JPWO2015194216A1 - モータ - Google Patents

Abstract

静止部と回転部とを備えたモータにおいて、回転部は、シャフトと、前記シャフトに取り付けられ、径方向に向かって放射状に延びる６個のティースを有するアーマチュアコアと、前記６個のティースに設けられる６・ｎ個（ただし、ｎは１または２）の集中巻きコイルであるコイル群と、前記コイル群に電気的に接続されるコミュテータと、を備え、静止部は、前記アーマチュアコアを挟んで、同じ極性の磁極が互いに対向する一対の界磁用磁石と、前記一対の界磁用磁石を収容する筒状のヨークを有し、前記ヨークにおいて周方向における前記一対の界磁用磁石の間にて互いに対向する一対の部位が、前記極性とは反対の極性を有するとともに前記アーマチュアコアのティースと直接的に対向する一対の磁極であるハウジングと、前記コミュテータと接触するブラシ群と、を備える。

Description

本発明は、ブラシ付きモータに関する。

特開２００８−７９４１３号公報では、同じ極性の磁極が互いに対向するように、筒状のヨーク内に一対のマグネットを配置したモータが開示されている。当該ヨークにおいて、周方向における一対のマグネットの間に位置する一対の部位には、上記磁極とは反対の極性となる一対の磁極が形成される。これにより、いわゆる、擬似４極のモータが構成される。このようなモータでは、異なる極性の磁極が互いに対向するように、一対のマグネットを配置したモータに比べて、トルクを向上させることができる。また、特開２００８−７９４１３号公報のモータでは、１２個のティースが設けられる。これらのティースに対して、分布巻きによりコイルが形成される。

特開２００８−７９４１３号公報

ところで、車載用のモータ等では、車内スペースの拡充のために、小型化を図ることが求められている。ところが、分布巻きが採用される特開２００８−７９４１３号公報のモータでは、一定のトルクを確保するために、各ティースに対する導線の巻数が多くなり、モータの小型化が容易ではない。仮に、特開２００８−７９４１３号公報のモータにおいて集中巻きを採用する場合、１２個のティースに対して１２個のコイルが形成される。この場合、擬似４極のモータにおいては各磁極が９０度間隔で形成されるのに対して、１つのコイルの周方向の角度範囲が約３０度となるため、コイルへ鎖交する磁束が不十分となる。そのため、このようなモータにおいてはトルクを効率よく発生させることが困難となる。また、ティースの幅が非常に小さいため、導線を高速に巻回するとティースが変形してしまう虞がある。よって、導線を低速で巻回する必要が生じ、生産性の向上が課題となる。

本発明は、小型かつ高トルクのモータを容易に製造することを目的とする。

本発明の一の側面に係る例示的なモータは、静止部と、回転部と、中心軸を中心として前記回転部を回転可能に支持する軸受部と、備え、前記回転部が、中心軸に沿って延びるシャフトと、前記シャフトに取り付けられ、径方向に向かって放射状に延びる６個のティースを有するアーマチュアコアと、一のティースに対して導線を集中的に巻回することにより形成されるコイルを集中巻きコイルとして、前記６個のティースに設けられる６・ｎ個（ただし、ｎは１または２）の集中巻きコイルであるコイル群と、前記コイル群に電気的に接続されるコミュテータと、を備え、前記静止部が、前記アーマチュアコアを挟んで、同じ極性の磁極が互いに対向する一対の界磁用磁石と、前記一対の界磁用磁石を収容する筒状のヨークを有し、前記ヨークにおいて周方向における前記一対の界磁用磁石の間にて互いに対向する一対の部位が、前記極性とは反対の極性を有するとともに前記アーマチュアコアのティースと直接的に対向する一対の磁極であるハウジングと、前記コミュテータと接触するブラシ群と、を備える。

本発明によれば、小型かつ高トルクのモータを容易に製造することができる。

図１は、モータの斜視図である。 図２は、モータの正面図である。 図３は、モータの断面図である。 図４は、モータの一部を示す平面図である。 図５は、界磁用磁石の角度範囲と、モータのトルクとの関係を示す図である。 図６は、モータの一部を示す平面図である。 図７は、コイル対、セグメントおよびブラシ群の位置関係を簡略化して示す図である。 図８は、コイルとセグメントとの接続構造を示す図である。 図９は、コイルとセグメントとの接続構造を示す図である。 図１０は、コイルの接続状態を示す図である。 図１１は、コイルの接続状態を示す図である。 図１２は、コイル、セグメントおよびブラシ群の位置関係を簡略化して示す図である。 図１３は、コイルとセグメントとの接続構造を示す図である。 図１４は、コイルとセグメントとの接続構造を示す図である。 図１５は、コイルの接続状態を示す図である。 図１６は、コイルの接続状態を示す図である。 図１７は、コイルの接続状態を示す図である。 図１８は、モータの振動試験の結果を示す図である。 図１９は、モータの振動試験の結果を示す図である。 図２０は、モータの振動試験の結果を示す図である。 図２１は、モータの振動試験の結果を示す図である。

