JP2015186280A - ブラシ付きモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシ付きモータ１０において、アーマチュア１４に流れる電流の電流リップルを小さくする。
【解決手段】ブラシ付きモータ１０において、アーマチュア１４の回転に伴って、導体数が１０本→１１本→１０本→１１本→１０本の順に遷移するので、従来の図１１の整流パターンの遷移に比べて、導体数の変化が小さくなる。このため、バッテリからブラシ３０ａ、３０ｂの間にコンミテータ２０およびアーマチュア１４を通して流れる電流の電流リップルを小さくすることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ブラシ付きモータに関するものである。

従来、ブラシ付きモータにおいて、界磁束を出力するステータと、回転軸に支持されて複数のコイル線材がコアに巻装されてなるアーマチャと、回転軸に支持されて複数のセグメントが円周方向に配列されているコンミテータとを備えるものがある（例えば、特許文献１、２参照）。

ブラシ付きモータには、複数のセグメントに対して複数のコイル線材のうち対応するコイル線材の末端部がそれぞれ接続されている。複数のセグメントに摺動して複数のセグメントのうちいずれか対応するセグメントに接触する＋側ブラシおよび−側ブラシが設けられている。したがって、コンミテータに回転に伴って、複数のセグメントのうち＋側ブラシおよび−側ブラシに接触する２つのセグメントが順次代わる。このため、複数のコイル線材のうち＋側ブラシおよび−側ブラシの間で電流が流れるコイル線材（以下、導体巻線という）が順次代わる。このため、導体巻線には、ステータから出力される界磁束に基づき回転力が発生することができる。

特開２００８−７９４５１号公報 特開２００４−２４８４６０号公報

本発明者は、＋側ブラシおよび−側ブラシと複数のセグメントとの間の接触状態に着目して、複数のセグメントおよびアーマチャを通して＋側ブラシおよび−側ブラシの間に流れる電流の電流リップルを小さくすることを検討した。

例えば、アーマチャが回転軸とともに回転して、＋側ブラシ２ａおよび−側ブラシ２ｂと複数のセグメント１との間の接触状態が図１１（ａ）の整流パターン→図１１（ｂ）の整流パターン→図１１（ｃ）の整流パターンの順に変化すると、複数の巻線３のうち導体巻線の数（以下、導体数という）が変化する。

図１１（ａ）は、＋側ブラシ２ａおよび−側ブラシ２ｂが複数のセグメント１のうち対応する１つのセグメント１にそれぞれ接触して、導体数が１２本になる整流パターンを示す。

図１１（ｂ）は、＋側ブラシ２ａおよび−側ブラシ２ｂが複数のセグメント１のうち対応する２つのセグメント１にそれぞれ接触して、導体数が１０本になる整流パターンを示す。

図１１（ｃ）は、＋側ブラシ２ａおよび−側ブラシ２ｂが複数のセグメント１のうち対応する１つのセグメント１にそれぞれ接触して、導体数が１２本になる整流パターンを示す。

このように、アーマチャが回転軸とともに回転して、＋側ブラシ２ａおよび−側ブラシ２ｂと複数のセグメント１との間の接触状態が変化することにより、導体数が変化する。このため、＋側ブラシ２ａおよび−側ブラシ２ｂの間の抵抗値が変化するので、＋側ブラシ２ａおよび−側ブラシ２ｂの間の電流値が変化する。このため、図１２に示すように、＋側ブラシ２ａおよび−側ブラシ２ｂの間でアーマチャを通して流れる電流に電流リップルが生じることになる。

