JP2000350429A

JP2000350429A - ブラシ付きモータ

Info

Publication number: JP2000350429A
Application number: JP11158837A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Nose; 保能勢; Yoshiki Shimura; 芳樹志村
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2000-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】整流子−ブラシ周りの構造や配線を複雑化す
ることなく磁極数を増やすことができ、かつ、小型化や
低価格化を図ることができるブラシ付きモータを提供す
ること。【解決手段】ブラシ付きモータ１において、固定子と
してのモータケース１１の内周面には、電極面５１、５
２が周方向に沿って２４分割された整流子５０が形成さ
れ、回転子３０の側には、回転子３０と一体に回転しな
がら電極面５１、５２上を周方向に摺動して駆動コイル
への給電を行う２相分、４個のブラシ６０が保持されて
いる。整流子５０は、周方向に帯状に延びる給電部５
５、５６から２極分の電極部５１、５２が他方の極の整
流子片に向けて周方向で交互に突き出している整流子片
５３、５４によって形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はブラシ付きモータに
関するものである。さらに詳しくは、ブラシ付きモータ
の回転子への給電構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種のブラシ付きモータのうち、いわゆ
るアウター磁石構造のモータでは、駆動コイルが巻回さ
れた回転子の回転軸外周面に対して、周方向に分割され
た電極面を備える円筒状の整流子が保持され、この整流
子の電極面に対して、固定子側に保持されたブラシが当
接する構造になっている。

【０００３】ここで、モータの回転性能を表わす指標と
して、同一トルク発生時の熱損の逆数に対応する特性値
（Ｔ／Ｎ値）が挙げられ、このＴ／Ｎ値は、以下の式Ｔ／Ｎ＝Ｐ²・Φ²・Ｈ・Ａ／ＬＰ：磁極数 Φ：有効磁束Ｈ：並列コイル数Ａ：コイル断面積Ｌ：１ターン当たりのコイル長で表わされる。この式において、Ｔ／Ｎ値が大きいほ
ど、モータ特性が良好である。従って、磁極数を増やす
ほど、モータ特性が向上することになる。また、１ター
ン当たりのコイル長が短いほど、モータ特性が向上する
ことになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブラシ
付きモータにおいて磁極数を増やそうとすると、整流子
を周方向にさらに細かく分割することになるが、従来の
ブラシ付きモータのように、回転軸周りに配置された整
流子では、回転軸が細い分、周囲長が短いので、回転軸
の周りで整流子を高い寸法精度で細かく分割するのが困
難であるという問題点がある。また、従来のブラシ付き
モータでは、整流子において分割した各電極面から各駆
動コイルに配線した際に、分割数が多いと、配線がかな
り複雑になるという問題点もある。従って、従来のブラ
シ付きモータでは、磁極数を増やした方がよいことが分
かっていても、このような制約があるため、２極構造が
一般的で、かなり特殊なものにおいて４極構造あるいは
６極構造が採用されているだけである。

【０００５】また、特開昭６０−１６２４６３号公報に
は、外部から給電された電圧を回転子および整流子を介
して駆動コイルに供給する発明が開示されているが、こ
のような構造では、外部から回転子への給電用のブラ
シ、および整流子用のブラシを配置する必要があるた
め、これらの給電部がモータ内で大きな空間を占有して
しまうという問題点がある。

【０００６】一方、従来からある単巻きインダクタ構造
のＰＭ型ステッピングモータでは、駆動コイルを備える
固定子を外側に配置し、その内側に、永久磁石を備える
回転子が配置されたインナーロータ構造になっている。
ここで、駆動コイルを備える固定子の方を内側に配置
し、その周りに、永久磁石を備える回転子を配置したア
ウターロータ構造の方が、磁石との対向面積が増え、有
効磁束を大きくすることができるとともに、１ターン当
たりの駆動コイルの長さ（前記した式におけるコイル長
Ｌ）を短くできるので、モータ特性を向上できるが、こ
のようなアウターロータ構造のモータは、用途がかなり
限られてしまう。また、アウターロータ構造のモータで
は、回転子とモータケースとの間に所定の隙間を確保す
る必要があるので、構造が複雑になる結果、コスト高に
なるとともに、モータの体格が大きくなってしまうとい
う問題点がある。

