(57)【要約】【課題】所定構成要素を最適化して高性能な直流機を提供する。【解決手段】直流機１０１は、マグネット１０５の磁極数Ｐが「２」で割ると奇数になる偶数の「６」で構成され、電機子コイルのコイル数Ｃがマグネット１０５の磁極数Ｐの整数倍とならない「８」で構成され、整流子１０８のセグメント数が２４（（磁極数Ｐ×コイル数Ｃ）／２）で構成される。又、直流機１０１は、コイルがコア１０３ｂのティース１０６ａ〜１０６ｈに集中巻きにて構成されるとともに、コイルの全部が１つの閉ループを構成するように直列に接続され且つ給電を行っている一対の陽極側及び陰極側ブラシ１１１ａ〜１１１ｆ間の並列回路数が「２」となるように該コイルが結線される。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の界磁極を有する固定子と、
複数のセグメントからなる整流子を有し、所定のセグメントに結線された複数の電機子コイルを電機子コアに巻装してなる電機子と、
前記整流子のセグメントに摺接して給電を行う陽極側及び陰極側ブラシと、
を備えた直流機であって、
前記界磁極の磁極数Ｐを、「６」以上で且つ「２」で割ると奇数になる偶数とし、
前記電機子コイルのコイル数Ｃを、「８」以上で且つ前記界磁極の磁極数Ｐの整数倍とならない偶数とし、
前記整流子のセグメント数を、「（磁極数Ｐ×コイル数Ｃ）／２」とし、
前記電機子コイルを前記電機子コアのティースに集中巻きにて構成するとともに、前記電機子コイルの全部を１つの閉ループを構成するように直列に接続し且つ前記ブラシ間の並列回路数が「２」となるように該電機子コイルを結線したことを特徴とする直流機。
【請求項２】
請求項１に記載の直流機において、
前記複数の電機子コイルは、前記整流子の所定セグメントへの結線と所定の前記ティースへの巻回とを交互に繰り返して構成されるものであり、
前記ティースに巻回される電機子コイルと前記セグメントへの結線を挟んだ次のティースに巻回される電機子コイルとを、「１」を加算した数が前記電機子コイルのコイル数Ｃの半分以下で且つ該コイル数Ｃを割り切れない偶数おきとしたことを特徴とする直流機。
【請求項３】
請求項２に記載の直流機において、
連続して巻回される２つの前記電機子コイル間で結線される前記セグメントは、それら電機子コイルが巻回される前記各ティース間の周方向中央に位置していることを特徴とする直流機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の直流機において、
前記整流子のセグメントは、「３６０°／（磁極数Ｐ／２）」に位置する「磁極数Ｐ／２」個のセグメント同士を短絡する短絡部材を備え、前記陽極側及び陰極側ブラシを一対で駆動可能としたことを特徴とする直流機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の直流機において、
前記界磁極の磁極数Ｐを「６」、前記電機子コイルのコイル数Ｃを「８」で構成したことを特徴とする直流機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より、直流機のマグネットの磁極数を多極化する際、マグネット磁極数に対するコイル磁極の数や整流子のセグメントの数、巻線の結線構造といった種々の構成要素の組み合わせを最適化することが要求されている。
【０００３】
本発明は、所定構成要素を最適化して高性能な直流機を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１に記載の発明は、複数の界磁極を有する固定子と、複数のセグメントからなる整流子を有し、所定のセグメントに結線された複数の電機子コイルを電機子コアに巻装してなる電機子と、前記整流子のセグメントに摺接して給電を行う陽極側及び陰極側ブラシと、を備えた直流機であって、前記界磁極の磁極数Ｐを、「６」以上で且つ「２」で割ると奇数になる偶数とし、前記電機子コイルのコイル数Ｃを、「８」以上で且つ前記界磁極の磁極数Ｐの整数倍とならない偶数とし、前記整流子のセグメント数を、「（磁極数Ｐ×コイル数Ｃ）／２」とし、前記電機子コイルを前記電機子コアのティースに集中巻きにて構成するとともに、前記電機子コイルの全部を１つの閉ループを構成するように直列に接続し且つ前記ブラシ間の並列回路数が「２」となるように該電機子コイルを結線した。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の直流機において、前記複数の電機子コイルは、前記整流子の所定セグメントへの結線と所定の前記ティースへの巻回とを交互に繰り返して構成されるものであり、前記ティースに巻回される電機子コイルと前記セグメントへの結線を挟んだ次のティースに巻回される電機子コイルとを、「１」を加算した数が前記電機子コイルのコイル数Ｃの半分以下で且つ該コイル数Ｃを割り切れない偶数おきとした。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の直流機において、連続して巻回される２つの前記電機子コイル間で結線される前記セグメントは、それら電機子コイルが巻回される前記各ティース間の周方向中央に位置している。
【０００７】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の直流機において、前記整流子のセグメントは、「３６０°／（磁極数Ｐ／２）」に位置する「磁極数Ｐ／２」個のセグメント同士を短絡する短絡部材を備え、前記陽極側及び陰極側ブラシを一対で駆動可能とした。