本発明は上記点に鑑みて、アーマチャに流れる電流リップルを小さくするようにしたブラシ付きモータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、界磁束を発生させるステータ（１１）と、回転軸（１５）に支持されて、複数のコイル線材がコアに巻装されてなるアーマチャ（１４）と、回転軸に支持されて回転軸を中心とする円周方向に配列されている複数のセグメント（２３）を備え、複数のセグメントには、コイル線材のうち対応するコイル線材の末端部がそれぞれ接続されているコンミテータ（２０）と、コンミテータの回転に伴って複数のセグメントに摺道して複数のセグメントのうち接触するセグメントを順次代える正側ブラシおよび負側ブラシ（３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ）と、を備え、正側ブラシおよび負側ブラシは、複数のコイル線材に対して接触するセグメントを通して電圧を与えるものであり、複数のコイル線材のうち正側ブラシおよび負側ブラシの間で接触するセグメントを通して電流が流れるコイル線材には、界磁束に基づき回転力が発生するようになっており、コンミテータの回転に伴って、複数のコイル線材のうち正側ブラシおよび負側ブラシの間で接触するセグメントを通して電流が流れるコイル線材（以下、導体巻線という）の数がＮになる第１整流パターンと導体巻線の数がＭ（≠Ｎ）になる第２整流パターンとを交互に繰り返し、正側ブラシおよび負側ブラシにより複数のコイル線材のうち両方の末端部が短絡するコイル線材（以下、短絡巻線という）が発生するタイミングが正側ブラシ側と負側ブラシ側とで不均衡となる不均衡パターンにより第１、第２の整流パターンのうち少なくとも一方の整流パターンを構成するように正側ブラシおよび負側ブラシが形成されていることを特徴としている。

したがって、請求項１に記載の発明によれば、短絡巻線が発生するタイミングが正側ブラシと負側ブラシとで不均衡となる不均衡パターンにより第１、第２の整流パターンのうち少なくとも一方の整流パターンを構成されている。このため、第１整流パターンの導体数および第２整流パターンの導体数の差分（｜Ｍ−Ｎ｜）を小さくすることができる。したがって、正側ブラシおよび負側ブラシの間で複数のコイル線材に流れる電流リップルを小さくすることができる。すなわち、アーマチャに流れる電流リップルを小さくすることができる。なお、Ｎ、Ｍは、互いに異なる整数である。

請求項６に記載の発明では、界磁束を発生させるステータ（１１）と、回転軸（１５）に支持されて、複数のコイル線材がコアに巻装されてなるアーマチャ（１４）と、回転軸に支持されて回転軸を中心とする円周方向に配列されている複数のセグメント（２３）を備え、複数のセグメントには、コイル線材のうち対応するコイル線材の末端部がそれぞれ接続されているコンミテータ（２０）と、コンミテータの回転に伴って複数のセグメントに摺道して複数のセグメントのうち接触するセグメントを順次代える複数の正側ブラシおよび複数の負側ブラシ（３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ）と、を備え、複数の正側ブラシおよび複数の負側ブラシは、正側ブラシおよび負側ブラシが交互に位置するように円周方向に並べられており、複数の正側ブラシおよび複数の負側ブラシは、複数のコイル線材に対して接触するセグメントを通して電圧を与えるものであり、複数のコイル線材のうち正側ブラシおよび負側ブラシの間で接触するセグメントを通して電流が流れるコイル線材には、界磁束に基づき回転力が発生するようになっており、コンミテータの回転に伴って、複数のコイル線材のうち正側ブラシおよび負側ブラシの間で接触するセグメントを通して電流が流れるコイル線材（以下、導体巻線という）の数がＮになる第１整流パターンと導体巻線の数がＭ（≠Ｎ）になる第２整流パターンとを交互に繰り返し、正側ブラシおよび負側ブラシの間毎に正側ブラシおよび負側ブラシの間に生じる導体巻線の数が均衡にならない不均衡パターンにより第１、第２の整流パターンのうち少なくとも一方の整流パターンを構成するように正側ブラシおよび負側ブラシが形成されていることを特徴としている。

