JPH10174403A - 直流機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電機子コイル２５の巻線法として集中巻を用
いた集中巻直流電動機２０において、電機子２６のトル
クリップルの低減効果および整流子２７の整流性の改善
効果を更に向上する。 【解決手段】 １スロット毎に２種類の電機子コイル群
１Ａ〜１Ｃ、２Ａ〜２Ｃを集中巻した電機子コイル２５
をスロット数の２倍の６個の第１〜第６整流子セグメン
ト１〜６に波巻結線した。例えば第１整流子セグメント
１に結線された電機子コイル群１Ａは第１ティース２４
Ａ廻りのスロットに右回りに複数回巻かれて第６整流子
セグメント６に接続され、第６整流子セグメント６に結
線された電機子コイル群２Ｂは第２ティース２４Ｂ廻り
のスロットに左回りに複数回巻かれて第５整流子セグメ
ント５に接続される。以下、電機子コイル群１Ｂ、１
Ｃ、２Ａ、２Ｃも、同様にして波巻条件を満たして結線
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば直流電動機
または直流発電機等の直流機に関し、例えば約３Ｖ〜２
４Ｖのバッテリーで駆動されるブラシ付小型直流モータ
に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電機子コアの外周に設けられ
た複数個のスロットに１スロットピッチで電機子コイル
を巻回（以下集中巻と称する）した直流機（以下、これ
を集中巻直流機と称する）は、電機子コイルのコイル端
の短縮と電機子コイルの占積率の向上に有利であっが、
電機子のトルクリップル（トルク変動）が大きく、しか
も整流子の整流性が劣るという問題が生じていた。

【０００３】そこで、トルクリップルおよび整流性の問
題を解決することを目的として、例えば特開昭６４−８
９９４４号公報に開示された直流電動機がある。この直
流電動機は、４極の磁極と、スロット数が５個の電機子
コアと、スロット数の３倍の１５個の整流子片を有する
整流子とを備えたもので、電機子コアの５個のスロット
には重ね巻でも波巻でもない特殊な５相の電機子コイル
が巻回されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の特開
昭６４−８９９４４号公報に開示された直流電動機（従
来の技術）では、重ね巻でも波巻でもない特殊な５相の
電機子コイルを巻装しているため、電機子の５個の電機
子コイルに誘起される起電力ベクトルがスロット数と同
じ数の５個しか存在しない。このため、整流子片の個数
を増加した割には電機子のトルクリップルの低減効果お
よび整流子の整流性の改善効果が期待する程得られない
という問題が生じている。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、電機子コイルの巻線法として
集中巻を用いた直流機において、電機子のトルクリップ
ルの低減効果および整流子の整流性の改善効果を向上す
ることのできる直流機を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、奇数個のスロット毎に集中巻された複数個の電
機子コイル群をスロットの整数倍の個数の整流子片と波
巻結線することにより、電機子コイルに誘起される起電
力ベクトルは、整流子片の個数だけ分割されて存在する
ことになり、電機子のトルクリップルの低減効果および
整流子の整流性の改善効果を向上できる。さらに、集中
巻による付帯効果として、２スロットピッチ以上巻いた
直流機に対し、電機子コイルのコイル端での電機子コイ
ル間の交差が回避でき、電機子コイル間の電気的な絶縁
が容易となり、直流機の低電圧機種を小さな変更で高電
圧化できるという効果がある。

【０００７】請求項２に記載の発明によれば、電機子コ
イルに誘起される起電力ベクトルが、整流子片の個数と
等しい数の複数の起電力ベクトルに分割され、これらの
起電力ベクトルの位相が略等分割されており、且つそれ
らの起電力ベクトルの大きさが略同一であることによ
り、電機子のトルクリップルの低減効果および整流子の
整流性の改善効果を更に向上できる。

【０００８】請求項３に記載の発明によれば、少なくと
も１個のスロットに集中巻される電機子コイル群の巻
数、あるいは第１の電機子コイル群が集中巻される第１
のスロットと第２の電機子コイル群が集中巻される第２
のスロットとの角度ピッチを選定することにより、電機
子コイル群に誘起される起電力ベクトルの位相と大きさ
を調整する余地が拡るため、複数の起電力ベクトルの位
相が略等分割され、且つそれらの起電力ベクトルの大き
さも略同一にでき、電機子のトルクリップルの低減効果
および整流子の整流性の改善効果を更に向上できる。

【０００９】請求項４に記載の発明によれば、少なくと
も１個のスロットに集中巻される電機子コイル群の巻
数、あるいは第１の電機子コイル群が集中巻される第１
のスロットと第２の電機子コイル群が集中巻される第２
のスロットとのスロットピッチを適値に選定し、電機子
コイル群に誘起される起電力ベクトルの電気的位相差の
相対誤差を−５％以上５％以下の範囲内に設定し、起電
力ベクトルの大きさの相対比を０．９５以上１．０５以
下の範囲内に設定することにより、電機子のトルクリッ
プルの低減効果および整流子の整流性の改善効果を更に
向上できる。

【００１０】請求項５に記載の発明によれば、スロット
数をＮ、磁極数をＭとしたとき、Ｎ＝２ｎ＋１（但しｎ
は２以上の整数）、Ｍ＝Ｎ−１、またはＭ＝Ｎ＋１の関
係を満足するようにスロット数Ｎと磁極数Ｍとを適値に
選定することにより、スロット数Ｎと磁極数Ｍとの関係
が電機子起磁力を有効に利用できる組み合わせになるた
め、直流機の効率が向上し、小型化する上で有利にな
る。

【００１１】請求項６に記載の発明によれば、２個以上
の第１磁極の少なくとも１個の第１磁極は永久磁石磁極
を利用し、２個以上の第２磁極の少なくとも１個の第２
磁極は軟磁性材磁極を利用することにより、永久磁石の
使用量を減らすことができ、製造コストを低減できる。
また、直流機の小型化のため、本発明からなる集中巻と
多極化を組み合わせた場合、永久磁石の部品点数が増え
ることになるが、第２磁極を安価な軟磁性材料としたの
で、多極化による磁石コストの増加を相殺できる。

【００１２】請求項７に記載の発明によれば、軟磁性材
磁極として継鉄の一部を電機子コア側に変形加工した突
条の磁極を用いることにより、特別な軟磁性材磁極を追
加することなく、低コストで磁極を製造できる。また、
軟磁性材磁極の端面を永久磁石の端面を当接させる位置
決め部材として用いることにより位置決めが容易にな
り、製作工程を簡素化できる。

【００１３】請求項８に記載の発明によれば、第２磁極
の磁極弧残部と第１磁極の磁極弧部との間に無着磁部を
挟んで同一の磁極部材により一体化した磁極を、継鉄の
一部を変形加工してなる軟磁性材磁極に隣接させること
により、第２磁極の一部を安価な軟磁性材料とし、永久
磁石の部品点数および永久磁石の使用量を低減できる。
これにより、直流機の性能を維持しつつ磁石コストを抑
制できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】