【０００８】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の直流機において、前記界磁極の磁極数Ｐを「６」、前記電機子コイルのコイル数Ｃを「８」で構成した。
【０００９】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、直流機は、界磁極の磁極数Ｐが「６」以上で且つ「２」で割ると奇数になる偶数で構成され、電機子コイルのコイル数Ｃが「８」以上で且つ界磁極の磁極数Ｐの整数倍とならない偶数で構成され、整流子のセグメント数が「（磁極数Ｐ×コイル数Ｃ）／２」で構成され、電機子コイルが電機子コアのティースに集中巻きにて構成されるとともに、電機子コイルの全部が１つの閉ループを構成するように直列に接続され且つ陽極側及び陰極側ブラシ間の並列回路数が「２」となるように該電機子コイルが結線される。つまり、界磁極の磁極数Ｐが偶数であるので界磁極のバランスが良く、しかも「６」以上で且つ「２」で割ると奇数になる偶数であるので、径方向に対向する界磁極は互いに異極になる。そのため、整流の良好な直流機を構成し易い。又、電機子コイルのコイル数Ｃが偶数であるので電機子コイルのバランスが良く、しかも「８」以上で且つ界磁極の磁極数Ｐの整数倍とならない偶数で構成されるので、直流機として成立しない組み合わせを容易に排除できる。又、整流子のセグメント数は、界磁極の磁極数Ｐと電機子コイルのコイル数Ｃとで容易に設定できる。又、電機子コイルが電機子コアのティースに集中巻きにて構成されるとともに、電機子コイルの全部が１つの閉ループを構成するように直列に接続され且つ陽極側及び陰極側ブラシ間の並列回路数が「２」となるように該電機子コイルが結線される。そのため、個々の電機子コイルにかかる電圧を小さくすることができるので、整流が良好となる。又、直流機の発生トルクは、陽極側及び陰極側ブラシ間の並列回路数の増加に伴って減少すること知られており、並列回路数が「２」の直流機は大きな発生トルクを得ることができる。因みに、並列回路数を「４」とした直流機で並列回路数「２」の直流機と同等のトルクを発生させる場合、電機子コイルの巻き数を２倍とする必要があるため、該コイルのインダクタンスが増加し、整流が厳しくなってしまうので、この点からも並列回路数を「２」とすれば、整流が良好となる。このように、これら所定構成要素を最適化することで、高性能な直流機を構成することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、複数の電機子コイルは、整流子の所定セグメントへの結線と所定のティースへの巻回とを交互に繰り返して構成されるものであり、ティースに巻回される電機子コイルとセグメントへの結線を挟んだ次のティースに巻回される電機子コイルとが、「１」を加算した数が電機子コイルのコイル数Ｃの半分以下で且つ該コイル数Ｃを割り切れない偶数おきとされる。このようにすれば、１本の巻線を切断することなく、全電機子コイルを巻回することができる。そのため、電機子コイルの巻線作業を容易とすることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、連続して巻回される２つの電機子コイル間で結線されるセグメントは、それら電機子コイルが巻回される各ティース間の周方向中央に位置している。このようにすれば、電機子コイルの結線構造が簡単となり、電機子コイルの巻線作業をより容易とすることができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、短絡部材は「３６０°／（磁極数Ｐ／２）」に位置する「磁極数Ｐ／２」個のセグメント同士を短絡し、陽極側及び陰極側ブラシが一対で駆動可能とされる。このようにすれば、ブラシ数を低減できるので、ブラシを配置するスペースを小さくでき、直流機の小型化に貢献することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明によれば、界磁極の磁極数Ｐが「６」、電機子コイルのコイル数Ｃが「８」で構成される。このようにすれば、界磁極の磁極数Ｐ及び電機子コイルのコイル数Ｃを少なく、且つ高性能な直流機を構成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図面に従って説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の直流機１０１は、固定子１０２と回転子である電機子１０３を備えている。固定子１０２は、円筒状のヨーク１０４と６個の界磁極としてのマグネット１０５とを備え、該ヨーク１０４の内周面に等角度（６０°）間隔に配置固定されている。つまり、本実施形態では、マグネット磁極数Ｐを「６」としている。これらマグネット１０５の内側には、電機子１０３が回転可能に収容されている。
【００１６】
電機子１０３は、回転軸１０３ａを有している。回転軸１０３ａには、電機子コア（以下、単にコアとする）１０３ｂが固定されている。コア１０３ｂは８個のティース、即ち第１〜第８ティース１０６ａ〜１０６ｈを有し、各ティース１０６ａ〜１０６ｈ間には８個のスロット、即ち第１〜第８スロット１０７ａ〜１０７ｈが形成されている。尚、第１スロット１０７ａは第４，第５ティース１０６ｄ，１０６ｅの間のスロット１０７とし、第１〜第８ティース１０６ａ〜１０６ｈ及び第１〜第８スロット１０７ａ〜１０７ｈは図１において時計回り方向に順に配置されている。
【００１７】
