(57)【要約】【課題】より消費電力の少ない電動モータを提供することを課題とする。小型の電動モータを提供することを課題とする。【解決手段】第１導線３７は、第３スロット２３に左回りに例えば１８回（第１層目が９段、第２層目が９段）巻かれる。次に、第１導線３７の上に、右回りに例えば１５回（累積で第３層目が８段、第４層目が７段）巻かれる。巻数に差を設けることで、第１導線３７の長さに、第２導線３９の長さを近づける。【効果】第１導線の長さと第２導線の長さを、同一又はほぼ同一にしたので、抵抗値の差を極力小さくすることができ、より消費電力の低減を図ることができる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子の複数のスロットに、各々導線が巻かれている電動モータにおいて、
前記スロットに第１導線が巻かれ、この第１導線の上に第２導線が巻かれ、前記第１導線の巻数に対して前記第２導線の巻数が少なく設定されていることを特徴とする電動モータ。
【請求項２】
請求項１記載の電動モータにおいて、
この電動モータは、永久磁石からなる固定子と、前記回転子と、この回転子と共に回転し複数のセグメントからなる整流子と、この整流子に摺接する給電ブラシとを備え、
前記給電ブラシの総数は４であり、前記回転子の回転方向に沿って陽極ブラシが２個配置され、次に陰極ブラシが２個配置され、
前記固定子の磁極数は、前記給電ブラシの数より多く配置され、前記セグメントの数は、前記スロットの数の２倍に設定され、
前記第１導線は偶数番目の前記セグメントに結線され、第２導線は奇数番目の前記セグメントに結線されることを特徴とする電動モータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の電動モータにおいて、
前記スロットに巻かれている前記第１導線の長さと、前記第１導線の上に巻かれている前記第２導線の長さが同一又はほぼ同一であることを特徴とする電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータ、特に巻線が工夫されている電動モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータは、固定子と回転子とからなるが、両方が電磁石であるものと一方が電磁石で他方が永久磁石であるものなど、各種の形態の直流モータが実用化されてきた（例えば、特許文献１（図３）参照。）。
【０００３】
特許文献１の図３に示されるように、ステータコア（１１）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）に、コイル（Ｕ１ａ）が巻かれ、このコイル（Ｕ１ａ）にコイル（Ｕ１ｂ）が巻かれ、このコイル（Ｕ１ｂ）にコイル（Ｕ１ｃ）が巻かれている。コイル（Ｕ１ａ）は黒丸で表示され、巻数は７である。コイル（Ｕ１ｂ）は白丸で表示され、巻数は７である。コイル（Ｕ１ｃ）は斜線入り白丸で表示され、巻数は７である。
【０００４】
巻径×巻数＝巻線の長さの算式で、コイルの長さが求められる。コイル（Ｕ１ａ）よりコイル（Ｕ１ｂ）の巻径が大きいため、コイル（Ｕ１ｂ）の巻線の長さが大きくなる。同様に、コイル（Ｕ１ｂ）よりコイル（Ｕ１ｃ）の巻径が大きいため、コイル（Ｕ１ｃ）の巻線の長さが大きくなる。
【０００５】
コイルの抵抗値は、コイルの線径や材質が同一であれば、長さに比例して増加する。すると、コイル（Ｕ１ａ）よりコイル（Ｕ１ｂ）の抵抗値が大きくなり、コイル（Ｕ１ｂ）よりコイル（Ｕ１ｃ）の抵抗値が大きくなる。
抵抗値が異なると電流波形が歪になり、消費電力が増える。
省エネルギーが求められる中、消費電力の少ない電動モータが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９７８８１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、より消費電力の少ない電動モータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、回転子の複数のスロットに、各々導線が巻かれている電動モータにおいて、前記スロットに第１導線が巻かれ、この第１導線の上に第２導線が巻かれ、前記第１導線の巻数に対して前記第２導線の巻数が少なく設定されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に係る発明は、請求項１記載の電動モータにおいて、
この電動モータは、永久磁石からなる固定子と、回転子と、この回転子と共に回転し複数のセグメントからなる整流子と、この整流子に摺接する給電ブラシとを備え、
給電ブラシの総数は４であり、回転子の回転方向に沿って陽極ブラシが２個配置され、次に陰極ブラシが２個配置され、
固定子の磁極数は、給電ブラシの数より多く配置され、セグメントの数は、スロットの数の２倍に設定され、
第１導線は偶数番目のセグメントに結線され、第２導線は奇数番目のセグメントに結線されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の電動モータにおいて、スロットに巻かれている第１導線の長さと、第１導線の上に巻かれている第２導線の長さが同一又はほぼ同一であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明では、第１導線の巻数に対して、巻径が大きな第２導線の巻数を少なくしたので、抵抗値の差を小さくすることができる。これにより、電流波形の歪を抑え、消費電力の低減を図ることができる。
