JP2006158032A - Dc motor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、整流子と、その整流子に接触するブラシとを備えたDCモータに関する。 The present invention relates to a DC motor including a commutator and a brush that contacts the commutator.
従来、この種のDCモータとして、例えば、下記の特許文献1に記載された電動機がある。この電動機のブラシは、整流子に接して摩耗する部分の略全長が抵抗率の異なる2種以上の導電材で形成される。すなわち、このブラシは、導電材のうち最も抵抗率の高い導電材で形成されたブラシ主部と、ブラシ主部の導電材よりも抵抗率の低い他の導電材で形成された導体とから構成される。ブラシ主部の内部には、導体が複数分散してブラシ主部の長手方向に沿って埋設される。特許文献1に記載の電動機は、上記のようなブラシを使用することで、ブラシにおける電流の抵抗損失を少なくすることができ、運転効率を向上させることができるようになっている。
Conventionally, as this type of DC motor, for example, there is an electric motor described in
ところが、特許文献1には、ブラシが摩耗することや、ブラシの摩耗粉と電流の流れを阻害する物質との関係については記載があるものの、ブラシが摩耗することによるブラシの抵抗値の変化については記載も示唆もされていない。ここで、DCモータは、電力を動力に変換する装置であることから、その「効率」が問題になる。モータの「効率」は、電気的入力に対する機械的出力の比を百分率で表したものである。一般に、抵抗は銅損となり、モータの効率を低下させるので、ブラシに使用される材質についてもコストと信頼性の許容範囲内で極力抵抗値の少ない材料が選ばれている。加えて、特許文献1には、ブラシの抵抗値と、DCモータに使われる巻線の抵抗値との関係、例えば、DCモータに使われる巻線の抵抗値に対するブラシの抵抗値の比率(以下「抵抗値比率」と言う。)については記載も示唆もされていない。また、この「抵抗値比率」とモータの「効率」との関係についても、特許文献1には何も記載されていない。従って、特許文献1に記載の電動機では、上記した「抵抗値比率」との関係では、モータの「効率」について最適な値を使用しているとは言えなかった。また、ブラシが摩耗してブラシの抵抗値が変化すると、上記した「抵抗値比率」が変化することになり、モータの「効率」が低下するという問題が考えられる。
However,
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ブラシの摩耗によるモータの効率の低下を抑えて高い効率を維持することを可能にしたDCモータを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a DC motor capable of maintaining high efficiency by suppressing reduction in efficiency of the motor due to brush wear.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、ステータ及びロータと、ロータは、シャフトと、そのシャフト上に設けられる整流子及び電機子とを含むことと、整流子は、複数のセグメントにより構成されることと、電機子は、導線を巻いた巻線を含み、巻線と整流子とがデルタ結線されることと、整流子に接触可能に設けられるブラシとを備えたDCモータにおいて、ブラシは、単一の材質によりブロック状に形成されると共に、整流子との接触部の断面積と、接触部からその接触部とは反対側の端部までの各部位の断面積とが同じに構成されることと、巻線の抵抗値に対するブラシの抵抗値の比率を抵抗値比率とすると、その抵抗値比率の増加に対してモータの効率が一つのピークを持つように増減する関係を有することと、新品時において、抵抗値比率を、モータの効率が抵抗値比率の増加に対してピークから減少する側に対応する所定範囲の値に設定することとを備えたことを趣旨とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to
上記発明の構成によれば、DCモータが使用されるに伴い、整流子に接触するブラシの接触部が摩耗してブラシが短くなる。ここで、ブラシは、単一の材質によりブロック状に形成されると共に、整流子との接触部の断面積と、接触部からその接触部とは反対側の端部までの各部位の断面積とが同じに構成されるので、摩耗により変移する接触部の断面積は常に同じとなり、摩耗によりブラシが短くなる分だけブラシの抵抗値が小さくなる。
ここで、巻線の抵抗値に対するブラシの抵抗値の比率を抵抗値比率とすると、その抵抗値比率の増加に対してモータの効率が一つのピークを持つように増減する関係を有することから、DCモータが使用されるに伴いブラシが短くなることで、抵抗値比率が減少することになる。上記発明では、新品時において、抵抗値比率を、モータの効率が抵抗値比率の増加に対してピークから減少する側に対応する所定範囲の値に設定するので、DCモータが使用されるに伴い、抵抗値比率が所定範囲から減少して、モータの効率はピークへ向けて増加し、その後にピークから減少することになり、モータの効率がピークを含む値となる。
According to the configuration of the above invention, as the DC motor is used, the contact portion of the brush that contacts the commutator is worn and the brush is shortened. Here, the brush is formed in a block shape with a single material, and the cross-sectional area of the contact portion with the commutator and the cross-sectional area of each part from the contact portion to the end opposite to the contact portion. Are the same, the cross-sectional area of the contact portion that changes due to wear is always the same, and the resistance value of the brush is reduced by the amount that the brush becomes shorter due to wear.
Here, when the ratio of the resistance value of the brush to the resistance value of the winding is the resistance value ratio, the motor efficiency has a relationship to increase or decrease to have one peak with respect to the increase in the resistance value ratio. As the DC motor is used, the brush becomes shorter, so that the resistance value ratio decreases. In the above invention, when the DC motor is used, the resistance value ratio is set to a value within a predetermined range corresponding to the side where the efficiency of the motor decreases from the peak with respect to the increase in the resistance value ratio. The resistance ratio decreases from the predetermined range, and the motor efficiency increases toward the peak, and then decreases from the peak. The motor efficiency becomes a value including the peak.
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、ピークに対応する抵抗値比率が25%であるとき、所定範囲に対応する抵抗値比率が35〜45%であることを趣旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
上記発明の構成によれば、請求項1に記載の発明の作用において、新品時における抵抗値比率を、上記したピークに対応する抵抗値比率が25%であるとき、上記した所定範囲に対応する抵抗値比率が35〜45%となるので、DCモータが使用されるに伴いブラシの抵抗値が減少すると、抵抗値比率が35〜45%から25%へ向けて減少することで、モータの効率はピークへ向けて増加し、その後、抵抗値比率が25%から減少することで、モータの効率はピークから減少することになり、モータの効率がピークを含む値となる。
According to the configuration of the invention described above, in the operation of the invention according to
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、ステータ及びロータと、ロータは、シャフトと、そのシャフト上に設けられる整流子及び電機子とを含むことと、整流子は、複数のセグメントにより構成されることと、電機子は、導線を巻いた巻線を含み、巻線と整流子とがデルタ結線されることと、整流子に接触可能に設けられるブラシとを備えたDCモータにおいて、ブラシは、単一の材質によりブロック状に形成されると共に、整流子との接触部の断面積が最大となり、接触部からその接触部とは反対側の端部までの各部位の断面積が接触部から離れるほど減少するように構成されることを趣旨とする。 In order to achieve the above object, a third aspect of the present invention includes a stator and a rotor, the rotor including a shaft, a commutator and an armature provided on the shaft, and a plurality of commutators. The armature includes a winding wound with a conductive wire, the winding and the commutator are delta-connected, and a brush provided in contact with the commutator is provided. In a motor, the brush is formed in a block shape from a single material, and the cross-sectional area of the contact portion with the commutator is maximized, and each part from the contact portion to the end opposite to the contact portion is formed. It is intended that the cross-sectional area is configured to decrease as the distance from the contact portion increases.
