JPH10248226A

JPH10248226A - 直流機

Info

Publication number: JPH10248226A
Application number: JP6022197A
Authority: JP
Inventors: Yoshikatsu Fujioka; 善捷藤岡
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 1998-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】構造を複雑にすることなく、高性能な直流機
を得ることを課題とする。【解決手段】スロット８、８、・・・の数が３ｎ（ｎ
は２以上の自然数）の電機子４と、３つの整流子片
５₁、５₂、５₃と、整流子片に各別に接触する２つの刷
子６₊、６_-と、上記電機子の周りに配置された２つの界
磁石７₁、７₂と、所定の複数のスロット間に巻回された
３つの電機子コイル３₁、３₂、３₃とを備え、電機子の
回転軸を通り、中心角で互いに１２０度ずれた位置に仮
想的に存在する３つの仮想平面ｐ、ｑ、ｒをそれぞれ対
称面とし、上記各電機子コイルは、ｎ個（スロット数の
１／３の数）のスロットを選定し、該選定した複数のス
ロット間にコイル線材を巻回して、該電機子コイルの各
コイル片が互いに一の対称面に関して面対称になるよう
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は直流機に関し、構造
が簡単で、製造コストを低減することができるととも
に、直流電動機としたときは消費電カが少なく低電圧で
も大きな出力を得ることができるとともに、直流発電機
としたときは高効率な発電を行なうことができる技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図１７及び図１８は、従来の直流機とし
ての直流電動機ａの概略を示すものであり、この直流電
動機ａは電機子のスロット数が１２個で、整流子片が１
２個であるものである。

【０００３】直流電動機ａは、電機子鉄芯ｂに１２個の
スロットｃ、ｃ、・・・が形成され、１２個の電機子コ
イルｄ、ｄ、・・・が巻回されて成る電機子ｅと、スロ
ットｃと同数の整流子片ｆ、ｆ、・・・と、電機子コイ
ルｄ、ｄ、・・・に給電するための刷子ｇ、ｇと、上記
電機子ｅの周りに配置された界磁石ｈ、ｈとを有する。

【０００４】電機子鉄芯ｂは、周方向に等間隔に１２個
のスロットｃ₁、ｃ₂、・・・、ｃ₁₂が形成されていて、
これにより、電機子鉄芯ｂには１２個の歯部ｉ₁、ｉ₂、
・・・、ｉ₁₂が形成されており、電機子コイルｄ、ｄ、
・・・は、中心角で１５０度ずれた位置に位置する２つ
のスロット間、例えば、スロットｃ₁とｃ₆に巻回され
る。これは、中心角で１８０度ずれた位置に位置するス
ロット間、例えば、スロットｃ₁とスロットｃ₇間にコイ
ル線材を巻回しようとすると、両スロットの間に回転軸
及び整流子（図示は省略する。）が存在するため、これ
が邪魔をしてコイル線材を巻回することが難しく、特
に、自動巻回機による巻回ができないためである。

【０００５】そして、スロットｃ₁とｃ₆とコイル線材を
巻回する場合、スロットｃ₁のスロットｃ₂側の側辺とス
ロットｃ₆のスロットｃ₅側の側辺とに巻回する。具体的
には、スロットｃ₁から巻き始めるとして、スロットｃ₁
（スロットｃ₂側の側辺）−紙面裏側−スロットｃ₆（ス
ロットｃ₅側の側辺）−紙面表側−スロットｃ₁（スロッ
トｃ₂側の側辺）−紙面裏側−スロットｃ₆（スロットｃ
₅側の側辺）−紙面表側−スロットｃ₁（スロットｃ₂側
の側辺）・・・というように、スロットｃ₁とスロット
ｃ₆に巻回して行きスロットｃ₆を巻き終りとすることに
より、スロットｃ₁、ｃ₆に巻回されたコイル線材をそれ
ぞれコイル片ｊ_1a、ｊ_6bとする第１の電機子コイルｄ₁
が形成される。

【０００６】ここで、１つの電機子コイルとは、１本の
コイル線材を巻回することにより構成されるコイルを意
味し、従って、１つの電機子コイルには２つの口出線を
有する。また、１つのコイル片とは、１つの電機子コイ
ルの中で、巻回されたコイル線材のうち各スロット内に
位置された部分を意味するものとする。

【０００７】このように各スロットｃ₁乃至ｃ₁₂につい
てコイル線材の巻回を行なうと、図１７に示すように、
各スロットｃ内に２つのコイル片ｊ_a、ｊ_bが存在するこ
とになり、合計で１２個の電機子コイルｄ₁乃至ｄ₁₂が
形成される。尚、コイル片ｊ、ｊ、・・・の符号に添え
られた「_a」、「_b」の添え字は、「_a」がスロット内の
時計回り方向側、「_b」がスロット内の反時計回り方向
側にそれぞれ位置するコイル片であることを意味するも
のとする。

【０００８】整流子片ｆ₁乃至ｆ₁₂は図示しない電機子
の回転軸上に中心角で３０度の間隔を隔てて固着されて
おり（図１７においては図面を簡略化するため、電機子
ｅの外周側に整流子片ｆ、ｆ、・・・を示す。）、各電
機子コイルｄの一方の口出線ｋが一の整流子片ｆに、他
方の口出線ｋが上記一の整流子片ｆの隣りの整流子片ｆ
に接続されており、このように電機子コイルｄは隣り合
う整流子片ｆとｆとの間に構成される。

【０００９】尚、説明の都合上、各スロットｃのナンバ
リングと各整流子片ｆのナンバリングは、図１７に示す
ように、紙面における鉛直方向の上側の２つの歯部のう
ち右側の歯部ｉ₁の右側に位置したものを「スロット
ｃ₁」とし、該スロットｃ₁に対向した位置にあるものを
「整流子片ｆ₁」とする。

