JP2008211921A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】振動や騒音の弊害を防止できるワイパモータを提供する。
【解決手段】コンミテータ２０を有するアーマチュア１４と、コンミテータ２０に接近離反自在に取り付けられた共通ブラシ３２と第一ブラシ３３と第二ブラシ３４と、第一ブラシ３３に通電する第一接続部４４および第二ブラシ３４に通電する第二接続部４５を有するスイッチ４２とを備えたワイパモータ１において、第二ブラシ３４に第一形状記憶合金５１を設け、第一ブラシ３３に第二形状記憶合金５２を設ける。ワイパモータの低速運転時には高速運転用の第二ブラシ３４を第二形状記憶合金５２によってコンミテータ２０から離間させることにより、第二ブラシ３４がアーマチュアコイルの回転磁界にアンバランスを発生させたり、アーマチュアにブレーキトルクを及ぼしたりするのを防止できるので、ワイパモータの振動や騒音等の弊害が派生するのを未然に防止できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータ、特に、低速運転および高速運転の少なくとも２段の運転速度に切り替え可能な速度切り替え式モータに関し、例えば、自動車のフロントガラスに付着した雨滴や塵埃等を払拭するワイパ装置に利用して有効なものに関する。

一般に、自動車のフロントガラスに付着した雨滴や塵埃等を払拭するワイパ装置に使用されるワイパモータにおいては、運転者のスイッチング操作によって、雨量に応じた運転速度、すなわち、霧雨のような少雨時等における低速運転と、集中豪雨時等における高速運転とを選択することができるように構成されている。

このように速度切り替え可能なワイパモータとしては、特許文献１に示されるものが知られている。
すなわち、このワイパモータは、第一ブラシと第二ブラシと第三ブラシとを備えており、これらの三つのブラシは同一の周方向幅をそれぞれ有するとともに、コンミテータ（整流子）の同一面上に所定角度をもって対向配置されており、スイッチング操作により、第一ブラシおよび第二ブラシを介してアーマチュアに給電して低速運転したり、第二ブラシおよび第三ブラシを介してアーマチュアに給電して高速運転したりすることができるようになっている。
特開２００５−１２９４５号公報

しかしながら、前述したワイパモータにおいては、ワイパモータの低速運転時には、高速運転用ブラシが周方向で隣り合うセグメントを短絡して当該セグメント間に接続されたコイル線材の閉回路を形成することにより、アーマチュアコイルの回転磁界にアンバランスを発生させたり、アーマチュアにブレーキトルクを及ぼしたりするために、アーマチュアの振れ回り力が発生し、その結果、ワイパモータの振動や騒音等の弊害が派生するという問題点があった。

本発明の目的は、振動や騒音の弊害を防止することができる速度切り替え式モータに好適なモータを提供することにある。

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）コンミテータを有するアーマチュアと、
前記コンミテータに接近離反自在に取り付けられた第一ブラシと、
前記コンミテータに接近離反自在に取り付けられ、前記第一ブラシに対して対向して配置された共通ブラシと、
前記コンミテータに接近離反自在に取り付けられ、 前記第一ブラシに対して前記アーマチュアの回転方向に所定角度ずれて配置された第二ブラシと、
前記第一ブラシに通電する第一接続部および前記第二ブラシに通電する第二接続部を有する通電切替手段と、
前記通電切替手段によって前記第一ブラシに通電した時に、前記第一接続部と前記第一ブラシに電気的に接続される前記第二ブラシを離間させる第一離間手段と、
前記通電切替手段によって前記第二ブラシに通電した時に、前記第二接続部と前記第二ブラシに電気的に接続される前記第一ブラシを離間させる第二離間手段と、
を備えることを特徴とするモータ。

前記（１）によれば、例えば、ワイパモータの低速運転時には、高速運転用ブラシである第二ブラシを第一離間手段によってコンミテータから離間させることにより、第二ブラシがアーマチュアコイルの回転磁界にアンバランスを発生させたり、アーマチュアにブレーキトルクを及ぼしたりするのを防止することができるので、ワイパモータの振動や騒音等の弊害が派生するのを未然に防止することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

本実施の形態において、本発明に係るモータは、図１に示されているように、ワイパ装置を駆動するワイパモータに使用されている。
すなわち、図１に示されたワイパモータ１は、本実施の形態に係る速度切り替え式モータ（以下、駆動モータという。）１０とウオーム歯車減速装置２とを備えている。

