特許 6090623 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】6090623

(24)【登録日】2017年2月17日

(45)【発行日】2017年3月8日

(54)【発明の名称】モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 23/26 20060101AFI20170227BHJP

   H02K 23/00 20060101ALI20170227BHJP

【ＦＩ】

   H02K23/26

   H02K23/00 A

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-286972(P2012-286972)

(22)【出願日】2012年12月28日

(65)【公開番号】特開2014-131383(P2014-131383A)

(43)【公開日】2014年7月10日

【審査請求日】2015年8月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】日本電産株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110847

【弁理士】

【氏名又は名称】松阪 正弘

(74)【代理人】

【識別番号】100136526

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 勉

(74)【代理人】

【識別番号】100136755

【弁理士】

【氏名又は名称】井田 正道

(72)【発明者】

【氏名】橋詰 尚大

(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】 安池 一貴

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００７−５１７４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４４５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１３７６４２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ２３／００−２３／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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ｍ・ｎ個（ただし、ｍは３以上の奇数、ｎは２以上の自然数）のティースを有するアーマチュアコアと、
前記ｍ・ｎ個のティースにそれぞれ設けられる複数のコイルと、
前記複数のコイル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ｍ・ｎ個のティースと径方向に対向する２ｎ個の磁極を有する界磁用磁石と、
少なくとも１つの第１の電位のブラシと少なくとも１つの第２の電位のブラシとを含むブラシ群と、
を備え、
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する２ｍ・ｎ個のセグメントであるセグメント群、を含み、
各コイルを形成する少なくとも１本の導線の各端部が、いずれかのセグメントに接続され、
前記ブラシ群が前記コミュテータに接することにより、前記セグメント群において、周方向に関して、電位が、前記第１の電位と前記第２電位との間で周期的に増減し、前記第１の電位のセグメントと前記第２の電位のセグメントとの間に、（ｍ−１）個のセグメントが存在し、前記第１の電位のセグメントと前記第２の電位のセグメントの間において、セグメントを介しつつコイルが直列に接続され、
少なくとも１個の前記コイルの一端の導線は、前記コイルの一方の端部が初めに接続された第１の前記セグメントと、前記第１のセグメントから２ｍ個づつ離れたｎ−１個の前記セグメントと、さらに前記第１のセグメントとに、前記ティースの根元を渡って当該導線が連続して接続され、
隣接する前記セグメント間に位置する前記ティースの個数は、他の隣接する前記セグメント間に位置する前記ティースの個数と等しく、
前記ｍ・ｎ個のティースのうちｋ個のティースのぞれぞれに、一定の巻回方向に連続導線が巻回されたコイルのみが配置され、
前記ｋ個のティースのそれぞれから、電気角で３６０・ｉ度（ただし、ｉは（ｎ―１）
以下の自然数）離れた位置に配置されるティースに、前記一定の巻回方向とは逆方向に連続導線が巻回されたコイルのみが配置される、モータ。

【請求項2】

ｋがｍ＊ｎ／２である、請求項１に記載のモータ。

【請求項3】

ｋがｍ＊（ｎ−１）／２である、請求項１に記載のモータ。

【請求項4】

前記一定の巻回方向に連続導線が巻回されたコイルが、最も近い２つのセグメントに接続され、前記一定の巻回方向とは逆方向に連続導線が巻回されたコイルが、最も近い２つのセグメント以外のセグメントに接続される、請求項１ないし３のいずれかに記載のモータ。

【請求項5】

前記複数のコイルの全体が、１本の導線により形成され、
前記ブラシ群に含まれる前記第１の電位のブラシの数が１であり、前記第２の電位のブラシの数が１である、請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ブラシ付きモータに関する。

【背景技術】

【0002】

ブラシ付きモータでは、ブラシとセグメントとの間で発生するスパークにより磨耗してしまいブラシが短くなる。このようなブラシの摩耗を低減することにより、モータの寿命を向上することができる。スパークによるブラシの磨耗を低減する手法として、例えば、特開２００８−１１３４８５号公報に開示されるように、コミュテータのセグメントの数をティースの数の２倍に増やすものがある。特に、集中巻きの場合、占積率が高いため、１つのコイルに貯まる電気エネルギーが増加し、スパークによる摩耗低減は重要となる。