又、電機子１０３は、整流子１０８を有している。整流子１０８は２４個のセグメント、即ち第１〜第２４セグメント１〜２４を有し、各セグメント１〜２４が等角度間隔に設けられている。このセグメントの個数の「２４」は、前記マグネット磁極数Ｐ及び後述するコイル数Ｃを用い、次式「（磁極数Ｐ×コイル数Ｃ）／２」から求められる。尚、第１セグメント１は前記第１スロット１０７ａの周方向中央位置にあるセグメント（前記第４，第５ティース１０６ｄ，１０６ｅの中間位置にあるセグメント）であり、第１〜第２４セグメント１〜２４は図１において時計回り方向に順に配置されている。
【００１８】
ここで、本実施形態の電機子１０３の巻線結線を説明する。
図１及び図２に示すように、第１セグメント１に結線した巻線１０９（図１において破線で示す）を、第３スロット１０７ｃと第２スロット１０７ｂ間の第６ティース１０６ｆに所定ターン数にて巻回した後、第１０セグメント１０に結線させる。次いで、第１０セグメント１０に結線した巻線１０９を、第６スロット１０７ｆと第５スロット１０７ｅ間の第１ティース１０６ａに所定ターン数にて巻回した後、第１９セグメント１９に結線させる。次いで、第１９セグメント１９に結線した巻線１０９を、第１スロット１０７ａと第８スロット１０７ｈ間の第４ティース１０６ｄに所定ターン数にて巻回した後、第４セグメント４に結線させる。
【００１９】
次いで、第４セグメント４に結線した巻線１０９（図１において実線で示す）を、第４スロット１０７ｄと第３スロット１０７ｃ間の第７ティース１０６ｇに所定ターン数にて巻回した後、第１３セグメント１３に結線させる。次いで、第１３セグメント１３に結線した巻線１０９を、第７スロット１０７ｇと第６スロット１０７ｆ間の第２ティース１０６ｂに所定ターン数にて巻回した後、第２２セグメント２２に結線させる。次いで、第２２セグメント２２に結線した巻線１０９を、第２スロット１０７ｂと第１スロット１０７ａ間の第５ティース１０６ｅに所定ターン数にて巻回した後、第７セグメント７に結線させる。
【００２０】
次いで、第７セグメント７に結線した巻線１０９（図１において２点鎖線で示す）を、第５スロット１０７ｅと第４スロット１０７ｄ間の第８ティース１０６ｈに所定ターン数にて巻回した後、第１６セグメント１６に結線させる。次いで、第１６セグメント１６に結線した巻線１０９を、第８スロット１０７ｈと第７スロット１０７ｇ間の第３ティース１０６ｃに所定ターン数にて巻回した後、前記第１セグメント１に結線させ、巻線１０９の巻回を終了する。
【００２１】
即ち、本実施形態では、２個おきのセグメント１，４，…，２２が使用されており、該セグメント１，４，…，２２への結線とティース１０６ａ〜１０６ｈへの巻回（この場合、集中巻き）とを交互に繰り返して、８個の電機子コイル、即ち第１〜第８コイル１１０ａ〜１１０ｈが構成されている。つまり、本実施形態では、コイル数Ｃを「８」としている。又、本実施形態では、第６コイル１１０ｆ（第６ティース１０６ｆ）と第１０セグメント１０への結線を挟んで第１コイル１１０ａ（第１ティース１０６ａ）とが、ティース２個おきとなっており、これがコイル１１０ａ〜１１０ｈの全部にわたって繰り返される。つまり、本実施形態では、１本の巻線１０９を切断することなく、コイル１１０ａ〜１１０ｈの全部が巻回できるように構成されている。尚、この場合、連続して巻回される２つのコイル１１０ａ〜１１０ｈ間で結線されるセグメント１，４，…，２２は、それらコイル１１０ａ〜１１０ｈが巻回される各ティース１０６ａ〜１０６ｈ間の周方向中央に位置している。又、本実施形態では、コイル１１０ａ〜１１０ｈの全部が１つの閉ループを構成するように直列に接続されている。
【００２２】
前記整流子１０８には、図示しないブラシホルダにて保持された６個のブラシ、即ち第１〜第６ブラシ１１１ａ〜１１１ｆがそれぞれ摺接する。各ブラシ１１１ａ〜１１１ｆは、幅方向（周方向）の中心線が各マグネット１０５の周方向の中心線と一致するように、等角度（６０°）間隔に配置されている。尚、第１〜第６ブラシ１１１ａ〜１１１ｆは図１において時計回り方向に順に配置され、第１，第３，第５ブラシ１１１ａ，１１１ｃ，１１１ｅは陽極側（＋極側）ブラシであり、第２，第４，第６ブラシ１１１ｂ，１１１ｄ，１１１ｆは陰極側（−極側）ブラシである。そして、各ブラシ１１１ａ〜１１１ｆは、整流子１０８から電機子１０３の回転のための駆動電流を供給する。
【００２３】
ここで、図１及び図２に示すように、仮に第１ブラシ１１１ａが第２２セグメント２２にのみ接触している時（非整流時）、給電を行っている陽極側のブラシは第１ブラシ１１１ａであり、陰極側のブラシは第４ブラシ１１１ｄである。この場合、これら両ブラシ１１１ａ，１１１ｄ間には、第５コイル１１０ｅと第８コイル１１０ｈと第３コイル１１０ｃと第６コイル１１０ｆとが直列に接続した状態となるとともに、第２コイル１１０ｂと第７コイル１１０ｇと第４コイル１１０ｄと第１コイル１１０ａとが直列に接続した状態となる。つまり、本実施形態の巻線１０９の結線構造では、給電を行っている一対の陽極側及び陰極側ブラシ（この場合、ブラシ１１１ａ，１１１ｄ）間の並列回路数が「２」となるように構成されている。
【００２４】
次に、本実施形態の特徴を以下に述べる。
