以下、例示に基づき本発明の実施形態を� ��明するが、その前に、本発明を適用するこ� ��ができる本発明の前提となる小型モータに� ��いて、図1~図3を参照して説明する。図1は、 本発明を適用することのできる4極界磁の小� �モータを示す図であり、(A)はその全体を示� �縦断面図であり、(B)は整流子のみを示す図� �ある。図示のモータは、金属材料により有� �中空筒状に形成したモータケースの内周面� �、NS交互の二対(4極)のマグネットが界磁磁極 として取り付けられている。本発明は、4極� �磁以上のモータに適用可能であるが、以下� �4極界磁の小型モータを例として説明する。

 図1(A)に示すように、モータケースの開口 部は、ケース蓋が嵌着されている。ケース蓋 の中央部には、シャフト保持のための軸受が 収容される。シャフトの他端は、有底中空筒 状のモータケースの底部中央に設けられた軸 受によって支持されている。このシャフトに は、積層した突極磁極コア及び該磁極コア上 に巻いた巻線(整流子片との接続の図示は省� �)からなる偶数極の回転子磁極と、該磁極数� ��同数の整流子片を有する整流子とが通常に� ��えられて、小型モータの回転子を構成して� ��る。そして、この整流子に接触する一対或� ��は二対のカーボンブラシは、バネ部材を介� ��てケース蓋に支持されると共に、各ブラシ� ��、一対の外部端子に電気的に接続される。� ��1(B)に示す整流子は、10個の整流子片を有す� ��ものとして例示している。電気的導電体に� ��り構成される各整流子片は、絶縁体(樹脂製 )の整流子芯の上で、互いにスリットにより� �割されると共に、その端部を折り曲げて電� �接続部を構成している。この電線接続部の� �れぞれに、突極磁極コアに巻回した各巻線� �端部が接続されて、スポット溶接される(図1 8参照)。

 図2は、巻線前の回転子を示す図であり、 図2(A)はシャフトを横方向に配置して見た回� �子の正面図であり、図2(B)は整流子側から見� ��側面図である。図3は、整流子に対するブラ シ位置関係を示す図であり、図3(A)は一対の� �ラシの配置を示し、図3(B)は二対のブラシの� ��置を示している。図3(B)に示す二対のブラシ は、例えば、図示のような極性で直流電源に 接続される場合、+極同士、-極同士は電気的� ��接続されている。また、図示の例において� ��ブラシは、対応するマグネット中心と位置� ��合わせて配置されている。

 図2(B)に見られるように、10個として例示� ��た整流子片(及び電線接続部)には、図示の� �うに、a~e及びa’~e’の記号を付し、かつ整� �子片と同数の回転子突極磁極コアには、1~10� ��番号を付して、以下、説明する。基本的な� ��線方法として、各磁極コアに巻回した巻線� ��、その両端が整流子片に接続するように巻� ��することができる。例えば、1つの磁極コア 2に巻回した巻線の両端は整流子片aとbに接続 される。図示の例のように、巻線の電流方向 が、界磁極マグネットの中央で切り替わるよ うに、各巻線コイルの中心(それ故、各回転� �コア突極磁極の中心)を整流子片間スリット� ��一致させて、これによって、磁極コアに巻� ��される巻線の接続が全て電気的中性となる� ��に(整流子片間スリット位置とずれること無 く)結線することができるが、本発明は、電� �的中性となる構成だけでなく、それ以外の� �転子が進角(或いは遅角)の場合についても適 用可能である。この進角構造を構成する手法 として、対向ブラシの配置をそれぞれマグネ ットNSの中心に合わせ、回転子の整流子片の� ��置を各回転子磁極の配置に対して回転子の� ��転方向にずらすことが知られているが、本� ��明は、このような進角(或いは遅角)構造の� �ータに対しても適用可能である。また、整� �子上で切り替わる電圧及び電流の変動を極� �小さくするために2極、或いは3極等の多極の 回りに巻線する多極巻が従来より行われてい るが、本発明は、各巻線を1つの突極磁極コ� �の上に巻く単極巻き構造だけでなく、多極� �き構造の巻線に対しても適用可能である。

