JP4397828B2 - 電機子、直流モータ、及び電機子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は直流モータに係り、詳しくは、前記直流モータに備えられる電機子、及び該電機子の製造方法に関するものである。

従来、小型化が図られた直流モータとして、例えば特許文献１にて開示されているものがある。特許文献１にて開示されている直流モータは、固定子と該固定子の内側に配置された電機子とを備えている。固定子は、ヨークハウジングと該ヨークハウジングの内周面に固定された永久磁石とを備えて構成されている。

電機子は、回転軸と、該回転軸に固定され巻線が巻回された電機子コアと、同じく回転軸に固定された整流子とを備えて構成されている。電機子コアは、筒状部と該筒状部の外周面から径方向外側に向かって放射状に延びる複数のティース部とから構成されている。整流子は、大径部と小径部とからなる絶縁体と、大径部の外周面に周方向に等角度間隔に固定された複数のセグメントとを備えている。各セグメントは、給電用ブラシが摺接される本体部と、セグメントの小径部側の端部に形成され本体部より径方向の厚さが厚く形成された結線部（巻線接合部）とから構成されている。結線部には、電機子コアに巻回された巻線が結線されると共に、小径部の外周面に配設されて同電位のセグメント同士を短絡する短絡線が結線されている。そして、このような電機子では、整流子の小径部をコアの内側に収納することにより該電機子を軸方向に小型化し、引いてはこの電機子を備えた直流モータの小型化を図っている。

ところで、近年、例えば自動車に搭載される直流モータにおいては、自動車に搭載される部品が増加の一途を辿っていることから、更なる小型化が望まれている。このことは、自動車に搭載される直流モータに限ったことではなく、様々な電化製品等に用いられる直流モータについても同様である。

そこで、特許文献１では、電機子コアの筒状部の径方向中央部に、より直径の大きな丸穴を設け、その丸穴に、整流子の小径部と、大径部において結線部が固定された部分とを収納することにより、電機子及び直流モータの更なる軸方向の小型化を図っている。
特開２００４−８８９０２号公報

しかしながら、電機子及び直流モータの更なる小型化を図るために、筒状部に、より直径の大きな丸穴を設けると、筒状部において丸穴の側壁部となる部分の径方向の厚さが薄くなってしまうため、当該側壁部における軸方向に沿った断面積が減少してしまう。その結果、筒状部（側壁）を通過する磁束が減少されてしまい、直流モータの性能が低下する虞があった。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、直流モータの性能を低下させることなく小型化される電機子、該電機子を備えた直流モータ、及び前記電機子の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、回転軸と、軸方向一端に収納穴が形成された筒状のコア本体、前記コア本体から放射状に延びる複数のティース部、及び複数の前記ティース部により形成された複数のスロットを備え、前記回転軸に固定された電機子コアと、周方向に配設され給電用ブラシが摺接される複数のセグメント、及び前記セグメントの軸方向一端部に形成され径方向外側に向かって突出した結線爪を備え、前記収納穴にその軸方向一端部が収納されるように前記回転軸に固定された整流子と、前記ティース部に巻回されると共に前記結線爪に結線され、前記ティース部の軸方向両端に位置するコイルエンド部を備えた巻線とを有する電機子であって、前記収納穴は、軸方向から見た形状が頂点の周方向位置と前記結線爪の周方向位置とが一致する多角形状に形成され、前記結線爪の少なくとも一部を収納している。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電機子において、前記結線爪は、前記ティース部と同数形成されると共に、周方向には前記ティース部間に配置され、前記収納穴は、前記結線爪の数と同数の前記頂点を有する多角形状に形成されている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の電機子において、前記コア本体の外形は、軸方向から見た形状が、その頂点の周方向位置と前記収納穴の前記頂点の周方向位置とが一致する多角形状に形成されている。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電機子において、前記結線爪の軸方向の長さは、前記収納穴の底面と前記整流子側の前記コイルエンド部の先端との間の軸方向に沿った距離以下の長さに形成されている。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の電機子において、前記巻線は、前記ティース部に集中巻にて巻回され、前記整流子は、前記結線爪が形成された前記セグメントと前記結線爪が形成されていない前記セグメントとの２種類の前記セグメントを備えると共に、同電位となる前記セグメント同士を短絡する短絡部材を備えている。

請求項６に記載の発明は、ヨークハウジングの内周面に永久磁石が固定されてなる固定子と、前記固定子の内側に配置された請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の電機子と、前記整流子に摺接する給電用ブラシとを備えた直流モータとした。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の直流モータにおいて、前記永久磁石は、磁極の数Ｐが６であり、前記整流子は、同電位となる前記セグメント同士が短絡部材にて短絡された２４個の前記セグメントを備えると共に、２４個の前記セグメントのうち周方向に等角度間隔に位置する８つの前記セグメントにそれぞれ形成された８つの前記結線爪を備え、前記電機子コアは、８つの前記ティース部と、前記ティース部により形成された８つのスロットと、その頂点の周方向位置が８つの前記結線爪の周方向位置と一致する８角形状の前記収納穴とを備え、前記巻線は、前記ティース部に集中巻にて巻回されている。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の電機子の製造方法であって、前記電機子コアが固定された前記回転軸に、前記整流子の前記電機子コアと軸方向に対向する端面と前記収納穴の底面との間の距離が、前記収納穴の底面と前記整流子側の前記コイルエンド部の先端との間の軸方向に沿った距離の少なくとも２倍となるように前記整流子を固定した状態で、前記巻線の前記結線爪への結線を行う結線工程と、前記結線工程の終了後に、前記整流子の軸方向一端部を前記収納穴に収納する収納工程とを備えたことを特徴とする電機子の製造方法。

