速度切替え式モータ
【課題】アーマチュアコイルが生じる電気的、磁気的なアンバランスを低減させつつコギングトルクやトルクリップルを低減させることができる速度切替え式モータを提供することである。
【解決手段】ヨークの内周面に４つのマグネット１７ａ〜１７ｄを固定して極数が４の界磁部１７を設けるとともに、ヨークに収容されるアーマチュアコア１８に１８のスロット１８ａ〜１８ｒを設けて、スロット数／極対数＝奇数に設定する。アーマチュアコア１８に巻装されるアーマチュアコイル２２は、その一端が隣り合うコンミテータ片の一方に接続され、他端は隣り合うコンミテータ片の他方に接続される。また、アーマチュアコイル２２は第１のコイル部２２ａと第２のコイル部２２ｂとを備え、各コイル部２２ａ、２２ｂは互いに回転方向に１８０度ずれた位置において３つのスロットを挟んだ一対のスロット間に互いに同一方向に巻き付けられている。
【解決手段】ヨークの内周面に４つのマグネット１７ａ〜１７ｄを固定して極数が４の界磁部１７を設けるとともに、ヨークに収容されるアーマチュアコア１８に１８のスロット１８ａ〜１８ｒを設けて、スロット数／極対数＝奇数に設定する。アーマチュアコア１８に巻装されるアーマチュアコイル２２は、その一端が隣り合うコンミテータ片の一方に接続され、他端は隣り合うコンミテータ片の他方に接続される。また、アーマチュアコイル２２は第１のコイル部２２ａと第２のコイル部２２ｂとを備え、各コイル部２２ａ、２２ｂは互いに回転方向に１８０度ずれた位置において３つのスロットを挟んだ一対のスロット間に互いに同一方向に巻き付けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動速度を低速作動と高速作動とに切り替え可能な速度切替え式モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車等の車両に設けられる車両用ワイパ装置の駆動源としては、ウインドシールドガラス（フロントガラス）に付着する雨滴量の変化に応じて、その作動をＬＯモードとＨＩモードとに切り替えるために、速度切替え式モータが用いられている。
【０００３】
速度切替え式モータは、アーマチュアシャフトに固定されたコンミテータに、共通ブラシ、低速用ブラシ及び高速用ブラシの３つのブラシを摺接させたブラシ付きモータとなっており、低速用ブラシまたは高速用ブラシのいずれか一方に選択的に通電することにより、作動速度を切り替えるようにしている。すなわち、運転者によりワイパスイッチがＬＯモード側に操作されたときには、低速用ブラシと共通ブラシとを対としてアーマチュアコイルに駆動電流が供給されてモータは低速作動し、ワイパスイッチがＨＩモード側に操作されたときには、高速用ブラシと共通ブラシとを対としてアーマチュアコイルに駆動電流が供給されてモータは高速作動するようになっている。
【０００４】
一方、このような速度切替え式モータを小型化するために、モータ極数を４極以上に多極化したものが知られている。例えば、特許文献１には、モータヨークの内面に４つのマグネットを回転方向に並べて装着することにより、モータ極数を４極とした速度切替え式モータが記載されている。
【０００５】
この場合、アーマチュアコアには１６のスロットが形成されており、これらのスロットに巻装される複数のアーマチュアコイルは、それぞれ所定数のスロットを挟んだスロット間に巻き付けられてコイル状に形成される２組のコイル部を備えており、これらのコイル部は互いに巻き方向が逆向とされ、互いに回転方向に９０度（電気角で１８０度）ずらして配置されている。アーマチュアコイルの両端は隣り合うコンミテータ片に接続されており、各コンミテータ片が、それぞれ回転方向に１８０度ずれたもの同士が均圧線により接続されることにより、４極に対応した回路構成とされている。
【０００６】
このような構成により、特許文献１に示されるモータでは、スロット数／極対数＝偶数、つまりマグネットの１極対当たりのスロット数が偶数となり、アーマチュアコイルは、各コイル部が回転方向に９０度（電気角で１８０度）ずれて分散配置されるバランス巻線の構成となる。したがって、アーマチュアコイルが生じる電気的、磁気的なアンバランスを低減することができるとともに、アーマチュアコイルの各コイル部を回転方向に均等に分散配置させて各スロットに対するアーマチュアコイルの占積率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２０２３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に示されるモータは、アーマチュアコイルの各コイル部が回転方向に均等に分散配置されるので、上記の効果を奏することができる一方、モータのコギングトルクやトルクリップルが増大して、モータ作動音が大きくなるという問題点がある。
【０００９】
これに対して、スロット数／極対数＝奇数となるようにスロット数やモータ極数を設定してモータのコギングトルクやトルクリップルを低減させる方法が考えられるが、マグネットの１極対当たりのスロット数が奇数となるモータに対しては、特許文献１の巻線方法ではアーマチュアコイルを回転方向に均一に分布配置することができない。そのため、アーマチュアコイルが電気的、磁気的なアンバランスを生じ、このアンバランスによりモータ作動音が大きくなる。
【００１０】
本発明の目的は、アーマチュアコイルが生じる電気的、磁気的なアンバランスを低減させつつコギングトルクやトルクリップルを低減させることができる速度切替え式モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の速度切替え式モータは、低速作動と高速作動とに作動速度を切り替え可能な速度切替え式モータであって、アーマチュアシャフトを回転自在に支持するヨークと、回転方向に並ぶ少なくとも４以上で偶数の極数の磁極を備え、前記ヨークの内面に設けられる界磁部と、回転方向に並ぶ複数のスロットを備え、前記アーマチュアシャフトに固定されるアーマチュアコアと、回転方向に並ぶ複数のコンミテータ片を備え、前記アーマチュアシャフトに固定されるコンミテータと、それぞれ前記スロットに巻装され、両端が前記コンミテータ片に接続される複数のアーマチュアコイルと、前記コンミテータ片に摺接する低速用ブラシと、前記低速用ブラシに対して回転方向にずれて前記コンミテータ片に摺接する高速用ブラシと、前記コンミテータ片に摺接し、前記低速用ブラシまたは前記高速用ブラシのいずれか一方と選択的に対となって前記アーマチュアコイルに駆動電流を供給する共通ブラシと、それぞれ回転方向に（３６０／極対数）度ずれた前記コンミテータ片同士を接続する複数の接続部材とを有し、前記アーマチュアコアのスロット数と前記界磁部の磁極の極対数との関係が、スロット数／極対数＝奇数に設定され、前記アーマチュアコイルは、その一端が隣り合う前記コンミテータ片の一方に接続され、他端が隣り合う前記コンミテータ片の他方に接続されるとともに、極対数と同数のコイル部を備え、複数の前記コイル部は、互いに回転方向に（３６０／極対数）度ずれた位置に配置されるとともに、当該位置において所定数の前記スロットを挟んだ一対の前記スロット間に互いに同一方向に巻き付けられて前記アーマチュアコアに巻装されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の速度切替え式モータは、前記磁極の極数が４、前記スロット数が１８であり、前記コンミテータは１８の前記コンミテータ片を備え、複数の前記アーマチュアコイルはそれぞれ２つの前記コイル部を備えており、それぞれの前記コイル部は互いに回転方向に１８０度ずれて配置されるとともに、３つの前記スロットを挟んだ一対の前記スロット間に巻き付けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の速度切替え式モータは、複数の前記アーマチュアコイルと複数の前記接続部材とを同一の線材により形成したことを特徴とする。
【００１４】
