JP6172931B2 - 電動モータ - Google Patents

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Description

この発明は、動モータに関するものである。
電動モータとして、例えば、有底筒状のヨークの内周面にマグネットを複数配置し、このマグネットよりも径方向内側に電機子を回転自在に設けたブラシ付きの直流モータがある。電機子は、回転軸に外嵌固定される電機子コアと、この電機子コアから径方向外側に向かって放射状に延びる複数のティースとにより構成されている。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ている。このスロットを介して各ティースに巻線が巻回され、電機子コイルを形成している。
また、回転軸には、電機子コイルに電流を供給するためのコンミテータ(整流子)が外嵌固定されている。コンミテータは、周方向に互いに絶縁された状態で並んで配置された複数のセグメント(整流子片)を有している。そして、これらセグメントに、各電機子コイルの端末部が接続されている。さらに、セグメントには複数のブラシが摺接されている。そして、ブラシに電圧を印加することによって、セグメントを介して各電機子コイルに電流が供給される。
ここで、電機子には、ティースを覆う絶縁性のインシュレータが装着されており、このインシュレータの上から巻線が巻回されるようになっている。このインシュレータには、巻線の巻回作業や接続作業を容易にするためのさまざまな技術が提案されている。
例えば、インシュレータに、ティース毎に対応して配置され一部の巻線とその他の巻線とを径方向に分離するための分離部を設け、巻線の接続作業時に、他の巻線が邪魔になるのを防止するようにした技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−228754号公報
ところで、コンミテータが回転すると、セグメントに対してブラシが接触、離間を繰り返すことになる。このため、セグメント間の電圧が大きいと、セグメントからブラシが離間する際に放電が発生することがある。これを防止するための手段として、例えば、ティースの数に対してセグメントの数を2倍や3倍に設定し、セグメント間の電圧を低減させる方法がある。このような場合、各ティースに、複数本の巻線を用いて複数の電機子コイルを形成することがある。
ここで、上述の従来技術にあっては、各ティースに複数の電機子コイルを形成する場合、最初に形成した電機子コイルの上に、次の電機子コイルを形成することになる。この場合、最初に形成した電機子コイルが巻崩れたりすると、次の電機子コイルの形成作業が行いにくくなり、巻線の巻太りが生じてしまうという課題がある。
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、巻線の巻太りを低減することができる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、本発明に係る電動モータは、電機子と、前記電機子により形成される磁界に対し、磁気的な吸引力や反発力を生じさせるマグネットと、回転軸に外嵌固定され、電機子コイルが接続される複数のセグメントを有するコンミテータと、を備え、前記電機子は、前記回転軸に外嵌固定される電機子コアと、前記電機子コアから径方向に沿うように延びる複数のティースと、少なくとも前記ティースの周囲を覆うように形成された絶縁性を有するインシュレータとを備え、前記ティースに、前記インシュレータの上から巻線を集中巻方式にて順方向に巻回して形成される第1コイルと、前記インシュレータの上から前記巻線を集中巻方式にて逆方向に巻回して形成される第2コイルと、の少なくとも2つの前記電機子コイルを設け前記インシュレータに、複数の前記電機子コイルのうちの少なくとも1つの配置場所を決定する仕切り部を設け、前記仕切り部によって、前記インシュレータ上に、前記電機子コイルを収容する収容部が少なくとも2つ形成され、前記仕切り部は、各前記収容部の容積が略同一となるように設けられ、前記第1コイル及び前記第2コイルは、各前記収容部にそれぞれ別々に収容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、ティース上において、複数の電機子コイルの配置箇所を区分けすることができる。このため、巻線の巻回作業を容易に行うことが可能になり、巻線の巻太りも低減することができる。
また、各電機子コイルの巻線の長さを均一にすることができ、各電機子コイルの電気抵抗を均一にすることができる。このため、電動モータの性能を安定させることができる。
さらに、巻線の巻太りが低減され、小型化、軽量化された電動モータを提供できる。
本発明に係る電動モータは、前記仕切り部は、少なくとも前記インシュレータの軸方向一端に設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、インシュレータの材料コストを抑えつつ、ティース上における複数の電機子コイルの配置箇所を区分けすることができる。
本発明に係る電動モータは、前記仕切り部は、前記インシュレータの全周に渡って設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、ティース上において、確実に複数の電機子コイルの配置箇所を区分けすることができる。
本発明に係る電動モータは、各仕切り部の突出高さが異なっていることを特徴とする。
このように構成することで、各電機子コイルの巻線高さを、その電機子コイルの配置箇所に応じて変化させることができる。このため、隣り合うティースにそれぞれ形成されている電機子コイル同士が接触してしまうことを防止できる。よって、巻線の巻回作業性を向上させることができる。
本発明に係る電動モータは、各仕切り部の突出高さは、径方向内側に位置するほど、より低く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、電機子コアから径方向外側に向かって放射状にティースが延出するように構成された電機子に、効率的に電機子コイルを形成することができる。
