(57)【要約】【課題】小型化を図ることができ、通電効率を向上することのできるブラシモータを提供する。【解決手段】ブラシモータは、円周状に等間隔で配置された４個の磁極Ｍ１〜Ｍ４と、４個の磁極Ｍ１〜Ｍ４の内径側に配置され、回転軸Ｒを中心として回転可能なアマチュア２とを備え、アマチュア２は、回転軸Ｒと、回転軸Ｒに固定され、周方向に等間隔に配置された複数のティースＣ１〜Ｃ７を含むアマチュアコア３と、複数のティースＣ１〜Ｃ７の各々に集中巻きされた複数のコイルの各々と、周方向に等間隔に配置された複数のセグメントＳ１〜Ｓ７の各々を含む整流子ＣＯＭとを含み、整流子ＣＯＭと接触する１対のブラシＢ１およびＢ２をさらに備え、複数のコイルの各々は、複数のセグメントＳ１〜Ｓ７の各々を介して互いに直列に接続されており、複数のティースＣ１〜Ｃ７の数は、複数のセグメントＳ１〜Ｓ７の数と同じであり、７個である。【選択図】図１
2017070075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周状に等間隔で配置された４個の磁極と、
前記４個の磁極の内径側に配置され、回転軸を中心として回転可能なアマチュアとを備え、
前記アマチュアは、
前記回転軸と、
前記回転軸に固定され、周方向に等間隔に配置された複数のティースを含むアマチュアコアと、
前記複数のティースの各々に集中巻きされた複数のコイルの各々と、
前記回転軸とともに回転可能である整流子であって、周方向に等間隔に配置された複数のセグメントの各々を含む整流子とを含み、
前記整流子と接触する１対のブラシをさらに備え、
前記複数のコイルの各々は、前記複数のセグメントの各々を介して互いに直列に接続されており、
前記複数のティースの数は、前記複数のセグメントの数と同じであり、７個、９個、または１１個である、ブラシモータ。
【請求項２】
前記複数のティースの数が７個または１１個である場合、前記複数のティースの各々の間に形成された複数のスロットの各々の周方向の中央の位置と、前記複数のセグメントの各々の周方向の中央の位置とは一致し、
前記複数のティースの数が９個である場合、前記複数のティースの各々の周方向の中央の位置と、前記複数のセグメントの各々の周方向の中央の位置とは一致する、請求項１に記載のブラシモータ。
【請求項３】
前記１対のブラシを構成するブラシの各々は、前記回転軸を中心とする中心角が９０度となる間隔を空けて配置されている、請求項１または２に記載のブラシモータ。
【請求項４】
前記１対のブラシを構成するブラシの各々は、金属ブラシよりなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はブラシモータに関し、より特定的には、通電効率を向上することのできるブラシモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシモータは、制御性や効率がよく、小型化が容易なため、従来より様々な用途で使用されている。従来のブラシモータは、たとえば下記特許文献１および２などに開示されている。
【０００３】
下記特許文献１には、磁極数４の永久磁石界磁と、磁極数９の突極を持ち、突極に集中巻で巻装された３相接続の電機子巻線を有する電機子と、６セグメントのコンミテータと、１対のブラシとを備えたブラシモータが開示されている。任意の相をＵ相、Ｖ相、およびＷ相とすると、Ｕ相の突極群は、第１突極と、これに対し回転方向前側にＷ相の第３突極を置いて離れた第２突極と、第１突極に対し回転方向後側にＶ相の第２突極を置いて離れた第３突極とからなっている。第１突極の巻線に対して同相の第２突極の巻線、および第３突極の巻線が逆巻きとなっている。また下記引用文献１には、電機子がＹ結線されている構成と、Δ結線されている構成とが開示されている。
【０００４】
下記特許文献２には、４極の磁極を有するヨークと、ヨークの内側に回転自在に設けられたアマチュアと、１対のブラシとを備えたブラシモータが開示されている。アマチュアは、アマチュアコアと、１８個のセグメントを周回り方向に配置した整流子とを有している。アマチュアコアは、９個のティースを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１４６０３２号公報
【特許文献２】特開２０１１−０４１３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のブラシモータには、通電効率が悪いという問題があった。特許文献１において、電機子がＹ結線されている構成では、１対のブラシの両方が２個のセグメントに跨っていない状態では、９個の突極のうち３個の突極に電流が流れず、仕事をしない状態になっていた。また、特許文献１において、電機子がΔ結線されている構成では、１対のブラシのうち一方が２個のセグメントに跨った状態では、９個の突極のうち３個の突極に電流が流れず、仕事をしない状態になっていた。このため、モータの通電効率が悪かった。
【０００７】
