JP2005020797A - Ｄｃモータ - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップを抑制でき、且つ車両への搭載性が低下することなく、電磁ノイズの発生を低減できるＤＣモータを提供すること。
【解決手段】電機子コア１２のスロット１２ａ内で電機子導体１３を保護する絶縁材１６は、電機子導体１３と電機子コア１２との間のインピーダンスを大きくするために、従来品より厚さを大きくしている（粉体塗装の膜厚を０．１ｍｍ →１ｍｍ ）。これにより、電機子導体１３は、電機子コア１２の径方向の断面においてスロット１２ａ内の中央部に集中して装着されている。このため、電機子導体１３と電機子コア１２との距離を従来より大きく確保することができるので、電機子導体１３と電機子コア１２との間のインピーダンスが増大するため、電機子導体１３から電機子コア１２に流れるノイズ電流（コモンモード電流）が低減して、電磁ノイズの発生が抑制される。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機子型のＤＣモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車には、多くのモータが使用されている。この中で最も一般的に使用されるＤＣモータにおいては、図７に示す様に、ヨークを形成する鉄製のハウジング１００ と、このハウジング１００ の内周面に固定される界磁磁石１１０ 、整流子１２０ を有する電機子１３０ 、及び整流子１２０ 上に配置されるブラシ１４０ 等によって構成され、このブラシ１４０ を介して整流子１２０ から電機子導体１５０ に電流が流れることで電機子１３０ が回転する。なお、電機子導体１５０ は、図８に示す様に、電機子コア１６０ のスロット１７０ 内に挿入されて電機子コア１６０ に巻き付けられ、スロット１７０ 内で絶縁材１８０ に保護されている。
【０００３】
この時、電機子導体１５０ を流れる電流の交流成分が、図７に矢印で示す様に、電機子導体１５０ と電機子コア１６０ との間の容量成分（浮遊容量）を通じて電機子コア１６０ に流れ、更にベアリング１９０ やシャフト２００ につながるギヤ（図示せず）へ、及び電機子コア１６０ とハウジング１００ との間の容量成分を通じてシャーシ２１０ へ流れる電流回路が形成されると、バッテリ２２０ とブラシ１４０ とを接続する＋側と−側の給電線２３０ を同一方向に高周波電流（コモンモード電流）となって流れる。この高周波電流は、電磁ノイズを発生する原因となり、その電磁ノイズが大きい場合には、ラジオ等の雑音になる。
【０００４】
また、近年、車両電源電圧の４２Ｖ化が提案されているが、モータを４２Ｖ化した場合、ブラシ１４０ と整流子１２０ との間に生じるアークエネルギーが大きくなることにより、モータから発生する電磁ノイズが大きくなることが想定される。
更に、従来はリアガラスや車室外に設置されていたラジオアンテナを車室内、特に前席側に設ける場合があり、ノイズ源となるＤＣモータとラジオアンテナとの距離がより近くなると、電磁ノイズが大きくなる。
【０００５】
そこで、従来では、モータから発生する電磁ノイズを低減するために、モータの給電線２３０ に電磁気シールドを付加、あるいはチョークコイルやバイパスコンデンサ等の電磁ノイズ吸収素子を付加する等の対策が行われている（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１２２８５８ 号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の電磁ノイズ対策では、電磁気シールドや電磁ノイズ吸収素子等を付加するためにコストアップすると共に、電磁気シールドや電磁ノイズ吸収素子等を設置するためのスペースが必要となるため、車両への搭載性が低下するという問題があった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、コストアップを抑制でき、且つ車両への搭載性が低下することなく、電磁ノイズの発生を低減できるＤＣ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】
（請求項１の発明）
