旋转电机 【技术领域】
本发明涉及具有由多个整流子片构成的整流子的旋转电机。
技术背景
图11为现有旋转电机一电动转向用电动机100的侧剖视图。这种电动转向用电动机100设有：圆筒状的轭铁101；固定在该轭铁101内、由永久磁铁构成的极数为4的磁极102；通过轴承103而可旋转自如地设在支架102内的旋转轴104；固定在该旋转轴104上的电枢105；固定在旋转轴104端部的整流子106；利用弹簧(未图示)的弹力而与该整流子106的表面抵接且由刷握107保持的电刷108。
电枢105具有：设有沿轴线方向延伸的22个槽110的铁心109；将导线以叠绕方式卷绕在槽110内而构成的绕组111。
中空圆柱状整流子106设有：等距配设的22个铜制的整流子片；配设于整流子片112间、且将相邻整流子片112间绝缘保持的树脂材料。
4极、叠绕方式的上述电动转向用电动机100，通过与整流子片112抵接地电刷108从外部对绕组111供电，由此，电枢105在电磁作用下与旋转轴104一起旋转。
图12及图13是表示绕组111、磁极102、整流子106及电刷108的安装位置关系、平面展开各部件沿旋转方向圆筒状配置的绕组说明图。
图11的电机转向用电动机100有22个齿、22个整流子片112、4个磁极102，但为易于明白绕组111的构成要素的各绕组部114及各整流子片112相互的连接关系，作相当360°以上(720°)的拉长表示。
有N、S标志部分表示磁极102，最下部带+、-标志部分表示电刷108。N、S标志的下侧带1～22编号的四角表示划分槽110的齿113，电刷108的正上带1～22编号的四角表示整流子片112。
绕组111如图14所示，采用所谓的双层叠绕构造，即：在相邻的两个整流子片112间并列连接2个绕组部114。其中，图12为铁心109的径向外侧(上段)的电枢105的绕组说明图，图13为铁心109的径向内侧(下段)的电枢105的绕组说明图。
该双层叠绕的绕组111与单层叠绕相比，由于可将导线作成很细，所以有利于提高绕线作业性。
并且，在图14中，虚线所示的绕组部114如图15所示，电刷108与两个整流子片112抵接，在整流子片间为等电位，该虚线的绕组部114未流过电流。
在全部设有22个整流子片112的本例中，绕组111的上段侧及下段侧分别配置有22个绕组部114A、114B，在上段与下段中，并不是将绕组部114收容于同一槽110内，而是如图16(a)～(c)所示，配置于磁性对称位置的各槽内。
这里，如着重于导线部115A、115B连接在整流子片112的No.12与No.13间的绕组111的上段侧的绕组部114A及下段侧的绕组部114B，则上段侧的绕组部114A通过在齿113的No.10与No.11间的槽110、以及齿113的No.15与No.16间的槽110间多次卷绕导线而构成，且位于整流子片112的No.12与No.13的近正上位置。另外，下段侧的绕组部114B通过在齿113的No.21与No.22间的槽110、以及齿113的No.4与No.5间的槽110间多次卷绕导线而构成，且位于整流子片112的No.1与No.2的近正上位置。即：以同一整流子片112的No.12为起点、以同一整流子片112的No.13为终点的上段侧绕组部114A与下段侧的绕组部114B位于按机械角相隔180°的位置处。
通过上述配置，即使单侧的电刷108产生不良情况，或由于固体差而有微妙的特性差异，由于始终同步整流的绕组部114配置于机械平衡的位置，所以可抑制电磁力产生的振动。
在上述构造的电动转向装置用电动机100中，从图13中得知，与整流子片112连接的绕组111的下段侧的绕组部114各导线部115B较长，且相互交叉，所以除了电枢105的绕组末端部变大外，卷绕导线、制作绕组111的绕线作业难以进行，并且易产生绕组111绝缘不好的问题。
为解决上述问题，本发明的目的是，提供一种配置于机械平衡的位置的绕组部的导线部不会交叉，可卷绕导线、提高制作绕组的绕线作业性，并抑制绝缘不良的旋转电机。
发明的公开
