WO2014108942A1

WO2014108942A1 - 整流子モータおよびその巻線の結線方法

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Publication number: WO2014108942A1
Application number: PCT/JP2013/004260
Authority: WO
Inventors: 正蔵左近; 和雄遠矢; 保治内田
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2014-07-17
Also published as: US8933608B2; CN104040849A; EP2779380A1; EP2779380A4; EP2779380B1; US20140346916A1; CN104040849B

Abstract

本整流子モータは、電機子が、複数のティースとスロットを有する電機子コアと、電機子コイルと、複数のセグメントを有する整流子とを備える。電機子コイルは、ティースに巻線を巻回した複数のコイルユニットと、コイルユニットの相互間を結線する複数の渡り線ユニットとを含む。セグメント群は、コイルユニットが接続される第１および第２のセグメントと、渡り線ユニットのみが接続される第３のセグメントとを含む。第１と第２とのセグメントは隣接配置され、その隣りに第３のセグメントが配置される。そして、第３のセグメントから一方に至る側と他方に至る側とのそれぞれが同じスロットを通過するように配線してコイルユニットの相互間を結線する渡り線ユニットを含む。

Description

整流子モータおよびその巻線の結線方法

　本発明は、巻線コアや整流子を有する整流子モータおよびその巻線の結線方法に関し、例えば、自動車に搭載される電装機器や電動工具に用いられる整流子モータおよびその巻線の結線方法に関する。

　例えば自動車に搭載の電装機器に使用されるモータは、小型化、軽量化とともに、高い信頼性が要求される。

　この種のモータの１つとして、ブラシと整流子とを有した整流子モータがある。整流子モータは、一般的に界磁を構成するステータと、そのステータに環状空隙を介して対向するように配置したロータとを備えている。そして、そのロータは、整流子を含むいわゆる電機子を備えている。この電機子に給電することで、整流子モータが回転駆動される。また、電機子へ給電するために、外部直流電源に接続されるブラシを設けている。このようなブラシを整流子に当接させることで、電機子に給電している。また、ロータは、巻線を巻回した鉄心コアとともに、複数の整流子片（セグメント）を環状や筒状に配置して構成される整流子を備えている。また、整流子としては、巻線を接続するため、各整流子片にフックを設けたフック式の整流子が一般に広く利用されている。所定の結線方式に従って、巻線をこれらフックに引っ掛けたり巻き付けたりして接続しながら鉄心コアに巻回していくことで、電機子が形成される。

　このようなフック式の整流子において、巻線をフックに接続する手法としては、フックに巻線をα状に巻き付ける手法が一般的となっている。ここで、「α状に巻き付ける」とは、αの字を描くように巻線をフックに巻き付けることを意味している。このようなフック巻き付けの一例として、フック根元巻回部の外周面が左右で異なる高さの段差を設けて、巻線をフックにα状に巻き付けたときの線間距離を安定に確保するような技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

　また、整流子モータにおいて、巻線の結線構造を工夫して、駆動効率の向上と小型軽量化を目的とした技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。次に、このような巻線の結線構造の従来例を示す。

　まず、従来例では、電機子コイルが複数のコイルユニットと複数の渡り線ユニットとを含むような構成としている。ここで、コイルユニットはティースに巻回されたコイルであり、渡り線ユニットはコイルユニットの相互間を結線して電気的に接続する線である。さらに、整流子のセグメント群において、コイルユニットの一端が接続される第１のセグメントと、他端が接続される第２のセグメントと、渡り線ユニットのみが接続される第３のセグメントとに区分し、第１のセグメントと第２のセグメントとを隣接配置し、隣接配置の隣りに第３のセグメントを配置している。そして、スロットを通過してコイルユニットの相互間を結線するような渡り線ユニットを含めた構成としている。

　図５Ａ、５Ｂは、このような従来の渡り線ユニットの結線の一例を示す図であり、図５Ａは従来の電機子９６の上面図、図５Ｂは電機子９６の側面図である。なお、図５Ａ、５Ｂでは煩雑さをさけるため、１つの渡り線ユニットの結線のみを例示している。

　図５Ａ、５Ｂに示すように、電機子コア１７の上面に配置される第１のセグメントＳ２から出た渡り線ユニットＣ９１は、コイルユニットＷ１とコイルユニットＷ２間のスロットＳＬ１２を通過して、電機子コア１７の下面側に至る。

　さらに、渡り線ユニットＣ９１は、コイルユニットＷ２の下面側を通り、コイルユニットＷ２とコイルユニットＷ３間のスロットＳＬ２３を通過して上面側に至る。そして、渡り線ユニットＣ９１は、第３のセグメントＳ１０のフックにα状に巻き付けられ、第３のセグメントＳ１０に結線される。

　次に、第３のセグメントＳ１０から出た渡り線ユニットＣ９１は、コイルユニットＷ３とコイルユニットＷ４間のスロットＳＬ３４を通過して、電機子コア１７の下面側に至る。

　さらに、渡り線ユニットＣ９１は、コイルユニットＷ４とコイルユニットＷ５の下面側を通り、コイルユニットＷ５とコイルユニットＷ６間のスロットＳＬ５６を通過して、上面側に至る。そして、渡り線ユニットＣ９１は、第２のセグメントＳ１８に結線される。

