(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に一対の永久磁石が固定されたモータハウジングと、
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偶数個のティースと、前記ティースの間に形成され軸方向に沿って延びる偶数個のスロットとを備え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、前記スロットと同数のコンミテータ片を周方向に配置したコンミテータと、
前記コンミテータの前記コンミテータ片と摺接する第１ブラシと、
前記第１ブラシから所定角度周方向に離間して設けられ、前記コンミテータの前記コンミテータ片と摺接する第２ブラシと、
前記第１ブラシに対し対向配置され、前記コンミテータの前記コンミテータ片と摺接し、前記第１ブラシ又は前記第２ブラシの何れか一方と共に使用される第３ブラシとを有し、
前記第１ブラシと前記第３ブラシとの間、又は、前記第２ブラシと前記第３ブラシとの間には選択的に電流が供給され、前記第１ブラシと前記第３ブラシに電流が供給される低速作動時と、前記第２ブラシと前記第３ブラシに電流が供給され、前記アーマチュアコアが前記低速作動時よりも高回転で作動する高速作動時と、を有する電動モータであって、
該電動モータは、
隣接する前記コンミテータ間に電気的に接続され、複数個のティースを囲んで前記スロット間に巻装された第１コイルと、前記第１コイルが巻装された前記ティースとは前記回転軸の中心に対し点対称位置に配置された複数個の前記ティースを囲んで前記スロット間に巻装された第２コイルとを備えたアーマチュアコイルを有し、
前記第２コイルは、前記第１コイルと同数の前記ティースを囲み、前記第１コイルとは逆方向に巻装され、
前記第１及び第２コイルは、同数の巻数にて巻装され、互いに直列に接続され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、前記アーマチュアコイルの巻線ターン数が奇数回の場合、前記第１コイルと前記第２コイルはそれぞれ、２個の前記スロット間に巻装される主コイルと、前記主コイルが巻装される前記スロットのうち何れか一方のスロットのみに巻装され前記主コイルの間に形成される副コイルとを有し、
前記第１及び第２コイルの前記主コイルはそれぞれ前記アーマチュアコアに同ターン数ずつ巻装され、前記副コイルはそれぞれ前記アーマチュアコアに０.５ターンずつ巻装されることを特徴とする電動モータ。
【請求項３】
内周面に一対の永久磁石が固定されたモータハウジングと、
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偶数個のティースと、前記ティースの間に形成され軸方向に沿って延びる偶数個のスロットとを備え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、前記スロットと同数のコンミテータ片を周方向に配置したコンミテータと、
前記コンミテータの前記コンミテータ片と摺接する第１ブラシと、
前記第１ブラシから所定角度周方向に離間して設けられ、前記コンミテータの前記コンミテータ片と摺接する第２ブラシと、
前記第１ブラシに対し対向配置され、前記コンミテータの前記コンミテータ片と摺接し、前記第１ブラシ又は前記第２ブラシの何れか一方と共に使用される第３ブラシとを有し、
前記第１ブラシと前記第３ブラシとの間、又は、前記第２ブラシと前記第３ブラシとの間には選択的に電流が供給され、前記第１ブラシと前記第３ブラシに電流が供給される低速作動時と、前記第２ブラシと前記第３ブラシに電流が供給され、前記アーマチュアコアが前記低速作動時よりも高回転で作動する高速作動時と、を有する電動モータであって、
該電動モータは、
隣接する前記コンミテータ間に電気的に接続され、複数個のティースを囲んで前記スロット間に巻装された第１コイルと、前記第１コイルが巻装された前記ティースとは前記回転軸の中心に対し点対称位置に配置された複数個の前記ティースを囲んで前記スロット間に巻装された第２コイルとを備えたアーマチュアコイルを有し、
前記第２コイルは、前記第１コイルと同数の前記ティースを囲み、前記第１コイルとは逆方向に巻装され、
前記第１及び第２コイルは、１つ異なる巻数にて巻装され、互いに直列に接続されることを特徴とする電動モータ。
【請求項４】
内周面に一対の永久磁石が固定されたモータハウジングと、
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偶数個のティースと、前記ティースの間に形成され軸方向に沿って延びる偶数個のスロットとを備え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、前記スロットと同数のコンミテータ片を周方向に配置したコンミテータと、
前記コンミテータの前記コンミテータ片と摺接する第１ブラシと、
前記第１ブラシから所定角度周方向に離間して設けられ、前記コンミテータの前記コンミテータ片と摺接する第２ブラシと、
前記第１ブラシに対し対向配置され、前記コンミテータの前記コンミテータ片と摺接し、前記第１ブラシ又は前記第２ブラシの何れか一方と共に使用される第３ブラシとを有し、
前記第１ブラシと前記第３ブラシとの間、又は、前記第２ブラシと前記第３ブラシとの間には選択的に電流が供給され、前記第１ブラシと前記第３ブラシに電流が供給される低速作動時と、前記第２ブラシと前記第３ブラシに電流が供給され、前記アーマチュアコアが前記低速作動時よりも高回転で作動する高速作動時と、を有する電動モータであって、
該電動モータは、
