JPWO2010010906A1 - 3相直流モータ - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2008年7月22日に日本に出願された特願2008−188668号、特願2008−188757号、および特願2008−188758号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
各コイルは、回転軸に取り付けられた複数のセグメントにそれぞれ導通している。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に電圧を印加することによって各コイルに電流が供給される。
そして、アーマチュアコアに形成される磁界と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回転される。この回転によってブラシが摺接するセグメントが順次変更されコイルに流れる電流の向きが切り替えられる、所謂整流が行われ、アーマチュアコアが継続的に回転する。
しかしながら、上述の従来技術にあっては、アーマチュアコアの外径を一定に保ちつつ多極化していくとスロット数が多くなるので、巻線の巻装作業が困難になる。つまり、例えば、磁極を4極から8極に多極化すると、スロット数は6つから12個に増大する。また、磁極を4極から8極に多極化した場合、スロット開口幅を狭くしないと4極と同等の磁束を得ることが難しくなる。スロット開口幅を狭くすると、ティースに巻線が巻き難くなる。
この場合、本発明に係る第二の発明のように、同じ相に相当するティース同士に前記巻線が連続して直列になるように巻装されていてもよい。
また、本発明に係る第三の発明のように、各ティースにそれぞれ別体の前記巻線が巻装されていてもよい。
また、接続線が回転軸の全周に亘るように配されているので、ブラシが摺接しているセグメントからこのセグメントと同電位の他のセグメントへブラシを中心にして両側から電流を流すことができる。
さらに、各ティースにそれぞれ別体の巻線を巻装することで、同じ相に相当するティース同士に巻線が連続して直列になるように巻装されている場合と比較して並列回路数を2回路から4回路にすることができる。
このように構成することで、並列回路数を8回路にすることができるので、さらに巻線を細径化することができる。
このように構成することで、ブラシが摺接しているセグメントと同電位のセグメントに接続された全ての巻線に電流を供給することができる。
このように構成することで、各ティースに巻線を逆方向に巻回するので、コンミテータとアーマチュアコアとの間に配される巻線がクロスした状態、つまり、捩れた状態になる。
また、接続線が回転軸の全周に亘るように配されているので、ブラシが摺接しているセグメントからこのセグメントと同電位の他のセグメントへブラシを中心にして両側から電流を流すことができる。
さらに、従来のセグメント数がスロット数に対して2倍であるのに対し、セグメント数をスロット数の4倍に設定することで、一極対(N極とS極)当たりのセグメント数を6枚にすることができる。
このように構成することで、各コイルの端末部のスロットからセグメントに至る間における配線の距離を短く設定することができる。また、コイルの端末部とセグメントとの結線作業工数を少なく設定することができる。
このように構成することで、同じ相に相当するティース同士に第一コイル、および第二コイルが連続して直列になるように巻装されている場合と比較して並列回路数を2回路から4回路にすることができる。
そして、1つのティースに順方向に巻回したコイルと逆方向に巻回したコイルとが巻装されず、1つのティースに順方向に巻回したコイル、または逆方向に巻回したコイルの何れか1つのコイルが巻装されるので、コイルとセグメントとの結線作業工数を低減させることができる。
このように構成することで、セグメント数をスロット数に対して3倍に設定することができる。
このように構成することで、並列回路数を磁極数と同じ数に設定することができる。
このように構成することで、ティースごとに巻線の巻き始め端、および巻き終わり端が引き出されることなく、同じ相に相当する全てのティースを併せて巻き始め端、および巻き終わり端がそれぞれ1本づつ引き出される状態にすることができる。
このように構成することで、セグメント数がスロット数に対して3倍に設定されるので、セグメント間電圧を低減できる。
また、2つの3相集中巻き方式のコイル群を並列にセグメントに接続することで、磁極数に係らず並列回路数を4回路に設定することができる。
このように構成することで、磁極数に係らず並列回路数を4回路に設定した場合において、回転軸を中心にして点対称となる位置に存在するティース同士に、巻線が連続して直列になるように巻装されるので、磁気バランスが向上し、回転軸の振れ回りを低減することができる。
このように構成することで、セグメント間電圧を低減し、ブラシ、およびセグメントの放電摩耗を低減することが可能になる。
また、1つのティースに第一コイル、第二コイル、および第三コイルの3つのコイルが全て巻装されず、1つのティースに第一コイル、第二コイル、または第三コイルの何れか1つのコイルが巻装されるので、コイルとセグメントとの結線作業工数を低減させることができる。
また、接続線が回転軸の全周に亘るように配されているので、ブラシが摺接しているセグメントからこのセグメントと同電位の他のセグメントへブラシを中心にして両側から電流を流すことができる。このため、接続線が回転軸の全周に亘って配されていない場合と比較して電流バランスがよくなり、モータ効率の安定化を図ることができる。
さらに、各ティースにそれぞれ別体の巻線を巻装することで、同じ相に相当するティース同士に巻線が連続して直列になるように巻装されている場合と比較して並列回路数を2回路から4回路にすることができる。並列回路数が4回路の場合、2回路と比較して巻線の細径化を図ることができるので、巻装作業をさらに容易に行うことが可能になる。
