特許 5928452 モータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5928452

(24)【登録日】2016年5月13日

(45)【発行日】2016年6月8日

(54)【発明の名称】モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 23/38 20060101AFI20160526BHJP

   H02K 13/04 20060101ALI20160526BHJP

【ＦＩ】

   H02K23/38

   H02K13/04

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-514455(P2013-514455)

(86)(22)【出願日】2012年1月24日

(65)【公表番号】特表2014-504128(P2014-504128A)

(43)【公表日】2014年2月13日

(86)【国際出願番号】JP2012000422

(87)【国際公開番号】WO2012102019

(87)【国際公開日】20120802

【審査請求日】2014年8月29日

(31)【優先権主張番号】特願2011-16309(P2011-16309)

(32)【優先日】2011年1月28日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】日本電産株式会社

(72)【発明者】

【氏名】牧野 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】檜皮 隆宏

(72)【発明者】

【氏名】大菅 祥平

【審査官】 マキロイ 寛済

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１８６２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１７４４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０２２１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０３１３８１（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 独国特許出願公開第１０２００６０６１６７３（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ２３／３８

Ｈ０２Ｋ １３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アーマチュアと、
複数のセグメントを有するコミュテータと、
前記アーマチュア及び前記コミュテータとともに中心軸回りに回転するシャフトと、
前記アーマチュアの周囲に配置され、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に並ぶマグネットと、
前記コミュテータの周囲に配置され、前記セグメントに摺接するブラシと、
前記アーマチュアと前記コミュテータとにわたって配置される巻線構造と、
を備え、
前記アーマチュアは、
複数のコイルと、
前記シャフトに固定されるアーマチュアコアと、
を有し、
前記アーマチュアコアは、
半径方向に放射状に張り出す複数のティースと、
前記ティース間に配置され、軸方向に延びる複数のスロットと、
を有し、
前記巻線構造は、
前記コイルを構成するコイル巻線と、
前記コイルと前記セグメントとの間を接続する引出線と、
２つの前記コイルの間を接続する渡り線と、
２つの前記セグメントの間を接続する均圧線と、
を有し、
前記均圧線は、前記スロットを通って前記ティースの一群を跨いで引き回され、２つの同じ前記セグメントのフック部を接続する往部及び復部を有し、
前記スロットの個数をＮ極及びＳ極からなる極対の個数で除算して整数倍した値のうち、整数になる数値を拡張値とした場合において、周方向に連続して並び、前記拡張値と等しい個数の一群の前記ティースを要素ティース群としたとき、
前記往部と前記復部とが、前記要素ティース群の両側に位置する前記スロットを通って前記要素ティース群を跨いで引き回され、
前記往部が跨ぐ前記要素ティース群と、前記復部が跨ぐ前記要素ティース群とが異なり、
前記コイル巻線と、前記引出線と、前記渡り線と、前記均圧線と、は連続した１本の導線であるモータ。

【請求項2】

請求項１に記載のモータにおいて、
前記スロットの個数は、前記極対の個数の整数倍であるモータ。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のモータにおいて、
前記コイルは、複数の前記ティースにわたって前記コイル巻線を巻回する分布巻であるモータ。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載のモータにおいて、
前記コイルは、前記ティースごとに前記コイル巻線を巻回する集中巻であるモータ。

【請求項5】

請求項４に記載のモータにおいて、
前記ティースの各々には、２種類の要素コイルが巻回され、
前記セグメントの個数が、前記スロットの個数の２倍であるモータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ブラシ付モータに関し、特に、均圧線の構造に関する。

【背景技術】

【0002】

均圧線の構造に関しては、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１では、均圧線は、アーマチュアコアのスロットに巻回され、同電位となる整流子片同士を接続している。

【0003】

近年、ブラシ付モータの小型化が進んでいる。小型のブラシ付モータでは、軸方向の高さを低くできる集中巻構造が採用されている。ところが、集中巻構造では、一般に、マグネットの極数やブラシの数が多くなる傾向がある。部材のコストや音特性などを考慮すると、ブラシの数は減らしたい。ところが、ブラシの数を減らせば均圧線の電流容量が問題になる。

