WO2021090550A1 - 電動機および電気機器 - Google Patents

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WO2021090550A1
WO2021090550A1 PCT/JP2020/031373 JP2020031373W WO2021090550A1 WO 2021090550 A1 WO2021090550 A1 WO 2021090550A1 JP 2020031373 W JP2020031373 W JP 2020031373W WO 2021090550 A1 WO2021090550 A1 WO 2021090550A1
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WO
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crossover
commutator
electric motor
teeth
stator
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Application number
PCT/JP2020/031373
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English (en)
French (fr)
Inventor
貴洋 浅野
圭策 中野
水上　裕文
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K13/00—Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation
    • H02K13/04—Connections between commutator segments and windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/02—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting
    • H02K23/04—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting having permanent magnet excitation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/26—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the armature windings
    • H02K23/38—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the armature windings having winding or connection for improving commutation, e.g. equipotential connection

Definitions

  • This disclosure relates to electric motors and electrical equipment.
  • Electric motors are widely used in the field of electrical equipment such as automobiles, as well as in the field of household electrical appliances such as vacuum cleaners.
  • electric motors are used for ESC (Electronic Stability Control), air suspension, and the like.
  • ESC Electronic Stability Control
  • the electric motor a commutator electric motor that uses a brush and a brushless electric motor that does not use a brush are known.
  • the commutator motor includes, for example, a stator, a rotor, a commutator attached to the rotating shaft of the rotor, and a brush that is in sliding contact with the commutator.
  • the commutator has a plurality of commutator segments provided at equal intervals in the circumferential direction about the axis included by the rotating shaft.
  • An object of the present disclosure is to provide an electric motor capable of improving the detection accuracy of the rotation speed of the electric motor and an electric device provided with the electric motor.
  • one aspect of the electric motor according to the present disclosure is centered on a commutator having a plurality of magnetic poles, a rotation axis extending in the axial direction, and a radial direction orthogonal to the axial center.
  • a core attached to a rotating shaft and a core wound around the core, including a plurality of teeth extending radially as a plurality of teeth and a plurality of slots including a first slot located between adjacent teeth among the plurality of teeth.
  • the winding coil is a first crossing that is electrically connected to a main coil wound around each of a plurality of teeth from a first commutator segment to a second commutator segment via a first slot. It includes a wire and a second crossover that is electrically connected from a third commutator segment to a fourth commutator segment via a first slot.
  • the number of multiple magnetic poles of the stator is a multiple of 6. The number of slots that the rotor has is even. In the first slot, the first crossover and the second crossover are routed so that the counter electromotive forces received from the stator are in opposite directions and the counter electromotive forces are canceled out.
  • one aspect of the electric device according to the present disclosure includes the above-mentioned electric motor.
  • FIG. 1 is a half cross-sectional view of the electric motor according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a top view showing a state in which the bracket of the electric motor according to the embodiment is removed.
  • FIG. 3 is a winding development view of the winding coil in the electric motor according to the embodiment.
  • FIG. 4A is a diagram for explaining a first straddle line drawn so as to straddle one tooth.
  • FIG. 4B is a diagram for explaining a second straddle line drawn so as to straddle the two teeth.
  • FIG. 5 is a winding development view of the winding coil in the electric motor of the comparative example.
  • FIG. 6 is a winding development view of the winding coil in the electric motor according to the first modification.
  • FIG. 7 is a winding development view of the winding coil in the electric motor according to the second modification.
  • FIG. 8 is a winding development view of the winding coil in the electric motor according to the third modification.
  • FIG. 9 is a winding development view of the winding coil in the electric motor according to the modified example 4.
  • FIG. 10 is an electric device including the electric motor according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a half cross-sectional view of the electric motor 1 according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a top view showing a state in which the bracket of the electric motor 1 is removed.
  • the electric motor 1 is a commutator electric motor. As shown in FIGS. 1 and 2, the electric motor 1 includes a stator 10, a rotor 20, a first bearing 31, a second bearing 32, a commutator 40, a brush 50, a first bracket 61, and the like. A second bracket 62 is provided.
  • the electric motor 1 in the present embodiment is a direct current electric motor (DC (Direct Current) motor) driven by direct current.
  • DC Direct Current
  • a magnet 11 is used as the stator 10.
  • the electric motor 1 uses an armature having a winding coil 23 as the rotor 20.
  • the electric motor 1 is used, for example, in an automobile ESC or an air suspension.
  • the stator 10 (stator) generates a magnetic force acting on the rotor 20.
  • the stator 10 constitutes a magnetic circuit together with the rotor 20 which is an armature.
  • the stator 10 has a plurality of magnetic poles. Specifically, the stator 10 is configured such that N poles and S poles alternately exist along the outer peripheral surface of the rotor 20 via an air gap.
  • the stator 10 is a field that creates a magnetic flux for generating torque.
  • the stator 10 is composed of, for example, a field magnet composed of a plurality of magnets 11 (magnets). Each magnet 11 is, for example, a permanent magnet having an S pole and an N pole.
  • the plurality of magnets 11 constituting the stator 10 are arranged so that the north pole and the south pole are alternately and evenly present in the circumferential direction. Therefore, the direction of the main magnetic flux generated by the stator 10 (magnet 11) is a direction orthogonal to the direction in which the axis C included in the rotating shaft 21 extends.
  • the plurality of magnets 11 are arranged at equal intervals in the circumferential direction so as to surround the rotor 20, and are located on the outer peripheral side in the radial direction of the core 22 of the rotor 20. Specifically, the plurality of magnets 11 in which the north pole and the south pole are magnetized are arranged so that the center of the magnetic pole of the north pole and the center of the magnetic pole of the south pole are evenly spaced in the circumferential direction.
  • the plurality of magnets 11 are configured so that the number of magnetic poles of the stator 10 is a multiple of 6.
  • the number of magnetic poles of the stator 10 is 6, and three magnets 11 are arranged.
  • each magnet 11 has an arc shape having a substantially constant thickness when viewed from above, and is fixed to the second bracket 62.
  • a fixed spring 63 is arranged between the plurality of magnets 11.
  • Each magnet 11 is adhesively fixed to the inner peripheral surface of the second bracket 62.
  • Each of the three magnets 11 is magnetized on a pair of field magnetic poles of N pole and S pole. Therefore, the three magnets 11 are magnetized with a field magnetic pole number of 6 on the entire circumference.
  • the rotor 20 (rotor) generates a magnetic force acting on the stator 10.
  • the direction of the main magnetic flux generated by the rotor 20 is a direction orthogonal to the direction in which the axis C included in the rotating shaft 21 extends.
  • the rotor 20 rotates around the rotation shaft 21 by the magnetic force of the stator 10. More specifically, the rotor 20 rotates about the axis C included in the rotating shaft 21 as the center of rotation.
  • the rotor 20 is an inner rotor and is arranged inside the stator 10. Specifically, the rotor 20 is surrounded by a plurality of magnets 11 constituting the stator 10. The rotor 20 is arranged between the rotor 20 and the stator 10 via an air gap. Specifically, there is a minute air gap between the outer peripheral surface of the rotor 20 and the inner surface of each magnet 11.
  • the rotor 20 has a rotating shaft 21.
  • the rotor 20 in this embodiment is an armature, and further has a core 22 and a winding coil 23.
  • the rotating shaft 21 is a shaft that is the center when the rotor 20 rotates.
  • the rotating shaft 21 extends in the longitudinal direction, which is the axial center C direction.
  • the rotating shaft 21 is, for example, a metal rod.
  • the rotating shaft 21 is fixed to the rotor 20. Specifically, the rotating shaft 21 is fixed to the core 22 in a state of penetrating the center of the core 22 of the rotor 20 so as to extend to both sides of the rotor 20.
  • the rotating shaft 21 is fixed to the core 22 by press-fitting or shrink-fitting into the central hole formed in the core 22.
  • the first portion 21a included in the rotating shaft 21 protrudes from one of the cores 22 and is supported by the first bearing 31.
  • the first portion 21a included in the rotating shaft 21 is a portion (output shaft) on the output side of the rotating shaft 21.
  • the first portion 21a of the rotating shaft 21 projects from the first bearing 31.
