JP5225624B2

JP5225624B2 - 電動モータ

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Publication number: JP5225624B2
Application number: JP2007178323A
Authority: JP
Inventors: 義親川島; 俊司熊谷; 直樹塩田
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2027-07-06
Also published as: JP2009017719A

Description

この発明は、自動車等に搭載され回転速度の切換えを行うことができる電動モータに関するものである。

一般に、自動車等の車両に搭載される電動モータとしては、ブラシ付きの電動モータが多く使用されている。この種の電動モータは、円筒状のヨークの内周面に複数の永久磁石を周方向に等間隔で配置し、これら永久磁石の内側にアーマチュアが回転自在に支持されている。アーマチュアは、複数のティースが放射状に形成されたアーマチュアコアを有している。各ティース間には軸方向に長いスロットが複数形成され、所定間隔をあけたスロット間に巻線を巻装することでコイルを形成している。コイルは、アーマチュアコアと隣接するように回転軸に外嵌固定されたコンミテータに導通している。

コンミテータは、金属片である複数のセグメントが互いに絶縁された状態で周方向に配設されたものであって、これらセグメントにそれぞれコイルの巻き始め端、および巻き終わり端が接続される。また、各セグメントはブラシに摺接可能に接続されており、このブラシを介してそれぞれのコイルに給電される。そして、給電されたコイルには磁界が形成され、ヨークの永久磁石との間に生じる磁気的な吸引力や反発力によって回転軸が駆動する。

ところで、このような電動モータにおいて、例えば、一対のブラシが複数のセグメントのうちの２つに確実に接触する場合には問題ないが、一方のブラシは１つのセグメントに摺接し、他方のブラシは２つのセグメントに跨るように摺接した状態になると、等価電気回路のコイル数に差が生じて各々コイルを流れる電流にバラツキが生じてしまい、電動モータの振動や騒音の原因となる。そこで、磁気バランスのとれた電動モータとすることで振動や騒音低減するさまざまな電動モータ用アーマチュアが提案されている。

この一例を図２１、図２２に基づいて説明する。図２１は永久磁石８１を４個、ティース８２（スロット８３）を２０個、セグメント８４を２０枚有する４極２０スロット２０セグメントの電動モータ８０におけるアーマチュア８５の展開図であり、隣接するティース８２間の空隙がスロット８３に相当している。
同図に示すように、例えば、各ティース８２、各セグメントにそれぞれ符号を附した場合、４番セグメント８４ａに巻き始め端８６が接続された巻線８７は、２−３番ティース８２の間のスロット８３ａと、６−７番ティース８２の間のスロット８３ｂとの間にｎ回（ｎは１以上の自然数）巻装されて第一コイル８８ａを形成した後、巻き終わり端８９を４番セグメント８４ａに隣接する５番セグメント８４ｂに接続されている。

また、１４番セグメント８４ｃに巻き始め端８６が接続された巻線８７は、１２−１３番ティース８２の間のスロット８３ｃと、１６−１７番ティース８２の間のスロット８３ｄとの間にｎ回巻装されて第二コイル８８ｂを形成した後、巻き終わり端８９を１４番セグメント８４ｃに隣接する１５番セグメント８４ｄに接続されている。すなわち、第一コイル８８ａと第二コイル８８ｂは、互いに回転軸９４を中心に点対称位置に存在する状態になる。

さらに、同電位となるセグメント８４同士は、接続線９０によって短絡されている。すなわち、４番セグメント８４ａと１４番セグメント８４ｃとが短絡され、５番セグメント８４ｂと１５番セグメント８４ｄとが短絡されている。
また、セグメント８４に摺接するブラシ９１は、陽極側の低速用ブラシ９２ａ、および高速用ブラシ９２ｂと、これらブラシ９２ａ，９２ｂに共通して用いられる陰極側のコモンブラシ９２ｃの３つのブラシで構成されている。低速用ブラシ９２ａとコモンブラシ９２ｃは、互いに電気角で１８０°間隔をあけて配置されている。

これに対し、高速用ブラシ９２ｂは、低速用ブラシ９２ａから周方向に所定の角度だけ離間した状態で配置されている。そして、電動モータ８０を低回転駆動させる場合は低速用ブラシ９２ａとコモンブラシ９２ｃによって給電を行い、高回転駆動させる場合は高速用ブラシ９２ｂとコモンブラシ９２ｃによって給電を行う。したがって、同電位となるセグメント８４同士が接続線９０で短絡されているため、磁極が４極の電動モータ８０であっても、並列回路数に応じてブラシの個数を増やすことなく、３つのブラシ９２ａ，９２ｂ，９２ｃで低回転駆動時と高回転駆動時の有効導体数に差をつけることができる。