 図4(A)は、従来技術による最も単純な4極� �磁のモータ結線の原理を説明する図であり� �(B)は連続的に巻線する場合の従来の巻線を� �している。図5(A)は本発明の原理を説明する� ��線の一例を示す図であり、(B)は、本発明の� ��なる巻線例を示す図である。図4及び図5に� �いて、各巻線コイル(それぞれ2個のみ図示)� �3角形状で示し、その巻線両端がそれぞれ隣� ��する整流子片に接続されることを示してい� ��。

 図4(A)に示すように、従来技術による最も 単純なモータ結線では、整流子片の両側に位 置する巻線コイルのそれぞれの一端と、対向 する整流子片同士を接続する短絡線の併せて 3本(奇数)の電線が、全ての整流子片に集まる ことになる。このような結線方法は、連続し た巻線が不可能であるために、例えば、短絡 線無しで連続的に巻線した後に、短絡線を後 付けすることになる。連続的に巻線するため には、図4(B)に示すように、短絡線を2本とす� ��必要がある。これによって、全ての整流子� ��に4本(偶数本)の電線が集まることになるの� ��、巻線機を用いた連続巻線が可能となる。� ��続的に巻線する場合、1つの整流子片に入っ て、かつ出ていく電線を1本のフッキングと� �て、4本の電線に対して合計2本のフッキング となるが、巻始め及び巻終わり整流子片では 、巻始め電線と巻終わり電線のために、それ ぞれ1本ずつをフッキングする必要がある。� �のため、図16或いは図17を参照して説明した� ��うに、巻始め及び巻終わり整流子片では、� ��せて3本の電線がフッキングされることにな る。

 図5(A)及び(B)に示すように、本発明は、巻 線タイプAと巻線タイプBを組み合わせて用い� ��。巻線タイプAとは、隣接する整流子片間に 接続する巻線を称し、また、巻線タイプBと� �、巻線の少なくとも一方の端を本来の整流� �片からその対向位置の整流子片に変更した� �線を称している。図5(A)に例示の巻線タイプB は、巻線の一方の端のみを本来の整流子片か らその対向位置の整流子片に変更した例であ るのに対して、図5(B)に例示の巻線タイプBは� ��巻線端の両方共に、対向位置の整流子片に� ��更した例を示している。

 図5(A)の下方に示す巻線タイプB(巻線の一� ��の端を対向位置の整流子片に接続した巻線) についても、本来ならば(図4(B)参照)、整流子 片a’と整流子片b’に接続すべきであるが、� ��の巻線は一方の端を、整流子片a’の代わり に、その対向位置の整流子片aに接続する。� �れによって、対向位置の整流子片間を接続� �る短絡線は、1本のみとなる。さらに、図中� ��整流子片aに集まる電線は、図4(B)と対比し� �、4本のままで変更無いものの、整流子片a’ では4本から2本に減少する。これによって、� ��流子片a’が、連続する巻線途中の通過点と なれば、そのフッキング線は1本であり、ま� �、整流子片a’が、巻始め及び巻終わり端と� ��れば、フッキング線は2本である。

 同様に、図5(B)の下方に示す巻線タイプB(� ��線端の両方共に対向位置の整流子片に接続) についても、巻線端を、対向位置の整流子片 に接続する(具体例は、図12を参照して後述す る)。本来ならば(図4(B)参照)、整流子片a’と� ��流子片b’に接続すべきであるが、代わりに 、巻線の両端をそれぞれ整流子片aと整流子� �bに接続する。これによって、対向位置の整� ��子片間を接続する短絡線は、1本のみとなる 。図中の整流子片a、bに集まる電線は、図4(B) と対比して、4本のままで変更無いものの、� �流子片a’、b’では4本から2本に減少する。� ��れによって、整流子片a’、b’が、連続す� �巻線途中の通過点となれば、そのフッキン� �線は1本であり、また、整流子片a’、b’が� �巻始め及び巻終わり端となれば、フッキン� �線は2本である。