また、接続線が回転軸の全周に亘るように配されているので、ブラシが摺接しているセグメントからこのセグメントと同電位の他のセグメントへブラシを中心にして両側から電流を流すことができる。このため、接続線が回転軸の全周に亘って配されていない場合と比較して電流バランスがよくなり、モータ効率の安定化を図ることができる。
さらに、従来のセグメント数がスロット数に対して2倍であるのに対し、セグメント数をスロット数の4倍に設定することで、一極対(N極とS極)当たりのセグメント数を6枚にすることができる。このため、セグメント間電圧を低減することができ、ブラシの延命化を図ることが可能になる。
そして、1つのティースに順方向に巻回したコイルと逆方向に巻回したコイルとが巻装されず、1つのティースに順方向に巻回したコイル、または逆方向に巻回したコイルの何れか1つのコイルが巻装されるので、コイルとセグメントとの結線作業工数を低減させることができる。このため、巻線の巻装作業を容易化することができる。
ここで、例えば同じ相に相当するティース同士に連続して直列に各コイルを巻装した場合にあっては、磁極数に係らず並列回路数が2回路になる。このため、並列回路数を磁極数と同じ数に設定できると、並列回路数が2回路の場合と比較してコイル全体の抵抗を小さくできるので、巻線を細径化することが可能になる。よって、巻線を細径化できる分巻装作業を容易に行うことが可能になる。
また、2つの3相集中巻き方式のコイル群を並列にセグメントに接続することで、磁極数に係らず並列回路数を4回路に設定することができる。このため、並列回路数のバリエーションを増大させることができ、多種多様な3相直流モータを提供することが可能になる。
また、1つのティースに第一コイル、第二コイル、および第三コイルの3つのコイルが全て巻装されず、1つのティースに第一コイル、第二コイル、または第三コイルの何れか1つのコイルが巻装されるので、コイルとセグメントとの結線作業工数を低減させることができる。このため、巻線の巻装作業を容易化することができる。
図1、図2に示すように、3相直流モータ1は、車両に搭載する電装品(例えば、ラジエータファン)の駆動源となるもので、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た構成となっている。ヨーク2の内周面には周回り方向に永久磁石4が8つ固定され、ヨーク2の磁極数は8極に設定されている。
各ティース9には、スロット11を介してエナメル被覆の巻線12が集中巻方式にて巻装され、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。
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コンミテータ13の周回り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。
図3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、ヨーク2側に固着される永久磁石4、そして、接続線25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(以下の実施形態でも同様)。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て説明する。
また、各ティース9には、それぞれU相、W相、V相が周回り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9がU相、2番、5番ティース9がW相、3番、6番ティース9がV相になっている。
そして、これを順次各セグメント14間に一対のコイル7a,7bを繰り返し形成しながら巻き進むことにより、アーマチュアコア6には3相のアーマチュアコイル7U,7W,7Vが形成される。
回転軸5が回転し始めると、ブラシ21,21に摺接するセグメント14が順次変更されコイルに流れる電流の向きが切り替えられる、所謂整流が行われる。
同図に示すように、スロット開口幅を大きく設定すればするほど、所定のスロット開口幅(図5における開口幅P)に至るまでの間は、有効磁束が増大していくことが確認できる。このため、スロット開口幅を大きく設定しても有効磁束を十分確保することができるので、3相直流モータ1のモータ効率の低減を防止することができる。
この第二実施形態において、3相直流モータ1は8極6スロット12セグメントに構成されたものである点、コンミテータ13に摺接する2つのブラシ21,21は周回り方向に45°の間隔を開けて配置されている点、セグメント14には同電位となるセグメント14同士を短絡する接続線25が接続され、これら接続線25は、回転軸5の全周に亘って配されている点、各ティース9にはそれぞれU相、W相、V相が周回り方向にこの順で割り当てら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。
そして、これを順次隣接するセグメント14間にティース9毎に巻装された各相のアーマチュアコイル7U,7W,7Vを繰り返し形成しながら巻き進むことにより、アーマチュアコア6には3相のアーマチュアコイル7U,7W,7Vが形成される。
この第三実施形態では、各ティース9にそれぞれ第一コイル33U,33W,33Vと第二コイル34U,34W,34Vとが巻装されている。基本的構成は前記第一実施形態と同様である。
より詳しくは、巻線12は、この巻き始め端61が1番セグメント14より巻き始められた場合、まず、1番セグメント14のライザ15に掛け回された後、巻線12を1番セグメント14近傍に存在する1−6番ティース9の間のスロット11に引き込む。そして、各ティース9に巻線12をそれぞれn回巻装するものとした場合、1番ティース9にn/2回、順方向に巻装する。