また、図２１、図２２に示すように、例えば、低回転駆動時において３番セグメント８４ｅに低速用ブラシ９２ａ、８番セグメント８４ｆにコモンブラシ９２ｃが摺接した場合、高速用ブラシ９２ｂは１４番セグメント８４ｃと１５番セグメント８４ｄとに跨って摺接してコイル８８ａ，８８ｂが短絡される。しかしながら、これらコイル８８ａ，８８ｂは互いに回転軸を中心にして点対称位置に存在しているため、回転軸９４を中心に点対称位置に存在する通電コイルの有効導体数を等しくすることができる（図２２における２点鎖線参照）。

さらに、その他の一例を図２３に基づいて説明する。
同図に示すように、巻線８７は四方に等分に巻装されている。すなわち、例えば３番セグメント８４ｅより巻き始められた巻線８７は、１−２番ティース８２の間のスロット８３ｅと５−６番ティース８２の間のスロット８３ｆとの間に順方向にｎ回（ｎは自然数）巻装され（コイル９３Ａ）、次に、スロット８３ｅ，８３ｆから周方向に９０°ずれた位置に存在する６−７番ティース８２の間のスロット８３ｂと１０−１１番ティース８２の間のスロット８３ｈとの間に逆方向にｎ回巻装される（コイル９３Ｂ）。

ここで、コイル９３Ｂは、極性の異なる磁極（永久磁石８１）に対向するため、コイル９３Ａとは逆向きに巻装されている。さらに、同様の手順で、周方向に９０°ずらしながら、１１−１２番ティース８２の間のスロット８３ｈと１５−１６番ティース８２の間のスロット８３ｉとの間に、巻線８７を順方向にｎ回巻装してコイル９３Ｃを形成し、１６−１７番ティース８２の間のスロット８３ｄと２０−１番ティース８２の間のスロット８３ｊとの間にコイル９３Ｄを形成する。その後、巻線８７はスロット８３ｊから引き出され、３番セグメント８４ｅに隣接する４番セグメント８４ａに接続される。このように構成することで、四方で磁気バランスをとることが可能になる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−３５３０１９号公報

しかしながら、上述の従来技術にあっては、図２２に示すように、同電位となるセグメント８４同士を接続線９０によって短絡する場合、回転軸９４を中心に対向する通電コイルの有効導体数を等しくすることができるが、周方向に隣り合う通電コイルの有効導体数が異なる。このため、四方で磁気バランスをとることが困難で、それに伴う振動や騒音の低減化に限界があるというという課題がある。

一方、図２３に示すように、周方向に９０°ずれたスロット９３間に、順方向と逆方向とを順番に繰り返しながら巻線８７を巻装して４つのコイル９３Ａ，９３Ｂ，９３Ｃ，９３Ｄを形成する場合、並列回路数に応じてブラシの個数を増やす必要がある。すなわち、４極２０スロット２０セグメントの電動モータ８０において、低回転駆動と高回転駆動とに回転速度を切換え可能に構成するには、低速用ブラシとして陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを２つ、高速用ブラシとして陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを１つの合計６つのブラシが必要になる。このため、ブラシの設置個数が増大してしまうという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、全ての位置関係で磁気バランスをとることができ、振動や騒音を低減することができると共に、ブラシの設置個数を３つにすることができる回転速度の切換え可能な電動モータを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、極対数が２以上のヨークに軸支される回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ径方向に向かって放射状に延び、巻線を巻装するための複数のティースと、前記ティース間に形成され軸方向に沿って延びる複数のスロットを有するアーマチュアコアと、
前記回転軸に前記アーマチュアコアと隣接して設けられ、複数のセグメントを周方向に配置したコンミテータと、
前記コンミテータに設けられ、同電位となるセグメント同士を短絡する接続線と、
隣接する前記セグメント間に前記巻線が接続されると共に、各磁極に対向するスロット間に前記巻線が巻装されて形成されたコイルとを有し、
前記極対数をＰ、前記スロットの数をＮ、ａを０または正の整数としたとき、
Ｎ＝４Ｐ＋２Ｐ×ａ
を満たすように、Ｎが決定されるアーマチュアと、
前記コンミテータの前記セグメントに摺接可能に設けられ、前記コイルに給電を行うためのブラシとを備え、
各コイルは、前記回転軸を中心に点対称位置に存在するコイル同士の巻装方向が同方向で、且つ隣り合うコイルの巻装方向が互いに逆方向となるように、各々周方向に等分に巻装され、
前記ブラシは、第１速度用ブラシと、前記第１速度用ブラシから所定角度周方向に離間して設けられた第２速度用ブラシと、これら第１速度用ブラシ、および第２速度用ブラシに共通使用される共通ブラシとの３つのブラシで構成されており、
前記第１速度用ブラシ、および前記第２速度用ブラシの何れか一方のブラシと、前記共通ブラシとが、それぞれ１つの前記セグメントに摺接した状態で、かつ前記第１速度用ブラシ、および前記第２速度用ブラシの何れか他方のブラシが、隣接する２つの前記セグメントに跨るように摺接した状態において、通電されている前記コイルが、周方向全体に亘って等しく分布されるように構成されていることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、前記コイルは、前記スロット間に前記巻線を短節巻にて巻装することで形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、前記コイルは、前記スロット間に前記巻線を全節巻にて巻装することで形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、コンミテータに同電位となるセグメント同士を短絡する接続線を設けるため、低速用ブラシと、この低速用ブラシから所定角度周方向に離間して設けられた高速用ブラシと、これら低速用ブラシ、および高速用ブラシに共通使用される共通ブラシとの３つのブラシを設置するだけで、極対数が２以上で、且つ回転速度の切換え可能な電動モータを提供することが可能になる。

