JPS5850509B2

JPS5850509B2 - 波巻式電機子コイルを有する直流電動機

Info

Publication number: JPS5850509B2
Application number: JP10625678A
Authority: JP
Inventors: 誠二山下; 良範深作; 邦広能登; 一雄平子
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-09-01
Filing date: 1978-09-01
Publication date: 1983-11-10
Also published as: JPS5534811A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は波巻に巻装した電機子コイルを有する直流電動
機の構造に関し、殊に磁極や電機子コイルとの相対位置
に関連した騒音低減のための構造の改良に関するもので
ある。

従来この種直流電動機では第１図、第２図に展開して示
す如く、ブラシａによって短絡中のコイルＡがブラシａ
の短絡期間中に磁極す、ｃ間の主磁束φを横切る様に構
成されており、その結果短絡コイルＡに電圧を誘起し、
この電圧による短絡電流ｉが流れる。

この短絡電流ｉによってコイルＡの１わりに磁束ψが発
生するが、この磁束ψは主磁束φを過渡的に増減させる
作用を生じる。

一方、磁極す、ｃは回転機の円筒状あるいは偏平状のケ
ーシングに固定されており、通常はＮ・Ｓ一対の磁極間
に作用する一定の吸引力によって互いに引き合う方向に
力を受けている。

しかしながら、前述の短絡コイルＡに発生した磁束ψが
主磁束φを過渡的に増減することによってこの一定の吸
引力が過渡的に変化し、これがケーシングの加振源とな
っている。

ｌた、短絡電流ｉと主磁束φとの間に過渡的に生じる制
動トルクｔもケーシングの加振源となっている。

尚、第１，２図中Ｂは回転トルクを発生中のコイルを示
し、Ｔはその回転トルクの方向を示す。

本発明の目的は上述の短絡コイルに短絡電流が流れない
様にすることによって直流機の加振源を除去し、騒音の
小さい直流機を提供する点にある。

本発明の特徴は、ブラシによって短絡されているコイル
が磁極の発生する主磁束を横切らない様にコイルが磁極
間の無磁束部を通過する間に短絡状態を終了する様に構
成した点にある。

以下本発明の一実施例を第３図以下の図面に基づき詳細
に説明する。

図面に示すのは本発明を偏平型電機子を有する偏平型直
流電動機に用いた場合の具体例である。

第３図にこの電動機の全体構成を示す。

１は偏平型電機子、２は整流子で、電機子１のコイル３
を整流子２に接続した後、回転軸５に樹脂成形材４によ
って固定される。

この回転軸は電動機ケーシングの中心に固定された軸受
９で支承されている。

電動機ケーシングは整流子２を包囲する筒状部と、マグ
ネット固定用の平板部とから成る第１の部分と、底に一
グネット固定用の平板部を有する皿状の第２の部分とか
ら構成されてトリ、各々は中央に軸受９を備えている。

８はブラシホルダーでケーシングの第１の部分の外側平
板部に設けられてかり、ブラシはホルダー８の内部にあ
って整流子２を被う筒状部に設けられた穴から整流子表
面まで延出している。

７はマグネット（磁極）で、ケーシングの内側両面に電
機子１をはさんで異極同志が向い合せになる様に固定さ
れている。

本実施例に示す電動機は、４対の対向磁極を持つ４極電
動機で、電動子コイル数１９（コイル片は３８）、整流
子片数１９、ブラシ数２（正負１対）のものである。

更に本実施例の偏平型電機子コイルは半径方向に延びる
２つのコイル片とこの両コイル片の内外両端を継ぐ円弧
状部分とから成る略扇状をしたコイルを複数個、一つの
円線上においてすこしづつずらせて重ね合せ、それぞれ
のコイルを形成する電線の巻始め端と巻終り端とを前記
重ね合せたコイル群の中心部に配置した整流子に波巻接
続となる様結線して構成されている。

ところで周知の通り、電機子の回転トルクは電機子コイ
ルのコイル片の部分が磁極のつくる主磁束を横切る時に
招起するものであり、コイルの円弧状の部分、即ちコイ
ルエンド部分は回転トルクに直接関係しないのでできる
だけ短かくして重量の軽減をはかり、且つ材料のむだを
はふく様に設計される。

またコイルエンド部分はコイルを重ね合せた時に幾重に
も重なるので加圧成形した後も、多くの容積を占め、電
機子の容積を大きくする原因になるので、コイルエンド
部分は必要最少限の寸法に設計し重なり部を少なくする
様設計される。