  • a load is attached to the first portion 21a, which is the tip end portion (end portion on the output side) of the rotating shaft 21 protruding from the first bearing 31.
  • the second portion 21b included in the rotating shaft 21 is supported by the second bearing 32.
  • the second portion 21b included in the rotating shaft 21 is a portion (anti-output shaft) on the counter-output side of the rotating shaft 21.
  • the first bearing 31 and the second bearing 32 are bearings that rotatably support the rotating shaft 21. In this way, the rotating shaft 21 is held by the first bearing 31 and the second bearing 32 in a rotatable state.
  • the first bearing 31 is fixed to the first bracket 61
  • the second bearing 32 is fixed to the second bracket 62.
  • the core 22 included in the rotor 20 is a rotating rotor core (rotor core).
  • the core 22 is an armature core around which the winding coil 23 is wound.
  • the core 22 is, for example, a laminated body in which a plurality of punched electrical steel sheets formed in a predetermined shape are laminated in a direction in which the axis C included in the rotating shaft 21 extends.
  • the core 22 is not limited to a laminated body of electrical steel sheets, but may be a bulk body made of a magnetic material. There is a minute air gap between the outer peripheral surface of the core 22 and the inner surface of each magnet 11 of the stator 10.
  • the core 22 has a plurality of teeth 22a.
  • the plurality of teeth 22a extend radially in the direction orthogonal to the axis C included in the rotation axis 21 (radial direction), that is, in the radial direction with the axis C as the center.
  • the plurality of teeth 22a exist at equal intervals along the rotation direction of the rotation shaft 21.
  • eight teeth 22a represented by T1 to T8 are provided on the core 22.
  • a slot 24, each of which is a first slot, is formed between two adjacent teeth 22a.
  • the number of slots included in the core 22 is an even number.
  • the core 22 is provided with eight teeth 22a. That is, since the core 22 has eight slots 24, the number of slots included in the core 22 is eight.
  • the winding coil 23 of the rotor 20 is wound around the core 22.
  • the winding coil 23 has a main coil 23a (main winding) wound around each of the plurality of teeth 22a.
  • the main coil 23a is wound around the teeth 22a a plurality of times.
  • the main coil 23a is centrally wound.
  • the main coil 23a is a concentrated winding coil wound around each tooth 22a via an insulator.
  • the main coil 23a wound around the teeth 22a is housed in the slot 24 included in the core 22.
  • the core 22 is provided with eight teeth 22a. Therefore, in FIG. 2, eight main coils 23a represented by W1 to W8 are arranged as coil units.
  • the winding coil 23 is electrically connected to the commutator 40. Specifically, the winding coil 23 is electrically connected to the commutator segment 41 included in the commutator 40. When a current flows through the winding coil 23 via the commutator 40, the rotor 20 generates a magnetic force acting on the stator 10.
  • the winding coil 23 includes a crossover wire 23b that connects and electrically connects the commutator segments 41 to each other.
  • the crossover wire 23b is integrally formed with the main coil 23a. That is, the crossover wire 23b and the main coil 23a are one continuous conductive wire without being cut in the middle.
  • the crossover wire 23b may be a portion of one conductive wire that connects two adjacent main coils 23a to each other, or may be a portion before the main coil 23a starts to be wound. , It may be a portion after the main coil 23a has been wound.
  • the crossover wire 23b and the main coil 23a may not be one continuous conductive wire, but may be a separate conductive wire connected by the commutator segment 41 or the like.
  • the commutator 40 is attached to the rotating shaft 21. Therefore, the commutator 40 rotates together with the rotor 20 by rotating the rotating shaft 21.
  • the commutator 40 is attached to the first portion 21a side including the rotating shaft 21.
  • the commutator 40 has a plurality of commutator segments 41.
  • the plurality of commutator segments 41 are arranged along the circumferential direction of the rotating shaft 21. Specifically, the plurality of commutator segments 41 are arranged in an annular shape at equal intervals so as to surround the rotation shaft 21. In this embodiment, the commutator 40 has 24 commutator segments 41.
  • Each of the plurality of commutator segments 41 is a commutator piece extended in the longitudinal direction of the rotating shaft 21. Each of the plurality of commutator segments 41 is attached along the outer peripheral surface of the rotating shaft 21. Each commutator segment 41 is a conductive terminal made of a metal material such as copper. Each commutator segment 41 is electrically connected to a winding coil 23 wound around the rotor 20.
  • the commutator 40 is a mold commutator.
  • the commutator 40 has a configuration in which a plurality of commutator segments 41 are resin-molded. In this case, the plurality of commutator segments 41 are embedded in the mold resin 42 so that the surface is exposed.
  • the plurality of commutator segments 41 are isolated from each other by insulation. However, the plurality of commutator segments 41 are electrically connected to each other by the winding coil 23. Specifically, one or both of the main coil 23a and the crossover wire 23b are connected to the hook 41a provided in each commutator segment 41. The plurality of commutator segments 41 are electrically connected by a main coil 23a and a crossover line 23b. The hook 41a is provided at the tip of the commutator segment 41, for example.
  • the brush 50 is in contact with the commutator 40. Specifically, the brush 50 is in sliding contact with the commutator segment 41 included in the commutator 40.
  • the brush 50 is a power supply brush (energizing brush) that supplies electric power to the winding coil 23 wound around the rotor 20.
  • the brush 50 is connected to an electric wire such as a pigtail wire through which a current supplied from a power source flows.
  • the brush 50 comes into contact with the commutator segment 41, the current (armature current) supplied to the brush 50 via the electric wire flows to the winding coil 23 of the rotor 20 via the commutator segment 41.
  • the brush 50 is a carbon brush made of carbon.
  • the brush 50 is a carbon brush containing a metal such as copper.
  • the brush 50 is formed in a square columnar shape.
  • the brush 50 is arranged so that the longitudinal direction in which the brush 50 moves is orthogonal to the rotation axis 21. In other words, the brush 50 moves in the radial direction.
  • the brush 50 is held by the brush holder.
  • the brush 50 is stored in a brush storage unit such as a brush box.
  • the brush 50 slides inside the brush accommodating portion.
  • a brush spring 51 such as a compression coil spring is arranged in the electric motor 1 in order to press the brush 50 against the commutator 40.
  • the brush spring 51 is in contact with the rear end portion of the brush 50, and applies pressure to the brush 50 by utilizing the elasticity of the spring.
  • the brush 50 is in a state where the commutator segment 41 of the commutator 40 is always in contact with the end surface located on the tip end side of the brush 50 under the pressing force from the brush spring 51.
  • the brush 50 pressed against the brush spring 51 moves toward the commutator 40 in the brush accommodating portion as the tip portion of the brush 50 wears.
  • a plurality of brushes 50 are arranged. Specifically, two brushes 50 are arranged. For example, a pair of brushes 50 are provided so as to sandwich the commutator 40. The pair of brushes 50 are arranged so as to face each other with the commutator 40 in between. Specifically, the pair of brushes 50 are arranged on the same plane in a positional relationship that is line-symmetrical with respect to the axis C included in the rotating shaft 21. The pair of brushes 50 are arranged at intervals of 180 degrees at a mechanical angle. The pair of brushes 50 are connected to a DC power supply. One of the pair of brushes 50 is a positive electrode side brush connected to the positive electrode side of the DC power supply, and the other of the pair of brushes 50 is a cathode side brush connected to the cathode side of the DC power supply.
  • the first bracket 61 holds the first bearing 31.
  • the first bracket 61 is a lid body.
  • the first bracket 61 covers the opening of the second bracket 62.
  • the first bracket 61 is formed into a predetermined shape by, for example, pressing a metal plate.
  • the first bracket 61 is provided with a through hole through which the rotating shaft 21 penetrates.
  • the second bracket 62 holds the second bearing 32.
  • the second bracket 62 is a housing (case) for accommodating the stator 10 and the rotor 20.
  • the second bracket 62 is a substantially bottomed cylindrical frame having an opening and a bottom.
  • the second bracket 62 is made of a metal material such as aluminum or an iron-based material. However, it may be composed of a resin material.
  • the second bracket 62 may be a part of the stator 10.
  • the first bracket 61 and the second bracket 62 constitute an outer housing of the electric motor 1.