したがって、U相に相当する1番ティース9には、巻線12が同方向にn/2回、順方向に巻装されたU相の第一コイル33U、およびU相の第二コイル34Uの2つのコイルを備えたn回巻きのU相のアーマチュアコイル7Uが形成される。
例えば、W相のティース9において、巻線12の巻き始め端61が3番セグメント14より巻き始められ、W相に相当する2番ティース9にn/2回、順方向に巻装してW相の第一コイル33Wを形成する。その後、3番セグメント14に隣接する4番セグメント14に接続する。
また、同電位となるセグメント14同士が接続線25によって短絡されているため、結果的に隣接するセグメント14間には、U相、V相、W相のアーマチュアコイル7がこの順で電気的に順次接続された構造になる。
この第四実施形態では、基本的構成は前記第一実施形態と同様である。但し、上述の第一実施形態から第三実施形態の各ティース9に巻装されている巻線12が全て順方向に巻回されているのに対し、各ティース9に巻装されている巻線12が全て逆方向に巻回されている。
そして、これを順次隣接するセグメント14間にティース9毎に巻装された各相のアーマチュアコイル7U,7W,7Vを繰り返し形成しながら巻き進むことにより、アーマチュアコア6には3相のアーマチュアコイル7U,7W,7Vが形成される。
ここで、U相に相当する1,4番ティース9、およびW相に相当する2,5番ティース9に巻装されたアーマチュアコイル7の巻き始め端61、および巻き終わり端62は、それぞれのティース9に隣接し、かつ対応するセグメント14間に接続されている。また、V相に相当する3,6番ティース9に巻装されたアーマチュアコイル7の巻き始め端61、および巻き終わり端62は、回転軸5を中心にして対向するよう配置され、かつ隣接するセグメント14間の電位差に等しい2つのセグメント14,14に接続されている。
ここで、巻線12をティース9に巻装するにあたって、巻装用自動機械(不図示)を使用する。また、自動機械としては、巻線12をスロット11に案内するノズル(不図示)を2つ有し、かつこれらノズルが回転軸5を中心にして対向するよう配置されている、所謂ダブルフライヤー方式の自動機械を用いる。
そして、5番ティース9に巻装された巻線12を10番セグメント14に接続すると共に、2番ティース9に巻装された巻線12を4番セグメント14に接続し、巻線12の巻装作業が完了する。
また、ダブルフライヤー方式の自動機械(不図示)を用いれば途中で巻線12を切断させることなく各ティース9への巻線12の巻装作業を連続して行うことができる。このため、巻装作業の工数を低減させることが可能になる。
また、上述の実施形態では、同電位となるセグメント14同士が接続線25によって短絡されているアーマチュア3にあっては、ブラシ21が2つ設けられている場合について説明した(例えば、図3、図6、図7、図9参照)。しかしながら、ブラシ21の個数は2つに限られるものではなく、磁極数と同じ個数までブラシ21を増加することができる。
この第五実施形態において、回転軸5の一端に外側から嵌合され固定されたコンミテータ13の外周面には、導電材で形成されたセグメント14が24枚取り付けられている。
また、図11に示すように、同電位となるセグメント14(本実施形態では5つ置きのセグメント14)に対応するライザ15には、それぞれ接続線25が掛け回され、接続線25はヒュージングによりライザ15に固定されている。他の構成は前記第一実施形態と同様である。
図12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、5つ置きのセグメント14同士(例えば、1番セグメント14、7番セグメント14、13番セグメント14、19番セグメント14)が接続線25によってそれぞれ短絡されている。
また、各ティース9には、それぞれU相、W相、V相が周回り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9がU相、2番、5番ティース9がW相、3番、6番ティース9がV相になっている。
したがって、第一コイル33は、隣接する1−2番セグメント14,14間(互いに隣接するセグメント間)に電気的に接続されており、この1−2番セグメント14,14間にU相の第一コイル33Uが形成されているのと等しい。
続いて、1−6番ティース9の間のスロット11から巻線12を引き出し、4−5番ティース9の間のスロット11に引き込む。そして、4番ティース9にn/2回逆方向に巻装して逆巻きコイル34bを形成する。
このように、U相に相当する1番ティース9、および4番ティース9には、巻線12が順方向にn/2回巻装されたU相の第一コイル33Uと巻線12が逆方向にn/2回巻装された「−U」相の第二コイル34とを備えたn回巻きのアーマチュアコイル7が形成される。
そして、これを各相に対応するセグメント14間で順次行うことにより、アーマチュアコア6には第一コイル33U,33W,33Vと第二コイル34U,34W,34Vとを備えた3相構造のアーマチュアコイル7が形成される。
そして、2番ティース9、および5番ティース9に巻装されているW相の第一コイル33W、および「−W」相の第二コイル34Wに逆方向(図13における反時計回り方向)に電流が流れる。一方、3番ティース9、6番ティース9に巻装されているV相の第一コイル33V、および「−V」相の第二コイル34Vには、順方向(図13における時計回り方向)に電流が流れる。
回転軸5が回転し始めると、ブラシ21,21に摺接するセグメント14が順次変更されコイルに流れる電流の向きが切り替えられる、所謂整流が行われる。