隣接する前記コンミテータ間に電気的に接続され、複数個のティースを囲んで前記スロット間に巻装された第１コイルと、前記スロットと同一のスロット間に前記第１コイルとは逆方向に巻装された第２コイルとを備えたアーマチュアコイルを有し、
前記第１及び第２コイルは、同数の巻数にて巻装され、互いに直列に接続されることを特徴とする電動モータ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の電動モータにおいて、
前記第１コイルと前記第２コイルは、前記低速作動時に、前記第２ブラシが隣接する２つの前記コンミテータ片に接触し、前記第１及び第２コイルが前記第２ブラシを介して短絡されたとき、前記第２ブラシの中心と前記回転軸の中心とを通る軸線に対して対称な位置に配置され、前記低速作動時に前記短絡コイルが偏りなく配置されることを特徴とする電動モータ。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の電動モータにおいて、前記アーマチュアコイルは、前記第１コイルと前記第２コイルを交互に巻装して形成されることを特徴とする電動モータ。
【請求項７】
請求項１〜５の何れか１項に記載の電動モータにおいて、前記アーマチュアコイルは、前記第１コイル側を所定ターン巻装した後、前記第２コイル側に移り該第２コイルを全ターン形成し、その後、前記第１コイル側に戻り、残りのターン数を巻装して形成されることを特徴とする電動モータ。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の電動モータにおいて、前記スロットは、８個以上の偶数個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、車両等に搭載される電動モータに関し、特に、ワイパ装置等の駆動源に使用される高速用と低速用のブラシを有する電動モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車等の車両に取り付けられたワイパ装置の駆動源としては、ブラシ付きの電動モータ（以下、適宜モータと略記する）が多く使用されている。この種のモータは、内周面に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おり、アーマチュアコアには軸方向に長いスロットが複数形成されている。このスロットには、所定間隔をあけて巻線が巻装され、複数のコイルが形成される。コイルは、回転軸に取り付けられたコンミテータ片に導通している。コンミテータ片はブラシと摺接しており、ブラシを介してコイルに給電することにより磁界が形成され、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される。【０００３】
このようなモータでは、例えば、２極１２スロットの場合、コイルは次のようにして形成される。図１１はアーマチュアの展開図であり、１２個のコンミテータ片５１と１２個のティース５２にそれぞれ番号１〜１２を付して示したものである。図１１に示すように、ここでは例えば巻線５３Ａは、３番コンミテータ片から巻出され、１−２番ティースの間のスロット５４ａと６−７番ティースの間のスロット５４ｆ間に巻線をｎ回（複数回；例えば６６回）巻装してコイル５５Ａを形成した後、４番コンミテータ片に接続される。次に４番コンミテータ片から巻出される巻線５３Ｂは、２−３番ティースの間のスロット５４ｂと７−８番ティースの間のスロット５４ｇ間に複数回巻装されてコイル５５Ｂを形成した後、５番コンミテータ片に接続される。同様に、各コンミテータ片５１から巻出された巻線５３は各スロット間に複数回巻装されてコイル５５を形成し、これにより複数のコイル５５がアーマチュアコアの周回りに形成される。【０００４】
一方、ワイパ装置の駆動源として使用されるモータでは、所定回転を出力する通常の動作の他に、豪雨等に対応すべく高速回転動作を行うことが求められる。すなわち、ワイパ装置用モータでは、通常（低速）と高速の２つの作動形態が必要となり、しかも、両作動形態は瞬時に切り替えることができなければならない。そこで、かかるモータでは、図１２に示すように、通常作動(LOW)時に使用する低速用ブラシ６１の他に、高速作動(HI)時に使用する高速用ブラシ６２を設け、ブラシの切り換えによりモータ回転数を変化させている。【０００５】
低速用ブラシ６１と高速用ブラシ６２は、共通ブラシ６３と共に一対のブラシ対を形成する。各ブラシ６１〜６３は共にコンミテータ６４に摺接しており、通常作動時は、共通ブラシ６３と低速用ブラシ６１によって電力供給を行う。一方、高速作動時は、陽極又は負極ブラシの一方を高速用ブラシ６２に切り換え、共通ブラシ６３と高速用ブラシ６２によって電力供給を行う。高速用ブラシ６２は、低速用ブラシ６１から回転方向に角度αだけずれた位置に配置されている。高速作動時は、この高速用ブラシ６２によってモータは進角調整された形となり、通常作動時よりも回転数が増加し、高速払拭動作が可能となる。
【特許文献１】特開2002-305861号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、このように低速用ブラシ６１の他に高速用ブラシ６２を持つ３ブラシモータでは、通常作動時においては高速用ブラシ６２は全く不要であるばかりか、高速用ブラシ６２が隣接するコンミテータ片に接触するとその間に接続されたコイル５５が短絡される。例えば、図１１において、通常作動時に低速用ブラシ６１と共通ブラシ６３が３番及び９番コンミテータ片に接触しているとき、高速用ブラシ６２が４番と５番のコンミテータ片に跨って接触するとコイル５５Ｂは短絡される。つまり、高速用ブラシ６２によって通常作動時には短絡すべきでないコイルが短絡され、モータの電気回路に不平衡が生じる。このため、共通ブラシ６３や低速用ブラシ６１の摩耗が促進され、特に高電圧ではその影響が著しく、製品寿命が短くなるという問題があった。【０００７】
