(57)【要約】【課題】セグメント間電圧を低減させ、長寿命化を図ることができる直流モータのアーマチュア、直流モータおよびアーマチュアの巻線方法を提供する。【解決手段】１０極８スロット４０セグメントの直流モータのアーマチュア３であって、コンミテータに、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、各ティース９をＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相、Ｆ相、Ｇ相、Ｈ相の順で割り当てたとき、隣接するセグメント１４間には、Ａ相、Ｆ相、Ｃ相、Ｈ相、Ｅ相、Ｂ相、Ｇ相、Ｄ相のアーマチュアコイル７がこの順で電気的に接続されている。【選択図】図３
2008289277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０極の磁極を有するヨークと、
前記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る８つのティースと、前記ティース間に形成され軸方向に沿って延びる８つのスロットと、各ティースにそれぞれ集中巻方式にて巻装されたコイルと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４０個のセグメントを周方向に配置したコンミテータとから成る１０極８スロット４０セグメントの直流モータのアーマチュアであって、
前記コンミテータに、同電位となるセグメント同士を短絡する短絡部材を設け、
各ティースをＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相、Ｆ相、Ｇ相、Ｈ相の順で割り当てたとき、
隣接するセグメント間には、Ａ相、Ｆ相、Ｃ相、Ｈ相、Ｅ相、Ｂ相、Ｇ相、Ｄ相の前記コイルがこの順で電気的に接続されていることを特徴とする直流モータのアーマチュア。
【請求項２】
請求項１に記載の直流モータのアーマチュアと、
前記セグメントを介して前記コイルに給電を行うためのブラシとを備え、
前記ブラシを少なくとも１対有することを特徴とする直流モータ。
【請求項３】
前記ブラシを２対備えたことを特徴とする請求項２に記載の直流モータ。
【請求項４】
１０極の磁極を有するヨークと、
前記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る８つのティースと、前記ティース間に形成され軸方向に沿って延びる８つのスロットと、各ティースにそれぞれ集中巻方式にて巻装されたコイルと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４０個のセグメントを周方向に配置したコンミテータとから成る１０極８スロット４０セグメントの直流モータのコイル巻装方法であって、
前記コンミテータの同電位となるセグメント同士を短絡部材で短絡し、
各ティースをＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相、Ｆ相、Ｇ相、Ｈ相の順で割り当てたとき、
隣接するセグメント間に、Ａ相、Ｆ相、Ｃ相、Ｈ相、Ｅ相、Ｂ相、Ｇ相、Ｄ相の前記コイルをこの順で電気的に接続したことを特徴とする直流モータのコイル巻装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両等に搭載する直流モータのアーマチュア、直流モータおよび直流モータのコイル巻装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両等に搭載されるブラシ付きの３相直流モータは、内周面に永久磁石を取り付けた円筒状のヨークの内側にアーマチュアコイルが巻装されたアーマチュアが回転自在に配置された構成となっている。アーマチュアは回転軸に外嵌固定されたアーマチュアコアを有している。アーマチュアコアには軸方向に長いティースが複数形成され、これらティース間に軸方向に長いスロットが形成されている。各ティースには巻線が巻装され、３相巻き構造のコイルが形成されている。
【０００３】
各コイルは、回転軸に取り付けられた複数のセグメントにそれぞれ導通している。各セグメントはブラシと摺接可能になっており、このブラシからセグメントに電圧を印加することによって各コイルに電流が供給される。このとき、各コイルに流れる電流の位相がずれることにより、各コイルに異なる磁界が形成され、ヨークの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回転する。また、この回転によってブラシが摺接するセグメントが順次変更されコイルに流れる電流の向きが切り替えられる、所謂整流が行われ、アーマチュアが継続的に回転する。
【０００４】
このような３相直流モータにおいては、一極対あたりのセグメント数が３個になるので、各コイルと磁石との間に所望の磁気的吸引力や反発力を発生させようとするとセグメント間電圧が高くなる傾向にある。このため、アーマチュアの回転に伴いブラシからセグメントが離れるとき、コイルに蓄電された電磁エネルギーが放出されることによりブラシとセグメントとの間で放電、所謂スパイク電圧が発生する場合がある。このスパイク電圧が大きいと、ブラシおよびセグメントの放電摩耗が進んでしまうのでブラシの耐久性が低下し、結果的にモータの寿命が短くなるおそれがある。
【０００５】