また、各コイルを回転軸を中心に点対称位置に存在するコイル同士の巻装方向が同方向で、且つ隣り合うコイルの巻装方向が互いに逆方向となるようにスロット間に巻装するので、全ての位置関係で磁気バランスをとることができる。このため、電動モータの振動や騒音を低減することが可能になる。

次に、この発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１〜図３に示すように、電動モータ１は、例えば、自動車のパワーウインドウモータ、ワイパモータ、およびファンモータ等の駆動源として用いられるものであって、有底円筒形状のヨーク２内にアーマチュア３が回転自在に配置されている。ヨーク２の内周面には周方向に４つの永久磁石４が固定されている。すなわち、この実施形態の電動モータ１は４極型の電動モータであり、極対数は２となっている。

アーマチュア３は、回転軸５に固定されたアーマチュアコア６と、アーマチュアコア６に巻装されたアーマチュアコイル７と、アーマチュアコア６の一端側に配置されたコンミテータ（整流子）１３とから構成されている。アーマチュアコア６は、複数の金属板を軸方向に積層したものである。金属板の外周部にはＴ字型のティース９（図２参照）が周方向に沿って等間隔に複数個（本実施形態では２０個）放射状に形成されている。複数枚の金属板を回転軸５に外嵌することにより、アーマチュアコア６の外周には隣接するティース９間に蟻溝状のスロット１１が形成されている。

スロット１１は軸方向に沿って延びており、周方向に沿って等間隔に複数個（本実施形態では２０個）形成されている。
ここで、スロット１１の数「Ｎ」は、極対数を「Ｐ」、「ａ」を０または正の整数としたとき、下式により決定される。
Ｎ＝４Ｐ＋２Ｐ×ａ

すなわち、本実施形態では、スロット１１の数Ｎが「２０」、極対数Ｐが「２」であるため、ａが「３」となり、数式２を満たしていることになる。
また、このスロット１１間にはエナメル被覆の巻線１２が巻装され、これによりアーマチュアコア６の外周に複数のアーマチュアコイル７が形成されている。

コンミテータ１３は回転軸５の一端に外嵌固定されている。コンミテータ１３の外周面には、導電材で形成されたセグメント１４が複数枚（本実施形態では２０枚）取り付けられている。セグメント１４は軸方向に長い板状の金属片からなり、互いに絶縁された状態で周方向に沿って等間隔に並列に固定されている。各セグメント１４のアーマチュアコア６側の端部には、外径側に折り返す形で折り曲げられたライザ１５が一体形成されている。ライザ１５には、アーマチュアコイル７の巻き始め端部と巻き終わり端部となる巻線１２が掛け回わされ、巻線１２は、ヒュージングによりライザ１５に固定されている。これにより、セグメント１４とこれに対応するアーマチュアコイル７とが電気的に接続される。

また、同電位となるセグメント１４、すなわち、回転軸５を中心にして互いに対向するセグメント１４（本実施形態では９つ置きのセグメント１４）にそれぞれ対応するライザ１５には、各々接続線２５が掛け回され、この接続線２５がヒュージングによりライザ１５に固定されている（図２参照）。接続線２５は、同電位となるセグメント１４同士を短絡するためのものであって、コンミテータ１３とアーマチュアコア６との間に配索されている。