また、特許文献２のブラシモータは、ティースの数（９個）よりも多い１８個のセグメントを有しているので、巻線が困難になり、小型化を図ることが難しかった。すなわち、１８個のセグメントが設けられる場合、１個のセグメント当たりのスリットを含めた中心角が２０度になる。またブラシの幅も２０度以下に設定する必要がある。１個のセグメント当たりのスリットを含めた中心角が２０度以下になると、通電効率が悪くなり、同電位となる２個のセグメントを接続するコイル同士がショートしやすくなっていた。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、小型化を図ることができ、通電効率を向上することのできるブラシモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一の局面に従うブラシモータは、円周状に等間隔で配置された４個の磁極と、４個の磁極の内径側に配置され、回転軸を中心として回転可能なアマチュアとを備え、アマチュアは、回転軸と、回転軸に固定され、周方向に等間隔に配置された複数のティースを含むアマチュアコアと、複数のティースの各々に集中巻きされた複数のコイルの各々と、回転軸とともに回転可能である整流子であって、周方向に等間隔に配置された複数のセグメントの各々を含む整流子とを含み、整流子と接触する１対のブラシをさらに備え、複数のコイルの各々は、複数のセグメントの各々を介して互いに直列に接続されており、複数のティースの数は、複数のセグメントの数と同じであり、７個、９個、または１１個である。
【００１０】
上記ブラシモータにおいて好ましくは、複数のティースの数が７個または１１個である場合、複数のティースの各々の間に形成された複数のスロットの各々の周方向の中央の位置と、複数のセグメントの各々の周方向の中央の位置とは一致し、複数のティースの数が９個である場合、複数のティースの各々の周方向の中央の位置と、複数のセグメントの各々の周方向の中央の位置とは一致する。
【００１１】
上記ブラシモータにおいて好ましくは、１対のブラシを構成するブラシの各々は、回転軸を中心とする中心角が９０度となる間隔を空けて配置されている。
【００１２】
上記ブラシモータにおいて好ましくは、１対のブラシを構成するブラシの各々は、金属ブラシよりなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、小型化を図ることができ、通電効率を向上することのできるブラシモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるブラシモータの概略的な構成および配線を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるアマチュアコアの構成を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における、セグメントＳ１〜Ｓ７、複数のティースＣ１〜Ｃ７、磁極Ｍ１〜Ｍ４、ならびに接続線２１〜２７を展開した図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における、複数のティースＣ１〜Ｃ７の各々の磁化状態の変化を示すタイミングチャートの前半部分である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における、複数のティースＣ１〜Ｃ７の各々の磁化状態の変化を示すタイミングチャートの後半部分である。
【図６】特許文献１において複数のコイルの各々がΔ結線された構成における、複数のティースＣ１〜Ｃ９の各々の磁化状態の変化を示すタイミングチャートの前半部分である。
【図７】特許文献１において複数のコイルの各々がΔ結線された構成における、複数のティースＣ１〜Ｃ９の各々の磁化状態の変化を示すタイミングチャートの後半部分である。
【図８】特許文献１において複数のコイルの各々がＹ結線された構成における、複数のティースＣ１〜Ｃ９の各々の磁化の変化を示すタイミングチャートの前半部分である。
【図９】特許文献１において複数のコイルの各々がＹ結線された構成における、複数のティースＣ１〜Ｃ９の各々の磁化の変化を示すタイミングチャートの後半部分である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態におけるブラシモータの概略的な構成および配線を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における、セグメントＳ１〜Ｓ１１、複数のティースＣ１〜Ｃ１１、磁極Ｍ１〜Ｍ４、ならびに接続線２１〜３１を展開した図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態における、複数のティースＣ１〜Ｃ１１の各々の磁化状態の変化を示すタイミングチャートの前半部分である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