環状に配置されている。したがって、３つの外側コイルは、内側コイルが巻き回されているティースの組合せ（Ｔ１とＴ２、Ｔ３とＴ４、Ｔ５とＴ６）とは異なる組合せのティース（Ｔ２とＴ３、Ｔ４とＴ５、Ｔ６とＴ１）に巻き回されている。

この実施の形態によると、ティースの回転軸側に配置されている複数の内側コイルは、隣接する内側コイルが同じティースに巻き回されないように環状に配置されている。つまり、複数の内側コイルは、互いに余り干渉せずに所定のティースに巻き回されるため、コイル同士の干渉による配置の片寄りが少なく、対称性の高い（バランスのよい）コイルの配置が可能となる。同様に、複数の外側コイルは、隣接する外側コイルが同じティースに巻き回されないように環状に配置されている。つまり、複数の外側コイルは、互いに余り干渉せずに所定のティースに巻き回されるため、コイル同士の干渉による配置の片寄りが少なく、対称性の高い（バランスのよい）コイルの配置が可能となる。また、外側コイルは、内側コイルが巻き回されているティースの組合せとは異なる組合せのティースに巻き回されているため、外側コイルと内側コイルとが巻き回されているティースの組合せが同じ場合と比較して、トルク変動の滑らかな回転特性が得られる。

なお、外側コイルが巻き回される「異なる組合せのティース」とは、内側コイルが巻き回されているティースのすべてと異なっている場合だけではなく、電機子２４に示すように、一部のティースが異なっている場合も含む。また、「環状」とは、円形の場合だけでなく、例えば、三角形、四角形、五角形等の多角形状を含んでもよい。

次に、本実施の形態に係る他の実施例について説明する。表１には、図８に示した電機子と、実施例１から６に係る電機子における構成を列挙した。

図９（ａ）は、実施例１に係る電機子の構成を模式的に示した図、図９（ｂ）は、実施例２に係る電機子の構成を模式的に示した図、図９（ｃ）は、実施例３に係る電機子の構成を模式的に示した図である。図１０（ａ）は、実施例４に係る電機子の構成を模式的に示した図、図１０（ｂ）は、実施例５に係る電機子の構成を模式的に示した図、図１０（ｃ）は、実施例６に係る電機子の構成を模式的に示した図である。各図で実線はコアのティースを示し、点線はコイルを示す。

図９（ａ）に示す電機子１０６は、コア溝（ティース）の数ｍが８、１コイルがまたぐティースの数ｎが２であり、複数のコイルが２層を構成している。内側の第１層Ｌ１には、４つのコイルが四角形を構成するように配置され、その外側の第２層Ｌ２には、４つのコイルが四角形を構成するように配置されている。各四角形は、相似形であり、他の四角形に対して回転軸Ｃを中心に４５°回転した配置になっている。

図９（ｂ）に示す電機子１０８は、コア溝（ティース）の数ｍが９、１コイルがまたぐティースの数ｎが３であり、複数のコイルが３層を構成している。内側の第１層Ｌ１には、３つのコイルが三角形を構成するように配置され、その外側の第２層Ｌ２には、３つのコイルが三角形を構成するように配置され、更に外側の第３層Ｌ３には、３つのコイルが三角形を構成するように配置されている。各三角形は、相似形であり、他の三角形に対して回転軸Ｃを中心に４０°回転した配置になっている。

図９（ｃ）に示す電機子１１０は、コア溝（ティース）の数ｍが１０、１コイルがまたぐティースの数ｎが２であり、複数のコイルが２層を構成している。内側の第１層Ｌ１には、５つのコイルが五角形を構成するように配置され、その外側の第２層Ｌ２には、５つのコイルが五角形を構成するように配置されている。各五角形は、相似形であり、他の五角形に対して回転軸Ｃを中心に３６°回転した配置になっている。

