JP4748872B2

JP4748872B2 - Rotating electrical machine armature and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4748872B2
Application number: JP2001101115A
Authority: JP
Inventors: 健依田; 竜一高草木
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP2002305861A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両等に搭載される回転電機のアーマチュアおよびその製造方法の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種回転電機のアーマチュアとしては、シャフトに外嵌固定されるコアの外周に軸方向に長いスロットが複数形成されており、所定間隔を存して位置するスロット間に、シャフトの外周面に複数設けられる整流子片にそれぞれ導通する巻線が巻装されて複数のコイルが形成されている。そしてこのように構成されたアーマチュアを、内周面に磁石を固定することで極性が付与されたヨークに回動自在に支持せしめ、前記整流子片にブラシを介して給電することで、回転電機のシャフトが回転駆動するようになっている。このような電動モータにおいて、例えば、二極、二ブラシを備え、アーマチュアのスロット数が１０に設定された電動モータが知られており、このものにおいて、コイルは次のようにして形成されている。つまり、前記アーマチュアの展開図を図６に示すが、１０個の整流子片７ａ、１０個のティース６ｂにそれぞれ番号を附した場合、巻線９は、例えば８番整流子片から巻出され、２−３番ティースのあいだのスロット６ｃと６−７番ティースのあいだのスロット６ｃ間に巻線を複数回（例えば十二回）巻装してコイル（コイル辺９’、９）を形成した後、９番整流子片に導通される。続いて、該９番整流子片から巻出される巻線９は、３−４番ティースのあいだのスロット６ｃと７−８番ティースのあいだのスロット６ｃ間に複数回巻装されてコイル（コイル辺１０’、１０）を形成した後、１０番整流子片に導通され、さらに、１０番整流子片から巻出される巻線９は４−５番ティースのあいだのスロット６ｃと８−９番ティースのあいだのスロット６ｃ間に複数回巻装されてコイル（コイル辺１’、１）を形成した後、１番整流子片に導通され・・・、というように巻装され、これによって、複数のコイル１０がコアの周回りに形成されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような電動モータにおいて、整流子片に給電するべく当接するブラシに位置ズレが生じていたり、整流子片自体にピッチズレがあったり、また、整流子片のブラシへの接触状態が悪いような場合に、例えば図７（Ａ）に示すようなアーマチュア６の回転状態（この場合では、θ＝１１°）によっては、一方のブラシには一つの整流子片が当接するが、他方のブラシには二つの整流子片が当接する状態になってしまうことがある。このようなものにおいて、例えば＋側ブラシが９、１０番整流子片に当接し、−側ブラシが５番整流子片に当接するような場合、コイル辺１０’、１０が短絡するため、図７（Ｂ）に示すようにブラシ間の等価電気回路のコイル数に差が生じ、回路内の抵抗値が異なってしまうため、各コイルを流れる電流にバラツキが生じてしまう。また、各コイル辺における電流の流れ方向は中心線Ｍの両半部において図７（Ａ）に示すような状態となって、各半部における電磁力がアンバランスとなる。つまり、これらの図面から明らかなように、ブラシ間におけるコイル辺の数は１０番整流子片に接続する側が多くなってしまい該側の電流は小さくなるが、これと径方向に対向する側の電流は大きくなり、アーマチュア６の前記各側のコイル電流とヨークの永久磁石によるマグネット界磁とのあいだの相互作用による電磁力がそれぞれ偶力ではなくなってアーマチュアに振れ回り方向の電磁力が働き、これが電動モータの振動や騒音の原因となってしまい問題があり、ここに本発明が解決しようとする課題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、周回り方向に複数形成されたスロットのうちの任意のスロット間に、整流子片にそれぞれ導通する巻線を巻装してコイルを形成してなる回転電機のアーマチュアにおいて、回転電機の磁界を、ｎを自然数としたとき２（２ｎ−１）の極数として径方向に異極が対向するよう形成する一方、任意の整流子片に導通される巻線は、上記任意のスロット間と、該任意のスロット間とは径方向に対向するスロット間とに直列接続するように巻装して一対のコイルを形成し、上記任意の整流子片に周回り方向に隣接する整流子片に導通されるものとし、前記径方向に対向して直列接続される一対のコイルは、互いに逆の巻方向に巻装されているものである。
そして、このようにすることにより、磁気バランスのとれた回転電機となって、振動や騒音の少ないものにできる。
また、本発明は、周回り方向に複数形成されたスロットのうちの任意のスロット間に、整流子片にそれぞれ導通する巻線を巻装してコイルを形成してなる回転電機のアーマチュアにおいて、回転電機の磁界を、ｎを自然数としたとき２（２ｎ−１）の極数として径方向に異極が対向するよう形成するにあたり、任意の整流子片に導通される巻線は、上記任意のスロット間に巻装され、しかる後、該任意のスロット間とは径方向に対向するスロット間に巻装されて、径方向に対向するスロット間に直列接続する一対のコイルを形成してから、上記任意の整流子片に周回り方向に隣接する整流子片に導通されるものとし、前記径方向に対向して直列接続される一対のコイルは、互いに逆の巻方向に巻装するようにしたものである。
そして、このようにすることにより、磁気バランスのとれた回転電機でありながら、部品点数が増加せず低コストな回転電機とすることができる。
さらに、本発明は、周回り方向に複数形成されたスロットのうちの任意のスロット間に、整流子片にそれぞれ導通する巻線を巻装してコイルを形成してなる回転電機のアーマチュアにおいて、回転電機の磁界を、ｎを自然数としたとき４ｎの極数として径方向に同極が対向するよう形成する一方、任意の整流子片に導通される巻線は、上記任意のスロット間と、該任意のスロット間とは径方向に対向するスロット間とに直列接続するように巻装して一対のコイルを形成し、上記任意の整流子片に周回り方向に隣接する整流子片に導通されるものとし、前記径方向に対向して直列接続されるコイルは、互いに同じ巻方向に巻装されているものである。
そして、このようにすることにより、磁気バランスのとれた回転電機となって、振動や騒音の少ないものにできる。
さらにまた、本発明は、周回り方向に複数形成されたスロットのうちの任意のスロット間に、整流子片にそれぞれ導通する巻線を巻装してコイルを形成してなる回転電機のアーマチュアにおいて、回転電機の磁界を、ｎを自然数としたとき４ｎの極数として径方向に同極が対向するよう形成するにあたり、任意の整流子片に導通される巻線は、上記任意のスロット間に巻装され、しかる後、該任意のスロット間とは径方向に対向するスロット間に巻装されて、径方向に対向するスロット間に直列接続する一対のコイルを形成してから、上記任意の整流子片に周回り方向に隣接する整流子片に導通されるものとし、前記径方向に対向して直列接続される一対のコイルは、互いに同じ巻方向に巻装するようにしたものである。
そして、このようにすることにより、磁気バランスのとれた回転電機でありながら、部品点数が増加せず低コストな回転電機とすることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図１〜図４の図面に基づいて説明する。