【００１０】具体的には、第１の電機子コイルｄ₁のス
ロットｃ₁側の口出線ｋ_1aは整流子片ｆ₁に、スロットｃ
₆側の口出線ｋ_6bは整流子片ｆ₂にそれぞれ接続され、第
２の電機子コイルｄ₂のスロットｃ₂側の口出線ｋ_2aは整
流子片ｆ₂に、スロットｃ₇側の口出線ｋ_7bは整流子片ｆ
₃にそれぞれ接続されており、このようにして、１２個
の電機子コイルｄはその一方の口出線ｋ_aが一の整流子
片ｆに、他方の口出線ｋ_bが一の整流子片ｆに隣接する
別の整流子片ｆにそれぞれ接続されている。尚、図１７
において、各整流子片ｆの周方向の端部にそれぞれ付さ
れた符号は、その整流子片ｆに接続されるコイル片ｊが
位置するスロットｃの符号を示す。

【００１１】刷子ｇ₊、ｇ_-は周方向に中心角で１８０度
ずれた位置に位置され、各別に一の整流子片ｆ、ｆ、・
・・に弾接するようになっており、これら刷子ｇ₊、ｇ_-
に図示しない電極の負極と正極とが各別に接続されてい
る。電機子ｅが図１７に示す状態にあるときは、刷子ｇ
₊が整流子片ｆ₁に、刷子ｇ_-が整流子片ｆ₇にそれぞれ接
触している。

【００１２】界磁石ｈ、ｈは異なる磁極が対向するよう
に周方向に中心角で１８０度ずれて位置し、また、上記
刷子ｇ₊、ｇ_-との位置関係は、界磁石ｈ₁とｈ₂との境界
部に上記刷子ｇ₊、ｇ_-がそれぞれ位置するようになって
おり、電機子ｅが図１７に示す状態にあるときは、界磁
石ｈ₂のＳ極がコイル片ｊ_11a、ｊ_11b、ｊ_10a、ｊ_10b、
ｊ_9a、ｊ_9b、ｊ_8a、ｊ_8b、ｊ_7a、ｊ_7bに、界磁石ｈ₁の
Ｎ極がコイル片ｊ_1a、ｊ₁ _b、ｊ_2a、ｊ_2b、ｊ_3a、ｊ_3b、
ｊ_4a、ｊ_4b、ｊ_5a、ｊ_5bに、それぞれ対向される。

【００１３】しかして、図１７に示す電機子ｅの状態に
おいて、刷子ｇ₊、ｇ_-に給電すると、刷子ｇ₊−整流子
片ｆ₁−電機子コイルｄ₁−整流子片ｆ₂−電機子コイル
ｄ₂−整流子片ｆ₃−電機子コイルｄ₃−整流子片ｆ₄−電
機子コイルｄ₄−整流子片ｆ₅−電機子コイルｄ₅−整流
子片ｆ₆−電機子コイルｄ₆−整流子片ｆ₇−刷子ｇ_-とい
う回路と、刷子ｇ₊−整流子片ｆ₁−電機子コイルｄ₁₂−
整流子片ｆ₁₂−電機子コイルｄ₁₁−整流子片ｆ₁₁−電機
子コイルｄ₁₀−整流子片ｆ₁₀−電機子コイルｄ₉−整流
子片ｆ₉−電機子コイルｄ₈−整流子片ｆ₈−電機子コイ
ルｄ₇−整流子片ｆ₇−刷子ｇ_-という２つの回路が形成
される。

【００１４】これにより、各スロットｃ、ｃ、・・・に
配置されたコイル片ｊ_a、ｊ_b、・・・には、図１７に示
す向きの電流が流れる。尚、各コイル片ｊを表わす
「○」印及び「●」印は、「○」印がコイル線材中を流
れる電流の向きが紙面表側から紙面裏側であることを、
また、「●」印はコイル線材中を流れる電流の向きが紙
面裏側から紙面表側であることを示す。以下の説明にお
いても同じ。

【００１５】図１８は、各スロットｃ、電機子コイル
ｄ、整流子片ｆ、界磁石ｈ、刷子ｇ等を周方向に展開し
た展開図であり、各コイル片ｊ、ｊ、・・・に示した矢
印は、そのコイル片ｊに流れる電流の向きを示す。この
図から、スロットｃ₆、ｃ₁₂にそれぞれ位置するコイル
片ｊ_12aとｊ_12b及びｊ_6aとｊ_6bにはそれぞれ異なった向
きの電流が流れていることが解る。

【００１６】そして、このコイル片ｊ_12a、ｊ_12b及びｊ
_6a、ｊ_6bを除く各コイル片ｊ_a、ｊ_b、・・・には電機子
ｅを時計回り方向に回転させようとする移動力が生じ、
電機子ｅは図１７に示す状態から時計回り方向に回転す
ることになる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したよ
うな従来の直流電動機ａにあっては、スロットｃ₁₂及び
スロットｃ₆にそれぞれ位置するコイル片ｊ_12aとｊ_12b
及びｊ_6aとｊ_6bにはそれぞれ異なった向きの電流が混在
しており、これらコイル片ｊ_12a、ｊ_12b及びｊ_6a、ｊ_6b
が磁界内に置かれてもその発生する移動力は互いに打ち
消し合って、いわゆる無効磁化域となってしまってお
り、結局、スロットｃ₁₂とｃ₆に位置するコイル片
ｊ_12a、ｊ_12b及びｊ_6a、ｊ_6bには電機子ｅの回転に寄与
する回転力は生じないという問題があった。

【００１８】また、従来の直流電動機ａにあっては、１
２個のスロットｃ、ｃ、・・・に対して各別に１２個の
電機子コイルｄ、ｄ、・・・が巻回され、その口出線
ｋ、ｋ、・・・を１２個の整流子片ｆ、ｆ、・・・に各
別に接続するため、その製造工程が複雑になり、コスト
が増大するという問題があった。

