-
QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
-
Die vorliegende Anmeldung beruht auf der japanischen Patentanmeldung Nr.
2020-052997 , die am 24. März 2020 eingereicht worden ist, wobei deren Inhalte hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung einbezogen sind.
-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft Motoren.
-
HINTERGRUND
-
In Patentdokument 1 ist ein Gleichstrommotor offenbart, der als ein Betätigungsglied in einem Motorfahrzeug verwendet wird. In dem in diesem Dokument beschriebenen Motor wird eine Speisung von Motorwicklungen (oder einer Vielzahl von Spulen), die einen Teil eines Ankers bilden, durch Bürsten und einen Kommutator umgeschaltet. Zusätzlich kann in dem in diesem Dokument beschriebenen Motor ein gewünschtes Frequenzsignal erzeugt werden, in dem die Anzahl von Leitern (oder die Anzahl von Spulenwindungen) für jede der Motorwicklungen geändert wird.
-
LITERATUR GEMÄSS DEM STAND DER TECHNIK
-
PATENTLITERATUR
-
Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr.
JP 5 306 346 B2 -
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Jedoch können bei der Konfiguration des Motors, der in Patentdokument 1 beschrieben ist, Funken zwischen den Bürsten und dem Kommutator in Abhängigkeit von der Einstellung der Anzahl der Leiter (oder der Anzahlen der Spulenwindungen) der Motorwicklungen erzeugt werden. Die Erzeugung von Funken zwischen den Bürsten und dem Kommutator würde eine Erhöhung des Ausmaßes vom Verschleiß der Bürsten und der Erzeugung von anormalen Geräuschen erhöhen.
-
Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Umstände zielt die vorliegende Offenbarung darauf ab, einen Motor bereitzustellen, der in der Lage ist, die Erzeugung von Funken zwischen Bürsten und einem Kommutator zu unterdrücken.
-
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein Motor bereitgestellt, der eine Drehwelle, einen Ankerkern, eine Vielzahl von Spulen, einen Kommutator und Bürsten aufweist. Die Drehwelle ist drehbar gestützt. Der Ankerkern ist vorgesehen, um zusammen mit der Drehwelle drehbar zu sein. Die Spulen sind aus elektrisch leitenden Wicklungen gebildet, von denen jede in einer ringförmigen Form um den Ankerkern gewickelt ist. Die Spulen sind in Drehumlaufsrichtung angeordnet. Die Spulen weisen eine radial innerste Spule, die sich radial am innersten von der Vielzahl der Spulen befindet, und radial äußere Spulen auf, die sich radial außerhalb der radial innersten Spule befinden. Die Windungszahl von jeder der radial äußeren Spulen ist derart eingestellt, dass sie größer als die Windungszahl der radial innersten Spule ist. Der Kommutator ist derart vorgesehen, dass er zusammen mit der Drehwelle drehbar ist. Der Kommutator ist mit den Wicklungen verbunden, die die Vielzahl der Spulen bilden. Die Bürsten sind in Kontakt mit dem Kommutator derart vorgesehen, dass sie auf den Kommutator gleiten, der sich zusammen mit der Drehwelle dreht, und dadurch die Speisung von jeder aus der Vielzahl der Spulen umschalten.
-
Mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird es möglich, eine Erzeugung von Funken zwischen den Bürsten und dem Kommutator zu unterdrücken.
-
Figurenliste
-
Die vorstehend beschriebene Aufgabe, andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gemäß der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Erläuterung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine Draufsicht eines Teils eines Motors gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 2 eine schematische Darstellung, die eine Verdrahtung eines Ankers des in 1 gezeigten Motors veranschaulicht,
- 3 einen Graphen, der die Energie von Funken veranschaulicht, die zwischen Bürsten und einem Kommutator in dem Motor erzeugt werden,
- 4 einen Graphen, der die Beziehung zwischen den Spulenzahlen und den Induktivitäten der Spulen in dem Motor veranschaulicht,
- 5 einen Graphen, der die Beziehung zwischen den Spulenzahlen und den elektrischen Widerstandswerten der Spulen in dem Motor veranschaulicht,
- 6 einen Graphen, der die Beziehung zwischen den Spulenzahlen und den Windungszahlen der Spulen in dem Motor veranschaulicht,
- 7A eine schematische Darstellung, die die Richtungen und Amplituden von kommutierten elektrischen Strömen während der Drehung eines Rotors des Motors veranschaulicht,
- 7B eine schematische Darstellung, die die Richtungen und Amplituden der kommutierten elektrischen Ströme in einer weiter fortgeschrittenen Stufe der Drehung des Rotors als in 7A veranschaulicht,
- 7C eine schematische Darstellung, die die Richtungen und Amplituden der kommutierten elektrischen Ströme zu einer noch weiter fortgeschrittenen Stufe der Drehung des Rotors als in 7B veranschaulicht,
- 7D eine schematische Darstellung, die die Richtungen und Amplituden des kommutierten elektrischen Stroms zu einer weiter fortgeschrittenen Stufe der Drehung des Motors als in 7C veranschaulicht,
- 7E eine schematische Darstellung, die die Richtungen und Amplituden der kommutierten elektrischen Ströme in einer weiter fortgeschrittenen Stufe der Drehung des Rotors als in 7D veranschaulicht,
- 8 einen Graphen, der vergleichend die Funkenenergie in dem Motor gemäß dem Ausführungsbeispiel und die Funkenenergie in einem Motor gemäß einem Vergleichsbeispiel veranschaulicht,
- 9 einen Graphen, der die Beziehung zwischen den Spulenzahlen und der Windungszahlen der Spulen in einem Motor gemäß einer Modifikation veranschaulicht, und
- 10 eine schematische Darstellung, die 2 entspricht und eine Verdrahtung eines Ankers eines Motors gemäß einer weiteren Modifikation veranschaulicht.
