(57)【要約】【課題】コイルの鎖交磁束が減少することを抑制すると共にコイルのインダクタンスが増加することを抑制する。【解決手段】直流電動機１０は、マグネット１４を有する固定子１６と、回転軸３０、回転子コア３２、整流子３４及び複数のコイル３６を有する回転子１８と、を備えている。回転子コア３２は、径方向に延びると共に周方向に沿って間隔を空けて配置された複数の主極部４０と、径方向に延びると共に各々の主極部４０の間に配置された複数の補極部４２と、を備えている。整流子３４は、ブラシが摺接する複数のセグメント３４Ａを備えている。コイル３６は、端末部がそれぞれ異なる一対のセグメント３４Ａに接続される複数の巻線が巻回されることによって形成されており、各々の主極部４０の回りにはそれぞれ複数のコイル３６が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネットを有する固定子と、
前記固定子の径方向内側に設けられた回転軸に固定され、径方向に延びると共に周方向に沿って間隔を空けて配置された複数の主極部と、径方向に延びると共に各々の前記主極部の間に配置された複数の補極部と、を有する回転子コアと、前記回転軸に固定され、ブラシが摺接する複数のセグメントを有する整流子と、端末部がそれぞれ異なる一対の前記セグメントに接続される複数の巻線が巻回されることによって形成され、各々の前記主極部の回りにそれぞれ設けられた複数のコイルと、を有する回転子と、
を備えた直流電動機。
【請求項２】
前記主極部の数をＴとし、前記固定子の一部を構成する前記マグネットの極対数をＰとし、
前記セグメントの数が、Ｔ×Ｐ×ｎ（ｎ＝１，２，３，…）で求められる数に設定されている請求項１記載の直流電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１及び特許文献２には、導電性の巻線が巻回されることによって外周部に沿ってコイルが形成された複数の主極部（主突極部，主極）と、一の主極部と他の主極部との間に設けられた補極部（補助突極部，補極）と、を有する電機子を含んで構成された電動機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特平３−２４３１５４号公報
【特許文献２】実開平３−９７３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、主極部及び補極部を有する電機子を含んで構成された直流電動機では、巻線が主極部に集中巻回されることによって当該主極部の回りに単一のコイルが形成されるため、当該コイルの鎖交磁束が減少し易くなると共にコイルのインダクタンスが増加し易くなる。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、コイルの鎖交磁束が減少することを抑制することができると共にコイルのインダクタンスが増加することを抑制することができる直流電動機を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の直流電動機は、マグネットを有する固定子と、前記固定子の径方向内側に設けられた回転軸に固定され、径方向に延びると共に周方向に沿って間隔を空けて配置された複数の主極部と、径方向に延びると共に各々の前記主極部の間に配置された複数の補極部と、を有する回転子コアと、前記回転軸に固定され、ブラシが摺接する複数のセグメントを有する整流子と、端末部がそれぞれ異なる一対の前記セグメントに接続される複数の巻線が巻回されることによって形成され、各々の前記主極部の回りにそれぞれ設けられた複数のコイルと、を有する回転子と、を備えている。
【０００７】
請求項１記載の直流電動機によれば、ブラシが整流子の各々のセグメントに摺接することによって複数のコイルへの通電が切替えられる。これにより、回転子コア内に生じる磁界が切替えられ、当該磁界と固定子のマグネットの磁界とによって回転子が固定子に対して回転する。
【０００８】
また、本発明では、補極部が主極部の間に設けられていることにより、直流電動機のコギングトルク及びトルクリップルを低減することができる。
【０００９】
ここで、本直流電動機では、複数のコイルが各々の主極部の回りにそれぞれ設けられている。換言すると、１つの主極部の回りに２つ以上のコイルが設けられている。これにより、１つの極部の回りに１つのコイルが設けられている構成に比して、巻線係数の低下が抑制され、ひいては、コイルの鎖交磁束が減少することを抑制することができる。また、同じターン数の単一のコイルを主極部の回りに設けた場合に比して、１つのコイルの巻数が少なくなり当該コイルのインダクタンスが増加することを抑制することができる。