態における、複数のティースＣ１〜Ｃ１１の各々の磁化状態の変化を示すタイミングチャートの後半部分である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態におけるブラシモータの概略的な構成および配線を示す断面図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態における、セグメントＳ１〜Ｓ９、複数のティースＣ１〜Ｃ９、磁極Ｍ１〜Ｍ４、ならびに接続線２１〜２９を展開した図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態における、複数のティースＣ１〜Ｃ９の各々の磁化状態の変化を示すタイミングチャートの前半部分である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態における、複数のティースＣ１〜Ｃ９の各々の磁化状態の変化を示すタイミングチャートの後半部分である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００１６】
［第１の実施の形態］
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるブラシモータの概略的な構成および配線を示す断面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態におけるアマチュアコアの構成を示す平面図である。図３は、本発明の第１の実施の形態における、セグメントＳ１〜Ｓ７、複数のティースＣ１〜Ｃ７、磁極Ｍ１〜Ｍ４、ならびに接続線２１〜２７を展開した図である。
【００１８】
図１〜図３を参照して、本実施の形態におけるブラシモータは、ＤＣモータであり、４個の磁極（マグネット）Ｍ１〜Ｍ４と、アマチュア２と、１対のブラシＢ１およびＢ２とを備えている。磁極Ｍ１〜Ｍ４は、図示しないヨークの内周面に固定されている。磁極Ｍ１〜Ｍ４の各々は、円周状にこの順序で等間隔で配置されている。磁極Ｍ１およびＭ３はＳ極であり、磁極Ｍ２およびＭ４はＮ極である。
【００１９】
アマチュア２は、磁極Ｍ１〜Ｍ４の内径側に磁極Ｍ１〜Ｍ４と間隔を隔てて配置されている。アマチュア２は、回転軸Ｒを中心として回転可能である。アマチュア２は、回転軸Ｒと、アマチュアコア３と、複数のコイルＬ１〜Ｌ７と、整流子ＣＯＭとを含んでいる。
【００２０】
アマチュアコア３は、円筒部３ａと、複数のティースＣ１〜Ｃ７とを含んでいる。円筒部３ａは、回転軸Ｒの外周面に固定されている。複数のティースＣ１〜Ｃ７の各々は、円筒部３ａから外径方向に放射状に突出している。複数のティースＣ１〜Ｃ７の各々は、周方向に等間隔に配置されている。複数のティースＣ１〜Ｃ７の各々は、スロット１１によって互いに隔てられている。複数のティースＣ１〜Ｃ７の各々は、回転軸Ｒの延在方向から見てＴ字形の形状を有している。
【００２１】
整流子ＣＯＭは、円筒形状を有しており、回転軸Ｒの外周面に固定されている。整流子ＣＯＭは、回転軸Ｒとともに回転可能である。整流子ＣＯＭは、複数のセグメント（整流子弧片）Ｓ１〜Ｓ７を含んでいる。複数のセグメントＳ１〜Ｓ７の各々は、回転軸Ｒの延在方向から見て円弧の形状を有しており、周方向に等間隔に配置されている。複数のティースＣ１〜Ｃ７の各々の間に形成された複数のスロット１１の各々の周方向の中央の位置と、複数のセグメントＳ１〜Ｓ７の各々の周方向の中央の位置とは一致している。図１では、セグメントＳ５の周方向の中央の位置を位置ＣＬとして示している。位置ＣＬはスロット１１ａの周方向の中央の位置と一致している。
【００２２】
複数のコイルＬ１〜Ｌ７の各々は、複数のティースＣ１〜Ｃ７の各々に集中巻きされている。複数のコイルＬ１〜Ｌ７の各々は、複数のセグメントＳ１〜Ｓ７の各々を介して互いに直列に接続されている。つまり、複数のコイルＬ１〜Ｌ７の各々は、Δ結線されている。
【００２３】
具体的には、コイルＬ１は、２本の接続線２１の各々によってセグメントＳ４を介してコイルＬ４と接続されている。コイルＬ４は、２本の接続線２２の各々によってセグメントＳ７を介してコイルＬ７と接続されている。コイルＬ７は、２本の接続線２３の各々によってセグメントＳ３を介してコイルＬ３と接続されている。コイルＬ３は、２本の接続線２４の各々によってセグメントＳ６を介してコイルＬ６と接続されている。コイルＬ６は、２本の接続線２５の各々によってセグメントＳ２を介してコイルＬ２と接続されている。コイルＬ２は、２本の接続線２６の各々によってセグメントＳ５を介してコイルＬ５と接続されている。コイルＬ５は、２本の接続線２７の各々によってセグメントＳ１を介してコイルＬ１と接続されている。
【００２４】