ちなみに、本実施例に係る偏平型電機子においては、従
来コイルの開き角度（即ち、両コイル片のなす角）は、
マグネットの開き角度（マグネットの両辺がなす角）６
８°に近い７０°になる様設計していた。

従来のこの電機子コイルと整流子片との結線状態及びマ
グネットと各コイル片との位置関係が第４図に示しであ
る。

３ａ〜３ｒはそれぞれ扇状のコイルを示し、３ａ′〜３
ｒ’、３；ｌ’〜３ｒ“はそれぞれコイル片の巻始め側
と巻終り側を示している。

２ａ〜２ｒは整流子２の整流子片を示し、８ａ。

８ｂはそれぞれ正側と負側のブラシを示す。

この電機子コイルは１９本のピンが一つの円線上に等間
隔の植立せられた治具の上で、扇状に形成された一つの
コイルが４本のピンにまたかる様に配置し、このコイル
を１９個適宜ずらせて配列し、各ピンの間に、異ったコ
イルの巻始め側と巻終り側のコイル片の１対が位置する
様に配列される。

１９本の等間隔にならんだピン間の角度は約１９°であ
り、従って４本のピンにまたがってコイルを配置するに
は、両コイル片のピンに接する側のなす角は５７°以上
必要であり、コイル片自体の幅を加えると約７００にな
っている。

一方マグネットは前述したよう□開き角度が６８°のも
のを２２°間隔をお・いて４個配夕１ルている。

今第４図において、正側のブラシ８ａが整流子片２ａか
ら２ｂに、負側ブラシが２１から２ｇに移ろうとしてい
る。

それぞれのブラシが整流子片２ａ、２ｂ及び：２ｆ
ｔ２ｇにまたがっている間、図中太い線で示したコ
イル３ｂ、３ｇ、３に、３ｐが短絡状態となる。

この為、コイル片３ｂ’と３ｂ“はマグネット７ａの主
磁束を、３ｇ’、３ｇ“及び３に’は７ｂの主磁束を、
３ｋ“と３ｐ′は７Ｃの主磁束を、更に３ｐ“と３ｂ’
は７ｄの主磁束をそれぞれ横ぎることになる。

第５図はこの様子を示したものでＹが正側ブラシによっ
て、Ｚが負側ブラシによってそれぞれのコイルが短絡さ
れている期間を示す。

結局、正側のブラシと負側のブラシによって短絡される
コイル片は計８個あり、ブラシ幅が整流子片の１．５倍
（本従来例では６ｍｍ）のものでは短絡期間は第５
図に示す如く短いところで４０°長いところで５９°に
なる。

ブラシが次の整流子片に移る間に短絡中のコイルがマグ
ネット間の無磁束部にある期間は１０゜前後しかない。

従って５００前後の間は短絡中のコイルのどれかが主磁
束を横切っていることになり、前述した理由でハウジン
グに加振力を招起している。

この短絡コイルが主磁束を横切る期間を短くするには第
１にマグネットの開き角度を小さくしてマグネット間の
無磁束部をふやすことが考えられるが、これでは、主磁
束の量が減少して、電動機自体の性能を低下することに
なる。

第２に、ブラシの幅を小さくして２つの整流子片にまた
がる時間を短くすることが考えられるが、大きな短絡電
流（１００Ａ程度）が流れる為、ブラシと整流子間に発
生する火花放電によるブラシの劣化が激しく、寿命仕様
を満足できなくなると共に整流特性が悪化する。

更にブラシが整流子片上を摺動する際のブラシ音及び火
花放電によるブラシ音が増大する。

そこで第１の実施例では、コイルの開き角度を変化させ
て、正側ブラシによって短絡されるコイルのコイル片と
負側ブラシによって短絡されるコイルのコイル片とが隣
り同志になる様にし、両コイルの短絡期間ができるだけ
重なり合うようにしてブラシによる短絡期間を短かくし
た。

この第１の実施例を示すのが第６図、第７図及び第８図
で、電機子成形治具の５本のピンにまたがって１つのコ
イルが配置される様に、コイルの開き角度θ８を８９°
にした。