図１０（ａ）に示す電機子１１２は、コア溝（ティース）の数ｍが１２、１コイルがまたぐティースの数ｎが２であり、複数のコイルが２層を構成している。内側の第１層Ｌ１には、６つのコイルが六角形を構成するように配置され、その外側の第２層Ｌ２には、６つのコイルが六角形を構成するように配置されている。各六角形は、相似形であり、他の六角形に対して回転軸Ｃを中心に３０°回転した配置になっている。

図１０（ｂ）に示す電機子１１４は、コア溝（ティース）の数ｍが１２、１コイルがまたぐティースの数ｎが３であり、複数のコイルが３層を構成している。内側の第１層Ｌ１には、４つのコイルが四角形を構成するように配置され、その外側の第２層Ｌ２には、４つのコイルが四角形を構成するように配置され、更にその外側の第３層Ｌ３には、４つのコイルが四角形を構成するように配置されている。各四角形は、相似形であり、他の四角形に対して回転軸Ｃを中心に３０°回転した配置になっている。

図１０（ｃ）に示す電機子１１６は、コア溝（ティース）の数ｍが１２、１コイルがまたぐティースの数ｎが４であり、複数のコイルが４層を構成している。内側の第１層Ｌ１には、３つのコイルが三角形を構成するように配置され、その外側の第２層Ｌ２には、３つのコイルが三角形を構成するように配置され、更にその外側の第３層Ｌ３には、３つのコイルが三角形を構成するように配置され、更にその外側の第４層Ｌ４には、３つのコイルが三角形を構成するように配置されている。各三角形は、相似形であり、他の三角形に対して回転軸Ｃを中心に３０°回転した配置になっている。

実施の形態や各実施例に係る電機子の特徴を換言すると、電機子は、回転軸を中心に放射状に設けられたｍ個（ｍは６以上の整数）のティースを有するコアと、ｎ個（ｎはｍ／ｎが３以上となる整数）のティースを一組として組毎に巻き回された複数のコイルを備える。複数のコイルは、ティースの回転軸側に配置されているｍ／ｎ個の内側コイルと、内側コイルの外側に配置されているｍ／ｎ個の外側コイルと、を有する。ｍ／ｎ個の内側コイルは、回転軸Ｃの軸線方向から見て（ｍ／ｎ）角形となるように配置されており、ｍ／ｎ個の外側コイルは、回転軸の軸線方向から見て（ｍ／ｎ）角形となるように配置されており、外側コイルは、回転軸を中心に、隣接する内側コイルに対して位相が（３６０°／ｍ）変化した位置に配置されている。前述の外側コイルの外側に、更にコイルを配置してもよい。この時、内側コイルを第１層、この第１層に隣接する外側コイルを第２層、この第２層の外側に隣接する外側コイルを第３層、この第３層の外側に隣接する外側コイルを第４層とすると、層数はｍ／（ｍ／ｎ）で表すことができる。

実施の形態や実施例に係る電機子において、ｍ／ｎ個の内側コイルは、回転軸の軸線方向から見て（ｍ／ｎ）角形となるように配置されており、ｍ／ｎ個の外側コイルは、回転軸の軸線方向から見て（ｍ／ｎ）角形となるように配置されており、内側コイルと外側コイルとは互いに似た多角形状に配置されている。また、外側コイルは、回転軸Ｃを中心に、隣接する内側コイルに対して位相が（３６０°／ｍ）変化した位置に配置されている。そのため、各コイルは、回転軸を中心に均等な角度に配置されることから、トルク変動の滑らかな回転特性が得られる。

このように、各実施例に係る電機子も、前述の電機子２４と同様の効果が得られる。

また、実施の形態や実施例に係る電機子においては、隣り合ったティースの間に形成されたスリットのうち内側コイルが挿入されていない複数のスリットにおいて、外側コイルより回転軸側に形成された空間の形状が実質的に同一となる。例えば、図９（ａ）に示す電機子１０６においては、隣り合ったティースの間に形成されたスリット（Ｓ１〜Ｓ８）のうち内側コイル（Ｃ１〜Ｃ４）が挿入されていない４つのスリット（Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８）において、回転軸Ｃ側に形成された各空間の形状が実質的に同一となる（図８参照）。換言すると、空間が４個の場合、４つの内側コイル（又は外側コイル）が回転軸を中心に４回点対称（正方形）となるように設けられている。このように、各実施例に係る電機子においても、回転する際のバランスがよくなり、このような電機子をモータに使用した場合の振動が抑制される。