【００１２】
請求項２に係る発明では、請求項１の効果に加えて、次の効果が発揮される。すなわち、導線をスロットの各々に集中巻きすることにした。隣り合う導線が重なる心配がないので、モータ軸方向への導線の張り出しは僅かであり、モータケースの小型化が可能となる。
【００１３】
請求項３に係る発明では、第１導線の長さと第２導線の長さを、同一又はほぼ同一にしたので、抵抗値の差を極力小さくすることができ、より消費電力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の電動モータにおける固定子の正面図である。
【図２】本発明の電動モータにおける回転子及び整流子の正面図である。
【図３】本発明に係る電動モータの要部正面図である。
【図４】第１導線の巻き方を説明する図である。
【図５】第１導線が巻かれた第３スロットの正面図である。
【図６】第２導線の巻き方を説明する図である。
【図７】第２導線が巻かれた第３スロットの正面図である。
【図８】本発明に係る電動モータの要部展開図である。
【図９】巻径の説明図である。
【図１０】導線の周長を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【実施例】
【００１６】
図３で本発明の係る電動モータの正面図（ただし要部）を示すが、この図の理解を容易にするために、先に図１で固定子を説明し、図２で回転子及び整流子を説明する。
【００１７】
図１に示すように、固定子１０は、回転子（図２、符号２０）を囲うように環状に配置される６個の永久磁石１１〜１６からなる。
図２に示すように、回転子２０は、第１〜第８スロット２１〜２８を備え、これらの第１〜第８スロット２１〜２８に、後述する第１・第２導線が巻かれる。
回転子２０と一緒に回転する整流子２９には、第１〜第１６セグメントが等ピッチで配置されている。
【００１８】
第１セグメントは図面奥へ延びる導体の帯であり、一端（奥端）が切り起こされて、係止部２９ａとされる。この係止部２９ａに後述する導線（コイル）を絡めるなどして結線することができる。第２〜第１６セグメントも同様に係止部２９ａを有する。
【００１９】
図３に示すように、電動モータＭは、永久磁石１１〜１６からなる固定子１０と、複数のスロット２１〜２８を有する回転子２０と、複数のセグメントからなる整流子２９と、この整流子２９に摺接する給電ブラシ３０とを備える。
給電ブラシ３０は、時計廻りに整流子２９を囲うように配置される２本の陽極ブラシ３１、３２及び２本の陰極ブラシ３３、３４からなる。
永久磁石１１〜１６及びブラシ３１〜３４は、非回転部材であり、回転子２０及び整流子２９は、回転部材である。
【００２０】
図３では、回転中心３５より左側に陽極ブラシ３１、３２が配置され、回転中心３５より右側に陰極ブラシ３３、３４が配置される。図示せぬ陽極側ターミナルが陽極ブラシ３１、３２の近傍に配置され、同様に、図示せぬ陰極側ターミナルが陰極ブラシ３３、３４の近傍に配置される。陽極側ターミナルと陰極側ターミナルが干渉する心配がないため、陽極側ターミナル及び陰極側ターミナルの形状を簡略化できる。
【００２１】
従来のある電動モータ（特開２０１１−１９９９８７公報、図１１）はスロットの数が２６で、セグメントの数も２６である。この従来に比較して本発明では、スロットの数及びセグメントの数を大幅に低減できる。結果、電動モータＭの低コスト化や小型化が図れる。
【００２２】
なお、永久磁石１１〜１６の数（磁極数）とスロット２１〜２８の数とセグメントの数が大きいほど、円滑な回転性能が得られる。数の組み合わせは表１に示すものが実施可能である。
【００２３】
【表１】
2014128153.tif 000003
【００２４】
パターン１〜２が、本発明の電動モータＭに採用できる。すなわち、磁極数の数はブラシの数４より多い６が採用でき、スロットの数は８、１０が採用でき、セグメントの数はスロットの数の２倍であればよい。
【００２５】
次に、導線の巻き方について説明する。
図４（ａ）に示すように、第１導線３７は、第２セグメントを出発し、第２スロット２２に巻かれ、第８セグメントに結線され、この第８セグメントを出発し、第５スロット２５に巻かれ、第１４セグメントに結線され、この第１４セグメントを出発し、第８スロット２８に巻かれ図４（ｂ）に続く。
【００２６】
図４（ｂ）に示すように、第１導線３７は、第４セグメントに結線され、この第４セグメントを出発し、第３スロット２３に巻かれ、第１０セグメントに結線され、この第１０セグメントを出発し、第６スロット２６に巻かれ、第１６セグメントに結線され、この第１６セグメントを出発し、図４（ｃ）に続く。
【００２７】
図５に示すように、第４セグメントを出発した第１導線３７は、第３スロット２３に、左回りに例えば１８回（第１層目が９段、第２層目が９段）巻かれる（集中巻きされる）。他のスロットについても同様。その後、第１導線３７は第１０セグメントに結線される。この結線は、絡める、巻き付ける、接合する、挟める、嵌める、の何れでもよく、電気的接続が達成できれば手法は任意である。