図面において、１は車両に搭載する電装品の駆動源となる電動モータ（回転電機）であって、該電動モータ１を構成する有底筒状に形成されたモータハウジング２の内周面には周回り方向にＮ極、Ｓ極からなる一対の永久磁石３が径方向に対向して固定され、これによって、二つの磁極を備えた二極型の電動モータ１に構成されている。４はアーマチュアであって、該アーマチュア４を構成するシャフト（アーマチュア軸）５には、リング状の板材６ａを複数枚積層して構成されるコア６が一体的に外嵌され、さらに、該コア６の一端部に位置してコンミテータ（整流子）７が外嵌固定されている。そして、アーマチュア４のシャフト５は、他側部（基端部）がモータハウジング２に軸受２ａを介して軸承されており、モータハウジング２内において回動自在となるように内装されいる。また、モータハウジング２の開口端にはカバー２ｂが設けられ、該カバー２ｂにホルダステー８が一体的に設けられている。このホルダステー８には、周回り方向二箇所に位置してブラシホルダ８ａが形成され、該ブラシホルダ８ａにそれぞれブラシ８ｂが出没自在に内装されており、該ブラシ８ｂの突出先端部（内径側先端部）がコンミテータ７に弾圧状に当接（接触）することによって、外部からの電源がブラシ８ｂを介してコンミテータ７に供給されるように構成されており、これらの基本構成は従来通りとなっている。
【０００６】
さて、前記コア６を構成するリング状の板材６ａの外周部には、Ｔ字形のティース６ｂが周回り方向に複数（本実施の形態では１０個）形成されたものになっており、これら板材６ａの複数枚をシャフト５に回り止め状に外嵌することにより、コア６の外周には、隣接するティース６ｂ同志とのあいだに軸芯方向に凹設された蟻溝状のスロット６ｃが、軸方向に長く、かつ周回り方向に複数（１０個）形成されている。
一方、前記コンミテータ７は、外周面に導電材で形成された軸方向に長い板状の整流子片７ａの複数枚（本実施の形態では１０枚）を、互いに絶縁される状態で周回り方向に並列状に固定したものとなっており、各整流子片７ａのコア６側を向く端部には外径側に折返し折曲されたライザ７ｂが一体形成されている。
【０００７】
そして、前記コア６の任意の箇所に位置し、かつ所定間隔を存するスロット６ｃ間に、エナメル被覆の巻線９を後述するような巻装手順により巻装することで、コア６の外周に複数のコイル１０が巻装されるが、これらコイル１０の巻き始め端部と巻き終り端部となる巻線９は、各対応する整流子片７ａのライザ７ｂに懸回されている。そして、前記各ライザ７ｂに懸回されたコイル１０の巻き始め端部および巻き終り端部となる巻線９を整流子片７ａにフュージングすることで、整流子片７ａとこれに対応するコイル１０とが電気的に接続される（導通する）ように設定されている。
【０００８】
次に、コイル９の巻装手順について図２、３、４に基づいて説明する。図２は、アーマチュア４のライザ７ｂとティース６ｂとを展開した図面となっており、隣接するティース６ｂとのあいだの空隙がスロット６ｃに相当している。そして、これら図面において、各ライザ７ｂ、各ティース６ｂ、巻装されたコイル１０にそれぞれ符号を附し、これらに基づいて巻装手順を説明する。
つまり、本実施の形態のアーマチュア４に巻装されるコイル１０は、巻線９を、三個のスロット６ｃを飛ばしたスロット６ｃ間に順次巻装する重巻方式に基づいて巻装され、短節巻となっている。この場合に、巻線９は、一端が８番ライザに導通するべく巻き始められ、該８番ライザに懸け回された巻線９を、１−２番ティースのあいだのスロット６ｃと７−８番ティースのあいだのスロット６ｃとのあいだにおいて、従来の複数回巻装する回数の半分の回数で（本実施の形態では六回）巻装することで、Ｘ領域における９’Ｘコイル辺（図２においてＸ領域に位置する○付き９’として表示）とＹ領域における９Ｙコイル辺（図２においてＸ領域に位置する○付き９として表示）を形成する。ここで、Ｘ領域、Ｙ領域とは、各永久磁石３（磁界）により形成される領域に相当し、アーマチュア４を任意の中心線、この場合では、８−９番ティースのあいだと３−４番ティースのあいだとを通る直線を中心線Ｍと設定し、一半部側をＸ領域、他半部側をＹ領域とし、各領域におけるコイル辺に対しこれらの符号を付すことで、何れの領域のコイル辺であるかを区別している。この後、巻線９は、従来のもののようにライザ７ｂに懸け回されることなく、前記１−２番ティースのあいだのスロット６ｃと７−８番ティースのあいだのスロット６ｃとのあいだとは径方向に対向する、即ち、周回り方向に１８０°回転した位置である２−３番ティースのあいだのスロット６ｃと６−７番ティースとのあいだのスロット６ｃとのあいだにおいて、従来の複数回に相当するよう残りの半分の回数で（本実施の形態では六回）巻装されて９’Ｘコイル辺（図２においてＸ領域に位置する○付き９’として表示）と、９Ｙコイル辺（図２においてＸ領域に位置する○付き９として表示）とを形成し、その後に９番ライザに懸け回されるように設定されている。これによって、８番ライザと９番ライザとのあいだには、径方向に対向し、かつ直列接続される一対の９番コイルが形成されるが、これら一対の９番コイルは、図２からも明らかなように、互いに巻線方向が逆になる状態で巻装されて、該コイル１０に通電されることにより相対する電磁力を発生するように設定されている。
【０００９】
さらに、前記９番ライザに懸回された巻線１０は、続けて２−３番ティースのあいだのスロット６ｃと８−９番ティースのあいだのスロット６ｃとのあいだにおいて複数回（六回）巻装されて１０’Ｘコイル辺（図２においてＸ領域に位置する○付き１０’として表示）と１０Ｘコイル辺（図２においてＸ領域に位置する○付き１０として表示）とを形成する。この後、さらに巻線９は、前記２−３番ティースのあいだのスロット６ｃと８−９番ティースのあいだのスロット６ｃとのあいだとは径方向に対向する、即ち、周回り方向に１８０°回転した位置である３−４番ティースのあいだのスロット６ｃと７−８番ティースとのあいだのスロット６ｃとのあいだにおいて複数回（六回）巻装されて、１０’Ｙコイル辺（Ｙ領域に位置する○付き１０’として表示）と１０Ｙコイル辺（Ｙ領域に位置する○付き１０として表示）とを形成し、その後１０番ライザに懸回されることで、径方向に対向し、かつ直列接続されるが互いに巻線方向が逆になる一対の１０番コイルが形成されている。これに続いて、１０番ライザに懸回された巻線１０は、３−４番ティースのあいだのスロット６ｃと９−１０番ティースのあいだのスロット６ｃとのあいだにおいて複数回（六回）巻装されて、１’Ｘ、１Ｘコイル辺（Ｘ領域に位置する○付き１’、Ｘ領域に位置する○付き１）を形成し、さらに、これとは径方向に対向する４−５番ティースのあいだのスロット６ｃと８−９番ティースとのあいだのスロット６ｃとのあいだにおいて複数回（六回）巻装されて１’Ｙ、１Ｙ（Ｙ領域に位置する○付き１’、Ｙ領域に位置する○付き１）コイル辺を形成し、・・・というようにして、順次、任意のライザ７ｂとこれに隣接するライザ７ｂとのあいだに、互いに径方向に対向し、かつ直列接続され、しかも巻線方向が逆転した状態の各一対の１、２、３、４、５、６、７番コイルが形成され、各コイル１０のコイル辺がＸ領域とＹ領域、即ち、一対の磁極に対応して二分割されるように設定されている。
尚、図２に示されるように、各コイル辺を表示するにあたり、数字に「’」が付与されるコイル辺は、巻線９を整流子片７ａ側からシャフト５の他端側に向けて巻回されるものであり、数字だけで示されるコイル辺は、シャフト５の他端側から整流子片７ａ側に向けて巻回されるものである。
【００１０】
図３（Ａ）、（Ｂ）には、アーマチュア４の回転角度が、整流子片７ａとブラシ８ｂとが丁度当接する基準状態に対して１１°回転した状態（θ＝１１°）における断面を示し、これによって、各コイル辺の位置関係を示しているが、このアーマチュア４の回転状態は、前述したように、ブラシ８ｂの位置ズレ等により、一方のブラシ８ｂは一つの整流子片７ａに当接するが、他方一方のブラシ８ｂには二つの整流子片７ａが当接するような不具合が生じやすい状態となっている。
このものにおいて、各ブラシ８ｂや整流子片７ａにズレがなく理想的な状態であり、例えば＋ブラシ８ｂに対して１０番整流子片が当接し、−ブラシ８ｂに５番整流子片が当接している場合では、図３（Ｂ）に示すように、５番コイルと１０番コイルとは短絡され、その他の各コイル（１、２、３、４、６、７、８、９番コイル）に電流が流れ、このときのブラシ間等価電気回路は、＋、−間の並列回路内のコイル辺数が同様で等しい電流値となっている。そして、この状態での電流の向きは、Ｘ領域では１’Ｘ、６Ｘコイル辺以外は図３（Ｂ）の図面において上から下に向く向きとなっており、Ｙ領域では１Ｙ、６’Ｙコイル辺以外は下から上に向く向きとなっていて、Ｘ領域とＹ領域とでは電磁力が等しくなって磁気バランスがとれ、もって偶力が作用して安定した回転力を得られる状態となっている。
【００１１】
これに対し、ブラシ８ｂに位置ズレが生じる等、何らかの原因で＋側ブラシ８ｂが９、１０番整流子片に当接し、−側ブラシが５番整流子片に当接してしまった場合について、図４（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。