上記発明の構成によれば、DCモータが使用されるに伴い、整流子に接触するブラシの接触部が摩耗してブラシが短くなる。これに対し、ブラシは、単一の材質によりブロック状に形成されると共に、整流子との接触部の断面積が最大となり、接触部からその接触部とは反対側の端部までの各部位の断面積が接触部から離れるほど減少するように構成されるので、摩耗により変移する接触部の断面積は徐々に小さくなる。従って、ブラシが短くなる分だけ、接触部の断面積が小さくなるので、総じてブラシの抵抗値の変化は小さくなる。ここで、モータの効率は、ブラシの抵抗値の変化に応じて変化することが分かっている。このため、DCモータがある期間使用されてブラシが摩耗しても、ブラシの抵抗値の変化が小さいので、モータの効率の変化も新品時のそれに対して小さくなる。 According to the configuration of the above invention, as the DC motor is used, the contact portion of the brush that contacts the commutator is worn and the brush is shortened. On the other hand, the brush is formed in a block shape with a single material, and the cross-sectional area of the contact portion with the commutator is maximized, and each part from the contact portion to the end opposite to the contact portion. Since the cross-sectional area of the contact portion is configured to decrease as the distance from the contact portion increases, the cross-sectional area of the contact portion that changes due to wear gradually decreases. Therefore, since the cross-sectional area of the contact portion is reduced by the shorter brush, the change in the resistance value of the brush is generally reduced. Here, it is known that the efficiency of the motor changes according to the change in the resistance value of the brush. For this reason, even if the DC motor is used for a certain period of time and the brush wears, the change in the resistance value of the brush is small, so the change in the efficiency of the motor is also smaller than that when it is new.
上記目的を達成するために、請求項4に記載の発明は、ステータ及びロータと、ロータは、シャフトと、そのシャフト上に設けられる整流子及び電機子とを含むことと、整流子は、複数のセグメントにより構成されることと、電機子は、導線を巻いた巻線を含み、巻線と整流子とがデルタ結線されることと、整流子に接触可能に設けられるブラシとを備えたDCモータにおいて、ブラシは、抵抗率の異なる複数の材質によりブロック状に形成されると共に、整流子との接触部の断面積と、接触部からその接触部とは反対側の端部までの各部位の断面積とが同じに構成され、整流子との接触部からその接触部とは反対側の端部までの各部位における断面において抵抗率の高い材質が占める割合が、接触部から離れるほど増大するように構成されることを趣旨とする。 In order to achieve the above object, a fourth aspect of the present invention includes a stator and a rotor, the rotor including a shaft, a commutator and an armature provided on the shaft, and a plurality of commutators. The armature includes a winding wound with a conductive wire, the winding and the commutator are delta-connected, and a brush provided in contact with the commutator is provided. In the motor, the brush is formed in a block shape with a plurality of materials having different resistivity, and the cross-sectional area of the contact portion with the commutator and each part from the contact portion to the end opposite to the contact portion The ratio of the material with high resistivity in the cross section in each part from the contact portion with the commutator to the end opposite to the contact portion increases as the distance from the contact portion increases. Is configured to That the purpose of the.
上記発明の構成によれば、DCモータが使用されるに伴い、整流子に接触するブラシの接触部が摩耗してブラシが短くなる。これに対し、ブラシは、抵抗率の異なる複数の材質によりブロック状に形成されると共に、整流子との接触部の断面積と、接触部からその接触部とは反対側の端部までの各部位の断面積とが同じに構成される。加えて、整流子との接触部からその接触部とは反対側の端部までの各部位における断面において抵抗率の高い材質が占める割合が、接触部から離れるほど増大するように構成される。このため、摩耗により変移する接触部の断面積は常に同じとなるが、その断面にて抵抗率の高い材質が占める割合は大きくなる。従って、ブラシが短くなる分だけ、接触部の抵抗値が大きくなるので、総じてブラシの抵抗値の変化は小さくなる。ここで、モータの効率は、ブラシの抵抗値の変化に応じて変化することが分かっている。このため、DCモータがある期間使用されてブラシが摩耗しても、ブラシの抵抗値の変化が小さいので、モータの効率の変化も新品時のそれに対して小さくなる。 According to the configuration of the above invention, as the DC motor is used, the contact portion of the brush that contacts the commutator is worn and the brush is shortened. On the other hand, the brush is formed in a block shape by a plurality of materials having different resistivity, and the cross-sectional area of the contact portion with the commutator and each of the contact portion to the end opposite to the contact portion. The cross-sectional area of the part is configured to be the same. In addition, the ratio of the material having a high resistivity in the cross section in each part from the contact portion with the commutator to the end portion on the opposite side of the contact portion is configured to increase as the distance from the contact portion increases. For this reason, the cross-sectional area of the contact portion that changes due to wear is always the same, but the proportion of the material having high resistivity in the cross-section increases. Accordingly, since the resistance value of the contact portion increases as the brush becomes shorter, the change in the resistance value of the brush is generally reduced. Here, it is known that the efficiency of the motor changes according to the change in the resistance value of the brush. For this reason, even if the DC motor is used for a certain period of time and the brush wears, the change in the resistance value of the brush is small, so the change in the efficiency of the motor is also smaller than that when it is new.
上記目的を達成するために、請求項5に記載の発明は、ステータ及びロータと、ロータは、シャフトと、そのシャフト上に設けられる整流子及び電機子とを含むことと、整流子は、複数のセグメントにより構成されることと、電機子は、導線を巻いた巻線を含み、巻線と整流子とがデルタ結線されることと、整流子に接触可能に設けられるブラシとを備えたDCモータにおいて、ブラシは、抵抗率の異なる複数の材質によりブロック状に形成されると共に、整流子との接触部の断面積が最大となり、接触部からその接触部とは反対側の端部までの各部位の断面積が接触部から離れるほど減少するように構成され、整流子との接触部からその接触部とは反対側の端部までの各部位における断面において抵抗率の高い材質が占める割合が、接触部から離れるほど増大するように構成されることを趣旨とする。 In order to achieve the above object, according to a fifth aspect of the present invention, there is provided a stator and a rotor, the rotor including a shaft, a commutator and an armature provided on the shaft, and a plurality of commutators. The armature includes a winding wound with a conductive wire, the winding and the commutator are delta-connected, and a brush provided in contact with the commutator is provided. In the motor, the brush is formed in a block shape by a plurality of materials having different resistivity, and the cross-sectional area of the contact portion with the commutator is maximized, and from the contact portion to the end opposite to the contact portion. The ratio of the material with high resistivity in the cross section in each part from the contact part with the commutator to the end on the opposite side of the contact part is configured so that the cross-sectional area of each part decreases as the distance from the contact part increases. But contact part And purpose to be configured to increase the farther al.
上記発明の構成によれば、DCモータが使用されるに伴い、整流子に接触するブラシの接触部が摩耗してブラシが短くなる。これに対し、ブラシは、抵抗率の異なる複数の材質によりブロック状に形成されると共に、整流子との接触部の断面積が最大となり、接触部からその接触部とは反対側の端部までの各部位の断面積が接触部から離れるほど減少するように構成される。加えて、整流子との接触部からその接触部とは反対側の端部までの各部位における断面において抵抗率の高い材質が占める割合が、接触部から離れるほど増大するように構成される。従って、ブラシが短くなる分だけ、接触部の断面積が小さくなり、かつ、接触部の断面の抵抗率が高くなるので、総じてブラシの抵抗値の変化が小さくなる。ここで、モータの効率は、ブラシの抵抗値の変化に応じて変化することが分かっている。このため、DCモータがある期間使用されてブラシが摩耗しても、ブラシの抵抗値の変化が小さいので、モータの効率の変化も新品時のそれに対して小さくなる。 According to the configuration of the above invention, as the DC motor is used, the contact portion of the brush that contacts the commutator is worn and the brush is shortened. On the other hand, the brush is formed in a block shape from a plurality of materials having different resistivity, and the cross-sectional area of the contact portion with the commutator is maximized, from the contact portion to the end opposite to the contact portion. It is comprised so that the cross-sectional area of each site | part may reduce, so that it leaves | separates from a contact part. In addition, the ratio of the material having a high resistivity in the cross section in each part from the contact portion with the commutator to the end portion on the opposite side of the contact portion is configured to increase as the distance from the contact portion increases. Accordingly, the cross-sectional area of the contact portion is reduced and the cross-sectional resistivity of the contact portion is increased as the brush is shortened, so that the change in the resistance value of the brush is generally reduced. Here, it is known that the efficiency of the motor changes according to the change in the resistance value of the brush. For this reason, even if the DC motor is used for a certain period of time and the brush wears, the change in the resistance value of the brush is small, so the change in the efficiency of the motor is also smaller than that when it is new.