【００２８】
図４（ｃ）に示すように、第１導線３７は、第１スロット２１に巻かれ、第６セグメントに結線され、この第６セグメントを出発し、第４スロット２４に巻かれ、第１２セグメントに結線され、この第１２セグメントを出発し、第７スロット２７に巻かれ、第２セグメントに結線される。
第１導線３７は、モータ軸廻りを３周させることで、第１〜第８スロット２１〜２８の全てに各々１８回程度集中巻きされる。
【００２９】
次に、図６（ａ）に示すように、第２導線３９は、第１セグメントを出発し、第３スロット２３に巻かれ、第７セグメントに結線され、この第７セグメントを出発し、第６スロット２６に巻かれ、第１３セグメントに結線され、この第１３セグメントを出発し、図６（ｂ）に続く。
【００３０】
図７に示すように、第１セグメントを出発した第２導線３９は、第１導線３７の上に、右回りに例えば１５回（累積で第３層目が８段、第４層目が７段）巻かれる（集中巻きされる）。他のスロットについても同様。その後、第２導線３９は第７セグメントに結線される。
【００３１】
図６（ｂ）に示すように、第２導線３９は、第１スロット２１に巻かれ、第３セグメントに結線され、この第３セグメントを出発し、第４スロット２４に巻かれ、第９セグメントに結線され、この第９セグメントを出発し、第７スロット２７に巻かれ、第１５セグメントに結線され、この第１５セグメントを出発し、図６（ｃ）に続く。
【００３２】
図６（ｃ）に示すように、第２導線３９は、第２スロット２２に巻かれ、第５セグメントに結線され、この第５セグメントを出発し、第５スロット２５に巻かれ、第１１セグメントに結線され、この第１１セグメントを出発し、第８スロット２８に巻かれ、第１セグメントに結線される。
第２導線３９は、モータ軸廻りを３周させることで、第１〜第８スロット２１〜２８の全てに、各々１５回程度集中巻きされる。
【００３３】
以上に述べた図４（ａ）〜（ｃ）と図６（ａ）〜（ｃ）を重ねると、図８に示すように、第１導線３７と第２導線３９が巻かれた電動モータＭが得られる。
【００３４】
次に、第１導線３７と第２導線３９の巻数について説明する。
第３スロット２３に、第１導線３７を２層巻きし、その上に第２導線３９を２層巻きした形態は、図９に示す模式図で表すことができる。導線３７、３９の線径はｄとする。
【００３５】
図９に示すように、第１層目３７Ａが、幅寸法ａである第３スロット２３に巻かれると、第１層目３７Ａの巻径は（ａ＋ｄ）となる。第２層目３７Ｂは、第１層目３７Ａに０．５ピッチずれて巻かれる。そのため、第２層目３７Ｂの巻径は（ａ＋（１＋ルート３）ｄ）となる。
同様に、第３層目３９Ａの巻径は（ａ＋（１＋２×ルート３）ｄ）となり、第４層目３９Ｂの巻径は（ａ＋（１＋３×ルート３）ｄ）となる。
【００３６】
図１０に示すように、第３スロット２３の断面寸法をａ、ｂとする。
図１０（ａ）において、第１層目３７Ａの周長は、２×（ａ＋ｂ＋２ｄ）となる。第１層目３７Ａの巻数（段数）をｍ１とすると、第１層目３７Ａの長さは、ｍ１×２×（ａ＋ｂ＋２ｄ）となる。すなわち、第１層目３７Ａ〜第４層目３９Ｂの長さ（導線の長さ）は、次表の通りである。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
仮に、ｄ＝１、ａ＝１０、ｂ＝２０（単位は全てｍｍであるが、記載が煩雑になるため、表示は省略した。以下同様。）、ｍ１＝９、ｍ２＝９とすれば、
第１層目３７Ａの長さと第２層目３７Ｂの長さの和は、９×２×（１０＋２０＋２×１）＋９×２×（１０＋２０＋２（１＋ルート３）×１）＝５７６＋６３８＝１２１４となる。
【００３９】
仮にｍ３＝８、ｍ４＝７とすれば、
第３層目３９Ａの長さと第４層目３９Ｂの長さの和は、８×２×（１０＋２０＋２（１＋２×ルート３）×１）＋７×２×（１０＋２０＋２（１＋３×ルート３）×１）＝６２３＋５９３＝１２１６となる。
【００４０】
第１層目３７Ａの長さと第２層目３７Ｂの長さの和（第１導線の長さ）が１２１４で、第３層目３９Ａの長さと第４層目３９Ｂの長さの和（第２導線の長さ）が１２１６であるため、第１導線の長さと第２導線の長さは、同一又はほぼ同一となる。
【００４１】
第１導線の巻数（この例では１８）に対して第２導線の巻数（この例では１５）を少なくすることにより、第１導線の長さと第２導線の長さを、同一又はほぼ同一にしたので、抵抗値の差を極力小さくすることができ、より消費電力の低減を図ることができる。
なお、巻数ｍ１〜ｍ４は、上記例に限るものではなく、適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、直流モータに好適である。
【符号の説明】
【００４３】
Ｍ…電動モータ、１０…固定子、１１〜１６…永久磁石、２０…回転子、２１〜２８…第１〜第８スロット、２９…整流子、３０…給電ブラシ、３１、３２…陽極ブラシ、３３、３４…陰極ブラシ、３７…第１導線、３９…第２導線。
【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】
2014128153.tif 000012
【図９】
2014128153.tif 000013
【図１０】
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