JP2007116813A - 直流モータ - Google Patents

Abstract

【課題】サージの発生を防止することができる直流モータを提供する。
【解決手段】直流モータは、ヨーク１の内周面に配置された２Ｐ極（但しＰは２以上の整数）の永久磁石２を有するステータ３と、２Ｐで割り切れない数であるＱ個のセグメント８がそれぞれ周方向に隙間Ｕを有して並設された整流子９と、Ｑ個のティース１０を有する電機子コア１１と、周方向に隣り合うセグメント８に両端が接続され分布巻にてティース１０に巻回された巻線１２と、整流子９に先端部が押圧接触される陽極側及び陰極側ブラシ５，６とを備える。陽極側及び陰極側ブラシ５，６は、先端部の円弧長ＷｂがＷｂ≦（（Ｄｃ×π）／Ｑ＋Ｗｕ）／２（但し、Ｄｃは整流子９の直径、Ｗｕは周方向に隣り合うセグメント８同士間の隙間Ｕの周方向距離）を満たす値に設定され、いずれか一方が２つのセグメント８に当接された状態で他方が１つのセグメント８のみに当接された状態となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、陽極側及び陰極側ブラシを備えた直流モータに関するものである。

従来、直流モータとしては、高トルク化等を図るべく、４極や６極等の２Ｐ極（但しＰは２以上の整数）の永久磁石を有するステータを採用したものがある（例えば、特許文献１参照）。そして、このような直流モータとしては、整流子におけるセグメントの数及び電機子コアにおけるティースの数が２Ｐで割り切れない数（例えば４極に対して１０）に設定されたものがある。このように設定された直流モータは、セグメントの数及びティースの数を２Ｐで割り切れる数とした場合に比べて、コギングトルクの脈動、ひいては振動や騒音が低減されるという長所がある。
特開平５−３３６７１９号公報

ところで、上記のような直流モータにおいて、陽極側（陰極側）ブラシが周方向に隣り合う２つのセグメントに（跨いで）当接された状態では、それらの２つのセグメントに両端が接続され分布巻にてティースに巻回された巻線（コイル）が短絡された状態となり電流が流れない。そして、従来の直流モータにおいては、一時的に陽極側及び陰極側ブラシが同時に２つのセグメントに当接された状態となってしまう。即ち、図６に示すように、陽極側及び陰極側ブラシ１０１，１０２側でそれぞれ巻線１０３が短絡された状態となる。よって、一時的に陽極側及び陰極側ブラシ１０１，１０２間の全抵抗値が小さくなってしまい、図７に示すようにサージ（過電流）Ｓが発生するという問題がある。このことは、陽極側及び陰極側ブラシの異常摩耗や、騒音や電磁ノイズの発生の原因となる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、サージの発生を防止することができる直流モータを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、略円筒状のヨークと該ヨークの内周面に配置された２Ｐ極（但しＰは２以上の整数）の永久磁石とを有するステータと、回転軸に対して固定され、２Ｐで割り切れない数であるＱ個のセグメントがそれぞれ周方向に隙間を有して並設された整流子と、前記回転軸に対して固定され、前記Ｑ個のティースを有する電機子コアと、周方向に隣り合う前記セグメントに両端が接続され分布巻にて前記ティースに巻回された巻線と、前記ステータに対して支持され、前記整流子に先端部が押圧接触される陽極側及び陰極側ブラシとを備えた直流モータであって、前記陽極側及び陰極側ブラシは、いずれか一方が２つの前記セグメントに当接された状態で、他方が１つの前記セグメントのみに当接された状態となるように設定された。

同構成によれば、陽極側及び陰極側ブラシのいずれか一方が２つのセグメントに当接された状態では、他方が１つのセグメントのみに当接された状態となる。言い換えると、陽極側及び陰極側ブラシが同時に２つのセグメントに当接された状態となることがない。よって、陽極側及び陰極側ブラシが同時に２つのセグメントに当接されて陽極側及び陰極側ブラシ間の全抵抗値が小さくなってしまうことが防止され、サージ（過電流）の発生が防止される。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の直流モータにおいて、前記陽極側及び陰極側ブラシにおける先端部の円弧長Ｗｂは、Ｗｂ≦（（Ｄｃ×π）／Ｑ＋Ｗｕ）／２（但し、Ｄｃは前記整流子の直径、Ｗｕは周方向に隣り合う前記セグメント同士間の前記隙間の周方向距離）を満たすように設定された。

同構成によれば、例えば、陽極側及び陰極側ブラシが交互に２つずつ周方向に等角度（９０°）間隔で設けられた場合等、容易に請求項１に記載の構成を実現することができる。

本発明によれば、サージの発生を防止することができる直流モータを提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図４に従って説明する。図１に示すように、直流モータは、略円筒状のヨーク１と該ヨーク１の内周面に固着されて配置された２Ｐ極（但しＰは２以上の整数）の永久磁石２とを有するステータ３と、そのステータ３の内側で回転可能に支持されたロータ４と、ステータ３に対して支持された陽極側及び陰極側ブラシ５，６とを備える。尚、本実施の形態では、永久磁石２は４極設けられている（即ちＰ＝２に設定されている）。

