(57)【要約】【課題】巻線を集中巻方式で巻装した場合であっても、４つのブラシの通電パターンを変えることで回転速度の切替えを行うことができる電動モータ用アーマチュア、および電動モータを提供する。【解決手段】アーマチュアコア６とコンミテータとを、それぞれ回転軸を中心に点対称に配置された２つの３相集中巻の回路で構成し、第一回路Ｋ１の第三相（Ｗ相）のコイル７ｃの巻き終わり端４０を第二回路Ｋ２の第一相（Ｕ相）のコイル７ｄの巻き始め端３０と接続し、４つのブラシは、陽極側ブラシ２１ａと陰極側ブラシ２１ｂとの組みを２つ備えて構成され、同極側同士のブラシは、回転軸を中心にして対向配置されると共に、異極側同士のブラシは電気角で１８０°周方向に間隔をあけて配置されることを特徴とする。【選択図】図３
2008306913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁極を有する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、
前記セグメントを介して前記巻線に給電を行うための４つのブラシとから成る電動モータ用アーマチュアであって、
前記アーマチュアコアと前記コンミテータとを、それぞれ前記回転軸を中心に点対称に配置された２つの３相集中巻の回路で構成し、
一方の回路の第三相巻線の巻き終わり端を他方の回路の第一相巻線の巻き始め端と接続し、
前記４つのブラシは、陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを２つ備えて構成され、
同極側同士のブラシは、前記回転軸を中心にして対向配置されると共に、異極側同士のブラシは電気角で１８０°周方向に間隔をあけて配置されることを特徴とする電動モータ用アーマチュア。
【請求項２】
前記磁極が４極、前記スロットが６個設けられ、２極３スロットの回路が２つ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用アーマチュア。
【請求項３】
前記磁極が８極、前記スロットが１２個設けられ、４極６スロットの回路が２つ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用アーマチュア。
【請求項４】
前記回路毎に、同電位となるセグメント同士を短絡する短絡部材が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電動モータ用アーマチュア。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れかに記載の電動モータ用アーマチュアを用いたことを特徴とする電動モータ。
【請求項６】
複数の磁極を有する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、
前記セグメントを介して前記巻線に給電を行うための４つのブラシとから成り、
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ると共に、前記アーマチュアコアと前記コンミテータとを、それぞれ前記回転軸を中心に点対称に配置された２つの３相集中巻の回路で構成した電動モータ用アーマチュアであって、
前記２つの３相集中巻の回路のうちの一方の回路の第三相巻線の巻き終わり端を他方の回路の第一相巻線の巻き始め端と接続し、
前記４つのブラシは、陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを２つ備えて構成され、
同極側同士のブラシは、前記回転軸を中心にして対向配置されると共に、
異極側同士のブラシは、互いの間の角度をθ、極対数をＰ、Ｎを０または正の整数としたとき、
θ＝（１８０／Ｐ）＋（３６０／Ｐ）×Ｎ≦９０°
を満たすように、θが決定されていることを特徴とする電動モータ用アーマチュア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両等に搭載される電動モータ用アーマチュア、およびこれを用いた電動モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両等に搭載されるブラシ付きの電動モータが知られている。この電動モータは、内周面に複数個の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、巻線を巻装するためのティースが放射状に形成され、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。
【０００３】
各ティースには巻線が巻装され、集中巻構造のアーマチュアコイルが形成されている。アーマチュアコイルは、回転軸に取り付けられた各セグメントに導通している。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端子に電圧を印加することによってアーマチュアコイルに電流が給電されるようになっている。このとき、アーマチュアコイルに磁界が形成され、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駆動するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、アーマチュアコアへの巻線の巻装方式としては、集中巻方式の他に重ね巻（分布巻）方式がある。この重ね巻方式によって巻装されたアーマチュアと４つのブラシを用い、各ブラシの通電パターンを変えることで回転速度を切替える電動モータがある。