【０００７】以上の問題点に鑑みて、整流子−ブラシ周
りの構造や配線を複雑化することなく磁極数を増やすこ
とができ、かつ、小型化や低価格化も可能なブラシ付き
モータを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、固定子側となるモータケースの内側に、
駆動コイルが巻回された回転子を有するブラシ付きモー
タにおいて、前記モータケースの内周面には、電極面が
周方向に沿って８以上に分割された整流子を備え、か
つ、前記回転子の側には、該回転子と一体に回転しなが
ら前記電極面上を摺動して前記駆動コイルへの給電を行
うブラシを備えていることを特徴とする。

【０００９】本発明では、固定子の内側に配置される回
転子の側にブラシが配置され、その外側に位置するモー
タケースの内側に整流子が配置されている。このため、
整流子を周方向にさらに細かく分割することにより磁極
数を増やすにあたって、回転軸の周りといった周囲長の
短い部分ではなく、周囲長の長いモータケースの内周面
において整流子を周方向に分割するので、高い寸法精度
で分割することができる。また、回転子の側において
は、駆動コイルとブラシとを電気的に接続すればよいの
で、配線も複雑化することもない。それ故、本発明によ
れば、整流子−ブラシ周りの構造や配線を複雑化するこ
となく、磁極数を増やすことができる。また、外側に位
置するのが固定子であるため、固定子をモータケースと
一体に形成できるので、構造が簡素であり、かつ、小型
化にも適している。さらに、駆動コイルが巻回された回
転子が内側に位置するので、磁石との対向面積が増え、
有効磁束を大きくすることができるとともに、１ターン
当たりの駆動コイルの長さが短くて済む。よって、特性
の優れたブラシ付きモータを安価に提供することができ
る。

【００１０】本発明において、前記整流子は、たとえ
ば、２極分の前記電極面が周方向に交互に配置され、か
つ、同極の電極面は一体の整流子片によって形成されて
いる。このような構成の場合に、前記２極分の整流子片
としては、周方向に帯状に延びる給電部から前記２極分
の電極部が他方の極の整流子片に向けて周方向で交互に
突き出している構成のものを用いることができる。

【００１１】本発明において、前記回転子が前記駆動コ
イルを２相分備える場合には、回転子には４個のブラシ
を形成すればよい。また、前記回転子が前記駆動コイル
を３相分備え、前記ブラシを３個備えた構成であっても
よい。

【００１２】本発明において、前記回転子には、前記モ
ータケースの内周面に形成されたマグネットに向けて突
出した複数の極歯を形成することにより、ＰＭ型ステッ
ピングモータに採用されているような電機子（単巻きイ
ンダクタ構造）としてもよい。このような構成のモータ
は、永久磁石が外側に配置された固定子と、電機子が内
側に配置された回転子とを有する、いわゆるインナーロ
ータ構造を有することになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を適用したブラシ付きモータを説明する。

【００１４】図１は、本発明を適用したブラシ付きモー
タをモータ軸線方向に沿って切断したときの断面図であ
る。図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、このブラシ付きモ
ータの回転子側に形成したブラシ側の斜視図、および固
定子側に形成した整流子の斜視図である。図３は、この
ブラシ付きモータをモータ軸線に直交する方向に沿って
切断して整流子−ブラシ周りの構成を拡大して示す断面
図である。図４は、このブラシ付きモータの整流子を展
開して示す説明図である。

【００１５】図１において、本形態のブラシ付きモータ
１は、ＰＭ型の単巻きインダクタ構造を有しており、円
筒状のモータケース１１と端板１２とによってモータハ
ウジング１０が形成されている。このブラシ付きモータ
１において、回転軸２０は、モータケース１１の側およ
び端板１２の側にそれぞれ固着されたボールベアリング
１３、１４によって軸線周りに回転可能に支持されてい
る。この回転軸２０の周りには２相分のコア３１、３２
が固定されており、各コア３１、３２の内側には各相の
駆動コイル３３、３４が巻回されている。コア３１、３
２の外周縁からは、モータケース１１の内周面に沿って
櫛歯状の極歯３５、３６が延びている。このようにし
て、本形態では、極歯３５、３６を備えるコア３１、３
２と、駆動コイル３３、３４とによって回転子３０が構
成されている。

【００１６】これに対して、モータケース１１の内周面
は、Ｎ極およびＳ極が周方向で交互に並ぶ永久磁石４１
が固着された固定子４０を構成している。

【００１７】このように構成したブラシ付きモータ１に
おいて、外部から駆動コイル３３、３４に対しての給電
は、図２（Ａ）、（Ｂ）および図３に示す整流子５０、
およびブラシ６０によって行われる。