（作用）
請求項１に記載の発明によれば、整流子は、結線爪の少なくとも一部が収納穴に収納されるように回転軸に固定されているため、電機子が軸方向に小型化される。そして、収納穴は、頂点の周方向位置が結線爪の周方向位置と一致する多角形状に形成されていることから、収納穴が結線爪を収納可能な丸穴である場合に比べて、隣接する結線爪間における収納穴の側壁部の幅を径方向内側に向けて広くすることが可能となる。そして、隣接する結線爪間における収納穴の側壁部の幅を径方向内側に向けて広くすると、隣接する結線爪間における側壁部の径方向に沿った断面積が減少されることが抑制される。その結果、この電機子を備えた直流モータにおいて、電機子コアを通過する磁束が減少されることが抑制される。よって、直流モータの性能を低下させることなく電機子を小型化することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、隣接する結線爪間における収納穴の側壁部の幅を径方向内側に向けてより広くすることが可能となり、隣接する結線爪間における側壁部の径方向に沿った断面積が減少されることがより抑制される。

請求項３に記載の発明によれば、側壁部の径方向に沿った断面積が減少されることを防止しつつ、スロットの容積を増大させることが可能となる。従って、ティース部に巻回される巻線の巻数を増大させることが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、結線爪は、整流子側のコイルエンド部の先端よりも収納穴の底面側に収納されることが可能となる。従って、電機子はより軸方向に小型化される。また、結線爪が整流子側のコイルエンド部の先端よりも反電機子コア側に出ないことから、給電用ブラシを整流子側のコイルエンド部に当接する直前まで該コイルエンド部に近づけることが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、巻線は集中巻にて巻回されているため、該巻線の占積率が増大する。また、同電位となるセグメント同士が短絡部材によって短絡されるため、給電用ブラシの数を減らすことが可能となる。

請求項６に記載の発明によれば、整流子は、結線爪の少なくとも一部が収納穴に収納されるように回転軸に固定されているため、電機子が軸方向に小型化される。そして、収納穴は、頂点の周方向位置が結線爪の周方向位置と一致する多角形状に形成されていることから、収納穴が結線爪を収納可能な丸穴である場合に比べて、隣接する結線爪間における収納穴の側壁部の幅を径方向内側に向けて広くすることが可能となる。そして、隣接する結線爪間における収納穴の側壁部の幅を径方向内側に向けて広くすると、隣接する結線爪間における側壁部の径方向に沿った断面積が減少されることが抑制される。その結果、この電機子を備えた直流モータにおいて、電機子コアを通過する磁束が減少されることが抑制される。よって、直流モータの性能を低下させることなく直流モータを小型化することができる。

請求項７に記載の発明によれば、軸対称の各スロット間において、大きさが等しく向きが逆向きのトルクベクトルが発生する。そのため、電機子の振動が抑制され、振動が小さい直流モータを提供することができる。また、巻線が集中巻にて巻回されているため、該巻線の占積率が増大する。

請求項８に記載の発明によれば、整流子側のコイルエンド部の先端と整流子の電機子コアと軸方向に対向する端面との間の距離が、整流子側のコイルエンド部の先端と収納穴の底面との間の軸方向に沿った距離以上となった状態で、巻線の結線爪への結線が行われる。即ち、整流子の軸方向一端部が収納穴に収納された状態において結線爪と整流子側のコイルエンド部の先端とを結んだ距離よりも、整流子側のコイルエンド部と結線爪との間の巻線の長さが長くなる状態で該巻線の結線が行われる。従って、整流子の軸方向一端部を収納穴に収納した場合に、結線爪と整流子側のコイルエンド部との間の巻線が突っ張った状態となることが防止される。

本発明によれば、直流モータの性能を低下させることなく小型化される電機子、該電機子を備えた直流モータ、及び前記電機子の製造方法を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の直流モータ１０１は、固定子１０２と、該固定子１０２の径方向内側に配置された電機子１０３とを備えている。固定子１０２は、有底円筒状のヨークハウジング１０４と、該ヨークハウジング１０４の内周面に周方向に等角度間隔に固定された複数の永久磁石１０５とを備えている。本実施形態の固定子１０２は、永久磁石１０５を６つ備えており、磁極の数Ｐが６となっている。前記ヨークハウジング１０４の開口部は、図示しないエンドフレームにより閉塞されている。このエンドフレームには、外部電源等に接続された陽極側給電用ブラシ１０６及び陰極側給電用ブラシ１０７が保持されている（図２参照）。

電機子１０３は、回転軸１１１と、該回転軸１１１に固定された電機子コア１１２（以下コア１１２とする）及び整流子１１３と、コア１１２に巻回された巻線１１４とを備えて構成されている。回転軸１１１は、その両端側がヨークハウジング１０４の底部中央に設けられた軸受（図示略）及び前記エンドフレームの中央に設けられた軸受（図示略）によって回転可能に支持されている。そして、コア１１２は、回転軸１１１が２つの軸受にて支持された状態で、永久磁石１０５によって周囲を囲まれ、永久磁石１０５と径方向に対向する。

図３に示すように、コア１１２は、コア本体１２１と、複数（本実施形態では８つ）のティース部１２２ａ〜１２２ｈとから構成されている。コア本体１２１は筒状をなしており、その内周面によって軸方向に貫通した貫通孔１２３が形成されている。図２に示すように、貫通孔１２３の直径は、回転軸１１１の外径よりも若干小さく形成されており、コア１１２は、この貫通孔１２３に回転軸１１１が圧入されることにより回転軸１１１に対して固定されている。