【0004】

この点、図１を用いて説明する。図１において、１０１はブラシ、１０２はセグメント、１０３はコイル、１０４は均圧線を示している。例えば、図１Ａに示すように、電流が供給されるコイル１０３が接続されたセグメント１０２に対して直接ブラシ１０１が接する場合には、セグメント１０２にコイル１０３が並列に複数接続されていても、支障なく各コイル１０３に電流を供給することができる。

【0005】

ところが、図１Ｂに示すように、ブラシの数を減らして均圧線１０４を用いる場合、各コイル１０３に供給される電流の総容量が均圧線を流れる。そのため、均圧線１０４の電流容量が不足すると、均圧線１０４が溶断する虞がある。これに対し、例えば、次の２つの対策が考えられる。

【0006】

（１）コイルと均圧線とで別の導線を用い、均圧線の直径をコイルの直径より太くする。
（２）コイルと均圧線とで同じ導線を用い、均圧線の直径及びコイルの直径を太くする。

【0007】

しかし、対策（１）には、コイルと均圧線との接続作業が増えて、コストアップや生産性の低下を招く、という問題がある。対策（２）には、コイルの導線の線径が太くなると巻回し難くなり、生産性の低下を招く、という問題がある。

【0008】

そこで、これらの問題に対する対策として、均圧線を複数本にすることが考えられる。この対策に関し、特許文献２の段落００３１には、同電位のセグメントの２点間を複数の均圧線で接続する構造が開示されている。また、特許文献１の段落００１２においても、整流子片の間に２本の均圧線を巻装する構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００２−１８６２１０号公報

【特許文献2】特開２０００−６００７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

ところが、先行文献１や先行文献２のように、同電位のセグメント間を複数の均圧線で接続すると、均圧線の間でループ回路が形成される。加えて、均圧線をアーマチュアコアに巻装すると、均圧線に誘起電圧が発生する。

【0011】

均圧線に誘起電圧が発生すると、ループ回路内において、循環する短絡電流が発生し、モータ効率の低下を招く。

【0012】

そこで、本発明の目的は、同電位のセグメント間を複数の均圧線で接続しても短絡電流の発生を抑制できるモータを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の例示的な一の側面に係るモータは、アーマチュアと、複数のセグメントを有するコミュテータと、前記アーマチュア及び前記コミュテータとともに中心軸回りに回転するシャフトとを含む。さらに、本発明のモータは、マグネットと、ブラシと、巻線構造と、を含む。マグネットは、前記アーマチュアの周囲に配置され、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に並ぶ。ブラシは、前記コミュテータの周囲に配置され、前記セグメントに摺接する。巻線構造は、前記アーマチュアと前記コミュテータとにわたって配置される。

【0014】

前記アーマチュアは、複数のコイルと、前記シャフトに固定されるアーマチュアコアとを含む。前記アーマチュアコアは、半径方向に放射状に張り出す複数のティースと、前記ティース間に配置され、軸方向に延びる複数のスロットとを含む。前記巻線構造は、前記コイルを構成するコイル巻線と、前記コイルと前記セグメントとの間を接続する引出線とを含む。さらに、前記巻線構造は、２つの前記コイルの間を接続する渡り線と、２つの前記セグメントのフック部を接続する均圧線とを含む。前記均圧線は、前記スロットを通って前記ティースに掛けられる。さらに、前記均圧線は、２つの同じ前記セグメントの間を接続する往部と復部とを含む。

【0015】

そして、前記スロットの個数をＮ極及びＳ極からなる極対の個数で除算して整数倍した値のうち、整数になる数値を拡張値とする。その場合において、周方向に連続して並び、前記拡張値と等しい個数の一群の前記ティースを要素ティース群としたとき、前記往部と前記復部とが、前記要素ティース群の両側に位置する前記スロットを通って前記要素ティース群に掛けられ、前記往部が跨ぐ前記要素ティース群と、前記復部が跨ぐ前記要素ティース群とが異なり、前記コイル巻線と、前記引出線と、前記渡り線と、前記均圧線と、は連続した１本の導線である。

【0016】

また、本発明の例示的な一の側面に係るモータは、前記往部及び前記復部の総本数は偶数であり、前記往部及び前記復部の各々が、同じ前記スロットを通って同じ前記ティースに掛けられているようにしてもよい。

【発明の効果】

【0017】

本発明の例示的な一の側面に係るモータによれば、均圧線の導線にはコイル等と同じ導線が用いられるので、均圧線の容量を確保することができる。さらには、短絡電流の発生が抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１Ａ、図１Ｂは、ブラシ数と均圧線の容量との関係を説明するための図である。

