JP2011244564A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】リングバリスタやコンデンサなどを用いなくても、モータの構造を変更するだけでスパークを効果的に防止できるモータ。
【解決手段】シャフト１やアーマチュア、スロット１１、複数のコイル、マグネット、コミュテータ、複数のセグメント１５、正極ブラシ５ａ及び負極ブラシ５ｂを備える。前記複数のコイルの各コイルが、第１コイルと、前記第１コイルと逆向きに巻回される第２コイルと、を含むモータである。前記正極ブラシ５ａ及び負極ブラシ５ｂを通じて、前記各コイルに一定の周期で電流が供給され、前記各コイルにおける前記第１コイル及び前記第２コイルに供給される電流が、同一の巻回方向に流れるように設定されており、これら第１コイル及び第２コイルへの電流の供給タイミングがずれるように、前記正極ブラシ５ａ及び前記負極ブラシ５ｂが配置されている。
【選択図】図１４

Description

本発明は、ブラシ付モータに関する。

ブラシ付モータでは、回転するコンミテータに摺接（摺れながら接触）するブラシを通じてアーマチュアに電流が供給され、モータが回転する。その際、ブラシとコンミテータとの間で火花放電（スパーク）が発生するおそれがある。

図２１に、例えば、正極ブラシ１０１とコンミテータ１０２との関係を表した模式図を示す。図中、１０３ａ，１０３ｂは互いに隣接してコンミテータ１０２に配設されている第１、第２のセグメントである。同図では、コンミテータ１０２の回転により、第１、第２のセグメント１０３ａ，１０３ｂは正極ブラシ１０１に対して白抜き矢印が示す方向に変位する。

巻線構造にもよるが、通常、第１、第２のセグメント１０３ａ，１０３ｂを含め、コンミテータ１０２の各セグメントはコイル等を介して電気的に接続されているため、正極ブラシ１０１に摺接しているセグメントから、負極ブラシに摺接しているセグメントに向かって電流が流れる。

従って、同図の（ａ）に示すように、正極ブラシ１０１が第１のセグメント１０３ａに摺接しているときには、第１のセグメント１０３ａからコイルや他のセグメント等を経由して第２のセグメント１０３ｂに向かって電流が流れる。コンミテータ１０２が回転して、正極ブラシ１０１が第１のセグメント１０３ａから離れて第２のセグメント１０３ｂに摺接すると、今度は、同図の（ｂ）に示すように、第２のセグメント１０３ｂからコイルや他のセグメント等を経由して第１のセグメント１０３ａに向かって電流が流れる。

このようにブラシと摺接するセグメントが切り替わる時、極短時間で電流の流れる方向が逆転するため、コイルのインダクタンスによって電流の急激な変化に比例した所謂サージ電圧が発生し、このサージ電圧等の作用によってスパークが発生する。スパークが発生すると、ブラシの寿命が短くなり、モータの耐久性が低下する。

特に、巻線方式に集中巻を採用したモータは、分布巻を採用したモータよりも小型化や高出力化には有利であるが、スパークが発生し易い傾向がある。

集中巻を採用したモータの中には、１つのティースに複数のコイルを形成するモータがある（例えば、特開２００９−１８３１１４号公報参照）。そこでの各ティースには、順方向に巻回された第１コイルと、第１コイルの逆方向に巻回された第２コイルとが備えられている。
特開２００９−１８３１１４号公報

従来より、スパークの発生を抑制するために、例えば、コンミテータにリングバリスタを組み込むことが行われている。しかし、リングバリスタは、取り付け難いうえに、高温下での使用に不向きで駆動電圧が限られるなど、使用条件が限られる難点がある。

また、コンデンサを利用してスパークの発生を抑制する技術もいくつか提案されている。しかし、限られた小さなスペースにコンデンサを組み込む必要があり、取り付けが難しく、生産性に欠ける。特に、モータが小さい場合に問題となる。また、コンデンサは、通常、はんだ付けにより接合されているため、高温下では使用できないという不利もある。