また、３ブラシモータでは、高速用ブラシによって短絡されるコイルの位置も問題となる。図１３は、短絡コイルの配置を示す説明図である。前述のように、例えば高速用ブラシ６２によってコイル５５Ｂが短絡されたとすると、このコイル５５Ｂは、２−３番ティースの間のスロット５４ｂと７−８番ティースの間のスロット５４ｇ間に巻装されている。そこで、コイル５５Ｂの位置を改めて検証すると、低速用ブラシ６１と共通ブラシ６３の中心を通る軸線Ｐやそれと垂直な軸線Ｑなどに対しては、コイル５５Ｂは軸線を挟んで１個ずつ存在し、コイル数は軸線Ｐ,Ｑに対しては均等に配分される。【０００８】
しかしながら、図１３に示すように、コイル５５Ｂは、高速用ブラシ６２の位置に相当する軸線Ｍに対しては一方向側（図中Ｘ領域側）に偏って存在する。すなわち、軸線Ｍに対してはＸ領域側に短絡コイルが２個存在するのに対し、Ｙ領域側には短絡コイルは存在しない。このため、軸線ＭのＸ領域側とＹ領域側とでは電流が流れるコイル数が不均等となり、磁気バランスが崩れ、これにより振れ回り力が生じ振動や騒音発生の原因となるという問題もあった。【０００９】
本発明の目的は、低速用と高速用のブラシを備える電動モータにおける耐久性の向上や振動・騒音の低減を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電動モータは、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複数のティースと、前記ティースの間に形成され軸方向に沿って延びる複数のスロットとを備え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、前記スロットと同数のコンミテータ片を周方向に配置したコンミテータと、前記コンミテータと摺接する第１ブラシと、前記第１ブラシから所定角度周方向に離間して設けられ、前記コンミテータと摺接する第２ブラシと、前記コンミテータと摺接し、前記第１ブラシ又は前記第２ブラシの何れか一方と共に使用される第３ブラシと、隣接する前記コンミテータ間に電気的に接続され、任意の前記スロット間に巻装された第１コイルと、前記任意のスロットとは前記回転軸の中心に対し点対称位置に存在するスロット間に前記第１コイルとは逆方向に巻装された第２コイルとを備えると共に、前記第２ブラシが隣接する前記コンミテータ片に接触し前記第１及び第２コイルが前記第２ブラシを介して短絡されたとき、前記第１コイルと前記第２コイルが前記第２ブラシの中心と前記回転軸の中心とを通る軸線に対して対称位置に存在するアーマチュアコイルとを有することを特徴とする。【００１１】
本発明のモータにあっては、第２ブラシによってアーマチュアコイルが短絡されても、アーマチュアコイルの第１コイルと第２コイルが、第２ブラシの中心と回転軸の中心とを通る軸線に対して対称位置に存在するので、短絡コイルがこの軸線を含む任意の中心線に対し対称に配置される。このため、３ブラシ構造のモータにおいても、第２ブラシによる短絡コイルを偏りなく配置することができ、ブラシ間の電気回路が均等化し、ブラシの摩耗が抑制され、製品寿命が向上する。また、短絡コイルの偏在が解消されるため、磁気バランスも安定し、アーマチュアに発生する振れ回り力が抑えられ、振動や騒音の低減が図られる。【００１２】
前記電動モータにおいて、前記第１コイルと前記第２コイルを直列に接続するようにしても良い。また、前記第１コイルと前記第２コイルを並列に接続することも可能である。【００１３】
前記電動モータにおいて、前記第１コイルと前記第２コイルをそれぞれ、２個の前記スロット間に巻装される主コイルと、前記主コイルが巻装される前記スロットのうち何れか一方のスロットのみに巻装される副コイルとを有する構成としても良い。これにより、アーマチュアコアに副コイルを０.５ターンずつ巻装することができるため、例えば、アーマチュアコイルの巻線ターン数が奇数回の場合であっても、両主コイルを同ターン数ずつ巻装すれば、第１コイルと第２コイルを同数ターンずつ巻装できる。従って、巻線ターン数が偶数・奇数を問わず、第１コイルと第２コイルが第２ブラシの中心と回転軸の中心とを通る軸線に対して対称位置に存在し、第２ブラシによってアーマチュアコイルが短絡された場合でも、短絡コイルがこの軸線を含む任意の中心線に対し対称に配置される。【００１４】
また、前記第１及び第２コイルの前記主コイルをそれぞれ前記アーマチュアコアに同ターン数ずつ巻装し、前記副コイルはそれぞれ前記アーマチュアコアに０.５ターンずつ巻装するようにしても良く、この場合、前述のように、隣接するコンミテータ間に形成されるアーマチュアコイルの巻線ターン数が奇数回であっても、第１コイルと第２コイルをアーマチュアコアに同数ターンずつ巻装することができる。【００１５】
さらに、前記副コイルを前記第１及び第２コイルの前記主コイル間に形成しても良く、この場合、例えば、第１コイルの主コイルを形成した後、主コイルが巻装されるスロットの何れか一方を通した後、第２コイルの主コイルが巻装されるスロットの何れか一方を通して副コイルを形成し、その後、第２コイルの主コイルを巻装する。【００１６】