、その結果第７図に太線で示す如く、正側ブラシ８ａ、
負側ブラシ８ｂがそれぞれ整流子片２ａから２ｂ、２ｆ
から２ｇに移る間に短絡されるコイルは３ｂ、３ｋ、
及び３ｇ、３ｐの４つのコイルになり、それぞれのコイ
ル片は図に示す如く、３ｐ“と３ｂ’、３ｂ“と３ｐ
’ ｓ３ｋ’と３ｇ“及び３ｋ“と３ｐ′の組が互
いに隣り同志に配列される。

従って第６図、第８図に示す如くそれぞれのコイル片が
短絡状態にある期間、θ３ｂ′、θ３ｂ“。

θ３ｇ′、θ３ｇ“、θ３に′、θ３ｋ“、θ３ｐ′、
θ３ｐ“はθ３ｂ’とθ３ｐ“、０３ｇ′とθ３ｂ“、
０３に’と０３ｇ“及びθ３ｐ′と０３ｋ“の各組の重
なり期間が長く、各組の短絡期間の両端間の角度は長い
ところで（０３に’と０３ｇ“との端から端１での期間
）４３°、他はいずれも３５°にすることができた。

その結果短絡コイルが主磁束を横切る期間を従来に比べ
１５％も減少でき、加振力の発生を減少できた。

第８図に示す如くコイルの短絡期間を十分短くでき、ま
た短絡中のコイル片の分布は略等間隔に４個所に集中す
ることができたので、短絡中のコイルが存在しない部分
が十分大きくとれるようになった。

そこで第２の実施例では、マグネットの開き角度をそれ
ぞれの短絡期間を除いた角度まで小さくして、短絡期間
と磁極部との重なり部分を皆無にした。

これを第９図、第１０図及び第１１図に示す。

電機子コイルの配列成形は第１の実施例と同一であるの
で説明を省略する。

第１の実施例と同様にブラシ８ａ、８ｂが、整流子２ａ
から２ｂ及び２ｆから２ｇに移る間に短絡されるコイル
は太線で示す３ｂ、３ｇ、３ｋ。

３ｐの４個である。

短絡中の８個の各コイル片は３ｐ“と３ｂ′。

３ｂ“と３ｇ’ ｓ３ｉ’と３に′及び３ｋ”
と３ｐ′とがそれぞれ隣り合せの組になって第１０図に
示す如く、４個所に分布している。

今短絡が始まったコイル片３ｇ′と３ｂ“の組は、ブラ
シが次の整流子に切換る１で電機子が回転すると、第９
図、第１０図の３ｆ ’ ＊３ａ“の位置まで短
絡された！、まで移動することになる。

従ってコイル片３ｂ’と３ａ“との間にマグネットが入
るようにマグネットの開き角度θａを選べば、マグネツ
）７ａの主磁束を横切る短絡コイル片は存在しなくなる
。

同様に、コイル片３ｊ′と３ｇ′の間にマグネット７ｂ
が入る様にその開き角度θｂを選べばマグネツ）７ｂの
主磁束を横切る短絡コイル片は存在しなくなる。

以下、マグネツ）７ｃはコイル片３ｊ“と３ｇ“との間
に、マグネツ）７ｄはコイル片３ｏ“と３ｐ′との間に
それぞれ入るようにマグネットの開き角度θＣ１θｄを
選べばマグネッ）７Ｃ，７ｄの主磁束を横切る短絡コイ
ル片は存在しなくなる。

実際は、第１１図に示す如く、マグネッ）７ａと７ｄの
開き角度をそれぞれ５９°３６′にマグネツ）７ｂと
７ｃの開き角度をそれぞれ４６°２３′に選び、マグネ
ツ）？ａと７ｂとの間隔をコイル片３ｇ′と３ｂ“のど
ちらかが短絡中である期間３５°に、マグネット７ｂと
７ｃとの間隔をコイル片３に’と３ｇ′のどちらかが短
絡中である期間４３°に、マグネッ）７ｃと７ｄとの間
隔をコイル片３ｋ“と３ｐ′のどちらかが短終されてい
る期間３５°に、またマグネッ）７ｄと７ａとの間隔を
コイル片３ｐ“と３ｂ’のどちらかが短終中である期
間３５°になる様構成した。

その結果、前述した様に、短絡中のコイルがマグネット
の主磁束を横ぎることがなくなり、短終電流を極少にす
ることができたので、ハウジングの加振力を第１の実施
例より更に低減することができた。