  • the outer housing composed of the first bracket 61 and the second bracket 62 houses not only the stator 10 and the rotor 20, but also other parts constituting the electric motor 1 such as the commutator 40 and the brush 50. Has been done.
  • the current supplied to the brush 50 flows as an armature current (drive current) to the winding coil 23 wound around the rotor 20 via the commutator 40.
  • drive current armature current
  • magnetic flux is generated in the rotor 20.
  • the magnetic force generated by the interaction between the magnetic flux generated in the rotor 20 and the magnetic flux generated in the stator 10 becomes the torque for rotating the rotor 20.
  • the direction in which the current flows is switched depending on the positional relationship when the commutator segment 41 and the brush 50 are in contact with each other.
  • FIG. 3 is a winding development view of the winding coil 23 in the electric motor 1.
  • the winding coil 23 includes the main coil 23a wound around the teeth 22a and the crossover wire 23b connecting the commutator segments 41 to each other.
  • the crossover wire 23b not only connects the commutator segments 41 to each other, but also connects the main coils 23a to each other.
  • the crossover 23b includes a first crossover 23b1 and a second crossover 23b2 in which the directions of the energized currents are opposite to each other.
  • the number of magnetic poles of the stator 10 is 6, and the number of slots of the core 22 in the rotor 20 is 8. Therefore, in FIGS. 2 and 3, the case of 6 poles and 8 slots is illustrated.
  • the core 22 has eight teeth 22a represented by T1 to T8.
  • the commutator 40 has 24 commutator segments 41 represented by numbers 1 to 24 that are continuous along the rotation direction of the rotation shaft 21.
  • FIG. 3 illustrates a case where the brush 50 on the positive electrode side of the two brushes 50 is in contact with the commutator segment 41 of No. 5 and the commutator segment 41 of No. 6 in contact with each other.
  • the main coil 23a wound around the teeth 22a of T2 and T6 is short-circuited, no magnetic flux is generated, and the teeth 22a of T2 and T6 are non-polar.
  • the teeth 22a of T1, T4, and T7 have an north pole on the magnet 11 side due to the magnetic flux generated in the main coil 23a wound around these teeth 22a.
  • the magnet 11 side is the S pole due to the magnetic flux generated in the main coil 23a wound around the teeth 22a.
  • the main coil 23a is shown by a solid line
  • the first crossover line 23b1 is shown by a dotted line
  • the second crossover line 23b2 is shown by a alternate long and short dash line.
  • the direction of the arrow on each line indicates the direction in which the current flows.
  • the first crossover line 23b1 shown by the dotted line is electrically connected from the first commutator segment 411 to the second commutator segment 412 via the first slot 241.
  • the first crossover wire 23b1 is energized counterclockwise and generates a magnetic flux of the N pole component.
  • the second crossover line 23b2 represented by the alternate long and short dash line is electrically connected from the third commutator segment 413 to the fourth commutator segment 414 via the first slot 241.
  • the second crossover wire 23b2 is energized clockwise and generates a magnetic flux of the S pole component. That is, in the first slot 241 the first crossover wire 23b1 and the second crossover wire 23b2 are routed so that the counter electromotive forces received from the field of the stator 10 (magnet 11) are opposite to each other. ..
  • the first crossover wire 23b1 and the second crossover wire 23b2 are routed so as to cancel the counter electromotive force for each slot 24 of the core 22.
  • the first crossover wire 23b1 and the second crossover wire 23b2 are routed by the winding method shown in FIG. 3 and connected to each commutator segment 41.
  • the second crossover wire 23b2 of right-handed energization (denoted as “right” in the table of FIG. 3).
  • the first crossover line 23b1 (denoted as "left” in the table of FIG. 3) for left-handed energization exist one by one.
  • the counter electromotive force generated in the first crossover line 23b1 and the second crossover line 23b2 is canceled by the field of the magnet 11.
  • both the first crossover line 23b1 and the second crossover line 23b2 are on the first crossover line (one crossover line) 231 routed so as to straddle one tooth 22a. It has become.
  • FIG. 4A is a diagram for explaining a first straddle line 231 routed so as to straddle one tooth 22a.
  • FIG. 4B is a diagram for explaining a second straddle line 232 routed so as to straddle the two teeth 22a.
  • the first crossover line (one crossover line) 231 is, for example, as shown in FIG. 4A, the first crossover line 23b1 of the crossover line 23b drawn so as to straddle one tooth 22a. That is.
  • the crossover line 23b drawn so that the first crossover line 23b1 straddles the two teeth 22a is the second crossover line (two).
  • Crossover line) 232 is the crossover line (two).
  • the crossover line 23b drawn so that the second crossover 23b2 straddles the two teeth 22a is the second crossover (crossover between the two crossovers) 232.
  • FIG. 5 is a winding development view of the winding coil 23 in the electric motor of the comparative example.
  • the counter electromotive force generated in the main coil or the crossover wire included in the winding coil becomes non-uniform due to the field magnet.
  • the counter electromotive force generated in the main coil or the crossover by the field magnet becomes non-uniform.
  • the winding coil 23 (main coil 23a, first crossover wire 23b1, second crossover wire 23b2) is routed by the winding method shown in FIG.
  • the electric motor of the comparative example shown in FIG. 5 and the electric motor 1 of the present embodiment shown in FIG. 3 differ only in the winding method of the first crossover wire 23b1 and the second crossover wire 23b2, and the other configurations are the same. is there.
  • the crossover wire 23b of the winding coil 23 of the electric motor of the comparative example shown in FIG. 5 has a second crossover wire (two) drawn so as to straddle the two teeth 22a. There is a crossover line).
  • the counter electromotive force generated in the crossover wire 23b by the field magnet is non-uniform for each slot.
  • the several-order component of the commutator segment is lowered, the amplitude of the current ripple having a frequency due to the several-order component of the commutator segment is disturbed, and the detection accuracy of the rotation speed of the electric motor is lowered.
  • the present inventors have devised a winding method of the crossover wire 23b included in the winding coil 23, so that the counter electromotive force generated in the crossover wire 23b by the field magnet is generated. It was found that non-uniformity can be suppressed.
  • the counter electromotive force received from the stator 10 among the plurality of crossover lines 23b connecting the commutator segments 41 to each other.
  • the first crossover line 23b1 and the second crossover line 23b2, which are opposite in direction to each other, are routed so that the counter electromotive force is canceled for each slot 24 of the core 22. That is, the first crossover line 23b1 is electrically connected from the first commutator segment 411 to the second commutator segment 412 via the first slot 241.
  • the second crossover 23b2 is electrically connected from the third commutator segment 413 to the fourth commutator segment 414 via the first slot 241.
  • the first crossover line 23b1 and the second crossover line 23b2 are routed so that the directions of the counter electromotive force received from the stator 10 are opposite to each other and the counter electromotive force is canceled.
  • the counter electromotive force generated in the crossover 23b by the field magnet becomes uniform for each slot 24, so that it is possible to suppress the disturbance of the amplitude of the current ripple having a frequency due to the several-order component of the commutator segment.
  • the electric motor 1 of the present embodiment has a commutator 10 having a plurality of magnetic poles, a rotating shaft 21 extending in the axial direction, and a radial axis perpendicular to the axial center.
  • a core 22 attached to a rotating shaft 21 including a plurality of teeth 22a extending to the plurality of teeth 22a and a plurality of slots 24 including a first slot 241 located between adjacent teeths 22a among the plurality of teeth 22a.
  • the commutator 20 having the winding coil 23 wound around the core 22 and the first commutator segment 411, the first commutator segment 411, which is attached to the rotating shaft 21 and extends in the circumferential direction about the axis.
  • the winding coil 23 is electrically connected to the main coil 23a wound around each of the plurality of teeth 22a and from the first commutator segment 411 to the second commutator segment 412 via the first slot 241. It includes a first crossover 23b1 that is connected and a second crossover 23b2 that is electrically connected from the third commutator segment 413 to the fourth commutator segment 414 via a first slot 241.
  • the number of the plurality of magnetic poles having the stator 10 is a multiple of 6.
  • the number of a plurality of slots that the rotor 20 has is an even number.