本明細書では、図３の中心軸Ｊ１に平行な方向において、シャフトの出力側を単に「上側」、反対側を単に「下側」と呼ぶ。「上側」および「下側」という表現は、必ずしも重力方向と一致する必要はない。また、中心軸Ｊ１を中心とする径方向を単に「径方向」、中心軸Ｊ１を中心とする周方向を単に「周方向」、中心軸Ｊ１に平行な方向を単に「軸方向」と呼ぶ。

図１は、本発明の例示的な一の実施形態に係るモータ１の斜視図であり、図２は、モータ１の正面図である。図３は、図２の矢印Ａ−Ａの位置におけるモータ１の縦断面図である。モータ１はブラシ付きモータである。図３では、断面の細部については平行斜線を省略している。モータ１は、静止部２と、回転部３と、軸受部４と、を含む。軸受部４は、上下方向を向く中心軸Ｊ１を中心に回転部３を静止部２に対して回転可能に支持する。

静止部２は、ハウジング２１と、一対の界磁用磁石２２と、ブラシ群２３と、カバー部２５と、を含む。ハウジング２１は、有底略筒状である。カバー部２５は、ハウジング２１の上部を閉塞する。一対の界磁用磁石２２は、ハウジング２１の筒部の内周面上に配置される。ブラシ群２３は、カバー部２５の下面上に配置される。

回転部３は、シャフト３１と、アーマチュアコア３２と、コイル群３３と、コミュテータ３４と、を含む。シャフト３１は、中心軸Ｊ１に沿って延びる。アーマチュアコア３２は、薄板状の電磁鋼板が積層されたものである。アーマチュアコア３２は、シャフト３１に取り付けられる。シャフト３１の中心軸およびアーマチュアコア３２の中心軸は、モータ１の中心軸Ｊ１に一致する。

軸受部４は、２つの軸受要素４１，４２である。軸受要素４２は、ハウジング２１に取り付けられる。軸受要素４１は、カバー部２５に取り付けられる。軸受要素４１，４２は、例えば、玉軸受や滑り軸受である。軸受部４は、１つの軸受要素であってもよい。軸受部４により、回転部３は、中心軸Ｊ１を中心として回転可能に支持される。

図４は、カバー部２５を取り外した状態のモータ１を示す平面図である。ハウジング２１は、ヨーク２１１を含む。ヨーク２１１は、一対の平坦部２１２と、一対の円弧部２１３と、を含む。各円弧部２１３は、平面視において周方向に延びる円弧状である。一対の円弧部２１３は、中心軸Ｊ１を中心とする同一の円周上に位置し、同じ曲率半径を有する。一対の円弧部２１３は、アーマチュアコア３２を挟んで互いに対向する。各平坦部２１２は、平面視において直線状である。一対の平坦部２１２は、互いに平行であり、アーマチュアコア３２を挟んで互いに対向する。各平坦部２１２は、一対の円弧部２１３が配置される円周の内側に位置する。各平坦部２１２は、一対の円弧部２１３の端部を連結する。これにより、一対の平坦部２１２および一対の円弧部２１３は環状に接続される。すなわち、ヨーク２１１は、アーマチュアコア３２を囲む筒状である。

各界磁用磁石２２は、周方向に延びる円弧状である。界磁用磁石２２は、円弧部２１３の径方向内側の面に取り付けられ、ヨーク２１１に収容される。界磁用磁石２２は、周方向における円弧部２１３の中央と中心軸Ｊ１とを含む面に関して対称な形状である。一対の界磁用磁石２２は、アーマチュアコア３２を挟んで互いに対向する。周方向において一方の界磁用磁石２２の中央は、他方の界磁用磁石２２の中央に対して１８０度離れる。周方向に関して、各界磁用磁石２２の両端部は、間隙を介して一対の平坦部２１２とそれぞれ対向する。当該両端部の面、すなわち、両端面は、径方向に平行である。一対の界磁用磁石２２では、同じ極性の磁極が互いに対向する。