図１に示されているように、ウオーム歯車減速装置２はギヤケース３を備えており、ギヤケース３はダイカスト加工品等により形成されている。
ギヤケース３内には後記するシャフトが挿入されており、シャフトの先端部にはウオーム４が一体的に設けられている。ウオーム４にはウオームホイール５が噛み合わされている。ウオームホイール５には中間歯車６を介して駆動歯車７が噛み合わされており、駆動歯車７の中心軸上には出力軸８が固定されている。
出力軸８の突出端部にはワイパアームに連動したクランク９（図１の想像線参照。）が、突出端部に形成されたテーパ部に嵌合されて図示しない雄ねじ部にナットを螺合されて連結されている。

図１に示されているように、駆動モータ１０は界磁装置を形成するステータ１１を備えており、ステータ１１は鉄等の磁性材料によって一端が閉塞し他端が開口した円筒形状に形成されたヨーク１２と、このヨーク１２の内周面に同心円に配列されて固定された一対のマグネット１３とによって構成されている。
一対のマグネット１３、１３は断面が円弧状の永久磁石であって、内側Ｎ極／外側Ｓ極および内側Ｓ極／外側Ｎ極に構成されており、ヨーク１２の内周面に互いに対向するように配置されている。

ステータ１１の中心線上にはアーマチュア１４が、微小隙間（エアギャップ）を介してマグネット１３、１３と対向するように軸架されて回転自在に支承されている。
すなわち、アーマチュア１４のシャフト１５はヨーク１２の中心線上に軸架されており、閉塞壁側軸受１６およびギヤケース３に固定された開口側軸受１７によって回転自在に支承されている。
シャフト１５の中間部の外周にはコア１８が固定されており、コア１８にはコイル線材１９が巻装されている。
本実施の形態においては、アーマチュア１４はコア１８と巻装されたコイル線材１９とによって１２個の磁極を構成している。

図１に示されているように、シャフト１５のアーマチュア１４の片脇（図１のウオーム側）の外周には全体的に円柱（シリンダ）形状に形成されたコンミテータ２０が、ブラシ接触面がシャフト１５と同心円になるように配置されて固定されている。

図１および図２に示されているように、シャフト１５に固定されたコンミテータ２０の外側にはブラシ装置３０が設置されている。
ブラシ装置３０は絶縁性を有する樹脂が使用されて平板形状に形成されたブラシホルダステー３１を備えており、ブラシホルダステー３１は駆動モータ１０のブラケット１０ａに固定されている。

図２に示されているように、ブラシホルダステー３１のコンミテータ２０側の主面には、コンミテータ２０に互いに周方向に１８０度離れた位置で摺接する一対のブラシである共通ブラシ３２および第一ブラシ３３と、共通ブラシ３２に対して周方向にずれた位置において摺接する第二ブラシ３４とがそれぞれ配置されている。
すなわち、共通ブラシ３２と第一ブラシ３３とは互いに周方向に１８０度離れた位置にそれぞれ配置されており、第二ブラシ３４は共通ブラシ３２から周方向に所定角度（本実施の形態では約１２０度）離れた位置であって、第一ブラシ３３から周方向に所定角度（本実施の形態では約６０度）離れた位置に配置されている。

図３で参照されるように、共通ブラシ３２、第一ブラシ３３および第二ブラシ３４は、各ブラシホルダ３５内にコンミテータ２０と摺動自在に収容されているとともに、ブラシスプリング３６によってコンミテータ２０の整流子面に押接されている。
共通ブラシ３２、第一ブラシ３３および第二ブラシ３４には、通電するためのピグテール３７の一端部が挿入されている。