コア本体１２１の整流子１１３側の端面１２４には、収納穴１２５が形成されている。収納穴１２５は、軸方向から見た形状が、正８角形状となるように形成されている（図３参照）。また、コア本体１２１において、収納穴１２５の底面１２６から整流子１１３側の端面１２４までの部分が収納穴１２５の側壁部１２７となっている。尚、コア本体１２１の反整流子１１３側の端面１２８にも収納穴１２５と同様の形状をなす調整穴１２９が形成されている。

図３に示すように、コア本体１２１の外形（コア本体１２１の外周面によって形成される形状）は、軸方向から見た形状が、収納穴１２５に合わせた正８角形状となるように形成されている。即ち、コア本体１２１の外形は、コア本体１２１を軸方向から見た場合に、収納穴１２５における正８角形の頂点Ｘ１〜Ｘ８の周方向位置と、コア本体１２１の外形における正８角形の頂点Ｙ１〜Ｙ８の周方向位置とが一致するように形成されている。

コア本体１２１の外周面には、前記ティース部１２２ａ〜１２２ｈが形成されている。各ティース部１２２ａ〜１２２ｈの軸方向の長さは、コア本体１２１の軸方向の長さと等しく形成されている。また、各ティース部１２２ａ〜１２２ｈは、軸方向から見ると、コア本体１２１の外周面を構成する８つの面の幅方向中央部から径方向外側に向かって延びている。即ち、ティース部１２２ａ〜１２２ｈは、コア本体１２１から放射状に延びている。そして、コア１１２を軸方向から見ると、前記収納穴１２５の正８角形の頂点Ｘ１〜Ｘ８は、周方向には、それぞれティース部１２２ａ〜１２２ｈ間の中央に位置している。

８つのティース部１２２ａ〜１２２ｈ間には、該ティース部１２２ａ〜１２２ｈによってそれぞれスロット１３０ａ〜１３０ｈが形成されている。図１に示すように、各ティース部１２２ａ〜１２２ｈには、インシュレータ１３１を介して、スロット１３０ａ〜１３０ｈ内を通るように巻線１１４が集中巻にて巻回され、該巻線１１４によって８つのコイル１３２ａ〜１３２ｈが形成されている。８つのコイル１３２ａ〜１３２ｈは、それぞれ、ティース部１２２ａ〜１２２ｈの軸方向両端に位置するコイルエンド部１３３を備えている（図２参照）。詳しくは、コイルエンド部１３３は、コア１１２の軸方向両端面１１２ａ，１１２ｂ上にあるインシュレータ１３１（但し、コア本体１２１の端面１２４上にあるインシュレータ１３１と等しい厚さの部分）よりも軸方向に突出した部分である。

前記整流子１１３は、円筒状をなす絶縁体１４１と複数（本実施形態では２４個）のセグメント１〜２４とを備えて構成されている。絶縁体１４１の内周面は、回転軸１１１が圧入される圧入孔１４２を形成している。圧入孔１４２の直径は、回転軸１１１の外形より若干小さく形成されており、圧入孔１４２に回転軸１１１が圧入されることによって整流子１１３は回転軸１１１に対して固定されている。

各セグメント１〜２４は、略長方形の板状をなしている。そして、各セグメント１〜２４は、その長手方向が軸方向に沿うように、絶縁体１４１の外周面に固定されている。絶縁体１４１の外周面においては、セグメント１〜２４は、周方向に等角度間隔に配置され、隣接するセグメント１〜２４間に間隙を有している。これらセグメント１〜２４には、径方向外側から前記陽極側給電用ブラシ１０６及び前記陰極側給電用ブラシ１０７が摺接される。

セグメント１〜２４のうち、周方向に等角度間隔に位置された８つのセグメント１，４，７，１０，１３，１６，１９，２２、即ち、２つ置きのセグメント１，４，７，１０，１３，１６，１９，２２には結線爪１４３ａ〜１４３ｈが設けられている。つまり、本実施形態では、ティース部１２２ａ〜１２２ｈの数と同数の８つの結線爪１４３ａ〜１４３ｈが形成されている。因みに、前記収納穴１２５は、軸方向から見た形状が、これらの結線爪１４３ａ〜１４３ｈの周方向位置と、頂点Ｘ１〜Ｘ８の周方向位置とが一致する正８角形状となるように形成されている。更に、前記収納穴１２５は、結線爪１４３ａ〜１４３ｈを含む整流子１１３の軸方向一端部を収納可能な大きさに形成されている。

図２に示すように、結線爪１４３ａ〜１４３ｈは、セグメント１，４，７，１０，１３，１６，１９，２２のコア１１２側の端部から延設されており、各セグメント１，４，７，１０，１３，１６，１９，２２の幅よりもその幅が狭く形成された板状をなしている。そして、結線爪１４３ａ〜１４３ｈは、前記巻線１１４を引っ掛けることができるように、整流子１１３の反コア１１２側の端面に向かって折り返されている。これにより、結線爪１４３ａ〜１４３ｈは、整流子１１３の径方向外側に向かって突出した形状となっている。各結線爪１４３ａ〜１４３ｈは、折り返された状態において、その軸方向の長さＬ１が、前記収納穴１２５の底面１２６と整流子１１３側のコイルエンド部１３３の先端との間の軸方向に沿った距離Ｌ２よりも短く形成されている。本実施形態では、距離Ｌ２は、前記収納穴１２５の深さＬ３（図２では、端面１２４上にあるインシュレータ１３３の厚さを含めた深さを収納穴１２５の深さとしている）とコイルエンド部１３３の軸方向の幅Ｌ４との和に相当する。このような結線爪１４３ａ〜１４３ｈには、前記巻線１１４が結線されている。尚、図２においては、セグメント１に形成された結線爪１４３ａを、結線爪１４３ａ〜１４３ｈの代表として図示している。また、図１及び図２では、結線爪１４３ａ〜１４３ｈとコイル１３２ａ〜１３２ｈとの間の巻線１１４を省略して図示している。

