JP2009112177A

JP2009112177A - 直流モータ

Info

Publication number: JP2009112177A
Application number: JP2007284807A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Harada; 佳彦原田
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2007-11-01
Filing date: 2007-11-01
Publication date: 2009-05-21

Abstract

【課題】作動ノイズを効果的に低減できる直流モータを提供する。
【解決手段】整流子１５のセグメント１６間の隙間Ｓを等間隔でセグメント幅ピッチを不等ピッチとし、給電ブラシ１７ａ，１７ｂの接触が移行する順に標準ピッチに対して同等以上の進み側となる配置順にてセグメント１６を配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、整流子と給電ブラシによる給電が行われる直流モータに関するものである。

整流子及び給電ブラシを有してなる直流モータにおいては、回転時にその整流子と給電ブラシとの間から摺動音が発生するため、特に高い静粛性を要求される車載モータとして用いる場合、その摺動音が懸念材料の一つとなっている。

そこで、従来では、例えば特許文献１にて示されているように、整流子の外周面には複数個のセグメント（整流子片）が備えられているが、各セグメントの幅寸法や隣接するセグメント間の隙間寸法をそれぞれ不等としている。そのため、セグメント幅及びセグメント間隙間を等間隔とした標準ピッチの整流子を用いると作動ノイズが特定周波数で極大化するものが、セグメント幅及びセグメント間隙間を不等とすることで作動ノイズが周波数に対して平均化され、これにより作動ノイズレベルが抑制されている。
特開昭５５−１０９１５６号公報

しかしながら、セグメント幅やセグメント間隙間を不等とすることで、整流特性が悪化することが懸念される。特に遅れ整流となるとブラシ火花が大きくなり、このことが作動ノイズを逆に大きくする原因となってしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、作動ノイズを効果的に低減できる直流モータを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、周方向に複数個のセグメントを並設してなる整流子に対して給電ブラシを接触させ、その給電ブラシから前記整流子を介して回転電機子に回転のための電源供給を行う構成の直流モータにおいて、モータは一方向回転させるものであって、前記整流子のセグメント間隙間を等間隔でセグメント幅ピッチを不等ピッチとするとともに、前記給電ブラシの接触が移行する順に、前記セグメント幅及び前記セグメント間隙間を等間隔とした場合の標準ピッチに対して同等以上の進み側となるように前記セグメントの配置順が設定されていることをその要旨とする。

この発明では、整流子のセグメント間隙間が等間隔でセグメント幅ピッチが不等ピッチとされ、給電ブラシの接触が移行する順に標準ピッチ（等ピッチ）に対して同等以上の進み側となる配置順にてセグメントが配置される。つまり、整流子のセグメント間隙間が等間隔でセグメント幅ピッチが不等ピッチとされることで、回転時の作動ノイズが特定周波数で極大化することが抑制されて周波数に対して平均化がなされ、これにより作動ノイズが低減される。しかも、給電ブラシの接触が移行する順に標準ピッチに対して同等以上の進み側となる配置順にてセグメントが配置されることから、整流特性が遅れ整流の生じ難い進み側に少なくともずれるようになる。そのため、整流特性が良好でブラシ火花の発生も抑制され、このことによる作動ノイズの低減も図られる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の直流モータにおいて、前記セグメント幅ピッチは、前記標準ピッチとその標準ピッチに対して大及び小ピッチの３種類が用いられてなることをその要旨とする。

この発明では、セグメント幅ピッチは、標準ピッチとその標準ピッチに対して大及び小ピッチの３種類が用いられることから、３種類のピッチを組み合わせるだけの簡単な対応で作動ノイズの低減を図ることが可能である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の直流モータにおいて、前記各セグメント幅ピッチよりなる前記セグメントは、不規則に配置されてなることをその要旨とする。
この発明では、セグメント幅ピッチは、標準ピッチと大・小ピッチの３種類であるが、それら各ピッチのセグメントが不規則に配置されることで、３種類のピッチを組み合わせるだけの簡単な対応でありながらも、作動ノイズが特定周波数で極大化することを抑制できる。

本発明によれば、作動ノイズを効果的に低減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形態を図面に従って説明する。
本実施形態の直流モータは、車載ワイパモータとして用いられて一方向回転されるものであり、複数極の図示しないマグネットの内側に、図１にて示す回転電機子１０が回転可能に収容されてなる。

回転電機子１０において、回転軸１１には、磁性金属材料よりなる電機子コア１２が固定され、該電機子コア１２は、等角度間隔に径方向外側に向かって放射状に延びる１２個のティース１３ａ〜１３ｌを有している。電機子コア１２の各ティース１３ａ〜１３ｌには、それぞれコイル１４が集中巻きにて巻回されている（図１では、ティース１３ｈのコイル１４のみ図示、その他は省略）。

