(57)【要約】  実線の三角形で示す巻線タイプＡは、任意の整流子片と、それに隣接する整流子片に接続される。破線の菱形で示す巻線タイプＢは、巻線の一方の端部を接続する本来の整流子片を、その対向に位置する整流子片に変更して接続される。このような巻線タイプＡと巻線タイプＢを組み合わせて用いる。対向関係にある整流子片同士を接続する短絡線は、各１本ずつで、全体では、整流子片数（１０個）の半数（５本）となっている。これによって、いずれの整流子片においても、２本線以下のフッキングとすることが可能となっている。また、１本又は２本の巻線で連続的に巻くことが可能となっている。
2008126834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータケースの内周面にＮＳ交互のマグネットを界磁磁極として取り付けると共に、回転シャフト上に偶数個の回転子磁極と該回転子磁極数と同数の整流子片を有する整流子を固定し、該回転子磁極のそれぞれは、突極磁極コアと該磁極コアの１つ或いは複数個の上に巻回した巻線とを備え、該巻線の両端をそれぞれ整流子片に接続し、かつ径方向の対向位置にある２つの整流子片同士を短絡線で接続した小型モータにおいて、
前記整流子片に接続される巻線として、その一端及び他端を隣接整流子片の一方及び他方に接続する第１のタイプの巻線と、該第１のタイプの巻線が接続される隣接整流子片とは対向位置にある整流子片に、少なくとも一端を接続した第２のタイプの巻線とを、組み合わせて用い、
対向位置の整流子片同士を接続する短絡線を１本のみとした小型モータ。
【請求項２】
前記偶数個の回転子磁極数と同数の整流子片数を２×Ｎとし、Ｎは整数とし、かつ、径方向に対極位置にある２つの巻線を１組として、
第１のタイプの巻線と第２のタイプの巻線の組み合わせは、Ｎが偶数のときは少なくともＮ／２組とし、或いはＮが奇数のときは少なくとも（Ｎ−１）／２組とし、残りの組についてはそれぞれ、第１のタイプの巻線と第２のタイプの巻線の組み合わせとするか、或いは第１のタイプの巻線同士の組み合わせとした請求項１に記載の小型モータ。
【請求項３】
回転シャフト上に偶数個の回転子磁極と該回転子磁極数と同数の整流子片を有する整流子を固定し、該回転子磁極のそれぞれは、突極磁極コアと該磁極コアの１つ或いは複数個の上に巻回した巻線とを備え、該巻線の両端をそれぞれ整流子片に接続し、かつ径方向の対向位置にある２つの整流子片同士を短絡線で接続した小型モータの回転子において、
整流子片の電線接続部への電線のフッキングを２本或いは１本とした小型モータの回転子。
【請求項４】
前記偶数個の回転子磁極数と同数の整流子片数を２×Ｎとし、Ｎは整数とし、かつ、径方向に対向する２つの整流子片を１組として、
全部でＮ組のうちＮ−１組は、４本の電線が集まる整流子片と、２本の電線が集まる整流子片を組み合わせ、
巻始め及び巻終わり端となる整流子片を含む１組については、巻始めと巻終りが同一整流子片の場合には、４本の電線が集まる整流子片と、巻始め及び巻終りとなる２本の電線が集まる整流子片とを組み合わせ、かつ、巻始めと巻終りが対向する異なる整流子片の場合には、両方共に３本の電線が集まる整流子片を組み合わせた、請求項３に記載の小型モータの回転子。
【請求項５】
前記整流子片に接続される巻線として、その一端及び他端を隣接整流子片の一方及び他方に接続する第１のタイプの巻線と、該第１のタイプの巻線が接続される隣接整流子片とは対向位置にある整流子片に、少なくとも一端を接続した第２のタイプの巻線とを、組み合わせて用いる請求項４に記載の小型モータの回転子。
【請求項６】
径方向に対極位置にある２つの巻線を１組として、
第１のタイプの巻線と第２のタイプの巻線の組み合わせは、Ｎが偶数のときは少なくともＮ／２組とし、或いはＮが奇数のときは少なくとも（Ｎ−１）／２組とし、残りの組についてはそれぞれ、第１のタイプの巻線と第２のタイプの巻線の組み合わせとするか、或いは第１のタイプの巻線同士の組み合わせとした請求項５に記載の小型モータの回転子。
【請求項７】
Ｎ個の第１のタイプの巻線とＮ個の第２のタイプの巻線が、交互に隣接してかつ径方向には対向して配置される請求項６に記載の小型モータの回転子。
【請求項８】
最初或いは最後に巻回される１つの巻線を除いて、第１のタイプの巻線と第２のタイプの巻線が交互に隣接してかつ径方向には対向して配置され、かつ、最初或いは最後の巻線を第１のタイプの巻線として別の第１のタイプの巻線に対向して配置した請求項６に記載の小型モータの回転子。
【請求項９】
順次隣接配置したＮ−１個の第２のタイプの巻線と、順次隣接配置したＮ＋１個の第１のタイプの巻線を有する請求項６に記載の小型モータの回転子。
【請求項１０】
第１のタイプの１つの巻線に隣接して、順次隣接配置したＮ−１個の第２のタイプの巻線と、順次隣接配置したＮ個の第１のタイプの巻線を有する請求項６に記載の小型モータの回転子。
【請求項１１】
複数個用いる前記第２のタイプの巻線のそれぞれとして、一端のみを対向位置にある整流子片に接続した巻線、或いは両端共に対向位置にある整流子片に接続した巻線を用いる請求項６に記載の小型モータの回転子。
【請求項１２】
モータケースの内周面にＮＳ交互のマグネットを界磁磁極として取り付けると共に、回転シャフト上に偶数個の回転子磁極と該回転子磁極数と同数の整流子片を有する整流子を固定し、該回転子磁極のそれぞれは、突極磁極コアと該磁極コアの１つ或いは複数個の上に巻回した巻線とを備え、該巻線の両端をそれぞれ整流子片に接続し、かつ径方向の対向位置にある２つの整流子片同士を短絡線で接続した小型モータの製造方法において、