このものでは、１０番コイルのみが短絡されることになり、その他の各コイル（１、２、３、４、５、６、７、８、９番コイル）に電流が流れる。このため、ブラシ間等価電気回路は、図４（Ａ）に示すように、＋、−間の並列回路の一方のコイル辺数が他方より一つ多いことになり、それぞれの電流値が異なってしまう。
一方、この状態での電流の向きは、Ｘ領域では１’Ｘ、５’Ｘ、６Ｘコイル辺以外は図３（Ｂ）の図面において上から下に向く向きとなっており、Ｙ領域では１Ｙ、５Ｙ、６’Ｙコイル辺以外は下から上に向く向きとなっていて、Ｘ領域とＹ領域とで電磁力が同じとなって磁気バランスがとれるようになっている。この結果、Ｘ領域とＹ領域とで電磁力の差が生じることがなく、もって振れ回り方向の力が作用してしまうようなことがなく、安定した回転力を得られるように設定されている。
【００１２】
叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、電動モータ１のコア６に巻装される巻線９は、任意の整流子片７ａから繰り出され、任意のスロット間に通常の巻数の略半分の回数だけ巻装されて一つのコイル１０を形成した後、該任意のスロット間と径方向に（１８０度）対向するスロット間部位に、残りの半分の回数だけ巻装して、前記コイル１０とは逆向きのもう一つのコイル１０を直列状に連続して形成している。この結果、アーマチュア４の周回りには、直列に接続された状態のコイルが径方向に対向する位置に存し、しかも、逆向きに巻装されたものとなっている。このため、前述したように、仮令ブラシ８ｂの整流子片７ａとの当接が、一方は二個の整流子片７ａと、他方は一個の整流子片７ａと当接するようなアンバランスな状態となったとしても、アーマチュア４全体としての磁気バランスが崩れるようなことがなく、電動モータ１を振動が少なく低騒音なものにでき、安定した電動モータ１とすることができる。
【００１３】
このように、電動モータ１は、アーマチュア４の磁気バランスが確保されたものとできるが、このものは、アーマチュアコア６に巻線９を巻装する際に、任意の箇所と、これに径方向に対向する箇所の二箇所に連続してそれぞれコイル１０を形成することで実現する構成であるので、別途部材が必要になったり、特別な取付け作業が必要になったりすることがなく、電動モータ１に必要な部材をそのまま利用することで構成することができ、構造の簡略化を計るとともにコスト低下に寄与できる。
【００１４】
さらにこのものでは、前述したように、任意の整流子片７ａに導通される巻線９により、径方向に対向する一対のコイル１０を一続きに形成する構成となっているので、前記任意の整流子片７ａのライザ７ｂに懸回される巻線９の本数を少なくできて、巻線９をライザ７ｂにフュージングする作業が容易になるとともにフュージングの信頼性が向上し、高品質の電動モータ１を安定した状態で供給できるという利点もある。
因みに、前記実施の形態のように、コイルを一層巻にしたものの他、二層巻、三層巻のようにコイルを複数層に巻装する場合においても実施できることはいうまでもない。
【００１５】
尚、本発明は前記実施の形態に限定されることは勿論なく、前記第一の実施の形態のように二極型の回転電機である場合、径方向に対向する部位はヨークの永久磁石によるマグネット界磁が異極になる必要があり、このため、任意の整流子片に導通される径方向に対向する一対のコイルは、互いに逆巻の関係で巻かれるようにして、マグネット界磁の相互作用による電磁力がそれぞれ偶力となるようにしている。このように、ｎを自然数としたとき、回転電機の極数が２（２ｎ−１）で表される極数、即ち二極、六極、十極、・・・の回転電機のように径方向に対向する部位が互いに異極となるものにおいては、前記一対のコイルに電流が流れたとき互いに磁力が反対方向を向くよう、各コイルは互いに逆の巻方向に巻装されている。
【００１６】
一方、ｎを自然数としたとき、回転電機の極数が４ｎで表される極数、即ち、四極、八極、十二極、・・・の回転電機のように径方向に対向する部位が互いに同極となるものにおいては、前記一対のコイルに電流が流れたとき互いに磁力が同方向を向くよう、各コイルは互いに同じ巻方向に巻装されており、図５に四極型の回転電機のコイル巻装状態の展開図を示し、これに基づいて説明する。例えば４番整流子片７ａから繰り出された巻線９は、１４−１５番ティースのあいだのスロット６ｃと１１−１２番ティースのあいだのスロット６ｃとのあいだに巻装してコイル１０を形成し、引き続いて巻線９を５−６番ティースのあいだのスロット６ｃと１−２番ティースのあいだのスロット６ｃとのあいだに巻装してもう一つのコイル１０を形成し、３番整流子片７ａに懸回されるようになっており、これによって、径方向に対向して一対のコイルが直列接続状に形成され、かつその巻方向が同じになるように設定されている。そして、このように構成することによって、ブラシや整流子片７ａの位置ズレ等により、ブラシに当接するコンミテータの数にばらつきがあったとして、振動や騒音の低減された高品質な電動モータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動モータの一部断面側面図である。
【図２】アーマチュアのコイル巻装状態を説明する展開図である。
【図３】図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれコイルの巻装状態を説明する断面図、巻線の電流方向を説明する断面図である。
【図４】図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれブラシ間の等価電気回路図、巻線の電流方向を説明する断面図である。
【図５】四極型の回転電機におけるコイルの巻装状態を説明する展開図である。
【図６】二極型の回転電機における従来のコイルの巻装状態を説明する展開図である。
【図７】図７（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ二極型の回転電機において従来のコイルの巻装状態における巻線の電流方向を説明する断面図、ブラシ間の等価電気回路図である。
【符号の説明】
１電動モータ
２モータハウジング
３永久磁石
４アーマチュア
５シャフト
６コア
６ｂティース
６ｃスロット
７コンミテータ
７ａ整流子片
７ｂライザ
８ｂブラシ
９巻線
１０コイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of an armature of a rotating electrical machine mounted on a vehicle or the like and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Generally, as an armature of this type of rotating electrical machine, a plurality of axially long slots are formed on the outer periphery of a core that is fitted and fixed to the shaft, and the outer peripheral surface of the shaft is located between the slots that are located at predetermined intervals. A plurality of coils are formed by winding windings that are respectively connected to a plurality of commutator pieces provided in the coil. The armature thus configured is rotatably supported on a yoke having a polarity by fixing a magnet to the inner peripheral surface, and power is supplied to the commutator piece via a brush, thereby rotating the electric