図４に示すように、絶縁体１４１のコア１１２側の端面には、短絡部材１５１が配設されている。尚、図２では、短絡部材１５１を省略して整流子１１３を図示している。短絡部材１５１は、同電位となるセグメント１〜２４（本実施形態では、７つ置きのセグメント）同士を短絡するためのものである（図６参照）。この短絡部材１５１は、２つの同一の短絡構成部材群１５２ａ，１５２ｂと、絶縁材１５３とから構成されている。図５に示すように、各短絡構成部材群１５２ａ，１５２ｂは、周方向に複数配置された外周側端末１５４ａ，１５４ｂと、外周側端末１５４ａ，１５４ｂの内側で周方向に複数配置された内周側端末１５５ａ，１５５ｂとを備えている。また、各短絡構成部材群１５２ａ，１５２ｂは、外周側端末１５４ａ，１５４ｂと内周側端末１５５ａ，１５５ｂとを周方向に所定角度ずらして連結する複数の連結部１５６ａ，１５６ｂを備えている。これらの外周側端末１５４ａ，１５４ｂ、内周側端末１５５ａ，１５５ｂ、及び連結部１５６ａ，１５６ｂは、略同一平面状（略平板状）に形成されている。本実施形態では、外周側端末１５４ａ，１５４ｂ、内周側端末１５５ａ，１５５ｂ、及び連結部１５６ａ，１５６ｂは短絡構成部材群１５２ａ，１５２ｂ毎にそれぞれ２４個ずつ形成されている。また、本実施形態では、前記所定角度は６０°であり、端末を４つ分ずらした角度と等しい。

外周側端末１５４ａ，１５４ｂには、径方向外側に延びる係止部１５７ａ，１５７ｂが形成されている。連結部１５６ａ，１５６ｂは、インボリュート曲線に沿って形成されている。また、図４に示すように、連結部１５６ａ，１５６ｂは外周側端末１５４ａ，１５４ｂ及び内周側端末１５５ａ，１５５ｂよりも肉薄に形成されており、これにより連結部１５６ａ，１５６ｂと外周側端末１５４ａ，１５４ｂとの間、及び連結部１５６ａ，１５６ｂと内周側端末１５５ａ，１５５ｂとの間に段差部１５８ａ，１５８ｂが形成されている。

このような短絡構成部材群１５２ａ，１５２ｂは、板状の導電性部材を打ち抜いて形成されている。そして、各短絡構成部材群１５２ａ，１５２ｂは、連結部１５６ａ，１５６ｂが逆向き（同方向から見てずらす方向が逆向き）となるように軸方向に積層され、積層されることにより外周側端末１５４ａ，１５４ｂ同士と内周側端末１５５ａ，１５５ｂ同士がそれぞれ積層方向に面接触されている。尚、連結部１５６ａ，１５６ｂは、前記段差部１５８ａ，１５８ｂによって積層方向に非接触となっている。そして、短絡構成部材群１５２ａ，１５２ｂは、前記係止部１５７ａ，１５７ｂがそれぞれ前記セグメント１〜２４に固定されることにより、整流子１１３に固定されている。

前記絶縁材１５３は、絶縁性を有する樹脂材料よりなり、積層方向に並ぶ前記連結部１５６ａ，１５６ｂ間に介在されている。詳しくは、絶縁材１５３は、上記のように構成された外周側端末１５４ａ，１５４ｂ、内周側端末１５５ａ，１５５ｂ、及び連結部１５６ａ，１５６ｂのそれぞれの隙間を埋めるように形成されている。

上記のように構成された整流子１１３は、図２に示すように、回転軸１１１において、当該整流子１１３のコア１１２側の一端部が前記収納穴１２５に収納される位置に固定されている。詳しくは、整流子１１３は、結線爪１４３ａ〜１４３ｈの一部が収納穴１２５に収納されると共に、結線爪１４３ａ〜１４３ｈが整流子１１３側のコイルエンド部１３３の先端よりも収納穴１２５の底面１２６側に位置するように回転軸１１１に対して固定されている。尚、整流子１１３のコア１１２と軸方向に対向する端面１１３ａは、収納穴１２５の底面１２６に当接していない。

次に、上記のように構成された電機子１０３の製造方法を説明する。
まず、コア本体１２１の貫通孔１２３に回転軸１１１が圧入されることにより、コア１１２が回転軸１１１に対して固定される。その後、絶縁体１４１の圧入孔１４２に回転軸１１１が圧入されることにより、整流子１１３が回転軸１１１に対して圧入固定される。整流子１１３は、図７（ａ）に示すように、結線爪１４３ａ〜１４３ｈが設けられている側の端部がコア本体１２１に形成された収納穴１２５と軸方向に対向するように回転軸１１１に対して固定されている。また、整流子１１３は、回転軸１１１において、整流子１１３のコア１１２と軸方向に対向する端面１１３ａと収納穴１２５の底面１２６との間の距離Ｌ５が、収納穴１２５の底面１２６と整流子１１３側のコイルエンド部１３３の先端との間の軸方向に沿った距離Ｌ２の少なくとも２倍となる位置に固定されている。因みに、整流子１１３を回転軸１１１に固定する際には、コイルエンド部１３３の先端の位置は、予め測定してあったものを利用する。図７（ａ）では、整流子１１３は、回転軸１１１において、距離Ｌ５が距離Ｌ２の２倍となる位置に固定されている。この状態で、インシュレータ１３１を介してティース部１２２ａ〜１２２ｈに巻線１１４が巻回される。