本発明の他の電動モータは、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複数のティースと、前記ティースの間に形成され軸方向に沿って延びる複数のスロットとを備え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、前記スロットと同数のコンミテータ片を周方向に配置したコンミテータと、前記コンミテータと摺接する第１ブラシと、前記第１ブラシから所定角度周方向に離間して設けられ、前記コンミテータと摺接する第２ブラシと、前記コンミテータと摺接し、前記第１ブラシ又は前記第２ブラシの何れか一方と共に使用される第３ブラシと、隣接する前記コンミテータ間に電気的に接続され、任意の前記スロット間に巻装された第１コイルと、前記任意のスロットと同一のスロット間に前記第１コイルとは逆方向に巻装された第２コイルとを備えると共に、前記第２ブラシが隣接する前記コンミテータ片に接触し前記第１及び第２コイルが前記第２ブラシを介して短絡されたとき、前記第１コイルと前記第２コイルが前記第２ブラシの中心と前記回転軸の中心とを通る軸線上に存在するアーマチュアコイルとを有することを特徴とする。【００１７】
本発明にあっては、第２ブラシによってアーマチュアコイルが短絡されても、アーマチュアコイルの第１コイルと第２コイルが、第２ブラシの中心と回転軸の中心とを通る軸線上に存在するので、短絡コイルがこの軸線を含む任意の中心線に対し対称に配置される。このため、３ブラシ構造のモータにおいても、第２ブラシによる短絡コイルを偏りなく配置することができ、ブラシ間の電気回路が均等化し、ブラシの摩耗が抑制され、製品寿命が向上する。また、短絡コイルの偏在が解消されるため、磁気バランスも安定し、アーマチュアに発生する振れ回り力が抑えられ、振動や騒音の低減が図られる。【００１８】
前記電動モータにおいて、前記スロットを８個以上の偶数個としても良い。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の電動モータによれば、第１〜第３ブラシを有する３ブラシ構造の電動モータにおいて、任意のスロット間に巻装された第１コイルと、この任意のスロットとは回転軸の中心に対し点対称位置に存在するスロット間に第１コイルとは逆方向に巻装された第２コイルとを備えると共に、第２ブラシが隣接するコンミテータ片に接触して第１及び第２コイルがこの第２ブラシを介して短絡されたとき、第１コイルと第２コイルが第２ブラシの中心と回転軸の中心とを通る軸線に対して対称位置に存在するようにしたアーマチュアコイルを設けたので、第２ブラシによる短絡コイルを前記軸線を含む任意の中心線に対し対称に配置することができ、３ブラシ構造のモータにおいても第２ブラシによる短絡コイルを偏りなく配置することが可能となる。このため、ブラシ間の電気回路が均等化し、ブラシの摩耗が抑制され、製品寿命が向上する。また、短絡コイルの偏在が解消されるため、磁気バランスも安定し、アーマチュアに発生する振れ回り力が抑えられ、振動や騒音を低減させることが可能となる。【００２０】
また、本発明の電動モータによれば、第１コイルと第２コイルをそれぞれ、２個の前記スロット間に巻装される主コイルと、前記主コイルが巻装される前記スロットのうち何れか一方のスロットのみに巻装される副コイルとを有する構成とすることにより、アーマチュアコアに副コイルを０.５ターンずつ巻装することが可能となり、例えば、アーマチュアコイルの巻線ターン数が奇数回の場合であっても、両主コイルを同ターン数ずつ巻装すると、第１コイルと第２コイルのターン数を同数化できる。このため、巻線ターン数が奇数の場合でも、第１コイルと第２コイルを第２ブラシの中心と回転軸の中心とを通る軸線に対して対称位置に配置することができ、第２ブラシによってアーマチュアコイルが短絡された場合でも、短絡コイルをこの軸線を含む任意の中心線に対し対称に配置することが可能となる。従って、巻線ターン数が偶数・奇数を問わず、３ブラシ構造のモータにおいて第２ブラシによる短絡コイルを偏りなく配置することができ、製品寿命が向上や振動・騒音を低減等が可能となる。【００２１】
本発明の他の電動モータによれば、第１〜第３ブラシを有する３ブラシ構造の電動モータにおいて、任意のスロット間に巻装された第１コイルと、この任意のスロットと同一のスロット間に第１コイルとは逆方向に巻装された第２コイルとを備えると共に、第２ブラシが隣接するコンミテータ片に接触して第１及び第２コイルがこの第２ブラシを介して短絡されたとき、第１コイルと第２コイルが第２ブラシの中心と回転軸の中心とを通る軸線上に存在するようにしたアーマチュアコイルを設けたので、第２ブラシによる短絡コイルを前記軸線を含む任意の中心線に対し対称に配置することができ、３ブラシ構造のモータにおいても第２ブラシによる短絡コイルを偏りなく配置することが可能となる。このため、ブラシ間の電気回路が均等化し、ブラシの摩耗が抑制され、製品寿命が向上する。また、短絡コイルの偏在が解消されるため、磁気バランスも安定し、アーマチュアに発生する振れ回り力が抑えられ、振動や騒音を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例１である電動モータの構成を示す一部断面側面図である。
【図２】図１のモータにおけるアーマチュアコイルの巻装状態を示す一部展開図である。
【図３】アーマチュアコイルの巻装位置を示す説明図である。
【図４】発明者らによる実験結果を示すグラフである。
【図５】アーマチュアコイルの形成方法に関する他の事例を示す説明図である。
【図６】アーマチュアコイルの形成方法に関する他の事例を示す説明図である。
【図７】第１コイルと第２コイルを並列に形成した場合の巻線状態を示す説明図である。
【図８】本発明の実施例２であるモータにおけるアーマチュアコイルの巻装状態を示す展開図である。
【図９】図８のモータにおけるアーマチュアコイルの巻装位置を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施例３であるモータにおけるアーマチュアコイルの巻装状態を示す展開図である。
【図１１】従来のモータにおけるアーマチュアコイルの巻装状態を示す展開図である。
【図１２】３ブラシ構造のモータにおけるブラシ配置を示す説明図である。