machine. The shaft is driven to rotate. As such an electric motor, for example, an electric motor having two poles and two brushes and having an armature slot number set to 10 is known. In this motor, a coil is formed as follows. . That is, FIG. 6 shows a development view of the armature. When 10 commutator pieces 7a and 10 teeth 6b are numbered, the winding 9 is unwound from, for example, the 8th commutator piece. A coil (coil side 9 ', 9) is formed by winding a winding a plurality of times (for example, twelve times) between the slot 6c between the 2nd and 3rd teeth and the slot 6c between the 6th and 7th teeth. After that, it is conducted to the No. 9 commutator piece. Subsequently, the winding wire 9 unwound from the 9th commutator piece is wound a plurality of times between the slot 6c between the 3-4th tooth and the slot 6c between the 7th-8th teeth, and the coil (coil) After the sides 10 'and 10) are formed, the winding 9 which is conducted to the 10th commutator piece and is unwound from the 10th commutator piece is the slots 6c and 8-9 between the 4th and 5th teeth. After being wound a plurality of times between the slots 6c between the teeth to form a coil (coil sides 1 ′, 1), the first commutator piece is conducted, and so on. A plurality of coils 10 are formed around the core.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in such an electric motor, the brush contacted to supply power to the commutator piece has a positional deviation, the commutator piece itself has a pitch deviation, and the contact state of the commutator piece with the brush is poor. In such a case, for example, depending on the rotation state of the armature 6 as shown in FIG. 7A (in this case, θ = 11 °), one commutator piece contacts one brush, but the other Two commutator pieces may come into contact with the brush. In such a case, for example, when the + side brush contacts the 9th and 10th commutator pieces and the − side brush contacts the 5th commutator piece, the coil sides 10 ′ and 10 are short-circuited. As shown in FIG. 7B, there is a difference in the number of coils in the equivalent electric circuit between the brushes, and the resistance values in the circuit are different, resulting in variations in the current flowing through each coil. Further, the current flow direction in each coil side is in a state as shown in FIG. 7A in both halves of the center line M, and the electromagnetic force in each half is unbalanced. That is, as is clear from these drawings, the number of coil sides between the brushes increases on the side connected to the No. 10 commutator piece, and the current on the side decreases, but the side on the side opposite to the radial direction is smaller. current Nari rather large electromagnetic force acts in the direction whirling the armature electromagnetic force is no longer a couple respectively by interaction between the magnet field by the permanent magnets on each side of the coil current and the yoke of the armature 6 There is a problem that this causes vibration and noise of the electric motor, and there is a problem to be solved by the present invention.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been created in order to solve these problems in view of the above circumstances, and a commutator piece is provided between arbitrary slots among a plurality of slots formed in a circumferential direction. In the armature of a rotating electrical machine formed by winding a winding that is electrically connected to each other, the magnetic field of the rotating electrical machine is different in the radial direction with the number of poles being 2 (2n-1) where n is a natural number. The windings that are conducted to an arbitrary commutator piece are wound so that they are connected in series between the arbitrary slots and between the arbitrary slots. A pair of coils is formed to be connected to the commutator piece adjacent to the arbitrary commutator piece in the circumferential direction, and the pair of coils connected in series opposite to each other in the radial direction are mutually connected. those wound in the opposite winding direction A.