本発明は、回転子内に軸方向にスロットを有する電機子コアと、スロット内に絶縁材を介して挿入される電機子導体と、この電機子導体に接続されたセグメントを周方向等間隔に配置して構成される整流子と、この整流子の外周上に配置されるブラシとを備えるＤＣモータにおいて、電機子導体が、電機子コアの径方向の断面においてスロット内の中央部に集中して装着されていることを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、電機子導体をスロットの内周面から離すことができるので、電機子導体と電機子コアとの距離を従来より大きく確保することができる。その結果、電機子導体と電機子コアとの間の容量値が小さくなる、つまりインピーダンスが増大するため、電機子導体から電機子コアに流れるコモンモード電流が減少して、電磁ノイズの発生が抑制される。
【００１０】
（請求項２の発明）
請求項１に記載したＤＣモータにおいて、
絶縁材の厚さを大きくする、または絶縁材を複数枚重ねて使用することにより、電機子導体をスロット内の中央部に集中させることを特徴とする。
この構成によれば、電機子導体を保護する絶縁材の厚さ、または枚数を変更するだけで、容易に電機子導体をスロット内の中央部に集中させることができる。
【００１１】
（請求項３の発明）
本発明は、回転子内に軸方向にスロットを有する電機子コアと、スロット内に絶縁材を介して挿入される電機子導体と、この電機子導体に接続されたセグメントを周方向等間隔に配置して構成される整流子と、この整流子の外周上に配置されるブラシとを備えるＤＣモータにおいて、絶縁材は、内部に気泡を含む気泡性材料により形成されていることを特徴とする。
【００１２】
例えばコンデンサの容量値は、２枚の電極間に介在する誘電体の誘電率に比例するため、その誘電率を小さくすることで、容量値を小さくすることができる。そこで、比誘電率が最も小さい空気（気泡）を内部に含む気泡性材料によって絶縁材を形成することにより、電機子導体と電機子コアとの間の容量値を小さくすることができ、その結果、電磁ノイズの発生を抑制できる。
【００１３】
（請求項４の発明）
本発明は、回転子内に軸方向にスロットを有する電機子コアと、スロット内に絶縁材を介して挿入される電機子導体と、この電機子導体に接続されたセグメントを周方向等間隔に配置して構成される整流子と、この整流子の外周上に配置されるブラシとを備えるＤＣモータにおいて、絶縁材は、少なくとも電機子導体の周囲を囲む保護膜部を有し、この保護膜部とスロットの内周面との間に空気層が形成されていることを特徴とする。
この構成では、保護膜部とスロットの内周面との間に比誘電率が最も小さい空気層が形成されるので、請求項３の発明と同様、電機子導体と電機子コアとの間の容量値を小さくすることができ、その結果、電磁ノイズの発生を抑制できる。
【００１４】
（請求項５の発明）
本発明は、回転子内に軸方向にスロットを有する電機子コアと、スロット内に絶縁材を介して挿入される電機子導体と、この電機子導体に接続されたセグメントを周方向等間隔に配置して構成される整流子と、この整流子の外周上に配置されるブラシとを備えるＤＣモータにおいて、絶縁材は、スロットの軸方向両端部のみに配置され、その両端部で電機子導体を保持していることを特徴とする。
この構成によれば、スロット内で絶縁材に保持されている電機子導体の両端部以外では、スロットの内周面と電機子導体との間に空気層が介在するだけであり、絶縁材が配置されていないので、電機子導体と電機子コアとの間の容量値を小さくすることができ、その結果、電磁ノイズの発生を抑制できる。
【００１５】
（請求項６の発明）
請求項１または２に記載したＤＣモータにおいて、
絶縁材は、内部に気泡を含む気泡性材料により形成されていることを特徴とする。
この構成では、電機子導体と電機子コアとの距離を従来より大きく確保することができ、且つ比誘電率が最も小さい空気（気泡）を内部に含む気泡性材料によって絶縁材を形成することで、電機子導体と電機子コアとの間の容量値を更に小さくすることができ、その結果、電磁ノイズの発生を抑制できる。
【００１６】
（請求項７の発明）
請求項１または２に記載したＤＣモータにおいて、
絶縁材は、少なくとも電機子導体の周囲を囲む保護膜部を有し、この保護膜部とスロットの内周面との間に空気層が形成されていることを特徴とする。
この構成では、電機子導体と電機子コアとの距離を従来より大きく確保することができ、且つ絶縁材の保護膜部とスロットの内周面との間に比誘電率が最も小さい空気層が形成されるので、電機子導体と電機子コアとの間の容量値を更に小さくすることができ、その結果、電磁ノイズの発生を抑制できる。
【００１７】
（請求項８の発明）
請求項１または２に記載したＤＣモータにおいて、
絶縁材は、スロットの軸方向両端部のみに配置され、その両端部で電機子導体を保持していることを特徴とする。