【図2】図２は、本実施形態のモータの概略断面図である。

【図3】図３は、図２におけるＩ−Ｉ線での概略断面図である。

【図4】図４は、バックカバーを外し、図２における矢印ＩＩ方向から見た概略平面図である。

【図5】図５は、ティース等とセグメントとの位置関係を示す図である。

【図6】図６は、巻線構造の一例を表した概念図である。

【図7】図７Ａは、図６の（１）の部分の巻回順序を示す図である。図７Ｂは、図６の（６）の部分の巻回順序を示す図である。

【図8】図８は、第１の巻線構造を説明するための図である。

【図9】図９は、第２の巻線構造を説明するための図である。

【図10】図１０は、実施例１の均圧線の基本構成を示す図である。

【図11】図１１は、実施例２の均圧線の基本構成を示す図である。

【図12】図１２は、比較例の均圧線の基本構成を示す図である。

【図13】図１３は、確認試験の結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

【0020】

（モータの構成）
図２乃至図４に、本実施形態のモータを示す。このモータは、ＤＣモータであり、シャフト１、アーマチュア２、マグネット３、コミュテータ４、ブラシ５及びハウジング６などで構成されている。これらのシャフト１等の部品は、ハウジング６に収容されている。アーマチュア２とコミュテータ４とにわたる部分には、導線１２で構成された巻線構造５０が配置されている。

【0021】

巻線構造５０は、コイル１０を構成するコイル巻線５１や、コイル１０とセグメント１５との間を接続する引出線５２を含む。さらに巻線構造５０は、２つのコイル１０の間を接続する渡り線５３と、２つのセグメント１５の間を接続する均圧線５４とを含む。巻線構造５０、特に均圧線５４の詳細については別途後述する。

【0022】

図２に示すように、ハウジング６は、一端が開口する略円筒状のケース６ａと、ケース６ａの開口を塞ぐバックカバー６ｂと、を含む。これらケース６ａ及びバックカバー６ｂの各々における軸方向側の中央部分には、軸受部７ａ、７ｂが設けられている。軸受部７ａには軸孔が開口している。

【0023】

シャフト１は、軸受部７ａ，７ｂを介してハウジング６に回転自在に支持されている。それにより、シャフト１は回転軸Ｊを中心に回転する。シャフト１の一端部分は、軸孔を通ってハウジング６の外側に突出している。シャフト１には、アーマチュア２やコミュテータ４が固定されている。

【0024】

なお、説明では、回転軸Ｊが延びる方向を軸方向、回転軸Ｊに直交する方向又は略直交する方向を半径方向、回転軸Ｊの回りの方向を周方向とする。

【0025】

図３にも示すように、アーマチュア２は、アーマチュアコア２ａと、コイル１０と、絶縁性のインシュレータ（不図示）と、を含む。アーマチュアコア２ａは金属板を軸方向に積層して形成されている。インシュレータは、アーマチュアコア２ａに取り付けられ、アーマチュアコア２ａと導線１２とを絶縁している。

【0026】

アーマチュアコア２ａは、シャフト１の軸方向の中間部分に固定されたセンターコア８を含む。さらにアーマチュアコア２ａは、センターコア８から半径方向外側に略等間隔で放射状に張り出す複数のティース９を含む。その結果、互いに隣接する２つのティース９の間には、軸方向に延びるスロット１１が形成されている。従って、アーマチュアコア２ａは複数のスロット１１を含む。なお、本実施形態では、ティース９の個数及びスロット１１の個数は、それぞれ１２個である。

【0027】

コイル１０は、ティース９ごとに導線１２を巻回する、所謂集中巻により形成されている。この導線１２の部位がコイル巻線５１に相当する。具体的には、対象のティース９の周方向の両側に位置する各スロット１１に導線１２を通しながら、各ティース９の回りに導線１２を巻回することによってコイル１０が形成されている。従って、アーマチュア２は、複数のコイル１０を含む。本実施形態では、コイル１０の個数は、１２個である。