前記整流子片に接続される巻線として、その一端及び他端を隣接整流子片の一方及び他方に接続する第１のタイプの巻線と、該第１のタイプの巻線が接続される隣接整流子片とは対向位置にある整流子片に、少なくとも一端を接続した第２のタイプの巻線とを、組み合わせて、順次１本或いは２本の電線を用いて連続的に巻線し、
対向位置の整流子片同士を接続する短絡線を１本のみとした小型モータの製造方法。
【請求項１３】
前記偶数個の回転子磁極数と同数の整流子片数を２×Ｎとし、Ｎは整数とし、かつ、径方向に対極位置にある２つの巻線を１組として、
第１のタイプの巻線と第２のタイプの巻線の組み合わせは、Ｎが偶数のときは少なくともＮ／２組とし、或いはＮが奇数のときは少なくとも（Ｎ−１）／２組とし、残りの組についてはそれぞれ、第１のタイプの巻線と第２のタイプの巻線の組み合わせとするか、或いは第１のタイプの巻線同士の組み合わせとした請求項１２に記載の小型モータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子磁極巻線と、該巻線の整流子片への接続と、径方向の対向位置にある２つの整流子片同士を接続する短絡線の接続を連続的に行う小型モータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
４極界磁の直流小型モータが、例えば、電動工具用等の大きな出力パワーを必要とする分野で用いられている。図１６は、従来技術による４極界磁の直流小型モータの回転子巻線を原理的に示す展開図である（特許文献１参照）。回転子磁極数６，整流子片数６の場合について、回転子磁極に対する巻線が３磁極の回りに巻回する、いわゆる多極巻きを例として、従来技術による巻線の原理を説明する。図示の巻線は、２本の電線を用いて連続的に行われ、整流子片ａから巻始める第１の巻線を実線で、かつ整流子片ａ’から巻始める第２の巻線を破線で示している。【０００３】
図中の整流子片ａとａ’、ｂとｂ’、ｃとｃ’は、それぞれ整流子上で径方向の反対側に位置している（対向位置）。実線で示す第１の巻線は、整流子片ａから巻始めて、回転子磁極３，２，１の回りに所定回数巻回した後、隣接する１個先の整流子片ｂに接続（フッキング）し、それから、整流子片ｂと対向関係にある整流子片ｂ’に接続される。この整流子片ｂとｂ’を接続する部分を短絡線と表示している。続いて、整流子片ｂ’からは、同様にして、回転子磁極の回りに巻回した後、隣接する整流子片ｃ’、そしてその対向関係にある整流子片ｃに接続される。続いて、整流子片ｃから巻始めて、整流子片ａ’を経て、最初に巻始めた整流子片ａに接続される。同様に、破線で示す第２の巻線は、整流子片ａ’から始めて整流子片ａ’で終わる。【０００４】
図１７は、従来技術により実際に製造されている４極界磁の直流小型モータの回転子巻線を示す展開図である。回転子磁極数１０，整流子片数１０の場合について、回転子磁極に対する巻線が３磁極の回りに巻回する、いわゆる多極巻きを例として、従来技術による巻線を説明する。図中の回転子磁極は、表示を明瞭にする目的で上下に二重に示しているが、同じ数字は同一の回転子磁極を示している。図示の巻線は、２本の電線を用いて連続的に行われ、整流子片ａから巻始める第１の巻線を整流子片より下側に、かつ整流子片ａ’から巻始める第２の巻線を整流子片より上側に示している。図中のＳは巻始め端を、また、Ｅは巻終わり端を示している。巻線方法は、図１７に示す通りであり、図１６に示した方法と基本的には同じであるのでその説明は省略する。【０００５】
図１６或いは図１７に示すような、４極界磁の直流小型モータは、１対のブラシを用いる場合や２対のブラシを用いるがモータ回転精度をより高めたい場合にも、対向関係にある整流子片同士を接続する短絡線が実際上必要となるが、図示の巻線方法は、各磁極への巻線と短絡線の接続を、２本の電線を用いて連続的に行うことが可能となっている。【０００６】
しかし、このような巻線方法では、巻始め及び巻終わり整流子片には、３本の電線をフッキングする必要がある。例えば、図１７に示す整流子片ａは、巻始め線の第１のフッキング、巻終わり線の第２のフッキングに加えて、整流子片ｅから磁極を巻回して、整流子片ａに第３のフッキングをした後、対向位置の整流子片ａ’に接続されることになる。それぞれの整流子片では、電線をフッキングした後、スポット溶接により、電気的接続及び機械的固定がなされるが、特に、モータが大きな出力パワーを必要とするため回転子巻線に太線を用いる場合は、スポット溶接が困難となる。【０００７】
図１８は、電線の整流子片への接続を説明する図である。図１８（Ａ）に示すように、シャフトに固定される円筒形状整流子芯上に位置する整流子片の端部が折り曲げられて電線接続部が形成されている。次に、（Ｂ）に示すように、この電線接続部と整流子片との間に形成される隙間に電線がフッキングされる。次に、（Ｃ）に示すように、スポット溶接電極を電線接続部に押し付けて加圧して、スポット溶接する。しかし、（Ｄ）に示すように、太い電線が３本フッキングされている場合は、スポット溶接が困難となる。なお、スポット性を改善するために電線接続部を長く（電線をフッキングする溝を深く）構成するとモータ全長が長くなってしまう事から、モータ寸法制約上不可である。【０００８】
また、図１６或いは図１７に示すような巻線方法は、各回転子磁極への巻線と短絡線の接続を連続的な巻線で可能にするために、対向関係にある整流子片同士は、それぞれ２回、即ち、２本の短絡線で接続されることになる。このために、短絡線が整流子と回転子磁極の間で、整流子側近くに集中し、特に、太線を用いた場合に整流子近くで電線が嵩張ることになる。また、巻姿が偏り、巻線抵抗に差が生じるために、性能（電流）不安定となる。【０００９】
