JP2013220027A

JP2013220027A - ブラシ装置及び直流モータ

Info

Publication number: JP2013220027A
Application number: JP2013159465A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Harada; 佳彦原田
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2013-10-24

Abstract

【課題】小型化を図ることができるブラシ装置（直流モータ）を提供する。
【解決手段】ブラシ装置４０は、ブラシ４３ａ〜４３ｃを保持するためのベースとなる基板４１の平板面が回転軸２４と直交するように配置されるとともに、１８０°を若干超える円弧状をなす基板４１の両端部がネジ４４にてハウジング３１の開口部に固定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ブラシ装置及び直流モータに関するものである。

モータでは、例えば車両搭載性の向上等の要求から常に小型化が求められており、特許文献１のワイパモータでは、減速機構等が収容されるギヤハウジングの外側面に、作動するクランクアームとの接触を回避する凹設部を形成することでクランクアームの位置を低くし、ワイパアームの薄型化が図られている。

特開２００８−３５５９３号公報

ところで、ギヤハウジング外側面の凹設部は内部では膨出部となっており、その内部に配置される装置（部品）、この場合ブラシ装置であり、該ブラシ装置の構成や形状を膨出部に対応させることで、該ハウジング外側面の凹設部の形成を可能とし、その分の小型化が可能となっている。つまり、ブラシ装置の構成を見直すことで、モータの小型化が図られる。

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、小型化を図ることができるブラシ装置及び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、直流モータの回転軸に固定される整流子に接触して給電するブラシと該ブラシを保持するためのベースとなる基板とを備えたブラシ装置であって、前記基板の平板面が前記回転軸と直交するように配置されて、１８０°を若干超える円弧状をなす前記基板の両端部が被固定部に固定されることをその要旨とする。

この発明では、ブラシ装置は、ブラシを保持するためのベースとなる基板の平板面が回転軸と直交するように配置されるとともに、１８０°を若干超える円弧状をなす基板の両端部が被固定部に固定される。つまり、略１８０°の円弧状に基板を構成することでブラシ装置の小型化、ひいては直流モータの小型化に寄与できる。また、ブラシ装置は、円弧状の基板の両端部で固定、即ち回転軸を挟んだ対向位置で固定されるため、円弧状の基板を用いても安定して固定できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のブラシ装置を備えた直流モータである。
この発明では、小型化が図られるブラシ装置を備えることで、直流モータの小型化に貢献できる。

本発明によれば、小型化を図ることができるブラシ装置及び直流モータを提供することができる。

本実施形態におけるワイパモータの概略構成図である。本実施形態におけるブラシ装置部分の断面図である。本実施形態における給電ブラシの配置図である。本実施形態におけるモータ部の展開図である。別例におけるブラシ装置部分の断面図である。別例における給電ブラシの配置図である。別例におけるブラシ装置部分の断面図である。別例におけるブラシ装置部分の断面図である。別例におけるブラシ装置部分の断面図である。

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、本実施形態のワイパモータ１０を示す。ワイパモータ１０は、車両用ワイパ装置（図示略）の駆動源として用いられるものであり、該モータ１０の出力軸１１に固定されたクランクアーム１２を旋回動作させ、該アーム１２に駆動連結されたワイパ（図示略）の払拭動作が行われる。ワイパモータ１０は、ブラシ付き直流モータにて構成されるモータ部１３と減速部１４とが一体に組み付けられてなる。

モータ部１３において、有底円筒状をなすヨークハウジング２１の内周面にはマグネット２２が固着され、該マグネット２２の内側には電機子２３が回転可能に収容されている。電機子２３は、回転軸２４に固定された電機子コア２５のティース２５ａにコイル２６が巻回され、同じく回転軸２４に固定された整流子２７のセグメント２７ａにコイル２６の端末線が接続されてなる。