そこで、互いに隣接するセグメント間にコンデンサを電気的に接続することで、アーマチュアの回転に伴いコイルが放出する電磁エネルギーをコンデンサが一時的に蓄電し、コイルの電磁エネルギーがブラシとセグメントとの間に急激に加わることを防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３２８９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の従来技術にあっては、モータの極数及びスロット数が２極３スロットの極対数倍（セグメント数はスロット数と同じ）であるので、例えば、永久磁石の多極化、およびスロット数を増加させてもセグメント間電圧が高くなる。このため、ブラシの耐久性向上を図ろうとしても限界があり、結果的にモータの長寿命化が困難であるという課題がある。
【０００７】
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、セグメント間電圧を低減させ、長寿命化を図ることができる直流モータのアーマチュア、直流モータおよびアーマチュアの巻線方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、１０極の磁極を有するヨークと、前記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る８つのティースと、前記ティース間に形成され軸方向に沿って延びる８つのスロットと、各ティースにそれぞれ集中巻方式にて巻装されたコイルと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４０個のセグメントを周方向に配置したコンミテータとから成る１０極８スロット４０セグメントの直流モータのアーマチュアであって、前記コンミテータに、同電位となるセグメント同士を短絡する短絡部材を設け、各ティースをＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相、Ｆ相、Ｇ相、Ｈ相の順で割り当てたとき、隣接するセグメント間には、Ａ相、Ｆ相、Ｃ相、Ｈ相、Ｅ相、Ｂ相、Ｇ相、Ｄ相の前記コイルがこの順で電気的に接続されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の直流モータのアーマチュアと、前記セグメントを介して前記コイルに給電を行うためのブラシとを備え、前記ブラシを少なくとも１対有することを特徴とする直流モータとした。
この場合、請求項３に記載した発明のように、前記ブラシを２対備えてもよい。
【００１０】
請求項４に記載した発明は、１０極の磁極を有するヨークと、前記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る８つのティースと、前記ティース間に形成され軸方向に沿って延びる８つのスロットと、各ティースにそれぞれ集中巻方式にて巻装されたコイルと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４０個のセグメントを周方向に配置したコンミテータとから成る１０極８スロット４０セグメントの直流モータのコイル巻装方法であって、前記コンミテータの同電位となるセグメント同士を短絡部材で短絡し、各ティースをＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相、Ｆ相、Ｇ相、Ｈ相の順で割り当てたとき、隣接するセグメント間に、Ａ相、Ｆ相、Ｃ相、Ｈ相、Ｅ相、Ｂ相、Ｇ相、Ｄ相の前記コイルをこの順で電気的に接続したことを特徴とする直流モータのコイル巻装方法とした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、アーマチュアを８相巻き構造とし、従来の３相巻き構造のものと比較してセグメント間電圧を低減させることができる。このため、ブラシの寿命を延ばすことができ、結果的にモータの寿命を延ばすことができる。
そして、同電位となるセグメント同士を短絡部材で短絡することで、必要に応じてブラシの設置数を低減させることができる。このため、部品点数を減少させることができ、製造コストを削減することができると共に、直流モータの小型化を図ることが可能になる。
【００１２】
また、同電位となるセグメント同士が短絡されているため、巻線の巻き始め端と巻き終わり端とを隣接するセグメント間に接続する必要がなく、各ティースの近傍に存在するセグメントに電気的に接続することができる。このため、コンミテータとアーマチュアコアとの間の巻太りを防止することができ、さらに直流モータの小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、図２に示すように、直流モータ１は、車両に搭載する電装品（例えば、ラジエータファン）の駆動源となるものであって、有底円筒形状のヨーク２内にアーマチュア３を回転自在に配置した構成となっている。ヨーク２の内周面には周方向に永久磁石４が１０個固定されている。つまり、ヨーク２は磁極を１０極の磁極を有している。
【００１４】
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１３とから構成されている。アーマチュアコア６は、リング状の金属板８を軸方向に複数枚積層したものである。金属板８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となるように放射状に８つ形成されている。
【００１５】
複数枚の金属板８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、ティース９の設置個数と同様に８つ形成されている。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が形成される。