なお、図13に示すように、同じ相同士のティース9に形成されたコイル(例えば、順巻きコイル33aと逆巻きコイル33b)が直列接続されているので、並列回路数は2回路になる。
この第六実施形態において、3相直流モータ1は8極6スロット24セグメントに構成されたものである点、コンミテータ13に摺接する2つのブラシ21,21は周回り方向に45°の間隔を開けて配置されている点、セグメント14には同電位となるセグメント14同士を短絡する接続線25が接続され、これら接続線25は、回転軸5の全周に亘って配されている点、各ティース9にはそれぞれU相、W相、V相が周回り方向にこの順で割り当てられている点等の基本的構成は前記第五実施形態と同様である。
続いて、巻線12は1−2番ティース9の間のスロット11から引き出され、1番セグメント14に隣接する2番セグメント14のライザ15に掛け回される。そして、2番セグメント14に巻き終わり端62が接続される。これにより、1−2番セグメント14,14間には、1番ティース9に順方向に巻装されたU相の第一コイル33Uが形成される。
続いて、巻線12は1−6番ティース9の間のスロット11から引き出され、4番セグメント14に隣接する5番セグメント14のライザ15に掛け回される。そして、5番セグメント14に巻き終わり端62が接続される。これにより、4−5番セグメント14,14間には、1番ティース9に逆方向に巻装された「−U」相の第二コイル34Uが形成される。
そして、これを各相に対応するセグメント14間で順次行うことにより、アーマチュアコア6には第一コイル33U,33W,33Vと第二コイル34U,34W,34Vとを備えた3相構造のアーマチュアコイル7が形成され、隣接するセグメント14間にU,「−W」,V,「−U」,W,「−V」相のコイル33U〜34Vがこの順で電気的に順次接続される。
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に加え、並列回路数を増やすことができるので、並列回路数が増大した分、巻線12の線径を細くすることが可能になる。このため、巻線12の線径が細い分だけ巻装作業をさらに容易に行うことが可能になる。
すなわち、図15に示すように、例えば、1番ティース9に巻装された「−U」相の第二コイル34Uの巻き始め端61を22番セグメント14に接続する一方、巻き終わり端62を5番セグメント14に接続してもよい。
この第七実施形態では、同相同士の2つのティース9のうち、一方のティース9には第一コイル33U,33W,33Vのみが巻装され、他方のティース9には第二コイル34U,34W,34Vのみが巻装されている。すなわち、U相のティース9にあっては、1番ティース9にU相の第一コイル33Uが巻装されている一方、4番ティース9に「−U」相の第二コイル34Uが巻装されている。
そして、隣接するセグメント14間には、U,「−W」,V,「−U」,W,「−V」相のコイル33U〜34Vがこの順になるように電気的に順次接続されている。
同図に示すように、陽極側のブラシ21が1−2番セグメント14,14間に跨って配置されている一方、陰極側のブラシ21が4−5番セグメント14,14間に跨って配置されているので、U相の第一コイル33U、および「−U」相の第二コイル34Uは短絡された状態になる。
この第八実施形態において、ヨーク2の内周面には周回り方向に等間隔で永久磁石4が複数(本実施形態では4つ)固定されている。
また、回転軸5の一端に外側から嵌合され固定されたコンミテータ13の外周面には、導電材で形成されたセグメント14が18枚取り付けられている。
ここで、コンミテータ13には、スロット11の個数に対して3倍の数のセグメント14が設けられている。すなわち、永久磁石4の磁極数をP、スロット11のスロット数をSr、セグメント14の個数をSe、Aを1以上の自然数としたとき、
P=2A、Sr=3A、Se=9A
を満たすように、磁極数P、スロット数Sr、およびセグメント数Seが設定されている。
磁極数P=2A=2×2=4、Sr=3A=3×2=6、Se=9A=9×2=18
であるので、
P=2A、Sr=3A、Se=9A
を満たしている。
図20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、8つ置きのセグメント14同士(例えば、1番セグメント14と10番セグメント14)が接続線25によってそれぞれ短絡されている。
また、各ティース9には、それぞれU相、V相、W相が周回り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9がU相、2番、5番ティース9がV相、3番、6番ティース9がW相になっている。
つまり、巻き終わり端62は、この引き出し位置近傍に存在するセグメント14であって、2番セグメント14と同電位の11番セグメント14に接続されていることになる。
したがって、第一コイル33は、隣接する1−2番セグメント14,14間(互いに隣接するセグメント間)に電気的に接続されており、この1−2番セグメント14,14間にU相の第一コイル33Uが形成されているのと等しい。
続いて、1−6番ティース9の間のスロット11から巻線12を引き出し、4−5番ティース9の間のスロット11に引き込む。そして、4番ティース9にn/3回逆方向に巻装して逆巻きコイル34bを形成する。
続いて、1−6番ティース9の間のスロット11から巻線12を引き出し、4−5番ティース9の間のスロット11に引き込む。そして、4番ティース9にn/3回逆方向に巻装して逆巻きコイル35bを形成する。
また、8−18番セグメント14,14間に、2番ティース9と5番ティース9にそれぞれn/3回逆方向に巻装し、かつ直列接続した一対の逆巻きコイル34a,34bを備える「−V」相の第二コイル34Vを形成する。
