(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にｎ（ｎ≧５）個のスロットを持つ鉄芯と、該ｎ個のスロットのうち一対のスロットに導線が巻回されて形成されたｎ個のコイルと、を備えてなり、該ｎ個のコイルは各々のスロット内において内周層と外周層とからなる二層巻き状で収納されている直流モータであって、
該ｎ個のコイルのうちｎ−２個のコイルは、該一対のスロットのうち一方の外周層を形成しかつ他方の内周層を形成する外−内コイルであり、
残りの２個のコイルのうち１個のコイルは、該一対のスロット双方の内周層を形成する内−内コイルであり、
最後の１個のコイルは、該一対のスロット双方の外周層を形成する外−外コイルであり、
かつ、１番目に１番コイルである前記内−内コイルを一対のスロット間に導線を巻回して形成し、２番目に該内−内コイルが形成されている一対のスロットの一方のスロットの内コイルの巻き終わりの内周層上に２番コイルである前記外−内コイルの外コイルを巻き始め、対をなすスロットとの間に該外−内コイルを形成する。つぎに、３番目に前記２番コイルである該外−内コイルの巻き終わりの内コイルが巻回されているスロットの内周層上に３番コイルである前記外−内コイルの外コイルを巻き始め、対をなすスロットとの間に該外−内コイルを形成する。このように、順次、前記外−内コイルを巻回して形成し、最後（ｎ番目）にｎ番コイルである前記外−外コイルをｎ−１番コイルの外周層が形成されていないスロットと前記１番コイルが形成されている一対のスロットのうちの外周層が形成されていないスロットとの間に形成することにより、前記１番〜ｎ番の各コイルを１本の導線で連続して巻回して形成することを特徴とする直流モータ。
【請求項２】
前記ｎ個のコイルは、前記内−内コイルと前記外−外コイルとの質量差を小さくするため、前記導線の巻回数が調整されている請求項１に記載の直流モータ。
【請求項３】
パワーステアリング装置において操舵力を補助するため用いられる請求項１に記載の直流モータ。
【請求項４】
外周面にｎ（ｎ≧５）個のスロットを持つ鉄芯と、該ｎ個のスロットのうち一対のスロットに導線が巻回されて形成されたｎ個のコイルと、を備えてなり、該ｎ個のコイルは各々のスロット内において内周層と外周層とからなる二層巻き状で収納されている直流モータの製造方法であって、
該ｎ個のコイルのうち１番目のコイルを一対のスロットに配置することにより、該一対のスロットに各々内周層を形成する第１コイル配置工程と、
前記１番目のコイルが形成されている一対のスロットの内コイルの巻き終わりの内周層上から２番目のコイルの外コイルを巻き始め、
内周層が形成されたスロットと、未だコイルが配置されていないスロットと、を対にしてｋ（ｋ＝２からｎ−１）番目のコイルを前段のコイルの巻き終わりの内周層の上から次段の外コイルを巻き始めて配置することにより、該一対のスロットに外周層と内周層とを順に形成していく第ｋコイル配置工程と、
該ｎ−１番目のコイルの巻き終わりのスロットの内コイル上から外コイルを巻き始めて、該ｎ−１番目のコイルにより内周層が形成されたスロットと、該１番目のコイルにより内周層が形成された一対のスロットのうち未だ外周層が形成されていないスロットと、を対にしてｎ番目のコイルを配置することにより、該一対のスロットに各々外周層を形成する第ｎコイル配置工程と、
を含んでなる直流モータの製造方法。
【請求項５】
前記１番目のコイルと前記ｎ番目のコイルとの質量差を小さくするため、前記ｎ−３番目から該ｎ番目のコイルは、前記１番目からｎ−４番目のコイルよりも、前記導線の巻回数が少ない請求項４に記載の直流モータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばフォークリフトやブロワなどに組み込まれる直流モータおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直流モータにおいてコイルを形成する導線は、波巻きや重ね巻きなどにより、鉄芯のスロットに巻回収納されている。図６に導線巻回中の鉄芯の端面図を示す。鉄芯１００は円柱状を呈している。鉄芯１００の中央には、丸棒状の回転軸１０２が貫通している。鉄芯１００の外周面には、溝状のスロットが合計３３個配置されている。