本発明の速度切替え式モータは、車両用のワイパ装置の駆動源として用いられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、アーマチュアコアのスロット数と界磁部の磁極の極対数との関係を、スロット数／極対数＝奇数に設定し、また、アーマチュアコイルを、その一端を隣り合うコンミテータ片の一方に接続し、他端を隣り合うコンミテータ片の他方に接続するとともに、極対数と同数のコイル部を互いに回転方向に（３６０／極対数）度ずれた位置に配置し、当該位置において所定数のスロットを挟んだ一対のスロット間に互いに同一方向に巻き付けてアーマチュアコアに巻装させるようにしたので、アーマチュアコイルを回転方向に均一に分布配置して電気的、磁気的にバランスさせつつ磁極の１極対当たりのスロット数を奇数としてモータのコギングトルクやトルクリップルを低減させることができる。
【００１６】
また、アーマチュアコイルを回転方向に均一に分布配置して電気的、磁気的にバランスさせつつ磁極の１極対当たりのスロット数を奇数としてモータのコギングトルクやトルクリップルを低減させることにより、この速度切替え式モータの作動音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態であるワイパモータの要部を示す断面図である。
【図２】図１に示すワイパモータのＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図１に示すワイパモータの回路構成を示す説明図である。
【図４】図３に示すアーマチュアコイルのスロットへの巻装手順を示す説明図である。
【図５】図４に示す巻装手順の変形例であって、均圧線をアーマチュアコイルと同一の線材で形成する場合を示す説明図である。
【図６】図５に示す巻装手順の変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１に示すワイパモータ１１は自動車等の車両に設けられる車両用のワイパ装置の駆動源として用いられるものである。このワイパモータ１１は作動速度を低速作動と高速作動とに切り替えることができる速度切替え式モータとなっており、ワイパ装置をＬＯモードで作動させるときには低速作動し、ＨＩモードで作動させるときには高速作動するようになっている。
【００２０】
このワイパモータ１１のヨーク（継鉄）１２は鋼材により底付き円筒状に形成されており、その内部にはアーマチュア（電機子）１３が収容されている。アーマチュア１３はアーマチュアシャフト１４を備えており、このアーマチュアシャフト１４がヨーク１２の底部に設けられた軸受１５を介して当該ヨーク１２に回転自在に支持されることにより、アーマチュア１３はヨーク１２の内部で回転自在となっている。
【００２１】
ヨーク１２の開口端にはギヤケース１６が取り付けられ、ギヤケース１６の内部には図示しない減速機が収容されている。減速機としては、例えばウォームギヤ機構が用いられ、アーマチュアシャフト１４の回転は減速機により減速されて図示しない出力軸から出力されるようになっている。
【００２２】
図２に示すように、ヨーク１２の内周面には、４つのマグネット１７ａ〜１７ｄにより界磁部１７が構成されている。これらのマグネット１７ａ〜１７ｄは、それぞれ磁極をヨーク１２の径方向（内外方向）に向けたセグメント形の永久磁石となっており、アーマチュアシャフト１４の回転方向（ヨーク１２の周方向）に等間隔に並べて配置され、接着剤によりヨーク１２の内周面に固定されている。各マグネット１７ａ〜１７ｄはＮ極とＳ極とが回転方向に交互に並ぶように配置され、これにより、ワイパモータ１１の界磁部１７は、極数が４、つまり極対数が２とされている。
【００２３】
なお、極対数とは、界磁部１７が有するＮ極とＳ極の対の数のことである。
【００２４】
アーマチュアシャフト１４にはアーマチュアコア１８が固定されている。このアーマチュアコア１８は、所定形状の多数の珪素鋼板を軸方向に重ねた略円柱状に形成されており、その外周面には回転方向に等間隔に並べて１８のスロット１８ａ〜１８ｒが設けられている。
【００２５】
また、アーマチュアシャフト１４には、アーマチュアコア１８に隣接してコンミテータ（整流子）２１が固定されている。このコンミテータ２１は、その外周面に互いに絶縁された状態で回転方向に等間隔に並べて配置される１８個のコンミテータ片２１ａ〜２１ｒを備えている。
【００２６】
アーマチュアコア１８のスロット１８ａ〜１８ｒには銅線等の線材からなる複数のアーマチュアコイル２２が巻装され、各アーマチュアコイル２２の両端（コイル端）は、それぞれ対応するコンミテータ片２１ａ〜２１ｒに電気的に接続されている。図３に示すように、各アーマチュアコイル２２は所定の巻線方法でスロット１８ａ〜１８ｒに巻装されるが、その詳細については後述する。
【００２７】
ギヤケース１６の内部には樹脂製のホルダベース２３が装着されており、このホルダベース２３には、共通ブラシ（コモンブラシ）２４、低速用ブラシ２５及び高速用ブラシ２６が設けられている。図２に示すように、各ブラシ２４〜２６は、それぞれホルダベース２３に固定されたブラシホルダ２７〜２９によりコンミテータ２１に向けて進退移動自在に支持され、スプリング３１〜３３により付勢された状態でコンミテータ片２１ａ〜２１ｒに摺接している。
【００２８】
低速用ブラシ２５は共通ブラシ２４に対して回転方向に９０度ずれた位置に配置され、高速用ブラシ２６は共通ブラシ２４に対してさらに回転方向に１２０度ずれた位置に配置されており、共通ブラシ２４は正極（プラス極）、低速用ブラシ２５と高速用ブラシ２６は負極（マイナス極）となっている。共通ブラシ２４は低速用ブラシ２５または高速用ブラシ２６のいずれか一方と選択的に対となってアーマチュアコイル２２に駆動電流を供給するようになっており、共通ブラシ２４と低速用ブラシ２５とが対となってアーマチュアコイル２２に駆動電流が供給されるとワイパモータ１１は低速作動し、共通ブラシ２４と高速用ブラシ２６とが対となってアーマチュアコイル２２に駆動電流が供給されるとワイパモータ１１は高速作動するようになっている。
【００２９】
なお、低速作動とはアーマチュアシャフト１４の回転数が高速作動よりも低くなる作動状態のことであり、高速作動とはアーマチュアシャフト１４の回転数が低速作動よりも高くなる作動状態のことである。
【００３０】
このワイパモータ１１の界磁部の極数は４極であり、これに対して、共通ブラシ２４と低速用ブラシ２５、または共通ブラシ２４と高速用ブラシ２６の一対のブラシからアーマチュアコイル２２に駆動電流を供給するようにしている。そのため、このワイパモータ１１では、図３に示すように、互いに回転方向に（３６０／極対数）度つまり１８０度ずれたコンミテータ片２１ａ〜２１ｒ同士を接続部材としての９本の均圧線３４ａ〜３４ｉにより電気的に接続し、これらのコンミテータ片２１ａ〜２１ｒが通電時に同電位となるようにして、複数のアーマチュアコイル２２を４極の磁極に対応した回路構成になるようにしている。これらの均圧線３４ａ〜３４ｉは銅線等の線材により形成されている。
【００３１】
なお、均圧線３４ａ〜３４ｉにより互いに接続される一対のコンミテータ片２１ａ〜２１ｒの角度である（３６０／極対数）度つまり１８０度は、このワイパモータ１１の機械角つまりアーマチュア１３が１回転する角度である３６０度をこのワイパモータ１１の極対数である２で割って算出される角度である。
【００３２】
図４は図３に示すアーマチュアコイルのスロットへの巻装手順を示す説明図である。
【００３３】
前述のように、このワイパモータ１１のアーマチュアコア１８に設けられるスロット１８ａ〜１８ｒの数つまりスロット数は１８、界磁部１７の極対数は２であり、スロット数と極対数の関係つまり界磁部１７のマグネット１７ａから１７ｄの１極対当たりのスロット数は、スロット数／極対数＝奇数（１８／２＝９）となっている。
【００３４】