したがって、請求項６に記載の発明によれば、正側ブラシおよび負側ブラシの間毎に正側ブラシおよび負側ブラシの間に生じる導体巻線の数が不均衡になる不均衡パターンにより第１、第２の整流パターンのうち少なくとも一方の整流パターンを構成することができる。このため、第１整流パターンの導体数および第２整流パターンの導体数の差分（｜Ｍ−Ｎ｜）を小さくすることができる。したがって、正側ブラシおよび前記負側ブラシの間で複数のコイル線材に流れる電流リップルを小さくすることができる。すなわち、アーマチャに流れる電流に生じる電流リップルを小さくすることができる。なお、Ｎ、Ｍは、互いに異なる整数である。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態におけるブラシ付きモータを回転軸の軸線方向から視た図である。 図１のブラシ付きモータにおいて、回転軸、アーマチュア、およびコンミテータを示す斜視図である。 （ａ）〜（ｅ）は、図１のブラシ付きモータの整流パターンの遷移を示す図である。 図１のブラシ付きモータのアーマチュアに流れる電流の変化を示す図である。 本発明の第２実施形態におけるブラシ付きモータの整流パターンの遷移を示す図である。 図５のブラシ付きモータのアーマチュアに流れる電流の変化を示す図である。 比較例におけるブラシ付きモータの整流パターンの遷移を示す図である。 図７のブラシ付きモータのアーマチュアに流れる電流の変化を示す図である。 本発明の第３実施形態におけるブラシ付きモータの整流パターンの遷移を示す図である。 図９のブラシ付きモータのアーマチュアに流れる電流の変化を示す図である。 比較例におけるブラシ付きモータの整流パターンの遷移を示す図である。 図１１のブラシ付きモータのアーマチュアに流れる電流の変化を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１、図２に本発明に係るブラシ付きモータ１０の第１実施形態を示す。

本実施形態のブラシ付きモータ１０は、図１に示されているように、界磁束を形成するステータ１１を備えており、ステータ１１は鉄等の磁性材料により一端が閉塞し他端が開口した円筒形状に形成されたヨーク１２と、このヨーク１２の内周面に同心円に配列されて固定された一対のマグネット１３ａ、１３ｂとにより構成されている。

一対のマグネット１３ａ、１３ｂは、その断面が円弧状の永久磁石であって、ヨーク１２の内周面に互いに対向するように配置されている。マグネット１３ａは、径方向内側をＮ極とし、径方向外側をＳ極としている。マグネット１３ｂは、径方向内側をＳ極として、径方向外側をＮ極としている。

ステータ１１の中心線上にはアーマチュア１４が、微小隙間（エアギャップ）を介してマグネット１３、１３と対向するように軸架されて回転自在に支承されている。すなわち、アーマチュア１４の回転軸１５の軸線は、ヨーク１２の中心線と一致している。回転軸１５は、不図示の軸受により回転自在に支持されている。

回転軸１５の軸線方向一端側（図２中下側）の外周にはコア１８が固定されており、コア１８には複数のコイル線材１９が巻装されている。

本実施形態においては、アーマチュア１４には、コア１８に巻装された複数のコイル線材１９により複数の磁極が構成されている。具体的には、コア１８に１２個のコイル線材１９が巻装されて１２個の磁極が構成されている。

図１に示されているように、回転軸１５のうちアーマチュア１４に対して軸線方向他端側（図２中上側）には全体的に円盤形状に形成されたコンミテータ２０が配置されている。コンミテータ２０は、図１および図２に示されているように、絶縁性を有する熱硬化樹脂が使用されて円盤形状に形成されたベース２１を備えている。ベース２１の中心線上には軸孔が開設されている。ベース２１は軸孔に回転軸１５を圧入することにより、回転軸１５に固定される。

ベース２１の外周には、セグメント２３が複数個（図２中の１２個）、円周方向において等間隔の放射状に配置されている。つまり、複数個のセグメント２３が回転軸１５を中心とする円周方向に並べられている。複数個のセグメント２３は、それぞれ、電気絶縁された状態で、ベース２１に固定されている。このことにより、複数個のセグメント２３が回転軸１５に支持されていることになる。複数個のセグメント２３は、それぞれ銅などの導電性材料からなる薄板片である。複数個のセグメント２３には、複数のコイル線材１９のうち対応するコイル線材１９の末端部が溶接等により接続されている。