-
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
-
Ein Motor 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. Es sei bemerkt, dass die Richtungen, die in geeigneter Weise durch Pfeile Z, R und C in den Zeichnungen angegeben sind, jeweils eine Seite in einer Drehachsenrichtung einer Drehwelle 12 des Motors 10, eine äußere Seite in einer Drehradialrichtung der Drehwelle 12 und eine Seite in einer Drehumlaufsrichtung der Drehwelle 12 repräsentieren. Weiterhin sei ebenfalls bemerkt, dass, solange es nicht anders spezifiziert ist, die Drehachsenrichtung, die Drehradialrichtung und die Drehumlaufsrichtung der Drehwelle 12 nachstehend einfach als axiale Richtung, radiale Richtung und Umlaufsrichtung bezeichnet sind.
-
Wie es in 1 und 2 gezeigt ist, ist der Motor 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein 4-Pole-10-Nuten-Gleichstrommotor, der einen Stator 14, einen Rotor 16 und ein Paar von Bürsten 18 aufweist.
-
Wie es in 2 gezeigt ist, ist der Stator 14 beispielsweise durch Befestigen einer Vielzahl von Magneten 20 an einer radial inneren Oberfläche eines zylindrischen Gehäuses gebildet. Genauer weist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Stator 14 vier Magnete 20 auf. Insbesondere sind zwei Magnete 20N, die jeweils eine N-Pol auf der radial inneren Seite aufweisen, und zwei Magnete 20S, die jeweils einen S-Pol auf der radial inneren Seite aufweisen, abwechselnd und zu gleichen Intervallen entlang der Umlaufsrichtung angeordnet.
-
Wie es in 1 und 2 gezeigt ist, ist der Rotor 16 radial innerhalb des Stators 14 angeordnet. Der Rotor 16 weist die vorstehend erwähnte Drehwelle 12, die drehbar durch (nicht gezeigte) Lager gestützt ist, und einen Anker 22 sowie einen Kommutator 24 (siehe 2) auf, die beide an der Drehwelle 12 befestigt sind.
-
Wie es in 1 gezeigt ist, weist der Anker 22 einen Ankerkern 26, der aus einem magnetischen Material gebildet ist, und eine Vielzahl von Spulen 28 auf, die um den Ankerkern 26 gebildet sind.
-
Der Ankerkern 26 weist einen axialen Mittenabschnitt 30 auf, der einen radial inneren Abschnitt des Ankerkerns 26 bildet. Die Drehwelle 12 ist in einer Mittenöffnung des axialen Mittenabschnitts 30 durch Presspassung oder dergleichen befestigt. Weiterhin weist der Ankerkern 26 ebenfalls eine Vielzahl von (beispielsweise gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 10) Zahnabschnitten 32 auf, die jeweils radial von dem axialen Mittenabschnitt 30 nach außen vorspringen und im Wesentlichen eine T-Form in einer axialen Ansicht aufweisen. Zusätzlich sind die Zahnabschnitte 32 zu gleichen Intervallen in der Umlaufsrichtung angeordnet.
-
Dabei sind Zahlen aufeinanderfolgend den Zahnabschnitten 32 entlang der Umlaufsrichtung zugeordnet. Weiterhin sind diese Zahlen in Klammern an dem Ende des Bezugszeichens 32 gezeigt, die jeden der Zahnabschnitte 32 bezeichnet. Zusätzlich sind diese Zahlen ebenfalls nachstehend als „Zahnabschnittzahlen“ bezeichnet.
-
Weiterhin sind Freiräume, die jeweils zwischen zwei in Umlaufsrichtung zueinander benachbarten Zahnabschnitten 32 gebildet sind, nachstehend als „Nuten“ bezeichnet. Genauer sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zehn Nuten in dem Ankerkern 26 gebildet. Zusätzlich sind die Bezugszeichen S1 bis S10 aufeinanderfolgend den zehn Nuten entlang der Umlaufsrichtung zugeordnet. Insbesondere ist die Nut, die zwischen dem ersten Zahnabschnitt 32(1) und dem zweiten Zahnabschnitt 32(2) gebildet ist, durch das Bezugszeichen S1 bezeichnet. Weiterhin ist die Nut, die zwischen dem zweiten Zahnabschnitt 32(2) und dem dritten Zahnabschnitt 32(3) gebildet ist, durch das Bezugszeichen S2 bezeichnet. In der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben sind alle verbleibenden Nuten jeweils durch die Bezugszeichen S3 bis S10 bezeichnet.
-
Jede der Spulen 28 ist durch Wickeln eines elektrisch leitenden Drahts in einer Ringform um den Ankerkern 26 gebildet.
-
Insbesondere ist die erste Spule 28(1) durch Wickeln eines Drahts zwischen der Nut S1 und der Nut S3 und um den zweiten Zahnabschnitt 32(2) und den dritten Zahnabschnitt 32(3) gebildet. Weiterhin weist die erste Spule 28(1) einen ersten Umlaufsseitenabschnitt (Seitenabschnitt in Umlaufsrichtung), der sich an einer Position befindet, die einem radial inneren Endabschnitt des dritten Zahnabschnitts 32(3) entspricht, und einen zweiten Umlaufsseitenabschnitt auf, der sich an einer Position befindet, die einem radial inneren Endabschnitt des zweiten Zahnabschnitts 32(2) entspricht. Zusätzlich sind die Zahlen, die in Klammern an das Bezugszeichen 28, das jede der Spulen 28 bezeichnet, angeheftet sind, nachstehend als „Spulenzahlen“ bezeichnet.