上記目的を達成するために、請求項6に記載の発明は、請求項3又は5に記載の発明において、ブラシは、シャフトの軸線に対してブラシの中心軸が垂直をなすように配置され、接触部から離れるほど、シャフトの軸線と平行な方向におけるブラシの幅が減少することによりブラシの断面積が減少するように構成されることを趣旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
上記発明の構成によれば、請求項3又は5に記載の発明の作用において、摩耗によりブラシが短くなる分だけ、シャフトの軸線と平行な方向におけるブラシの幅が減少することによりブラシの断面積が小さくなる。この場合、ブラシについて、ブラシ幅角度を変化させない方向の幅を変化させることで、ブラシの接触部の断面積を小さくすることができる。
According to the configuration of the above invention, in the operation of the invention described in
上記目的を達成するために、請求項7に記載の発明は、請求項3又は5に記載の発明において、ブラシは、シャフトの軸線に対してブラシの中心軸が平行をなすように配置され、接触部から離れるほど、シャフトの軸線に垂直な方向におけるブラシの幅が減少することによりブラシの断面積が減少するように構成されることを趣旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
上記発明の構成によれば、請求項3又は5に記載の発明の作用において、摩耗によりブラシが短くなる分だけ、シャフトの軸線に垂直な方向におけるブラシの幅が減少することによりブラシの断面積が小さくなる。この場合、ブラシについて、ブラシ幅角度を変化させない方向の幅を変化させることで、ブラシの接触部の断面積を小さくすることができる。
According to the configuration of the invention described above, in the operation of the invention according to
上記目的を達成するために、請求項8に記載の発明は、請求項3乃至7の何れかに記載の発明において、巻線の抵抗値に対するブラシの抵抗値の比率を抵抗値比率とすると、その抵抗値比率の増加に対してモータの効率が一つのピークを持つように増減する関係を有することと、新品時において、抵抗値比率を、モータの効率がピークとなるときの値に設定することとを備えたことを趣旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
上記発明の構成によれば、請求項3乃至7の何れかに記載の発明の作用において、抵抗値比率が、モータの効率がピークとなるときの値に設定されるので、DCモータがある期間使用されても、モータの効率は、ピークとなるときの値に対して変化が小さくなる。
According to the configuration of the invention, in the operation of the invention according to any one of
請求項1又は2に記載の発明によれば、ブラシが摩耗してもモータの効率がピークを含む値となるので、ブラシの摩耗によるモータの効率の低下を抑えることができ、モータの効率を比較的高い値に維持することができる。 According to the first or second aspect of the invention, even if the brush is worn, the efficiency of the motor becomes a value including a peak. Therefore, a reduction in the efficiency of the motor due to the wear of the brush can be suppressed, and the efficiency of the motor can be reduced. A relatively high value can be maintained.
請求項3乃至5の何れかに記載の発明によれば、ブラシが摩耗してもブラシの抵抗値の変化が小さく、抵抗値比率の変化が小さくなるので、ブラシの摩耗によるモータの効率の低下を抑えることができ、モータの効率を比較的高い値に維持することができる。
According to the invention according to any one of
請求項6又は7に記載の発明によれば、請求項3又は5に記載の発明の効果に加え、ブラシ幅角度が変化しない分だけ、モータの効率の変化を抑えることができる。
According to the invention described in
請求項8に記載の発明によれば、請求項3乃至7の何れかに記載の発明と比べ、ブラシが摩耗しても、モータの効率が、ピークとなるときの値に対して変化が小さいので、ブラシの摩耗によるモータの効率の低下を抑えることができ、モータの効率を最高に近い値に維持することができる。
According to the invention described in
[第1実施形態]
以下、本発明のDCモータを集中巻型ブラシ付DCモータに具体化した第1実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment in which the DC motor of the present invention is embodied as a concentrated winding brushed DC motor will be described in detail with reference to the drawings.
この実施形態の集中巻型ブラシ付DCモータ(以下、単に「DCモータ」と言う。)の基本構造は、従来の一般的なDCモータのそれと基本的に同じである。図1には、本実施形態におけるDCモータの主要ま内部構成を平面図に示す。図2に、整流子とブラシの関係を平面図に示す。このDCモータは、主として、電動式の燃料ポンプに使用される。 The basic structure of the concentrated winding brushed DC motor (hereinafter simply referred to as “DC motor”) of this embodiment is basically the same as that of a conventional general DC motor. FIG. 1 is a plan view showing a main internal configuration of a DC motor according to the present embodiment. FIG. 2 is a plan view showing the relationship between the commutator and the brush. This DC motor is mainly used for an electric fuel pump.
このDCモータは、ステータ1及びロータ2を備える。ステータ1は、ヨークを兼ねたハウジング3と、そのハウジング3の内側に配置された環状の界磁石4とを含む。界磁石4は、隣り合うN極とS極を一極対とする複数の極対5より構成される。
This DC motor includes a
ロータ2は、シャフト6と、そのシャフト6上に設けられた整流子7及び電機子8とを含む。電機子8は、鉄心であって、複数のスロット(鉄心溝)9を含み、隣り合うスロット9の間には導線10が巻かれ、それら導線10により集中巻型の巻線としてのコイル11が構成される。
The
図1,2に示すように、整流子7は、複数の扇形のセグメント7aにより円柱状に構成される。各セグメント7aは、スリット7bを介して互いに分離する。この整流子7の端面には、通電用の複数のブラシ12が接触可能に設けられる。これらブラシ12は、ハウジング3の端部を覆うブラケット(図示略)に支持される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図3に示すように、整流子7の各セグメント7aと各導線10との結線方法はデルタ結線となっている。また、界磁石4の極対5の数(以下「極対数」と言う。)Npは「2」であり、スロット9の数(以下「スロット数」と言う。)Nsは「6」となっている。
As shown in FIG. 3, the connection method between each
図2に示すように、シャフト6の軸線Lを中心にその軸線Lから各ブラシ12の幅方向に外接する二つの接線がなす角度をブラシ幅角度Aと定義すると、この実施形態では、そのブラシ幅角度Aが「10〜15°」の範囲の角度となっている。一般に、このブラシ幅角度Aの違いによって「モータの効率」が変わることになる。ここで、モータの効率とは、モータの入力電力に対する出力(トルク×回転数)の比を意味する。図4に、ブラシ幅角度Aとモータの効率との関係をグラフに示す。このグラフから明らかなように、「約10〜15°」のブラシ幅角度Aの範囲で、モータの効率が総じて高いことが分かる。このことから、この実施形態では、ブラシ幅角度Aが「10〜15°」の範囲の角度に設定されている。
以上が、集中巻型ブラシ付DCモータとしての基本構造である。
As shown in FIG. 2, when an angle formed by two tangents circumscribing from the axis L in the width direction of each
The above is the basic structure of a concentrated winding brushed DC motor.