このようなワイパモータ１１において、アーマチュアコア１８の各スロット１８ａ〜１８ｒに複数のアーマチュアコイル２２を磁気的・電気的に回転方向に均一に分布させた状態で配置するために、本発明では、図４に示す手順で各アーマチュアコイル２２をアーマチュアコア１８の各スロット１８ａ〜１８ｒに巻装するようにしている。以下のこの巻装手順について、図４に基づいて説明する。
【００３５】
まず、図４に示すように、アーマチュアコイル２２の一端つまりアーマチュアコイル２２を構成する銅線等の線材３５の一端を、所定のコンミテータ片２１ｇ（任意の基準位置から回転方向に７番目のコンミテータ片２１ｇ）に接続する。
【００３６】
次に、一端がコンミテータ片２１ｇに接続された線材３５を、所定のスロット１８ａ（任意の基準位置から回転方向に１番目のスロット１８ａ）にまで導き、そのスロット１８ａと当該スロット１８ａから回転方向に４つ分ずれたスロット１８ｅ（任意の基準位置から回転方向に５番目のスロット１８ｅ）との間に巻き付ける。つまり、線材３５は、３つのスロット１８ｂ〜１８ｄを挟んだスロット１８ａとスロット１８ｅの間に巻き付けられる。これらのスロット１８ａ，１８ｅの間に巻き付けられた線材３５は、当該スロット１８ａ，１８ｅの間にアーマチュアコイル２２の第１のコイル部２２ａを構成する。
【００３７】
次に、第１のコイル部２２ａを構成した線材３５を、スロット１８ｅのコンミテータ２１側の開口から引き出して、任意の基準位置から回転方向に１０番目のスロット１８ｊにまで導く。そして、スロット１８ｊにまで導いた線材３５を、そのスロット１８ｊと当該スロット１８ｊから回転方向に４つ分ずれたスロット１８ｎ（任意の基準位置から回転方向に１４番目のスロット１８ｎ）、つまり３つのスロット１８ｋ〜１８ｍを挟んだスロット１８ｊとスロット１８ｎの間に巻き付けて第２のコイル部２２ｂを形成する。第２のコイル部２２ｂのスロット１８ｊ，１８ｎの間への線材３５の巻き付け方向は、第１のコイル部２２ａのスロット１８ａ，１８ｅの間への線材３５の巻き付け方向と同一となっている。
【００３８】
次いで、第２のコイル部２２ｂを形成した線材３５の端部つまり第２のコイル部２２ｂの側のアーマチュアコイル２２のコイル端を、第１のコイル部２２ａの側のコイル端が接続されたコンミテータ片２１ｇに対して回転方向に隣接するコンミテータ片２１ｈ（任意の基準位置から回転方向に８番目のコンミテータ片２１ｈ）に接続する。これにより、アーマチュアコア１８への１つ目のアーマチュアコイル２２の巻装が完了する。１つ目のアーマチュアコイル２２の巻装が完了すると、次いで、１つ目のアーマチュアコイル２２に対して、その巻き始めのコイル端を回転方向に１つずれたコンミテータ片２１ｈに接続するとともに第１のコイル部２２ａと第２のコイル部２２ｂを巻装するスロットを回転方向に１つずらして、１つ目のアーマチュアコイル２２を形成したのと同一の線材３５を順次アーマチュアコア１８の所定のスロット間に巻き付けて、１つの線材３５により直列に設けられた複数のアーマチュアコイル２２をアーマチュアコア１８に巻装していく。
【００３９】
なお、線材３５の各コンミテータ片２１ａ〜２１ｒへの接続は、例えば、コンミテータ片２１ａ〜２１ｒと一体に設けられたフック部に線材３５を引っ掛け、当該フック部をヒュージングすることにより行われる。また、図示する場合では、各コイル部２２ａ，２２ｂは、線材３５をスロット１８ａ〜１８ｒの間に１巻きして形成されているが、これに限らず、スロット１８ａ〜１８ｒの間に線材３５を複数回巻き付けて各コイル部２２ａ、２２ｂを形成するようにしてもよい。
【００４０】
このように、本発明のワイパモータ１１では、各アーマチュアコイル２２は、極対数と同数である２つのコイル部２２ａ、２２ｂを備えるように形成されており、第１のコイル部２２ａと第２のコイル部２２ｂは互いに回転方向に１８０度つまり（３６０／極対数）度ずれた位置に配置され、各コイル部２２ａ、２２ｂは互いにスロット１８ａ〜１８ｒに対する巻き付け方向が同一とされているので、アーマチュアコイル２２を構成する第１のコイル部２２ａと第２のコイル部２２ｂは、同一の線材３５により直列的に設けられるとともに界磁部１７の同一極性の磁極に対して同一の位相で対向することになる。したがって、このような構成で巻装された複数のアーマチュアコイル２２は、回転方向に電気的、磁気的に均等に分布してアーマチュアコア１８に配置されることになるので、アーマチュアコイル２２が回転方向に電気的・磁気的にバランスされて、このワイパモータ１１の作動音が低減されることになる。
【００４１】
また、このワイパモータ１１では、スロット数と極対数の関係、つまり界磁部１７のマグネット１７ａ〜１７ｄの１極対当たりのスロット数が、スロット数／極対数＝奇数（１８／２＝９）となるように構成されているので、Ｎ極のマグネット１７ａ、１７ｃに対するスロット１８ａ〜１８ｒの位置と、Ｓ極のマグネット１７ｂ、１７ｄに対するスロット１８ａ〜１８ｒの位置とが回転方向に相対的なずれを生じて、このワイパモータ１１のコギングトルクやトルクリップルが低減されることになる。
【００４２】
このように、このワイパモータ１１では、界磁部１７のマグネット１７ａ〜１７ｄの１極対当たりのスロット数を奇数に設定し、アーマチュアコイル２２を、その一端を隣り合うコンミテータ片２１ａ〜２１ｒの一方に接続し、他端を隣り合うコンミテータ片２１ａ〜２１ｒの他方に接続するとともに、磁極の極対数と同数の２つのコイル部２２ａ、２２ｂを、互いに回転方向に１８０度ずれた位置に配置し、当該位置において３つのスロットを挟んだ一対のスロット間に互いに同一方向に巻き付けてアーマチュアコア１８に巻装するようにしたので、アーマチュアコイル２２を回転方向に均一に分布配置して電気的、磁気的にバランスさせつつワイパモータ１１のコギングトルクやトルクリップルを低減させることができる。これにより、このワイパモータ１１の作動音を低減することができる。
【００４３】
また、このワイパモータ１１では、互いに１８０度ずれたコンミテータ片２１ａ〜２１ｒ同士を均圧線３４ａ〜３４ｉにより接続するようにしたので、共通ブラシ２４と低速用ブラシ２５とを対として通電しているときに、高速用ブラシ２６が隣り合うコンミテータ片同士を短絡してショートコイルを生じ、有効導体数が変化して各ブラシ２４、２５に循環電流が流れても、この循環電流を均圧線３４ａ〜３４ｉに流してブラシ２４、２５の整流効果を高めて、ブラシ２４、２５の耐久性を高めることができる。
【００４４】
図５は図４に示す巻装手順の変形例であって、均圧線をアーマチュアコイルと同一の線材で形成する場合を示す説明図であり、図６は図５に示す巻装手順の変形例を示す説明図である。なお、図５、図６においては、前述した部材に対応する部材には同一の符号を付してある。
【００４５】
図４に示す場合では、１つの線材３５を順次所定のスロット１８ａ〜１８ｒに巻き付けて複数のアーマチュアコイル２２をアーマチュアコア１８に巻装するとともに、アーマチュアコイル２２とは別の線材を用いて形成した均圧線３４ａ〜３４ｉにより各コンミテータ片２１ａ〜２１ｒを接続するようにしているが、図５に示すように、アーマチュアコイル２２と均圧線３４ａ〜３４ｉとを同一の線材３５により形成するようにしてもよい。
【００４６】
この場合、まず、アーマチュアコイル２２の一端つまりアーマチュアコイル２２を構成する線材３５の一端を、所定のコンミテータ片２１ｋ（任意の基準位置から回転方向に１１番目のコンミテータ片２１ｋ）に接続する。
【００４７】
次に、一端がコンミテータ片２１ｋに接続された線材３５を、図４に示す場合と同様に、所定のスロット１８ａ、１８ｅの間に巻き付けて第１のコイル部２２ａを形成し、次いで、所定のスロット１８ｊ、１８ｎの間に巻き付けて第２のコイル部２２ｂを形成する。そして、第２のコイル部２２ｂを形成した線材３５の端部つまり第２のコイル部２２ｂの側のアーマチュアコイル２２のコイル端を、所定のコンミテータ片２１ｃ（図示する場合では、任意の基準位置から回転方向に３番目のコンミテータ片２１ｃ）に接続する。これにより、アーマチュアコア１８に１番目のアーマチュアコイル２２が巻装される。
