特開 2022-185158 電動機および電気機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022185158

(43)【公開日】2022-12-14

(54)【発明の名称】電動機および電気機器

(51)【国際特許分類】

   H02K 23/38 20060101AFI20221207BHJP

   H02K 23/04 20060101ALI20221207BHJP

   H02K 13/04 20060101ALI20221207BHJP

【ＦＩ】

H02K23/38

H02K23/04

H02K13/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2019203482

(22)【出願日】2019-11-08

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】浅野 貴洋

(72)【発明者】

【氏名】中野 圭策

(72)【発明者】

【氏名】水上 裕文

【テーマコード（参考）】

5H613

5H623

【Ｆターム（参考）】

5H613AA02

5H613BB04

5H613BB15

5H613PP07

5H623BB07

5H623GG13

5H623JJ03

(57)【要約】

【課題】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等を提供する。
【解決手段】電動機１は、複数の磁極を有する固定子１０と、回転軸２１と第１のスロットを含む複数のスロット２４を含むコア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、複数の整流子セグメント４１を有する整流子４０とを備え、巻線コイル１２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渡り線２３ｂ１および第２渡り線２３ｂ２とを含み、固定子１０の複数の磁極の数は６の倍数であり、回転子２０の複数のスロット２４の数は偶数であり、第１のスロットにおいて、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、当該逆起電力が打ち消されるように引き回される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電動機および電気機器に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【0005】

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）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第５０２６９４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

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。

【0008】

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り、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。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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、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。

【0010】

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。

【発明の効果】

【0011】

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。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態に係る電動機の半断面図である。

【図2】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】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】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】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】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】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】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】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】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。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。

【0014】

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。また、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。

【0015】

（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の第１ブラケット６１を外した状態を示す上面図である。

【0016】

電動機１は、整流子電動機であり、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および第２ブラケット６２とを備える。

【0017】

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モータ）であり、固定子１０として磁石１１が用いられているとともに、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。また、本実施の形態における電動機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。

【0018】

以下、電動機１の各構成部材について詳細に説明する。

【0019】

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。本実施の形態において、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り、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。

【0020】

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、本実施の形態において、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。本実施の形態において、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。

【0021】

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略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。

【0022】

回転子２０（ロータ）は、固定子１０に作用する磁力を発生する。本実施の形態において、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。そして、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。

【0023】

また、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。

【0024】

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。

【0025】

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、例えば金属棒であり、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。

【0026】

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。本実施の形態において、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。

【0027】

一方、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。本実施の形態において、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。

【0028】

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。

【0029】

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。また、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。

【0030】

また、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。また、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。

【0031】

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。本実施の形態において、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。また、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。

【0032】

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。

【0033】

また、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。本実施の形態において、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。

【0034】

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。本実施の形態において、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。

【0035】

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。

【0036】

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り、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り、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り、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。

【0037】

また、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が、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。

【0038】

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り、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。

【0039】

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。また、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。

【0040】

本実施の形態において、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。つまり、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。つまり、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。

【0041】

第１ブラケット６１は、第１軸受け３１を保持している。本実施の形態において、第１ブラケット６１は、蓋体であり、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。

【0042】

第２ブラケット６２は、第２軸受け３２を保持している。本実施の形態において、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略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が、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。

【0043】

本実施の形態において、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。

【0044】

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に流れることで、回転子２０に磁束が発生する。そして、この回転子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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。また、本実施の形態において、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。

【0048】

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とに跨って接しており、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。

【0049】

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。また、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。

【0050】

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。また、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。

【0051】

そして、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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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に示す従来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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

また、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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

（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。

【0074】

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。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し、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。そして、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。

【0075】

また、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。なお、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。

【0076】

また、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。

【0077】

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。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し、電動工具等に用いられてもよい。

【0078】

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や、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。

【産業上の利用可能性】

【0079】

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。

【符号の説明】

【0080】

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
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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】