また、回転軸１１には、電機子コア１２と一体回転するように整流子１５が固定されている。整流子１５の外周面には、金属板材よりなるセグメント１６が周方向に１２個並んで固着されている。本実施形態では、隣接するセグメント１６間の隙間Ｓを微小等間隔に設定している。

ここで、基準のティースをティース１３ａとし、整流子１５のセグメント１６を時計回りにセグメント番号「１」〜「１２」と付した場合に、本実施形態では、その基準となるティース１３ａの中心線Ｌ１とセグメント番号「１」「１２」間の隙間Ｓの幅方向中心とが一致するように、整流子１５が電機子コア１２に対して位置決めされて固定されている。そして、セグメント番号「１２」「１」の各セグメント１６には、ティース１３ａに巻回されたコイル１４の端末線のそれぞれが接続され、セグメント番号「２」「３」の各セグメント１６には、ティース１３ｂに巻回されたコイル１４の端末線のそれぞれが接続され、以下同様に順次接続され、セグメント番号「１１」「１２」の各セグメント１６には、ティース１３ｌに巻回されたコイル１４の端末線のそれぞれが接続されている。

この整流子１５には、一対の給電ブラシ１７ａ，１７ｂが径方向に接触しており、プラス側の給電ブラシ１７ａが、基準となるティース１３ａの中心線Ｌ１上に配置、マイナス側の給電ブラシ１７ｂが、そのプラス側の給電ブラシ１７ａの１８０°対向する位置（ティース１３ｇの中心線上）に配置されている。つまり、給電ブラシ１７ａ，１７ｂは、標準位置に配置されている。給電ブラシ１７ａ，１７ｂは、外部から駆動電源の供給を受け、回転する整流子１５の各セグメント１６に摺接することで各コイル１４に回転電機子１０の回転のための電源を供給する。

ここで、本実施形態の整流子１５では、図１及び図２に示すように、セグメント番号「１」から「１２」までのセグメント幅ピッチ（本実施形態では、セグメント１６両側の隙間Ｓの半分までをセグメント幅ピッチとする）が、標準ピッチ（等ピッチで１つが３０°）と、その標準ピッチよりも２°小さい小ピッチと、その標準ピッチよりも２°大きい大ピッチの３種類のピッチの組み合わせよりなる。具体的に、セグメント幅ピッチは、セグメント番号「１」が３０°で、以下、「２」２８°、「３」２８°、「４」３２°、「５」３２°、「６」２８°、「７」３０°、「８」２８°、「９」２８°、「１０」３２°、「１１」３２°、「１２」３２°となる角度範囲にそれぞれ設定されている。このようにセグメント幅ピッチを不等ピッチとすることで、回転時の作動ノイズが特定周波数で極大化することが抑制されて周波数に対して平均化がなされ、これによる作動ノイズの低減が図られている。

また、本実施形態のセグメント幅ピッチは、標準ピッチと比較しその差が小さくなる方をプラスとすると、「１」０°、「２」２°、「３」２°、「４」−２°、「５」−２°、「６」２°、「７」０°、「８」２°、「９」２°、「１０」−２°、「１１」−２°、「１２」−２°となる。そして、本実施形態のセグメント幅ピッチにおける１周分の累積は、「１」０°、「２」２°、「３」４°、「４」２°、「５」０°、「６」２°、「７」２°、「８」４°、「９」６°、「１０」４°、「１１」２°、「１２」０°となる。尚、この累積値は、０°となるのが３回、最大が３倍の６°となっており、その平均値は、２．３３°である。

この累積値の変移から分かるように、基準としたティース１３ａから時計回り方向にセグメント番号「１」から「１２」までの累積値が０°以上の正の数値となっている。これは、本実施形態では、回転方向が反時計回り方向（矢印Ａ方向）に設定されていることから、時計回り方向の累積値がゼロ又は正であることは、給電ブラシ１７ａ，１７ｂのセグメント１６に対する接触が移行する順に標準ピッチ（等ピッチ）に対して同等以上の進み側にシフトすることを意味している。これにより、整流特性が遅れ整流の生じ難い進み側に少なくともずれるようになることから、整流特性が良好でブラシ火花の発生も抑制され、このことによる作動ノイズの低減も図られている。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態では、整流子１５のセグメント１６間の隙間Ｓが等間隔でセグメント幅ピッチが不等ピッチとされ、給電ブラシ１７ａ，１７ｂの接触が移行する順に標準ピッチに対して同等以上の進み側となる配置順にてセグメント１６が配置されている。つまり、整流子１５のセグメント１６間の隙間Ｓが等間隔でセグメント幅ピッチが不等ピッチとされることで、回転時の作動ノイズが特定周波数で極大化することが抑制されて周波数に対して平均化がなされ、これにより作動ノイズを低減することができる。しかも、給電ブラシ１７ａ，１７ｂの接触が移行する順に、セグメント１６の幅及びセグメント１６間の隙間Ｓを等間隔とした場合の標準ピッチに対して同等以上の進み側となる配置順にてセグメント１６が配置されることから、整流特性が遅れ整流の生じ難い進み側に少なくともずれるようになる。そのため、整流特性が良好でブラシ火花の発生も抑制されるため、加えて作動ノイズの低減を図ることができる。