【０００３】
スロットへのコイルの配置は、例えば二組のスロット対に同時にコイルを配置するダブル巻線機を利用して、以下のようにして行われる。まず導線の一端を整流子片（図略）に結線する。次にスロット１０１に導線を通す。続いてスロット１０１から時計回りにスロットピッチ＝９の位置に配置されたスロット１０２に、この導線を通す。それからスロット１０１およびスロット１０２間に導線を巻き回す。そして、導線の他端を所定の整流子片に結線する。このようにしてコイル１０９を配置する。このとき同時に、コイル１０９の配置と並行して、同様の手順によりスロット１０３およびスロット１０４間にコイル１１０を配置する。
【０００４】
それから、コイル１０９を形成した導線をスロット１０５およびスロット１０６間に巻き回すことにより、コイル１１１を配置する。またコイル１１１の配置と並行して、同様の手順によりスロット１０７およびスロット１０８間にコイル１１２を配置する。このように、コイルは、図中矢印で示す反時計回り方向に、徐々に巻き進められる。そして、各々のスロット内において、内周側位置１１３と外周側位置１１４とに、内層と外層とからなる合計二層のコイルが配置される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の巻線方法によると、各コイルの質量差が大きくなる。すなわち、上述したようにコイルを巻き進めると、１番目から１６番目までのコイルは、各スロットの内周側位置１１３に配置される。ここで、一つのコイルを配置するのには、対をなす二つのスロットが必要である。このため、１番目から１６番目までのコイルにより、３２個のスロットの内周側位置１１３が埋まってしまう。したがって、１７番目のコイルは、対をなす二つのスロットにおいて、一方のスロットの内周側位置１１３と他方のスロットの外周側位置１１４とに配置されることになる。また１８番目から３３番目までのコイルは、対をなす二つのスロットの、外周側位置１１４同士に配置されることになる。
【０００６】
ここで、内周側位置１１３同士に配置されたコイル、すなわち内−内コイルと、外周側位置１１４同士に配置されたコイル、すなわち外−外コイルとでは、コイルを形成する導線の巻回数は同じでも、巻回長さが異なる。内周側位置１１３同士に配置されたコイルと、外周側位置１１４同士に配置されたコイルとでは、コイルの抵抗、インダクタンスも異なる。このため、給電するために整流子片と摺接しているブラシ間で整流火花が発生しやすくなりブラシ摩耗が早くなる。したがって、ブラシの寿命が短くなり、直流モータのメンテナンス頻度が多くなる。また、内−内コイルと外−外コイルとでは、コイル質量が異なる。したがって、これら質量の異なるコイルが巻装された鉄芯１００は、質量バランスが悪い。このため、直流モータ駆動時に鉄芯１００の回転にアンバランスを生じるおそれがある。鉄芯１００がアンバランス回転すると、駆動時の騒音が大きくなる。
【０００７】
本発明の直流モータおよびその製造方法は、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって本発明は、コイルの抵抗バランスが良好な直流モータおよびその簡単な製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記課題を解決するため、本発明の直流モータは、外周面にｎ（ｎ≧５）個のスロットを持つ鉄芯と、ｎ個のスロットのうち一対のスロットに導線が巻回されて形成されたｎ個のコイルと、を備えてなり、ｎ個のコイルは各々のスロット内において内周層と外周層とからなる二層巻き状で収納されている直流モータであって、ｎ個のコイルのうちｎ−２個のコイルは、一対のスロットのうち一方の外周層を形成しかつ他方の内周層を形成する外−内コイルであり、残りの２個のコイルのうち１個のコイルは、一対のスロット双方の内周層を形成する内−内コイルであり、最後の１個のコイルは、一対のスロット双方の外周層を形成する外−外コイルであり、かつ、１番目に１番コイルである前記内−内コイルを一対のスロット間に導線を巻回して形成し、２番目に該内−内コイルが形成されている一対のスロットの一方のスロットの内コイルの巻き終わりの内周層上に２番コイルである前記外−内コイルの外コイルを巻き始め、対をなすスロットとの間に該外−内コイルを形成する。