【００１９】また、一定の周面に１２個（スロット数と
同数）の整流子片ｆ、ｆ、・・・を設けることは、１つ
の整流子片ｆを小さくしなければならず、それには限界
があり、そのためにスロット数を多くすることができな
いという問題があった。

【００２０】更に、整流子片ｆ、ｆ、・・・が多いと、
隣接する２つの整流子片ｆ、ｆに跨るように刷子ｇが接
触する回数が多くなり、火花の発生が多くなり、また、
発熱、ブレーキトルクの発生等の原因となり、直流電動
機の効率を低下させるという問題もあった。

【００２１】特に、この種の電動機にはカーボン刷子が
用いられることが多く、このようなカーボン刷子は脆い
ため、ある程度厚く（周方向の大きさ）する必要があ
り、整流子片が小さいと１つのカーボン刷子が３つの整
流子片に跨ってしまうことがあり、無効磁化域が更に多
く発生することになる。一方、整流子片を大きくする
と、整流子自体が大きくなってしまいコイル線材の巻回
作業が整流子に邪魔されてやりにくく、特に、自動巻回
機による巻回ができないという問題がある。

【００２２】以上のような問題は直流電動機に限らず、
直流発電機においても起こりうる問題である。

【００２３】そこで、本発明は、構造を複雑にすること
なく、高性能な直流機を得ることを課題とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明直流機
は、スロット数が３ｎ（ｎは２以上の自然数）の電機子
と、３つの整流子片と、整流子片に各別に接触する２つ
の刷子と、上記電機子の周りに配置された２つの界磁石
と、所定数のスロット間に巻回された３つの電機子コイ
ルとを備え、電機子の回転軸を通り中心角で互いに１２
０度のずれた位置に仮想的に存在する３つの仮想平面を
それぞれ対称面とし、各電機子コイルは、ｎ個（スロッ
ト数の１／３の数）のスロットを選定し、該選定した複
数のスロット間にコイル線材を巻回して、該電機子コイ
ルの各コイル片が互いに１つの対称面に関して面対称に
なるようにしたものである。

【００２５】従って、整流子片の数がスロット数に比べ
少なく、電機子コイルの巻回を容易にするとともに、こ
のような電機子コイルの巻回方法によれば、一つのスロ
ット内に位置するコイル片の電流の向きが混在すること
がなく、いわゆる無効磁化域をなくし、直流機の高性能
化を図ることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明直流機の詳細を添
付図面に示した各実施例に従って説明する。

【００２７】尚、以下に示す各実施例は、本発明直流機
を直流電動機に適用したものである。

【００２８】図１乃至図８は本発明直流機の第１の実施
例を示すもので、電機子のスロット数３ｎ（ｎは２以上
の自然数）のｎ＝３の場合、即ち、電機子のスロット数
が９個である直流電動機である。尚、以下に説明する１
つの電機子コイルとは１本のコイル線材を巻回して構成
されるものを意味し、３つのスロットに１本のコイル線
材を巻回したものも１つの電機子コイルである。

【００２９】直流電動機１は、電機子鉄芯２に３つの電
機子コイル３₁、３₂、３₃が巻回された電機子４と、上
記電機子コイル３₁、３₂、３₃と同数の整流子片５、
５、５と、該電機子コイル３₁、３₂、３₃に給電するた
めの刷子６、６と、上記電機子４の周りに配置された界
磁石７、７とを有する。

【００３０】電機子鉄芯２は、周方向に等間隔に９個の
スロット８₁、８₂、・・・、８₉が形成されていて、こ
れにより、電機子鉄芯２には９個の歯部９₁、９₂、・・
・、９₉が形成されており、上記スロット８₁、８₂、・
・・のうち、適宜選定された３つのスロット８、８、８
に後述するようにコイル線材が巻回されて１つの電機子
コイル３が構成される。

【００３１】電機子コイル３は回転軸方向から見て、回
転中心を通り、周方向に等間隔に位置する３つの仮想平
面ｐ、ｑ、ｒをそれぞれ対称面として面対称にそれぞれ
巻回されている。

【００３２】即ち、図１において、スロット８₁から巻
き始めるとして、スロット８₁−紙面裏側−スロット８₅
−紙面表側−スロット８₁・・・という対称面ｐの図１
における右側にコイル線材を巻回して片側コイルを形成
し、該片側コイルの巻き終りをスロット８₅としてこれ
に続けて、その端部を紙面表側を経由してスロット８₉
にもって行き、ここからスロット８₉−紙面裏側−スロ
ット８₅−紙面表側−スロット８₉・・・という対称面ｐ
の図１における左側にコイル線材を巻回して別の片側コ
イルを形成し、かつ、これら２つの片側コイルの巻き数
は同数とする。これにより、スロット８₁、８₅、８₉に
巻回したコイル線材をコイル片１０₁、１０₅、１０₉と
する第１の電機子コイル３₁が形成される。

【００３３】ここで、１つの電機子コイルとは、従来例
で説明したものと同様に、１本のコイル線材を巻回する
ことにより構成されるコイルを意味し、上記第１の実施
例のように３つのスロット８₂、８₅、８₈に巻回したも
のが１つの電機子コイルを構成する。また、１つのコイ
ル片とは、従来例で説明したものと同様に、１つの電機
子コイルの中で、巻回されたコイル線材のうち各スロッ
ト内に位置されたそれぞれの部分を意味するものとす
る。

【００３４】同じように、仮想平面ｑを対称面として、
スロット８₃、８₄、８₈に巻回したコイル線材をそれぞ
れコイル片１０₃、１０₄、１０₈とする第２の電機子コ
イル３₂が巻回され、更に、仮想平面ｒを対称面とし
て、スロット８₆、８₇、８₂に巻回したコイル線材をコ
イル片１０₆、１０₇、１０₂とする第３の電機子コイル
３₃が巻回される。

