CN1841888A

CN1841888A - 小型马达

Info

Publication number: CN1841888A
Application number: CN 200610071927
Authority: CN
Inventors: 松下郁男; 植西英史
Original assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Current assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2026-04-03
Also published as: CN100592608C; JP2006288112A

Abstract

即使碳刷经长时间使用而磨损，也能够从马达电流波形稳定地得到输出脉冲，由此对马达的旋转进行检测并能够对马达的旋转进行控制。本发明的碳刷在处于磨损状态时，可产生相当于碳刷的周向的后端部离开旋转的第1整流片时被切断的马达电流、和碳刷的周向的前端部已经与旋转方向上先行的第2整流片接触而正在流动的马达电流之间的电流差的台阶，从而能够根据该台阶输出反映马达旋转位置的脉冲。碳刷的与周向的前端部与后端部之间的距离相当的碳刷宽度足够小而能够准确无误地产生脉冲，是一个整流片的周向长度的21～28％。

Description

小型马达

技术领域

本发明涉及小型马达，特别是，根据马达电流的波形输出反映马达旋转位置的脉冲用于位置控制的小型马达。

背景技术

图12(A)是现有的小型马达从整流子处剖开的剖视图。而(B)是将与该整流子部滑动接触的一对碳刷中的一个拆下后加以展示的放大图。如图所示，在小型马达中，在转子轴上通过树脂制造的整流子芯安装有整流子，并且，与该旋转的整流子滑动接触的碳刷通过刷握安装在端盖上。端盖嵌在马达机壳的开口部中。图示的整流子由3个整流片构成，各整流片之间分别有槽。

过去，一般将具有上述由3个整流片构成的整流子的有碳刷有铁心马达的碳刷的宽度(周向长度)，设计为一个整流片的周向长度的40～60％。例如，汽车反光镜镜面驱动用马达使用这种普通马达。

图13示出由5个整流片构成的整流子的例子。对于这种具有超过3个整流片的马达，也采用碳刷的宽度相对于一个整流片的周向长度在30％以上的设计。

此外，众所周知，碳刷的宽度较小(不是相对于一个整流片的周向长度，而是相对于整流子周向长度的8％～14％)，可抑制马达起动时打火现象的发生并且与马达所经历的使用时间无关(参照专利文献1)。

另一方面，根据马达电流的波形检测马达的旋转(位置)而对马达的旋转进行控制的技术已经公知。图14是用来对通过马达电流的检测进行位置控制的一般例子进行说明的脉冲检测部电路图和波形图。马达(绕组)由电感L和电阻R构成。图中，由电感L1、L2、电容C1、C2、电阻R1、R2构成脉冲检测电路。马达接到直流电源(例如15V)时所产生的马达电流的波形示于图中。在碳刷从整流片之间的槽上通过时，会发生电流的瞬间切断。图示的脉冲检测部是根据马达电流波形产生图示脉冲输出的电路。通过对该输出脉冲进行计数，可检测出马达的旋转位置或转数，并对马达的旋转进行控制。

但是，这种利用马达电流检测马达旋转位置或转数的方式，存在着随着马达使用时间的延续，碳刷磨损、马达电流波形发生变化而无法对脉冲进行计数的问题。

专利文献：特开昭63-249447号公报

发明内容

为此，本发明的目的是，解决上述问题，从而能够做到即使碳刷长期使用后磨损，仍能够稳定地从马达电流波形得到输出脉冲，以此对马达的旋转进行检测并对马达的旋转进行控制。

本发明的小型马达，根据马达电流的波形输出反映马达旋转位置的脉冲用于位置控制。以碳刷安装在具有弹性的刷握中、该碳刷可与整流子进行滑动接触而构成。该碳刷在处于磨损状态时，以碳刷的周向的前端部和后端部之间的整个部分与旋转的整流子接触，并且，产生相当于碳刷的周向的后端部离开旋转的第1整流片时被切断的马达电流、和碳刷的周向的前端部已经与旋转方向上先行的第2整流片接触而正在流动的马达电流之间的电流差的台阶，从而能够根据该台阶输出反映马达旋转位置的脉冲。碳刷的与周向的前端部与后端部之间的距离相当的碳刷宽度足够小而能够准确无误地产生脉冲。该碳刷宽度被设计为一个整流片的周向长度的21～28％。

作为本发明，由于碳刷的宽度为整流片周向长度的21～28％，因而能够抑制马达相位角度的偏差，即使长时间(55小时)使用后也不会发生脉冲错误，具有可使马达旋转位置的控制稳定的效果。因此，用于汽车反光镜镜面的驱动时，也不会使镜面位置发生偏差。