回転軸５の他端側は、ヨーク２に突出形成されたボス内の軸受け１６によって回転自在に支持されている。ヨーク２の開口端にはカバー１７が設けられており、このカバー１７の内側にはホルダステー１８が取り付けられている。ホルダステー１８には周方向３箇所にブラシホルダ１９が形成されている。ブラシホルダ１９には、それぞれブラシ２１が各々スプリングＳを介して付勢された状態で出没自在に内装されている。これらブラシ２１の先端部はスプリングＳによって付勢されているためコンミテータ１３に摺接しており、外部からの電源（不図示）がブラシ２１を介してコンミテータ１３に供給される。

図３に詳示するように、ブラシ２１は、陽極側に接続されている低速用ブラシ２１ａ、および高速用ブラシ２１ｂと、これら低速用ブラシ２１ａと高速用ブラシ２１ｂとに共通使用され陰極側に接続されている共通ブラシ２１ｃとで構成されている。低速用ブラシ２１ａと共通ブラシ２１ｃは互いに電気角で１８０°、つまり、機械角で周方向に９０°間隔をあけて配設されている。一方、高速用ブラシ２１ｂは、低速用ブラシ２１ａから周方向に角度αだけ離間して配置されている。なお、この実施形態では、共通ブラシ２１ｃを陰極側とし、低速用ブラシ２１ａ及び高速用ブラシ２１ｂを陽極側として説明するが、陽極側と陰極側を反対にしてもよい。

ここで、コンミテータ１３の同電位となるセグメント１４、すなわち、回転軸５を中心にして互いに対向するセグメント１４同士は接続線２５によって短絡されているため、ブラシ２１が摺接していないセグメントにも給電することが可能になる。したがって、図３に２点鎖線で示すように、各ブラシ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの回転軸５を中心にして対向する位置にもそれぞれブラシ２１ａ’，２１ｂ’，２１ｃ’が存在しているとみなすことができる。

これによれば、高速用ブラシ２１ｂ’は低速用ブラシ２１ａよりも角度θだけ進角した位置に存在していることになる。
そして、電動モータ１は、低回転駆動時は共通ブラシ２１ｃと低速用ブラシ２１ａによって、高回転駆動時は共通ブラシ２１ｃと高速用ブラシ２１ｂによって電力供給される。このため、高回転駆動時は、高速用ブラシ２１ｂによって電動モータ１は進角され、低回転駆動時よりも高回転で作動する。

次に、図４に基づいて電動モータ１におけるアーマチュア３への巻線１２の巻装方法について説明する。
図４は、アーマチュア３の展開図であり、隣接するティース９間の空隙がスロット１１に相当している。なお、以下の図面においては、各セグメント１４、および各ティース９にそれぞれ符号を附して説明する。

同図に示すように、同電位となるセグメント１４同士は、接続線２５によって短絡されている。つまり、本実施形態においては、９つ置き（例えば、１番セグメント１４ａと１１番セグメント１４ｄ）のセグメント１４同士が接続線２５によってそれぞれ短絡されている。巻線１２は、一対の隣接するセグメント１４の間に回転軸５を中心にして点対称位置に存在するスロット１１間の巻装方向が同方向で、且つ隣り合うスロット１１間の巻装方向が互いに逆方向になるように短節巻にて四方に等分に巻装されている。

すなわち、例えば３番セグメント１４ｂのライザ１５に巻き始め端３０が掛け回された巻線１２は、１−２番ティース９の間のスロット１１ａと５−６番ティース９の間のスロット１１ｂとの間に順方向にｎ回巻装されコイル７Ａを形成している。
次に、巻線１２は、スロット１１ａ，１１ｂから周方向に９０°ずれた位置に存在する６−７番ティース９の間のスロット１１ｃと１０−１１番ティース９の間のスロット１１ｄとの間に逆方向にｎ回巻装されコイル７Ｂを形成している。

ここで、コイル７Ｂは、極性の異なる磁極（永久磁石４）に対向するため、コイル７Ａとは逆向きに巻装されている。引き続き、６−７番ティース９の間のスロット１１ｃから引き出された巻線１２は、スロット１１ｃ，１１ｄから周方向に９０°ずれた位置に存在する１１−１２番ティース９の間のスロット１１ｅと１５−１６番ティース９の間のスロット１１ｆとの間に順方向にｎ回巻装されコイル７Ｃを形成している。