ロータ４は、回転軸７と、その回転軸７に固定されセグメント８がそれぞれ周方向に隙間Ｕを有して並設された整流子９と、同じく回転軸７に対して固定され放射状に延びるティース１０を有する電機子コア１１と、前記ティース１０に巻回された巻線１２とを備える。

セグメント８は２Ｐ（即ち本実施の形態では４）で割り切れない数であるＱ個であって、本実施の形態では１０個設けられている。尚、前記隙間Ｕは、セグメント８を径方向内側で支持する樹脂部１３まで達する溝（アンダーカット）にて形成され、全て同じ大きさ（周方向幅）に等角度間隔で形成されている。又、勿論、各セグメント８においても全て同じ大きさ（周方向幅）に形成されている。

ティース１０は、前記Ｑ個であって、本実施の形態では１０個設けられている。巻線１２は、その両端が周方向に隣り合うセグメント８に接続され、２つのティース１０に渡って分布巻にて巻回されている。尚、図１では、巻線１２を模式的に図示している。

陽極側及び陰極側ブラシ５，６は、交互に２つずつ、即ち全部で４つ周方向に等角度（９０°）間隔で設けられている。陽極側及び陰極側ブラシ５，６は、ステータ３に対して保持された図示しないブラシホルダに保持され、図示しないバネ等の付勢手段により径方向内側端部となる先端部が前記整流子９に押圧接触されている。そして、陽極側及び陰極側ブラシ５，６は、図示しない電源装置に対して電気的に接続されることになり、整流子９を介して巻線１２に駆動電流を供給することになる。

ここで、本実施の形態では、陽極側及び陰極側ブラシ５，６における先端部の円弧長Ｗｂは、
Ｗｂ≦（（Ｄｃ×π）／Ｑ＋Ｗｕ）／２（但し、Ｄｃは整流子９の直径、Ｗｕは周方向に隣り合うセグメント８同士間の隙間Ｕの周方向距離）
を満たす値であって、（（Ｄｃ×π）／Ｑ＋Ｗｕ）／２より若干小さい値に設定されている（図２参照）。

言い換えると、陽極側及び陰極側ブラシ５，６が整流子９に接触する回転軸７を中心とした角度θｂは、
θｂ≦（３６０°／Ｑ＋θｕ）／２（但し、θｕは周方向に隣り合うセグメント８同士間の隙間Ｕの回転軸７を中心とした角度）
を満たす値であって、（３６０°／Ｑ＋θｕ）／２より若干小さい値に設定されている。

これにより、陽極側及び陰極側ブラシ５，６は、いずれか一方が２つのセグメント８に当接された状態で、他方が１つのセグメント８のみに当接された状態となるように設定されている。言い換えると、陽極側及び陰極側ブラシ５，６は、同時に２つのセグメント８に当接された状態となることがないように設定されている。

次に、上記実施の形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
（１）４極の永久磁石２に対して、セグメント８の数及びティース１０の数が４で割り切れない数である１０個に設定されるため、セグメントの数及びティースの数を４で割り切れる数（例えば１２個）とした場合に比べて、コギングトルクの脈動、ひいては振動や騒音が低減される。

しかも、陽極側及び陰極側ブラシ５，６は、いずれか一方が２つのセグメント８に当接された状態で、他方が１つのセグメント８のみに当接された状態となるように設定されている。言い換えると、陽極側及び陰極側ブラシ５，６は、同時に２つのセグメント８に当接された状態となることがなく、両ブラシ側でそれぞれ巻線が短絡された状態（図６参照）となることがない。即ち、図３に示すように、陽極側及び陰極側ブラシ５，６のいずれか一方側（図３では陰極側ブラシ６側）でのみ巻線１２が短絡された状態が最小の抵抗値となり、図４に示すように、従来技術（図７参照）に比べて、サージ（過電流）の発生が防止される。その結果、例えば、陽極側及び陰極側ブラシ５，６の異常摩耗や、騒音や電磁ノイズの発生を低減することができる。

上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、陽極側及び陰極側ブラシ５，６は、交互に２つずつ、即ち全部で４つ周方向に等角度（９０°）間隔で設けられるとしたが、これに限定されず、陽極側及び陰極側ブラシの数を変更してもよいし、配置箇所（間隔）を変更してもよい。

例えば、図５に示すように変更してもよい。この例の整流子２１では、１８０°離間したセグメント８同士が短絡されている。そして、陽極側及び陰極側ブラシ２２，２３は、９０°離間して１つずつ、即ち全部で２つ設けられている。尚、図５中では、セグメント８同士を短絡する短絡部材２４を模式的に図示している。又、陽極側及び陰極側ブラシ２２，２３の形状（円弧長Ｗｂを含む）は、上記実施の形態の陽極側及び陰極側ブラシ５，６と同様に設定されている。このようにしても、上記実施の形態の効果と同様の効果を得ることができる。