【００１６】
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４０個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。
【００１７】
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、つまり、巻線１２の端部が掛け回わされ、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、図２に示すように、同電位となるセグメント１４（本実施形態では７つ置きのセグメント１４）に対応するライザ１５には、それぞれ接続線２５が掛け回され、ヒュージングによりライザ１５に固定されている。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との間に配線されている。
【００１８】
図１に示すように、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の内側にはホルダーステー１８が取り付けられている。ホルダーステー１８には、周方向に間隔を開けてブラシホルダ１９が４箇所設けられている。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２９を介して付勢された状態で出没自在に内装されている。
【００１９】
これら４つのブラシ２１は、コンミテータ１３のセグメント１４を介してアーマチュアコイル７に電流を給電するためのであって、対となる陽極側ブラシと陰極側ブラシとが２つずつ、つまり、２対のブラシ２１で構成されている。ブラシ２１の先端部は、スプリング２９によって付勢されているのでコンミテータ１３に摺接している。
また、各ブラシ２１は、この中心Ｐと永久磁石４の中心である相の中心Ｐとが一致するように配置されている（図２参照）。すなわち、ホルダーステー１８に設けられたブラシホルダ１９は、この中心が永久磁石４の中心と一致するように配設されている。
【００２０】
さらに、各ブラシ２１は、不図示の外部電源と電気的に接続されている。そして、各ブラシ２１からセグメント１４に電圧を印加することによって、アーマチュアコイル７に電流が給電されるようになっている。アーマチュアコイル７に電流が流れると、アーマチュア３に磁界が形成される。このとき、各々アーマチュアコイル７は互いに位相がずれているため、アーマチュア３には周方向に沿ってそれぞれ異なる磁界が形成される。これよって、ヨーク２の永久磁石４と、アーマチュア３との間に磁気的な吸引力や反発力が生じ、回転軸が駆動するようになっている。
【００２１】
次に、図３に基づいて、磁極が１０極、スロット１１が８つ、セグメント１４が４０個である１０極８スロット４０セグメントで構成された直流モータ１のアーマチュアコイル７の巻装方法について説明する。
図３は、アーマチュア３のセグメント１４（ライザ１５）とティース９、ヨーク２側に固着される永久磁石４、そして、接続線２５を展開した図面であり、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、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。
【００２２】
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、７つ置きのセグメント１４同士（例えば、１番セグメント１４ａと９番セグメント１４ｅ）が接続線２５によってそれぞれ短絡されている。
また、各ティース９は、それぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ相が周方向にこの順で割り当てられている。
【００２３】
巻線１２は、例えば、その巻き始め端３０が１番セグメント１４ａより巻き始められた場合、まず、１番セグメント１４ａのライザ１５に掛け回された後、巻線１２を１番セグメント１４ａの近傍に存在するＨ相のティース９とＡ相のティース９との間のスロット１１ａに引き込む。そして、Ａ相のティース９にｎ（ｎは１以上の自然数）回巻装してＡ相のアーマチュアコイル７を形成する。
【００２４】
続いて、Ａ相のティース９とＢ相のティース９との間のスロット１１ｂから巻線１２を引き出し、１番セグメント１４ａに隣接する２番セグメント１４ｂのライザ１５に掛け回す。そして、巻線１２の巻き終わり端４０を２番セグメント１４ｂに接続する。これにより、１−２番セグメント１４ａ−１４ｂの間には、Ａ相のアーマチュアコイル７が接続された状態になる。
【００２５】
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ相のティース９についてもＡ相のティース９と同様に巻線１２をｎ回巻装してその巻き始め端３０、および巻き終わり端４０を各々ティース９の近傍で、且つ隣接するセグメント１４間に接続する。なお、Ｂ相のアーマチュアコイル７は６−７番セグメント１４ｃ−１４ｄの間に、Ｃ相のアーマチュアコイル７は１１−１２番セグメント１４ｆ−１４ｇの間に、Ｄ相のアーマチュアコイル７は１６−１７番セグメント１４ｈ−１４ｉの間に、Ｅ相のアーマチュアコイル７は２１−２２番セグメント１４ｊ−１４ｋの間に、Ｆ相のアーマチュアコイル７は２６−２７番セグメント１４ｌ−１４ｍの間に、Ｇ相のアーマチュアコイル７は３１−３２番セグメント１４ｎ−１４ｏの間に、Ｈ相のアーマチュアコイル７は３６−３７番セグメント１４ｐ−１４ｑの間に接続されている。
【００２６】