 要するに、整流子片数を回転子磁極数と� ��数の2×N(Nは整数)として、対向する2つの整� �子片を1組として全部でN組のうち、巻始め及 び巻終わり端となる整流子片を含む1組を除� �、N-1組は、一方の整流子片には4本の電線が� ��まり(2本の電線がフッキングされ)、かつ、� ��方の整流子片には2本の電線が集まる(1本の� ��線がフッキングされる)。巻始め及び巻終わ り端となる1組については、巻始めと巻終り� �同一整流子片の場合と、対向する異なる整� �子片に分かれる場合とで集まる線数は異な� �。同一整流子片の場合(例えば、図7参照)に� �、一方の整流子片には4本の電線が集まり(2� �の電線がフッキングされ)、他方の巻始めと� ��終りとなる整流子片には2本の電線が集まる (2本の電線がフッキングされる)。巻始めと巻 終りが対向する異なる整流子片の場合(例え� �、図9参照)には、両方の整流子片共に3本の� �線が集まる(2本の電線がフッキングされる)� �

 次に、本発明の第1の実施の形態を、図6~� ��8を参照して説明する。第1の実施形態は、4� ��界磁、1対又は2対のブラシ、回転子磁極数� �整流子片数が同数で、6以上の偶数2×N(Nは整� ��)である直流小型モータである。図6は、10ス ロット回転子巻線を例示する展開図であり、 かつ、図7は、図6に示した巻線を、円周上に� ��置して示す説明図である。

 図5を参照して説明したように、巻線コイ ル両端の整流子片への接続形態を異にする2� �類の巻線(巻線タイプA,巻線タイプB)がある。 図7において、実線の三角形で示す巻線タイ� �Aは、任意の整流子片と、それに隣接する整� ��子片に接続される。破線の菱形で示す巻線� ��イプBは、巻線の一方の端部を接続する本来 の(巻線タイプAのように接続されるべき)整流 子片を、その対向に位置する整流子片に変更 して接続される。図6及び図7に示す例では、� ��のような巻線タイプAと巻線タイプBが、そ� �ぞれ同数の5組(N組)交互に円周上に配置され� ��いる。図6の下方に示す表示A,Bは、巻線タイ プを表している。対向関係にある整流子片同 士を接続する短絡線は、各1本ずつで、全体� �は、整流子片数(10個)の半数(5本)となってい� ��。これによって、いずれの整流子片におい� ��も、2本線以下のフッキングとすることが可 能となっている。また、1本又は2本の巻線で( 途中切断せずに)連続的に巻くことが可能と� �っている。

 以下、さらに、巻線について具体的に説� ��する。図6及び図7に示すように、整流子片a� ��、巻始め端Sになると共に、巻終わり端Eに� �る。但し、以下のいずれの実施形態におい� �も、巻始め端Sと巻終わり端Eを逆にして、巻 終わり端Eから巻始めて、巻始め端Sで終わる� ��うな巻線をすることができるが、便宜上、� ��方を巻始め端Sとし、他方を巻終わり端Eと� �て説明する。

 最初に1~N(5)番目の巻線を、巻線タイプAと して巻回する。このため、整流子片aから巻� �めて、回転子磁極6,5,4の回りに多極巻きした 後、隣接する整流子片bにフッキングする。� �いて、連続した短絡線にて整流子片bの対向� ��置にある整流子片b’にフッキングした後、 回転子磁極2,1,10の回りに巻線し、隣接する整 流子片c’にフッキングする。以下、同様に� �て、巻線して、巻線タイプAとしては最後の� ��N(5)番目の巻線を巻くために、整流子片eか� �、回転子磁極10,9,8の回りに巻線した後、隣� �する1個先の整流子片a’に接続する。

 続けて、(N+1)~2N番目(6~10番目)の巻線を巻� �タイプBとして巻回する。このため、整流子� ��a’から巻始めて、回転子磁極1,10,9の回りに 巻回した後、隣接整流子片b’ではなく、そ� �対向位置にある整流子片bにフッキングする� ��以下、同様に巻回した後、2N(10)番目の巻線� ��、整流子片e’から巻始めて、回転子磁極5,4 ,3に巻回した後、対向位置の整流子片a’にフ ッキングし、続けて、最初の整流子片aにフ� �キングして、全ての巻線を終了する。