【００３５】尚、このとき、１つの電機子コイル３につ
いて各スロット８内に位置するコイル線材の本数は、２
つのスロット８₁、８₉におけるコイル線材のそれぞれの
本数はスロット８₅におけるコイル線材の本数の１／２
となり、回転軸を中心に点対称とならないが、上記３つ
の電機子コイル３₁、３₂、３₃が周方向に中心角で互い
に１２０度ずれて同様に巻回されるため、これら電機子
コイル３₁、３₂、３₃が巻回された電機子４の回転にバ
ラツキが生ずることはない。むしろ、一般的に回転力の
むら（振動）を減少させるためにはスロット数（歯部
数）が奇数の方が良いとされており、この意味でも、こ
の実施例による電機子の回転力のむらは生じにくい。

【００３６】また、この実施例は電機子コイル３の巻回
を容易にして、自動巻回機での巻回を可能にし、組立作
業性の向上を図るため、電機子コイル３を対称面を挟ん
で片方づつ巻回して片側コイルを形成するようにした
が、本発明はこれに限らず、１本のコイル線材にて、対
称面ｐを挟んだ片側のスロット８₁及びスロット８₅と、
スロット８₅及びスロット８₉とに交互に同方向に一回づ
つ巻回するようにしても同様の効果を奏する。

【００３７】整流子片５₁、５₂、５₃は図示しない電機
子の回転軸上に中心角で１２０度の間隔を隔てて固着さ
れており（図１においては図面を簡略化するため、電機
子４の外周側に整流子片５₁、５₂、５₃を示す。）、各
電機子コイル３の一方の口出線１１が一の整流子片５
に、他方の口出線１１が上記一の整流子片５の隣りの整
流子片５に接続されており、このように電機子コイル３
は隣り合う整流子片５と５との間で構成される。そし
て、隣接する電機子コイル３と３とは、一の電機子コイ
ル３の他方の口出線１１が接続された整流子片５に他の
電機子コイル３の一方の口出線１１が接続されるよう
に、一の整流子片５には２つの電機子コイル３、３の各
別の口出線１１、１１、・・・が接続され、具体的に
は、整流子片５₁には電機子コイル３₁のコイル片１０₁
側の口出線１１₁と電機子コイル３₂のコイル片１０₃側
の口出線１１₃とを接続し、整流子片５₂には電機子コイ
ル３₂のコイル片１０₄側の口出線１１₄と電機子コイル
３₃のコイル片１０₆側の口出線１１₆とを接続し、整流
子片５₃には電機子コイル３₃のコイル片１０₇側の口出
線１１₇と電機子コイル３₁のコイル片１０₉側の口出線
１１₉とを接続する。

【００３８】刷子６₊、６_-は周方向に中心角で１８０度
ずれた位置に位置され、各別に一の整流子片５又は５に
弾接するようになっており、これら刷子６₊、６_-に図示
しない電極の負極と正極とが各別に接続されており、電
機子４が図１に示す状態にあるときは、刷子６₊が整流
子片５₁に、刷子６_-が整流子片５₂にそれぞれ接触して
いる。

【００３９】界磁石７、７は異なる磁極が対向するよう
に周方向に中心角で１８０度ずれて位置され、また、上
記刷子６₊、６_-との位置関係は、界磁石７₁と７₂との境
界部に上記刷子６₊、６_-がそれぞれ位置するようになっ
ており、電機子４が図１に示す状態にあるときは、界磁
石７₁のＳ極がコイル片１０₁、１０₉、１０₈、１０
₇に、界磁石７₂のＮ極がコイル片１０₂、１０₃、１
０₄、１０₅に、それぞれ対向している。

【００４０】しかして、電機子４が図１に示す状態にあ
るときに、刷子６₊、６_-に給電すると、刷子６₊−整流
子片５₁−電機子コイル３₁−整流子片５₃−電機子コイ
ル３₃−整流子片５₂−刷子６_-という回路と、刷子６₊−
整流子片５₁−電機子コイル３₂−整流子片５₂−刷子６_-
という２つの回路が形成される。

【００４１】これにより、各スロット８、８、・・・に
配置されたコイル片１０、１０、・・・には、図１に示
す向きの電流が流れる。

【００４２】そして、コイル片１０₁、１０₉、１０₈、
１０₇、１０₆には電流が紙面表側から紙面裏側へ流れ、
コイル片１０₂、１０₃、１０₄、１０₅には電流が紙面裏
側から紙面表側へ流れ、従って、各コイル片１０内にお
いて、従来のように電流の向きが混在する無効磁化域が
発生することはない。

【００４３】図２は、図１に示す電機子４の状態におい
て、各スロット８、８、・・・、電機子コイル３、３、
・・・、整流子片５、５、・・・、界磁石７、７、刷子
６、６等を周方向に展開した展開図であり、各コイル片
１０、１０、・・・に示した矢印は、そのコイル片１０
に流れる電流の向きを示す。この図２から解るように、
界磁石７のＮ極又はＳ極にそれぞれ対向する各スロット
８、８、・・・に位置するコイル片１０、１０、・・・
に流れる電流の向きが混在する部分はなく、いわゆる無
効磁界域は生じていない。

【００４４】各コイル片１０に上述のような向きで電流
が流れることにより、コイル片１０₆を除くコイル片１
０₁乃至１０₉には図１において時計回り方向へのトルク
が発生する。尚、各コイル片１０に発生する回転力は、
磁束の向きに対して直交する向きに作用するため、界磁
石７、７の中心に対向するコイル片（図１の状態におけ
るコイル片１０₄）に生じる回転力が最も大きく、界磁
石７と界磁石７との境界部に近づくに連れて小さくな
る。従って、界磁石７と界磁石７との境界部に対向する
コイル片（図１の状態におけるコイル片１０₆）又はこ
れに近接する部位に位置するコイル片（図１の状態にお
けるコイル片１０₁、１０₂）において発生するトルクは
電機子の回転にあまり寄与せず、また、電機子４の回転
方向と逆の向きのトルクが発生しても電機子４の回転に
ほとんど影響はない。