【0003】

特開２００８−１１３４８５号公報に開示されるモータでは、セグメントとティースの数とが等しい場合と比べて、セグメント間の電位差が小さく、スパークが低減される。セグメントとティースの数とが等しい場合、セグメントの境界はティースの位置と一致する。セグメントの数がティースの数の２倍の場合、セグメントの境界はティース間にも位置する。セグメントの数がティースの数の２倍である従来のモータでは、順方向に巻かれた第１コイルと逆方向に巻かれた第２コイルとが各ティースに配置される。これにより、ブラシが、ティースの間に位置する新たなセグメントに接する際に、電気角で１８０°ずれた位置に配置されたティース上のコイルの通電を切り替える。その結果、セグメントの数をティースの数の２倍にしても、セグメントの数とティースの数とが同数の場合と同等のトルクを得ることができる。

【特許文献1】特開２００８−１１３４８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、このような巻線構造の場合、一つのティースに順方向のコイルと逆方向のコイルとを巻く必要があるため、巻線工程およびセグメントへの導線の引き回しが複雑となり、工数が増大する。

【0005】

本発明は、スパークによるブラシの摩耗を低減することができ、かつ、巻線工程を簡素化することができるモータを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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、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ｍ・ｎ個（ただし、ｍは３以上の奇数、ｎは２以上の自然数）のティースを有するアーマチュアコアと、前記ｍ・ｎ個のティースにそれぞれ設けられる複数のコイルと、前記複数のコイル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ｍ・ｎ個のティースと径方向に対向する２ｎ個の磁極を有する界磁用磁石と、少なくとも１つの第１の電位のブラシと少なくとも１つの第２の電位のブラシとを含むブラシ群と、を備え、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する２ｍ・ｎ個のセグメントであるセグメント群、を含み、各コイルを形成する少なくとも１本の導線の各端部が、いずれかのセグメントに接続され、前記ブラシ群が前記コミュテータに接することにより、前記セグメント群において、周方向に関して、電位が、前記第１の電位と前記第２電位との間で周期的に増減し、前記第１の電位のセグメントと前記第２の電位のセグメントとの間に、（ｍ−１）個のセグメントが存在し、前記第１の電位のセグメントと前記第２の電位のセグメントの間において、セグメントを介しつつコイルが直列に接続され、少なくとも１個の前記コイルの一端の導線は、前記コイルの一方の端部が初めに接続された第１の前記セグメントと、前記第１のセグメントから２ｍ個づつ離れたｎ−１個の前記セグメントと、さらに前記第１のセグメントとに、前記ティースの根元を渡って当該導線が連続して接続され、隣接する前記セグメント間に位置する前記ティースの個数は、他の隣接する前記セグメント間に位置する前記ティースの個数と等しく、前記ｍ・ｎ個のティースのうちｋ個のティースのぞれぞれに、一定の巻回方向に連続導線が巻回されたコイルのみが配置され、前記ｋ個のティースのそれぞれから、電気角で３６０・ｉ度（ただし、ｉは（ｎ―１）以下の自然数）離れた位置に配置されるティースに、前記一定の巻回方向とは逆方向に連続導線が巻回されたコイルのみが配置される。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、スパークによるブラシの摩耗を低減することができ、かつ、巻線工程を簡素化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、モータの断面図である。

【図2】図２は、モータの一部を示す底面図である。

【図3】図３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4】図４は、コイルとセグメントとの接続構造を示す図である。

【図5.A】図５．Ａは、巻線の様子を示す図である。

【図5.B】図５．Ｂは、巻線の様子を示す図である。

【図6】図６は、セグメント群における電位の分布を示す図である。

【図7】図７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8】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】図９は、巻線の様子を示す図である。

【図10】図１０は、セグメント群における電位の分布を示す図である。

【図11】図１１は、従来のコイルとセグメントとの接続構造を示す図である。

【図12】図１２は、変更された接続構造を示す図である。

【図13】図１３は、変更された接続構造を示す図である。

【図14】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.A】図１５．Ａは、巻線の様子を示す図である。

【図15.B】図１５．Ｂは、巻線の様子を示す図である。

【図16】図１６は、従来のコイルとセグメントとの接続構造を示す図である。

【図17】図１７は、変更された接続構造を示す図である。

【図18】図１８は、変更された接続構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本明細書では、図１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。

【0010】

図１は、本発明の例示的な一の実施形態に係るモータ１の縦断面図である。モータ１はブラシ付きモータである。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。

