(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネットの磁極数ｍを偶数個とし、電機子鉄心のスロット数ｎを磁極数ｍより２個多くし（ｎ＝ｍ＋２）、該電機子鉄心にコイルを集中巻きすると共に、整流子セグメント数ｓを、ｓ＝（ｍ／２）×ｎとし、且つブラシ幅を整流子セグメントの２セグメント分とすると共に、ブラシ間隔を整流子セグメントの１セグメント分とし、且つ、ブラシ間で通電されるコイルが全て並列回路となるような前記整流子セグメントへの結線及びブラシ構成を持つことを特徴とするブラシ付き直流モータ。
【請求項２】
前記コイルは、１本のマグネットワイヤを前記整流子セグメントに接続されたライザに結線しながら前記電機子鉄心の各突極に所定順序で一筆書きで巻線し、全ての巻線を終了した後に、所定のライザ間を直結するマグネットワイヤを切断して形成したことを特徴とする請求項１に記載のブラシ付き直流モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電機子鉄心にコイルを集中巻きしたブラシ付き直流モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の集中巻き方式のブラシ付き直流モータの一例として、特公昭６１−４７０６２公報に示す８極９スロットの直流モータがある。この直流モータは、スロット数（コイル数）が奇数であるため、電機子（回転子）に働く力が偶力とならない。このため、電機子に対して回転方向の力以外に径方向の力が働き、この径方向の力が電機子の回転に伴って向きを変えるため、回転中の電機子が振れ回り状態となり、振動が発生するという欠点がある。
【０００３】
そこで、特開平１１−６９７４７号公報に示すように、４極６スロットの直流モータが提案されている。この４極６スロットの直流モータは、スロット数が偶数であるため、電機子に働く力が偶力となり、電機子が振れ回りを起こさずに滑らかに回転するという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平１１−６９７４７号公報に示された４極６スロットの直流モータは、インダクタンスが大きいために、ブラシの寿命が低下するという欠点がある。つまり、この公報の４極６スロットの直流モータは、図５に示すように、ブラシ１（＋Ｂ）とブラシ２（ＧＮＤ）との間に流れる電流が、矢印で示すように２個のコイル３を直列に接続したコイル直列回路を流れる。このように、電流がコイル直列回路を流れる場合には、該回路のインダクタンスが大きくなるため、該回路に誘起されるリアクタンス電圧が大きくなって、隣接する整流子セグメント４間に火花が発生しやすくなり、その火花によってブラシが摩耗しやすくなる。一般に、インダクタンス（リアクタンス電圧）が大きくなるほど、ブラシ１，２の寿命が低下するため、ブラシ１，２の寿命を延ばすには、インダクタンスを低減する必要がある。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、ブラシ付き直流モータのインダクタンスを低減してブラシの寿命を延ばすことができると共に、振動の少ない滑らかな回転を実現することができるブラシ付き直流モータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１のブラシ付き直流モータは、マグネットの磁極数ｍを偶数個とし、電機子鉄心のスロット数ｎを磁極数ｍより２個多くし（ｎ＝ｍ＋２）、該電機子鉄心にコイルを集中巻きすると共に、整流子セグメント数ｓを、ｓ＝（ｍ／２）×ｎ＝（ｍ／２）×（ｍ＋２）とし、且つブラシ幅を整流子セグメントの２セグメント分とすると共に、ブラシ間隔を整流子セグメントの１セグメント分とし、且つ、ブラシ間で通電されるコイルが全て並列回路となるような整流子セグメントへの結線及びブラシ構成を持つことを特徴とするものである。本発明を例えば４極６スロットの直流モータに適用すると、図４に示すように、ブラシ（＋Ｂ）とブラシ（ＧＮＤ）との間に流れる電流が４個のコイルに流れるが、これら４個の通電コイルはブラシ（＋Ｂ）とブラシ（ＧＮＤ）との間に全て並列に配列され、ブラシ（＋Ｂ）とブラシ（ＧＮＤ）との間には、複数の通電コイルが直列に配列されることはない。このため、直流モータのインダクタンス（リアクタンス電圧）が小さくなり、ブラシの寿命を延ばすことができる。しかも、電機子鉄心のスロット数が偶数であるため、電機子に働く力が偶力となり、回転中の電機子が振れ回りを起こさず、振動の少ない滑らかな回転を実現することができる。
【０００７】