〔第１実施例の構成〕図１ないし図３は本発明の直流機
を、最も簡素な２極３スロット６セグメントの集中巻直
流電動機に適用した第１実施例を示したもので、図１お
よび図２は２極３スロット６セグメントの集中巻直流電
動機の波巻の巻線図で、図３は電機子の逆起電力（電機
子起磁力）ベクトル示した説明図である。

【００１５】本実施例の集中巻直流電動機２０は、２極
３スロット６セグメントのブラシ付小型直流モータであ
って、図示しない固定部材に固定された後記する界磁装
置と、この界磁装置の内周側で回転自在に支持され、薄
い強磁性体を軸方向に積層した積層コアである電機子コ
ア（電機子鉄心とも言う）２４、およびこの電機子コア
２４の外周に形成された複数個（本例では３個）のスロ
ットに巻回された電機子コイル（電機子巻線とも言う）
２５を有する電機子（アーマチャとも言う）２６と、互
いに電気的に絶縁された複数個（本例では６個）の第１
〜第６整流子セグメント（整流子片に相当する）１〜６
よりなる整流子２７と、この整流子２７の表面に接触し
て電気的に接続する２個の正極側、負極側ブラシ３１、
３２とから構成されている。

【００１６】界磁装置は、略円弧形状の断面を有する２
個のＮ極、Ｓ極磁極２１、２２、および内周面に２個の
Ｎ極、Ｓ極磁極２１、２２を接着剤等により固定すると
共に、磁気回路の一部を形成するヨーク（継鉄に相当す
る）２３を有している。Ｎ極磁極２１は磁極弧がＮ極に
着磁された永久磁石（例えばフェライト磁石）磁極であ
り、Ｓ極磁極２２は磁極弧がＳ極に着磁された永久磁石
（例えばフェライト磁石）磁極であり、ヨーク２３は例
えば鉄等の軟磁性材料により円筒形状に形成されてい
る。また、電機子２６の電機子コア２４の外周には、３
個の第１〜第３ティース（外径側突出極）２４Ａ〜２４
ＣがＮ極、Ｓ極磁極２１、２２側に突出するように形成
されている。

【００１７】本実施例の電機子コイル２５は、隣設する
２個のティース間に形成される１スロット毎に２種類
（２個）の電機子コイル群を集中巻したコイルで、整流
子２７に波巻結線されている。ここで、２個の電機子コ
イル群１Ａ、２Ａは１個の第１ティース２４Ａの廻りの
スロットに集中巻されたコイルで、２個の電機子コイル
群１Ｂ、２Ｂは１個の第２ティース２４Ｂの廻りのスロ
ットに集中巻されたコイルで、２個の電機子コイル群１
Ｃ、２Ｃは１個の第３ティース２４Ｃの廻りのスロット
に集中巻されたコイルである。

【００１８】本実施例は、図１の巻線図（展開図）に示
したように、スロット毎に集中巻した６個の電機子コイ
ル群をスロット数の２倍の６個の第１〜第６整流子セグ
メント１〜６に波巻結線したものであり、６個の電機子
コイル群１Ａ〜１Ｃ、２Ａ〜２Ｃの巻線は、図示のよう
に右回り走行、左進行の波巻となっている。

【００１９】先ず、第１整流子セグメント１に結線され
た電機子コイル群１Ａは、第１ティース２４Ａ廻りのス
ロットに右回りに複数回（ｎ回：例えば１０回〜２０
回）巻かれて、第６整流子セグメント６に接続される。
すなわち、電機子コイル群１Ａの合成ピッチは５（セグ
メント）で、全セグメント数（６）−１であり、波巻条
件を満たして結線されている。

【００２０】そして、第６整流子セグメント６に結線さ
れた電機子コイル群２Ｂは、第２ティース２４Ｂ廻りの
スロットに左回りに複数回（ｎ回：例えば１０回〜２０
回）巻かれ、第５整流子セグメント５に接続される。こ
の電機子コイル群２Ｂの合成ピッチは、一見１（セグメ
ント）のようにも見えるが、５（セグメント）と等価で
あり、上と同様にして、波巻条件を満たしている。

【００２１】そして、第５整流子セグメント５に結線さ
れた電機子コイル群１Ｃは、第３ティース２４Ｃ廻りの
スロットに右回りに複数回（ｎ回：例えば１０回〜２０
回）巻かれ、第４整流子セグメント４に接続される。こ
の電機子コイル群１Ｃの合成ピッチも、５（セグメン
ト）と等価であり、上と同様にして、波巻条件を満たし
ている。

【００２２】そして、第４整流子セグメント４に結線さ
れた電機子コイル群２Ａは、第１ティース２４Ａ廻りの
スロットに左回りに複数回（ｎ回：例えば１０回〜２０
回）巻かれて、第３整流子セグメント３に接続される。
この電機子コイル群２Ａの合成ピッチも、５（セグメン
ト）と等価であり、上と同様にして、波巻条件を満たし
ている。

【００２３】そして、第３整流子セグメント３に結線さ
れた電機子コイル群１Ｂは、第２ティース２４Ｂ廻りの
スロットに右回りに複数回（ｎ回：例えば１０回〜２０
回）巻かれ、第２整流子セグメント２に接続される。こ
の電機子コイル群１Ｂの合成ピッチも、５（セグメン
ト）と等価であり、上と同様にして、波巻条件を満たし
ている。

【００２４】そして、第２整流子セグメント２に結線さ
れた電機子コイル群２Ｃは、第３ティース２４Ｃ廻りの
スロットに左回りに複数回（ｎ回：例えば１０回〜２０
回）巻かれ、第１整流子セグメント１に接続される。こ
の電機子コイル群２Ｃの合成ピッチも、５（セグメン
ト）と等価であり、上と同様にして、波巻条件を満たし
ている。

【００２５】〔第１実施例の作用および効果〕次に、集
中巻直流電動機２０として作動させる場合の電機子コイ
ル２５に流れる電流、および電機子コイル２５に誘起さ
れる起電力ベクトルの状態について図１ないし図３に基
づいて説明する。

【００２６】最初に、電機子コイル２５に流れる電流の
経路を図１の波巻の巻線図（展開図）に基づいて説明す
る。先ず、電流の第１の経路は、図１中に矢印で示した
ように、図示しない直流電源の正極側に接続された正極
側ブラシ３１と接触する第１整流子セグメント１から電
機子コイル群１Ａを右回りに巻数回（ｎ回）流れて第６
整流子セグメント６に至り、この第６整流子セグメント
６から電機子コイル群２Ｂを左回りに巻数回（ｎ回）流
れて第５整流子セグメント５に至り、この第５整流子セ
グメント５から負極側ブラシ３２を通って図示しない直
流電源の負極側に至る電流経路である。

【００２７】また、電流の第２の経路は、図１中に矢印
で示したように、正極側ブラシ３１と接触する第２整流
子セグメント２から電機子コイル群１Ｂを左回りに巻数
回（ｎ回）流れて第３整流子セグメント３に至り、この
第３整流子セグメント３から電機子コイル群２Ａを右回
りに巻数回（ｎ回）流れて第４整流子セグメント４に至
り、この第４整流子セグメント４から負極側ブラシ３２
に至る電流経路である。