本発明に係る電動モータは、各収容部のうち、径方向内側に位置する前記収容部から径方向外側に位置する前記収容部へと、順に前記電機子コイルが収容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、各ティースにスムーズに電機子コイルを形成することができる。また、巻線が無駄に嵩張ってしまうことを防止でき、巻線の巻太りを確実に低減することが可能になる。
本発明によれば、ティース上において、複数の電機子コイルの配置箇所を区分けすることができる。このため、巻線の巻回作業を容易に行うことが可能になり、巻線の巻太りも低減することができる。
本発明の第1実施形態における減速機付モータの縦断面図である。 本発明の第1実施形態におけるアーマチュアの斜視図である。 本発明の第1実施形態におけるアーマチュアコアの平面図である。 本発明の第1実施形態におけるアーマチュアの展開図である。 本発明の第1実施形態におけるアーマチュアコアにインシュレータを装着した状態の斜視図である。 本発明の第1実施形態におけるアーマチュアコアに装着されたインシュレータをコンミテータ側からみた拡大斜視図。 本発明の第1実施形態におけるインシュレータの斜視図である。 本発明の第1実施形態における各仕切り壁、巻崩れ防止板及び巻崩れ防止凸部の相対関係を示す説明図である。 本発明の第1実施形態の第1変形例におけるアーマチュアコアにインシュレータを装着した状態の斜視図である。 本発明の第1実施形態の第2変形例におけるアーマチュアコアにインシュレータを装着した状態の斜視図である。 本発明の第1実施形態の第3変形例におけるアーマチュアコアにインシュレータを装着した状態の斜視図である。 本発明の第2実施形態におけるアーマチュアの展開図である。 本発明の第2実施形態におけるアーマチュアコアにインシュレータを装着した状態の斜視図である。 本発明の第2実施形態における仕切り壁、巻崩れ防止板及び巻崩れ防止凸部の相対関係を示す説明図である。 本発明の第2実施形態の第1変形例におけるアーマチュアコアにインシュレータを装着した状態の斜視図である。 本発明の第2実施形態の第2変形例におけるアーマチュアコアにインシュレータを装着した状態の斜視図である。 本発明の第2実施形態の第3変形例におけるアーマチュアコアにインシュレータを装着した状態の斜視図である。
(第1実施形態)
(減速機付モータ)
次に、この発明の第1実施形態を図1〜図8に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る電動モータが適用された減速機付モータの縦断面図である。
同図に示すように、減速機付モータ1は、例えば、自動車のワイパ駆動用に用いるものであって、電動モータ2と、電動モータ2の回転軸3に連結された減速機構4とを備えている。電動モータ2は、有底筒状のヨーク5と、ヨーク5内に回転自在に設けられたアーマチュア6とを有している。
ヨーク5の筒部53は略円筒状に形成されており、この筒部53の内周面には、4つのセグメント型のマグネット7が配設されている。尚、マグネット7は、セグメント型に限られるものではなく、リング型のものを使用してもよい。
ヨーク5の底壁(エンド部)51には、径方向中央に軸方向外側に向かって突出する軸受ハウジング19が形成され、ここに回転軸3の一端を回転自在に軸支するための滑り軸受18が設けられている。この滑り軸受18は、回転軸3の調心機能を有している。
筒部53の開口部53aには、外フランジ部52が設けられている。外フランジ部52には、ボルト孔(不図示)が形成されている。このボルト孔に不図示のボルトが挿通され、減速機構4の後述するギヤハウジング23に形成された不図示のボルト孔に螺入されることによって、ヨーク5が減速機構4に締結固定される。
図2は、アーマチュアの斜視図、図3は、アーマチュアを構成するアーマチュアコアの平面図である。
図1〜図3に示すように、アーマチュア6は、回転軸3に外嵌固定された電機子80と、回転軸3の他端側(減速機構4側)に配置されたコンミテータ10とを備えている。
電機子80は、アーマチュアコア8と、アーマチュアコア8に形成されたアーマチュアコイル9と、これらアーマチュアコア8とアーマチュアコイル9との間を絶縁するインシュレータ60とを有している。
アーマチュアコア8は、プレス加工等によって打ち抜かれた磁性材料の板材を軸方向に積層したり(積層コア)、軟磁性粉を加圧成形したり(圧粉コア)して形成されたものであって、略円柱状のコア本体11を有している。
図3に詳示するように、コア本体11の径方向略中央には、回転軸3を圧入するための貫通孔11aが形成されている。また、コア本体11の外周部には、ティース12が放射状に6つ設けられている。ティース12は、軸方向平面視略T字型に形成されたものであって、コア本体11から径方向に沿って放射状に突出する巻胴部12aと、巻胴部12aの先端から周方向に沿って延び、アーマチュアコア8の外周を構成する鍔部12bとにより構成されている。
このような構成のもと、隣接するティース12間には、蟻溝状のスロット13が6つ形成される。これらスロット13に巻線14を通し、ティース12の巻胴部12aに巻線14を巻回してアーマチュアコイル9が形成される(アーマチュアコイル9の形成方法の詳細は後述する)。
図1、図2に示すように、回転軸3のアーマチュアコア8よりも他端側に外嵌固定されたコンミテータ10には、外周面に導電材で形成されたセグメント15が18枚取り付けられている。セグメント15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。
このように、電動モータ2は、磁極数が4極、スロット13の個数が6つ、セグメント15の枚数が18枚に設定された所謂4極6スロット18セグメントの電動モータとして構成されている。
また、各セグメント15のアーマチュアコア8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16が一体成形されている。ライザ16には、アーマチュアコイル9の端末部が掛け回わされ、ヒュージングなどにより固定されている。これにより、セグメント15と、これに対応するアーマチュアコイル9とが導通される。
さらに、同電位となるセグメント15に対応するライザ16には、それぞれ接続線17が掛け回され、この接続線17がヒュージングによりライザ16に固定されている。接続線17は、同電位となるセグメント15同士を短絡するためのものであって、コンミテータ10とアーマチュアコア8との間に引き回される。
