JP2008228479A - Dc motor - Google Patents

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Shinji Mito
信二 三戸
Masayuki Kuwano
雅幸 桑野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DC motor which can prolong the lifetime by reducing brush spark while suppressing motor loss by rationalizing the brush shift angle thereby enhancing the commutation characteristics. <P>SOLUTION: Field pole of a stator is eight poles (eight permanent magnets 16), the armature of a rotor is provided with 32 tees 33c, and a coil 35 is wound at a short-pitch across three tees 33c and connected with a commutator (segment 42). A power supply brush 19 is arranged while being shifted from a normal position to the anti-rotational direction side and the shift angle α is set at a predetermined value within a range of θ/4-θ/2 (θ is a commutation zone or an angular period where the power supply brush 19 performs commutation substantially). <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、コイルが分布巻きにて巻回されたロータの整流子に、周方向にシフトして配置した給電ブラシを接触させて給電する構成のアウタロータ型の直流モータに関するものである。   The present invention relates to an outer rotor type DC motor configured to supply power by bringing a power supply brush arranged in a circumferential direction into contact with a commutator of a rotor in which a coil is wound by distributed winding.

従来、界磁として永久磁石を有するステータの外周に、回転軸と一体回転する複数個のコイルを有してなるロータが配置されたアウタロータ型の直流モータとしては、特許文献1に記載されたものが知られている。この特許文献1のアウタロータ型の直流モータは、コアレスとしてロータの軽量化を図ったものであるが、コアにコイルを巻回するものにおいても、コイル鎖交磁束を多くして小型高出力を図るためには、ステータ側の磁石の磁極ピッチとロータ側のコイルピッチとを同じとした全節巻きが採用される。
特開平6−261502号公報
Conventionally, an outer rotor type DC motor in which a rotor having a plurality of coils that rotate integrally with a rotating shaft is arranged on the outer periphery of a stator having a permanent magnet as a field magnet is described in Patent Document 1. It has been known. The outer rotor type DC motor disclosed in Patent Document 1 is a coreless one that reduces the weight of the rotor. However, even when a coil is wound around a core, the coil interlinkage magnetic flux is increased to achieve a small size and high output. For this purpose, full-pitch winding is adopted in which the magnetic pole pitch of the magnet on the stator side and the coil pitch on the rotor side are the same.
JP-A-6-261502

しかしながら、上記のように全節巻きを採用した場合、整流時の無火花帯(整流子と給電ブラシとの間で火花放電が生じない期間)が減少するため、ブラシ火花による給電ブラシの損傷が早くなり寿命が低下するという問題がある。   However, when full-pitch winding is adopted as described above, the no-spark zone during rectification (the period in which no spark discharge occurs between the commutator and the power supply brush) is reduced, so that the power supply brush is damaged by the brush spark. There is a problem that the service life is shortened and the life is reduced.

この整流時のブラシ火花の低減には、給電ブラシを永久磁石の磁極中心線上の通常位置から回転方向一方にシフトさせて配置するブラシシフトが有効であるが、そのシフト角を大きくするとステータ側の永久磁石によりコイルに発生する誘起電圧にて過整流になり易い。特に、永久磁石に希土類磁石を使用する等して磁束密度を高めて小型高出力かしている場合には、過整流がより顕著となる。この過整流はブレーキトルクを発生させることから、モータ損失が大きくなるという問題がある。   In order to reduce the brush spark during commutation, a brush shift in which the power supply brush is shifted from the normal position on the magnetic pole center line of the permanent magnet to one side in the rotational direction is effective. However, if the shift angle is increased, the stator side Over-rectification is likely to occur due to the induced voltage generated in the coil by the permanent magnet. In particular, when a rare earth magnet is used for the permanent magnet and the magnetic flux density is increased to achieve a small size and high output, over-rectification becomes more prominent. Since this overcommutation generates brake torque, there is a problem that motor loss increases.

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ブラシシフト角を適正化して整流特性を向上させ、ブラシ火花低減による長寿命化とモータ損失の抑制を図ることができる直流モータを提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to optimize the brush shift angle to improve the rectification characteristics, and to extend the life and reduce motor loss by reducing brush sparks. It is to provide a DC motor.