ブラシＢ１およびＢ２の各々は、整流子ＣＯＭの一部のセグメントと接触している。アマチュア２の回転とともに、ブラシＢ１およびＢ２の各々と接触するセグメントは変化する。ブラシＢ１およびＢ２の各々は、回転軸Ｒを中心とする中心角が９０度となる間隔を空けて配置されている。ブラシＢ１およびＢ２の各々は、金属ブラシよりなっていることが好ましいが、カーボンブラシなどよりなっていてもよい。電源（図示無し）によって、ブラシＢ１にはプラスの電位が与えられ、ブラシＢ２にはマイナスの電位が与えられる。
【００２５】
複数のティースＣ１〜Ｃ７の数は、複数のセグメントＳ１〜Ｓ７の数と同じであり、本実施の形態では素数である７個である。
【００２６】
次に、本実施の形態の効果について説明する。
【００２７】
図４および図５は、本発明の第１の実施の形態における、複数のティースＣ１〜Ｃ７の各々の磁化状態の変化を示すタイミングチャートである。図４および図５において、複数のティースＣ１〜Ｃ７の各々の磁化状態は、図４（ａ）→図４（ｂ）→図４（ｃ）→図４（ｄ）→図５（ａ）→図５（ｂ）→図５（ｃ）という順序で変化するものとする。なお、図４および図５は、アマチュア２が７分の１回転する場合のタイミングチャートであり、図４および図５の動作と同様の動作を７回繰り返すとアマチュア２が１回転する。図４〜図９、図１２、図１３、図１６、および図１７では、ブラシＢ１を白地の矩形で示しており、ブラシＢ２をハッチング入りの矩形で示している。図４〜図９、図１２、図１３、図１６、および図１７では、ショート状態となったコイルに対応するティースにハッチングを入れている。
【００２８】
図４および図５を参照して、ブラシＢ１がセグメントＳ４の右端部と接触しており、ブラシＢ２がセグメントＳ６に接触している状態（図４（ａ））では、コイルＬ１〜Ｌ７を流れる電流により、ティースＣ１、Ｃ２、Ｃ５、およびＣ６がＮ極に磁化され、ティースＣ３、Ｃ４、およびＣ７がＳ極に磁化される。その結果、複数のティースＣ１〜Ｃ７と磁極Ｍ１〜Ｍ４との磁気的な相互作用により、アマチュア２が図４中右方向に移動（回転）し、ブラシＢ２がセグメントＳ６の左端部と接触している状態（図４（ｂ））となる。アマチュア２のこれ以降の回転もまた、複数のティースＣ１〜Ｃ７と磁極Ｍ１〜Ｍ４との磁気的な相互作用によるものである。
【００２９】
図４（ｂ）の状態からアマチュア２が回転し、ブラシＢ２がセグメントＳ５とセグメントＳ６とを跨いだ状態（図４（ｃ））になると、コイルＬ２およびＬ６がショート状態になり、ティースＣ２およびＣ６が磁化されない状態（仕事をしない状態）となる。
【００３０】
図４（ｃ）の状態からアマチュア２が回転し、ブラシＢ２がセグメントＳ６から離れて、セグメントＳ５の右端部と接触した状態（図４（ｄ））になると、ショート状態となっていたコイルＬ２およびＬ６の各々にはそれまでと逆方向の電流が流れる。ティースＣ２およびＣ６の各々の磁化状態は切り替わる。
【００３１】
図４（ｄ）の状態からアマチュア２が回転し、ブラシＢ１がセグメントＳ４の左端部と接触している状態（図５（ａ））になり、ブラシＢ１がセグメントＳ３とセグメントＳ４とを跨いだ状態（図５（ｂ））になると、コイルＬ４およびＬ７がショート状態になり、ティースＣ４およびＣ７が磁化されない状態（仕事をしない状態）となる。
【００３２】
図５（ｂ）の状態からアマチュア２が回転し、ブラシＢ１がセグメントＳ４から離れて、セグメントＳ３の右端部と接触した状態（図５（ｃ））になると、ショート状態となっていたコイルＬ４およびＬ７の各々にはそれまでと逆方向の電流が流れる。ティースＣ４およびＣ７の各々の磁化状態は切り替わる。
【００３３】
つまり、本実施の形態では、同時にショート状態となるコイルの数が２個と少ない。これにより、コイルのショートが通電効率に与える影響は小さくなり、通電効率を向上することができる。
【００３４】
加えて、本実施の形態によれば、コギングトルクやトルクリップルを低減することができる。コギングトルクやトルクリップルの脈動数は、アマチュアの１回転につきヨークの磁極数とティースの数との最小公倍数に相当することが知られている。コギングトルクやトルクリップルの大きさは、この脈動数に反比例する。本実施の形態では、ティースの数が素数である７であるので、ヨークの磁極数（４個）とティースの数（７個）との最小公倍数（脈動数）が２８と大きくなり、コギングトルクやトルクリップルの大きさを低減することができる。その結果、トルクリップル（電流リップル）を低減することで寿命を改善することができる。
【００３５】
また、本実施の形態によれば、ティースＣ１〜Ｃ７の数（７個）は、セグメントＳ１〜Ｓ７の数（７個）と同じであるので、巻線が容易になり、小型化を図ることができる。
【００３６】
また、本実施の形態によれば、複数のコイルＬ１〜Ｌ７の各々は、複数のティースＣ１〜Ｃ７の各々に集中巻きされており、Δ結線されているので、一筆書きのコイル配線となり、ブラシモータの生産性を向上することができる。
【００３７】
さらに、ブラシＢ１およびＢ２が金属ブラシよりなる場合、金属ブラシはカーボンブラシに比べて硬く、セグメントとの接触面積が小さいため、２個のセグメントにブラシＢ１またはＢ２が跨がる時間を短くすることができ、コイルがショート状態となる時間を短くすることができる。
