JP2003189549A - 変速モータ用ブラシ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サードブラシ式変速モータのモータ特
性の劣化を防止する。 【解決手段】 一対のブラシ１・３間にコンミテータ
２の円周方向に分割された一対の高速側負極ブラシ４ａ
・４ｂを配設する。高速側負極ブラシのコンミテータへ
の摺接部分が分割されていることから隣接するセグメン
ト間で高速ブラシ内に短絡電流が流れ難くなるため、ブ
ラシを介して短絡される位置にあるコイルにマグネット
起電力による短絡電流が流れ難くなり、それによる反転
トルクの影響を抑制することができる。これにより、電
流リップルの乱れが小さくなり、それに伴ってトルクむ
らが小さくなるため効率の低下が抑制されると共に、モ
ータ駆動時の音も小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変速モータ用ブラ
シ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、変速モータとして例えば自動車用
ワイパのモータに用いられているサードブラシ式のもの
にあって、図５に示されるように、Ｎ・Ｓ各１極ずつの
マグネットＭａ・Ｍｂを有し、１つの正極ブラシ１１ａ
と、その正極ブラシ１１ａと対になるようにコンミテー
タ２を挟んで点対称に配設された低速側負極ブラシ１１
ｂと、正極ブラシ１１ａから角度θ離れた位置に配設さ
れた高速側負極ブラシ１１ｃとを設けたものがある。な
お、上記角度θを変えることにより、高速側の回転速度
を種々変更することができる。

【０００３】また、図６は、図５において番号１〜１２
を付したコンミテータの各セグメントとコイルとの巻線
状態を示す展開図である。なお、図では簡略化のためコ
イルを１回のみ巻回した状態で示している。また、１つ
のセグメント（例えば１番）から出たコイルＬ１の巻線
は、図５に示されるように、セグメントの１番からコア
ティースＴ３・Ｔ４間のコアスリットに入り、コアティ
ースＴ１０・Ｔ１１間のコアスリットとの両コアスリッ
ト間に巻回された後、隣接するセグメント（１２番）に
接続される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記サードブラシ式の
ワイパモータにより低速及び高速を切り換えてワイパを
動作させることができる。しかしながら、低速駆動時に
各図５・６に示されるようにコンミテータの隣接する両
セグメント（図示例では１番及び１２番）間に高速側ブ
ラシ１１ｃが位置した場合、そのブラシによって短絡さ
れるコイルＬ１に、マグネット起電力による磁束変化を
受ける短絡電流が流れてしまうため、反転トルクが働い
てモータ特性が劣化するという問題が発生してしまう。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決し
て、サードブラシ式変速モータにおけるサードブラシを
設けていないモータに対するモータ特性の劣化を防止す
ることを実現するために、本発明に於いては、コンミテ
ータを挟んで点対称位置に配設された一対の低速用ブラ
シと、前記一対の低速用ブラシ間の所定位置に配設され
た高速用ブラシとを有し、前記高速用ブラシが、少なく
とも前記コンミテータに摺接する部分を前記コンミテー
タの円周方向に２分割されているものとした。

【０００６】これによれば、低速時に、高速用ブラシが
コンミテータの隣接するセグメント間にまたがる位置に
存在して、それらの隣接するセグメントに接続されてい
るコイルにマグネット起電力が生じる状態になっても、
その高速用ブラシのコンミテータへの摺接部分が分割さ
れていることから隣接するセグメント間で高速ブラシ内
に短絡電流が流れ難くなるため、ブラシを介して短絡さ
れる位置にあるコイルにマグネット起電力による短絡電
流が流れ難くなり、それによる反転トルクの影響を抑制
することができる。

【０００７】また、前記高速用ブラシが、互いに相対変
位自在にかつ隣接して設けられた２つの分割ブラシから
なることによれば、高速用ブラシを構成する各分割ブラ
シ同士を完全に分割することにより、両分割ブラシを互
いに絶縁しかつ変位自在にすることができるため、両分
割ブラシ間を流れる短絡電流を無くすことができると共
に、摩耗量に差が生じても何ら問題なく対応し得る。な
お、両分割ブラシの各ピグテールを１本にしても、ピグ
テールを介して流れる電流はブラシ内を短絡して流れる
電流に対して大きな抵抗を受けるため、分割ブラシ間で
絶縁されているとみなすことができる。

【０００８】また、前記高速用ブラシが、前記低速用ブ
ラシと同一外形であり、かつスリットにより分割されて
いることによれば、ブラシを同じ外形で製造することが
でき、その中から低速用ブラシとしてスリットを入れた
ものを形成するのみで良く、全く別形状の高速用ブラシ
を新たに作る必要が無く、製造コストを低廉化し得る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。