この種の電動モータの作用を図８〜図１０に基づいて説明する。図８〜図１０は、アーマチュア１００への通電パターンを示す説明図であり、図８は２つの陽極側ブラシ１０１，１０３と２つの陰極側ブラシ１０２，１０４との４つのブラシに通電した状態、図９は１つの陽極側ブラシ１０１と２つの陰極側ブラシ１０２，１０４との３つのブラシに通電した状態、図１０は１つの陽極側ブラシ１０１と１つの陰極側ブラシ１０２との２つのブラシに通電した状態を示す。
【０００５】
図８〜図９に示すように、重ね巻方式にて巻線が巻装されたアーマチュア１００は、並列回路数が４つの回路（直列コイル）Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４となる。
４つのブラシ１０１，１０２，１０３，１０４に通電すると（図８参照）、回路Ｃ１にブラシ１０１からブラシ１０４に向かう電流Ｉ１が流れ、回路Ｃ２にブラシ１０１からブラシ１０２に向かう電流Ｉ２が流れ、回路Ｃ３にブラシ１０３からブラシ１０２に向かう電流Ｉ３が流れ、回路Ｃ４にブラシ１０３からブラシ１０４に向かう電流Ｉ４が流れる。すなわち、全ての回路Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に電流が流れる。
【０００６】
これに対し、３つのブラシ１０１，１０２，１０４に通電すると（図９参照）、回路Ｃ１と回路Ｃ２のみに電流Ｉ１，Ｉ２が流れる。したがって、３ブラシ通電時のトルクは、４ブラシ通電時の半分のトルクしか得られない。
一方、２つのブラシ１０１，１０２に通電すると（図１０参照）、各回路Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４’が流れる。
【０００７】
ここで、図１０に示すように、回路Ｃ４に流れる電流Ｉ４’はブラシ１０４からブラシ１０３に向かって流れる。つまり、２ブラシ通電時の回路Ｃ４に流れる電流Ｉ４’は、４ブラシ通電時の回路Ｃ４に流れる電流Ｉ４と向きが逆になり、回路Ｃ１または回路Ｃ３のトルクと打ち消しあう。したがって、２ブラシ通電時のトルクは、４ブラシ通電時の１／３のトルクしか得られない。
このように、各ブラシ１０１，１０２，１０３，１０４の通電パターンを変えることで、有効導体数や通電電流を変えてトルクを変化させ、回転速度を切替えることができる。
【特許文献１】特開２００６−２０４０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の従来技術のように並列回路数が４回路の４ブラシ付電動モータでは、各ブラシ１０１，１０２，１０３，１０４の通電パターンを変えることで回転速度を切替えることができるが、アーマチュアコアに巻線を集中巻方式で巻装した場合にあっては並列回路数が２回路になるため、ブラシの通電パターンを変えても回転速度を切替えることが困難であるという課題がある。
【０００９】
そこで、この発明は、巻線を集中巻方式で巻装した場合であっても、４つのブラシの通電パターンを変えることで回転速度の切替えを行うことができる電動モータ用アーマチュア、および電動モータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、複数の磁極を有する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、前記セグメントを介して前記巻線に給電を行うための４つのブラシとから成る電動モータ用アーマチュアであって、前記アーマチュアコアと前記コンミテータとを、それぞれ前記回転軸を中心に点対称に配置された２つの３相集中巻の回路で構成し、一方の回路の第三相巻線の巻き終わり端を他方の回路の第一相巻線の巻き始め端と接続し、前記４つのブラシは、陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを２つ備えて構成され、同極側同士のブラシは、前記回転軸を中心にして対向配置されると共に、異極側同士のブラシは電気角で１８０°周方向に間隔をあけて配置されることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載した発明は、前記磁極が４極、前記スロットが６個設けられ、２極３スロットの回路が２つ形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載した発明は、前記磁極が８極、前記スロットが１２個設けられ、４極６スロットの回路が２つ形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載した発明は、前記回路毎に、同電位となるセグメント同士を短絡する短絡部材が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載した発明は、請求項１〜請求項４の何れかに記載の電動モータ用アーマチュアを用いたことを特徴とする電動モータとした。
