(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の界磁極を備えた界磁体と、
前記界磁体の径方向外側に配置され複数のコイルを有する電機子体と、
前記電機子体に固定された整流子であって、該整流子は、前記コイルがそれぞれ接続される複数のセグメントを有し、前記整流子は円環形状であり、複数の前記セグメントは周方向に並べられることと、
前記コイルに電流を供給するための給電部であって、該給電部は円環形状であることと、
前記整流子及び前記給電部に摺接する陽極側ブラシ装置と、整流子及び前記給電部に摺接する陰極側ブラシ装置とを収容するブラシホルダであって、該ブラシホルダは前記界磁体に固定されることと
を備えるモータにおいて、
前記ブラシ装置の各々は、前記整流子と給電部との間に配置され、
前記陽極側ブラシ装置は、前記整流子上を摺接する陽極側整流ブラシと、前記給電部上を摺接する陽極側給電ブラシと、これら陽極側整流ブラシおよび陽極側給電ブラシを互いに逆向きに付勢する第１付勢部とを備え、
前記陰極側ブラシ装置は、前記整流子上を摺接する陰極側整流ブラシと、前記給電部上を摺接する陰極側給電ブラシと、これら陰極側整流ブラシおよび陰極側給電ブラシを互いに逆向きに付勢する第２付勢部とを備えたことを特徴とするモータ。
【請求項２】
複数の界磁極を備えたロータと、
前記ロータの径方向外側に配置され複数のコイルを有する電機子ステータと、
前記コイルがそれぞれ接続される複数のセグメントを有する整流子であって、前記整流子は円環形状であり、複数の前記セグメントは周方向に並べられることと、
前記コイルに電流を供給するための給電部であって、該給電部は円環形状であることと、
前記整流子及び前記給電部に摺接する陽極側ブラシ装置と、整流子及び前記給電部に摺接する陰極側ブラシ装置とを収容するブラシホルダであって、該ブラシホルダは前記ロータと共に回転することと
を備えるモータにおいて、
前記ブラシ装置の各々は、前記整流子と給電部との間に配置され、
前記陽極側ブラシ装置は、前記整流子上を摺接する陽極側整流ブラシと、前記給電部上を摺接する陽極側給電ブラシと、これら陽極側整流ブラシおよび陽極側給電ブラシを互いに逆向きに付勢する第１付勢部とを備え、
前記陰極側ブラシ装置は、前記整流子上を摺接する陰極側整流ブラシと、前記給電部上を摺接する陰極側給電ブラシと、これら陰極側整流ブラシおよび陰極側給電ブラシを互いに逆向きに付勢する第２付勢部とを備えたことを特徴とするモータ。
【請求項３】
２Ｐ個（Ｐは自然数）の界磁極を備えたロータと、
前記ロータの径方向外側に配置されＱ個（Ｑは自然数）のコイルを有する電機子ステータと、
前記コイルがそれぞれ接続されるＰ×Ｑ個のセグメントを有する整流子であって、前記整流子は円環形状であり、複数の前記セグメントは周方向に並べられることと、
前記コイルに電流を供給するための給電部であって、該給電部は円環形状であることと、
前記整流子及び前記給電部に摺接する陽極側ブラシ装置と、整流子及び前記給電部に摺接する陰極側ブラシ装置とを収容するブラシホルダであって、ブラシホルダは前記ロータと共に回転することと
を備えるモータにおいて、
前記ブラシ装置の各々は、前記整流子と給電部との間に配置され、
前記陽極側ブラシ装置は、前記整流子上を摺接する陽極側整流ブラシと、前記給電部上を摺接する陽極側給電ブラシと、これら陽極側整流ブラシおよび陽極側給電ブラシを互いに逆向きに付勢する第１付勢部とを備え、
前記陰極側ブラシ装置は、前記整流子上を摺接する陰極側整流ブラシと、前記給電部上を摺接する陰極側給電ブラシと、これら陰極側整流ブラシおよび陰極側給電ブラシを互いに逆向きに付勢する第２付勢部とを備えたことを特徴とするモータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータにおいて、
前記セグメントは、前記整流子の軸線周りに等角度間隔で配置され、
「３６０°／（界磁極の数／２）」の角度間隔を有するセグメント同士は短絡部材にて互いに短絡され、
複数のコイルの全ては直列に接続されて１つの閉ループを構成し、
前記陽極側ブラシ装置は、前記整流子に摺接する陽極側整流ブラシを有し、
前記陰極側ブラシ装置は、前記整流子に摺接する陰極側整流ブラシを有し、
前記陽極側整流ブラシと陰極側整流ブラシとは、「３６０°／界磁極の数」の奇数倍の角度間隔を隔てて配置されることを特徴とするモータ。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータにおいて、
前記界磁極の数は４以上であることを特徴とするモータ。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータにおいて、
前記界磁極の最大エネルギ積は１００ｋＪ／ｍ３以上であることを特徴とするモータ。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータにおいて、
前記コイルの数は、前記界磁極の数とは異なると共に、「界磁極の数×３／４」よりも大きく且つ「界磁極の数×３／２」よりも小さいことを特徴とするモータ。
【請求項８】
請求項２又は３に記載のモータにおいて、
前記電機子ステータは、複数のティースを備えたステータコアを備え、
前記コイルは前記ティースに集中巻きにて巻回されていることを特徴とするモータ。
【請求項９】
請求項２又は３に記載のモータにおいて、
前記ロータは、前記界磁極が埋設されたロータコアを有することを特徴とするモータ。
【請求項１０】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータにおいて、前記界磁極の数及び前記コイルの数の組合せは、（界磁極の数，コイルの数）＝（２，３），（４，５），（６，８），（８，９）の４つの組合せのうちいずれか一つに設定されており、前記界磁極の最大エネルギ積は１００ｋＪ／ｍ３以上であることを特徴とするモータ。
【請求項１１】
請求項２に記載のモータにおいて、前記電機子ステータは、径方向に延びるとともに複数のコイルが各々巻回される複数のティースを備え、
前記整流子は前記ティースに対向するように前記電機子体に固定されることを特徴とするモータ。
【請求項１２】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータにおいて、
前記ブラシ装置の各々は、前記モータの軸線方向に関して、前記整流子と前記給電部との間に配置され、
前記給電部は、陽極側スリップリングと陰極側スリップリングとを有し、
前記ブラシホルダが前記コイルに対して相対回転することによって、前記陽極側給電ブラシは前記陽極側スリップリング上を摺接し、前記陰極側給電ブラシは前記陰極側スリップリング上を摺接し、前記陽極側整流ブラシ及び前記陰極側整流ブラシは前記セグメント上を摺接し、その結果、前記複数のコイルに流れる電流が切り替えられることを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルを有する電機子が界磁極の径方向外側に配置されているモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な直流モータは、複数のコイルを備えた電機子としてのロータと、このロータの径方向外側に配置されるステータとを有している。ステータは、複数の界磁極を有する。ロータの回転軸には、複数のセグメントを有する整流子が一体回転可能に取付けられている。ステータは、前記整流子に摺接する給電用のブラシを有する。モータ駆動時には、ブラシ及び整流子を介して、ロータの複数のコイルに順次給電が行なわれる。【０００３】
また、複数のコイルを有する電機子をロータではなくステータとして機能させて、当該電機子ステータをロータの径方向外側に配置したモータがある。この種のモータとしては、複数のコイルへの供給電流を順次切り替えるための制御回路を備えるタイプが一般的である。これに対し、特許文献１は、制御回路を用いることなく供給電流を切り替えるモータを開示する。【０００４】
前記文献に開示される直流モータは、９つのコイルを有する電機子ステータと、電機子ステータの径方向内側に配置されて複数の界磁極を有するロータとを有する。ロータの回転軸には、回転円板が固定されている。回転円板は、その中心近傍に配置される整流子と、整流子を囲む大・中・小３つの同心状のスリップリングとを有する。整流子は、周方向に並ぶ複数の整流子片からなり、各整流子片は、３つのスリップリングのうちのいずれかに接続されている。３つのスリップリングのうち一つが陽極スリップリングとして機能し、別の一つが陰極スリップリングとして機能する。【０００５】
前記電機子ステータは、前記整流子に摺接する一対の第１のブラシと、前記スリップリングにそれぞれ摺接する計３つの第２のブラシとを備える。一対の第１のブラシのうち一つは陽極ブラシとして機能し、他方は陰極ブラシとして機能する。３つの第２のブラシのうち一つが陽極ブラシとして機能し、別の一つが陰極ブラシとして機能する。９つのコイルのうち、周方向に連続する３つずつが直列に接続されている。つまり、９つのコイルは、３つのグループに分けられる。【０００６】