ヨーク２１１において、周方向における一対の界磁用磁石２２の間にて互いに対向する一対の部位２１４には、一対の磁極が形成される。以下、部位２１４を「磁極構成部２１４」と呼ぶ。一対の磁極構成部２１４は、一対の平坦部２１２にそれぞれ含まれる。磁極構成部２１４は、界磁用磁石２２における中心軸Ｊ１側の磁極の極性とは反対の極性を有する。磁極構成部２１４とアーマチュアコア３２との間には、マグネットは設けられない。すなわち、磁極構成部２１４は、アーマチュアコア３２の後述のティース３２１と直接的に対向する。モータ１では、界磁用磁石２２および磁極構成部２１４が周方向に交互に配置され、磁極数は４である。これにより、擬似４極のモータ１が構成される。

アーマチュアコア３２は、環状のコアバック３２０（図３参照）と、複数のティース３２１を含む。コアバック３２０には、シャフト３１が挿入される。各ティース３２１は、コアバック３２０から径方向外方に向かって放射状に延びる。本実施形態では、ティース３２１の数は６個である。一部のティース３２１と界磁用磁石２２とは径方向に対向する。各ティース３２１は、巻線部３２２と、先端部３２３と、を含む。巻線部３２２は、径方向に延びる直線状である。先端部３２３は、巻線部３２２の径方向外側の端部から周方向両側に広がる。先端部３２３の周方向における角度範囲は、界磁用磁石２２の角度範囲よりも小さい。先端部３２３において、周方向における両端および中央は、中心軸Ｊ１を中心とする同一円周上に位置する外周面を含む。周方向における両端と中央との間には、径方向内側に窪む溝部が設けられる。換言すると、先端部３２３は、周方向における中央において径方向外方に突出する突出部３２４を含む。モータ１では、突出部３２４によりコギングトルクが低減される設計となっている。ティース３２１が界磁用磁石２２と径方向に対向する際における両者間の最短距離であるエアギャップの幅と、ティース３２１が磁極構成部２１４と径方向に対向する際におけるエアギャップの幅とは等しい。

一のティース３２１に対して導線を集中的に巻回することにより形成されるコイルを集中巻きコイルとして、コイル群３３は、１２個の集中巻きコイルである。各巻線部３２２には、２個の集中巻きコイルが１つのコイル対３３０として形成される。すなわち、各コイル対３３０は、第１集中巻きコイル３３１および第２集中巻きコイル３３２である（後述の図８および図９参照）。第１集中巻きコイル３３１では、一定の巻回方向に導線が巻回される。第２集中巻きコイル３３２では、第１集中巻きコイル３３１の巻回方向とは逆方向に導線が巻回される。コイル群３３では、６個の第１集中巻きコイル３３１が６個のティース３２１にそれぞれ設けられ、６個の第２集中巻きコイル３３２が６個のティース３２１にそれぞれ設けられる。コイル群３３に電流が流れることにより、回転部３と界磁用磁石２２および磁極構成部２１４との間に中心軸Ｊ１を中心とするトルクが発生する。

コミュテータ３４は、コイル群３３に電気的に接続される。コミュテータ３４は、周方向に配列された１２個のセグメント３４２を含む。セグメント３４２の個数は、ティース３２１の個数の２倍である。セグメント３４２は、集中巻きコイル３３１，３３２からの導線に電気的に接続される。各セグメント３４２は、ブラシ群２３に接触可能である。ブラシ群２３は、第１ブラシ２３１および第２ブラシ２３２である。第１ブラシ２３１と第２ブラシ２３２とは周方向に９０度離れた位置に配置される。また、第１ブラシ２３１と第２ブラシ２３２は、界磁用磁石２２の周方向中心、または、磁極構成部２１４の周方向中心とは、異なる周方向位置に配置される。好ましくは、コミュテータ３４と磁極構成部２１４とが最も近接する周方向位置とは異なる位置に第１ブラシ２３１または第２ブラシ２３２が配置される。これにより、一対の平坦部２１２間の距離を大きくすることなく、第１ブラシ２３１または第２ブラシ２３２を配置することができる。または、第１ブラシ２３１または第２ブラシ２３２を径方向に大きくすることができ、寿命を延ばすことができる。特に、円弧部２１３の一方の周方向端部と中心を結んだ線と、円弧部２１３の他方の周方向端部と中心を結んだ線と、の間の領域に第１ブラシ２３１と第２ブラシ２３２とが配置されると、第１ブラシ２３１と第２ブラシ２３２の径方向の大きさを大きくすることが可能となる。

ここで、擬似４極のモータ１において、仮にティース３２１の個数が奇数である場合を想定する。この場合、周方向における偏った位置にて回転部３に対して磁気的吸引力が作用し、回転時における振動や騒音が増大する。また、ティース３２１の個数が８個、１０個または１２個である場合には、１つのコイルの周方向の角度範囲が小さくなり、擬似４極のモータにおいて、トルクを効率よく発生させることができない。さらに、ティース３２１の個数が４個である場合には、全てのティース３２１の磁極に対する位置関係が同じとなるため、コギングトルクが大きくなってしまう。