【００３８】
続いて、通電効率を向上することができるという本実施の形態の効果と対比する比較例として、特許文献１のブラシモータの動作について説明する。
【００３９】
図６および図７は、特許文献１において複数のコイルの各々がΔ結線された構成における、複数のティースＣ１〜Ｃ９の各々の磁化状態の変化を示すタイミングチャートである。図６および図７において、ブラシモータの磁極は、図６（ａ）→図６（ｂ）→図６（ｃ）→図７（ａ）→図７（ｂ）→図７（ｃ）→図７（ｄ）という順序で変化するものとする。
【００４０】
図６および図７を参照して、特許文献１のこの構成におけるブラシモータは、ティースＣ１〜Ｃ９と、ティースＣ１〜Ｃ９の各々に集中巻きされた複数のコイルＬ１〜Ｌ９と、６個のセグメントＳ１〜Ｓ６と、４個の磁極Ｍ１〜Ｍ４と、１対のブラシＢ１およびＢ２とを備えている。コイルＬ１〜Ｌ９の各々は、Δ結線されている。
【００４１】
ブラシＢ２がセグメントＳ３とセグメントＳ４とを跨いだ状態（図６（ａ））になると、コイルＬ２、Ｌ７、およびＬ９がショート状態になり、ティースＣ２、Ｃ７、およびＣ９が磁化されない状態（仕事をしない状態）になる。
【００４２】
複数のティースＣ１〜Ｃ９と磁極Ｍ１〜Ｍ４との磁気的な相互作用により、アマチュア２は図６および図７中右方向に移動（回転）する。
【００４３】
図６（ａ）の状態からアマチュアが回転し、ブラシＢ２がセグメントＳ４から離れて、セグメントＳ３の右端部と接触した状態（図６（ｂ））になると、ショート状態となっていたコイルＬ２、Ｌ７、およびＬ９の各々にはそれまでと逆方向の電流が流れる。ティースＣ２、Ｃ７、およびＣ９の各々の磁化状態は切り替わる。
【００４４】
図６（ｂ）の状態からアマチュアが回転し、ブラシＢ１がセグメントＳ２の左端部と接触している状態（図６（ｃ））になる。
【００４５】
図６（ｃ）の状態からアマチュアが回転し、ブラシＢ１がセグメントＳ２とセグメントＳ１とを跨いだ状態（図７（ａ）および図７（ｂ））になると、コイルＬ４、Ｌ６、およびＬ８がショート状態になり、ティースＣ４、Ｃ６、およびＣ８が磁化されない状態（仕事をしない状態）となる。
【００４６】
図７（ｂ）の状態からアマチュアが回転し、ブラシＢ１がセグメントＳ２から離れて、セグメントＳ１の右端部と接触した状態（図７（ｃ））になると、ショート状態となっていたコイルＬ４、Ｌ６、およびＬ８の各々にはそれまでと逆方向の電流が流れる。ティースＣ４、Ｃ６、およびＣ８の各々の磁化状態は切り替わる。
【００４７】
図７（ｃ）の状態からアマチュアが回転し、ブラシＢ２がセグメントＳ３の左端部と接触している状態（図７（ｄ））になる。
【００４８】
つまり、特許文献１において複数のコイルの各々がΔ結線された構成では、同時にショート状態となるコイルの数が３個と多い。これにより、コイルのショートが通電効率に与える影響は大きくなる。
【００４９】
図８および図９は、特許文献１において複数のコイルの各々がＹ結線された構成における、複数のティースＣ１〜Ｃ９の各々の磁化の変化を示すタイミングチャートである。図８および図９において、ブラシモータの磁極は、図８（ａ）→図８（ｂ）→図８（ｃ）→図９（ａ）→図９（ｂ）→図９（ｃ）→図９（ｄ）という順序で変化するものとする。
【００５０】
図８および図９を参照して、特許文献１のこの構成におけるブラシモータは、ティースＣ１〜Ｃ９と、ティースＣ１〜Ｃ９の各々に集中巻きされた複数のコイルＬ１〜Ｌ９と、６個のセグメントＳ１〜Ｓ６と、４個の磁極Ｍ１〜Ｍ４と、１対のブラシＢ１およびＢ２とを備えている。コイルＬ１〜Ｌ９の各々は、Ｙ結線されている。
【００５１】
ブラシＢ２がセグメントＳ３とセグメントＳ４とを跨いだ状態（図８（ａ））では、コイルＬ１〜Ｌ９を流れる電流により、ティースＣ１、Ｃ５、Ｃ６、およびＣ９がＮ極に磁化され、ティースＣ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ７、およびＣ８がＳ極に磁化される。その結果、複数のティースＣ１〜Ｃ９と磁極Ｍ１〜Ｍ４との磁気的な相互作用により、アマチュアが図８および図９中右方向に移動（回転）し、ブラシＢ２がセグメントＳ４から離れて、セグメントＳ３と接触している状態（図８（ｂ）および図８（ｃ））となる。アマチュアのこれ以降の回転もまた、複数のティースＣ１〜Ｃ９と磁極Ｍ１〜Ｍ４との磁気的な相互作用によるものである。
【００５２】
図８（ｂ）および図８（ｃ）の状態になると、コイルＬ４、Ｌ６、およびＬ８がショート状態になり、ティースＣ４、Ｃ６、およびＣ８が磁化されない状態（仕事をしない状態）となる。
【００５３】
図８（ｃ）の状態からアマチュアが回転し、ブラシＢ１がセグメントＳ２とセグメントＳ１とを跨いだ状態（図９（ａ）および図９（ｂ））になると、ショート状態となっていたコイルＬ４、Ｌ６、およびＬ８の各々にはそれまでと逆方向の電流が流れる。ティースＣ４、Ｃ６、およびＣ８の各々の磁化状態は切り替わる。