このように構成されたコンミテータ10は、図1に示すように、減速機構4のギヤハウジング23に臨まされた状態になっている。ギヤハウジング23は、一面に開口部42aを有する略箱状に形成されたアルミダイキャスト製のハウジング本体42と、ハウジング本体42の開口部42aを閉塞する樹脂製のボトムプレート43とで構成されている。
ハウジング本体42には、減速機構4の歯車群41が収納される。また、ハウジング本体42の電動モータ2側には、ブラシ収納部22が一体成形され、ここに電動モータ2のコンミテータ10が臨まされている。
ブラシ収納部22は、ギヤハウジング23の電動モータ2側に凹状に形成されたものである。ブラシ収納部22の内側には、ホルダステー34が設けられている。ホルダステー34には、複数のブラシホルダ(不図示)が設けられており、各ブラシホルダにブラシ21が出没自在に収納されている。ブラシ21は、コンミテータ10に外部電源(例えば、自動車に搭載されるバッテリ等)からの電力を給電するためのものである。ブラシ21は、不図示のスプリングによってコンミテータ10側に向かって付勢されており、その先端がセグメント15に摺接している。
(アーマチュアコイルの形成方法)
次に、図4に基づいて、アーマチュアコイル9の形成方法の一例について説明する。
図4は、アーマチュアの展開図であり、隣接するティース間の空隙がスロットに相当している。尚、以下の図4においては、各セグメント15、各ティース12、及び形成されたアーマチュアコイル9にそれぞれ符号を付して説明する。
同図に示すように、各ティース12は、それぞれU相、V相、W相が周方向にこの順で割り当てられている。つまり、1番、4番ティース12がU相、2番、5番ティース12がV相、3番、6番ティース12がW相になっている。ここで、セグメント15に付した番号のうち、1番に相当する位置は、1番ティース12に対応する位置とする。
尚、図4において、各ティース12への巻線14の巻回方向が時計回りであるときを順方向と称し、反時計回りであるときを逆方向と称して説明する。
まず、例えば、巻線14の巻き始め端14aを1番セグメント15より巻き始める場合、この後、巻線14を1番セグメント15近傍に存在する1−6番ティース12の間のスロット13に引き込む。そして、各ティース12に巻線14を、それぞれn(nは自然数であって、3の倍数)回巻回するものとした場合、1番ティース12にn/3回順方向に集中巻方式にて巻回する。
続いて、1−2番ティース12の間のスロット13から巻線14を引き出し、1番セグメント15に隣接する2番セグメント15のライザ16に掛け回す。そして、2番セグメント15に巻き終わり端14bを接続する。これにより、1−2番セグメント15間には、1番ティース12に順方向に巻回されたU相の第1コイル91が形成される。
また、5番セグメント15のライザ16に巻き始め端14aを掛け回した巻線14を、1−2番ティース12の間のスロット13に引き込む。そして、1番ティース12にn/3回逆方向に集中巻方式にて巻回する。
続いて、1−6番ティース12の間のスロット13から巻線14を引き出し、5番セグメント15に隣接する6番セグメント15のライザ16に掛け回す。そして、6番セグメント15に巻き終わり端14bを接続する。これにより、5−6番セグメント15間には、1番ティース12に逆方向に巻回された「−U」相の第2コイル92が形成される。
さらに、6番セグメント15のライザ16に巻き始め端14aを掛け回した巻線14を、1−2番ティース12の間のスロット13に引き込む。そして、1番ティース12にn/3回逆方向に集中巻方式にて巻回する。
続いて、1−6番ティース12の間のスロット13から巻線14を引き出し、6番セグメント15に隣接する7番セグメント15のライザ16に掛け回す。そして、7番セグメント15に巻き終わり端14bを接続する。これにより、6−7番セグメント15間には、1番ティース12に逆方向に巻回された「−U」相の第3コイル93が形成される。
したがって、U相に相当する1番ティース12には、巻線14が順方向にn/3回巻回されて形成されるU相の第1コイル91、巻線14が逆方向にn/3回巻回されて形成される「−U」相の第2コイル92及び「−U」相の第3コイル93で構成されるn回巻きのアーマチュアコイル9が形成される。
そして、これを各相に対応するセグメント15間で順次行うことにより、アーマチュアコア8には第1コイル91、第2コイル92及び第3コイル93を備えた3相構造のアーマチュアコイル9が形成され、隣接するセグメント15間にU,「−W」,「−W」,V,「−U」,「−U」,W,「−V」,「−V」相のコイル91〜93がこの順で電気的に順次接続される。
尚、各相のコイル91〜93を形成する巻線14の巻き始め端14a及び巻き終わり端14bのセグメント15への接続箇所は、隣接するセグメント15間にU,「−W」,「−W」,V,「−U」,「−U」,W,「−V」,「−V」相のコイル91〜93がこの順で電気的に順次接続されていればよい。
ここで、アーマチュアコア8には、軸方向両端側からそれぞれ樹脂製のインシュレータ60が装着されており、これら2つのインシュレータ60の上から巻線14が巻回されるようになっている。
(インシュレータ)
図5は、アーマチュアコアにインシュレータを装着した状態の斜視図、図6は、アーマチュアコアに装着されたインシュレータをコンミテータ側からみた拡大斜視図、図7は、インシュレータの斜視図である。
図5〜図7に示すように、インシュレータ60は、アーマチュアコア8のコア本体11を被覆するコア本体被覆部61と、ティース12を被覆するティース被覆部62とを備えている。コア本体被覆部61及びティース被覆部62は、樹脂等の絶縁材料により一体成形されている。
コア本体被覆部61は、コア本体11の軸方向端部を被覆する本体被覆部端面61aと、コア本体11の外周面を被覆する本体被覆部側面61bとを有している。本体被覆部端面61aの径方向中央には、略円筒状の軸挿通部63が軸方向外側に向かって突出形成されている。この軸挿通部63には、回転軸3が挿通される。
本体被覆部側面61bは、本体被覆部端面61aの外周縁部から、アーマチュアコア8の軸方向略中央に至るまで延出形成されている。
ティース被覆部62は、ティース12の軸方向端部を被覆するティース被覆部端面62aと、ティース12の側面を覆うティース被覆部側面62bとを有している。