本发明权利要求1中所述的旋转电机具有：轭铁；固定于该轭铁内的磁极；可旋转自如地设在上述轭铁内的旋转轴；电枢，其设有由在固定于该旋转轴上的铁心外周面沿轴向延伸而成的多个槽间叠绕导线形成的多个绕组部所构成的绕组；设有固定在上述旋转轴上、同时上述绕组两端部电气连接的多个整流子片的整流子；与上述整流子片表面抵接的多个电刷，上述整流子片间，并列连接有n个(n为上述磁极的极数及上述槽数的公约数，但在2以上)的上述绕组部，并且，该绕组部相对机械角360度相互对称配置，从上述整流子片看，在圆周方向最近的上述绕组部的其他绕组部的各导线部向同一圆周方向导出。
本发明权利要求2所述的旋转电机，具有：旋转轴；电枢，其设有由在固定于该旋转轴上的铁心外周面沿轴线方向延伸而成的多个槽间以叠绕及曲绕方式卷绕导线形成的多个叠绕绕组部及曲绕绕组部所构成的绕组；具有固定在上述旋转轴上、同时上述叠绕绕组部及上述曲绕绕组部的各自两端部的导线部均电气连接的多个整流子片的整流子；与上述整流子片表面抵接的多个电刷，互为一方的上述导线部连接于同一上述整流子片上的上述叠绕绕组部和上述曲绕绕组部相对机械角360度相互对称配置，并且，曲绕绕组部的两导线部向同一圆周方向导出。
本发明权利要求3所述旋转电机中，绕组部由相互并列连接的多个小绕组部构成。
本发明权利要求4所述旋转电机中，槽及整流子片数为22个，极数为4，整流子片间并列连接有2个绕组部。
本发明权利要求5所述旋转电机中，设有将应为等同位的整流子片予以连接的等压线。
本发明权利要求6所述旋转电机中，导线和等压线由相同构件构成，并且，绕组及等压线连续连接。
本发明权利要求7所述旋转电机中，导线为漆包圆线。
本发明权利要求8所述旋转电机中，旋转电机为电动转向用电动机。
附图的简单说明
图1为本发明第一实施形态的电动转向装置用电动机的剖视图。
图2为图1电动转向装置用电动机的绕组的上段侧的绕线说明图。
图3为图1的电动转向装置用电动机的绕组的下段侧的绕线说明图。
图4为并弄连接的绕组部的变形例。
图5为并列连接的绕组部的又一变形例。
图6为本发明第2实施形态的电动转向装置用电动机绕组的下段的绕线说明图。
图7为图6电动转向装置用电动机的电气回路图。
图8为本发明实施形态3的电动转向装置用电动机绕组的下段侧的绕线说明图。
图9为图的电动转向装置用电动机的电气回路图。
图10为本发明实施形态4的电动转向装置用电动机绕组的下段侧的绕线说明图。
图11为现有电动转向装置用电动机的剖视图。
图12为图11的电动转向装置用电动机的绕组的上段侧的绕线说明图。
图13为图11电动转向装置用电动机的绕组的下段侧的绕线说明图。
图14为图11的电动转向装置用电动机的电气回路图。
图15为图11的电刷与整流子片的关系图。
图16为图11绕组部的位置关系的说明图。
实施形态
下面说明一下本发明各实施形态。与现有形态相同或类似的部分，标注相同符号加以说明。
实施形态1
图1为本发明第1实施形态的旋转电机—电动转向装置用电动机1的剖视图。图2和图3为图1的电动转向装置用电动机1的绕组说明图。
该电动转向装置用电动机1具有：圆筒状轭铁101；固定于该轭铁101内、由永久磁铁构成的磁极102；通过轴承103而在可旋转自如地设于支架102内的旋转轴104；固定于该旋转轴104上的电枢2；固定于旋转轴104端部的整流子106；利用弹簧(未图示)弹力而与该整流子106表面抵接并由刷握107保持的电刷108。
电枢2具有：设有沿轴线方向延伸的多个槽110的铁心109；将导线以叠绕方式卷绕在槽110上而构成的绕组3。
中空圆柱状整流子106设有：等间距配设的22个铜制的整流子片112；将整流子片112间绝缘保持的树脂材料。
4极、叠绕方式的上述电动转向装置用电动机1中，通过与整流子片112抵接的电刷108从外部对绕组3供给电，由此，电枢2利用电磁作用而与旋转轴104一起旋转。
图2和图3是用来表示绕组3、磁极102、整流子106及电刷108的安装位置关系、而分别平面展开各部件在旋转方向圆筒状配置的绕组说明图。