この構成では、電機子導体と電機子コアとの距離を従来より大きく確保することができ、且つスロット内で絶縁材に保持されている電機子導体の両端部以外では、スロットの内周面と電機子導体との間に空気層が介在するだけであり、絶縁材が配置されていないので、電機子導体と電機子コアとの間の容量値を更に小さくすることができ、その結果、電磁ノイズの発生を抑制できる。
【００１８】
（請求項９の発明）
請求項３に記載したＤＣモータにおいて、
絶縁材は、少なくとも電機子導体の周囲を囲む保護膜部を有し、この保護膜部とスロットの内周面との間に空気層が形成されていることを特徴とする。
この構成では、比誘電率が最も小さい空気（気泡）を内部に含む気泡性材料によって絶縁材が形成され、且つ絶縁材の保護膜部とスロットの内周面との間に空気層が形成されるので、電機子導体と電機子コアとの間の容量値を更に小さくすることができ、その結果、電磁ノイズの発生を抑制できる。
【００１９】
（請求項１０の発明）
請求項３に記載したＤＣモータにおいて、
絶縁材は、スロットの軸方向両端部のみに配置され、その両端部で電機子導体を保持していることを特徴とする。
この構成では、比誘電率が最も小さい空気（気泡）を内部に含む気泡性材料によって絶縁材が形成され、且つスロット内で絶縁材に保持されている電機子導体の両端部以外では、スロットの内周面と電機子導体との間に空気層が介在するだけであり、絶縁材が配置されていないので、電機子導体と電機子コアとの間の容量値を更に小さくすることができ、その結果、電磁ノイズの発生を抑制できる。
【００２０】
（請求項１１の発明）
請求項４に記載したＤＣモータにおいて、
絶縁材は、スロットの軸方向両端部のみに配置され、その両端部で電機子導体を保持していることを特徴とする。
この構成では、保護膜部とスロットの内周面との間に比誘電率が最も小さい空気層が形成され、且つスロット内で絶縁材に保持されている電機子導体の両端部以外では、スロットの内周面と電機子導体との間に空気層が介在するだけであり、絶縁材が配置されていないので、電機子導体と電機子コアとの間の容量値を更に小さくすることができ、その結果、電磁ノイズの発生を抑制できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は電機子コアのスロット内部の断面図であり、図２はＤＣモータの断面図である。
図２に示すＤＣモータ１は、自動車用途の中で一般的に使用されるモータであり、ヨークを形成する鉄製のハウジング２と、このハウジング２の内周面に固定される界磁磁石３、整流子４を有する電機子５（下述する）、及び整流子４の外周上に配置されるブラシ６等によって構成され、図３に示すモータ駆動回路７を介してＰＷＭ制御で駆動される。
【００２２】
ハウジング２は、車両のシャーシ８（図３参照）にネジ止めされ、バッテリ９のシャーシグランドに導通している。なお、バッテリ９とブラシ６とを接続する給電線１０（Ｍ１側及びＭ２側）とハウジング２とは、モータ１の内部で直流的に導通していない。
電機子５は、シャフト１１と、このシャフト１１に圧入嵌合して固定される電機子コア１２と、この電機子コア１２に巻線される電機子導体１３（図１参照）とを有し、この電機子導体１３が整流子４を形成するセグメントと電気的且つ機械的に結合されている。
【００２３】
シャフト１１は、両端部が軸受１４、１５を介して回転自在に支持され、その軸受１４、１５あるいはシャフト１１に繋がるギヤ（図示せず）を通じて交流的あるいは直流的にハウジング２と導通している。
【００２４】
電機子コア１２は、軸方向に沿って延びる所定数のスロット１２ａ（図１参照）を有し、このスロット１２ａが電機子コア１２の周方向に等ピッチに設けられている。
電機子導体１３は、電機子コア１２のスロット１２ａ内を通って電機子コア１２に巻き付けられている。但し、スロット１２ａの内部では、図１に示す様に、絶縁材１６によって電機子導体１３が保護され、その絶縁材１６を介して電機子コア１２の径方向の断面においてスロット１２ａ内の中央部に集中して装着されている。
【００２５】
絶縁材１６は、例えば粉体塗装、絶縁紙、樹脂材料等が使用される。この絶縁材１６は、電機子導体１３と電機子コア１２との間のインピーダンスを大きくするために、従来品より絶縁材１６の厚さを大きくしている（例えば、粉体塗装の膜厚を０．１ｍｍ →１ｍｍ ）。なお、小型のＤＣモータ１は、電機子導体１３の線積率が比較的小さいので、図８に示す従来品と比較しても、線積率を変化させることなく、絶縁材１６の厚さを大きくすることが可能であり、モータ１の効率に影響を生じることはない。
【００２６】
（本実施形態の作用及び効果）