ティース被覆部端面62aは、ティース12の形状に対応するように軸方向平面視略T字状に形成されている。より具体的には、ティース被覆部端面62aは、ティース12の巻胴部12aの軸方向端面を被覆する巻胴被覆部端面64aと、鍔部12bの軸方向端面を被覆する鍔被覆部端面64bとが一体成形されている。
一方、ティース被覆部側面62bは、断面略L字状に形成されたものであって、ティース被覆部端面62aにおける巻胴被覆部端面64aの側縁及び鍔被覆部端面64bの径方向内側の側縁からアーマチュアコア8の軸方向略中央に至るまで延出している。より具体的には、ティース被覆部側面62bは、ティース12の巻胴部12aの側面を被覆する巻胴被覆部側面65aと、鍔部12bの径方向内側の内側面を被覆する鍔被覆部側面65bとが一体成形されている。
ここで、ティース被覆部端面62a及びティース被覆部側面62bには、板状の第1仕切り壁66及び第2仕切り壁67の2つの仕切り壁66,67が全周に渡って一体成形されている。そして、第1仕切り壁66は、ティース被覆部62の径方向略中央に配置されている。さらに、第2仕切り壁67は、第1仕切り壁66と、鍔被覆部端面64b及び鍔被覆部側面65bとの間の略中間に配置されている。また、各仕切り壁66,67の角部には、平面取り部68が形成されている。
ここで、2つの仕切り壁66,67は、ティース被覆部62の巻線14が巻回される箇所を3つの部屋に区画している。これにより、ティース被覆部62に、3つのコイル91,92,93がそれぞれ別々に収容される3つの収容部71,72,73が形成される。
すなわち、3つの収容部71〜73のうちの第1収容部71は、ティース被覆部62の第1仕切り壁66の径方向内側に形成される。そして、第1収容部71に第1コイル91が収容される。また、3つの収容部71のうちの第2収容部72は、ティース被覆部62の第1仕切り壁66と第2仕切り壁67との間に形成される。そして、第2収容部72には、第2コイル92が収容される。さらに、3つの収容部71のうちの第3収容部73は、ティース被覆部62の第3仕切り壁66の径方向外側に形成される。そして、第3収容部73には、第3コイル93が収容される。
このように、3つコイル91,92,93は、形成される順序が早いほど、径方向内側の収容部71〜73に収容される。すなわち、まず、第1収容部71に巻線14を巻回して第1コイル81を形成する。続いて、第2収容部72に巻線14を巻回して第2コイル82を形成する。次に、第3収容部73に巻線14を巻回して第3コイル83を形成する。
ここで、各仕切り壁66,67の角部には、平面取り部68が形成されているので、各収容部71〜73に各コイル91〜93を収容する際、これらコイル91〜93を形成する巻線14の巻回作業性が向上する。すなわち、平面取り部68により、各仕切り壁66,67に巻線14が引っ掛かることがなく、スムーズに巻線14の巻回作業を行うことができる。
また、ティース被覆部62の巻胴被覆部端面64aと、コア本体被覆部61の本体被覆部端面61aとの接続部には、巻崩れ防止板69が一体成形されている。巻崩れ防止板69は、第1収容部71に収容される第1コイル91の巻崩れを防止するためのものである。巻崩れ防止板69は、第1収容部71を画成する役割も有している。
さらに、ティース被覆部62の鍔被覆部端面64bには、周方向略中央に巻崩れ防止凸部70が一体成形されている。巻崩れ防止凸部70は、第3収容部73に収容される第3コイル93の巻崩れを防止するためのものである。巻崩れ防止凸部70は、第3収容部73を画成する役割も有している。
ここで、各仕切り壁66,67、巻崩れ防止板69及び巻崩れ防止凸部70は、それぞれ以下の関係が成立するように形成されている。
図8は、各仕切り壁、巻崩れ防止板及び巻崩れ防止凸部の相対関係を示す説明図である。
すなわち、図8に示すように、巻崩れ防止板69の高さをT1とし、第1仕切り壁66の高さをT2とし、第2仕切り壁67の高さ及び巻崩れ防止凸部70の高さをT3としたとき、各高さT1,T2,T3は、
T1≦T2≦T3・・・(1)
を満たすように設定されている。
さらに、巻崩れ防止板69と第1仕切り壁66との間の距離をL1とし、第1仕切り壁66と第2仕切り壁67との間の距離をL2とし、第2仕切り壁67と巻崩れ防止凸部70との間の距離をL3としたとき、各距離L1,L2,L3は、
L1≧L2≧L3・・・(2)
を満たすように設定されている。
そして、巻崩れ防止板69、ティース被覆部62及び第1仕切り壁66により形成される第1収容部71の容積(実線ハッチ部参照)をY1とし、第1仕切り壁66、ティース被覆部62及び第2仕切り壁67により形成される第2収容部72の容積(2点鎖線ハッチ部参照)をY2とし、第2仕切り壁67、ティース被覆部62及び巻崩れ防止凸部70により形成される第3収容部73の容積(1点鎖線ハッチ部参照)をY3としたとき、各容積Y1,Y2,Y3は、
Y1≒Y2≒Y3・・・(3)
を満たすように設定されている。
式(1),(2)を満たすように、各仕切り壁66,67、巻崩れ防止板69及び巻崩れ防止凸部70を形成することにより、径方向内側に位置するコイル91〜93ほど、巻線高さを低く抑えることができる。すなわち、3つのコイル91〜93のうち、第1コイル91の巻線高さが最も低くなり、第3コイル93の巻線高さが最も高くなる。
ここで、図3に詳示するように、ティース12は、アーマチュアコア8から放射状に延びているので、径方向内側の部位ほど、隣接するティース12間の距離が狭くなっている。このため、径方向内側に位置するコイル91〜93ほど巻線高さを低く抑えることにより、周方向に隣接するコイル91〜93同士の接触が回避される。これに加え、第1収容部71の容積Y1、第2収容部72の容積Y2及び第3収容部73の容積Y3が、それぞれ式(3)を満たすことにより、3つのコイル91〜93を形成している各巻線14の長さを同一にすることができる。
(減速機構)
図1に戻り、このような電動モータ2が取付けられているギヤハウジング23には、ハウジング本体42に歯車群41が収納されている。歯車群41は、電動モータ2の回転軸3に連結されたウォーム軸25と、ウォーム軸25に噛合う段付歯車26と、段付歯車26に噛合うスパーギヤ27とで構成されている。
ウォーム軸25は、一端が回転軸3に連結されると共に、他端がハウジング本体42に回転自在に軸支されている。ウォーム軸25と回転軸3との連結部24、つまり、回転軸3の他端は、ハウジング本体42に設けられている転がり軸受32に、回転自在に支持されている。