図１及び図６に示すように、まず、巻線１１４は、セグメント１に形成された結線爪１４３ａに引っ掛けられ、結線爪１４３ａから反時計方向に６７．５°進んだ位置にあるスロット１３０ｈ側から、該スロット１３０ｈとスロット１３０ａとの間にあるティース部１２２ａに所定ターン数巻回される。次いで、巻線１１４は、スロット１３０ａから反時計方向に１３５°進んだ位置にあるスロット１３０ｃ側から、該スロット１３０ｃとスロット１３０ｄとの間にあるティース部１２２ｄに所定ターン数巻回される。この時、巻線１１４は、スロット１３０ａからスロット１３０ｃに向かう途中に、スロット１３０ａとスロット１３０ｃとの中間に位置するセグメント１０に形成された結線爪１４３ｄ、即ちスロット１３０ａから反時計方向に６７．５°進んだ位置に位置する結線爪１４３ｄに引っ掛けられて（一巻きされて）からティース部１２２ｄに巻回される。

以後、同様に、コア１１２に巻線１１４が巻回される。即ち、巻線１１４は、スロット１３０ｄから反時計方向に６７．５°進んだ位置にある結線爪１４３ｇに引っ掛けられ、スロット１３０ｄから反時計方向に１３５°進んだ位置にあるスロット１３０ｆ側から、該スロット１３０ｆとスロット１３０ｇとの間にあるティース部１２２ｇに所定ターン数巻回される。次いで、巻線１１４は、スロット１３０ｇから反時計方向に６７．５°進んだ位置にある結線爪１４３ｂに引っ掛けられ、スロット１３０ｇから反時計方向に１３５°進んだ位置にあるスロット１３０ａ側から、該スロット１３０ａとスロット１３０ｂとの間にあるティース部１２２ｂに所定ターン数巻回される。次いで、巻線１１４は、スロット１３０ｂから反時計方向に６７．５°進んだ位置にある結線爪１４３ｅに引っ掛けられ、スロット１３０ｂから反時計方向に１３５°進んだ位置にあるスロット１３０ｄ側から、該スロット１３０ｄとスロット１３０ｅとの間にあるティース部１２２ｅに所定ターン数巻回される。次いで、巻線１１４は、スロット１３０ｅから反時計方向に６７．５°進んだ位置にある結線爪１４３ｈに引っ掛けられ、スロット１３０ｅから反時計方向に１３５°進んだ位置にあるスロット１３０ｇ側から、該スロット１３０ｇとスロット１３０ｈとの間にあるティース部１２２ｈに所定ターン数巻回される。次いで、巻線１１４は、スロット１３０ｈから反時計方向に６７．５°進んだ位置にある結線爪１４３ｃに引っ掛けられ、スロット１３０ｈから反時計方向に１３５°進んだ位置にあるスロット１３０ｂ側から、該スロット１３０ｂとスロット１３０ｃとの間にあるティース部１２２ｃに所定ターン数巻回される。次いで、巻線１１４は、スロット１３０ｃから反時計方向に６７．５°進んだ位置にある結線爪１４３ｆに引っ掛けられ、スロット１３０ｃから反時計方向に１３５°進んだ位置にあるスロット１３０ｅ側から、該スロット１３０ｅとスロット１３０ｆとの間にあるティース部１２２ｆに所定ターン数巻回される。そして、巻線１１４は、ティース部１２２ｆに巻回された後、スロット１３０ｆから反時計方向に６７．５°進んだ位置にある結線爪１４３ａに引っ掛けられる。

このように、巻線１１４が結線爪１４３ａ〜１４３ｈに引っ掛けられながらティース部１２２ａ〜１２２ｈに巻回される（本実施形態では集中巻にて巻回される）ことにより、８個のコイル１３２ａ〜１３２ｈが形成される。結線爪１４３ａ〜１４３ｈに引っ掛けられた巻線１１４は、結線爪１４３ａ〜１４３ｈにそれぞれ結線される。

次いで、整流子１１３は、図７（ｂ）に示すように、コア１１２側の軸方向一端部（結線爪１４３ａ〜１４３ｈが設けられている側の端部）が収納穴１２５に収納されるように、収納穴１２５の底面１２６に向けて再度圧入される。この時、整流子１１３は、コア１１２と軸方向に対向する端面１１３ａ（短絡部材１５１が配設されている側の面）が収納穴１２５の底面１２６に当接する直前まで圧入される。これにより、整流子１１３のコア１１２側の端部が収納穴１２５に収納されると共に、結線爪１４３ａ〜１４３ｈは、コイルエンド部１３３の先端よりも収納穴１２５の底面１２６側に配置される。尚、図７（ｂ）では、結線爪１４３ａ〜１４３ｈとコイル１３２ａ〜１３２ｈとの間の巻線１１４を省略して図示している。

上記したように、本実施形態によれば、以下の作用・効果を有する。
（１）整流子１１３は、その軸方向一端部が収納穴１２５に収納されるように回転軸１１１に対して固定されていることから、電機子１０３は軸方向に小型化される。そして、本実施形態では、収納穴１２５は、軸方向から見た形状が、その頂点Ｘ１〜Ｘ８の周方向位置が前記結線爪１４３ａ〜１４３ｈの周方向位置と一致する正８角形状となるように形成されている。従って、収納穴１２５が結線爪１４３ａ〜１４３ｈを収納可能な丸穴である場合に比べて、隣接する結線爪１４３ａ〜１４３ｈ間における収納穴１２５の側壁部１２７の幅が径方向内側に向けて広くなる。よって、隣接する結線爪１４３ａ〜１４３ｈ間における側壁部１２７の径方向に沿った断面積が減少されることが抑制される。その結果、この電機子１０３を備えた直流モータ１０１において、コア１１２（特に側壁部１２７）を通過する磁束が減少されることが抑制されるため、直流モータ１０１の性能を低下させることなく電機子１０３を小型化することができ、引いては該電機子１０３を備えた直流モータ１０１を小型化することができる。

