电动机的制作方法

本发明涉及一种电动机。

本申请基于2014年3月14日在日本申请的特愿2014-052304号主张优先权，这里引用其内容。

背景技术：

作为电动机例如已知一种带有电刷的直流电机，该直流电机在有底筒状的磁轭的内周面配置电动机磁体，且在比此电动机磁体更靠近径向内侧设置电枢以使其能自由旋转(例如参照专利文献1)。

电枢包括电枢芯、电枢线圈以及换向器，所述电枢芯在外嵌固定于旋转轴的圆环状的芯本体的外周上设有朝径向外侧放射状延伸的多个齿，所述电枢线圈通过齿间的槽卷绕在该电枢芯的各齿上，所述换向器设置在所述旋转轴上以使得与电枢芯一体旋转。

换向器具有以在周向上相互绝缘的状态并排配置的多个换向片，各电枢线圈的终端部与这些换向片连接。

此外，多个电刷与换向片滑动连接。而且，若通过电枢经由换向片向各电枢线圈供给直流电流，则由于电枢线圈上形成的磁场与电动机磁体之间产生的磁性吸引力、排斥力，电枢以及旋转轴会发生旋转。由于此旋转，电刷进行滑动连接的换向片依次变化，电枢线圈中流动的电流方向发生切换，进行所谓的整流。而且，电枢连续旋转，从旋转轴传出旋转输出。

若电枢旋转，则电刷与换向片反复进行接触、分离。因此，如果换向片间的电压较大，则电刷离开换向片时会产生放电，导致电刷寿命下降。作为用于防止的手段，例如有相对于电枢芯的齿数增加换向器的换向片数的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特许第3047544号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

将换向片数增加至齿数的3倍并将每个齿上的线圈数设为3根时，卷绕在同一齿上的3根线圈所产生的磁通势矢量不一致，会产生滞后角、无提前角、提前角的线圈，从而可能使整流发生恶化。

本发明的目的在于提供能够提高整流性，延长电刷寿命的电动机。

解决技术问题所采用的技术方案

根据本发明的第1实施方式，电动机具有：电动机磁体，该电动机磁体在周向上排列有多个磁极；旋转轴，该旋转轴设置在所述电动机磁体的内侧并能自由旋转；电枢芯，该电枢芯具有安装于所述旋转轴并朝径向外侧放射状延伸的多个齿及形成于这些齿间的多个槽；线圈，该线圈在所述各齿上分别以集中绕组方式进行卷绕；换向器，该换向器在周向上配置有多个换向片，设置成使得与所述旋转轴一体旋转；以及阳极电刷及阴极电刷，该阳极电刷及阴极电刷通过所述换向片向所述线圈进行供电，所述各齿上分别卷绕有3个线圈，设定为所述3个线圈中的1个线圈的匝数比其他2个线圈的匝数要少。

根据本发明的第2实施方式，本发明的第1实施方式所涉及的电动机中，所述磁极设定为4极、所述槽的个数设定为6个、所述换向片的个数设定为18个，卷绕在所述各齿上的所述3个线圈由正方向卷绕形成的1个正绕线圈、和反方向卷绕形成的2个反绕线圈构成，在将所述各齿在周向上以U相、V相、W相的顺序进行分配，将卷绕在各相上的所述正绕线圈分别作为U相、V相、W相的线圈，将卷绕在各相上的所述反绕线圈分别作为-U相、-V相、-W相的线圈时，在相邻的所述换向片间，U相、-W相、-W相、V相、-U相、-U相、W相、-V相、-V相的线圈以此顺序进行电连接，设定为卷绕的1个正绕线圈及2个反绕线圈中，1个线圈的匝数比其他2个线圈的匝数要少。

根据本发明的第3实施方式，本发明的第1实施方式或者第2实施方式所涉及的电动机中，所述3个线圈是磁通势矢量朝向提前角侧的提前角线圈、磁通势矢量朝向滞后角侧的滞后角线圈、以及磁通势矢量既不朝向提前角侧也不朝向滞后角侧的正线圈，所述提前角线圈的磁通势矢量的提前角θ1满足0°＜θ1≤20°，所述滞后角线圈的磁通势矢量的滞后角θ2满足0°＜θ2≤20°，所述阳极电刷位置的提前角θ3满足0°≤θ3≤3°的情况下，将所述前进角线圈的匝数作为T1，所述正线圈的匝数作为T2，所述滞后角线圈的匝数作为T3时，所述各匝数T1、T2、T3设定为满足T2＞T1＞T3。