　このように、従来の整流子モータは、渡り線ユニットが、スロットを通過しながら第３のセグメントに至るような結線を含む構成としている。

　しかしながら、上述の従来例のように、巻線を第３のセグメントに結線するとき、そのフックにα状に巻き付けることで、巻線結線工法の容易化や接続品質を確保できるものの、第３のセグメントに隣接するセグメントのフックに巻線が接触しやすくなり、十分な品質を確保できないという課題があった。特に、図５Ａ、５Ｂに示すように、整流子の径Ｄｃが鉄心コアのスロット内周の径Ｄｓに近くなるほど、このような接触が生じやすくなる。この一例として、図５Ａ、５Ｂに示す第３のセグメントＳ１０からスロットＳＬ３４への渡り線ユニットＣ９１の経路のように、渡り線ユニットＣ９１がセグメントＳ９のフックに近接するとともに、セグメントＳ９のフックの下側に入り込むような配線となりやすく、この箇所での接触が生じやすかった。そして、巻線の渡り線ユニット部分がフックに接触することで巻線に傷が生じ、絶縁不良や接触箇所での短絡不良を引き起こしやすくなっていた。

　また、このような整流子モータを自動車に搭載した場合、モータ自体の振動に加えて自動車の振動も巻線に加わるため、振動によってもこのような接触が生じるおそれがあった。

特開平９－３２２４８４号公報国際公開第２０１１／１２１９９１号

　本発明の整流子モータは、複数の界磁極を有するステータと、電機子と、セグメントに摺接して電機子コイルに給電するブラシとを備える。さらに、電機子は、複数のティースとティース相互間にスロットを有する電機子コアと、電機子コアに巻線を巻回して形成した電機子コイルと、複数のセグメントより成るセグメント群を有する整流子とを備える。電機子コイルは、ティースに巻線を巻回した複数のコイルユニットと、コイルユニットの相互間を結線して電気的に接続する複数の渡り線ユニットとを含む。セグメント群は、コイルユニットの一端が接続される第１のセグメントと、コイルユニットの他端が接続される第２のセグメントと、渡り線ユニットのみが接続される第３のセグメントとを含む。第１のセグメントと第２のセグメントとは隣接配置され、隣接配置の隣りに第３のセグメントが配置される。そして、本発明の整流子モータは、複数の渡り線ユニットが、渡り線ユニットにおける第３のセグメントから一方に至る側と他方に至る側とのそれぞれが同じスロットを通過するように配線してコイルユニットの相互間を結線する渡り線ユニットを含む構成である。

　また、本発明の巻線の結線方法は、整流子モータの巻線の結線方法であって、この整流子モータは、複数の界磁極を有するステータと、電機子と、セグメントに摺接して電機子コイルに給電するブラシとを備える。さらに、電機子は、複数のティースとティース相互間にスロットを有する電機子コアと、電機子コアに巻線を巻回して形成した電機子コイルと、複数のセグメントより成るセグメント群を有する整流子とを備える。電機子コイルは、ティースに巻線を巻回した複数のコイルユニットと、コイルユニットの相互間を結線して電気的に接続する複数の渡り線ユニットとを含む。セグメント群は、コイルユニットの一端が接続される第１のセグメントと、コイルユニットの他端が接続される第２のセグメントと、渡り線ユニットのみが接続される第３のセグメントとを含む。第１のセグメントと第２のセグメントとは隣接配置され、隣接配置の隣りに第３のセグメントが配置される。そして、本巻線の結線方法は、渡り線ユニットにおける第３のセグメントから一方に至る側と他方に至る側とのそれぞれが同じスロットを通過するように配線して、渡り線ユニットによるコイルユニットの相互間の結線を含む構成である。

　この構成により、渡り線ユニットは、第３のセグメントに隣接するセグメント方向へとは引き回されず、渡り線ユニットの一方に至る側と他方に至る側とのそれぞれが同じスロットを通過するように配線される。このため、渡り線ユニットが第３のセグメントに隣接のセグメントのフックと接触するような結線の不具合を抑制できる。

　このように、本発明の整流子モータおよびその巻線の結線方法は、渡り線ユニットが第３のセグメントに隣接のセグメントのフックと接触するような結線の不具合を抑制できるため、電機子における巻線の絶縁不良や接触箇所での短絡不良の低減化を図ることができる。

図１は、本発明の実施の形態における整流子モータの断面図である。図２は、同、整流子モータにおけるブラケットを外した状態での上面図である。図３は、同、整流子モータにおける巻線の配線例を示した巻線展開図である。図４Ａは、同、整流子モータにおける渡り線ユニットの結線のさらに具体的な例を示す上面図である。図４Ｂは、同、整流子モータにおける渡り線ユニットの結線のさらに具体的な例の側面図である。図５Ａは、従来の渡り線ユニットの結線の一例を示す上面図である。図５Ｂは、従来の渡り線ユニットの結線の一例の側面図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

　（実施の形態）
　図１は本発明の実施の形態における整流子モータ１０の断面図である。

　図１に示すように、整流子モータ１０は、カップ状の形状を成すフレーム１１と、フレーム１１の開口部を塞ぐように装着したブラケット１２とで囲まれるように構成されている。

　まず、ブラケット１２において、一対のブラシ片３０を保持するためのブラシ保持部が形成されている。それぞれのブラシ片３０は、一直線上に配置されるように配設されている。ブラシ片３０は、ブラシ箱３２内に収納されており、ブラシ箱３２内において、バネ３３によりこのブラシ片３０が整流子２０へと押圧されている。

　また、フレーム１１の内壁には、永久磁石１３ａが固着されている。永久磁石１３ａは円筒状に配置され、周方向に所定数の着磁が施されている。このように、フレーム１１の内壁に永久磁石１３ａを保持することでステータ１３が構成される。そして、永久磁石１３ａの内周側に、電機子１６を保持したロータ１４が収容されている。

　ロータ１４は、シャフト１５と、電機子コア１７と、巻線１８と、整流子２０とを備えている。シャフト１５は、電機子コア１７および整流子２０の中心を貫通し、その両端付近部分がそれぞれ軸受１９によって支持される。これによって、ロータ１４は、ステータ１３の内周に回転自在に支承される。そして、シャフト１５の一端側が出力軸１５ａとしてブラケット１２から外部に突出している。