次に、モータ回転時におけるブラシのコミテータとの接触位置と、その際の電機子の回路構成との関係について説明する。図１１（ａ）は、図７に示した電機子のコミテータにブラシが接触した状態を示す模式図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示した電機子が３０°回転した状態を示す模式図である。図１２（ａ）は、図１１（ａ）に示した状態の電機子における回路構成を示す図、図１２（ｂ）は、図１１（ｂ）に示した状態の電機子における回路構成を示す図である。

図１１（ａ）に示す電機子１０４が備えるコミテータ１１８には、一対のカーボンブラシ１２０ａ，１２０ｂが接触している。コミテータ１１８は、６つのセグメント１１８ａ〜１１８ｆに分割されており、そのうちの一つのセグメント１１８ａにはカーボンブラシ１２０ａが接触し、もう一つのセグメント１１８ｄにはカーボンブラシ１２０ｂが接触している。

この場合、図１２（ａ）に示すように、第１コイルＣ２１、第２コイルＣ２２、第３コイルＣ２３が直列接続された状態となり、これらのコイルとは並列に、第１コイルＣ２１’、第２コイルＣ２２’、第３コイルＣ２３’が直列接続された状態となる。各コイルの抵抗がすべてＲで一定の場合、電機子１０４全体の抵抗は（３／２）Ｒとなる。

次に、図１１（ｂ）に示す電機子１０４において、カーボンブラシ１２０ａは、コミテータ１１８の２つのセグメント１１８ａ，１１８ｂにまたがる状態で接触し、カーボンブラシ１２０ｂは、２つのセグメント１１８ｄ，１１８ｅにまたがる状態で接触している。

この場合、図１２（ｂ）に示すように、第２コイルＣ２２、第３コイルＣ２３が直列接続された状態となり、これらのコイルとは並列に、第２コイルＣ２２’、第３コイルＣ２３’が直列接続された状態となる。なお、第１コイルＣ２１，Ｃ２１’には電流が流れない。各コイルの抵抗がすべてＲと仮定すると、電機子１０４全体の抵抗はＲとなる。

したがって、電機子１０４は、カーボンブラシ１２０ａ，１２０ｂがコミテータ１１８の２つのセグメントをまたがずに接触している場合に比べて、またいで接触している場合には電流が１．５倍となる。

次に、本実施の形態に係る電機子２４の場合について説明する。図１３（ａ）は、図８に示した電機子のコミテータにブラシが接触した状態を示す模式図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示した電機子が３０°回転した状態を示す模式図である。図１４（ａ）は、図１３（ａ）に示した状態の電機子における回路構成を示す図、図１４（ｂ）は、図１３（ｂ）に示した状態の電機子における回路構成を示す図である。

図１３（ａ）に示す電機子２４が備えるコミテータ１２２には、一対のカーボンブラシ１２４ａ，１２４ｂが接触している。コミテータ１２２は、周方向に３つのセグメント１２２ａ〜１２２ｃに分割されており、そのうちの一つのセグメント１２２ａのみにカーボンブラシ１２４ａが接触し、もう一つのセグメント１２２ｂのみにカーボンブラシ１２４ｂが接触している。

次に、各セグメントと各コイルとの接続状態を説明する。セグメント１２２ａとセグメント１２２ｂとの間には、第２内側コイルＣ２と第２外側コイルＣ２’が並列に接続されており、セグメント１２２ｂとセグメント１２２ｃとの間には、第１内側コイルＣ１と第３外側コイルＣ３’が並列に接続されており、セグメント１２２ｃとセグメント１２２ａとの間には、第３内側コイルＣ３と第１外側コイルＣ１’が並列に接続されている。