上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、界磁を有するステータと、前記界磁の外周において回転可能に配置され、電機子コアのティースにコイルが巻回されて構成されるとともに、該コイルが接続されるセグメントを有する整流子を一体に備えてなるロータと、前記整流子のセグメントに接触する給電ブラシを有し、該給電ブラシから前記整流子を介して前記コイルに回転駆動のための電源供給を行う給電装置とを備えたアウタロータ型の直流モータであって、前記ステータの界磁極は8極であり、前記ロータにおいて前記電機子コアには前記ティースが32個設けられるとともに、前記コイルが3個のティースを跨ぐ短節巻きにて巻回され、前記給電ブラシは、前記界磁極の磁極中心線上の通常位置から回転方向一方にシフトされ、整流帯をθとした場合にθ/4〜θ/2の範囲内にブラシシフト角が設定されたことをその要旨とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is configured such that a stator having a field and a periphery of the field are rotatably arranged, and a coil is wound around a tooth of an armature core. And a rotor integrally provided with a commutator having a segment to which the coil is connected, and a power supply brush that contacts the segment of the commutator, and rotates from the power supply brush to the coil via the commutator. An outer rotor type DC motor provided with a power supply device for supplying power for driving, wherein the stator has eight magnetic poles, and the armature core of the rotor is provided with 32 teeth. In addition, the coil is wound with a short-pitch winding across three teeth, and the power supply brush is shifted from the normal position on the magnetic pole center line of the field pole to one direction of rotation. Is, the gist of the brush shift angle is set within a range of θ / 4~θ / 2 when the rectified band was theta.

この発明では、ステータの界磁極が8極、ロータにおいては電機子コアに32個のティースが設けられ、コイルが3個のティースを跨ぐ短節巻きにて巻回されて整流子と接続されてなり、整流子に接触する給電ブラシは、通常位置から回転方向一方にシフトされ、そのシフト角がθ/4〜θ/2(θは整流帯であり、給電ブラシが実質整流を行う角度期間)の範囲内に設定される。これにより、整流特性が向上し(図5参照)、ブラシ火花とモータ損失との両面で良好な結果が得られる。   In this invention, the stator has 8 field poles, and the rotor has 32 teeth on the armature core, and the coil is wound with a short-pitch winding across the 3 teeth and connected to the commutator. Thus, the power supply brush that contacts the commutator is shifted from the normal position to one side in the rotational direction, and the shift angle is θ / 4 to θ / 2 (θ is a commutation band, and the angle period during which the power supply brush performs substantial commutation). Is set within the range. As a result, the rectification characteristics are improved (see FIG. 5), and good results can be obtained in terms of both brush sparks and motor loss.

本発明によれば、ブラシシフト角を適正化することで整流特性が向上し、ブラシ火花低減による長寿命化とモータ損失の抑制を図ることのできる直流モータを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a direct current motor capable of improving the commutation characteristics by optimizing the brush shift angle, extending the life by reducing the brush spark, and suppressing the motor loss.

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図1に、本実施の形態の直流モータ1を示す。直流モータ1は、界磁として永久磁石16を有するステータ2の外周に、コイル35を有するロータ3が配置されるアウタロータ型の直流モータにて構成されている。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a DC motor 1 of the present embodiment. The DC motor 1 is composed of an outer rotor type DC motor in which a rotor 3 having a coil 35 is disposed on the outer periphery of a stator 2 having a permanent magnet 16 as a field.

ステータ2を構成するステータハウジング11は、略円形の皿状をなしており、その底部に設けた円環状の突条部11aの内側には、支持部材12が固定されている。支持部材12は、貫通孔12aが形成された円筒状の支持部材本体12bと、該支持部材本体12bの基端部に形成された保持部12cと、該支持部材本体12bの軸方向略中央に形成された鍔部12dとを備えている。支持部材12は、基端部の保持部12cがステータハウジング11の突条部11aにて位置決めがなされて該ハウジング11に固定されるとともに、該保持部12cの内周部には軸受13が固定されている。   The stator housing 11 constituting the stator 2 has a substantially circular dish shape, and a support member 12 is fixed inside an annular protrusion 11a provided at the bottom. The support member 12 includes a cylindrical support member main body 12b in which a through hole 12a is formed, a holding portion 12c formed at a base end portion of the support member main body 12b, and a substantially axial center of the support member main body 12b. And a flange 12d formed. The support member 12 has a base end holding portion 12c positioned at the protruding portion 11a of the stator housing 11 and fixed to the housing 11, and a bearing 13 fixed to the inner peripheral portion of the holding portion 12c. Has been.