【００４８】
次に、第２のコイル部２２ｂの側のコイル端として所定のコンミテータ片２１ｃに接続された線材３５を、当該コンミテータ片２１ｃに対して回転方向に１８０度つまり（３６０／極対数）度ずれたコンミテータ片２１ｌに接続して均圧線３４ａを形成する。つまり、次のアーマチュアコイル２２を形成するためにスロット１８ｂ、１８ｆに線材３５を巻装する前に、第２のコイル部２２ｂの側のコイル端が接続されるコンミテータ片２１ｃとこのコンミテータ片２１ｃに対して回転方向に１８０度ずれたコンミテータ片２１ｌとの間に線材３５を接続して均圧線３４ａを形成する。このとき、コンミテータ片２１ｃからコンミテータ片２１ｌへの線材３５の引き出し方向は、第１のコイル部２２ａから第２のコイル部２２ｂへの線材３５の引き方向とは反対向きとされている。
【００４９】
均圧線３４ａを形成した線材３５は、コンミテータ片２１ｌから所定のスロット１８ｂ（図示する場合では、任意の基準位置から回転方向に２番目のコンミテータ片１８ｂ）にまで導かれ、以下、前述した１つ目のアーマチュアコイル２２と同様の手順で順次アーマチュアコア１８ｂに巻装されるとともに、各コンミテータ片２１ａ〜２１ｒが均圧線３４ａ〜３４ｉにより互いに接続されていく。なお、この場合では、アーマチュアコイル２２の他端は均圧線３４ａ〜３４ｉを介して、アーマチュアコイル２２の一端が接続されるコンミテータ片２１ｋに隣接するコンミテータ片２１ｌに接続されることになる。
【００５０】
アーマチュアコイル２２と均圧線３４ａ〜３４ｉとを同一の線材３５により形成する構成としては、図５に示すものに限らず、図６に示す構成としてもよい。
【００５１】
この場合、まず、アーマチュアコイル２２の一端つまりアーマチュアコイル２２を構成する線材３５の一端を、所定のコンミテータ片２１ｑ（任意の基準位置から回転方向に１７番目のコンミテータ片２１ｑ）に接続する。次に、一端をコンミテータ片２１ｑに接続した線材３５を、図４に示す場合と同様に、所定のスロット１８ｆ、１８ｊの間に巻き付けて第１のコイル部２２ａを形成し、次いで、所定のスロット１８ｏ、１８ａの間に巻き付けて第２のコイル部２２ｂを形成する。そして、第２のコイル部２２ｂを形成した線材３５の端部つまり第２のコイル部２２ｂの側のアーマチュアコイル２２のコイル端を、回転方向に１周させてから所定のコンミテータ片２１ｐ（任意の基準位置から回転方向に１６番目のコンミテータ片２１ｐ）に接続する。これにより、アーマチュアコア１８に１つ目のアーマチュアコイル２２が巻装される。
【００５２】
次に、コンミテータ片２１ｐに接続された線材３５を、当該コンミテータ片２１ｐに対して回転方向に１８０度つまり（３６０／極対数）度ずれたコンミテータ片２１ｇに接続して均圧線３４ａを形成する。つまり、この場合においても、２つ目のアーマチュアコイル２２を形成するためにスロット１８ｎ、１８ｒの間に線材３５を巻装する前に、コンミテータ片２１ｐとこのコンミテータ片２１ｐに対して回転方向に１８０度ずれたコンミテータ片２１ｇとの間に線材３５を接続して均圧線３４ａを形成する。このとき、コンミテータ片２１ｐからコンミテータ片２１ｇへの線材３５の引き出し方向は、第１のコイル部２２ａから第２のコイル部２２ｂへの線材３５の引き方向とは反対向きとされている。
【００５３】
均圧線３４ａを形成した線材３５は、そのコンミテータ片２１ｇから所定のスロット１８ｎ（任意の基準位置から回転方向に１４番目のスロット１８ｎ）にまで導かれ、以下、前述した１つ目のアーマチュアコイル２２と同様な手順で順次アーマチュアコアに巻装されるとともに、各コンミテータ片２１ａ〜２１ｒが均圧線３４ａ〜３４ｉにより互いに接続されていく。この場合には、アーマチュアコイル２２の両端は、隣り合うコンミテータ片に、図４に示す場合とは逆の順序で接続される。
【００５４】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前記実施の形態においては、モータ極数つまり界磁部１７の極数が４極のワイパモータ１１に本発明を適用した場合が示されているが、これに限らず、４極以上で偶数個であれば、例えば極数が６極や８極のワイパモータに本発明を適用してもよい。
【００５５】
また、前記実施の形態においては、ワイパモータ１１のスロット数は１８とされているが、これに限らず、モータ極数との関係が、スロット数／極対数＝奇数に設定されるように任意に設定することができる。
【００５６】
さらに、前記実施の形態においては、コンミテータ片同士を接続する接続部材として線材で形成された均圧線３４ａ〜３４ｉを用いるようにしているが、これに限らず、コンミテータ片同士を接続することができる部材であれば、例えば導電板など、他の部材を用いるようにしてもよい。
【００５７】
さらに、前記実施の形態においては、本発明を車両用のワイパ装置の駆動源として用いられるワイパモータ１１に適用した場合を示しているが、これに限らず、作動速度を切り替えることができるモータであれば、他の用途のモータに本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１１ ワイパモータ（速度切替え式モータ）
１２ ヨーク
１３ アーマチュア
１４ アーマチュアシャフト
１５ 軸受
１６ ギヤケース
１７ 界磁部
１７ａ〜１７ｄ マグネット
１８ アーマチュアコア
１８ａ〜１８ｒ スロット
２１ コンミテータ
２１ａ〜２１ｒ コンミテータ片
２２ アーマチュアコイル
２２ａ 第１のコイル部
２２ｂ 第２のコイル部
２３ ホルダベース
２４ 共通ブラシ
２５ 低速用ブラシ
２６ 高速用ブラシ
２７〜２９ ブラシホルダ
３１〜３３ スプリング
３４ａ〜３４ｉ 均圧線（接続部材）
３５ 線材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動速度を低速作動と高速作動とに切り替え可能な速度切替え式モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車等の車両に設けられる車両用ワイパ装置の駆動源としては、ウインドシールドガラス（フロントガラス）に付着する雨滴量の変化に応じて、その作動をＬＯモードとＨＩモードとに切り替えるために、速度切替え式モータが用いられている。
【０００３】
速度切替え式モータは、アーマチュアシャフトに固定されたコンミテータに、共通ブラシ、低速用ブラシ及び高速用ブラシの３つのブラシを摺接させたブラシ付きモータとなっており、低速用ブラシまたは高速用ブラシのいずれか一方に選択的に通電することにより、作動速度を切り替えるようにしている。すなわち、運転者によりワイパスイッチがＬＯモード側に操作されたときには、低速用ブラシと共通ブラシとを対としてアーマチュアコイルに駆動電流が供給されてモータは低速作動し、ワイパスイッチがＨＩモード側に操作されたときには、高速用ブラシと共通ブラシとを対としてアーマチュアコイルに駆動電流が供給されてモータは高速作動するようになっている。
【０００４】
一方、このような速度切替え式モータを小型化するために、モータ極数を４極以上に多極化したものが知られている。例えば、特許文献１には、モータヨークの内面に４つのマグネットを回転方向に並べて装着することにより、モータ極数を４極とした速度切替え式モータが記載されている。
【０００５】
この場合、アーマチュアコアには１６のスロットが形成されており、これらのスロットに巻装される複数のアーマチュアコイルは、それぞれ所定数のスロットを挟んだスロット間に巻き付けられてコイル状に形成される２組のコイル部を備えており、これらのコイル部は互いに巻き方向が逆向とされ、互いに回転方向に９０度（電気角で１８０度）ずらして配置されている。アーマチュアコイルの両端は隣り合うコンミテータ片に接続されており、各コンミテータ片が、それぞれ回転方向に１８０度ずれたもの同士が均圧線により接続されることにより、４極に対応した回路構成とされている。
【０００６】