　さらに、ロータ１４において、電機子コア１７は、永久磁石１３ａと環状空隙を介して対向するように配置される。電機子コア１７は、電磁鋼板を積層して形成され、電機子コイルを形成するための巻線１８が巻回されている。そして、電機子コア１７の一端面側において、複数のセグメント２５を有した整流子２０がシャフト１５に固定されている。各セグメント２５は、整流子片であり、シャフト１５方向に長い金属板で形成され、整流子２０本体の外周において、周方向に等間隔で配置されている。また、各セグメント２５の電機子コア１７側には、巻線１８をセグメント２５と電気的に接続するために、巻線接続部となるフック２６がそれぞれ形成されている。このフック２６に巻線１８を引っ掛け、所定の処理を施すことで、巻線１８とフック２６とが電気的に接続される。巻線１８を巻回した電機子コア１７と整流子２０とをこのように構成することで、電機子１６が構成される。また、バネ３３の押圧によって、整流子２０には両ブラシ片３０が当接している。すなわち、外部電源に接続されたブラシ片３０が整流子２０のセグメント２５に摺接することによって、ロータ１４の巻線１８が給電される。これにより、電機子コア１７に巻線１８を巻回して形成した電機子コイルと、界磁を構成する永久磁石１３ａとの間に回転力が発生し、ステータ１３の内側をロータ１４が回転する。

　次に、整流子モータ１０のより詳細な構成について、電機子１６を中心に説明する。

　図２は、本発明の実施の形態における整流子モータ１０のブラケット１２を外した状態での上面図である。図２において、ステータ１３を構成するフレーム１１は、３箇所に取付孔１１ａを有し、カップ形状部の内周面に永久磁石１３ａを保持している。本実施の形態では、３個の永久磁石１３ａを保持した一例を挙げており、その相互間には磁石固定バネ１３ｂを設けている。このように、フレーム１１の内周面に永久磁石１３ａを接着固定し、ステータ１３を形成している。そして、この永久磁石１３ａは、１個当たりＮ極とＳ極の一対の界磁極に着磁されている。従って、本実施の形態では、全周において界磁極数６で着磁されている。なお、この永久磁石１３ａは、リング形状として、その内壁を周方向にＮ極－Ｓ極と等間隔かつ交互に６極に着磁してもよい。あるいは、この永久磁石１３ａは、個別にＮ極、Ｓ極と着磁された６個の円弧状マグネットとしてもよい。

　次に、ロータ１４は、上述したように、電機子１６と電機子１６を保持するシャフト１５とを含む構成である。さらに、電機子１６は、巻線１８を巻回した電機子コア１７と整流子２０とを備えている。

　電機子コア１７は、シャフト１５に固定されたコア本体部１７Ｃから外周方向に突出する複数のティース１７Ｔを有し、さらに、周方向に、ティース１７Ｔと交互に空間部となるスロット１７Ｓが形成されている。このティース相互間のスロット１７Ｓのスペースを利用して、各ティース１７Ｔに巻線１８が巻回されている。そして、このようにティース１７Ｔに巻線１８を巻回することで電機子コイル１８Ｌが形成される。

　整流子２０は、シャフト１５に固定された整流子本体部２７の外周に、等間隔に配置された複数のセグメント２５で構成されるセグメント群を有し、さらに、それぞれのセグメント２５がフック２６を有している。

　本実施の形態では、図２に示すように、電機子コア１７が８個のティース１７Ｔを備えた一例を挙げて説明する。さらに、本実施の形態では、各ティース１７Ｔに巻線１８を集中巻にて巻回している。すなわち、複数のティースに渡ってコイルが形成されるような分布巻ではなく、１つのティースに対して１つのコイルを形成した集中巻としている。これより、電機子１６には、図２に示すように、コイルユニットＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７、Ｗ８とする８個のコイルユニット１８Ｗを含む電機子コイル１８Ｌが形成される。そして、集中巻で形成されたコイルユニット１８Ｗの両線端部は、図２のようにそれぞれのフック２６に接続される。

　なお、具体的な構成としては、コイルユニット１８Ｗがそれぞれ、さらに以下で説明する渡り線により接続されるが、煩雑さを避けるため、図２ではコイルユニット１８Ｗとフック２６とのみの接続を示している。渡り線を含む巻線構造の詳細は後述する。また、以下、電機子コア１７の一方の面として整流子２０を配置した側の面を上面、電機子コア１７の他方の面を下面として適宜説明する。図２では、上面から見たステータ１３やロータ１４を示している。

　図３は、本実施の形態における整流子モータ１０の巻線１８の配線例を示した巻線展開図であり、図３を用いて渡り線の具体的な配線例を説明する。

　電機子コア１７は、ティースＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７、Ｔ８とする８個のティース１７Ｔを備え、そのティース１７Ｔ相互間に同数のスロット１７Ｓを備える。そして、電機子コイル１８Ｌは、巻線１８でユニット形成される８個のコイルユニットＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７、Ｗ８と、コイルユニット間を結線する渡り線としての複数の渡り線ユニットＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８とする渡り線ユニット１８Ｃで構成される。コイルユニットＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７、Ｗ８は、いずれも集中巻にてそれぞれティースＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７、Ｔ８に巻線１８が巻回されている。例えば、ティースＴ１には巻線１８が複数回に巻回され、これによってコイルユニットＷ１が形成される。

　一方、整流子２０は、それぞれのセグメント２５としてセグメントＳ１よりセグメントＳ２４の２４個のセグメントを備える。各セグメント２５の相互間は絶縁されており、各セグメント２５の先端にはフック２６を備える。コイルユニット１８Ｗの端末や渡り線ユニット１８Ｃを各セグメントに接続する場合、このセグメント２５先端のフック２６に接続されることになるが、以下、適宜省略してセグメントに接続と記載する。