【0011】

静止部２は、ハウジング２１と、界磁用磁石２２と、ブラシ群２３と、回路基板２４と、ブラケット２５と、を含む。ハウジング２１は、有蓋略円筒状である。ブラケット２５は、ハウジング２１の下部を閉塞する。界磁用磁石２２は、ハウジング２１の円筒部の内周面上に配置される。ブラシ群２３は、回路基板２４上に配置される。

【0012】

回転部３は、シャフト３１と、アーマチュアコア３２と、複数のコイル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、アーマチュアコア３２の中心軸および界磁用磁石２２の中心軸は、モータ１の中心軸Ｊ１に一致する。

【0013】

軸受部４は、２つの軸受要素４１，４２である。軸受要素４１は、ハウジング２１に取り付けられる。軸受要素４２は、ブラケット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。

【0014】

図２は、ブラシ群２３、回路基板２４およびブラケット２５を取り外した状態のモータ１を示す底面図である。界磁用磁石２２は、複数の磁石要素２２１にて構成される。界磁用磁石２２の中心軸Ｊ１側には、周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に配置される。本実施の形態では、４対のＮ極とＳ極とが存在し、磁極数は８個である。なお、界磁用磁石２２は、環状の部材であってもよい。

【0015】

アーマチュアコア３２は、複数のティース３２１を含む。各ティース３２１は、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１２個である。ティース３２１と界磁用磁石２２とは径方向に対向する。複数のコイル３３は、複数のティース３２１にそれぞれ設けられる。すなわち、アーマチュアコア３２では、いわゆる、集中巻きにてコイル３３が形成される。ただし、後述するように、１つのコイル３３を形成する導線は、連続する１本のものには限定されない。コイル３３に電流が流れることにより、回転部３と界磁用磁石２２との間に中心軸Ｊ１を中心とするトルクが発生する。

【0016】

コミュテータ３４は、複数のコイル３３に電気的に接続される。コミュテータ３４は、セグメント群３４１を含む。セグメント群３４１は、周方向に配列された複数のセグメント３４２からなる。図１および図２に示すように、セグメント３４２は、接触部３４３と、接続部３４４と、を含む。接触部３４３は中心軸Ｊ１に平行に延びる。接触部３４３は、ブラシ群２３に接する。接続部３４４は、接触部３４３から径方向外方に突出する。

【0017】

接続部３４４は、コイル３３からの導線に接続される。詳細には、コイル３３からの導線が接続部３４４に掛けられた後、加熱融着により導線と接続部３４４とが電気的に接続される。各コイル３３を形成する導線の各端部は、いずれかのセグメント３４２に接続される。

【0018】

図３は、コイル３３、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３では、１２個のコイル３３に時計回りに番号１ないし１２を付す。２４個のセグメント３４２に番号１ないし２４を付す。コイル３３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３３の中心軸は径方向に延び、セグメント３４２間の境界と一致する。具体的には、１番コイル３３の中心軸は、１番セグメント３４２と２番セグメント３４２との間の境界に重なる。２番コイル３３の中心軸は、３番セグメント３４２と４番セグメント３４２との間の境界に重なる。

【0019】

本実施の形態では、ブラシ群２３は、１つの第１ブラシ２３１と、１つの第２ブラシ２３２とから構成される。図１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３に示す状態では、１番コイル３３の周方向の位置は、第１ブラシ２３１の周方向の位置と一致する。この状態では、第１ブラシ２３１は、１番セグメント３４２および２番セグメント３４２に接する。第２ブラシ２３２の周方向の位置は、５番コイル３３と６番コイル３３との間の中間位置と一致する。第２ブラシ２３２は、１０番セグメント３４２および１１番セグメント３４２に接する。

【0020】

第１ブラシ２３１および第２ブラシ２３２は、回路基板２４を介して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。第１ブラシ２３１と第２ブラシ２３２との周方向の間隔は、磁極のピッチの奇数倍である。図３では、第１ブラシ２３１と第２ブラシ２３２とは、周方向において１３５°離れる。本実施の形態では、１３５°は、磁極のピッチの３倍である。

【0021】

なお、ブラシ群２３には、他の第１ブラシ２３１および第２ブラシ２３２が含まれてもよい。この場合、複数の第１ブラシ２３１の周方向の間隔は、磁極のピッチの偶数倍である。複数の第２ブラシ２３２に関しても同様である。さらに、ブラシ群２３には、第１および第２の電位と異なる電位をセグメント３４２に与える第３ブラシが設けられてもよい。例えば、第１ブラシ２３１と第３ブラシとが切り替えられることにより、モータ１の出力トルクが変更される。このように、ブラシ群２３は、少なくとも１つの第１の電位のブラシと少なくとも１つの第２の電位のブラシとを含む。