前記文献の直流モータにおいて、電流は、外部電源から、電機子ステータの第１の陽極ブラシ、ロータの陽極スリップリング、電機子ステータの第２の陽極ブラシ、コイル、第２の陰極ブラシ、ロータの陰極スリップリング、電機子ステータの第１の陽極ブラシ、外部電源へと順に至る電気経路を流れる。【０００７】
ロータは、電流が供給されたコイルにて発生する回転磁界と、ロータの界磁極による磁界との相互作用で回転する。ロータと共に回転円板が回転するのに伴い、電機子ステータに固定された第１のブラシに摺接する整流子片が順次切り替わり、電流の流れるコイルも、互いに直列接続された３つのコイル毎に切り替わっていく。【０００８】
前記文献のモータは、９つのコイルのうち、周方向に連続する３つのコイルのグループに同相の電流を供給する構成となっており、モータ駆動時には２つのグループに、異なる相の電流が同時に供給されて回転磁界が発生される。このようなコイルを備えた直流モータでは、ロータの界磁極は、各Ｎ極とＳ極との角度間隔が１８０°になるように設定されるのが一般的である。即ち、前記文献の直流モータは、界磁極が２極で、３つのコイルを備えたモータと同様の原理にて駆動されると考えられる。【０００９】
前記文献の直流モータでは、電機子ステータに電流を供給するために用いられる２つのスリップリングを３つのスリップリングから選択しているため、選択されなかったスリップリングに接続されている３つのコイルには電流が供給されない。つまり、直流モータ駆動時において９つのコイルのうち電流が流れるのは６つのコイルであり、３つのコイルには常に電流が供給されないため、コイルの使用効率が低い。コイルの使用効率が低いと、直流モータの出力も小さくなってしまう。
【特許文献１】特開２０００−２３０６５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、コイルの使用効率を向上させることができるモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、複数の界磁極を備えた界磁体と、前記界磁体の径方向外側に配置され複数のコイルを有する電機子体とを備えたモータを提供する。モータは、電機子体に固定された整流子と、コイルに電流を供給するための給電部とを備える。整流子は、コイルがそれぞれ接続される複数のセグメントを有する。ブラシホルダは、整流子及び給電部に摺接する陽極側ブラシ装置と、整流子及び給電部に摺接する陰極側ブラシ装置とを収容する。ブラシホルダは界磁体に固定される。【００１２】
また、本発明は、複数の界磁極を備えたロータと、前記ロータの径方向外側に配置され複数のコイルを有する電機子ステータとを備えるモータを提供する。モータは、コイルがそれぞれ接続される複数のセグメントを有する整流子と、前記コイルに電流を供給するための給電部とを備える。ブラシホルダは、前記整流子及び前記給電部に摺接する陽極側ブラシ装置と、整流子及び前記給電部に摺接する陰極側ブラシ装置とを収容する。ブラシホルダは前記ロータと共に回転する。【００１３】
また、本発明は、２Ｐ個（Ｐは自然数）の界磁極を備えたロータと、ロータの径方向外側に配置されＱ個（Ｑは自然数）のコイルを有する電機子ステータとを備えるモータを提供する。モータは、前記コイルがそれぞれ接続されるＰ×Ｑ個のセグメントを有する整流子と、前記コイルに電流を供給するための給電部とを備える。ブラシホルダは、前記整流子及び給電部に摺接する陽極側ブラシ装置と、整流子及び給電部に摺接する陰極側ブラシ装置とを収容する。ブラシホルダは前記ロータと共に回転する。【００１４】
また、本発明は、径方向内側に配置されたマグネットロータと、径方向外側に配置された電機子ステータとを備える直流モータを提供する。該モータは、前記電機子ステータに固定される整流子と、前記ロータと共に回転する給電ブラシと、前記給電ブラシを収容し且つ前記ロータと共に回転するブラシホルダとを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を具体化した第１実施形態に係るモータを軸方向に沿って切った断面図。
【図２】図１のモータを軸方向に直交する方向に沿って切った断面図。
【図３】図１に示される整流子を示す平面図。
【図４】第１実施形態のコイルの結線図。
【図５】第１実施形態のモータの展開図。
【図６】第１実施形態のモータの展開図。
【図７】第１実施形態のモータの展開図。
【図８】界磁極の数とコイルの数との関係を示す表。
【図９】永久磁石の最大エネルギ積とモータの出力密度との関係を示すグラフ。
【図１０】本発明の第２実施形態のモータの展開図。
【図１１】図１０のモータの展開図。
【図１２】図１０のコイルの結線図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
図１に示すように、本実施形態のモータ１は、インナーロータ型の直流モータである。モータ１は、ハウジング２と、該ハウジング２に収容された界磁体としてのロータ２０と、該ロータ２０の径方向外側に配置された電機子体としての電機子ステータ１０とを備える。ハウジング２には、整流子１７及び給電部３０が取付けられている。ロータ２０はブラシ装置３１を備える。【００１７】
ハウジング２は、一端が閉塞された円筒状をなす第１ハウジング部材３ａ及び円筒状をなす第２ハウジング部材３ｂよりなる電機子ハウジング３と、一端が閉塞された円筒状をなすブラシ装置ハウジング４とから構成されている。ブラシ装置ハウジング４は、ねじ５にて電機子ハウジング３に固定されている。第１ハウジング部材３ａの開口縁と、この第１ハウジング部材３ａに対向する第２ハウジング部材３ｂの第１開口縁とによって、略円筒状をなす前記電機子ステータ１０が挟持され且つ固定されている。【００１８】
図２に示すように、電機子ステータ１０は、ステータコア１１と第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉとを備えている。ステータコア１１は、円筒部１１ａと、該円筒部１１ａの内周面から径方向内側に向かって延びる複数（本実施形態では９個）のティース１１ｂとを備えている。複数のティース１１ｂは周方向に等角度間隔に配置されている。これらのティース１１ｂには、絶縁カラー１３を介して導線１４が集中巻き且つ短節巻方式にて巻回されて第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉが構成されている。本実施形態では、ティース１１ｂは９個であるため、コイルの数Ｑは９となっている。【００１９】
図１に示すように、前記第２ハウジング部材３ｂの電機子ステータ１０とは反対側の第２開口縁には、円環状をなす整流子ブラケット１５が固定されている。言い換えると、整流子ブラケット１５は、第２ハウジング部材３ｂを介して電機子ステータ１０に固定されている。整流子ブラケット１５の電機子ステータ１０とは反対側の面には、整流子１７が固定されている。【００２０】
図３に示すように、整流子１７は、周方向に沿って配列された複数（本実施形態では３６個）のセグメント１６から構成される。図３及び図５に示すように、各セグメント１６に対して、周方向一方向に順に“１”から“３６”までの番号を付すことにする。また、本実施形態において、１番から３６番までのセグメント１６は、１番のセグメント１６から順に、それぞれ４個のセグメント１６を含む９つのセグメントグループに分けられる。第１〜第９セグメントグループの各々は、連続する番号を有する第１〜第４セグメント１６を含む。第１から第９セグメントグループは、それぞれ前記第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉに対応する。【００２１】
例えば、第１セグメントグループは、１番、２番、３番及び４番のセグメント１６を含む。第２セグメントグループは５番、６番、７番、８番のセグメント１６を含む。最終的に、第９セグメントグループは、３３番、３４番、３５番、３６番のセグメント１６を含む。以上の説明により、１番から３６番までのセグメント１６の各々が、第１〜第８セグメントグループの何れに含まれるのか、容易に理解されるであろう。また、第１〜第９セグメントグループの第１セグメントは、それぞれ１番、５番、９番、…、３３番のセグメント１６である。第１〜第９セグメントグループの第２セグメントは、２番、６番、１０番、…、３４番のセグメント１６である。第１〜第９セグメントグループの第３セグメントは、３番、７番、１１番、…、３５番のセグメント１６である。第１〜第９セグメントグループの第４セグメントは、４番、８番、１２番、…、３６番のセグメント１６である。【００２２】
第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉの各々は、対応するセグメントグループにおける第１及び第２セグメント１６に接続されている。