（２）コア本体１２１の外形は、軸方向から見た形状が、その頂点Ｘ１〜Ｘ８の周方向位置と収納穴１２５の頂点Ｘ１〜Ｘ８の周方向位置とが一致する正８角形状に形成されている。そして、コア本体１２１の外周面を構成する８つの面の幅方向中央部にティース部１２２ａ〜１２２ｈが形成されている。従って、従来の外形が円形状のコア本体と比べて、各ティース部１２２ａ〜１２２ｈの基端部の両側が平面状になった分だけ、スロット１３０ａ〜１３０ｈの容積が増大される。その結果、巻線１１４の巻数が従来と同じである場合には、ティース部１２２ａ〜１２２ｈの径方向に沿った長さを短くすることが可能となり、直流モータ１０１の径方向の小型化を図ることができる。また、コア１１２の外径（ティース部１２２ａ〜１２２ｈの先端における外径）を従来と同じにする場合には、巻線１１４の巻数を増大させることができ、直流モータ１０１の性能を向上させることができる。

（３）結線爪１４３ａ〜１４３ｈは、その軸方向の長さＬ１が、収納穴１２５の底面１２６と整流子１１３側のコイルエンド部１３３の先端部との間の軸方向に沿った距離Ｌ２よりも短く形成されている。そのため、結線爪１４３ａ〜１４３ｈは、整流子１１３側のコイルエンド部１３３の先端よりも収納穴１２５の底面１２６側に収納されることが可能となり、本実施形態では、結線爪１４３ａ〜１４３ｈは、整流子１１３側のコイルエンド部１３３の先端よりも収納穴１２５の底面１２６側に収納されている。従って、電機子１０３はより軸方向に小型化される。また、結線爪１４３ａ〜１４３ｈがコイルエンド部１３３の先端よりも反コア１１２側に出ないことから、陽極側給電用ブラシ１０６及び陰極側給電用ブラシ１０７を整流子１１３側のコイルエンド部１３３に当接する直前まで該コイルエンド部１３３に近づけることができる。従って、直流モータ１０１の更なる軸方向の小型化を図ることができる。

（４）巻線１１４は、ティース部１２２ａ〜１２２ｈに集中巻にて巻回されているため、巻線１１４の占積率が増大する。従って、直流モータ１０１の性能をより向上させることができる。

（５）同電位となるセグメント１〜２４同士が、短絡部材１５１によって短絡されている。従って、陽極側給電用ブラシ１０６及び陰極側給電用ブラシ１０７をそれぞれ１つずつ備えた構成とすることができ、直流モータ１０１を一層小型化することができる。

（６）本実施形態の直流モータ１０１は、磁極の数Ｐが６である。また、コア１１２は、８つのティース部１２２ａ〜１２２ｈ、及び該ティース部１２２ａ〜１２２ｈによって形成される８つのスロット１３０ａ〜１３０ｈを備えている。そして、整流子１１３は、２４個のセグメント１〜２４を備え、該セグメント１〜２４は、同電位となるセグメント１〜２４同士が短絡部材１５１によって短絡されている。そのため、軸対称の各スロット１３０ａ〜１３０ｈ間において、大きさが等しく向きが逆向きのトルクベクトルが発生する。その結果、電機子１０３の振動が抑制され、振動が小さい直流モータ１０１を提供することができる。

（７）電機子１０３を製造する際、整流子１１３は、整流子１１３のコア１１２と軸方向に対向する端面１１３ａと収納穴１２５の底面１２６との間の距離Ｌ５が、収納穴１２５の底面１２６と整流子１１３側のコイルエンド部１３３の先端との間の軸方向に沿った距離Ｌ２の少なくとも２倍となる位置に固定される。言い換えると、整流子１１３は、整流子１１３側のコイルエンド部１３３の先端と整流子１１３のコア１１２と軸方向に対向する端面１１３ａとの間の距離が、整流子１１３側のコイルエンド部１３３の先端と収納穴１２５の底面１２６との間の距離以上となるように回転軸１１１に対して固定される。そして、この状態で、巻線１１４の巻回、及び結線爪１４３ａ〜１４３ｈへの結線が行われる。即ち、整流子１１３のコア１１２側の軸方向一端部が収納穴１２５に収納された状態において結線爪１４３ａ〜１４３ｈと整流子１１３側のコイルエンド部１３３の先端とを結んだ距離以上に、整流子１１３側のコイルエンド部１３３と結線爪１４３ａ〜１４３ｈとの間の巻線１１４の長さが長くなる状態で巻線１１４の結線が行われる。従って、整流子１１３のコア１１２側の軸方向一端部を収納穴１２５に収納した場合に、結線爪１４３ａ〜１４３ｈと整流子１１３側のコイルエンド部１３３との間の巻線１１４が突っ張った状態となることが防止される。よって、結線爪１４３ａ〜１４３ｈと整流子１１３側のコイルエンド部１３３との間の巻線１１４が突っ張ることによって結線爪１４３ａ〜１４３ｈが破損したり、結線爪１４３ａ〜１４３ｈと整流子１１３側のコイルエンド部１３３との間の巻線１１４が切れたりすることを防止することができる。その結果、不良品の発生を抑えることができる。また、直流モータ１０１の稼働時に、結線爪１４３ａ〜１４３ｈと整流子１１３側のコイルエンド部１３３との間の巻線１１４が切れることを防止することができる。