　また、ブラシ片３０は、機械角で１８０度間隔に配置された一対の陽極側ブラシ片Ｂ１と陰極側ブラシ片Ｂ２より成り、整流子２０の各セグメント２５に摺接している。そして、これら陽極側ブラシ片Ｂ１と陰極側ブラシ片Ｂ２とは、直流電源に接続されており、整流子２０を経由して電機子コイル１８Ｌに給電されるように構成されている。なお、以下、角度は機械角を示す。

　ここで、電機子コイル１８Ｌを構成する各コイルユニット１８Ｗは、図２に示したように、互いに隣り合うセグメント２５に接続される。すなわち、コイルユニット１８Ｗの一方の端末が、あるセグメント２５に接続され、他方の端末が、その隣りのセグメント２５に接続される。そして、詳細は後述するが、これらコイルユニット１８Ｗが接続される隣り合ったセグメント２５の隣りは、コイルユニット１８Ｗは接続されず、渡り線ユニット１８Ｃのみが接続される。これらコイルユニット１８Ｗの一端が接続されるセグメント２５を第１のセグメント、コイルユニット１８Ｗの他端が接続されるセグメント２５を第２のセグメントと定義する。また、渡り線ユニット１８Ｃのみが接続されるセグメント２５を第３のセグメントと定義する。図２および図３に、第１のセグメントＳｇ１、第２のセグメントＳｇ２および第３のセグメントＳｇ３として一例を示す。

　さらに、本実施の形態では、第３のセグメントがスロット１７Ｓの手前となるように、整流子２０を配置している。すなわち、第１のセグメントおよび第２のセグメントに比べて、第３のセグメントが、スロット１７Ｓの内周側に最も近くなるように配置している。より具体的には、図２の破線線分Ｌｃｎｔで示すように、第３のセグメントが、スロット１７Ｓの内周側中心１７Ｓｃと径方向で対向するように、電機子１６を構成している。

　次に、上述のような定義に従うと、第１のセグメントと第２のセグメントとは隣接配置され、この隣接配置の隣りに第３のセグメントが配置されることになる。さらに、この電機子コイル１８Ｌは、これらセグメント群と渡り線ユニット１８Ｃを介して直列閉回路を構成する。そして、この第１のセグメント数と第２のセグメント数と第３のセグメント数とは同数とし、セグメント群のセグメント２５の総数は、これら第１のセグメント数と第２のセグメント数と第３のセグメント数の和となる。

　これらセグメント２５の配置をさらに詳しく説明すると下記の通りとなる。本実施の形態では、図３に示すように、セグメント群のセグメント数は２４個であり、従って、セグメントピッチは１５度となる。第１のセグメント相互間、第２のセグメント相互間、および第３のセグメント相互間は、いずれも４５度間隔に配置されている。また、任意の第１のセグメントは、１２０度間隔の位置に第２のセグメントまたは第３のセグメントが配置される。同様に、任意の第２のセグメントは、１２０度間隔の位置に第３のセグメントまたは第１のセグメントが配置され、任意の第３のセグメントは、１２０度間隔の位置に第１のセグメントまたは第２のセグメントが配置される。そして、第１のセグメントと第２のセグメントと第３のセグメントとの相互間は、渡り線ユニット１８Ｃで接続されることになる。

　次に、具体的な電機子コイル１８Ｌの巻線構造を説明する。ティースＴ１に巻回されるコイルユニットＷ１は、第１のセグメントＳ２と第２のセグメントＳ３に接続される。ティースＴ２に巻回されるコイルユニットＷ２は、第１のセグメントＳ５と第２のセグメントＳ６に接続される。ティースＴ３に巻回されるコイルユニットＷ３は、第１のセグメントＳ８と第２のセグメントＳ９に接続される。ティースＴ４に巻回されるコイルユニットＷ４は、第１のセグメントＳ１１と第２のセグメントＳ１２に接続される。ティースＴ５に巻回されるコイルユニットＷ５は、第１のセグメントＳ１４と第２のセグメントＳ１５に接続される。ティースＴ６に巻回されるコイルユニットＷ６は、第１のセグメントＳ１７と第２のセグメントＳ１８に接続される。ティースＴ７に巻回されるコイルユニットＷ７は、第１のセグメントＳ２０と第２のセグメントＳ２１に接続される。ティースＴ８に巻回されるコイルユニットＷ８は、第１のセグメントＳ２３と第２のセグメントＳ２４に接続される。

　次に、第３のセグメントＳ１、Ｓ４、Ｓ７、Ｓ１０、Ｓ１３、Ｓ１６、Ｓ１９、Ｓ２２に接続される渡り線ユニット１８Ｃの詳細を説明する。これら渡り線ユニット１８Ｃは、コイルユニット１８Ｗの相互間を結線して電気的に接続する。これら渡り線ユニット１８Ｃは、１２０度間隔に位置する第１のセグメントと第２のセグメントと第３のセグメントとを接続することになり、具体的には下記の通りである。