この場合、請求項２のように、電機子鉄心にコイルを集中巻きする際に、１本のマグネットワイヤを整流子セグメントに接続されたライザに結線しながら電機子鉄心の各突極に所定順序で一筆書きで巻線し、全ての巻線を終了した後に、所定のライザ間を直結するマグネットワイヤを切断すると良い。このように、１本のマグネットワイヤで一筆書きでコイルを集中巻きすれば、巻線作業を極めて能率良く行うことができ、量産性を向上できてコストダウンの要求も満たすことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を４極６スロットの直流モータに適用した一実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。モータハウジングを兼ねる円筒状のヨーク１１の内周部にＮ極とＳ極のマグネット１２が交互に合計４個取り付けられ、４極の界磁が構成されている。このマグネット１２の内周側には、電機子１３が回転軸１４を中心にして回転可能に設けられている。電機子１３の電機子鉄心１５に放射状に形成された６個の突極Ａ〜Ｆにコイル１６が後述するように一筆書きで集中巻きされている。この場合、電機子１３のスロット１７の数ｎは６個であり、マグネット１２の磁極数ｍ（＝４）より２個多くなっている。
【０００９】
電機子鉄心１５の軸方向端面には、整流子セグメントＳ１〜Ｓ１２（図２参照）が回転軸１４の周囲に放射状に設けられている。この場合、整流子セグメントＳ１〜Ｓ１２の数ｓは、次式から１２個に設定されている。
ｓ＝（ｍ／２）×ｎ＝（４／２）×６＝１２
ｍ：マグネット１２の磁極数
ｎ：スロット１７の数
【００１０】
１２個の整流子セグメントＳ１〜Ｓ１２のうちの奇数番目の整流子セグメントＳ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１１には、それぞれコイル１６を結線するためのライザ１８が設けられている。ライザ１８が設けられた奇数番目の整流子セグメントＳ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１１には、コイル１６が結線されているが、ライザ１８が設けられていない偶数番目の整流子セグメントＳ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１２には、コイル１６が結線されておらず、オープン状態となっている。
【００１１】
この場合、電機子鉄心１５にコイル１６を集中巻きする際に、図２又は図３に示す巻線順序で、１本のマグネットワイヤ１９を各整流子セグメントＳ１，Ｓ３，…に接続されたライザ１８に結線しながら電機子鉄心１５の各突極Ａ〜Ｆに所定順序で一筆書きで巻線し、全ての巻線を終了した後に、所定のライザ１６間を直結するマグネットワイヤ１９を切断する。
【００１２】
例えば、図２に示す巻線方法（その１）では、１番目の整流子セグメントＳ１のライザ結線から巻線作業を開始し、突極Ｂの巻線→５番目の整流子セグメントＳ５のライザ結線→突極Ｄの巻線→９番目の整流子セグメントＳ９のライザ結線→突極Ｆの巻線→１番目の整流子セグメントＳ１のライザ結線→７番目の整流子セグメントＳ７のライザ結線→突極Ｃの巻線→３番目の整流子セグメントＳ３のライザ結線→突極Ａの巻線→１１番目の整流子セグメントＳ１１のライザ結線→突極Ｅの巻線→７番目の整流子セグメントＳ７のライザ結線→９番目の整流子セグメントＳ９のライザ結線→３番目の整流子セグメントＳ３のライザ結線→５番目の整流子セグメントＳ５のライザ結線→１１番目の整流子セグメントＳ１１のライザ結線の順序で、１本のマグネットワイヤ１９を各突極Ａ〜Ｆに順番に巻線していく。そして、全ての巻線作業を終了した後に、整流子セグメントＳ３，Ｓ５のライザ１８間を直結するマグネットワイヤ１９を切断し、且つ整流子セグメントＳ７，Ｓ９のライザ１８間を直結するマグネットワイヤ１９を切断する。
【００１３】
一方、図３に示す巻線方法（その２）では、５番目の整流子セグメントＳ５のライザ結線から巻線作業を開始し、１１番目の整流子セグメントＳ１１のライザ結線→突極Ａの巻線→３番目の整流子セグメントＳ３のライザ結線→突極Ｃの巻線→７番目の整流子セグメントＳ７のライザ結線→１番目の整流子セグメントＳ１のライザ結線→突極Ｆの巻線→９番目の整流子セグメントＳ９のライザ結線→突極Ｄの巻線→５番目の整流子セグメントＳ５のライザ結線→突極Ｂの巻線→１番目の整流子セグメントＳ１のライザ結線→７番目の整流子セグメントＳ７のライザ結線→突極Ｅの巻線→１１番目の整流子セグメントＳ１１のライザ結線→９番目の整流子セグメントＳ９のライザ結線→３番目の整流子セグメントＳ３のライザ結線の順序で、１本のマグネットワイヤ１９を各突極Ａ〜Ｆに順番に巻線していく。そして、全ての巻線作業を終了した後に、整流子セグメントＳ９，Ｓ１１のライザ１８間を直結するマグネットワイヤ１９を切断する。
【００１４】
整流子セグメントＳ１〜Ｓ１２のいずれかに摺接する２個のブラシ２０，２１（＋Ｂ，ＧＮＤ）の幅は、それぞれ整流子セグメントの２セグメント分に形成され、且つ、２つのブラシ２０，２１（＋Ｂ，ＧＮＤ）の間隔は、整流子セグメントの１セグメント分に設定されている。
【００１５】