【００４５】そして、コイル片１０₆については、図１
に示す状態において、それに生じる移動力の殆どが回転
中心に向かう方向しか生じておらず電機子４の回転に寄
与する力は殆どなく、電機子４がかかる状態から少しで
も時計回り方向に回転すると、コイル片１０₆に生じる
移動力は回転軸方向からやや左側にずれ、電機子４を時
計回り方向に回転させる分力が発生し、僅かながらでも
電機子４の時計回り方向への回転に寄与することにな
る。そして、電機子４の回転角が大きくなると、更に、
コイル片１０₆の電機子４に生じる時計回り方向への回
転力が増加することになる。

【００４６】図３及び図４に示す状態は、電機子４が図
１及び図２に示す状態から中心角で４０度時計回り方向
に回転した状態であり、各刷子６₊、６_-と整流子片
５₁、５₂、５₃との接触関係は図１に示す接触関係と変
るところはないが、コイル片１０₆に生じる移動力の方
向が回転軸方向からずれ、電機子４を時計回り方向に回
転させる回転力が僅かではあるが生じている様子が解
る。尚、この状態において、コイル片１０₁には反時計
回り方向への回転力が生じていることになるが、コイル
片１０₁が位置する部分で発生するトルクはもともと電
機子４の回転に及ぼす影響が少ないため電機子４の回転
を阻害するものではなく、かつ、この状態から更に電機
子４が時計回り方向に回転すると、正極側刷子６₊の接
触が整流子片５₁との接触から整流子片５₃との接触に切
り換わり、これによりコイル片１０₁には電機子４を時
計回り方向に回転させる回転力が発生することになる。

【００４７】次に、電機子４が上記図１及び図２に示す
状態から時計回り方向に６０度回転すると（図５及び図
６に示す状態）、刷子６₊は整流子片５₃に、また、刷子
６_-は整流子片５₂にそれぞれ接触することになり、刷子
６₊−整流子片５₃−電機子コイル３₁−整流子片５₁−電
機子コイル３₂−整流子片５₂−刷子６_-という回路と、
刷子６₊−整流子片５₃−電機子コイル３₃−整流子片５₂
−刷子６_-という２つの回路が形成され、これにより、
各スロット８、８、・・・に配置されたコイル片１０、
１０、・・・には、図５及び図６に示す向きの電流が流
れる。

【００４８】そして、コイル片１０₈、１０₇、１０₆、
１０₅には電流が紙面表側から紙面裏側へ流れ、コイル
片１０₉、１０₁、１０₂、１０₃、１０₄には電流が紙面
裏側から紙面表側へ流れ、従って、一つのスロット８内
において、従来のように電流の向きが異なるコイル片が
混在する無効磁化域が発生することはない。

【００４９】各コイル片１０に上述のような向きで電流
が流れることにより、コイル片１０₉を除くコイル片１
０₁乃至１０₈には図５における時計回り方向への回転力
が発生する。尚、コイル片１０₉については、図５に示
す状態において、それに生じる移動力が回転中心に向か
う方向しか生じておらず電機子４の回転に寄与しない
が、電機子４がかかる状態から少しでも時計回り方向に
回転すると、コイル片１０₉に生じる移動力の方向は回
転軸方向からやや右側にずれ、電機子４を時計回り方向
に回転させる分力が発生し、僅かながらでも電機子４の
時計回り方向への回転に寄与することになる。そして、
電機子４の回転角が大きくなると、更に、コイル片１０
₉に生じる電機子４の時計回り方向への回転力が増加す
ることになる。更に、電機子４が上記図１及び図２に
示す状態から時計回り方向に１２０度回転すると（図７
及び図８に示す状態）において、刷子６₊は整流子片５₃
に、また、刷子６_-は整流子片５₁に接触することにな
り、刷子６₊−整流子片５₃−電機子コイル３₁−整流子
片５₁−刷子６_-という回路と、刷子６₊−整流子片５₃−
電機子コイル３₃−整流子片５₂−電機子コイル３₂−整
流子片５₁−刷子６_-という２つの回路が形成され、これ
により、各スロット８、８、・・・に配置されたコイル
片１０、１０、・・・には、図７及び図８に示す向きの
電流が流れる。

【００５０】そして、コイル片１０₇、１０₆、１０₅、
１０₄、１０₃には電流が紙面表側から紙面裏側へ流れ、
コイル片１０₈、１０₉、１０₁、１０₂には電流が紙面裏
側から紙面表側へ流れ、従って、一つのスロット８内に
おいて、従来のように電流の向きが異なるコイル片が混
在する無効磁化域が発生することはない。

【００５１】各コイル片１０に上述のような向きで電流
が流れることにより、コイル片１０₃を除くコイル片１
０₁乃至１０₉には図７における時計回り方向への回転力
が発生する。尚、コイル片１０₃については、図４に示
す状態においては、電機子４の回転力には寄与しない
が、この状態から時計回り方向に回転が進むに連れて電
機子４の時計回り方向への回転に対する寄与度が大きく
なる。

【００５２】しかして、直流電動機１によれば、各コイ
ル片１０、１０、・・・において電流の向きが混在する
無効磁化域が発生することはなく、ほとんどのコイル片
１０、１０、・・・が電機子４の回転に寄与する。