【0028】

マグネット３は、アーマチュア２の周囲に円環状に配置されている。マグネット３は、ケース６ａの内周面に固定され、アーマチュア２の外周面と僅かな隙間を隔てて対向している。マグネット３は、複数のＮ極と複数のＳ極からなる磁極３ａを含む。本実施形態では、磁極数は８つである。各磁極３ａは、周方向において、Ｎ極及びＳ極が交互に設けられるように、配置されている。従って、マグネット３には、Ｎ極及びＳ極からなる極対３ｂが複数設けられている。本実施形態では、極対数は４つである。なお、マグネット３は複数のマグネットで構成してもよい。また、マグネット３は１個の磁性体を分極して構成してもよい。

【0029】

コミュテータ４は、アーマチュア２に隣接してシャフト１の他端部分に固定されている。コミュテータ４は、その外周面に複数のセグメント１５を含む。本実施形態では、セグメント１５の個数は、２４個であり、セグメント１５の個数は、前記スロット１１の個数の２倍である。セグメント１５は軸方向に長い帯板状の金属部材である。各セグメント１５は、互いに絶縁された状態で周方向に連続して配置されている。

【0030】

各セグメント１５のアーマチュア２側の端部には、フック部１５ａが設けられている。これらフック部１５ａに、コイル１０から引き出された導線１２が引っ掛けられる。フック部１５ａに引っ掛けられた導線１２を溶接することにより、各セグメント１５はコイル１０と電気的に接続される。

【0031】

図４に示すように、ブラシ５は、ブラシプレート１６に取り付けられている。ブラシプレート１６は円盤状の部材である。ブラシプレート１６は、バックカバー６ｂの内面と軸方向に対向した状態でハウジング６内に配置されている。ブラシプレート１６の中央部分には、コミュテータ４の外径より大径の環状孔１６ａが開口している。丸孔１６ａの内側にはコミュテータ４が配置されている。

【0032】

ブラシ５は、２個の正極ブラシ５ａと２個の負極ブラシ５ｂとで構成されている。各ブラシ５ａ，５ｂは、接続端子１７を介して制御装置（不図示）等と接続されている。各ブラシ５ａ，５ｂは、コミュテータ４の周囲に配置されている。各ブラシ５ａ，５ｂは、半径方向外側からスプリング５ｃによってコミュテータ４側へ押し付けられている。

【0033】

従って、各ブラシ５ａ，５ｂは、いずれかのセグメント１５と常時接触している。コミュテータ４の回転に伴い、各ブラシ５ａ，５ｂは各セグメント１５と周期的に摺接する。その結果、制御装置等から、ブラシ５及びセグメント１５、巻線構造５０を介して、所定のコイル１０に所定の順序で周期的に電流が供給される。

【0034】

（巻線構造）
巻線構造５０は、１本の導線１２を用いて形成されている。つまり、コイル巻線５１と、引出線５２と、渡り線５３と、均圧線５４と、は連続した１本の導線である。具体的には、専用の巻線装置により、導線１２を所定のセグメント１５のフック部１５ａに引っ掛けながら導線１２と所定のセグメント１５とを電気的に接続する。その後、導線１２を所定のティース９に巻回して巻線構造５０が形成されている。すなわち、１本の導線１２によって複数のコイル１０が形成される。これらコイル１０の間に、コイル１０とセグメント１５との間を接続する引出線５２や、２つのコイル１０の間を接続する渡り線５３、２つのセグメント１５の間を接続する均圧線５４が存在している。

【0035】

このように、１本の導線１２を連続的に巻回して巻線構造５０を形成することで巻線作業が容易になり、生産性が向上する。

【0036】

図５に示すティース９とセグメント１５との配置に基づき、巻線構造５０について詳しく説明する。説明に際し、便宜上、図５に示すように、各ティース９に番号を付してコイル１０等を区別する。

【0037】

各ティース９は、所定のティース９から時計回り（ＣＷ）に１〜１２の番号を順に付して区別する。同様に、各コイル１０も、そのコイル１０が形成されているティース９と同じ番号により区別する。また、各セグメント１５は、１番の番号を付したティース９の近傍の所定のセグメント１５からティース９と同じ時計回り（ＣＷ）に１〜２４の番号を順に付して区別する。

【0038】

図６に、巻線構造５０の一例を表した概念図を示す。図６の（１）〜（６）は、１番のセグメント１５から巻き初めて７番のセグメント１５で巻き終わる巻線構造５０を簡略化して表したものである。図７Ａは、図６における（１）の部分の巻回順序を示している。図７Ｂは、図６における（６）の部分の巻回順序を示している。