在图1的电动转向装置用电动机1中，设有22个齿113、22个整流子片112、4个磁极102。为易于明白各绕组部4及各整流子片112的相互连接关系，作相当360度以上(720度)的拉长表示。
带N、S标志的部分表示磁极102，最下部带+、-标志的部分表示电刷108。N、S标志的下面带1～22编号的四角表示划分槽110的齿113。电刷108的上面带1～22编号的四角表示整流子片112。以整流子片112为起点，通过槽110而与磁极102相对，其他的返回到整流子片112的线群是作为绕组3的构成要素的绕组部4。
本例的绕组3是所谓双层叠绕的构造，即：整流子片112间通过2个绕组部4连接。其中，图2为铁心109的径向外侧(上段)的绕组图。图3为铁心109的径向内侧(下段)的绕组说明图。
此时，整流子片112间的并列回路部数为2，上段侧及下段侧分别配置有22个绕组部4。在上段侧及下段侧，2个绕组部4并不是收容于同一槽110内，而配置于相互磁性对称的槽110中。
这里，如着重于两端部在整流子片112的No.8和No.9间连接的上段侧的绕组部4A以及下段侧的绕组部4B，则上段侧的绕组部4A通过齿113的No.6与No.7间的槽110和齿113的No.11与No.12间的槽110间多次卷绕导线而制成，且位于整流子片112的No.8与No.9的近正上位置。下段侧绕组部4B通过齿113的No.17与No.18间槽110和齿113的No.22与No.1间的槽110间多次卷绕导线而制成，且位于整流子片112的No.19与No.20的近正上位置。即：以同一整流子片112的No.8为起点、以同一整流子片112的No.9为终点的上段绕组部4A与下段绕组部4B位于机械角相隔180度的位置处。
通过此种配置，即使单侧的电刷108产生不良情况，或由于固体差而产生微妙的特性偏差，由于始终同步整流的绕组部4配置于机械平衡的位置，所以可抑制电磁力引起的振动。
在现有技术中，在电枢105的下段侧，绕组部114的两端部各导线部115B相互交叉，与此相比，在本实施形态1中，下段侧的绕组部4两端部导线部5B向同一方向导出，各导线5B不会重叠。因此，易于卷绕导线而制作绕组3的绕线作业，还可抑制绝缘不良。
如图4所示，绕组部4也可由相互并列连接的多个小绕组部40构成。此时，小绕组部40导线可以做得很细，故有利于提高导线的卷绕作业性。
在本实施形态中，槽数为22、极数为4，整流子片112间的并列回路部数为2，即，并列连接2个绕组部4的电枢2，但当然不受此限定。例如：如图5所示，也可在6极、槽数为24的情况下，并列回路数为3，3个绕组部可以以120度机械角间隔配置。此时，也可将1个绕组部配置于通过导线部连接的整流子片的附近，剩余的2个绕组部向同一方向导出，以免这些导线部重叠。
从电磁力均一化的观点出发，整流子片112间的绕组部4的数n必须为磁极102的极数及槽110数的公约数。例如，在6极、槽数为24的情况下，6和24的公约数为1、2、3、6，绕组部数量可为1、2、3、6，但在绕组部数选1时，整流子片112间无法形成并列回路，所以n不能为1。
实施形态2
图6为本发明实施形态2的电动转向装置用电动机的绕组3的下段侧绕组说明图。绕组3的上段侧的绕组说明图与图2相同。
在实施形态2中，等电位的整流子片112间通过等压线11连接，这一点与实施形态1不同。
在实施形态2的电动转向装置用电动机中，利用等压线11电气连接应为等电位的整流子片112，除了可防止由于绕组3的电刷108间各回路部之间产生的感应电压差而通过回路部流至电刷108的循环电流外，还可抑制由于各回路部间绕组部4的数目差而产生的磁性吸力失衡。
下面说明一下其内容。图7为电枢10的各绕组部4与各整流子片112连接的电气回路图。在下述说明中，除数字外，还附加字母来说明电刷、整流子片及绕组的各部件。