（８）巻線１１４は、ティース部１２２ａ〜１２２ｈに巻回される際に、例えば、ティース部１２２ａに巻回された後、スロット１３０ａから反時計方向に６７．５°進んだ位置にある結線爪１４３ｄに引っ掛けられる（一巻きされる）。そして、巻線１１４は、スロット１３０ａから反時計方向に１３５°進んだ位置にあるスロット１３０ｃ側から、該スロット１３０ｃとスロット１３０ｄとの間にあるティース部１２２ｄに所定ターン数巻回される。巻線１１４は、何れのティース部１２２ａ〜１２２ｈにも同様に巻回される。このように巻線１１４が巻回されると、結線爪１４３ａ〜１４３ｈと整流子１１３側のコイルエンド部１３３との間の巻線１１４は、整流子１１３がコア１１２側へ再度圧入される際に、整流子１１３の移動を許容し易くなる。その結果、整流子１１３のコア１１２側の軸方向一端部を収納穴１２５に収納した場合に、結線爪１４３ａ〜１４３ｈと整流子１１３側のコイルエンド部１３３との間の巻線１１４が突っ張った状態となることがより防止される。尚、各コイル１３２ａ〜１３２ｈと各結線爪１４３ａ〜１４３ｈとの間の巻線１１４を、多少余裕を持たせて長めにすることにより、結線爪１４３ａ〜１４３ｈと整流子１１３側のコイルエンド部１３３との間の巻線１１４が突っ張った状態となることが更に防止される。

（９）セグメント１〜２４は、略平板状の短絡部材１５１によって、同電位となるセグメント１〜２４同士が短絡されている。従って、短絡部材として短絡線を用いて同電位となるセグメント１〜２４を短絡した場合よりも、電機子１０３を軸方向に小型化することができる。そして、ひいては電機子１０３を備えた直流モータ１０１を軸方向に更に一層小型化することができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
○上記実施形態では、磁極の数Ｐが６であるが、磁極の数Ｐは６に限らない。例えば、磁極の数Ｐを４以上とすると、直流モータ１０１における振動の発生を抑制することができる。また、磁極の数Ｐを４以上の偶数としてもよい。この場合、スロットの数ＮをＰ±２（但し、Ｐ＝４の時Ｎ＝６）とし、セグメントの数ＳをＮ×（Ｐ／２）とするとよい。このようにすると、短節巻係数をより大きくすることができ、小型軽量化及び高出力化に有利な直流モータ１０１を得ることができる。尚、短節巻係数とは、磁極ピッチに対して巻線辺の間隔を考慮した係数であり、直流モータの出力に比例する。つまり、短節巻係数が大きければ大きいほど直流モータの出力は大きくなる。

○略平板状の短絡部材１５１の代わりに短絡線を短絡部材として用い、該短絡線によって同電位となるセグメント１〜２４を短絡してもよい。
○上記実施形態では、陽極側給電用ブラシ１０６及び陰極側給電用ブラシ１０７は、それぞれ１つずつ設けられているが、複数個ずつ設けられてもよい。このようにすると、電機子１０３への電流の供給が安定する。

○上記実施形態では、巻線１１４は、ティース部１２２ａ〜１２２ｈに集中巻にて巻回されているがこれに限らない。例えば、巻線１１４は、ティース部１２２ａ〜１２２ｈに分布巻にて巻回されてもよい。

○上記実施形態では、結線爪１４３ａ〜１４３ｈの軸方向の長さＬ１は、収納穴１２５の底面１２６と整流子１１３側のコイルエンド部１３３の先端との軸方向に沿った距離Ｌ２以下の長さに形成されているが、これ以外の長さに形成されてもよい。

○上記実施形態では、結線爪１４３ａ〜１４３ｈは、２個置きのセグメント１，４，７，１０，１３，１６，１９，２２に形成されているが、これに限らない。例えば、結線爪は、全てのセグメント１〜２４に形成されていてもよい。また、結線爪１４３ａ〜１４３ｈの数は、ティース部１２２ａ〜１２２ｈの数と同数でなくてもよい。

○上記実施形態では、コア本体１２１の外形は、軸方向から見た形状が収納穴１２５に合わせた正８角形状に形成されているが、これに限らない。例えば、コア本体１２１の外形は、軸方向から見て、円形状であってもよい。

○上記実施形態では、整流子１１３は、結線爪１４３ａ〜１４３ｈが、整流子１１３側のコイルエンド部１３３の先端よりも収納穴１２５の底面１２６側に位置するように回転軸１１１に対して固定されている。しかしながら、整流子１１３は、結線爪１４３ａ〜１４３ｈの少なくとも一部が収納穴１２５に収納されるように回転軸１１１に対して固定されていればよく、結線爪１４３ａ〜１４３ｈが整流子１１３側のコイルエンド部１３３の先端よりも反コア１１２側に出ていてもよい。

○上記実施形態では、収納穴１２５は、軸方向から見た形状が、結線爪１４３ａ〜１４３ｈと同数の頂点Ｘ１〜Ｘ８を有する正８角形状に形成されているが、これに限らない。例えば、収納穴１２５は、軸方向から見た形状が、結線爪１４３ａ〜１４３ｈの数よりも多い頂点を有する多角形状となるように形成されてもよい。この場合、結線爪１４３ａ〜１４３ｈ間に位置する頂点は、整流子１１３を収納可能な範囲内でできる限り径方向内側に配置されているとよい。このように構成しても、収納穴１２５が結線爪１４３ａ〜１４３ｈを収納可能な丸穴である場合に比べて、隣接する結線爪１４３ａ〜１４３ｈ間における収納穴１２５の側壁部１２７の幅が径方向内側に向けて広くなる。従って、直流モータ１０１の性能を低下させることなく電機子１０３を小型化することができ、引いては該電機子１０３を備えた直流モータ１０１を小型化することができる。