このような構成により、特許文献１に示されるモータでは、スロット数／極対数＝偶数、つまりマグネットの１極対当たりのスロット数が偶数となり、アーマチュアコイルは、各コイル部が回転方向に９０度（電気角で１８０度）ずれて分散配置されるバランス巻線の構成となる。したがって、アーマチュアコイルが生じる電気的、磁気的なアンバランスを低減することができるとともに、アーマチュアコイルの各コイル部を回転方向に均等に分散配置させて各スロットに対するアーマチュアコイルの占積率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２０２３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に示されるモータは、アーマチュアコイルの各コイル部が回転方向に均等に分散配置されるので、上記の効果を奏することができる一方、モータのコギングトルクやトルクリップルが増大して、モータ作動音が大きくなるという問題点がある。
【０００９】
これに対して、スロット数／極対数＝奇数となるようにスロット数やモータ極数を設定してモータのコギングトルクやトルクリップルを低減させる方法が考えられるが、マグネットの１極対当たりのスロット数が奇数となるモータに対しては、特許文献１の巻線方法ではアーマチュアコイルを回転方向に均一に分布配置することができない。そのため、アーマチュアコイルが電気的、磁気的なアンバランスを生じ、このアンバランスによりモータ作動音が大きくなる。
【００１０】
本発明の目的は、アーマチュアコイルが生じる電気的、磁気的なアンバランスを低減させつつコギングトルクやトルクリップルを低減させることができる速度切替え式モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の速度切替え式モータは、低速作動と高速作動とに作動速度を切り替え可能な速度切替え式モータであって、アーマチュアシャフトを回転自在に支持するヨークと、回転方向に並ぶ少なくとも４以上で偶数の極数の磁極を備え、前記ヨークの内面に設けられる界磁部と、回転方向に並ぶ複数のスロットを備え、前記アーマチュアシャフトに固定されるアーマチュアコアと、回転方向に並ぶ複数のコンミテータ片を備え、前記アーマチュアシャフトに固定されるコンミテータと、それぞれ前記スロットに巻装され、両端が前記コンミテータ片に接続される複数のアーマチュアコイルと、前記コンミテータ片に摺接する低速用ブラシと、前記低速用ブラシに対して回転方向にずれて前記コンミテータ片に摺接する高速用ブラシと、前記コンミテータ片に摺接し、前記低速用ブラシまたは前記高速用ブラシのいずれか一方と選択的に対となって前記アーマチュアコイルに駆動電流を供給する共通ブラシと、それぞれ回転方向に（３６０／極対数）度ずれた前記コンミテータ片同士を接続する複数の接続部材とを有し、前記アーマチュアコアのスロット数と前記界磁部の磁極の極対数との関係が、スロット数／極対数＝奇数に設定され、前記アーマチュアコイルは、その一端が隣り合う前記コンミテータ片の一方に接続され、他端が隣り合う前記コンミテータ片の他方に接続されるとともに、極対数と同数のコイル部を備え、複数の前記コイル部は、互いに回転方向に（３６０／極対数）度ずれた位置に配置されるとともに、当該位置において所定数の前記スロットを挟んだ一対の前記スロット間に互いに同一方向に巻き付けられて前記アーマチュアコアに巻装されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の速度切替え式モータは、前記磁極の極数が４、前記スロット数が１８であり、前記コンミテータは１８の前記コンミテータ片を備え、複数の前記アーマチュアコイルはそれぞれ２つの前記コイル部を備えており、それぞれの前記コイル部は互いに回転方向に１８０度ずれて配置されるとともに、３つの前記スロットを挟んだ一対の前記スロット間に巻き付けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の速度切替え式モータは、複数の前記アーマチュアコイルと複数の前記接続部材とを同一の線材により形成したことを特徴とする。
【００１４】
本発明の速度切替え式モータは、車両用のワイパ装置の駆動源として用いられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、アーマチュアコアのスロット数と界磁部の磁極の極対数との関係を、スロット数／極対数＝奇数に設定し、また、アーマチュアコイルを、その一端を隣り合うコンミテータ片の一方に接続し、他端を隣り合うコンミテータ片の他方に接続するとともに、極対数と同数のコイル部を互いに回転方向に（３６０／極対数）度ずれた位置に配置し、当該位置において所定数のスロットを挟んだ一対のスロット間に互いに同一方向に巻き付けてアーマチュアコアに巻装させるようにしたので、アーマチュアコイルを回転方向に均一に分布配置して電気的、磁気的にバランスさせつつ磁極の１極対当たりのスロット数を奇数としてモータのコギングトルクやトルクリップルを低減させることができる。
【００１６】
また、アーマチュアコイルを回転方向に均一に分布配置して電気的、磁気的にバランスさせつつ磁極の１極対当たりのスロット数を奇数としてモータのコギングトルクやトルクリップルを低減させることにより、この速度切替え式モータの作動音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態であるワイパモータの要部を示す断面図である。
【図２】図１に示すワイパモータのＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図１に示すワイパモータの回路構成を示す説明図である。
【図４】図３に示すアーマチュアコイルのスロットへの巻装手順を示す説明図である。
【図５】図４に示す巻装手順の変形例であって、均圧線をアーマチュアコイルと同一の線材で形成する場合を示す説明図である。
【図６】図５に示す巻装手順の変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１に示すワイパモータ１１は自動車等の車両に設けられる車両用のワイパ装置の駆動源として用いられるものである。このワイパモータ１１は作動速度を低速作動と高速作動とに切り替えることができる速度切替え式モータとなっており、ワイパ装置をＬＯモードで作動させるときには低速作動し、ＨＩモードで作動させるときには高速作動するようになっている。
【００２０】
このワイパモータ１１のヨーク（継鉄）１２は鋼材により底付き円筒状に形成されており、その内部にはアーマチュア（電機子）１３が収容されている。アーマチュア１３はアーマチュアシャフト１４を備えており、このアーマチュアシャフト１４がヨーク１２の底部に設けられた軸受１５を介して当該ヨーク１２に回転自在に支持されることにより、アーマチュア１３はヨーク１２の内部で回転自在となっている。
【００２１】
ヨーク１２の開口端にはギヤケース１６が取り付けられ、ギヤケース１６の内部には図示しない減速機が収容されている。減速機としては、例えばウォームギヤ機構が用いられ、アーマチュアシャフト１４の回転は減速機により減速されて図示しない出力軸から出力されるようになっている。
【００２２】
図２に示すように、ヨーク１２の内周面には、４つのマグネット１７ａ〜１７ｄにより界磁部１７が構成されている。これらのマグネット１７ａ〜１７ｄは、それぞれ磁極をヨーク１２の径方向（内外方向）に向けたセグメント形の永久磁石となっており、アーマチュアシャフト１４の回転方向（ヨーク１２の周方向）に等間隔に並べて配置され、接着剤によりヨーク１２の内周面に固定されている。各マグネット１７ａ〜１７ｄはＮ極とＳ極とが回転方向に交互に並ぶように配置され、これにより、ワイパモータ１１の界磁部１７は、極数が４、つまり極対数が２とされている。
【００２３】
なお、極対数とは、界磁部１７が有するＮ極とＳ極の対の数のことである。
【００２４】