図１９は、巻姿の偏りを説明する図であり、巻線を回転子スラスト方向側面から見た概念図である。（Ａ）は２本の電線を用いて、２個ずつ同時に、６個の巻線を連続的に巻線する場合を、また、（Ｂ）は１本の電線により６個の巻線を連続的に巻線する場合を示している。いずれの場合も多極巻きで、図中の楕円で示す巻線に付加した数字により、巻線順序を示している。最初に巻かれる巻線１の側面へのはみ出しは小さく、順次、後に巻く巻線は、前の巻線の上に巻かれるために、その側面へのはみ出しは大きくなる（巻姿が偏る）。この巻姿の偏りは、短絡線により整流子近くで電線が嵩張ることによって、また、太い電線を用いることによってさらに大きくなる。このため、２つの整流子片間に接続される各巻線の全長に起因する電気抵抗は、後の巻線が順次大きくなる。４極界磁の直流モータにおいて、対極に位置するそれぞれ２つの巻線には、同一タイミングで電流が流れて同一方向の磁界を合成して発生することになるが、特に、図１９（Ａ）に示すように、小さな抵抗同士、及び大きな抵抗同士の巻線を互いに対極に位置させることにより、回転子の１回転中に流れる電流は、大きく変動することになる。【００１０】
図２０は、回転子が１回転する間の電流波形の変動を示す図である。図中に示す従来例は、図１７に示すように巻線された小型モータについて測定した電流波形の変動を示している。回転子の１回転中に流れる電流は、従来例は、本発明（図６及び図７を参照して後述する第１の実施形態）と対比して、１回転中に大きく変動することが測定された。【００１１】
図１６或いは図１７に示した巻線方法においては、回転子磁極の各巻線コイル両端は、それぞれ整流子片に接続されると共に、対向位置にある整流子片同士を短絡線で接続することにより、対極関係にある２つの巻線は、直流電源に対して並列に接続されることになるが、各巻線を直列に接続することも知られている。図２１は、一般的な直列接続の巻線の一例を説明する図である。図示のように、整流子片ａから巻始めて、回転子磁極３，２，１の回りに所定回数巻回する巻線１に続けて、それと直列に、回転子磁極８，７，６の回りの巻線２を巻回した後、隣接する１個先の整流子片ｂに接続する。それから、整流子片ｂと対向関係にある整流子片ｂ’に短絡線により接続される。以下、同様にして巻線する。このような直列接続の巻線において、隣接する整流子片間には、２つの巻線が直列に接続されることになる。これによって、対向位置にある整流子片同士を接続する短絡線は１本のみとなり、上述した３本フッキングの問題は生じない。しかし、直列接続の巻線は、並列接続に比較して性能的にも不利である。巻線ターン数を1/2にし、電線面積（太さ）を2倍にすることにより、並列接続と同性能を出すことが可能となるが、しかし、小型モータに対して太い電線を巻くことは製造上に無理が生じ、また、太い巻線により、さらに、巻姿が偏り、回転子抵抗に差が生じることになる。
【特許文献１】実公平６−２４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、４極界磁以上の直流小型モータにおいて、性能的に有利な並列接続の回転子巻線を連続的に巻線するために、並列接続のための短絡線を備えつつ、整流子片へのフッキング線を２本或いはそれ以下に抑えて、整流子片への電線の電気的接続及び機械的固定を容易にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の小型モータ及びその製造方法は、モータケースの内周面にＮＳ交互のマグネットを界磁磁極として取り付けると共に、回転シャフト上に偶数個の回転子磁極と該回転子磁極数と同数の整流子片を有する整流子を固定し、該回転子磁極のそれぞれは、突極磁極コアと該磁極コアの１つ或いは複数個の上に巻回した巻線とを備え、該巻線の両端をそれぞれ整流子片に接続し、かつ径方向の対向位置にある２つの整流子片同士を短絡線で接続する。この整流子片に接続される巻線として、その一端及び他端を隣接整流子片の一方及び他方に接続する第１のタイプの巻線と、該第１のタイプの巻線が接続される隣接整流子片とは対向位置にある整流子片に、少なくとも一端を接続した第２のタイプの巻線とを、組み合わせて用いる。対向位置の整流子片同士を接続する短絡線は、１本のみとする。【００１４】
偶数個の回転子磁極数と同数の整流子片数を２×Ｎとし、Ｎは整数とし、かつ、径方向に対極位置にある２つの巻線を１組として、第１のタイプの巻線と第２のタイプの巻線の組み合わせは、Ｎが偶数のときは少なくともＮ／２組とし、或いはＮが奇数のときは少なくとも（Ｎ−１）／２組とし、残りの組についてはそれぞれ、第１のタイプの巻線と第２のタイプの巻線の組み合わせとするか、或いは第１のタイプの巻線同士の組み合わせとする。【００１５】
また、本発明の小型モータの回転子は、１本或いは２本の電線を用いて連続的に巻線しつつ、整流子片の電線接続部への電線のフッキングを２本或いは１本とした。偶数個の回転子磁極数と同数の整流子片数を２×Ｎとし、Ｎは整数とし、かつ、径方向に対向する２つの整流子片を１組として、全部でＮ組のうちＮ−１組は、４本の電線が集まる整流子片と、２本の電線が集まる整流子片を組み合わせる。巻始め及び巻終わり端となる整流子片を含む１組については、巻始めと巻終りが同一整流子片の場合には、４本の電線が集まる整流子片と、巻始め及び巻終りとなる２本の電線が集まる整流子片とを組み合わせ、かつ、巻始めと巻終りが対向する異なる整流子片の場合には、両方共に３本の電線が集まる整流子片を組み合わせる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、４極界磁以上の直流小型モータにおいて、性能的に有利な並列接続の回転子巻線を巻線機を用いて連続的に巻線するに際して、対向する整流子片同士を接続する短絡線を各々１本のみとし、整流子片へのフッキング線を２本或いはそれ以下に抑えることが可能となる。【００１７】