　渡り線ユニットＣ１は、第１のセグメントＳ２と第３のセグメントＳ１０と第２のセグメントＳ１８とに接続される。渡り線ユニットＣ２は、第１のセグメントＳ５と第３のセグメントＳ１３と第２のセグメントＳ２１とに接続される。渡り線ユニットＣ３は、第１のセグメントＳ８と第３のセグメントＳ１６と第２のセグメントＳ２４とに接続される。渡り線ユニットＣ４は、第１のセグメントＳ１１と第３のセグメントＳ１９と第２のセグメントＳ３とに接続される。渡り線ユニットＣ５は、第１のセグメントＳ１４と第３のセグメントＳ２２と第２のセグメントＳ６とに接続される。渡り線ユニットＣ６は、第１のセグメントＳ１７と第３のセグメントＳ１と第２のセグメントＳ９とに接続される。渡り線ユニットＣ７は、第１のセグメントＳ２０と第３のセグメントＳ４と第２のセグメントＳ１２とに接続される。渡り線ユニットＣ８は、第１のセグメントＳ２３と第３のセグメントＳ７と第２のセグメントＳ１５とに接続される。

　以上の通り、各コイルユニット１８Ｗと渡り線ユニット１８Ｃとを、上述のように各セグメント２５に接続することにより、この電機子コイル１８Ｌは閉回路を構成する。具体的には、図３において、例えば、セグメントＳ１よりセグメントＳ９の方向に回路をたどると、次の通りとなる。Ｓ１－Ｓ９－Ｗ３－Ｓ８－Ｓ１６－Ｓ２４－Ｗ８－Ｓ２３－Ｓ７－Ｓ１５－Ｗ５－Ｓ１４－Ｓ２２－Ｓ６－Ｗ２－Ｓ５－Ｓ１３－Ｓ２１－Ｗ７－Ｓ２０－Ｓ４－Ｓ１２－Ｗ４－Ｓ１１－Ｓ１９－Ｓ３－Ｗ１－Ｓ２－Ｓ１０－Ｓ１８－Ｗ６－Ｓ１７－Ｓ１となり、１つの結線ループを形成しており、閉回路を構成していることがわかる。すなわち、以上の説明では各コイルユニット１８Ｗと渡り線ユニット１８Ｃとを分けて説明したが、１本の巻線１８によってこのような結線ループを形成できる。

　以上に述べた各渡り線ユニット１８Ｃは、次に述べる接続工法を実施することにより、接続工数を合理化することができる。ティースＴ１に巻回されるコイルユニットＷ１の一端は、第１のセグメントＳ２に接続された後、そこで切断されることなく延長して、第３のセグメントＳ１０に接続される。同様に、ティースＴ６に巻回されるコイルユニットＷ６の他端は、第２のセグメントＳ１８に接続された後、そこで切断されることなく延長して、第３のセグメントＳ１０に接続される。このように渡り線ユニットＣ１は、コイルユニットＷ１の一端の延長線とコイルユニットＷ６の他端の延長線とで構成することができ、接続工数を合理化することができる。渡り線ユニットＣ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８についても、上記渡り線ユニットＣ１と同様に構成することができる。本実施の形態によれば、このような接続工法に基づき、１本の巻線１８によっても電機子コイル１８Ｌを形成できる。

　次に、陽極側ブラシ片Ｂ１と陰極側ブラシ片Ｂ２とは、互いに等角度（１８０度）の間隔を有して配置されている。そして、ブラシ片Ｂ１とブラシ片Ｂ２の周方向幅は、各セグメントの周方向幅と同等または小さい寸法に設定されている。従って、ブラシ片Ｂ１とブラシ片Ｂ２は、各セグメントの隣り合ういずれか２箇所または１箇所に摺接する構成となっている。１箇所に摺接する時間は極めて短いので、以下の説明においては省略する。

　図３に示すように、陽極側ブラシ片Ｂ１がセグメントＳ２とＳ３に摺接し、それと１８０度の間隔を有する陰極側ブラシ片Ｂ２がセグメントＳ１４とＳ１５に摺接している状態における電流の流れについて説明する。

　セグメントＳ２より流入した電流は、セグメントＳ１８よりコイルユニットＷ６を流れ、セグメントＳ１７とセグメントＳ９を経由してコイルユニットＷ３を流れ、セグメントＳ８とセグメントＳ２４を経由してコイルユニットＷ８を流れ、セグメントＳ２３を経由してセグメントＳ１５より流出する。同様に、セグメントＳ３より流入した電流は、セグメントＳ１１よりコイルユニットＷ４を流れ、セグメントＳ１２とセグメントＳ２０を経由してコイルユニットＷ７を流れ、セグメントＳ２１とセグメントＳ５を経由してコイルユニットＷ２を流れ、セグメントＳ６を経由してセグメントＳ１４より流出する。これらの電流の流れる方向を、図３における各コイルユニットに矢印で示す。

　以上の通り、セグメントＳ２より流入した電流は、コイルユニットＷ６、Ｗ３、Ｗ８の直列回路を流れてセグメントＳ１５より流出し、セグメントＳ３より流入した電流は、コイルユニットＷ４、Ｗ７、Ｗ２の直列回路を流れてセグメントＳ１４より流出する。このように、陽極側ブラシ片Ｂ１より流入した電流は並列回路数が２回路で流れ、陰極側ブラシ片Ｂ２より流出することになる。このような電流の流れにより、この構成の整流子モータは自起動可能となる。

　さらに、本実施の形態では、複数の渡り線ユニット１８Ｃにおいて、スロット１７Ｓを通過してコイルユニット１８Ｗの相互間を結線する渡り線ユニット１８Ｃを含む構成としている。すなわち、これら各々の渡り線ユニット１８Ｃは、整流子２０の外周上で結線するのではなく、それぞれのコイルユニット１８Ｗとともに、電機子コア１７のスロット１７Ｓに巻き込んだ結線も含む。これにより、整流子２０の周辺に余分な渡り線ユニット１８Ｃ配線用の空間を生じさせることなく、スロット１７Ｓ内のスペースを有効に活用することでモータの小型化を実現している。

