JP2010028924A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】マグネットに対して特別な加工を行うことなく、第３のブラシを１つ設けた場合に起こる整流障害による振動を抑制することができるモータを提供する。
【解決手段】電機子コイル１２は、導線９の一端がセグメント１４に接続され、その導線９が第１巻回部１０として所定のティース８に巻回され、この第１巻回部１０と周方向略反対側に導線９が渡されてその同反対側にて第２巻回部１１として所定のティース８に巻回され、導線９の一端が接続されたセグメント１４の隣のセグメント１４に導線９の他端が接続される。また、第１及び第２巻回部１０，１１は、電機子５を挟んで対向配置されるマグネット３，４の磁極が互いに互いに異なるため、導線９の巻回方向が逆向きとなるように巻回される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のブラシを有するモータに関するものである。

従来、例えば自動車用ワイパモータ等のように回転速度を制御するモータとして、電機子を挟んで対向位置に配置される第１及び第２のブラシと、第１及び第２のブラシとの間に高速回転用の第３のブラシとをそれぞれ１つずつ備えた直流モータがある。

第１〜第３のブラシをそれぞれ１つずつ備えたモータでは、第１及び第２のブラシを通電させる通常運転において、高速回転用の第３のブラシが隣り合うセグメントを跨ぐ毎に、第３のブラシにより短絡される電機子コイル中に発生している誘導起電圧（速度起電圧）によって通電方向と逆向きに大きな電流が流れるといった電流変動が起きる。その結果、電気雑音やブラシ摩耗が生じ第３のブラシによる整流障害を引き起こすこととなっていた。

この問題を改善するべく例えば特許文献１に開示されたモータがある。このモータでは、電機子の外周側に配置されるマグネットの一部に切り欠きを形成することでマグネット側の磁束を変化させ、第３のブラシによる整流障害を抑制させている。
特開２００２−２６２５３５号公報

しかしながら、上記のモータでは、電流変動を完全に抑えることは困難であり、特に第３のブラシが１つであるため、第３のブラシが隣り合うセグメントを跨ぐことによって発生する電流変動により磁束密度の分布が軸直交線に対して非対称、つまり磁気バランスが偏ってしまう。その結果、電機子の回転バランスがアンバランスとなって、振動を発生することとなっていた。また、上記のようにマグネットに切り欠きを形成して対応することはマグネットの成形を複雑にするため得策でなかった。

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、マグネットに対して特別な加工を行うことなく、第３のブラシを１つ設けた場合に起こる整流障害による振動を抑制することができる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、周方向に等角度間隔に異なる２つの磁極を有するマグネットと、周方向に等角度間隔に形成される複数のティースを有する電機子コア及び前記ティースに導線を巻回して電機子コイルを構成し、その電機子コイルと対応するセグメントを有するコンミテータと前記電機子コイルとが接続されてなる電機子と、前記電機子を挟んで対向位置に１つずつ配置されるとともに前記セグメントに接触する第１及び第２のブラシに加えて、該第１及び第２のブラシの対向位置から所定角度をなす位置に１つ配置されるとともに前記セグメントに接触する第３のブラシとを備えたモータであって、前記電機子コイルは、前記導線の一端が前記セグメントに接続され、その導線が第１巻回部として所定の前記ティースに巻回され、該第１巻回部と周方向略反対側に前記導線が渡されてその同反対側にて第２巻回部として所定の前記ティースに対し前記第１巻回部とは巻回方向が逆向きとなるように巻回され、前記導線の一端が接続された前記セグメントの隣のセグメントに導線の他端が接続されることをその要旨とする。

この発明では、電機子コイルは、導線の一端がセグメントに接続され、その導線が第１巻回部として所定のティースに巻回され、この第１巻回部と周方向略反対側に導線が渡されてその同反対側にて第２巻回部として所定のティースに対し第１巻回部とは巻回方向が逆向きとなるように巻回され、導線の一端が接続されたセグメントの隣のセグメントに導線の他端が接続される。これにより、従来第３のブラシによる隣り合うセグメントを跨ぐ毎に起きていた電流変動を第１巻回部及び第２巻回部の２箇所で発生させ、その電流変動に伴う磁束密度の分布を軸直交線に対して対称とすることが可能となる。また、第３のブラシに対して給電を行う場合においても、第１及び第２のブラシのいずれか一方の給電用のブラシによる隣り合うセグメントを跨ぐ毎に起きる電流変動を第１巻回部及び第２巻回部で発生させ、その電流変動に伴う磁束密度の分布を軸直交線に対して対称とすることが可能となる。そのため、マグネットに対して特別な加工を行うことなく、電流変動に伴って磁束密度が軸直交線に対して非対称となることが抑えられて回転バランスが良好となり、振動の発生を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータにおいて、前記ティースは、その個数が偶数となるように設けられており、前記電機子コイルの第１及び第２巻回部は、互いに正反対に設けられ、同一ティース数で同一の巻回数にて巻回されたことをその要旨とする。