図１に示されているように、回転軸１５に固定されたコンミテータ２０の径方向外側には、一対のブラシ３０ａ、３０ｂが設置されている。一対のブラシ３０ａ、３０ｂは、カーボンと銅の混合物からなり、ステータ１１側に支持されている。一対のブラシ３０ａ、３０ｂは、回転軸１５の軸芯を中心として１８０°円周方向にオフセットした位置に配置されて、複数個のセグメント２３に摺動する一対のブラシである。一対のブラシ３０ａ、３０ｂは、コンミテータ２０を介してアーマチュア１４に対して電圧を与えるために用いられる。

本実施形態の一対のブラシ３０ａ、３０ｂは、それぞれ異なる形状になっている。具体的には、ブラシ３０ａは、バッテリのプラス電極に接続されたもので、２つセグメント２３を常に跨ぐように二股に形成されている。つまり、ブラシ３０ａは、その円周方向の寸法が２つセグメント２３の円周方向の寸法と同一になっている。ブラシ３０ｂは、バッテリのマイナス電極に接続され、１つのセグメント２３に対応するように形成されている。ブラシ３０ｂは、その円周方向の寸法が１つセグメント２３の円周方向の寸法と同一になっている。なお、以下、説明の便宜上、ブラシ３０ａを＋側ブラシ（正側ブラシ）３０ａとし、ブラシ３０ｂを−側ブラシ（負側ブラシ）３０ｂとする。

次に、本実施形態のブラシ付きモータ１０の作動について図３、図４を参照して説明する。

まず、＋側ブラシ３０ａがバッテリのプラス電極に接続され、−側ブラシ３０ｂにバッテリのマイナス電極に接続されると、バッテリのプラス電極からの電流が＋側ブラシ３０ａ→セグメント２３→コイル線材１９→セグメント２３→−側ブラシ３０ｂ→バッテリのマイナス電極の順に流れることにより、アーマチュア１４の複数の磁極のうち所定の磁極が励磁される。この励磁した所定の磁極の磁束がステータ１１の界磁束を切ることにより、アーマチュア１４が回転軸１５とともに回転する回転力が発生する。

この際、アーマチュア１４が回転すると、複数のセグメント２３のうち＋側ブラシ３０ａが接触するセグメント２３と−側ブラシ３０ｂが接触するセグメント２３とが順次代わる。このため、アーマチュア１４の複数の磁極のうち励磁する磁極が円周方向に進む。このようにして、一対のブラシ３０ａ、３０ｂ、コンミテータ２０、および複数のコイル線材１９が回転磁界を自己制御的に形成することにより、アーマチュア１４に回転力が発生して、コンミテータ２０、アーマチュア１４、および回転軸１５が回転し続ける。

以下、本実施形態のコンミテータ２０に対するブラシ３０ａ、３０ｂの接触位置の遷移について説明する。

図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に、本実施形態のコンミテータ２０に対するブラシ３０ａ、３０ｂの接触位置を示す整流パターンを示す。図３（ａ）〜（ｅ）は、１２個のセグメント２３の展開図、およびブラシ３０ａ、３０ｂを示す図である。

本実施形態では、アーマチュア１４の回転に伴って、コンミテータ２０に対するブラシ３０ａ、３０ｂの接触状態は、図３（ａ）の整流パターン→図３（ｂ）の整流パターン→図３（ｃ）の整流パターン→図３（ｄ）の整流パターン→図３（ｅ）の整流パターンの順に遷移する。

図３（ａ）では、＋側ブラシ３０ａが２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じ、−側ブラシ３０ｂが２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じている。このため、一対のブラシ３０ａ、３０ｂ、１２個のセグメント２３、および１２本のコイル線材１９は、短絡巻線が発生するタイミングが正側ブラシ側と負側ブラシ側とで均衡となるパターン（以下、均衡パターンという）を構成している。この場合、１２本のコイル線材１９のうち電流が流れるコイル線材１９の数（以下、導体数という）は、１０本（＝Ｎ）になる。