さらに、スロット１１ｅ，１１ｆから周方向に９０°ずれた位置に存在する１６−１７番ティース９の間のスロット１１ｇと２０−１番ティース９の間のスロット１１ｈとの間に逆方向にｎ回巻装されコイル７Ｄを形成している。その後、巻線１２はスロット１１ｇから引き出され、３番セグメント１４ｂに隣接する４番セグメント１４ｃに接続される。

したがって、アーマチュアコア６には、周方向に９０°ずれたスロット１１間に順方向と逆方向とを順番に繰り返しながら巻線１２が巻装された、つまり、回転軸５を中心に点対称位置に存在するコイル同士の巻装方向が同方向で、且つ隣り合うコイルの巻装方向が互いに逆方向となるように巻装された４つのコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄが形成されている。これを順次所定の隣接するセグメント１４間で繰り返し行うことにより、アーマチュアコア６に短節巻のアーマチュアコイル７が形成される。

図４、図５に示すように、このように巻装されたアーマチュア３に、例えば、低回転駆動時において２番セグメント１４ｅに低速用ブラシ２１ａ、７番セグメント１４ｆに共通ブラシ２１ｃが摺接した場合、高速用ブラシ２１ｂは１３番セグメント１４ｇと１４番セグメント１４ｈとに跨って摺接する。このとき、１３番セグメント１４ｇは３番セグメント１４ｂと短絡し、１４番セグメント１４ｈは４番セグメント１４ｃと短絡しているため、各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄが高速用ブラシ２１ｂによって短絡される。
しかしながら、これらコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄは四方に等分に巻装されているため、通電されているアーマチュアコイル７のエリア（図５における２点鎖線部分）を四方共に等しい。すなわち、回転軸５を中心に四方の通電コイルの有効導体数が等しくなっている。

したがって、上述の実施形態によれば、高速用ブラシ２１ｂによって短絡されるコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄが四方に等分に巻装されているため、全ての位置関係で磁気バランスをとることが可能になる。このため、電動モータの振動や騒音を従来よりもさらに低減することができる。

また、コンミテータ１３に同電位となるセグメント１４同士を短絡する接続線２５を設けるため、低速用ブラシ２１ａと、この低速用ブラシ２１ａから周方向に角度αだけ離間して配置された高速用ブラシ２１ｂと、これら低速用ブラシ２１ａ、および高速用ブラシ２１ｂに共通使用される共通ブラシ２１ｃとの３つのブラシを設置するだけで、回転速度の切換え可能な電動モータ１を提供することが可能になる。
さらに、極対数が２以上であっても従来のように並列回路数に応じてブラシの設置数が増大することを防止することができるので、電動モータ１の製造コストを低減することが可能になる。

なお、上述の実施形態では、４つのコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄが各スロット１１間に巻線１２をｎ回巻装することで形成されている場合について説明したが、これに限られるものではなく、例えば、巻線１２の総巻回数を奇数にしたい場合、つまり、総巻回数がコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの数である「４」で割れないような場合にあっては、各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ全てが同じ巻回数でなくてもよい。

また、上述の実施形態では、アーマチュアコア６に巻線１２を図４に示すような巻装方法で巻装した場合に説明したが、これに限られるものではなく、例えば、以下の図６〜図２２に示す他の実施形態のようにさまざまな巻装方法が採用可能である。
ここで、図１を援用し、図６〜図２０に基づいて他の実施形態におけるアーマチュア３への巻線１２の巻装方法について説明する。

図６〜図２０において、電動モータ１は有底円筒形状のヨーク２内にアーマチュア３を回転自在に配置している点、ヨーク２の内周面に４つの永久磁石４が固定されている点、アーマチュアコア６にティース９（スロット１１）が２０個形成されている点、コンミテータ１３に２０枚のセグメント１４が取り付けられている点、各スロット１１間に形成されたコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄは回転軸５を中心に点対称位置に存在するコイル同士の巻装方向が同方向で、且つ隣り合うコイルの巻装方向が互いに逆方向となるように巻装されている点等、コンミテータ１３に同電位のセグメント１４同士を短絡する接続線２５が設けられている点等の基本的構成は、上述の実施形態と同様である。なお、図６〜図２２にあっては、接続線２５の記載を省略する。