【0022】

図４は、コイル３３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３３またはティース３２１を示す。セグメント３４２間の数字は、導線が渡されるティース３２１の番号を示す。コイル３３の右に示される「ＣＷ」は、径方向外側から見て時計回りに導線がティース３２１に巻回されることを示す。「ＣＣＷ」は、径方向外側から見て反時計回りに導線がティース３２１に巻回されることを示す。以下、コイル３３とセグメント３４２との接続構造を「巻線構造」と呼ぶ。

【0023】

図４では、巻線構造を４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５．Ａは、図４の最上段における巻線の様子を示す。図５．Ｂは、図４の最下段における巻線の様子を示す。図５．Ａおよび図５．Ｂにおける丸および四角は、図４と同様に、セグメント３４２、および、コイル３３またはティース３２１を示す。

【0024】

具体的には、導線は、１番セグメント３４２に掛けられた後、１，２，３番ティース３２１の根元を渡って７番セグメント３４２に掛けられる。ティース３２１の根元とは、ティース３２１の径方向内側に存在する環状のコアバック側の部位である。導線がセグメント３４２に掛けられる際には、例えば、導線は接続部３４４に１周だけ巻回される。次に、導線は、７番セグメント３４２から５，６，７番ティース３２１の根元を渡って１３番セグメント３４２に掛けられる。次に、導線は、１３番セグメント３４２から７，８，９番ティース３２１の根元を渡って１９番セグメント３４２に掛けられる。次に、導線は、１９番セグメント３４２から１１，１２，１番ティース３２１の根元を渡って１番セグメント３４２に掛けられる。１，７，１３，１９番セグメント３４２に導線を掛けることにより、１，７，１３，１９番セグメント３４２は同じ電位となる。

【0025】

１番セグメント３４２からは、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３３が形成される。導線は、１番コイル３３から２番セグメント３４２に掛けられる。次に、導線は、２番セグメント３４２から１，２，３番ティース３２１の根元を渡って８番セグメント３４２に掛けられる。以後、図４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、１２個のコイル３３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。

【0026】

図６は、セグメント群３４１における電位の分布を示す図である。第１ブラシ２３１に接するセグメント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。ここで、第１の電位は、第２の電位よりも高いものとする。

【0027】

図６では、各セグメント３４２の電位の高低を、平行斜線の密度により表現している。図６の第１ブラシ２３１に接するセグメント３４２から周方向に９０°間隔で存在するセグメント３４２の電位は、第１の電位である。第２ブラシ２３２に接するセグメント３４２から周方向に９０°間隔で存在するセグメント３４２の電位は、第２の電位である。周方向に沿って見た場合、機械角９０°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。９０°は界磁用磁石２２における磁極対の角度ピッチであり、電気角３６０°に対応する。

【0028】

一般的に表現するために、界磁用磁石２２の磁極の数を２ｎ、コイル３３の数をｍ・ｎ、セグメント３４２の数を２ｍ・ｎとする。すなわち、磁極対の数をｎ（ｎは２以上の自然数）、相数をｍ（ｍは３以上の奇数）とすると、ブラシ群２３がコミュテータ３４に接することにより、セグメント群３４１において、周方向に関して、２ｍセグメント（＝（２ｍ・ｎ）／ｎ）の周期にて、電位が、第１の電位と第２の電位との間で増減する。第１の電位のセグメント３４２と、これに最も近い第２の電位のセグメント３４２との間には、（ｍ−１）個のセグメント３４２が存在する。図６の場合、ｎは４であり、ｍは３である。

【0029】

また、このような電位分布を実現するために、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、セグメント３４２を介しつつコイル３３が直列に接続される。コイル３３間のセグメント３４２の数は少なくとも１つであり、直列に接続されるコイル３３の数は、ｍである。図４に示すように、隣接するコイル３３には、互いに反対方向に導線が巻回される。

【0030】

周方向において電位が漸次変化することにより、セグメントの数とコイルの数とが等しい場合に比べて、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。一方、従来、セグメントの数をコイルの数の２倍にするために、各ティースに時計回りおよび反時計回りに導線を巻回していたが、モータ１では、各ティース３２１には一方向のみに導線が巻回される。これにより、巻線工程を簡素化することができ、巻線に要する時間を削減することができる。その結果、モータ１の製造コストを削減することができる。