  • the first crossover line 23b1 and the second crossover line 23b2 are routed so that the directions of the counter electromotive force received from the stator 10 are opposite to each other and the counter electromotive force is canceled.
  • each of the first crossover line 23b1 and the second crossover line 23b2 includes only the first crossover line (crossover line over one crossover) routed so as to straddle one tooth 22a. It was, but it is not limited to this.
  • FIG. 6 is a winding development view of the winding coil in the electric motor according to the first modification.
  • each of the first crossover line 23b1 and the second crossover line 23b2 has a first crossover line (one crossover crossover) routed so as to straddle one tooth 22a.
  • a second straddle line (a crossover line straddling two crossovers) may be included, which is routed so as to straddle the two teeth 22a.
  • the counter electromotive force generated in the first crossover line 23b1 and the second crossover line 23b2 of the first winding and the counter electromotive force generated in the first crossover line 23b1 and the second crossover line 23b2 of the second winding are generated.
  • the crossover line 23b is routed so that the electric power cancels each other at each slot 24.
  • the first winding coil 23 and the second winding coil 23 form a parallel circuit.
  • the first winding main coil 23a and the second winding main coil 23a form a parallel circuit.
  • the first crossover wire 23b1 of the first winding and the first crossover wire 23b1 of the second winding form a parallel circuit
  • the second crossover wire 23b2 of the first winding and the second crossover wire of the second winding 23b2 is a parallel circuit.
  • FIG. 7 is a winding development view of the winding coil in the electric motor according to the second modification.
  • the winding coil 23 is routed around a plurality of teeth 22a in two turns, as shown in FIG. 7, each of the first crossover wire 23b1 and the second crossover wire 23b2 is routed so as to straddle one tooth 22a. Only the first crossover line (one crossover line) may be included.
  • the counter electromotive force generated in the first crossover line 23b1 and the second crossover line 23b2 of the first winding and the counter electromotive force generated in the first crossover line 23b1 and the second crossover line 23b2 of the second winding are the counter electromotive forces generated in each slot 24.
  • the crossover line 23b may be routed so as to cancel each other out.
  • each of the first crossover line 23b1 and the second crossover line 23b2 is drawn around the plurality of teeth 22a with only two turns, but the present invention is not limited to this.
  • each of the first crossover line 23b1 and the second crossover line 23b2 may have a plurality of teeth 22a routed in two or more turns.
  • FIG. 8 is a winding development view of the winding coil in the electric motor according to the third modification.
  • FIG. 9 is a winding development view of the winding coil in the electric motor according to the modified example 4.
  • an electric motor having 6 poles and 10 slots may be used.
  • it may be a 6-pole 16-slot electric motor.
  • the first crossover 23b1 and the second crossover 23b2 are routed so as to cancel the counter electromotive force received from the magnet 11 for each slot 24 included in the core 22. There is.
  • the magnetic poles of the stator 10 are not limited to 6 poles, but at least the number of magnetic poles of the stator 10 should be a multiple of 6.
  • the number of slots of the core 22 included in the rotor 20 may be an even number.
  • the stator 10 is composed of a magnet 11, but the stator 10 is not limited to this.
  • the stator 10 may be composed of a stator core and a winding coil wound around the stator core.
  • the brush 50 has been described by way of exemplifying a pair of brushes 50, but the brush 50 is not limited thereto.
  • the above-mentioned effect can be obtained even in a configuration using two or more pairs of brushes.
  • FIG. 10 is an electric device 70 including the electric motor 1 according to the embodiment. That is, the electric motor 1 in the above embodiment can be used not only for electrical equipment mounted on an automobile but also for various electric equipment.