【００１０】
これに加えて、本直流電動機では、１つの主極部の回りに設けられた２つ以上のコイルは、それぞれ異なる一対のセグメントに接続されている。これにより、ブラシが各セグメントに摺接することによるコイルへの通電の切替時のエネルギーを小さくすることができ、ひいては、ブラシの寿命が低下することを抑制することができる。また、コイルへの通電の切替時のノイズを低減することができる。
【００１１】
請求項２記載の直流電動機は、請求項１記載の直流電動機において、前記主極部の数をＴとし、前記固定子の一部を構成する前記マグネットの極対数をＰとし、前記セグメントの数が、Ｔ×Ｐ×ｎ（ｎ＝１，２，３，…）で求められる数に設定されている。
【００１２】
請求項２記載の直流電動機によれば、セグメントの数を上記の数に設定することにより、コイルの鎖交磁束が減少することを抑制しつつ、コイルのインダクタンスが増加することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る直流電動機を示す分解斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る直流電動機を示す平断面図である。
【図３】各々のコイルと整流子の各セグメントとの接続関係を示す模式図である。
【図４】対比例に係る直流電動機を示す図２に対応する平断面図である。
【図５】第１実施形態に係る直流電動機の鎖交磁束と対比例に係る直流電動機の鎖交磁束とを比較したヒストグラムである。
【図６】図２、図４及び図７に示された直流電動機のコイルのインダクタンスを示すヒストグラムである。
【図７】第２実施形態に係る直流電動機を示す図２に対応する平断面図である。
【図８】第３実施形態に係る直流電動機を示す図２に対応する平断面図である。
【図９】第４実施形態に係る直流電動機を示す図２に対応する平断面図である。
【図１０】第５実施形態に係る直流電動機を示す図２に対応する平断面図である。
【図１１】第３実施形態に係る直流電動機の各々のコイルと整流子の各セグメントとの接続関係の一例を示す模式図である。
【図１２】第３実施形態に係る直流電動機の各々のコイルと整流子の各セグメントとの接続関係の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１〜図３を用いて本発明の第１実施形態に係る直流電動機について説明する。なお、図中に適宜示す矢印Ｚ方向、矢印Ｒ方向、矢印Ｃ方向は、直流電動機の軸方向、径方向、周方向をそれぞれ示すものとする。また以下、単に軸方向、径方向、周方向を示す場合は、特に断りのない限り、直流電動機の軸方向、径方向、周方向を示すものとする。
【００１５】
図１に示されるように、本実施形態の直流電動機１０は、ヨーク１２及び当該ヨーク１２に固定された複数のマグネット１４を含んで構成された固定子１６と、固定子１６内において回転可能に設けられた回転子１８と、回転子１８の整流子３４と摺接することによって回転子１８の一部を構成するコイル３６への通電を切替えるブラシ装置２０と、を備えている。
【００１６】
ヨーク１２は、鋼板材にプレス加工等が施されることによって形成されており、このヨーク１２は、円筒状に形成された周壁部１２Ａと、周壁部１２Ａの一方側の端部を閉止する底壁部１２Ｂと、周壁部１２Ａの他方側の端から径方向外側に延びるフランジ部１２Ｃと、を備えている。図２に示されるように、周壁部１２Ａの径方向内側の面には、複数のマグネット１４（Ｎ極マグネット１４Ｎ及びＳ極マグネット１４Ｓ）が周方向に沿って等間隔に配列された状態で固定されている。また、Ｎ極マグネット１４ＮとＳ極マグネット１４Ｓとは、周方向に沿って交互に配置されている。
【００１７】
図１に示されるように、ヨーク１２の底壁部１２Ｂには、後述する回転子１８の回転軸３０が軸支される図示しないベアリングが固定されている。また、フランジ部１２Ｃには、カバー部材２２が取付けられるようになっており、これにより、回転子１８の電機子（回転子コア３２及びコイル３６）がヨーク１２とカバー部材２２との間に収容されるようになっている。また、カバー部材２２には、回転軸３０を軸支する図示しないベアリングが固定されている。
【００１８】
ブラシ装置２０は、図示しないブラシと、当該ブラシを保持するブラシホルダ２４と、を含んで構成されている。ブラシホルダ２４は、円板状に形成されたプレート部材２６と、プレート部材２６に固定された一対のブラシガイド部２８と、を含んで構成されている。そして、図示しないブラシがブラシガイド部２８に挿入されて、ブラシガイド部２８に挿入されたブラシが図示しないスプリングによって径方向内側に向けて付勢されることによって、ブラシと整流子３４とが摺接するようになっている。なお、本実施形態では、一のブラシガイド部２８と他のブラシガイド部２８とが周方向に沿って１８０°の間隔を空けて配置されている。