-
Die zweite Spule 28(2) ist durch Wickeln eines Drahts zwischen der Nut S2 und der Nut S4 und um den dritten Zahnabschnitt 32(3) und den vierten Zahnabschnitt 32(4) gebildet. Weiterhin weist die zweite Spule 28(2) einen ersten Umlaufsseitenabschnitt, der sich an einer Position befindet, der einem radial inneren Endabschnitt des vierten Zahnabschnitts 32(4) entspricht, und einen zweiten Umlaufsseitenabschnitt auf, der sich radial außerhalb des ersten Umlaufsseitenabschnitts der ersten Spule 28(1) befindet.
-
Die dritte Spule 28(3) ist durch Wickeln eines Drahts zwischen der Nut S3 und der Nut S5 und um den vierten Zahnabschnitt 32(4) und den fünften Zahnabschnitt 32(5) gebildet. Weiterhin weist die dritte Spule 28(3) einen ersten Umlaufsseitenabschnitt, der sich an einer Position befindet, die einem radial inneren Endabschnitt des fünften Zahnabschnitts 32(5) entspricht, und einen zweiten Umlaufsseitenabschnitt auf, der sich radial außerhalb des ersten Umlaufsseitenabschnitts der zweiten Spule 28(2) befindet.
-
Die vierte Spule 28(4) ist durch Wickeln eines Drahts zwischen der Nut S4 und der Nut S6 und um den fünften Zahnabschnitt 32(5) und den sechsten Zahnabschnitts 32(6) gebildet. Weiterhin weist die vierte Spule 28(4) einen ersten Umlaufsseitenabschnitt, der sich an einer Position befindet, die einem radial inneren Endabschnitt des sechsten Zahnabschnitts 32(6) entspricht, und einen zweiten Umlaufsseitenabschnitt auf, der sich radial außerhalb des ersten Umlaufsseitenabschnitts der dritten Spule 28(3) befindet.
-
Die fünfte Spule 28(5) ist durch Wickeln eines Drahts zwischen der Nut S5 und der Nut S7 und um den sechsten Zahnabschnitt 32(6) und den siebten Zahnabschnitt 32(7) gebildet. Weiterhin weist die fünfte Spule 28(5) einen ersten Umlaufsseitenabschnitt, der sich an einer Position befindet, die einem radial äußeren Endabschnitt des siebten Zahnabschnitts 32(7) entspricht, und einen zweiten Umlaufsseitenabschnitt auf, der sich an einer Position, die einem radial äußeren Endabschnitt des sechsten Zahnabschnitts 32(6) entspricht, und radial außerhalb des ersten Umlaufsseitenabschnitts der vierten Spule 28(4) befindet.
-
Die sechste Spule 28(6) ist durch Wickeln eines Drahts zwischen der Nut S6 und der Nut S8 und um den siebten Zahnabschnitt 32(7) und den achten Zahnabschnitt 32(8) gebildet. Weiterhin weist die sechste Spule 28(6) einen ersten Umlaufsseitenabschnitt, der sich an einer Position befindet, die einem radial inneren Endabschnitt des achten Zahnabschnitts 32(8) entspricht, und einen zweiten Umlaufsseitenabschnitt auf, der sich an einer Position, die einem radial inneren Endabschnitt des siebten Zahnabschnitts 32(7) entspricht, und radial innerhalb des ersten Umlaufsseitenabschnitts der fünften Spule 28(5) befindet.
-
Die siebte Spule 28(7) ist durch Wickeln eines Drahts zwischen der Nut S7 und der Nut S9 und um den achten Zahnabschnitt 32(8) und den neunten Zahnabschnitt 32(9) gebildet. Weiterhin weist die siebte Spule 28(7) einen ersten Umlaufsseitenabschnitt, der sich an einer Position befindet, der einem radial inneren Endabschnitt des neunten Zahnabschnitts 32(9) entspricht, und einen zweiten Umlaufsseitenabschnitt auf, der sich radial außerhalb des ersten Umlaufsseitenabschnitts der sechsten Spule 28(6) befindet.
-
Die achte Spule 28(8) ist durch Wickeln eines Drahts zwischen der Nut S8 und der Nut S10 und um den neunten Zahnabschnitt 32(9) und den zehnten Zahnabschnitt 32(10) gebildet. Weiterhin weist die achte Spule 28(8) einen ersten Umlaufsseitenabschnitt, der sich an einer Position befindet, die einem radial inneren Endabschnitt des zehnten Zahnabschnitts 32(10) entspricht, und einen zweiten Umlaufsseitenabschnitt auf, der sich radial außerhalb des ersten Umlaufsseitenabschnitts der siebten Spule 28(7) befindet.
-
Die neunte Spule 28(9) ist durch Wickeln eines Drahts zwischen der Nut S9 und der Nut S1 und um den zehnten Zahnabschnitt 32(10) und den ersten Zahnabschnitt 32(1) gebildet. Weiterhin weist die neunte Spule 28(9) einen ersten Umlaufsseitenabschnitt, der sich an einer Position befindet, die einem radial inneren Endabschnitt des ersten Zahnabschnitts 32(1) entspricht, und einen zweiten Umlaufsseitenabschnitt auf, der sich radial außerhalb des ersten Umlaufsseitenabschnitts der achten Spule 28(8) befindet.
-
Die zehnte Spule 28(10) ist durch Wickeln eines Drahts zwischen der Nut S10 und der Nut S2 und um den ersten Zahnabschnitt 32(1) und den zweiten Zahnabschnitt 32(2) gebildet. Weiterhin weist die zehnte Spule 28(10) einen ersten Umlaufsseitenabschnitt, der sich an einer Position, die einem radial äußeren Endabschnitt des zweiten Zahnabschnitts 32(2) entspricht, und radial außerhalb des zweiten Umlaufsseitenabschnitts der ersten Spule 28(1) befindet, und einen zweiten Umlaufsseitenabschnitt auf, der sich an einer Position, die einem radial äußeren Endabschnitt des ersten Zahnabschnitts 32(1) entspricht, und sich radial außerhalb des ersten Umlaufsseitenabschnitts der neunten Spule 28(9) befindet.