支持部材本体12bにおける鍔部12dよりも先端側の外周には、固定孔15aが形成された略円筒状の界磁コア15が配置されている。界磁コア15は、固定孔15a内に支持部材本体12bが嵌入され該コア15の基端端面が鍔部12dに当接するように固定され、固定状態において支持部材本体12bの先端部よりも突出して取り付けられている。その突出部分における固定孔15aの内周部には、前記軸受13と対をなす軸受14が固定されている。このような界磁コア15の外周面には、図2に示すように、円弧状で同形状に形成された8個の永久磁石16が周方向にN極とS極とが交互となるように配置されて固定されている。つまり、ステータ2には、等角度間隔に8極の界磁極を有している。   A substantially cylindrical field core 15 in which a fixing hole 15a is formed is disposed on the outer periphery of the support member main body 12b on the front end side of the flange portion 12d. The field core 15 is fixed so that the support member main body 12b is fitted into the fixing hole 15a and the base end surface of the core 15 is in contact with the flange 12d, and protrudes from the distal end of the support member main body 12b in the fixed state. Attached. A bearing 14 that is paired with the bearing 13 is fixed to the inner peripheral portion of the fixing hole 15a in the protruding portion. On the outer peripheral surface of such a field core 15, as shown in FIG. 2, eight permanent magnets 16 having an arc shape and the same shape are alternately arranged with N and S poles in the circumferential direction. Arranged and fixed. That is, the stator 2 has eight poles at regular angular intervals.

各永久磁石16の外側面16aは、同一円周となる円弧面部16bを周方向中央領域(磁極中央領域)に有し、該円弧面部16bの両側においては周方向端部に向かうほど径方向内側に傾斜する一対の傾斜面部16cを有している。即ち、永久磁石16の外側面16aの円弧面部16bでは、後述する電機子コア33の内側環状部33dの内周面33eとの隙間が周方向で等間隔であり、傾斜面部16cでは、端部に向かうほどその内周面33eとの隙間が大きくなるように構成されている。本実施の形態では、永久磁石16は周方向に8個配置されることから個々の角度範囲は45°であり、そのうち中央域の円弧面部16bは約23°(45°の半分の22.5°)に設定され、後述するが3個のティース33cに跨ってコイル35が巻回されるその両側のティース33cの中心線間の角度範囲a1に相当する。また、両側の傾斜面部16cはそれぞれ約11°(45°の1/4の11.25°)に設定され、隣接するティース33cの中心線間の角度範囲a2に相当する。   The outer surface 16a of each permanent magnet 16 has an arcuate surface portion 16b having the same circumference in the circumferential central region (magnetic pole central region), and on both sides of the arcuate surface portion 16b, the radially inner side is directed toward the circumferential end. It has a pair of inclined surface parts 16c which incline to each other. That is, in the circular arc surface portion 16b of the outer surface 16a of the permanent magnet 16, the gap with the inner peripheral surface 33e of the inner annular portion 33d of the armature core 33 to be described later is equally spaced in the circumferential direction, and in the inclined surface portion 16c, the end portion The gap with the inner peripheral surface 33e increases as it goes toward the center. In the present embodiment, since eight permanent magnets 16 are arranged in the circumferential direction, each angle range is 45 °, and the arcuate surface portion 16b in the central region is about 23 ° (22.5 which is half of 45 °). It corresponds to an angle range a1 between the center lines of the teeth 33c on both sides around which the coil 35 is wound over three teeth 33c. Further, the inclined surface portions 16c on both sides are each set to about 11 ° (11.25 ° which is 1/4 of 45 °), and corresponds to the angle range a2 between the center lines of the adjacent teeth 33c.

図1に示すように、支持部材12の保持部12cの外周には、ステータハウジング11の底部に固定される保持プレート17が配置されるとともに、該保持プレート17には、四角筒状をなす6個のブラシホルダ18が等角度間隔に設けられている。尚、図1は、ブラシホルダ18が有る部分と無い部分の断面図であり、ブラシホルダ18を1つのみ図示している。各ブラシホルダ18には、略四角柱状の給電ブラシ19がそれぞれ軸方向に移動可能に挿入されている。因みに、各給電ブラシ19は、そのブラシ幅(周方向幅)がセグメント42の周方向幅と略同じに設定されている。各給電ブラシ19は、ブラシホルダ18内に収容された圧縮コイルばね20によって後述の整流子41(セグメント42)に押圧接触される。そして、各給電ブラシ19は、ステータハウジング11外に引き出されるリード線21にそれぞれ電気的に接続され、該リード線21を通じて外部からロータ3の回転のための電源供給がなされるようになっている。給電ブラシ19は、プラス側給電用とマイナス側給電用とが周方向に交互に配置されている。   As shown in FIG. 1, a holding plate 17 fixed to the bottom of the stator housing 11 is disposed on the outer periphery of the holding portion 12 c of the support member 12, and the holding plate 17 has a square cylindrical shape 6. The individual brush holders 18 are provided at equiangular intervals. FIG. 1 is a cross-sectional view of a portion where the brush holder 18 is present and a portion where the brush holder 18 is absent, and only one brush holder 18 is illustrated. Each brush holder 18 is inserted with a substantially square pole-shaped power supply brush 19 so as to be movable in the axial direction. Incidentally, the brush width (circumferential width) of each power supply brush 19 is set to be substantially the same as the circumferential width of the segment 42. Each power supply brush 19 is pressed into contact with a commutator 41 (segment 42) described later by a compression coil spring 20 accommodated in the brush holder 18. Each power supply brush 19 is electrically connected to a lead wire 21 drawn out of the stator housing 11, and power is supplied for rotation of the rotor 3 from the outside through the lead wire 21. . In the power supply brush 19, positive side power supply and negative side power supply are alternately arranged in the circumferential direction.