根据本发明的第4实施方式，本发明的第1实施方式或者第2实施方式所涉及的电动机中，所述3个线圈是磁通势矢量朝向提前角侧的提前角线圈、磁通势矢量朝向滞后角侧的滞后角线圈、以及磁通势矢量既不朝向提前角侧也不朝向滞后角侧的正线圈，所述提前角线圈的磁通势矢量的提前角θ1满足0°＜θ1≤20°，所述滞后角线圈的磁通势矢量的滞后角θ2满足0°＜θ2≤20°，所述阳极电刷位置的提前角θ3满足3°＜θ3≤10°的情况下，将所述前进角线圈的匝数作为T1，所述正线圈的匝数作为T2，所述滞后角线圈的匝数作为T3时，所述各匝数T1、T2、T3设定为满足T2＞T3＞T1。

根据本发明的第5实施方式，本发明的第1实施方式或者第2实施方式所涉及的电动机中，所述3个线圈是磁通势矢量朝向提前角侧的提前角线圈、磁通势矢量朝向滞后角侧的滞后角线圈、以及磁通势矢量既不朝向提前角侧也不朝向滞后角侧的正线圈，所述提前角线圈的磁通势矢量的提前角θ1满足0°＜θ1≤20°，所述滞后角线圈的磁通势矢量的滞后角θ2满足0°＜θ2≤20°，所述阳极电刷位置的提前角θ3满足θ3＝20°的情况下，将所述前进角线圈的匝数作为T1，所述正线圈的匝数作为T2，所述滞后角线圈的匝数作为T3时，所述各匝数T1、T2、T3设定为满足T3＞T2＞T1。

发明的效果

根据所述的电动机，由于将1个线圈的匝数设定为比其他2个线圈的匝数要少，因此能够减轻由于3个线圈所产生的磁通势矢量不一致所导致的对于整流性的不良影响。此外，通过整流的改善能够延长电刷寿命。

附图说明

图1是本发明的实施方式中带有减速机的电动机的外观侧视图

图2是本发明的实施方式中带有减速机的电动机的纵剖视图。

图3是本发明的实施方式中的电枢的侧视图。

图4是本发明的实施方式中的电枢的展开图。

图5是表示本发明的实施方式中的线圈的卷绕方向的图。

图6是本发明的实施方式中的电枢的提前角是20°时的展开图。

图7是本发明的实施方式中的电枢的提前角是0°时的展开图。

图8是本发明的实施方式中的电枢的滞后角是20°时的展开图。

图9是本发明的实施方式中线圈的匝数差别所导致的特性比较图。

具体实施方式

第1实施方式

(带有减速机的电动机)

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是适用本发明所涉及的电动机的带有减速机的电动机的外观侧视图。图2是其纵剖视图。

如图1以及图2所示，带有减速机的电动机1例如用于汽车的雨刷驱动。带有减速机的电动机1包括电动机2、以及与电动机2的旋转轴3连结的减速机构4。电动机2具有兼作为有底筒状的电动机外壳的磁轭5、以及设置于磁轭5内且可自由旋转的电枢6。

磁轭5的筒部53大致上形成为圆筒状，电动机磁体7设置于此筒部53的内周面。在电动机磁体7的内周面上，4个磁极在周向上使N极与S极交替地排列配置。

在磁轭5的底壁(尾端部)51，在径向中央形成有向轴方向外侧突出的轴承外壳19，在轴承外壳19上设置有滑动轴承18，该滑动轴承18用于轴支承旋转轴3的一端以使其能自由旋转。此滑动轴承18具有对齐旋转轴3的功能。

在筒部53的开口部设置外凸缘部52，通过将减速机构4的齿轮外壳23的端部固定于此外凸缘部52，从而电动机2与减速机构4结合为一体。

(电枢)

图3是电枢的外观侧视图。

如图2以及图3所示，电枢6包括外嵌固定于旋转轴3的电枢本体80、以及配置于旋转轴3的另一端侧(减速机构4侧)的换向器10。

电枢本体80具有电枢芯8以及卷绕在电枢芯8上的电枢线圈9。电枢芯8由层叠芯或将软磁性粉加压成形而得到的压粉芯组成，该层叠芯通过将利用冲压加工等冲裁成的磁性材料的芯板在轴向上层叠而形成。

(电枢芯)