　図３では、渡り線ユニットＣ１の例を挙げて、渡り線ユニット１８Ｃをスロット１７Ｓに巻き込んで結線した一例を示しており、具体的に、渡り線ユニットＣ１を収納するスロット１７ＳであるスロットＳＬ１２、ＳＬ３４、ＳＬ５６の位置を示している。渡り線ユニットＣ１は、第１のセグメントＳ２よりティースＴ１とティースＴ２間のスロットＳＬ１２を通り、ティースＴ３とティースＴ４間のスロットＳＬ３４を通り、第３のセグメントＳ１０に結線される。さらに、第３のセグメントＳ１０よりティースＴ３とティースＴ４間のスロットＳＬ３４を戻るように通り、ティースＴ５とティースＴ６間のスロットＳＬ５６を通り、第２のセグメントＳ１８に結線される。

　図４Ａ、４Ｂは、図３に示す渡り線ユニットＣ１の結線をさらに具体的に示す図である。図４Ａ、４Ｂにおいて、図４Ａは電機子１６の上面図、図４Ｂは電機子１６の側面図である。なお、図４Ａ、４Ｂでは煩雑さをさけるため、電機子１６における渡り線ユニットＣ１の結線のみを例示している。

　図４Ａ、４Ｂに示すように、電機子コア１７の上面に配置される第１のセグメントＳ２から出た渡り線ユニットＣ１は、コイルユニットＷ１とコイルユニットＷ２間のスロットＳＬ１２を通過して、電機子コア１７の下面側に至る。

　さらに、渡り線ユニットＣ１は、破線で示すようにコイルユニットＷ２とコイルユニットＷ３との下面側を通り、コイルユニットＷ３とコイルユニットＷ４間のスロットＳＬ３４を通過して上面側に至り、第３のセグメントＳ１０に結線される。

　次に、第３のセグメントＳ１０から出た渡り線ユニットＣ１は、コイルユニットＷ３とコイルユニットＷ４間のスロットＳＬ３４を戻るように通過して、電機子コア１７の下面側に至る。

　さらに、渡り線ユニットＣ１は、破線で示すようにコイルユニットＷ４とコイルユニットＷ５の下面側を通り、コイルユニットＷ５とコイルユニットＷ６間のスロットＳＬ５６を通過して、上面側に至り、第２のセグメントＳ１８に結線される。

　以上、図３および図４Ａ、４Ｂを用いて、渡り線ユニットＣ１の結線について説明したが、他の渡り線ユニット１８Ｃも同様に構成すればよい。例えば、渡り線ユニットＣ２については、第１のセグメントＳ５よりコイルユニットＷ２とコイルユニットＷ３間のスロット１７Ｓを通り、コイルユニットＷ３とコイルユニットＷ４の下面を通過し、コイルユニットＷ４とコイルユニットＷ５間のスロット１７Ｓを通って上面側に至り、第３のセグメントＳ１３のフック２６に引っ掛ける。さらに、コイルユニットＷ４とコイルユニットＷ５間のスロット１７Ｓを戻るようにして下面側に至り、コイルユニットＷ５とコイルユニットＷ６の下面を通過し、コイルユニットＷ６とコイルユニットＷ７間のスロット１７Ｓを通り、第２のセグメントＳ２１に結線する。以上の通り、渡り線ユニットＣ１とＣ２を収納するスロット１７Ｓの位置を示したが、その他の渡り線ユニットＣ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８も、同様に結線すればよい。

　また、複数の渡り線ユニット１８Ｃの全てを、上述のようにスロット１７Ｓを通過してコイルユニット１８Ｗの相互間を結線するような構成とすることが好ましい。しかし、いくらかの渡り線ユニット１８Ｃは電機子コア１７の上面側のみでコイルユニット１８Ｗの相互間を結線するような構成としてもよい。すなわち、複数の渡り線ユニット１８Ｃがスロット１７Ｓを通過してコイルユニット１８Ｗの相互間を結線する渡り線ユニット１８Ｃを含む構成であればよい。これにより、整流子周辺において渡り線ユニット１８Ｃが密集して生じる渡り線ユニット１８Ｃの膨らみを抑制でき、直流モータの小型化を図ることができる。

　このように、本実施の形態の整流子モータ１０は、第１や第２のセグメントから出た渡り線ユニット１８Ｃが、あるスロット１７Ｓを通過して電機子コア１７の反対の面側に至り、ティース１７Ｔの下面側を通って他のスロット１７Ｓを通過し、第３のセグメントに至るような結線を含む。

　そして、特に、本実施の形態では、図４Ａ、４ＢのスロットＳＬ３４近辺で例示するように、渡り線ユニット１８Ｃが下面側からスロット１７Ｓを通過して第３のセグメントに至り、この第３のセグメントのフック２６に引っ掛けられ、さらに、同じスロット１７Ｓを戻って下面に至るような配線を含む構成である。言い換えると、渡り線ユニット１８Ｃを第３のセグメントに接続する結線において、渡り線ユニット１８Ｃの配線元側１８Ｃｓと配線先側１８Ｃｅとの２本が同じスロット１７Ｓを通過するように結線している。このように、本実施の形態では、渡り線ユニット１８Ｃにおける第３のセグメントから一方に至る側（配線元側１８Ｃｓ）と他方に至る側（配線先側１８Ｃｅ）とのそれぞれが同じスロット１７Ｓを通過するように配線し、コイルユニット１８Ｗの相互間を結線している。

　また、このように渡り線ユニット１８Ｃの両側２本が通過するスロット１７Ｓは、結線した第３のセグメントに最も近く位置するスロット１７Ｓとしている。すなわち、上述のように、本実施の形態では、第３のセグメントがスロット１７Ｓの手前（内周側に最も近く）となるように整流子を配置しており、渡り線ユニット１８Ｃの配線元側１８Ｃｓと配線先側１８Ｃｅとのそれぞれは、その第３のセグメント手前のスロット１７Ｓを通過する。