（１）本実施形態の直流機１０１は、界磁極であるマグネット１０５の磁極数Ｐが「２」で割ると奇数になる偶数の「６」で構成され、コイル１１０ａ〜１１０ｈのコイル数Ｃがマグネット１０５の磁極数Ｐの整数倍とならない「８」で構成され、整流子１０８のセグメント数が２４（（磁極数Ｐ×コイル数Ｃ）／２」で構成されている。又、本実施形態の直流機１０１は、コイル１１０ａ〜１１０ｈがコア１０３ｂのティース１０６ａ〜１０６ｈに集中巻きにて構成されるとともに、コイル１１０ａ〜１１０ｈの全部が１つの閉ループを構成するように直列に接続され且つ給電を行っている一対の陽極側及び陰極側ブラシ１１１ａ〜１１１ｆ間の並列回路数が「２」となるように該コイル１１０ａ〜１１０ｈが結線されている。
【００２５】
つまり、マグネット１０５の磁極数Ｐが偶数であるのでマグネット１０５のバランスが良く、しかも磁極数Ｐの「６」は「２」で割ると奇数になる偶数であるので、径方向に対向するマグネット１０５は互いに異極になる。そのため、整流の良好な直流機１０１を構成し易い。又、コイル１１０ａ〜１１０ｈのコイル数Ｃが偶数であるのでコイル１１０ａ〜１１０ｈのバランスが良く、しかもコイル数Ｃの「８」はマグネット１０５の磁極数Ｐの整数倍とならない偶数で構成されるので、直流機１０１として成立しない組み合わせを容易に排除できる。又、整流子１０８のセグメント数は、マグネット１０５の磁極数Ｐとコイル１１０ａ〜１１０ｈのコイル数Ｃとで容易に設定できる。又、コイル１１０ａ〜１１０ｈがコア１０３ｂのティース１０６ａ〜１０６ｈに集中巻きにて構成されるとともに、コイル１１０ａ〜１１０ｈの全部が１つの閉ループを構成するように直列に接続され且つ給電を行っている一対の陽極側及び陰極側ブラシ１１１ａ〜１１１ｆ間の並列回路数が「２」となるように該コイル１１０ａ〜１１０ｈが結線される。そのため、個々のコイル１１０ａ〜１１０ｈにかかる電圧を小さくすることができるので、整流が良好となる。又、直流機１０１の発生トルクは、陽極側及び陰極側ブラシ１１１ａ〜１１１ｆ間の並列回路数の増加に伴って減少すること知られており、並列回路数が「２」の直流機１０１は大きな発生トルクを得ることができる。因みに、並列回路数を「４」とした直流機で並列回路数「２」の直流機１０１と同等のトルクを発生させる場合、コイルの巻き数を２倍とする必要があるため、該コイルのインダクタンスが増加し、整流が厳しくなってしまうので、この点からも並列回路数を「２」とすれば、整流が良好となる。このように、本実施形態ではこれら所定構成要素を最適化して、高性能な直流機１０１を構成することができる。又、本実施形態では、マグネット１０５の磁極数Ｐを「６」、コイル１１０ａ〜１１０ｈのコイル数Ｃを「８」で構成したことにより、マグネット１０５の磁極数Ｐ及びコイル１１０ａ〜１１０ｈのコイル数Ｃを少なく構成することができる。
【００２６】
因みに、本実施形態では、マグネット１０５の磁極数Ｐを「６」、コイル１１０ａ〜１１０ｈのコイル数Ｃを「８」としたが、マグネット（界磁極）の磁極数Ｐを「６」以上で且つ「２」で割ると奇数になる偶数で構成し、電機子コイルのコイル数Ｃを「８」以上で且つ界磁極の磁極数Ｐの整数倍とならない偶数で構成し、整流子のセグメント数を（磁極数Ｐ×コイル数Ｃ）／２で構成し、電機子コイルを電機子コアのティースに集中巻きにて構成するとともに、電機子コイルの全部を１つの閉ループを構成するように直列に接続し且つ陽極側及び陰極側ブラシ間の並列回路数が「２」となるように該電機子コイルを結線すれば、上記と同様に高性能な直流機を構成することができる。
【００２７】
（２）本実施形態のコイル１１０ａ〜１１０ｈは、整流子１０８の所定セグメント１，４，…，２２への結線と所定のティース１０６ａ〜１０６ｈへの巻回とを交互に繰り返して構成されるものである。そして、ティース１０６ａ〜１０６ｈに巻回されるコイル１１０ａ〜１１０ｈと該セグメント１，４，…，２２への結線を挟んだ次のティース１０６ａ〜１０６ｈに巻回されるコイル１１０ａ〜１１０ｈとが、ティース２個おきに設定されている。このようにすれば、１本の巻線１０９を切断することなく、全コイル１１０ａ〜１１０ｈを巻回することができる。そのため、コイル１１０ａ〜１１０ｈの巻線作業を容易とすることができる。
【００２８】
因みに、コイル数Ｃを上記に従って増加させた場合、「１」を加算した数が電機子コイルのコイル数Ｃの半分以下で且つ該コイル数Ｃを割り切れない偶数おきに設定すれば、１本の巻線を切断することなく全電機子コイルを巻回することができ、電機子コイルの巻線作業を容易とすることができる。
【００２９】
（３）本実施形態では、連続して巻回される２つのコイル１１０ａ〜１１０ｈ間で結線されるセグメント１，４，…，２２は、それらコイル１１０ａ〜１１０ｈが巻回される各ティース１０６ａ〜１０６ｈ間の周方向中央に位置している。このようにすれば、コイル１１０ａ〜１１０ｈの結線構造が簡単となり、コイル１１０ａ〜１１０ｈの巻線作業をより容易とすることができる。
【００３０】
（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図面に従って説明する。尚、前記第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００３１】
図３は、本実施形態の直流機１０１ａの展開図を示す。本実施形態の直流機１０１ａは、６個のマグネット１０５と、８個の電機子コイル（第１〜第８コイル）１１２ａ〜１１２ｈと、２４個のセグメント（第１〜第２４セグメント）１〜２４を有する整流子１０８と、８個の短絡部材（第１〜第８短絡線）１１３ａ〜１１３ｈと、２個のブラシ（第１，第２ブラシ）１１４ａ，１１４ｂとを備えている。
【００３２】