【００５３】尚、上記第１の実施例においては、各スロ
ット８、８、・・・を周方向に等間隔に形成したが、こ
の第１の実施例のようにスロット８₂、８₅、８₈に他の
スロット８₁、８₃、・・・よりも多くのコイル線材を巻
回する場合にあっては、当該スロット８₂、８₅、８₈を
他のスロット８、８、・・・よりもその開度が大きくな
るように形成しても良く、このようにすると、多くのコ
イル線材を巻回しなければならない当該スロット８₂、
８₅、８₈の巻回を容易にすることができる。

【００５４】図９乃至図１６は本発明直流機の第２の実
施例を示すもので、電機子のスロット数３ｎのｎ＝４の
場合、即ち、電機子のスロット数が１２個である直流電
動機である。

【００５５】この第２の実施例が前記第１の実施例と比
較して相違する点は、スロット数、歯数が増えた点と、
これに伴い、コイル片の数が増えた点であるので、その
説明は上記相違点についてのみ行い、他の部分について
は図面の各部に前記第１の実施例に係る直流電動機１に
おける同様の部分に付した符号と同じ符号を付すること
によりその説明を省略する。

【００５６】直流電動機１Ａは、電機子鉄芯２に３つの
電機子コイル１２₁、１２₂、１２₃が巻回された電機子
４と、上記電機子コイル１２₁、１２₂、１２₃と同数の
整流子片５、５、５と、該電機子コイル１２₁、１２₂、
１２₃に給電するための刷子６、６と、上記電機子４の
周りに配置された界磁石７、７とを有する。

【００５７】電機子鉄芯２は、周方向に等間隔に１２個
のスロット１３₁、１３₂、・・・、１３₁₂が形成されて
いて、これにより、電機子鉄芯２には１２個の歯部１４
₁、１４₂、・・・、１４₁₂が形成されており、上記スロ
ット１３₁、１３₂、・・・のうち、適宜選定された４つ
のスロット１３、１３、１３、１３に後述するようにコ
イル線材が巻回されて１つの電機子コイル１２が構成さ
れる。

【００５８】電機子コイル１２は回転軸方向から見て、
回転中心を通り、周方向に等間隔に位置する３つの仮想
平面ｐ、ｑ、ｒをそれぞれ対称面として面対称にそれぞ
れ巻回されている。

【００５９】例えば、歯部１４₁の中央と歯部１４₇の中
央とを結ぶ対称面ｐを対称面として巻回される第１の電
機子コイル１２₁は、スロット１３₁とスロット１３₆と
に巻回して形成される片側コイルと、スロット１３₁₂と
スロット１３₇とに巻回して形成される別の片側コイル
とを１本のコイル線材にて巻回する。即ち、図９におい
て、スロット１３₁から巻き始めるとして、スロット１
３₁−紙面裏側−スロット１３₆−紙面表側−スロット１
３₁・・・という対称面ｐの図９における右側にコイル
線材を巻回して片側コイルを形成し、該片側コイルの巻
き終りをスロット１３₆としてこれに続けて、その端部
を紙面表側を経由してスロット１３₁₂にもって行き、こ
こからスロット１３₁₂−紙面裏側−スロット１３₇−紙
面表側−スロット１３₁ ₂・・・という対称面ｐの図９に
おける左側にコイル線材を巻回して別の片側コイルを形
成し、かつ、これら２つの片側コイル片の巻き数は同数
とする。これにより、スロット１３₁、１３₆、１３₁₂、
１３₇に巻回されたコイル線材をコイル片１５₁、１
５₆、１５₁₂、１５₇とする第１の電機子コイル１２₁が
形成される。同じように、仮想平面ｑを対称面として、
スロット１３₅、１３₁₀、１３₁₁、１３₄に巻回されたコ
イル線材をそれぞれコイル片１５₅、１５₁₀、１５₁₁、
１５₄とする第２の電機子コイル１２₂を巻回し、更に、
仮想平面ｒを対称面として、スロット１３₉、１３₂、１
３₃、１３₈に巻回されたコイル線材をコイル片１５₉、
１５₂、１５₃、１５₈とする第３の電機子コイル１２₃を
巻回する。

【００６０】尚、この実施例は電機子コイル３の巻回を
容易にして、自動巻回機での巻回を可能にし、組立作業
性の向上を図るため、対称面を挟んで片方づつ巻回して
片側コイルを形成するようにしたが、本発明はこれに限
らず、１本のコイル線材にて、対称面ｐを挟んだ片側の
スロット１３₁及びスロット１３₆と、スロット１３₁₂及
びスロット１３₇とに交互に同方向に一回づつ巻回する
ようにしても同様の効果を奏する。

【００６１】整流子片５₁、５₂、５₃は上記第１の実施
例と同様に電機子の回転軸上に中心角で１２０度の間隔
を隔てて固着され、各電機子コイル１２の口出線１１、
１１が接続されている。具体的には、整流子片５₁には
電機子コイル１２₁のコイル片１５₁側の口出線１１₁と
電機子コイル１２₂のコイル片１５₄側の口出線１１₄と
を接続し、整流子片５₂には電機子コイル１２₂のコイル
片１５₅側の口出線１１₅と電機子コイル１２₃のコイル
片１５₈側の口出線１１₈とを接続し、整流子片５₃には
電機子コイル１２₃のコイル片１５₉側の口出線１１₉と
電機子コイル１２₁のコイル片１５₁₂側の口出線１１₁₂
とを接続する。

【００６２】刷子６₊、６_-は周方向に１８０度ずれた位
置に位置され、各別に一の整流子片５又は５に弾接する
ようになっており、これら刷子６₊、６_-に図示しない電
極の負極と正極とが各別に接続されており、電機子４が
図９及び図１０に示す状態にあるときは、刷子６₊が整
流子片５₁に、刷子６_-が整流子片５₂にそれぞれ接触し
ている。