さらに、9−19番セグメント14,14間に、2番ティース9と5番ティース9にそれぞれn/3回逆方向に巻装し、かつ直列接続した一対の逆巻きコイル35a,35bを備える「−V」相の第三コイル35Vを形成する。
また、同電位となるセグメント14同士が接続線25によって短絡されているので、各々隣接するセグメント14間は、U,「−W」,「−W」,V,「−U」,「−U」,W,「−V」,「−V」相のコイル33U〜35Wがこの順で電気的に順次接続された構造となっている。
このように、隣接するセグメント14間にU,「−W」,「−W」,V,「−U」,「−U」,W,「−V」,「−V」相のコイル33U〜35Wがこの順で電気的に順次接続されるということは、すなわち、2つのブラシ21,21の配置間隔と各相の間隔とが互いに対応するということを示す。
一方、1番、4番ティース9に巻装されている「−U」相の第二コイル34Uには逆方向(図4における反時計回り方向)に電流が流れる。他方、1番、4番ティース9に巻装されている「−U」相の第三コイル35Uには順方向(図4における時計回り方向)に電流が流れる。このように、1番、4番ティース9に巻装され、ブラシ21によって短絡されない2つのコイル34U,35Uには、互いに逆向きの電流が流れるので磁界が相殺され、永久磁石4との間にトルクが発生しない。
一方、3番ティース9、および6番ティース9に巻装されているW相の第一コイル33W、「−W」相の第二コイル34W、および「−W」相の第三コイル35Wには、それぞれ逆方向に電流が流れる。
回転軸5が回転し始めると、ブラシ21,21に摺接するセグメント14が順次変更されコイルに流れる電流の向きが切り替えられる、所謂整流が行われる。
なお、図21に示すように、同じ相同士のティース9に形成されたコイル(例えば、順巻きコイル33aと逆巻きコイル33b)が直列接続されているので、並列回路数は2回路になる。
また、同じ相同士のティース9に形成された各コイル33a,33bが直列接続されているので、それぞれに流れる電流が接続線25を介すことがない。このため、同じ相に相当する各ティース9に安定した電流を供給することができ、形成される磁界を安定させることが可能になる。よって、磁気バランスのよい3相直流モータ1を提供することができる。
この第九実施形態において、各ティース9に、それぞれU相、V相、W相が周回り方向にこの順で割り当てられている点、ブラシ21が周回り方向に電気角で180°の間隔を開けて配置されている点等の基本的構成は前記第八実施形態と同様である。
また、セグメント14には、同電位となるセグメント14同士に接続線25(図19参照)が接続されておらず磁極数と等しい4つのブラシ21が設けられている。
続いて、巻線12は1−2番ティース9の間のスロット11から引き出され、1番セグメント14に隣接する2番セグメント14のライザ15に掛け回される。そして、2番セグメント14に巻き終わり端62が接続される。これにより、1−2番セグメント14,14間には、1番ティース9に順方向に巻装されたU相の第一コイル33Uが形成される。
続いて、巻線12は1−6番ティース9の間のスロット11から引き出され、5番セグメント14に隣接する6番セグメント14のライザ15に掛け回される。そして、6番セグメント14に巻き終わり端62が接続される。これにより、5−6番セグメント14,14間には、1番ティース9に逆方向に巻装された「−U」相の第二コイル34Uが形成される。
続いて、巻線12は1−6番ティース9の間のスロット11から引き出され、6番セグメント14に隣接する7番セグメント14のライザ15に掛け回される。そして、7番セグメント14に巻き終わり端62が接続される。これにより、6−7番セグメント14,14間には、1番ティース9に逆方向に巻装された「−U」相の第三コイル35Uが形成される。
そして、これを各相に対応するセグメント14間で順次行うことにより、アーマチュアコア6には第一コイル33U,33V,33W、第二コイル34U,34V,34W、および第三コイル35U,35V,35Wを備えた3相構造のアーマチュアコイル7が形成され、隣接するセグメント14間にU,「−W」,「−W」,V,「−U」,「−U」,W,「−V」,「−V」相のコイル33U〜35Wがこの順で電気的に順次接続される。
したがって、上述の第九実施形態によれば、前述した第八実施形態と同様の効果に加え、並列回路数を増やすことができるので、並列回路数が増大した分、巻線12の線径を細くすることが可能になる。このため、巻線12の線径が細い分だけ巻線12の巻装作業を容易に行うことが可能になり、製造効率を高めることができる。
ここで、第三実施形態の3相直流モータ1にあっては、永久磁石4の磁極数をP、スロット11のスロット数をSr、セグメント14の個数をSe、Aを2以上の自然数としたとき、P=4A、Sr=6A、Se=18Aを満たすように磁極数P、スロット数をSr、およびセグメント14の個数をSeが設定されている。具体的に、第十実施形態の3相直流モータ1は、8極12スロット36セグメントで構成されている(以下の第十一実施形態でも同様)。
また、各ティース9に巻装された巻線12は、回転軸5を中心にして互いに点対称に配置された2つの3相集中巻き方式の第一コイル群71と第二コイル群72とを形成している。
続いて、1−2番ティース9の間のスロット11から巻線12を引き出し、3−4番ティース9の間のスロット11に引き込む。そして、4番ティース9にn/3回順方向に巻装した順巻きコイル33bを形成する。
また、6−16番セグメント14,14間に、1番ティース9と4番ティース9にそれぞれn/3回逆方向に巻装し、かつ直列接続した一対の逆巻きコイル35a,35bを備える「−U」相の第三コイル35Uを形成する。
また、同電位となるセグメント14同士が接続線25によって短絡されているので、1番セグメント14から19番セグメント14に至る間であって、隣接するセグメント14間には、U,「−W」,「−W」,V,「−U」,「−U」,W,「−V」,「−V」相のコイル33U〜35Wがこの順で電気的に順次接続された構造となっている。