【図１３】短絡コイルの配置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    電動モータ
２    モータハウジング
３    アーマチュア
４    永久磁石
５    回転軸
６    アーマチュアコア
７    アーマチュアコイル
７Ａ,７Ｂ    アーマチュアコイル
７Ａ１,７Ｂ１    第１コイル
７Ａ２,７Ｂ２    第２コイル
８    金属板
９    ティース
１１    スロット
１１ａ,１１ｂ,１１ｆ,１１ｇ,１１ｈ,１１ｌ    スロット
１２    巻線
１３    コンミテータ
１４    コンミテータ片
１４ｂ,１４ｃ,１４ｄ,１４ｅ,１４ｈ,１４ｉ,１４ｊ    コンミテータ片
１５    ライザ
１６    軸受
１７    カバー
１８    ホルダステー
１９    ブラシホルダ
２１    ブラシ
２１ａ  低速用ブラシ
２１ｂ  高速用ブラシ
２１ｃ  共通ブラシ
３１,３１Ａ,３１Ｂ    主コイル
３２,３２Ａ,３２Ｂ    副コイル
５１    コンミテータ片
５２    ティース
５３    巻線
５３Ａ,５３Ｂ    巻線
５４ａ,５４ｂ,５４ｆ,５４ｇ    スロット
５５    コイル
５５Ａ,５５Ｂ    コイル
６１    低速用ブラシ
６２    高速用ブラシ
６３    共通ブラシ
６４    コンミテータ
Ｍ,Ｐ,Ｑ    軸線
Ｏ      中心
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明の実施例１である電動モータの構成を示す一部断面側面図である。モータ１は、自動車用ワイパ装置の駆動源として使用され、図１に示すように、有底円筒形状のモータハウジング２内にアーマチュア３を回動自在に配置した構成となっている。モータハウジング２の内周面には、周方向に一対の永久磁石４が固定されている。この永久磁石４によって、電動モータ１は２極に構成されている。【００２６】
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を複数枚積層して構成されている。金属板８の外周部には、Ｔ字形のティース９（図３参照）が周方向に沿って複数個（本実施例では１２個）放射状に形成されている。複数枚の金属板８を回転軸５に回り止め状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が凹設される。スロット１１は軸方向に沿って延びており、周方向に沿って複数個（１２個）形成されている。所定間隔をあけて存するスロット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。【００２７】
アーマチュアコア６の一端側には、コンミテータ（整流子）１３が隣接して配置されている。コンミテータは、回転軸５に外嵌固定されている。コンミテータ１３の外周面には、導電材にて形成されたコンミテータ片１４が複数枚（本実施例では１２枚）取り付けられている。コンミテータ片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並列状に固定される。各コンミテータ片１４のアーマチュアコア６側の端部には、外径側に折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り端部となる巻線１２が懸回され、フュージングにより固定されている。これにより、コンミテータ片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。【００２８】
回転軸５の一端部は、モータハウジング２に取り付けられた軸受１６によって回動自在に支持されており、アーマチュア３はモータハウジング２内に回動自在に内装される。モータハウジング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３箇所にブラシホルダ１９が形成されている。ブラシホルダ１９にはそれぞれブラシ２１が出没自在に内装されている。ブラシ２１の突出先端部（内径側先端部）はコンミテータ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。【００２９】
当該モータ１では、ブラシ２１として、低速用ブラシ（第１ブラシ）２１ａと高速用ブラシ（第２ブラシ）２１ｂ及び共通ブラシ（第３ブラシ）２１ｃが設けられている。各ブラシ２１ａ〜２１ｃの配置は図１２と同様であり、高速用ブラシ２１ｂは低速用ブラシ２１ａから回転方向に角度α（例えば、４５°）だけ周方向に離間して設けられている。そして、通常作動時は共通ブラシ２１ｃと低速用ブラシ２１ａによって、高速作動時は、共通ブラシ２１ｃと高速用ブラシ２１ｂによって電力供給が行われる。高速作動時は、高速用ブラシ２１ｂによってモータ１は進角され、通常作動時よりも高回転で作動する。なお、ブラシ２１ｃ側とブラシ２１ａ,２１ｂ側の何れを陽極又は陰極にしても良い。【００３０】
このようなモータ１では、アーマチュアコイル７は次のようにして巻装される。図２は、アーマチュア３におけるアーマチュアコイル７の巻装位置を示す一部展開図である。当該モータ１のアーマチュアコイル７は重巻方式にて巻装される。巻線１２は、４個のスロット１１を飛ばしたスロット１１間に順次巻装され、短節巻線となっている。巻線１２は、図２に示すように、例えばその一端が３番コンミテータ片１４ｃより巻き始められ、３番コンミテータ片１４ｃのライザ１５に懸け回された巻線１２は、１−２番ティース９の間のスロット１１ａと６−７番ティース９の間のスロット１１ｆとの間で巻装され、第１コイル７Ａ１（以下、コイル７Ａ１と略記する）が形成される。コイル７Ａ１は、従来のターン数ｎの半分の回数（ｎ／２；本実施例では３３回）巻装される。【００３１】