ロータ3を構成するロータハウジング31は、円筒状のコア固定部31aと、該コア固定部31aの片側端部を閉塞する底部31bとを一体に形成してなり、有底円筒状をなしている。コア固定部31aは、前記ステータハウジング11の外径と等しい外径を有するとともに、底部31bの中央部には、円筒状の支持部31cが一体に設けられている。円筒状の支持部31cの内側には、軸方向に貫通する圧入孔31dが形成されており、該圧入孔31dには、回転軸32が圧入により固定されている。回転軸32は、前記軸受13,14にてそれぞれ所定部位が軸支され、これにより、ロータ3は、支持部材12に対して回転可能に支持される。   The rotor housing 31 constituting the rotor 3 is formed integrally with a cylindrical core fixing portion 31a and a bottom portion 31b that closes one end of the core fixing portion 31a, and has a bottomed cylindrical shape. . The core fixing portion 31a has an outer diameter equal to the outer diameter of the stator housing 11, and a cylindrical support portion 31c is integrally provided at the center of the bottom portion 31b. A press-fit hole 31d penetrating in the axial direction is formed inside the cylindrical support portion 31c, and the rotary shaft 32 is fixed to the press-fit hole 31d by press-fitting. Predetermined portions of the rotary shaft 32 are pivotally supported by the bearings 13 and 14, respectively, whereby the rotor 3 is rotatably supported with respect to the support member 12.

図1及び図2に示すように、コア固定部31aの内周面には、円環状の電機子コア33が固定されており、前記ステータ2の永久磁石16の外周に配置されている。電機子コア33は、コア固定部31aの内周面に圧入される円環状のアウタコア33aと、該アウタコア33aの内周部に組み付けられるインナコア33bとから構成されている。インナコア33bは、アウタコア33aの内周部から中心部に向かって径方向に延びる32個のティース33cを等角度間隔に有し、隣接するティース33cの内側端部同士が内側環状部33dにより円環状に連結され一体に構成されている。内側環状部33dの内周面33eは、同一円周の円周面にて形成されており、前記ステータ2の永久磁石16の外側面16aと対向している。   As shown in FIGS. 1 and 2, an annular armature core 33 is fixed to the inner peripheral surface of the core fixing portion 31 a and is disposed on the outer periphery of the permanent magnet 16 of the stator 2. The armature core 33 includes an annular outer core 33a that is press-fitted into the inner peripheral surface of the core fixing portion 31a, and an inner core 33b that is assembled to the inner peripheral portion of the outer core 33a. The inner core 33b has 32 teeth 33c extending radially from the inner peripheral portion of the outer core 33a toward the central portion at equal angular intervals, and inner end portions of adjacent teeth 33c are annularly formed by an inner annular portion 33d. Are integrally formed. An inner circumferential surface 33e of the inner annular portion 33d is formed with a circumferential surface having the same circumference and faces the outer surface 16a of the permanent magnet 16 of the stator 2.