【００１９】
次に、本実施形態の要部である回転子１８の構成について説明する。
【００２０】
図１及び図２に示されるように、回転子１８は、回転軸３０と、回転軸３０に固定された回転子コア３２及び整流子３４と、回転子コア３２の各々の主極部４０の回りに設けられた複数のコイル３６と、を含んで構成されている。
【００２１】
図１に示されるように、回転軸３０は、鋼材等を用いて棒状に形成されている。この回転軸３０の一端部はヨーク１２の底壁部１２Ｂに固定されたベアリングに軸支されており、また回転軸３０の他端側は、カバー部材２２に挿通された状態で当該カバー部材２２に固定されたベアリングに軸支されている。
【００２２】
図２に示されるように、回転子コア３２は、厚肉円筒状に形成された鉄心環状部３８と、鉄心環状部３８の径方向外側の面から径方向外側に向けて延びる複数の主極部４０及び複数の補極部４２と、を備えている。
【００２３】
鉄心環状部３８の軸心部には、回転軸３０が圧入される圧入孔３８Ａが形成されており、回転軸３０が当該圧入孔３８Ａに圧入されることによって、回転子コア３２が回転軸３０に固定されるようになっている。
【００２４】
主極部４０は、鉄心環状部３８の径方向外側の面から径方向外側に向けて延びると共に後述する巻線４４が巻回される巻回部４０Ａと、巻回部４０Ａの径方向外側の端部からそれぞれ周方向一方側及び他方側に向けて延びる対向部４０Ｂと、を備えている。また、対向部４０Ｂの径方向外側の面Ｓ１は軸方向視で弧状に形成されている。また、本実施形態では、６つの主極部４０が周方向に沿って等間隔に配置されている。
【００２５】
補極部４２は、一の主極部４０と当該一の主極部４０に隣接する他の主極部４０との間において鉄心環状部３８の径方向外側の面から径方向外側に向けて延びる一般部４２Ａと、一般部４２Ａの径方向外側の端部からそれぞれ周方向一方側及び他方側に向けて延びる対向部４２Ｂと、を備えている。一般部４２Ａの幅Ｂ１（周方向への寸法）は、主極部４０の巻回部４０Ａの幅Ｂ２よりも狭く設定されており、また対向部４２Ｂの幅Ｂ３（周方向への寸法）は、主極部４０の対向部４０Ｂの幅Ｂ４よりも狭く設定されている。さらに、対向部４２Ｂの径方向外側の面Ｓ２は、軸方向視で主極部４０の対向部４０Ｂの径方向外側の面Ｓ１と略同一の半径とされた弧状に形成されている。また、対向部４２Ｂの周方向の端部の厚みＴと、主極部４０の対向部４０Ｂの周方向の端部の厚みＴとは、略同一の厚みとされている。また、本実施形態では、６つの補極部４２が周方向に沿って等間隔に配置されている。
【００２６】
図１及び図３に示されるように、整流子３４は、図示しないブラシが摺接する複数のセグメント３４Ａを備えており、本実施形態では１２個のセグメント３４Ａが周方向に沿って等間隔に配置されている。
【００２７】
図２に示されるように、本実施形態では、１つの主極部４０の巻回部４０Ａ回りに２本の巻線４４がそれぞれ巻回されることによって、１つの主極部４０の巻回部４０Ａ回りに２つのコイル３６が形成されている。
【００２８】
図３に示されるように、第１の主極部４０の巻回部４０Ａの回りに設けられた一のコイル３６の端末部は、１番のセグメント３４Ａ及び１２番のセグメント３４Ａに接続されており、他のコイル３６の端末部は、１０番のセグメント３４Ａ及び１１番のセグメント３４Ａに接続されている。第２の主極部４０の巻回部４０Ａの回りに設けられた一のコイル３６の端末部は、２番のセグメント３４Ａ及び３番のセグメント３４Ａに接続されており、他のコイル３６の端末部は、１番のセグメント３４Ａ及び１２番のセグメント３４Ａに接続されている。第３の主極部４０の巻回部４０Ａの回りに設けられた一のコイル３６の端末部は、４番のセグメント３４Ａ及び５番のセグメント３４Ａに接続されており、他のコイル３６の端末部は、２番のセグメント３４Ａ及び３番のセグメント３４Ａに接続されている。第４の主極部４０の巻回部４０Ａの回りに設けられた一のコイル３６の端末部は、６番のセグメント３４Ａ及び７番のセグメント３４Ａに接続されており、他のコイル３６の端末部は、４番のセグメント３４Ａ及び５番のセグメント３４Ａに接続されている。第５の主極部４０の巻回部４０Ａの回りに設けられた一のコイル３６の端末部は、８番のセグメント３４Ａ及び９番のセグメント３４Ａに接続されており、他のコイル３６の端末部は、６番のセグメント３４Ａ及び７番のセグメント３４Ａに接続されている。第６の主極部４０の巻回部４０Ａの回りに設けられた一のコイル３６の端末部は、１０番のセグメント３４Ａ及び１１番のセグメント３４Ａに接続されており、他のコイル３６の端末部は、８番のセグメント３４Ａ及び９番のセグメント３４Ａに接続されている。
