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公開番号2021121142
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210819
出願番号2020013825
出願日20200130
発明の名称モータ
出願人ミネベアミツミ株式会社
代理人アインゼル・フェリックス=ラインハルト,個人,個人,個人
主分類H02K 23/30 20060101AFI20210726BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】モータ寿命の向上及び線積率の向上を両立させることができる、モータを提供する。
【解決手段】モータ1は、周方向に並んだ複数の磁極部を有するロータ2と、磁極部のそれぞれに巻き回された第1コイル31A〜32A及び第2コイル31B〜35Bと、周方向に並んだ複数のセグメント41〜45を有する整流子4と、を備える。複数のセグメントの数と複数の磁極部の数とが等しい。第1コイル31A〜35Aは、複数のセグメント41〜45のうち所定セグメントに一端が接続されるとともに、所定セグメントに対して第1回転方向に隣り合うセグメントに他端が接続され、第2コイル31B〜35Bは、所定セグメントに対して第1回転方向とは反対方向に隣り合うセグメントに一端が接続され、所定セグメントに他端が接続される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
周方向に並んだ複数の磁極部を有するロータと、
前記磁極部のそれぞれに巻き回された第1コイル及び第2コイルと、
周方向に並んだ複数のセグメントを有する整流子と、を備え、
前記複数のセグメントの数と前記複数の磁極部の数とが等しく、
前記第1コイルは、前記複数のセグメントのうち所定セグメントに一端が接続されるとともに、前記所定セグメントに対して第1回転方向に隣り合う前記セグメントに他端が接続され、
前記第2コイルは、前記所定セグメントに対して前記第1回転方向とは反対方向に隣り合う前記セグメントに一端が接続され、前記所定セグメントに他端が接続される、モータ。
続きを表示(約 120 文字)【請求項2】
前記第1コイル及び前記第2コイルの巻回軸方向は同じである、請求項1に記載のモータ。
【請求項3】
前記第1コイル及び前記第2コイルの一方に他方が重なって巻き回されている、請求項1又は2に記載のモータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、モータに関する。
続きを表示(約 5,700 文字)【背景技術】
【0002】
整流子及びブラシを用いた直流モータにおいて、小型化及び軽量化を目的として、複数のティース(磁極部)の1つずつに電線を巻き回す所謂集中巻きが採用されることがあった。集中巻きでは、回転によってブラシがセグメントから離れる際に、セグメントとブラシとの間に放電が発生しやすく、放電摩耗によって寿命が低下する可能性があった。
【0003】
この解決案として、磁極とスロットとセグメントとの個数比を所定の割合とし、セグメント同士を短絡する短絡部材を設け、各セグメントに対し、各ティースに巻き回された巻線を所定の順番で接続するものが提案されている。しかしながら、このような構成では、モータ全体の形状が複雑化しやすく、巻線を構成する電線の体積効率(線積率)が低下しやすかった。
【0004】
また、セグメントとブラシとの間で放電を発生しにくくするために、複数のティースに対して電線を所定回数巻き回した後、1つ分のティースだけずらして再度巻き回すことを繰り返す所謂重ね巻きを採用する方法も考えられる。重ね巻きでは、放電摩耗を抑制しやすいものの、1つ分のティースだけずらして電線を巻き回す際に、既に巻き回された電線の外側に新たな電線を巻き付ける必要がある。従って、1ターンを形成するために必要な電線長さが長くなり、線積率が低下しやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2008−278689号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
したがって、本発明は、モータ寿命の向上及び線積率の向上を両立させることができる、モータを提供することを課題の一例とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明のモータは、周方向に並んだ複数の磁極部を有するロータと、前記磁極部のそれぞれに巻き回された第1コイル及び第2コイルと、周方向に並んだ複数のセグメントを有する整流子と、を備え、前記複数のセグメントの数と前記複数の磁極部の数とが等しく、前記第1コイルは、前記複数のセグメントのうち所定セグメントに一端が接続されるとともに、前記所定セグメントに対して第1回転方向に隣り合う前記セグメントに他端が接続され、前記第2コイルは、前記所定セグメントに対して前記第1回転方向とは反対方向に隣り合う前記セグメントに一端が接続され、前記所定セグメントに他端が接続される。
【0008】
本発明において、前記第1コイル及び前記第2コイルの巻回軸方向は同じであることが好ましい。