【0039】

図６や図７Ａに示すように、１番のセグメント１５を巻き始め端とした導線１２は、まず、１２番のティース９と１番のティース９の間のスロット１１を通して、ティース９におけるコミュテータ４とは反対側（以下、ティース９側と称する）に導出される。続いて、導線１２は、１番、２番、３番のティース９を跨いで、３番のティース９と４番のティース９の間のスロット１１を通して、ティース９におけるコミュテータ４側に導出される。導出された導線１２は７番のセグメント１５に引っ掛けられる。これにより、１番のセグメント１５と７番のセグメント１５とは短絡する。この間の導線１２の部位は、均圧線５４の往部５４ａを構成している。

【0040】

７番のセグメント１５に引っ掛けられた導線１２は、４番のティース９と５番のティース９の間のスロット１１を通ってティース９側に導出される。続いて、導線１２は、４番、３番、２番のティース９を跨いで、２番のティース９と１番のティース９の間のスロット１１を通ってコミュテータ４側に導出される。導出された導線１２は、再び１番のセグメント１５に引っ掛けられる。これにより、１番のセグメント１５と７番のセグメント１５とは短絡する。この間の導線１２の部位もまた、均圧線５４の復部５４ｂを構成している。

【0041】

次に、１番のセグメント１５に引っ掛けられた導線１２は、ティース９側に導出される。この部位が引出線５２に相当する。その後、導線１２が、１２番のティース９と１番のティース９の間のスロット１１を通って、１番のティース９に巻回されることにより、コイル１０が形成される。このコイル１０は、ティース９の先端側から見て時計回り（ＣＷ）に形成されている。

【0042】

そして、導線１２が１番のティース９に所定回数巻回された後、１番のティース９と２番のティース９の間のスロット１１を通ってコミュテータ４側に導出された導線１２は、２番、３番のティース９を跨いで、４番のティース９に渡される。従って、この間の導線１２の部位は渡り線５３を構成している。

【0043】

続いて、導線１２は、３番のティース９と４番のティース９の間のスロット１１を通って４番のティース９に巻回されることで、コイル１０が形成される。このコイル１０も、ティース９の先端側から見て時計回り（ＣＷ）に形成されている。そして、導線１２が４番のティース９に所定回数巻回された後、４番のティース９と５番のティース９の間のスロット１１を通ってコミュテータ４側に導出された導線１２は、８番のセグメント１５に引っ掛けられる。

【0044】

８番のセグメント１５に引っ掛けられた導線１２は、３番のティース９と４番のティース９の間のスロット１１を通してティース９側に導出される。続いて、導線１２は、４番、５番、６番のティース９を跨いで、６番のティース９と７番のティース９の間のスロット１１を通されてコミュテータ４側に導出される。導出された導線１２は１４番のセグメント１５に引っ掛けられる。これにより、８番のセグメント１５と１４番のセグメント１５とは短絡する。この間の導線１２の部位は均圧線５４の往部５４ａを構成している。

【0045】

１４番のセグメント１５に引っ掛けられた導線１２は、７番のティース９と８番のティース９の間のスロット１１を通ってティース９側に導出される。続いて、導線１２は、７番、６番、５番のティース９を跨いで、５番のティース９と４番のティース９の間のスロット１１を通してコミュテータ４側に導出される。導出された導線１２は、再び８番のセグメント１５に引っ掛けられる。これにより、８番のセグメント１５と１４番のセグメント１５とは短絡する。この間の導線１２の部位もまた均圧線５４の復部５４ｂを構成している。

【0046】

次に、８番のセグメント１５に引っ掛けられた導線１２は、３番のティース９と４番のティース９の間のスロット１１を通って３番のティース９に巻回されることにより、コイル１０が形成される。このコイル１０は、ティース９の先端側から見て反時計回り（ＣＣＷ）に形成されている。

【0047】

そして、導線１２が３番のティース９に所定回数巻回された後、導線１２は、２番のティース９と３番のティース９の間のスロット１１を通ってコミュテータ４側に導出される。その後導線１２は、２番、１番のティース９を跨いで、１２番のティース９に渡される。この間の導線１２の部位は渡り線５３を構成している。