ここで、短絡巻線とは、両方の末端部がブラシによって短絡して電流が流れない巻線である。以下、一対のブラシ３０ａ、３０ｂの間で電流が流れるコイル線材１９を導体巻線という。

図３（ｂ）では、＋側ブラシ３０ａが２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じ、−側ブラシ３０ｂが１つセグメント２３に接触して短絡巻線が生じていない。このため、一対のブラシ３０ａ、３０ｂ、１２個のセグメント２３、および１２本のコイル線材１９は、短絡巻線が発生するタイミングが正側ブラシ側と負側ブラシ側とで不均衡となるパターン（以下、不均衡パターンという）を構成している。この場合、導体数が１１本（＝Ｍ）になる。

図３（ｃ）では、＋側ブラシ３０ａが３つセグメント２３に接触して２つの短絡巻線が生じ、−側ブラシ３０ｂが１つセグメント２３に接触して短絡巻線が生じていない。このため、一対のブラシ３０ａ、３０ｂ、１２個のセグメント２３、および１２本のコイル線材１９は、不均衡パターンを構成している。この場合、導体数が１０本になる。

図３（ｄ）では、＋側ブラシ３０ａが２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じ、−側ブラシ３０ｂが１つセグメント２３に接触して短絡巻線が生じていない。このため、一対のブラシ３０ａ、３０ｂ、１２個のセグメント２３、および１２本のコイル線材１９は、不均衡パターンを構成している。この場合、導体数が１１本になる。

図３（ｅ）では、＋側ブラシ３０ａが２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じ、−側ブラシ３０ｂが２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じている。このため、一対のブラシ３０ａ、３０ｂ、１２個のセグメント２３、および１２本のコイル線材１９は、均衡パターンを構成している。この場合、導体数が１１本になる。

以上により、導体数が１０本である整流パターンを第１整流パターンとし、導体数が１１本である整流パターンを第２整流パターンとすると、アーマチュア１４の回転に伴って、整流パターンが図３（ａ）→図３（ｂ）→図３（ｃ）→図３（ｄ）→図３（ｅ）の順に遷移することにより、第１整流パターン→第２整流パターン→第１整流パターン→第２整流パターン→第１整流パターンの順に遷移する。このため、バッテリのプラス電極から＋側ブラシ３０ａからコンミテータ２０、アーマチュア１４および−側ブラシ３０ｂを通してバッテリのマイナス電極に流れる電流は、図４に示すように、その電流が大小を交互に繰り返すように変化する。なお、図４中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、図３中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に対応している。

以上説明した本実施形態によれば、＋側ブラシ３０ａは、２つセグメント２３を常に跨ぐように二股に形成されている。−側ブラシ３０ｂは、１つのセグメント２３に対応するように形成されている。このことにより、一対のブラシ３０ａ、３０ｂは、短絡巻線が発生するタイミングが正側ブラシ側と負側ブラシ側とで不均衡となる不均衡パターンによって第１、第２の整流パターンのうち少なくとも一方の整流パターンを構成することになる。このため、本実施形態では、図１１の比較例に比べて、第１の整流パターンの導体数と第２の整流パターンの導体数との差分Δｄを小さくすることができる。本実施形態の差分Δｄは、１本となり、比較例の差分Δｄは、２本になる。

したがって、バッテリからブラシ３０ａ、３０ｂの間にコンミテータ２０およびアーマチュア１４を通して流れる電流リップルを小さくすることができる（図４、図１２参照）。これに伴い、電流リップルが原因で、ブラシ付きモータ１０に生じる振動が大きくなることを未然に抑制することができる。このため、ブラシ付きモータ１０に生じる振動が起因して発生する”いわゆる磁気音“を抑制することができる。なお、図１２中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１１中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応している。

なお、上記第１実施形態では、＋側ブラシ３０ａを、２つセグメント２３を常に跨ぐように二股に形成し、−側ブラシ３０ｂを１つのセグメント２３に対応するように形成した例について説明したが、これに代えて、−側ブラシ３０ｂを、２つセグメント２３を常に跨ぐように二股に形成し、＋側ブラシ３０ａを１つのセグメント２３に対応するように形成してもよい。