この場合、図１４（ａ）に示すように、セグメント１２２ａとセグメント１２２ｂとの間で、第１内側コイルＣ１および第３外側コイルＣ３’は互いに並列に接続され、第２内側コイルＣ２および第２外側コイルＣ２’は互いに並列に接続され、第３内側コイルＣ３および第１外側コイルＣ１’は互いに並列に接続され、第１内側コイルＣ１および第３内側コイルＣ３は互いに直列に接続され、第１外側コイルＣ１’および第３外側コイルＣ３’は互いに直列に接続され、第１内側コイルＣ１、第３外側コイルＣ３’、第２内側コイルＣ２および第２外側コイルＣ２’は互いに並列に接続された状態となる。各コイルの抵抗がすべてＲで一定の場合、電機子２４全体の抵抗は（１／３）Ｒとなる。

次に、図１３（ｂ）に示す電機子２４において、カーボンブラシ１２４ａは、コミテータ１２２の一つのセグメント１２２ａのみに接触し、カーボンブラシ１２４ｂは、２つのセグメント１２２ｂ，１２２ｃにまたがる状態で接触している。

この場合、図１４（ｂ）に示すように、第２内側コイルＣ２、第３内側コイルＣ３、第１外側コイルＣ１’、第２外側コイルＣ２’が互いに並列接続された状態となる。なお、第１内側コイルＣ１，第３外側コイルＣ３’には電流が流れない。各コイルの抵抗がすべてＲと仮定すると、電機子２４全体の抵抗は（１／４）Ｒとなる。

したがって、電機子２４は、カーボンブラシ１２４ｂがコミテータ１２２の２つのセグメントをまたがずに接触している場合に比べて、またいで接触している場合には電流が（４／３）倍となる。つまり、電機子２４は、電機子１０４と比較して回転時の電流の変化が少ない。

換言すると、電機子２４は、カーボンブラシ１２４ｂがコミテータ１２２の２つのセグメントをまたいで接触している場合とまたがずに接触している場合との抵抗値の差（変化）が小さくなり、トルクリップルが小さくなる。そのため、電機子２４は、回転中における安定性が増し、振動低減に効果がある。

また、電機子２４は、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、第１内側コイルＣ１と第３外側コイルＣ３’とが回転軸を中心に１８０°対向した位置で互いが平行となるように配置されており、第２内側コイルＣ２と第２外側コイルＣ２’とが回転軸を中心に１８０°対向した位置で互いが平行となるように配置されており、第３内側コイルＣ３と第１外側コイルＣ１’とが回転軸を中心に１８０°対向した位置で互いが平行となるように配置されている。

このように、電機子２４は、１８０°対向した位置で互いが平行となるように配置された３組のコイルを有している。そして、各組の一方のコイルに電流が流れ、他方のコイルに電流が流れないといった状態にはならない。つまり、１８０°対向した位置で互いが平行となるように配置された２つのコイルが同時に整流されるため、回転中における安定性が増す。

また、電機子２４は、一対のカーボンブラシ１２４ａ，１２４ｂがコミテータ１２２と接している状態で、第１内側コイルＣ１、第２内側コイルＣ２、第３内側コイルＣ３、第１外側コイルＣ１’、第２外側コイルＣ２’および第３外側コイルＣ３’のうち少なくとも４つのコイルが互いに並列に接続される。そのため、電機子２４は、電機子１０４と同じ６つのコイルを備えるものの、コイル一つ当たりの抵抗が同じであっても、全体の抵抗は電機子１０４と比較してかなり小さくなる。

したがって、例えば、図１３（ａ）に示す状態で電機子２４に流れる電流が、図１１（ａ）に示す状態で電機子１０４に流れる電流と同じになるように、電機子２４の各コイルの抵抗を設定する場合、各コイルの抵抗が４．５倍になるようにすればよい。仮に各コイルの長さを変えないとすると、断面積の小さい細い銅線を用いればよい。具体的には、断面積を（１／４．５）倍とした銅線を用いればよい。その結果、コアにコイルを巻く際の作業性が向上するとともに、材料費も低減できる。更に、モータ特性を同等にするためにコイルの長さを長くしてもよい。