コイル７Ａ１はその後、従来のように直ちに４番コンミテータ片１４ｄに接続されることなく、スロット１１ｆ,１１ａと径方向に対向する、すなわち、周方向に180°回転した位置に存在する１２−１番ティース９の間のスロット１１ｌと７−８番ティース９の間のスロット１１ｇの間で巻装され、第２コイル７Ａ２（以下、コイル７Ａ２と略記する）が形成される。コイル７Ａ２は、コイル７Ａ１とは逆方向の向きに、従来のターン数ｎの半分の回数（ｎ／２；本実施例では３３回）で巻装され、その後、４番コンミテータ片１４ｄに接続される。【００３２】
これにより、３,４番コンミテータ片１４ｃ,１４ｄの間には、径方向に対向し、かつ直列接続された一対のコイル７Ａ１,７Ａ２を備えたアーマチュアコイル７Ａが形成される。図３は、アーマチュアコイル７Ａの巻装状態を示す説明図である。図３に示すように、コイル７Ａ１,７Ａ２は、１番ティースと７番ティースを挟んで互いに巻線方向が逆になる状態で巻装されており、アーマチュアコイル７Ａに通電を行うと相対する電磁力を発生する。また、コイル７Ａ１,７Ａ２は、高速用ブラシ２１ｂの中心と回転軸５の中心Ｏとを通る軸線Ｍに対して対称な位置に形成され、軸線Ｍと１番,７番ティースの中心が一致した場合には、コイル７Ａ１,７Ａ２は軸線Ｍに対して対称に巻装されていることになる。すなわち、コイル７Ａ１,７Ａ２は、軸線Ｍを中心とした一半部側であるＸ領域と他半部側のＹ領域に均等に配され、軸線Ｍ以外の中心線（軸線Ｐ,Ｑ等）も含め、中心Ｏを通る任意の中心線に対しコイル７Ａ１,７Ａ２は均等に配される。【００３３】
４番コンミテータ片１４ｄに接続された巻線１２は、続けて、２−３番ティース９の間のスロット１１ｂと７−８番ティース９の間のスロット１１ｇとの間で巻装され、コイル７Ｂ１（第１コイル）が形成される。コイル７Ｂ１もまた、従来のターン数ｎの半分の回数（ｎ／２；本実施例では３３回）巻装される。コイル７Ｂ１はその後、スロット１１ｇ,１１ｂと径方向に対向する、すなわち、周方向に180°回転した位置に存在する１−２番ティース９の間のスロット１１ａと８−９番ティース９の間のスロット１１ｈの間で巻装され、コイル７Ｂ２（第２コイル）が形成される。コイル７Ｂ２は、コイル７Ｂ１とは逆方向の向きに、従来のターン数ｎの半分の回数（ｎ／２；本実施例では３３回）で巻装され、その後、５番コンミテータ片１４ｅに接続される。これにより、４,５番コンミテータ片１４ｄ,１４ｅの間には、径方向に対向し、かつ直列接続された一対のコイル７Ｂ１,７Ｂ２を備えたアーマチュアコイル７Ｂが形成される。【００３４】
同様にして、各コンミテータ片１４に接続された巻線１２は、径方向に対向し巻線方向が逆転した第１及び第２コイルを形成しつつ、隣接したコンミテータ片１４間にアーマチュアコイル７を形成して行く。これにより、アーマチュアコイル７は、軸線Ｍを含む任意の中心線によって分割されたＸ,Ｙ領域に均等に配分される第１及び第２コイル７ｘＡ,７ｘＢにて形成される。【００３５】
なお、アーマチュアコイル７の巻線ターン数ｎが偶数回の場合には、第１及び第２コイルともターン数はｎ／２であるが、それが奇数回の場合には、何れか一方のターン数を１回多くする。すなわち、第１コイル側を(ｎ＋１)／２ターンとした場合には第２コイル側を(ｎ−１)／２ターンとし、第１コイル側を(ｎ−１)／２ターンとした場合には第２コイル側を(ｎ＋１)／２ターンとする。【００３６】
このような巻線構造を有するモータ１において、通常作動時に、例えば図３に示すように、２番コンミテータ片１４ｂに低速用ブラシ２１ａ、８番コンミテータ片１４ｈに共通ブラシ２１ｃが接触した場合を考える。このとき、高速用ブラシ２１ｂは、３,４番コンミテータ片１４ｃ,１４ｄと接触し、アーマチュアコイル７Ａが短絡される。ここで、従来のモータでは、図１３に示すように、短絡コイルが軸線Ｍに対しては不均等に配されており磁気バランス上問題があった。これに対し、本発明のモータ１では、図３に示すように、アーマチュアコイル７Ａ（コイル７Ａ１,７Ａ２）は、軸線Ｍに対して領域Ｘ,Ｙに均等に配されている。また、コイル７Ａ１,７Ａ２は、軸線Ｐ,Ｑ等の他の任意の中心線に対しても、それによって区画される両半部に均等に配置される。【００３７】
このように、当該モータ１では、通常作動時に高速用ブラシ２１ｂによってアーマチュアコイル７が短絡されても、前述のような巻線構造を採用することにより、短絡コイルを軸線Ｍを含む任意の中心線に対し対称に分布させることができる。このため、高速用と低速用のブラシを備えた３ブラシ構造のモータにおいても、通常作動時に短絡コイルを偏りなく配置することができ、ブラシ間の電気回路が均等化し、ブラシの摩耗が抑制され、製品寿命が向上する。【００３８】
図４は、発明者らによって、投入電圧：４２Ｖ，作動形態：LOW通電・連続，過負荷状態で耐久試験を行った結果を示すグラフである。図４に示すように、本発明のモータ（改善巻線）では、ブラシ摩耗速度が約半分となり、推定寿命が約２倍となるという結果が得られた。特に、当該実験は４２Ｖという高電圧にて行っており、高電圧時の寿命が従来のモータを大幅に上回り、高電圧仕様のモータにおいて顕著な効果が得られることが確認できた。なお、１２Ｖ時においても同様に耐久性向上が図られる。【００３９】
また、当該モータ１では短絡コイルの偏在が解消されるため、磁気バランスも安定する。このため、アーマチュア３に発生する振れ回り力を抑えることができ、振動や騒音を低減させることも可能となる。従って、モータ１を駆動源とするワイパ装置の振動や作動音を低減させることができ、運転環境の静寂性向上が図られる。【００４０】