例如，当本来第1电刷108A及第3电刷108C上应抵接有3个整流子片112、第2电刷108B及第4电刷108D上应抵接有2个整流子片112时，会在极短时间内，第1电刷108A只与第1及第2的2个整流子片112a、112x抵接。其结果，本来在第1至第4电刷108A～108D间的第1至第4电气回路部119a～119d中，绕组部4的数量此时应均为4个，但会产生不同。也就是说，在第1线路部119a，设有5个绕组部114，即：第1绕组部4a至第5绕组部4e。因此，流到第1电路部119a的电流(イ)与流到第3电路部119c的电流(ロ)本来应为相同值，但成为不同值。其结果，作用于电枢10的磁性吸力会失衡，电枢10产生附加振力，产生动作声。但是，由于整流子片112e与112p间通过等压线200电气连接，所以，第1电压线路部119a的整流子片112e与第3电路部119c的整流子片112p成为等电压，由于磁性吸力平衡，所以可降低附加振力。并且，在图7中，只表示2根等压线200，省略了其他10根等压线。
接着说明一下电枢10的各绕组部4与各整流子片112连接、且整流子片112间由等压线11连接的顺序。导线及等压线11使用相同构件的漆包圆线，绕组3及等压线11连续连接。
例如：在表示绕组3的下段侧(径向内侧)的图6中，利用导线部5B而接连在整流子片112的No.8上的叠绕绕组部4B，通过在齿113的No.17与No.18间的槽110和齿113的No.22与No.1间的槽110间多次卷绕导线而构成，并用导线部5B与整流子片112的No.9连接。然后，从整流子片112的No.9中导出的等压线11与整流子片112的No.20连接。接着，利用导线部5B而连接在整流子片112的No.10上的绕组部4B，通过将导线多次卷绕在齿113的No.19与No.20间的槽110和齿113的No.2与No.3间的槽110间而构成，并用导线部5B与整流子片112的No.11连接。这样，一边改变槽110的位置一边形成各绕组部4B，制成绕组111的下段侧。
然后，制造绕组3的上段侧(径向外侧)。在上段侧，在图2中，利用导线部5A而连接在整流子片112的No.8上的叠绕绕组部4A，通过将导线多次卷绕在齿113的No.6与No.7间的槽110和齿113的No.11与No.12间的槽110间而构成，并通过导线部5A与整流子片112的No.9连接。接着，利用导线部5A而连接在整流子片112的No.9上的绕组部4A，通过将导线多次卷绕在齿113的No.7与No.8间的槽110和齿113的No.12与No.13间的槽110间而构成，并用导线部5A与整流子片112的No.10连接。这样，所连接的整流子片112及安装的槽110相对一个一个邻接的整流子片112及槽110位置发生改变，而同时形成各绕组部4A，制成绕组3的上段侧。
实施形态3
图8为本发明实施形态3的电动转向装置用电动机的绕组21的下段侧绕组图。图9为绕组21的电气回路图。绕组的上段侧绕线图与图2相同。
在实施形态3中，关于电枢20的绕组21的外径侧的上段侧绕组部4A，与实施形态1及2相同，为叠绕方式，所连接的整流子片112及安装的槽110相对一个一个邻接的整流子片112及槽110发生位置变化，而同时形成各绕组部4A，制成绕组21的上段侧。
另一方面，如图8所示，电枢20的绕组21的内径侧的下段侧绕组部22B，采用所谓的曲绕方式，并且各绕组部22B配置于机械上正好相对的位置(约180度间隔位置)处。
例如，利用导线部23B连接在整流子片112的No.9上的曲绕绕组部22B，通过将导线多次卷绕在齿113的No.18与No.19间的槽110和齿113的No.1与No.2间的槽110间而构成，并用导线部23B与整流子片112的No.21连接。利用导线部23B连接在整流子片112的No.21上的曲绕绕组部22B，通过将导线多次卷绕在齿113的No.8与No.9间的槽和齿113的No.13与No.14间的槽间而构成，并用曲绕导线部23B与整流子片112的No.11连接。
在实施形态3中，从整流子片112的No.9出发的绕组部22B并不以整流子片10为终点，而是连接到与其相隔180度的整流子片21上。采用这种连线时，关于某个旋转方向，可与实施形态1一样，获得电磁力的平衡。对于逆方向，由于无法获得平衡，所以在电刷特性出现偏差时，会有电磁附加振力产生之虞。即：在本实施形态3中，对于旋转方向固定为一个方向的用途，可尽可能缩短导线部23B，并获得电磁力的平衡。