【0048】

続いて、導線１２は、１番のティース９と１２番のティース９の間のスロット１１を通って１２番のティース９に巻回され、コイル１０が形成される。このコイル１０も、ティース９の先端側から見て反時計回り（ＣＣＷ）に形成されている。そして、導線１２が１２番のティース９に所定回数巻回された後、１１番のティース９と１２番のティース９の間のスロット１１を通ってコミュテータ４側に導出された導線１２は、２１番のセグメント１５に引っ掛けられる。

【0049】

このように処理することで、図６における（１）の部分の巻線構造５０が形成される。

【0050】

その後は同じ方法で処理され、図６における（２）〜（５）の部分の巻線構造５０が形成される。すなわち、巻き始め端の１番のセグメント１５が２１番や１７番、１３番、９番のセグメント１５に置き換わり、その他の各セグメント１５や各ティース９もそれぞれ相対的に位置関係が置き換わるだけで、上述した図６における（１）の部分と同じ順序で導線１２が巻回される。

【0051】

図６における（６）の部分は、巻き終わり端の処理が異なるだけで、その他は（１）等の部分と処理内容は同じである。具体的には、２番のティースに導線１２が所定回数巻回され、反時計回りのコイル１０が形成される。その後、導線１２は、２番のティース９と３番のティース９の間のスロット１１を通ってティース９側に導出される。導出された導線１２は、３番、４番のティース９を跨いで、４番のティース９と５番のティース９の間のスロット１１を通って再度コミュテータ４側に導出される。

【0052】

最後に、導出された導線１２は、７番のセグメント１５に引っ掛けられて巻き終わり端となる。

【0053】

こうして形成された巻線構造５０の各ティース９には、２種類のコイル１０が巻回されている。すなわち、ティース９の各々には、ティース９の先端側から見て、時計回り（ＣＷ）の要素コイル１０ａと、反時計回り（ＣＣＷ）の要素コイル１０ｂとの、互いに逆向きに巻回された２種類のコイル１０が形成されている。このようにコイル１０を構成することで、モータ性能を向上することができる。具体的には、スパークの発生が防止でき、モータ寿命を向上させることができる。

【0054】

この点詳しく説明すると、一般に、ブラシ付モータでは、回転するコミュテータに摺接するブラシを通じてアーマチュアに電流が供給され、モータが回転する。その際、ブラシとコミュテータとの間で火花放電、所謂スパークが発生するおそれがある。具体的には、ブラシと摺接するセグメントが切り替わる時、極短時間で電流の流れる方向が逆転するため、コイルのインダクタンスによって電流の急激な変化に比例した所謂サージ電圧が発生する。このサージ電圧等の作用により、スパークが発生する。スパークが発生すると、ブラシの寿命が短くなり、モータ寿命が低下する。

【0055】

それに対し、本実施形態のブラシ付モータでは、各コイル１０が２種類の要素コイル１０ａ，１０ｂで構成されている。そして、正極ブラシ５ａ及び負極ブラシ５ｂを通じて、各要素コイル１０ａ，１０ｂに一定の周期で電流が供給され、各要素コイル１０ａ，１０ｂに供給される電流は同一の巻回方向に流れるように設定されている。

【0056】

更に、これら要素コイル１０ａ，１０ｂへの電流の供給タイミングがずれるように、正極ブラシ５ａ及び負極ブラシ５ｂが配置されている。各コイル１０の要素コイル１０ａ，１０ｂへの電流の供給タイミングがずれていると、セグメント切り替わり時における電流の変化率が低下する。その結果、スパークの発生が効果的に抑制され、モータ寿命を向上させることができる。

【0057】

なお、１つのティース９に形成される複数種類のコイル１０のそれぞれの巻回方向は、互いに同じ方向でも、供給する電流の流れを調整することで同様の効果を得ることができる。すなわち、巻線構造５０は、１つのティース９に複数種類のコイル１０が形成され、それぞれのコイル１０を形成する導線１２が、それぞれ異なるセグメント１５に引っ掛けられている構造を有するものであれば足りる。

【0058】

更に、モータ性能を向上するために、均圧線５４の配線が工夫されている。

【0059】

まず第１に、２つの同じセグメント１５の間を接続する均圧線５４が複数本で構成されている。具体的には、均圧線５４は、２つの同じセグメント１５の間を往復する往部５４ａ及び復部５４ｂを含む。これにより、コイル１０等と同じ導線１２を使用しても均圧線５４の電流容量を確保することができるので、ブラシ数を少なくできる。なお、往部５４ａ及び復部５４ｂの総本数は必ずしも２本でなくてもよく、３本以上であってもよい。