【００１５】
請求項６に記載した発明は、複数の磁極を有する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、前記セグメントを介して前記巻線に給電を行うための４つのブラシとから成り、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ると共に、前記アーマチュアコアと前記コンミテータとを、それぞれ前記回転軸を中心に点対称に配置された２つの３相集中巻の回路で構成した電動モータ用アーマチュアであって、前記２つの３相集中巻の回路のうちの一方の回路の第三相巻線の巻き終わり端を他方の回路の第一相巻線の巻き始め端と接続し、前記４つのブラシは、陽極側ブラシと陰極側ブラシとの組みを２つ備えて構成され、同極側同士のブラシは、前記回転軸を中心にして対向配置されると共に、異極側同士のブラシは、互いの間の角度をθ、極対数をＰ、Ｎを０または正の整数としたとき、θ＝（１８０／Ｐ）＋（３６０／Ｐ）×Ｎ≦９０°を満たすように、θが決定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、アーマチュアコアと、コンミテータとをそれぞれ回転軸を中心に点対称に配置された２つの３相集中巻の回路で構成するため、並列回路数を従来の集中巻構造での並列回路数と比較して２倍の４回路とすることができる。つまり、１つの３相集中巻の回路には、並列回路数が２回路存在しているため、これを２つ合わせて全部で４回路とすることができる。これに加え、２つの回路を回転軸を中心にして点対称に配置すると共に、４つのブラシのうち、同極同士のブラシを回転軸を中心にして対向配置し、且つ異極同士のブラシを電気角で１８０°間隔をあけて配置している。
【００１７】
このため、４ブラシ通電時、３ブラシ通電時、および２ブラシ通電時において、電流が流れる巻線の本数を変化させることができ、それぞれトルクの大きさを変化させることが可能になる。よって、巻線を集中巻方式で巻装した場合であっても、４つのブラシの通電パターンを変えることで回転速度の切替えを行うことができる。
【００１８】
また、本発明によれば、極対数をＰ、Ｎを０または正の整数としたとき、θ＝（１８０／Ｐ）＋（３６０／Ｐ）×Ｎ≦９０°を満たすようにθを決定するので、多磁極の電動モータ（例えば、１２極以上の電動モータ）であって、１つの回路に少なくとも３つの同電位のセグメントが存在する場合などに、ブラシを複数のレイアウトパターンで配置することが可能になる。このため、電動モータの設計の自由度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、この発明の第一実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。
図１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に用いられる車両搭載用の直流モータであって、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ている。ヨーク２の内周面には周方向に永久磁石４が磁極を順番に変えながら４個固定されている。
【００２０】
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の外周部には軸方向平面視略Ｔ字状のティース９が放射状に６個形成されている。
【００２１】
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、周方向に沿って等間隔に６個形成されている。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。
【００２２】
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６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。
【００２３】
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。
【００２４】
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には周方向に沿ってブラシホルダ１９が４箇所形成されている。
【００２５】
ブラシホルダ１９には、それぞれブラシ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。これらブラシ２１の先端部は、スプリング２９によって付勢されているためコンミテータ１３に摺接しており、外部からの電源がブラシ２１を介してコンミテータ１３に供給されるようになっている。
【００２６】