-
Die erste Spule 28(1) und die sechste Spule 28(6) sind derart konfiguriert, dass sie in Bezug auf die Drehmittenachse punktsymmetrisch zueinander sind. Die zweite Spule 28(2) und die siebte Spule 28(7) sind derart konfiguriert, dass sie in Bezug auf die Drehmittenachse punktsymmetrisch zueinander sind. Die dritte Spule 28(3) und die achte Spule 28(8) sind derart konfiguriert, dass sie in Bezug auf die Drehmittenachse punktsymmetrisch zueinander sind. Die vierte Spule 28(4) und die neunte Spule 28(6) sind derart konfiguriert, dass sie in Bezug auf die Drehmittenachse punktsymmetrisch zueinander sind. Die fünfte Spule 28(5) und die zehnte Spule 28(10) sind derart konfiguriert, dass sie in Bezug auf die Drehmittenachse punktsymmetrisch zueinander sind. Daher sind in der nachfolgenden Erläuterung die sechste Spule 28(6), die siebte Spule 28(7), die achte Spule 28(8), die neunte Spule 28(9) und die zehnte Spule 28(10) in Abhängigkeit von der Situation derart beschrieben, dass sie jeweils identisch oder entsprechend zu der ersten Spule 28(1), der zweiten Spule 28(2), der dritten Spule 28(3), der vierten Spule 28(4) und der fünften Spule 28(5) sind.
-
Wie es in 2 gezeigt ist, weist der Kommutator 24 einen (nicht gezeigten) festen Abschnitt, der an die Drehwelle 12 (siehe 1) befestigt ist, und eine Vielzahl von (beispielsweise 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) Kommutatorsegmenten 34 auf, die aus einer Kupferplatte oder dergleichen gebildet sind und an einer radial äußeren Oberfläche des festen Abschnitts befestigt sind. Die Kommutatorsegmente 34 sind zu gleichen Intervallen entlang der Umlaufsrichtung angeordnet. Dabei sind Zahlen aufeinanderfolgend den Kommutatorsegmenten 34 entlang der Umlaufsrichtung zugeordnet. Weiterhin sind diese Zahlen in Klammern an dem Ende des Bezugszeichens 34 gezeigt, die jedes der Kommutatorsegmente 34 bezeichnet. Zusätzlich sind diese Zahlen nachstehend als „Kommutatorsegmentzahlen“ bezeichnet.
-
Zwei Endabschnitte der Wicklung, die die erste Spule 28(1) bilden, sind jeweils mit dem siebten Kommutatorsegment 34(7) und dem achten Kommutatorsegment 34(8) verbunden. Zwei Endabschnitte der Wicklung, die die fünfte Spule 28(5) bildet, sind jeweils mit dem ersten Kommutatorsegment 34(1) und dem zweiten Kommutatorsegment 34(2) verbunden. Weiterhin sind, obwohl es in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, zwei Endabschnitte der Wicklung, die die zweite Spule 28(2) bilden, jeweils mit dem achten Kommutatorsegment 34(8) und dem neunten Kommutatorsegment 34(9) verbunden. Zwei Endabschnitte der Wicklung, die die dritte Spule 28(3) bildet, sind jeweils mit dem neunten Kommutatorsegment 34(9) und dem zehnten Kommutatorsegment 34(10) verbunden. Zwei Endabschnitte der Wicklung, die die vierte Spule 28(4) bildet, sind jeweils mit dem zehnten Kommutatorsegment 34(10) und dem ersten Kommutatorsegment 34(1) verbunden. Zwei Endabschnitte der Wicklung, die die sechste Spule 28(6) bildet, sind jeweils mit dem zweiten Kommutatorsegment 34(2) und dem dritten Kommutatorsegment 34(3) verbunden. Zwei Endabschnitte der Wicklung, die die siebte Spule 28(7) bildet, sind jeweils mit dem dritten Kommutatorsegment 34(3) und dem vierten Kommutatorsegment 34(4) verbunden. Zwei Endabschnitte der Wicklung, die die achte Spule 28(8) bildet, sind jeweils mit dem vierten Kommutatorsegment 34(4) und dem fünften Kommutatorsegment 34(5) verbunden. Zwei Endabschnitte der Wicklung, die die neunte Spule 28(9) bildet, sind jeweils mit dem fünften Kommutatorsegment 34(5) und dem sechsten Kommutatorsegment 34(6) verbunden. Zwei Endabschnitte der Wicklung, die die zehnte Spule 28(10) bildet, sind jeweils mit dem sechsten Kommutatorsegment 34(6) und dem siebten Kommutatorsegment 34(7) verbunden.
-
Das zweite Kommutatorsegment 34(2) und das siebte Kommutatorsegment 34(7) sind über einen Verbindungsdraht 36 elektrisch miteinander verbunden. Das dritte Kommutatorsegment 34(3) und das achte Kommutatorsegment 34(8) sind über einen Verbindungsdraht elektrisch miteinander verbunden. Weiterhin sind, obwohl es in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, das vierte Kommutatorsegment 34(4) und das neunte Kommutatorsegment 34(9) über einen elektrischen Draht 36 elektrisch miteinander verbunden. Das fünfte Kommutatorsegment 34(5) und das zehnte Kommutatorsegment 34(10) sind über einen Verbindungsdraht 36 elektrisch miteinander verbunden. Das erste Kommutatorsegment 34(1) und das fünfte Kommutatorsegment 34(5) sind über einen Verbindungspfad 36 elektrisch miteinander verbunden.