 図8は、図7に示した巻線構成の巻線順序� �説明する図である。巻線順序を1から10まで� �字で表示している。実線の三角形で示す巻� �タイプAと、破線の菱形で示す巻線タイプBは 円周上で交互に、かつ径方向には対向して配 置される。順序的に次に巻回される巻線は、 径方向反対側の巻線に隣接する巻線となる。 但し、5番目の巻線を終了した後の次の6番目� ��巻線は、隣接する位置となる。これによっ� ��、巻線は、シングルフライヤーと称せられ� ��いる巻線機で1本の電線を用いて連続的に巻 回すること、或いはダブルフライヤーと称せ られている巻線機で2本の電線を用いて連続� �に巻回することが可能になる。但し、2本の� ��線を用いる場合であっても、3本のフッキン グとならないように巻始め及び巻き終わり整 流子片を選択する必要がある。このように、 巻線は、円周上で順序的にバランス良く巻く ことができるので、巻姿が偏ることはなく、 回転子巻線抵抗の差は小さい。図20を参照し� ��上述したように、第1の実施形態により構成 した回転子の1回転中に流れる電流は、従来� �と対比して、1回転中の変動が小さいことが� ��定された。

 上述のように、巻線タイプBとして、巻線 の一方の端を対向位置の整流子片に接続した 巻線を用いるとき、対極位置にある2つの巻� �コイルを1組とした場合、N-1組については、� ��線タイプAと巻線タイプBの組み合わせから� �り、残り1組については、巻線タイプAと巻線 タイプBの組み合わせとすることも、或いは� �線タイプA同士の組み合わせとすることも可� ��である。そして、以下のいずれの実施形態� ��おいても、対極位置にある巻線タイプAと巻 線タイプBを、対極位置の間で、その巻線タ� �プを入れ替えることができる。以下、図9~図 15を参照して、別の典型的な実施形態のいく� ��かを説明する。

 図9は、本発明の第2の実施形態を示す図� �ある。第2の実施形態は、巻始め位置及び巻� ��わり位置が、上述した第1の実施の形態とは 異なっている。この第2の実施の形態では、10 番目の巻線を巻回した後、隣接する整流子片 aに接続している。そして、巻始めは、整流� �片a’から整流子片aまでの短絡線で開始して いる。この例では、10番目の巻線は、巻線タ� ��プAに変更されるために、巻線タイプAがN+1� �、巻線タイプBがN-1個となる。言い換えると� ��N-1組は、巻線タイプAと巻線タイプBが対向� �置されるが、残りの1組については、対向す� ��両者が巻線タイプAである。

 図10は、本発明の第3の実施形態を示す図� ��ある。第3の実施形態は、上述の例と同一構 成のモータであるが、巻線順序を異にしてい る。巻始め端Sから、数字の順に巻線する。� �初の4個の巻線は、巻線タイプBであり、5番� �の巻線を始める前に、短絡線の配線は全て� �了している。5番目の巻線からは、巻線タイ� ��Aであり、短絡線を配線すること無く、順次 隣の巻線に進んで、最後に、10番目の巻線の� ��終わり端を、隣接整流子片にフッキングし� ��、全ての巻線を終了する。図示の例は、順� ��隣接配置したN-1個の巻線タイプBと、順次隣 接配置したN+1個の巻線タイプAを有する。こ� �ように、順次隣接する位置に巻線するため� �、巻姿は偏るものの、短絡線は1本のみであ� ��、フッキング線も2本以下に抑えることが可 能となっている。

 図11は、本発明の第4の実施形態を示す図� ��ある。図示の例は、1つの巻線タイプAに隣� �して、順次隣接配置したN-1個の巻線タイプB� ��、順次隣接配置したN個の巻線タイプAを有� �る。このように、巻始め端Sから、数字の順� ��巻線して、最初の1番目の巻線が、巻線タイ プAであり、かつ、5番目の巻線が巻線タイプB である点で、上述した第3の実施の形態とは� �なっているが、同様な効果を有している。