【００２８】なお、Ｎ極磁極２１の中央に位置する第３
ティース２４Ｃ廻りにｎ回巻かれた電機子コイル群１
Ｃ、２Ｃは、整流子２７を介して各々正極側ブラシ３１
および負極側ブラシ３２にて短絡されており、電流の流
れる方向を反転させる整流作用を行う整流期間となって
いる。

【００２９】次に、図１に対し電機子２６が１セグメン
ト分回転した場合の電機子コイル２５に流れる電流の経
路を図２の波巻の巻線図（展開図）に基づいて説明す
る。先ず、電流の第１の経路は、図２中に矢印で示した
ように、正極側ブラシ３１と接触する第２整流子セグメ
ント２から電機子コイル群２Ｃを左回りに流れて第１整
流子セグメント１に至り、この第１整流子セグメント１
から電機子コイル群１Ａを右回りに流れて第６整流子セ
グメント６に至り、この第６整流子セグメント６から負
極側ブラシ３２に至る電流経路である。

【００３０】また、電流の第２の経路は、図２中に矢印
で示したように、正極側ブラシ３１と接触する第３整流
子セグメント３から電機子コイル群２Ａを右回りに流れ
て第４整流子セグメント４に至り、この第４整流子セグ
メント４から電機子コイル群１Ｃを左回りに流れて第５
整流子セグメント５に至り、この第５整流子セグメント
５から負極側ブラシ３２に至る電流経路である。

【００３１】なお、Ｓ極磁極２２の中央に位置する第２
ティース２４Ｂ廻りにｎ回巻かれた電機子コイル群１
Ｂ、２Ｂは、整流子２７を介して各々正極側ブラシ３１
および負極側ブラシ３２にて短絡されており、電流の流
れる方向を反転させる整流作用を行う整流期間となって
いる。

【００３２】以上のことから、電機子巻線法として波巻
を利用した集中巻直流電動機２０は、電機子２６の回転
位置に関わらず、Ｎ極、Ｓ極磁極２１、２２の中央に位
置するティース廻りに巻かれた電機子コイル２５が整流
期間となっており、逆起電力の小さな電機子コイル２５
が整流される結果、少ない個数のティースに集中巻して
も、良好な整流作用を行うことができる。

【００３３】次に、集中巻直流電動機２０が作動してい
る場合の電機子コイルに誘起される逆起電力（電機子起
磁力）ベクトルの状態を図３に基づいて説明する。図３
中の起電力ベクトルＡ、Ｂ、Ｃは、電機子コイル群１
Ａ、１Ｂ、１Ｃに左回り方向に発生する逆起電力（図面
鉛直下向きの電機子起磁力に対応）を表し、ベクトル図
の中心Ｏから遠ざかる方向を正方向としている。他方、
図３中の起電力ベクトル−Ａ、−Ｂ、−Ｃは、電機子コ
イル群２Ａ、２Ｂ、２Ｃに右回り方向に発生する逆起電
力（図面鉛直上向きの電機子起磁力に対応）を表し、同
じくベクトル図の中心Ｏから遠ざかる方向を正方向とし
ている。

【００３４】前述の図１に対応する合成逆起電力（電機
子起磁力）は、図３中に一点鎖線のベクトルで表すこと
ができ、電機子コイル群１Ａの成分Ａと電機子コイル群
２Ｂの成分−Ｂ、および電機子コイル群２Ｂの成分−
（−Ａ）と電機子コイル群２Ｂの成分−Ｂとの合成値＝
２（Ａ−Ｂ）である。また、前述の図２に対応する合成
逆起電力（電機子起磁力）も、図３中に一点鎖線のベク
トルで表すことができ、電機子コイル群１Ａの成分Ａと
電機子コイル群１Ｃの成分−Ｃ、および電機子コイル群
２Ａの成分−（−Ａ）と電機子コイル群２Ｃの成分−Ｃ
との合成値＝２（Ａ−Ｃ）である。さらに、図２に対し
電機子２６が１セグメント分回転した場合の合成逆起電
力（電機子起磁力）も、図３中に一点鎖線のベクトルで
表すことができ、電機子コイル群１Ｂの成分Ｂと電機子
コイル群１Ｃの成分−Ｃ、および電機子コイル群２Ｂの
成分−（−Ｂ）と電機子コイル群２Ｃの成分−Ｃとの合
成値＝２（Ｂ−Ｃ）である。

【００３５】以上のように、合成逆起電力（電機子起磁
力）は、各電機子コイル群の成分から効率良く合成さ
れ、電機子２６が１セグメント分（電気角６０゜）回転
すると合成逆起電力（電機子起磁力）ベクトルは同じ大
きさで、電機子２６の回転方向と逆方向へ６０゜電気角
だけ回転する。すなわち、合成逆起電力（電機子起磁
力）ベクトルは、セグメント数だけ等分割されており、
図１および図２で説明したように、Ｎ極、Ｓ極磁極２
１、２２の中央に位置するスロットに巻かれた逆起電力
の小さな電機子コイル群を整流でき、良好な整流が可能
となる。

【００３６】また、電機子２６の起磁力ベクトルの大き
さは、各電機子コイル群の巻数を何れもｎ（例えば１０
〜２０）回に設定したので略同一であり、電機子２６の
一回転で、電機子起磁力の合成ベクトルの軌跡は図３中
に破線で示すような正六角形となり、トルクリップルの
比較的少ない滑らかな回転が可能となる。

【００３７】次に、本実施例の比較例として用いた２極
３スロット６セグメント重ね巻直流電動機３０を図４の
重ね巻の巻線図（展開図）に基づいて説明する。この重
ね巻直流電動機３０の電機子２６の場合、図４に示した
ように、スロット毎に集中巻した２個の電機子コイル群
１Ａ〜１Ｃ、２Ａ〜２Ｃをスロットの個数の２倍の６個
の第１〜第６整流子セグメント１〜６に結線した右回り
走行、右進行の重ね巻となっている。

【００３８】例えば第１整流子セグメント１に繋がった
電機子コイル群１Ｃは、第３ティース２４Ｃ廻りのスロ
ットに右回りに複数回（ｎ回）巻かれて第２整流子セグ
メント２に接続される。続いて、第２整流子セグメント
２から電機子コイル群２Ｃは、第３ティース２４Ｃ廻り
のスロットに右回りに複数回（ｎ回）巻かれて第３整流
子セグメント３に接続される。すなわち、電機子コイル
群１Ｃ、２Ｃの合成ピッチは１（セグメント）であり、
重ね巻条件を満たして結線されている。以下、同様にし
て、残りの電機子コイル群１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂが重
ね巻条件を満たして巻かれている。