即ち、第１コイル１２ａは、１番のセグメント１６から延びる導線１４が、回転軸２１の延びる方向において１番及び２番のセグメント１６に対向するティース１１ｂに巻回され、そして２番のセグメント１６に接続されることで、構成されている。第２コイル１２ｂは、５番のセグメント１６から延びる導線１４が、５番及び６番のセグメント１６に対向するティース１１ｂに巻回され、そして６番のセグメント１６に接続されることで、構成されている。以下同様に、第３コイル１２ｃは、９番のセグメント１６から延びる導線１４が、９番及び１０番のセグメント１６に対向するティース１１ｂに巻回され、そして１０番のセグメント１６に接続されることで、構成されている。第４コイル１２ｄは、１３番のセグメント１６から延びる導線１４が、１３番及び１４番のセグメント１６に対向するティース１１ｂに巻回され、そして１４番のセグメント１６に接続されることで、構成されている。第５コイル１２ｅは、１７番のセグメント１６から延びる導線１４が、１７番及び１８番のセグメント１６に対向するティース１１ｂに巻回され、そして１８番のセグメント１６に接続されることで、構成されている。第６コイル１２ｆは、２１番のセグメント１６から延びる導線１４が、２１番及び２２番のセグメント１６に対向するティース１１ｂに巻回され、そして２２番のセグメント１６に接続されることで、構成されている。第７コイル１２ｇは、２５番のセグメント１６から延びる導線１４が、２５番及び２６番のセグメント１６に対向するティース１１ｂに巻回され、そして２６番のセグメント１６に接続されることで、構成されている。第８コイル１２ｈは、２９番のセグメント１６から延びる導線１４が、２９番及び３０番のセグメント１６に対向するティース１１ｂに巻回され、そして３０番のセグメント１６に接続されることで、構成されている。第９コイル１２ｉは、３３番のセグメント１６から延びる導線１４が、３３番及び３４番のセグメント１６に対向するティース１１ｂに巻回され、そして３４番のセグメント１６に接続されることで、構成されている。【００２３】
また、９つの第１〜第９短絡部材１８ａ〜１８ｉ（図５参照）の各々は、９０°間隔の４つのセグメント１６同士を同電位とすべく短絡する。よって、８個おきのセグメント１６同士は同電位となる。因みに、互いに短絡されるセグメント１６同士間の角度、すなわち９０°は、後述する界磁極の数２Ｐ（本実施形態では、２Ｐ＝８）を用いて、「３６０°／（界磁極の数２Ｐ／２）」にて求められる。【００２４】
具体的には、第１短絡部材１８ａは、１番、１０番、１９番、２８番のセグメント１６を互いに短絡する。以下同様に、第２短絡部材１８ｂは２番、１１番、２０番、２９番のセグメント１６を短絡する。また、第３短絡部材１８ｃは３番、１２番、２１番、３０番のセグメント１６を短絡し、第４短絡部材１８ｄは４番、１３番、２２番、３１番のセグメント１６を短絡する。また、第５短絡部材１８ｅは５番、１４番、２３番、３２番のセグメント１６を短絡し、第６短絡部材１８ｆは６番、１５番、２４番、３３番のセグメント１６を短絡する。また、第７短絡部材１８ｇは７番、１６番、２５番、３４番のセグメント１６を短絡し、第８短絡部材１８ｈは８番、１７番、２６番、３５番のセグメント１６を短絡する。そして、第９短絡部材１８ｉは９番、１８番、２７番、３６番のセグメント１６を短絡する。【００２５】
このように第１〜第９短絡部材１８ａ〜１８ｉが９０°間隔の４つのセグメント１６同士を短絡させることにより、各セグメント１６は、第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉのうちの対応する２つに接続される。例えば、１番のセグメント１６は、第１コイル１２ａに接続されると共に、第１短絡部材１８ａを介して第３コイル１２ｃにも接続される。２番のセグメント１６は、第２コイル１２ｂに接続されると共に、第２短絡部材１８ｂを介して第８コイル１２ｈにも接続される。３番のセグメント１６は、第３短絡部材１８ｃを介して、第６コイル１２ｆ及び第８コイル１２ｈに接続される。その結果、第１〜第９短絡部材１８ａ〜１８ｉは、第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉが図４に示すように１つの閉ループを構成するように、第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉを直列に接続する。この閉ループでは、第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉは、第８コイル１２ｈ→第６コイル１２ｆ→第４コイル１２ｄ→第２コイル１２ｂ→第９コイル１２ｉ→第７コイル１２ｇ→第５コイル１２ｅ→第３コイル１２ｃ→第１コイル１２ａ→第８コイル１２ｈの順に接続される。【００２６】
図１に示すように、前記ロータ２０は、電機子ステータ１０の内側に回転可能に配置された回転軸２１と、該回転軸２１に固定されたロータコア２２とを備えている。回転軸２１の一端は、第１ハウジング部材３ａの中央に設けられた軸受２３にて回転可能に支持され、回転軸２１の他端は、前記ブラシ装置ハウジング４の中央に設けられた軸受２４にて回転可能に支持されている。【００２７】
図２に示すように、ロータコア２２には、複数（本実施形態では１６個）の永久磁石２５が埋設されている。即ち、本実施形態のモータ１は埋込磁石型モータ（ＩＰＭモータ）である。本実施形態では、回転軸２１に垂直な断面において互いに同じ磁極を有する２個の永久磁石２５が、径方向外側に向かって拡がるＶ字状をなすように配置されて、１つの界磁極を構成している。従って、１６個の永久磁石２５にて８個の界磁極が構成されている。本実施形態における界磁極の数２Ｐは「８」である。８つの界磁極は、回転軸２１に垂直な断面において４つのＮ極と４つのＮ極とを含み、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に配置されている。永久磁石２５の最大エネルギ積は、１００ｋＪ／ｍ3以上に設定されている。また、図５乃至図７の各々においては、８個の界磁極を８個の長方形で示している。つまり、２つの永久磁石２５にて構成された界磁極を、１つの長方形にて図示している。【００２８】
前記コイルの数Ｑ（本実施形態ではＱ＝９）は、界磁極の数２Ｐ（本実施形態では２Ｐ＝８）に基づいて設定されている。詳しくは、コイルの数Ｑは、界磁極の数２Ｐとは異なるとともに、「界磁極の数２Ｐ×３／４」（本実施形態では６）よりも大きく、且つ「界磁極の数２Ｐ×３／２」（本実施形態では１２）よりも小さい。【００２９】
図８は、界磁極の数２Ｐとコイルの数Ｑとの関係を示す表である。図８は、界磁極の数２Ｐが「２」「４」「６」「８」「１０」のそれぞれの場合において、コイルの数Ｑを「３」〜「１５」とした場合の、短節巻係数、並列回路数（陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７間に形成される並列回路の数）、整流電圧及びセグメント１６の数を示している。また、図８では、コイルの数Ｑが、界磁極の数２Ｐとは異なるとともに、「界磁極の数２Ｐ×３／４」よりも大きく且つ「界磁極の数２Ｐ×３／２」よりも小さい範囲内に収まるように設定された場合の、短節巻係数等のデータを太枠にて囲っている。図８を見て分かるように、太枠にて囲われた部分における短節巻係数は、界磁極の数２Ｐが「２」でコイルの数Ｑが「３」である従来のモータの短節巻係数（０．８６６）よりも大きな値となっている。【００３０】
短節巻係数とは、導線１４の巻回が短節巻方式にて行われた場合において、磁極ピッチに対してコイル同士の間隔を考慮した係数である。具体的には、短節巻係数Ｋは、界磁極の数２Ｐ及びコイルの数Ｑを用いて次式にて表される。【００３１】
Ｋ＝ｓｉｎ（（π／２）＋（２Ｐ／Ｑ））
上式にて表される短節巻係数Ｋは、直流モータ１の出力に比例する。即ち、短節巻係数Ｋが大きいほど直流モータ１の出力は大きくなる。【００３２】
本実施形態では、モータ１の短節巻係数Ｋを、界磁極の数２Ｐが「２」でコイルの数Ｑが「３」であるモータよりも大きくすべく、コイルの数Ｑを、界磁極の数２Ｐとは異なるとともに、「界磁極の数２Ｐ×３／４」よりも大きく且つ「界磁極の数２Ｐ×３／２」よりも小さい範囲内に収まるように設定している。本実施形態の界磁極の数２Ｐが「８」であることから、コイルの数Ｑは、６＜Ｑ＜１２の範囲内で、界磁極の数２Ｐ「８」を除いた「７」「９」「１０」「１１」のうちから設定すべきである。本実施形態では、コイルの数Ｑを「９」に設定している。図８に示すように、界磁極の数２Ｐが「８」でコイルの数Ｑが「９」であるモータ１の短節巻係数Ｋは、０．９８５である。【００３３】
また、前記整流子１７を構成するセグメント１６の数は、「（界磁極の数２Ｐ）／２×Ｑ」、即ち「Ｐ×Ｑ」に設定されている。本実施形態では、Ｐは「４」でＱは「９」であることから、セグメント１６の数は「３６」に設定されている。【００３４】
