JP2008206347A - 直流モータ及びコンミテータの製造方法 - Google Patents

直流モータ及びコンミテータの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】バリスタの組み付けが容易で不良品の発生率が低く、組立工数が少なく、コンパクト化に役立つ直流モータ及びコンミテータの組立方法を提供する。
【解決手段】直流モータは、回転軸23に固着した円筒状の絶縁部材29と、絶縁部材29の周面に固着した複数のセグメント28とからなるコンミテータ27を備えている。コンミテータ27は、回転軸23が挿通可能な孔50aを有するプレート状のバリスタ50と、導電性を有し、セグメント28の配置に対応してバリスタ50の孔50a周りに間欠的に塗布した接着剤51と、バリスタ50を絶縁部材29の周方向に位置決めして接着剤51の塗布位置を各セグメント28の端面28aに一致させる位置決め手段としての凸部52及び凹部53とを備えている。
【選択図】図4

Description

本発明は、各種車載機器のアクチュエータとして使用されるブラシ付の直流モータ及びそのコンミテータの製造方法に関する。
この種の直流モータでは、回転軸に設けたコンミテータをブラシに摺接させて電機子巻線に対する通電の切り換えを行っている。このため、コンミテータの各セグメントがブラシから離れる際に電機子巻線に大きな起電力が発生し、ブラシとコンミテータの間に火花が生じ、電気ノイズを発生させる原因となる。そこで、コンミテータの各セグメントをリング状のバリスタで電気的に接続して火花の発生を抑制している。
バリスタの設置構造としては、回転軸に固着される円筒状の絶縁部材に段部を形成するとともに、摺動部とライザ部の間を直角に折り曲げたセグメントを設け、折曲部を絶縁部材に段部に当接させてセグメントを絶縁部材に取り付け、各セグメントの折曲部を跨ぐようにしてリング状のバリスタを半田で固定したものが知られている(特許文献1参照)。
実開平6−77475号公報
しかし、この構造では、予め、セグメントの折曲部の配置に対応してクリーム半田をバリスタの表面に塗布しておき、バリスタの組みつけに際し、クリーム半田が隣接するセグメントを短絡させないようにバリスタの位置決めを行わなければならず、作業が面倒で熟練を要し、熟練者でも不良品が生じ易い。また、絶縁部材に段部を形成してあるため、コンミテータの外形が大きくなり、コンパクト化の支障になる。
本発明の目的は、バリスタの組み付けが容易で不良品の発生率が低く、組立工数が少なく、コンパクト化に役立つ直流モータ及びコンミテータの組立方法を提供することにある。
本発明の直流モータは、回転軸に固着した円筒状の絶縁部材と、該絶縁部材の外周面に固着した回転軸の軸方向に延びる複数のセグメントとからなるコンミテータを備えた直流モータであって、上記コンミテータは、上記回転軸が挿通可能な孔を有するプレート状のバリスタと、導電性を有し、上記セグメントの配置に対応して上記バリスタと上記セグメントの端面とを電気的に接合する接合部材と、上記バリスタを絶縁部材の周方向に位置決めして上記接合部材を上記各セグメントの端面に一致させる位置決め手段とを備えたことを特徴とする。
本発明の直流モータは、上記接合部材は、バリスタの孔周りに配置されるとともに、バリスタの中心に対して各接合部材が非導通状態となるように放射状に区画され、各接合部材が上記セグメントの端面に固定されることを特徴とする。
本発明の直流モータは、上記位置決め手段は、回転軸の周面とバリスタの孔周面のいずれか一方に設けた凸部と、該凸部と係合すべく他方に設けた凹部とで構成してあることを特徴とする。
本発明の直流モータは、上記バリスタは、その外径が上記コンミテータの外径とほぼ等しいリング状に形成してあることを特徴とする。
本発明の直流モータは、上記接合部剤は、導電性を有する接着剤からなることを特徴とする。
本発明の直流モータは、上記接合部剤は、ハンダであることを特徴とする。