アーマチュアシャフト１４にはアーマチュアコア１８が固定されている。このアーマチュアコア１８は、所定形状の多数の珪素鋼板を軸方向に重ねた略円柱状に形成されており、その外周面には回転方向に等間隔に並べて１８のスロット１８ａ〜１８ｒが設けられている。
【００２５】
また、アーマチュアシャフト１４には、アーマチュアコア１８に隣接してコンミテータ（整流子）２１が固定されている。このコンミテータ２１は、その外周面に互いに絶縁された状態で回転方向に等間隔に並べて配置される１８個のコンミテータ片２１ａ〜２１ｒを備えている。
【００２６】
アーマチュアコア１８のスロット１８ａ〜１８ｒには銅線等の線材からなる複数のアーマチュアコイル２２が巻装され、各アーマチュアコイル２２の両端（コイル端）は、それぞれ対応するコンミテータ片２１ａ〜２１ｒに電気的に接続されている。図３に示すように、各アーマチュアコイル２２は所定の巻線方法でスロット１８ａ〜１８ｒに巻装されるが、その詳細については後述する。
【００２７】
ギヤケース１６の内部には樹脂製のホルダベース２３が装着されており、このホルダベース２３には、共通ブラシ（コモンブラシ）２４、低速用ブラシ２５及び高速用ブラシ２６が設けられている。図２に示すように、各ブラシ２４〜２６は、それぞれホルダベース２３に固定されたブラシホルダ２７〜２９によりコンミテータ２１に向けて進退移動自在に支持され、スプリング３１〜３３により付勢された状態でコンミテータ片２１ａ〜２１ｒに摺接している。
【００２８】
低速用ブラシ２５は共通ブラシ２４に対して回転方向に９０度ずれた位置に配置され、高速用ブラシ２６は共通ブラシ２４に対してさらに回転方向に１２０度ずれた位置に配置されており、共通ブラシ２４は正極（プラス極）、低速用ブラシ２５と高速用ブラシ２６は負極（マイナス極）となっている。共通ブラシ２４は低速用ブラシ２５または高速用ブラシ２６のいずれか一方と選択的に対となってアーマチュアコイル２２に駆動電流を供給するようになっており、共通ブラシ２４と低速用ブラシ２５とが対となってアーマチュアコイル２２に駆動電流が供給されるとワイパモータ１１は低速作動し、共通ブラシ２４と高速用ブラシ２６とが対となってアーマチュアコイル２２に駆動電流が供給されるとワイパモータ１１は高速作動するようになっている。
【００２９】
なお、低速作動とはアーマチュアシャフト１４の回転数が高速作動よりも低くなる作動状態のことであり、高速作動とはアーマチュアシャフト１４の回転数が低速作動よりも高くなる作動状態のことである。
【００３０】
このワイパモータ１１の界磁部の極数は４極であり、これに対して、共通ブラシ２４と低速用ブラシ２５、または共通ブラシ２４と高速用ブラシ２６の一対のブラシからアーマチュアコイル２２に駆動電流を供給するようにしている。そのため、このワイパモータ１１では、図３に示すように、互いに回転方向に（３６０／極対数）度つまり１８０度ずれたコンミテータ片２１ａ〜２１ｒ同士を接続部材としての９本の均圧線３４ａ〜３４ｉにより電気的に接続し、これらのコンミテータ片２１ａ〜２１ｒが通電時に同電位となるようにして、複数のアーマチュアコイル２２を４極の磁極に対応した回路構成になるようにしている。これらの均圧線３４ａ〜３４ｉは銅線等の線材により形成されている。
【００３１】
なお、均圧線３４ａ〜３４ｉにより互いに接続される一対のコンミテータ片２１ａ〜２１ｒの角度である（３６０／極対数）度つまり１８０度は、このワイパモータ１１の機械角つまりアーマチュア１３が１回転する角度である３６０度をこのワイパモータ１１の極対数である２で割って算出される角度である。
【００３２】
図４は図３に示すアーマチュアコイルのスロットへの巻装手順を示す説明図である。
【００３３】
前述のように、このワイパモータ１１のアーマチュアコア１８に設けられるスロット１８ａ〜１８ｒの数つまりスロット数は１８、界磁部１７の極対数は２であり、スロット数と極対数の関係つまり界磁部１７のマグネット１７ａから１７ｄの１極対当たりのスロット数は、スロット数／極対数＝奇数（１８／２＝９）となっている。
【００３４】
このようなワイパモータ１１において、アーマチュアコア１８の各スロット１８ａ〜１８ｒに複数のアーマチュアコイル２２を磁気的・電気的に回転方向に均一に分布させた状態で配置するために、本発明では、図４に示す手順で各アーマチュアコイル２２をアーマチュアコア１８の各スロット１８ａ〜１８ｒに巻装するようにしている。以下のこの巻装手順について、図４に基づいて説明する。
【００３５】
まず、図４に示すように、アーマチュアコイル２２の一端つまりアーマチュアコイル２２を構成する銅線等の線材３５の一端を、所定のコンミテータ片２１ｇ（任意の基準位置から回転方向に７番目のコンミテータ片２１ｇ）に接続する。
【００３６】
次に、一端がコンミテータ片２１ｇに接続された線材３５を、所定のスロット１８ａ（任意の基準位置から回転方向に１番目のスロット１８ａ）にまで導き、そのスロット１８ａと当該スロット１８ａから回転方向に４つ分ずれたスロット１８ｅ（任意の基準位置から回転方向に５番目のスロット１８ｅ）との間に巻き付ける。つまり、線材３５は、３つのスロット１８ｂ〜１８ｄを挟んだスロット１８ａとスロット１８ｅの間に巻き付けられる。これらのスロット１８ａ，１８ｅの間に巻き付けられた線材３５は、当該スロット１８ａ，１８ｅの間にアーマチュアコイル２２の第１のコイル部２２ａを構成する。
【００３７】
次に、第１のコイル部２２ａを構成した線材３５を、スロット１８ｅのコンミテータ２１側の開口から引き出して、任意の基準位置から回転方向に１０番目のスロット１８ｊにまで導く。そして、スロット１８ｊにまで導いた線材３５を、そのスロット１８ｊと当該スロット１８ｊから回転方向に４つ分ずれたスロット１８ｎ（任意の基準位置から回転方向に１４番目のスロット１８ｎ）、つまり３つのスロット１８ｋ〜１８ｍを挟んだスロット１８ｊとスロット１８ｎの間に巻き付けて第２のコイル部２２ｂを形成する。第２のコイル部２２ｂのスロット１８ｊ，１８ｎの間への線材３５の巻き付け方向は、第１のコイル部２２ａのスロット１８ａ，１８ｅの間への線材３５の巻き付け方向と同一となっている。
【００３８】
次いで、第２のコイル部２２ｂを形成した線材３５の端部つまり第２のコイル部２２ｂの側のアーマチュアコイル２２のコイル端を、第１のコイル部２２ａの側のコイル端が接続されたコンミテータ片２１ｇに対して回転方向に隣接するコンミテータ片２１ｈ（任意の基準位置から回転方向に８番目のコンミテータ片２１ｈ）に接続する。これにより、アーマチュアコア１８への１つ目のアーマチュアコイル２２の巻装が完了する。１つ目のアーマチュアコイル２２の巻装が完了すると、次いで、１つ目のアーマチュアコイル２２に対して、その巻き始めのコイル端を回転方向に１つずれたコンミテータ片２１ｈに接続するとともに第１のコイル部２２ａと第２のコイル部２２ｂを巻装するスロットを回転方向に１つずらして、１つ目のアーマチュアコイル２２を形成したのと同一の線材３５を順次アーマチュアコア１８の所定のスロット間に巻き付けて、１つの線材３５により直列に設けられた複数のアーマチュアコイル２２をアーマチュアコア１８に巻装していく。
【００３９】
なお、線材３５の各コンミテータ片２１ａ〜２１ｒへの接続は、例えば、コンミテータ片２１ａ〜２１ｒと一体に設けられたフック部に線材３５を引っ掛け、当該フック部をヒュージングすることにより行われる。また、図示する場合では、各コイル部２２ａ，２２ｂは、線材３５をスロット１８ａ〜１８ｒの間に１巻きして形成されているが、これに限らず、スロット１８ａ〜１８ｒの間に線材３５を複数回巻き付けて各コイル部２２ａ、２２ｂを形成するようにしてもよい。
【００４０】