【0009】
本発明において、前記第1コイル及び前記第2コイルの一方に他方が重なって巻き回されていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本発明の一例である実施形態にかかるモータの分解斜視図である。
本発明の一例である実施形態にかかるモータの模式図である。
比較例のモータの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一例である実施形態にかかるモータ1の分解斜視図であり、図2は、モータ1の模式図であり、図3は、比較例のモータの模式図である。
【0012】
本実施形態に係るモータ1は、図1に示すように、アマチュア10とステータ20とを備えた2極5相のモータであって、アマチュア10は、複数の磁極部を有するロータ2と、巻線3と、整流子4と、を備え、ステータ20は、ハウジング5と、複数のマグネット6と、ブラシ7と、を備える。
【0013】
ロータ2は、図2に示すように、周方向に並んだ複数(本実施形態では5つ)の磁極部として、第1〜第5ティース21〜25を有するコアである。
【0014】
巻線3は、第1〜第5巻線部31〜35を有する。第1巻線部31は、第1ティース21に巻き回されたものであって、第1コイル31Aと第2コイル31Bとによって構成される。同様に、第2〜第5巻線部32〜35は、それぞれ、第2〜第5ティース22〜25に巻き回されたものであって、第1コイル32A〜35Aと第2コイル32B〜35Bとによって構成される。第1コイル31A〜35Aは、1つのティース21〜25を対象として巻き回されたものであり、且つ、第2コイル31B〜35Bは、1つのティース21〜25を対象として巻き回されたものであり、1つのティースには2つのコイル(第1コイル及び第2コイル)が巻き回されている。各巻線部31〜35において、第1コイル31A〜35Aと第2コイル31B〜35Bとの巻き数、巻回軸方向(螺旋の向き)及び通電方向は同じである。また、各巻線部31〜35同士においても、コイルの巻き数、巻回軸方向、及び通電方向は同じである。
【0015】
各巻線部31〜35において、第1コイルの径方向外側に第2コイルが重なるように巻き回されていてもよいし、第2コイルの径方向外側に第1コイルが重なるように巻き回されていてもよい。また、第1コイルと第2コイルとは、全体が径方向において重なり合っていてもよいし、一部が径方向において重なり合っていてもよいし、径方向において重なり合っていなくてもよい。
【0016】
整流子4は、周方向に並んだ複数のセグメントとして、第1〜第5セグメント41〜45を有する。第1〜第5セグメント41〜45は、ブラシ7の接触部71、72と摺接して通電するようになっている。整流子4におけるセグメントの数と、ロータ2における磁極部(ティース)の数と、はいずれも5つであり互いに等しい。
【0017】
ハウジング5は、アマチュア10を収容するものであって、鉄等の磁性体(強磁性体材料)により構成されることでヨークとしても機能する。
【0018】
マグネット6は、ハウジング5の内面に設けられたものであって、本実施形態においては2つの永久磁石により構成されている。なお、単一の環状の永久磁石によりマグネット6を構成してもよく、この場合には環状の永久磁石が周方向において2極に着磁がなされている。
【0019】
ブラシ7は、一対の接触部71、72を有し、一対の接触部71、72は径方向に対向している。整流子4におけるセグメントの数が奇数であることから、一方の接触部が1つのセグメントの中央部に接触している際に、他方の接触部は、径方向に対向する位置において、2つのセグメントに跨るように同時に接触する。
【0020】
以下、第1コイル31A〜35A及び第2コイル31B〜35Bと各セグメント41〜45との接続態様について説明する。一例として、第2ティース22には、第2巻線部32の第1コイル32A及び第2コイル32Bが巻き回されている。第1コイル32Aの一端321Aは、第2セグメント42を所定セグメントとして接続され、第1コイル32Aの他端322Aは、所定セグメント(第2セグメント42)に対して第1回転方向(例えば時計回り方向、図2における右側)に隣り合う第3セグメント43に接続される。第2コイル32Bの一端321Bは、所定セグメント(第2セグメント42)に対して第1回転方向とは反対方向(反時計回り方向、図2における左側)に隣り合う第1セグメント41に接続され、第2コイル32Bの他端322Bは、所定セグメントである第2セグメント42に接続される。
【0021】
他のティース21、23〜25に巻き回される各巻線部31、33〜35の第1コイル及び第2コイルも、各セグメントに対して同様に接続される。この接続方法を一般化すると、第nティース(nは1〜5の自然数)には、第n巻線部の第1コイル及び第2コイルが巻き回されている。第n巻線部の第1コイルの一端は、第nセグメントを所定セグメントとして接続され、第1コイルの他端は、所定セグメント(第nセグメント)に対して第1回転方向に隣り合う第n+1セグメントに接続される。第n巻線部の第2コイルの一端は、所定セグメント(第nセグメント)に対して第1回転方向とは反対方向に隣り合う第n−1セグメントに接続され、第2コイルの他端は、所定セグメントである第nセグメントに接続される。