図６と図４との相違点は、図６のコイル７Ａが最初にｎ−１回巻装された主コイル７１と、最後に１回巻装された副コイル７２とで構成されている点にある。図６に示すように、副コイル７２は、コイル７Ｄを形成した巻線１２が再び主コイル７１が形成されているスロット１１ａに引き込まれることで形成される。その後巻線１２は、スロット１１ｂから引き出され、４番セグメント１４ｃに接続される。したがって、これら主コイル７１、および副コイル７２によって、スロット１１ａとスロット１１ｂとの間にｎ回巻装されたコイル７Ａが形成される。

このように巻線１２を巻装することで、上述の実施形態と同様の効果を奏するのに加え、コンミテータ１３の首下の巻太りを低減することが可能になる。また、アーマチュアコア６全体での巻線１２の巻回数が形成されるコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの数である「４」で割れないような場合にあっては、各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ全てが同じ巻回数でなくてもよい。

図７と図４との相違点は、図７のコイル７Ａに副コイル７３が０．５回巻装されていると共に、コイル７Ｃに副コイル７３が０．５回巻装されている点にある。このように構成することで、巻線１２の総巻回数が奇数回であっても、アーマチュアコア６にバランスよく巻線１２を巻装することが可能になる。
また、この場合、永久磁石４の磁極の配列はＮ，Ｓ逆であってもよい。つまり、永久磁石４のＳ極に対向しているコイル７Ｂ、およびコイル７Ｄに副コイル７３を０．５回巻装してもよい。

図８と図４との相違点は、図８のコイル７Ａをｎ−１回巻装された主コイル７１と、１回巻装された副コイル７２で構成すると共に、このコイル７Ａとコイル７Ｃに副コイル７３を０．５回巻装している点にある。このように構成することで、コンミテータ１３の首下の巻太りを低減することが可能になると共に、巻線１２の総巻回数が奇数回であっても、アーマチュアコア６にバランスよく巻線１２を巻装することが可能になる。

図９と図４との相違点は、図９において、コイル７Ｂを形成した後、スロット１１ｃから巻線１２を引き出すのではなく、スロット１１ｄから引き出している点、コイル７Ｃを形成した後、スロット１１ｆから巻線１２を引き出すのではなく、スロット１１ｅから引き出している点にある。このように構成することで、コイル７Ｂ、およびコイル７Ｄにそれぞれ０．５回巻装された副コイル７３を形成することができる。
図１０と図４との相違点は、図１０のコイル７Ａがｎ−Ｘ（Ｘは２以上の整数）回巻装された主コイル７１とＸ回巻装された副コイル７２とで構成されると共に、コイル７Ｂ、およびコイル７Ｄにそれぞれ０．５回巻装された副コイル７３が形成されている点にある。

図１１と図４との相違点は、図１１の各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄのそれぞれに副コイル７３が０．５回巻装されている点にある。すなわち、図１１に示すように、各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄに巻線１２がｎ回巻装されているのに加え、さらに巻線１２の巻回数がアーマチュアコア６全体で２回多い。このように構成することで巻線１２の総巻回数が偶数回で、且つ形成されるコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの数である「４」で割り切れない場合であっても、アーマチュアコア６にバランスよく巻線１２を巻装することが可能になる。

図１２と図４との相違点は、図１２のコイル７Ａがｎ−１回巻装された主コイル７１と、０．５回巻装された２つの副コイル７３，７３とで構成されている点にある。すなわち、図１２に示すように、主コイル７１を巻装した後、スロット１１ａから巻線１２を引き出し、スロット１１ａ側に副コイル７３を形成している。そして、コイル７Ｂを形成するべくコンミテータ１３とは反対側（図１における左側）に巻線１２を配索し、スロット１１ｃに引き込んでいる。

また、コイル７Ｄを形成した後、スロット１１ｈから巻線１２を引き出している。さらに、コンミテータ１３とは反対側に巻線１２を配索してスロット１１ｂに引き込み、スロット１１ｂ側に副コイル７３を形成している。このように構成することで、各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの渡り線７５をコンミテータ１３とは反対側に配索させることができる。このため、コンミテータ１３の首下の巻太りを低減することが可能になる。

図１３と図４との相違点は、図１３において、巻装方向が順方向であるコイル７Ａとコイル７Ｃとを巻線１２で巻装した後、巻装方向が逆方向であるコイル７Ｂとコイル７Ｄとを巻線１２で巻装している点にある。このように構成することで、最後に巻装されるコイルをコイル７Ｂとすることができる。すなわち、図１３に示すように、コイル７Ｂは、コイル７Ｄよりも巻線１２の巻き終わり端３１が接続される４番セグメント１４ｃに近い位置に存在している。