これに対し、図４のモータ１では、ティース３２１の個数が６個である。これにより、コイルの周方向の角度範囲をある程度大きくすることができる。その結果、擬似４極のモータ１において、トルクを効率よく発生させ、高トルクのモータ１を実現することができる。また、コギングトルクの増大も防止することができる。さらに、周方向において均等な位置にて回転部３に対して磁気的吸引力が作用するため、回転時における振動や騒音を低減することができる。各ティース３２１に集中巻きコイル３３１，３３２が形成されることにより、モータ１の小型化を図ることができる。周方向におけるティース３２１の幅をある程度大きくすることができるため、コイル形成時に導線を高速に巻回することが容易に可能となる。その結果、モータ１を容易に製造することができる。

図５は、周方向における界磁用磁石２２の幅である角度範囲と、モータ１におけるトルクとの関係を示す図である。図５の縦軸はトルクを示し、横軸は図４に示す角度θを示す。角度θは、周方向における磁極構成部２１４の中央と中心軸Ｊ１とを結ぶ線と、周方向における界磁用磁石２２の端面と中心軸Ｊ１とを結ぶ線とがなす角度である。角度θが小さくなると、周方向における界磁用磁石２２の角度範囲が増大する。図５では、符号Ｌ１を付す実線にて平均トルクを示し、符号Ｌ２を付す破線にてトルクリップルを示す。トルクリップルは、モータ１の回転におけるトルクの変動幅である。

好ましくは、角度θが３１度以上かつ６８度以下である、すなわち、界磁用磁石２２の角度範囲が４４度以上かつ１１８度以下である。これにより、トルクリップルが平均トルク以下となる。また、角度θが４０度以上である、すなわち、界磁用磁石２２の角度範囲が１００度以下である場合に、周方向に関して、各界磁用磁石２２の端部と平坦部２１２とが非接触となる。この場合、界磁用磁石２２の磁束が平坦部２１２に短絡することによるトルクリップルの増大が防止される。より低いトルクリップルを確保するには、角度θは４５度以上である、すなわち、各界磁用磁石２２の角度範囲が９０度以下であることが好ましい。界磁用磁石２２の角度範囲を小さくすることにより、界磁用磁石２２における磁性材料の使用量の削減、モータ１の軽量化、および、モータ１の製造コストの削減も可能となる。

図５では、角度θが３０度以下である場合を除き、角度θが大きくなるに従って、平均トルクは漸次減少する。ある程度高い平均トルクを確保するには、角度θは６０度以下である、すなわち、界磁用磁石２２の角度範囲が６０度以上であることが好ましい。ここで、図４のように、周方向における一の界磁用磁石２２の中央に対して、一のティース３２１における巻線部３２２が径方向に対向する状態を想定する。この状態において、界磁用磁石２２の角度範囲を６０度以上とすると、当該ティース３２１に対して周方向の両側に隣接する２個のティース３２１のそれぞれにおける先端部３２３の一部が、界磁用磁石２２と径方向におよそ対向する。これにより、当該２個のティース３２１の一方と界磁用磁石２２との間の磁気的吸引力、および、当該２個のティース３２１の他方と界磁用磁石２２との間の磁気的反発力を大きくすることができる。その結果、モータ１におけるトルクを高くすることができる。より好ましくは、界磁用磁石２２の角度範囲は７０度以上である。これにより、一のティース３２１が界磁用磁石２２に対向する状態において、当該ティース３２１に対して周方向に隣接するティース３２１の先端部３２３と、界磁用磁石２２とが径方向に対向する範囲が大きくなり、トルクをさらに高くすることができる。

また、図６のように、一の磁極構成部２１４における周方向の中央に対して、一のティース３２１が径方向に対向する状態を想定する。この状態において、当該ティース３２１に対して周方向の両側に隣接する２個のティース３２１のそれぞれの少なくとも一部が、いずれかの界磁用磁石２２と径方向に対向することが好ましい。これにより、当該２個のティース３２１の一方と界磁用磁石２２との間の磁気的吸引力、および、当該２個のティース３２１の他方と界磁用磁石２２との間の磁気的反発力を大きくすることができる。その結果、モータ１におけるトルクを高くすることができる。

