JP2010207083A - 電気モータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータに改善された特性を与えるカーボンブラシを有する電気モータを提供する。
【解決手段】電気モータは、円筒状整流子とスライド接触させることにより巻線型回転子の巻線へ電力を伝達するための一対のブラシを有する。各ブラシ１０は、一対の端面１５、１６と、これら端面間に延びて整流子の円筒状周囲面にスライド接触するように構成された接触面１３とをもつ本体１２を有している。接触面の延長方向は、整流子の軸方向に対して傾斜され、且つ接触面は、その延長方向に見たときにＶ字型にされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気モータに係り、より詳細には、モータに改善された特性を与えるカーボンブラシを有する電気モータに係る。

直流モータに関しては、低ノイズであることが非常に重要である。ノイズを減少する従来の方法は、振動源に振動ダンパーを接着することである。しかしながら、この種の従来の方法は、複雑で経費もかかる。

更に、あるモータ、例えば、乗物の窓持ち上げ用途のモータでは、シャフトの回転をカウントするか又はモータの回転速度を計算するために、ホールセンサが必要とされ、これは、複雑で且つ経費がかかる。

そこで、上述した問題の幾つか又は全部を克服できる改良されたブラシが要望される。

従って、本発明は、その１つの態様によれば、電気モータの整流子と電気的に接触をなすためのブラシであって、第１の端面と、この第１の端面とは逆の第２の端面と、これら第１の端面と第２の端面との間に延びて、整流子の円筒状周囲面とスライド接触をなすように構成された接触面とを備え、この接触面の延長方向が整流子の軸方向に対して傾斜され、且つこの接触面は、その延長方向に見たときにＶ字型であるようにされたブラシを提供する。

好ましくは、接触面の延長方向は、整流子の軸方向に対して１〜６０°の角度で傾斜される。

好ましくは、傾斜角度は、３から１０°である。

好ましくは、接触面は、接触面の一部分を形成する突出部を有し、整流子の軸方向に対するその傾斜度は、接触面の残部より大きい。

好ましくは、突出部の傾斜角度は、約６０°である。

好ましくは、ブラシは、ブラシを整流子へガイドするために一対の溝がその両面に形成されている。

本発明は、その第２の態様によれば、円筒状周囲面をもつ整流子を含む回転子と、固定子と、少なくとも２つのブラシを含むブラシギアとを備え、各ブラシは、整流子の表面とスライド接触をなす接触面を有し、各接触面は、回転子の軸に平行な方向に見たときにＶ字型にされ且つ前記軸方向において整流子の表面に対して傾斜されて、各ブラシの接触面と整流子の表面との間の初期接触が一対の点接触となるようにされた電気モータを提供する。

好ましくは、傾斜角度は、１〜６０°の範囲である。

好ましくは、各ブラシは、一対の溝がその両面に形成され、各ブラシは、ブラシホルダにより支持され、そして各ブラシホルダは、一対のガイドピンが各溝に受け入れられる。

好ましくは、スプリングがブラシを整流子に向かって弾力で押しやる。

又、本発明は、更に別の態様によれば、円筒状周囲面をもつ整流子を含む回転子と、固定子と、上述した少なくとも２つのブラシを含むブラシギアとを備えた電気モータも提供する。

以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を一例として説明する。２つ以上の図に現れる同じ構造物、要素又は部品は、一般的に、それらが現れる全ての図において同じ参照番号で示す。図示されたコンポーネント及び特徴部の寸法は、一般的に、表現の便宜上及び明瞭化のために選択されたものであって、必ずしも正しいスケールで示されていない。

本発明の一実施形態によるブラシの斜視図である。 整流子と、図１に示された一対のブラシとを示す図である。 図２の構成体の断面側面図である。 図２の構成体の平面図である。 図１の一対のブラシが電気モータのエンドキャップに設置されたところを示す図である。 従来の電気モータの電流波形を示す。 本発明の一実施形態によるブラシを使用する電気モータの電流波形である。 従来の電気モータの電流波形の高速フーリエ変換を示す。 本発明の一実施形態によるブラシを使用する電気モータの電流波形の高速フーリエ変換を示す。 本発明の別の実施形態によるブラシの斜視図である。 本発明の一実施形態により電気モータを示す図である。