このように、電機子２４は、コア１００の中心を貫通するシャフトと、シャフトに固定され、電機子とともに回転する整流子としてのコミテータ１２２と、を備えている。コミテータ１２２は、内側コイル又は外側コイルと同数の３つのセグメントに分割されている。これにより、コミテータ１２２のセグメントの数（３個）がコイルの総数（６個）の半分で済み、一つのセグメントのサイズを大きくできるため、コミテータ１２２の製造が容易となり、また、組み立てる際の作業性も向上できる。

なお、コミテータ１２２の各セグメントにおいて、コイルの一端を係止する部分は一つあればよいが、その場合、一つの係止部に４つのコイルの端部が係止されることとなる。そのため、係止部が大型化してしまうとともに、最初のコイルの一端が係止された状態で他のコイルの一端を係止する必要があり、作業性に改善の余地がある。

そこで、コミテータ１２２の各セグメントは、少なくとも内側コイルの一端が係止される第１の係止部と、少なくとも外側コイルの一端が係止される第２の係止部と、を有してもよい。これにより、一つのセグメントに複数のコイルの一端を係止させる必要がある場合であっても、同じ係止部に係止させなくても済む。そのため、係止部の大きさを小さくできる。また、他のコイルの一端が係止されている状態で、次のコイルの一端を係止させる場合と比べて、製造が容易となる。

本実施の形態に係るモータは、図２等に示すように、筒状のハウジング１２と、ハウジング１２の内面に沿って設けられ、一対以上の磁極を有する固定子としてのマグネット２０と、固定子に対向配置された前述の電機子と、コミテータの外周面を摺動するように設けられている一対又は複数対のブラシと、を備えている。これにより、従来より特性が改善された直流モータが実現できる。

図１５は、本実施の形態の変形例に係るコイルの巻き方を説明するための図である。図１５に示すように、はじめに、ティースＴ１とティースＴ２を囲むように第１スリットＳ１と第３スリットＳ３とに繰り返し銅線を通し、第１コイルＣ１を形成する。この際、ティースＴ１およびティースＴ２の基部には他のコイルが巻かれていないため、第１コイルＣ１は、他のコイルと干渉せず、ティースＴ１およびティースＴ２の基部に巻かれることになる。また、ティースＴ４とティースＴ５を囲むように第４スリットＳ４と第６スリットＳ６とに繰り返し銅線を通し、第２コイルＣ２を形成する。この際、ティースＴ４およびティースＴ５の基部には他のコイルが巻かれていないため、第２コイルＣ２は、他のコイルと干渉せず、ティースＴ４およびティースＴ５の基部に巻かれることになる。そのため、第１コイルＣ１および第２コイルＣ２は、回転軸Ｃの方向から見て平行に配置されることになる。

第１コイルＣ１、第２コイルＣ２を形成し終えると、次に、ティースＴ２とティースＴ３を囲むように第２スリットＳ２と第４スリットＳ４とに繰り返し銅線を通し、第３コイルＣ３を形成する。また、ティースＴ６とティースＴ１を囲むように第２スリットＳ２と第６スリットＳ６とに繰り返し銅線を通し、第４コイルＣ４を形成する。また、第１コイルＣ１および第２コイルＣ２の、それぞれの中心を通る直線をＬ’とすると、第３コイルＣ３および第４コイルＣ４は、直線Ｌ’に対し線対称となるように配置されている。

第３コイルＣ３、第４コイルＣ４を形成し終えると、次に、ティースＴ３とティースＴ４を囲むように第３スリットＳ３と第５スリットＳ５とに繰り返し銅線を通し、第５コイルＣ５を形成する。また、ティースＴ５とティースＴ６を囲むように第５スリットＳ５と第１スリットＳ１とに繰り返し銅線を通し、第６コイルＣ６を形成する。第５コイルＣ５および第６コイルＣ６は、前述の直線Ｌ’に対し線対称となるように配置されている。