附图说明

图1是例示马达总体结构的附图。

图2是展示与整流子进行滑动接触的一对碳刷之中的一个碳刷的附图。

图3是用来对最初开始使用的碳刷经过一段时间使用而磨损时的工作状况进行说明的附图。

图4是对碳刷中流动的电流进行说明的附图。

图5是对具有上述整流子的5个马达测定其直到碳刷宽度变化而发生脉冲错误的耐久时间(实际工况耐久时间)的表格。

图6是将图5所示表格绘制成曲线的曲线图。

图7是对本发明中完全没有发生脉冲错误的情形进行展示的示波图。

图8是对现有技术中发生脉冲错误的情形进行展示的示波图。

图9是对前端宽度变窄后与整流子进行滑动接触的碳刷的一个例子进行展示的附图。

图10是对通过斜向直线切除而前端宽度变窄的另一个例子的碳刷进行展示的附图。

图11是对以前端部与根部之间形成台阶的方式进行切除而前端宽度变窄的又一个例子的碳刷进行展示的附图。

图12是现有的小型马达从整流子处剖开的剖视图(A)、以及与整流子进行滑动接触的碳刷拆下后加以展示的放大图(B)。

图13是展示由5个整流片构成整流子的例子的附图。

图14是用来对通过马达电流的检测进行位置控制的一般例子进行说明的脉冲检测部电路图和波形图。

具体实施方式

将本发明具体化了的马达例如用于汽车车门上的反光镜镜面的驱动。在不是以手动方式直接转动反光镜镜面而以自动方式进行转动时，是对马达电流波形进行检测而决定马达的旋转动作和镜面角度的。

图1是例示这种马达的总体结构的图，(A)以半剖视图展示整个小型马达，(B)是将端盖拆下后从马达内部方向观察时的图。在由金属材料呈有底中空筒状形成的机壳的内周面上安装有磁铁。该机壳的开口部通过端盖与之嵌合而被封闭。在端盖的中央部位，容纳有用来支撑旋转轴的轴承。旋转轴的另一端得到设置在有底中空筒状的机壳的底部中央的轴承的支撑。

该旋转轴上具有层叠铁心、卷绕在该层叠铁心中的绕组、以及整流子，构成了小型马达的转子。此外，与该整流子进行接触的一对碳刷连接在刷握上。通过以导电性金属片构成的刷握对碳刷进行保持，可使碳刷在金属片的弹性作用下压触在整流子上进行滑动。为进行电气连接，与该刷握连接的一对输入端子穿过端盖突出在外。

本发明的特征在于组装在这种小型马达中的碳刷的结构。碳刷会随着马达使用时间的延续而磨损，导致马达电流波形变化而无法对脉冲进行计数。图2示出与整流子进行滑动接触的一对碳刷之中的一个。由在树脂制造的整流子芯的表面上设置的多个整流片而构成的整流子安装在旋转轴上。碳刷与整流子的抵接面具有在整流子的周向上具有既定的直线长度(以下称作“碳刷宽度”)和在旋转轴的轴向上具有既定长度(碳刷轴向长度)的矩形平面形状。图2列举的是处于磨损状态的碳刷的例子。此时，相对于圆筒形整流子，碳刷以其整个抵触面与之进行接触。

图3(A)示出最初开始使用的碳刷与整流子抵触的状态。碳刷与整流子的抵接面具有在整流子的周向上具有既定长度(碳刷宽度)和在旋转轴的轴向上具有既定长度(碳刷轴向长度)的矩形平面形状。因此，圆筒形状的整流子和平面形状的碳刷抵触面之间，从碳刷的断面上看，以周向的中央的一个点(接触点)进行接触(但是，从整体上看碳刷，碳刷具有既定的轴向长度，因此，并非以一个点而是以一条线进行接触的)。

对于此时流动的电流，结合图4进行说明。在马达的绕组上，施加有一定值的电源电压与图中所示反电动势二者的电压差。即，施加有相当于图中涂黑的部分的值的电压。图中的区间1～3分别表示的是碳刷与一个整流片开始接触到离开为止。

碳刷最初开始使用时的电流如图4所示。在碳刷与一个整流片开始接触时，由于反电动势小，因而实质上较大电压施加在马达绕组上。但是，由于马达绕组存在电感，因而电流将以既定的时间常数上升。上升后的电流与电源电压与反电动势二者的电压差成比例。而由于如前所述，碳刷在最初开始使用时，与整流片之间是点接触，因此，当该接触点到达整流片之间的槽上时，该区间1的电流将被切断，并且，在区间2与下一个整流片2开始进行接触。如前所述，该继区间1的电流切断后在区间2电流接通时所产生的电流台阶由脉冲检测部进行检测，从而产生脉冲输出而对马达进行控制。

相对于此，当随着碳刷使用时间的延续而碳刷磨损时，如图3(B)所示，碳刷的抵触面从最初的平面形状变成圆周面形状。其结果，碳刷将以其周向的整个碳刷宽度与整流子抵触。这意味着，在碳刷的周向的中央尚与整流片1接触时，碳刷的周向的前端部已经与整流片2接触(图3(B))。此外，如图3(C)所示，还意味着处在碳刷的周向的中央已经与整流片2接触时，碳刷的周向的后端部尚与整流片1接触的状态。

该碳刷磨损后的电流将变成图4的最下面所示的电流。即，以碳刷的周向的中央为基准决定的区间1的电流的结束时间实际上延长，另一方面，区间2的电流的开始时间提前，发生电流的衔接。因此，在整流片之间的槽处，电流是圆滑地连续的，因而无法以前述脉冲检测电路进行检测。