　このように、本実施の形態では、第３のセグメントに結線する渡り線ユニット１８Ｃの配線元側１８Ｃｓおよび配線先側１８Ｃｅを、第３のセグメントに対して近接して対向する手前方向のスロット１７Ｓに引き込むような構成としている。このため、渡り線ユニット１８Ｃは、第３のセグメントに隣接するセグメント方向へとは引き回されない。本実施の形態では、このような構成とすることで、渡り線ユニット１８Ｃが第３のセグメントに隣接のセグメントのフックと接触するような結線の不具合を抑制し、絶縁不良や短絡不良の低減化を図っている。また、第３のセグメントに引っ掛けた渡り線ユニット１８Ｃを手前のスロット１７Ｓへと引き回すため、整流子２０の径Ｄｃが電機子コア１７のスロット内周の径Ｄｓに近い構成であっても、上述のような結線の不具合を引き起こすことはない。例えば、本実施の形態によれば、整流子２０の径Ｄｃとスロット内周の径Ｄｓとの差（Ｄｓ－Ｄｃ）が１０ｍｍ以下であっても適用できる。

　また、本実施の形態では、図４Ａ、４Ｂに示すように、渡り線ユニット１８Ｃを第３のセグメントに接続するとき、その第３のセグメントのフック２６に対して渡り線ユニット１８Ｃを「Ｕ」の字を描くように、Ｕ字状に接続している。すなわち、α状に巻き付けるのではなく、Ｕ状に単に引っ掛ければよいため、本実施の形態では、これによって接続工法の簡素化を図っている。また、第３のセグメントのフック２６に引っ掛けた渡り線ユニット１８Ｃの配線元側１８Ｃｓと配線先側１８Ｃｅとは、手前のスロット１７Ｓへと引き伸ばされるように配置されるため、フック２６と巻線１８との密着度などの接続品質も十分に確保できる。

　なお、以上の説明では、陽極側ブラシ片Ｂ１と陰極側ブラシ片Ｂ２とは１８０度の間隔で配置されると説明したが、６０度の間隔に配置してもよい。すなわち、陽極側ブラシ片Ｂ１に対して、陰極側ブラシ片Ｂ２を６０度の間隔で配置する。この場合も、渡り線ユニット１８Ｃを第３のセグメントに接続する結線において、その第３のセグメントの手前に位置するスロット１７Ｓに、渡り線ユニット１８Ｃの配線元側１８Ｃｓと配線先側１８Ｃｅとの２本が通過するように結線すればよい。

　また、本実施の形態の整流子モータ１０は、セグメント群のセグメント数Ｔは、界磁極の磁極数Ｐとコイルユニット数Ｎ（スロットの数、ティースの数と同数）とを乗じ、その乗じて得た数値の２分の１で構成される。すなわち、Ｔ＝（１／２）ＰＮである。そして、磁極数Ｐは２で割ると奇数になる偶数であり、コイルユニット数Ｎは磁極数Ｐの整数倍とならない偶数で構成される。具体的には、各数値は下記の通りで構成され、上記式を満足する。すなわち、セグメント数Ｔ＝２４、磁極数Ｐ＝６、集中巻コイルユニット数Ｎ＝８である。

　また、各コイルユニット１８Ｗ、および各渡り線ユニット１８Ｃは、絶縁層被覆された導体線で構成される。この絶縁層の厚み、材質、層数は、整流子モータ１０の仕様により適宜選択される。また、導体線の導体部、すなわち芯線部の材質は、銅、アルミニウム、銅合金、アルミニウム合金、少なくとも銅およびアルミニウムを含む合金、微量な不純物を含むアルミニウムまたはアルミニウム合金、マグネシウム合金など整流子モータ１０の仕様により適宜選択される。また、この絶縁層被覆された導体線は、単線、複線あるいはリッツ線（撚り線）など整流子モータ１０の仕様により適宜選択される。

　以上、本発明の整流子モータは、複数の渡り線ユニットが、渡り線ユニットにおける第３のセグメントから一方に至る側と他方に至る側とのそれぞれが同じスロットを通過するように配線してコイルユニットの相互間を結線する渡り線ユニットを含む構成である。

　また、本発明の巻線の結線方法は、渡り線ユニットにおける第３のセグメントから一方に至る側と他方に至る側とのそれぞれが同じスロットを通過するように配線して、渡り線ユニットによるコイルユニットの相互間の結線を含む構成である。

　本発明はこのような構成を有しているため、渡り線ユニットは、第３のセグメントに隣接するセグメント方向へとは引き回されず、渡り線ユニットの一方に至る側と他方に至る側とのそれぞれが同じスロットを通過するように配線される。このため、渡り線ユニットが第３のセグメント隣接のセグメントのフックと接触するような結線の不具合を抑制でき、これによって、電機子における巻線の絶縁不良や接触箇所での短絡不良の低減化を図ることができる。

　本発明に係る整流子モータは、電機子における巻線の絶縁不良や接触箇所での短絡不良の低減できるため、例えば、自動車に搭載される電装機器や電動工具の駆動用、その他高い信頼性が要求される機器のモータとして好適である。

　１０　　整流子モータ
　１１　　フレーム
　１１ａ　　取付孔
　１２　　ブラケット
　１３　　ステータ
　１３ａ　　永久磁石
　１３ｂ　　磁石固定バネ
　１４　　ロータ
　１５　　シャフト
　１５ａ　　出力軸
　１６，９６　　電機子
　１７　　電機子コア
　１７Ｃ　　コア本体部
　１７Ｓ　　スロット
　１７Ｔ　　ティース
　１８　　巻線
　１８Ｌ　　電機子コイル
　１８Ｃ　　渡り線ユニット
　１８Ｗ　　コイルユニット
　１９　　軸受
　２０　　整流子
　２５　　セグメント
　２６　　フック
　２７　　整流子本体部
　３０　　ブラシ片
　３２　　ブラシ箱
　３３　　バネ