【0060】

第２に、往部５４ａ及び復部５４ｂは、所定の条件下で配置されている。すなわち、スロット１１の個数を極対３ｂの個数で除算して整数倍した値のうち、整数になる数値を拡張値とする。更に、この場合において、周方向に連続して並び、拡張値と等しい個数の一群のティース９を要素ティース群とする。そうしたとき、往部５４ａと復部５４ｂとが、要素ティース群の両側に位置するスロットを通って要素ティース群を跨いで引き回されるように、往部５４ａ及び復部５４ｂは配置されている。この巻線構造５０を、第１の巻線構造５０と称する。

【0061】

例えば、８ポール１０スロットのモータの場合であれば、スロット１１の個数は１０であり、極対３ｂの個数は４である。従って、スロット１１の個数である１０を、極対３ｂの個数である４で除算した値は２．５である。そして、２．５を整数倍した値のうち、整数になる数値は５、１０等であるから拡張値は５の倍数となる。

【0062】

本実施形態では、スロット１１の個数は１２であり、極対３ｂの個数は４である。従って、スロット１１の個数である１２を、極対３ｂの個数である４で除算した値は３である。そして、３を整数倍した値のうち、整数になる数値は３，６等であるから拡張値は３の倍数となる。

【0063】

このように、スロット１１の個数は、極対３ｂの個数の整数倍でない場合も、整数倍である場合もあるが、本実施形態のように、スロット１１の個数は、極対３ｂの個数の整数倍であるのが好ましい。スロット１１の個数が極対３ｂの個数で割り切れる結果、拡張値の最小値が小さくなり、効率的な巻線構造５０が形成できる。

【0064】

そして、往部５４ａと復部５４ｂとは、この拡張値と等しい個数で連続して並ぶ一群のティース９、所謂要素ティース群の周方向の両側に位置するスロット１１を通って、これら一群のティース９を跨いで引き回される。なお、本実施形態であれば、拡張値と等しい個数は、３ｎ個である。

【0065】

例えば、本実施形態であれば、図８に示すように、１つの極対３ｂは常に３個のティース９の部分と対向する関係になっており、モータが回転しても１つの極対３ｂと３個のティース９の部分の位置関係がずれるだけでその関係は変わらない。従って、要素ティース群を跨いで引き回される往部５４ａや復部５４ｂの回路（コイル）は、常に極対３ｂの整数倍の部分と対向する。その結果、往部５４ａと復部５４ｂの各回路には誘起電圧が発生しないため、往部５４ａと復部５４ｂの各回路に短絡電流は流れない。従って、往部５４ａと復部５４ｂとによって形成されるループ回路内において、循環する短絡電流が流れることがない。その結果、モータ性能が向上する。さらに、往部５４ａと復部５４ｂの各回路に誘起電圧が発生しないため、ブラシを通して供給される電圧に対しても影響がない。その結果、モータ性能のロスが発生しない。

【0066】

往部５４ａ及び復部５４ｂは、同じ要素ティース群を跨いで引き回されてもよいが、本実施形態のように、異なる要素ティース群を跨いで引き回されるのが好ましい。そうすることで、フック部１５ａに対する導線１２の引き込み方向と引き出し方向とが異なって、フック部１５ａへ導線１２を引っ掛け易くなる。その結果、生産性が向上する。

【0067】

本実施形態であれば、図７Ａに符号２０で示すように、１番乃至３番の３つのティース９や、２番乃至４番の３つのティース９、４番乃至６番の３つのティース９、５番乃至７番の３つのティース９などで要素ティース群が形成されている。なお、往部５４ａと復部５４ｂとで、要素ティース群を構成するティース９の個数は異なっていてもよい。

【0068】

しかしながら、モータの仕様等から上述した条件の下で均圧線５４が配線できない場合もある。

【0069】

例えば、８ポール１０スロットのモータであれば、５個や１０個のティース９の一群を跨いで均圧線５４を引き回せばよいが、例えば４個以下のティース９の一群を跨いで均圧線５４を引き回したい場合がある。この場合、往部５４ａ及び復部５４ｂの総本数を偶数にするとともに、往部５４ａ及び復部５４ｂの各々が、同じスロット１１を通って同じティース９の一群を跨いで引き回されるように配線するのが好ましい。この巻線構造５０を、第２の巻線構造５０と称する。