【0022】
これにより、第nティースに巻き回された(第n巻線部を構成する)第1コイルと、第n+1ティースに巻き回された(第n+1巻線部を構成する)第2コイルと、が並列に接続される。並列に接続された第1コイル及び第2コイルにおいて、コイルの巻回軸方向及び通電方向は互いに同じであり、同一方向のトルクが発生するようになっている。
【0023】
尚、2つのティースの関係の説明において、所定のティースの番号をn(正の整数)とし、他のティースの番号をn±mとして表す(mは正の整数)ことがある。このとき、ティースの番号は、1以上且つ全ティースの数(xとする)以下となる。従って、n−m<1の場合には、他方のティース番号はn−m+xであるものとし、n+m>xの場合には、他方のティース番号はn+m―xであるものとする。具体的には、例えば全ティースの数が6である場合に隣り合う2つのティースの番号を表すと、一方のティースの番号はnとなり、他方のティースの番号はn+1となる。このとき、n=6とすると、他方のティースにおいてn+1=7となり全ティースの数を上回ってしまう。この場合には、n+1−6=1をティースの番号とすればよい。同様に、隣り合う2つのティースの番号をnとn−1とで表した場合、n=1においてn−1<1となるため、n−1+6=6をティースの番号とすればよい。これは巻線部及びセグメントの番号を表す際も同様である。
【0024】
上記のような接続により、単なる集中巻(第nティースに巻き回されたコイルの一端が第nセグメントに接続されて他端が第n+1セグメントに接続される)と比較して、モータ1の回転時に発生する逆起電力の変動及びトルクリップルが小さくなる。従って、ブラシ7の接触部71、72が第nセグメントに対して接離する際に放電が発生しにくくなり、放電摩耗によるモータ寿命の低下が生じにくい。
【0025】
第1コイル31A〜35Aと第2コイル31B〜35Bとのうち一方を他方に対して径方向外側に巻き付ける場合、一方のコイルの直径は、他方のコイルの直径に応じて大きくなる。
【0026】
図3に示す比較例のモータでは、2つのティースを対象として、互いに並列な第1コイル及び第2コイルからなる巻線部91〜95をそれぞれ巻き付けたものである。例えば、第1ティース21及び第2ティース22を対象として、互いに並列な(一端同士が同一のセグメントに接続され且つ他端同士が同一のセグメントに接続される)第1コイル91A及び第2コイル91Bからなる第1巻線部91が巻き付けられ、第2ティース22及び第3ティース23を対象として、互いに並列な第1コイル92A及び第2コイル92Bからなる第2巻線部92が巻き付けられている。即ち、第nティース及び第n+1ティースを対象として、第n巻線部が巻き付けられ、隣り合う巻線部が径方向に重なりつつ、合計5つの巻線部が形成される。このような比較例のモータでは、各巻線部内において第1コイルと第2コイルとが径方向に重ねられるだけでなく、隣り合う巻線部間においてもコイル同士が径方向に重ねられる。各巻線部において第1コイルが第2コイルの径方向内側に配置され、第n巻線部の径方向外側に第n+1巻線部が重なるものとすると、第n+1巻線部の第2コイルが最も径方向外側に位置する。このとき、第n+1巻線部の第2コイルの直径は、他の3つのコイルの直径に応じて大きくなる。
【0027】
従って、本実施形態のモータ1では、比較例のモータに対し、径方向外側に位置するコイルの直径を小さくすることができ、コイルを1ターン分形成するために必要な電線の長さが短くなり、線積率が向上する。
【0028】
本実施形態によれば、1つの第nティースに巻き回された第n巻線部において、第1コイルの一端が第nセグメントに接続されるとともに他端が第n+1セグメントに接続され、第2コイルの一端が第n−1セグメントに接続されるとともに他端が第nセグメントに接続されることで、モータ寿命の向上及び線積率の向上を両立させることができる。
【0029】
さらに、各巻線部31〜35において第1コイル31A〜35Aと第2コイル31B〜35Bとの巻回軸方向が同じ方向であることで、例えば第1コイル31A〜35Aと第2コイル31B〜35Bとを略同時に巻回することが容易となる。
【0030】
以上、本発明のモータについて、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明のモータは上記実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、各巻線部31〜35において第1コイル31A〜35Aと第2コイル31B〜35Bとの巻回軸方向が同じ方向であるものとしたが、これらの巻回軸方向は互いに逆方向であってもよい。即ち、互いに並列に接続される第1コイルと第2コイルとが同一方向のトルクを発生するように、互いに並列に接続される第1コイルと第2コイルとにおける巻回軸方向の関係と、コイルへの通電方向と、が適宜に設定されていればよい。
(【0031】以降は省略されています)

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