【００５４】
図９（ｂ）の状態からアマチュアがさらに回転し、ブラシＢ１がセグメントＳ２から離れて、セグメントＳ３と接触している状態（図９（ｃ）および図９（ｄ））になると、コイルＬ１、Ｌ３、およびＬ５がショート状態になり、ティースＣ１、Ｃ３、およびＣ５が磁化されない状態（仕事をしない状態）となる。
【００５５】
つまり、特許文献１において複数のコイルの各々がＹ結線された構成では、同時にショート状態となるコイルの数が３個と多い。これにより、コイルのショートが通電効率に与える影響は大きくなる。
【００５６】
また、Ｙ結線された構成では、インダクタンスが大きくなるので、セグメント間で発生するスパークに対し不利な状態となり、寿命的も不利になる。
【００５７】
［第２の実施の形態］
【００５８】
図１０は、本発明の第２の実施の形態におけるブラシモータの概略的な構成および配線を示す断面図である。図１１は、本発明の第２の実施の形態における、セグメントＳ１〜Ｓ１１、複数のティースＣ１〜Ｃ１１、磁極Ｍ１〜Ｍ４、ならびに接続線２１〜３１を展開した図である。
【００５９】
図１０および図１１を参照して、本実施の形態におけるブラシモータは、複数のティースの数は、複数のセグメントの数と同じであり、素数である１１個である点において、第１の実施の形態の場合と異なっている。
【００６０】
アマチュア２は、複数のティースＣ１〜Ｃ１１と、複数のコイルＬ１〜Ｌ１１と、整流子ＣＯＭとを含んでいる。
【００６１】
複数のティースＣ１〜Ｃ１１の各々は、回転軸Ｒに固定された円筒部（図示無し）から外径方向に放射状に突出している。複数のティースＣ１〜Ｃ１１の各々は、回転軸Ｒに固定されており、周方向に等間隔に配置されている。複数のティースＣ１〜Ｃ１１の各々は、スロット１１によって互いに隔てられている。複数のティースＣ１〜Ｃ１１の各々は、回転軸Ｒの延在方向から見てＴ字形の形状を有している。
【００６２】
整流子ＣＯＭは、複数のセグメントＳ１〜Ｓ１１を含んでいる。複数のセグメントＳ１〜Ｓ１１の各々は、回転軸Ｒの延在方向から見て円弧の形状を有しており、周方向に等間隔に配置されている。複数のティースＣ１〜Ｃ１１の各々の間に形成された複数のスロット１１の各々の周方向の中央の位置と、複数のセグメントＳ１〜Ｓ１１の各々の周方向の中央の位置とは一致している。図１０では、セグメントＳ９の周方向の中央の位置を位置ＣＬとして示している。位置ＣＬはスロット１１ａの周方向の中央の位置と一致している。
【００６３】
複数のコイルＬ１〜Ｌ１１の各々は、複数のティースＣ１〜Ｃ１１の各々に集中巻きされている。複数のコイルＬ１〜Ｌ１１の各々は、複数のセグメントＳ１〜Ｓ１１の各々を介して互いに直列に接続されている。つまり、複数のコイルＬ１〜Ｌ１１の各々は、Δ結線されている。
【００６４】
具体的には、コイルＬ１は、２本の接続線２１の各々によってセグメントＳ６を介してコイルＬ６と接続されている。コイルＬ６は、２本の接続線２２の各々によってセグメントＳ１１を介してコイルＬ１１と接続されている。コイルＬ１１は、２本の接続線２３の各々によってセグメントＳ５を介してコイルＬ５と接続されている。コイルＬ５は、２本の接続線２４の各々によってセグメントＳ１０を介してコイルＬ１０と接続されている。コイルＬ１０は、２本の接続線２５の各々によってセグメントＳ４を介してコイルＬ４と接続されている。コイルＬ４は、２本の接続線２６の各々によってセグメントＳ９を介してコイルＬ９と接続されている。コイルＬ９は、２本の接続線２７の各々によってセグメントＳ３を介してコイルＬ３と接続されている。コイルＬ３は、２本の接続線２８の各々によってセグメントＳ８を介してコイルＬ８と接続されている。コイルＬ８は、２本の接続線２９の各々によってセグメントＳ２を介してコイルＬ２と接続されている。コイルＬ２は、２本の接続線３０の各々によってセグメントＳ７を介してコイルＬ７と接続されている。コイルＬ７は、２本の接続線３１の各々によってセグメントＳ１を介してコイルＬ１と接続されている。
【００６５】
なお、上述以外のブラシモータの構成は、第１の実施の形態におけるブラシモータの構成と同じであるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００６６】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。次に、本実施の形態の効果について説明する。
【００６７】
図１２および図１３は、本発明の第２の実施の形態における、複数のティースＣ１〜Ｃ１１の各々の磁化状態の変化を示すタイミングチャートである。図１２および図１３において、複数のティースＣ１〜Ｃ１１の各々の磁化状態は、図１２（ａ）→図１２（ｂ）→図１２（ｃ）→図１２（ｄ）→図１３（ａ）→図１３（ｂ）→図１３（ｃ）という順序で変化するものとする。なお、図１２および図１３は、アマチュア２が１１分の１回転する場合のタイミングチャートであり、図１２および図１３の動作と同様の動作を１１回繰り返すとアマチュア２が１回転する。
【００６８】
図１２および図１３を参照して、ブラシＢ１がセグメントＳ７の右端部と接触しており、ブラシＢ２がセグメントＳ１０に接触している状態（図１２（ａ））では、コイルＬ１〜Ｌ１１を流れる電流により、ティースＣ２〜Ｃ４およびＣ８〜Ｃ１０がＮ極に磁化され、ティースＣ１、Ｃ５〜Ｃ７、およびＣ１１がＳ極に磁化される。その結果、複数のティースＣ１〜Ｃ１１と磁極Ｍ１〜Ｍ４との磁気的な相互作用により、アマチュア２が図１２中右方向に移動（回転）し（図１２（ｂ））、ブラシＢ２がセグメントＳ９とセグメントＳ１０とを跨いだ状態（図１２（ｃ））となる。アマチュア２のこれ以降の回転もまた、複数のティースＣ１〜Ｃ１１と磁極Ｍ１〜Ｍ４との磁気的な相互作用によるものである。
【００６９】
図１２（ｃ）の状態になると、コイルＬ４およびＬ１０がショート状態になり、ティースＣ４およびＣ１０が磁化されない状態（仕事をしない状態）となる。
【００７０】
図１２（ｃ）の状態からアマチュア２が回転し、ブラシＢ２がセグメントＳ１０から離れて、セグメントＳ９の右端部と接触した状態（図１２（ｄ））になると、ショート状態となっていたコイルＬ４およびＬ１０の各々にはそれまでと逆方向の電流が流れる。ティースＣ４およびＣ１０の各々の磁化状態は切り替わる。
【００７１】
図１２（ｄ）の状態からアマチュア２が回転し（図１３（ａ））、ブラシＢ１がセグメントＳ６とセグメントＳ７とを跨いだ状態（図１３（ｂ））になると、コイルＬ１およびＬ７がショート状態になり、ティースＣ１およびＣ７が磁化されない状態（仕事をしない状態）となる。
【００７２】
図１３（ｂ）の状態からアマチュア２が回転し、ブラシＢ１がセグメントＳ７から離れて、セグメントＳ６の右端部と接触した状態（図１３（ｃ））になると、ショート状態となっていたコイルＬ４およびＬ７の各々にはそれまでと逆方向の電流が流れる。ティースＣ１およびＣ７の各々の磁化状態は切り替わる。
【００７３】
つまり、本実施の形態では、同時にショート状態となるコイルの数が２個と少ない。これにより、コイルのショートが通電効率に与える影響は小さくなり、通電効率を向上することができる。
【００７４】
［第３の実施の形態］
【００７５】
図１４は、本発明の第３の実施の形態におけるブラシモータの概略的な構成および配線を示す断面図である。図１５は、本発明の第３の実施の形態における、セグメントＳ１〜Ｓ９、複数のティースＣ１〜Ｃ９、磁極Ｍ１〜Ｍ４、ならびに接続線２１〜２９を展開した図である。
【００７６】
図１４および図１５を参照して、本実施の形態におけるブラシモータは、複数のティースの数は、複数のセグメントの数と同じであり、素数ではない９個である点において、第１の実施の形態の場合と異なっている。
【００７７】
アマチュア２は、複数のティースＣ１〜Ｃ９と、複数のコイルＬ１〜Ｌ９と、整流子ＣＯＭとを含んでいる。
【００７８】
複数のティースＣ１〜Ｃ９の各々は、回転軸Ｒに固定された円筒部（図示無し）から外径方向に放射状に突出している。複数のティースＣ１〜Ｃ９の各々は、回転軸Ｒに固定されており、周方向に等間隔に配置されている。複数のティースＣ１〜Ｃ９の各々は、スロット１１によって互いに隔てられている。複数のティースＣ１〜Ｃ９の各々は、回転軸Ｒの延在方向から見てＴ字形の形状を有している。
【００７９】
整流子ＣＯＭは、複数のセグメントＳ１〜Ｓ９を含んでいる。複数のセグメントＳ１〜Ｓ９の各々は、回転軸Ｒの延在方向から見て円弧の形状を有しており、周方向に等間隔に配置されている。複数のティースＣ１〜Ｃ９の各々の周方向の中央の位置と、複数のセグメントＳ１〜Ｓ９の各々の周方向の中央の位置とは一致している。図１４では、セグメントＳ７の周方向の中央の位置を位置ＣＬとして示している。位置ＣＬはティースＣ５の周方向の中央の位置と一致している。
【００８０】
複数のコイルＬ１〜Ｌ９の各々は、複数のティースＣ１〜Ｃ９の各々に集中巻きされている。複数のコイルＬ１〜Ｌ９の各々は、複数のセグメントＳ１〜Ｓ９の各々を介して互いに直列に接続されている。つまり、複数のコイルＬ１〜Ｌ９の各々は、Δ結線されている。
【００８１】
具体的には、コイルＬ１は、２本の接続線２１の各々によってセグメントＳ５を介してコイルＬ５と接続されている。コイルＬ５は、２本の接続線２２の各々によってセグメントＳ９を介してコイルＬ９と接続されている。コイルＬ９は、２本の接続線２３の各々によってセグメントＳ４を介してコイルＬ４と接続されている。コイルＬ４は、２本の接続線２４の各々によってセグメントＳ８を介してコイルＬ８と接続されている。コイルＬ８は、２本の接続線２５の各々によってセグメントＳ３を介してコイルＬ３と接続されている。コイルＬ３は、２本の接続線２６の各々によってセグメントＳ７を介してコイルＬ７と接続されている。コイルＬ７は、２本の接続線２７の各々によってセグメントＳ２を介してコイルＬ２と接続されている。コイルＬ２は、２本の接続線２８の各々によってセグメントＳ６を介してコイルＬ６と接続されている。コイルＬ６は、２本の接続線２９の各々によってセグメントＳ１を介してコイルＬ１と接続されている。