【００１８】本形態において、モータケース１１の解放
端側の内周面には、図２（Ｂ）および図３に示すよう
に、２極分の電極面５１、５２が周方向に沿って８以上
（ここに示す例では２４分割）に分割された整流子５０
を備えている。この整流子５０において、２極分の電極
面５１、５２は、同極の電極面同士が、薄い銅板の一体
プレス加工品からなる整流子片５３、５４によって形成
されている。すなわち、２極分の整流子片５３、５４は
いずれも、モータケース１１の内周面において周方向に
帯状に延びる給電部５５、５６を備えており、これらの
給電部５５、５６から矩形の電極部５１、５２が他方の
極の整流子片に向けて周方向で交互に突き出している。
従って、給電部５５、５６の端部に対してのみ外部から
給電を行えば、整流子片５３、５４全体への給電が可能
である。

【００１９】これに対して、図２（Ａ）および図３に示
すように、ブラシ６０は、回転子３０の端面に４個、形
成され、これら４個のブラシ６０は、２本一組で、外部
から給電された直流電圧を整流子５０の電極面５１、５
２を介して受電し、２相分の駆動コイル３３、３４に対
して供給する。このようなブラシ６０を回転子３０に構
成するにあたって、本形態では、回転子３０の端面には
その中心からＸ字形状に４本のブラシ保持部６１が延び
ており、いずれのブラシ保持部６１内にも、中心側にコ
ネタク部６２を備える電極６５が配置され、この電極６
５の先端部にはブラシ６０が小突起として形成されてい
る。また、電極６５は、基端側および先端側がそれぞれ
小径部分６６および大径部分６７になっており、小径部
分６６の周りには、その境界部分に形成されている段差
に引っ掛かるコイルばね６９が圧縮した状態で装着され
ている。従って、電極６５は、コイルばね６９によって
常にブラシ６０を外周側に押し出すように付勢し、整流
子５０に弾性をもって接触させている。

【００２０】このようにして、電極６５がコイルばね６
９によって外周側に付勢されることによって、ブラシ６
０は、整流子５０の電極面５１、５２に当接し、かつ、
回転子３０と一体に回転したときに、ブラシ６０は、整
流子５０の電極面５１、５２上を摺動していく。ここ
で、ブラシ６０の位置と、整流子５０の電極面５１、５
２との位置関係は、あるタイミングでは、図３および図
４に示すように表わされる。すなわち、２組のブラシ６
０のうち、一方の相に属するブラシ６０は、２本ともが
電極面５１、５２の間に位置しているときに、他の相に
属するブラシ６０は、一本が整流子５０の＋極用の電極
面５１に当接し、他の１本のブラシ６０は、整流子５０
の−極用の電極面５２に当接している。このため、これ
らのブラシ６０に電気的に配線接続されている側の駆動
コイル３４に対して給電が行われる。また、いずれのブ
ラシ６０も、回転子３０の回転に伴なって、整流子５０
の電極面５１、５２上を摺動していくので、駆動コイル
３３、３４に給電を行うブラシ６０の組合わせや極性が
入れ替わることになる。従って、回転子３０は、駆動コ
イル３３、３４への給電によって発生する永久磁石４１
との間の磁力によって軸線周りに回転する。

【００２１】このように、本形態のブラシ付きモータ１
では、モータケース１１（固定子４０）の内側に配置さ
れた回転子３０の側にブラシ６０が配置され、モータケ
ース１１（固定子４０）の内側に整流子５０が配置され
ている。このため、整流子５０を周方向にさらに細かく
分割することにより磁極数を増やす際でも、周囲長の長
いモータケース１１の内周面で整流子５０を分割するの
で、たとえ電極面５１、５２を２４個に分割する場合で
も、電極面５１、５２の位置や形状に高い精度を得るこ
とができる。すなわち、中心から整流子５０の配置位置
までの距離に比例して、その分、整流子５０が周方向に
長くなるので、同じ数に分割する場合でも、電極部５
１、５２の分割角度やブラシ６０の配置角度の精度を容
易に出すことができる。