【００２９】
（本実施形態の作用並びに効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
【００３０】
図１〜図３に示されるように、本実施形態の直流電動機１０によれば、図示しないブラシが整流子３４の各々のセグメント３４Ａに摺接することによって１２個のコイル３６への通電が切替えられる。これにより、回転子コア３２内に生じる磁界が切替えられ、当該磁界と固定子１６のマグネット１４の磁界とによって回転子１８が固定子１６に対して回転する。
【００３１】
また、本実施形態では、補極部４２が主極部４０の間に設けられていることにより、直流電動機１０のコギングトルク及びトルクリップルを低減することができる。
【００３２】
さらに、本直流電動機１０では、複数のコイル３６が各々の主極部４０の回りにそれぞれ設けられている。換言すると、１つの主極部４０の回りに２つのコイル３６が設けられている。これにより、図４に示された１つの極部５０の回りに１つのコイル３６が設けられている直流電動機４６に比して、巻線係数の低下が抑制され、ひいては、コイル３６の鎖交磁束が減少することを抑制することができる。
【００３３】
ここで、対比例に係る直流電動機４６について説明すると、当該直流電動機４６の回転子コア４８は、１２個の極部５０を備えている。そして、１つの極部５０の回りに１つのコイル３６が形成されている。なお、１つの極部５０の回りに形成された１つのコイル３６のターン数は、上記実施形態のコイル３６のターン数と同一のターン数である。図５に示されるように、直流電動機４６のコイル３６の鎖交磁束と本実施形態の直流電動機１０のコイル３６の鎖交磁束とを比較すると、本実施形態では、鎖交磁束の減少が抑制されていることがわかる。
【００３４】
また、１つの主極部４０の回りに２つのコイル３６が設けられている構成とすることにより、同じターン数の単一のコイルを主極部４０の回りに設けた場合に比して、１つのコイル３６の巻数が少なくなり当該コイル３６のインダクタンスが増加することを抑制することができる。図６に示されるように、直流電動機４６のコイル３６のインダクタンスと本実施形態の直流電動機１０のコイル３６のインダクタンスとを比較すると、本実施形態では、インダクタンスが低減されていることがわかる。そしてさらに、図７に示された第２実施形態に係る直流電動機５２のように、１つの主極部４０の回りに４つのコイル３６が設けられた構成とすることにより、図６に示されるように、コイル３６のインダクタンスをより一層低減することができる。
【００３５】
これに加えて、図３に示されるように、本実施形態の直流電動機１０では、１つの主極部４０の回りに設けられた２つのコイル３６が、それぞれ異なる一対のセグメント３４Ａに接続されている。これにより、ブラシが各セグメント３４Ａに摺接することによるコイル３６への通電の切替時のエネルギーを小さくすることができ、ひいては、ブラシの寿命が低下することを抑制することができる。また、コイル３６への通電の切替時のノイズを低減することができる。
【００３６】
（他の実施形態に係る直流電動機）
次に、本発明の他の実施形態に係る直流電動機について説明する。なお、上記実施形態と同一の機能を有する部材及び部分については、上記実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
図８に示されるように、第３実施形態に係る直流電動機５４は、４つのマグネット１４を含んで構成された固定子１６と、３つの主極部４０及び３つの補極部４２と、を含んで構成されている。
【００３８】
また、図９に示されるように、第４実施形態に係る直流電動機５６は、６つのマグネット１４を含んで構成された固定子１６と、５つの主極部４０及び５つの補極部４２と、を含んで構成されている。
【００３９】
さらに、図１０に示されるように、第５実施形態に係る直流電動機５８は、１０個のマグネット１４を含んで構成された固定子１６と、８つの主極部４０及び８つの補極部４２と、を含んで構成されている。
【００４０】
そして、図８〜図１０に示された直流電動機５４，５６，５８の各々の主極部４０には、それぞれ複数のコイル３６が設けられている。
【００４１】