ここで、図１及び図４に示すように、モータ部１３にて使用するマグネット２２は４個（４磁極）であり、それぞれ略９０°の角度範囲の円弧状に形成されている。これに対応して、コア２５のティース２５ａ及び整流子２７のセグメント２７ａは共に１６個であり、４個のティース２５ａに跨るようにコイル２６が分布巻きにて巻回されティース１個ずらしながら１６個（１６磁極）が構成され、各コイル２６から延びる２本の端末線は、各コイル２６の中心側に位置する隣り合う２個のセグメント２７ａにそれぞれ接続されている。また、この１６個のセグメント２７ａは、１８０°位置にあるセグメント２７ａ同士を同電位とすべく互いが短絡線２８にて短絡されている。

つまり、４個（４磁極）のマグネット２２とすることで、その磁極数に対応したコイル２６の分布巻き時に跨るティース２５ａの数が少なく、該コイル２６の巻回角度範囲が小さくなる設定となっている。そのため、１６個（１６磁極）分のコイル２６を巻回した場合の電機子コア２５の軸方向端面上での重なりが少なく、電機子コア２５の軸方向端面からのコイル２６の盛り上がり高さが低く抑えられている。これにより、図１に示すように、電機子コア２５の基端側の軸方向端面２５ｘからヨークハウジング２１の底部２１ａまでの距離Ｄ１や、電機子コア２５の先端側の軸方向端面２５ｙから整流子２７までの距離Ｄ２を短くすることができ、モータ部１３の軸方向の小型化が図られている。

電機子２３の回転軸２４の基端部（反整流子２７側）は、ヨークハウジング２１の底部に設けられる軸受２９にて回転可能に支持されている。尚、軸受２９は、調芯機能のない一般的な滑り軸受よりなり、単純構成にて軸受２９自身及び軸受２９周りの小型化が図られ、モータ部１３の小型化に寄与している。回転軸２４の先端部にはウォーム２４ａが形成されており、その先端側が減速部１４のギヤハウジング３１内に挿入され軸受３０等にて回転可能に支持されている。

減速部１４において、ギヤハウジング３１は、減速機構を構成するウォームホイール３２等を収容すべく所定形状に形成され、ヨークハウジング２１と固定されている。ギヤハウジング３１内には、モータ部１３から突出する回転軸２４のウォーム２４ａと噛合するウォームホイール３２が回転可能に収容され、該ウォームホイール３２は、同軸上に配置される前記出力軸１１と一体回転するように駆動連結されている。出力軸１１は、回転軸２４に対して直交するように配置され、該出力軸１１の先端部１１ａにクランクアーム１２が固定されている。そして、モータ部１３の駆動による回転軸２４（ウォーム２４ａ）の回転がウォームホイール３２を介して出力軸１１に伝達され、ワイパによる払拭動作を行わせるべくクランクアーム１２を旋回させる。

図２及び図３に示すように、ギヤハウジング３１におけるヨークハウジング２１側の開口部３１ａ内には、整流子２７に接触して電機子２３のコイル２６への通電を行うブラシ装置４０が組み付けられている。ブラシ装置４０は、基板４１、ホルダ４２ａ〜４２ｃ及びブラシ４３ａ〜４３ｃを備えてなる。

基板４１は、１８０°を若干超える範囲の円弧状をなし、その平板面が回転軸２４の直交するようにギヤハウジング３１の開口部３１ａ内に配置されている。円弧状をなす基板４１は、出力軸１１の先端が上方を向くようにギヤハウジング３１（ワイパモータ１０）を配置した場合に、回転軸２４の軸中心Ｏを通る水平線Ｌ１から下側半分に該基板４１の略全体が位置するように配置され、円弧状の各端部における前記水平線Ｌ１上でネジ４４によるハウジング３１の開口部３１ａへの固定がなされている。