第１コイル１１２ａは、第２，第３セグメント２，３と結線され、第２コイル１１２ｂは、第５，第６セグメント５，６と結線されている。第３コイル１１２ｃは、第８，第９セグメント８，９と結線され、第４コイル１１２ｄは、第１１，第１２セグメント１１，１２と結線されている。第５コイル１１２ｅは、第１４，第１５セグメント１４，１５と結線され、第６コイル１１２ｆは、第１７，第１８セグメント１７，１８と結線されている。第７コイル１１２ｇは、第２０，第２１セグメント２０，２１と結線され、第８コイル１１２ｈは、第２３，第２４セグメント２３，２４と結線されている。因みに、本実施形態の各コイル１１２ａ〜１１２ｈは、図４に示すように、結線されるセグメント２，３，…，２３，２４とは回転軸１０３ａを挟んだ反対側に位置する各ティース１０６ａ〜１０６ｈにそれぞれ巻線１０９が集中巻きされて構成される。尚、結線されるセグメント２，３，…，２３，２４の正面に位置する各ティース１０６ａ〜１０６ｈに巻線１０９を巻回して各コイル１１２ａ〜１１２ｈを形成してもよい。
【００３３】
第１短絡線１１３ａは、第９，第１，第１７セグメント９，１，１７を短絡し、第２短絡線１１３ｂは、第１８，第１０，第２セグメント１８，１０，２を短絡する。第３短絡線１１３ｃは、第３，第１９，第１１セグメント３，１９，１１を短絡し、第４短絡線１１３ｄは、第１２，第４，第２０セグメント１２，４，２０を短絡する。第５短絡線１１３ｅは、第２１，第１３，第５セグメント２１，１３，５を短絡し、第６短絡線１１３ｆは、第６，第２２，第１４セグメント６，２２，１４を短絡する。第７短絡線１１３ｇは、第１５，第７，第２３セグメント１５，７，２３を短絡し、第８短絡線１１３ｈは、第２４，第１６，第８セグメント２４，１６，８を短絡する。つまり、各短絡線１１３ａ〜１１３ｈは、同電位となる１２０°の間隔を有してそれぞれ配置される３個のセグメント１〜２４同士を短絡する。又、このように各セグメント１〜２４に対して短絡線１１３ａ〜１１３ｈを設定すると、各コイル１１２ａ〜１１２ｈと各短絡線１１３ａ〜１１３ｈとを１本の巻線１０９を切断することなく結線することができる。
【００３４】
第１，第２ブラシ１１４ａ，１１４ｂは、幅方向（周方向）の中心線が所定のマグネット１０５の周方向の中心線と一致するように、互いに等角度（１８０°）間隔を有して配置されている。第１ブラシ１１４ａは、陽極側（＋極側）ブラシであり、第２ブラシ１１４ｂは陰極側（−極側）ブラシである。つまり、本実施形態では、陽極側及び陰極側ブラシが一対のブラシ１１４ａ，１１４ｂで駆動可能としている。
【００３５】
次に、本実施形態の特徴を以下に述べる。
（１）本実施形態の直流機１０１ａにおいても、前記第１実施形態の（１）で述べたように、界磁極であるマグネット１０５の磁極数Ｐが「２」で割ると奇数になる偶数の「６」で構成され、コイル１１２ａ〜１１２ｈのコイル数Ｃがマグネット１０５の磁極数Ｐの整数倍とならない偶数の「８」で構成され、整流子１０８のセグメント数が２４（（磁極数Ｐ×コイル数Ｃ）／２）で構成されている。又、本実施形態の直流機１０１ａも、コイル１１２ａ〜１１２ｈがコア１０３ｂのティース１０６ａ〜１０６ｈに集中巻きにて構成されるとともに、コイル１１２ａ〜１１２ｈの全部が１つの閉ループを構成するように直列に接続され且つ陽極側及び陰極側ブラシ１１４ａ，１１４ｂ間の並列回路数が「２」となるように該コイル１１２ａ〜１１２ｈが結線されている。そのため、本実施形態の直流機１０１ａも、高性能に構成することができる。
【００３６】
（２）本実施形態の直流機１０１ａは、１２０°に位置する３個のセグメント１〜２４同士を短絡する第１〜第８短絡線１１３ａ〜１１３ｈを備えており、陽極側及び陰極側ブラシが一対のブラシ１１４ａ，１１４ｂで駆動可能に構成されている。そのため、ブラシ数を低減できるので、ブラシ１１４ａ，１１４ｂを配置するスペースを小さくでき、直流機１０１ａの小型化に貢献することができる。
【００３７】
因みに、マグネット磁極数Ｐを増加させた場合、短絡線は「３６０°／（磁極数Ｐ／２）」に位置する「磁極数Ｐ／２」個のセグメント同士を短絡すれば、陽極側及び陰極側ブラシが一対で駆動することが可能となる。このようにすれば、上記と同様にブラシ数を低減できるので、ブラシを配置するスペースを小さくでき、直流機の小型化に貢献することができる。
【００３８】
（３）本実施形態の各コイル１１２ａ〜１１２ｈは、結線されるセグメント２，３，…，２３，２４とは回転軸１０３ａを挟んだ反対側に位置する各ティース１０６ａ〜１０６ｈに巻回されて構成されている。そのため、セグメント２，３，…，２３，２４から各ティース１０６ａ〜１０６ｈまで延びる渡り線（巻線１０９）を回転軸１０３ａに略巻き付けるように配置できる。そのため、結線されるセグメント２，３，…，２３，２４の正面に位置する各ティース１０６ａ〜１０６ｈに巻線１０９を巻回する場合の渡り線と比べて、本実施形態では渡り線の径方向外側への突出が小さく抑えられる。そのため、渡り線の上に短絡線１１３ａ〜１１３ｈが乗り上げる際の該短絡線１１３ａ〜１１３ｈの径方向外側への突出が小さく抑えられ、直流機１０１ａの小型化に貢献することができる。
【００３９】
（第３実施形態）
以下、本発明を具体化した第３実施形態を図面に従って説明する。尚、前記実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４０】
図５は、本実施形態の直流機１０１ｂの展開図を示す。本実施形態の直流機１０１ｂは、６個のマグネット１０５と、１０個の電機子コイル（第１〜第１０コイル）１１５ａ〜１１５ｊと、３０個のセグメント（第１〜第３０セグメント）１〜３０を有する整流子１１６と、６個のブラシ（第１〜第６ブラシ）１１１ａ〜１１１ｆとを備えている。