本発明の目的は、リングバリスタやコンデンサなどを用いなくても、モータの構造を変更するだけでスパークを効果的に防止できるモータを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、特に、同じティースに巻かれている複数のコイルの整流タイミングがずれるように、ブラシの配置を工夫した。

具体的には、本発明のモータは、回転可能なシャフトと、前記シャフトに同軸に固定され、半径方向に放射状に張り出す複数のティースを有するアーマチュアと、互いに隣接する２つの前記ティースの間に設けられる複数のスロットと、前記複数のティースのそれぞれに、前記スロットに通しながら導電線を巻回して形成される複数のコイルと、前記アーマチュアの周囲に該アーマチュアと隙間を隔てて設けられ、周方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶ磁極を有するマグネットと、前記アーマチュアに隣接して前記シャフトに同軸に固定されるコミュテータと、前記コミュテータの外周面に周方向に並んで設けられ、前記複数のコイルと接続される複数のセグメントと、前記複数のセグメントのうち、いずれかのセグメントに摺接して該セグメントに電流を供給する正極ブラシ及び負極ブラシと、を備え、前記複数のコイルの各コイルが、第１コイルと、前記第１コイルと逆向きに巻回される第２コイルと、を含み、前記正極ブラシ及び負極ブラシを通じて、前記各コイルに一定の周期で電流が供給され、前記各コイルにおける前記第１コイル及び前記第２コイルに供給される電流が、同一の巻回方向に流れるように設定されており、これら第１コイル及び第２コイルへの電流の供給タイミングがずれるように、前記正極ブラシ及び前記負極ブラシが配置されている。

本構成のモータでは、各コイルが、第１コイルと、第１コイルと逆向きに巻回される第２コイルとを含んでいる。正極ブラシ及び負極ブラシを通じて、各コイルに一定の周期で電流が供給され、各コイルにおける第１コイル及び第２コイルに供給される電流が、同一の巻回方向に流れるように設定されている。そして、これら第１コイル及び第２コイルへの電流の供給タイミングがずれるように、正極ブラシ及び負極ブラシが配置されている。

その結果、電流が供給される各コイルの第１コイルと第２コイルでは、整流のタイミングにズレが発生し、電流変化率が低下するため、スパークの発生が効果的に抑制される。

本発明によれば、リングバリスタやコンデンサなどを用いなくても、巻線構造やブラシの配置を変更するだけでスパークを効果的に防止できる。従って、耐久性や汎用性に優れたモータを提供することができる。

図１は、本実施形態のモータの概略断面図である。 図２は、図１におけるＩ−Ｉ線での概略断面図である。 図３は、バックカバーを外し、図１における矢印ＩＩ方向から見た概略平面図である。 図４は、ティース等とセグメントとの位置関係を示す図である。 図５の（ａ），（ｂ）は、巻線構造を説明するための図である。 図６は、巻線の順序を説明するための図である。 図７は、図６に続く巻線の順序を説明するための図である。 図８は、図７に続く巻線の順序を説明するための図である。 図９は、図８に続く巻線の順序を説明するための図である。 図１０は、図９に続く巻線の順序を説明するための図である。 図１１は、図１０に続く巻線の順序を説明するための図である。 図１２は、図１１に続く巻線の順序を説明するための図である。 図１３は、各コイルの構造を説明するための図である。 図１４は、ブラシの配置を説明するための図である。 図１５は、セグメントの切り替わり時の電流変化を示す概念図である。 図１６は、本実施形態のモータにおける所定状態での電流の流れ変化を説明するための図である。 図１７は、本実施形態のモータにおける所定状態での電流の流れ変化を説明するための図である。 図１８は、本実施形態のモータにおける所定状態での電流の流れ変化を説明するための図である。 図１９は、本実施形態のモータにおける所定状態での電流の流れ変化を説明するための図である。 図２０は、ブラシの配置の変形例を示す図である。 図２１は、スパークの発生を説明するための図である。 図２２は、従来のモータにおけるブラシの配置を説明するための図である。 図２３の（ａ）、（ｂ）は、従来のモータにおける所定状態での電流の流れ変化を説明するための図である。 図２４の（ａ）、（ｂ）は、従来のモータにおける所定状態での電流の流れ変化を説明するための図である。 図２５は、従来のモータにおけるセグメントの切り替わり時の電流変化を示す概念図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