 図12は、本発明の第5の実施形態を示す図� ��ある。第5の実施形態は、巻線タイプBとし� �、巻線の両端共に対向位置の整流子片に接� �した巻線を用いる(図5(B)参照)点で、上述の� �1~第4の実施形態とは異なっている。図12に示 す第5の実施形態において、上述の例と同様� �、巻線タイプAを実線の三角形で示し、かつ� ��巻線タイプBを破線の菱形で示している。巻 線に付加した数字は、巻線順を示している。 図示の例において、3個の巻線タイプBがあり� ��その内の1個は、巻線の一方の端のみを対向 位置の整流子片に接続し、かつ、残りの2個� �、巻線の両端共に対向位置の整流子片に接� �するものとして例示している。それ故、対� �位置にある2つの巻線コイルを1組とした場合 、3組については、巻線タイプAと巻線タイプB の組み合わせからなり、残り2組については� �巻線タイプA同士の組み合わせとなっている� ��そして、対極位置にある巻線タイプAと巻線 タイプBを、対極位置の間で、その巻線タイ� �を入れ替えることもできる。

 次に、巻線について説明する。図12に示� �ように、整流子片aが、巻始め端Sになると共 に、巻終わり端Eになるとして説明する。最� �に1~5番目の巻線を、巻線タイプAとして巻回� ��る点では、上述した図8と同様である。但し 、図12に示す例では、その後、6番目及び8番� �の巻線についても、巻線タイプAとして巻回� ��る。7番目、9番目、10番目の巻線を巻線タイ プBとして巻回する。7番目及び9番目の巻線に ついては、両端共に、対向位置の整流子片に 接続する。10番目の巻線については、巻線の� ��端のみを対向位置の整流子片に接続する。� ��れによって、上述の例と同様に、対向関係� ��ある整流子片同士を接続する短絡線は、各1 本ずつで、全体では、整流子片数(10個)の半� �(5本)となっている。このように、いずれの� �流子片においても、2本線以下のフッキング� ��することが可能となっている。また、1本又 は2本の巻線で(途中切断せずに)連続的に巻く ことが可能となっている。

 図13は、本発明の第6の実施形態を示す図� ��ある。第6の実施形態は、巻線タイプBを2つ� ��いる点で、第5の実施形態とは異なっている 。図13は、対極位置にある2つの巻線コイルを 1組とした場合、2組については、巻線タイプA と巻線タイプBの組み合わせからなり、残り3� ��については、巻線タイプA同士の組み合わせ となっている例を示している。上述したよう に、本発明は、回転子磁極数と整流子片数が 同数で、6以上の偶数2×N(Nは整数)の直流小型� ��ータに適用可能であるが、Nが偶数のときは 、タイプA-Aの組み合わせの最大は、N/2となり 、Nが奇数のときは、(N+1)/2となる。それ故、� ��イプA-Bの組み合わせは、Nが偶数のときは、 少なくともN/2となり、Nが奇数のときは少な� �とも(N-1)/2となる。図13に示す例のように、10 個(N=5組の奇数)の巻線(回転子磁極数)の場合� �、タイプA-Aの組み合わせの最大は、(5+1)/2=3� �なり、タイプA-Bの組み合わせは、少なくと� �、(5-1)/2=2となる。

 図14は、本発明の第7の実施形態を示す図� ��ある。第7の実施形態は、回転子磁極数20(N=1 0組の偶数)である点で、第1~第6の実施形態と� ��異なっている。上述のように、Nが偶数であ るので、タイプA-Aの組み合わせの最大は、N/2 =5組であり、タイプA-Bの組み合わせは、少な� ��とも5組となる。図14は、タイプA-Aの最大組� ��合わせの5組の場合を例示している。また、 図中の整流子片に付加した数字は、フッキン グ線数を示している。

 図15は、本発明の第8の実施形態を示す図� ��ある。第8の実施形態は、4極界磁、1対又は2 対のブラシ、回転子磁極数と整流子片数が同 数の6個(偶数)である直流小型モータである。 第8の実施形態は、回転子磁極数と整流子片� �が同数であり、かつ、偶数である限り、本� �明を適用できることを示している。巻始め� �Sから巻始めて、数字順に6番目の巻線まで巻 回される。