【００６３】界磁石７、７は異なる磁極が対向するよう
に周方向に１８０度ずれて位置され、また、上記刷子６
₊、６_-との位置関係は、界磁石７₁と７₂との境界部に上
記刷子６₊、６_-がそれぞれ位置するようになっており、
電機子４が図９に示す状態にあるときは、界磁石７₁の
Ｓ極がコイル片１５₁、１５₁₂、１５₁₁、１５₁₀、１
５₉、１５₈に、界磁石７₂のＮ極がコイル片１５₂、１５
₃、１５₄、１５₅、１５₆、１５₇に、それぞれ対向され
る。

【００６４】しかして、電機子４が図９及び図１０に示
す状態にあるときは、刷子６₊、６_-に給電すると、刷子
６₊−整流子片５₁−電機子コイル１２₁−整流子片５₃−
電機子コイル１２₃−整流子片５₂−刷子６_-という回路
と、刷子６₊−整流子片５₁−電機子コイル１２₂−整流
子片５₂−刷子６_-という２つの回路が形成される。

【００６５】これにより、各スロット１３、１３、・・
・に配置されたコイル片１５、１５、・・・には、図９
及び図１０に示す向きの電流が流れる。即ち、コイル片
１５₁、１５₁₂、１５₁₁、１５₁₀、１５₉、１５₈には電
流が紙面表側から紙面裏側へ流れ、コイル片１５₂、１
５₃、１５₄、１５₅、１５₆、１５₇には電流が紙面裏側
から紙面表側へ流れ、従って、一つのスロット１３内に
おいて、従来のように電流の向きが異なるコイル片が混
在する無効磁化域が発生することはない。そして、各コ
イル片１５に上述のような向きで電流が流れることによ
り、各コイル片１５には図９における時計回り方向への
回転力が発生する。

【００６６】図１１及び図１２に示す状態は、電機子４
が図９及び図１０に示す状態から中心角で３０度時計回
り方向に回転した状態であり、各刷子６₊、６_-と整流子
片５₁、５₂、５₃との接触関係は図９及び図１０に示す
接触関係と変るところはない。

【００６７】そして、コイル片１５₁及びコイル片１５₇
に生じる回転力の向きが電機子４の回転方向と逆になっ
てしまうが、上述のように、かかる部位は界磁石７と界
磁石７との境界部に対向する部分であり、もともと電機
子４の回転に対する寄与度が小さいため、その回転を阻
害することは僅かである。そして、この状態から更に電
機子４が時計回り方向に回転すると、正極側刷子６₊の
接触が整流子片５₁との接触から整流子片５₃との接触に
切り換えられ、これによりコイル片１５₁及びコイル片
１５₇には電機子４を時計回り方向に回転させる回転力
が発生することになる。

【００６８】次に、電機子４が上記図９及び図１０に示
す状態から時計回り方向に６０度回転すると（図１３及
び図１４に示す状態）、刷子６₊は整流子片５₃に、ま
た、刷子６_-は整流子片５₂にそれぞれ接触することにな
り、刷子６₊−整流子片５₃−電機子コイル１２₁−整流
子片５₁−電機子コイル１２₂−整流子片５₂−刷子６_-と
いう回路と、刷子６₊−整流子片５₃−電機子コイル１２
₃−整流子片５₂−刷子６_-という２つの回路が形成さ
れ、これにより、各スロット１３、１３、・・・に配置
されたコイル片１５、１５、・・・には、図１３及び図
１４に示す向きの電流が流れる。

【００６９】そして、コイル片１５₁₁、１５₁₀、１
５₉、１５₈、１５₇、１５₆には電流が紙面表側から紙面
裏側へ流れ、コイル片１５₁₂、１５₁、１５₂、１５₃、
１５₄、１５₅には電流が紙面裏側から紙面表側へ流れ、
従って、一つのスロット１３内において、従来のように
電流の向きが異なるコイル片が混在する無効磁化域が発
生することはない。そして、各コイル片１５に上述のよ
うな向きで電流が流れることにより、各コイル片１５に
は図１３における時計回り方向への回転力が発生する。

【００７０】更に、電機子４が上記図９及び図１０に示
す状態から時計回り方向に１２０度回転すると（図１５
及び図１６に示す状態）、刷子６₊は整流子片５₃に、ま
た、刷子６_-は整流子片５₁にそれぞれ接触することにな
り、刷子６₊−整流子片５₃−電機子コイル１２₁−整流
子片５₁−刷子６_-という回路と、刷子６₊−整流子片５₃
−電機子コイル１２₃−整流子片５₂−電機子コイル１２
₂−整流子片５₁−刷子６_-という２つの回路が形成さ
れ、これにより、各スロット１３、１３、・・・に配置
されたコイル片１５、１５、・・・には、図１５及び図
１６に示すような向きの電流が流れる。

【００７１】そして、コイル片１５₉、１５₈、１５₇、
１５₆、１５₅、１５₄には電流が紙面表側から紙面裏側
へ流れ、コイル片１５₁₀、１５₁₁、１５₁₂、１５₁、１
５₂、１５₃には電流が紙面裏側から紙面表側へ流れ、従
って、一つのスロット１３内において、従来のように電
流の向きが異なるコイル片が混在する無効磁化域が発生
することはない。そして、各コイル片１５に上述のよう
な向きで電流が流れることにより、各コイル片１５には
図１５における時計回り方向への回転力が発生する。

【００７２】しかして、この第２の実施例における直流
電動機１Ａにあっても、上記第１の実施例における直流
電動機１と同様に、一つのスロット１３内において電流
の向きが異なるコイル片が混在する無効磁化域が発生す
ることはなく、ほとんどのコイル片１５、１５、・・・
が電機子４の回転に寄与する。