-
Die zwei Bürsten (das Paar der Bürsten) 18 sind auf der radial äußeren Seite des Kommutators 24 an Positionen vorgesehen, an denen sie während der Drehung des Rotors 16 Kontakt mit jedem der Kommutatorsegmente 34 des Kommutators 24 herstellen können. Das Paar der Bürsten 18 ist durch einen (nicht gezeigten) Bürstenhalter derart gestützt, dass sie sich radial bewegen können, jedoch Bewegungen in Umlaufs- und Radialrichtung beschränkt sind. Weiterhin wird das Paar der Bürsten 18 zu der Seite des Kommutators 24 (d.h. radial nach innen) durch (nicht gezeigte) Federn, die in dem Bürstenhalter vorgesehen sind, gedrängt. Weiterhin sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Positionen in Umlaufsrichtung des Paars der Bürsten 18 derart eingestellt, dass, wenn eine der zwei Bürsten 18, beispielsweise die positivseitige Bürste 18 sich an einer Position befindet, die einem zentralen Abschnitt in Umlaufsrichtung von einem der Kommutatorsegmente 34 entspricht, die andere aus dem Paar der Bürsten 18 (beispielsweise die negativseitige Bürste 18) sich zwischen zwei in Umlaufsrichtung zueinander benachbarten Kommutatorsegmenten 34 befindet. Insbesondere sind die Positionen in Umlaufsrichtung des Paars der Bürsten 18 derart eingestellt, dass, wenn eine aus dem Paar der Bürsten 18 (beispielsweise die positivseitige Bürste 18) sich an einer Position befindet, die einen zentralen Abschnitt in Umlaufsrichtung des ersten Kommutatorsegments 34(1) entspricht, die andere aus dem Paar der Bürsten 18 (beispielsweise die negativseitige Bürste 18) sich zwischen dem dritten Kommutatorsegment 34(3) und dem vierten Kommutatorsegment 34(4) befindet.
-
In dem vorstehend beschriebenen Motor 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Speisung von jeder der Spulen 28 durch die Gleitbewegung des Paars der Bürsten 18 auf den Kommutatorsegmenten 34 des Kommutators 24 umgeschaltet. Folglich kann der Rotor 16 kontinuierlich drehen.
-
In 3 ist ein Graph gezeigt, in dem die vertikale Achse die Amplitude und Richtung von elektrischem Strom repräsentiert, der durch die Spulen 28 fließt, und die horizontale Achse Zeit repräsentiert. Zusätzlich entsprechen eine Seite und die andere Seite der Richtung des elektrischen Stroms, der durch die Spulen 28 fließt, jeweils den positiven und negativen Seiten auf der vertikalen Achse des Graphen. Wie es in dem Graphen gezeigt ist, ist es ideal, dass die Richtung des durch die Spulen 28 fließenden elektrischen Stroms sanft umgeschaltet wird, wie es durch eine gestrichelte Linie L1 angegeben ist. Jedoch kann in Abhängigkeit von der Einstellung der Spulen 28, die den Anker 22 bilden, die Richtung des elektrischen Stroms, der durch die Spulen 28 fließt, abrupt umgeschaltet werden, wie es durch die durchgezogene Linie L2 angegeben ist. Die Größe der Änderung in dem elektrischen Strom pro Zeiteinheit hängt von dem Betrag der Energie ab, die Funken zwischen den Bürsten 18 und dem Kommutatorsegmenten 34 des Kommutators 24 erzeugt (die nachstehend als „Funkenenergie“ bezeichnet ist). Im Hinblick auf eine Erhöhung in dem Ausmaß des Verschleißes der Bürsten 18 und der Erzeugung von anormalen Geräuschen ist es nicht vorzuziehen, dass die Funkenenergie hoch ist. Insbesondere wird in der Region A, die durch die durchgezogene Linie L2 angegeben ist, in der die Größe der Änderung in dem elektrischen Strom pro Zeiteinheit groß ist, die Funkenenergie hoch (d.h. die Fläche S des Abschnitts, der durch das Produkt der Größe der Änderung in dem elektrischen Strom und der Zeit in der Region A repräsentiert ist, groß wird), was eine Erhöhung in dem Ausmaß des Verschleißes der Bürsten 18 und die Erzeugung von anormalen Geräuschen verursacht. Weiterhin wurde anhand einer Analyse in Erfahrung gebracht, dass der Spitzenwert P1 des elektrischen Stroms zu einer Seite in der Region A sich mit einer Erhöhung in den Induktivitäten der Spulen 28 erhöht, und der Spitzenwert P2 des elektrischen Stroms zu der anderen Seite in der Region A sich mit einer Verringerung in den elektrischen Widerstandswerten der Spulen 28 verringert. Unter Berücksichtigung des vorstehend beschriebenen sind in dem Motor 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Spulen 28 wie nachfolgend beschrieben eingestellt.
-
(Einstellung der Spulen 28)
-
In 4 ist ein Graph gezeigt, in dem die vertikale Achse die Induktivitäten der Spulen 28 repräsentiert, und die horizontale Achse die Spulenzahlen repräsentiert. Zusätzlich geben in 4 die doppelpunktgestrichelten Linien die Induktivitäten der Spulen 28 in dem Fall an, dass alle Spulen 28 derart eingestellt sind, dass sie dieselbe Anzahl von Windungen (beispielsweise 34 Windungen) aufweisen, wohingegen die durchgezogenen Linien die Induktivitäten der Spulen 28 in dem Fall angeben, dass eine Einstellung der Spulen 28 zur Unterdrückung der vorstehend beschriebenen Funken angewendet wird.