また、短絡線を各々１本のみとすることにより、太線を用いた場合でも、短絡線が整流子と回転子磁極の間で、整流子側近くに集中して、整流子近くで電線が嵩張ることはなく、これによって、巻姿の偏り、巻線抵抗間の不均等性を抑えて、性能（電流）を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（Ａ）は、本発明を適用することのできる４極界磁の小型モータの全体を示す縦断面図であり、（Ｂ）は整流子のみを示す図である。
【図２】（Ａ）は、シャフトを横方向に配置して見た巻線前の回転子の正面図であり、（Ｂ）は整流子側から見た側面図である。
【図３】（Ａ）は、整流子に対する一対のブラシの位置関係を示す図であり、（Ｂ）は二対のブラシの配置を示す図である。
【図４】（Ａ）は、従来技術による最も単純な４極モータ結線の原理を説明する概念図であり、（Ｂ）は連続的に巻線する場合の従来の巻線を説明する図である。
【図５】（Ａ）は本発明の原理を説明する巻線の一例を示す図であり、（Ｂ）は、本発明の異なる巻線例を示す図である。
【図６】第１の実施形態の回転子巻線を例示する展開図である。
【図７】図６に示した巻線を、円周上に配置して示す説明図である。
【図８】図７に示した巻線構成の巻線順序を説明する図である。
【図９】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態を示す図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態を示す図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態を示す図である。
【図１４】本発明の第７の実施形態を示す図である。
【図１５】本発明の第８の実施形態を示す図である。
【図１６】従来技術による４極界磁の直流小型モータの回転子巻線を原理的に示す展開図である。
【図１７】従来技術により実際に製造されている４極界磁の直流小型モータの回転子巻線を示す展開図である。
【図１８】電線の整流子片への接続を説明する図である。
【図１９】巻姿の偏りを説明する図であり、巻線を回転子側面から見た概念図である。
【図２０】回転子が１回転する間の電流波形の変動を示す図である。
【図２１】一般的な直列接続の巻線の一例を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、例示に基づき本発明の実施形態を説明するが、その前に、本発明を適用することができる本発明の前提となる小型モータについて、図１〜図３を参照して説明する。図１は、本発明を適用することのできる４極界磁の小型モータを示す図であり、（Ａ）はその全体を示す縦断面図であり、（Ｂ）は整流子のみを示す図である。図示のモータは、金属材料により有底中空筒状に形成したモータケースの内周面に、ＮＳ交互の二対（４極）のマグネットが界磁磁極として取り付けられている。本発明は、４極界磁以上のモータに適用可能であるが、以下、４極界磁の小型モータを例として説明する。【００２０】
図１（Ａ）に示すように、モータケースの開口部は、ケース蓋が嵌着されている。ケース蓋の中央部には、シャフト保持のための軸受が収容される。シャフトの他端は、有底中空筒状のモータケースの底部中央に設けられた軸受によって支持されている。このシャフトには、積層した突極磁極コア及び該磁極コア上に巻いた巻線（整流子片との接続の図示は省略）からなる偶数極の回転子磁極と、該磁極数と同数の整流子片を有する整流子とが通常に備えられて、小型モータの回転子を構成している。そして、この整流子に接触する一対或いは二対のカーボンブラシは、バネ部材を介してケース蓋に支持されると共に、各ブラシは、一対の外部端子に電気的に接続される。図１（Ｂ）に示す整流子は、１０個の整流子片を有するものとして例示している。電気的導電体により構成される各整流子片は、絶縁体（樹脂製）の整流子芯の上で、互いにスリットにより分割されると共に、その端部を折り曲げて電線接続部を構成している。この電線接続部のそれぞれに、突極磁極コアに巻回した各巻線の端部が接続されて、スポット溶接される（図１８参照）。【００２１】
図２は、巻線前の回転子を示す図であり、図２（Ａ）はシャフトを横方向に配置して見た回転子の正面図であり、図２（Ｂ）は整流子側から見た側面図である。図３は、整流子に対するブラシ位置関係を示す図であり、図３（Ａ）は一対のブラシの配置を示し、図３（Ｂ）は二対のブラシの配置を示している。図３（Ｂ）に示す二対のブラシは、例えば、図示のような極性で直流電源に接続される場合、＋極同士、−極同士は電気的に接続されている。また、図示の例において、ブラシは、対応するマグネット中心と位置を合わせて配置されている。【００２２】