（モータの構成）
図１〜図４等に、本実施形態のモータを示す。このモータは、ＤＣモータであり、シャフト１やアーマチュア２、マグネット３、コミュテータ４、ブラシ５などを備え、これらがハウジング６に収容されている。

図１に示すように、ハウジング６は、一端が開口する扁平な略円筒状のケース６ａと、ケース６ａの開口を塞ぐバックカバー６ｂとを備える。これらケース６ａ及びバックカバー６ｂの略中央にベアリング７，７を介してシャフト１が回転可能に支持されている。シャフト１には、アーマチュア２やコミュテータ４が同軸に固定されている。

図２に示すように、アーマチュア２には、シャフト１の軸方向の中間部分に固定された円盤状のコア８と、コア８の外周から半径方向に等間隔で放射状に張り出す略Ｔ字状をした複数のティース９，９，…と、これらティース９，９，…に設けられた一群のコイル１０，１０，…とが備えられている。コア８及びティース９は金属板を軸方向に積層して形成されている。本実施形態では、ティース９は１２個形成されていて、互いに隣接する２つのティース９の間には、それぞれスロット１１，１１，…が形成されている（１２スロット）。

これら各スロット１１，１１，…の間を通るように、各ティース９にインシュレータを介して導電線１２が巻回され、各ティース９ごとにコイル１０が形成されている（集中巻き）。従って、コア８の外周部分には１２個のコイル１０，１０，…が形成されている。

マグネット３は、４つのＮ極及び４つのＳ極からなる複数の磁極３ａを有し、環状に形成されている。マグネット３は、アーマチュア２の外周面と僅かな隙間を隔てて対向するようにケース６ａの内周面に固定されている。各磁極３ａは、周方向にＮ極とＳ極とが交互に並んでいる（８ポール）。マグネット３が固定されたハウジング６の周壁は、バックヨークを兼ねている。

コミュテータ４は、アーマチュア２に隣接してシャフト１の端部分に固定されている。コミュテータ４の外周面には、帯板状の複数のセグメント１５，１５，…が、その長手方向を軸方向に向けて、互いに絶縁された状態で周方向に連続して等間隔で固定されている。本実施形態では、セグメント１５は２４個設けられている（２４セグメント）。すなわち、本実施形態のモータは、所謂８ポール１２スロット２４セグメントのモータである。

各セグメント１５のアーマチュア２側の端部には、導電線１２を掛けて止めるための掛止部１５ａが一体に設けられている。これら掛止部１５ａには、一群のコイル１０，…，１０から導出された導電線１２が掛け止められ、掛止部１５ａと導電線１２とが溶接されている。従って、各セグメント１５は一群のコイル１０，…，１０と電気的に接続されている。

図３に示すように、ブラシ５は、ハウジング６内に配置されたブラシプレート１６に組み付けられている。ブラシプレート１６は、円盤状の部材からなり、その中央にはコミュテータ４の外径より大径の丸孔１６ａが形成されている。この丸孔１６ａにシャフト１が挿通され、丸孔１６ａの内側にはコミュテータ４が位置している。

本実施形態のブラシ５は、２個の正極ブラシ５ａ，５ａと２個の負極ブラシ５ｂ，５ｂとで構成されている。これらブラシ５ａ，…，５ｂは、コミュテータ４の周囲に配設されている。各ブラシ５ａ，…，５ｂは、それぞれ、ブラシプレート１６の半径方向に沿って延びるように配置され、丸孔１６ａに向かって出退自在に支持されている。各ブラシ５ａ，…，５ｂの丸孔１６ａ側の端部はスプリング５ｃによってコミュテータ４の外周面に押し付けられている。各ブラシ５ａ，…，５ｂの先端は各セグメント１５と軸方向に線接触している。