図２に示すように、ブラシ２１は、陽極側ブラシ２１ａと陰極側ブラシ２１ｂとの組みを２つ備えた４つのブラシ２１ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｂで構成されている。そして、陽極側ブラシ２１ａ，２１ａ同士、および陰極側ブラシ２１ｂ，２１ｂ同士は互いに回転軸５を中心に対向配置されていると共に、陽極側ブラシ２１ａと陰極側ブラシ２１ｂは周方向に９０°間隔をあけて配置されている。すなわち、同極側同士のブラシは、機械角で１８０°、異極側同士のブラシは電気角で１８０°間隔をあけて配置されている。
【００２７】
なお、この第一実施形態では、永久磁石４が４個、つまり、磁極が４極であるため、電気角でいう１８０°が機械角でいう９０°となるが、磁極の数が変わっても異極側同士のブラシは電気角で１８０°となるように配置すればよい。また、陽極側ブラシ２１ａ，２１ａと陰極側ブラシ２１ｂ，２１ｂを反対にしてもよい。
【００２８】
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、以下の図面においては、各セグメント１４、各ティース９、および巻装された巻線１２にそれぞれ符号を附して説明する。
【００２９】
同図に示すように、４極６スロット６セグメントの電動モータ１のアーマチュア３は、１−３番ティース９と、１−３番セグメント１４ａ−１４ｃとを有する３相集中巻で２極３スロットの第一回路Ｋ１、および４−６番ティース９と、４−６番セグメント１４ｄ−１４ｆとを有する３相集中巻で２極３スロットの第二回路Ｋ２の２つの回路Ｋ１，Ｋ２で構成された状態になっている。これら２つの回路Ｋ１，Ｋ２は、周方向に並列した状態で形成されているので、アーマチュア３は、回転軸５を中心にして点対称に２つの回路Ｋ１，Ｋ２を配置した状態になる。
【００３０】
アーマチュアコア６への具体的な巻装方法としては、例えば、巻線１２の巻き始め端３０が第一回路Ｋ１の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に掛け回される。その後、１−６番ティース９の間のスロット１１ａに引き込まれ、１番ティース９にｎ回（ｎは１以上の自然数）巻装される。
【００３１】
そして、１−２番ティース９の間のスロット１１ｂから巻線１２が引き出される。次に、２番セグメント１４ｂのライザ１５に掛け回され、２番セグメント１４ｂに巻き終わり端４０が接続される。これにより、１−２番セグメント１４ａ，１４ｂ間には１番ティース９にｎ回巻装された第一相（例えば、Ｕ相）のコイル７ａが形成される。
【００３２】
続いて、巻線１２は、２番セグメント１４ｂから１−２番ティース９の間のスロット１１ｂに引き込まれ、２番ティース９にｎ回巻装される。その後、２−３番ティース９の間のスロット１１ｃから巻線１２が引き出される。そして、３番セグメント１４ｃのライザ１５に掛け回され、３番セグメント１４ｃに巻き終わり端４０が接続される。これにより、２−３番セグメント１４ｂ，１４ｃ間には２番ティース９にｎ回巻装された第二相（例えば、Ｖ相）のコイル７ｂが形成される。
【００３３】
次に、巻線１２は、３番セグメント１４ｃから２−３番ティース９の間のスロット１１ｃに引き込まれ、３番ティース９にｎ回巻装されて第三相（例えば、Ｗ相）のコイル７ｃを形成する。その後、３−４番ティース９の間のスロット１１ｄから巻線１２が引き出される。ここで、スロット１１ｄから引き出された巻線１２の巻き終わり端４０は、第一回路Ｋ１上ではなく、第二回路Ｋ２の４番セグメント１４ｄに接続される。
【００３４】
続いて、４番セグメント１４ｄのライザ１５に巻き始め端３０が掛け回された巻線１２は、３−４番ティース９の間のスロット１１ｄに引き込まれ、４番ティース９にｎ回巻装される。そして、４−５番ティース９の間のスロット１１ｅから巻線１２が引き出され、５番セグメント１４ｅに巻き終わり端４０が接続される。これにより、４−５番セグメント１４ｄ，１４ｅ間に、４番ティース９にｎ回巻装された第一相のコイル７ｄが形成される。
【００３５】
これを第一回路Ｋ１と同様に順次ティース９を変えながら巻進むことによって、第二回路Ｋ２上、つまり、４−６番セグメント１４間には、４−６番ティース９に巻線１２が３相集中巻にて巻装された第一相のコイル７ｄ、第二相のコイル７ｅ、および第三相のコイル７ｆが形成される。そして、第三相のコイル７ｆを形成し、スロット１１ａから引き出された巻線１２の巻き終わり端４０は、第二回路Ｋ２上ではなく、第一回路Ｋ１の１番セグメント１４ａに接続される。
【００３６】
したがって、アーマチュア３は、３相集中巻構造である第一回路Ｋ１の第三相のコイル７ｃの巻き終わり端４０が３相集中巻構造である第二回路Ｋ２の第一相のコイル７ｄの巻き始め端３０と接続し、且つ第二回路Ｋ２の第三相のコイル７ｆの巻き終わり端４０が第一回路Ｋ１の第一相のコイル７ａの巻き始め端３０と接続した状態になっている。
【００３７】
これに加え、同極側同士のブラシ２１が機械角で１８０°、異極側同士のブラシ２１が電気角で１８０°間隔に配置されている。このため、１つの回路に並列回路数が２回路となり、アーマチュア３には、集中巻方式であっても並列回路数が４回路構成されることになる。
【００３８】
次に、図４〜図６に基づいて、この第一実施形態のアーマチュア３の作用について説明する。