【0070】

この点、図９を参照して、８ポール１０スロットのモータを例に説明する。この場合、１つの極対３ｂは常に２．５個分のティース９と対向する。従って、２個のティース９の一群を跨いで往部５４ａや復部５４ｂを引き回す場合、１つの磁極対３ｂは、往部５４ａや復部５４ｂによって形成される回路と部分的に対向する。さらに、３個や４個のティース９の一群を跨いで往部５４ａや復部５４ｂを引き回す場合、往部５４ａや復部５４ｂによって形成される回路は、１つの極対３ｂと部分的に対向する。その結果、モータの回転によって往部５４ａと復部５４ｂの各回路に誘起電圧が発生する。

【0071】

従って、往部５４ａによって形成される回路と、復部５４ｂによって形成される回路との間で、それぞれに発生した誘起電圧に位相のずれが生じると、往部５４ａと復部５４ｂとによって形成されるループ回路内において、循環する短絡電流が発生してしまう。その結果、ブレーキ力が発生する。

【0072】

そこで、往部５４ａと復部５４ｂとを、同じティース９の一群を跨いで引き回して往復する一対の回路にする。同じティース９の一群を跨いで引き回す経路であれば、往部５４ａと復部５４ｂとが跨ぐティース９の個数は問わない。つまり、同じティース９の一群を跨いで引き回す経路であれば、往部５４ａと復部５４ｂとが跨ぐティース９の個数は、１個以上であればよい。そうすることで、双方の回路に発生する誘起電圧は常に同位相になり、往部５４ａと復部５４ｂとによって形成されるループ回路内において、循環する短絡電流が流れることがない。その結果、モータ性能が向上する。なお、このとき、均圧線５４が複数回往復して同じティース９の一群を跨いで引き回され、往部５４ａと復部５４ｂとがそれぞれ複数本形成されてもよい。

【0073】

（実施例）
上述した第１の巻線構造５０（実施例１）と第２の巻線構造５０（実施例２）に関し、その効果について確認試験を行った。

【0074】

実施例１は、上述した実施形態における第１の巻線構造の８ポール１２スロットのモータである。その均圧線５４の基本構成を図１０に示す。実施例２は、上述した実施形態における第２の巻線構造の８ポール１０スロットのモータである。実施例２では、２個のティースからなるティースの一群を跨いで往部５４ａ及び復部５４ｂをそれぞれ１本ずつ引き回した。その均圧線５４の基本構成を図１１に示す。比較例として、実施例２のモータにおいて、異なる経路を通して往部５４ａ及び復部５４ｂの回路を形成した場合についても実験を行った。その均圧線５４の基本構成を図１２に示す。

【0075】

実施例１等について、モータ効率とトルクとの関係についてまとめた確認試験の結果を図１３に示す。図１３において、１点鎖線が実施例１、破線が実施例２、実線が比較例である。

【0076】

実施例１及び実施例２は、いずれも比較例と比べてモータ効率の向上が認められた。中でも実施例１は、実施例２よりも全体的にモータ効率が高くなり、特に効果的であることが確認された。

【0077】

なお、本発明にかかるモータは、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

【0078】

例えば、モータのコイルの巻線方式は集中巻に限らず、分布巻であってもよい。すなわち、複数のティース９にコイル巻線５１を巻回することにより、コイル１０が形成されていてもよい。また、巻線構造５０は、１本の導線１２を用いて形成されているが、複数本の導線１２を用いて形成されていてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0079】

本発明のモータは、例えば、車両に搭載されるモータに好適である。

【符号の説明】

【0080】

１ シャフト
２ アーマチュア
２ａ アーマチュアコア
３ マグネット
３ａ 磁極（Ｎ極、Ｓ極）
３ｂ 極対
４ コミュテータ
５ ブラシ
６ ハウジング
９ ティース
１０ コイル
１１ スロット
１５ セグメント
２０ 要素ティース群
５０ 巻線構造
５１ コイル巻線
５２ 引出線
５３ 渡り線
５４ 均圧線
５４ａ 往部
５４ｂ 復部
Ｊ 回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】