従って、コミュテータ４が回転すると、各ブラシ５ａ，…，５ｂの先端は各セグメント１５と周期的に摺接し、電気的に接続される。各ブラシ５ａ，…，５ｂは、接続端子１７を介して図外の制御装置等と接続され、各セグメント１５には、そこから各ブラシ５ａ，…，５ｂを介して電流が供給される。なお、各ブラシ５ａ，…，５ｂの配置については、別途後述する。

（巻線構造）
１２個のコイル１０，１０，…は、１本の導電線１２を連続的に巻回することにより形成されている。すなわち、各セグメント１５の掛止部１５ａに導電線１２の所定部位を掛け止めながら、各ティース９に１本の導電線１２を連続的に巻回することにより、１２個のコイル１０，…，１０を形成している。

図４に示すティース９とセグメント１５との配置に基づき、巻線構造について詳しく説明する。反時計回り（ＣＣＷ）及び時計回り（ＣＷ）のいずれでもよいが、便宜上、同図に示すように、各ティース９のそれぞれは、所定のティース９から時計回りに１〜１２の番号を順に付して区別する。同様に、各コイル１０もそのコイルが形成されているティース９と同じ番号により区別する。また、各セグメント１５のそれぞれは、１番の番号を付したティース９の近傍の所定のセグメント１５からティース９と同じ時計回りに１〜２４の番号を順に付して区別する。

図５に、導電線１２の巻き付け順序を表した概念図を示す。同図の（ａ）はティース９とセグメント１５とを平面状に表し、導電線１２の巻き付け順序を矢印線で示したものである。同図の（ｂ）は巻き付けた導電線１２の構成を模式的に示したものである。また、図６〜図１２のそれぞれに、導電線１２の巻き付け順序を複数に分けて表した図を示す。

図６に示すように、例えば、１番のセグメント１５を巻き始め端（図中、黒丸で示す）とした場合、まず、１番のティース９と２番のティース９の間のスロット１１を通して、ティース９におけるコミュテータ４の無い側（ティース９側）に導出し、３番のティース９と４番のティース９の間のスロット１１を通して、ティース９におけるコミュテータ４の有る側（コミュテータ４側）に導出する。導出した導電線１２は７番のセグメント１５に引っ掛ける。つまり、１番のセグメント１５と７番のセグメント１５とは短絡している。

７番のセグメント１５に引っ掛けた導電線１２は、４番のティース９と５番のティース９の間のスロット１１から通して、４番のティース９に所定回数巻き付けてコイル１０を形成する。このコイル１０は、ティース９の先端側から見て反時計回り（ＣＣＷ）に形成されている（図５の（ａ）にて太線で示す）。そして、８番のセグメント１５に引っ掛けた後、３番のティース９と４番のティース９の間のスロット１１を通してティース９側に導出し、１番のティース９と２番のティース９の間のスロット１１を通してコミュテータ４側に導出する。導出した導電線１２は２番のセグメント１５に引っ掛ける。つまり、８番のセグメント１５と２番のセグメント１５とは短絡している。

２番のセグメント１５に引っ掛けた導電線１２は、１１番のティース９と１２番のティース９との間のスロット１１から通して、１２番のティース９に所定回数巻き付けてコイル１０を形成する。このコイル１０は、ティース９の先端側から見て時計回り（ＣＷ）に形成されている（図５の（ａ）にて細線で示す）。そして、３番のセグメント１５に引っ掛けた後、２番のティース９と３番のティース９の間のスロット１１を通してティース９側に導出し、４番のティース９と５番のティース９の間のスロット１１を通してコミュテータ４側に導出する。導出した導電線１２は９番のセグメント１５に引っ掛ける。つまり、３番のセグメント１５と９番のセグメント１５とは短絡している。

９番のセグメント１５に引っ掛けた導電線１２は、５番のティース９と６番のティース９との間のスロット１１から通して、５番のティース９に所定回数巻き付けてコイル１０を形成する。このコイル１０は、ティース９の先端側から見て反時計回り（ＣＣＷ）に形成されている。そして、１０番のセグメント１５に引っ掛けた後、先と同様にして４番のセグメント１５に引っ掛ける。