・上記実施の形態では、陽極側及び陰極側ブラシ５，６における先端部の円弧長Ｗｂは、（（Ｄｃ×π）／Ｑ＋Ｗｕ）／２より若干小さい値に設定されるとしたが、Ｗｂ≦（（Ｄｃ×π）／Ｑ＋Ｗｕ）／２を満たす値であれば変更してもよい。

・上記実施の形態では、永久磁石２は４極設けられるとしたが、２Ｐ極（但しＰは２以上の整数）であれば他の数に変更してもよい。又、セグメント８及びティース１０は１０個設けられるとしたが、２Ｐ（即ち永久磁石２の数）で割り切れない数であれば他の数に変更してもよい。

上記各実施の形態から把握できる技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
（イ）請求項２に記載の直流モータにおいて、前記永久磁石が４極（Ｐ＝２）設けられ、前記セグメント及び前記ティースが１０個（Ｑ＝１０）設けられ、前記陽極側及び陰極側ブラシが交互に２つずつ周方向に等角度間隔で設けられたことを特徴とする直流モータ。

同構成によれば、永久磁石が４極（Ｐ＝２）、セグメント及びティースが１０個（Ｑ＝１０）、陽極側及び陰極側ブラシが交互に２つずつ周方向に等角度間隔で設けられた直流モータにおいて、容易に請求項１に記載の構成及びその作用効果を実現することができる。

（ロ）請求項２に記載の直流モータにおいて、前記永久磁石は４極（Ｐ＝２）設けられ、前記セグメント及び前記ティースが１０個（Ｑ＝１０）設けられ、１８０°離間した前記セグメント同士が短絡され、前記陽極側及び陰極側ブラシが９０°離間して１つずつ設けられたことを特徴とする直流モータ。

同構成によれば、永久磁石が４極（Ｐ＝２）、セグメント及びティースが１０個（Ｑ＝１０）設けられた直流モータであって、１８０°離間した前記セグメント同士が短絡され、陽極側及び陰極側ブラシが９０°離間して１つずつ設けられた直流モータにおいて、容易に請求項１に記載の構成及びその作用効果を実現することができる。

（ハ）請求項１に記載の直流モータにおいて、前記陽極側及び陰極側ブラシが前記整流子に接触する前記回転軸を中心とした角度θｂは、θｂ≦（３６０°／Ｑ＋θｕ）／２（但し、θｕは周方向に隣り合う前記セグメント同士間の前記隙間の回転軸を中心とした角度）を満たすように設定されたことを特徴とする直流モータ。

同構成によれば、例えば、陽極側及び陰極側ブラシが交互に２つずつ周方向に等角度（９０°）間隔で設けられた場合等、容易に請求項１に記載の構成を実現することができる。

本実施の形態における直流モータの概略構成図。 本実施の形態における陽極側及び陰極側ブラシを説明するための模式図。 本実施の形態における直流モータの最小の抵抗値となる場合の回路図。 本実施の形態における直流モータのモータ回転角−電流特性図。 別例における直流モータの概略構成図。 従来技術における直流モータの最小の抵抗値となる場合の回路図。 従来技術における直流モータのモータ回転角−電流特性図。

符号の説明

１…ヨーク、２…永久磁石、３…ステータ、５，６，２２，２３…陽極側及び陰極側ブラシ、７…回転軸、８…セグメント、９，２１…整流子、１０…ティース、１１…電機子コア、１２…巻線、Ｄｃ…整流子の直径、Ｑ…セグメント及びティースの数、Ｕ…隙間、Ｗｂ…円弧長、Ｗｕ…周方向距離。

Claims (2)

1. 略円筒状のヨークと該ヨークの内周面に配置された２Ｐ極（但しＰは２以上の整数）の永久磁石とを有するステータと、
   回転軸に対して固定され、２Ｐで割り切れない数であるＱ個のセグメントがそれぞれ周方向に隙間を有して並設された整流子と、
   前記回転軸に対して固定され、前記Ｑ個のティースを有する電機子コアと、
   周方向に隣り合う前記セグメントに両端が接続され分布巻にて前記ティースに巻回された巻線と、
   前記ステータに対して支持され、前記整流子に先端部が押圧接触される陽極側及び陰極側ブラシと
   を備えた直流モータであって、
   前記陽極側及び陰極側ブラシは、いずれか一方が２つの前記セグメントに当接された状態で、他方が１つの前記セグメントのみに当接された状態となるように設定されたことを特徴とする直流モータ。
2. 請求項１に記載の直流モータにおいて、
   前記陽極側及び陰極側ブラシにおける先端部の円弧長Ｗｂは、
   Ｗｂ≦（（Ｄｃ×π）／Ｑ＋Ｗｕ）／２
   （但し、Ｄｃは前記整流子の直径、Ｗｕは周方向に隣り合う前記セグメント同士間の前記隙間の周方向距離）
   を満たすように設定されたことを特徴とする直流モータ。

Images