筐た、第１の実施例でコイルの開き角度を略９０°にし
たことにより、短終中のコイル片を２つずつ隣り合わせ
にして、４箇所にまとめることができたので、通電中の
コイルは、むだなく主磁束を横切ることができる様にな
り、その結果第２の実施例の様にマグネットの開き角度
を小さくしても性能の低下がなく、むしろ制動トルクが
発生しすくすった分だけ、性能を向上させることができ
た。

本実施例になる電動機を外径１６０φの車両空調用の送
風機用電動機として使用した場合、第１２図の■で示す
如〈従来のものでは回転数２５０Ｏｒｐｍのところで強
い電磁騒音を発生していたが、本実施例では第４図Ｗに
示す如くこれを皆無にできた。

これは、電動機の同右振動数が８００Ｈｚ近辺にあり
、この固有振動と電磁的に発生する振動とカミ共振を起
していたのに対し、本実施例によって電磁的な振動を無
くすることができたことに起因する。

以上説明した様に本発明によれば、波巻に結線した電機
子コイルを有する直流機において、正負側ブラシによっ
て短終状態にあるコイルのコイル片が、隣り同志で対に
なる様に、各コイルの開き角度を略３６０°／極数にし
たので短終コイルが磁極の作る主磁束を横切る期間を短
くでき、その結果短絡コイルに流れる電流が原因で起る
・・ウジングの加振力を低減でき、騒音の小さい直流機
を得ることができた。

また、短終電流が小さくなるので、ブラシ幅を小さくし
ても火花放電による寿命の低下が起らないので、更にコ
イルの短終期間を短縮できる付随効果もある。

尚、本実施例では、４極の偏平型直流電動機に本発明を
用いたものを説明したが、一般の筒型電動機においても
波巻式電機子コイルを有するものには実施可能である。

捷た、極数も４極に限定することなく、ブラシの数も２
個に限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は直流機ＶＣｈける加振力発生の原理を説明する
図面、第２図は第１図の■−■矢視図、第３図は本発明
を適用した一実施例になる偏平型電動機の全体構造を示
す図面、第４図はその電機子コイルの従来の結線を示す
図面、第５図は従来の偏平型電動機におけるコイルの短
終期間とマグネットの位置関係を示す図面、第６図は本
発明を実施した第１の実施例になる電機子コイルの結線
状態を示す図面、第７図はこれを展開した図面、第８図
は第１の実施例におけるコイルの短絡期間とマグネット
の位置関係を示す図面、第９図は本発明を実施した第２
の実施例になる電機子コイルの結線状態を示す図面、第
１０図は第９図の展開図、第１１図は第２の実施例にお
けるコイルの短終期間とマグネットの位置関係を示す図
面、第１２図は第２の実施例になる電動機を車両用空調
機の送風機用電動機に用いた場合の騒音低減の効果を示
す図面である。２・・・整流子、２ａ〜２ｓ・・・整流子片、３・・・
電機子コイル、３ａ〜３ｓ・・・コイル３ａ′〜３８
′及び３ａ″〜３ｓ“・・・コイル片、７ａ〜７ｄ・・
・マグネット（磁極）、θａ〜θｄ・・・マグネットの
開き角度、θＸ・・・コイルの開き角度、θ３ｂ′、θ
３ｇ′。０３ｇ“、θ３に′、θ３ｋ“、θ３ｐ′、θ３ｐ“・
・・コイル片の短絡期間、８ａ・・・正側ブラシ８ｂ
・・・負側ブラシ。

Claims

【特許請求の範囲】１波巻に結線された電機子コイルを有する直流電動機
において、正のブラシによって短絡されるコイルのコイ
ル片と負のブラシによって短絡されるコイルのコイル片
が極数に等しい数の対をなして、磁極間の無磁束部に存
在する様に、電機子コイルを形成する各コイルの開き角
度を約３６０７極数にしたことを特徴とする波巻式電機
子コイルを有する直流電動機。２波巻に結線された電機子コイルを有する直流電動機
において、正のブラシによって短絡されるコイルのコイ
ル片と負のブラシによって短絡されるコイルのコイル片
が極数に等しい数の対をなして磁極間の各無磁束部に存
在する様に電機子コイルを形成する各コイルの開き角度
を約３６０７極数にすると共に、前記短絡中のコイルの
コイル片が前記無磁束部を通過する間に短絡が終了する
ように異った開き角度を有する少なくとも２種類の磁極
によって前記コイルの短絡期間に対応した前記無磁束部
を形成したことを特徴とする波巻式電機子コイルを有す
る直流電動機。