And by doing in this way, it becomes a rotary electric machine with a magnetic balance, and can make it a thing with little vibration and noise.
Further, the present invention provides an armature for a rotating electrical machine in which a coil is formed by winding a conductive wire around a commutator piece between arbitrary slots among a plurality of slots formed in a circumferential direction. the magnetic field of the rotary electric machine, when different poles as the number of poles in the radial direction of 2 where n is a natural number (2n-1) is formed so as to face the windings being electrically connected to any commutator segment, said optionally It is wound between the slots, after which the inter said given slot are wound between slots diametrically opposed, after forming a pair of coils connected in series between the slots diametrically opposed The pair of coils connected in series facing each other in the radial direction are wound in opposite winding directions, and are connected to the commutator piece adjacent to the arbitrary commutator piece in the circumferential direction. It is a thing.
By doing so, it is possible to provide a rotating electrical machine that is low in cost without increasing the number of parts, while being a rotating electrical machine having a magnetic balance.
Furthermore, the present invention provides an armature for a rotating electrical machine in which a coil is formed by winding a conductive wire around a commutator piece between arbitrary slots among a plurality of slots formed in a circumferential direction. the magnetic field of the rotary electric machine, while the same poles in the radial direction 4 n number of poles where n is a natural number to form so as to face the windings being electrically connected to any commutator pieces, and between the arbitrary slot A pair of coils are formed by winding so as to be connected in series between the arbitrary slots and between the radially opposed slots, and the commutator piece adjacent to the arbitrary commutator piece in the circumferential direction is formed. It shall be conductive, coils connected in series in opposition to the radial direction is one which is wound in the same winding direction.
And by doing in this way, it becomes a rotary electric machine with a magnetic balance, and can make it a thing with little vibration and noise.
Furthermore , the present invention provides an armature for a rotating electrical machine in which a coil is formed by winding a conductive wire around a commutator piece between arbitrary slots among a plurality of slots formed in a circumferential direction. When forming the magnetic field of a rotating electrical machine so that the same poles face each other in the radial direction with 4n poles , where n is a natural number , After winding, after forming a pair of coils that are wound between the radially opposed slots and connected in series between the radially opposed slots, shall be electrically connected to commutator segments adjacent in the direction Ri circumferential to commutator segments, a pair of coils connected in series in opposition to the radial direction is obtained by so as to wound the same winding directions is there.