このような方法で作製した電機子５６は、回転軸を中心に放射状に設けられた６個のティースを有するコアと、３個のセグメント（図５参照）と、２つのティースを一組として組毎に巻き回された６つのコイルと、を備える。複数のコイル（第１コイルＣ１〜第６コイルＣ６）は、軸方向から見て平行に配置された一対のコイル（第１コイルＣ１、第２コイルＣ２）を有し、その一対のコイルのそれぞれの中心を通る直線Ｌ’に対し複数のコイル（第３コイルＣ３〜第６コイルＣ６）が、線対称となるように配置されている。また、一対のセグメント間に２つのコイル（例えば、第１コイルＣ１と第２コイルＣ２、第３コイルＣ３と第６コイルＣ６、第４コイルＣ４と第５コイルＣ５）が並列に接続されている。このように、電機子５６は、複数のコイルが全体として線対称となるように配置されており、回転中における安定性が増す。

図１６は、本実施の形態の他の変形例に係るコイルの巻き方を説明するための図である。図１６に示すように、はじめに、ティースＴ５とティースＴ６を囲むように第５スリットＳ５と第１スリットＳ１とに繰り返し銅線を通し、第１コイルＣ１を形成する。この際、ティースＴ５およびティースＴ６の基部には、他のコイルが巻かれていないため、第１コイルＣ１は、他のコイルと干渉せず、ティースＴ５およびティースＴ６の基部に巻かれることになる。また、ティースＴ３とティースＴ４を囲むように第３スリットＳ３と第５スリットＳ５とに繰り返し銅線を通し、第２コイルＣ２を形成する。この際、ティースＴ３およびティースＴ４の基部には他のコイルが巻かれていないため、第２コイルＣ２は、他のコイルと干渉せず、ティースＴ３およびティースＴ４の基部に巻かれることになる。

第１コイルＣ１、第２コイルＣ２を形成し終えると、次に、ティースＴ６とティースＴ１を囲むように第２スリットＳ２と第６スリットＳ６とに繰り返し銅線を通し、第３コイルＣ３を形成する。また、ティースＴ２とティースＴ３を囲むように第２スリットＳ２と第４スリットＳ４とに繰り返し銅線を通し、第４コイルＣ４を形成する。

第３コイルＣ３、第４コイルＣ４を形成し終えると、次に、ティースＴ４とティースＴ５を囲むように第４スリットＳ４と第６スリットＳ６とに繰り返し銅線を通し、第５コイルＣ５を形成する。また、ティースＴ１とティースＴ２を囲むように第１スリットＳ１と第３スリットＳ３とに繰り返し銅線を通し、第６コイルＣ６を形成する。

このような方法で作製した電機子５８においては、第５コイルＣ５および第６コイルＣ６は、回転軸Ｃの方向から見て平行に配置されることになる。また、第１コイルＣ１および第２コイルＣ２は、直線Ｌ’に対し線対称となるように配置されている。第３コイルＣ３および第４コイルＣ４は、直線Ｌ’に対し線対称となるように配置されている。

上述のように、電機子５８は、回転軸を中心に放射状に設けられた６個のティースを有するコアと、３個のセグメント（図５参照）と、２つのティースを一組として組毎に巻き回された６つのコイルと、を備える。複数のコイル（第１コイルＣ１〜第６コイルＣ６）は、軸方向から見て平行に配置された一対のコイル（第５コイルＣ５、第６コイルＣ６）を有し、その一対のコイルのそれぞれの中心を通る直線Ｌ’に対し複数のコイル（第１コイルＣ１〜第４コイルＣ４）が、線対称となるように配置されている。また、一対のセグメント間に２つのコイル（例えば、第１コイルＣ１と第４コイルＣ４、第２コイルＣ２と第３コイルＣ３、第５コイルＣ５と第６コイルＣ６）が並列に接続されている。このように、電機子５８は、複数のコイルが全体として線対称となるように配置されており、回転中における安定性が増す。