４番のセグメント１５に引っ掛けた導電線１２は、１２番のティース９と１番のティース９との間のスロット１１から通して、１番のティース９に所定回数巻き付けてコイル１０を形成する。このコイル１０は、ティース９の先端側から見て時計回り（ＣＷ）に形成されている。そして、５番のセグメント１５に引っ掛ける（その端部を図６において白丸で示す）。

後は、これと同様に、図７〜図１２に示す順序に従って導電線１２を各セグメント１５に掛け止め、各ティース９に巻き付けて１２個のコイル１０を形成する。このように、１本の導電線１２を連続的に巻き付けて形成しているため、巻線作業が容易である。巻線機で自動的に処理することも可能であり、生産性に優れる。また、導電線１２における各セグメント１５間、もしくは各ティース９間を渡って設けられる部分（均圧線）は、ティース側に偏在しているため、製造過程やモータの回転中などに、均圧線の部分がシャフト１等に不用意に引っ掛かるのを防ぐことができる。各セグメント１５に掛け止められた導電線１２の部分は、溶接によりそのセグメント１５と接続される。

このようにして形成される巻線構造は、前半部分と後半部分とで点対称状になっている。すなわち、図５の（ａ）に示すように、巻線構造を軸方向から見て巻き始め側と巻き終わり側とに２分したとき、換言すれば、１〜６番のコイル１０及び１〜１２番のセグメント１５（第１巻線構造２０ａ）と、７〜１２番のコイル１０及び１３〜２４番のセグメント１５（第２巻線構造２０ｂ）とに分けたとき、第１及び第２の巻線構造２０ａ，２０ｂは、シャフト１の軸中心に対して点対称な構造となっている。

それに合わせて、本実施形態では、正極ブラシ５ａ及び負極ブラシ５ｂは、第１巻線構造２０ａ及び第２巻線構造２０ｂにそれぞれ１つずつ（合計４つ）設けられている。更に均圧線を設けることで、正極ブラシ５ａ及び負極ブラシ５ｂを全体で１つずつ（合計２つ）設けることもできるが、このように各ブラシを２つずつ設けて所定の電流を２箇所から供給することで、導電線１２の線径に対する電流量を小さくできるようになり、効率よく電流を供給することができる。なお、ブラシが４つの場合には、同極のブラシが互いに対向する１８０°の配置になるため、均圧線は９０°での接続になる。

図１３に示すように、また、各コイル１０は、ティース９の先端側から見て時計回り（ＣＷ）の第１コイル２１と、第１コイル２１と逆向きに巻回され、ティース９の先端側から見て反時計回り（ＣＣＷ）の第２コイル２２とで構成されている。

更に、１２個のコイル１０は、それぞれ４つのコイルで構成されるＵ相、Ｖ相、及びＷ相からなる３つのコイル群を構成するように設定されている。例えば、１番、４番、７番、１０番の位置の各コイル１０がＵ相を構成し、２番、５番、８番、１１番の位置の各コイル１０がＶ相を構成し、３番、６番、９番、１２番の位置の各コイル１０がＷ相を構成している。

これら各コイル群を構成する各コイル１０には、正極ブラシ５ａ及び負極ブラシ５ｂを通じて、一定の周期で電流が供給されるように設定されている。その際、各コイル１０の第１コイル２１及び第２コイル２２に供給される電流は、同一の巻回方向に流れるように設定されている。

図１３において、例えば、ティース９の先端側から見て時計回り（ＣＷ）に電流が流れるコイル１０には、第１コイル２１の巻き始め端側に正極ブラシ５ａが接続され、その巻き終わり端側に負極ブラシ５ｂが接続される。そして、第２コイル２２の巻き始め端側に負極ブラシ５ｂが接続され、その巻き終わり端側に正極ブラシ５ａが接続される。

ただし、これらＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイル群を構成している各コイル１０の第１コイル２１及び第２コイル２２への電流の供給に際しては、そのタイミングが所定量だけずれるように、正極ブラシ５ａ及び負極ブラシ５ｂの配置が工夫されている。これら第１コイル２１及び第２コイル２２への電流の供給タイミングをずらすことで、スパークの発生を効果的に防止することができる。