つぎに、３番目に前記２番コイルである該外−内コイルの巻き終わりの内コイルが巻回されているスロットの内周層上に３番コイルである前記外−内コイルの外コイルを巻き始め、対をなすスロットとの間に該外−内コイルを形成する。このように、順次、前記外−内コイルを巻回して形成し、最後（ｎ番目）にｎ番コイルである前記外−外コイルをｎ−１番コイルの外周層が形成されていないスロットと前記１番コイルが形成されている一対のスロットのうちの外周層が形成されていないスロットとの間に形成することにより、前記１番〜ｎ番の各コイルを１本の導線で連続して巻回して形成することを特徴とする。
【０００９】
本発明の直流モータはｎ個のコイルを備える。このｎ個のコイルのうち、ｎ−２個のコイルは外−内コイルである。また１個のコイルは内−内コイルである。また１個のコイルは外−外コイルである。これらのコイルの導線巻回数が同じ場合、巻回長さとコイル質量とは比例する。したがって、最もコイル質量が大きいのは、一対のスロットの外周層同士を形成している外−外コイルである。また二番目にコイル質量が大きいのは、一対のスロットのうち一方の外周層と他方の内周層とを形成している外−内コイルである。また最もコイル質量が小さいのは、一対のスロットの内周層同士を形成している内−内コイルである。
【００１０】
本発明の直流モータによると、ｎ個のコイルのうちｎ−２個のコイルが外−内コイルである。すなわち全コイルのうち大半のコイルが、互いに質量の等しい外−内コイルである。したがって、本発明の直流モータはコイルの抵抗バランスが良好である。このため、本発明の直流モータは、コイル抵抗差による整流火花の発生が抑えられ、ブラシが摩耗しにくい。また各コイルの質量バランスも良好であるので本発明の直流モータは駆動騒音が小さい。
【００１１】
（２）好ましくは、ｎ個のコイルは、内−内コイルと外−外コイルとの質量差を小さくするため、導線巻回数が調整されている構成とする方がよい。つまりこの構成は導線の巻回数をコイルにより増減するものである。導線巻回数が同じ場合、内−内コイルと外−外コイルとは、巻回長さが大きく異なる。このため、内−内コイルと外−外コイルとは、質量が大きく異なる。したがって、内−内コイルと外−外コイルとの質量差は、コイルの抵抗バランスを崩す一因となる。本構成は、この内−内コイルと外−外コイルとの質量差を、各コイルの導線巻回数を増減することにより、是正するものである。したがって本構成の直流モータは、よりコイルの抵抗バランスが良好である。
【００１２】
（３）本発明の直流モータは、パワーステアリング装置において操舵力を補助するため用いるのに好適である。例えば電動フォークリフトなどのパワーステアリング装置に使用されている直流モータは、メンテナンス頻度が少ないことが要求される。この点、本発明の直流モータは、コイルの抵抗バランスが良好である。したがって本発明の直流モータは、消耗品であるブラシの交換頻度が少なくて済む。このため本発明の直流モータは、パワーステアリング装置に用いるのに好適である。
【００１３】
（４）また、上記課題を解決するため、本発明の直流モータの製造方法は、外周面にｎ（ｎ≧５）個のスロットを持つ鉄芯と、ｎ個のスロットのうち一対のスロットに導線が巻回されて形成されたｎ個のコイルと、を備えてなり、ｎ個のコイルは各々のスロット内において内周層と外周層とからなる二層巻き状で収納されている直流モータの製造方法であって、ｎ個のコイルのうち１番目のコイルを一対のスロットに配置することにより、一対のスロットに各々内周層を形成する第１コイル配置工程と、１番目のコイルが形成されている一対のスロットの内コイルの巻き終わりの内周層上から２番目のコイルの外コイルを巻き始め、内周層が形成されたスロットと、未だコイルが配置されていないスロットと、を対にしてｋ（ｋ＝２からｎ−１）番目のコイルを前段のコイルの巻き終わりの内周層の上から次段の外コイルを巻き始めて配置することにより、一対のスロットに外周層と内周層とを順に形成していく第ｋコイル配置工程と、ｎ−１番目のコイルの巻き終わりのスロットの内コイル上から外コイルを巻き始めて、ｎ−１番目のコイルにより内周層が形成されたスロットと、１番目のコイルにより内周層が形成された一対のスロットのうち未だ外周層が形成されていないスロットと、を対にしてｎ番目のコイルを配置することにより、一対のスロットに各々外周層を形成する第ｎコイル配置工程と、を含んでなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の直流モータの製造方法は、第１コイル配置工程と、第ｋコイル配置工程と、第ｎコイル配置工程とを含む。第１コイル配置工程においては、一対のスロットに、各々内周層を形成する。言い換えると内−内コイルを配置する。この内−内コイルが１番目のコイルとなる。第ｋコイル配置工程においては、１番目のコイルが形成されている一対のスロットの内コイルの巻き終わりの内周層上から２番目のコイルの外コイルを巻き始め、一対のスロットの一方に外周層を、他方に内周層を、それぞれ形成する。言い換えると外−内コイルを配置する。次に、２番目のコイルが形成されている一対のスロットの内コイルの巻き終わりの内周層上から３番目のコイルの外コイルを巻き始める、という具合に、２番目のコイルからｎ−１番目のコイルまで順番に外−内コイルを配置していく。
第ｎコイル配置工程においては、一対のスロットに各々外周層を形成する。第ｋコイル配置工程が終了した時点で、ｎ個のスロットのうちコイルが未だ収納されていないのは、ｎ−１番目のコイルがある一対のスロットのうち一方の外周層位置と、１番目のコイルがある一対のスロットのうち一方の外周層位置のみである。本工程では、残ったこれらの外周層位置同士に、ｎ−１番目のコイルが形成されている一対のスロットのうちの一方のスロットの巻き終わりの内コイル（内周層）上から外コイルを巻き始めて導線を巻き回し、各々のスロットに外周層を形成する。言い換えると外−外コイルを配置する。
【００１５】
本発明の直流モータの製造方法によると、抵抗バランスに優れたコイルを持つ直流モータを、容易に作製することができる。すなわち、製造に際して、従来から用いられている巻線機を、改良することなくそのまま用いることができる。したがって、本発明の直流モータの製造方法によると、比較的簡単な作業で、かつ低コストで、抵抗バランスに優れたコイルを持つ直流モータを作製することができる。
【００１６】
（５）好ましくは、上記（４）の製造方法において、１番目のコイルとｎ番目のコイルとの質量差を小さくするため、ｎ−３番目からｎ番目のコイルは、１番目からｎ−４番目のコイルよりも、導線の巻回数が少ない構成とする方がよい。
【００１７】
つまりこの構成は、ｎ−３番目以降に配置されるコイルの導線巻回数を減じるものである。１番目のコイルは内−内コイルである。ｎ番目のコイルは外−外コイルである。したがって、これら二つのコイルの質量差によりコイルの抵抗バランスが悪くなるおそれがある。
【００１８】
本構成では、ｎ−３番目からｎ番目のコイルの導線巻回数を減じている。本構成によると、導線巻回数を減じるという比較的簡単な手法で、より抵抗バランスに優れたコイルを持つ直流モータを作製することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の直流モータおよびその製造方法の実施の形態について説明する。本実施形態の直流モータは、電動フォークリフトのパワーステアリング装置に組み込まれている。
【００２０】
まず、本実施形態の直流モータの構成について説明する。図１に本実施形態の直流モータの軸方向断面図を示す。ヨーク２は、金属製であって円筒状を呈している。ヨーク２は、直流モータ１の外殻をなす。ヨーク２の内周側には、鉄芯３と整流子４と磁極５と前方軸受け６０と後方軸受け６１と回転軸７とコイル（図略）とが配置されている。