図４(ａ)、図４（ｂ）に示すように、例えば、陽極側ブラシ２１ａ，２１ａがそれぞれ１−２番セグメント１４ａ，１４ｂ間、４−５番セグメント１４ｄ，１４ｅ間に存在し、陰極側ブラシ２１ｂ，２１ｂがそれぞれ３番セグメント１４ｃ、６番セグメント１４ｆに存在している場合、つまり、各回路Ｋ１，Ｋ２上に各々一対のブラシ２１ａ，２１ｂが存在している場合であって、４つのブラシ２１ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｂ全てを通電させた状態では、４つのコイル７ｂ，７ｃ，７ｅ，７ｆに電流が流れる。
【００３９】
すなわち、１−２番セグメント１４ａ，１４ｂ間に形成されたコイル７ａと、４−５番セグメント１４ｄ，１４ｅ間に形成されたコイル７ｄは、陽極側ブラシ２１ａ，２１ａによって短絡された状態となる（図４（ｂ）参照）。一方、２番ティース９に形成されたコイル７ｂと５番ティース９に形成されたコイル７ｅには、順方向（図４（ａ）における時計回り）に電流が流れ、３番ティース９に形成されたコイル７ｃと６番ティース９に形成されたコイル７ｆには、逆方向（図４（ａ）における反時計回り）に電流が流れる。
【００４０】
ここで、４つのブラシ２１ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｂ全てを通電させた状態でのモータトルクをＴ４、各コイル７ａ〜７ｆの抵抗をＲ、印加電圧をＥ、極対数をＰ、円周率をπ、導体数をＺ、１極あたりの磁束をφとしたとき、次式のようになる。
【００４１】
【数１】
2008306913.tif 000003
【００４２】
図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、１−２番セグメント１４ａ，１４ｂ間に存在する陽極側ブラシ２１ａ、および３番セグメント１４ｃ、６番セグメント１４ｆにそれぞれ存在する陰極側ブラシ２１ｂ，２１ｂの３つのブラシを通電させた場合にあっては、２つのコイル７ｂ，７ｃに電流が流れる。
【００４３】
すなわち、１−２番セグメント１４ａ，１４ｂ間に形成されたコイル７ａと、４−５番セグメント１４ｄ，１４ｅ間に形成されたコイル７ｄは、陽極側ブラシ２１ａ，２１ａによって短絡された状態となると共に、３番ティース９に形成されたコイル７ｃと５番ティース９に形成されたコイル７ｅが無通電状態なる（図５（ｂ）参照）。
【００４４】
一方、２番ティース９に形成されたコイル７ｂには順方向に電流が流れ、６番ティース９に形成されたコイル７ｆには逆方向に電流が流れる。
ここで、３つのブラシ２１ａ，２１ｂ，２１ｂを通電させた状態でのモータトルクをＴ３としたとき、次式のようになる。
【００４５】
【数２】
2008306913.tif 000004
【００４６】
図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、１−２番セグメント１４ａ，１４ｂ間に存在する陽極側ブラシ２１ａ、および３番セグメント１４ｃに存在する陰極側ブラシ２１ｂの２つのブラシを通電させた場合にあっては、４つのコイル７ｂ，７ｃ，７ｅ，７ｆに電流が流れる。
【００４７】
しかしながら、４つのブラシ２１ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｂ全てを通電した場合とは異なり、５番ティース９に形成されたコイル７ｅに流れる電流が逆方向となる。つまり、５番ティース９に形成されたコイル７ｅに流れる電流は、本来流れる方向と逆方向に流れる。したがって、コイル７ｅでのトルクは、コイル７ｃ、またはコイル７ｆの何れか一方のトルクと打ち消しあうことになる。
【００４８】
この結果、２つのブラシを通電させた場合のモータトルクをＴ２とすると、Ｔ２はコイル７ｂのトルクと、コイル７ｃまたはコイル７ｆの何れか一方のトルクとを足し合わせたトルク、つまり、次式のようになる。
【００４９】
【数３】
2008306913.tif 000005
【００５０】
したがって、上述の第一実施形態によれば、４極６スロット６セグメントの電動モータ１のアーマチュア３を１−３番ティース９と、１−３番セグメント１４ａ−１４ｃとを有する３相集中巻で２極３スロットの第一回路Ｋ１、および４−６番ティース９と、４−６番セグメント１４ｄ−１４ｆとを有する３相集中巻で２極３スロットの第二回路Ｋ２の２つの回路Ｋ１，Ｋ２で構成している。
【００５１】
これに加え、第一回路Ｋ１の第三相のコイル７ｃの巻き終わり端４０が３相集中巻構造である第二回路Ｋ２の第一相のコイル７ｄの巻き始め端３０と接続し、且つ第二回路Ｋ２の第三相のコイル７ｆの巻き終わり端４０が第一回路Ｋ１の第一相のコイル７ａの巻き始め端３０と接続した状態になっている。
さらに、同極側同士のブラシ２１が機械角で１８０°、異極側同士のブラシ２１が電気角で１８０°間隔に配置されている。
【００５２】