図２２に、従来のモータのブラシの配置の一例を示す。通常、モータの出力を最大限に発揮させるため、各相における各コイル１０の第１コイル２１及び第２コイル２２への電流の供給が同期するように、正極ブラシ５ａ及び負極ブラシ５ｂは配置される（同期供給位置）。従って、そのような従来の考え方であれば、本実施形態のモータと同じ構成の場合、同図に示すように、正極ブラシ５ａ及び負極ブラシ５ｂは、それぞれ中心角で４５度離れた位置に設置される。なお、同じ部材は同じ符号を用いて説明する。

図２３に示すように、例えば、一方の正極ブラシ５ａが１番のセグメント１５に摺接し、他方の正極ブラシ５ａが１３番のセグメント１５に摺接し、一方の負極ブラシ５ｂが４番のセグメント１５に摺接し、他方の負極ブラシ５ｂが１６番のセグメント１５に摺接しているとする。この状態では、例えば、同図の（ｂ）に示すように、１番のコイル１０に着目すると、その第１コイル２１及び第２コイル２２には、１番のティース９の先端側から見て反時計回り（ＣＣＷ）に同期して電流が流れている（プラス接続期間ｔ１）。なお、図中、同じ模様でハッチングしたセグメント１５は同電位にあることを示している。

次に、シャフト１が回転して、一方の正極ブラシ５ａが１番と２番の２つのセグメント１５に摺接し、他方の正極ブラシ５ａが１３番と１４番の２つのセグメント１５に摺接し、一方の負極ブラシ５ｂが４番と５番の２つのセグメント１５に摺接し、他方の負極ブラシ５ｂが１６番と１７番の２つのセグメント１５に摺接したとする。この状態では、１番のコイル１０は短絡するため、その第１コイル２１及び第２コイル２２には電流は流れない（整流期間ｔ２）。

図２４に示すように、更に、シャフト１が回転して、一方の正極ブラシ５ａが１番のセグメント１５から離れ、他方の正極ブラシ５ａが１３番のセグメント１５から離れ、一方の負極ブラシ５ｂが４番のセグメント１５から離れ、他方の負極ブラシ５ｂが１６番のセグメント１５から離れたとする。そうすると、同図の（ｂ）に示すように、電流の流れる方向が逆転し、１番のコイル１０の第１コイル２１及び第２コイル２２には、１番のティース９の先端側から見て時計回り（ＣＷ）に同期して電流が流れるようになる（マイナス接続期間ｔ３）。

図２５にその時の電流変化を模式的に示す。縦軸は電流量、横軸は経過時間を表している。実線が第１コイル２１の電流、破線が第２コイル２２の電流である。同図に示すように、第１コイル２１及び第２コイル２２に流れる電流は同期して変化する。

プラス接続期間ｔ１の各コイル２０，２１にはプラスの電流が流れていて、整流期間ｔ２に入るとその電流値は徐々に減少する。そして、マイナス接続期間ｔ３に入ると、マイナスの電流が流れるようになる。ところが、その切り替わりの際、各コイル２０，２１には電流が流れ切れずに残るため、電流が急激に変化（減少）する。その大きな電流変化率に起因してスパークが発生する。

それに対し、図１４に示すように、本実施形態のモータでは、負極ブラシ５ｂ及び正極ブラシ５ａが、同期供給位置から中心角で所定のズレ角度θずれた位置に配置されている。具体的には、互いに近接する負極ブラシ５ｂと正極ブラシ５ａとが、中心角で実質的に５０度離れた位置に配置されている。換言すれば、各負極ブラシ５ｂが、その同期供給位置から中心角で実質的に５度（ズレ角度θ）、対応する正極ブラシ５ａから離れて位置している。なお、ここでいう実質的とは、製造上生じるばらつきを含むとの意味である。

図１５に、この場合の電流変化を模式的に示す。負極ブラシ５ｂと正極ブラシ５ａとが同期供給位置からずれて配置される結果、各コイル１０では、第１コイル２１と第２コイル２２とで整流のタイミングにずれが発生する。