スパーギヤ27には出力軸28が設けられており、この出力軸28の先端がハウジング本体42から突出した状態になっている。また、出力軸28の先端には、先細り部29が形成されており、さらに、先細り部29にはセレーション30が形成されている。このセレーション30は、例えば、ワイパなどを駆動するための外部機構と出力軸28とを連結するときに利用される。
(電動モータの動作)
次に、図4に基づいて、電動モータ2の動作について説明する。
電動モータ2の動作説明にあたり、例えば、図4に示すように、1−2番セグメント15間にブラシ21が配置されると共に、6番セグメント15にブラシ21が配置され、これら2つのブラシ21の間に電圧が印加された場合について説明する。
このような場合、U相の第1コイル91は、短絡された状態になる。そして、「−U」相の第2コイル92に逆方向(図4における反時計回り方向)の電流が流れ、「−U」相の第3コイル93に順方向(図4における時計回り方向)の電流が流れる。すなわち、第2コイル92及び第3コイル93には、互いに逆向きの電流が流れるので磁界が相殺され、マグネット7との間にトルクが発生しない。
これに対し、V相の第1コイル91、「−V」相の第2コイル92及び「−V」相の第3コイル93には、それぞれ順方向に電流が流れる。また、「−W」相の第1コイル91、「−W」相の第2コイル92及び「−W」相の第3コイル93には、それぞれ逆方向に電流が流れる。
すると、2,3,5,6番ティース12にそれぞれ磁界が形成される。これらの磁界の向きは、周回り方向に順番になる。このため、各ティース12に形成される磁界とマグネット7との間に、磁気的な吸引力や反発力が回転軸3を中心にして点対称位置で同じ方向に作用する。そして、これによって回転軸3が回転する。
尚、例えば、上述の電動モータ2の動作の説明において、1−2番セグメント15間に配置されたブラシ21を進角させ、回転軸3を高速回転させることも可能である。
(効果)
したがって、上述の第1実施形態によれば、アーマチュアコア8に巻線14を形成してアーマチュアコイル9を形成するにあたり、アーマチュアコア8に装着するインシュレータ60のティース被覆部62に、第1仕切り壁66及び第2仕切り壁67を設けて3つの収容部71〜73を形成しているので、アーマチュアコイル9を構成する3つのコイル91〜93の配置箇所を区分けすることができる。このため、巻線14の巻回作業を容易に行うことが可能になり、巻線14の巻太りも低減することができる。
また、3つのコイル91〜93は、形成される順序が早いほど、径方向内側の収容部71〜73に収容されるようになっている。すなわち、まず、第1収容部71に巻線14を巻回して第1コイル81を形成する。続いて、第2収容部72に巻線14を巻回して第2コイル82を形成する。次に、第3収容部73に巻線14を巻回して第3コイル83を形成する。このため、ティース12の先端側から順に巻線14を巻回していく場合と比較して、ティース12にスムーズに各コイル91〜93を形成することができる。そして、巻線14が嵩張ってしまうことを防止でき、巻線14の巻太りを確実に低減することが可能になる。
さらに、各仕切り壁66,67の角部には、平面取り部68が形成されているので、各収容部71〜73に各コイル91〜93を収容する際、これらコイル91〜93を形成する巻線14の巻回作業性を向上させることができる。すなわち、平面取り部68により、各仕切り壁66,67に巻線14が引っ掛かることがなく、よりスムーズに巻線14の巻回作業を行うことができる。
また、ティース被覆部端面62a及びティース被覆部側面62bに、第1仕切り壁66及び第2仕切り壁67の2つの仕切り壁66,67を全周に渡って一体成形した。このため、確実に3つのコイル91〜93の配置箇所を区分けすることができ、巻線14の巻回作業をさらに容易に行うことが可能になり、且つ巻線14の巻太りも確実に低減することができる。
さらに、ティース被覆部62の巻胴被覆部端面64aと、コア本体被覆部61の本体被覆部端面61aとの接続部に、巻崩れ防止板69を一体成形したので、第1収容部71に収容される第1コイル91の巻崩れを確実に防止することができる。また、ティース被覆部62の鍔被覆部端面64bに、周方向略中央に巻崩れ防止凸部70を一体成形したので、第3収容部73に収容される第3コイル93の巻崩れを防止することができる。
また、各仕切り壁66,67、巻崩れ防止板69及び巻崩れ防止凸部70は、式(1)〜(3)を満たすように形成されているので、3つのコイル91〜93のうち、第1コイル91の巻線高さを最も低くすることができ、第3コイル93の巻線高さを最も高くすることができる。
このため、周方向に隣接するコイル91〜93同士の接触を回避しつつ、効率よく各ティース12に巻線14を巻回することができる。そして、巻線14の占積率を向上させることができる。さらに、3つのコイル91〜93を形成している各巻線14の長さを同一にすることができ、電動モータ2の特性を安定させることができる。
尚、上述の第1実施形態では、ティース被覆部62の巻胴被覆部端面64aと、コア本体被覆部61の本体被覆部端面61aとの接続部に、巻崩れ防止板69を一体成形した場合について説明した。
また、上述の第1実施形態では、ティース被覆部端面62a及びティース被覆部側面62bに、第1仕切り壁66及び第2仕切り壁67の2つの仕切り壁66,67を全周に渡って一体成形した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、例えば、以下の変形例のように構成してもよい。
(第1変形例)
図9は、本第1実施形態の第1変形例におけるアーマチュアコアにインシュレータを装着した状態の斜視図である。
同図に示すように、上述の第1実施形態と、この第1変形例との相違点は、上述の第1実施形態のインシュレータ60には、ティース被覆部62の巻胴被覆部端面64aと、コア本体被覆部61の本体被覆部端面61aとの接続部に、巻崩れ防止板69が一体成形されているのに対し、第1変形例には、巻崩れ防止板69が一体成形されていない点にある。
第1収容部71は、3つの収容部71〜73のうち、最も径方向内側に位置している。すなわち、第1収容部71は、ティース12の根本に形成されており、第1収容部71に収容される第1コイル91は、第1仕切り壁66と本体被覆部側面61bとにより、巻崩れが抑制される。