すなわち、第二コイル群72のU相に相当する7番ティース9、および10番ティース9にそれぞれU相の第一コイル33U(順巻きコイル33a,33b)、「−U」相の第二コイル34U(逆巻きコイル34a,34b)、および「−U」相の第三コイル35U(逆巻きコイル35a,35b)とを巻装し、これらに対応する19番、23番、24番、29番、33番、および34番セグメント14にそれぞれの巻き始め端61、巻き終わり端62を接続する。
ここで、この第十一実施形態では、3つ置きに存在する3相(U相、V相、W相)のティース9にそれぞれ巻線12を直列に集中巻き方式にて巻装し、これを1つのコイル群としてアーマチュアコア6に2つのコイル群71,72を形成している。
つまり、1番、2番、3番ティース9の3相のティース9と、これらから3つのティース9を飛ばして存在する7番、8番、9番ティースの3相のティース9とにそれぞれ各相のコイル33U〜35Wを形成し、これらで第一コイル群71を形成している。
また、各相のコイル33U〜35Wの巻き始め端61、および巻き終わり端62は、隣接するセグメント14間に、U,「−W」,「−W」,V,「−U」,「−U」,W,「−V」,「−V」相の順となるように接続されている。
したがって、この第十一実施形態によれば、上述の第十実施形態と同様の効果を奏することができる。
ここで、図32に示すように、第十二実施形態の3相直流モータ1は、永久磁石4が6つ、スロット11が9つ、セグメント14が27枚設けられた6極9スロット27セグメントに構成されている。すなわち、第十二実施形態のアーマチュアコア6は、相毎に第一ティース9a、第二ティース9b、および第三ティース9cの3つのティース9a〜9cを有している。
各相のティース9a〜9cには、それぞれ3つのコイル33U〜35Wのうち、何れか1つのコイル33U〜35Wのみが巻装される。
また、例えば、2番ティース9をV相の第一ティース9a、5番ティース9をV相の第二ティース9b、8番ティース9をV相の第三ティース9cとしたとき、2番ティース9に「−V」相の第二コイル34Vを巻装し、5番ティース9に「−V」相の第三コイル35Vを巻装し、8番ティース9にV相の第一コイル33Vを巻装する。
そして、これら各相のコイル33U〜35Wの巻き始め端61、および巻き終わり端62は、隣接するセグメント14間に、U,「−W」,「−W」,V,「−U」,「−U」,W,「−V」,「−V」相の順となるように接続される。
なお、2つのブラシ21,21は、電気角で180°周回り方向に間隔を開けて配置されているが、ここでは、2つのブラシ21のうち、一方のブラシ21が例えば1−2番セグメント14,14間に当接(U相に対向するように配置)され、他方のブラシ21が6番セグメント14に当接(「−U」相と「−U」相との間に配置)されている場合について説明する。これに加え、1−2番セグメント14,14間に配置されたブラシ21を陽極側のブラシ21とし、6番セグメント14に配置されたブラシ21を陰極側のブラシ21とした場合について説明する。
一方、1番ティース9に巻装されている「−U相」の第二コイル34Uには順方向(図33における時計回り方向)に電流が流れる。他方、7番ティース9に巻装されている「−U」相の第三コイル35Uには逆方向(図33における反時計回り方向)に電流が流れる。このように、1番、7番ティース9に巻装され、ブラシ21によって短絡されない2つのコイル34U,35Uには、互いに逆向きの電流が流れるので磁界が相殺され、永久磁石4との間にトルクが発生しない。
一方、3番ティース9、6番ティース9、および9番ティース9に巻装されているW相の第一コイル33W、「−W」相の第二コイル34W、および「−W」相の第三コイル35Wには、それぞれ逆方向に電流が流れる。
回転軸5が回転し始めると、ブラシ21,21に摺接するセグメント14が順次変更されコイルに流れる電流の向きが切り替えられる、所謂整流が行われる。
ここで、図34に示すように、各ティース9に巻線12を巻装すると共に、各セグメント14に接続線25を接続した場合にあっては、巻装作業を一筆書きの要領で完了させることができるので、巻装作業の工数を低減させることが可能になる。
さらに、上述の実施形態では、3相直流モータ1は、車両に搭載する電装品(例えば、ラジエータファン)の駆動源となる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、さまざまな製品に適用することが可能である。
Claims (16)
- 8極の磁極を有するヨークと、
前記ヨークの内側に回転自在に設けられる回転軸と、
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6つのティースと、このティース間に形成され軸方向に沿って延びる6つ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12枚のセグメントを周回り方向に配置したコンミテータとを備え、
前記コンミテータに、周回り方向に沿って2つ置きに存在する同電位のセグメント同士を短絡する短絡部材を設け、
各短絡部材は、前記回転軸の全周に亘って配されている3相直流モータであって、
各ティースをU相、W相、V相の順で割り当てたとき、
隣接するセグメント間には、各ティースにそれぞれ巻装された各相の前記巻線の端末部がU相、V相、W相の順となるように接続されると共に、
各端末部は、これら端末部の引き出し位置近傍に存在するセグメントに接続されている3相直流モータ。 - 同じ相に相当するティース同士に前記巻線が連続して直列になるように巻装されている請求項1に記載の3相直流モータ。