虽说碳刷宽度比槽宽(周向的直线长度)窄时不会发生结合图3进行的说明中的“衔接”，但若碳刷宽度过窄而达到19％以下，则会出现碳刷机械强度不足而折断的问题，或者马达旋转过程中碳刷可落入槽内而增大碳刷的振动、增大机械噪音的问题。在碳刷的宽度尽管超过量很小但也超过槽宽时，会发生碳刷的周向的前端部和后端部分别与不同的整流片接触时的“衔接”。但除此之外，如前所述，即使碳刷的周向的前端部与旋转方向上先行的下一个整流片接触，在接触的最初，因马达绕组存在电感也不会产生大的电流。因此，若在流经碳刷前端部的电流的值变大之前碳刷后端部离开了整流片，则此时将产生足以被脉冲检测电路检测到的马达电流值的台阶。也就是说，该电流台阶相当于碳刷的周向的后端部离开旋转的第1整流片时被切断的马达电流、和碳刷的周向的前端部已经与旋转方向上先行的第2整流片接触而流动的马达电流之间的电流差。在本发明中，通过使碳刷宽度变窄而产生足够大的电流台阶，由此，可准确无误地产生用来对马达的旋转进行检测的脉冲。

图5是对具有上述整流子的5个马达测定其直到碳刷宽度变化而发生脉冲错误的耐久时间(实际工况耐久时间)的表格。图6是将图5的表格绘制成曲线的曲线图。耐久试验是在电压为13.5V的额定电压、负载为5gcm、寿命试验条件为(正转+反转)×10秒、不关断的条件下进行，对碳刷宽度各不相同的5个马达进行了55小时。当将碳刷宽度做成0.6～0.8mm(若以相对于整流片周向长度的比值表示则为21～28％)时，即使经过55小时后，也完全未发生脉冲错误。图7是展示该状态的示波图。耐久试验之后，仍与初期状态一样，电流波形的台阶未变小，由此可知，是在不发生脉冲错误的情形下产生脉冲的。

而在使碳刷宽度为1.1mm以上(若以相对于整流片周向长度的比值表示则为38％)时，经过了13小时后产生了脉冲错误。图8为表示这一状态的示波图在耐久试验后，存在电流波形的台阶变小的部位，而且可知在该部位产生了脉冲错误。

前述现有技术，其“相对于整流片周向长度的碳刷宽度”的比值超过了30％，而采用这种碳刷时，在耐久试验时间达到7小时时，便开始出现脉冲出错的马达。

用于汽车反光镜镜面驱动等用途的马达适合采用碳刷。一般来说，小型马达可以使用金属制造的片状的电刷，但如果用于镜面驱动用途，则会出现在对汽车提出的严格的环境耐久条件下容易发生电气接触不稳定的问题，若为了提高触点的稳定性而采用贵金属材料，则有导致成本增加的缺点。

即使是在像本发明这样采用碳刷的场合，若其宽度相对于整流片周向长度的比值超过30％，长时间使用后其相位偏差也会过大而无法稳定地检测出脉冲。而如果在19％以下，则会导致碳刷的强度降低、容易落入整流片之间的槽内而碳刷的振动增大、机械噪音增大。

在本发明中，是如前所述将碳刷的宽度相对于整流片周向长度设计在既定比值上的，而作为该碳刷宽度，只要与整流子滑动接触的前端设计在既定比值上即可。图9列举了前端宽度变窄后与整流子进行滑动接触的碳刷的例子。采用这种结构时，可以将碳刷的被保持在刷握中的部分做得较粗，提高对碳刷的保持力。

图10和图11列举了前端宽度变窄的其它例子。是通过将碳刷的相对于旋转方向的前后部分之一切除而使前端宽度变窄的。图10是斜向直线切除的例子，而图11是以前端部和根部(刷握安装侧)之间形成台阶的方式进行切除的例子。无论哪一种例子，相对于整流子的相位中性线(整流子圆周的径向的直线)，不是使碳刷的碳刷中线而是使碳刷前端宽度的正中与其对准，便能够良好地滑动接触。

Claims

1.一种小型马达，根据马达电流的波形输出反映马达旋转位置的脉冲用于位置控制，其特征是，

碳刷安装在具有弹性的刷握中、该碳刷可与整流子进行滑动接触，

所说碳刷在处于磨损状态时，以碳刷的周向的前端部和后端部之间的整个部分与旋转的整流子接触，并且，

为了产生相当于碳刷的周向的后端部离开旋转的第1整流片时被切断的马达电流、和碳刷的周向的前端部已经与旋转方向上先行的第2整流片接触而正在流动的马达电流之间的电流差的台阶，从而能够输出反映所说马达旋转位置的脉冲，所说碳刷的与周向的前端部与后端部之间的距离相当的碳刷宽度是一个整流片的周向长度的21～28％。

2.如权利要求1所说的小型马达，其特征是，所说碳刷构成为其碳刷宽度从刷握安装侧向前端部变窄，并且，以该狭窄的碳刷宽度的前端部与整流子进行接触。

3.如权利要求2所说的小型马达，其特征是，所说前端部的碳刷宽度的正中与整流子的相位中性线对准。