電機子コア33には、絶縁樹脂製のインシュレータ34の上からティース33cに対して導線が分布巻にて巻回されてなる複数のコイル35が構成されている。因みに、コイル35は、アウタコア33aに組み付けられる前のインナコア33bのティース33cに巻回され、その巻回後にインナコア33bがアウタコア33aに組み付けられる。そして、コイル35が巻回されてインナコア33bがアウタコア33aに組み付けられた電機子コア33は、ロータハウジング31のコア固定部31aの内周面に圧入により固定されている。各コイル35の端部35a,35b(各コイル35における巻き始めの端部と巻き終わりの端部)は、ロータハウジング31の開口部31e側に引き出されている。   The armature core 33 includes a plurality of coils 35 in which a conductive wire is wound around the teeth 33c in distributed winding from above the insulator 34 made of an insulating resin. Incidentally, the coil 35 is wound around the teeth 33c of the inner core 33b before being assembled to the outer core 33a, and the inner core 33b is assembled to the outer core 33a after the winding. The armature core 33 in which the coil 35 is wound and the inner core 33b is assembled to the outer core 33a is fixed to the inner peripheral surface of the core fixing portion 31a of the rotor housing 31 by press fitting. Ends 35 a and 35 b of each coil 35 (winding start end and winding end end in each coil 35) are drawn to the opening 31 e side of the rotor housing 31.

ロータハウジング31の開口部31eには、円環状の固定部材36が固定され、該固定部材36上に整流子41が固定されている。整流子41は、径方向に放射状に配置された32個のセグメント42と、これらセグメント42を保持する絶縁性樹脂材料よりなる円環状の保持部43と、所定のセグメント42同士を短絡する短絡線44とから構成されている。   An annular fixing member 36 is fixed to the opening 31 e of the rotor housing 31, and a commutator 41 is fixed on the fixing member 36. The commutator 41 includes 32 segments 42 arranged radially in the radial direction, an annular holding portion 43 made of an insulating resin material that holds the segments 42, and a short-circuit wire that short-circuits the predetermined segments 42. 44.

各セグメント42は、図1及び図3に示すように、軸方向から見た形状が外周側に向かうに連れて周方向の幅が広くなる略扇形状をなすとともに、各セグメント42の軸方向の一方の端面(電機子コア33と逆側の面)は、前記給電ブラシ19が摺接する軸直交平面よりなる摺接面42aとなっている。各セグメント42は、その摺接面42aが面一で、周方向に隣り合うセグメント42間に隙間(スリット)が設けられるように、保持部43にて周方向に等角度間隔に配置されている。また、各セグメント42の径方向内側端部には、周方向に並ぶ一対の内周側接続ピン42bが形成されるとともに、各セグメント42の径方向外側の端部には、径方向外側に突出するとともに周方向に屈曲した形状をなす外周側接続ピン42cが形成されている。   As shown in FIGS. 1 and 3, each segment 42 has a substantially fan shape in which the width in the circumferential direction becomes wider as the shape viewed from the axial direction moves toward the outer peripheral side, and the axial direction of each segment 42 is also increased. One end surface (surface opposite to the armature core 33) is a slidable contact surface 42a made of an axis orthogonal to the power supply brush 19 in slidable contact. Each segment 42 is arranged at equal angular intervals in the circumferential direction by the holding portion 43 so that the sliding contact surface 42a is flush and a gap (slit) is provided between the segments 42 adjacent in the circumferential direction. . In addition, a pair of inner peripheral side connection pins 42b arranged in the circumferential direction is formed at the radially inner end of each segment 42, and the radially outer end of each segment 42 protrudes radially outward. In addition, an outer peripheral side connection pin 42c having a shape bent in the circumferential direction is formed.

図3は、整流子41の裏面側(反摺接面42a側)から見た平面図を示す。尚、図3では、セグメント42及び短絡線44のみを図示している。図3に示すように、短絡線44は、セグメント42と同数の32個備えられ、一方の端部が所定のセグメント42の内周側接続ピン42bに接続されるとともに、他方の端部が90°ずれた位置(7個置き)にあるセグメント42の外周側接続ピン42cに接続されている。これにより、各セグメント42は、短絡線44により90°毎のセグメント42同士が同電位とされている。   FIG. 3 is a plan view of the commutator 41 as viewed from the back side (the anti-sliding contact surface 42a side). In FIG. 3, only the segment 42 and the short-circuit line 44 are shown. As shown in FIG. 3, 32 short-circuit wires 44 are provided in the same number as the segment 42, and one end is connected to the inner peripheral side connection pin 42 b of the predetermined segment 42 and the other end is 90. It is connected to the outer peripheral side connection pin 42c of the segment 42 which is at a position shifted by [deg.] (Every seven pieces). As a result, the segments 42 are set to the same potential at every 90 ° by the short-circuit wire 44.