By doing so, it is possible to provide a rotating electrical machine that is low in cost without increasing the number of parts, while being a rotating electrical machine having a magnetic balance.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described based on the drawings of FIGS.
In the drawings, reference numeral 1 denotes an electric motor (rotary electric machine) serving as a drive source for electrical components mounted on a vehicle, and an inner peripheral surface of a motor housing 2 formed in a bottomed cylindrical shape constituting the electric motor 1 A pair of permanent magnets 3 composed of N and S poles in the circumferential direction are fixed to face each other in the radial direction , thereby forming a two-pole electric motor 1 having two magnetic poles . Reference numeral 4 denotes an armature, and a shaft (armature shaft) 5 constituting the armature 4 is integrally fitted with a core 6 formed by laminating a plurality of ring-shaped plate materials 6a. A commutator (commutator) 7 is fitted and fixed at one end of 6. The shaft 5 of the armature 4 has the other side portion (base end portion) supported by the motor housing 2 via a bearing 2a, and is provided so as to be rotatable in the motor housing 2. A cover 2b is provided at the opening end of the motor housing 2, and a holder stay 8 is integrally provided on the cover 2b. The holder stay 8, the brush holder 8a is formed in a position in the circumferential direction around two points, the brush holder 8a to, respectively therewith brush 8b are furnished retractably projecting tip of the brush 8b ( The inner diameter side tip) is configured to be in contact (contact) with the commutator 7 in an elastic manner so that power from the outside is supplied to the commutator 7 via the brush 8b. It is street.
[0006]
Now, a plurality of T-shaped teeth 6b (10 in the present embodiment) are formed in the circumferential direction on the outer peripheral portion of the ring-shaped plate material 6a constituting the core 6, and these plate materials. By fitting a plurality of 6a to the shaft 5 in a non-rotating manner, a dovetail slot 6c recessed in the axial direction between the adjacent teeth 6b on the outer periphery of the core 6, A plurality (10 pieces) are formed in the axial direction and in the circumferential direction.
On the other hand, the commutator 7 is a circumferential direction in which a plurality of axially long plate-like commutator pieces 7a (10 in the present embodiment) formed of a conductive material on the outer peripheral surface are insulated from each other. A riser 7b that is folded back to the outer diameter side is integrally formed at the end of each commutator piece 7a facing the core 6 side.
[0007]
A plurality of enamel-wrapped windings 9 are wound around the outer periphery of the core 6 by winding the enamel-wrapped windings 9 between slots 6c located at an arbitrary position of the core 6 and having a predetermined interval. The coil 9 is wound around the risers 7b of the corresponding commutator pieces 7a. Then, the commutator piece 7a and the coil 10 corresponding to the commutator piece 7a are fused to the commutator piece 7a by winding the winding 9 serving as a winding start end and a winding end end of the coil 10 suspended by the risers 7b. Are electrically connected (conducted).
[0008]
Next, the winding procedure of the coil 9 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a developed view of the riser 7b and the teeth 6b of the armature 4, and the gap between the adjacent teeth 6b corresponds to the slot 6c. In these drawings, each riser 7b, each tooth 6b, and the wound coil 10 are respectively given reference numerals, and the winding procedure will be described based on them.
That is, the coil 10 wound around the armature 4 according to the present embodiment is wound based on the double winding method in which the winding 9 is wound sequentially between the slots 6c obtained by skipping the three slots 6c. It is a volume. In this case, the winding 9 is started to be electrically connected to the 8th riser at one end, and the winding 9 suspended around the 8th riser is connected to the slots 6c and 7-8 between the 1-2th teeth. 9′X coil side in the X region (see FIG. 5) by winding half the number of times of conventional winding (six times in the present embodiment) between the slots 6c between the teeth . 2) ( displayed as 9 'with a circle in the X region ) and 9Y coil sides in the Y region ( displayed as 9 with a circle in the X region in FIG. 2) . Here, the X region and the Y region correspond to regions formed by the respective permanent magnets 3 (magnetic field), and the armature 4 is set to an arbitrary center line, in this case, between 8th and 9th teeth, 3-4 A straight line passing between the teeth is set as the center line M, one half side is set as the X region, and the other half side is set as the Y region, and these symbols are attached to the coil sides in each region, so that any region The coil side is distinguished. Thereafter, the winding 9 is not hung around the riser 7b as in the prior art, but between the slot 6c between the first and second teeth and the slot 6c between the seventh and eighth teeth. Between the slot 6c between the second and third teeth and the slot 6c between the sixth and seventh teeth that are opposed to each other in the radial direction, that is, rotated by 180 ° in the circumferential direction, a plurality of conventional times 9 'X coil side (indicated as 9' with a circle located in the X region in FIG. 2) and the 9Y coil side ( represented by 6 times in the present embodiment) and the remaining half of the number of times corresponding to In FIG. 2, it is set so as to be hung around the 9th riser. As a result, a pair of 9th coils are formed between the 8th riser and the 9th riser so as to face each other in the radial direction and connected in series. As is apparent, the coils 10 are wound so that their winding directions are opposite to each other, and are set so as to generate an opposing electromagnetic force when the coil 10 is energized.