  • the electric motor 1 may be used for home electric appliances such as an electric blower mounted on a vacuum cleaner or an air towel or the like. It may be used for power tools and the like.
  • This disclosure can be used for various products equipped with electric motors, including automobiles.

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Abstract

電動機は、複数の磁極を有する固定子と、回転軸と第１のスロットを含む複数のスロットを含むコアとコアに巻回された巻線コイルとを有する回転子と、複数の整流子セグメントを有する整流子とを備え、巻線コイルは、複数のティースの各々に巻回された主コイルと、第１渡り線および第２渡り線とを含み、固定子の複数の磁極の数は６の倍数であり、回転子の複数のスロットの数は偶数であり、第１のスロットにおいて、第１渡り線および第２渡り線は、固定子から受ける逆起電力の方向が互いに逆であり、逆起電力が打ち消されるように引き回される。

Description

電動機および電気機器
　本開示は、電動機および電気機器に関する。
　電動機は、電気掃除機等の家庭用電気機器分野をはじめとして、自動車等の電装分野にも広く用いられている。例えば、自動車では、ＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）またはエアサスペンション等に電動機が用いられている。電動機としては、ブラシを用いる整流子電動機、および、ブラシを用いないブラシレス電動機が知られている。
　整流子電動機は、例えば、固定子と、回転子と、回転子が有する回転軸に取り付けられた整流子と、整流子に摺接するブラシとを備える。整流子は、回転軸が含む軸心を中心とする周方向において等間隔に設けられた複数の整流子セグメントを有する。
　従来、電動機の回転速度を制御するために、起動時の誘起電圧から電動機の回転数を推測する方法が知られている。しかしながら、この方法では、推測する回転数のばらつきが大きく、電動機の回転数を精度良く検知することが難しい。
　そこで、回転速度の制御性をより一層高めるために、電流リプルを有する電流波形から電動機の回転数を検知する技術が提案されている。電流リプルは、整流子セグメントの数次成分に起因した周波数を持っている（例えば特許文献１を参照）。
　しかしながら、従来の整流子電動機では、整流子セグメントの数次成分に起因した電流リプルが不均一であるので、電動機の回転数を精度よく検知することが難しい。
特許第５０２６９４９号公報
　本開示は、このような課題を解決するためになされたものである。本開示は、電動機の回転数の検知精度を向上させることができる電動機およびこれを備えた電気機器を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本開示に係る電動機の一態様は、複数の磁極を有する固定子と、軸心方向に延伸する回転軸と、軸心と直交する径方向において、軸心を中心として放射状に延在する複数のティースと、複数のティースのうち隣り合うティース間の各々に位置する、第１のスロットを含む複数のスロットとを含み、回転軸に取り付けられるコアと、コアに巻回された巻線コイルとを有する回転子と、回転軸に取り付けられるとともに、軸心を中心とする周方向に亘って、第１の整流子セグメント、第２の整流子セグメント、第３の整流子セグメントおよび第４の整流子セグメントを含む複数の整流子セグメントを有する整流子と、を備える。巻線コイルは、複数のティースの各々に巻回された主コイルと、第１の整流子セグメントから第２の整流子セグメントへと第１のスロットを介して電気的に接続された第１渡り線と、第３の整流子セグメントから第４の整流子セグメントへと第１のスロットを介して電気的に接続された第２渡り線とを含む。固定子が有する複数の磁極の数は６の倍数である。回転子が有する複数のスロットの数は偶数である。第１のスロットにおいて、第１渡り線および第２渡り線は、固定子から受ける逆起電力の方向が互いに逆であり、逆起電力が打ち消されるように引き回される。
　また、本開示に係る電気機器の一態様は、上記の電動機を備える。
　本開示によれば、電動機の回転数の検知精度を向上させることができる。
図１は、実施の形態に係る電動機の半断面図である。 図２は、実施の形態に係る電動機のブラケットを外した状態を示す上面図である。 図３は、実施の形態に係る電動機における巻線コイルの巻線展開図である。 図４Ａは、１つのティースを跨ぐように引き回された第１跨ぎ線を説明するための図である。 図４Ｂは、２つのティースを跨ぐように引き回された第２跨ぎ線を説明するための図である。 図５は、比較例の電動機における巻線コイルの巻線展開図である。 図６は、変形例１に係る電動機における巻線コイルの巻線展開図である。 図７は、変形例２に係る電動機における巻線コイルの巻線展開図である。 図８は、変形例３に係る電動機における巻線コイルの巻線展開図である。 図９は、変形例４に係る電動機における巻線コイルの巻線展開図である。 図１０は、実施の形態に係る電動機を備える電気機器である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。
　（実施の形態）
　まず、実施の形態に係る電動機１の全体の構成について、図１および図２を用いて説明する。図１は、実施の形態に係る電動機１の半断面図である。図２は、同電動機１のブラケットを外した状態を示す上面図である。
　電動機１は、整流子電動機である。電動機１は、図１および図２に示すように、固定子１０と、回転子２０と、第１軸受け３１および第２軸受け３２と、整流子４０と、ブラシ５０と、第１ブラケット６１と、第２ブラケット６２とを備える。
　本実施の形態における電動機１は、直流により駆動する直流電動機（ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ）モータ）である。電動機１は、固定子１０として磁石１１が用いられている。電動機１は、回転子２０として巻線コイル２３を有する電機子が用いられている。電動機１は、例えば自動車のＥＳＣまたはエアサスペンション等に用いられる。
　以下、電動機１の各構成部材について詳細に説明する。
　固定子１０（ステータ）は、回転子２０に作用する磁力を発生する。固定子１０は、電機子である回転子２０とともに磁気回路を構成している。固定子１０は、複数の磁極を有する。具体的には、固定子１０は、エアギャップを介して、回転子２０の外周面に沿ってＮ極とＳ極とが交互に存在するように構成されている。固定子１０は、トルクを発生するための磁束を作る界磁である。固定子１０は、例えば複数の磁石１１（マグネット）からなる界磁石によって構成されている。各磁石１１は、例えばＳ極およびＮ極を有する永久磁石である。
　固定子１０を構成する複数の磁石１１は、周方向においてＮ極とＳ極とが交互に均等に存在するように配置されている。したがって、固定子１０（磁石１１）が発生する主磁束の向きは、回転軸２１が含む軸心Ｃが延伸する方向と直交する方向である。複数の磁石１１は、回転子２０を囲むようにして周方向において等間隔で配置されており、回転子２０が有するコア２２の径方向において、外周側に位置している。具体的には、Ｎ極およびＳ極が着磁された複数の磁石１１は、Ｎ極の磁極中心とＳ極の磁極中心とが周方向において等間隔となるように配置されている。
　複数の磁石１１は、固定子１０の磁極数が６の倍数となるように構成されている。本実施の形態において、固定子１０の磁極数は６であり、３つの磁石１１が配置されている。一例として、各磁石１１は、上面視において厚さが実質的に一定の円弧形状であり、第２ブラケット６２に固定されている。具体的には、複数の磁石１１の相互間には固定バネ６３が配置されている。各磁石１１は、第２ブラケット６２の内周面に接着固定されている。３個の磁石１１は、１個当たりＮ極およびＳ極の一対の界磁極に着磁されている。したがって、３個の磁石１１は、全周では界磁極数が６で着磁されている。
　回転子２０（ロータ）は、固定子１０に作用する磁力を発生する。回転子２０が発生する主磁束の向きは、回転軸２１が含む軸心Ｃが延伸する方向と直交する方向である。回転子２０は、固定子１０の磁力によって回転軸２１を回転中心として回転する。より具体的には、回転子２０は、回転軸２１が含む軸心Ｃを回転中心として回転する。
　回転子２０は、インナーロータであり、固定子１０の内側に配置されている。具体的には、回転子２０は、固定子１０を構成する複数の磁石１１に囲まれている。回転子２０は、固定子１０との間にエアギャップを介して配置されている。具体的には、回転子２０の外周面と各磁石１１の内面との間には微小なエアギャップが存在する。
　回転子２０は、回転軸２１を有する。本実施の形態における回転子２０は、電機子であり、さらに、コア２２と巻線コイル２３とを有する。
　回転軸２１は、回転子２０が回転する際の中心となるシャフトである。回転軸２１は、軸心Ｃ方向である長手方向に延伸している。回転軸２１は、例えば金属棒である。回転軸２１は、回転子２０に固定されている。具体的には、回転軸２１は、回転子２０の両側に延在するように回転子２０が有するコア２２の中心を貫いた状態で、コア２２に固定されている。回転軸２１は、コア２２に形成された中心孔に圧入したり、焼き嵌めしたりすることでコア２２に固定されている。
　回転軸２１が含む第１部位２１ａは、コア２２の一方から突出しており、第１軸受け３１に支持されている。回転軸２１が含む第１部位２１ａは、回転軸２１の出力側の部位（出力軸）である。具体的には、回転軸２１の第１部位２１ａは、第１軸受け３１から突出している。第１軸受け３１から突出した回転軸２１の先端部（出力側の端部）である第１部位２１ａには、例えば負荷が取り付けられる。