【００４１】
第１コイル１１５ａは、第２８，第７セグメント２８，７と結線され、第２コイル１１５ｂは、第１，第１０セグメント１，１０と結線されている。第３コイル１１５ｃは、第４，第１３セグメント４，１３と結線され、第４コイル１１５ｄは、第７，第１６セグメント７，１６と結線されている。第５コイル１１５ｅは、第１０，第１９セグメント１０，１９と結線され、第６コイル１１５ｆは、第１３，第２２セグメント１３，２２と結線されている。第７コイル１１５ｇは、第１６，第２５セグメント１６，２５と結線され、第８コイル１１５ｈは、第１９，第２８セグメント１９，２８と結線されている。第９コイル１１５ｉは、第２２，第１セグメント２２，１と結線され、第１０コイル１１５ｊは、第２５，第４セグメント２５，４と結線されている。
【００４２】
因みに、本実施形態においても、２個おきのセグメント１，４，…，２８が使用されており、該セグメント１，４，…，２８への結線とティース（図示略）への巻回（この場合、集中巻き）とを交互に繰り返して、第１〜第１０コイル１１５ａ〜１１５ｊが構成されている。又、本実施形態では、コイル１１５ａ〜１１５ｊは、該コイル１１５ａ〜１１５ｊの全部にわたってティース２個おき（コイル２個おき）に巻回されるので、１本の巻線１０９を切断することなく、コイル１１５ａ〜１１５ｊの全部が巻回できるように構成されている。尚、この場合、連続して巻回される２つのコイル１１５ａ〜１１５ｊ間で結線されるセグメント１，４，…，２８は、それらコイル１１５ａ〜１１５ｊが巻回される各ティース間の周方向中央に位置する。又、本実施形態では、コイル１１５ａ〜１１５ｊの全部が１つの閉ループを構成するように直列に接続されている。
【００４３】
次に、本実施形態の特徴を以下に述べる。
（１）本実施形態の直流機１０１ｂにおいても、前記第１実施形態の（１）で述べたように、界磁極であるマグネット１０５の磁極数Ｐが「２」で割ると奇数になる偶数の「６」で構成され、コイル１１５ａ〜１１５ｊのコイル数Ｃがマグネット１０５の磁極数Ｐの整数倍とならない偶数の「１０」で構成され、整流子１１６のセグメント数が３０（（磁極数Ｐ×コイル数Ｃ）／２）で構成されている。又、本実施形態の直流機１０１ｂも、コイル１１５ａ〜１１５ｊがティース（図示略）に集中巻きにて構成されるとともに、コイル１１５ａ〜１１５ｊの全部が１つの閉ループを構成するように直列に接続され且つ給電を行っている一対の陽極側及び陰極側ブラシ１１１ａ〜１１１ｆ間の並列回路数が「２」となるように該コイル１１５ａ〜１１５ｊが結線されている。そのため、本実施形態の直流機１０１ｂも、高性能に構成することができる。
【００４４】
（２）本実施形態のコイル１１５ａ〜１１５ｊは、整流子１１６の所定セグメント１，４，…，２８への結線と所定のティース（図示略）への巻回とを交互に繰り返して構成されるものである。そして、ティースに巻回されるコイル１１５ａ〜１１５ｊと該セグメント１，４，…，２８への結線を挟んだ次のティースに巻回されるコイル１１５ａ〜１１５ｊとが、ティース２個おき（コイル２個おき）に設定されている。つまり、「１」を加算した数がコイル１１５ａ〜１１５ｊのコイル数Ｃの半分以下で且つ該コイル数Ｃを割り切れない偶数おきとしたので、１本の巻線１０９を切断することなく、全コイル１１５ａ〜１１５ｊを巻回することができる。そのため、コイル１１５ａ〜１１５ｊの巻線作業を容易とすることができる。
【００４５】
（３）本実施形態では、連続して巻回される２つのコイル１１５ａ〜１１５ｊ間で結線されるセグメント１，４，…，２８は、それらコイル１１５ａ〜１１５ｊが巻回される各ティース間の周方向中央に位置する。このようにすれば、コイル１１５ａ〜１１５ｊの結線構造が簡単となり、コイル１１５ａ〜１１５ｊの巻線作業をより容易とすることができる。
【００４６】
（第４実施形態）
以下、本発明を具体化した第４実施形態を図面に従って説明する。尚、前記実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
図６は、本実施形態の直流機１０１ｃの展開図を示す。本実施形態の直流機１０１ｃは、１０個のマグネット１１７と、８個の電機子コイル（第１〜第８コイル）１１８ａ〜１１８ｈと、４０個のセグメント（第１〜第４０セグメント）１〜４０を有する整流子１１９と、１０個のブラシ（第１〜第１０ブラシ）１２０ａ〜１２０ｊとを備えている。
【００４８】
マグネット１１７は、ヨーク（図示略）の内周面に等角度（３６°）間隔に配置固定されている。
第１コイル１１８ａは、第３５，第１０セグメント３５，１０と結線され、第２コイル１１８ｂは、第４０，第１５セグメント４０，１５と結線されている。第３コイル１１８ｃは、第５，第２０セグメント５，２０と結線され、第４コイル１１８ｄは、第１０，第２５セグメント１０，２５と結線されている。第５コイル１１８ｅは、第１５，第３０セグメント１５，３０と結線され、第６コイル１１８ｆは、第２０，第３５セグメント２０，３５と結線されている。第７コイル１１８ｇは、第２５，第４０セグメント２５，４０と結線され、第８コイル１１８ｈは、第３０，第５セグメント３０，５と結線されている。
【００４９】