- 各ティースにそれぞれ別体の前記巻線が巻装されている請求項1記載の3相直流モータ。
- 8極の磁極を有するヨークと、
前記ヨークの内側に回転自在に設けられる回転軸と、
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6つのティースと、このティース間に形成され軸方向に沿って延びる6つ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12枚のセグメントを周回り方向に配置したコンミテータとを備えた3相直流モータであって、
各ティースは、互いに同方向に前記巻線を巻装して形成された第一コイル、および第二コイルの2つのコイルを備え、
各ティースをU相、W相、V相の順で割り当てたとき、
隣接するセグメント間には、前記第一コイル、および第二コイルの端末部がU相、V相、W相の順となるように電気的に接続されている3相直流モータ。 - 前記コンミテータに、周回り方向に沿って2つ置きに存在する同電位のセグメント同士を短絡する短絡部材を設け、
各短絡部材は、前記回転軸の全周に亘って配されている請求項4に記載の3相直流モータ。 - 8極の磁極を有するヨークと、
前記ヨークの内側に回転自在に設けられる回転軸と、
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6つのティースと、このティース間に形成され軸方向に沿って延びる6つ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12枚のセグメントを周回り方向に配置したコンミテータとを備え、
前記コンミテータに、周回り方向に沿って2つ置きに存在する同電位のセグメント同士を短絡する短絡部材を設け、
各短絡部材は、前記回転軸の全周に亘って配され、
各ティースをU相、W相、V相の順で割り当てたとき、
各ティースに巻線を逆方向に巻回して−U相、−W相、および−V相のコイルを形成し、
隣接するセグメント間には、前記−U相、−W相、および−V相のコイルの端末部が−U相、−V相、−W相の順となるように電気的に接続されている3相直流モータであって、
前記−U相、および−W相のコイルの各端末部は、それぞれ隣接するセグメント間に接続され、
前記−V相のコイルの各端末部は、前記回転軸を中心にして対向するよう配置され、かつ隣接するセグメント間の電位差に等しい2つのセグメントに接続されている3相直流モータ。 - 8極の磁極を有するヨークと、
前記ヨークの内側に回転自在に設けられる回転軸と、
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る6つのティースと、このティース間に形成され軸方向に沿って延びる6つのスロットとを有するアーマチュアコアと、
各ティースに前記巻線を集中巻き方式にて順方向に巻回して形成される第一コイルと、
各ティースに前記巻線を集中巻き方式にて逆方向に巻回して形成される第二コイルと、
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24枚のセグメントを周回り方向に配置したコンミテータとを備え、
前記コンミテータに、周回り方向に沿って5つ置きに存在する同電位のセグメント同士を短絡する短絡部材を設け、
各短絡部材は、前記回転軸の全周に亘って配されている3相直流モータであって、
各ティースを周回り方向にU相、W相、V相の順で割り当て、各相の前記ティースに形成されている前記第一コイルをそれぞれU相、W相、およびV相のコイルとし、各相の前記ティースに形成されている前記第二コイルをそれぞれ−U相、−W相、および−V相のコイルとしたとき、
隣接するセグメント間に、U相、−W相、V相、−U相、W相、−V相の各コイルの端末部がこの順で電気的に接続されている3相直流モータ。 - 同じ相に相当するティース同士に各相の第一コイルを連続して直列になるように巻装すると共に、同じ相に相当するティース同士に各相の第二コイルを連続して直列になるように巻装し、
前記第一コイル、および前記第二コイルの端末部は、これら端末部の引き出し位置近傍に存在するセグメントに接続されている請求項7記載の3相直流モータ。 - 同じ相に相当する各ティースに、それぞれ別体の前記巻線で前記第一コイルを形成すると共に、
同じ相に相当する各ティースに、それぞれ別体の前記巻線で前記第二コイルを形成する請求項7に記載の3相直流モータ。 - 8極の磁極を有するヨークと、
前記ヨークの内側に回転自在に設けられる回転軸と、
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6つのティースと、このティース間に形成され軸方向に沿って延びる6つ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24枚のセグメントを周回り方向に配置したコンミテータとを備え、
前記コンミテータに、周回り方向に沿って5つ置きに存在する同電位のセグメント同士を短絡する短絡部材を設け、
各短絡部材は、前記回転軸の全周に亘って配されている3相直流モータであって、
各ティースを周回り方向にU相、W相、V相の順で割り当てて相毎に2つのティースを設定し、
前記2つのティースのうちの一方に、前記巻線を順方向に巻回してU相、W相、およびV相のコイルを形成し、
前記2つのティースのうちの他方に、前記巻線を逆方向に巻回して−U相、−W相、および−V相のコイルを形成し、
隣接するセグメント間に、U相、−W相、V相、−U相、W相、−V相の各コイルの端末部がこの順で電気的に接続されている3相直流モータ。 - 複数の磁極を有するヨークと、
前記ヨークの内側に回転自在に設けられる回転軸と、
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複数のセグメントを周回り方向に配置したコンミテータと、