図２（Ｂ）に見られるように、１０個として例示した整流子片（及び電線接続部）には、図示のように、ａ〜ｅ及びａ’〜ｅ’の記号を付し、かつ整流子片と同数の回転子突極磁極コアには、１〜１０の番号を付して、以下、説明する。基本的な巻線方法として、各磁極コアに巻回した巻線は、その両端が整流子片に接続するように巻線することができる。例えば、１つの磁極コア２に巻回した巻線の両端は整流子片ａとｂに接続される。図示の例のように、巻線の電流方向が、界磁極マグネットの中央で切り替わるように、各巻線コイルの中心（それ故、各回転子コア突極磁極の中心）を整流子片間スリットと一致させて、これによって、磁極コアに巻回される巻線の接続が全て電気的中性となる様に（整流子片間スリット位置とずれること無く）結線することができるが、本発明は、電気的中性となる構成だけでなく、それ以外の回転子が進角（或いは遅角）の場合についても適用可能である。この進角構造を構成する手法として、対向ブラシの配置をそれぞれマグネットＮＳの中心に合わせ、回転子の整流子片の配置を各回転子磁極の配置に対して回転子の回転方向にずらすことが知られているが、本発明は、このような進角（或いは遅角）構造のモータに対しても適用可能である。また、整流子上で切り替わる電圧及び電流の変動を極力小さくするために２極、或いは３極等の多極の回りに巻線する多極巻が従来より行われているが、本発明は、各巻線を１つの突極磁極コアの上に巻く単極巻き構造だけでなく、多極巻き構造の巻線に対しても適用可能である。【００２３】
図４（Ａ）は、従来技術による最も単純な４極界磁のモータ結線の原理を説明する図であり、（Ｂ）は連続的に巻線する場合の従来の巻線を示している。図５（Ａ）は本発明の原理を説明する巻線の一例を示す図であり、（Ｂ）は、本発明の異なる巻線例を示す図である。図４及び図５において、各巻線コイル（それぞれ２個のみ図示）を３角形状で示し、その巻線両端がそれぞれ隣接する整流子片に接続されることを示している。【００２４】
図４（Ａ）に示すように、従来技術による最も単純なモータ結線では、整流子片の両側に位置する巻線コイルのそれぞれの一端と、対向する整流子片同士を接続する短絡線の併せて３本（奇数）の電線が、全ての整流子片に集まることになる。このような結線方法は、連続した巻線が不可能であるために、例えば、短絡線無しで連続的に巻線した後に、短絡線を後付けすることになる。連続的に巻線するためには、図４（Ｂ）に示すように、短絡線を２本とする必要がある。これによって、全ての整流子片に４本（偶数本）の電線が集まることになるので、巻線機を用いた連続巻線が可能となる。連続的に巻線する場合、１つの整流子片に入って、かつ出ていく電線を１本のフッキングとして、４本の電線に対して合計２本のフッキングとなるが、巻始め及び巻終わり整流子片では、巻始め電線と巻終わり電線のために、それぞれ１本ずつをフッキングする必要がある。このため、図１６或いは図１７を参照して説明したように、巻始め及び巻終わり整流子片では、併せて３本の電線がフッキングされることになる。【００２５】
図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本発明は、巻線タイプＡと巻線タイプＢを組み合わせて用いる。巻線タイプＡとは、隣接する整流子片間に接続する巻線を称し、また、巻線タイプＢとは、巻線の少なくとも一方の端を本来の整流子片からその対向位置の整流子片に変更した巻線を称している。図５（Ａ）に例示の巻線タイプＢは、巻線の一方の端のみを本来の整流子片からその対向位置の整流子片に変更した例であるのに対して、図５（Ｂ）に例示の巻線タイプＢは、巻線端の両方共に、対向位置の整流子片に変更した例を示している。【００２６】
図５（Ａ）の下方に示す巻線タイプＢ（巻線の一方の端を対向位置の整流子片に接続した巻線）についても、本来ならば（図４（Ｂ）参照）、整流子片ａ’と整流子片ｂ’に接続すべきであるが、この巻線は一方の端を、整流子片ａ’の代わりに、その対向位置の整流子片ａに接続する。これによって、対向位置の整流子片間を接続する短絡線は、１本のみとなる。さらに、図中の整流子片ａに集まる電線は、図４（Ｂ）と対比して、４本のままで変更無いものの、整流子片ａ’では４本から２本に減少する。これによって、整流子片ａ’が、連続する巻線途中の通過点となれば、そのフッキング線は１本であり、また、整流子片ａ’が、巻始め及び巻終わり端となれば、フッキング線は２本である。【００２７】
同様に、図５（Ｂ）の下方に示す巻線タイプＢ（巻線端の両方共に対向位置の整流子片に接続）についても、巻線端を、対向位置の整流子片に接続する（具体例は、図１２を参照して後述する）。本来ならば（図４（Ｂ）参照）、整流子片ａ’と整流子片ｂ’に接続すべきであるが、代わりに、巻線の両端をそれぞれ整流子片ａと整流子片ｂに接続する。これによって、対向位置の整流子片間を接続する短絡線は、１本のみとなる。図中の整流子片ａ、ｂに集まる電線は、図４（Ｂ）と対比して、４本のままで変更無いものの、整流子片ａ’、ｂ’では４本から２本に減少する。これによって、整流子片ａ’、ｂ’が、連続する巻線途中の通過点となれば、そのフッキング線は１本であり、また、整流子片ａ’、ｂ’が、巻始め及び巻終わり端となれば、フッキング線は２本である。【００２８】
要するに、整流子片数を回転子磁極数と同数の２×Ｎ（Ｎは整数）として、対向する２つの整流子片を１組として全部でＮ組のうち、巻始め及び巻終わり端となる整流子片を含む１組を除き、Ｎ−１組は、一方の整流子片には４本の電線が集まり（２本の電線がフッキングされ）、かつ、他方の整流子片には２本の電線が集まる（１本の電線がフッキングされる）。巻始め及び巻終わり端となる１組については、巻始めと巻終りが同一整流子片の場合と、対向する異なる整流子片に分かれる場合とで集まる線数は異なる。同一整流子片の場合（例えば、図７参照）には、一方の整流子片には４本の電線が集まり（２本の電線がフッキングされ）、他方の巻始めと巻終りとなる整流子片には２本の電線が集まる（２本の電線がフッキングされる）。巻始めと巻終りが対向する異なる整流子片の場合（例えば、図９参照）には、両方の整流子片共に３本の電線が集まる（２本の電線がフッキングされる）。【００２９】