【００３９】次に、重ね巻直流電動機３０として作動さ
せる場合の電機子コイル２５に流れる電流の状態につい
て図４に基づいて簡単に説明する。先ず、電流の第１の
経路は、図４中に矢印で示したように、正極側ブラシ３
１と接触する第２整流子セグメント２から電機子コイル
群２Ｃを右回りに巻数回（ｎ回）流れて第３整流子セグ
メント３に至り、この第３整流子セグメント３から電機
子コイル群１Ａを右回りに巻数回（ｎ回）流れて第４整
流子セグメント４に至り、この第４整流子セグメント４
から負極側ブラシ３２に至る電流経路である。

【００４０】また、電流の第２の経路は、図４中に矢印
で示したように、正極側ブラシ３１と接触する第１整流
子セグメント１から電機子コイル群２Ｂを左回りに巻数
回（ｎ回）流れて第６整流子セグメント６に至り、この
第６整流子セグメント６から電機子コイル群１Ｂを左回
りに巻数回（ｎ回）流れて第５整流子セグメント５に至
り、この第５整流子セグメント５から負極側ブラシ３２
に至る電流経路である。

【００４１】なお、図４中、Ｎ極磁極２１の右側に位置
する第３ティース２４Ｃ廻りの電機子コイル群１Ｃは、
整流子２７を介して正極側ブラシ３１にて短絡されてお
り、整流期間となっている。また、図４中、Ｓ極磁極２
２の左側に位置する第１ティース２４Ａ廻りの電機子コ
イル群２Ａは、整流子２７を介して負極側ブラシ３２に
て短絡されており、整流期間となっている。

【００４２】以上のように、本実施例と同じ２極３スロ
ット６セグメントでも比較例のように重ね巻直流電動機
３０の場合、Ｎ極、Ｓ極磁極２１、２２の中央から左右
に外れた位置のスロットに巻かれた電機子コイル２５
が、整流期間となっており、本実施例で用いた集中波巻
に対し逆起電力の大きな電機子コイル２５が整流され
る。この結果、スロットに集中巻した場合、例えセグメ
ント数を増やしても原理的に良好な整流が困難であるこ
とが分かる。

【００４３】〔第２実施例〕図５ないし図８は本発明の
直流機を、４極５スロット１５セグメントの集中巻直流
電動機に適用した第２実施例を示したもので、図５は集
中巻直流電動機の全体構成を示した構成図で、図６は集
中巻直流電動機の波巻の巻線図で、図７は電機子の逆起
電力（電機子起磁力）ベクトルを示した説明図である。

【００４４】集中巻直流電動機２０の電機子２６は、回
転中心に設けたシャフト２９の外周に圧入された積層コ
アである電機子コア２４と、この電機子コア２４の外周
に形成された５個の第１〜第５ティース２４Ａ〜２４Ｅ
と、各ティース毎に集中巻された複数個の電機子コイル
群１Ａ〜５Ａ、１Ｂ〜５Ｂ、１Ｃ〜５Ｃ、１Ｄ〜５Ｄ、
１Ｅ〜５Ｅと、シャフト２９の外周に圧入された整流子
２７とから構成されている。この整流子２７は、互いに
絶縁されており、それぞれが電機子コイル群に電気的に
接続されている１５個の第１〜第１５整流子セグメント
１〜１５を円筒形に組み立てて、その表面を２個の正極
側、負極側ブラシ３１、３２（図６参照）が摺接する。

【００４５】また、集中巻直流電動機２０は、図５に示
したように、電機子２６の外周に空隙を介して２個のＮ
極磁極３３、３４と２個のＳ極磁極３５、３６が交互に
配設され、これらのＮ極、Ｓ極磁極３３〜３６を外側か
ら固定し、磁気回路の一部を形成するヨーク２３が配設
されている。なお、図５ではブラシは省略した。そし
て、２個のＮ極磁極３３、３４の磁極弧はＮ極に着磁さ
れており、２個のＳ極磁極３５、３６の磁極弧はＳ極に
着磁されている。

【００４６】本実施例は、図６の巻線図（展開図）に示
したように、スロット毎に集中巻した５個の電機子コイ
ル群をスロット数の３倍の１５個の第１〜第１５整流子
セグメント１〜１５に波巻結線したものであり、巻線
は、図示のように右回り走行、左進行の波巻となってい
る。

【００４７】ここで、５個の電機子コイル群１Ａ〜５Ａ
は第１ティース２４Ａの廻りに集中巻されたコイルで、
５個の電機子コイル群１Ｂ〜５Ｂは第２ティース２４Ｂ
の廻りに集中巻されたコイルで、５個の電機子コイル群
１Ｃ〜５Ｃは第３ティース２４Ｃの廻りに集中巻された
コイルで、５個の電機子コイル群１Ｄ〜５Ｄは第４ティ
ース２４Ｄの廻りに集中巻されたコイルで、５個の電機
子コイル群１Ｅ〜５Ｅは第５ティース２４Ｅの廻りに集
中巻されたコイルである。

【００４８】例えば第１整流子セグメント１に繋がる一
連の電機子コイル群を図６中、太線で区別して説明す
る。第１整流子セグメント１に繋がった電機子コイル群
１Ａは、第１ティース２４Ａ廻りのスロットに右回りに
複数回（ｎ１回）巻かれて、第８整流子セグメント８に
接続される。すなわち、電機子コイル群１Ａの合成ピッ
チは７（セグメント）で、下記の数１の式の波巻条件を
満たして結線されている。

【数１】合成ピッチ（７）×極対数（２）＝全セグメン
ト数（１５）−１

【００４９】続いて、第８整流子セグメント８に繋がっ
た電機子コイル群２Ａは、第１ティース２４Ａ廻りのス
ロットに右回りに複数回（ｎ２回）巻かれ、第２ティー
ス２４Ｂを迂回し、電機子コイル群３Ｃが第３ティース
２４Ｃ廻りのスロットに右回りに複数回（ｎ３回）巻か
れ、第１５整流子セグメント１５に接続される。これら
の電機子コイル群２Ａおよび電機子コイル群３Ｃからな
る電機子コイル群の合成ピッチは同じく、７（セグメン
ト）であり、上と同様にして波巻条件を満たしている。

【００５０】続いて、第１５整流子セグメント１５に繋
がった電機子コイル群４Ａは、第１ティース２４Ａ廻り
のスロットに右回りに複数回（ｎ３回）巻かれ、第２テ
ィース２４Ｂを迂回し、電機子コイル群５Ｃが第３ティ
ース２４Ｃ廻りのスロットに右回りに複数回（ｎ２回）
巻かれ、第７整流子セグメント７に接続される。これら
の電機子コイル群４Ａおよび電機子コイル群５Ｃからな
る電機子コイル群の合成ピッチは同じく、７（セグメン
ト）であり、上と同様に波巻条件を満たしている。図６
中の太線以外の残りの電機子コイル群も同様にして、波
巻条件を満たして巻かれている。