図７は、コイル対３３０、セグメント３４２およびブラシ群２３の位置関係を簡略化して示す図である。図７では、６個のコイル対３３０に反時計回りに番号１ないし６を付す。１２個のセグメント３４２に番号１ないし１２を付す。コイル対３３０の周方向の位置はティース３２１の周方向の位置に一致する。コイル対３３０の中心軸は径方向に延び、一のセグメント３４２の周方向中心と一致する。具体的には、１番コイル対３３０の中心軸は、３番セグメント３４２の周方向中心に重なる。後述するように、１２個のセグメント３４２は周方向に等角度間隔にて配置されるため、１番コイル対３３０の中心軸は、１番セグメント３４２と２番セグメント３４２との間の境界に対して周方向に４５度離れた位置となる。１番セグメント３４２および２番セグメント３４２の双方が第１ブラシ２３１に接触する際に、１番コイル対３３０が図７中の真下、すなわち、一の界磁用磁石２２の周方向中心と対向する。同様に、２番コイル対３３０の中心軸は、３番セグメント３４２と４番セグメント３４２との間の境界に対して周方向に４５度離れた位置となる。

図３に示すように、第１ブラシ２３１は、弾性部２３３によりセグメント３４２に向かって押圧される。第２ブラシ２３２も同様である。図７中に実線にて示す状態では、第１ブラシ２３１は、１２番セグメント３４２に接触する。第２ブラシ２３２は、３番セグメント３４２に接触する。第１ブラシ２３１および第２ブラシ２３２は、電源の正極および負極にそれぞれ接続される。第１ブラシ２３１の電位は所定の第１の電位であり、セグメント３４２に第１の電位を与える。第２ブラシ２３２の電位は、第１の電位とは異なる第２の電位であり、異なるセグメント３４２に第２の電位を与える。

図８および図９は、コイルとセグメント３４２との接続構造を示す図である。数字を囲む丸はセグメント３４２を示す。数字を囲む四角は、コイル対３３０またはティース３２１の第１集中巻きコイル３３１または第２集中巻きコイル３３２を示す。ここでは、第１集中巻きコイル３３１は、径方向外側から見て時計回りに導線がティース３２１に巻回されるものであり、数字を囲む四角の右に「ＣＷ」を示す。第２集中巻きコイル３３２は、径方向外側から見て反時計回りに導線がティース３２１に巻回されるものであり、数字を囲む四角の右に「ＣＣＷ」を示す。以下、コイル対３３０とセグメント３４２との接続構造を「巻線構造」と呼ぶ。図８および図９では、巻線構造を２段にて示しているが、破線にて示すように、これらは順に１本の導線にて連続している。

図８の接続構造では、導線は、１番セグメント３４２に掛けられた後、７番セグメント３４２に掛けられる。導線がセグメント３４２に掛けられるとは、導線がセグメント３４２に電気的に接続されることである。次に、導線は、４番ティース３２１に時計回りに巻回され、４番コイル対３３０の第１集中巻きコイル３３１が形成される。導線は、４番ティース３２１から８番セグメント３４２、２番セグメント３４２に順に掛けられる。次に、導線は、３番ティース３２１に反時計回りに巻回され、３番コイル対３３０の第２集中巻きコイル３３２が形成される。以後、図８に示すように、導線のセグメント３４２への引っ掛けおよびティース３２１への巻回が繰り返し行われ、３個の第１集中巻きコイル３３１および３個の第２集中巻きコイル３３２が形成される。最後に、導線は、１番セグメント３４２に掛けられる。

図９の接続構造では、導線は、７番セグメント３４２に掛けられた後、１番セグメント３４２に掛けられる。次に、導線は、１番ティース３２１に時計回りに巻回され、１番コイル対３３０の第１集中巻きコイル３３１が形成される。導線は、１番ティース３２１から２番セグメント３４２、８番セグメント３４２に順に掛けられる。次に、６番ティース３２１に反時計回りに巻回され、６番コイル対３３０の第２集中巻きコイル３３２が形成される。以後、図９に示すように、導線のセグメント３４２への引っ掛けおよびティース３２１への巻回が繰り返し行われ、３個の第１集中巻きコイル３３１および３個の第２集中巻きコイル３３２が形成される。最後に、導線は、７番セグメント３４２に掛けられる。

図７に示すように、第１ブラシ２３１と第２ブラシ２３２とは周方向に９０度離れた位置に配置される。一方、１２個のセグメント３４２は、周方向に３０度間隔で配置される。したがって、回転部３の回転中において、第１ブラシ２３１に接触するセグメント３４２と、第２ブラシ２３２に接触するセグメント３４２との間に、常時、少なくとも１つのセグメント３４２が位置する。以下、第１ブラシ２３１に接触するセグメント３４２と、第２ブラシ２３２に接触するセグメント３４２との間に位置するセグメント３４２を、「中間セグメント３４２」と呼ぶ。