上記のＤＣモータ１は、モータ駆動回路７を構成する各スイッチング素子７ａ（図３参照）によってＰＷＭ制御される。この時、スイッチング素子７ａで発生する急激な電圧変動やブラシ６による整流によってノイズが発生し、従来の技術で説明した電流回路と同じルートを通ってコモンモード電流（以下ノイズ電流と呼ぶ）が流れる（ノイズ電流の流れを図３に矢印で示す）。このノイズ電流は、電機子導体１３と電機子コア１２との間の容量成分（浮遊容量）を通じて電機子コア１２に流れるので、両者間のインピーダンスを大きくすることで、ノイズ電流を減らすことが可能である。
【００２７】
そこで、本実施形態では、電機子導体１３を保護する絶縁材１６の厚さを従来品より大きくして、電機子導体１３をスロット１２ａ内の中央部に集中して装着している。これにより、電機子導体１３をスロット１２ａの内周面から離すことができるので、電機子導体１３と電機子コア１２との距離を従来より大きく確保することができ、その分、電機子導体１３と電機子コア１２との間のインピーダンスが増大する。なお、電機子導体１３の銅線を被覆するエナメル層１３ａ（図１参照）は、絶縁材１６に比べて薄いため、エナメル層１３ａによるインピーダンスの寄与は小さい。
【００２８】
上記の結果、電機子導体１３と電機子コア１２との間の容量成分の容量値が小さくなるため、電機子導体１３から電機子コア１２に流れるノイズ電流（コモンモード電流）が低減して、電磁ノイズの発生が抑制される。実際に電磁ノイズを測定した結果によれば、絶縁材１６の厚さを従来の１０倍（粉体塗装の膜厚を０．１ｍｍ →１ｍｍ ）にすることで、電機子導体１３と電機子コア１２との間の容量成分が１６００ｐＦ→７００ｐＦ（７ｄＢ）に減少し、電磁ノイズが７ｄＢ 低減することが確認できた。
【００２９】
また、上記の構成では、絶縁材１６の厚さを大きくすることでモータ内部を流れるノイズ電流を低減しているので、従来の様に、モータ１の給電線１０に電磁気シールドや電磁ノイズ吸収素子等を付加する必要がない。その結果、低コストにて電磁ノイズの発生を抑制でき、且つ電磁気シールドや電磁ノイズ吸収素子等を設置するためのスペースも不要となるため、車両へのモータ１の搭載性が低下することもない。
なお、第１実施形態では、絶縁材１６の厚さを大きくすることで、電機子導体１３をスロット１２ａ内の中央部に集中させているが、例えば絶縁紙や樹脂材を複数枚重ね合わせることにより、全体の厚さを大きくしても良い。
【００３０】
（第２実施形態）
本実施形態は、図４に示す様に、絶縁材１６を気泡性材料によって形成した場合の一例である。この気泡性材料は、内部に多数の気泡１７を含んでいるので、第１実施形態に示した絶縁材１６（気泡１７を含んでいない）と比較すると、比誘電率が小さくなる。その結果、電機子導体１３と電機子コア１２との間のインピーダンスが大きく（容量成分の容量値が小さく）なるため、ノイズ電流が流れにくくなって、電磁ノイズの発生を抑制できる。
また、本実施形態の絶縁材１６は、第１実施形態の場合と同様に、その厚さを大きくして、電機子導体１３をスロット１２ａ内の中央部に集中して装着することにより、電磁ノイズの発生を抑制できる効果が大きくなる。
【００３１】
（第３実施形態）
本実施形態は、スロット１２ａの内周面と絶縁材１６との間に空間１８（空気層）を形成した場合の一例である。この絶縁材１６は、図５に示す様に、電機子導体１３の周囲を囲む保護膜部１６ａと、スロット１２ａの内周面に対し保護膜部１６ａを支持する複数本の支持部１６ｂとで構成され、スロット１２ａの内周面と保護膜部１６ａとの間に、支持部１６ｂによって区画された複数の空間１８が形成されている。
【００３２】
この構成によれば、スロット１２ａの内周面と保護膜部１６ａとの間に比誘電率が最も小さい空気（空間１８）が介在するので、請求項２の発明と同様に、電機子導体１３と電機子コア１２との間のインピーダンスが大きく（容量成分の容量値が小さく）なって、ノイズ電流が流れにくくなるため、電磁ノイズの発生を抑制できる。
また、本実施形態の絶縁体１６は、第２実施形態の場合と同様に、内部に多数の気泡を含む気泡性材料によって形成することも可能である。
【００３３】
（第４実施形態）
本実施形態は、図６に示す様に、スロット１２ａの軸方向両端部のみに絶縁材１６が配置され、その両端部で電機子導体１３を保持する一例である。
この構成によれば、スロット１２ａ内で絶縁材１６に保持されている電機子導体１３の両端部以外では、スロット１２ａの内周面と電機子導体１３との間に空気層（空間）が介在するだけであり、絶縁材１６が配置されていないので、スロット１２ａ内に挿入される電機子導体１３の全体が絶縁材１６で保護される場合と比較すると、電機子導体１３と電機子コア１２との間のインピーダンスが大きくなるため、電磁ノイズの発生を抑制できる。