本発明のコンミテータの製造方法は、回転軸に固着した円筒状の絶縁部材と、該絶縁部材の周面に固着した複数のセグメントとからなるコンミテータの製造方法であって、 上記回転軸が挿通可能な孔を有するプレート状のバリスタと、導電性を有する接合部材とを用い、該接合部材を上記各セグメントの配置に対応して上記バリスタの孔周りに間欠的に設ける工程と、上記バリスタを回転軸に通す工程と、上記バリスタを絶縁部材の周方向に位置決めして上記接合部材の設置位置を上記各セグメントの端面に一致させる位置決め手段を用い、該位置決め手段で上記バリスタを位置決めする工程と、上記接合部材を固化させて上記バリスタを上記コンミテータの端面に固定し、該バリスタを上記接合部材を介して上記各セグメントと電気的に接続する工程と、からなることを特徴とする。
本発明によれば、バリスタを絶縁部材に組み付ける際、接着剤の塗布位置が各セグメントの端面に一致するようにバリスタの位置決めが自動的に行われるので、バリスタの位置合わせが不要になり、作業が容易になるとともに、不良品の発生防止に役立つ。また、絶縁部材にバリスタ取付用の段部を設ける必要がなくなり、その分だけコンミテータの外径が小さくなり、装置のコンパクト化に役立つ。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明の一実施形態であるワイパモータを使用したワイパ装置を備えた自動車の概略を示す説明図である。
この自動車10のフロントガラス11の下方には、フロントガラス11に付着した雨水等の水滴を払拭して運転者の視界を確保するためのワイパ装置12が設けられている。このワイパ装置12は、所謂、タンデム型のワイパ装置であって、自動車10の車体側に回転自在に支持された2つのワイパ軸13a,13bを備えており、ワイパ軸13aには運転席側のワイパアーム14aが固定され、ワイパ軸13bには助手席側のワイパアーム14bが固定されている。それぞれのワイパアーム14a,14bの先端部にはワイパブレード15a,15bが装着されており、ワイパアーム14a,14bの基端部には図示しないスプリングが装着されている。このスプリングのばね力により、ワイパブレード15a,15bはフロントガラス11に対して所定のばね力をもって押さえつけられるようになっている。
ワイパ装置12には、駆動源としてのワイパモータ16が設けられており、ワイパモータ16の出力軸17にはクランクアーム18が連結されている。このクランクアーム18はワイパ軸13a,13bを支点とするリンク機構19に連結されており、クランクアーム18を回転させることによって、ワイパアーム14a,14bを所定の角度範囲で揺動させるようにしている。このようなワイパアーム14a,14bの揺動運動により、ワイパブレード15a,15bを上反転位置と下反転位置との間の払拭範囲20a,20bで作動させてフロントガラス11に付着した雨水等の水滴を払拭することができる。
図2は図1に示すワイパモータ16の断面図である。
このワイパモータ16はモータ本体16Aと減速機構35からなる。モータ本体16Aを収容するヨーク21の内面には、マグネット22が接着剤等によって固定されるとともに、その底部側(図2中左側)には、回転軸23の基端側を回転自在に支持する軸受24が設けられている。マグネット22は、直流モータに一般的に用いられる断面が円弧状の永久磁石であり、内側N極/外側S極および内側S極/外側N極の一対のマグネットによって構成されている。この一対のマグネット22は、それぞれヨーク21内に互いに対向するようにして設けられている。
軸受24は、外周が球状に形成され、回転軸23を自動調心するように構成されている。なお、25は回転軸23の基端部を軸方向に支持する支持球であり、この支持球25によって、回転軸23は、ヨーク21に対して略抵抗無く回転できるようになっている。また、24aは軸受24の図2中右側への抜けを防止するための固定板である。
ヨーク21に固定された一対のマグネット22の内側には、マグネット22によって囲まれるようにして電機子巻線が巻装されたコアを有するアマチュア(電機子)26が設けられており、アマチュア26は微小隙間(エアギャップ)を介してマグネット22と対向している。このアマチュア26は、例えば12個のスロットを備えており、当該スロットには重ね巻きで電機子巻線(図示せず)が巻装されている。そして、アマチュア26の中心軸と回転軸23の中心軸とが一致するようにして、アマチュア26が回転軸23に一体的に設けられている。