[0009]
Further, the winding 10 suspended by the 9th riser is continuously wound a plurality of times (six times) between the slot 6c between the 2-3rd teeth and the slot 6c between the 8th-9th teeth. Are formed to form a 10′X coil side (shown as a circled 10 ′ located in the X region in FIG. 2) and a 10X coil side (shown as a circled 10 located in the X region in FIG. 2) . Thereafter, the winding 9 is further radially opposed to the slot 6c between the second and third teeth and the slot 6c between the eighth and ninth teeth, that is, 180 ° in the circumferential direction. Between the slot 6c between the No. 3-4 teeth and the slot 6c between the No. 7-8 teeth, which are the rotated positions, it is wound a plurality of times (six times), and the 10 ′ Y coil side (Y region) And 10Y coil side ( displayed as 10 with a circle located in the Y region), and then suspended by No. 10 riser, facing the radial direction, and A pair of 10th coils which are connected in series but whose winding directions are opposite to each other are formed. Subsequently, the winding 10 suspended by the 10th riser is wound a plurality of times (six times) between the slot 6c between the 3rd and 4th teeth and the slot 6c between the 9th and 10th teeth. To form a 1'X, 1X coil side (1 'with a circle located in the X region , 1 with a circle located in the X region) , and 4-5 teeth facing this in the radial direction 1'Y, 1Y ( circled 1 'located in the Y region, 1' in the Y region ) is wound a plurality of times (six times) between the slot 6c and the slot 6c between the 8th and 9th teeth. 1) forming a coil side that is positioned, and so on, and so on, between the arbitrary riser 7b and the riser 7b adjacent to the riser 7b. Moreover, each pair of 1, 2 with the winding direction reversed. 5, 6, 7 th coil is formed, the coil sides X region and Y region of each coil 10, i.e., is set to be divided into two in correspondence with the pair of magnetic poles.
In addition, as shown in FIG. 2, when displaying each coil side, the coil side to which “′” is given as a numeral is directed toward the other end side of the shaft 5 from the commutator piece 7a side. The coil side, which is wound only and is indicated only by numerals, is wound from the other end side of the shaft 5 toward the commutator piece 7a side.
[0010]
FIGS. 3A and 3B show a cross section in a state where the rotation angle of the armature 4 is rotated by 11 ° (θ = 11 °) with respect to the reference state where the commutator piece 7a and the brush 8b just contact each other. This shows the positional relationship between the coil sides. As described above, the rotation state of the armature 4 is caused by the positional deviation of the brush 8b, and one brush 8b is moved to one commutator piece 7a. Although it contacts, the other brush 8b is in the state where two commutator pieces 7a contact easily.
In this, each brush 8b and the commutator piece 7a are in an ideal state with no deviation. For example, the No. 10 commutator piece abuts against the + brush 8b, and the No. 5 commutator piece abuts on the −brush 8b. In the case of contact, as shown in FIG. 3 (B), the fifth coil and the tenth coil are short-circuited, and the other coils (1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9 coils). In this case, the equivalent electric circuit between the brushes has the same number of coil sides in the parallel circuit between + and − and the same current value. The direction of current in this state is the direction from top to bottom in the drawing of FIG. 3B except for the 1′X and 6X coil sides in the X region, and 1Y and 6′Y in the Y region. Except for the coil sides, the direction is from the bottom to the top, and the electromagnetic force is equal in the X region and the Y region, and the magnetic balance is obtained, so that the couple acts to obtain a stable rotational force. ing.
[0011]
On the other hand, when the positive side brush 8b comes into contact with the 9th and 10th commutator pieces and the negative side brush comes into contact with the 5th commutator piece for some reason, such as displacement of the brush 8b, This will be described with reference to FIGS.
In this case, only the 10th coil is short-circuited, and a current flows through the other coils (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 coils). For this reason, as shown in FIG. 4A, the equivalent electrical circuit between the brushes has one coil side of the parallel circuit between + and − that is one more than the other, and each current value is different. End up.
On the other hand, the current direction in this state is the direction from the top to the bottom in the drawing of FIG. 3B except for the 1′X, 5′X, and 6X coil sides in the X region, and 1Y in the Y region. The directions other than the 5Y and 6′Y coil sides are directed from the bottom to the top, and the electromagnetic force is the same in the X region and the Y region so that a magnetic balance can be obtained. As a result, there is no difference in electromagnetic force between the X region and the Y region, so that no force in the swinging direction acts, and a stable rotational force can be obtained. .
[0012]
In the embodiment of the present invention constructed as narrative, winding 9 is wound around the core 6 of the electric motor 1 is fed from an arbitrary commutator segment 7a, usually between any slot number of turns of After winding approximately half of the times to form one coil 10, the remaining half of the number of times is wound on the portion between the slots that is radially opposite (180 degrees) between the arbitrary slots, Another coil 10 opposite to the coil 10 is continuously formed in series. As a result, around the armature 4, the coils connected in series are located at positions facing each other in the radial direction, and are wound in the opposite direction. For this reason, as described above, the contact between the temporary brush 8b and the commutator piece 7a is in an unbalanced state in which one is in contact with the two commutator pieces 7a and the other is in contact with the single commutator piece 7a. Even if this occurs, the magnetic balance of the armature 4 as a whole will not be lost, and the electric motor 1 can be reduced in vibration and low noise, and the electric motor 1 can be made stable.
[0013]
As described above, the electric motor 1 can be one in which the magnetic balance of the armature 4 is ensured. However, when the winding 9 is wound around the armature core 6, the electric motor 1 can be arranged at any location and in the radial direction. In this configuration, the coil 10 is formed continuously at two locations facing each other, so that no separate members or special mounting operations are required, and the electric motor 1 can be configured by using the members necessary for 1 as they are, and the structure can be simplified and the cost can be reduced.
[0014]
In addition, as described above, the winding 9 that is electrically connected to the arbitrary commutator piece 7a has a configuration in which a pair of coils 10 that are opposed to each other in the radial direction are continuously formed. The number of windings 9 suspended on the riser 7b of the commutator piece 7a can be reduced, the work of fusing the windings 9 to the riser 7b is facilitated, the reliability of fusing is improved, and a high-quality electric motor There is also an advantage that 1 can be supplied in a stable state.