整流子41のセグメント42には、対応する前記コイル35の端部35a,35bがそれぞれ電気的に接続されている。この場合、各コイル35において径方向内側に引き出された端部35aが、対応するセグメント42の内周側接続ピン42bに接続され、径方向外側に引き出された端部35bが、対応するセグメント42の外周側接続ピン42cに接続されて結線されている。   The corresponding end portions 35a and 35b of the coil 35 are electrically connected to the segment 42 of the commutator 41, respectively. In this case, the end portion 35a drawn out radially inward in each coil 35 is connected to the inner peripheral side connection pin 42b of the corresponding segment 42, and the end portion 35b drawn out radially outward is the corresponding segment 42. Connected to the outer peripheral side connection pin 42c.

本実施の形態の具体的な結線は図4に示す通りで、3個のティース33cに跨ってコイル35が巻回されて次のセグメント42に接続され、次に1個ずれた3個のティース33cに跨ってコイル35が巻回されて更に次のセグメント42に接続されるというように、これが繰り返されて各コイル35と整流子41との結線がなされている。この場合、コイル35が3個のティース33cに跨って巻回されることから、図2に示すように、ステータ2側の永久磁石16の磁極ピッチ(周方向両端部間の角度範囲A1)よりもロータ3側のコイル35のピッチ(周方向両端部間の角度範囲A2)が狭い短節巻きによる巻回ということになる。因みに、永久磁石16の磁極ピッチ(角度範囲A1)は、上記したように本実施の形態では45°であるのに対し、コイル35のピッチ(角度範囲A2)は、本実施の形態では約34°(3個分のティース33cの間隔33.75°)となっている。   The specific connection of the present embodiment is as shown in FIG. 4. The coil 35 is wound around the three teeth 33 c and connected to the next segment 42, and then the three teeth shifted by one are next. Each coil 35 and the commutator 41 are connected by repeating this so that the coil 35 is wound over 33c and further connected to the next segment 42. In this case, since the coil 35 is wound over the three teeth 33c, as shown in FIG. 2, the magnetic pole pitch of the permanent magnet 16 on the stator 2 side (angle range A1 between both ends in the circumferential direction). In other words, the winding of the coil 3 on the rotor 3 side (angle range A2 between both ends in the circumferential direction) is short winding. Incidentally, the magnetic pole pitch (angle range A1) of the permanent magnet 16 is 45 ° in the present embodiment as described above, whereas the pitch (angle range A2) of the coil 35 is about 34 in the present embodiment. This is an angle (interval 33.75 ° between three teeth 33c).

また、このような結線に対し、各給電ブラシ19は、永久磁石16の磁極中心線上の通常位置から回転方向一方側に角度αだけシフト(図4にて2点鎖線で示す位置から実線で示す位置までシフト)させた位置に配置されている。ここで、本実施の形態の直流モータ1は一方向回転駆動用のモータであり、各給電ブラシ19は、その回転方向とは反対側にシフトさせて配置されている。各給電ブラシ19のシフト角αは、整流期間内の整流帯(給電ブラシ19の周方向幅からセグメント42間のスリット幅を除いた実質整流している角度期間)をθとすると、本実施の形態では、θ/4〜θ/2の範囲内の所定値に設定されている。   Further, with respect to such a connection, each power supply brush 19 is shifted by an angle α from the normal position on the magnetic pole center line of the permanent magnet 16 to one side in the rotation direction (shown by a solid line from the position indicated by a two-dot chain line in FIG. 4). The position is shifted to the position). Here, the DC motor 1 of the present embodiment is a motor for one-way rotation driving, and each power supply brush 19 is arranged to be shifted to the opposite side to the rotation direction. The shift angle α of each power supply brush 19 is represented by the present embodiment, where θ is a rectification band in the rectification period (an angle period in which the width of the power supply brush 19 is removed from the circumferential width of the power supply brush 19 is substantially rectified). In the embodiment, it is set to a predetermined value within the range of θ / 4 to θ / 2.