【００８２】
なお、上述以外のブラシモータの構成は、第１の実施の形態におけるブラシモータの構成と同じであるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００８３】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。次に、本実施の形態の効果について説明する。
【００８４】
図１６および図１７は、本発明の第３の実施の形態における、複数のティースＣ１〜Ｃ９の各々の磁化状態の変化を示すタイミングチャートである。図１６および図１７において、複数のティースＣ１〜Ｃ９の各々の磁化状態は、図１６（ａ）→図１６（ｂ）→図１６（ｃ）→図１７（ａ）→図１７（ｂ）→図１７（ｃ）という順序で変化するものとする。なお、図１６および図１７は、アマチュア２が９分の１回転する場合のタイミングチャートであり、図１６および図１７の動作と同様の動作を９回繰り返すとアマチュア２が１回転する。
【００８５】
図１６および図１７を参照して、ブラシＢ１がセグメントＳ５の右端部と接触しており、ブラシＢ２がセグメントＳ８の左端部に接触している状態（図１６（ａ））では、コイルＬ１〜Ｌ９を流れる電流により、ティースＣ１〜Ｃ３およびＣ６〜Ｃ８がＮ極に磁化され、ティースＣ４、Ｃ５、およびＣ９がＳ極に磁化される。その結果、複数のティースＣ１〜Ｃ９と磁極Ｍ１〜Ｍ４との磁気的な相互作用により、アマチュア２が図１６中右方向に移動（回転）し、ブラシＢ２がセグメントＳ７とセグメントＳ８とを跨いだ状態（図１６（ｂ））となる。アマチュア２のこれ以降の回転もまた、複数のティースＣ１〜Ｃ９と磁極Ｍ１〜Ｍ４との磁気的な相互作用によるものである。
【００８６】
図１６（ｂ）の状態になると、コイルＬ３およびＬ８がショート状態になり、ティースＣ３およびＣ８が磁化されない状態（仕事をしない状態）となる。
【００８７】
図１６（ｂ）の状態からアマチュア２が回転し、ブラシＢ２がセグメントＳ８から離れて、セグメントＳ７の右端部と接触した状態（図１６（ｃ））になると、ショート状態となっていたコイルＬ３およびＬ８の各々にはそれまでと同じ方向の電流が流れる。ティースＣ３およびＣ８の各々の磁化状態は切り替わらない。
【００８８】
図１６（ｃ）の状態からアマチュア２が回転し（図１７（ａ））、ブラシＢ１がセグメントＳ５とセグメントＳ４とを跨いだ状態（図１７（ｂ））になると、コイルＬ５およびＬ９がショート状態になり、ティースＣ５およびＣ９が磁化されない状態（仕事をしない状態）となる。
【００８９】
図１７（ｂ）の状態からアマチュア２が回転し、ブラシＢ１がセグメントＳ５から離れて、セグメントＳ４の右端部と接触した状態（図１７（ｃ））になると、ショート状態となっていたコイルＬ５およびＬ９の各々にはそれまでと逆方向の電流が流れる。ティースＣ５およびＣ９の各々の磁化状態は切り替わる。
【００９０】
つまり、本実施の形態では、同時にショート状態となるコイルの数が２個と少ない。これにより、コイルのショートが通電効率に与える影響は小さくなり、通電効率を向上することができる。
【００９１】
上述の実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９２】
２  アマチュア
３  アマチュアコア
３ａ  円筒部
１１，１１ａ  スロット
２１〜３１  接続線
Ｂ１，Ｂ２  ブラシ
Ｃ１〜Ｃ１１  ティース
ＣＬ  セグメントの周方向の中央の位置
ＣＯＭ  整流子
Ｌ１〜Ｌ１１  コイル
Ｍ１〜Ｍ４  磁極
Ｒ  回転軸
Ｓ１〜Ｓ１１  セグメント
【図１】
2017070075.tif 000003
【図２】
2017070075.tif 000004
【図３】
2017070075.tif 000005
【図４】
2017070075.tif 000006
【図５】
2017070075.tif 000007
【図６】
2017070075.tif 000008
【図７】
2017070075.tif 000009
【図８】
2017070075.tif 000010
【図９】
2017070075.tif 000011
【図１０】
2017070075.tif 000012
【図１１】
2017070075.tif 000013
【図１２】
2017070075.tif 000014
【図１３】
2017070075.tif 000015
【図１４】
2017070075.tif 000016
【図１５】
2017070075.tif 000017
【図１６】
2017070075.tif 000018
【図１７】
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