また、第１ブラシ２３１に接触するセグメント３４２の電位は、第１ブラシ２３１と同様の第１の電位である。第２ブラシ２３２に接触するセグメント３４２の電位は、第２ブラシ２３２と同様の第２の電位である。図８および図９の接続構造では、第１の電位のセグメント３４２と、第２の電位のセグメント３４２との間において、少なくとも１つの中間セグメント３４２を介して第１集中巻きコイル３３１および第２集中巻きコイル３３２が直列に接続される。したがって、少なくとも１つの中間セグメント３４２の電位は、第１の電位と第２の電位との間である。実際には、第１ブラシ２３１に接触するセグメント３４２から周方向に１８０度離れたセグメント３４２の電位は、第１の電位である。第２ブラシ２３２に接触するセグメント３４２から周方向に１８０度離れたセグメント３４２の電位は、第２の電位である。したがって、周方向に沿って見た場合、１８０度の周期でセグメント３４２の電位は第１の電位と第２の電位との間で漸次変動する。

図７中に実線にて示すように、第１ブラシ２３１が１２番セグメント３４２に接触し、第２ブラシ２３２が３番セグメント３４２に接触する場合、第１および第２集中巻きコイル３３１，３３２の接続状態は、図１０のようになる。図１０の上段の回路部分では、直列に接続された６番、１番および２番のコイルと、直列に接続された５番、４番および３番のコイルとが並列に接続される。図１０の下段の回路部分では、直列に接続された３番、４番および５番のコイルと、直列に接続された２番、１番および６番のコイルとが並列に接続される。図１０の上段の回路部分と下段の回路部分も並列に接続される。

図７中に二点鎖線にて示すように、第１ブラシ２３１が１２番および１番セグメント３４２に接触し、第２ブラシ２３２が３番および４番セグメント３４２に接触する場合、第１および第２集中巻きコイル３３１，３３２の接続状態は、図１１のようになる。図１１の上段の回路部分では、直列に接続された６番および１番のコイルと、直列に接続された４番および３番のコイルとが並列に接続される。図１１の下段の回路部分では、直列に接続された３番および４番のコイルと、直列に接続された１番および６番のコイルとが並列に接続される。図１１の上段の回路部分と下段の回路部分も並列に接続される。

図７では、第１および第２ブラシ２３１，２３２の位置が周方向に回転しているが、実際には、コイル対３３０およびセグメント３４２が第１および第２ブラシ２３１，２３２に対して回転する。周方向における第１ブラシ２３１と第２ブラシ２３２との間の角度は、互いに隣接するセグメント３４２間の角度の整数倍である。モータ１では、常時、第１および第２ブラシ２３１，２３２のそれぞれが１つのセグメント３４２のみに接触する状態、または、第１および第２ブラシ２３１，２３２のそれぞれが２つのセグメント３４２に接触する状態のいずれかとなる。回転部３の回転に伴って、図１０および図１１にそれぞれ対応する第１および第２集中巻きコイル３３１，３３２の接続状態が順次繰り返される。

ここで、他の例に係るモータ１ａについて述べる。図１２は、モータ１ａにおけるコイル、セグメント３４２およびブラシ群２３の位置関係を簡略化して示す図である。図１２は、図７に対応する。モータ１ａでは、各ティース３２１に対して１つの第１集中巻きコイル３３１が設けられ、第２集中巻きコイル３３２は設けられない。モータ１ａは、６個の第１集中巻きコイル３３１と、６個のセグメント３４２と、を含む。なお、モータ１ａにおける界磁用磁石２２の好ましい角度範囲は、モータ１と同様である。各ティース３２１に対して１つの第２集中巻きコイル３３２のみが設けられてもよい。

図１３および図１４は、コイル３３１とセグメント３４２との接続構造を示す図である。図１３の接続構造では、導線は、１番セグメント３４２に掛けられた後、４番セグメント３４２に掛けられる。次に、導線は、４番ティース３２１に時計回りに巻回され、第１集中巻きコイル３３１が形成される。導線は、４番ティース３２１から５番セグメント３４２、２番セグメント３４２に順に掛けられる。次に、導線は、２番ティース３２１に時計回りに巻回され、第１集中巻きコイル３３１が形成される。以後、図１３に示すように、導線のセグメント３４２への引っ掛けおよびティース３２１への巻回が行われ、３個の第１集中巻きコイル３３１が形成される。最後に、導線は、１番セグメント３４２に掛けられる。