図１６に示すように、この場合では、例えば、各正極ブラシ５ａが１番、１３番の各セグメント１５に摺接した状態で、各負極ブラシ５ｂが４番と５番、１６番と１７番のそれぞれ２つのセグメント１５，１５に摺接する。この時、同図の（ｂ）に示すように、１番のコイル１０の第２コイル２２は電流が流れている。そして、１番のコイル１０の第１コイル２１は短絡されている（同じ模様のセグメント１５は同電位）。

図１５に示すように、この時、１番のコイル１０では、第２コイル２２がプラス接続期間（第２プラス接続期間ｔ１２）にあり、電流が流れている状態で、第１コイル２１は、プラス接続期間（第１プラス接続期間ｔ１１）から整流期間（第１整流期間ｔ２１）に入り、短絡されて電流量が減少する。その結果、その第１コイル２１の電流変化により、第２コイル２２に電圧が誘導され、第２コイル２２を流れる電流が僅かに増加する。

図１７のように、続いて、各正極ブラシ５ａもそれぞれ１番と２番、１３番と１４番の２つのセグメント１５，１５に摺接すると、第２コイル２２も短絡されて整流期間（第２整流期間ｔ２２）に入る。そうすると、第２コイル２２も電流量が減少するため、第１コイル２１及び第２コイル２２は、互いに電圧を誘導し合い、同様の電流変化率で電流量が減少する。その結果、各コイル２０，２１にプラスの電流が残り難くなるため、スパークの発生が効果的に減少する。

図１８のように、そして、各負極ブラシ５ｂが、４番や１６番のセグメント１５から離れると、第１コイル２１は、マイナス接続期間（第１マイナス接続期間ｔ３１）に入って電流が流れる。その際、第２コイル２２の電流変化により、第１コイル２１に電圧が誘導され、第１コイル２１を流れる電流が僅かに変化する。

図１９のように、続いて、各正極ブラシ５ａが、１番や１３番のセグメント１５から離れると、第２コイル２２もマイナス接続期間（第２マイナス接続期間ｔ３２）に入り、第１コイル２１及び第２コイル２２に電流が流れる。

このように各ブラシ５ａ，５ｂと摺接するセグメント１５が切り替わる時に、各コイル１０の第１コイル２１と第２コイル２２とで整流のタイミングにずれを発生させることにより、スパークの発生を効果的に抑制することができる。リングバリスタやコンデンサなどを用いなくても、巻線構造やブラシの配置を変更するだけでスパークを効果的に防止できる。従って、耐久性や汎用性に優れたモータを提供することができる。

負極ブラシ５ｂ及び正極ブラシ５ａは、同期供給位置から僅かでもずれていればよいが、製造上、安定してずらすためには、少なくともズレ角θを２度以上に設定するのが好ましい。この場合、例えば、危険率５％でズレ角θの平均値が２度以上となるように管理すればよい。

更に、ズレ角θは、１つのセグメント１５に対する中心角（本実施形態では１５度）以下に設定するのが好ましい。ズレ角θを大きくすればするほど、スパークの発生は軽減できるが、モータの出力は低下する。それに対し、ズレ角θを１つのセグメント１５に対する中心角以下に設定すれば、モータ出力の低下を抑制しながら、スパークの発生を効果的に軽減することができる。

（変形例）
複数の負極ブラシ５ｂ及び正極ブラシ５ａを設ける場合、同極のブラシ５は電気角で０度と９０度の位置に配置できる。従って、本実施形態のモータの場合、機械角で１８０度離して配置するのではなく、例えば、図２０に示すように、同極の各ブラシ５を機械角で９０度離して配置できる。

なお、本発明にかかるモータは、前記の実施の形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

例えば、負極ブラシ５ｂ及び正極ブラシ５ａをずらす方向は離れる方向にずらすだけなく、互いに近づく方向にずらしてもよい。もちろん、負極ブラシ５ｂ及び正極ブラシ５ａは相対的にずれていればよく、負極ブラシ５ｂではなく、正極ブラシ５ａをその同期供給位置からずらしてもよい。