図5(a)(b)に示すように、給電ブラシ19のシフト角αが通常位置(シフト角ゼロ)から増加するにつれてモータ損失が増加するのに対し、給電ブラシ19のシフト角αが通常位置(シフト角ゼロ)から増加するにつれてブラシ火花が低減し、θ/2を若干越えたところでブラシ火花は略ゼロとなる。尚、図5の実線で示す変化は、短節巻きを採用した本実施の形態のモータ1によるものであり、図5の破線で示す変化は、全節巻き(4個のティースを跨ぐ巻回)を採用したモータによるものである。つまり、短節巻きを採用した本実施の形態のモータ1の方が整流特性の向上が大であり、モータ損失とブラシ火花とで優れた結果となる。そして、このような短節巻きを採用した本実施の形態のモータ1においてモータ損失とブラシ火花との両面から検討すると、図5(c)に示すように、給電ブラシ19のシフト角αがθ/4〜θ/2の間で最小値を含む良好な範囲となることがわかった。このことから本実施の形態では、給電ブラシ19のシフト角αがθ/4〜θ/2の範囲内の所定値、例えば最小値となるθ/3に設定され、ブラシ火花低減による長寿命化を図りつつ、モータ損失を抑制する構成としている。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the motor loss increases as the shift angle α of the power supply brush 19 increases from the normal position (shift angle zero), whereas the shift angle α of the power supply brush 19 is normal. The brush spark decreases as it increases from the position (zero shift angle), and the brush spark becomes substantially zero when θ / 2 is slightly exceeded. Note that the change shown by the solid line in FIG. 5 is due to the motor 1 of the present embodiment adopting short-pitch winding, and the change shown by the broken line in FIG. 5 is the whole-pitch winding (winding over four teeth). ). In other words, the motor 1 of the present embodiment that employs short-pitch winding has a greater improvement in commutation characteristics, and is excellent in terms of motor loss and brush sparks. Then, in the motor 1 of this embodiment that employs such short winding, when considering from both aspects of motor loss and brush spark, the shift angle α of the power supply brush 19 is θ as shown in FIG. It was found that a good range including a minimum value was obtained between / 4 and θ / 2. Therefore, in the present embodiment, the shift angle α of the power supply brush 19 is set to a predetermined value within the range of θ / 4 to θ / 2, for example, θ / 3 which is the minimum value, and the life is extended by reducing the brush sparks. In this way, the motor loss is suppressed.

上記したように、本実施の形態によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施の形態の直流モータ1では、ステータ2の界磁極が8極(永久磁石16が8個)、ロータ3においては電機子コア33に32個のティース33cが設けられ、コイル35が3個のティース33cを跨ぐ短節巻きにて巻回されて整流子41(セグメント42)と接続されて構成されている。そして、整流子41に接触する給電ブラシ19が通常位置から反回転方向側にシフトされ、そのシフト角αをθ/4〜θ/2(θは整流帯であり、給電ブラシ19が実質整流を行う角度期間)の範囲内の所定値に設定した。これにより、整流特性が向上し(図5参照)、ブラシ火花とモータ損失との両面で良好な結果となり、ブラシ火花低減による長寿命化とモータ損失の抑制を図ることができる。
As described above, the present embodiment has the following effects.
(1) In the direct current motor 1 of the present embodiment, the stator 2 has eight field poles (eight permanent magnets 16). In the rotor 3, the armature core 33 is provided with 32 teeth 33c, and the coil 35 Is wound by a short-pitch winding across the three teeth 33c and connected to the commutator 41 (segment 42). Then, the power supply brush 19 in contact with the commutator 41 is shifted from the normal position to the counter-rotation direction, and the shift angle α is set to θ / 4 to θ / 2 (θ is a rectification band, and the power supply brush 19 performs substantial rectification. Set to a predetermined value within the range of the angle period to be performed. As a result, the rectification characteristics are improved (see FIG. 5), and both the brush spark and the motor loss are satisfactory, and the life can be extended and the motor loss can be suppressed by reducing the brush spark.

尚、本発明の実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、磁極毎に8個が独立した永久磁石16を用いたが、複数磁極で1個とした永久磁石や、環状とした1個の永久磁石を用いてもよい。また、外側面16aに円弧面部16bと傾斜面部16cとを有する永久磁石16を用いたが、傾斜面部16cを省略し外側面16a全体を同一円周で形成した永久磁石を用いてもよい。
The embodiment of the present invention may be modified as follows.
In the above embodiment, eight permanent magnets 16 independent for each magnetic pole are used, but one permanent magnet with a plurality of magnetic poles or one annular permanent magnet may be used. Moreover, although the permanent magnet 16 which has the circular arc surface part 16b and the inclined surface part 16c was used for the outer surface 16a, you may use the permanent magnet which abbreviate | omitted the inclined surface part 16c and formed the outer surface 16a whole on the same periphery.