図１に示すように、前記ブラシ装置ハウジング４には、給電部３０及びブラシ装置３１が収容されている。給電部３０は、同心円状に配置された小径の陽極側スリップリング３２と、大径の陰極側スリップリング３３とを備えている。スリップリング３２，３３はブラシ装置ハウジング４の底部に固定されている。これら２つのスリップリング３２，３３は、モータ１に電流を供給する図示しない外部電源装置に接続されている。【００３５】
ブラシ装置３１は、中央に貫通孔を有する扁平な円柱状のブラシホルダ３４を備えている。ブラシホルダ３４の前記貫通孔には、ロータ２０の回転軸２１が嵌挿されている。ブラシホルダ３４は、ねじ３５にてロータコア２２に固定され、回転軸２１と一体に回転する。ブラシホルダ３４には、整流子１７に向かって開口する複数（本実施形態では８個）の整流ブラシ収容凹部３４ａ（図１では１つのみ図示）が周方向に等角度間隔おきに形成されている。８つの整流ブラシ収容凹部３４ａには、４個（図１では１つのみ示す）の陽極側整流ブラシ３６及び４個の陰極側整流ブラシ３７（図３参照）が周方向に交互に収容されている。詳しくは、本実施形態では、陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７は、それぞれ「界磁極の数２Ｐ／２」個備えられている。そして、陽極側整流ブラシ３６及び該陰極側整流ブラシ３７は、「３６０°／界磁極の数２Ｐ」＝３６０°／８＝４５°の奇数倍にて求められる角度（本実施形態では４５°）の間隔で配置される。陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７の各々は、対応する整流ブラシ収容凹部３４ａに収容されたコイルばね３８によって整流子１７に向かって付勢され、整流子１７に摺接する。図４においては、計４個の陽極側整流ブラシ３６を、プラス印を付した一個のブロックでまとめて示している。同様に、計４個の陰極側整流ブラシ３７を、マイナス印を付した一個のブロックでまとめて示している。【００３６】
また、ブラシホルダ３４には、給電部３０に向かって開口する複数（本実施形態では８個、図１では２つのみ示す）の給電ブラシ収容凹部３４ｂが形成されている。８つの給電ブラシ収容凹部３４ｂは、４個の陽極側給電ブラシ４１及び４個の陰極側給電ブラシ４２を周方向に交互に収容する。陽極側給電ブラシ４１の各々は、陽極側スリップリング３２に対向するとともに、陽極側整流ブラシ３６と周方向位置が等しい。また、陰極側給電ブラシ４２の各々は、陰極側スリップリング３３に対向する。給電ブラシ収容凹部３４ｂの各々には、コイルバネ４３が収容されている。コイルバネ４３は、陽極側給電ブラシ４１を陽極側スリップリング３２に摺接させ、陰極側給電ブラシ４２を陰極側スリップリング３３に摺接させる。【００３７】
各陽極側給電ブラシ４１は、陽極側整流ブラシ３６の一つに電気的に接続されている。相互に接続された陽極側整流ブラシ３６及び陽極側給電ブラシ４１は、陽極側ブラシ装置を構成する。電流は、スリップリング３２から陽極側給電ブラシ４１を介して陽極側整流ブラシ３６に流れる。同様に、各陰極側給電ブラシ４２は、陰極側整流ブラシ３７の一つに電気的に接続されている。相互に接続された陰極側整流ブラシ３７及び陰極側給電ブラシ４２は、陰極側ブラシ装置を構成する。電流は、陰極側整流ブラシ３７から陰極側給電ブラシ４２を介してスリップリング３３に流れる。【００３８】
上記のように構成されたモータ１に電流が供給されると、電流は、陽極側スリップリング３２から、陽極側給電ブラシ４１、陽極側整流ブラシ３６及び整流子１７を介して電機子ステータ１０の第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉに供給される。そして、電流が供給された第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉにて回転磁界が発生し、ロータ２０が回転される。ロータ２０が回転すると、その回転と共にブラシ装置３１が回転し、陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７に摺接するセグメント１６が切り替わる。それに伴って第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉの整流が順次行われ、電流が供給される第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉが順次切り替わり、これら第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉから発生する磁界が順次切り替わる。その結果、ロータ２０は連続回転する。尚、第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉに供給された電流は、整流子１７から陰極側整流ブラシ３７及び陰極側給電ブラシ４２を流れた後、陰極側スリップリング３３を介して電源装置に至る。【００３９】
例えば、図４及び図５に示すように、陽極側整流ブラシ３６の１つが１番及び２番のセグメント１６間を跨ぐように位置した時、その陽極側整流ブラシ３６は、１番のセグメント１６を２番のセグメント１６に短絡させる。つまり、第１コイル１２ａは、陽極側整流ブラシ３６によって短絡させられる。従って、第１コイル１２ａには電流が流れず、第１コイル１２ａは磁束を発生しない。また、図４に示すように、第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉは、一つの閉ループを構成するように第１〜第９短絡部材１８ａ〜１８ｉによって直列接続されていることから、陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７間では、第８コイル１２ｈ，第６コイル１２ｆ，第４コイル１２ｄ及び第２コイル１２ｂが直列に接続された状態になると共に、第３コイル１２ｃ，第５コイル１２ｅ，第７コイル１２ｇ及び第９コイル１２ｉが直列に接続された状態になる。即ち、図４及び図５に示す状態で、陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７間には、第８コイル１２ｈ，第６コイル１２ｆ，第４コイル１２ｄ及び第２コイル１２ｂからなる第１直列回路と、第３コイル１２ｃ，第５コイル１２ｅ，第７コイル１２ｇ及び第９コイル１２ｉからなる第２直列回路とを並列接続してなる一つの並列回路が構成される。第１コイル１２ａ以外の８つの第２〜第９コイル１２ｂ〜１２ｉには電流が流れ、これら第２〜第９コイル１２ｂ〜１２ｉから磁束が発生する。図５において各第２〜第９コイル１２ｂ〜１２ｉにおける矢印は、電流の流れる向き、すなわち各第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉから発生する磁束の向きを模式的に示す。【００４０】
図６は、図５に示す状態からロータ２０がセグメント１６の周方向の幅半分だけ回転した状態のモータ１の展開図を示す。この時、陰極側整流ブラシ３７の１つが、３３番及び３４番のセグメント１６間を跨ぐ。よって、第９コイル１２ｉには電流が流れず、第９コイル１２ｉは磁束を発生しない。また、陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７間では、第１コイル１２ａ，第３コイル１２ｃ，第５コイル１２ｅ及び第７コイル１２ｇが直列に接続された状態になると共に、第８コイル１２ｈ，第６コイル１２ｆ，第４コイル１２ｄ及び第２コイル１２ｂが直列に接続された状態になる。従って、第９コイル１２ｉ以外の８つの第１〜第８コイル１２ａ〜１２ｈには電流が流れて磁束が発生する。【００４１】
図７は、図６に示す状態からロータ２０がセグメント１６の周方向の幅半分だけ回転した状態のモータ１の展開図を示す。この時、陽極側整流ブラシ３６の１つが２９番及び３０番のセグメント１６間を跨ぐ。よって、第８コイル１２ｈには電流が流れず、第８コイル１２ｈからは磁束が発生しない。また、陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７間では、第１コイル１２ａ，第３コイル１２ｃ，第５コイル１２ｅ及び第７コイル１２ｇが直列に接続された状態になると共に、第６コイル１２ｆ，第４コイル１２ｄ，第２コイル１２ｂ及び第９コイル１２ｉが直列に接続された状態になる。従って、第８コイル１２ｈ以外の８つの第１〜第７コイル１２ａ〜１２ｇ及び第９コイル１２ｉには電流が流れて磁束が発生する。図６の場合では第９コイル１２ｉに電流が流れなかったが、図７の第９コイル１２ｉには、図５の場合とは逆向きの電流が流れており、発生する磁束の向きも逆向きになる。【００４２】