ここで、この実施形態のDCモータは、次のような構成により特徴付けられる。すなわち、図5にブラシ12の正面図を、図6にブラシ12の平面図をそれぞれ示す。ブラシ12は、導電性を有する単一の材質により直方体形状のブロック状に形成される。図5において、ブラシ12の下面は、整流子7との接触部12aとなっている。また、図5において、ブラシ12の上面、すなわち、接触部12aとは反対側の端部(反対側端部)12bには、電気配線用の電線13が設けられる。ここで、ブラシ12は、整流子7との接触部12aの断面積と、その接触部12aから反対側端部12bまでの各部位の断面積とが同じになるように構成される。
Here, the DC motor of this embodiment is characterized by the following configuration. 5 is a front view of the
ここで、コイル11の抵抗値Rcに対するブラシ12の抵抗値Rbの比率を抵抗値比率Rb/Rcと定義すると、図7に示すように、この実施形態のDCモータは、抵抗値比率Rb/Rcの増加に対してモータの効率が一つのピークを持つように増減する関係を有する特性を備えている。そして、この実施形態のDCモータは、上記した特性に関係して、新品時において、抵抗値比率Rb/Rcを、モータの効率が抵抗値比率Rb/Rcの増加に対してピークから減少する側に対応する所定範囲の値に設定される。この実施形態では、ピークに対応する抵抗値比率Rb/Rcが「25%」であるとき、所定範囲に対応する抵抗値比率Rb/Rcが「35〜45%」であるように設定される。
Here, if the ratio of the resistance value Rb of the
図7に示すような抵抗値比率Rb/Rcに対するモータの効率の特性は、今回、本願出願人が新たに発見したものであり、その特性となる理由を以下に説明する。各コイルと整流子がデルタ結線されたブラシ付DCモータでは、図8に示すように、ブラシが整流子のセグメントをまたぐ状態にあるとき、同図に示すように、コイルには3方向の電流が流れることになる。この状態を、図9に等価回路図により示す。図9において、「R1,R2」は、ブラシの抵抗値を示し、ブラシの整流子上の位置が変化して、ブラシが整流子の1つのセグメントに完全に乗った状態になると、等価回路図は図10に示すようになる。図10において、ブラシの抵抗値は「R1=R2=Rb」となる。DCモータが動作してシャフトが回転することにより、図9の等価回路図の状態と、図10の等価回路図の状態とが交互に繰り返されることになる。そこで、所定の解析により、図9,10の等価回路図の状態において、コイル及びブラシに印加される電圧値は、コイルの抵抗値Rcに対するブラシの抵抗値Rbの比率、すなわち、抵抗値比率Rb/Rcにより変化することが分かった。 The characteristics of the motor efficiency with respect to the resistance value ratio Rb / Rc as shown in FIG. 7 are newly discovered by the applicant of the present application, and the reason for the characteristics will be described below. In a DC motor with a brush in which each coil and commutator are delta-connected, as shown in FIG. 8, when the brush is in a state of straddling the commutator segment, as shown in FIG. Will flow. This state is shown by an equivalent circuit diagram in FIG. In FIG. 9, “R1 and R2” indicate the resistance values of the brush. When the position of the brush on the commutator is changed and the brush is completely on one segment of the commutator, an equivalent circuit diagram is obtained. Is as shown in FIG. In FIG. 10, the resistance value of the brush is “R1 = R2 = Rb”. When the DC motor operates and the shaft rotates, the state of the equivalent circuit diagram of FIG. 9 and the state of the equivalent circuit diagram of FIG. 10 are alternately repeated. Therefore, according to a predetermined analysis, in the state of the equivalent circuit diagrams of FIGS. 9 and 10, the voltage value applied to the coil and the brush is the ratio of the resistance value Rb of the brush to the resistance value Rc of the coil, that is, the resistance value ratio Rb. It was found that it changed with / Rc.
ここで、従来の解析では、ブラシの抵抗値Rbは、図10に示すように、単にコイルの抵抗値Rcに対して直列に接続された抵抗値Rbとして計算が行われていた。そのため、ブラシの抵抗は損失としかならず、図11に破線で示す特性となる。すなわち、ブラシの抵抗値Rbが大きくなって抵抗値比率Rb/Rcが大きくなるほど、モータの効率が低下する特性となる。このため、従来は、ブラシの抵抗値Rbが小さいほどモータの効率は良いものと考えられてきた。 Here, in the conventional analysis, as shown in FIG. 10, the brush resistance value Rb is simply calculated as a resistance value Rb connected in series to the coil resistance value Rc. Therefore, the resistance of the brush is not only a loss, but has a characteristic indicated by a broken line in FIG. In other words, the efficiency of the motor decreases as the resistance value Rb of the brush increases and the resistance value ratio Rb / Rc increases. For this reason, conventionally, it has been considered that the smaller the brush resistance value Rb, the better the motor efficiency.
しかし、実施のDCモータは、図8に示すように、ブラシが整流子のセグメントをまたぐ状態が存在することから、図9の等価回路図の状態が存在する。このとき、コイルの抵抗値Rcとブラシの分割された抵抗値R1,R2により閉回路が構成され、図8,9に示すような短絡電流が発生する。従って、実際のDCモータは、図9,10の等価回路図の状態を交互に繰り返すことになることから、そのことを考慮して今回の解析を行った。 However, as shown in FIG. 8, the DC motor of the present embodiment has a state in which the brush straddles the commutator segment, and therefore the state of the equivalent circuit diagram of FIG. 9 exists. At this time, a closed circuit is constituted by the resistance value Rc of the coil and the resistance values R1 and R2 divided by the brush, and a short-circuit current as shown in FIGS. Accordingly, the actual DC motor repeats the states of the equivalent circuit diagrams of FIGS. 9 and 10 alternately. Therefore, the present analysis was performed in consideration of this fact.
DCモータが動作しているとき、すなわち、シャフトが回転しているときに図9に示す閉回路が存在すると、回転による磁界の変化により誘導起電力が発生し、回路中に図8,9に示す短絡電流が流れる。この短絡電流は、DCモータの磁性材料中に発生する渦電流と同様の性質を持ち、磁界の変化を妨げる方向に電流が流れることになる。このため、DCモータのトルクを減少させることになり、短絡電流を発生させるためのエネルギーは、DCモータの電源電力から得るので、短絡電流が発生しない場合に比べて余分に電流が流れることになり、モータの効率を低下させる原因となる。 If the closed circuit shown in FIG. 9 exists when the DC motor is operating, that is, the shaft is rotating, an induced electromotive force is generated due to a change in the magnetic field due to the rotation, and the circuits shown in FIGS. The short-circuit current shown flows. This short circuit current has the same property as the eddy current generated in the magnetic material of the DC motor, and the current flows in a direction that prevents the change of the magnetic field. For this reason, the torque of the DC motor is reduced, and the energy for generating the short-circuit current is obtained from the power supply power of the DC motor, so that an extra current flows as compared with the case where the short-circuit current does not occur. This causes a reduction in the efficiency of the motor.
以上のことから、上記した短絡電流のみに着目した場合、ブラシの抵抗値Rbが大きいほど、その分割抵抗値R1,R2が大きくなるので、短絡電流を低下させることができ、短絡電流による損失を最小限にすることができる。このことから、短絡電流を考慮した解析を行ったところ、図11に実線で示すような特性が得られることになり、ブラシの抵抗値がある値となるとき、すなわち、抵抗値比率Rb/Rcがある値となるときに、モータの効率がピークを示すことになる。このように、抵抗値比率Rb/Rcに対するモータの効率の特性が、図7及び図11の実線で示すようになるのである。 From the above, when paying attention only to the short-circuit current described above, the larger the brush resistance value Rb, the larger the divided resistance values R1 and R2, so that the short-circuit current can be reduced and the loss due to the short-circuit current can be reduced. Can be minimized. From this, when an analysis was performed in consideration of the short-circuit current, the characteristic shown by the solid line in FIG. 11 is obtained, and when the resistance value of the brush becomes a certain value, that is, the resistance value ratio Rb / Rc. When becomes a certain value, the efficiency of the motor shows a peak. As described above, the characteristics of the motor efficiency with respect to the resistance value ratio Rb / Rc are as shown by the solid lines in FIGS.