また、図８〜図１０に示された直流電動機５４，５６，５８は、コイル３６の総数に対応する数のセグメント３４Ａを有する整流子３４を備えている。一例として、２つのコイル３６が１つの主極部４０の回りに設けられた第３実施形態に係る直流電動機５４は、図１１に示されるように、６つのセグメント３４Ａを有する整流子３４を備えている。そして、第１の主極部４０の巻回部４０Ａの回りに設けられた一のコイル３６の端末部は、１番のセグメント３４Ａ及び６番のセグメント３４Ａに接続されており、他のコイル３６の端末部は、３番のセグメント３４Ａ及び４番のセグメント３４Ａに接続されている。第２の主極部４０の巻回部４０Ａの回りに設けられた一のコイル３６の端末部は、２番のセグメント３４Ａ及び３番のセグメント３４Ａに接続されており、他のコイル３６の端末部は、５番のセグメント３４Ａ及び６番のセグメント３４Ａに接続されている。第３の主極部４０の巻回部４０Ａの回りに設けられた一のコイル３６の端末部は、４番のセグメント３４Ａ及び５番のセグメント３４Ａに接続されており、他のコイル３６の端末部は、１番のセグメント３４Ａ及び２番のセグメント３４Ａに接続されている。
【００４２】
また、４つのコイル３６が１つの主極部４０の回りに設けられた第３実施形態に係る直流電動機５４は、図１２に示されるように、１２個のセグメント３４Ａを有する整流子３４を備えている。そして、第１の主極部４０の巻回部４０Ａの回りに設けられた第１のコイル３６の端末部は、１番のセグメント３４Ａ及び１２番のセグメント３４Ａに接続されており、第２のコイル３６の端末部は、６番のセグメント３４Ａ及び７番のセグメント３４Ａに接続されており、第３のコイル３６の端末部は、３番のセグメント３４Ａ及び４番のセグメント３４Ａに接続されており、第４のコイル３６の端末部は、９番のセグメント３４Ａ及び１０番のセグメント３４Ａに接続されている。また、第２の主極部４０の巻回部４０Ａの回りに設けられた第１のコイル３６の端末部は、４番のセグメント３４Ａ及び５番のセグメント３４Ａに接続されており、第２のコイル３６の端末部は、１０番のセグメント３４Ａ及び１１番のセグメント３４Ａに接続されており、第３のコイル３６の端末部は、７番のセグメント３４Ａ及び８番のセグメント３４Ａに接続されており、第４のコイル３６の端末部は、１番のセグメント３４Ａ及び２番のセグメント３４Ａに接続されている。また、第３の主極部４０の巻回部４０Ａの回りに設けられた第１のコイル３６の端末部は、８番のセグメント３４Ａ及び９番のセグメント３４Ａに接続されており、第２のコイル３６の端末部は、２番のセグメント３４Ａ及び３番のセグメント３４Ａに接続されており、第３のコイル３６の端末部は、１１番のセグメント３４Ａ及び１２番のセグメント３４Ａに接続されており、第４のコイル３６の端末部は、５番のセグメント３４Ａ及び６番のセグメント３４Ａに接続されている。
【００４３】
以上説明した直流電動機５４，５６，５８において、主極部の数をＴとし、固定子の一部を構成するマグネット１４の極対数（Ｎ極マグネット１４ＮとＳ極マグネット１４Ｓとの対の数）をＰとして、セグメント３４Ａの数をＴ×Ｐ×ｎ（ｎ＝１，２，３，…）で求められる数に設定することにより、上記第１実施形態及び第２実施形態に係る直流電動機１０，５２と同様に、コイル３６の鎖交磁束が減少することを抑制しつつ、コイル３６のインダクタンスが増加することを抑制することができる。
【００４４】
なお、上記実施形態では、主極部４０の数を３、５、６，８個とした場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。主極部４０の数は、直流電動機の出力特性やトルク変動等を考慮して適宜設定すればよい。
【００４５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４６】
１０…直流電動機，１４…マグネット，１６…固定子，１８…回転子，３０…回転軸，３２…回転子コア，３４…整流子，３４Ａ…セグメント，３６…コイル，４０…主極部，４２…補極部，４４…巻線，５２…直流電動機，５４…直流電動機，５６…直流電動機，５８…直流電動機
【図１】
2016036206.tif 000003
【図２】
2016036206.tif 000004
【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】
2016036206.tif 000009
【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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