【0031】

次に、セグメント数がコイル数の２倍であり、かつ、巻線工程を簡素化することができる巻線構造の原理について説明する。説明を簡素化するために、４ポール６スロットの場合について説明する。以下の説明において、上記説明と同様の構成要素には同符号を付す。

【0032】

図７は、４ポール６スロットの場合のコイル３３、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り、図３に対応する。セグメント３４２の数は１２である。第１ブラシ２３１と第２ブラシ２３２とは、周方向に９０°ずれて配置される。図８は、４ポール６スロットの場合の巻線構造を示す図であり、図４と同様に表現している。図９は、図８の最上段における巻線の様子を示す。

【0033】

図１０は、セグメント群３４１における電位の分布を示す。セグメント群３４１では、１８０°の周期にて、電位が、第１の電位と第２の電位との間で変化する。上述の説明におけるｎは２であり、ｍは３である。

【0034】

図１１は、特開２００８−１１３４８５号公報に開示される、４ポール６スロットの場合の巻線構造を示す図である。図１１においても丸はセグメントを示し、四角はコイルを示す。ただし、１つのティースに時計回りに導線が巻回された１／２個のコイルと、反時計回りに導線が巻回された１／２個のコイルとが配置されるため、時計回りのコイルの番号に「ａ」を追記し、反時計回りのコイルの番号に「ｂ」を追記している。以下の説明では、１／２個のコイルを「半コイル」とも呼ぶ。

【0035】

図１１に示す巻線構造は、図１２に示すように、一列に繋げることができる。ここで、“４ａ”の半コイルや“１ｂ”の半コイル等は、図１３に示すように、巻線方向を変えてさらに電気角で３６０°移動しても同様に機能する。これは、“１ａ”の半コイルと“４ａ”の半コイルとが電気角で３６０°ずれた位置に配置され、“１ａ”の半コイルと“４ａ”の半コイルとで発生するトルクは同等と扱うことができることを発見したためである。これにより、第１ブラシ２３１に接するセグメント３４２が、１番セグメントから２番セグメントに切り替わることが、１番コイルにおける励磁の切り替えのみに利用される。同時に、第２ブラシ２３２に接するセグメント３４２が、４番セグメントから５番セグメントに切り替わることが、４番コイルにおける励磁の切り替えのみに利用される。その結果、図９に示す巻線構造が導かれる。

【0036】

この点を、特開２００８−１１３４８５号公報に開示される従来の巻線構造（以下、「第１従来巻線構造」という。）と比較すると、第１従来巻線構造では、第１ブラシにおける１番セグメントから２番セグメントへのスイッチングを、第１ブラシの位置を基準として電気角０°に位置する１番コイルの半分と、電気角３６０°に位置する４番コイルの半分とにおける励磁の切り替えに利用し、第１ブラシからみて電気角１８０°に位置する第２ブラシにおける４番セグメントから５番セグメントへのスイッチングを、電気角０°に位置する１番コイルの残りの半分と、電気角３６０°に位置する４番コイルの残りの半分とにおける励磁の切り替えに利用している。

【0037】

なお、第１ブラシは、電気角３６０°の位置にあっても同様に機能し、第２ブラシは電気角５４０°の位置にあっても同様に機能する。そのため、磁極対数をｎ（ｎは２以上の自然数）とし、ｉを０以上（ｎ−１）以下の少なくとも１つの整数として、第１ブラシの位置は、電気角（３６０・ｉ）°と表現することができ、ｊを０以上（ｎ−１）以下の少なくとも１つの整数として、第２ブラシの位置は、電気角（３６０・ｊ＋１８０）°と表現することができる。

【0038】

そして、ｐを０以上（ｎ−１）以下の整数として、第１従来巻線構造では、電気角（３６０・ｐ）°に位置するコイルの励磁の切り替えは、いずれかの第１ブラシとセグメントによるスイッチングと、いずれかの第２ブラシとセグメントによるスイッチングとを均等に利用している、といえる。同様に、ｑを０以上（ｎ−１）以下の整数として、電気角（３６０・ｑ＋１８０）°に位置するコイルの励磁の切り替えも、いずれかの第１ブラシとセグメントによるスイッチングと、いずれかの第２ブラシとセグメントによるスイッチングとを均等に利用する。