図２に示されているように、駆動モータ１０の駆動電気回路４０は、バッテリー４１と通電切替手段としての速度切替スイッチ４２とを備えており、速度切替スイッチ（以下、スイッチという。）４２はワイパスイッチの一部を構成している。
スイッチ４２は、共通ブラシ３２に通電する共通接続部４３と、第一ブラシ３３に通電する第一接続部４４と、第二ブラシ３４に通電する第二接続部４５と、を備えている。
第二ブラシ３４には第一離間手段としての第一形状記憶合金５１が取り付けられており、第一形状記憶合金５１はスイッチ４２による第一ブラシ３３への通電時に、第一接続部４４と第一ブラシ３３に電気的に接続される第二ブラシ３４を離間させるように構成されている。
第一ブラシ３３には第二離間手段としての第二形状記憶合金５２が取り付けられており、第二形状記憶合金５２はスイッチ４２による第二ブラシ３４への通電時に、第二接続部４５と第二ブラシ３４に電気的に接続される第一ブラシ３３を離間させるように構成されている。
第一接続部４４、第一形状記憶合金５１、第一ブラシ３３、コンミテータ２０、共通ブラシ３２は直列に接続されている。
第二接続部４５、第二形状記憶合金５２、第二ブラシ３４、コンミテータ２０、共通ブラシ３２は直列に接続されている。

第一ブラシ３３および第二ブラシ３４は均等に構成されているので、その構成は第一ブラシ３３を代表にして図３によって説明する。
ブラシホルダステー３１のブラシホルダ３５に対向する部位にはガイド溝６１が形成されており、ガイド溝６１には係止部としてのスライダ６２が径方向に摺動し得るように嵌入されている。スライダ６２には連結凸部６３が突設されており、連結凸部６３は第一ブラシ３３に没設された連結凹部６４に嵌入されている。したがって、第一ブラシ３３はスライダ６２と共に摺動するようになっている。
スライダ６２のコンミテータ２０側の端部には取付溝６５が形成されている。
また、ブラシホルダステー３１の外周のガイド溝６１に対向する部位には外周溝６６が形成されている。
第二形状記憶合金５２は細長い棒状に形成されており、クランク形状（図２参照）に屈曲されている。
第二形状記憶合金５２の中央部５２ａはスライダ６２の取付溝６５にコンミテータ２０側から嵌入されており、第二形状記憶合金５２の両端部５２ｂ、５２ｂは外周溝６６にそれぞれ引っ掛けられている。
したがって、第二形状記憶合金５２が縮むと、第一ブラシ３３はスライダ６２と共に、コンミテータ２０から離反する方向に移動することになる。
図２に示されているように、第二形状記憶合金５２の両端部は第二接続部４５と第二ブラシ３４のピグテール３７とにそれぞれ電気的に接続されている。
なお、第一形状記憶合金５１の両端部は第一接続部４４と第二ブラシ３４のピグテール３７とにそれぞれ電気的に接続されている。

次に、以上の構成に係るワイパモータの作用および効果を、駆動モータの作用および効果を主体にして説明する。

運転者のワイパスイッチの操作によってスイッチ４２がワイパ装置の低速運転側である第一接続部４４側にＯＮされると、バッテリー４１からの電流が、スイッチ４２→第一接続部４４→第一形状記憶合金５１→第一ブラシ３３→コンミテータ２０→共通ブラシ３２→共通接続部４３→バッテリー４１と流れることにより、アーマチュア１４の所定の磁極が励磁される。
この励磁した所定の磁極の磁束がステータ１１の界磁束を切ることにより、アーマチュア１４は回転する。
この際、第一形状記憶合金５１に通電すると、第一形状記憶合金５１が発熱して予め記憶した形状に変形（短縮）することにより、第二ブラシ３４をコンミテータ２０から離間させる。
このため、回転のために使用されない第二ブラシ３４がアーマチュアコイルの回転磁界にアンバランスを発生させたり、アーマチュア１４にブレーキトルクを及ぼしたりするのを防止することができるので、ワイパモータの振動や騒音等の弊害が派生するのを未然に防止することができる。

同様に、ワイパスイッチの操作によってスイッチ４２がワイパ装置の高速運転側である第二接続部４５側にＯＮされると、バッテリー４１からの電流が、スイッチ４２→第二接続部４５→第二形状記憶合金５２→第二ブラシ３４→コンミテータ２０→共通ブラシ３２→共通接続部４３→バッテリー４１と流れることにより、アーマチュア１４の所定の磁極が励磁される。
この励磁した所定の磁極の磁束がステータ１１の界磁束を切ることにより、アーマチュア１４は回転する。
この際、第二形状記憶合金５２に通電すると、第二形状記憶合金５２が発熱して予め記憶した形状に変形（短縮）することにより、第一ブラシ３３をコンミテータ２０から離間させる。
このため、回転のために使用されない第二ブラシ３４がアーマチュアコイルの回転磁界にアンバランスを発生させたり、アーマチュア１４にブレーキトルクを及ぼしたりするのを防止することができるので、ワイパモータの振動や騒音等の弊害が派生するのを未然に防止することができる。