したがって、巻装工程を増大させることなく、コンミテータ１３の首下の巻太りを低減することが可能になる。よって、巻装時間の短縮化を図りつつ、コンミテータ１３の首下の巻太りを低減することができる。また、アーマチュアコア６全体での巻線１２の巻回数が形成されるコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの数である「４」で割れないような場合にあっては、各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ全てが同じ巻回数でなくてもよい。

図１４は、コイル７Ａとコイル７Ｃとを巻装した後、コイル７Ｂとコイル７Ｄとを巻装しているのに加え、コイル７Ａとコイル７Ｃとに副コイル７３が０．５回巻装されている。このように構成することで、図１３と同様の効果を奏するのに加え、巻線１２の総巻回数が奇数回であっても、アーマチュアコア６にバランスよく巻線１２を巻装することが可能になる。

図１５と図１４との相違点は、図１４がコイル７Ａとコイル７Ｃとに副コイル７３が０．５回巻装されているのに対し、図１５ではコイル７Ｂとコイル７Ｄとに副コイル７３が０．５回巻装されている点にある。
図１６は、コイル７Ａとコイル７Ｃとを巻装した後、コイル７Ｂとコイル７Ｄとを巻装しているのに加え、各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄに副コイル７３が０．５回巻装されている。このように構成することで、図１４、図１５と同様の効果を奏するのに加え、巻線１２の総巻回数が偶数回で、且つ形成されるコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの数である「４」で割り切れない場合であっても、アーマチュアコア６にバランスよく巻線１２を巻装することが可能になる。

図１７と図４との相違点は、図４の各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄが直列に接続されているのに対し、図１７は、直列に接続されたコイル７Ａ，７Ｂと、直列に接続されたコイル７Ｃ，７Ｄとが並列に接続されている点にある。すなわち、図１７に示すように、巻線１２は、コイル７Ｂを形成した後、コイル７Ｃ，７Ｄを形成せずに巻き終わり端３１が４番セグメント１４ｃに接続されている。

一方、１３番セグメント１４ｇに巻き始め端３０が接続された巻線１２は、コイル７Ｃ、７Ｄを形成し、スロット１１ｈから引き出された後に１４番セグメント１４ｈに接続されている。このように構成することで並列回路数を増大させることができ、各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄを直列に接続した場合と異なる回転速度の切換えを行うことができる。また、各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄを直列に接続した場合と異なるブラシ２１のレイアウトが可能になる。

図１８と図１７との相違点は、図１８の各コイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄに副コイル７３が０．５回巻装されている点にある。このように構成することで、図１７と同様の効果を奏するのに加え、巻線１２の総巻回数が偶数回で、且つ形成されるコイル７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの数である「４」で割り切れない場合であっても、アーマチュアコア６にバランスよく巻線１２を巻装することが可能になる。

図１９と図１７との相違点は、図１８のコイル７Ａ、およびコイル７Ｃがｎ−１回巻装された主コイル７１と、０．５回巻装された２つの副コイル７３とで構成されている点にある。この場合、図２０に示すように、スロット１１ａ，１１ｅに引き込まれた巻線１２でコイル７Ａ，７Ｃよりも先にコイル７Ｂ，７Ｄを形成するようにしてもよい。
このように構成することで、図１７と同様の効果を奏するのに加え、コンミテータ１３の首下の巻太りを低減することが可能になる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
また、上述の実施形態では、電動モータ１はヨーク２に永久磁石４が４つ固定され、アーマチュアコア６に２０個のスロット１１が形成され、コンミテータ１３に２０枚のセグメント１４が取り付けられた４極２０スロット２０セグメントの電動モータである場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、極対数が２以上で、且つスロット１１の数を「Ｎ」、極対数を「Ｐ」、「ａ」を０または正の整数としたとき、ＮがＮ＝４Ｐ＋２Ｐ×ａを満たすように構成されていればよい。

さらに、上述の実施形態では、ブラシ２１が低速用ブラシ２１ａと、高速用ブラシ２１ｂと、これら低速用ブラシ２１ａ、および高速用ブラシ２１ｂに共通使用される共通ブラシ２１ｃとの３つのブラシで構成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、４極以上であって、且つ同電位のセグメント同士を短絡する接続線２５を用いた電動モータ全てに採用可能である。すなわち、接続線２５だけでは解消しきれない磁気的なアンバランスを本実施形態のような巻線１２の巻装構造とすることでアンバランスを解消することができる。