・上記実施の形態では、所定のセグメント42同士を同電位とする短絡線44を用いて整流子41を構成したが、短絡線44を省略してもよい。この場合、給電ブラシ19は6個必須となる。また、短絡線44を用いて整流子41を構成していることから、給電ブラシ19を例えば2個や4個とすることもできる。また、給電ブラシ19の全部をシフトして配置したが、少なくとも1個をシフトして配置してもよい。また、給電ブラシ19と整流子41を軸方向に接触させる構成であったが、径方向に接触させる構成としてもよい。   In the above-described embodiment, the commutator 41 is configured using the short-circuit wire 44 having the same potential between the predetermined segments 42. However, the short-circuit wire 44 may be omitted. In this case, six power supply brushes 19 are essential. In addition, since the commutator 41 is configured using the short-circuit wire 44, the number of the power supply brushes 19 can be two or four, for example. Moreover, although all the power supply brushes 19 are shifted and arranged, at least one of them may be shifted and arranged. In addition, the power supply brush 19 and the commutator 41 are configured to contact in the axial direction, but may be configured to contact in the radial direction.

・上記実施の形態では、電機子コア33においてティース33cを内側環状部33dで一体化したが、内側環状部33dを形成せず、ティース33cの内側部分を独立させてもよい。この場合、アウタコア33aに相当する外側環状部にティース33cを一体形成するのが好ましく、更にこの場合、ティース33cの内側端部同士が拡開するように外側環状部が回動可能に連結する構成としてもよい。   In the above embodiment, the teeth 33c are integrated with the inner annular portion 33d in the armature core 33, but the inner annular portion 33d may not be formed, and the inner portion of the teeth 33c may be made independent. In this case, it is preferable to integrally form the teeth 33c on the outer annular portion corresponding to the outer core 33a, and in this case, the outer annular portion is rotatably connected so that the inner ends of the teeth 33c expand. It is good.

本実施の形態における直流モータの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the DC motor in this Embodiment. 本実施の形態における直流モータの横断面図である。It is a cross-sectional view of the DC motor in the present embodiment. 本実施の形態における整流子の平面図である。It is a top view of the commutator in this Embodiment. 本実施の形態における直流モータの結線図である。It is a connection diagram of the DC motor in the present embodiment. 本実施の形態におけるブラシシフト角に対するモータ損失とブラシ火花の発生レベルとの関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the motor loss with respect to the brush shift angle in this Embodiment, and the generation level of a brush spark.

符号の説明Explanation of symbols

1…直流モータ、2…ステータ、3…ロータ、16…界磁としての永久磁石、19…給電装置を構成する給電ブラシ、33…電機子コア、33c…ティース、35…コイル、41…整流子、42…セグメント、α…シフト角。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... DC motor, 2 ... Stator, 3 ... Rotor, 16 ... Permanent magnet as field magnet, 19 ... Feeding brush which comprises power feeding apparatus, 33 ... Armature core, 33c ... Teeth, 35 ... Coil, 41 ... Commutator , 42 ... segment, α ... shift angle.

Claims (1)

界磁を有するステータと、
前記界磁の外周において回転可能に配置され、電機子コアのティースにコイルが巻回されて構成されるとともに、該コイルが接続されるセグメントを有する整流子を一体に備えてなるロータと、
前記整流子のセグメントに接触する給電ブラシを有し、該給電ブラシから前記整流子を介して前記コイルに回転駆動のための電源供給を行う給電装置と
を備えたアウタロータ型の直流モータであって、
前記ステータの界磁極は8極であり、
前記ロータにおいて前記電機子コアには前記ティースが32個設けられるとともに、前記コイルが3個のティースを跨ぐ短節巻きにて巻回され、
前記給電ブラシは、前記界磁極の磁極中心線上の通常位置から回転方向一方にシフトされ、整流帯をθとした場合にθ/4〜θ/2の範囲内にブラシシフト角が設定されたことを特徴とする直流モータ。
A stator having a field,
A rotor that is rotatably arranged on the outer periphery of the field, is configured by winding a coil around a tooth of an armature core, and integrally includes a commutator having a segment to which the coil is connected;
An outer rotor type direct current motor having a power supply brush that contacts a segment of the commutator, and a power supply device that supplies power to the coil from the power supply brush via the commutator for rotational driving. ,
The field pole of the stator is 8 poles,
In the rotor, the armature core is provided with 32 teeth, and the coil is wound with a short-pitch winding over three teeth,
The power supply brush is shifted from the normal position on the magnetic pole center line of the field magnetic pole to one direction of rotation, and the brush shift angle is set within the range of θ / 4 to θ / 2 when the rectification band is θ. DC motor characterized by
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2951593A1 (en) * 2009-10-19 2011-04-22 Faurecia Sieges Automobile ELECTRIC MOTOR FOR POSITION ADJUSTMENT OF A MOTOR VEHICLE SEAT.
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