以上説明したこの実施形態のDCモータの構成によれば、DCモータが使用されるに伴い、整流子7に接触する各ブラシ12の接触部12aが摩耗して各ブラシ12が短くなる。ここで、各ブラシ12は、単一の材質により直方体形状のブロック状に形成されると共に、整流子7との接触部12aの断面積と、その接触部12aから反対側端部12bまでの各部位の断面積とが同じに構成されるので、摩耗により変移する接触部12aの断面積は、常に同じとなる。このため、摩耗によりブラシ12が短くなる分だけ、ブラシ12の抵抗値Rbが小さくなる。
According to the configuration of the DC motor of this embodiment described above, as the DC motor is used, the
ここで、この実施形態のDCモータは、図7に示すように、抵抗値比率Rb/Rcの増加に対してモータの効率が一つのピークを持つように増減する関係を有することから、DCモータが使用されるに伴いブラシ12が短くなることで、抵抗値比率Rb/Rcが減少することになる。この実施形態では、新品時において、抵抗値比率Rb/Rcを、モータの効率が抵抗値比率Rb/Rcの増加に対してピークから減少する側に対応する所定範囲の値に設定される。従って、DCモータが使用されるに伴い、抵抗値比率Rb/Rcが所定範囲から減少し、モータの効率はピークへ向けて増加し、その後にピークから減少することになり、モータの効率がピークを含む値となる。具体的には、図7,11に示すように、新品時における抵抗値比率Rb/Rcを、上記したピークに対応する抵抗値比率Rb/Rcが「25%」であるとき、上記した所定範囲に対応する抵抗値比率Rb/Rcが「35〜45%」となる。これにより、DCモータが使用されるに伴いブラシ12の抵抗値Rbが減少すると、抵抗値比率Rb/Rcが「35〜45%」から「25%」へ向けて減少することで、モータの効率はピークへ向けて増加し、その後、抵抗値比率Rb/Rcが「25%」から減少することで、モータの効率はピークから減少することになり、モータの効率がピークを含む値となる。このため、ブラシ12の摩耗によるモータの効率の低下を抑えることができ、モータの効率を比較的高い値に維持することができる。
Here, as shown in FIG. 7, the DC motor of this embodiment has a relationship in which the efficiency of the motor increases or decreases to have one peak with respect to the increase in the resistance value ratio Rb / Rc. As the
ここで、図7及び図11を参照して、DCモータの使用開始前後におけるモータの効率について検討する。図11に破線で示す従来の特性では、ブラシの抵抗値Rbが小さいほど、すなわち、抵抗値比率Rb/Rcが小さいほどモータの効率は良くなるということになる。しかし、実際には、図11に実線で示す特性を有することから、ブラシを、本実施形態のブラシ12と同じものとし、従来の特性を有するつもりで、抵抗値比率Rb/Rcを「25%」に設定すると、DCモータの使用開始時には、「約58.7%」の効率が得られることになる。しかし、ブラシが新品時の長さの「30%」の長さになるまでDCモータが使用されたとすると、抵抗値比率Rb/Rcは「7.5%」となり、モータの効率は、「57.5%」まで低下してしまう。
Here, with reference to FIG.7 and FIG.11, the efficiency of the motor before and after the use start of a DC motor is examined. According to the conventional characteristic indicated by the broken line in FIG. 11, the smaller the brush resistance value Rb, that is, the smaller the resistance value ratio Rb / Rc, the better the motor efficiency. However, in actuality, since it has the characteristics shown by the solid line in FIG. 11, the brush is assumed to be the same as the
これに対し、この実施形態のDCモータでは、今回発見された図7及び図11に実線で示す特性に従い、抵抗値比率Rb/Rcを「43%」に設定し、同様にブラシ12が新品時の長さの「30%」の長さになるまでDCモータが使用されたとすると、当初のモータの効率は「58%」となるが、使用中間時には、最高効率(ピーク)の「58.7%」となり、その後、抵抗値比率Rb/Rcが「約15%」となるまでDCモータを使用しても、モータの効率を「58%」という高い効率に維持できることになり、従来の特性に従い設定した場合と比べ、総じてモータの効率を高い状態に維持できることが分かる。 On the other hand, in the DC motor of this embodiment, the resistance value ratio Rb / Rc is set to “43%” in accordance with the characteristic indicated by the solid line in FIGS. If the DC motor is used until it reaches the length of “30%” of the length of the motor, the efficiency of the original motor is “58%”. After that, even if a DC motor is used until the resistance ratio Rb / Rc reaches “about 15%”, the motor efficiency can be maintained at a high efficiency of “58%”. It can be seen that the efficiency of the motor can be maintained at a higher level as a whole compared to the case where it is set.
[第2実施形態]
次に、本発明のDCモータを具体化した第2実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment in which the DC motor of the present invention is embodied will be described in detail with reference to the drawings.
尚、以下に説明する各実施形態(本実施形態を含む)において、前記第1実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。 In each of the embodiments described below (including this embodiment), the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Explained.
この実施形態のDCモータでは、ブラシ21について第1実施形態と構成が異なる。すなわち、図12にブラシ21の正面図を、図13にブラシ21の平面図をそれぞれ示す。ブラシ21は、導電性を有する単一の材質により略四角錐形状のブロック状に形成される。図12において、ブラシ21の下面は、整流子7との接触部21aとなっている。また、図12において、ブラシ21の上面、すなわち、接触部21aとは反対側の端部(反対側端部)21bには、電気配線用の電線13が設けられる。ここで、ブラシ21は、整流子7との接触部21aの断面積が最大となり、その接触部21aから反対側端部21bまでの各部位の断面積が接触部21aから離れるほど減少するように構成される。
In the DC motor of this embodiment, the configuration of the
ここで、ブラシ21の接触部21aの断面積を「S1」とし、反対側端部21bの断面積を「S2」とし、図12に示すブラシ21の長手方向の長さを「L」とし、ブラシ21の抵抗率を「ρ」とすると、ブラシ21の新品時の抵抗値Rb1は、下記の式(1)で表される。
Rb1=[ρ・L/(S2-S1)]loge(S2/S1) ・・・(1)
Here, the cross-sectional area of the
Rb1 = [ρ · L / (S2-S1)] loge (S2 / S1) (1)
この実施形態では、図1,2に示すブラシ12の配置と同様、各ブラシ21は、シャフト6に対して各ブラシ21の中心軸が平行をなすように配置される。そして、ブラシ21は、その接触部12aから離れるほど、シャフト6に垂直な方向におけるブラシ21の幅W1が減少することによりブラシ21の断面積が減少するように構成される。
In this embodiment, as in the arrangement of the
この実施形態では、図7に示すように、抵抗値比率Rb/Rcの増加に対してモータの効率が一つのピークを持つように増減する関係を有することを前提として、新品時において、抵抗値比率Rb/Rcが、モータの効率がピークとなるときの値、具体的には「25%」となるように、ブラシ21の抵抗値Rbとコイル11の抵抗値Rcがそれぞれ設定される。
In this embodiment, as shown in FIG. 7, on the assumption that the efficiency of the motor increases or decreases so as to have a single peak with respect to the increase in the resistance value ratio Rb / Rc, the resistance value at the time of a new product is obtained. The resistance value Rb of the
上記したこの実施形態のDCモータの構成によれば、DCモータが使用されるに伴い、整流子7に接触する各ブラシ21の接触部21aが摩耗してブラシ21が短くなる。これに対し、ブラシ21は、導電性を有する単一の材質によりブロック状に形成されると共に、整流子7との接触部21aの断面積が最大となり、接触部21aから反対側端部21bまでの各部位の断面積が接触部21aから離れるほど減少するように構成されるので、摩耗により変移する接触部21aの断面積は、徐々に小さくなる。従って、ブラシ21が短くなる分だけ、接触部21aの断面積が小さくなるので、総じてブラシ21の抵抗値Rbの変化は小さくなる。ここで、図7に示すように、モータの効率は、ブラシ21の抵抗値Rbの変化、すなわち、抵抗値比率Rb/Rcの変化に応じて変化することが分かっている。このため、DCモータがある期間使用されてブラシ21が摩耗しても、ブラシ21の抵抗値Rbの変化が小さいので、抵抗値比率Rb/Rcの変化が小さくなり、モータの効率の変化も新品時のそれに対して小さくなる。この結果、ブラシ21の摩耗によるモータの効率の低下を抑えることができ、モータの効率を高い値に維持することができる。特に、この実施形態では、ブラシ21が摩耗しても、モータの効率が、ピークとなるときの値に対して変化が小さいので、ブラシ21の摩耗によるモータの効率の低下を抑えることができ、モータの効率を最高に近い値に維持することができる。
According to the configuration of the DC motor of this embodiment described above, as the DC motor is used, the
ここで、DCモータが使用されるに伴い、ブラシ21の長さが新品時のそれの「30%」の長さまで短くなったとすると、そのときのブラシ21の抵抗値Rb2は、下記の式(2)で表される。
Rb2={ρ・L/(S2-S1)]loge[10・S2/(3・S1+7・S2)] ・・・(2)
Here, if the length of the
Rb2 = {ρ · L / (S2-S1)] loge [10 · S2 / (3 ·
ここで、上記した抵抗値Rb1と抵抗値Rb2との比を求めると、以下に示すような式(3)で表される。
Rb2/Rb1=loge{10・S2/(3・S1+7・S2)}/loge(S2/S1) ・・・(3)
Here, when the ratio between the resistance value Rb1 and the resistance value Rb2 is obtained, it is expressed by the following equation (3).