この発明では、ティースは、その個数が偶数となるように設けられており、電機子コイルの第１及び第２巻回部は、互いに正反対に設けられ、同一ティース数で同一の巻回数にて巻回される。これにより、１８０度対称位置に設けられる第１巻回部及び第２巻回部において同等の電流変動が生じるため、磁束密度の分布を軸直交線に対してより確実に対称として回転バランスを良好とでき、より確実に振動の発生を抑制させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のモータにおいて、車両用ワイパ装置を駆動するためのワイパモータであることをその要旨とする。
この発明では、本発明のモータをワイパモータとして適用することで、請求項１又は２に記載の効果を奏しつつ、特にウィンドシールドガラス（フロントガラス）を払拭するワイパモータは運転席近傍に設けられるのが一般的であるため、このようにワイパモータの振動を抑えられることにより、運転者等に不快感を与えることが防止される。

従って、上記記載の発明によれば、マグネットに対して特別な加工を行うことなく、第３のブラシを１つ設けた場合に起こる整流障害による振動を抑制することができる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。
図１は、車両用ワイパ装置等に用いられるモータ１の概略構成を示している。本実施形態のモータ１は、ヨークハウジング２の内側面に、Ｎ極及びＳ極の磁極を有する２つのマグネット３，４が固定され、該マグネット３，４の内側に電機子５が回転可能に収容されて構成されている。

電機子５は、回転軸６に磁性金属材料よりなる電機子コア７が固定されて構成されている。電機子コア７には、等角度間隔（３０度間隔）に放射状に延びる１２本のティース８が設けられている。ティース８には、複数（本実施形態では５本）のティース８に跨って導線９が巻回される第１巻回部１０及び第２巻回部１１とで電機子コイル１２が構成されている。

電機子コイル１２は、導線９の一端が回転軸６の外周に固定されたコンミテータ１３に設けられる１２個のセグメント１４の内の１つであるセグメント１４に接続され、１２本設けられたティース８の内の所定のティース８の５本に跨って第１巻回部１０として導線９が複数回巻回される。

そして、電機子コイル１２は、前記第１巻回部１０と周方向１８０度反対側に位置するティース８の内の所定のティース８の５本に跨って第２巻回部１１として前記導線９が連続して複数回巻回されている。この時、電機子コイル１２の導線９は、図２に示すように５本のティース８に対して巻回する際の巻回方向が第１巻回部１０及び第２巻回部１１とで逆方向となるように巻回されており、第１巻回部１０及び第２巻回部１１ではその巻回数が同一となるよう巻回されている。尚、本実施形態ではティース８の内の５本に跨って導線９を巻回することで第１巻及び第２巻回部１０，１１の周方向になす角度がマグネット３，４の磁極の周方向になす角度と略同一となるようになっている。

そして、電機子コイル１２を構成する導線９の他端は、導線９の一端が接続された前記セグメント１４と隣接するセグメント１４に接続されている。また、図示を省略しているが、他の電機子コイルについても導線９のセグメント１４の接続位置を順にずらした重ね巻により計１２個の電機子コイルが設けられている。

コンミテータ１３の径方向対向位置には、マグネット３，４の磁極中心に第１のブラシ２０及び第２のブラシ２１がそれぞれ１つずつ配置されている。また、第１のブラシ２０及び第２のブラシ２１の間で例えば第１のブラシ２０と周方向に所定角度θをなすように第３のブラシ２２が１つ配置されている。本実施形態では角度θは鋭角となるように設定されている。また、これら第１〜第３のブラシ２０〜２２は、それぞれの端子２０ａ〜２２ａを介して直流電源回路２３に接続されている。

直流電源回路２３は、車載バッテリ等の直流電源２４と切り替えスイッチ２５を備え、第１及び第３のブラシ２０，２２は、それぞれ端子２０ａ，２２ａ及び切り替えスイッチ２５を介して直流電源２４のプラス電極に接続されている。第２のブラシ２１は、端子２１ａを介して直流電源２４のマイナス電極に接続されている。つまり、運転状況によって切り替えスイッチ２５を切り替えてブラシ２０，２１を介してモータ１に給電させるか又はブラシ２１，２２を介してモータ１に給電させるかを選択できる。尚、本実施形態では、通常運転（低速仕様）の場合、ブラシ２０，２１を介してモータ１に給電させるよう切り替えスイッチ２５を切り替え、高速運転の場合、ブラシ２１，２２を介してモータ１に給電させるよう切り替えスイッチ２５を切り替えるようにしている。

そして、切り替えスイッチ２５の切り替えによって、直流電源２４から供給される電流が、ブラシ２０，２１又はブラシ２１，２２と、コンミテータ１３のセグメント１４を経て電機子コイル１２に流れる。これにより、電機子５が例えば時計回り方向（図中、Ｘ矢印方向）に回転する。