回転軸23には、回転軸23の中心軸と一致するようにしてコンミテータ(整流子)27が一体的に設けられ、このコンミテータ27は、アマチュア26のコアに巻装された電機子巻線が接続されるセグメント(導電部)28を備えている。このセグメント28は、コンミテータ27の周方向に沿って所定間隔で複数個(例えば12個)設けられている。すなわち、コンミテータ27は樹脂のモールド成形で構成されており、円筒状の絶縁部材29の外周面にはセグメント28が成形固着されている。
コンミテータ27には一対のブラシ30が摺接されている。これらブラシ30はスプリング31で付勢されてコンミテータ27に所定の力で押し付けられている。ブラシ30を取り付けたブラシ基板32には、給電部33から駆動電流が供給される。この駆動電流は、ブラシ30とコンミテータ27を介してアマチュア26の電機子巻線に供給されて、アマチュア26を回転させる電磁力を生じさせる。
ワイパモータ16は、回転軸23の回転を減速する減速機構35を内部に収容するアルミダイカスト製のギヤケース36を備えている。このギヤケース36には、回転軸23を回転自在に支持するボールベアリング37が固定して設けられている。
ギヤケース36の基端側は、図示しないねじによってヨーク21にシール材(図示せず)を介して気密的に固定され、ギヤケース36の先端側は、調整部材38によって、気密的に閉塞されている。なお、調整部材38は、当該調整部材38に設けられた凹所内にボール39を備え、当該ボール39には、回転軸23の先端側が接触するようになっている。そして、このボール39の回転軸23に対する接触力を、調整部材38のギヤケース36に対するねじ込み量を調整することによって調整し、回転軸23の軸方向へのがたつきを防止するようにしている。
回転軸23の先端側には、螺旋状の歯部が外周に形成されたウォーム40が一体的に設けられており、当該ウォーム40は回転軸23とともに回転可能となっている。このウォーム40には、ウォームホイール41の歯部(図示せず)が噛み合うようになっており、これらのウォーム40とウォームホイール41とによって減速機構35を構成している。
ウォームホイール41には、その中心軸上に、ワイパ装置12を構成するクランクアーム18が連結される出力軸17が一体的に設けられ、出力軸17に形成されたテーパ部17aにクランクアーム18を嵌合させて、雄ねじ部17bにナット(図示せず)をねじ結合することによって、クランクアーム18を出力軸17に固定するようになっている。
回転軸23に設けられたウォーム40の図2中左側近傍には、回転軸23の回転位置を検出するための回転位置検出用マグネット42が回転軸23に一体的に設けられ、この回転位置検出用マグネット42は、その周方向に沿って複数極(例えばN極,S極,N極,S極の4極)の磁化部分を有している。
ギヤケース36の内部で減速機構35の反対側には、モータ本体16Aを回転制御する制御基板43が設けられ、この制御基板43は、運転者のスイッチング操作を受けて、給電部33に対して配線44を介して電流を供給し、これによりワイパモータ16を駆動制御するようになっている。この制御基板43における回転位置検出用マグネット42の近傍には、回転位置検出用マグネット42の回転位置を検出するホールセンサ45が設けられている。
減速機構35と制御基板43との間には、減速機構35と制御基板43との間を仕切るカバー46が配置されている。このカバー46は、プラスチック等の樹脂成形品により形成されており、制御基板43を保持するとともに、減速機構35に塗布されたグリスが制御基板43に飛び散って付着するのを防止する役割を果たしている。
制御基板43の図2中上方には、外部からの雨水や埃等がギヤケース36の内部へ侵入するのを防止するとともに、制御基板43の温度上昇を外部に放熱するためのヒートシンク47を有する外側カバー48が、ギヤケース36に対して気密的に固定されている。外側カバー48には、放熱性に優れた樹脂で成形されたヒートシンク47を一体成形してある。
図3は図2のワイパモータ16からロータを取り外して示す斜視図、図4は図3のコンミテータ27からバリスタを取り外して示す斜視図、図5は図4のバリスタを裏側から見た斜視図である。