（２）本実施形態では、整流子１５のセグメント１６間の隙間Ｓが微小で等間隔に設定されている。ここで、セグメント幅やセグメント間隙間を不等とする態様では、これらを不等にすることによる効果は同様にあるものの、ブラシ摺接音も比較的大きく、磨耗の増大も懸念される。しかしながら、本実施形態のように構成することで、作動ノイズに繋がる給電ブラシ１７ａ，１７ｂの摺接音を抑制でき、しかも給電ブラシ１７ａ，１７ｂの磨耗も低減することができる。

（３）本実施形態では、セグメント幅ピッチは、標準ピッチ（３０°）とその標準ピッチに対して大及び小ピッチ（３２°，２８°）の３種類が用いられていることから、３種類のピッチを組み合わせるだけの簡単な対応で作動ノイズの低減を図ることができる。

（４）本実施形態では、セグメント幅ピッチは、標準ピッチと大・小ピッチの３種類で且つそれら各ピッチのセグメント１６が不規則に配置されていることで、３種類のピッチを組み合わせるだけの簡単な対応でありながらも、作動ノイズが特定周波数で極大化することを抑制することができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、外周面にセグメント１６を並設し給電ブラシ１７ａ，１７ｂを径方向に接触させる構成の整流子１５に適用したが、これに限らず、例えば一平面上にセグメントを並設し給電ブラシを軸方向に接触させる平面型の整流子に適用してもよい。

・上記実施形態では、３０°の標準ピッチに対し、それより２°小さい小ピッチ（２８°）、それより２°大きい大ピッチ（３２°）の３種類のピッチを組み合わせたが、２°以外の角度ずらしたピッチとしてもよい。また、標準ピッチを使用しなくてもよい。また、２種類以下、４種類以上のピッチを適宜組み合わせたり、全部のセグメント１６を異なるピッチとしてもよい。

・上記実施形態では、給電ブラシ１７ａ，１７ｂを２個としたが、３個以上であってもよい。
・上記実施形態では、ティース１３ａを１２個としたが、１２個以外の数であってもよい。

・上記実施形態では、一方向回転の車載ワイパモータに適用したが、一方向回転の直流モータであればワイパモータ以外のモータにも適用できる。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。

（イ）周方向に複数個のセグメントを並設してなり、給電ブラシが接触される整流子において、整流子の回転方向は一方向であって、整流子のセグメント間隙間を等間隔でセグメント幅ピッチを不等ピッチとするとともに、前記給電ブラシの接触が移行する順に標準ピッチに対して同等以上の進み側となるように前記セグメントの配置順が設定されていることを特徴とする整流子。

（ロ）上記（イ）の整流子を有してなる回転電機子。
上記（イ）（ロ）によれば、この整流子及びこの整流子を有する回転電機子を用いる直流モータでは、請求項１と同等の作用効果を得ることができる。

本実施形態における直流モータ（回転電機子）の構成を示す平面図である。セグメント幅ピッチを説明するための図である。

符号の説明

１０…回転電機子、１５…整流子、１６…セグメント、１７ａ，１７ｂ…給電ブラシ、Ｓ…隙間。

Claims

周方向に複数個のセグメントを並設してなる整流子に対して給電ブラシを接触させ、その給電ブラシから前記整流子を介して回転電機子に回転のための電源供給を行う構成の直流モータにおいて、
モータは一方向回転させるものであって、前記整流子のセグメント間隙間を等間隔でセグメント幅ピッチを不等ピッチとするとともに、前記給電ブラシの接触が移行する順に、前記セグメント幅及び前記セグメント間隙間を等間隔とした場合の標準ピッチに対して同等以上の進み側となるように前記セグメントの配置順が設定されていることを特徴とする直流モータ。
請求項１に記載の直流モータにおいて、
前記セグメント幅ピッチは、前記標準ピッチとその標準ピッチに対して大及び小ピッチの３種類が用いられてなることを特徴とする直流モータ。
請求項２に記載の直流モータにおいて、
前記各セグメント幅ピッチよりなる前記セグメントは、不規則に配置されてなることを特徴とする直流モータ。