【００５１】次に、集中巻直流電動機２０として作動さ
せる場合の電機子コイルに流れる電流の状態について図
６に基づいて説明する。先ず、電流の第１の経路は、図
６中に矢印で示したように、図示しない直流電源の正極
側に接続された正極側ブラシ３１と接触する第１整流子
セグメント１から電機子コイル群１Ａを右回りに巻数回
（ｎ１回）流れて第８整流子セグメント８に至り、この
第８整流子セグメント８から電機子コイル群２Ａを右回
りに巻数回（ｎ２回）流れ、第２ティース２４Ｂを迂回
し、電機子コイル群３Ｃを右回りに巻数回（ｎ３回）流
れて第１５整流子セグメント１５に至る。

【００５２】そして、この第１５整流子セグメント１５
から電機子コイル群４Ａを右回りに巻数回（ｎ３回）流
れ、第２ティース２４Ｂを迂回し、電機子コイル群５Ｃ
を右回りに巻数回（ｎ２回）流れて第７整流子セグメン
ト７に至る。そして、この第７整流子セグメント７から
電機子コイル群１Ｃを右回りに巻数回（ｎ１回）流れて
第１４整流子セグメント１４に至り、この第１４整流子
セグメント１４から電機子コイル群２Ｃを右回りに巻数
回（ｎ２回）流れ、第４ティース２４Ｄを迂回し、電機
子コイル群３Ｅを右回りに巻数回（ｎ３回）流れ、第６
整流子セグメント６から負極側ブラシ３２を通って、直
流電源の負極側に至る電流経路である。

【００５３】また、電流の第２の経路は、図６中に矢印
で示したように、正極側ブラシ３１と接触する第２整流
子セグメント２から電機子コイル群１Ｄを左回りに巻数
回（ｎ１回）流れて第１０整流子セグメント１０に至
り、この第１０整流子セグメント１０から電機子コイル
群５Ｄを左回りに巻数回（ｎ２回）流れ、第３ティース
２４Ｃを迂回し、電機子コイル群４Ｂを左回りに巻数回
（ｎ３回）流れて第３整流子セグメント３に至る。そし
て、この第３整流子セグメント３から電機子コイル群３
Ｄを左回りに巻数回（ｎ３回）流れ、第３ティース２４
Ｃを迂回し、電機子コイル群２Ｂを左回りに巻数回（ｎ
２回）流れて第１１整流子セグメント１１に至る。

【００５４】そして、この第１１整流子セグメント１１
から電機子コイル群１Ｂを左回りに巻数回（ｎ１回）流
れて第４整流子セグメント４に至り、この第４整流子セ
グメント４から電機子コイル群５Ｂを左回りに巻数回
（ｎ２回）流れ、第１ティース２４Ａを迂回し、電機子
コイル群４Ｅを左回りに巻数回（ｎ３回）流れて第１２
整流子セグメント１２に至る。そして、この第１２整流
子セグメント１２から電機子コイル群３Ｂを左回りに巻
数回（ｎ３回）流れ、第１ティース２４Ａを迂回し、電
機子コイル群２Ｅを左回りに巻数回（ｎ２回）流れて第
５整流子セグメント５から負極側ブラシ３２に至る電流
経路である。

【００５５】また、電機子コイル群の巻数ｎ１〜ｎ３
は、図７を用いて後述する理由により下記の数２の式の
関係となっている。

【数２】ｎ１：ｎ２：ｎ３＝３：２：１

【００５６】なお、図６中の電流の流れ方向を表す矢印
は、電機子コイル群の巻数の関係に対応させて、３個、
２個、１個の矢印で区別した。また、Ｎ極磁極３３の中
央に位置する第５ティース２４Ｅ廻りの電機子コイル群
１Ｅ、５Ｅは、整流子２７および電機子コイル群４Ｃを
介して負極側ブラシ３２にて短絡されており、整流期間
となっている。

【００５７】以上のように、本実施例の電機子巻線法に
よれば、第１実施例と同じように、磁極中央に位置する
ティースの電機子コイル群が、整流期間となっており、
逆起電力の小さな電機子コイルが整流される結果、ティ
ースに集中巻きしても良好な整流が可能となる。一方、
正極側ブラシ３１にて短絡され、整流期間にある電機子
コイル群５Ａ、４Ｄ、３Ａ、２Ｄは、何れも第５ティー
ス２４Ｅに隣接する第１、第４ティース２４Ａ、２４Ｄ
廻りに少ない巻数ｎ２、ｎ３で巻かれているため、比較
的逆起電力も小さく、良好な整流が可能である。

【００５８】次に、集中巻直流電動機２０が作動してい
る場合の電機子コイルに誘起される電機子起磁力ベクト
ルの状態を図７に示す。図７中の起電力ベクトルＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、各々、前述した電機子コイル群１
Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅに右廻りに巻数回（ｎ１
回）流れる電流によって生じる紙面鉛直下向きの電機子
起磁力を表し、ベクトル図中心Ｏから遠ざかる方向を正
方向としている。また、起電力ベクトル間の位相差は機
械角で約２π／５である。一方、添字を付した起電力ベ
クトルＡ1 〜Ｅ3 は、後述するように２個の電機子コイ
ル群により生じる電機子起磁力の合成値を表しており、
以下に起電力ベクトルＡ3 と起電力ベクトルＢ1 を例に
して説明する。

【００５９】起電力ベクトルＡ3 は、第１ティース（第
１のスロットに相当する）２４Ａに集中巻された電機子
コイル群（第１の電機子コイル群に相当する）３Ａに右
回りに巻数回（ｎ３回）流れる電流によって生じる紙面
鉛直下向きの起磁力成分ａ2と、第２ティース（第２の
スロットに相当する）２４Ｂに集中巻された電機子コイ
ル群（第２の電機子コイル群に相当する）２Ｄに右回り
に巻数回（ｎ２回）流れる電流によって生じる紙面鉛直
下向きの起磁力成分ｄ1 の合成値であり、起電力ベクト
ルＡ3 の大きさは後述する理由により起電力ベクトルＡ
と略同一であり、起電力ベクトルＡと起電力ベクトルＡ
3 との位相差は機械角で約２π／１５である。

【００６０】一方、起電力ベクトルＢ1 は、第２ティー
ス（第１のスロットに相当する）２４Ｂに集中巻された
電機子コイル群（第１の電機子コイル群に相当する）４
Ｂに右回りに巻数回（ｎ３回）流れる電流によって生じ
る紙面鉛直下向きの起磁力成分ｂ3 と、第４ティース
（第２のスロットに相当する）２４Ｄに集中巻された電
機子コイル群（第２の電機子コイル群に相当する）５Ｄ
に右回りに巻数回（ｎ２回）流れる電流によって生じる
紙面鉛直下向きの起磁力成分ｄ4 の合成値であり、同様
の理由により、起電力ベクトルＢ1 の大きさは起電力ベ
クトルＡ、Ｂと略同一であり、起電力ベクトルＢと起電
力ベクトルＢ1 との位相差は機械角で約２π／１５であ
る。以上により起電力ベクトルＡ3 と起電力ベクトルＢ
1 とは、起電力ベクトルＡ、Ｂ間を均等に３分割してい
ることが分かる。また、起電力ベクトルＡ3 と起電力ベ
クトルＢ1 もベクトル図中心Ｏから遠ざかる方向を正方
向としている。