図１４の接続構造では、導線は、４番セグメント３４２に掛けられた後、１番セグメント３４２に掛けられる。次に、導線は、１番ティース３２１に時計回りに巻回され、第１集中巻きコイル３３１が形成される。導線は、１番ティース３２１から２番セグメント３４２、５番セグメント３４２に順に掛けられる。次に、導線は、５番ティース３２１に時計回りに巻回され、第１集中巻きコイル３３１が形成される。以後、図１４に示すように、導線のセグメント３４２への引っ掛けおよびティース３２１への巻回が行われ、３個の第１集中巻きコイル３３１が形成される。最後に、導線は、４番セグメント３４２に掛けられる。

図１２中に実線にて示すように、第１ブラシ２３１が１番セグメント３４２に接触し、第２ブラシ２３２が２番セグメント３４２に接触する場合、第１集中巻きコイル３３１の接続状態は、図１５のようになる。図１２中に二点鎖線にて示すように、第１ブラシ２３１が１番セグメント３４２に接触し、第２ブラシ２３２が２番および３番セグメント３４２に接触する場合、第１集中巻きコイル３３１の接続状態は、図１６のようになる。図１２中に破線にて示すように、第１ブラシ２３１が１番セグメント３４２に接触し、第２ブラシ２３２が３番セグメント３４２に接触する場合、第１集中巻きコイル３３１の接続状態は、図１７のようになる。上記のように、図１２のモータ１ａでは、回転部３の回転に伴って、図１５、図１６および図１７にそれぞれ対応する第１集中巻きコイル３３１の接続状態が順次繰り返される。

図７のモータ１では、周方向においてセグメント３４２の電位が漸次変化することにより、図１２のモータ１ａに比べて、セグメント３４２間における電位の差が小さくなる。その結果、ブラシとセグメントとの間に生じるスパークが小さくなり、ブラシの摩耗を低減してブラシの寿命を向上することができる。また、図７のモータ１では、ブラシ２３１，２３２とセグメント３４２との接触パターン、すなわち、コイルの接続状態が２通りであるのに対し、図１２のモータ１ａでは、コイルの接続状態が３通りとなる。コイルの接続状態が切り替わる際には、コイルの自己誘導に起因して電磁ノイズが発生する。また、切り替わり前後におけるコイルの接続状態によって、発生する電磁ノイズの周波数帯が相違する。したがって、図７のモータ１では、図１２のモータ１ａよりも狭い周波数帯に対応するフィルタを用いて、電波障害（ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference））を抑制することが可能となる。

ここで、１つのコイルの抵抗値が、他のコイルの抵抗値Ｒよりもαだけ大きくなった場合を想定する。例えば、モータ１ａにおいて、４番の第１集中巻きコイル３３１の抵抗値が（Ｒ＋α）であるとする。この場合、図１５の上段の回路部分では、４番の第１集中巻きコイル３３１を含む回路要素と、６番および２番の第１集中巻きコイル３３１を含む回路要素との抵抗値の比は（Ｒ＋α）対２Ｒとなる。一方、モータ１において、４番の第１集中巻きコイル３３１の抵抗値が（Ｒ＋α）であるとする。この場合、図１１の上段の回路部分では、４番の第１集中巻きコイル３３１および３番の第２集中巻きコイル３３２を含む回路要素と、６番の第１集中巻きコイル３３１および１番の第２集中巻きコイル３３２を含む回路要素との抵抗値の比は（２Ｒ＋α）対２Ｒとなる。抵抗値の比は、２つの回路要素に流れる電流値、および、当該２つの回路要素におけるコイルの磁気的吸引力に影響を及ぼす。上記のように、モータ１では、モータ１ａよりも、コイルの抵抗値の変動の影響が小さい。したがって、コイルの抵抗値の変動に起因するコイルの磁気的吸引力のばらつきが、モータ１ａよりも小さくなり、振動や騒音が低減される。

図１８および図１９は、１２個のセグメント３４２を含むモータ１に対する振動試験の結果を示す図である。図２０および図２１は、６個のセグメント３４２を含むモータ１ａに対する振動試験の結果を示す図である。これらの振動試験では、コイルに対して通電することなく、外部の駆動機構により回転部３を、時計回りまたは反時計回りに回転させた場合におけるモータ１，１ａの振動を測定している。図１８および図２０では、時計回りに回転部３を回転した結果を示し、図１９および図２１では、反時計回りに回転部３を回転した結果を示す。図１８ないし図２１から、外部駆動の場合でも、１２個のセグメント３４２を含むモータ１では、６個のセグメント３４２を含むモータ１ａと比較して振動が低減されることが判る。