このことは、例えば、ブラシ数が２つの場合や４つの場合であっても採用することが可能であるといえる。すなわち、ブラシ数が２つの場合や４つの場合にあっては、本発明の３ブラシのような磁気的なアンバランスが生じ難いものの、本発明における巻線１２の巻装構造、および接続線２５を用いた構造を採用することにより、さらに確実に磁気的なバランスがとれた電動モータを提供することが可能になる。

そして、上述の実施形態では、アーマチュアコア６の各スロット１１間に巻線１２を短節巻にて巻装した場合について説明したが、これに限られるものではなく、全節巻にて巻装してもよい。
また、上述の実施形態では、アーマチュアコア６が複数の金属板を軸方向に積層したものである場合について説明したが、これに限られるものではなく、アーマチュアコアを軟磁性粉末を加圧成形することで形成される、所謂圧粉磁性体により形成してもよい。

本発明の実施形態における電動モータの構成を示す縦断面図である。本発明の実施形態におけるアーマチュアの上面図である。本発明の実施形態におけるブラシの配置図である。本発明の実施形態におけるコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。本発明の実施形態におけるコイルの短絡状態を示す説明図である。本発明の他の実施形態におけるコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。本発明の他の実施形態におけるコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。本発明の他の実施形態におけるコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。本発明の他の実施形態におけるコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。本発明の他の実施形態におけるコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。本発明の他の実施形態におけるコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。本発明の他の実施形態におけるコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。本発明の他の実施形態におけるコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。本発明の他の実施形態におけるコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。本発明の他の実施形態におけるコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。本発明の他の実施形態におけるコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。本発明の他の実施形態におけるコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。本発明の他の実施形態におけるコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。本発明の他の実施形態におけるコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。本発明の他の実施形態におけるコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。従来のコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。従来のコイルの短絡状態を示す説明図である。従来のコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。

符号の説明

１電動モータ
２ヨーク
３アーマチュア（電動モータ用アーマチュア）
４永久磁石（磁極）
５回転軸
６アーマチュアコア
７アーマチュアコイル
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄコイル
９ティース
１１，１１ａ〜１１ｈスロット
１２巻線
１３コンミテータ
１４セグメント
２１ブラシ
２１ａ低速用ブラシ（第１速度用ブラシ）
２１ｂ高速用ブラシ（第２速度用ブラシ）
２１ｃ共通ブラシ
２５接続線
７１主コイル
７２，７３副コイル
７５渡り線

Claims

極対数が２以上のヨークに軸支される回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ径方向に向かって放射状に延び、巻線を巻装するための複数のティースと、前記ティース間に形成され軸方向に沿って延びる複数のスロットを有するアーマチュアコアと、
前記回転軸に前記アーマチュアコアと隣接して設けられ、複数のセグメントを周方向に配置したコンミテータと、
前記コンミテータに設けられ、同電位となるセグメント同士を短絡する接続線と、
隣接する前記セグメント間に前記巻線が接続されると共に、各磁極に対向するスロット間に前記巻線が巻装されて形成されたコイルとを有し、
前記極対数をＰ、前記スロットの数をＮ、ａを０または正の整数としたとき、
Ｎ＝４Ｐ＋２Ｐ×ａ
を満たすように、Ｎが決定されるアーマチュアと、
前記コンミテータの前記セグメントに摺接可能に設けられ、前記コイルに給電を行うためのブラシとを備え、
各コイルは、前記回転軸を中心に点対称位置に存在するコイル同士の巻装方向が同方向で、且つ隣り合うコイルの巻装方向が互いに逆方向となるように、各々周方向に等分に巻装され、
前記ブラシは、第１速度用ブラシと、前記第１速度用ブラシから所定角度周方向に離間して設けられた第２速度用ブラシと、これら第１速度用ブラシ、および第２速度用ブラシに共通使用される共通ブラシとの３つのブラシで構成されており、
前記第１速度用ブラシ、および前記第２速度用ブラシの何れか一方のブラシと、前記共通ブラシとが、それぞれ１つの前記セグメントに摺接した状態で、かつ前記第１速度用ブラシ、および前記第２速度用ブラシの何れか他方のブラシが、隣接する２つの前記セグメントに跨るように摺接した状態において、短絡されている前記コイル、および通電されている前記コイルが、周方向全体に亘って等しく分布されるように構成されていることを特徴とする電動モータ。
前記コイルは、前記スロット間に前記巻線を短節巻にて巻装することで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
前記コイルは、前記スロット間に前記巻線を全節巻にて巻装することで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。