上記の様に構成されたモータ１は、隣り合うセグメント１４と接続された１つの導線９にて１８０度対称位置に電機子コイル１２の第１及び第２巻回部１０，１１が設けられているため、例えばブラシ２０，２１にて給電する状態（通常運転）で第３のブラシ２２が隣り合う両セグメント１４を短絡するときに発生する電流変動が均等に発生される。つまり従来のように偏った電流変動が起きにくくなるため、電流変動に伴う磁束密度の分布が軸直交線に対して非対称となることが抑えられ、モータ１の振動の発生を抑制することができる。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）電機子コイル１２は、導線９の一端がセグメント１４に接続され、その導線９が第１巻回部１０として所定のティース８に巻回され、この第１巻回部１０と周方向略反対側に導線９が渡されてその同反対側にて第２巻回部１１として所定のティース８に対し第１巻回部１０とは巻回方向が逆向きとなるように巻回され、導線９の一端が接続されたセグメント１４の隣のセグメント１４に導線９の他端が接続される。これにより、従来第３のブラシ２２による隣り合うセグメント１４を跨ぐ毎に起きていた電流変動を第１巻回部１０及び第２巻回部１１の２箇所で発生させ、その電流変動に伴う磁束密度の分布を軸直交線に対して対称とすることが可能となる。また、第３のブラシ２２に対して給電を行う場合においても、第２のブラシ２１（給電用のブラシ）による隣り合うセグメント１４を跨ぐ毎に起きる電流変動を第１巻回部１０及び第２巻回部１１で発生させ、その電流変動に伴う磁束密度の分布を軸直交線に対して対称とすることが可能となる。そのため、マグネット３，４に対して特別な加工を行うことなく、電流変動に伴って磁束密度が軸直交線に対して非対称となることが抑えられて回転バランスが良好となり、振動の発生を抑制することができる。

（２）ティース８は、その個数が偶数（本実施形態では１２個）となるように設けられており、電機子コイル１２の第１及び第２巻回部１０，１１は、互いに正反対に設けられ、同一ティース数（各５本）で同一の巻回数にて巻回される。これにより、１８０度対称位置に設けられる第１巻回部１０及び第２巻回部１１において同等の電流変動が生じるため、磁束密度の分布を軸直交線に対してより確実に対称として回転バランスを良好とでき、より確実に振動の発生を抑制させることができる。

（３）また、本実施形態のモータ１を車両用ワイパ装置を駆動するためのワイパモータとして適用することで、特にウィンドシールドガラス（フロントガラス）を払拭するワイパモータは運転席近傍に設けられるのが一般的であるため、このようにワイパモータの振動を抑えられることにより、運転者等に不快感を与えることが防止される。

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、第１及び第２巻回部１０，１１の導線９の巻回数を同じとし、導線９が跨るティース８の数は、第１及び第２巻回部１０，１１にて同一となる構成としたが、これに限らない。また、ティース８の１２個の偶数としたが、これに限らず、奇数であってもよい。要は、第１及び第２巻回部１０，１１とで発生する電流変動を同様として、軸直交線に対して磁束密度の分布を対称とすることで、振動の発生を抑制させることができる。

・上記実施形態では、第１及び第２巻回部１０，１１の導線９が複数（５本）のティース８に跨るようにティース８を１本ずつずらして巻回される、所謂重ね巻（分布巻き）で構成されているが、これに限らず例えば一つのティース８に導線９を巻回する、所謂集中巻きで第１及び第２巻回部１０，１１を構成してもよい。

本実施形態におけるモータの断面図である。 同上におけるモータの結線図である。

符号の説明

１…モータ、３，４…マグネット、５…電機子、７…電機子コア、８…ティース、９…導線、１０…第１巻回部、１１…第２巻回部、１２…電機子コイル、１３…コンミテータ、１４…セグメント、２０…第１のブラシ、２１…第２のブラシ、２２…第３のブラシ。

Claims (3)

1. 周方向に等角度間隔に異なる２つの磁極を有するマグネットと、
   周方向に等角度間隔に形成される複数のティースを有する電機子コア及び前記ティースに導線を巻回して電機子コイルを構成し、その電機子コイルと対応するセグメントを有するコンミテータと前記電機子コイルとが接続されてなる電機子と、
   前記電機子を挟んで対向位置に１つずつ配置されるとともに前記セグメントに接触する第１及び第２のブラシに加えて、該第１及び第２のブラシの対向位置から所定角度をなす位置に１つ配置されるとともに前記セグメントに接触する第３のブラシと
   を備えたモータであって、
   前記電機子コイルは、前記導線の一端が前記セグメントに接続され、その導線が第１巻回部として所定の前記ティースに巻回され、該第１巻回部と周方向略反対側に前記導線が渡されてその同反対側にて第２巻回部として所定の前記ティースに対し前記第１巻回部とは巻回方向が逆向きとなるように巻回され、前記導線の一端が接続された前記セグメントの隣のセグメントに導線の他端が接続されることを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記ティースは、その個数が偶数となるように設けられており、
   前記電機子コイルの第１及び第２巻回部は、互いに正反対に設けられ、同一ティース数で同一の巻回数にて巻回されたことを特徴とするモータ。
3. 請求項１又は２に記載のモータにおいて、
   車両用ワイパ装置を駆動するためのワイパモータであることを特徴とするモータ。

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