次に、本発明の第１の実施の形態を、図６〜図８を参照して説明する。第１の実施形態は、４極界磁、１対又は２対のブラシ、回転子磁極数と整流子片数が同数で、６以上の偶数２×Ｎ（Ｎは整数）である直流小型モータである。図６は、１０スロット回転子巻線を例示する展開図であり、かつ、図７は、図６に示した巻線を、円周上に配置して示す説明図である。【００３０】
図５を参照して説明したように、巻線コイル両端の整流子片への接続形態を異にする２種類の巻線（巻線タイプＡ，巻線タイプＢ）がある。図７において、実線の三角形で示す巻線タイプＡは、任意の整流子片と、それに隣接する整流子片に接続される。破線の菱形で示す巻線タイプＢは、巻線の一方の端部を接続する本来の（巻線タイプＡのように接続されるべき）整流子片を、その対向に位置する整流子片に変更して接続される。図６及び図７に示す例では、このような巻線タイプＡと巻線タイプＢが、それぞれ同数の５組（Ｎ組）交互に円周上に配置されている。図６の下方に示す表示Ａ，Ｂは、巻線タイプを表している。対向関係にある整流子片同士を接続する短絡線は、各１本ずつで、全体では、整流子片数（１０個）の半数（５本）となっている。これによって、いずれの整流子片においても、２本線以下のフッキングとすることが可能となっている。また、１本又は２本の巻線で（途中切断せずに）連続的に巻くことが可能となっている。【００３１】
以下、さらに、巻線について具体的に説明する。図６及び図７に示すように、整流子片ａが、巻始め端Ｓになると共に、巻終わり端Ｅになる。但し、以下のいずれの実施形態においても、巻始め端Ｓと巻終わり端Ｅを逆にして、巻終わり端Ｅから巻始めて、巻始め端Ｓで終わるような巻線をすることができるが、便宜上、一方を巻始め端Ｓとし、他方を巻終わり端Ｅとして説明する。【００３２】
最初に１〜Ｎ（５）番目の巻線を、巻線タイプＡとして巻回する。このため、整流子片ａから巻始めて、回転子磁極６，５，４の回りに多極巻きした後、隣接する整流子片ｂにフッキングする。続いて、連続した短絡線にて整流子片ｂの対向位置にある整流子片ｂ’にフッキングした後、回転子磁極２，１，１０の回りに巻線し、隣接する整流子片ｃ’にフッキングする。以下、同様にして、巻線して、巻線タイプＡとしては最後の、Ｎ（５）番目の巻線を巻くために、整流子片ｅから、回転子磁極１０，９，８の回りに巻線した後、隣接する１個先の整流子片ａ’に接続する。【００３３】
続けて、（Ｎ＋１）〜２Ｎ番目（６〜１０番目）の巻線を巻線タイプＢとして巻回する。このため、整流子片ａ’から巻始めて、回転子磁極１，１０，９の回りに巻回した後、隣接整流子片ｂ’ではなく、その対向位置にある整流子片ｂにフッキングする。以下、同様に巻回した後、２Ｎ（１０）番目の巻線は、整流子片ｅ’から巻始めて、回転子磁極５，４，３に巻回した後、対向位置の整流子片ａ’にフッキングし、続けて、最初の整流子片ａにフッキングして、全ての巻線を終了する。【００３４】
図８は、図７に示した巻線構成の巻線順序を説明する図である。巻線順序を１から１０まで数字で表示している。実線の三角形で示す巻線タイプＡと、破線の菱形で示す巻線タイプＢは円周上で交互に、かつ径方向には対向して配置される。順序的に次に巻回される巻線は、径方向反対側の巻線に隣接する巻線となる。但し、５番目の巻線を終了した後の次の６番目の巻線は、隣接する位置となる。これによって、巻線は、シングルフライヤーと称せられている巻線機で１本の電線を用いて連続的に巻回すること、或いはダブルフライヤーと称せられている巻線機で２本の電線を用いて連続的に巻回することが可能になる。但し、２本の電線を用いる場合であっても、３本のフッキングとならないように巻始め及び巻き終わり整流子片を選択する必要がある。このように、巻線は、円周上で順序的にバランス良く巻くことができるので、巻姿が偏ることはなく、回転子巻線抵抗の差は小さい。図２０を参照して上述したように、第１の実施形態により構成した回転子の１回転中に流れる電流は、従来例と対比して、１回転中の変動が小さいことが測定された。【００３５】
上述のように、巻線タイプＢとして、巻線の一方の端を対向位置の整流子片に接続した巻線を用いるとき、対極位置にある２つの巻線コイルを１組とした場合、Ｎ−１組については、巻線タイプＡと巻線タイプＢの組み合わせからなり、残り１組については、巻線タイプＡと巻線タイプＢの組み合わせとすることも、或いは巻線タイプＡ同士の組み合わせとすることも可能である。そして、以下のいずれの実施形態においても、対極位置にある巻線タイプＡと巻線タイプＢを、対極位置の間で、その巻線タイプを入れ替えることができる。以下、図９〜図１５を参照して、別の典型的な実施形態のいくつかを説明する。【００３６】
図９は、本発明の第２の実施形態を示す図である。第２の実施形態は、巻始め位置及び巻終わり位置が、上述した第１の実施の形態とは異なっている。この第２の実施の形態では、１０番目の巻線を巻回した後、隣接する整流子片ａに接続している。そして、巻始めは、整流子片ａ’から整流子片ａまでの短絡線で開始している。この例では、１０番目の巻線は、巻線タイプＡに変更されるために、巻線タイプＡがＮ＋１個、巻線タイプＢがＮ−１個となる。言い換えると、Ｎ−１組は、巻線タイプＡと巻線タイプＢが対向配置されるが、残りの１組については、対向する両者が巻線タイプＡである。【００３７】
図１０は、本発明の第３の実施形態を示す図である。第３の実施形態は、上述の例と同一構成のモータであるが、巻線順序を異にしている。巻始め端Ｓから、数字の順に巻線する。最初の４個の巻線は、巻線タイプＢであり、５番目の巻線を始める前に、短絡線の配線は全て終了している。５番目の巻線からは、巻線タイプＡであり、短絡線を配線すること無く、順次隣の巻線に進んで、最後に、１０番目の巻線の巻終わり端を、隣接整流子片にフッキングして、全ての巻線を終了する。図示の例は、順次隣接配置したＮ−１個の巻線タイプＢと、順次隣接配置したＮ＋１個の巻線タイプＡを有する。このように、順次隣接する位置に巻線するために、巻姿は偏るものの、短絡線は１本のみであり、フッキング線も２本以下に抑えることが可能となっている。【００３８】