このように、本発明のワイパモータ１１では、各アーマチュアコイル２２は、極対数と同数である２つのコイル部２２ａ、２２ｂを備えるように形成されており、第１のコイル部２２ａと第２のコイル部２２ｂは互いに回転方向に１８０度つまり（３６０／極対数）度ずれた位置に配置され、各コイル部２２ａ、２２ｂは互いにスロット１８ａ〜１８ｒに対する巻き付け方向が同一とされているので、アーマチュアコイル２２を構成する第１のコイル部２２ａと第２のコイル部２２ｂは、同一の線材３５により直列的に設けられるとともに界磁部１７の同一極性の磁極に対して同一の位相で対向することになる。したがって、このような構成で巻装された複数のアーマチュアコイル２２は、回転方向に電気的、磁気的に均等に分布してアーマチュアコア１８に配置されることになるので、アーマチュアコイル２２が回転方向に電気的・磁気的にバランスされて、このワイパモータ１１の作動音が低減されることになる。
【００４１】
また、このワイパモータ１１では、スロット数と極対数の関係、つまり界磁部１７のマグネット１７ａ〜１７ｄの１極対当たりのスロット数が、スロット数／極対数＝奇数（１８／２＝９）となるように構成されているので、Ｎ極のマグネット１７ａ、１７ｃに対するスロット１８ａ〜１８ｒの位置と、Ｓ極のマグネット１７ｂ、１７ｄに対するスロット１８ａ〜１８ｒの位置とが回転方向に相対的なずれを生じて、このワイパモータ１１のコギングトルクやトルクリップルが低減されることになる。
【００４２】
このように、このワイパモータ１１では、界磁部１７のマグネット１７ａ〜１７ｄの１極対当たりのスロット数を奇数に設定し、アーマチュアコイル２２を、その一端を隣り合うコンミテータ片２１ａ〜２１ｒの一方に接続し、他端を隣り合うコンミテータ片２１ａ〜２１ｒの他方に接続するとともに、磁極の極対数と同数の２つのコイル部２２ａ、２２ｂを、互いに回転方向に１８０度ずれた位置に配置し、当該位置において３つのスロットを挟んだ一対のスロット間に互いに同一方向に巻き付けてアーマチュアコア１８に巻装するようにしたので、アーマチュアコイル２２を回転方向に均一に分布配置して電気的、磁気的にバランスさせつつワイパモータ１１のコギングトルクやトルクリップルを低減させることができる。これにより、このワイパモータ１１の作動音を低減することができる。
【００４３】
また、このワイパモータ１１では、互いに１８０度ずれたコンミテータ片２１ａ〜２１ｒ同士を均圧線３４ａ〜３４ｉにより接続するようにしたので、共通ブラシ２４と低速用ブラシ２５とを対として通電しているときに、高速用ブラシ２６が隣り合うコンミテータ片同士を短絡してショートコイルを生じ、有効導体数が変化して各ブラシ２４、２５に循環電流が流れても、この循環電流を均圧線３４ａ〜３４ｉに流してブラシ２４、２５の整流効果を高めて、ブラシ２４、２５の耐久性を高めることができる。
【００４４】
図５は図４に示す巻装手順の変形例であって、均圧線をアーマチュアコイルと同一の線材で形成する場合を示す説明図であり、図６は図５に示す巻装手順の変形例を示す説明図である。なお、図５、図６においては、前述した部材に対応する部材には同一の符号を付してある。
【００４５】
図４に示す場合では、１つの線材３５を順次所定のスロット１８ａ〜１８ｒに巻き付けて複数のアーマチュアコイル２２をアーマチュアコア１８に巻装するとともに、アーマチュアコイル２２とは別の線材を用いて形成した均圧線３４ａ〜３４ｉにより各コンミテータ片２１ａ〜２１ｒを接続するようにしているが、図５に示すように、アーマチュアコイル２２と均圧線３４ａ〜３４ｉとを同一の線材３５により形成するようにしてもよい。
【００４６】
この場合、まず、アーマチュアコイル２２の一端つまりアーマチュアコイル２２を構成する線材３５の一端を、所定のコンミテータ片２１ｋ（任意の基準位置から回転方向に１１番目のコンミテータ片２１ｋ）に接続する。
【００４７】
次に、一端がコンミテータ片２１ｋに接続された線材３５を、図４に示す場合と同様に、所定のスロット１８ａ、１８ｅの間に巻き付けて第１のコイル部２２ａを形成し、次いで、所定のスロット１８ｊ、１８ｎの間に巻き付けて第２のコイル部２２ｂを形成する。そして、第２のコイル部２２ｂを形成した線材３５の端部つまり第２のコイル部２２ｂの側のアーマチュアコイル２２のコイル端を、所定のコンミテータ片２１ｃ（図示する場合では、任意の基準位置から回転方向に３番目のコンミテータ片２１ｃ）に接続する。これにより、アーマチュアコア１８に１番目のアーマチュアコイル２２が巻装される。
【００４８】
次に、第２のコイル部２２ｂの側のコイル端として所定のコンミテータ片２１ｃに接続された線材３５を、当該コンミテータ片２１ｃに対して回転方向に１８０度つまり（３６０／極対数）度ずれたコンミテータ片２１ｌに接続して均圧線３４ａを形成する。つまり、次のアーマチュアコイル２２を形成するためにスロット１８ｂ、１８ｆに線材３５を巻装する前に、第２のコイル部２２ｂの側のコイル端が接続されるコンミテータ片２１ｃとこのコンミテータ片２１ｃに対して回転方向に１８０度ずれたコンミテータ片２１ｌとの間に線材３５を接続して均圧線３４ａを形成する。このとき、コンミテータ片２１ｃからコンミテータ片２１ｌへの線材３５の引き出し方向は、第１のコイル部２２ａから第２のコイル部２２ｂへの線材３５の引き方向とは反対向きとされている。
【００４９】
均圧線３４ａを形成した線材３５は、コンミテータ片２１ｌから所定のスロット１８ｂ（図示する場合では、任意の基準位置から回転方向に２番目のコンミテータ片１８ｂ）にまで導かれ、以下、前述した１つ目のアーマチュアコイル２２と同様の手順で順次アーマチュアコア１８ｂに巻装されるとともに、各コンミテータ片２１ａ〜２１ｒが均圧線３４ａ〜３４ｉにより互いに接続されていく。なお、この場合では、アーマチュアコイル２２の他端は均圧線３４ａ〜３４ｉを介して、アーマチュアコイル２２の一端が接続されるコンミテータ片２１ｋに隣接するコンミテータ片２１ｌに接続されることになる。
【００５０】
アーマチュアコイル２２と均圧線３４ａ〜３４ｉとを同一の線材３５により形成する構成としては、図５に示すものに限らず、図６に示す構成としてもよい。
【００５１】
この場合、まず、アーマチュアコイル２２の一端つまりアーマチュアコイル２２を構成する線材３５の一端を、所定のコンミテータ片２１ｑ（任意の基準位置から回転方向に１７番目のコンミテータ片２１ｑ）に接続する。次に、一端をコンミテータ片２１ｑに接続した線材３５を、図４に示す場合と同様に、所定のスロット１８ｆ、１８ｊの間に巻き付けて第１のコイル部２２ａを形成し、次いで、所定のスロット１８ｏ、１８ａの間に巻き付けて第２のコイル部２２ｂを形成する。そして、第２のコイル部２２ｂを形成した線材３５の端部つまり第２のコイル部２２ｂの側のアーマチュアコイル２２のコイル端を、回転方向に１周させてから所定のコンミテータ片２１ｐ（任意の基準位置から回転方向に１６番目のコンミテータ片２１ｐ）に接続する。これにより、アーマチュアコア１８に１つ目のアーマチュアコイル２２が巻装される。
【００５２】
次に、コンミテータ片２１ｐに接続された線材３５を、当該コンミテータ片２１ｐに対して回転方向に１８０度つまり（３６０／極対数）度ずれたコンミテータ片２１ｇに接続して均圧線３４ａを形成する。つまり、この場合においても、２つ目のアーマチュアコイル２２を形成するためにスロット１８ｎ、１８ｒの間に線材３５を巻装する前に、コンミテータ片２１ｐとこのコンミテータ片２１ｐに対して回転方向に１８０度ずれたコンミテータ片２１ｇとの間に線材３５を接続して均圧線３４ａを形成する。このとき、コンミテータ片２１ｐからコンミテータ片２１ｇへの線材３５の引き出し方向は、第１のコイル部２２ａから第２のコイル部２２ｂへの線材３５の引き方向とは反対向きとされている。
【００５３】
均圧線３４ａを形成した線材３５は、そのコンミテータ片２１ｇから所定のスロット１８ｎ（任意の基準位置から回転方向に１４番目のスロット１８ｎ）にまで導かれ、以下、前述した１つ目のアーマチュアコイル２２と同様な手順で順次アーマチュアコアに巻装されるとともに、各コンミテータ片２１ａ〜２１ｒが均圧線３４ａ〜３４ｉにより互いに接続されていく。この場合には、アーマチュアコイル２２の両端は、隣り合うコンミテータ片に、図４に示す場合とは逆の順序で接続される。