并且，对于曲绕的绕组部，也可由并列连接的多个小绕组部构成。并且，即使是叠绕的绕组部，也可通过相互并列连接的多个小绕组部构成。通过由小绕组部构成绕组，可使导线相应变细，有利于提高导线的绕线作业性。
实施形态4
图10为本发明实施形态4的电动转向装置用电动机的电枢30的绕组31的下段侧绕组图。并且，绕组31的上段侧与图2相同。
在实施形态4中，与实施形态3不同的是，将作为等同位的整流子片112间用等压线11连接。
在实施形态4的电动转向装置用电动机中，应为等电位的整流子片112间用等压线11接电连接，除了可防止由于绕组31的电刷108间的各回路部之间产生的感应电压差而通过电气回路部流至电刷108的循环电流外，还可抑制由于各电气回路部间的绕组部32的数目差而产生的磁性吸力失衡。
即使在实施形态4中，也与实施形态2一样，导线及等压线11使用同一构件制成的漆包圆线，也可连续连接绕组31及等压线11。并且，在制作绕组时，既可利用绕线机的一个喷嘴制作绕组，也可利用多个喷嘴同时卷绕导线来制作绕组。并且，对于等压线11，也可根据需要适当削减。在上述各实施形态1至4中，绕组的上段侧的绕组部与下段侧的绕组部的配置也可作成相反。当然，本发明也可适用于电动转向装置用电动机以外的旋转电机。
如上所述，采用本发明权利要求1所述的旋转电机，由于具有：轭铁；固定于该轭铁内的磁极；可旋转自如地设在上述轭铁内的旋转轴；电枢，其设有由在固定于该旋转轴上的铁心外周面沿轴向延伸而成的多个槽间叠绕导线形成的多个绕组部所构成的绕组；设有固定在上述旋转轴上、同时上述绕组两端部的导线部电气连接的多个整流子片的整流子；与上述整流子片表面抵接的多个电刷，上述整流子片间，并列连接有n个(n为上述磁极的极数及上述槽数的公约数，但在2以上)的上述绕组部，并且，绕组部相对机械角360°相互对称配置，从上述整流子片看，在圆周方向最近的上述绕组部的其他绕组部的各导线部均向同一圆周方向导出，所以，配置于机械上平衡的位置的绕组部的导线部不会交叉，从而提高了绕线作业性，并可抑制绝缘不良。
采用本发明权利要求2所述的旋转电机，由于具有：轭铁；电枢，其设有由在固定在该支架上的铁心外周面沿轴线方向延伸而成的多个槽间以叠绕、曲绕方式卷绕导线形成的多个叠绕绕组部及曲绕绕组部所构成的绕组；设有固定在上述旋转轴上、同时上述叠绕绕组部及上述曲绕绕组部的两端导线部均电气连接的多个整流子片的整流子；与上述整流子片表面抵接的多个电刷，互为一方的上述导线部连接于同一上述整流子片上的上述叠绕绕组部和上述曲绕绕组部相对机械角360度相互对称配置，并且，曲绕绕组部的两导线部向同一圆周方向导出，所以配置于机械上平衡的位置的曲绕绕组部的导线部不会交叉，从而提高了绕线作业性，并可抑制绝缘不良。
采用本发明权利要求3所述旋转电机，由于绕组部由相互并列连接的多个小绕组部构成，所以，卷绕在铁心上的小绕组部的导线变细，提高了绕线的作业性，可实现旋转电机的小型化。
采用本发明权利要求4所述旋转电机，由于槽及整流子片数为22个，极数为4，整流子片间2个绕组部并列连接，所以，可将整流子间的2个绕组部配置于相对的位置。
由于本发明的权利要求5所述旋转电机，由于设有将应为等电位的整流子片予以连接的等压线，所以，可防止由于绕组的电刷间各电气回路部之间产生的感应电压而通过电气回路部流至电刷的循环电流，也可抑制由于各电气回路部间绕组部数目差而产生的磁性吸力失衡，实现静音化。特别是，即使负荷电流发生变动，旋转电机声音变化也很小，所以，也适用于象电动转向用电动机那样的负荷状态频繁变化的情况。
采用本发明权利要求6所述的旋转电机，由于导线及等压线由相同构件构成，并连续连接，所以极大地提高了旋转电机的制造效率。
采用本发明权利要求7所述的旋转电机，由于导线为漆包圆线，所以可容易实现铁心上卷绕导线、制作绕组工序的机械化，可使电枢的批量生产，降低旋转电机的制造成本。
采用本发明权利要求8所述的旋转电机，由于旋转电机为电动转向用电动机，所以可得到低噪音、低成本及可靠性高的电动转向用电动机。