上記から分かるように、図４に示す陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７は、モータ１に電流が供給されてロータ２０が回転すると、９つの第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉが構成する１つの閉ループ上を移動していく。図４において、陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７は、第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉによって構成される閉ループ上を、時計回り方向に回転する。また、「３６０°／（界磁極の数２Ｐ／２）」にて求められた角度、すなわち９０°の角度間隔の４つのセグメント１６同士は、第１〜第９短絡部材１８ａ〜１８ｉのいずれか一つにて短絡される。陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７間の角度は、「３６０°／界磁極の数２Ｐ」の奇数倍の角度である。そのため、ロータ２０の回転中、第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉのうちいずれか一つは、陽極側整流ブラシ３６又は陰極側整流ブラシ３７によって短絡されて電流が流れない。第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉのうち電流が流れない１つのコイルは、陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７がロータ２０と一体回転することにより順次切り替わっていく。このようにして、第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉに供給される電流の向きが順次切り替わり、第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉから発生する磁束が変化していく。【００４３】
図９は、永久磁石の最大エネルギ積とモータの出力密度との関係を示すグラフである。図９では、界磁極の数２Ｐ及びコイルの数Ｑの組合せが（２Ｐ，Ｑ）＝（２，３），（４，５），（６，８），（８，９）の４つの態様について、電機子（電機子ステータ１０）が界磁極(永久磁石２５)の径方向外側に配置されたモータにおけるデータを実線にて示し、電機子が界磁極の径方向内側に配置されたモータにおけるデータを破線にて示している。なお、実用的な永久磁石の最大エネルギ積は、４００ｋＪ／ｍ3以下である。【００４４】
図９の破線のデータから分かるように、（２Ｐ，Ｑ）＝（２，３）であるモータを除いて、電機子が界磁極の径方向内側に配置されたモータでは、永久磁石の最大エネルギ積が０〜１００ｋＪ／ｍ3の範囲では、最大エネルギ積の増大に伴ってモータの出力密度が増大していく。しかしながら、永久磁石の最大エネルギ積が１００ｋＪ／ｍ3を越えると、電機子が界磁極の径方向内側に配置されたモータにおける出力密度は、最大エネルギ積が増大するに連れて減少していく。また、図９の実線のデータから分かるように、電機子が界磁極の径方向外側に配置され界磁極の数が「４」以上であるモータでは、最大エネルギ積が１００ｋＪ／ｍ3未満か以上かに関わりなく、永久磁石の最大エネルギ積が増大するに連れてモータの出力密度も増大している。【００４５】
ここで、（２Ｐ，Ｑ）＝（８，９）であるモータについて、永久磁石の最大エネルギ積が０〜１００ｋＪ／ｍ3の範囲では、電機子が界磁極の径方向内側に配置されたモータ（破線）の方が、電機子が界磁極の径方向外側に配置されたモータ(実線)よりも出力密度が大きい。しかしながら、永久磁石の最大エネルギ積が１００ｋＪ／ｍ3以上の範囲では、電機子が界磁極の径方向外側に配置されたモータ（実線）の方が、電機子が界磁極の径方向内側に配置されたモータ（破線）よりも出力密度が大きい。更に、電機子が界磁極の径方向外側に配置されたモータ（実線）では、永久磁石の最大エネルギ積が増大するに連れてモータの出力密度も増大しており、永久磁石の最大エネルギ積が０〜１００ｋＪ／ｍ3の範囲における出力密度よりも、１００ｋＪ／ｍ3以上の範囲における出力密度の方が大きい。これらの特徴は、（２Ｐ，Ｑ）＝（４，５），（６，８）のモータについても同様である。つまり、電機子が界磁極の径方向内側に配置されたモータ（破線）では、最大エネルギ積が１００ｋＪ／ｍ3を超えて増大すると出力密度は低下してしまうが、電機子が界磁極の径方向外側に配置されたモータ（実線）では、最大エネルギ積が１００ｋＪ／ｍ3を超えて増大しても出力密度は猶も増大し続ける。【００４６】
また、図９より、（２Ｐ，Ｑ）＝（２，３）であるモータでは、永久磁石の最大エネルギ積の値にかかわらず、電機子が界磁極の径方向外側に配置されたモータ（実線）の方が、電機子が界磁極の径方向内側に配置されたモータ（破線）よりも出力密度が大きいことがわかる。【００４７】
これらのことから、永久磁石の最大エネルギ積が１００ｋＪ／ｍ3以上の範囲では、電機子が界磁極の径方向外側に配置され且つ（２Ｐ，Ｑ）＝（２，３），（４，５），（６，８），（８，９）の４つの組合せのうちいずれかに設定されたモータ（実線）は、電機子が界磁極の径方向内側に配置されたモータ（破線）より大きな出力密度を得られることがわかる。更には、図９より、永久磁石の最大エネルギ積が１００ｋＪ／ｍ3以上の範囲では、電機子が界磁極の径方向外側に配置され且つ界磁極の数２Ｐが「４」以上に設定されたモータ（実線）は、電機子が界磁極の径方向内側に配置されたモータ（破線）より大きな出力密度を得られることがわかる。本実施形態のモータ１は、９つの第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉを有して径方向外側に配置された電機子ステータ１０と、８つの界磁極を有する永久磁石２５を備えて径方向内側に配置されたロータ２０とを備える。モータ１の永久磁石２５の最大エネルギ積は、１００ｋＪ／ｍ3以上に設定されている。モータ１は、８つの界磁極の径方向内側に配置されて９つのコイルを備える電機子を有するモータ（破線）よりも、大きな出力密度を得られる。【００４８】
上記した本実施形態は、以下の利点を有する。
（１）電機子ステータ１０は、ロータ２０の径方向外側に配置されている。よって、電機子ステータ１０がロータ２０の内側に配置される場合よりも電機子ステータ１０の単位角度当たりの表面積が広い。このような電機子ステータ１０に固定される整流子１７は、複雑な構成に対して対処し易い上、より多くのセグメント１６を備えることができる。従って、全ての第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉへの配線が容易になる。【００４９】
（２）電機子ステータ１０に備えられた９つの第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉは、整流子１７の複数のセグメント１６にそれぞれ接続されている。整流子１７に摺接する陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７は、ロータ２０と共に回転して第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉに電流を供給すると共に、整流を行う。従って、第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉを備えた電機子ステータ１０がロータ２０の外側に配置された構成のモータ１において、制御回路を用いることなく第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉ毎に整流を行うことが可能である。また、陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７のうちのいずれか一個にて短絡されたコイルのみが磁束を発生しない構成とすることができる。その結果、従来のモータと比べて、第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉの使用効率を向上させることができる。【００５０】
（３）整流子１７が有するセグメント１６の数は、界磁極の数２Ｐとコイルの数Ｑとを用いてＰ×Ｑにて容易に算出される。従って、モータ１の設計を容易に行うことができる。【００５１】