【００３４】
また、本実施形態の絶縁体１６は、第２実施形態の場合と同様に、内部に多数の気泡を含む気泡性材料によって形成することも可能であり、更には、第３実施形態の場合と同様に、スロット１２ａの内周面と絶縁材１６との間に空間（空気層）を形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】スロット内部の断面図である（第１実施形態）。
【図２】ＤＣモータの断面図である。
【図３】ＤＣモータの制御回路図である。
【図４】スロット内部の断面図である（第２実施形態）。
【図５】スロット内部の断面図である（第３実施形態）。
【図６】軸方向に沿ったスロット内部の断面図である（第４実施形態）。
【図７】ＤＣモータの断面図である（従来技術の説明）。
【図８】スロット内部の断面図である（従来技術の説明）。
【符号の説明】
１ ＤＣモータ
４ 整流子
５ 電機子
６ ブラシ
１２ 電機子コア
１２ａ スロット
１３ 電機子導体
１６ 絶縁材
１６ａ 保護膜部
１７ 気泡
１８ 空間（空気層）

Claims (11)

1. 回転子内に軸方向にスロットを有する電機子コアと、
   前記スロット内に絶縁材を介して挿入される電機子導体と、
   この電機子導体に接続されたセグメントを周方向等間隔に配置して構成される整流子と、
   この整流子の外周上に配置されるブラシとを備えるＤＣモータにおいて、
   前記電機子導体が、前記電機子コアの径方向の断面において前記スロット内の中央部に集中して装着されていることを特徴とするＤＣモータ。
2. 請求項１に記載したＤＣモータにおいて、
   前記絶縁材の厚さを大きくする、または前記絶縁材を複数枚重ねて使用することにより、前記電機子導体を前記スロット内の中央部に集中させることを特徴とするＤＣモータ。
3. 回転子内に軸方向にスロットを有する電機子コアと、
   前記スロット内に絶縁材を介して挿入される電機子導体と、
   この電機子導体に接続されたセグメントを周方向等間隔に配置して構成される整流子と、
   この整流子の外周上に配置されるブラシとを備えるＤＣモータにおいて、
   前記絶縁材は、内部に気泡を含む気泡性材料により形成されていることを特徴とするＤＣモータ。
4. 回転子内に軸方向にスロットを有する電機子コアと、
   前記スロット内に絶縁材を介して挿入される電機子導体と、
   この電機子導体に接続されたセグメントを周方向等間隔に配置して構成される整流子と、
   この整流子の外周上に配置されるブラシとを備えるＤＣモータにおいて、
   前記絶縁材は、少なくとも前記電機子導体の周囲を囲む保護膜部を有し、この保護膜部と前記スロットの内周面との間に空気層が形成されていることを特徴とするＤＣモータ。
5. 回転子内に軸方向にスロットを有する電機子コアと、
   前記スロット内に絶縁材を介して挿入される電機子導体と、
   この電機子導体に接続されたセグメントを周方向等間隔に配置して構成される整流子と、
   この整流子の外周上に配置されるブラシとを備えるＤＣモータにおいて、
   前記絶縁材は、前記スロットの軸方向両端部のみに配置され、その両端部で前記電機子導体を保持していることを特徴とするＤＣモータ。
6. 請求項１または２に記載したＤＣモータにおいて、
   前記絶縁材は、内部に気泡を含む気泡性材料により形成されていることを特徴とするＤＣモータ。
7. 請求項１または２に記載したＤＣモータにおいて、
   前記絶縁材は、少なくとも前記電機子導体の周囲を囲む保護膜部を有し、この保護膜部と前記スロットの内周面との間に空気層が形成されていることを特徴とするＤＣモータ。
8. 請求項１または２に記載したＤＣモータにおいて、
   前記絶縁材は、前記スロットの軸方向両端部のみに配置され、その両端部で前記電機子導体を保持していることを特徴とするＤＣモータ。
9. 請求項３に記載したＤＣモータにおいて、
   前記絶縁材は、少なくとも前記電機子導体の周囲を囲む保護膜部を有し、この保護膜部と前記スロットの内周面との間に空気層が形成されていることを特徴とするＤＣモータ。
10. 請求項３に記載したＤＣモータにおいて、
    前記絶縁材は、前記スロットの軸方向両端部のみに配置され、その両端部で前記電機子導体を保持していることを特徴とするＤＣモータ。
11. 請求項４に記載したＤＣモータにおいて、
    前記絶縁材は、前記スロットの軸方向両端部のみに配置され、その両端部で前記電機子導体を保持していることを特徴とするＤＣモータ。

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