本実施形態のモータのように、８ポール１２スロット２４セグメントのモータに限らず、２ポール３スロット６セグメントのモータ等にも適用できる。

本発明のモータは、エンジンのクーリングファン用モータなど、車載モータに利用できる。特に、一方向に回転するモータに好適である。

１ シャフト
２ アーマチュア
３ マグネット
３ａ 磁極
４ コミュテータ
５ａ 正極ブラシ
５ｂ 負極ブラシ
９ ティース
１０ コイル
１１ スロット
１２ 導電線
１５ セグメント
２１ 第１コイル
２２ 第２コイル

Claims (6)

1. 回転可能なシャフトと、
   前記シャフトに同軸に固定され、半径方向に放射状に張り出す複数のティースを有するアーマチュアと、
   互いに隣接する２つの前記ティースの間に設けられる複数のスロットと、
   前記複数のティースのそれぞれに、前記スロットに通しながら導電線を巻回して形成される複数のコイルと、
   前記アーマチュアの周囲に該アーマチュアと隙間を隔てて設けられ、周方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶ磁極を有するマグネットと、
   前記アーマチュアに隣接して前記シャフトに同軸に固定されるコミュテータと、
   前記コミュテータの外周面に周方向に並んで設けられ、前記複数のコイルと接続される複数のセグメントと、
   前記複数のセグメントのうち、いずれかのセグメントに摺接して該セグメントに電流を供給する正極ブラシ及び負極ブラシと、
   を備え、
   前記複数のコイルの各コイルが、
   第１コイルと、
   前記第１コイルと逆向きに巻回される第２コイルと、
   を含み、
   前記正極ブラシ及び負極ブラシを通じて、前記各コイルに一定の周期で電流が供給され、
   前記各コイルにおける前記第１コイル及び前記第２コイルに供給される電流が、同一の巻回方向に流れるように設定されており、これら第１コイル及び第２コイルへの電流の供給タイミングがずれるように、前記正極ブラシ及び前記負極ブラシが配置されているモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記正極ブラシ及び前記負極ブラシのそれぞれは、前記コミュテータの周囲において半径方向に延びるように配置され、
   前記負極ブラシ及び前記正極ブラシは、前記第１コイル及び前記第２コイルに同期して電流を供給する所定の同期供給位置から、中心角で所定のズレ角度ずれた位置に配置され、
   前記ズレ角度が２度以上に設定されているモータ。
3. 請求項２に記載のモータにおいて、
   前記ズレ角度が、１つの前記セグメントに対する中心角以下に設定されているモータ。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のモータにおいて、
   前記磁極、前記スロット、及び前記セグメントの各個数の比が、この順に２：３：６に設定されているモータ。
5. 請求項４に記載のモータにおいて、
   前記磁極、前記スロット、及び前記セグメントの各個数が、この順に８：１２：２４に設定され、
   前記複数のコイルが、それぞれ４つのコイルで構成されるＵ相、Ｖ相、及びＷ相からなる３つのコイル群で構成され、
   前記複数のコイルを所定のコイルから順に周方向に１番〜１２番の番号を付した場合、前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイル群を構成する各コイルは、それぞれ、この順に３ｎ＋１、３ｎ＋２、３ｎ＋３（ｎは０，１，２，３）番目の位置に配置され、
   前記負極ブラシ及び前記正極ブラシが、中心角で実質的に５０度離れた位置に配置されているモータ。
6. 請求項５に記載のモータにおいて、
   前記複数のセグメントを所定のセグメントから順に周方向に１番〜２４番の番号を付した場合、前記複数のコイル及び前記複数のセグメントのうち、１〜６番目の前記各コイル及び１〜１２番の前記各セグメントで構成される第１巻線構造と、７〜１２番目の前記各コイル及び１３〜２４番の前記各セグメントとで構成される第２巻線構造とが、それぞれ対称状に形成され、
   前記第１巻線構造及び前記第２巻線構造のそれぞれに対し、前記負極ブラシ及び前記正極ブラシが１つずつ設けられているモータ。

Images