（４）「３６０°／（界磁極の数２Ｐ／２）」にて求められた角度である９０°の間隔の４つのセグメント１６同士は、第１〜第９短絡部材１８ａ〜１８ｉのいずれか一つにて短絡されて９つの第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉのいずれかに接続されている。９つの第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉは、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。陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７間の角度は、「３６０°／界磁極の数２Ｐ」の奇数倍にて求められる角度、すなわち本実施形態では４５°の１倍としての４５°に設定される。このようなモータ１において、ロータ２０が回転すると、陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７は、９つの第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉが構成する１つの閉ループ上を移動していく。そして、陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７のうちいずれか一個によって短絡されているコイル以外のコイルには電流が流れて磁束が発生される。即ち、９つの第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉのうち、電流が供給されないコイルは常に１つであるため、従来のモータと比べて第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉの使用効率を確実に向上させることができる。また、モータ１駆動時には、陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７間に、９つの第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉのうちの８つによって並列回路が形成される。よって、個々の第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉにかかる電圧を小さくして、整流を良好とすることができる。【００５２】
（５）モータ１の界磁極の数２Ｐ及びコイルの数Ｑは、（２Ｐ，Ｑ）＝（８，９）に設定されている。界磁極（永久磁石２５）の最大エネルギ積は１００ｋＪ／ｍ3よりも大きい。また、電機子ステータ１０は、永久磁石２５により構成された８つの界磁極を備えたロータ２０に対して、径方向外側に配置されている。従って、永久磁石の最大エネルギ積が１００ｋＪ／ｍ3以上の範囲では、モータ１は、界磁極の数２Ｐ及びコイルの数Ｑが（２Ｐ，Ｑ）＝（８，９）で共通でも電機子ステータ１０がロータ２０の径方向内側に配置されたモータに比較して、大きな出力密度を得る。その結果、モータ１は、界磁極の数２Ｐ及びコイルの数Ｑが（２Ｐ，Ｑ）＝（８，９）で共通でも電機子ステータ１０がロータ２０の径方向内側に配置されたモータに比較して、大きな出力を得ることができる。【００５３】
（６）界磁極の数２Ｐが「８」である本実施形態において、コイルの数Ｑは、「界磁極の数２Ｐ×３／４」よりも大きく且つ「界磁極の数×３／２」よりも小さい範囲内で、界磁極の数２Ｐとは異なるように「９」に設定した。このようにコイルの数Ｑを設定することにより、界磁極の数２Ｐが「２」でコイルの数Ｑが「３」である従来のモータの短節巻係数（０．８６６）よりも、大きい短節巻係数（０．９８５）を有するモータ１を実現することができる。従って、モータ１は、従来のモータよりも大きな出力を得ることができる。また、図８を見て分かるように、コイルの数Ｑをこのように設定することにより、従来のモータの整流電圧（８Ｖ）に対して、本実施形態のモータの整流電圧（２．７Ｖ）は小さい。【００５４】
（７）第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉの各々は、ステータコア１１のティース１１ｂに集中巻きにて巻回されている。よって、各第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉは、Ｎ極及びＳ極をはっきりと発生させることができる。【００５５】
（８）第１〜第９短絡部材１８ａ〜１８ｉの各々は、９０°間隔の４つのセグメント１６同士を短絡して同電位としている。更に、４個ずつの陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７が整流子１７に摺接している。従って、第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉへの電流の供給むらを低減させることができると共に、火花の発生を抑える。よって、整流子１７、陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７に加わるダメージを軽減することができる。【００５６】
（９）ロータ２０は、ロータコア２２に永久磁石２５が埋設された埋込磁石型である。よって、リラクタンストルクを積極的に利用してモータ１を高トルク化することができる。【００５７】
（１０）整流子１７は、ロータ２０ではなく電機子ステータ１０に固定されている。よって、ロータ２０が回転しても整流子１７は振動し難いため、確実な整流を実現し易い。
（１１）整流子１７は、ティース１１ｂに対向するように配置されている。従って、整流子１７（セグメント１６）と第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉとの間の距離が短くて済み、導線１４が短くて済む。【００５８】
（１２）陽極側整流ブラシ３６及び陰極側整流ブラシ３７は、ブラシホルダ３４から第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉに向かう方向に付勢されて円環状の整流子１７に摺接する。陽極側給電ブラシ４１及び陰極側給電ブラシ４２は、ブラシホルダ３４から第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉとは反対側に付勢されてスリップリング３２，３３にそれぞれ摺接する。換言すれば、回転軸２１の延びる方向においてブラシ３６，３７，４１及び４２は、スリップリング３２，３３と整流子１７との間に配置されている。従って、ブラシホルダ３４の軸方向位置が安定する。これにより、整流子１７と整流ブラシ３６，３７との摺接が安定する。【００５９】
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、本実施形態において、前記第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図１０に本実施形態のモータ５０の展開図を示す。本実施形態のモータ５０は、前記第１実施形態のモータ１と比べて、永久磁石２５により構成される界磁極の数２Ｐ、電機子ステータ１０に備えられたコイルの数Ｑ、整流子５１のセグメント５６の数、陽極側整流ブラシ５２並びに陰極側整流ブラシ５３の数、及び陽極側給電ブラシ５４並びに陰極側給電ブラシ５５の数が異なる。【００６０】
モータ５０のロータ２０は、１０個の界磁極を備えている。即ち、モータ５０における界磁極の数２Ｐは「１０」である。そして、モータ５０のコイルの数Ｑは、上記第１実施形態と同様に、「界磁極の数２Ｐ×３／４」よりも大きく且つ「界磁極の数２Ｐ×３／２」よりも小さい範囲内で、界磁極の数２Ｐとは異なるように設定されている。即ち、界磁極の数２Ｐが「１０」であることから、コイルの数Ｑは、（１５／２）＜Ｑ＜１５の範囲内で、本実施形態の界磁極の数「１０」を除いた「８」「９」「１１」「１２」「１３」「１４」のうちから設定されている。本実施形態では、コイルの数Ｑは「８」に設定されている。図８より、界磁極の数２Ｐが「１０」でコイルの数Ｑが「８」であるモータ１の短節巻係数Ｋは、０．９２４である。【００６１】
整流子５１を構成する複数のセグメント５６の数も、上記第１実施形態と同様に「（界磁極の数２Ｐ／２）×Ｑ」即ち「Ｐ×Ｑ」にて設定されている。本実施形態では、Ｐは「５」、Ｑは「８」であることから、セグメントの数は「４０」と設定されている。【００６２】
図１０に示すように、各セグメント５６に対して、周方向一方に順に１番〜４０番と付すことにする。また、本実施形態において、１番のセグメント５６から周方向一方に順に第１〜第５セグメントとし、その第１〜第５セグメントが８組設定されている。すなわち、第１〜第５セグメントを含むセグメントグループが８グループある。つまり、第１セグメントグループは、１番、２番、３番、４番、５番の５つのセグメント５６を含む。第２セグメントグループは、６番、７番、８番、９番、１０番のセグメント５６を含む。最終的に、第８セグメントグループは、３６番、３７番、３８番、３９番、４０番のセグメント５６を含む。換言すれば、第１〜第８セグメントグループの第１セグメントは、それぞれ１番、６番、…、３６番のセグメント５６である。第１〜第８セグメントグループの第２セグメントは、それぞれ２番、７番、…、３７番のセグメント５６であり、第３セグメントは３番、８番、…、３８番のセグメント５６であり、第４セグメントは４番、９番、…、３９番のセグメント５６であり、第５セグメントは５番、１０番、…、４０番のセグメント５６である。【００６３】