以上の作用によるアーマチュア１４の回転に伴うシャフト１５の回転は、ウオーム歯車減速装置２によって減速されて出力軸８に伝達される。
出力軸８は図示しないワイパアームに連動したクランク９を回転させる。
クランク９は図示しないリンク機構によってアーマチュア１４の回転運動をワイパアームを往復揺動させる往復揺動運動に変換することにより、フロントウインドガラスを払拭させる。

図４は本発明の第二の実施の形態であるワイパ装置の駆動モータのコンミテータ周りを示す側面図である。

本実施の形態が前述した第一の実施の形態と異なる点は、第一形状記憶合金５１と第二形状記憶合金５２とが並列に接続されている点である。
本実施の形態によれば、駆動モータ１０の駆動電気回路４０の抵抗値を小さく抑制することができるので、駆動モータ１０の高効率化（銅損低減）に寄与することができる。

図５は本発明の第三の実施の形態であるワイパ装置の駆動モータのコンミテータ周りを示す側面図である。

本実施の形態が前述した第一の実施の形態と異なる点は、共通ブラシとして第三ブラシ３８が追加されているとともに、二組の第一形状記憶合金５１と第二形状記憶合金５２とが直列に接続されている点である。
本実施の形態によれば、一対二組のブラシを設けることにより、ワイパ装置の高速運転時に駆動モータ１０を進角で対応することができるので、通常の高速運転作動よりも寿命を向上させることができる。

なお、本実施の形態においても、第一形状記憶合金５１と第二形状記憶合金５２とを並列に接続することができる。
この場合にも、駆動モータ１０の駆動電気回路４０の抵抗値を小さく抑制することができるので、駆動モータ１０の高効率化（銅損低減）に寄与することができる。

なお、本発明は前記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に変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、第一ブラシと第二ブラシとの開き角度は、約６０度に限定されない。

コンミテータは円筒形状すなわちシリンダタイプのコンミテータに構成するに限らず、円盤形状すなわちディスクタイプのコンミテータに構成してもよい。

前記実施の形態においては、速度切り替え式モータを、低速運転および高速運転の２段の運転速度に切り替え可能なものを示したが、本発明はこれに限らず、３段以上の運転速度に切り替え可能な速度切り替え式モータにも適用することができる。この場合には、第二ブラシが２以上設けられることになる。

また、前記実施の形態においては、車両のワイパ装置に用いられるワイパモータに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、複数のブラシを備えたモータ全般に適用することができる。

本発明の一実施の形態であるワイパモータを示す一部切断正面図である。 コンミテータ周りを示す側面図である。 ブラシ装置を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図である。 本発明の第二の実施の形態であるワイパ装置の駆動モータのコンミテータ周りを示す側面図である。 本発明の第三の実施の形態であるワイパ装置の駆動モータのコンミテータ周りを示す側面図である。

符号の説明

１…ワイパモータ、２…ウオーム歯車減速装置、３…ギヤケース、４…ウオーム、５…ウオームホイール、６…中間歯車、７…駆動歯車、８…出力軸、９…クランク、１０…駆動モータ（速度切り替え式モータ）、１１…ステータ、１２…ヨーク、１３…マグネット、１４…アーマチュア、１５…シャフト、１６…閉塞壁側軸受、１７…開口側軸受、１８…コア、１９…コイル線材、
２０…コンミテータ、
３０…ブラシ装置、３１…ブラシホルダステー、３２…共通ブラシ、３３…第一ブラシ、３４…第二ブラシ、３５…ブラシホルダ、３６…ブラシスプリング、３７…ピグテール、３８…第三ブラシ、
４０…駆動電気回路、４１…バッテリー、４２…切替スイッチ、４３…共通接続部、４４…第一接続部、４５…第二接続部、
５１…第一形状記憶合金、５２…第二形状記憶合金、
６１…ガイド溝、６２…スライダ（係止部）、６３…連結凸部、６４…連結凹部、６５…取付溝、６６…外周溝。

Claims (12)