基板４１の一側面上（モータ部１３側の平板面上）には、略四角筒状をなす３個のホルダ４２ａ〜４２ｃが所定角度間隔を以て固定され、対応するホルダ４２ａ〜４２ｃにてそれぞれ四角柱状をなす低速駆動用ブラシ４３ａ、高速駆動用ブラシ４３ｂ、及び共通ブラシ４３ｃの３個の給電ブラシが収容されている。各ブラシ４３ａ〜４３ｃは、その周方向幅が整流子２７のセグメント２７ａの周方向幅と略同じに設定されている。各ブラシ４３ａ〜４３ｃは、径方向に移動可能に支持され、径方向内側に位置する整流子２７に向けてスプリング（図示略）の付勢力にて押圧接触する。

各ブラシ４３ａ〜４３ｃの配置について、マグネット２２を４磁極、それに応じたコイル２６の巻回態様から、低速駆動用ブラシ４３ａと共通ブラシ４３ｃとは互いに９０°間隔を以て配置されている。またこの場合、低速駆動用ブラシ４３ａと共通ブラシ４３ｃとは、前記水平線Ｌ１からそれぞれ４５°間隔を以て配置され、垂直線Ｌ２に対して線対称位置に配置されている。高速駆動用ブラシ４３ｂは、低速駆動用ブラシ４３ａと共通ブラシ４３ｃとのなす９０°の角度領域の内側において、その低速駆動用ブラシ４３ａから鋭角の２２．５°（隣接するセグメント２７ａ間の角度相当）ずらして配置されている。ワイパモータ１０は一方向回転駆動されるものであり、整流子２７（電機子２３）の回転方向に向かって、共通ブラシ４３ｃ、高速駆動用ブラシ４３ｂ、低速駆動用ブラシ４３ａの順に配置されている。この順序で配置すれば特性の良いワイパモータ１０になる。そして、ワイパの払拭動作を低速で行う時には、低速駆動用ブラシ４３ａと共通ブラシ４３ｃとで給電を行い、ワイパの払拭動作を高速で行う時には、高速駆動用ブラシ４３ｂと共通ブラシ４３ｃとで給電を行って、モータ部１３の回転速度が低速と高速とで段階的に変更されるようになっている。

また、各ブラシ４３ａ〜４３ｃは上記のような配置としたことで、基板４１の形状を円環状とする必要がなく、円弧状として構成している。そのため、回転軸２４方向から見たギヤハウジング３１の開口部３１ａにおいて、ブラシ装置４０（基板４１）の配置されない側が不要なスペースとなり、該開口部３１ａ内に形成された膨出部３１ｂが位置している。換言すれば、このような膨出部３１ｂの存在で、各ブラシ４３ａ〜４３ｃの配置及び基板４１の形状及び配置の設定がなされている。

膨出部３１ｂは、ギヤハウジング３１の外側面に設けた凹設部３１ｃの形成によるものであり、この凹設部３１ｃの形成にて、出力軸１１を短軸としてクランクアーム１２の位置を低くしつつ、該アーム１２のギヤハウジング３１との接触を回避してその旋回を可能とするものである。これにより、本実施形態のワイパモータ１０は、出力軸１１の軸方向（回転軸２４の軸直交方向）への小型化も図られている。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態のワイパモータ１０では、モータ部１３において、４個（４磁極）のマグネット２２が用いられ、また電機子２３がそのマグネット２２の磁極数に応じて４個のティース２５ａに跨る分布巻きにてコイル２６が巻回されるとともに、所定のもの同士が短絡された１６個のセグメント２７ａを有する整流子２７にコイル２６が接続されて構成されている。つまり、マグネット２２を４磁極として多極化することで、分布巻きの際の複数個のコイル２６間での重なりが少なくなり、電機子コア２５の軸方向端面２５ｘ，２５ｙからのコイル２６の盛り上がり高さを低く抑えることができる。そのため、電機子２３の軸方向の小型化、即ちモータ部１３を軸方向の小型に構成することができる。