【００２１】
前方軸受け６０は、ヨーク２の前端壁内面に固定されている。一方後方軸受け６１は、ヨーク２の後端壁内面に固定されている。回転軸７は、金属製であって丸棒状を呈している。回転軸７は、前方軸受け６０および後方軸受け６１により支承されている。回転軸７の前端は、ヨーク２の前端壁から突出している。
【００２２】
鉄芯３は、円柱状を呈している。鉄芯３は、薄い鉄板を軸方向に多数枚積層して形成されている。鉄芯３の中心には、前記回転軸７が貫通している。鉄芯３は回転軸７に止着されている。鉄芯３の外周面には、溝状のスロット３０が形成されている。スロット３０は鉄芯３の軸方向に延在している。またスロット３０は鉄芯３の周方向に合計３３列配置されている。
【００２３】
整流子４は、基体４０と整流子片４１とからなる。基体４０は、絶縁樹脂製であって円柱状を呈している。基体４０は、前記鉄芯３の前方に同軸状に配置されている。整流子片４１は、銅製であって短冊状を呈している。整流子片４１は、ブラシ摺接部４２とフック４３とを持つ。ブラシ摺接部４２は、基体４０の外周面上に配置されている。フック４３は、ブラシ摺接部４２の後端から、拡径方向に放射状に延びて配置されている。コイルは、このフック４３に結線され前記スロット３０内に巻回された導線により形成されている。コイルについては後述する。
【００２４】
磁極５は、永久磁石製であって弧板状を呈している。磁極５は、ヨーク２の内周面に固定されている。また磁極５は、鉄芯３の外周側から所定距離だけ離れて配置されている。磁極５は、周方向に離間して合計４極配置されている。
【００２５】
次に、本実施形態の直流モータの製造方法について説明する。直流モータの製造方法は、第１コイル配置工程と第ｋコイル配置工程と第３３コイル配置工程とを含んでいる。なお、第１コイル配置工程の前に、回転軸７と鉄芯３と整流子４とは既に組み付けられている。
【００２６】
第１コイル配置工程では、１番目のコイルを一対のスロットに配置することにより、この一対のスロットに各々内周層を形成する。図２に導線の巻線仕様図を示す。なお、図１において軸方向に一直線に並んでいるスロットと整流子片とは、図２において同じ番号で示している。また図３に１番目のコイルが配置された鉄芯の後端面図を示す。本工程ではまず、回転軸と鉄芯と整流子との組み付け体を、シングル巻線機にセットする。このとき、導線を巻回しスロットに供給するフォーマ８は、スロット５ａからスロット１３ａまでの外周側に配置する。すなわちスロットピッチは９に設定する。本工程では次に、整流子片１ｂのフックに導線の一端を結線する。そして、フォーマ８により導線をスロット５ａの内周側位置およびスロット１３ａの内周側位置に巻き回し、１番コイル１ｃを配置する。このときスロット５ａには内周層５ｄが形成される。また並びにスロット１３ａにも内周層１３ｄが形成される。すなわち１番コイル１ｃは内−内コイルである。それから導線の他端を整流子片１７ｂのフックに引っかける。
【００２７】
第ｋコイル配置工程では、２番目から３２番目までのコイルを対をなすスロットに順に配置していくことにより、各々のスロットに内周層と外周層とを順に形成していく。図４に１番目のコイルと２番目のコイルとが配置された鉄芯の後端面図を示す。本工程ではまず、回転軸と鉄芯と整流子との組み付け体を、図中矢印で示すように、回転軸を中心に反時計回りに回転させる。そしてフォーマ８を、スロット１３ａからスロット２１ａまでの外周側に配置する。本工程では次に、整流子片１７ｂのフックに引っかけた導線を、バイパスして整流子片９ｂのフックに引っかける。そして、フォーマ８により導線をスロット１３ａの外周側位置およびスロット２１ａの内周側位置に巻き回し、２番コイル２ｃを配置する。このときスロット１３ａには外周層１３ｅが形成される。また並びにスロット２１ａには内周層２１ｄが形成される。すなわち２番コイル２ｃは外−内コイルである。それから導線の他端を整流子片２５ｂのフックに引っかける。
【００２８】