さらに、当該モータ１では、アーマチュアコア６に巻線１２を巻装する際に、任意の箇所と、これに径方向に対向する箇所の２箇所に連続してコイル７Ａ１,７Ａ２を形成するので、別途部材が必要になったり、特別な取付け作業が必要になったりすることがない。このため、従来のモータに使用していた部材をそのまま利用することができ、コスト増を伴うことなく、耐久性の向上や振動・騒音の低減が図られる。【００４１】
ところで、前述のモータ１では、第１コイルを巻装した後、第２コイルを巻装してアーマチュアコイル７を形成していたが、アーマチュアコイル７の形成方法はこの形態には限定されず、種々の巻線パターンが可能である。図５,６は、アーマチュアコイル７の形成方法に関する他の事例を示す説明図である。【００４２】
図５の方式では、第１コイルと第２コイルを交互に形成する。すなわち、先の例で言えば、３番コンミテータ片１４ｃからスロット１１ａ,１１ｆを通してコイル７Ａ１を１ターン形成した後、スロット１１ｌ,１１ｇを通しコイル７Ａ２を１ターン形成する。その後、またスロット１１ａ,１１ｆに戻り、コイル７Ａ１を１ターン形成した後、さらに、スロット１１ｌ,１１ｇを通しコイル７Ａ２を１ターン形成する。この場合、コイル７Ａ１側とコイル７Ａ２側を１ターンずつ（Ｎ＝１）ではなく、例えば、アーマチュアコイル７の総ターン数ｎに対し、Ｎ＝(ｎ／２)／３,(ｎ／２)／４,(ｎ／２)／５・・・のように、それらを複数ターンずつ（ｎ＝６６ターンの場合、Ｎ＝(ｎ／２)／３とするとＮ＝１１ターンずつ）巻装していっても良い。【００４３】
図６の方式では、まず、第１コイル側を所定ターン巻装した後、第２コイル側に移りこれを全ターン形成し、最後に再び第１コイル側に戻り、残りのターン数を巻装する。すなわち、先の例で言えば、まず始めにコイル７Ａ１側にて(ｎ／２)−ａターン巻装し、次に、コイル７Ａ２側にてｎ／２ターン巻装し、最後にコイル７Ａ１にてａターン巻装する（コイル７Ａ１はｎ／２ターンとなる）。例えば、総ターン数６６に対し、第１コイル側に１６ターン巻装した後、第２コイル側に移り３３ターン巻装し、その後、第１コイル側に戻って１７ターン巻装する。【００４４】
一方、前述のモータ１では、第１コイルと第２コイルを直列に形成したが、これらを並列に形成することも可能である。図７は、第１コイルと第２コイルを並列に形成した場合の巻線状態を示す説明図である。ここでは、図７に示すように、例えば３番コンミテータ片１４ｃには、コイル７Ａ１とコイル７Ａ２が並列に配線される。つまり、３番コンミテータ片１４ｃには、スロット１１ａ,１１ｆに巻装されるコイル７Ａ１と、スロット１１ｌ,１１ｇに巻装されるコイル７Ａ２がそれぞれ別個に形成され、それらによりアーマチュアコイル７が形成される。
【実施例２】
【００４５】
次に、本発明の実施例２として、アーマチュアコイルを全節巻線とした場合について説明する。図８は、本発明の実施例２であるモータにおけるアーマチュアコイルの巻装状態を示す展開図、図９は図８のモータにおけるアーマチュアコイルの巻装位置を示す説明図である。なお、モータの全体構造は図１と同様であるのでその説明は省略する。また、以下の実施例では、実施例１と同様の部材、部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。【００４６】
図８に示すように、実施例２のアーマチュアコイルでは、例えばその一端が３番コンミテータ片１４ｃより巻き始められ、３番コンミテータ片１４ｃのライザに懸け回された巻線１２は、１２−１番ティース９の間のスロット１１ａと６−７番ティース９の間のスロット１１ｇの間で巻装され、コイル７Ａ１が形成される。コイル７Ａ１は、従来のターン数ｎの半分の回数（ｎ／２）巻装される。【００４７】
コイル７Ａ１はその後、従来のように直ちに４番コンミテータ片１４ｄに接続されることなく、スロット１１ｇ,１１ａと径方向に対向する、すなわち、周方向に180°回転した位置に存在する１２−１番ティース９の間のスロット１１ａと６−７番ティース９の間のスロット１１ｇの間で巻装されコイル７Ａ２が形成される。コイル７Ａ２は、コイル７Ａ１と同一のスロット１１ａ,１１ｇ内に巻装されるが、コイル７Ａ１とは逆方向の向きに、従来のターン数ｎの半分の回数（ｎ／２）で巻装され、その後、４番コンミテータ片１４ｄに接続される。これにより、３,４番コンミテータ片１４ｃ,１４ｄの間には、径方向に対向し、かつ直列接続された一対のコイル７Ａ１,７Ａ２を備えたアーマチュアコイル７Ａが形成される。【００４８】
ここで、実施例２のモータの場合、高速用ブラシ２１ｂは、低速用ブラシ２１ａに対して周方向にα＝６０°離間して配置されており、軸線Ｍも軸線Ｐに対して６０°傾斜している。そこで、当該モータにおいて、高速用ブラシ２１ｂによりアーマチュアコイル７が短絡された場合を考える。例えば、図８に示すように、高速用ブラシ２１ｂが３,４番コンミテータ片１４ｃ,１４ｄと接触すると、コイル７Ａ１,７Ａ２が短絡する。このとき、短絡コイル（７Ａ１,７Ａ２）は、図９に示すように、軸線Ｍ上に位置するスロット１１ａ,１１ｇ内に全節巻にてｎ／２ターンずつ巻装されており、軸線Ｍに対して対称位置に存在する。【００４９】
従って、アーマチュアコイル７Ａは、軸線Ｍに対して領域Ｘ,Ｙに均等に配さることとなる。また、アーマチュアコイル７Ａは、軸線Ｐ,Ｑ等の他の任意の中心線に対しても、それによって区画される両半部に均等に配置される。これにより、実施例２のモータにおいても、通常作動時に短絡コイルを偏りなく配置することができ、ブラシ間の電気回路が均等化し、ブラシの摩耗が抑制され、製品寿命の向上が図られる。
【実施例３】
【００５０】