　回転軸２１が含む第２部位２１ｂは、第２軸受け３２に支持されている。回転軸２１が含む第２部位２１ｂは、回転軸２１の反出力側の部位（反出力軸）である。
　一例として、第１軸受け３１および第２軸受け３２は、回転軸２１を回転自在に支持するベアリングである。このように、回転軸２１は、回転自在な状態で第１軸受け３１と第２軸受け３２とに保持されている。なお、第１軸受け３１は、第１ブラケット６１に固定されており、第２軸受け３２は、第２ブラケット６２に固定されている。
　回転子２０が含むコア２２は、回転するロータコア（回転子鉄心）である。コア２２は、巻線コイル２３が巻回される電機子コアである。コア２２は、例えば、所定形状に形成された複数の打ち抜き電磁鋼板が、回転軸２１が含む軸心Ｃが延伸する方向に積層された積層体である。なお、コア２２は、電磁鋼板の積層体に限るものではなく、磁性材料によって構成されたバルク体であってもよい。コア２２の外周面と固定子１０の各磁石１１の内面との間には微小なエアギャップが存在する。
　コア２２は、複数のティース２２ａを有する。複数のティース２２ａは、回転軸２１が含む軸心Ｃと直交する方向（ラジアル方向）、すなわち、径方向に軸心Ｃを中心とする放射状に延在している。複数のティース２２ａは、回転軸２１の回転方向に亘って等間隔に存在している。本実施の形態では、図２に示すように、Ｔ１～Ｔ８で示される８個のティース２２ａがコア２２に設けられている。隣り合う２つのティース２２ａの間には、各々が第１のスロットであるスロット２４が形成されている。回転子２０において、コア２２が含むスロット数は、偶数である。本実施の形態では、コア２２には、８個のティース２２ａが設けられている。つまり、コア２２は８個のスロット２４を有するので、コア２２が含むスロット数は８である。
　回転子２０が有する巻線コイル２３は、コア２２に巻回されている。巻線コイル２３は、複数のティース２２ａの各々に巻回された主コイル２３ａ（本巻線）を有する。主コイル２３ａは、ティース２２ａに複数回巻回されている。主コイル２３ａは、集中巻きである。具体的には、主コイル２３ａは、インシュレータを介して各ティース２２ａに集中巻きで巻回された集中巻コイルである。ティース２２ａに巻回される主コイル２３ａは、コア２２が含むスロット２４に収納されている。本実施の形態では、コア２２に８個のティース２２ａが設けられている。よって、図２中、Ｗ１～Ｗ８で示される８個の主コイル２３ａが、コイルユニットとして配置されている。
　巻線コイル２３は、整流子４０と電気的に接続されている。具体的には、巻線コイル２３は、整流子４０が有する整流子セグメント４１と電気的に接続される。整流子４０を介して巻線コイル２３に電流が流れることで、回転子２０は、固定子１０に作用させる磁力を発生させる。
　巻線コイル２３は、主コイル２３ａ以外に、整流子セグメント４１の相互間を結線して電気的に接続する渡り線２３ｂを含む。渡り線２３ｂは、主コイル２３ａと一体に構成されている。つまり、渡り線２３ｂと主コイル２３ａとは、途中で切断されることなく連続する１本の導電線となっている。この場合、渡り線２３ｂは、１本の導電線のうち、隣り合う２つの主コイル２３ａ同士を接続する部分であってもよいし、主コイル２３ａを巻き始める前の部分であってもよいし、主コイル２３ａを巻き終わった後の部分であってもよい。なお、渡り線２３ｂと主コイル２３ａとは連続する１本の導電線ではなく、整流子セグメント４１等において連結された別体の導電線であってもよい。
　整流子４０は、回転軸２１に取り付けられている。したがって、整流子４０は、回転軸２１が回転することで回転子２０とともに回転する。整流子４０は、回転軸２１が含む第１部位２１ａ側に取り付けられている。
　整流子４０は、複数の整流子セグメント４１を有する。複数の整流子セグメント４１は、回転軸２１の周方向に亘って配置されている。具体的には、複数の整流子セグメント４１は、回転軸２１を囲むように円環状に等間隔で配列されている。本実施の形態において、整流子４０は、２４個の整流子セグメント４１を有する。
　複数の整流子セグメント４１の各々は、回転軸２１の長手方向に延伸した整流子片である。複数の整流子セグメント４１の各々は、回転軸２１の外周面に沿って取り付けられる。各整流子セグメント４１は、例えば銅等の金属材料によって構成された導電端子である。各整流子セグメント４１は、回転子２０に巻き回された巻線コイル２３と電気的に接続されている。一例として、整流子４０は、モールド整流子である。整流子４０は、複数の整流子セグメント４１が樹脂モールドされた構成になっている。この場合、複数の整流子セグメント４１は、表面が露出するようにモールド樹脂４２に埋め込まれている。
　複数の整流子セグメント４１は、互いに絶縁分離されている。しかし、複数の整流子セグメント４１同士は、巻線コイル２３によって電気的に接続されている。具体的には、各整流子セグメント４１に設けられたフック４１ａに、主コイル２３ａおよび渡り線２３ｂの一方または両方が結線されている。複数の整流子セグメント４１は、主コイル２３ａおよび渡り線２３ｂによって電気的に接続されている。フック４１ａは、例えば、整流子セグメント４１の先端に設けられている。
　整流子４０には、ブラシ５０が接している。具体的には、ブラシ５０は、整流子４０が有する整流子セグメント４１に摺接する。ブラシ５０は、回転子２０に巻き回された巻線コイル２３に電力を供給する給電ブラシ（通電ブラシ）である。具体的には、ブラシ５０には、電源から供給される電流が流れるピグテール線等の電線が接続されている。ブラシ５０が整流子セグメント４１に接することで、電線を介してブラシ５０に供給される電流（電機子電流）が、整流子セグメント４１を介して回転子２０の巻線コイル２３に流れる。一例として、ブラシ５０は、カーボンによって構成されたカーボンブラシである。具体的には、ブラシ５０は、銅等の金属を含むカーボンブラシである。ブラシ５０は、四角柱状に形成されている。ブラシ５０は、ブラシ５０が移動する長手方向が回転軸２１と直交する方向となるように配置される。言い換えれば、ブラシ５０は、径方向に移動する。
　ブラシ５０は、ブラシホルダによって保持されている。例えば、ブラシ５０は、ブラシ箱等のブラシ収納部に収納されている。この場合、ブラシ５０は、ブラシ収納部の内部を摺動する。電動機１には、ブラシ５０を整流子４０に押し当てるために圧縮コイルバネ等のブラシバネ５１が配置されている。ブラシバネ５１は、ブラシ５０の後端部に接しており、バネ弾性を利用してブラシ５０に押圧を付与する。ブラシ５０は、ブラシバネ５１からの押圧力を受けて、常にブラシ５０の先端側に位置する端面に整流子４０が有する整流子セグメント４１が接触する状態となっている。ブラシバネ５１に押し付けられたブラシ５０は、ブラシ５０の先端部分が摩耗するにつれて、ブラシ収納部内を整流子４０に向かって移動する。
　ブラシ５０は、複数配置されている。具体的には、ブラシ５０は、２つ配置されている。例えば、ブラシ５０は、整流子４０を挟むように一対設けられている。一対のブラシ５０は、整流子４０を間にして対向して配置されている。具体的には、一対のブラシ５０は、同一平面上において、回転軸２１が含む軸心Ｃを中心に線対称となる位置関係で配置されている。一対のブラシ５０は、機械角で１８０度間隔に配置されている。一対のブラシ５０は、直流電源に接続されている。一対のブラシ５０の一方は、直流電源の正極側に接続された正極側ブラシであり、一対のブラシ５０の他方は、直流電源の陰極側に接続された陰極側ブラシである。
　第１ブラケット６１は、第１軸受け３１を保持している。第１ブラケット６１は、蓋体である。第１ブラケット６１は、第２ブラケット６２の開口部を覆っている。第１ブラケット６１は、例えば、金属板をプレス加工することによって所定形状に形成されている。なお、第１ブラケット６１には、回転軸２１が貫通する貫通孔が設けられている。
　第２ブラケット６２は、第２軸受け３２を保持している。第２ブラケット６２は、固定子１０および回転子２０を収納する筐体（ケース）である。具体的には、第２ブラケット６２は、開口部および底部を有する実質的に有底円筒状のフレームである。一例として、第２ブラケット６２は、アルミニウムまたは鉄系材料等の金属材料によって構成されている。しかし、樹脂材料によって構成されていてもよい。なお、第２ブラケット６２は、固定子１０の一部であってもよい。
　第１ブラケット６１および第２ブラケット６２は、電動機１の外郭筐体を構成している。なお、第１ブラケット６１および第２ブラケット６２で構成される外郭筐体には、固定子１０および回転子２０だけではなく、整流子４０およびブラシ５０等の電動機１を構成するその他の部品も収納されている。
　以上のように構成される電動機１では、ブラシ５０に供給される電流が電機子電流（駆動電流）として整流子４０を介して回転子２０に巻き回された巻線コイル２３に流れる。これにより、回転子２０に磁束が発生する。回転子２０に生じた磁束と固定子１０から生じる磁束との相互作用によって生成された磁気力が回転子２０を回転させるトルクとなる。このとき、整流子セグメント４１とブラシ５０とが接する際の位置関係によって電流が流れる方向が切り替えられる。このように、電流が流れる方向が切り替えられることで、固定子１０と回転子２０との間に発生する磁力の反発力と吸引力とで一定方向の回転力が生成され、回転子２０が回転軸２１を中心として回転する。
　次に、本実施の形態に係る電動機１の巻線コイル２３の巻き方の具体例について、図２を参照しつつ、図３を用いて説明する。図３は、同電動機１における巻線コイル２３の巻線展開図である。
　上述のとおり、巻線コイル２３は、ティース２２ａに巻回された主コイル２３ａと、整流子セグメント４１の相互間を結線する渡り線２３ｂとを含んでいる。渡り線２３ｂは、整流子セグメント４１の相互間を結線するだけではなく、主コイル２３ａの相互間も結線している。図２および図３に示すように、渡り線２３ｂは、通電される電流の方向が互いに逆方向となる第１渡り線２３ｂ１と第２渡り線２３ｂ２とを含んでいる。