また、電機子５６や電機子５８において、一対のセグメント間に並列に接続された２つのコイルは、回転軸Ｃと直交する一つの直線を挟んで反対側に配置されている。より好ましくは、図５や図８に示す電機子２４のように、一対のセグメント間に並列に接続された２つのコイル（第１内側コイルＣ１と第３外側コイルＣ３’、第２内側コイルＣ２と第２外側コイルＣ２’、第３内側コイルＣ３と第１外側コイルＣ１’）は、回転軸Ｃと直交する一つの直線を挟んで１８０°対向するように配置されているとよい。

以上、本発明を実施の形態や各実施例をもとに説明した。これら実施の形態や実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

Ｃ１ 第１内側コイル、 Ｃ１’ 第１外側コイル、 Ｌ１ 第１層、 Ｓ１ 第１スリット、 Ｔ１ ティース、 Ｃ２ 第２内側コイル、 Ｃ２’ 第２外側コイル、 Ｌ２ 第２層、 Ｓ２ 第２スリット、 Ｔ２ ティース、 Ｃ３ 第３内側コイル、 Ｃ３’ 第３外側コイル、 Ｌ３ 第３層、 Ｓ３ 第３スリット、 Ｔ３ ティース、 Ｌ４ 第４層、 Ｓ４ 第４スリット、 Ｔ４ ティース、 Ｓ５ 第５スリット、 Ｔ５ ティース、 Ｓ６ 第６スリット、 Ｔ６ ティース、 １０ モータ、 １２ ハウジング、 １４ 回転子、 １６ 金属ケース、 ２０ マグネット、 ２２ シャフト、 ２４ 電機子、 ２６ コミテータ、 ３０ カーボンブラシ、 ４８ 巻線、 １００ コア、 １２２ コミテータ、 １２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ セグメント、 １２４ａ，１２４ｂ カーボンブラシ。

本発明は、電機子およびモータに利用できる。

Claims (11)