【００１０】図１は、本発明が適用されたサードブラシ
式変速モータの要部を示す模式図であり、従来例で示し
た図５に対応するものである。したがって、図５と同様
の部分には同一の符号を付して、その詳しい説明を省略
する。また、従来例と同様に本変速モータは自動車用ワ
イパモータに用いられるものであって良い。

【００１１】本モータは、図１に示されるように、Ｎ・
Ｓ各１極ずつのマグネットＭａ・Ｍｂを有するものであ
る。また、正極ブラシ１がコンミテータ２に摺接するよ
うに設けられていると共に、ワイパモータにおける低速
駆動時に正極ブラシ１に対応する負極ブラシとしての低
速側負極ブラシ３が正極ブラシ１に対してコンミテータ
２を挟んで点対称位置に配設されている。これら正極ブ
ラシ１と低速側負極ブラシ３とにより一対の低速用ブラ
シが構成されている。

【００１２】そして、ワイパモータにおける高速駆動時
に正極ブラシ１に対応する負極ブラシとなる高速用ブラ
シとして、コンミテータ２の円周方向に２分割された一
対の高速側負極ブラシ４ａ・４ｂが、互いにコンミテー
タ２の半径方向に相対変位自在にかつ隣接する２つの分
割ブラシとして、正極ブラシ１及び低速側負極ブラシ３
の両者間に配設されている。なお、一対の高速側負極ブ
ラシ４ａ・４ｂの位置は、従来例で示したように、高速
側の回転速度に応じて正極ブラシ１からの角度を設定し
て決められている。

【００１３】ワイパモータの低速駆動時には正極ブラシ
１と低速側負極ブラシ３との間に電流を流すが、その
時、高速側負極ブラシ４ａ・４ｂが図１に示されるよう
にコンミテータ２のある隣接するセグメント（１番・１
２番）にまたがって位置している場合には、両セグメン
ト（１番・１２番）間に接続されているコイル（例えば
図６のＬ１）にマグネット起電力による電流が流れ得
る。しかしながら、上記したように高速側正極ブラシ４
ａ・４ｂが一対の分割ブラシからなることから、両者間
に空隙があり、両高速側負極ブラシ４ａ・４ｂ同士は電
気的に絶縁されているため、両高速側負極ブラシ４ａ・
４ｂ間に短絡電流が直接流れることはない。

【００１４】なお、両高速側負極ブラシ４ａ・４ｂから
それぞれ延出された各ピグテール５ａ・５ｂは１本の共
通ピグテール５として図示されない外部接続端子に至る
ようにされているため、両ピグテール５ａ・５ｂを介し
て両高速側負極ブラシ４ａ・４ｂ間に短絡電流が流れ得
る。しかしながら、ピグテール５ａ・５ｂは、高速側負
極ブラシ４ａ・４ｂ内に対しては大きな抵抗となるた
め、マグネット起電力によりコイルに流れようとする電
流は、両ピグテール５ａ・５ｂを介して流れることによ
り抑制される。

【００１５】したがって、低速駆動時に、マグネット起
電力により、使用しない高速側負極ブラシ（４ａ・４
ｂ）に短絡電流が流れて生じる反転トルクの影響を抑制
することができるため、電流リップルの乱れが小さくな
り、それに伴ってトルクむらも小さくなり、モータ駆動
時の音を小さくすることができる。また、両高速側負極
ブラシ４ａ・４ｂ同士が互いに独立していることから、
摩耗量に差が生じても、何ら問題が生じることがない。

【００１６】図２に、本発明に基づき上記したようにし
て構成された変速モータ用ブラシ装置におけるモータ特
性と従来のモータ特性とを比較した図を示す。モータ特
性としては、電流に対する回転速度・トルク・出力・効
率をそれぞれ示している。また図において、分割ブラシ
構造のものを実線で示し、従来の分割されていないブラ
シ構造のものを破線で示している。図に示されるよう
に、常用範囲となる最大効率点近傍での効率は分割ブラ
シ構造のものの方が高く、他の項目も同等以上の値を示
す結果となった。

【００１７】例えば、ブラシの形態以外は同じとして電
流値を４Ａ（常用範囲内の一例）とした場合に、従来の
ものの効率が７２．１％であるのに対して、分割ブラシ
構造のものの効率は７４．２％になった。これは、一対
のブラシだけを設けたもの（高速側負極ブラシ無し）の
効率の７５．２％とほぼ等しく、上記反転トルクの影響
をほとんど受けていないことが分かった。また、回転速
度にあっては、従来のものが１９８１ｒｐｍで、分割ブ
ラシ構造のものが１９５７ｒｐｍで、一対のブラシだけ
のものが１９７７ｒｐｍとなり、これも何ら問題がな
い。