-
Es geht aus 4 hervor, dass in dem Fall, in dem alle Spulen 28 derart eingestellt sind, dass sie dieselben Windungszahlen aufweisen, die Induktivitäten der Spulen 28 sich mit einer Erhöhung der Spulenzahlen von der ersten bis zur fünften (ebenfalls von der sechsten bis zur zehnten) verringern. Die Differenzen zwischen den Induktivitäten der Spulen 28 beruhen hauptsächlich auf den Differenzen in der magnetischen Permeabilität zwischen denjenigen Abschnitten (d.h. den Zahnabschnitten 32), die als Kerne der Spulen 28 fungieren.
-
In 5 ist ein Graph gezeigt, in dem die vertikale Achse die elektrischen Widerstandswerte der Spulen 28 repräsentiert und die horizontale Achse die Spulenzahlen repräsentiert. Zusätzlich geben in 5 die doppelpunktgestrichelten Linien die elektrischen Widerstandswerte der Spulen 28 in dem Fall an, dass alle Spulen 28 derart eingestellt sind, dass sie dieselbe Windungszahl aufweisen (beispielsweise 34 Windungen), wohingegen die durchgezogenen Linien die elektrischen Widerstandswerte der Spulen 28 in dem Fall angeben, in dem die Einstellung der Spulen 28 zur Unterdrückung der vorstehend beschriebenen Funken angewendet wird.
-
Es geht aus 5 hervor, dass in dem Fall, dass alle Spulen 28 derart eingestellt sind, dass sie dieselben Windungszahlen aufweisen, die elektrischen Widerstandswerte der Spulen 28 sich mit einer Erhöhung der Spulenzahlen von der ersten bis zur fünften (ebenfalls von der sechsten bis zur zehnten) erhöhen. Die Differenzen zwischen den elektrischen Widerstandswerten der Spulen 28 beruhen hauptsächlich auf den Differenzen zwischen den Längen der Wicklungen, die jeweils die Spulen 28 bilden.
-
Wie es in 3 gezeigt ist, ist es im Hinblick auf das Reduzieren des Spitzenwerts P1 des elektrischen Stroms zu einer Seite in der Region A, in der die Größe der Änderung in dem elektrischen Strom pro Zeiteinheit groß ist, effektiv, die Induktivitäten der Spulen 28 zu reduzieren. Demgegenüber ist es im Hinblick auf das Reduzieren des Spitzenwerts P2 des elektrischen Stroms zu der anderen Seite in der Region A hin effektiv, die elektrischen Widerstandswerte der Spulen 28 zu reduzieren. Im Hinblick auf das vorstehend beschriebene wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es in 4 und 5 gezeigt ist, die fünfte Spule 28 (ebenfalls die zehnte Spule 28), die die niedrigste Induktivität in dem Fall, dass alle Spulen 28 derart eingestellt sind, dass sie dieselbe Windungszahl aufweisen, aufweist, als eine Windungszahljustierungsspule verwendet. Insbesondere wird, wie es in 6 gezeigt ist, die Windungszahl der fünften Spule 28 (ebenfalls die Windungszahl der zehnten Spule 28) von 34 Windungen auf 42 Windungen erhöht, wodurch der elektrische Widerstandswert der fünften Spule 28 (ebenfalls der elektrische Widerstandswert der zehnten Spule 28) erhöht wird. Demgegenüber werden die Windungszahlen der ersten bis vierten Spulen 28 (ebenfalls die Windungszahlen der sechsten bis neunten Spulen 28) von 34 Windungen auf 32 Windungen reduziert, wodurch die Induktivitäten der ersten bis vierten Spulen 28 (ebenfalls die Induktivitäten der sechsten bis neunten Spulen 28) reduziert werden. Zusätzlich wird es durch Erhöhen der Windungszahl der fünften Spule 28 (ebenfalls der Windungszahl der zehnten Spule 28) von 34 Windungen auf 32 Windungen und Reduzieren der Windungszahlen der ersten bis vierten Spulen 28 (ebenfalls der Windungszahlen der sechsten bis neunten Spulen 28) von 34 Windungen auf 32 Windungen möglich, ein Niedrigfrequenzsignal zu erzeugen. Folglich wird es möglich, eine Forderung danach, den Motor 10 sensorlos auszugestalten, zu erfüllen.
-
(Betrieb und Wirkungen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel)
-
Nachstehend sind der Betrieb und die Wirkungen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
-
7A bis 7E zeigen schematische Diagramme (d.h. schematische Diagramme von Schaltungen), die den Prozess des Umschaltens (oder des Kommutierens) einer Speisung von jeder der Spulen 28 über das Paar der Bürsten 18 und den Kommutator 24 (siehe 2) veranschaulichen. In 7A bis 7E sind die Zahlen, die in den rechteckigen Rahmen, die die Spulen 28 repräsentieren gezeigt sind, Spulenzahlen. Weiterhin ist die Richtung des elektrischen Stroms, der durch die Schaltung C1 auf der linken Seite des Paars der Bürsten 18 in den Figuren fließt, durch den Pfeil I1 angegeben, und ist der Betrag des elektrischen Stroms, der durch die linke Schaltung C1 fließt, durch die Dicke des Pfeils I1 angegeben. Demgegenüber ist die Richtung des elektrischen Stroms, der durch die Schaltung C2 auf der rechten Seite des Paars der Bürsten 18 in den Figuren fließt, durch den Pfeil I2 angegeben, und ist der Betrag des elektrischen Stroms, der durch die rechte Schaltung C2 fließt, durch die Dicke des Pfeils I2 angegeben. Es sei bemerkt, dass, je höher die Beträge der kommutierten elektrischen Ströme, die durch die Schaltungen C1 und C2 fließen, werden, umso größer die Dicke der Pfeile I1 und I2 sind, die die Beträge angeben. Zusätzlich ist die Richtung der Drehung der Spulen 28 durch den Pfeil CW angegeben.