ここで、セグメント１４は同電位同士が接続線２５によって短絡されているため、隣接するセグメント１４間には、Ａ相、Ｆ相、Ｃ相、Ｈ相、Ｅ相、Ｂ相、Ｇ相、Ｄ相のアーマチュアコイル７がこの順で接続された状態になっている。
すなわち、１−２番セグメント１４ａ−１４ｂの間にはＡ相のアーマチュアコイル７が接続され、２−３番セグメント１４ｂ−１４ｒの間にはＦ相のアーマチュアコイル７が接続され、３−４番セグメント１４ｒ−１４ｓの間にはＣ相のアーマチュアコイル７が接続され、４−５番セグメント１４ｓ−１４ｔの間にはＨ相のアーマチュアコイル７が接続され、５−６番セグメント１４ｔ−１４ｃの間にはＥ相のアーマチュアコイル７が接続され、６−７番セグメント１４ｃ−１４ｄの間にはＢ相のアーマチュアコイル７が接続され、７−８番セグメント１４ｄ−１４ｕの間にはＧ相のアーマチュアコイル７が接続され、８−９番セグメント１４ｕ−１４ｅの間にはＤ相のアーマチュアコイル７が接続された状態になっている。
【００２７】
図４は、縦軸を電圧（Ｖ）とし、横軸をアーマチュア３の任意角度θ（°）とした場合のこの実施形態の直流モータ１（１０極、８スロット、１０Ｐ８Ｓ）と、従来の３相巻き構造の直流モータ（８極、１２スロット、８Ｐ１２Ｓ）と、参考として５相巻き構造の直流モータ（８極、１０スロット、８Ｐ１０Ｓ）との電圧の変化、すなわち、ブラシ後端電圧の変化を比較したグラフである。
これによれば、直流モータ１のスパイク電圧（図４における破線部分）が従来の直流モータのスパイク電圧に対して半減していることが確認できる。
【００２８】
なお、ブラシ２１への入力電圧をＶ１、１極対あたりのセグメント数をＥ、セグメント間電圧をＶ２としたとき、
Ｖ２＝２×Ｖ１／Ｅ
であるので、従来の３相巻き構造の直流モータは、
Ｖ２＝２×Ｖ１／３＝０．６７Ｖ１
となる。
これに対し、この実施形態の８相巻き構造の直流モータ１は、
Ｖ２＝２×Ｖ１／８＝０．２５Ｖ１
となる。
【００２９】
したがって、上述の実施形態によれば、アーマチュア３を８相巻き構造とし、従来の３相巻き構造のものと比較してセグメント間電圧を低減させることができる。このため、ブラシ２１の寿命を延ばすことができ、結果的に直流モータ１の寿命を延ばすことができる。
そして、同電位となるセグメント１４同士を接続線２５で短絡することで、必要に応じてブラシ２１の設置数を低減させることができる。このため、部品点数を減少させることができ、製造コストを削減することができると共に、直流モータ１の小型化を図ることが可能になる。
【００３０】
また、同電位となるセグメント１４同士が短絡されているため、巻線１２の巻き始め端３０と巻き終わり端４０とを隣接するセグメント１４−１４間に接続する必要がなく、各ティース９の近傍に存在するセグメント１４に電気的に接続することができる。このため、コンミテータ１３とアーマチュアコア６との間の巻太りを防止することができ、さらに直流モータ１の小型化を図ることができる。
【００３１】
さらに、ヨーク２に設けられた磁極数は、従来の磁極数（４極）よりも多い１０極であるので、一極対あたりの有効磁束量を従来の磁極数（４極）よりも小さくすることが可能になる。このため、ヨーク２の肉厚を薄くすることができ、直流モータ１をより小型化することが可能になる。
【００３２】
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、ホルダーステー１８にブラシホルダ１９が設けられ、このブラシホルダ１９にブラシ２１がスプリング２９を介して付勢された状態で出没自在に内装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、例えば、板バネ等にブラシ２１が支持されていてもよい。この場合、板バネがブラシ２１をコンミテータ１３側に付勢するように構成されていればよく、これによって、ブラシ２１がコンミテータ１３に摺接される。
【００３３】
また、上述の実施形態では、ブラシ２１が対となる陽極側ブラシと陰極側ブラシとを２つずつとし、４つのブラシ２１で構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、電流密度等の要件に応じてブラシ２１の個数が１対（２個）、３対（６個）、４対（８個）、または５対（１０個）の何れかであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態における直流モータの縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるアーマチュアの平面図である。
【図３】本発明の実施形態におけるアーマチュアの展開図である。
【図４】本発明の実施形態における電圧の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１  直流モータ
２  ヨーク
３  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（コイル）
９  ティース
１１，１１ａ，１１ｂ  スロット
１２  巻線
１３  コンミテータ
１４，１４ａ〜１４ｕ  セグメント
２１  ブラシ
２５  接続線（短絡部材）
【図１】
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【図２】
2008289277.tif 000004
【図３】
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【図４】
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