図１は、本発明の好ましい実施形態によるブラシ１０の斜視図である。このブラシ１０は、本体１２と、本体１２から延びるシャント１１とを備えている。本体１２は、接触面１３と、接触面とは反対のベース面１４と、一対の端面１５、１６と、一対の側面１７、１８とを含む６面をもつ立方体状の構成を有する。ここでの説明において、軸方向、半径方向及び周囲方向は、モータのシャフトの軸方向、半径方向及び周囲方向を指す。ブラシの寸法は、モータに取り付けたときのブラシの向きに関係している。従って、ブラシ１０の長さは、接触面１３からベース面１４へ、即ちモータの半径方向に測定したブラシの寸法を意味し、ブラシ１０の高さは、端面１５、１６がモータの軸方向端を向いているのでそれら端面間で測定した本体の寸法、又は軸方向に測定したブラシの寸法を意味し、又、ブラシ１０の巾は、側面１７、１８間で、即ち周囲方向に、又は少なくとも、軸方向及び半径方向に直交する方向に測定したブラシの寸法を意味する。

シャント１１は、一方の側面１８から延びる。シャントは、本体を電力源に接続する。通常、シャントは、モータ端子に直結されるか、又はチョーク、コイル又は他の電気的コンポーネントを経て接続される。側面１７、１８は、各々、ベース面１４から接触面１３へと延びる溝１９を有する。溝は、以下に詳細に述べるブラシガイドシステムの一部分を形成する。ベース面１４は、半径方向に直交するが、スプリングのアームと良く接続するためには、モータ軸と平行でありながら半径方向に対して傾斜されるのが好ましい。

図２から４を参照すれば、接触面１３は、整流子２０の円筒状の周囲面に接触するように構成される。接触面１３は、図４に示すように、ブラシ１０の高さ方向（モータの軸方向）に見たときにＶ字型である。即ち、ブラシ１０の巾方向において、接触面１３の中央部は、接触面１３の両側部に対して凹状にされている。接触面１３は、高さ方向において一方の軸方向端面から他方の軸方向端面へと後方に傾斜される。即ち、接触面１３は、整流子２０の軸方向に対して傾斜される。従って、最初に、接触面１３が整流子２０に先ず接触をなすときに、接触面１３の一端における両側の２点しか整流子２０の表面に接触せず、これは、接触面１３を整流子に容易に且つたやすくベッドイン(bed in)して、整流子２０の表面に一致させることができる。接触面１３の傾斜角度は、１から６０°の範囲であるのが好ましい。しかしながら、６０°のような急な傾斜角度は、ブラシの迅速な摩耗を招き、一方、浅い角度は、ベッドインに時間がかかるので、好ましい任意の角度は、３から１０°の範囲である。

図５を参照すれば、電気モータのエンドキャップ３０の両側において一対のブラシ１０がブラシホルダ３２に設置される。エンドキャップ３０は、モータのシャフトを受け入れるための穴をその中心に有している。整流子２０は、シャフトに装着され、ブラシ１０を向く。各ブラシホルダ３２は、対応するブラシの側面１７、１８に形成された溝１９に、一対のガイドピン３４が各々受け入れられている。スプリング３６がポスト３８に装着されて、その自由端がベース面１４に当てられ、ブラシ１０を整流子２０に向けて押しやるようにする。

図６は、平坦な接触面をもつブラシを使用する従来の電気モータの電流波形を示す。図７は、本発明の一実施形態によるブラシを使用する電気モータの電流波形を示す。図８は、図６の従来の電気モータの電流波形の高速フーリエ変換を示す。図９は、図７の電流波形の高速フーリエ変換を示す。

図６及び７に示すように、本発明のＶ字型の接触面は、電流変動を減少して、振動源を減少し、それ故、モータのノイズを減少するのに有益である。更に、本発明のＶ字型接触面は、ブラシのＶ字型接触面と整流子との間の接触点の減少により基本波と高調波との間のｄＢＡ差を増加するのに有益である。本発明の一実施形態による電気モータの電流波の基本波と高調波との間のｄＢＡ差は、モータのコントローラが基本波を決定して、ホールセンサを使用せずに電気モータの回転をカウントし又は回転速度を計算できるように、６ｄＢＡより大きいのが好ましい。

別のブラシが図１０に示されている。このブラシは、図１のブラシと同様の構造を有するが、接触面１３は、整流子と最初に接触をなす誇張された尖端を形成する突出部２４を有している。突出部２４も、接触面１３の残部の形状を保ってＶ字型にされる。突出部２４は、整流子の表面とで傾斜角をなす接触面の一部分を形成する。この角度は、接触面の残部の傾斜角より相当に大きい。好ましい実施形態では、突出部２１によって形成される角度は、約６０°であり、そして接触面の残部により形成される角度は、約４°である。接触面上に形成されるこの鮮鋭な先端は、ブラシと整流子との非常に高速のベッドインを生成し、ブラシと整流子との間に優れた長期間接触を導く。突出部２４は、接触面の比較的小さな部分であり、ブラシをベッドインするためにモータの初期運転のもとで尖端が迅速に摩耗したときにも接触面の残部が整流子に接触する。接触面の残部が整流子の表面とある角度をなすので、ブラシが整流子の表面と完全に接触をなすまで、ブラシは、接触面のより大きな部分が整流子と接触状態になるときに、ゆっくりした速度でベッドインし続ける。従って、突出部２４は、ブラシと整流子の表面との初期接触点の迅速なベッドインを与える一方、最初に接触面の残部と一致する突出部２４のＶ字型構成で整流子表面との２つの接触点を与える。モータが使用されるにつれて、接触点が摩耗し、接触領域が拡大し続け、やがて、ブラシと整流子との間に完全な接触がなされる程度までブラシが摩耗する。