コンミテータ27は、回転軸23に固着した円筒状の絶縁部材29と、絶縁部材29の周面に固着した複数のセグメント28と、これらセグメント28を電気的に接続すべく絶縁部材29の端面に固着したリング状のバリスタ(セラミクス製)50とで構成してある。バリスタ50の固着には、接合部材として導電性を有する接着剤51を使用してある。各セグメント28には、アマチュア26の電機子巻線が接続されるライザ28bを設けてある。また、バリスタ50を絶縁部材29の周方向に位置決めする位置決め手段を設けてある。この位置決め手段は、回転軸23の周面で絶縁部材29と隣接する箇所に設けた一対の凸部52と、これら凸部52と係合すべくバリスタ50の孔50aの周面に設けた一対の凹部53とで構成してある。凸部52と凹部53は、回転軸23とバリスタ50の軸芯に関して対象に配置されている。
バリスタ50の組みつけに際しては、予め、セグメント28の配置に対応してバリスタ50の孔50a周りに接着剤51を間欠的に塗布しておく(図5参照)。接着剤51は、詳しくは、バリスタ50と同芯をなすリング状に塗布されるとともに、バリスタ中心に対し放射状に区画されている。そして、回転軸23にバリスタ50を通し、その凹部52を回転軸23の凸部52に係合してバリスタ50を位置決めし、バリスタ50を絶縁部材29の端面29aに押し付ける。
その際、バリスタ50は、接着剤51の塗布位置が各セグメント28の端面28aと一致するように位置決めされているので、扇状をなす接着剤51の各区画の外周部がセグメント28の端面28aを固定する一方、各区画の内周部は絶縁部材29の端面29aを固定する。つまり、バリスタ50は各セグメント28の端面28aと絶縁部材29の端面29aの双方に跨って固定されるので、各セグメント28が接着剤51を介してバリスタ50と電気的に接続されることになる。ところで、バリスタ50に対する接着剤51の塗布厚や各区画の間隔dは、バリスタ50を絶縁部材29に押し付けた際の接着剤51の広がりを考慮し、接着剤51が隣接するセグメント28を非導通状態、つまり短絡させることのないような値にする必要がある。
このコンミテータ27では、各セグメント28が接着剤51を介してバリスタ50と電気的に接続されているので、セグメント28がブラシ30から離れる際の火花の発生を防止でき、電気ノイズの発生防止に役立つ。
ところで、バリスタ30を絶縁部材29に組み付ける際、バリスタ50の凹部53を絶縁部材によって形成された回転軸23上の凸部52に係合させると、接着剤51の塗布位置が各セグメント28の端面28aに一致するようにバリスタ50の位置決めが行われるので、バリスタ50の位置合わせが不要になり、作業が容易になるとともに、不良品の発生防止に役立つ。また、絶縁部材29にバリスタ取付用の段部を設ける必要がなくなり、その分だけコンミテータ27の外径が小さくなり、装置のコンパクト化に役立つ。
次に、本発明の直流モータをリヤワイパ用駆動源(以下、リヤワイパモータという)として使用した場合について説明する。図6はリヤワイパモータの内部構造を示している。なお、図1から図5に示したワイパモータ16と同一の構成については同じ符号が付与されている。
リヤワイパモータ54は所謂ブラシ付きモータとなっており、継鉄とも呼ばれるヨーク21とヨーク21に収容されるアマチュア26とを備えている。ヨーク21は鋼板をプレスにより絞り加工して形成されており、横断面が小判形である有底筒状となっている。また、ヨーク21の内面には一対のマグネット22(界磁部)が互いに異なる磁極を向かい合わせて固定されており、これらのマグネット22によりヨーク21の内部には磁界が形成されるようになっている。
アマチュア26は、回転軸23とこの回転軸23に固定される電機子鉄心26bとを有しており、回転軸23はヨーク21の底部に設けられる軸受24に支持され、これにより、アマチュア26はヨーク21の内部で回転自在となっている。電機子鉄心26bはヨーク21の磁界内に位置するように配置されており、その外周面には軸方向に延びる12のスロット26cが形成され、これらのスロット26cには重ね巻きにより複数の電機子巻線(図示せず)が装着されている。