-
Wie es in 7A gezeigt ist, kann in einem Stadium, in dem die fünfte Spule 28 (oder die zehnte Spule 28), deren elektrischer Widerstandswert durch Justieren der Windungszahl davon erhöht worden ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, einen Teil der rechten Schaltung C2 bildet, der kommutierte elektrische Strom 12, der durch die rechte Schaltung C2 fließt, im Vergleich zu dem Fall reduziert werden, in dem die Windungszahl nicht justiert wird. Dabei ist die rechte Schaltung C2 eine Nach-Kommunikationsschaltung. Als Ergebnis ist es in dem Stadium, in dem die fünfte Spule 28 (oder die zehnte Spule 28), die einen Teil der rechten Schaltung C2 bildet, möglich, eine Erhöhung der Funkenenergie zwischen den Bürsten 28 und den Kommutatorsegmenten 34 des Kommutators 24 zu unterdrücken.
-
Wie es in 7B gezeigt ist, bildet zu einem weiter fortgeschrittenen Stadium der Drehung der Spulen 28 als in 7A die fünfte Spule 28 (oder die zehnte Spule 28), deren elektrischer Widerstandswert durch Justieren der Windungszahl davon erhöht worden ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, immer noch nicht einen Teil der linken Schaltung C1, die ebenfalls eine Nach-Kommutationsschaltung ist. In diesem Stadium sind die Induktivitäten der anderen Spulen 28 als der fünften Spule 28 (und ebenfalls als der zehnten Spule 28) durch Justieren der Windungszahlen davon reduziert, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Folglich wird, obwohl der kommutierte elektrische Strom I1, der dem vorstehend beschriebenen Stromspitzenwert P2 (siehe 3) entspricht), der durch die linke Schaltung C1 fließt, im Vergleich zu dem Fall, in dem die Windungszahl nicht justiert wird, erhöht wird, der vorstehend beschriebene Stromspitzenwert P1 (siehe 3) aufgrund der Reduktion der Induktivitäten der Spulen 28 außer der fünften Spule 28 (und ebenfalls außer der zehnten Spule 28) reduziert. Als Ergebnis ist es ebenfalls zu dem Stadium, in dem die fünfte Spule 28 (oder die zehnte Spule 28) immer noch keinen Teil der linken Schaltung C1 bildet, ebenfalls möglich, eine Erhöhung der Funkenenergie zwischen den Bürsten 18 und den Kommutatorsegmenten 34 des Kommutators 24 zu unterdrücken.
-
Wie es in 7C gezeigt ist, bildet in einem weiter fortgeschrittenen Stadium der Drehung der Spulen 28 als in 7B die fünfte Spule 28 (oder die zehnte Spule 28), deren elektrischer Widerstandswert durch Justieren der Windungszahlen davon wie vorstehend beschrieben erhöht worden ist, immer noch einen Teil der rechten Schaltung C2. Zu diesem Stadium kann der kommutierte elektrische Strom I2, der durch die rechte Schaltung C2 fließt, im Vergleich zu dem Fall reduziert werden, in dem die Windungszahl nicht reduziert wird. Als Ergebnis ist es in dem Stadium, in dem die fünfte Spule 28 (oder die zehnte Spule 28) einen Teil der rechten Schaltung C2 bildet, möglich, eine Erhöhung in der Funkenenergie zwischen den Bürsten 18 und den Kommutatorsegmenten 34 des Kommutators 24 zu unterdrücken. Gleichermaßen ist es in einem Stadium, in dem die fünfte Spule 28 (oder die zehnte Spule 28) einen Teil der linken Schaltung C1 bildet, ebenfalls möglich, eine Erhöhung in der Funkenenergie zwischen den Bürsten 18 und den Kommutatorsegmenten 34 des Kommutators 24 zu unterdrücken.
-
Wie es in 7D gezeigt ist, bildet in einem weiter fortgeschrittenen Stadium der Drehung der Spulen 28 als in 7C die fünfte Spule 28 (oder die zehnte Spule 28), deren elektrischer Widerstandswert durch Justieren der Windungszahl davon wie vorstehend beschrieben erhöht worden ist, immer noch nicht einen Teil der linken Schaltung C1. In diesem Stadium sind die Induktivitäten der anderen Spulen 28 als der fünften Spule 28 (und ebenfalls als der zehnten Spule 28) durch Justieren der Windungszahlen davon wie vorstehend beschrieben reduziert. Folglich wird, obwohl der kommutierte elektrische Strom I1 (der dem vorstehend beschriebenen Stromspitzenwert P2 (siehe 3) entspricht), der durch die linke Schaltung C1 fließt, im Vergleich zu dem Fall erhöht wird, in dem die Windungszahlen nicht justiert werden, der vorstehend beschriebene Stromspitzenwert P1 (siehe 3) aufgrund der Reduktion der Induktivitäten der anderen Spulen 28 als der fünften Spule 28 (und ebenfalls als der zehnten Spule 28) reduziert. Als Ergebnis ist es in dem Stadium, in dem die fünfte Spule 28 (oder die zehnte Spule 28) immer noch nicht einen Teil der linken Schaltung C1 bildet, ebenfalls möglich, eine Erhöhung in der Funkenenergie zwischen den Bürsten 18 und den Kommutatorsegmenten 34 des Kommutators 24 zu unterdrücken.