図１１は、本発明の第４の実施形態を示す図である。図示の例は、１つの巻線タイプＡに隣接して、順次隣接配置したＮ−１個の巻線タイプＢと、順次隣接配置したＮ個の巻線タイプＡを有する。このように、巻始め端Ｓから、数字の順に巻線して、最初の１番目の巻線が、巻線タイプＡであり、かつ、５番目の巻線が巻線タイプＢである点で、上述した第３の実施の形態とは異なっているが、同様な効果を有している。【００３９】
図１２は、本発明の第５の実施形態を示す図である。第５の実施形態は、巻線タイプＢとして、巻線の両端共に対向位置の整流子片に接続した巻線を用いる（図５（Ｂ）参照）点で、上述の第１〜第４の実施形態とは異なっている。図１２に示す第５の実施形態において、上述の例と同様に、巻線タイプＡを実線の三角形で示し、かつ、巻線タイプＢを破線の菱形で示している。巻線に付加した数字は、巻線順を示している。図示の例において、３個の巻線タイプＢがあり、その内の１個は、巻線の一方の端のみを対向位置の整流子片に接続し、かつ、残りの２個は、巻線の両端共に対向位置の整流子片に接続するものとして例示している。それ故、対極位置にある２つの巻線コイルを１組とした場合、３組については、巻線タイプＡと巻線タイプＢの組み合わせからなり、残り２組については、巻線タイプＡ同士の組み合わせとなっている。そして、対極位置にある巻線タイプＡと巻線タイプＢを、対極位置の間で、その巻線タイプを入れ替えることもできる。【００４０】
次に、巻線について説明する。図１２に示すように、整流子片ａが、巻始め端Ｓになると共に、巻終わり端Ｅになるとして説明する。最初に１〜５番目の巻線を、巻線タイプＡとして巻回する点では、上述した図８と同様である。但し、図１２に示す例では、その後、６番目及び８番目の巻線についても、巻線タイプＡとして巻回する。７番目、９番目、１０番目の巻線を巻線タイプＢとして巻回する。７番目及び９番目の巻線については、両端共に、対向位置の整流子片に接続する。１０番目の巻線については、巻線の一端のみを対向位置の整流子片に接続する。これによって、上述の例と同様に、対向関係にある整流子片同士を接続する短絡線は、各１本ずつで、全体では、整流子片数（１０個）の半数（５本）となっている。このように、いずれの整流子片においても、２本線以下のフッキングとすることが可能となっている。また、１本又は２本の巻線で（途中切断せずに）連続的に巻くことが可能となっている。【００４１】
図１３は、本発明の第６の実施形態を示す図である。第６の実施形態は、巻線タイプＢを２つ用いる点で、第５の実施形態とは異なっている。図１３は、対極位置にある２つの巻線コイルを１組とした場合、２組については、巻線タイプＡと巻線タイプＢの組み合わせからなり、残り３組については、巻線タイプＡ同士の組み合わせとなっている例を示している。上述したように、本発明は、回転子磁極数と整流子片数が同数で、６以上の偶数２×Ｎ（Ｎは整数）の直流小型モータに適用可能であるが、Ｎが偶数のときは、タイプＡ−Ａの組み合わせの最大は、Ｎ／２となり、Ｎが奇数のときは、（Ｎ＋１）／２となる。それ故、タイプＡ−Ｂの組み合わせは、Ｎが偶数のときは、少なくともＮ／２となり、Ｎが奇数のときは少なくとも（Ｎ−１）／２となる。図１３に示す例のように、１０個（Ｎ＝５組の奇数）の巻線（回転子磁極数）の場合は、タイプＡ−Ａの組み合わせの最大は、（５＋１）／２＝３となり、タイプＡ−Ｂの組み合わせは、少なくとも、（５−１）／２＝２となる。【００４２】
図１４は、本発明の第７の実施形態を示す図である。第７の実施形態は、回転子磁極数２０（Ｎ＝10組の偶数）である点で、第１〜第６の実施形態とは異なっている。上述のように、Ｎが偶数であるので、タイプＡ−Ａの組み合わせの最大は、Ｎ／２＝５組であり、タイプＡ−Ｂの組み合わせは、少なくとも５組となる。図１４は、タイプＡ−Ａの最大組み合わせの５組の場合を例示している。また、図中の整流子片に付加した数字は、フッキング線数を示している。【００４３】
図１５は、本発明の第８の実施形態を示す図である。第８の実施形態は、４極界磁、１対又は２対のブラシ、回転子磁極数と整流子片数が同数の６個（偶数）である直流小型モータである。第８の実施形態は、回転子磁極数と整流子片数が同数であり、かつ、偶数である限り、本発明を適用できることを示している。巻始め端Ｓから巻始めて、数字順に６番目の巻線まで巻回される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年8月14日(2008.8.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータケースの内周面にＮＳ交互のマグネットを界磁磁極として取り付けると共に、回転シャフト上に偶数個の回転子磁極と該回転子磁極数と同数の整流子片を有する整流子を固定し、該回転子磁極のそれぞれは、突極磁極コアと該磁極コアの１つ或いは複数個の上に巻回した巻線とを備え、該巻線の両端をそれぞれ整流子片に接続し、かつ径方向の対向位置にある２つの整流子片同士を短絡線で接続した小型モータにおいて、
前記整流子片に接続される巻線として、第１のタイプの巻線と第２のタイプの巻線を組み合わせて用い、
前記第１のタイプの巻線は、その両端をそれぞれ、該巻線とは所定の位置関係にある一対の隣接整流子片に接続し、