1. 回転軸を中心に放射状に設けられた複数のティースを有するコアと、
   ２以上のティースを一組として組毎に巻き回された複数のコイルと、を備えた電機子であって、
   前記コアの中心を貫通するシャフトと、
   前記シャフトに固定され、前記電機子とともに回転する整流子と、を更に備え、
   前記複数のコイルは、
   ティースの回転軸側に配置されている複数の内側コイルと、
   前記内側コイルの外側に配置されている複数の外側コイルと、を有し、
   前記複数の内側コイルは、隣接する内側コイルが同じティースに巻き回されないように環状に配置されており、
   前記複数の外側コイルは、隣接する外側コイルが同じティースに巻き回されないように環状に配置されており、
   前記外側コイルは、前記内側コイルが巻き回されているティースの組合せとは異なる組合せのティースに巻き回されており、
   前記整流子は、前記内側コイルまたは前記外側コイルと同数のセグメントに分割されていることを特徴とする電機子。
2. 前記セグメントは、少なくとも前記内側コイルの一端が係止される第１の係止部と、少なくとも前記外側コイルの一端が係止される第２の係止部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の電機子。
3. 前記複数のコイルは、一筆書きとなるように結線されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電機子。
4. 筒状のハウジングと、
   前記ハウジングの内面に沿って設けられ、一対以上の磁極を有する固定子と、
   前記固定子に対向配置された請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電機子と、
   整流子の外周面を摺動するように設けられている一対または複数対のブラシと、
   を備えた直流モータ。
5. 周方向に順に形成された第１〜第６スリットを有するコアと、
   第１スリットおよび第３スリットの間に巻き回された第１内側コイルと、
   第５スリットおよび第１スリットの間に巻き回された第２内側コイルと、
   第３スリットおよび第５スリットの間に巻き回された第３内側コイルと、
   第６スリットおよび第２スリットの間に巻き回された第１外側コイルと、
   第２スリットおよび第４スリットの間に巻き回された第２外側コイルと、
   第４スリットおよび第６スリットの間に巻き回された第３外側コイルと、
   前記コアの中心を貫通するシャフトと、
   前記シャフトに固定され、電機子とともに回転する整流子と、を有し、
   前記第１内側コイル、前記第２内側コイルおよび第３内側コイルは、回転軸の軸線方向から見て三角形となるように各スリットの回転軸側に配置されており、
   前記第１外側コイル、前記第２外側コイルおよび第３外側コイルは、前記第１内側コイル、前記第２内側コイルおよび第３内側コイルを囲むように、回転軸の軸線方向から見て三角形となるように配置されており、
   前記整流子は、周方向に第１セグメント、第２セグメントおよび第３セグメントの３つに区分されており、
   前記第１セグメントと前記第２セグメントとの間には、第２内側コイルと第２外側コイルが並列に接続されており、前記第２セグメントと前記第３セグメントとの間には、前記第１内側コイルと前記第３外側コイルが並列に接続されており、前記第３セグメントと前記第１セグメントとの間には、第３内側コイルと第１外側コイルが並列に接続されている、
   ことを特徴とする電機子。
6. 前記第１内側コイル、前記第２内側コイル、前記第３内側コイル、前記第１外側コイル、前記第２外側コイルおよび前記第３外側コイルの順に一筆書きとなるように結線されていることを特徴とする請求項５に記載の電機子。
7. 筒状のハウジングと、
   前記ハウジングの内面に沿って設けられ、一対以上の磁極を有する固定子と、
   前記固定子に対向配置された請求項５または６に記載の電機子と、
   整流子の外周面を摺動するように設けられている一対のブラシと、を備え、
   前記電機子は、
   前記一対のブラシの一方が前記第１セグメントのみに接し、前記一対のブラシの他方が第２セグメントのみに接している場合、前記第１セグメントと前記第２セグメントとの間で、
   前記第１内側コイルおよび前記第３外側コイルは互いに並列に接続され、
   前記第２内側コイルおよび前記第２外側コイルは互いに並列に接続され、
   前記第３内側コイルおよび前記第１外側コイルは互いに並列に接続され、
   前記第１内側コイルおよび前記第３内側コイルは互いに直列に接続され、
   前記第１外側コイルおよび前記第３外側コイルは互いに直列に接続され、
   前記第１内側コイル、前記第３外側コイル、前記第２内側コイルおよび前記第２外側コイルは互いに並列に接続され、
   前記一対のブラシの一方が前記第１セグメントのみに接し、前記一対のブラシの他方が第２セグメントおよび第３セグメントの両方に接している場合、前記第１セグメントと前記第２セグメントおよび前記第３セグメントとの間で、
   前記第１外側コイル、前記第２内側コイル、前記第２外側コイルおよび前記第３内側コイルは、互いに並列に接続されている、
   ことを特徴とする直流モータ。
8. 筒状のハウジングと、
   前記ハウジングの内面に沿って設けられ、一対以上の磁極を有する固定子と、
   前記固定子に対向配置された請求項５または６に記載の電機子と、
   整流子の外周面を摺動するように設けられている一対のブラシと、を備え、
   前記電機子は、前記一対のブラシが整流子と接している状態で、前記第１内側コイル、前記第２内側コイル、前記第３内側コイル、前記第１外側コイル、前記第２外側コイルおよび前記第３外側コイルのうち少なくとも４つのコイルが互いに並列に接続される、
   ことを特徴とする直流モータ。
9. 回転軸を中心に放射状に設けられたｍ個（ｍは偶数）のティースを有するコアと、
   ｍ／２個のセグメントと、
   ２以上のティースを一組として組毎に巻き回された複数のコイルと、を備え、
   前記複数のコイルは、
   軸方向から見て平行に配置された一対のコイルを有し、該一対のコイルのそれぞれの中心を通る直線に対し線対称となるように配置されており、かつ、
   一対のセグメント間に２つのコイルが並列に接続されている、
   ことを特徴とする電機子。
10. 一対のセグメント間に並列に接続された前記２つのコイルは、回転軸と直交する一つの直線を挟んで１８０°対向するように配置されている、
    ことを特徴とする請求項９に記載の電機子。
11. 前記ティースの数は６個であり、前記コイルの数は６個であることを特徴とする請求項９または１０に記載の電機子。

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