したがって、第1変形例のように構成した場合であっても、前述の第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
(第2変形例)
図10は、本第1実施形態の第2変形例におけるアーマチュアコアにインシュレータを装着した状態の斜視図である。
同図に示すように、上述の第1実施形態と、この第2変形例との相違点は、第1実施形態には、ティース被覆部端面62a及びティース被覆部側面62bに、第1仕切り壁66及び第2仕切り壁67が全周に渡って一体成形されているのに対し、第2変形例では、ティース被覆部端面62aのみに、板状の第1仕切り壁166及び第2仕切り壁167が形成されている点にある。
このように構成した場合であっても、3つのコイル91〜93の配置箇所を区分けすることができる。このため、前述の第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
(第3変形例)
図11は、本第1実施形態の第3変形例におけるアーマチュアコアにインシュレータを装着した状態の斜視図である。
同図に示すように、第2変形例と、この第3変形例との相違点は、上述の第2変形例では、ティース被覆部62の巻胴被覆部端面64aと、コア本体被覆部61の本体被覆部端面61aとの接続部に、巻崩れ防止板69が一体成形されているのに対し、第3変形例には、巻崩れ防止板69が一体成形されていない点にある。
ここで、第1変形例でも述べたように、巻崩れ防止板69が画成する第1収容部71は、ティース12の根本に位置している。このため、第1収容部71に収容される第1コイル91は、第1仕切り壁66と本体被覆部側面61bとにより、巻崩れが抑制される。
したがって、第3変形例のように構成した場合であっても、前述の第2変形例と同様の効果を奏することができる。
(第2実施形態)
次に、この発明の第2実施形態を図12〜図14に基づいて説明する。尚、第1実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する。
図12は、第2実施形態におけるアーマチュアの展開図である。
同図に示すように、第1実施形態と第2実施形態との相違点は、第1実施形態のコンミテータ10には、セグメント15が18枚取り付けられているのに対し、第2実施形態のコンミテータ210には、セグメント15が12枚取り付けられている点にある。すなわち、第2実施形態の電動モータ202は、磁極数が4極、スロット13の個数が6つ、セグメント15の枚数が12枚に設定された所謂4極6スロット12セグメントの電動モータとして構成されている。
また、第1実施形態の電機子80を構成するアーマチュアコア8には、第1コイル91、第2コイル92及び第3コイル93の3つのコイル91〜93を備えた3相構造のアーマチュアコイル9が形成されているのに対し、第2実施形態の電機子280を構成するアーマチュアコア8には、第1コイル291及び第2コイル292の2つのコイル291,292を備えた3相構造のアーマチュアコイル209が形成されている点が異なる。
さらに、アーマチュアコイル209の形状が異なることに伴い、このアーマチュアコイル209とアーマチュアコア8とを絶縁するインシュレータ260の形状が、第1実施形態のインシュレータ60の形状と異なる。
これらについて、より具体的に以下に説明する。
(アーマチュアコイルの形成方法)
まず、図12に基づいて、第2実施形態におけるアーマチュアコイル209の形成方法の一例について説明する。
同図に示すように、各ティース12は、それぞれU相、V相、W相が周方向にこの順で割り当てられている。つまり、1番、4番ティース12がU相、2番、5番ティース12がV相、3番、6番ティース12がW相になっている。
ここで、セグメント15に付した番号のうち、1番に相当する位置は、1番ティース12に対応する位置とする。また、接続線17によって、同電位となるセグメント15同士が短絡されている。
尚、図12において、各ティース12への巻線14の巻回方向が時計回りであるときを順方向と称し、反時計回りであるときを逆方向と称して説明する。
まず、例えば、巻線14の巻き始め端14aを1番セグメント15より巻き始める場合、この後、巻線14を1番セグメント15近傍に存在する1−6番ティース12の間のスロット13に引き込む。そして、各ティース12に巻線14を、それぞれn(nは自然数であって、2の倍数)回巻回するものとした場合、1番ティース12にn/2回順方向に集中巻方式にて巻回する。
続いて、1−2番ティース12の間のスロット13から巻線14を引き出し、1番セグメント15に隣接する2番セグメント15のライザ16に掛け回す。そして、2番セグメント15に巻き終わり端14bを接続する。これにより、1−2番セグメント15間には、1番ティース12に順方向に巻回されたU相の第1コイル291が形成される。
また、4番セグメント15のライザ16に巻き始め端14aを掛け回した巻線14を、1−2番ティース12の間のスロット13に引き込む。そして、1番ティース12にn/2回逆方向に集中巻方式にて巻回する。
続いて、1−6番ティース12の間のスロット13から巻線14を引き出し、4番セグメント15に隣接する5番セグメント15のライザ16に掛け回す。そして、5番セグメント15に巻き終わり端14bを接続する。これにより、4−5番セグメント15間には、1番ティース12に逆方向に巻回された「−U」相の第2コイル292が形成される。
したがって、U相に相当する1番ティース12には、巻線14が順方向にn/2回巻回されて形成されるU相の第1コイル91と、巻線14が逆方向にn/2回巻回されて形成される「−U」相の第2コイル92とで構成されるn回巻きのアーマチュアコイル209が形成される。
そして、これを各相に対応するセグメント15間で順次行うことにより、アーマチュアコア8には第1コイル291及び第2コイル292を備えた3相構造のアーマチュアコイル209が形成され、隣接するセグメント15間にU,「−W」,V,「−U」,W,「−V」相のコイル291,292がこの順で電気的に順次接続される。
尚、各相のコイル291,292を形成する巻線14の巻き始め端14a及び巻き終わり端14bのセグメント15への接続箇所は、隣接するセグメント15間にU,「−W」,V,「−U」,W,「−V」相のコイル291,292がこの順で電気的に順次接続されていればよい。