図１１は、本発明が適用される小型サイズの電気モータ４０を示す。このモータ４０は、電力定格が１０００ワット未満の永久磁石直流（ＰＭＤＣ）モータのようなマイクロモータであるのが好ましい。モータは、固定子及び回転子を有する。固定子は、固定子の極を形成する１つ以上の永久磁石を支持するハウジング４２と、ハウジングの開放端を閉じ且つブラシギア及びモータ端子３１を支持するエンドキャップ３０とを有する。回転子は、シャフト４４と、回転子コアと、整流子と、回転子コアの周りに巻かれて整流子に終端された巻線と、を備えている。回転子は、固定子のベアリングに回転可能に支持される。ブラシギアは、整流子とスライド接触してモータ端子から回転子の巻線へ電力を転送する上述したブラシを有する。

本発明の説明及び特許請求の範囲において、動詞「備える(comprise)」、「含む(include)」、「収容する(contain)」及び「有する(have)」並びにその変化は、各々、ここに述べたアイテムの存在を特定するために包括的な意味で使用され、付加的なアイテムの存在を除外するものではない。

本発明は、１つ以上の好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定されるものとする。

１０：ブラシ
１１：シャント
１２：本体
１３：接触面
１４：ベース面
１５、１６：端面
１７、１８：側面
１９：溝
２０：整流子
２４：突出部
３０：エンドキャップ
３２：ブラシホルダ
３４：ガイドピン
３６：スプリング
３８：ポスト
４０：電気モータ
４２：ハウジング
４４：シャフト

Claims (11)

1. 電気モータの整流子と電気的接触をなすためのブラシ(10)であって、本体(12)を有し、この本体が、第１の端面(15)と、この第１の端面とは逆の第２の端面(16)と、これら第１の端面(15)と第２の端面(16)との間に延びて、整流子の円筒状周囲面とスライド接触をなすように構成された接触面(13)と、を含むようなブラシにおいて、前記接触面(13)の延長方向が前記整流子の軸方向に対して傾斜され、且つ前記接触面(13)は、その延長方向に見たときにＶ字型にされたことを特徴とするブラシ。
2. 前記接触面(13)の延長方向は、前記整流子の軸方向に対して１〜６０°の角度で傾斜される、請求項１に記載のブラシ。
3. 前記傾斜角度は、３から１０°である、請求項２に記載のブラシ。
4. 前記接触面(13)は、その接触面(13)の一部分を形成する突出部(24)を有し、前記整流子の軸方向に対するその傾斜度は、前記接触面の残部より大きい、請求項１、２又は３に記載のブラシ。
5. 前記突出部(24)の傾斜角度は、約６０°である、請求項４に記載のブラシ。
6. 前記本体(12)は、前記ブラシを前記整流子へガイドするために一対の溝(19)がその両面(17,18)に形成されている、請求項１から５のいずれかに記載のブラシ。
7. 円筒状周囲面をもつ整流子(20)を含む回転子と、
   固定子と、
   前記整流子(20)の表面とスライド接触をなす接触面(13)を各々有する少なくとも２つのブラシ(10)を含むブラシギアと、
   を備え、各接触面(13)は、回転子の軸に平行な方向に見たときにＶ字型にされ且つ前記軸方向において前記整流子(20)の表面に対して傾斜されて、各ブラシ(10)の前記接触面(13)と前記整流子の表面との間の初期接触が一対の点接触となるようにされた、電気モータ。
8. 前記傾斜角度は、１〜６０°の範囲である、請求項７に記載の電気モータ。
9. 各ブラシ(10)は、一対の溝(19)がその両面(17,18)に形成され、各ブラシは、ブラシホルダ(32)により支持され、そして各ブラシホルダは、一対のガイドピン(34)が各溝(19)に受け入れられる、請求項７又は８に記載の電気モータ。
10. スプリング(36)が前記ブラシ(10)を前記整流子に向かって弾力で押しやる、請求項７に記載の電気モータ。
11. 円筒状周囲面をもつ整流子(20)を含む回転子と、
    固定子と、
    請求項１から６のいずれかに記載の少なくとも２つのブラシ(10)を含むブラシギアと、
    を備えた電気モータ。

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