（第２実施形態）
本実施形態では、上記第１実施形態の＋側ブラシ３０ａおよび−側ブラシ３０ｂを２つずつ用いる例について説明する。

本実施形態では、２つの＋側ブラシ３０ａおよび２つの−側ブラシ３０ｂは、＋側ブラシ３０ａおよび−側ブラシ３０ｂが交互に配置されるように、回転軸１５を中心とする円周方向に並べられている。２つの＋側ブラシ３０ａは、それぞれ、バッテリのプラス電極に接続されたものであり、２つの−側ブラシ３０ｂは、それぞれ、バッテリのマイナス電極に接続されている。

以下、本実施形態のコンミテータ２０に対するブラシ３０ａ、３０ｂの接触位置の遷移について説明する。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に、本実施形態のコンミテータ２０に対する２対のブラシ３０ａ、３０ｂの接触位置を示す整流パターンを示す。図５（ａ）〜（ｅ）は、１６個のセグメント２３の展開図、および２対のブラシ３０ａ、３０ｂを示す図である。

本実施形態では、アーマチュア１４の回転に伴って、コンミテータ２０に対するブラシ３０ａ、３０ｂの接触状態は、図５（ａ）の整流パターン→図５（ｂ）の整流パターン→図５（ｃ）の整流パターン→図５（ｄ）の整流パターン→図５（ｅ）の整流パターンの順に遷移する。

図５（ａ）では、２つの＋側ブラシ３０ａがそれぞれ２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じ、２つの−側ブラシ３０ｂがそれぞれ２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じている。このため、２対のブラシ３０ａ、３０ｂ、１６個のセグメント２３、および１６本のコイル線材１９は、短絡巻線が発生するタイミングが正側ブラシ側と負側ブラシ側とで均衡となる均衡パターンを構成している。この場合、導体数は、１２本になる。

図５（ｂ）では、２つの＋側ブラシ３０ａがそれぞれ２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じ、２つの−側ブラシ３０ｂがそれぞれ１つセグメント２３に接触して短絡巻線が生じていない。このため、２対のブラシ３０ａ、３０ｂ、１６個のセグメント２３、および１６本のコイル線材１９は、短絡巻線が発生するタイミングが正側ブラシ側と負側ブラシ側とで不均衡となる不均衡パターンを構成している。この場合、導体数が１４本になる。

図５（ｃ）では、２つの＋側ブラシ３０ａがそれぞれ３つセグメント２３に接触して２つの短絡巻線が生じ、２つの−側ブラシ３０ｂがそれぞれ１つセグメント２３に接触している。このため、２対のブラシ３０ａ、３０ｂ、１６個のセグメント２３、および１６本のコイル線材１９は、短絡巻線が発生するタイミングが正側ブラシ側と負側ブラシ側とで不均衡となる不均衡パターンを構成している。この場合、導体数が１２本になる。

図５（ｄ）では、２つの＋側ブラシ３０ａがそれぞれ２つのセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じ、２つの−側ブラシ３０ｂがそれぞれ１つセグメント２３に接触している。このため、２対のブラシ３０ａ、３０ｂ、１６個のセグメント２３、および１６本のコイル線材１９は、短絡巻線が発生するタイミングが正側ブラシ側と負側ブラシ側とで不均衡となる不均衡パターンを構成している。この場合、導体数が１２本になる。

図５（ｅ）では、２つの＋側ブラシ３０ａがそれぞれ２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じ、２つの−側ブラシ３０ｂがそれぞれ２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じている。このため、２対のブラシ３０ａ、３０ｂ、１６個のセグメント２３、および１６本のコイル線材１９は、短絡巻線が発生するタイミングが正側ブラシ側と負側ブラシ側とで均衡となる均衡パターンを構成している。この場合、導体数が１２本になる。