-
Wie es in 7E gezeigt ist, bildet in einem weiter fortgeschrittenen Stadium der Drehung der Spulen 28 als in 7D die fünfte Spule 28 (oder die zehnte Spule 28), deren elektrischer Widerstandswert durch Justieren der Windungszahl davon wie vorstehend beschrieben erhöht worden ist, immer noch einen Teil der rechten Schaltung C2. In diesem Stadium kann der kommutierte elektrische Strom I2, der durch die rechte Schaltung C2 fließt, im Vergleich zu dem Fall, in dem die Windungszahl nicht justiert wird, reduziert werden. Als Ergebnis ist es in dem Stadium, in dem die fünfte Spule 28 (oder die zehnte Spule 28) einen Teil der rechten Schaltung C2 bildet, möglich, eine Erhöhung in der Funkenenergie zwischen den Bürsten 18 und den Kommutatorsegmenten 34 des Kommutators 24 zu unterdrücken.
-
Gleichermaßen ist es in einem weiter fortgeschrittenen Stadium der Drehung der Spulen 28 als in 7E ebenfalls möglich, eine Erhöhung in der Funkenenergie zwischen den Bürsten 18 und den Kommutatorsegmenten 34 des Kommutators 24 zu unterdrücken. Zusätzlich ist es in dem Fall, dass die Spulen 28 in einer Richtung drehen, die entgegengesetzt zu der Richtung ist, die durch den Pfeil CW in den Figuren angegeben ist, ebenfalls möglich, eine Erhöhung in der Funkenenergie zwischen den Bürsten 18 und den Kommutatorsegmenten 34 des Kommutators 24 zu unterdrücken.
-
In 8 ist ein Graph gezeigt, der die Funkenenergien, die in den Spulen 28 in der Konfiguration S1 gespeichert sind, in der die Windungszahlen der Spulen 28 nicht justiert sind, und die Funkenenergien vergleicht, die in der Spule 28 in der Konfiguration S2 gespeichert sind, in der die Windungszahlen der Spulen 28 wie vorstehend beschrieben justiert sind. Wie es in 8 gezeigt ist, sind in der Konfiguration S2, in der die Windungszahlen der Spulen 28 wie vorstehend beschrieben justiert sind, die Funkenenergien, die in den ersten bis vierten Spulen 28 gespeichert sind, im Vergleich zu der Konfiguration S1, in der die Windungszahlen der Spulen 28 nicht justiert sind, reduziert. Demgegenüber ist in der Konfiguration S2, in der die Windungszahlen der Spulen 28 wie vorstehend beschrieben justiert sind, die in der fünften Spule 28 gespeicherte Funkenenergie im Vergleich zu der Konfiguration S1, in der die Windungszahlen der Spulen 28 nicht justiert sind, erhöht. Jedoch ist die in der fünften Spule 28 in der Konfiguration S2 gespeicherte Funkenenergie niedriger als der Spitzenwert der Funkenenergien, die in den Spulen 28 (d.h. der in der ersten Spule 28 gespeicherten Funkenenergie) in der Konfiguration S1 gespeichert sind.
-
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird es gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, eine Erzeugung von Funken zwischen den Bürsten 18 und den Kommutatorsegmenten 34 des Kommutators 24 durch Justieren der Windungszahlen der Spulen 28 zu unterdrücken.
-
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde ein Beispiel erläutert, bei dem die Erzeugung von Funken zwischen den Bürsten 18 und den Kommutatorsegmenten 34 des Kommutators 24 durch Erhöhen der Windungszahlen der fünften Spule 28 (und ebenfalls der Windungszahlen der zehnten Spule 28) und Reduzieren der Windungszahlen der ersten bis vierten Spulen 28 (und ebenfalls der Windungszahlen der sechsten bis neunten Spulen 28) unterdrückt wird. Jedoch ist die vorliegenden Offenbarung nicht auf dieses Beispiel begrenzt. Beispielsweise kann, wie es in 9 gezeigt ist, die Erzeugung von Funken zwischen den Bürsten 18 und den Kommutatorsegmenten 34 des Kommutators 24 alternativ durch Erhöhung der Windungszahl der vierten Spule 28 (und ebenfalls der Windungszahl der neunten Spule 28) und Reduzieren der Windungszahlen der ersten, zweiten, dritten und fünften Spulen 28) und ebenfalls der Windungszahlen der sechsten, siebten, achten und zehnten Spulen 28) unterdrückt werden.
-
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde ein Beispiel erläutert, in dem die Konfiguration zur Unterdrückung der Erzeugung von Funken zwischen den Bürsten 18 und den Kommutatorsegmenten 34 des Kommutators 24 bei einem 4-Pole-10-Nuten-Motor 10 angewendet wird. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf dieses Beispiel begrenzt. Beispielsweise kann die Konfiguration zur Unterdrückung der Erzeugung von Funken zwischen den Bürsten 18 und den Kommutatorsegmenten 34 des Kommutators 24 ebenfalls bei einem 2-Pole-8-Nuten-Motor 38 angewendet werden, von dem ein Teil schematisch in 10 gezeigt ist.
-
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wurde ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Jedoch ist die vorliegenden Offenbarung selbstverständlich nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt und kann durch verschiedene Modifikationen an dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ohne Abweichen von der Idee der vorliegenden Offenbarung umgesetzt werden.
-
Weiterhin sollte, obwohl die vorliegende Offenbarung gemäß dem Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, anerkannt werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf das Ausführungsbeispiel und die Struktur begrenzt ist. Stattdessen umfasst die vorliegende Offenbarung verschiedene Modifikationen und Änderungen innerhalb äquivalenter Bereiche. Zusätzlich sind verschiedene Kombinationen und Moden ebenfalls in der Kategorie und dem Umfang der technischen Idee der vorliegenden Offenbarung enthalten.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2020052997 [0001]
- JP 5306346 B2 [0004]