因みに、本実施形態では、４個おきのセグメント５，１０，…，４０が使用されており、該セグメント５，１０，…，４０への結線とティース（図示略）への巻回（この場合、集中巻き）とを交互に繰り返して、第１〜第８コイル１１８ａ〜１１８ｈが構成されている。又、本実施形態では、コイル１１８ａ〜１１８ｈは、該コイル１１８ａ〜１１８ｈの全部にわたってティース２個おき（コイル２個おき）に巻回されるので、１本の巻線１０９を切断することなく、コイル１１８ａ〜１１８ｈの全部が巻回できるように構成されている。尚、この場合、連続して巻回される２つのコイル１１８ａ〜１１８ｈ間で結線されるセグメント５，１０，…，４０は、それらコイル１１８ａ〜１１８ｈが巻回される各ティース間の周方向中央に位置する。又、本実施形態では、コイル１１８ａ〜１１８ｈの全部が１つの閉ループを構成するように直列に接続されている。
【００５０】
第１〜第１０ブラシ１２０ａ〜１２０ｊは、幅方向（周方向）の中心線が各マグネット１１７の周方向の中心線と一致するように、等角度（３６°）間隔に配置されている。
【００５１】
次に、本実施形態の特徴を以下に述べる。
（１）本実施形態の直流機１０１ｃにおいても、前記第１実施形態の（１）で述べたように、界磁極であるマグネット１１７の磁極数Ｐが「２」で割ると奇数になる偶数の「１０」で構成され、コイル１１８ａ〜１１８ｈのコイル数Ｃがマグネット１１７の磁極数Ｐの整数倍とならない偶数の「８」で構成され、整流子１１９のセグメント数が４０（（磁極数Ｐ×コイル数Ｃ）／２）で構成されている。又、本実施形態の直流機１０１ｃも、コイル１１８ａ〜１１８ｈがティース（図示略）に集中巻きにて構成されるとともに、コイル１１８ａ〜１１８ｈの全部が１つの閉ループを構成するように直列に接続され且つ給電を行っている一対の陽極側及び陰極側ブラシ１２０ａ〜１２０ｊ間の並列回路数が「２」となるように該コイル１１８ａ〜１１８ｈが結線されている。そのため、本実施形態の直流機１０１ｃも、高性能に構成することができる。
【００５２】
（２）本実施形態のコイル１１８ａ〜１１８ｈは、整流子１１９の所定セグメント５，１０，…，４０への結線と所定のティース（図示略）への巻回とを交互に繰り返して構成されるものである。そして、ティースに巻回されるコイル１１８ａ〜１１８ｈと該セグメント５，１０，…，４０への結線を挟んだ次のティースに巻回されるコイル１１８ａ〜１１８ｈとが、ティース２個おき（コイル２個おき）に設定されている。つまり、「１」を加算した数がコイル１１８ａ〜１１８ｈのコイル数Ｃの半分以下で且つ該コイル数Ｃを割り切れない偶数おきとしたので、１本の巻線１０９を切断することなく、全コイル１１８ａ〜１１８ｈを巻回することができる。そのため、コイル１１８ａ〜１１８ｈの巻線作業を容易とすることができる。
【００５３】
（３）本実施形態では、連続して巻回される２つのコイル１１８ａ〜１１８ｈ間で結線されるセグメント５，１０，…，４０は、それらコイル１１８ａ〜１１８ｈが巻回される各ティース間の周方向中央に位置する。このようにすれば、コイル１１８ａ〜１１８ｈの結線構造が簡単となり、コイル１１８ａ〜１１８ｈの巻線作業をより容易とすることができる。
【００５４】
（第５実施形態）
以下、本発明を具体化した第５実施形態を図面に従って説明する。尚、前記実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５５】
図７は、本実施形態の直流機１０１ｄの展開図を示す。本実施形態の直流機１０１ｄは、１０個のマグネット１１７と、１２個の電機子コイル（第１〜第１２コイル）１２１ａ〜１２１ｌと、６０個のセグメント（第１〜第６０セグメント）１〜６０を有する整流子１２２と、１０個のブラシ（第１〜第１０ブラシ）１２０ａ〜１２０ｊとを備えている。
【００５６】
第１コイル１２１ａは、第５０，第１５セグメント５０，１５と結線され、第２コイル１２１ｂは、第５５，第２０セグメント５５，２０と結線されている。第３コイル１２１ｃは、第６０，第２５セグメント６０，２５と結線され、第４コイル１２１ｄは、第５，第３０セグメント５，３０と結線されている。第５コイル１２１ｅは、第１０，第３５セグメント１０，３５と結線され、第６コイル１２１ｆは、第１５，第４０セグメント１５，４０と結線されている。第７コイル１２１ｇは、第２０，第４５セグメント２０，４５と結線され、第８コイル１２１ｈは、第２５，第５０セグメント２５，５０と結線されている。第９コイル１２１ｉは、第３０，第５５セグメント３０，５５と結線され、第１０コイル１２１ｊは、第３５，第６０セグメント３５，６０と結線されている。第１１コイル１２１ｋは、第４０，第５セグメント４０，５と結線され、第１２コイル１２１ｌは、第４５，第１０セグメント４５，１０と結線されている。
【００５７】
因みに、本実施形態においても、４個おきのセグメント５，１０，…，６０が使用されており、該セグメント５，１０，…，６０への結線とティース（図示略）への巻回（この場合、集中巻き）とを交互に繰り返して、第１〜第１２コイル１２１ａ〜１２１ｌが構成されている。又、本実施形態では、コイル１２１ａ〜１２１ｌは、該コイル１２１ａ〜１２１ｌの全部にわたってティース４個おき（コイル４個おき）に巻回されるので、１本の巻線１０９を切断することなく、コイル１２１ａ〜１２１ｌの全部が巻回できるように構成されている。尚、この場合、連続して巻回される２つのコイル１２１ａ〜１２１ｌ間で結線されるセグメント５，１０，…，６０は、それらコイル１２１ａ〜１２１ｌが巻回される各ティース間の周方向中央に位置する。又、本実施形態では、コイル１２１ａ〜１２１ｌの全部が１つの閉ループを構成するように直列に接続されている。
【００５８】
次に、本実施形態の特徴を以下に述べる。