【００２２】また、外側に位置するのが固定子４０であ
るため、固定子４０をモータケース１１と一体に形成で
きるので、構造が簡素であり、かつ、小型化にも適して
いる。さらに、駆動コイル３３、３４が巻回された回転
子３０が内側に位置するので、１ターン当たりの駆動コ
イル３３、３４の長さが短くて済む。また、中心から離
れた位置で極歯３５、３６が永久磁石４１と対向するの
で、中心寄りの位置で対向させた構成と比較して、対向
面積を拡張できる。それ故、モータ特性の大幅な改善を
行うことができる。

【００２３】さらにまた、回転子３０には、モータケー
ス１１の内周面に形成された永久磁石４１に向けて突出
した複数の極歯３５、３６を形成してあるので、ＰＭ型
ステッピングモータに採用されているような電機子（単
巻きインダクタ構造）を採用することができる。このよ
うな構成のモータは、永久磁石４１が外側に配置された
固定子４０と、電機子が内側に配置された回転子３０と
を有する、いわゆるインナーロータ構造を有することに
なる。

【００２４】［その他の実施の形態］なお、上記形態で
は、回転子３０が２相分の駆動コイル３３、３４と、４
個のブラシ６０とを有するブラシ付きモータ１の例を説
明したが、回転子３０が、デルタ結線あるいはスター結
線された３相分の駆動コイルと、３個のブラシとを有す
るブラシ付きモータでも、図１ないし図４を参照して説
明した整流子５０を用いることができる。この構成の場
合にも、モータの基本的な構成は、上記の形態と同様で
あるので、それらの説明を省略するが、整流子５０の電
極面５１、５２と３本のブラシ６０との位置関係は、あ
るタイミングでのブラシ位置を図４に矢印Ｂ１、Ｂ２、
Ｂ３で示すように、３本のブラシ６０は、互いに位相の
ずれた状態で電極面６１、６５上を摺動していく。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本形態に係るブラ
シ付きモータでは、固定子の内側に配置される回転子の
側にブラシが配置され、その外側に位置するモータケー
スの内側に整流子が配置されている。このため、整流子
を周方向にさらに細かく分割することにより磁極数を増
やす際でも、周囲長の長いモータケースの内周面で整流
子を分割するので、電極面を高い位置精度で形成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したブラシ付きモータをモータ軸
線方向に沿って切断したときの断面図である。

【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、図１に示すブラシ
付きモータのブラシ側の斜視図、および整流子側の斜視
図である。

【図３】図１に示すブラシ付きモータをモータ軸線に直
交する方向に沿って切断して整流子−ブラシ周りの構成
を拡大して示す断面図である。

【図４】図１に示すブラシ付きモータの整流子を展開し
て示す説明図である。

【符号の説明】

１ブラシ付きモータ１０モータハウジング１１モータケース１２端板１３、１４ボールベアリング２０回転軸３０回転子３１、３２コア３３、３４駆動コイル３５、３６極歯４０固定子４１永久磁石５１、５２電極面５３、５４整流子片５５、５６給電部６１ブラシ保持部６５電極６６電極の小径部分６７電極の大径部分６９コイルばね

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定子側となるモータケースの内側に、
駆動コイルが巻回された回転子を有するブラシ付きモー
タにおいて、前記モータケースの内周面には、電極面が周方向に沿っ
て８以上に分割された整流子を備え、かつ、前記回転子
の側には、該回転子と一体に回転しながら前記電極面上
を摺動して前記駆動コイルへの給電を行うブラシを備え
ていることを特徴とするブラシ付きモータ。
【請求項２】請求項１において、前記整流子は、前記
電極面が２極分、周方向に交互に配置され、かつ、同極
の電極面は一体の整流子片により形成されていることを
特徴とするブラシ付きモータ。
【請求項３】請求項２において、前記２極分の整流子
片では、周方向に帯状に延びる給電部から前記２極分の
電極部が他方の極の整流子片に向けて周方向で交互に突
き出していることを特徴とするブラシ付きモータ。
【請求項４】請求項２または３において、前記回転子
は、前記駆動コイルを２相分備え、前記ブラシを４個備
えていることを特徴とするブラシ付きモータ。
【請求項５】請求項２または３において、前記回転子
は、前記駆動コイルを３相分備え、前記ブラシを３個備
えていることを特徴とするブラシ付きモータ。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記回転子は、前記モータケースの内周面に形成された
マグネットに向けて突出した複数の極歯を備えているこ
とを特徴とするブラシ付きモータ。