Incidentally, it goes without saying that the present invention can be implemented not only in the case where the coil is wound in a single layer as in the above-described embodiment, but also in the case where the coil is wound in a plurality of layers such as a two-layer winding or a three-layer winding.
[0015]
Of course, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and in the case of a two-pole type rotating electrical machine as in the first embodiment, the radially opposing portion is formed by a permanent magnet of the yoke. The magnet field must have a different polarity. For this reason, the pair of radially opposed coils that are conducted to an arbitrary commutator piece are wound in a reverse-winding relationship with each other, The electromagnetic force due to the interaction is each a couple. Thus, when n is a natural number, the number of poles of the rotating electrical machine is 2 (2n-1), that is, the diameter of a rotating electrical machine having two poles, six poles, ten poles,... In the case where the portions facing each other have different polarities, the coils are wound in opposite winding directions so that the magnetic forces are directed in opposite directions when a current flows through the pair of coils.
[0016]
On the other hand, when n is a natural number, the number of poles of the rotating electrical machine is the number of poles represented by 4n, that is, the parts that are opposed to each other in the radial direction like the rotating electrical machines of four poles, eight poles, twelve poles,. In the case of the same polarity, the coils are wound in the same winding direction so that the magnetic forces are directed in the same direction when current flows through the pair of coils. The development view of the coil winding state is shown and will be described based on this. For example fourth commutator segments 7a fed from the winding 9 is wound to form the coil 10 to between the slot 6c of between the slots 6c and 11-12 th tooth in between the 14-15 th tooth , by winding the between the slot 6c of between the slots 6c and 1-2 th tooth in between the 5-6 tooth windings 9 subsequently to form another coil 10, the third commutator segment The pair of coils are formed in series connection so as to face each other in the radial direction, and the winding direction is set to be the same. With this configuration, it is possible to provide a high-quality electric motor with reduced vibration and noise, assuming that there are variations in the number of commutators that come into contact with the brush due to misalignment of the brush and commutator piece 7a. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional side view of an electric motor.
FIG. 2 is a development view for explaining a coil winding state of an armature.
FIGS. 3A and 3B are a cross-sectional view for explaining the winding state of the coil and a cross-sectional view for explaining the current direction of the winding, respectively.
FIGS. 4A and 4B are an equivalent electric circuit diagram between brushes and a cross-sectional view illustrating a current direction of a winding, respectively.
FIG. 5 is a development view illustrating a winding state of a coil in a four-pole type rotating electric machine.
FIG. 6 is a development view illustrating a conventional coil winding state in a two-pole type rotating electric machine.
FIGS. 7A and 7B are a cross-sectional view for explaining a current direction of a winding in a conventional coil winding state in a bipolar rotating electric machine and an equivalent electric circuit diagram between brushes, respectively. .
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric motor 2 Motor housing 3 Permanent magnet 4 Armature 5 Shaft 6 Core 6b Teeth 6c Slot 7 Commutator 7a Commutator piece 7b Riser 8b Brush 9 Winding 10 Coil

Claims

In an armature of a rotating electrical machine formed by winding a conductive wire around a commutator piece between arbitrary slots among a plurality of slots formed in a circumferential direction, the magnetic field of the rotating electrical machine is while heteropolar radially as the number of poles of 2 where n is a natural number (2n-1) is formed so as to face the windings being electrically connected to any commutator pieces, and between the arbitrary slot, said A pair of coils is formed by winding so as to be connected in series between slots that are opposed to each other in the radial direction, and is connected to the commutator piece adjacent to the arbitrary commutator piece in the circumferential direction. The pair of coils connected in series facing each other in the radial direction is an armature of a rotating electrical machine wound in opposite winding directions .

In an armature of a rotating electrical machine formed by winding a conductive wire around a commutator piece between arbitrary slots among a plurality of slots formed in a circumferential direction, the magnetic field of the rotating electrical machine is When n is a natural number and the number of poles is 2 (2n-1) so that different poles are opposed to each other in the radial direction, a winding that is conducted to an arbitrary commutator piece is wound between the arbitrary slots. After that, the arbitrary commutator is formed after forming a pair of coils wound between the radially opposed slots and connected in series between the radially opposed slots. An armature of a rotating electrical machine in which a pair of coils connected in series opposite to each other in the radial direction are wound in opposite winding directions. Manufacturing method.

In an armature of a rotating electrical machine formed by winding a conductive wire around a commutator piece between arbitrary slots among a plurality of slots formed in a circumferential direction, the magnetic field of the rotating electrical machine is while when was the natural number n 4 n the same polarity in the radial direction as the number of poles formed so as to face the windings being electrically connected to any commutator pieces, and between the optional slot between said arbitrary slot And a pair of coils that are wound so as to be connected in series between the radially opposed slots, and are connected to the commutator piece adjacent to the arbitrary commutator piece in the circumferential direction, coils connected in series in opposition to the radial direction, Amachu a rotary electric machine is wound in the same winding direction.

In an armature of a rotating electrical machine formed by winding a conductive wire around a commutator piece between arbitrary slots among a plurality of slots formed in a circumferential direction, the magnetic field of the rotating electrical machine is radially as the number of poles 4n when was the natural number n upon the pole is formed so as to face the windings being electrically connected to any commutator segment is wound between said any slot, thereafter, Between the arbitrary slots, a pair of coils that are wound between radially opposed slots and connected in series between the radially opposed slots are formed, and then the arbitrary commutator pieces are arranged in a circumferential direction. a pair of coil method for manufacturing a Amachu a rotary electric machine so as to wound the same winding direction to each other are connected in series shall be conducted to the commutator segments adjacent, facing the radial direction.