Claims

複数の界磁極を有するステータと、
複数のティースと前記ティース相互間にスロットを有する電機子コアと、前記電機子コアに巻線を巻回して形成した電機子コイルと、複数のセグメントより成るセグメント群を有する整流子とを備えた電機子と、
前記セグメントに摺接して前記電機子コイルに給電するブラシとを備え、
前記電機子コイルが、前記ティースに前記巻線を巻回した複数のコイルユニットと、前記コイルユニットの相互間を結線して電気的に接続する複数の渡り線ユニットとを含む整流子モータであって、
前記セグメント群は、前記コイルユニットの一端が接続される第１のセグメントと、前記コイルユニットの他端が接続される第２のセグメントと、前記渡り線ユニットのみが接続される第３のセグメントとを含み、
前記第１のセグメントと前記第２のセグメントとは隣接配置され、前記隣接配置の隣りに前記第３のセグメントが配置され、
前記複数の渡り線ユニットは、前記渡り線ユニットにおける前記第３のセグメントから一方に至る側と他方に至る側とのそれぞれが同じ前記スロットを通過するように配線して前記コイルユニットの相互間を結線する渡り線ユニットを含むことを特徴とする整流子モータ。
前記整流子は、前記第３のセグメントが前記スロットの手前となるように配置され、
前記渡り線ユニットにおける前記第３のセグメントから一方に至る側と他方に至る側とのそれぞれは、前記第３のセグメント手前の前記スロットを通過することを特徴とする請求項１に記載の整流子モータ。
前記セグメントは、それぞれにフックを有し、
前記第３のセグメントの前記フックには、前記渡り線ユニットがＵ字状に接続されることを特徴とする請求項１に記載の整流子モータ。
前記整流子の径と前記電機子コアのスロット内周の径との差を１０ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１に記載の整流子モータ。
前記電機子コイルは、前記コイルユニットと前記渡り線ユニットとが前記セグメント群を介して直列閉回路を構成することを特徴とする請求項１に記載の整流子モータ。
前記セグメント群は、それぞれ同数の前記第１のセグメントと前記第２のセグメントと前記第３のセグメントとを備え、かつ前記セグメント群のセグメント数は、前記第１のセグメント数と前記第２のセグメント数と前記第３のセグメント数との和であることを特徴とする請求項１に記載の整流子モータ。
任意の前記第１のセグメントは１２０度間隔の位置に前記第２のセグメントまたは前記第３のセグメントが配置され、任意の前記第２のセグメントは１２０度間隔の位置に前記第３のセグメントまたは前記第１のセグメントが配置され、任意の前記第３のセグメントは１２０度間隔の位置に前記第１のセグメントまたは前記第２のセグメントが配置されることを特徴とする請求項１に記載の整流子モータ。
前記第１のセグメント相互間、前記第２のセグメント相互間、および前記第３のセグメント相互間は、それぞれ４５度間隔に配置されることを特徴とする請求項１に記載の整流子モータ。
前記セグメント群のセグメント数をＴ、前記界磁極の磁極数をＰ、前記電機子コイルのコイルユニット数をＮとすると、Ｔ＝（１／２）ＰＮを満足することを特徴とする請求項１に記載の整流子モータ。
前記磁極数Ｐは２で割ると奇数になる偶数であり、前記コイルユニット数Ｎは前記磁極数Ｐの整数倍とならない偶数であることを特徴とする請求項９に記載の整流子モータ。
前記磁極数Ｐは６、前記コイルユニット数Ｎは８、前記セグメント数Ｔは２４であることを特徴とする請求項９に記載の整流子モータ。
前記ブラシは、一対の陽極側ブラシと陰極側ブラシとを含み、前記陽極側ブラシと前記陰極側ブラシとは１８０度間隔または６０度間隔に配置されることを特徴とする請求項１に記載の整流子モータ。
前記ブラシは、隣り合う２つの前記セグメントに摺接し、前記ブラシから前記電機子コイルへ並列回路数２回路で給電されることを特徴とする請求項１に記載の整流子モータ。
前記電機子コイルは、巻装された巻線の芯線部の材質が、少なくとも銅およびアルミニウムを含む合金、微量な不純物を含むアルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１に記載の整流子モータ。
複数の界磁極を有するステータと、
複数のティースと前記ティース相互間にスロットを有する電機子コアと、前記電機子コアに巻線を巻回して形成した電機子コイルと、複数のセグメントより成るセグメント群を有する整流子とを備えた電機子と、
前記セグメントに摺接して前記電機子コイルに給電するブラシとを備え、
前記電機子コイルが、前記ティースに前記巻線を巻回した複数のコイルユニットと、前記コイルユニットの相互間を結線して電気的に接続する複数の渡り線ユニットとを含み、
前記セグメント群が、前記コイルユニットの一端が接続される第１のセグメントと、前記コイルユニットの他端が接続される第２のセグメントと、前記渡り線ユニットのみが接続される第３のセグメントとを含み、
前記第１のセグメントと前記第２のセグメントとは隣接配置され、前記隣接配置の隣りに前記第３のセグメントが配置された整流子モータの巻線の結線方法であって、
前記渡り線ユニットにおける前記第３のセグメントから一方に至る側と他方に至る側とのそれぞれが同じ前記スロットを通過するように配線して、渡り線ユニットによる前記コイルユニットの相互間の結線を含むことを特徴とする整流子モータの巻線の結線方法。