また、ブラシ装置４０においては、低速駆動用ブラシ４３ａ、高速駆動用ブラシ４３ｂ、及び共通ブラシ４３ｃを有し、モータ部１３の回転軸２４の軸中心Ｏを通りワイパモータ１０の出力軸１１の直交線（水平線Ｌ１）よりもクランクアーム１２の固定される先端部１１ａとは反対側にずらして３個のブラシ４３ａ〜４３ｃがマグネット２２の磁極数に応じた角度間隔を以て配置されている。つまり、マグネット２２の多極化等に付随して３個のブラシ４３ａ〜４３ｃのうちの外側２つの角度間隔を１８０°未満に集約配置することが可能となり、この場合、前記直交線（水平線Ｌ１）よりもクランクアーム１２の固定される先端部１１ａとは反対側にずらして配置される。これに対し、ギヤハウジング３１には、そのクランクアーム１２との接触を回避する凹設部３１ｃがハウジング３１の外側面に形成され、その外側面への凹設部３１ｃの形成によりハウジング３１内に形成される膨出部３１ｂが前記直交線（水平線Ｌ１）に対するブラシ４３ａ〜４３ｃの配置側とは反対側に位置するように構成されている。

そのため、３個のブラシ４３ａ〜４３ｃと、ハウジング３１内の膨出部、即ちハウジング３１外側面の凹設部３１ｃとの配置関係が合理的で、しかも３個のブラシ４３ａ〜４３ｃが高い集約配置となり凹設部３１ｃの凹設度合いが高められるため、クランクアーム１２の位置をより低く設定でき、出力軸１１の軸方向（回転軸２４の軸直交方向）に小型に構成することができる。これらにより、ワイパモータ１０の一層の小型化を図ることができる。

（２）本実施形態では、ブラシ装置４０は、４個（４磁極）のマグネット２２に応じて低速駆動用ブラシ４３ａと共通ブラシ４３ｃとが９０°間隔で配置され、その９０°の角度範囲の内側に高速駆動用ブラシ４３ｂが配置されて構成されている。つまり、３個のブラシ４３ａ〜４３ｃが高い集約配置となるため、ギヤハウジング３１の凹設部３１ｃの凹設度合いを高めてクランクアーム１２の位置がより低く設定可能なため、ワイパモータ１０の一層の小型化に寄与している。

（３）本実施形態では、ブラシ装置４０は、直交線（水平線Ｌ１）の一側に３個のブラシ４３ａ〜４３ｃが収まるように配置されて構成されている。つまり、直交線（水平線Ｌ１）の一側において３個のブラシ４３ａ〜４３ｃが高い集約配置となるため、これによってもギヤハウジング３１の凹設部３１ｃの凹設度合いを高めてクランクアーム１２の位置をより低く設定でき、ワイパモータ１０の一層の小型化に寄与している。

（４）本実施形態では、ブラシ装置４０の基板４１は、その両端が直交線（水平線Ｌ１）を若干超える略１８０°の円弧状に形成され、各両端がハウジング３１の開口部３１ａに対して直交線（水平線Ｌ１）上にてネジ４４による固定がなされている。これにより、円弧状として基板４１の小型化等に寄与でき、また円弧状の基板４１においてその両端部を直交線（水平線Ｌ１）上、即ち回転軸２４を挟んだ対向位置で固定することで安定して固定することができる。

（５）本実施形態では、ブラシ装置４０は、３個のブラシ４３ａ〜４３ｃのうちの外側２つのブラシ４３ａ，４３ｃが直交線（水平線Ｌ１）からそれぞれ等角度間隔（この場合４５°）に配置されて構成されている。これにより、直交線（水平線Ｌ１）、即ちネジ４４による固定部分に対してブラシ４３ａ〜４３ｃがバランス良く配置できる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態での低速駆動用ブラシ４３ａ、高速駆動用ブラシ４３ｂ、及び共通ブラシ４３ｃの配置を適宜変更してもよい。