（１）本実施形態の直流機１０１ｄにおいても、前記第１実施形態の（１）で述べたように、界磁極であるマグネット１１７の磁極数Ｐが「２」で割ると奇数になる偶数の「１０」で構成され、コイル１２１ａ〜１２１ｌのコイル数Ｃがマグネット１１７の磁極数Ｐの整数倍とならない偶数の「１２」で構成され、整流子１２２のセグメント数が６０（（磁極数Ｐ×コイル数Ｃ）／２）で構成されている。又、本実施形態の直流機１０１ｄも、コイル１２１ａ〜１２１ｌがティース（図示略）に集中巻きにて構成されるとともに、コイル１２１ａ〜１２１ｌの全部が１つの閉ループを構成するように直列に接続され且つ給電を行っている一対の陽極側及び陰極側ブラシ１２０ａ〜１２０ｊ間の並列回路数が「２」となるように該コイル１２１ａ〜１２１ｌが結線されている。そのため、本実施形態の直流機１０１ｄも、高性能に構成することができる。
【００５９】
（２）本実施形態のコイル１２１ａ〜１２１ｌは、整流子１２２の所定セグメント５，１０，…，６０への結線と所定のティース（図示略）への巻回とを交互に繰り返して構成されるものである。そして、ティースに巻回されるコイル１２１ａ〜１２１ｌと該セグメント５，１０，…，６０への結線を挟んだ次のティースに巻回されるコイル１２１ａ〜１２１ｌとが、ティース４個おき（コイル４個おき）に設定されている。つまり、「１」を加算した数がコイル１２１ａ〜１２１ｌのコイル数Ｃの半分以下で且つ該コイル数Ｃを割り切れない偶数おきとしたので、１本の巻線１０９を切断することなく、全コイル１２１ａ〜１２１ｌを巻回することができる。そのため、コイル１２１ａ〜１２１ｌの巻線作業を容易とすることができる。
【００６０】
（３）本実施形態では、連続して巻回される２つのコイル１２１ａ〜１２１ｌ間で結線されるセグメント５，１０，…，６０は、それらコイル１２１ａ〜１２１ｌが巻回される各ティース間の周方向中央に位置する。このようにすれば、コイル１２１ａ〜１２１ｌの結線構造が簡単となり、コイル１２１ａ〜１２１ｌの巻線作業をより容易とすることができる。
【００６１】
尚、本発明の各実施形態は、以下のように変更してもよい。
○上記第２実施形態で用いた短絡線１１３ａ〜１１３ｈの各セグメント１〜２４との接続はこれに限らず適宜変更してもよい。又、短絡線１１３ａ〜１１３ｈを巻線１０９の一部を用いて構成したが、金属板で形成した短絡板を用いて構成してもよい。尚、この短絡板をリング状又は円弧状に形成し、回転軸１０３ａに挿通させて軸方向に積層するように構成すれば、コンパクトに構成することができる。又、このような短絡線や短絡板といった短絡部材を、第３〜第５実施形態の直流機１０１ｂ〜１０１ｄに適用してもよい。このようにすれば、第３〜第５実施形態の直流機１０１ｂ〜１０１ｄのブラシ数を低減することができる。
【００６２】
○上記第１，第２実施形態では、マグネット（界磁極）の磁極数Ｐを「６」、電機子コイルのコイル数Ｃを「８」とし、第３実施形態では、マグネット（界磁極）の磁極数Ｐを「６」、電機子コイルのコイル数Ｃを「１０」とし、第４実施形態では、マグネット（界磁極）の磁極数Ｐを「１０」、電機子コイルのコイル数Ｃを「８」とし、第５実施形態では、マグネット（界磁極）の磁極数Ｐを「１０」、電機子コイルのコイル数Ｃを「１２」とした。これら磁極数Ｐ，コイル数Ｃは、これに限定されるものではなく、適宜変更してもよい。即ち、マグネット（界磁極）の磁極数Ｐを「６」以上で且つ「２」で割ると奇数になる偶数とし、電機子コイルのコイル数Ｃを「８」以上で且つ界磁極の磁極数Ｐの整数倍とならない偶数とすれば、適宜変更してもよい。
【００６３】
○上記各実施形態では、界磁極としてマグネット１０５，１１７を用いたが、コイルを用いた界磁極であってもよい。
上記各実施形態から把握できる技術的思想を以下に記載する。
【００６４】
（イ）　請求項１〜５のいずれか１項に記載の直流機において、
前記界磁極は、マグネットであることを特徴とする直流機。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、所定構成要素を最適化して高性能な直流機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の直流機を説明するための概略構成図。
【図２】第１実施形態の直流機の展開図。
【図３】第２実施形態の直流機の展開図。
【図４】第２実施形態の直流機の巻き線の結線を説明するための説明図。
【図５】第３実施形態の直流機の展開図。
【図６】第４実施形態の直流機の展開図。
【図７】第５実施形態の直流機の展開図。
【符号の説明】
１〜２４，１〜３０，１〜４０，１〜６０…セグメント、１０２…固定子、１０３…電機子、１０５…界磁極としてのマグネット、１０８…整流子、１１０ａ〜１１０ｈ…電機子コイルとしての第１〜第８コイル、１１１ａ〜１１１ｆ…ブラシとしての第１〜第６ブラシ、１１２ａ〜１１２ｈ…電機子コイルとしての第１〜第８コイル、１１３ａ〜１１３ｈ…短絡部材としての第１〜第８短絡線、１１４ａ，１１４ｂ…ブラシとしての第１，第２ブラシ、１１５ａ〜１１５ｊ…電機子コイルとしての第１〜第１０コイル、１１６…整流子、１１７…界磁極としてのマグネット、１１８ａ〜１１８ｈ…電機子コイルとしての第１〜第８コイル、１１９…整流子、１２０ａ〜１２０ｊ…ブラシとしての第１〜第１０ブラシ、１２１ａ〜１２１ｌ…電機子コイルとしての第１〜第１２コイル、１２２…整流子、Ｐ…界磁極の磁極数としてのマグネット磁極数、Ｃ…電機子コイルのコイル数。
【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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