【００６１】さて、起電力ベクトルＡ3 の大きさは、ベ
クトル成分ａ2 、ｄ1 の大きさが巻数比の関係から各
々、下記の数３の式の関係であること、

【数３】｜ａ2 ｜＝｜Ａ｜／３ ｜ｄ1 ｜＝｜Ａ｜×２／３ さらに、ベクトル成分ａ2 、ｄ1 のなす角がπ−π／５
であることに着目すると、余弦定理により下記の数４の
式のように求まる。

【００６２】

【数４】｜Ａ3 ｜＝０．９５７×｜Ａ｜ 他の起電力ベクトルも同様であり、したがって起電力ベ
クトルＡ1 〜Ｅ3 および起電力ベクトルＡ〜Ｅの大きさ
の相対比を０．９５〜１．０５の範囲内に収めることが
できる。

【００６３】また、起電力ベクトルＡと起電力ベクトル
Ａ3 のなす角θは、以下のように求められる。起電力ベ
クトルＡ3 とベクトル成分ｄ1 のなす角をαとし、起電
力ベクトルＡ3 、ベクトル成分ｄ1 とベクトル成分ａ2
からなる三角形に正弦定理を適用することにより、前記
αが下記の数５の式のように求まる。

【００６４】

【数５】α＝１１．８ｄｅｇ これより、起電力ベクトルＡと起電力ベクトルＡ3 のな
す角θは、下記の数６の式のように求まる。

【００６５】

【数６】θ＝π／５−α＝２４．２ｄｅｇ 他の起電力ベクトルも同様であり、３６０゜を１５分割
した角度（２４ｄｅｇ）の対する相対誤差は−１％〜１
％の範囲内に収めることができる。

【００６６】以上のように、電機子コイル群の巻数と電
機子コイルを巻くスロットの角度ピッチを所定の関係を
満たすように選定することにより、１個のスロットに集
中巻された電機子コイル２５を流れる電機子電流により
誘起された起磁力ベクトルＡ〜Ｅ、および第１のスロッ
トに集中巻された第１の電機子コイル群と第２のスロッ
トに集中巻された第２の電機子コイル群とを連ねて結線
した電機子コイル２５を流れる電機子電流により誘起さ
れた起磁力ベクトルＡ1 〜Ｅ3 の大きさの相対比、およ
び角度の相対誤差を所定範囲内に収めることができる。
そのため、電機子２６の一回転で、起電力ベクトルの軌
跡は、略正１５角形となり、トルクリップルの少ない滑
らかな回転が可能になる。

【００６７】なお、以上の説明は、図７に基づき機械的
ベクトルの観点から説明したが、電気的位相差は磁極が
４（２極対）のため電気的に２倍にされる作用と、本実
施例の電機子コイル２５が奇数セグメントに波巻結線さ
れ、起磁力ベクトルＡ〜Ｅ、Ａ1 〜Ｅ3 が３６０゜を奇
数（１５）分割していることから電気的に２分割される
作用とが相殺され、前記起磁力ベクトル間の電気的相対
角度（電気的位相差）は同じく２４゜であり、以上の説
明は電気角でも成立する。

【００６８】次に、図８の巻線模式図を用いて電機子コ
イル群の電機子コア２４への配設方法について説明す
る。図８中の四角で囲んだ部分は、電機子コイル群の断
面を模式的に表しており、以下に第１ティース２４Ａ廻
りに巻かれている電機子コイル群１Ａ〜５Ａを例にして
説明する。

【００６９】第１ティース２４Ａ廻りのスロットにｎ１
回（例えば１２回）集中巻された電機子コイル群１Ａの
下部に電機子コイル群３Ａ、４Ａがｎ３回（例えば４
回）集中巻されて配設されており、さらに電機子コイル
群１Ａ、３Ａ、４Ａの外側に電機子コイル群２Ａ、５Ａ
がｎ２回（例えば８回）集中巻されて配設されている。
また、図８中では省略したが、各電機子コイル群と電機
子コア２４との間には、絶縁紙や樹脂粉体被膜からなる
絶縁部材を介装する等の処理が施されている。

【００７０】以上のように、１個のティースに合計５種
類の電機子コイル群が巻かれており、第１の電機子コイ
ル群１Ａは起磁力ベクトルＡを受持ち、第２の電機子コ
イル群２Ａは起磁力ベクトルＣ3 の一部（図７中のベク
トル成分ａ1 ）を受持ち、第３の電機子コイル群３Ａは
起磁力ベクトルＡ3 の一部（図７中のベクトル成分ａ2
）を受持ち、第４の電機子コイル群４Ａは起磁力ベク
トルＡ1 の一部（図７中のベクトル成分ａ3 ）を受持
ち、第５の電機子コイル群５Ａは起磁力ベクトルＤ1 の
一部（図７中のベクトル成分ａ4 ）を受け持っている。

【００７１】次に、起磁力ベクトルを１ティース当たり
どのようにして３分割しているかを起磁力ベクトルＡ、
Ａ1 、Ａ3 に対応させて説明する。先ず、起磁力ベクト
ルＡは、上述の通り、１個の第１ティース２４Ａに集中
巻した電機子コイル群１Ａが受け持つ。そして、起磁力
ベクトルＡ1 は、第１ティース２４Ａに巻いた電機子コ
イル群４Ａ（図７中のベクトル成分ａ3 ）と第３ティー
ス２４Ｃにｎ２回巻いた電機子コイル群５Ｃ（図７中の
ベクトル成分ｃ4 ）が受け持つ。

【００７２】そして、起磁力ベクトルＡ3 は、第１ティ
ース２４Ａに巻いた電機子コイル群３Ａ（図７中のベク
トル成分ａ2 ）と第４ティース２４Ｄにｎ２回巻いた電
機子コイル群２Ｄ（図７中のベクトル成分ｄ1 ）が受け
持つ。以上のように区分けした電機子コイル群の中で起
磁力ベクトルを合成するのに適した角度位置にある（電
気的位相の近い）電機子コイル群を所定の巻数ずつ連結
することにより、１ティース当たり３つの起磁力ベクト
ルに分割している。

【００７３】なお、本実施例では、１ティース当たり３
個の起磁力ベクトルに分割しているが、同じような手法
により、１ティース当たり４個以上の起磁力ベクトルに
も分割することができ、磁極数とスロット（ティース）
数が決められていた時、波巻条件に合致するようにベク
トル分割数、すなわち、セグメント分割数を選定するこ
とにより、種々の条件の直流機に本実施例の電機子巻線
法を用いた電機子コイルが適用できる。

【００７４】〔第３実施例〕図９は本発明の直流機を、
４極５スロット１５セグメントの集中巻直流電動機に適
用した第３実施例を示したもので、図９は集中巻直流電
動機の全体構成を示した構成図である。