如图5所示，电枢芯8具有圆环状的芯本体11。在芯本体11的中心形成有用于压入旋转轴3的贯通孔11a。此外，在芯本体11的外周部，在周向上等间隔地呈放射状设置有6个齿12。各齿12形成为以轴向俯视时大致呈T字形。各齿12由卷绕主体部12a以及凸缘部12b构成，该卷绕主体部12a从芯本体11沿径向放射状突出，该凸缘部12b从卷绕主体部12a的前端沿周向延伸，构成电枢芯8的外周。

根据这种结构，在相邻的齿12间形成有6个槽13。此外，通过在这些槽13中穿过被覆磁漆的绕组14，并在齿12的卷绕主体部12a的外周上以集中绕组方式卷绕绕组14，从而形成电枢线圈9(在后详细叙述电枢线圈9的形成方法)。

(换向器)

接着，关于电枢的其他结构进行叙述。

如图2以及图3所示，在旋转轴3的相比于电枢芯8更靠另一端侧(减速机构4侧)外嵌固定有换向器10。在换向器10的外周面安装有多个由导电材料形成的换向片15。安装有18片换向片15，其数量是电枢芯8的齿12以及槽13的数量的3倍。换向片15由轴向长板状的金属片组成，且在相互绝缘的状态下沿周向等间隔地并排固定。如此，电动机2构成为磁极数设定为4极、槽13的个数设定为6个、换向片15的片数设定为18片的所谓的4极6槽18换向片的电动机。

此外，在各换向片15的电枢芯8侧的端部以向外径侧翻折的形状一体成形有弯折的竖片16。电枢芯线圈9的终端部缠绕在竖片16上，以熔合等方式固定。由此，换向片15和与其相对应的电枢线圈9导通。

如图1所示，这样构成的换向器10面向着减速机构4的齿轮外壳23。减速机构4的齿轮组41收纳在齿轮外壳23内。此外，在齿轮外壳23的电动机2侧一体成形有电刷收纳部22，且电动机2的换向器10面向着齿轮外壳23的电动机2侧。

电刷21通过刷握支架、刷握(未图示)收放自如地收纳在电刷收纳部22的内侧。电刷21用于向换向器10提供来自外部电源(例如是搭载在汽车上的电池等)的电力。电刷21通过未图示的弹簧朝向换向器10侧施力，电刷21的前端与换向片15滑动接触。

电刷21由连接于阳极侧的低速用电刷(阳极电刷)21a、高速用电刷(阳极电刷)21b、以及公共电刷(阴极电刷)21c组成，该公共电刷对于这些低速用电刷21a以及高速用电刷21b公共地使用且与阴极侧连接。低速用电刷21a和公共电刷21c与电动机磁体7的磁极间距(电角180°)相对应，在周向上以机械角90°的间隔隔开配置。另一方面，高速用电刷21b配置在相对于公共电刷21c比电动机磁体7的磁极间距稍微提前一点的位置。此外，高速刷21b的提前角例如设定为30°。

(电枢线圈的形成方法)

接着，基于图4、图5对电枢线圈9的形成方法的一个示例进行说明。

图4是电枢的展开图。相邻齿间的空隙相当于槽。图5是表示绕组的卷绕方向的图，是从未配置换向器的后侧看电枢时的图。此外，以下的图4中，对于各换向片15、各齿12以及形成的电枢线圈9分别标注标号进行说明。这里，18片换向片15中处于180°相对位置的换向片(相同电位的换向片15彼此)通过未图示的连接线等进行电连接。因此，对于电刷而言相同条件的换向片15标注1～9的相同标号。

如图4、图5所示，对于各齿12，U相、V相、W相分别在周向上以该顺序被分配。即，1号、4号齿12是U相，2号、5号齿12是V相，3号、6号齿12是W相。这里，对换向片15标注的号码中，与1号相当的位置是与1号齿12相对应的位置。

此外，图4中，将各齿12上的绕组14的卷绕方向为顺时针时称为正方向，将逆时针时称为反方向进行说明。

首先，例如，在从1号换向片15开始卷绕绕组14的卷绕开始端14a时，之后，将绕组14导入存在于1号换向片15附近的1-6号齿12间的槽13。此外，将绕组14以正方向且以集中绕组方式卷绕在各齿12上。

接着，从1-2号齿12间的槽13导出绕组14，并缠绕在与1号换向片15相邻的2号换向片15的竖片16上。然后，将卷绕结束端14b与2号换向片15连接。由此，在1-2号换向片15间，形成以正方向卷绕于1号齿12的U相第1线圈91。