【0039】

これに対し、モータ１では、電気角（３６０・ｐ）°に位置するコイル３３の励磁の切替は、少なくとも１つの第１ブラシ２３１および少なくとも１つの第２ブラシ２３２のうちのいずれか１つのブラシ（例えば、１つの第１ブラシ２３１）とセグメント３４２によるスイッチングのみを利用している、と表現することができる。同様に、電気角（３６０・ｑ＋１８０）°に位置するコイル３３の励磁の切替も、少なくとも１つの第１ブラシ２３１および少なくとも１つの第２ブラシ２３２のうちのいずれか１つのブラシ（例えば、１つの第２ブラシ２３２）とセグメント３４２によるスイッチングのみを利用する。

【0040】

上記第１従来巻線構造およびモータ１の巻線構造を、セグメントの数がコイルの数に等しいさらに従来の一般的なモータの巻線構造（以下、「第２従来巻線構造」という。）を参照して別の表現にて説明すると次のようになる。

【0041】

第２従来巻線構造では、第１ブラシに接触するセグメントの切り替えと、第２ブラシに接触するセグメントの切り替えとが、交互に生じる。接触セグメントの切り替えは、コイルの中心、すなわち、ティースの中心がブラシを通過する際に生じる。

【0042】

第１従来巻線構造では、第２従来巻線構造から、セグメントの数を２倍に増やし、ブラシがコイル間の中心、すなわち、スロットの中心と通過する際の接触ブラシの切り替えを、電気角で（±１８０）°ずれた位置の２つのコイルの半分に利用することにより、スパークの発生の低減を実現している。このため、第１従来巻線構造では、１つのティースに正逆双方の巻線を行う必要がある。

【0043】

これに対し、モータ１の巻線構造では、スロットの中心と通過する際の接触ブラシの切り替えを、電気角で（＋１８０）°または（−１８０）°ずれた位置、より一般的には、ｑを０以上（ｎ−１）以下の整数として、電気角（３６０・ｑ＋１８０）°に位置する１つのコイルのみで利用することにより、１つのティースに一方向のみの巻線を行うことが実現される。その結果、セグメントの数をコイルの数の２倍としてスパークを低減しつつ、巻線工程が簡素化される。

【0044】

さらに換言すれば、モータ１の巻線構造では、ｐ，ｑを０以上（ｎ−１）以下の整数として、第１従来巻線構造において、電気角（３６０・ｐ）°のコイルの半分と、電気角（３６０・ｑ＋１８０）°のコイルの半分とを入れ替えた構造となっている。そのため、モータ１の巻線構造では、電気角（３６０・ｐ）°のティース３２１では時計回りのみに導線が巻回され、電気角（３６０・ｑ＋１８０）°のティース３２１では反時計回りのみに導線が巻回される。

【0045】

次に、モータ１の巻線構造の原理を、６ポール９スロットのモータに適用した場合について説明する。図１４は、６ポール９スロットの場合の巻線構造を示す図であり、図８と同様に表現している。セグメント３４２の数は１８である。この場合、上記説明におけるｍは３であり、ｎは３である。第１ブラシ２３１と第２ブラシ２３２とは、周方向に６０°の奇数倍だけ離れる。図１４に示すように、６ポール９スロットの場合、一部のティース３２１には、第１従来巻線構造と同様に、時計回りおよび反時計回りに導線が巻回される。図１５．Ａおよび図１５．Ｂは、図１４の最上段および最下段の一部における巻線の様子を示す図である。

【0046】

図１６は、特開２００８−１１３４８５号公報に開示される、６ポール９スロットの場合の巻線構造を示す図であり、図１１に対応する。図１６においても、図１７に示すように、巻線を一列に繋げることができる。ここで、３つの半コイルが直列に接続される。“７ａ”の半コイルや“１ｂ”の半コイル等は、巻線方向を変えて電気角で３６０°移動しても同様に機能する。ただし、３つの半コイルのうち、１つの半コイルは残ってしまうため、この半コイルを独立してセグメントに挟まれるように移動することにより、図１８に示す接続が得られる。その結果、図１４に示す巻線構造が得られる。