【００５４】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前記実施の形態においては、モータ極数つまり界磁部１７の極数が４極のワイパモータ１１に本発明を適用した場合が示されているが、これに限らず、４極以上で偶数個であれば、例えば極数が６極や８極のワイパモータに本発明を適用してもよい。
【００５５】
また、前記実施の形態においては、ワイパモータ１１のスロット数は１８とされているが、これに限らず、モータ極数との関係が、スロット数／極対数＝奇数に設定されるように任意に設定することができる。
【００５６】
さらに、前記実施の形態においては、コンミテータ片同士を接続する接続部材として線材で形成された均圧線３４ａ〜３４ｉを用いるようにしているが、これに限らず、コンミテータ片同士を接続することができる部材であれば、例えば導電板など、他の部材を用いるようにしてもよい。
【００５７】
さらに、前記実施の形態においては、本発明を車両用のワイパ装置の駆動源として用いられるワイパモータ１１に適用した場合を示しているが、これに限らず、作動速度を切り替えることができるモータであれば、他の用途のモータに本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１１ ワイパモータ（速度切替え式モータ）
１２ ヨーク
１３ アーマチュア
１４ アーマチュアシャフト
１５ 軸受
１６ ギヤケース
１７ 界磁部
１７ａ〜１７ｄ マグネット
１８ アーマチュアコア
１８ａ〜１８ｒ スロット
２１ コンミテータ
２１ａ〜２１ｒ コンミテータ片
２２ アーマチュアコイル
２２ａ 第１のコイル部
２２ｂ 第２のコイル部
２３ ホルダベース
２４ 共通ブラシ
２５ 低速用ブラシ
２６ 高速用ブラシ
２７〜２９ ブラシホルダ
３１〜３３ スプリング
３４ａ〜３４ｉ 均圧線（接続部材）
３５ 線材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低速作動と高速作動とに作動速度を切り替え可能な速度切替え式モータであって、
アーマチュアシャフトを回転自在に支持するヨークと、
回転方向に並ぶ少なくとも４以上で偶数の極数の磁極を備え、前記ヨークの内面に設けられる界磁部と、
回転方向に並ぶ複数のスロットを備え、前記アーマチュアシャフトに固定されるアーマチュアコアと、
回転方向に並ぶ複数のコンミテータ片を備え、前記アーマチュアシャフトに固定されるコンミテータと、
それぞれ前記スロットに巻装され、両端が前記コンミテータ片に接続される複数のアーマチュアコイルと、
前記コンミテータ片に摺接する低速用ブラシと、
前記低速用ブラシに対して回転方向にずれて前記コンミテータ片に摺接する高速用ブラシと、
前記コンミテータ片に摺接し、前記低速用ブラシまたは前記高速用ブラシのいずれか一方と選択的に対となって前記アーマチュアコイルに駆動電流を供給する共通ブラシと、
それぞれ回転方向に（３６０／極対数）度ずれた前記コンミテータ片同士を接続する複数の接続部材とを有し、
前記アーマチュアコアのスロット数と前記界磁部の磁極の極対数との関係が、スロット数／極対数＝奇数に設定され、
前記アーマチュアコイルは、その一端が隣り合う前記コンミテータ片の一方に接続され、他端が隣り合う前記コンミテータ片の他方に接続されるとともに、極対数と同数のコイル部を備え、複数の前記コイル部は、互いに回転方向に（３６０／極対数）度ずれた位置に配置されるとともに、当該位置において所定数の前記スロットを挟んだ一対の前記スロット間に互いに同一方向に巻き付けられて前記アーマチュアコアに巻装されていることを特徴とする速度切替え式モータ。
【請求項２】
請求項１記載の速度切替え式モータにおいて、前記磁極の極数が４、前記スロット数が１８であり、前記コンミテータは１８の前記コンミテータ片を備え、複数の前記アーマチュアコイルはそれぞれ２つの前記コイル部を備えており、それぞれの前記コイル部は互いに回転方向に１８０度ずれて配置されるとともに、３つの前記スロットを挟んだ一対の前記スロット間に巻き付けられていることを特徴とする速度切替え式モータ。
【請求項３】
請求項１または２記載の速度切替え式モータにおいて、複数の前記アーマチュアコイルと複数の前記接続部材とを同一の線材により形成したことを特徴とする速度切替え式モータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の速度切替え式モータにおいて、車両用のワイパ装置の駆動源として用いられることを特徴とする速度切替え式モータ。
【請求項１】
低速作動と高速作動とに作動速度を切り替え可能な速度切替え式モータであって、
アーマチュアシャフトを回転自在に支持するヨークと、
回転方向に並ぶ少なくとも４以上で偶数の極数の磁極を備え、前記ヨークの内面に設けられる界磁部と、
回転方向に並ぶ複数のスロットを備え、前記アーマチュアシャフトに固定されるアーマチュアコアと、
回転方向に並ぶ複数のコンミテータ片を備え、前記アーマチュアシャフトに固定されるコンミテータと、
それぞれ前記スロットに巻装され、両端が前記コンミテータ片に接続される複数のアーマチュアコイルと、
前記コンミテータ片に摺接する低速用ブラシと、
前記低速用ブラシに対して回転方向にずれて前記コンミテータ片に摺接する高速用ブラシと、
前記コンミテータ片に摺接し、前記低速用ブラシまたは前記高速用ブラシのいずれか一方と選択的に対となって前記アーマチュアコイルに駆動電流を供給する共通ブラシと、
それぞれ回転方向に（３６０／極対数）度ずれた前記コンミテータ片同士を接続する複数の接続部材とを有し、
前記アーマチュアコアのスロット数と前記界磁部の磁極の極対数との関係が、スロット数／極対数＝奇数に設定され、
前記アーマチュアコイルは、その一端が隣り合う前記コンミテータ片の一方に接続され、他端が隣り合う前記コンミテータ片の他方に接続されるとともに、極対数と同数のコイル部を備え、複数の前記コイル部は、互いに回転方向に（３６０／極対数）度ずれた位置に配置されるとともに、当該位置において所定数の前記スロットを挟んだ一対の前記スロット間に互いに同一方向に巻き付けられて前記アーマチュアコアに巻装されていることを特徴とする速度切替え式モータ。
【請求項２】
請求項１記載の速度切替え式モータにおいて、前記磁極の極数が４、前記スロット数が１８であり、前記コンミテータは１８の前記コンミテータ片を備え、複数の前記アーマチュアコイルはそれぞれ２つの前記コイル部を備えており、それぞれの前記コイル部は互いに回転方向に１８０度ずれて配置されるとともに、３つの前記スロットを挟んだ一対の前記スロット間に巻き付けられていることを特徴とする速度切替え式モータ。
【請求項３】
請求項１または２記載の速度切替え式モータにおいて、複数の前記アーマチュアコイルと複数の前記接続部材とを同一の線材により形成したことを特徴とする速度切替え式モータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の速度切替え式モータにおいて、車両用のワイパ装置の駆動源として用いられることを特徴とする速度切替え式モータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１９３６９２（Ｐ２０１１−１９３６９２Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５９６４０（Ｐ２０１０−５９６４０）
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（０００１４４０２７）株式会社ミツバ (2,083)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（０００１４４０２７）株式会社ミツバ (2,083)
【Ｆターム（参考）】
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