　また、本実施の形態において、固定子１０の磁極数は６であり、回転子２０におけるコア２２のスロット数は８である。したがって、図２および図３では、６極８スロットの場合が例示されている。具体的には、コア２２は、Ｔ１～Ｔ８で示される８個のティース２２ａを有している。整流子４０は、図３に示すように、回転軸２１の回転方向に沿って連続する１番から２４番の番号で示される２４個の整流子セグメント４１を有している。
　図３では、２つのブラシ５０のうちの正極側のブラシ５０が５番の整流子セグメント４１と６番の整流子セグメント４１とに跨って接している場合を例示している。２つのブラシ５０のうちの負極側のブラシ５０が１７番の整流子セグメント４１と１８番の整流子セグメント４１とに跨って接している場合を例示している。
　この場合、Ｔ２とＴ６のティース２２ａに巻回された主コイル２３ａは、短絡しているので、磁束を発生せず、Ｔ２とＴ６のティース２２ａは無極になっている。Ｔ１、Ｔ４、Ｔ７のティース２２ａは、これらのティース２２ａに巻回された主コイル２３ａに生じる磁束によって磁石１１側がＮ極になっている。一方、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ８のティース２２ａは、これらのティース２２ａに巻回された主コイル２３ａに生じる磁束によって磁石１１側がＳ極になっている。
　図３において、主コイル２３ａは、実線で示されており、第１渡り線２３ｂ１は、点線で示されており、第２渡り線２３ｂ２は、一点鎖線で示されている。各線の矢印の向きは、電流が流れる向きを示している。図３において、点線で示される第１渡り線２３ｂ１は、第１の整流子セグメント４１１から第２の整流子セグメント４１２へと第１のスロット２４１を介して電気的に接続している。第１渡り線２３ｂ１は、左周り通電であり、Ｎ極成分の磁束を発生させる。一方、一点鎖線で示される第２渡り線２３ｂ２は、第３の整流子セグメント４１３から第４の整流子セグメント４１４へと第１のスロット２４１を介して電気的に接続している。第２渡り線２３ｂ２は、右周り通電であり、Ｓ極成分の磁束を発生させる。つまり、第１のスロット２４１において、第１渡り線２３ｂ１と第２渡り線２３ｂ２とは、固定子１０（磁石１１）の界磁から受ける逆起電力が互いに逆となるように引き回されている。
　本実施の形態における電動機１では、第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２は、コア２２のスロット２４ごとに当該逆起電力が打ち消されるよう引き回されている。本実施の形態において、第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２は、図３に示される巻き方で引き回されて各整流子セグメント４１に接続されている。
　具体的には、図３の下段の表に示すように、Ｔ１のティース２２ａに対応する１番目のスロットでは、右周り通電の第２渡り線２３ｂ２（図３の表で「右」と記載）と左周り通電の第１渡り線２３ｂ１（図３の表で「左」と記載）とが１つずつ存在している。これにより、Ｔ１のティース２２ａに対応するスロット２４では、磁石１１の界磁によって第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２に生じる逆起電力が打ち消される。
　同様に、Ｔ２～Ｔ８の各ティース２２ａに対応するスロットにおいても、右周り通電の第２渡り線２３ｂ２（図３の表で「右」記載）と左周り通電の第１渡り線２３ｂ１（図３の表で「左」と記載）が１つずつ存在している。これにより、Ｔ２～Ｔ８の各ティース２２ａに対応するスロット２４でも、磁石１１の界磁によって第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２に生じる逆起電力が打ち消されることになる。
　なお、本実施の形態において、第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２は、いずれも、１つのティース２２ａを跨ぐように引き回された第１跨ぎ線（１つ跨ぎの渡り線）２３１になっている。
　図４Ａは、１つのティース２２ａを跨ぐように引き回された第１跨ぎ線２３１を説明するための図である。図４Ｂは、２つのティース２２ａを跨ぐように引き回された第２跨ぎ線２３２を説明するための図である。ここで、第１跨ぎ線（１つ跨ぎの渡り線）２３１とは、例えば、図４Ａに示すように、第１渡り線２３ｂ１が１つのティース２２ａを跨ぐように引き回された渡り線２３ｂのことである。一方、本実施の形態では用いられていないが、図４Ｂに示すように、第１渡り線２３ｂ１が２つのティース２２ａを跨ぐように引き回された渡り線２３ｂは、第２跨ぎ線（２つ跨ぎの渡り線）２３２である。なお、第２渡り線２３ｂ２についても、同様であり、第２渡り線２３ｂ２が１つのティース２２ａを跨ぐように引き回された渡り線２３ｂは、第１跨ぎ線（１つ跨ぎの渡り線）２３１であり、第２渡り線２３ｂ２が２つのティース２２ａを跨ぐように引き回された渡り線２３ｂは、第２跨ぎ線（２つ跨ぎの渡り線）２３２である。
　次に、本実施の形態に係る電動機１の作用効果について、図５を用いて、本開示に至った経緯も含めて説明する。図５は、比較例の電動機における巻線コイル２３の巻線展開図である。
　従来、電動機では、回転数を検知することによって回転速度を制御する技術が知られている。近年、回転速度の制御性をより一層高めるために、整流子セグメントの数に応じた整流子セグメントの数次成分に起因した周波数を持つ電流リプルを有する電流波形から電動機の回転数を検知する技術が検討されている。
　しかしながら、従来の電動機における巻線コイルの巻き方では、界磁石によって巻線コイルが含む主コイルまたは渡り線に生じる逆起電力が不均一になる。特に、低電流での使用範囲において、界磁石によって主コイルまたは渡り線に生じる逆起電力が不均一になる。
　具体的には、比較例の電動機では、巻線コイル２３（主コイル２３ａ、第１渡り線２３ｂ１、第２渡り線２３ｂ２）は、図５に示される巻き方で引き回されている。図５に示される比較例の電動機と図３に示される本実施の形態における電動機１とでは、第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２の巻き方のみが異なり、それ以外の構成は同じである。なお、図５に示す比較例の電動機が有する巻線コイル２３の渡り線２３ｂには、図４Ｂに示されるように、２つのティース２２ａを跨ぐように引き回された第２跨ぎ線（２つ跨ぎの渡り線）が存在している。
　ここで、図５に示される従来の比較例となる電動機が有する巻線コイル２３の巻き方では、図５中、下段の表に示すように、Ｔ１のティース２２ａに対応する１番目のスロットでは、右周り通電の２つの第２渡り線２３ｂ２（図５の表で「右」と記載）と左周り通電の１つの第１渡り線２３ｂ１（図５の表で「左」と記載）とが存在している。つまり、第２渡り線２３ｂ２と第１渡り線２３ｂ１とがアンバランスで存在している。この結果、Ｔ１のティース２２ａに対応するスロットにおいて、磁石１１の界磁によって第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２に生じる逆起電力は、２つ存在する第２渡り線２３ｂ２の方が支配的となる。つまり、Ｔ１のティース２２ａに対応するスロットでは、磁石１１の界磁によって渡り線２３ｂに生じる逆起電力が不均一になっている。
　同様に、Ｔ２～Ｔ８のティース２２ａに対応する各スロットにおいても、右周り通電の第２渡り線２３ｂ２（図５の表で「右」と記載）と左周り通電の第１渡り線２３ｂ１（図５の表で「左」と記載）とがアンバランスで存在している。この結果、Ｔ２～Ｔ８の各ティース２２ａに対応するスロットでも、磁石１１の界磁によって渡り線２３ｂに生じる逆起電力が不均一になっている。
　このように、図５に示される巻線コイル２３の巻き方では、界磁石によって渡り線２３ｂに生じる逆起電力がスロットごとで不均一になっている。この結果、整流子セグメントの数次成分が低下し、整流子セグメントの数次成分に起因した周波数を持つ電流リプルの振幅が乱れ、電動機の回転数の検知精度が低下する。
　そこで、本発明者らは、この課題を解決するために鋭意検討した結果、巻線コイル２３が含む渡り線２３ｂの巻き方を工夫することで、界磁石によって渡り線２３ｂに生じる逆起電力が不均一になることを抑制できることを見出した。
　具体的には、本実施の形態における電動機１では、図３に示すように、整流子セグメント４１の相互間を結線する複数の渡り線２３ｂのうち固定子１０（磁石１１）から受ける逆起電力方向が互いに逆である第１渡り線２３ｂ１と第２渡り線２３ｂ２とを、コア２２のスロット２４ごとにその逆起電力が打ち消されるように引き回している。つまり、第１渡り線２３ｂ１は、第１の整流子セグメント４１１から第２の整流子セグメント４１２へと第１のスロット２４１を介して電気的に接続している。同様に、第２渡り線２３ｂ２は、第３の整流子セグメント４１３から第４の整流子セグメント４１４へと第１のスロット２４１を介して電気的に接続している。第１のスロット２４１において、第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２は、固定子１０から受ける逆起電力の方向が互いに逆になり、逆起電力が打ち消されるように引き回されている。
　これにより、界磁石によって渡り線２３ｂに生じる逆起電力がスロット２４ごとで均一になるので、整流子セグメントの数次成分に起因した周波数を持つ電流リプルの振幅が乱れることを抑制できる。この結果、安定した整流子セグメントの数次成分を有する電流波形を得ることができるので、電動機の回転数の検知精度を向上させることができる。