【0047】

上記手法による巻線構造の変換では、３つのティース３２１において半コイルが残ってしまうが、モータの回転は可能である。より一般的には、ｍが３であり、ｎが偶数の場合は、全てのティース３２１に時計回りまたは反時計回りのうちの一方向に導線が巻回されたコイル３３を設けることができるが、ｍが３であり、ｎが奇数の場合は、少なくとも３つのティース３２１にて互いに逆向きに導線を巻回した一対の半コイルが設けられる。なお、セグメント３４２とコイル３３との接続関係は様々に変更可能であることから、半コイルが配置されるティース３２１は必ずしも周方向に連続して並ぶ必要はない。

【0048】

上記説明ではｍは３であるが、ｍが３以上の奇数であり、ｎが２以上の偶数の場合、全てのティース３２１に一方向に導線を巻回することができる。この場合、時計回り導線が巻回されたコイル３３と反時計回りに導線が巻回されたコイル３３とが周方向に交互に配置される。ｎが２以上の奇数の場合、ｍの奇数倍個のティース３２１に一対の半コイルが配置され、残りのティース３２１には一方向に導線を巻回したコイルが配置される。１本の導線にて形成されるコイルのみが存在する場合と、１本の導線にて形成されるコイルと２本の導線にて形成されるコイルとが混在する場合とがあるため、モータでは、各コイル３３を形成する少なくとも１本の導線の各端部は、いずれかのセグメント３４２に接続される。

【0049】

さらに一般的に表現すれば、ｍ・ｎ個のティース３２１のうちｋ個のティース３２１のぞれぞれに、一定の巻回方向に連続導線が巻回されたコイル３３のみが配置され、当該ｋ個のティース３２１のそれぞれから、電気角で３６０・ｉ度（ｉは（ｎ―１）以下の自然数）離れた位置に配置されるティース３２１に、逆方向に連続導線が巻回されたコイル３３のみが配置される。ただし、ｋは、（ｍ・ｎ／２）以下の自然数である。そして、上記説明において全てのティース３２１に導線が時計回りまたは反時計回りのいずれか一方向に巻回される場合は、２ｋがｎである、すなわち、極数が４の倍数である場合に対応する。ｍ個のティース３２１のみに一対の半コイルが配置される場合は、２ｋが（ｎ−１）である場合に対応する。半コイルの数が少ないほど、容易に巻線を行うことができる。

【0050】

ここで、コイル３３の導線は、最も近いセグメント３４２に接続されることが好ましい。第１ブラシ２３１の位置におけるセグメント３４２の切り替えにより第１ブラシ２３１の位置を通過するコイル３３のスイッチングを行うには、時計回りまたは反時計回りのいずれか一方向に連続導線が巻回されたコイル３３が、最も近い２つのセグメント３４２に接続されることが好ましい。この場合、逆方向に連続導線が巻回されたコイル３３は、最も近い２つのセグメント３４２以外のセグメント３４２に接続される。

【0051】

上記実施の形態では、複数のコイル３３の全体が、１本の導線により形成される。また、ブラシ群２３に含まれる第１の電位の第１ブラシ２３１の数が１であり、第２の電位の第２ブラシ２３２の数が１である。これにより、モータ１の構造が最も簡素化される。もちろん、巻線構造において複数の導線が用いられてもよい。この場合、導線がセグメント３４２間を渡ることをある程度省き、複数の第１ブラシ２３１または複数の第２ブラシ２３２が設けられてもよい。例えば、電気角３６０°毎に第１ブラシ２３１が設けられ、各第１ブラシ２３１から電気角１８０°だけずれた位置に第２ブラシ２３２が設けられてもよい。

【0052】

時計回りのコイルと反時計周りのコイルとは周方向に交互に配置される必要はない。例えば、電気角で３６０°ずれた位置のコイル同士を適宜入れ替えてよい。さらには、周方向のある位置に時計回りのコイルをまとめて配置し、他の位置に反時計回りのコイルをまとめて配置してもよい。

【0053】

上記実施の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。

【産業上の利用可能性】

【0054】

本発明は、様々な用途のモータに利用することができる。

【符号の説明】

【0055】

１ モータ
２ 静止部
３ 回転部
４ 軸受部
２２ 界磁用磁石
２３ ブラシ群
２３１ 第１ブラシ
２３２ 第２ブラシ
３１ シャフト
３２ アーマチュアコア
３３ コイル
３４ コミュテータ
３２１ ティース
３４１ セグメント群
３４２ セグメント
Ｊ１ 中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5.A】

【図5.B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15.A】

【図15.B】

【図16】

【図17】

【図18】