Rb2 / Rb1 = loge {10 · S2 / (3 ·
上記した式(3)によれば、断面積S2が小さくなるほど、抵抗値Rb1と抵抗値Rb2の変化度合いを小さくすることが可能になる。例えば、断面積S1,S2につき、「S1=10・S2」とすれば、上記式(3)は値は「0.568」となり、断面積が等しい場合の「0.3」よりも摩耗後のブラシ21の抵抗値Rb2の変化が小さくなる。従って、新品時の抵抗値比率Rb/Rcを、モータの効率がピークとなるときの「25%」に設定することにより、DCモータの全使用期間を通して、モータの効率を最高の値である「58.7%」に近い値に維持することができる。
According to the above equation (3), the smaller the cross-sectional area S2, the smaller the degree of change in the resistance value Rb1 and the resistance value Rb2. For example, if “S1 = 10 · S2” for the cross-sectional areas S1 and S2, the value of the above equation (3) is “0.568”, which is more than “0.3” when the cross-sectional areas are equal. The change in the resistance value Rb2 of the
[第3実施形態]
次に、本発明のDCモータを具体化した第3実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment in which the DC motor of the present invention is embodied will be described in detail with reference to the drawings.
この実施形態のDCモータでは、ブラシ22について前記各実施形態と構成が異なる。すなわち、図14にブラシ22の正面図を、図15にブラシ22の平面図をそれぞれ示す。ブラシ22は、抵抗率の異なる複数の導電性材質により直方体形状のブロック状に形成される。図14において、ブラシ22の下面は、整流子7との接触部22aとなっている。また、図14において、ブラシ22の上面、すなわち、接触部22aとは反対側の端部(反対側端部)22bには、電気配線用の電線13が設けられる。ここで、ブラシ22は、整流子7との接触部22aの断面積と、その接触部22aから反対側端部22bまでの各部位の断面積とが同じに構成される。更に、このブラシ22は、整流子7との接触部22aから反対側端部22bまでの各部位における断面において抵抗率の高い材質が占める割合が、接触部22aから離れるほど増大するように構成される。具体的には、図14に2点鎖線で示すように、ブラシ22は、その長手方向に沿って複数の層23が積層されるように構成される。各層23は、高抵抗率の材質が占める割合が異なり、各層23の高抵抗率の占める割合は、反対側端部22bに近い層23ほど多くなっている。
In the DC motor of this embodiment, the configuration of the
この実施形態では、図7に示すように、抵抗値比率Rb/Rcの増加に対してモータの効率が一つのピークを持つように増減する関係を有することを前提として、新品時において、抵抗値比率Rb/Rcが、モータの効率がピークとなるときの値、具体的には「25%」となるように、ブラシ22の抵抗値Rbとコイル11の抵抗値Rcがそれぞれ設定される。
In this embodiment, as shown in FIG. 7, on the assumption that the efficiency of the motor increases or decreases so as to have a single peak with respect to the increase in the resistance value ratio Rb / Rc, the resistance value at the time of a new product is obtained. The resistance value Rb of the
上記したこの実施形態のDCモータの構成によれば、DCモータが使用されるに伴い、整流子7に接触するブラシ22の接触部22aが摩耗してブラシ22が短くなる。これに対し、ブラシ22は、抵抗率の異なる複数の材質により直方体形状のブロック状に形成されると共に、整流子7との接触部22aの断面積と、接触部22aから反対側端部22bまでの各部位の断面積とが同じに構成される。加えて、整流子7との接触部22aから反対側端部22bまでの各部位における断面において抵抗率の高い材質が占める割合が、接触部22aから離れるほど増大するように構成される。このため、摩耗により変移する接触部22aの断面積は常に同じとなるが、その断面にて高抵抗率の材質が占める割合は大きくなる。従って、ブラシ22が短くなる分だけ、接触部22aの抵抗値が大きくなるので、総じてブラシ22の抵抗値の変化は小さくなる。ここで、図7に示すように、モータの効率は、ブラシの抵抗値Rbの変化に応じて変化することが分かっている。このため、DCモータがある期間使用されてブラシ22が摩耗しても、ブラシ22の抵抗値Rbの変化が小さいので、モータの効率の変化も新品時のそれに対して小さくなる。この結果、ブラシ22の摩耗によるモータの効率の低下を抑えることができ、モータの効率を比較的高い値に維持することができる。
According to the configuration of the DC motor of this embodiment described above, as the DC motor is used, the
[第4実施形態]
次に、本発明のDCモータを具体化した第4実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment embodying the DC motor of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
この実施形態のDCモータでは、ブラシ24について前記各実施形態と構成が異なる。すなわち、図16にブラシ24の正面図を、図17にブラシ24の平面図をそれぞれ示す。ブラシ24は、抵抗率の異なる複数の導電性材質により略四角錐形状のブロック状に形成される。図16において、ブラシ24の下面は、整流子7との接触部24aとなっている。また、図16において、ブラシ24の上面、すなわち、接触部24aとは反対側の端部(反対側端部)24bには、電気配線用の電線13が設けられる。ここで、ブラシ24は、整流子7との接触部24aの断面積が最大となり、その接触部24aから反対側端部24bまでの各部位の断面積が接触部24aから離れるほど減少するように構成される。更に、このブラシ24は、整流子7との接触部24aから反対側端部24bまでの各部位における断面において抵抗率の高い材質が占める割合が、接触部24aから離れるほど増大するように構成される。具体的には、図16に2点鎖線で示すように、ブラシ24は、その長手方向に沿って複数の層25が積層されるように構成される。各層25は、高抵抗率の材質が占める割合が異なり、各層25の高抵抗率の占める割合は、反対側端部24bに近い層25ほど多くなっている。
In the DC motor of this embodiment, the configuration of the
この実施形態では、図7に示すように、抵抗値比率Rb/Rcの増加に対してモータの効率が一つのピークを持つように増減する関係を有することを前提として、新品時において、抵抗値比率Rb/Rcが、モータの効率がピークとなるときの値、具体的には「25%」となるように、ブラシ24の抵抗値Rbとコイル11の抵抗値Rcがそれぞれ設定される。
In this embodiment, as shown in FIG. 7, on the assumption that the efficiency of the motor increases or decreases so as to have a single peak with respect to the increase in the resistance value ratio Rb / Rc, the resistance value at the time of a new product is obtained. The resistance value Rb of the
上記したこの実施形態のDCモータの構成によれば、DCモータが使用されるに伴い、整流子7に接触するブラシ24の接触部24aが摩耗してブラシ24が短くなる。これに対し、ブラシ24は、抵抗率の異なる複数の材質により略四角錐形状のブロック状に形成されると共に、整流子7との接触部24aの断面積が最大となり、接触部24aから反対側端部24bまでの各部位の断面積が接触部24aから離れるほど減少するように構成される。加えて、整流子7との接触部24aから反対側端部24bまでの各部位における断面において高抵抗率の材質が占める割合が、接触部24aから離れるほど増大するように構成される。従って、ブラシ24が短くなる分だけ、接触部24aの断面積が小さくなり、かつ、接触部24aの断面の抵抗率が高くなるので、総じてブラシ24の抵抗値Rbの変化が小さくなる。すなわち、第2実施形態では、ブラシ21の断面積の経時変化によりブラシ21の抵抗値Rbの変化を小さく抑えていたのに対し、この実施形態では、ブラシ24の断面積の経時変化と、各断面における高抵抗率材質の占有割合の経時変化との組み合わせにによりブラシ24の抵抗値Rbの変化を小さく抑えている。ここで、図7に示すように、モータの効率は、ブラシの抵抗値Rbの変化に応じて変化することが分かっている。このため、DCモータがある期間使用されてブラシ24が摩耗しても、ブラシ24の抵抗値Rbの変化が小さいので、モータの効率の変化も新品時のそれに対して小さくなる。この結果、ブラシ24の摩耗によるモータの効率の低下を抑えることができ、モータの効率を比較的高い値に維持することができる。
According to the configuration of the DC motor of this embodiment described above, as the DC motor is used, the
[第5実施形態]
次に、本発明のDCモータを具体化した第5実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment embodying the DC motor of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
この実施形態では、整流子17とブラシ26の配置の点で前記各実施形態と構成が異なる。図18は、図1に準ずるものであり、図19は、図2に準ずるものである。この実施形態では、整流子17は、複数の円弧状セグメント17aにより円筒状に構成される。各セグメント17aは、スリット17bを介して互いに分離する。この整流子17の外周面には、複数のブラシ26が接触して設けられる。これらブラシ26は、ハウジング3の端部を覆うブラケットに支持される。この構成において、ブラシ幅角度Aは、図19に示すように定義される。この実施形態のブラシ26は、第3実施形態のブラシ22に準ずる構成を備えている。
In this embodiment, the configuration is different from those of the above embodiments in terms of the arrangement of the
従って、この実施形態でも、ブラシ26が短くなる分だけ、接触部26aの抵抗値が大きくなるので、総じてブラシ26の抵抗値の変化は小さくなる。このため、DCモータがある期間使用されてブラシ26が摩耗しても、ブラシ26の抵抗値Rbの変化が小さいので、モータの効率の変化も新品時のそれに対して小さくなる。この結果、ブラシ26の摩耗によるモータの効率の低下を抑えることができ、モータの効率を比較的高い値に維持することができる。
Therefore, also in this embodiment, the resistance value of the
[第6実施形態]
次に、本発明のDCモータを具体化した第6実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment in which the DC motor of the present invention is embodied will be described in detail with reference to the drawings.