上述のように、モータ１，１ａでは、各巻線部３２２に、１個または２個の集中巻きコイルが形成される。換言すると、モータ１，１ａにおけるコイル群３３は、６個のティース３２１に設けられる６・ｎ個（ただし、ｎは１または２）の集中巻きコイルである。なお、コイルとセグメント３４２との接続構造は適宜変更されてよい。ヨーク２１１の形状も、モータ１，１ａの用途等に合わせて、適宜変更されてよい。

上記実施形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

本発明は、様々な用途のモータに利用することができる。

１，１ａ モータ
２ 静止部
３ 回転部
４ 軸受部
２１ ハウジング
２２ 界磁用磁石
２３ ブラシ群
３１ シャフト
３２ アーマチュアコア
３３ コイル群
３４ コミュテータ
２１１ ヨーク
２１２ 平坦部
２１３ 円弧部
２１４ 磁極構成部
２３１，２３２ ブラシ
３２１ ティース
３２２ 巻線部
３２３ 先端部
３２４ 突出部
３３１，３３２ 集中巻きコイル
３４２ セグメント
Ｊ１ 中心軸

Claims (8)

1. 静止部と、
   回転部と、
   中心軸を中心として前記回転部を回転可能に支持する軸受部と、
   を備え、
   前記回転部が、
   中心軸に沿って延びるシャフトと、
   前記シャフトに取り付けられ、径方向に向かって放射状に延びる６個のティースを有するアーマチュアコアと、
   一のティースに対して導線を集中的に巻回することにより形成されるコイルを集中巻きコイルとして、前記６個のティースに設けられる６・ｎ個（ただし、ｎは１または２）の集中巻きコイルであるコイル群と、
   前記コイル群に電気的に接続されるコミュテータと、
   を備え、
   前記静止部が、
   前記アーマチュアコアを挟んで、同じ極性の磁極が互いに対向する一対の界磁用磁石と、
   前記一対の界磁用磁石を収容する筒状のヨークを有し、前記ヨークにおいて周方向における前記一対の界磁用磁石の間にて互いに対向する一対の部位が、前記極性とは反対の極性を有するとともに前記アーマチュアコアのティースと直接的に対向する一対の磁極であるハウジングと、
   前記コミュテータと接触するブラシ群と、
   を備える、モータ。
2. 前記一対の磁極のそれぞれにおける周方向の中央に対して、一のティースが径方向に対向する状態において、前記ティースに対して周方向の両側に隣接する２個のティースのそれぞれの少なくとも一部が、前記一対の界磁用磁石のいずれかと径方向に対向する、請求項１に記載のモータ。
3. 前記一対の界磁用磁石のそれぞれが、９０度以下の角度範囲にて周方向に延びる円弧状であり、
   前記６個のティースのそれぞれが、
   集中巻きコイルが形成される巻線部と、
   前記巻線部の径方向外側の端部から周方向両側に広がる先端部と、
   を備え、
   周方向における一の界磁用磁石の中央に対して、一のティースにおける前記巻線部が径方向に対向する状態において、前記ティースに対して周方向の両側に隣接する２個のティースのそれぞれにおける前記先端部の一部が、前記界磁用磁石と径方向に対向する、請求項１または２に記載のモータ。
4. 前記先端部が、周方向における中央において径方向外方に突出する突出部を備える、請求項３に記載のモータ。
5. 前記コミュテータが、周方向に配列されて前記ブラシ群に接触可能な１２個のセグメントを備え、
   前記ブラシ群が、第１の電位の第１ブラシおよび第２の電位の第２ブラシであり、
   前記回転部の回転中において、前記第１ブラシに接触するセグメントと、前記第２ブラシに接触するセグメントとの間に、常時、少なくとも１つのセグメントが位置し、前記少なくとも１つのセグメントの電位が、前記第１の電位と前記第２の電位との間である、請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ。
6. 前記第１ブラシと前記第２ブラシとが周方向に９０度離れた位置に配置される、請求項５に記載のモータ。
7. 前記コイル群が、
   前記６個のティースにそれぞれ設けられ、一定の巻回方向に導線が巻回された６個の第１集中巻きコイルと、
   前記６個のティースにそれぞれ設けられ、前記一定の巻回方向とは逆方向に導線が巻回された６個の第２集中巻きコイルと、
   を備える、請求項５または６に記載のモータ。
8. 前記ヨークが、
   前記一対の磁極を含み、互いに平行な一対の平坦部と、
   前記一対の界磁用磁石が取り付けられる一対の円弧部と、
   を備え、
   前記一対の平坦部および前記一対の円弧部が環状に接続され、
   周方向に関して、前記一対の界磁用磁石の両端部が、間隙を介して前記一対の平坦部とそれぞれ対向する、請求項１ないし７のいずれかに記載のモータ。

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