第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈの各々は、対応するセグメントグループにおける第１及び第２セグメントに接続されている。
即ち、第１コイル６０ａは、導線１４が１番のセグメント５６から延びて１番及び２番のセグメント１６に対向するティース１１ｂに巻回され、２番のセグメント５６に接続されて構成されている。第２コイル６０ｂは、導線１４が６番のセグメント５６から延びて６番及び７番のセグメント１６に対向するティース１１ｂに巻回され、７番のセグメント５６に接続されて構成されている。第３コイル６０ｃは、導線１４が１１番のセグメント５６から延びて１１番及び１２番のセグメント１６に対向するティース１１ｂに巻回され、１２番のセグメント５６に接続されて構成されている。第４コイル６０ｄは、導線１４が１６番のセグメント５６から延びて１６番及び１７番のセグメント１６に対向するティース１１ｂに巻回され、１７番のセグメント５６に接続されて構成されている。コイル６０eは、導線１４が２１番のセグメント５６から延びて２１番及び２２番のセグメント１６に対向するティース１１ｂに巻回され、２２番のセグメント５６に接続されて構成されている。第６コイル６０ｆは、導線１４が２６番のセグメント５６から延びて２６番及び２７番のセグメント１６に対向するティース１１ｂに巻回され、２７番のセグメント５６に接続されて構成されている。第７コイル６０ｇは、導線１４が３１番のセグメント５６から延びて３１番及び３２番のセグメント１６に対向するティース１１ｂに巻回され、３２番のセグメント５６に接続されて構成されている。第８コイル６０ｈは、導線１４が３６番のセグメント５６から延びて３６番及び３７番のセグメント１６に対向するティース１１ｂに巻回され、３７番のセグメント５６に接続されて構成されている。【００６４】
また、７２°間隔のセグメント５６同士、すなわち７個おきのセグメント５６同士を同電位とすべく、これらセグメント５６を第１〜第８短絡部材６１ａ〜６１ｈにより短絡する。短絡されるセグメント５６間の角度（７２°）は、「３６０°／（界磁極の数２Ｐ／２）」にて求められた角度である。【００６５】
即ち、第１短絡部材６１ａは１番、９番、１７番、２５番、３３番のセグメント５６を短絡し、第２短絡部材６１ｂは２番、１０番、１８番、２６番、３４番のセグメント５６を短絡する。また、第３短絡部材６１ｃは３番、１１番、１９番、２７番、３５番のセグメント５６を短絡し、第４短絡部材６１ｄは４番、１２番、２０番、２８番、３６番のセグメント５６を短絡する。また、第５短絡部材６１ｅは５番、１３番、２１番、２９番、３７番のセグメント５６を短絡し、第６短絡部材６１ｆは６番、１４番、２２番、３０番、３８番のセグメント５６を短絡する。また、第７短絡部材６１ｇは７番、１５番、２３番、３１番、３９番のセグメント５６を短絡し、第８短絡部材６１ｈは８番、１６番、２４番、３２番、４０番のセグメント５６を短絡する。【００６６】
このように第１〜第８短絡部材６１ａ〜６１ｈによって、７２°間隔で５つのセグメント５６同士を短絡させることにより、各セグメント５６は、第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈの何れかに接続される。また、各第１〜第８短絡部材６１ａ〜６１ｈにより、第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈは図１２に示すように直列に接続され、１つの閉ループ（第４コイル６０ｄ→第７コイル６０ｇ→第２コイル６０ｂ→第５コイル６０ｅ→第８コイル６０ｈ→第３コイル６０ｃ→第６コイル６０ｆ→第１コイル６０ａ→第４コイル６０ｄ）を構成する。【００６７】
また、モータ５０の陽極側整流ブラシ５２及び陰極側整流ブラシ５３は、上記第１実施形態と同様にそれぞれ「界磁極の数２Ｐ／２」個備えられている。即ち、陽極側整流ブラシ５２及び陰極側整流ブラシ５３は、それぞれ５個ずつ計１０個備えられている。陽極側整流ブラシ５２及び該陰極側整流ブラシ５３間の角度は、「３６０°／界磁極の数２Ｐ」の奇数倍にて求められる角度（本実施形態では３６°）に設定される。陽極側整流ブラシ５２及び陰極側整流ブラシ５３は、周方向に交互に並ぶようにブラシホルダ３４（図１参照）に収容されている。【００６８】
陽極側整流ブラシ５２に電気的に接続される陽極側給電ブラシ５４と、陰極側整流ブラシ５３に電気的に接続される陰極側給電ブラシ５５とは、それぞれ５個ずつ計１０個備えられている。【００６９】
上記のように構成されたモータ５０において、例えば、図１０の状態では、陽極側整流ブラシ５２の１つが１番及び２番のセグメント５６間を跨ぐように位置されると共に、陰極側整流ブラシ５３の１つが２１番及び２２番のセグメント５６間を跨ぐように位置する。この時、第１コイル６０ａは、１番及び２番のセグメント５６間を跨ぐ陽極側整流ブラシ５２にて短絡されるため、第１コイル６０ａには電流が流れず、磁束を発生しない。同様に、２１番及び２２番のセグメント５６間を跨ぐ陰極側整流ブラシ５３が第５コイル６０ｅを短絡するため、この第５コイル６０ｅには電流が流れないので、コイル６０ｅからは磁束を発生しない。また、各第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈは第１〜第８短絡部材６１ａ〜６１ｈにて短絡されていることから、陽極側整流ブラシ５２及び陰極側整流ブラシ５３間では、第４コイル６０ｄ，第７コイル６０ｇ及び第２コイル６０ｂが直列に接続された状態になると共に、第６コイル６０ｆ，第３コイル６０ｃ及び第８コイル６０ｈが直列に接続された状態になる。即ち、８つの第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈのうち２つが陽極側整流ブラシ５２及び陰極側整流ブラシ５３によって短絡されて電流が流れず、他の６つのコイルによって並列回路が構成される。【００７０】
図１１は、図１０に示す状態からロータ２０がセグメント５６の周方向の幅半分だけ回転した状態のモータ５０の展開図を示す。この時、陽極側整流ブラシ５２及び陰極側整流ブラシ５３のいずれも、隣接するセグメント５６同士間を跨いでいない。よって、電流が流れないコイルは存在しない。即ち、８つの第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈ全てに電流が流れて磁束が発生する。そして、陽極側整流ブラシ５２及び陰極側整流ブラシ５３間では、第１コイル６０ａ，第４コイル６０ｄ，第７コイル６０ｇ及び第２コイル６０ｂが直列に接続された状態になると共に、第６コイル６０ｆ，第３コイル６０ｃ，第８コイル６０ｈ及び第５コイル６０ｅが直列に接続された状態になる。【００７１】
つまり、モータ５０に電流が供給されてロータ２０が回転すると、陽極側整流ブラシ５２及び陰極側整流ブラシ５３は、８つの第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈによって構成される１つの閉ループ上を移動していく。図１２において、陽極側整流ブラシ５２及び陰極側整流ブラシ５３は、第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈによって構成される閉ループ上を、反時計回り方向に回転する。また、「３６０°／（界磁極の数２Ｐ／２）」にて求められた７２°間隔の５つのセグメント５６同士が第１〜第８短絡部材６１ａ〜６１ｈにて短絡される。陽極側整流ブラシ５２及び陰極側整流ブラシ５３間の角度は、「３６０°／界磁極の数２Ｐ」の奇数倍にて求められる角度である。そのため、８つの第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈのうちいずれか２つには電流が流れず残りの６つのコイルに電流が流れて磁束が発生する状態と、８つの第１〜第８コイル６０a〜６０ｈの全てに電流が供給されて磁束が発生する状態とが交互に繰り返される。各第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈに供給される電流の向きは、順次切り替えられていく。【００７２】
上記したように、本実施形態によれば、更に以下の利点を有する。