この実施形態のDCモータでは、ブラシ27について前記各実施形態と構成が異なる。すなわち、図20にブラシ27の平面図を、図21にブラシ27の側面図を、図22にブラシ27の背面図をそれぞれ示す。この実施形態のDCモータは、前記第5実施形態のDCモータと同タイプのものであり、この実施形態のブラシ27は、前記第2又は第4の実施形態のブラシ21,24の変形例に相当する。図20,21において、ブラシ27の下面は、整流子17との接触部27aとなっている。この実施形態において、ブラシ27は、シャフト6の軸線Lに対してブラシ27の中心軸Lcが垂直をなすように配置され、接触部27aから離れるほど、シャフト6の軸線Lと平行な方向におけるブラシ27の幅W2が減少することによりブラシ27の接触部27aの断面積が減少するように構成される。
In the DC motor of this embodiment, the configuration of the
図4に示すように、モータの効率は、図19に示すブラシ幅角度Aによっても変わり得る。これは、図9,10に示す二つの等価回路の発生比率が、ブラシ幅角度Aによって変わることによるものである。つまり、ブラシ幅角度Aが大きくなるほど、ブラシによりコイルが短絡状態となる区間が大きくなることから、図9に示す等価回路の発生比率が高くなり、コイルへの通電状態が変化するためである。例えば、図4に示すように、ブラシ幅角度Aが「約10〜15°」の範囲では、モータの効率がほぼ最大となり、それ以外の範囲では、モータの効率が低下することになる。この場合、前記第2又は第4の実施形態のように、ブラシ21,24の摩耗によりその接触部21a,24aの断面積が小さくなると、ブラシ幅角度Aが小さくなり、モータの効率が低下する場合がある。そこで、この実施形態では、ブラシ27のブロック形状を、上記した形状に特定することにより、ブラシ幅角度Aを変化させない方向の幅W2を変化させることで、ブラシ27の接触部27aの断面積を変化させるようにしている。
As shown in FIG. 4, the efficiency of the motor can also be changed by the brush width angle A shown in FIG. This is because the generation ratio of the two equivalent circuits shown in FIGS. 9 and 10 varies depending on the brush width angle A. That is, as the brush width angle A increases, the section in which the coil is short-circuited by the brush increases, so the generation ratio of the equivalent circuit shown in FIG. 9 increases and the energization state of the coil changes. For example, as shown in FIG. 4, when the brush width angle A is in the range of “about 10 to 15 °”, the motor efficiency is substantially maximum, and in other ranges, the motor efficiency is reduced. In this case, as in the second or fourth embodiment, when the cross-sectional area of the
従って、この実施形態のDCモータの構成によれば、摩耗によりブラシ27が短くなる分だけ、シャフト11の軸線Lと平行な方向におけるブラシ27の幅W2が減少することによりブラシ27の接触部27aの断面積が小さくなる。この場合、ブラシ27について、ブラシ幅角度Aを変化させない方向の幅W2を変化させることで、ブラシ27の接触部27aの断面積を小さくすることができる。このため、この実施形態でも、ブラシ27が短くなる分だけ、接触部27aの抵抗値が大きくなるので、総じてブラシ27の抵抗値Rbの変化は小さくなる。併せて、ブラシ27の接触部27aの断面積が小さくなっても、ブラシ幅角度Aは変化しない。このため、DCモータがある期間使用されてブラシ27が摩耗しても、ブラシ27の抵抗値Rbの変化が小さいので、モータの効率の変化も新品時のそれに対して小さくなる。この結果、ブラシ27の摩耗によるモータの効率の低下を抑えることができ、モータの効率を比較的高い値に維持することができる。特に、この実施形態では、ブラシ幅角度Aが変化しない分だけ、モータの効率の変化を確実に抑えることができる。
Therefore, according to the configuration of the DC motor of this embodiment, the
[第7実施形態]
次に、本発明のDCモータを具体化した第7実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
[Seventh Embodiment]
Next, a seventh embodiment in which the DC motor of the present invention is embodied will be described in detail with reference to the drawings.
この実施形態のDCモータでは、ブラシ28について前記各実施形態と構成が異なる。すなわち、図23にブラシ28の平面図を、図24にブラシ28の側面図を、図25にブラシ28の背面図をそれぞれ示す。この実施形態のDCモータは、前記第1実施形態のDCモータと同タイプのものであり、この実施形態のブラシ27は、前記第2又は第4の実施形態のブラシ21,24の変形例に相当する。図24,25において、ブラシ28の下面は、整流子7との接触部28aとなっている。この実施形態において、ブラシ28は、シャフト6の軸線Lに対してブラシ26の中心軸Lcが平行をなすように配置され、接触部28aから離れるほど、シャフト6の軸線Lに垂直な方向におけるブラシ28の幅W3が減少することによりブラシ28の接触部28aの断面積が減少するように構成される。すなわち、この実施形態でも、ブラシ28のブロック形状を、上記した形状に特定することにより、ブラシ幅角度Aを変化させない方向の幅W3を変化させることで、ブラシ28の接触部28aの断面積を変化させるようにしている。
In the DC motor of this embodiment, the configuration of the
従って、この実施形態のDCモータの構成によれば、摩耗によりブラシ28が短くなる分だけ、シャフト11の軸線Lと垂直な方向におけるブラシ28の幅W3が減少することによりブラシ28の接触部28aの断面積が小さくなる。この場合、ブラシ28について、ブラシ幅角度Aを変化させない方向の幅W3を変化させることで、ブラシ28の接触部28aの断面積を小さくすることができる。このため、この実施形態でも、ブラシ28が短くなる分だけ、接触部28aの抵抗値が大きくなるので、総じてブラシ28の抵抗値Rbの変化は小さくなる。併せて、ブラシ28の接触部28aの断面積が小さくなっても、ブラシ幅角度Aは変化しない。このため、DCモータがある期間使用されてブラシ28が摩耗しても、ブラシ28の抵抗値Rbの変化が小さいので、モータの効率の変化も新品時のそれに対して小さくなる。この結果、ブラシ28の摩耗によるモータの効率の低下を抑えることができ、モータの効率を比較的高い値に維持することができる。特に、この実施形態では、ブラシ幅角度Aが変化しない分だけ、モータの効率の変化を確実に抑えることができる。
Therefore, according to the configuration of the DC motor of this embodiment, the width W3 of the
尚、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して次のように実施することもできる。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented as follows by appropriately changing a part of the configuration without departing from the spirit of the invention.
例えば、前記各実施形態のDCモータでは、極対数Npを「2」とし、スロット数Nsを「6」としたが、極対数Np及びスロット数Nsの数を適宜変更したものについても、ブラシについて前記各実施形態と同等の構成を採用することにより、前記各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。 For example, in the DC motor of each of the embodiments described above, the number of pole pairs Np is set to “2” and the number of slots Ns is set to “6”, but the number of pole pairs Np and the number of slots Ns are appropriately changed. By adopting the same configuration as that of each of the above embodiments, the same effect as that of each of the above embodiments can be obtained.