上記実施形態、及び上記変更例から把握できる技術的思想を以下に記載する。
（イ）請求項６に記載の直流モータにおいて、前記永久磁石の磁極の数Ｐを４以上としたことを特徴とする直流モータ。このように構成すると、直流モータの振動をより低減させることができる。

（ロ）請求項６に記載の直流モータにおいて、前記永久磁石の磁極の数Ｐを４以上の偶数とし、前記スロットの数ＮをＰ±２（但し、Ｐ＝４の時Ｎ＝６）とし、前記セグメントの数ＳをＮ×（Ｐ／２）とし、前記巻線は前記ティース部に集中巻にて巻回されていることを特徴とする直流モータ。このように構成すると、短節巻係数をより大きくすることができ、小型軽量化及び高出力化に有利な直流モータを得ることができる。尚、短節巻係数とは、磁極ピッチに対して巻線辺の間隔を考慮した係数であり、直流モータの出力に比例する。つまり、短節巻係数が大きければ大きいほど直流モータの出力は大きくなる。

モータの断面図。 電機子の半断面図。 電機子コアの上面図。 整流子の断面図。 短絡部材を示すための電機子の拡大図。 電機子の展開図。 （ａ）は電機子の製造方法を示す概念図、（ｂ）は電機子の製造方法を示す概念図。

符号の説明

１〜２４…セグメント、１０１…直流モータ、１０２…固定子、１０３…電機子、１０４…ヨークハウジング、１０５…永久磁石、１０６…給電用ブラシを構成する陽極側給電用ブラシ、１０７…給電用ブラシを構成する陰極側給電用ブラシ、１１１…回転軸、１１２…電機子コア、１１３…整流子、１１３ａ…端面、１１４…巻線、１２１…コア本体、１２２ａ〜１２２ｈ…ティース部、１２５…収納穴、１２６…底面、１３０ａ〜１３０ｈ…スロット、１３３…コイルエンド部、１４３ａ〜１４３ｈ…結線爪、１５１…短絡部材、Ｌ１…結線爪の軸方向に沿った長さ、Ｌ２…収容穴の底面と整流子側のコイルエンド部の先端との間の軸方向に沿った距離、Ｌ５…整流子の電機子コアと軸方向に対向する端面と収容穴の底面との間の距離、Ｘ１〜Ｘ８…収納穴の頂点、Ｙ１〜Ｙ８…コア本体の外形の頂点。

Claims (8)

1. 回転軸と、
   軸方向一端に収納穴が形成された筒状のコア本体、前記コア本体から放射状に延びる複数のティース部、及び複数の前記ティース部により形成された複数のスロットを備え、前記回転軸に固定された電機子コアと、
   周方向に配設され給電用ブラシが摺接される複数のセグメント、及び前記セグメントの軸方向一端部に形成され径方向外側に向かって突出した結線爪を備え、前記収納穴にその軸方向一端部が収納されるように前記回転軸に固定された整流子と、
   前記ティース部に巻回されると共に前記結線爪に結線され、前記ティース部の軸方向両端に位置するコイルエンド部を備えた巻線と
   を有する電機子であって、
   前記収納穴は、軸方向から見た形状が頂点の周方向位置と前記結線爪の周方向位置とが一致する多角形状に形成され、前記結線爪の少なくとも一部を収納していることを特徴とする電機子。
2. 請求項１に記載の電機子において、
   前記結線爪は、前記ティース部と同数形成されると共に、周方向には前記ティース部間に配置され、
   前記収納穴は、前記結線爪の数と同数の前記頂点を有する多角形状に形成されていることを特徴とする電機子。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電機子において、
   前記コア本体の外形は、軸方向から見た形状が、その頂点の周方向位置と前記収納穴の前記頂点の周方向位置とが一致する多角形状に形成されていることを特徴とする電機子。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電機子において、
   前記結線爪の軸方向の長さは、前記収納穴の底面と前記整流子側の前記コイルエンド部の先端との間の軸方向に沿った距離以下の長さに形成されていることを特徴とする電機子。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の電機子において、
   前記巻線は、前記ティース部に集中巻にて巻回され、
   前記整流子は、前記結線爪が形成された前記セグメントと前記結線爪が形成されていない前記セグメントとの２種類の前記セグメントを備えると共に、同電位となる前記セグメント同士を短絡する短絡部材を備えていることを特徴とする電機子。
6. ヨークハウジングの内周面に永久磁石が固定されてなる固定子と、
   前記固定子の内側に配置された請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の電機子と、
   前記整流子に摺接する給電用ブラシと
   を備えた直流モータ。
7. 請求項６に記載の直流モータにおいて、
   前記永久磁石は、磁極の数Ｐが６であり、
   前記整流子は、同電位となる前記セグメント同士が短絡部材にて短絡された２４個の前記セグメントを備えると共に、２４個の前記セグメントのうち周方向に等角度間隔に位置する８つの前記セグメントにそれぞれ形成された８つの前記結線爪を備え、
   前記電機子コアは、８つの前記ティース部と、前記ティース部により形成された８つのスロットと、その頂点の周方向位置が８つの前記結線爪の周方向位置と一致する８角形状の前記収納穴とを備え、
   前記巻線は、前記ティース部に集中巻にて巻回されていることを特徴とする直流モータ。
8. 請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の電機子の製造方法であって、
   前記電機子コアが固定された前記回転軸に、前記整流子の前記電機子コアと軸方向に対向する端面と前記収納穴の底面との間の距離が前記収納穴の底面と前記整流子側の前記コイルエンド部の先端との間の軸方向に沿った距離の少なくとも２倍となるように前記整流子を固定した状態で、前記巻線の前記結線爪への結線を行う結線工程と、
   前記結線工程の終了後に、前記整流子の軸方向一端部を前記収納穴に収納する収納工程と
   を備えたことを特徴とする電機子の製造方法。

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