此外，将卷绕开始端14a缠绕于5号换向片15的竖片16上的绕组14导入1-2号齿12间的槽13。然后，将绕组14以反方向且以集中绕组方式卷绕在1号齿12上。

接着，从1-6号齿12间的槽13导出绕组14，并缠绕在与5号换向片15相邻的6号换向片15的竖片16上。然后，将卷绕结束端14b与6号换向片15连接。由此，在5-6号换向片15间，形成以反方向卷绕于1号齿12的“-U”相第2线圈92。

此外，将卷绕开始端14a缠绕于6号换向片15的竖片16上的绕组14导入1-2号齿12间的槽13。然后，将绕组14以反方向且以集中绕组方式卷绕在1号齿12上。

接着，从1-6号齿12间的槽13导出绕组14，并缠绕在与6号换向片15相邻的7号换向片15的竖片16上。然后，将卷绕结束端14b与7号换向片15连接。由此，在6-7号换向片15间，形成以反方向卷绕于1号齿12的“-U”相第3线圈93。

因而，在与U相相当的1号齿12上形成由U相第1线圈91、“-U”相第2线圈92以及“-U”相第3线圈93构成的电枢线圈9，该U相第1线圈91是绕组14以正方向卷绕形成的，该“-U”相第2线圈92以及“-U”相第3线圈93是绕组14以反方向卷绕形成的。

然后，通过在与各相相对应的换向片15间依次进行此过程，从而在电枢8上形成包括第1线圈91、第2线圈92以及第3线圈93的3相结构的电枢线圈9，并且在相邻的换向片15间，U、“-W”、“-W”、V、“-U”、“-U”、W、“-V”、“-V”相的线圈91～93以该顺序依次进行电连接。

此外，关于形成各相的线圈91～93的绕组14的卷绕开始端14a以及卷绕结束端14b在换向片15上的连接部位，只要在相邻的换向片15间，U、“-W”、“-W”、V、“-U”、“-U”、W、“-V”、“-V”相的线圈91～93以该顺序依次进行电连接即可。

一般来说，在将各齿12上卷绕的第1、第2、第3的3个线圈91、92、93的合计匝数(绕组14的合计卷绕数)设为n(n是3的倍数的自然数)时，第1、第2、第3的3个线圈91、92、93的各匝数分别是相同的“n/3”，但是在本实施方式中，在将合计匝数n保持为一定的条件下，将它们的匝数设定为一个线圈的匝数比其他两个线圈的匝数要少。这里，在对其进行说明之前对于电动机2的动作进行说明。

(电动机的动作)

在电动机2的动作说明中，对于向2个阳极电刷(低速用电刷21a、高速用电刷21b)中低速用电刷21a施加电压的情况进行说明。

例如，如图4所示，在1-2号换向片15间配置低速用电刷21a，并且在6号换向片15上配置公共电刷21c时，U相的第1线圈91会发生短路。

此外，在“-U”相的第2线圈92中流动反方向(图4中的逆时针方向)的电流，在“-U”相的第3线圈93中流动正方向(图4中的顺时针方向)的电流。即，由于在第2线圈92以及第3线圈93中流动彼此反方向的电流，因此磁场相抵消，与电动机磁体7之间不会发生扭矩。

与之相对，在V相的第1线圈91、“-V”相的第2线圈92以及“-V”相的第3线圈93中分别流动正方向电流。此外，在“-W”相的第1线圈91、“-W”相的第2线圈92以及“-W”相的第3线圈93中分别流动反方向电流。

这样，在2、3、5、6号齿12中分别形成磁场。这些磁场的朝向在周向上顺序排列。因此，在各齿12中形成的磁场与电动机磁体7之间，磁性吸引力、排斥力以旋转轴3为中心在点对称位置上作用于相同方向。而且，旋转轴3由此进行旋转。此外，若向高速用电刷21b施加电压，则由于此高速用电刷21b存在提前角，因此旋转轴3与该提前角相应地高速旋转。

(提前角线圈、滞后角线圈产生的原因)

接着，对于伴随着电枢6的旋转而产生的各齿12的3个线圈91、92、93的变化进行说明。

这里，在以下的说明中，对于向电刷21的位置自身并不存在提前角的低速用电刷21a施加电压的情况进行说明。此外，3相中以U相为代表进行说明，但其他相也相同。

当电枢6进行旋转而变成图6所示的状态时，5-6号换向片间的第2线圈92由于电刷21发生短路。此时，U相的齿12处于从提前角0°的位置(齿12正对磁极的位置)偏移了20°电角的位置。