以上のように構成した本実施形態のブラシ付き直流モータの各突極Ａ〜Ｆに巻回された６個のコイル１６は、図４に示すように、ライザ１８が設けられた奇数番目の整流子セグメントＳ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１１の間に１個ずつ接続されている。つまり、整流子セグメントＳ１１，Ｓ３間に突極Ａのコイル１６（以下「コイルＡ」と表記する）が接続され、整流子セグメントＳ３，Ｓ７間に突極Ｃのコイル１６（以下「コイルＣ」と表記する）が接続され、整流子セグメントＳ５，Ｓ９間に突極Ｄのコイル１６（以下「コイルＤ」と表記する）が接続され、整流子セグメントＳ９，Ｓ１間に突極Ｆのコイル１６（以下「コイルＦ」と表記する）が接続され、整流子セグメントＳ１１，Ｓ７間に突極Ｅのコイル１６（以下「コイルＥ」と表記する）が接続され、整流子セグメントＳ５，Ｓ１間に突極Ｂのコイル１６（以下「コイルＢ」と表記する）が接続されている。
【００１６】
２つのブラシ２０，２１（＋Ｂ，ＧＮＤ）と整流子セグメントＳ１〜Ｓ１２の位置関係が図２、図３に示す状態になっている時は、一方のブラシ２０（＋Ｂ）が３個の整流子セグメントＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１２に摺接するが、そのうち、両側の整流子セグメントＳ１０，Ｓ１２はコイル１６に結線されていないため、ブラシ２０（＋Ｂ）は、中間の整流子セグメントＳ１１のみによってコイル１６に通電する。また、他方のブラシ２１（ＧＮＤ）は、３個の整流子セグメントＳ７，Ｓ８，Ｓ９に摺接するが、そのうち、中間の整流子セグメントＳ８はコイル１６に結線されていないため、ブラシ２１（ＧＮＤ）は、両側の整流子セグメントＳ７，Ｓ９を介してコイル１６をＧＮＤ（グランド）に導通させる。
【００１７】
これにより、図４に矢印で示すように、ブラシ２０（＋Ｂ）とブラシ２１（ＧＮＤ）との間に流れる電流が６個のコイルＡ〜Ｆのうち４個のコイルＥ，Ａ，Ｄ，Ｂに流れるが、これら４個の通電コイルＥ，Ａ，Ｄ，Ｂはブラシ２０（＋Ｂ）とブラシ２１（ＧＮＤ）との間に全て並列に配列され、ブラシ２０（＋Ｂ）とブラシ２１（ＧＮＤ）との間には、複数の通電コイルが直列に配列されることはない。このため、直流モータのインダクタンス（リアクタンス電圧）が小さくなり、隣接する整流子セグメント間に火花が発生しにくくなって、ブラシ２０，２１の寿命を延ばすことができる。しかも、電機子鉄心１５のスロット１７の数が偶数であるため、電機子１３に働く力が偶力となり、回転中の電機子１３が振れ回りを起こさず、振動の少ない滑らかな回転を実現することができる。
【００１８】
しかも、本実施形態では、電機子鉄心１５にコイル１６を集中巻きする際に、図２又は図３に示す順序又は逆の順序で、１本のマグネットワイヤ１９を各整流子セグメントＳ１，Ｓ３，…に接続されたライザ１８に結線しながら電機子鉄心１５の各突極Ａ〜Ｆに所定順序で一筆書きで巻線し、全ての巻線を終了した後に、所定のライザ１６間を直結するマグネットワイヤ１９を切断するようにしたので、巻線作業を極めて能率良く行うことができ、量産性を向上できてコストダウンの要求も満たすことができる。但し、本発明は、１本のマグネットワイヤ１９で一筆書きで集中巻きする構成に限定されず、一筆書き以外の方法で集中巻きするようにしても良く、この場合でも、本発明の所期の目的を十分に達成することができる。
【００１９】
以上説明した本実施形態は、本発明を４極６スロットの直流モータに適用した実施形態であるが、マグネットの磁極数ｍやスロット数ｎは適宜変更しても良く、要は、磁極数ｍを偶数個とし、スロット数ｎを磁極数ｍより２個多くし（ｎ＝ｍ＋２）、電機子鉄心にコイルを集中巻きすると共に、整流子セグメント数ｓを、ｓ＝（ｍ／２）×ｎ＝（ｍ／２）×（ｍ＋２）とし、且つブラシ幅を整流子セグメントの２セグメント分とすると共に、ブラシ間隔を整流子セグメントの１セグメント分とすれば良い。例えば、本発明を６極８スロットの直流モータに適用しても良く、この場合は、整流子セグメント数ｓを、ｓ＝（ｍ／２）×ｎ＝（６／２）×８＝２４とすれば良い。
【００２０】
尚、図１の構成例では、整流子セグメントＳ１〜Ｓ１２を回転軸１４の周囲に放射状に平面的に配列したが、整流子セグメントＳ１〜Ｓ１２を回転軸１４の周囲に円筒状に配列して、その外周囲にブラシを配置するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す直流モータの主要部の側面図
【図２】巻線方法（その１）を説明する展開巻線図
【図３】巻線方法（その２）を説明する展開巻線図
【図４】直流モータの電気回路図
【図５】従来の直流モータの電気回路図
【符号の説明】
１１…ヨーク、１２…マグネット、１３…電機子、１４…回転軸、１５…電機子鉄心、１６…コイル、１７…スロット、１８…ライザ、１９…マグネットワイヤ、２０，２１…ブラシ、Ａ〜Ｆ…突極、Ｓ１〜Ｓ１２…整流子セグメント。
【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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