前記第２のタイプの巻線は、その一端を、該巻線とは前記所定の位置関係にある一対の隣接整流子片の一方とは対向位置にある一つの整流子片に接続し、かつ、巻線他端を、この巻線とは前記所定の位置関係にある一対の隣接整流子片の他方か、或いはそれとは対向位置にある整流子片に接続し
対向位置の整流子片同士を接続する短絡線を１本のみとした小型モータ。
【請求項２】
前記偶数個の回転子磁極数と同数の整流子片数を２×Ｎとし、Ｎは整数とし、かつ、径方向に対極位置にある２つの巻線を１組として、
第１のタイプの巻線と第２のタイプの巻線の組み合わせは、Ｎが偶数のときは少なくともＮ／２組とし、或いはＮが奇数のときは少なくとも（Ｎ−１）／２組とし、残りの組についてはそれぞれ、第１のタイプの巻線と第２のタイプの巻線の組み合わせとするか、或いは第１のタイプの巻線同士の組み合わせとした請求項１に記載の小型モータ。
【請求項３】
回転シャフト上に偶数個の回転子磁極と該回転子磁極数と同数の整流子片を有する整流子を固定し、該回転子磁極のそれぞれは、突極磁極コアと該磁極コアの１つ或いは複数個の上に巻回した巻線とを備え、該巻線の両端をそれぞれ整流子片に接続し、かつ径方向の対向位置にある２つの整流子片同士を短絡線で接続した小型モータの回転子において、
整流子片の電線接続部への電線のフッキングを２本或いは１本とした小型モータの回転子。
【請求項４】
前記偶数個の回転子磁極数と同数の整流子片数を２×Ｎとし、Ｎは整数とし、かつ、径方向に対向する２つの整流子片を１組として、
全部でＮ組のうちＮ−１組は、４本の電線が集まる整流子片と、２本の電線が集まる整流子片を組み合わせ、
巻始め及び巻終わり端となる整流子片を含む１組については、巻始めと巻終りが同一整流子片の場合には、４本の電線が集まる整流子片と、巻始め及び巻終りとなる２本の電線が集まる整流子片とを組み合わせ、かつ、巻始めと巻終りが対向する異なる整流子片の場合には、両方共に３本の電線が集まる整流子片を組み合わせた、請求項３に記載の小型モータの回転子。
【請求項５】
前記整流子片に接続される巻線として、その一端及び他端を隣接整流子片の一方及び他方に接続する第１のタイプの巻線と、該第１のタイプの巻線が接続される隣接整流子片とは対向位置にある整流子片に、少なくとも一端を接続した第２のタイプの巻線とを、組み合わせて用いる請求項４に記載の小型モータの回転子。
【請求項６】
径方向に対極位置にある２つの巻線を１組として、
第１のタイプの巻線と第２のタイプの巻線の組み合わせは、Ｎが偶数のときは少なくともＮ／２組とし、或いはＮが奇数のときは少なくとも（Ｎ−１）／２組とし、残りの組についてはそれぞれ、第１のタイプの巻線と第２のタイプの巻線の組み合わせとするか、或いは第１のタイプの巻線同士の組み合わせとした請求項５に記載の小型モータの回転子。
【請求項７】
Ｎ個の第１のタイプの巻線とＮ個の第２のタイプの巻線が、交互に隣接してかつ径方向には対向して配置される請求項６に記載の小型モータの回転子。
【請求項８】
最初或いは最後に巻回される１つの巻線を除いて、第１のタイプの巻線と第２のタイプの巻線が交互に隣接してかつ径方向には対向して配置され、かつ、最初或いは最後の巻線を第１のタイプの巻線として別の第１のタイプの巻線に対向して配置した請求項６に記載の小型モータの回転子。
【請求項９】
順次隣接配置したＮ−１個の第２のタイプの巻線と、順次隣接配置したＮ＋１個の第１のタイプの巻線を有する請求項６に記載の小型モータの回転子。
【請求項１０】
第１のタイプの１つの巻線に隣接して、順次隣接配置したＮ−１個の第２のタイプの巻線と、順次隣接配置したＮ個の第１のタイプの巻線を有する請求項６に記載の小型モータの回転子。
【請求項１１】
複数個用いる前記第２のタイプの巻線のそれぞれとして、一端のみを対向位置にある整流子片に接続した巻線、或いは両端共に対向位置にある整流子片に接続した巻線を用いる請求項６に記載の小型モータの回転子。
【請求項１２】
モータケースの内周面にＮＳ交互のマグネットを界磁磁極として取り付けると共に、回転シャフト上に偶数個の回転子磁極と該回転子磁極数と同数の整流子片を有する整流子を固定し、該回転子磁極のそれぞれは、突極磁極コアと該磁極コアの１つ或いは複数個の上に巻回した巻線とを備え、該巻線の両端をそれぞれ整流子片に接続し、かつ径方向の対向位置にある２つの整流子片同士を短絡線で接続した小型モータの製造方法において、
前記整流子片に接続される巻線として、第１のタイプの巻線と第２のタイプの巻線を組み合わせて、順次１本或いは２本の電線を用いて連続的に巻線し、
前記第１のタイプの巻線は、その両端をそれぞれ、該巻線とは所定の位置関係にある一対の隣接整流子片に接続し、
前記第２のタイプの巻線は、その一端を、該巻線とは前記所定の位置関係にある一対の隣接整流子片の一方とは対向位置にある一つの整流子片に接続し、かつ、巻線他端を、この巻線とは前記所定の位置関係にある一対の隣接整流子片の他方か、或いはそれとは対向位置にある整流子片に接続し
対向位置の整流子片同士を接続する短絡線を１本のみとした小型モータの製造方法。
【請求項１３】
前記偶数個の回転子磁極数と同数の整流子片数を２×Ｎとし、Ｎは整数とし、かつ、径方向に対極位置にある２つの巻線を１組として、
第１のタイプの巻線と第２のタイプの巻線の組み合わせは、Ｎが偶数のときは少なくともＮ／２組とし、或いはＮが奇数のときは少なくとも（Ｎ−１）／２組とし、残りの組についてはそれぞれ、第１のタイプの巻線と第２のタイプの巻線の組み合わせとするか、或いは第１のタイプの巻線同士の組み合わせとした請求項１２に記載の小型モータの製造方法。
【国際調査報告】
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