さらに、本発明の実施例３として、巻線ターン数が奇数回の場合のコイル巻装例について説明する。巻線ターン数が奇数回（２ｎ＋１）の場合、前述の実施例では、第１,第２コイルの何れか一方のターン数を１回多く（ｎ,ｎ＋１）している。しかしながら、このように第１,第２コイルのターン数を異ならせると、巻線ターン数が偶数回の場合のように第１,第２両コイルが完全な対称関係とはならず、図４に示したような改善効果が減殺される場合がある。【００５１】
そこで、本発明者らは、巻線ターン数が奇数回の場合でも所望の改善効果が得られるような巻線方式を検討した。その結果、図１０のような巻線方式により、巻線ターン数が奇数回の場合でもバランス巻線が成立することが分かった。図１０は、その巻線展開図である。図１０に示すように、実施例３のアーマチュアコイルでは、例えばその一端が３番コンミテータ片１４ｃより巻き始められるものにあっては、３番コンミテータ片１４ｃのライザに懸け回された巻線１２は、まず、１−２番ティース９の間のスロット１１ａと６−７番ティース９の間のスロット１１ｆの間で巻装され、主コイル３１Ａを形成する。主コイル３１Ａは、所要ターン数２ｎ＋１に対し、ｎターン巻装される。【００５２】
主コイル３１Ａを形成した後、スロット１１ｆから引き出された巻線１２は、再びスロット１１ａに巻装されるが、その際、巻線１２はスロット１１ｆには巻装されず、スロット１１ｇに巻装される。スロット１１ｇは７−８番ティース９の間に形成されており、スロット１１ａと径方向に対向（Ｏを中心として周方向に180°回転）した位置に配されている。これにより、主コイル３１Ａの後には、スロット１１ａのみに巻装された０.５ターン分の副コイル３２Ａが形成される。主コイル３１Ａと副コイル３２Ａは直列につながっており、両者によってコイル７Ａ１が形成される。【００５３】
スロット１１ｇに巻装された巻線１２は、その後、スロット１１ｌとの間でｎターン巻装され、主コイル３１Ｂが形成される。この際、スロット１１ａからスロット１１ｇに巻装された巻線１２は、主コイル３１Ｂの前に、スロット１１ｇのみに巻装された０.５ターン分の副コイル３２Ｂを形成する。主コイル３１Ｂと副コイル３２Ｂとは直列につながっており、両者によってコイル７Ａ２が形成される。なお、スロット１１ｌは１２−１番ティース９の間に形成されており、スロット１１ｆと径方向に対向した位置に配されている。また、主コイル３１Ｂは、コイル７Ａ１とは逆方向の向きに巻装される。【００５４】
スロット１１ｇ−１１ｌ間でｎターン巻装された後、巻線１２は４番コンミテータ片１４ｄに接続される。これにより、３,４番コンミテータ片１４ｃ,１４ｄの間には、径方向に対向し、かつ直列接続された一対のコイル７Ａ１,７Ａ２を備えたアーマチュアコイル７Ａが形成される。他の隣接するコンミテータ片間の巻線１２も同様に巻装され、第１及び第２コイルはそれぞれ、主コイル３１と副コイル３２によって同ターン数に形成される。【００５５】
このように、実施例３の巻線方式では、コイル７Ａ１,７Ａ２はそれぞれ、ｎターンの主コイル３１Ａ,３１Ｂと、０.５ターンの副コイル３２Ａ,３２Ｂとから形成され、全部で２ｎ＋１ターンのアーマチュアコイル７Ａが形成される。すなわち、当該巻線方式によれば、アーマチュアコイル７Ａの巻線ターン数が奇数（２ｎ＋１ターン）の場合であっても、コイル７Ａ１,７Ａ２は同数ターン（ｎ＋０.５ターンずつ）巻装され、軸線Ｍに対して領域Ｘ,Ｙに均等に配される。また、軸線Ｐ,Ｑ等の他の任意の中心線に対しても、それによって区画される両半部にコイル７Ａ１,７Ａ２は均等に配置される。従って、巻線ターン数が奇数の場合も、偶数ターン数の場合と同様に、耐久性向上や振れ回り力の低減等の改善効果を得ることが可能となる。【００５６】
また、実施例３の巻線方式を得たことにより、本発明によるモータ１では、巻線ターン数が奇数、偶数を問わず、短絡コイルを軸線Ｍを含む任意の中心線に対し対称に分布させることが可能となる。従って、３ブラシ構造のモータにおいて、巻線ターン数を問わず製品寿命の向上や振動・騒音の低減等を図ることが可能となる。なお、図１０では、アーマチュアコイル７は短節巻線となっているが、全節巻線においても当該巻線方式は適用可能である。【００５７】
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述のモータ１では、１２個のスロットを有する構成となっているが、スロット数は１２には限定されず、８以上の偶数値を適宜採用可能である。また、実施例２では、第１及び第２コイル（７Ａ１,７Ａ２）を全節巻にてｎ／２ターンずつ形成しているが、両コイルをｎターン構成としても良い。さらに、実施例２の第１及び第２コイル（７Ａ１,７Ａ２）は直列結線式となっているが、図７と同様に第１及び第２コイル（７Ａ１,７Ａ２）をコンミテータ片（１４ｃ,１４ｄ）に並列結線式に接続することも可能である。【００５８】
なお、実施例２における第２コイル（７Ａ２）をコンミテータ片（１４ｃ,１４ｄ）ではなく、それらとは周方向に180°離間して対向配置されたコンミテータ片（１４ｉ,１４ｊ）間に接続して、同一スロット内に巻装される巻き方向を異にする２つの別個のアーマチュアコイル（ターン数ｎ）を形成しても良い。この場合も、アーマチュアコイルは、軸線Ｍ上に位置するスロット（１１ａ,１１ｇ）内に全節巻にてｎターンずつ巻装される形となり、軸線Ｍに対して対称位置にアーマチュアコイルを配置することができる。【００５９】
一方、前述の実施例では、本発明をワイパ装置の駆動源として使用されるモータについて説明したが、その適用対象はワイパ装置用電動モータには限定されず、他の車載モータやロボット等の産業用機械、パソコンやその周辺機器等のＩＴ機器にも適用可能である。
【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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