【００７３】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、請求項１に記載した発明は、整流子片の数が３つで
ありながら、スロット数が３ｎ（ｎは２以上の自然数）
でその数と同数のコイル片を有するため、同数のスロッ
トを有する従来の直流機と比較すると、整流子片の数が
少ないため、構造を簡単にすることができるとともに、
電機子の回転時における刷子と整流子片との接触の切り
換えの回数が少なく、その切り換え時における火花の発
生を少なくすることができ、発熱、ブレーキトルクの発
生などを抑制することができ、高効率な直流機を実現す
ることができる。また、火花の発生を抑制する必要があ
る直流機にあっては、整流子片と同数だけ必要な火花防
止手段（装置）の数も少なくすることができ、その意味
でも低コスト化を実現することができる。

【００７４】また、従来のスロット数が３つの直流機と
比較すると、そのスロット数が増え、その分、コイル線
材の巻回そのものはやや複雑になるかもしれないが、ス
ロット数の増加に伴う振動の軽減及び無効磁化域の減少
に伴う効率化が期待でき、特に振動については、従来、
振動抑制のために直流機にその全体をゴムなどの弾性体
により覆うなどの手段が必要であったが、本発明はこの
ような振動抑制手段を必要とせず、従って、コストの低
減及び小型化を実現することができる。

【００７５】尚、上記各実施例においては、本発明直流
機を直流電動機に適用したものについて説明したが、本
発明は直流発電機としても適用することができることは
勿論である。また、上記各実施例においては、スロット
の数（３ｎ）をｎ＝３、ｎ＝４の場合の実施例について
それぞれ説明したが、本発明はこれに限らず、ｎ＝２、
即ち、スロット数が６個の場合やｎ＝５（スロット数が
１５個）であっても良い。

【００７６】また、上記各実施例において示した各部の
具体的な形状乃至構造は、本発明直流機の実施に当たっ
ての具体化のほんの一例を示したものにすぎず、これら
によって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されること
があってはならないものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２乃至図８と共に本発明直流機の第１の実施
例を示し、スロット数が９つの直流電動機に適用したも
ので、本図は横断面を概略的に示した概略横断面図であ
る。

【図２】電機子が図１に示す状態にある直流電動機を展
開した状態を概略的に示す展開図である。

【図３】図１の状態から、電機子が時計回り方向に４０
度回転した状態を示す概略横断面図である。

【図４】図１の状態から、電機子が時計回り方向に４０
度回転した状態の展開図である。

【図５】図１の状態から、電機子が時計回り方向に６０
度回転した状態を示す概略横断面図である。

【図６】図１の状態から、電機子が時計回り方向に６０
度回転した状態の展開図である。

【図７】図１の状態から、電機子が時計回り方向に１２
０度回転した状態を示す概略横断面図である。

【図８】図１の状態から、電機子が時計回り方向に１２
０度回転した状態の展開図である。

【図９】図１０乃至図１６と共に本発明直流機の第２の
実施例を示し、スロット数が１２つの直流電動機に適用
したもので、本図は横断面を概略的に示した概略横断面
図である。

【図１０】電機子が図９に示す状態にある直流電動機を
展開した状態を概略的に示す展開図である。

【図１１】図９の状態から、電機子が時計回り方向に３
０度回転した状態を示す概略横断面図である。

【図１２】図９の状態から、電機子が時計回り方向に３
０度回転した状態の展開図である。

【図１３】図９の状態から、電機子が時計回り方向に６
０度回転した状態を示す概略横断面図である。

【図１４】図９の状態から、電機子が時計回り方向に６
０度回転した状態の展開図である。

【図１５】図９の状態から、電機子が時計回り方向に１
２０度回転した状態を示す概略横断面図である。

【図１６】図９の状態から、電機子が時計回り方向に１
２０度回転した状態の展開図である。

【図１７】図１８とともに従来の直流機の一例を示し、
スロット数が１２つの直流電動機で、本図は横断面を概
略的に示した概略横断面図である。

【図１８】電機子が図１７に示す状態にある直流電動機
を展開した状態を概略的に示す展開図である。

【符号の説明】

１…直流電動機、３…電機子コイル、４…電機子、５…
整流子片、６…刷子、７…界磁石、８…スロット、ｐ、
ｒ、ｑ…対称面、１Ａ…直流電動機、１２…電機子コイ
ル、１３…スロット

【手続補正書】

【提出日】平成９年９月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】整流子片ｆ_１乃至ｆ_１２は図示しない電機
子の回転軸上に中心角で３０度の間隔を隔てて固着され
ており（図１７においては図面を簡略化するため、電機
子ｅの外周側に整流子片ｆ、ｆ、・・・を示す。）、各
電機子コイルｄの一方の口出線ｋが一の整流子片ｆに、
他方の口出線ｋが上記一の整流子片ｆの隣りの整流子片
ｆに接続されており、このように電機子コイルｄは隣り
合う整流子片ｆとｆとの間に構成される。また、電機子
鉄芯ｂと整流子片ｆ、ｆ、・・・との間に記した線は各
電機子コイルｄ、ｄ、・・・と整流子片ｆ、ｆ、・・・
とを結線するための口出線ｋ、ｋ、・・・である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１７】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スロット数が３ｎ（ｎは２以上の自然
数）の電機子と、３つの整流子片と、整流子片に各別に接触する２つの刷子と、上記電機子の周りに配置された２つの界磁石と、所定数のスロット間に巻回された３つの電機子コイルと
を備え、電機子の回転軸を通り、中心角で互いに１２０度ずれた
位置に仮想的に存在する３つの仮想平面をそれぞれ対称
面とし、各電機子コイルは、ｎ個（スロット数の１／３の数）の
スロットを選定し、該選定した複数のスロット間にコイ
ル線材を巻回して、該電機子コイルの各コイル片が互い
に一の対称面に関して面対称になるようにしたことを特
徴とする直流機。
【請求項２】スロット数が９個であることを特徴とす
る請求項１に記載の直流機。
【請求項３】スロット数が１２個であることを特徴と
する請求項１に記載の直流機。