例えば、図５及び図６に示すように、低速駆動用ブラシ４３ａと共通ブラシ４３ｃとを互いに９０°間隔を以て配置し、各ブラシ４３ａ，４３ｃのなす９０°の角度領域の外側においてその低速駆動用ブラシ４３ａから鋭角の４５°（１つ置いたセグメント２７ａ間の角度相当）ずらして高速駆動用ブラシ４３ｂを配置する。ワイパモータ１０は一方向回転駆動されるものであり、整流子２７（電機子２３）の回転方向に向かって、高速駆動用ブラシ４３ｂ、低速駆動用ブラシ４３ａ、共通ブラシ４３ｃの順に配置されている。この順序で配置すれば特性の良いワイパモータ１０になる。またこの場合、外側に位置する高速駆動用ブラシ４３ｂと共通ブラシ４３ｃとを水平線Ｌ１からそれぞれ２２．５°間隔を以て配置し、垂直線Ｌ２に対して線対称位置に配置する。このようにしても、３個のブラシ４３ａ〜４３ｃが高い集約配置となるため、ギヤハウジング３１の凹設部３１ｃの凹設度合いを高めてクランクアーム１２の位置がより低く設定可能なため、ワイパモータ１０の一層の小型化に寄与できる。

また図７に示すように、ブラシ装置４０の基板４１に、各ブラシ４３ａ〜４３ｃと電気的接続を行うリード線（図示略）を反対面側に導出する切欠き４１ａを設けてもよく、この場合、基板４１の中間位置（ネジ４４による各固定部分から等距離）に設けられ、この切欠き４１ａが高速駆動用ブラシ４３ｂと共通ブラシ４３ｃとの中間位置となるように各ブラシ４３ａ〜４３ｃの配置を全体的にずらしてもよい。因みに、この場合の各ブラシ４３ａ〜４３ｃの配置は、低速駆動用ブラシ４３ａと共通ブラシ４３ｃとの間に高速駆動用ブラシ４３ｂを配置する態様のものである。

また図８に示すように、前記図５で示した各ブラシ４３ａ〜４３ｃの配置態様（低速駆動用ブラシ４３ａと共通ブラシ４３ｃの外側に高速駆動用ブラシ４３ｂを配置する態様）のもので、各ブラシ４３ａ〜４３ｃの配置を全体的にずらすことなく、単に基板４１の中間位置で低速駆動用ブラシ４３ａと共通ブラシ４３ｃとの間に設けてもよい。

また図９に示すように、前記図５で示した各ブラシ４３ａ〜４３ｃの配置態様のものでは、低速駆動用ブラシ４３ａと高速駆動用ブラシ４３ｂとの間のスペースが若干大きいことから、この部分をネジ４４による固定部分として使用してもよい。

・上記実施形態では、コイル２６を１６個（１６磁極）としたが、これに限らず、例えば１２個（１２磁極）としてもよい。
・上記実施形態では、マグネット２２を４個（４磁極）としたが、６個（６磁極）以上としてもよい。

１０…ワイパモータ（直流モータ）、２４…回転軸、２７…整流子、３１ａ…開口部（被固定部）、４０…ブラシ装置、４１…基板、４３ａ…低速駆動用ブラシ（ブラシ）、４３ｂ…高速駆動用ブラシ（ブラシ）、４３ｃ…共通ブラシ（ブラシ）。

Claims

直流モータの回転軸に固定される整流子に接触して給電するブラシと該ブラシを保持するためのベースとなる基板とを備えたブラシ装置であって、
前記基板の平板面が前記回転軸と直交するように配置されて、１８０°を若干超える円弧状をなす前記基板の両端部が被固定部に固定されることを特徴とするブラシ装置。
請求項１に記載のブラシ装置を備えたことを特徴とする直流モータ。