(インシュレータ)
図13は、アーマチュアコアにインシュレータを装着した状態の斜視図である。
同図に示すように、インシュレータ260は、アーマチュアコア8のコア本体11を被覆するコア本体被覆部61と、ティース12を被覆するティース被覆部62とを備えている。コア本体被覆部61及びティース被覆部62は、樹脂等の絶縁材料により一体成形されている。
ここで、第1実施形態では、ティース被覆部62におけるティース被覆部端面62a及びティース被覆部側面62bに、2つの仕切り壁66,67が全周に渡って一体成形されている。しかしながら、第2実施形態では、ティース被覆部62におけるティース被覆部端面62a及びティース被覆部側面62bに、1つの仕切り壁266のみ全周に渡って一体成形されている。
この仕切り壁266は、板状に形成されており、ティース被覆部62の径方向略中央よりもやや径方向外側に配置されている。また、仕切り壁266の角部には、平面取り部268が形成されている。
ティース被覆部端面62a及びティース被覆部側面62bに仕切り壁266を形成することにより、ティース被覆部62の巻線14が巻回される箇所が2つの部屋に区画される。これにより、ティース被覆部62に、2つのコイル291,292がそれぞれ別々に収容される2つの収容部271,272が形成される。
すなわち、2つの収容部271,272のうちの第1収容部271は、ティース被覆部62の仕切り壁266の径方向内側に形成される。そして、第1収容部271に、第1コイル291が収容される。また、2つの収容部271のうちの第2収容部272は、ティース被覆部62の仕切り壁266の径方向外側に形成される。そして、第2収容部272に、第2コイル292が収容される。
このように、形成される順序が早い第1コイル291は、径方向内側に位置する第1収容部271に収容され、形成される順序が遅い第2コイル292は、径方向外側に位置する第2収容部272に収容される。
ここで、仕切り壁266の角部には、平面取り部268が形成されているので、各収容部271,272に各コイル291,292を収容する際、各コイル291,292を形成する巻線14の巻回作業性が向上する。
また、ティース被覆部62の巻胴被覆部端面64aと、コア本体被覆部61の本体被覆部端面61aとの接続部には、巻崩れ防止板69が一体成形されている。さらに、ティース被覆部62の鍔被覆部端面64bには、周方向略中央に巻崩れ防止凸部70が一体成形されている。
ここで、仕切り壁266、巻崩れ防止板69及び巻崩れ防止凸部70は、それぞれ以下の関係が成立するように形成されている。
図14は、仕切り壁、巻崩れ防止板及び巻崩れ防止凸部の相対関係を示す説明図である。
すなわち、図14に示すように、巻崩れ防止板69の高さをT4とし、仕切り壁266の高さをT5としたとき、各高さT4,T5は、
T4≦T5・・・(4)
を満たすように設定されている。
さらに、巻崩れ防止板69と仕切り壁266との間の距離をL4とし、仕切り壁266と巻崩れ防止凸部70との間の距離をL5としたとき、各距離L4,L5は、
L4≧L5・・・(5)
を満たすように設定されている。
そして、巻崩れ防止板69、ティース被覆部62及び仕切り壁266により形成される第1収容部271の容積(実線ハッチ部参照)をY4とし、仕切り壁266、ティース被覆部62及び巻崩れ防止凸部70により形成される第2収容部272の容積(1点鎖線ハッチ部参照)をY5としたとき、各容積Y4,Y5は、
Y4≒Y5・・・(6)
を満たすように設定されている。
式(4),(5)を満たすように、仕切り壁266及び巻崩れ防止板69を形成することにより、径方向内側に位置する第1コイル291の巻線高さを低く抑えることができる。また、第1収容部271の容積Y4及び第2収容部272の容積Y5が、それぞれ式(6)を満たすことにより、2つのコイル291,292を形成している各巻線14の長さを同一にすることができる。
したがって、上述の第2実施形態によれば、アーマチュアコイル209を2つのコイル291,292で構成した場合であっても、前述の第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
尚、上述の第2実施形態では、ティース被覆部62の巻胴被覆部端面64aと、コア本体被覆部61の本体被覆部端面61aとの接続部に、巻崩れ防止板69を一体成形した場合について説明した。
また、上述の第2実施形態では、ティース被覆部端面62a及びティース被覆部側面62bに、仕切り壁266を全周に渡って一体成形した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、例えば、以下の変形例のように構成してもよい。
(第1変形例)
図15は、本第2実施形態の第1変形例におけるアーマチュアコアにインシュレータを装着した状態の斜視図である。
同図に示すように、上述の第2実施形態と、この第1変形例との相違点は、上述の第2実施形態のインシュレータ260には、ティース被覆部62の巻胴被覆部端面64aと、コア本体被覆部61の本体被覆部端面61aとの接続部に、巻崩れ防止板69が一体成形されているのに対し、第1変形例には、巻崩れ防止板69が一体成形されていない点にある。
ここで、巻崩れ防止板69が画成する第1収容部71は、ティース12の根本に位置している。このため、第1収容部71に収容される第1コイル291は、第1仕切り壁66と本体被覆部側面61bとにより、巻崩れが抑制される。
したがって、第1変形例のように構成した場合であっても、前述の第2実施形態と同様の効果を奏することができる。
(第2変形例)
図16は、本第2実施形態の第2変形例におけるアーマチュアコアにインシュレータを装着した状態の斜視図である。
同図に示すように、上述の第2実施形態と、この第2変形例との相違点は、第2実施形態には、ティース被覆部端面62a及びティース被覆部側面62bに、仕切り壁266が全周に渡って一体成形されているのに対し、第2変形例では、ティース被覆部端面62aのみに、板状の仕切り壁366が形成されている点にある。
このように構成した場合であっても、2つのコイル291,292の配置箇所を区分けすることができる。このため、前述の第2実施形態と同様の効果を奏することができる。
(第3変形例)
図17は、本第2実施形態の第3変形例におけるアーマチュアコアにインシュレータを装着した状態の斜視図である。