1. コンミテータを有するアーマチュアと、
   前記コンミテータに接近離反自在に取り付けられた第一ブラシと、
   前記コンミテータに接近離反自在に取り付けられ、前記第一ブラシに対して対向して配置された共通ブラシと、
   前記コンミテータに接近離反自在に取り付けられ、 前記第一ブラシに対して前記アーマチュアの回転方向に所定角度ずれて配置された第二ブラシと、
   前記第一ブラシに通電する第一接続部および前記第二ブラシに通電する第二接続部を有する通電切替手段と、
   前記通電切替手段によって前記第一ブラシに通電した時に、前記第一接続部と前記第一ブラシに電気的に接続される前記第二ブラシを離間させる第一離間手段と、
   前記通電切替手段によって前記第二ブラシに通電した時に、前記第二接続部と前記第二ブラシに電気的に接続される前記第一ブラシを離間させる第二離間手段と、
   を備えることを特徴とするモータ。
2. 前記第一離間手段は、通電による発熱により縮む形状記憶合金と、前記第二ブラシに絶縁状態で係止される係止部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記第二離間手段は、通電による発熱によって縮む形状記憶合金と、前記第一ブラシに絶縁状態で固定される係止部と、を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
4. 前記第一離間手段は前記第二ブラシに直列に接続され、前記第二離間手段は前記第一ブラシに直列に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
5. 前記第一離間手段は前記第二ブラシと並列に接続され、前記第二離間手段は前記第一ブラシと並列に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
6. コンミテータを有するアーマチュアと、
   前記コンミテータに接近離反自在に取り付けられた第一ブラシと、
   前記コンミテータに接近離反自在に取り付けられ、 前記第一ブラシに対して前記アーマチュアの回転方向に所定角度ずれて配置された第二ブラシと、
   前記コンミテータに接近離反自在に取り付けられ、 前記第一ブラシに対して前記アーマチュアの回転方向に所定角度ずれて配置された第三ブラシと、
   前記コンミテータに接近離反自在に取り付けられ、 前記第三ブラシに対して対向して配置された第四ブラシと、
   前記第一ブラシと前記第二ブラシに通電を行う第一接続部および前記第三ブラシと前記第四ブラシに通電を行う第二接続部からなる通電切替手段と、
   前記通電切替手段によって前記第一ブラシと前記第二ブラシとを通電した時に、前記第一接続部と前記第一ブラシの間に前記第三ブラシを離間させる前記第一離間手段と、
   前記通電切替手段によって前記第一ブラシと前記第二ブラシとを通電した時に、前記第一接続部と前記第二ブラシの間に前記第四ブラシを離間させる第二離間手段と、
   前記通電切替手段によって前記第三ブラシと前記第四ブラシとを通電した時に、前記第一接続部と前記第三ブラシの間に前記第一ブラシを離間させる第三の離間手段と、
   前記通電切替手段によって前記第三ブラシと前記第四ブラシとを通電した時に、前記第一接続部と前記第四ブラシの間に前記第二ブラシを離間させる第四の離間手段と、を備えるモータ。
7. 前記第一離間手段は、通電による発熱によって縮む形状記憶合金と、前記第三ブラシに絶縁状態で係止される係止部と、を備えることを特徴とする請求項６に記載のモータ。
8. 前記第二離間手段は、通電による発熱によって縮む形状記憶合金と、前記第四ブラシに絶縁状態で係止される係止部と、を備えることを特徴とする請求項６または７に記載のモータ。
9. 前記第三の離間手段は、通電による発熱によって縮む形状記憶合金と、前記第一ブラシに絶縁状態で係止される係止部と、を備えることを特徴とする請求項６、７または８に記載のモータ。
10. 前記第四の離間手段は、通電による発熱によって縮む形状記憶合金と、前記第二ブラシに絶縁状態で係止される係止部と、を備えることを特徴とする請求項６、７、８または９に記載のモータ。
11. 前記第一離間手段は、前記第三ブラシに直列に接続され、前記第二離間手段は前記第四ブラシに直列に接続され、前記第三離間手段は、前記第一ブラシに直列に接続され、前記第四離間手段は前記第二ブラシに直列に接続されていることを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれかに記載のモータ。
12. 前記第一離間手段は、前記第三ブラシに並列に接続され、前記第二離間手段は前記第四ブラシに並列に接続され、前記第三離間手段は、前記第一ブラシに並列に接続され、前記第四離間手段は前記第二ブラシに並列に接続されていることを特徴とする請求項６から請求項１０のいずれかに記載のモータ。

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