【００１８】次に、本発明に基づくブラシ装置の他の例
を示す。上記図１では両高速側負極ブラシ４ａ・４ｂ同
士を、空隙を介して互いに絶縁状態にしたが、図３に示
されるように、例えば絶縁性合成樹脂材からなるブラシ
ホルダ６の中に隔壁６ａを設け、その隔壁６ａを介して
両高速側負極ブラシ４ａ・４ｂを配設しても良い。これ
により、両高速側負極ブラシ４ａ・４ｂを絶縁状態に配
設することを容易に行うことができる。

【００１９】また、図４に示されるように、高速側負極
ブラシ７を完全に分割するのではなく、コンミテータ２
への摺接部分にスリット８を入れて分割した形状にする
こともできる。この場合であっても、スリット８により
分割された各分割部分７ａ・７ｂ間にあっては、スリッ
ト８により絶縁状態である。ブラシ内を流れる短絡電流
は、従来例のブラシ形状であればコンミテータ２の表面
近傍を通るのに対して、図４のものの場合には、図の破
線ｉで示されるようにブラシ７内を大きく迂回して通る
ようになる。この場合であっても、コンミテータ２の隣
接するセグメント間にマグネット起電力による短絡電流
が流れ難くなり、それによる反転トルクの影響を抑制す
ることができる。

【００２０】なお、スリット８を入れない形状を他のブ
ラシ１・３と同一にすることができるため、同一形状の
ブラシを作り、高速側負極ブラシ７のみにスリット８を
入れる加工をすることで製造可能である。これにより、
既存の設備を更新することなく製造可能になるばかりで
なく、ブラシホルダ９も他のブラシ（１・３）のものと
同じであって良く、製造コストを低廉化し得る。

【００２１】

【発明の効果】このように本発明によれば、高速用ブラ
シ（高速側負極ブラシ）のコンミテータへの摺接部分が
分割されていることから隣接するセグメント間で高速ブ
ラシ内に短絡電流が流れ難くなるため、ブラシを介して
短絡される位置にあるコイルにマグネット起電力による
短絡電流が流れ難くなり、それによる反転トルクの影響
を抑制することができる。これにより、電流リップルの
乱れが小さくなり、それに伴ってトルクむらが小さくな
るため効率の低下が抑制されると共に、モータ駆動時の
音も小さくすることができるため、車室近傍に配置され
るワイパモータによる作動音などの音を抑えることがで
きる。このように、本発明による変速モータ用ブラシ装
置をワイパモータに使用すると好適である。

【００２２】また、高速用ブラシを構成する各分割ブラ
シ同士を完全に分割することにより、両分割ブラシを互
いに絶縁しかつ変位自在にすることができるため、両分
割ブラシ間を流れる短絡電流を無くすことができると共
に、摩耗量に差が生じても何ら問題なく対応し得る。な
お、両分割ブラシの各ピグテールを１本にしても、ピグ
テールを介して流れる電流はブラシ内を短絡して流れる
電流に対して大きな抵抗を受けるため、分割ブラシ間が
絶縁されているとみなすことができる。

【００２３】また、各ブラシを同じ外形で製造し、その
中から低速用ブラシとしてスリットを入れたものを形成
することにより、全く別形状の高速用ブラシを新たに作
る必要が無く、製造コストを低廉化し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されたサードブラシ式変速モータ
の要部を示す模式図。

【図２】本発明のものと従来のものとのモータ特性を示
す図。

【図３】ブラシ装置の第２の例を示す要部破断拡大図。

【図４】ブラシ装置の第３の例を示す図に対応する図。

【図５】従来のサードブラシ式変速モータの要部を軸線
方向から見た示す模式図。

【図６】コイルの巻線形態を示す模式的展開図。

【符号の説明】

１ 正極ブラシ ２ コンミテータ ３ 低速側負極ブラシ ４ａ・４ｂ 高速側負極ブラシ ５ 共通ピグテール ６ ブラシホルダ、６ａ 隔壁 ７ 高速側負極ブラシ ８ スリット ９ ブラシホルダ １１ａ 正極ブラシ １１ｂ 低速側負極ブラシ １１ｃ 高速側負極ブラシ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D025 AE57 AG01 5H613 AA03 BB15 BB19 BB35 GA11 GB01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンミテータを挟んで点対称位置に配設
   された一対の低速用ブラシと、前記一対の低速用ブラシ
   間の所定位置に配設された高速用ブラシとを有し、 前記高速用ブラシが、少なくとも前記コンミテータに摺
   接する部分を前記コンミテータの円周方向に２分割され
   ていることを特徴とする変速モータ用ブラシ装置。
2. 【請求項２】 前記高速用ブラシが、互いに相対変位自
   在にかつ隣接して設けられた２つの分割ブラシからなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の変速モータ用ブラシ
   装置。
3. 【請求項３】 前記高速用ブラシが、前記低速用ブラシ
   と同一外形であり、かつスリットにより分割されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の変速モータ用ブラシ
   装置。
4. 【請求項４】 ワイパモータに使用されることを特徴と
   する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の変速モー
   タ用ブラシ装置。