このリヤワイパモータ54には、各電機子巻線に駆動電流を供給するために、コンミテータ27と一対のブラシ30,30とが設けられている。コンミテータ27は電機子鉄心26bに隣接して回転軸23に固定されており、各電機子巻線はこのコンミテータ27を構成する複数のセグメント28にそれぞれ接続されている。一方、ブラシ30,30はヨーク21に固定されるブラシ基板32にスプリング31によりコンミテータ27に向けて付勢された状態で保持されて、コンミテータ27の外周面に摺接するようになっている。コンミテータ27の端面には、各セグメント28を電気的に接続するバリスタ50が取り付けてある。なお、コンミテータ27の詳細については前述した図2から図5に示した通りである。
減速機55は締結部材(図示せず)によりヨーク21に固定されるギヤケース36を有しており、このギヤケース36の内部に動力変換機構59と、ギヤケース36に回転軸23の先端が収容され、その先端に形成されたウォーム40と、ウォーム40に噛み合うウォームホイール41とを備えている。ウォームホイール41は支軸56に支持されてギヤケース36の内部で回転自在となっている。これにより、電動モータ21が作動して回転軸23が回転すると、その回転が所定の回転数にまで減速されてウォームホイール41に伝達される。
ギヤケース36には支軸56と平行な方向に突出するボス部(図示せず)が設けられており、このボス部には出力軸17が回転自在に支持されている。出力軸17の一端はボス部から外部に突出しており、その先端にはリヤワイパアームが取り付けられるようになっている。また、出力軸17の他端はギヤケース36の内部に突出しており、その先端には出力ギヤ62が固定されている。
動力変換機構58はウォームホイール41と出力ギヤ62とを連結する動力変換部材59を有しており、この動力変換部材59によりウォームホイール41の回転運動を揺動運動に変換して出力軸17に伝達するようになっている。動力変換部材59はアーム部59aとセクタギヤ部59bとを有する板状に形成されており、このアーム部59aの先端はウォームホイール41に支軸56から径方向にずれて設けられる連結軸57に回転自在に連結されている。また、動力変換部材59のセクタギヤ部59bは出力ギヤ62に噛み合わされており、セクタギヤ部59bと出力ギヤ62との噛み合いを保持するために、セクタギヤ部59bの軸心に設けられるギヤ軸60と出力軸17とは揺動プレート61により揺動自在に連結されている。これにより、コネクタ63からの給電によりアマチュア26が回転し、ウォームホイール41に回転が伝達されると、その回転運動により動力変換部材59が往復運動し、その往復運動がセクタギヤ部59bと出力ギヤ62とにより揺動運動に変換されて出力軸17から出力される。そして、出力軸17が揺動することにより、これに取り付けられたリヤワイパアームがリヤガラス上の上反転位置と下反転位置との間で揺動運動し、これによりリヤワイパの払拭動作が行われることになる。本発明のコンミテータ27を上述したリヤワイパ用電動モータに適用することにより電動モータをコンパクトにできるだけでなく、電気ノイズの発生を低減させることができる。
本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、本実施の形態おいては、セグメント28はその肉厚分だけがバリスタ50に接合しているが、セグメント28の端縁を直角に折り曲げて絶縁部材29にモールドしておくと、バリスタ50との接合面積が大きくなり、接合部の電気抵抗が小さくなり、電気ノイズの発生防止効果が高くなる。
また、凸部52と凹部53の回転軸23とバリスタ50に対する配置は逆であってもよい。さらに、接合部材としてクリームハンダを用いてもよい。この際、バリスタ50のコンミテータ27の各セグメント28に対応した位置にクリームハンダを間欠的に塗布し、各セグメントとバリスタとをクリームハンダが短絡しないように接合してもよい。
本発明の一実施の形態であるワイパモータを使用したワイパ装置の設置された車両の概略を示す説明図である。 図1のワイパモータの断面図である。 図2のワイパモータからロータを取り外して示す斜視図である。 図3のコンミテータからバリスタを取り外して示す斜視図である。 図4のバリスタを裏側から見た斜視図である。 本発明の他の適用例であるリヤワイパモータの断面図である。