この作業を順に繰り返すことにより、３番目から３２番目までのコイルも同様にスロットに配置していく。すなわち、２番コイル２ｃと同様に、３番目から３２番目までのコイルも外−内コイルである。ただし、３０番目から３２番目のコイルの導線巻回数は、１番目から２９番目のコイルの導線巻回数よりも、少なくする。
【００２９】
第３３コイル配置工程では、３３番目のコイルを一対のスロットに配置することにより、この一対のスロットに各々外周層を形成する。図５に３２番コイル３２ｃと３３番コイル３３ｃと１番コイル１ｃとが配置された鉄芯の後端面図を示す。なお、２番コイルから３１番コイルまでは省略して示す。本工程ではまず、回転軸と鉄芯と整流子との組み付け体を、図中矢印で示すように、回転軸を中心に反時計回りに回転させる。そしてフォーマ８を、スロット３０ａからスロット５ａまでの外周側に配置する。本工程では次に、整流子片１ｂのフックに結線した導線を、バイパスして整流子片２６ｂのフックに結線する。そして、フォーマ８により導線をスロット３０ａの外周側位置およびスロット５ａの外周側位置に巻き回し、３３番コイル３３ｃを配置する。ただし、３３番コイル３３ｃの導線巻回数は、３０番目から３２番目のコイルの導線巻回数と同様に、１番目から２９番目のコイルの導線巻回数よりも、少なくする。スロット３０ａには外周層３０ｅが形成される。また並びにスロット５ａには外周層５ｅが形成される。すなわち３３番コイル３３ｃは外−外コイルである。それから導線の他端を整流子片９ｂのフックに結線する。
【００３０】
その後、合計３３個のコイルが配置された鉄芯と整流子と回転軸とを、予め軸受けが固定されたヨークの内周側に収納配置する。このようにして本実施形態の直流モータが作製される。
【００３１】
本実施形態の直流モータの３３個のコイルのうち、２番コイルから３２番コイルまでの合計３１個のコイルは外−内コイルである。また１番コイルは内−内コイルであり３３番コイルは外−外コイルであるものの、３０番から３３番までのコイルは、１番から２９番までのコイルと比較して、導線の巻回数が減じてある。このためコイルの抵抗バランスに優れている。
【００３２】
以上、本発明の直流モータおよびその製造方法の実施形態について説明した。しかしながら実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。スロット数、スロットピッチ数、整流子片数、フックピッチ数は特に限定しない。例えば、磁極数が４極であるモータの場合、スロット数はｎ＝４ｍ＋１（ｍは自然数）としてもよい。また本実施形態においてはオープンタイプのスロットを配置したが、セミクローズドタイプ、クローズドタイプのスロットを配置してもよい。また整流子の形状も特に限定しない。例えば回転軸に対して整流子片が放射状に配列された形状の整流子を用いてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によると、コイルの抵抗バランスが良好な直流モータおよびその簡単な製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態の直流モータの軸方向断面図である。
【図２】  本実施形態の直流モータの導線の巻線仕様図である。
【図３】  １番コイルが配置された鉄芯の後端面図である。
【図４】  １番コイルと２番コイルとが配置された鉄芯の後端面図である。
【図５】  ３２番コイルと３３番コイルと１番コイルとが配置された鉄芯の後端面図である。
【図６】  従来のコイル配置中における鉄芯の端面図である。
【符号の説明】
１：直流モータ、２：ヨーク、３：鉄芯、３０：スロット、４：整流子、４０：基体、４１：整流子片、４２：ブラシ摺接部、４３：フック、５：磁極、６０：前方軸受け、６１：後方軸受け、７：回転軸、８：フォーマ、１a〜３３ａ：スロット、１ｂ〜３３ｂ：整流子片、１ｃ〜３３ｃ：コイル、１ｄ〜３３ｄ：内周層、１ｅ〜３３ｅ：外周層。
【図１】
0003750609.tif 000002
【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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