このため、１つの回路に並列回路数が２回路となり、アーマチュア３には、集中巻方式であっても並列回路数が４回路構成されることになり、しかも、４つのブラシ２１ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｂ全てを通電させたときには、４つのアーマチュアコイル７（この第一実施形態では、コイル７ｂ，７ｃ，７ｅ，７ｆ）に電流が流れ、通常の４極６スロット集中巻方式と同様のトルク（モータ特性）を得ることができる。一方、３つのブラシに通電させたときには、２つのアーマチュアコイル７（この第一実施形態では、コイル７ｂ，７ｆ）に電流が流れる。よって、３ブラシ通電時のトルクを４ブラシ通電時の半分のトルクとすることができる（数式１、数式２参照）。
【００５３】
また、２つのブラシに通電させたときには、４ブラシ通電時の１／３のトルクとすることができる（数式３参照）。
すなわち、４つのブラシ２１ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｂの通電パターンを変えることで電流が流れる巻線１２の本数（アーマチュアコイル７の数）を変化させることができ、トルクの大きさを変化させることが可能になる。よって、巻線１２を集中巻方式でアーマチュアコア６に巻装した場合であっても、アーマチュア３の回転軸５の回転速度の切替えを行うことが可能になる。
【００５４】
次に、この発明の第二実施形態を図１を援用し、図７に基づいて説明する。なお、第一実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する。また、この第二実施形態において、電動モータ１の基本的構造は前記第一実施形態と同様である。
ここで、第二実施形態においては、永久磁石４（磁極）が８個、スロット１１が１２個、セグメント１４が１２個設けられた８極１２スロット１２セグメントの電動モータ１について説明する。なお、この第二実施形態においても、各ブラシ２１ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｂは、同極側同士が機械角で１８０°、異極側同士が電気角で１８０°間隔をあけて配置されている。
【００５５】
図７に示すように、１−６番セグメント１４間には、各々同電位となるセグメント１４（この第二実施形態では２つ置きのセグメント１４）に対応するライザ１５にそれぞれ接続線２５ａが掛け回されている。この接続線２５ａは、ヒュージングによりライザ１５に固定されている。
【００５６】
一方、７−１２番セグメント１４間には、各々同電位となるセグメント１４に対応するライザ１５にそれぞれ接続線２５ｂ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。これら接続線２５ａ，２５ｂは、回路Ｋ１，Ｋ２毎に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（図１におけるＡ部）に配線されている。
【００５７】
すなわち、この第二実施形態では、８極１２スロット１２セグメントの電動モータ１のアーマチュア３に、１−６番ティース９と、１−６番セグメント１４ａ−１４ｆとを有する３相集中巻で４極６スロットの第一回路Ｋ１、および７−１２番ティース９と、７−１２番セグメント１４ｇ−１４ｌとを有する３相集中巻で４極６スロットの第二回路Ｋ２との２つの回路Ｋ１，Ｋ２が構成されている。
【００５８】
接続線２５ａ，２５ｂを有するアーマチュア３には、例えば、１−５番セグメント１４ａ，１４ｅ間に１番、４番ティース９に巻線１２がそれぞれ集中巻方式にて巻装された第一相のコイル７ａ，７ｄが形成されている。そして、このような巻装構造を接続するセグメント１４と巻装する２つのティースをずらしながら順次行うことによって、第一回路Ｋ１の１−６番セグメント１４間には、１−６番ティース９にそれぞれ第一相のコイル７ａ，７ｄと、第二相のコイル７ｂ，７ｅと、第三相のコイル７ｃ，７ｆとが形成されている。
【００５９】
一方、第二回路Ｋ２の７−１２番セグメント１４間には、７−１２番ティース９にそれぞれ集中巻方式にて巻装された第一相のコイル７ｇ，７ｊと、第二相のコイル７ｈ，７ｋと、第三相のコイル７ｉ，７ｌとが形成されている。
ここで、第一回路Ｋ１の第三相のコイル７ｆの巻き終わり端４０は、第二回路Ｋ２の第一相のコイル７ｇの巻き始め端３０と接続し、且つ第二回路Ｋ２の第三相のコイル７ｌの巻き終わり端４０は、第一回路Ｋ１の第一相のコイル７ａの巻き始め端３０と接続している。
したがって、この第二実施形態によれば、前述の第一実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６０】
なお、この第二実施形態において、第一回路Ｋ１内の同相同士のティース９（例えば、１番ティース９と４番ティース９）に巻線１２を一連の動作で直列に巻装し、且つ第二回路Ｋ２内の同相同士のティース９（例えば、７番ティース９と１０番ティース９）に巻線１２を一連の動作で直列巻で巻装した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、図１１に示すように、各ティース９毎に巻線１２を巻装する並列巻で巻装してもよい。
【００６１】