（２１）電機子ステータ１０に備えられた８つの第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈは、整流子５１を構成する複数のセグメント５６にそれぞれ接続されている。整流子５１に摺接する陽極側整流ブラシ５２及び陰極側整流ブラシ５３がロータ２０と共に回転して、第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈに電流を供給すると共に、整流を行う。従って、第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈを備えた電機子ステータ１０がロータ２０の径方向外側に配置された構成のモータ５０において、制御回路を用いることなく第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈ毎に整流を行うことが可能となる。また、第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈのうち、陽極側整流ブラシ５２によって短絡されたコイルと、陰極側整流ブラシ５３によって短絡されたコイルとの２個のみ磁束が発生しない構成とすることができる。その結果、従来のモータと比べて第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈの使用効率を向上させることができる。【００７３】
（２２）「３６０°／（界磁極の数２Ｐ／２）」にて求められた７２°間隔の５つのセグメント５６同士は、第１〜第８短絡部材６１ａ〜６１ｈにて短絡されて８つの第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈのいずれかに接続されている。８つの第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈは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。陽極側整流ブラシ５２及び該陰極側整流ブラシ５３間の角度は、「３６０°／界磁極の数２Ｐ」の奇数倍にて求められる角度（本実施形態では３６°の１倍である３６°）である。このようなモータ５０のロータ２０が回転すると、陽極側整流ブラシ５２及び陰極側整流ブラシ５３は、整流子５１に摺接することにより８つの第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈが構成する１つの閉ループ上を移動していく。そして、陽極側整流ブラシ５２及び陰極側整流ブラシ５３により短絡されて整流が行われているコイル以外のコイルには電流が流れて磁束が発生される。即ち、８つの第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈのうち、電流が供給されないコイルは最大２つであるため、従来のモータと比べて第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈの使用効率を確実に向上させることができる。モータ５０駆動時には、陽極側整流ブラシ５２及び陰極側整流ブラシ５３間に第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈによって並列回路が形成されるため、個々の第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈにかかる電圧を小さくして、整流を良好に行うことができる。【００７４】
（２３）界磁極の数２Ｐが「１０」である本実施形態では、コイルの数Ｑは、「界磁極の数２Ｐ×３／４」よりも大きく且つ「界磁極の数×３／２」小さい範囲内で、界磁極の数と異なるように「８」に設定した。このように設定することにより、界磁極の数２Ｐが「２」でコイルの数Ｑが「３」である従来のモータの短節巻係数（０．８６６）よりも大きい短節巻係数（０．９２４）を有するモータ５０とすることができる。従って、モータ５０は、従来のモータよりも大きな出力を得ることができる。また、図８を見て分かるように、コイルの数Ｑをこのように設定することにより、従来のモータよりも整流電圧を小さくすることができる。【００７５】
（２４）第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈは、ステータコア１１のティース１１ｂに集中巻きにて巻回されているため、各第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈはＮ極及びＳ極のいずれかの磁極をはっきりと発生させることができる。【００７６】
（２５）各セグメント５６間において、７２°間隔の５つのセグメント５６同士を同電位とすべく第１〜第８短絡部材６１ａ〜６１ｈにより短絡し、更にそれぞれ５個ずつの陽極側整流ブラシ５２及び陰極側整流ブラシ５３が整流子５１に摺接している。従って、第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈへの電流の供給むらを低減させることができると共に、火花の発生を抑えて整流子５１、陽極側整流ブラシ５２、及び陰極側整流ブラシ５３に加えられるダメージを軽減することができる。【００７７】
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
上記各実施形態では、２つの永久磁石２５が１つの界磁極を構成しているが、これに限らず、１つの永久磁石２５にて１つの界磁極を構成してもよい。このように構成すると、部品点数を減らして、製造コストを低減させることができる。また、組付けも容易に行うことができる。【００７８】
上記各実施形態では、モータ１，５０は、ロータコアに永久磁石２５が埋設された埋込磁石型モータ（ＩＰＭモータ）となっているが、これに限らず、埋込磁石型モータでないモータであってもよい。【００７９】
上記各実施形態では、陽極側整流ブラシ３６，５２及び陰極側整流ブラシ３７及び５３はそれぞれ複数個備えられている。しかしながら、第１〜第９コイル１２ａ〜１２ｉ，第１〜第８コイル６０ａ〜６０ｈは第１〜第９短絡部材１８ａ〜１８ｉ，第１〜第８短絡部材６１ａ〜６１ｈにて短絡されているため、陽極側整流ブラシ３６，５２及び陰極側整流ブラシ３７，５３はそれぞれ１個まで減らすことができる。この時、陽極側整流ブラシ３６，５２及び陰極側整流ブラシ３７，５３は、該陽極側整流ブラシ３６，５２及び該陰極側整流ブラシ３７，５３間に、「３６０°／界磁極の数２Ｐ」の奇数倍の角度を有して配置されるようにする。このように構成すると、モータ１，５０をより小型化することができる。【００８０】
上記第１実施形態のモータ１は、界磁極の数２Ｐが「８」でコイルの数Ｑが「９」に設定されている。また、上記第２実施形態のモータ５０は、界磁極の数２Ｐが「１０」でコイルの数Ｑが「８」に設定されている。しかしながら、これらに限らず、コイルの数Ｑを、「界磁極の数２Ｐ×３／４」よりも大きく且つ「界磁極の数×３／２」小さい範囲内で、界磁極の数と異なるように設定してもよい。このように構成するのであれば、従来の界磁極の数２Ｐが「２」でコイルの数Ｑが「３」の従来のモータにおける短節巻係数よりも大きい短節巻係数を有するモータを得ることができる（図８において、太枠で囲われた部分のデータを有するモータを得る）。その結果、従来のモータよりも出力が大きいモータを得ることができる。【００８１】
上記各実施形態では、永久磁石２５は、最大エネルギ積が１００ｋＪ／ｍ3以上のものが使用されているが、これに限らず、１００ｋＪ／ｍ3より小さいものを使用してもよい。この場合でも、図９に示すように、界磁極の数２Ｐが大きいほどモータの出力密度は大きくなる。【００８２】
上記第１実施形態のモータ１は、界磁極の数２Ｐ及びコイルの数Ｑが（２Ｐ，Ｑ）＝（８，９）に設定されているが、これに限らない。例えば、（２Ｐ，Ｑ）＝（２，３），（４，５），（６，８）のいずれかに設定されてもよい。また、図９に実線で示すグラフより、界磁極の数２Ｐが「４」以上であるモータは、永久磁石の最大エネルギ積の増大に伴って、モータの出力密度が増大すると考えられる。従って、界磁極の数２Ｐ及びコイルの数Ｑの組合せは、（２Ｐ，Ｑ）＝（２，３），（４，５），（６，８）の３組に限らず、界磁極の数２Ｐが「４」以上であれば、他の組合せとなるように設定してもよい。このように構成のであれば、永久磁石の最大エネルギ積を増大させることにより、より大きな出力密度を得るモータを得ることができる。【００８３】
上記各実施形態では、整流子１７は、第２ハウジング部材３ｂを介して電機子ステータ１０に固定されているが、直接電機子ステータ１０に固定されてもよい。
上記各実施形態のモータは、インナーロータ型であった。つまり、永久磁石２５にて構成された複数の界磁極を備えたロータ２０の径方向外側に、複数のコイルを備えた電機子ステータ１０を配置しており、モータ１，５０に電流が供給されると、電機子ステータ１０の径方向内側に配置されたロータ２０が回転する構成となっていた。しかしながら、モータをアウターロータ型としてもよい。具体的には、永久磁石２５にて構成された界磁極を備えた界磁体としてのステータを中心部に配置し、該ステータの径方向外側に、複数のコイルを備えた電機子体としてのロータとして配置する構成であってもよい。この場合、整流子１７，５１は、ロータとしての電機子体と共に回転する。
【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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