1 ステータ
2 ロータ
6 シャフト
7 整流子
7a セグメント
10 導線
11 コイル(巻線)
12 ブラシ
12a 接触部
12b 反対側端部
17 整流子
17a セグメント
17b スリット
21 ブラシ
21a 接触部
21b 反対側端部
22 ブラシ
22a 接触部
22b 反対側端部
24 ブラシ
24a 接触部
24b 反対側端部
26 ブラシ
26a 接触部
26b 反対側端部
27 ブラシ
27a 接触部
27b 反対側端部
28 ブラシ
28a 接触部
28b 反対側端部
L 軸線
Lc 中心軸
Rc コイルの抵抗値
Rb ブラシの抵抗値
Rb/Rc 抵抗値比率
W1 幅
W2 幅
W3 幅
DESCRIPTION OF
12
Claims (8)
前記ロータは、シャフトと、そのシャフト上に設けられる整流子及び電機子とを含むことと、
前記整流子は、複数のセグメントにより構成されることと、
前記電機子は、導線を巻いた巻線を含み、前記巻線と前記整流子とがデルタ結線されることと、
前記整流子に接触可能に設けられるブラシと
を備えたDCモータにおいて、
前記ブラシは、単一の材質によりブロック状に形成されると共に、前記整流子との接触部の断面積と、前記接触部からその接触部とは反対側の端部までの各部位の断面積とが同じに構成されることと、
前記巻線の抵抗値に対する前記ブラシの抵抗値の比率を抵抗値比率とすると、その抵抗値比率の増加に対してモータの効率が一つのピークを持つように増減する関係を有することと、
新品時において、前記抵抗値比率を、前記モータの効率が前記抵抗値比率の増加に対して前記ピークから減少する側に対応する所定範囲の値に設定することと
を備えたことを特徴とするDCモータ。 A stator and a rotor;
The rotor includes a shaft, and a commutator and an armature provided on the shaft;
The commutator includes a plurality of segments;
The armature includes a winding wound with a conductive wire, and the winding and the commutator are delta-connected,
In a DC motor provided with a brush provided so as to be able to contact the commutator,
The brush is formed in a block shape from a single material, and has a cross-sectional area of a contact portion with the commutator and a cross-sectional area of each portion from the contact portion to an end opposite to the contact portion. Are configured the same,
When the ratio of the resistance value of the brush to the resistance value of the winding is a resistance value ratio, the motor efficiency has a relationship to increase or decrease to have one peak with respect to the increase of the resistance value ratio;
In a new article, the resistance value ratio is set to a value in a predetermined range corresponding to a side where the efficiency of the motor decreases from the peak with respect to the increase in the resistance value ratio. DC motor.
前記ロータは、シャフトと、そのシャフト上に設けられる整流子及び電機子とを含むことと、
前記整流子は、複数のセグメントにより構成されることと、
前記電機子は、導線を巻いた巻線を含み、前記巻線と前記整流子とがデルタ結線されることと、
前記整流子に接触可能に設けられるブラシと
を備えたDCモータにおいて、
前記ブラシは、単一の材質によりブロック状に形成されると共に、前記整流子との接触部の断面積が最大となり、前記接触部からその接触部とは反対側の端部までの各部位の断面積が前記接触部から離れるほど減少するように構成されることを特徴とするDCモータ。 A stator and a rotor;
The rotor includes a shaft, and a commutator and an armature provided on the shaft;
The commutator includes a plurality of segments;
The armature includes a winding wound with a conductive wire, and the winding and the commutator are delta-connected,
In a DC motor provided with a brush provided so as to be able to contact the commutator,
The brush is formed in a block shape from a single material, and the cross-sectional area of the contact portion with the commutator is maximized, and each brush from the contact portion to the end on the opposite side of the contact portion. A DC motor, wherein the cross-sectional area is configured to decrease as the distance from the contact portion increases.
前記ロータは、シャフトと、そのシャフト上に設けられる整流子及び電機子とを含むことと、
前記整流子は、複数のセグメントにより構成されることと、
前記電機子は、導線を巻いた巻線を含み、前記巻線と前記整流子とがデルタ結線されることと、
前記整流子に接触可能に設けられるブラシと
を備えたDCモータにおいて、
前記ブラシは、抵抗率の異なる複数の材質によりブロック状に形成されると共に、前記整流子との接触部の断面積と、前記接触部からその接触部とは反対側の端部までの各部位の断面積とが同じに構成され、前記整流子との接触部からその接触部とは反対側の端部までの各部位における断面において抵抗率の高い材質が占める割合が、前記接触部から離れるほど増大するように構成されることを特徴とするDCモータ。 A stator and a rotor;
The rotor includes a shaft, and a commutator and an armature provided on the shaft;
The commutator includes a plurality of segments;
The armature includes a winding wound with a conductive wire, and the winding and the commutator are delta-connected,
In a DC motor provided with a brush provided so as to be able to contact the commutator,
The brush is formed in a block shape from a plurality of materials having different resistivity, and a cross-sectional area of a contact portion with the commutator, and each portion from the contact portion to an end opposite to the contact portion. The cross-sectional area of the material is the same, and the ratio of the material having high resistivity in the cross section in each part from the contact portion with the commutator to the end opposite to the contact portion is separated from the contact portion. A DC motor configured to increase as much as possible.
前記ロータは、シャフトと、そのシャフト上に設けられる整流子及び電機子とを含むことと、
前記整流子は、複数のセグメントにより構成されることと、
前記電機子は、導線を巻いた巻線を含み、前記巻線と前記整流子とがデルタ結線されることと、
前記整流子に接触可能に設けられるブラシと
を備えたDCモータにおいて、
前記ブラシは、抵抗率の異なる複数の材質によりブロック状に形成されると共に、前記整流子との接触部の断面積が最大となり、前記接触部からその接触部とは反対側の端部までの各部位の断面積が前記接触部から離れるほど減少するように構成され、前記整流子との接触部からその接触部とは反対側の端部までの各部位における断面において抵抗率の高い材質が占める割合が、前記接触部から離れるほど増大するように構成されることを特徴とするDCモータ。 A stator and a rotor;
The rotor includes a shaft, and a commutator and an armature provided on the shaft;
The commutator includes a plurality of segments;
The armature includes a winding wound with a conductive wire, and the winding and the commutator are delta-connected,
In a DC motor provided with a brush provided so as to be able to contact the commutator,
The brush is formed in a block shape from a plurality of materials having different resistivity, and has a maximum cross-sectional area of a contact portion with the commutator, from the contact portion to an end portion on the opposite side of the contact portion. The cross-sectional area of each part is configured to decrease as the distance from the contact part increases, and a material having a high resistivity in a cross-section in each part from the contact part with the commutator to the end part opposite to the contact part is formed. The DC motor is configured to increase in proportion as it moves away from the contact portion.
新品時において、前記抵抗値比率を、前記モータの効率が前記ピークとなるときの値に設定することと
を備えたことを特徴とする請求項3乃至7の何れかに記載のDCモータ。 When the ratio of the resistance value of the brush to the resistance value of the winding is a resistance value ratio, the motor efficiency has a relationship to increase or decrease to have one peak with respect to the increase of the resistance value ratio;
The DC motor according to any one of claims 3 to 7, further comprising setting the resistance value ratio to a value at which the efficiency of the motor reaches the peak when new.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004342146A JP2006158032A (en) | 2004-11-26 | 2004-11-26 | Dc motor |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN101783565A (en) * | 2009-01-19 | 2010-07-21 | 德昌电机(深圳)有限公司 | Motor and electric brush assembly thereof |
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JP2018068004A (en) * | 2016-10-18 | 2018-04-26 | 有限会社 ジャパンマグネット | DC motor for fuel pump and carbon brush |
WO2022184333A1 (en) * | 2021-03-01 | 2022-09-09 | Zf Friedrichshafen Ag | Shaft-grounding device for establishing an electrically conductive connection between a rotatable shaft and a housing |
-
2004
- 2004-11-26 JP JP2004342146A patent/JP2006158032A/en not_active Withdrawn
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