また、図１２に示すように、１−６番ティース９に巻装された各巻線１２の巻き始め端３０、および巻き終わり端４０を１−６番ティース９とは回転軸５を中心にして点対称位置に存在する７−１番セグメント１４間に接続してもよい。このように巻装した場合であっても、アーマチュア３を２つの回路Ｋ１，Ｋ２で構成することができるのに加え、コンミテータ１３とアーマチュアコア６との間（図１におけるＡ部）に配線される巻線１２が周方向に捩れた状態になる。このため、コンミテータ１３とアーマチュアコア６との間の巻き太りを解消することが可能になる。
【００６２】
図１３は、８極の電動モータ１における各ブラシ２１ａ，２１ｂの配置図である。同図に示すように、８極の電動モータ１にあっては、電気角でいう１８０°が機械角でいう４５°になる。つまり、陽極側ブラシ２１ａ，２１ａ同士、および陰極側ブラシ２１ｂ，２１ｂ同士は互いに回転軸５を中心に対向配置されていると共に、陽極側ブラシ２１ａと陰極側ブラシ２１ｂは周方向に４５°間隔をあけて配置されている。
【００６３】
また、異極側同士のブラシ２１ａ，２１ｂ間の角度をθ、極対数をＰ、Ｎを０または正の整数としたとき、角度θは、θ＝（１８０／Ｐ）＋（３６０／Ｐ）×Ｎ≦９０°を満たすようにして決定してもよい。つまり、８極の電動モータ１にあっては、極対数Ｐが「４」であるため、θ＝（１８０／４）＋（３６０／４）×Ｎ≦９０°を満たすようにＮを決定すると、Ｎ＝０となり、この結果θ＝４５°となる。
【００６４】
次に、この発明の第三実施形態を図１４〜図１７に基づいて説明する。
この第三実施形態にあっては、電動モータ１は、永久磁石４（磁極）が１２個、スロット１１が１８個、セグメント１４が１８個設けられた１２極１８スロット１８セグメントで構成されている。
また、１−９番セグメント１４間において、各々同電位となるセグメント１４（２つ置きのセグメント１４）にそれぞれ接続線２５ａが接続されている。一方、これとは別に１０−１８番セグメント１４間において、各々同電位となるセグメント１４（２つ置きのセグメント１４）にそれぞれ接続線２５ｂが接続されている。そして、各ティース９毎に巻線１２を並列巻で巻装して２つの回路Ｋ１，Ｋ２を形成している。また、各回路Ｋ１，Ｋ２には、それぞれ第一相のコイル、第二相のコイル、および第三相のコイルが形成されている。
【００６５】
ここで、第一回路Ｋ１の第三相のコイルのうち、第二回路Ｋ２に隣接するコイル７ｉの巻き終わり端４０は、第二回路Ｋ２の第一相のコイルのうち、第一回路Ｋ１に隣接するコイル７ｊの巻き始め端３０と接続している。また、第二回路Ｋ２の第三相のコイルのうち、第一回路Ｋ１に隣接するコイル７ｍの巻き終わり端４０は、第一回路Ｋ１の第一相のコイルのうち、第二回路Ｋ２に隣接するコイル７ａの巻き始め端３０と接続している。
【００６６】
なお、この第三実施形態において、各ティース９毎に巻線１２が並列巻で巻装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、図１５に示すように、第一回路Ｋ１内の同相同士のティース９（例えば、１番ティース９、４番ティース９、および７番ティース９）に巻線１２を一連の動作で直列に巻装し、且つ第二回路Ｋ２内の同相同士のティース９（例えば、１０番ティース９、１３番ティース９、および１６番ティース９）に巻線１２を一連の動作で直列巻によって巻装してもよい。
【００６７】
図１６、図１７は、１２極の電動モータ１における各ブラシ２１ａ，２１ｂの配置図である。同図に示すように、１２極の電動モータ１にあっては、電気角でいう１８０°が機械角でいう３０°になる。すなわち、陽極側ブラシ２１ａ，２１ａ同士、および陰極側ブラシ２１ｂ，２１ｂ同士は互いに回転軸５を中心に対向配置されていると共に、陽極側ブラシ２１ａと陰極側ブラシ２１ｂは周方向に３０°間隔をあけて配置されている（図１６参照）。
【００６８】
この他に、異極側同士のブラシ２１ａ，２１ｂ間の角度をθ、極対数をＰ、Ｎを０または正の整数としたとき、角度θは、θ＝（１８０／Ｐ）＋（３６０／Ｐ）×Ｎ≦９０°を満たすようにすればよいので、Ｎ＝０の場合と、Ｎ＝１の場合との２通りの角度で配置することができる。すなわち、θ＝（１８０／６）＋（３６０／６）×０＝３０（°）で異極側同士のブラシ２１ａ，２１ｂを配置する場合（図１６参照）の他に、θ＝（１８０／６）＋（３６０／６）×１＝９０（°）で異極側同士のブラシ２１ａ，２１ｂを配置する場合（図１７参照）の２通りで配置することができる。
【００６９】
ここで、例えば図１５の２点鎖線で示すように、陽極側ブラシ２１ａに対してθ＝３０°の角度で陰極側ブラシ２１ｂを配置する場合と、図１５の実線で示すように、陽極側ブラシ２１ａに対してθ＝９０°の角度で陰極側ブラシ２１ｂを配置する場合とでは、両者の陰極側ブラシ２１ｂが摺接しているセグメント１４は互いに接続線２５ａで接続された状態にある。このため、異極側同士のブラシ２１ａ，２１ｂ間の角度θは３０°、または９０°の何れの場合であっても、同じセグメント１４と導通することになる。
【００７０】
したがって、この第三実施形態によれば、前述の第一実施形態、および第二実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、これに加え、各回路Ｋ１，Ｋ２に少なくとも３つの同電位のセグメントがある電動モータ１にあっては、ブラシ間の間隔が狭く、ブラシをレイアウトし難い場合や、ブラシ２１の周辺部品のレイアウト位置によって、各ブラシ２１ａ，２１ｂのレイアウトパターンを選択することが可能になる。このため、電動モータ１の設計の自由度を高めることができる。