符号の説明
10 自動車
11 フロントガラス
12 ワイパ装置
13a ワイパ軸
13b ワイパ軸
14a ワイパアーム
14b ワイパアーム
15a ワイパブレード
15b ワイパブレード
16 ワイパモータ
16A モータ本体
17 出力軸
17a テーパ部
17b 雄ねじ部
18 クランクアーム
19 リンク機構
20a 払拭範囲
21 ヨーク
22 マグネット
23 回転軸
24 軸受
24a 固定板
25 支持球
26 アマチュア
27 コンミテータ
28 セグメント
28a 端面
28b ライザ
29 絶縁部材
29a 端面
30 バリスタ
30 ブラシ
31 スプリング
32 ブラシ基板
33 給電部
35 減速機構
36 ギヤケース
37 ボールベアリング
38 調整部材
39 ボール
40 ウォーム
41 ウォームホィール
42 回転位置検出用マグネット
43 制御基板
44 配線
45 ホールセンサ
46 カバー
47 ヒートシンク
48 外側カバー
50 バリスタ
50a 孔
51 接着剤
52 凸部
53 凹部
55 減速機
56 支軸
57 連結軸
58 動力変換機構
59 動力変換部材
59a アーム部
59b セクタギヤ部
60 ギヤ軸
61 揺動プレート
62 出力ギヤ
63 コネクタ

Claims (7)

  1. 回転軸に固着した円筒状の絶縁部材と、該絶縁部材の外周面に固着した回転軸の軸方向に延びる複数のセグメントとからなるコンミテータを備えた直流モータであって、
    上記コンミテータは、
    上記回転軸が挿通可能な孔を有するプレート状のバリスタと、
    導電性を有し、上記セグメントの配置に対応して上記バリスタと上記セグメントの端面とを電気的に接合する接合部材と、
    上記バリスタを絶縁部材の周方向に位置決めして上記接合部材を上記各セグメントの端面に一致させる位置決め手段とを備えた
    ことを特徴とする直流モータ。
  2. 請求項1記載の直流モータにおいて、上記接合部材は、バリスタの孔周りに配置されるとともに、バリスタの中心に対して各接合部材が非導通状態となるように放射状に区画され、各接合部材が上記セグメントの端面に固定されることを特徴とする直流モータ。
  3. 請求項1または2記載の直流モータにおいて、上記位置決め手段は、回転軸の周面とバリスタの孔周面のいずれか一方に設けた凸部と、該凸部と係合すべく他方に設けた凹部とで構成してあることを特徴とする直流モータ。
  4. 請求項1ないし3のいずれか1項記載の直流モータにおいて、上記バリスタは、その外径が上記コンミテータの外径とほぼ等しいリング状に形成してあることを特徴とする直流モータ。
  5. 請求項1ないし4のいずれか1項記載の直流モータにおいて、上記接合部剤は、導電性を有する接着剤からなることを特徴とする直流モータ。
  6. 請求項1ないし4のいずれか1項記載の直流モータにおいて、上記接合部剤は、ハンダであることを特徴とする直流モータ。
  7. 回転軸に固着した円筒状の絶縁部材と、該絶縁部材の外周面に固着した回転軸の軸方向に延びる複数のセグメントとからなるコンミテータの製造方法であって、
    上記回転軸が挿通可能な孔を有するプレート状のバリスタと、導電性を有する接合部材とを用い、該接合部材を上記各セグメントの配置に対応して上記バリスタの孔周りに間欠的に設ける工程と、
    上記バリスタを回転軸に通す工程と、
    上記バリスタを絶縁部材の周方向に位置決めして上記接合部材の設置位置を上記各セグメントの端面に一致させる位置決め手段を用い、該位置決め手段で上記バリスタを位置決めする工程と、
    上記接合部材を固化させて上記バリスタを上記コンミテータの端面に固定し、該バリスタを上記接合部材を介して上記各セグメントと電気的に接続する工程と、
    からなることを特徴とするコンミテータの製造方法。
JP2007041174A 2007-02-21 2007-02-21 直流モータ及びコンミテータの製造方法 Pending JP2008206347A (ja)

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