因此，在U相的齿12上产生提前角20°的磁通势矢量。

接着，当电枢6进行旋转而变成图7所示的状态时，1-2号换向片间的第1线圈91发生短路。此时，U相的齿12处于提前角0°的位置，在此位置上进行整流。因此，在U相的齿12上产生提前角0°的磁通势矢量。

接着，当电枢6进行旋转而变成图8所示的状态时，6-7号换向片间的第3线圈93发生短路。此时，U相的齿12处于滞后角20°的位置，在此位置上进行整流。因此，在U相的齿12上产生滞后角20°的磁通势矢量。

鉴于以上情况，若对形成各相的线圈91～93的绕组14的功能进行调查，则可知卷绕在各齿12上的3个线圈(1个正绕线圈91以及2个反绕线圈92、93)中，1个线圈是产生无提前角的磁通势矢量的提前角0°线圈(正线圈)，剩下的1个线圈是产生提前角20°的磁通势矢量的提前角20°线圈(提前角线圈)，最后的1个线圈是产生滞后角20°的磁通势矢量的滞后角20°线圈(滞后角线圈)。

表1中示出了该分类。此外，表1所记载的“Seg”是换向片的简称。

表1

若如上所述3个线圈91、92、93发挥提前角20°、提前角0°、滞后角20°的功能，则如前所述由于磁通势矢量不一致而可能会对整流性产生不良影响。因此，本实施方式的电动机2中，使线圈91、92、93的匝数具有变化。即，当设提前角20°线圈的匝数(绕组14的卷绕数)为T1，提前角0°线圈的匝数为T2，滞后角20°线圈的匝数为T3时，将T1、T2、T3的大小关系设定为如下。

T2＞T1＞T3···(1)

其中，是在“T1+T2+T3＝一定”的条件内决定T1、T2、T3的大小关系。

如此，通过使3个线圈91、92、93的匝数具有变化，从而如图9(a)、(b)所示，确认特别有可能对性能产生影响(例如电刷寿命下降)的滞后角20°线圈的换向片间电压发生下降。

所述的条件(1)是电刷21的位置自身没有提前角的低速用电刷21a的情况，若此低速用电刷21a的位置自身存在提前角，则可知需要与提前角的大小相对应地进行改变。因此，能够得到以下条件。

低速刷21a的提前角θ为

(1)0°≤θ≤3°时，设定T2＞T1＞T3

(2)3°＜θ≤10°时，设定T2＞T3＞T1

(3)θ＝20°时，设定T3＞T2＞T1

此外，虽然高速用电刷21b的位置原本就设有提前角，但与低速用电刷21a相比其使用频率较低，因此以低速用电刷21a为基准进行上述条件的设定。

(效果)

因此，根据所述实施方式，在各齿12上形成有3个线圈91、92、93的电动机12中，通过将3个线圈91、92、93中的1个线圈的匝数设定为比其他2个线圈的匝数要少，从而可以减轻由于各齿12上卷绕的3个线圈91、92、93所产生的磁通势矢量不一致所导致的对于整流性的不良影响。此外，通过整流的改善能够延长电刷寿命。

特别地，通过与低速用电刷21a的位置相对应地，将各线圈91、92、93的匝数的条件设定为所述的条件(1)～(3)，从而能够可靠地降低对于整流性的不良影响，并且延长电刷寿命。

此外，本发明不限于所述的实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内，包含对所述实施方式施加的各种变更。

例如，所述实施方式中，对于在用于汽车的雨刷驱动的带有减速机的电动机1的电动机2上应用所述的3个线圈91、92、93的结构的情况进行了说明。但是，不限于此，可对于在各齿上形成有3个线圈的各种电动机应用所述的3个线圈91、92、93的结构。

此外，所述的实施方式中，对于电刷21由低速用电刷(阳极电刷)21a、高速用电刷(阳极电刷)21b以及公共电刷(阴极电刷)21c这3个电刷构成的情况进行了说明。但是，不限于此，在阳极电刷与阴极电刷成对设置的电动机上，也能应用所述的3个线圈91、92、93的结构。

工业上的实用性

根据所述的电动机，由于将1个线圈的匝数设定为比其他2个线圈的匝数要少，因此能够减轻由于3个线圈所产生的磁通势矢量不一致所导致的对于整流性的不良影响。此外，通过整流的改善能够延长电刷寿命。

标号说明

1带有减速机的电动机

2电动机

6电枢

7电动机磁体

8电枢芯

9电枢线圈

10换向器

15换向片

12齿

13槽

21电刷

91，92，93线圈