【００７１】
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、上述の第一実施形態では電動モータ１が４極６スロット６セグメントの場合、第二実施形態では８極１２スロット１２セグメントの場合、第三実施形態では、１２極１８スロット１８セグメントの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、電動モータ１は、３相集中巻構造であって、一対の陽極側ブラシ２１ａと陰極側ブラシ２１ｂで成立する回路を２つ形成、つまり、４ブラシ２１ａ，２１ａ，２１ｂ，２１ｂで２つの回路Ｋ１，Ｋ２を構成し、且つ同極側同士のブラシが機械角で１８０°、異極側同士のブラシが電気角で１８０°周方向に間隔をあけて配置されていればよい。
【００７２】
さらに、上述の実施形態において、極数が１２極以上の電動モータ１にあっては、ブラシ２１ａ，２１ｂのレイアウトパターンが２通りある場合について説明した。しかしながら、異極側同士のブラシ２１ａ，２１ｂ間の角度をθ、極対数をＰ、Ｎを０または正の整数としたとき、角度θがθ＝（１８０／Ｐ）＋（３６０／Ｐ）×Ｎ≦９０°を満たすようにすればよいので、電動モータ１は磁極数の増加に伴って、ブラシ２１ａ，２１ｂのレイアウトパターンも増加することはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態における電動モータの縦断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態における電動モータのブラシ配置図である。
【図３】本発明の第一実施形態におけるアーマチュアコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。
【図４】本発明の第一実施形態におけるアーマチュアの作用を示し、（ａ）はアーマチュアの展開図、（ｂ）は結線図である。
【図５】本発明の第一実施形態におけるアーマチュアの作用を示し、（ａ）はアーマチュアの展開図、（ｂ）は結線図である。
【図６】本発明の第一実施形態におけるアーマチュアの作用を示し、（ａ）はアーマチュアの展開図、（ｂ）は結線図である。
【図７】本発明の第二実施形態におけるアーマチュアコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。
【図８】従来の電動モータにおけるアーマチュアへの通電パターンを示す説明図である。
【図９】従来の電動モータにおけるアーマチュアへの通電パターンを示す説明図である。
【図１０】従来の電動モータにおけるアーマチュアへの通電パターンを示す説明図である。
【図１１】本発明の第二実施形態におけるアーマチュアコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。
【図１２】本発明の第二実施形態におけるアーマチュアコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。
【図１３】本発明の第二実施形態における電動モータのブラシ配置図である。
【図１４】本発明の第三実施形態におけるアーマチュアコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。
【図１５】本発明の第三実施形態におけるアーマチュアコイルの巻装状態を示すアーマチュアの展開図である。
【図１６】本発明の第三実施形態における電動モータのブラシ配置図である。
【図１７】本発明の第三実施形態における電動モータのブラシ配置図である。
【符号の説明】
【００７４】
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〜７ｍ  コイル
９  ティース
１１，１１ａ〜１１ｅ  スロット
１２  巻線
１３  コンミテータ
１４，１４ａ〜１４ｆ  セグメント
２１  ブラシ
２１ａ  陽極側ブラシ
２１ｂ  陰極側ブラシ
２５ａ，２５ｂ  接続線（短絡部材）
Ｋ１  第一回路
Ｋ２  第二回路
【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】
2008306913.tif 000011
【図７】
2008306913.tif 000012
【図８】
2008306913.tif 000013
【図９】
2008306913.tif 000014
【図１０】
2008306913.tif 000015
【図１１】
2008306913.tif 000016
【図１２】
2008306913.tif 000017
【図１３】
2008306913.tif 000018
【図１４】
2008306913.tif 000019
【図１５】
2008306913.tif 000020
【図１６】
2008306913.tif 000021
【図１７】
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