同図に示すように、第2変形例と、この第3変形例との相違点は、上述の第2変形例では、ティース被覆部62の巻胴被覆部端面64aと、コア本体被覆部61の本体被覆部端面61aとの接続部に、巻崩れ防止板69が一体成形されているのに対し、第3変形例には、巻崩れ防止板69が一体成形されていない点にある。
このように構成した場合であっても、前述の第2実施形態の第2変形例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。
例えば、減速機付モータ1は、自動車のワイパ駆動用に用いるもの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、さまざまな装置の駆動源として用いることが可能である。
また、上述の実施形態では、電動モータ2は、有底筒状のヨーク5と、ヨーク5内に回転自在に設けられたアーマチュア6とを有し、アーマチュアコア8に巻線14が巻回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、電動モータを、ステータと、ステータに対して回転自在に設けられたロータとで構成してもよい。このような構成のもと、ステータのステータコアにインシュレータが装着され、このインシュレータの上から、巻線が巻回される。これに用いられるインシュレータに、本実施形態を適用することができる。
さらに、上述の第1実施形態の電動モータ2は、4極6スロット18セグメントに構成されており、第2実施形態の電動モータ202は、4極6スロット12セグメントに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、アーマチュアコイルが複数のコイルで形成されている構造の各種電動モータに、本実施形態のインシュレータを適用することができる。この場合、アーマチュアコイルを構成するコイルの個数に応じて仕切り壁の数を変化させることが望ましい。例えば、アーマチュアコイルを構成するコイルの個数が4つである場合、ティース被覆部62に3つの仕切り壁を設け、4つの収容部を形成することが望ましい。
また、上述の第1実施形態では、各仕切り壁66,67の角部に、平面取り部68を形成した場合について説明した。さらに、上述の第2実施形態では、仕切り壁266に、平面取り部268を形成した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、平面取り部68,268に代わって丸面取り部を形成してもよい。各仕切り壁66,67,266に丸面取り部を形成した場合であっても、各仕切り壁66,67,266に巻線14が引っ掛かることがなく、スムーズに巻線14の巻回作業を行うことができる。
さらに、上述の実施形態では、各仕切り壁66,67,166,167,266,366が板状に形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、各仕切り壁66,67,166,167,266,366は、ティース被覆部62上に、各コイル91,92,93,291,292をそれぞれ別々に配置することができる形状であればよい。例えば、各仕切り壁66,67,166,167,266,366に代わって、突起などを任意の箇所に複数形成してもよい。
1 電動モータ
3 回転軸
6 アーマチュア
7 マグネット
8 アーマチュアコア
9,209 アーマチュアコイル
11 コア本体(電機子コア)
12 ティース
60,260 インシュレータ
66,166 第1仕切り壁(仕切り部)
67,167 第2仕切り壁(仕切り部)
69 巻崩れ防止板
70 巻崩れ防止凸部
71,271 第1収容部(収容部)
72,272 第2収容部(収容部)
73 第3収容部(収容部)
80,280 電機子
91,291 第1コイル(電機子コイル)
92,292 第2コイル(電機子コイル)
93,293 第3コイル(電機子コイル)
266,366 仕切り壁(仕切り部)
Y1〜Y5 容積

Claims (6)

  1. 電機子と、
    前記電機子により形成される磁界に対し、磁気的な吸引力や反発力を生じさせるマグネットと、回転軸に外嵌固定され、電機子コイルが接続される複数のセグメントを有するコンミテータと、を備え、
    前記電機子は、
    前記回転軸に外嵌固定される電機子コアと、
    前記電機子コアから径方向に沿うように延びる複数のティースと、
    少なくとも前記ティースの周囲を覆うように形成された絶縁性を有するインシュレータとを備え、
    前記ティースに、前記インシュレータの上から巻線を集中巻方式にて順方向に巻回して形成される第1コイルと、前記インシュレータの上から前記巻線を集中巻方式にて逆方向に巻回して形成される第2コイルと、の少なくとも2つの前記電機子コイルを設け
    前記インシュレータに、複数の前記電機子コイルのうちの少なくとも1つの配置場所を決定する仕切り部を設け、
    前記仕切り部によって、前記インシュレータ上に、前記電機子コイルを収容する収容部が少なくとも2つ形成され、
    前記仕切り部は、各前記収容部の容積が略同一となるように設けられ、
    前記第1コイル及び前記第2コイルは、各前記収容部にそれぞれ別々に収容されていることを特徴とする電動モータ
  2. 前記仕切り部は、少なくとも前記インシュレータの軸方向一端に設けら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. 前記仕切り部は、前記インシュレータの全周に渡って設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電動モータ
  4. 各仕切り部の突出高さが異なっていることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の電動モータ
  5. 各仕切り部の突出高さは、径方向内側に位置するほど、より低く設定されていることを特徴とする請求項4に記載の電動モータ
  6. 各収容部のうち、径方向内側に位置する前記収容部から径方向外側に位置する前記収容部へと、順に前記電機子コイルが収容されていることを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の電動モータ
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