【００７５】本実施例の集中巻直流電動機２０の界磁装
置は、電機子２６の外周に空隙を介して配設された２個
のＮ極磁極（第１磁極に相当する）３３、３４と２個の
Ｓ極磁極（第２磁極に相当する）４１、４２と、これら
のＮ極、Ｓ極磁極３３、３４、４１、４２を外側から接
着剤等により固定する円筒形状のヨーク２３とを有して
いる。なお、２個のＮ極磁極３３、３４には、例えばフ
ェライト磁石等の永久磁石材料により製作した、円弧形
状の断面を有する永久磁石磁極が利用されている。２個
のＳ極磁極４１、４２には、例えば鉄等の軟磁性材料に
より製作した、円弧形状の断面を有する軟磁性材磁極が
利用されている。

【００７６】したがって、本実施例の集中巻直流電動機
２０の界磁装置は、第２実施例に対して永久磁石の使用
量を半分に減らすことができるので、コスト面で有利に
なり、界磁装置の製造コストを低減することができる。
また、直流機の小型化のため、本発明からなる集中巻と
多極化とを組み合わせた場合には、永久磁石の部品点数
が増えることになるが、Ｎ極磁極またはＳ極磁極のうち
の一方の片側磁極を安価な軟磁性材磁極とすることによ
り、多極化による磁石コストの増加を相殺できる。

【００７７】〔第４実施例〕図１０は本発明の直流機
を、４極５スロット１５セグメントの集中巻直流電動機
に適用した第４実施例を示したもので、図１０は集中巻
直流電動機の全体構成を示した構成図である。

【００７８】本実施例の集中巻直流電動機２０の界磁装
置では、軟磁性材磁極として、軟磁性材料（例えば鉄）
よりなるヨーク２３の対向する２箇所を内径側（電機子
２６側）に突出するようにプレス成形等により変形加工
した突条のＳ極磁極（第２磁極に相当する）４３、４４
を利用している。また、Ｓ極磁極４３、４４の磁極弧の
両端面には、ヨーク２３より内径側（電機子２６側）に
突出するように垂下された立壁部４５、４６が形成され
ている。

【００７９】したがって、本実施例の集中巻直流電動機
２０の界磁装置は、Ｓ極磁極４３、４４がヨーク２３と
一体成形されているので、第３実施例のように、ヨーク
２３に対して別途設けられた特別なＳ極磁極４１、４２
をヨーク２３の内周面に組み付ける組付作業が不要にな
り、界磁装置の製造コストを更に低減することができ
る。また、ヨーク２３からＳ極磁極４３、４４に連なる
立壁部４５、４６の形状を図１０に示した形状にすれ
ば、ヨーク２３の横幅を小さくでき、一般に横幅が小さ
い２極小型直流モータの形状に近付けることができる。
これにより、２極小型直流モータと４極の集中巻直流電
動機２０との取付互換性を持たせることも可能である。

【００８０】〔第５実施例〕図１１は本発明の直流機
を、４極５スロット１５セグメントの集中巻直流電動機
に適用した第５実施例を示したもので、図１１は集中巻
直流電動機の全体構成を示した構成図である。

【００８１】本実施例の集中巻直流電動機２０の界磁装
置は、両端面に立壁部５０、５１が設けられた２個の軟
磁性材Ｓ極磁極（軟磁性材磁極に相当する）５２、５３
と、これらの軟磁性材Ｓ極磁極５２、５３の立壁部５
０、５１に隣接する２個のＳ極着磁部（第２磁極の磁極
弧残部に相当）５４、５５と、軟磁性材Ｓ極磁極５２、
５３と異なる極性の２個のＮ極着磁部（第１磁極の磁極
弧部に相当）５６、５７と、Ｓ極着磁部５４、５５とＮ
極着磁部５６、５７との間に配設され、着磁されない無
着磁部５８、５９とを備えている。

【００８２】そして、本実施例では、Ｓ極着磁部５４、
５５とＮ極着磁部５６、５７との間に無着磁部５８、５
９を挟んで同一磁極部材（樹脂または焼結材）により一
体化することにより、軟磁性材Ｓ極磁極５２、５３の立
壁部５０、５１に隣接する永久磁石磁極６１、６２を構
成している。永久磁石磁極６１、６２を１個の極対にて
説明すると、永久磁石磁極６１はＮ極着磁部５６、無着
磁部５８、Ｓ極着磁部５４の順に同一磁極部材を２極に
着磁形成したものである。

【００８３】また、図示のようにＳ極着磁部５４、５５
の磁極弧は、Ｎ極着磁部５６、５７の磁極弧の約半分と
なっており、電機子起磁力による減磁側の磁束をＳ極着
磁部５４、５５が受け持っている。一方、電機子起磁力
による増磁側の磁束を軟磁性材Ｓ極磁極５２、５３が受
け持っている。

【００８４】本実施例によれば、第３、第４実施例に比
べて、増磁側を軟磁性材Ｓ極磁極５２、５３が受け持
ち、減磁側の磁束をＳ極着磁部５４、５５に受け持たせ
る磁極構成としたことにより、集中巻直流電動機２０の
モータ性能を維持しつつ、磁石コストを抑制できる。ま
た、軟磁性材Ｓ極磁極５２、５３の立壁部５０、５１の
端面を永久磁石磁極６１、６２の端面を当接させる位置
決め部材として用いるので、永久磁石磁極６１、６２の
位置決めが容易となり、界磁装置の製作工程を簡素化で
きる効果もある。

【００８５】〔他の実施例〕以上、磁極数＝２、スロッ
ト数＝３の集中巻直流電動機２０の場合を第１実施例
で、磁極数＝４、スロット数＝５の集中巻直流電動機２
０の場合を第２〜第５実施例で説明したが、これ以外の
組合せも可能であり、以下に有効な磁極数Ｍ、スロット
（ティース）数Ｎの組合せ実施例を説明する。

【００８６】磁極の磁束をどれだけ有効利用できるか
は、交流機の短節巻係数と分布巻係数の両方の考え方で
本来検討すべきであるが、簡便のため短節巻係数だけを
用いて説明する。短節巻係数をｋｐとすると、ｋｐと磁
極数Ｍ、スロット数Ｎには下記の数７の式（関係式）が
成り立つ。

【数７】ｋｐ＝ｓｉｎ｛（π／２）×（Ｍ／Ｎ）｝ 上記の数７の式をもとに磁極数Ｍ＝２〜１０、スロット
数＝３〜１１の範囲で短節巻係数ｋｐを計算した結果を
表１の枠内上側に示す。

【表１】 上記の表１から短節巻係数ｋｐは、表の対角線に近い
Ｍ、Ｎの組合せで大きいのが分かる。なお、表１で斜線
は、Ｍ／Ｎが整数となり、波巻条件を満たすセグメント
数がない組合せを表す。また、横線は、Ｍ／Ｎ＞２、Ｍ
／Ｎ＜０．５で磁束有効利用率が悪い組合せを表す。