　以上のように、本実施の形態の電動機１は、複数の磁極を有する固定子１０と、軸心方向に延伸する回転軸２１と、軸心と直交する径方向において、軸心を中心として放射状に延在する複数のティース２２ａと、複数のティース２２ａのうち隣り合うティース２２ａ間の各々に位置する、第１のスロット２４１を含む複数のスロット２４とを含み、回転軸２１に取り付けられるコア２２と、コア２２に巻回された巻線コイル２３とを有する回転子２０と、回転軸２１に取り付けられるとともに、軸心を中心とする周方向に亘って、第１の整流子セグメント４１１、第２の整流子セグメント４１２、第３の整流子セグメント４１３および第４の整流子セグメント４１４を含む複数の整流子セグメント４１を有する整流子４０と、を備える。巻線コイル２３は、複数のティース２２ａの各々に巻回された主コイル２３ａと、第１の整流子セグメント４１１から第２の整流子セグメント４１２へと第１のスロット２４１を介して電気的に接続された第１渡り線２３ｂ１と、第３の整流子セグメント４１３から第４の整流子セグメント４１４へと第１のスロット２４１を介して電気的に接続された第２渡り線２３ｂ２とを含む。固定子１０有する複数の磁極の数は６の倍数である。回転子２０が有する複数のスロットの数は偶数である。第１のスロット２４１において、第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２は、固定子１０から受ける逆起電力の方向が互いに逆であり、逆起電力が打ち消されるように引き回される。
　これにより、電動機１の回転数の検知精度を向上させることができる。
　なお、図３では、第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２の各々には、１つのティース２２ａを跨ぐように引き回された第１跨ぎ線（１つ跨ぎの渡り線）のみが含まれていたが、これに限らない。
　図６は、変形例１に係る電動機における巻線コイルの巻線展開図である。例えば、図６に示すように、第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２の各々には、１つのティース２２ａを跨ぐように引き回された第１跨ぎ線（１つ跨ぎの渡り線）と、２つのティース２２ａを跨ぐように引き回された第２跨ぎ線（２つ跨ぎの渡り線）とが含まれていてもよい。
　この場合、例えば、巻線コイル２３を複数のティース２２ａに１巻きで引き回すのではなく２巻きで引き回すことで、界磁石によって渡り線２３ｂに生じる逆起電力をスロット２４ごとで打ち消して均一にすることができる。例えば、第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２を図６に示される巻き方で引き回すことで、界磁石によって第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２に生じる逆起電力をスロット２４ごとで打ち消すことができる。具体的には、図６では、１巻き目の第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２に生じる逆起電力と、２巻き目の第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２に生じる逆起電力とがスロット２４ごとで打ち消し合うように渡り線２３ｂを引き回している。
　なお、１巻き目の巻線コイル２３と２巻き目の巻線コイル２３とは、並列回路を構成している。具体的には、１巻き目の主コイル２３ａと２巻き目の主コイル２３ａとは並列回路になっている。同様に、１巻き目の第１渡り線２３ｂ１と２巻き目の第１渡り線２３ｂ１とが並列回路になっているとともに、１巻き目の第２渡り線２３ｂ２と２巻き目の第２渡り線２３ｂ２とが並列回路になっている。
　図７は、変形例２に係る電動機における巻線コイルの巻線展開図である。巻線コイル２３を複数のティース２２ａに２巻きで引き回す場合、図７に示すように、第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２の各々には、１つのティース２２ａを跨ぐように引き回された第１跨ぎ線（１つ跨ぎの渡り線）のみが含まれていてもよい。
　この場合も、１巻き目の第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２に生じる逆起電力と２巻き目の第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２に生じる逆起電力とがスロット２４ごとで打ち消し合うように渡り線２３ｂを引き回せばよい。
　なお、図６および図７では、第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２の各々が複数のティース２２ａを２巻きのみで引き回されていたが、これに限らない。例えば、第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２の各々は、複数のティース２２ａを２巻き以上で引き回されてもよい。
　（変形例）
　以上、本開示に係る電動機１について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、上記実施の形態では、６極８スロットの場合について説明したが、これに限らない。図８は、変形例３に係る電動機における巻線コイルの巻線展開図である。図９は、変形例４に係る電動機における巻線コイルの巻線展開図である。具体的には、図８に示すように６極１０スロットの電動機であってもよい。図９に示すように６極１６スロットの電動機であってもよい。図８および図９に示される変形例においても、第１渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２は、コア２２が含むスロット２４ごとに磁石１１から受ける逆起電力が打ち消されるように引き回されている。
　固定子１０の磁極は、６極に限るものではないが、少なくとも固定子１０の磁極数は、６の倍数であるとよい。回転子２０が有するコア２２のスロット数は、偶数であればよい。
　上記実施の形態において、固定子１０は、磁石１１によって構成されていたが、これに限らない。例えば、固定子１０は、固定子コアと、固定子コアに巻回された巻線コイルとによって構成されていてもよい。ブラシ５０は、一対のブラシ５０を例示して説明したが、これに限定されない。例えば、二対のブラシ以上を用いる構成としても、上述した効果を奏することができる。
　また、上記実施の形態において、電動機１は、自動車に用いられる場合について説明したが、これに限らない。図１０は、実施の形態に係る電動機１を備える電気機器７０である。つまり、上記実施の形態における電動機１は、自動車に搭載される電装機器に限らず、種々の電気機器に用いることができる。例えば、電動機１は、電気掃除機またはエアタオル等に搭載される電動送風機等の家庭用電気機器に用いられてもよい。電動工具等に用いられてもよい。
　その他、上記実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態、または、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
　本開示は、自動車等をはじめとして、電動機が搭載される種々の製品に利用することができる。
　１　電動機
　１０　固定子
　１１　磁石
　２０　回転子
　２１　回転軸
　２１ａ　第１部位
　２１ｂ　第２部位
　２２　コア
　２２ａ　ティース
　２３　巻線コイル
　２３ａ　主コイル
　２３ｂ　渡り線
　２３ｂ１　第１渡り線
　２３ｂ２　第２渡り線
　２４　スロット
　３１　第１軸受け
　３２　第２軸受け
　４０　整流子
　４１　整流子セグメント
　４１ａ　フック
　４２　モールド樹脂
　５０　ブラシ
　５１　ブラシバネ
　６１　第１ブラケット
　６２　第２ブラケット
　６３　固定バネ
　７０　電気機器
　２３１　第１跨ぎ線
　２３２　第２跨ぎ線
　２４１　第１のスロット
　４１１　第１の整流子セグメント
　４１２　第２の整流子セグメント
　４１３　第３の整流子セグメント
　４１４　第４の整流子セグメント

Claims (5)

  1. 複数の磁極を有する固定子と、
    　　　軸心方向に延伸する回転軸と、
    　　　　　　軸心と直交する径方向において、前記軸心を中心として放射状に延在する複数のティースと、
    　　　　　　前記複数のティースのうち隣り合うティース間の各々に位置する、第１のスロットを含む複数のスロットと、
    　　　を含み、前記回転軸に取り付けられるコアと、
    　　　前記コアに巻回された巻線コイルと、を有する回転子と、前記回転軸に取り付けられるとともに、前記軸心を中心とする周方向に亘って、第１の整流子セグメント、第２の整流子セグメント、第３の整流子セグメントおよび第４の整流子セグメントを含む複数の整流子セグメントを有する整流子と、を備え、前記巻線コイルは、
    　　　前記複数のティースの各々に巻回された主コイルと、
    　　　前記第１の整流子セグメントから前記第２の整流子セグメントへと前記第１のスロットを介して電気的に接続された第１渡り線と、
    　　　前記第３の整流子セグメントから前記第４の整流子セグメントへと前記第１のスロットを介して電気的に接続された第２渡り線と、を含み、前記固定子が有する前記複数の磁極の数は６の倍数であり、前記回転子が有する前記複数のスロットの数は偶数であり、前記第１のスロットにおいて、前記第１渡り線および前記第２渡り線は、前記固定子から受ける逆起電力の方向が互いに逆であり、前記逆起電力が打ち消されるように引き回される、電動機。
  2. 前記第１渡り線および前記第２渡り線の各々は、前記複数のティースのうち１つを跨ぐように引き回された第１跨ぎ線と、前記複数のティースのうち２つを跨ぐように引き回された第２跨ぎ線と、を含む、請求項１に記載の電動機。
  3. 前記第１渡り線および前記第２渡り線の各々は、前記複数のティースを２巻き以上引き回されている、請求項１または２に記載の電動機。
  4. 前記固定子は、複数の磁石によって構成される、請求項１～３のいずれか１項に記載の電動機。
  5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の電動機を備える、電気機器。
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