前記複数のセグメントのうち、同電位となるセグメント同士をそれぞれ短絡する短絡部材とを備え、
Aを1以上の自然数、前記磁極の磁極数をP、前記スロットのスロット数をSr、前記セグメントの個数をSeとしたとき、
P=2A、Sr=3A、およびSe=9A
を満たすように磁極数P、スロット数Sr、およびセグメント数Seが設定されている3相直流モータであって、
各ティースは、前記巻線を集中巻き方式にて順方向に巻装して形成された第一コイルと、前記巻線を集中巻き方式にて逆方向に巻装して形成された第二コイル、および第三コイルとを備え、
各ティースを周回り方向にU相、V相、W相の順で割り当て、各相に巻装されている前記第一コイルをそれぞれU相、V相、W相のコイルとし、各相に巻装されている前記第二コイル、および前記第三コイルをそれぞれ−U相、−V相、−W相のコイルとしたとき、
隣接するセグメント間に、U相、−W相、−W相、V相、−U相、−U相、W相、−V、−V相のコイルがこの順で電気的に接続されている3相直流モータ。 - 同じ相に相当する各ティースに、それぞれ別体の前記巻線で前記第一コイル、前記第二コイル、および前記第三コイルを形成する請求項11に記載の3相直流モータ。
- Aを2以上の自然数としたとき、
同じ相に相当するティース同士に各相の前記第一コイルが連続して直列になるように巻装され、
同じ相に相当するティース同士に各相の前記第二コイルが連続して直列になるように巻装され、
同じ相に相当するティース同士に各相の前記第三コイルが連続して直列になるように巻装されている請求項11に記載の3相直流モータ。 - 複数の磁極を有するヨークと、
前記ヨークの内側に回転自在に設けられる回転軸と、
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複数のセグメントを周回り方向に配置したコンミテータと、
前記複数のセグメントのうち、同電位となるセグメント同士をそれぞれ短絡する短絡部材とを備え、
Aを2以上の自然数、前記磁極の磁極数をP、前記スロットのスロット数をSr、前記セグメントの個数をSeとしたとき、
P=4A、Sr=6A、およびSe=18A
を満たすように磁極数P、スロット数Sr、およびセグメント数Seを設定し、
各ティースに巻装された巻線は、前記回転軸を中心に点対称に配置された2つの3相集中巻き方式のコイル群を形成している3相直流モータであって、
各コイル群はそれぞれ前記巻線が順方向に巻回された第一コイルと、前記巻線が逆方向に巻回された第二コイル、および第三コイルとを備え、
各ティースを周回り方向にU相、V相、W相の順で割り当て、各相に巻装されている前記第一コイルをそれぞれU相、V相、W相のコイルとし、各相に巻装されている前記第二コイル、および前記第三コイルをそれぞれ−U相、−V相、−W相のコイルとしたとき、
隣接するセグメント間に、U相、−W相、−W相、V相、−U相、−U相、W相、−V相、−V相のコイルがこの順で電気的に接続されている3相直流モータ。 - 複数の磁極を有するヨークと、
前記ヨークの内側に回転自在に設けられる回転軸と、
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複数のセグメントを周回り方向に配置したコンミテータと、
前記複数のセグメントのうち、同電位となるセグメント同士をそれぞれ短絡する短絡部材とを備え、
Aを2以上の自然数、前記磁極の磁極数をP、前記スロットのスロット数をSr、前記セグメントの個数をSeとしたとき、
P=4A、Sr=6A、およびSe=18A
を満たすように磁極数P、スロット数Sr、およびセグメント数Seを設定し、
各ティースを周回り方向にU相、V相、W相の順で割り当てた3相直流モータであって、
3つ置きに存在する3相の各ティースそれぞれに、前記巻線を連続して直列になるように集中巻き方式にて巻装し、これを1つのコイル群として前記アーマチュアコアに2つのコイル群を形成し、
各コイル群はそれぞれ前記巻線が順方向に巻回された第一コイルと、前記巻線が逆方向に巻回された第二コイル、および第三コイルとを備え、
各相に巻装されている前記第一コイルをそれぞれU相、V相、W相のコイルとし、各相に巻装されている前記第二コイル、および前記第三コイルをそれぞれ−U相、−V相、−W相のコイルとしたとき、
隣接するセグメント間に、U相、−W相、−W相、V相、−U相、−U相、W相、−V相、−V相のコイルがこの順で電気的に接続されている3相直流モータ。 - 6極の磁極を有するヨークと、
前記ヨークの内側に回転自在に設けられる回転軸と、
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9つのティースと、このティース間に形成され軸方向に沿って延びる9つ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27枚のセグメントを周回り方向に配置したコンミテータとを備え、
前記コンミテータに、周回り方向に沿って8つ置きに存在する同電位のセグメント同士を短絡する短絡部材を設けた3相直流モータであって、
各ティースを周回り方向にU相、V相、W相の順で割り当てて相毎に第一ティース、第二ティース、および第三ティースの3つのティースを設定し、
前記第一ティースに、前記巻線を順方向に巻回してU相、V相、およびW相のコイルを形成し、
前記第二ティース、および第三ティースに、前記巻線を逆方向に巻回して−U相、−V相、および−W相のコイルをそれぞれ形成し、
隣接するセグメント間に、U相、−W相、−W相、V相、−U相、−U相、W相、−V、−V相のコイルがこの順で電気的に接続されている3相直流モータ。
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