【００８７】そこで、表１から磁束有効利用率が大き
く、短節巻係数ｋｐが０．９以上に該当するＭ、Ｎの組
合せを抽出すると、（Ｍ，Ｎ）＝（４，５）、（６，
５）、（６，７）、（８，７）、（８，９）、（１０，
９）、（１０，１１）となり、何れもｋｐ≧０．９５で
ある。因みに（Ｍ，Ｎ）＝（４，５）は、第２〜５実施
例に該当し、ｋｐ＝０．９５であり、分布巻係数ｋｄ
は、概算値０．９６である。これより、ｋｐ×ｋｄ＝
０．９１となり、磁極の９０％以上の磁束を有効利用で
きることが分かる。（なお、ｋｄは前記起電力ベクトル
Ａ3 の大きさの計算と同じ方法によった。）

【００８８】以上より、短節巻係数ｋｐが０．９５以上
に該当し、磁束有効利用率が良好なＭ、Ｎの組合せを整
理すると、スロット（ティース）数Ｎが、Ｎ＝２ｎ＋１
（ｎ≧２）で、磁極数Ｍが、Ｍ＝Ｎ−１、または、Ｍ＝
Ｎ＋１の場合となる。スロット（ティース）数Ｎと磁極
数Ｍの関係が以上の組合せの場合、電機子起磁力を有効
に利用できるため、効率が向上し、例えば約３Ｖ〜２４
Ｖの直流電源（バッテリー）で駆動されるブラシ付小型
直流モータなどの集中巻直流電動機２０または直流発電
機等の直流機を小型化する上で有利になる。なお、セグ
メント数ｓは、磁極数Ｍ、スロット（ティース）数Ｎに
対し、前述の波巻条件を満たす場合に成立可能であり、
可能なセグメント数ｓを表１の枠内下側に示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】集中巻直流電動機の波巻の電機子の展開図（第
１実施例）。

【図２】集中巻直流電動機の波巻の電機子の展開図（第
１実施例）。

【図３】電機子の逆起電力ベクトルを示した説明図（第
１実施例）。

【図４】集中巻直流電動機の重ね巻の電機子の展開図
（比較例）。

【図５】集中巻直流電動機の全体構成を示した構成図
（第２実施例）。

【図６】集中巻直流電動機の波巻の電機子の展開図（第
２実施例）。

【図７】電機子の逆起電力ベクトルを示した説明図（第
２実施例）。

【図８】集中巻直流電動機の電機子を示した巻線模式図
（第２実施例）。

【図９】集中巻直流電動機の全体構成を示した構成図
（第３実施例）。

【図１０】集中巻直流電動機の全体構成を示した構成図
（第４実施例）。

【図１１】集中巻直流電動機の全体構成を示した構成図
（第５実施例）。

【符号の説明】

１ 第１整流子セグメント（整流子片） ２ 第２整流子セグメント（整流子片） ３ 第３整流子セグメント（整流子片） ４ 第４整流子セグメント（整流子片） ５ 第５整流子セグメント（整流子片） ６ 第６整流子セグメント（整流子片） ２０ 集中巻直流電動機（直流機） ２１ Ｎ極磁極 ２２ Ｓ極磁極 ２３ ヨーク（継鉄） ２４ 電機子コア ２５ 電機子コイル ２６ 電機子 ２７ 整流子 ３１ 正極側ブラシ ３２ 負極側ブラシ １Ａ 電機子コイル群 ２Ａ 電機子コイル群 １Ｂ 電機子コイル群 ２Ｂ 電機子コイル群 １Ｃ 電機子コイル群 ２Ｃ 電機子コイル群 ２４Ａ 第１ティース ２４Ｂ 第２ティース ２４Ｃ 第３ティース

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の磁極を連結する継鉄と、前記複数
   個の磁極と相対回転運動を行う電機子と、この電機子へ
   の給電を行うブラシとを備えた直流機であって、 前記電機子は、前記複数個の磁極と対向する側に、奇数
   個のスロットを有する電機子コアと、 前記スロットの個数の２倍以上で、且つ整数倍の個数の
   整流子片を有し、表面に前記ブラシが摺接する整流子
   と、 前記スロット毎に１スロットピッチで集中巻され、前記
   スロットの個数よりも多い複数個の電機子コイル群から
   なり、前記整流子に波巻結線される電機子コイルとを具
   備したことを特徴とする直流機。
2. 【請求項２】請求項１に記載の直流機において、 前記複数個の電機子コイル群は、前記整流子片の個数と
   等しく分割されて結線されており、 前記電機子コイルに誘起される起電力ベクトルは、前記
   整流子片の個数と等しい数の複数の起電力ベクトルに分
   割されており、 前記複数の起電力ベクトルの位相は略等分割され、前記
   複数の起電力ベクトルの大きさは略同一であることを特
   徴とする直流機。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の直流機に
   おいて、 前記電機子コイル群は、少なくとも１個のスロットに集
   中巻された電機子コイルからなるか、 あるいは第１のスロットに集中巻された第１の電機子コ
   イル群と第２のスロットに集中巻され、第１の電機子コ
   イル群と電気的位相の近い第２の電機子コイル群とを連
   ねて結線した電機子コイルからなることを特徴とする直
   流機。
4. 【請求項４】請求項２または請求項３に記載の直流機に
   おいて、 前記複数の起電力ベクトルの電気的位相差の相対誤差は
   −５％以上５％以下の範囲内にあり、前記複数の起電力
   ベクトルの大きさの相対比は０．９５以上１．０５以下
   の範囲内にあることを特徴とする直流機。
5. 【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかに記載
   の直流機において、 スロット数をＮ、磁極数をＭとしたとき、 Ｎ＝２ｎ＋１（但しｎは２以上の整数）、 Ｍ＝Ｎ−１、またはＭ＝Ｎ＋１ の関係を満足することを特徴とする直流機。
6. 【請求項６】請求項５に記載の直流機において、 前記複数個の磁極は、２個以上の第１磁極と、隣設する
   ２個の第１磁極間に配設され、前記２個以上の第１磁極
   と極性が異なる２個以上の第２磁極とを具備し、 前記２個以上の第１磁極の少なくとも１個の第１磁極
   は、永久磁石により形成された永久磁石磁極であり、 前記２個以上の第２磁極の少なくとも１個の第２磁極
   は、軟磁性材料により形成された軟磁性材磁極であるこ
   とを特徴とする直流機。
7. 【請求項７】請求項６に記載の直流機において、 前記軟磁性材磁極は、前記継鉄の一部を前記電機子コア
   側へ突出するように変形加工してなる突条の磁極である
   ことを特徴とする直流機。
8. 【請求項８】請求項７に記載の直流機において、 前記複数個の磁極のうちの１個の磁極は、前記軟磁性材
   磁極に隣接すると共に、前記軟磁性材磁極と同一の極性
   の前記第２磁極の磁極弧残部と、前記軟磁性材磁極と異
   なる極性の第１磁極の磁極弧部と、前記磁極弧残部と前
   記磁極弧部との間に設けられ、着磁されない無着磁部と
   を同一の磁極部材により一体化したことを特徴とする直
   流機。