以上により、導体数が１２本である整流パターンを第１整流パターンとし、導体数が１４本である整流パターンを第２整流パターンとすると、アーマチュア１４の回転に伴って、整流パターンが図５（ａ）→図５（ｂ）→図５（ｃ）→図５（ｄ）→図５（ｅ）の順に遷移することにより、第１整流パターン→第２整流パターン→第１整流パターン→第２整流パターン→第１整流パターンの順に遷移する。このため、バッテリのプラス電極から２つの＋側ブラシ３０ａからコンミテータ２０、アーマチュア１４および２つの−側ブラシ３０ｂを通してバッテリのマイナス電極に流れる電流は、図６に示すように、その電流が大小を交互に繰り返すように変化する。

一方、図７の比較例における整流パターンの遷移では、導体数が１２本である整流パターンを第１整流パターンとし、導体数が１６本である整流パターンを第２整流パターンとが交互に繰り返される。このため、本実施形態では、図７の比較例に比べて、第１の整流パターンの導体数と第２の整流パターンの導体数との差分Δｄを小さくすることができる。よって、バッテリから２対のブラシ３０ａ、３０ｂの間にコンミテータ２０およびアーマチュア１４を通して流れる電流リップルを小さくすることができる（図６、図８参照）。図６は、本実施形態の電流リップルを示し、図８は、比較例の電流リップルを示している。なお、図６中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、図５中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に対応している。図８中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図７中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応している。

（第３実施形態）
本実施形態では、上記第１実施形態において、２つセグメント２３を常に跨ぐように二股に形成した一対のブラシと、１つのセグメント２３に対応するように形成した一対のブラシとを用いる例について説明する。

本実施形態では、ブラシ付きモータ１０には、＋側ブラシ３０ａ、−側ブラシ３０ｂと、＋側ブラシ３１ａ、および−側ブラシ３１ｂが設けられている。＋側ブラシ３０ａ、３１ａは、それぞれ、バッテリのプラス電極に接続されている。−側ブラシ３０ｂ、３１ｂは、それぞれ、バッテリのマイナス電極に接続されている。

＋側ブラシ３０ａおよび−側ブラシ３０ｂは、それぞれ、２つセグメント２３を常に跨ぐように二股に形成されている。つまり、＋側ブラシ３０ａおよび−側ブラシ３０ｂは、それぞれの円周方向の寸法が２つセグメント２３の円周方向の寸法と同一になっている。＋側ブラシ３１ａおよび−側ブラシ３１ｂは、それぞれ、１つのセグメント２３に対応するように形成されている。つまり、＋側ブラシ３１ａおよび−側ブラシ３１ｂは、それぞれの円周方向の寸法が１つセグメント２３の円周方向の寸法と同一になっている。そして、ブラシ３０ａ、３１ａ、３０ｂ、３１ｂが＋側ブラシ３０ａ、−側ブラシ３０ｂ、＋側ブラシ３１ａ、および−側ブラシ３１ｂの順に回転軸１５を中心とする円周方向に並べられている。

以下、本実施形態のコンミテータ２０に対するブラシ３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂの接触位置の遷移について説明する。図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に、本実施形態のコンミテータ２０に対するブラシ３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂの接触位置を示す整流パターンを示す。図９（ａ）〜（ｅ）は、１６個のセグメント２３の展開図、およびブラシ３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂを示す図である。

本実施形態では、アーマチュア１４の回転に伴って、コンミテータ２０に対するブラシ３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂの接触状態は、図９（ａ）の整流パターン→図９（ｂ）の整流パターン→図９（ｃ）の整流パターン→図９（ｄ）の整流パターン→図９（ｅ）の整流パターンの順に遷移する。

図９（ａ）では、＋側ブラシ３０ａ、３１ａがそれぞれ２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じ、−側ブラシ３０ｂ、３１ｂがそれぞれ２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じている。

このとき、ブラシ３０ａ、３０ｂの間の導体巻線の数（すなわち、導体数）は３本になる。ブラシ３０ｂ、３１ａの間の導体数は３本になる。ブラシ３１ａ、３１ｂの間の導体数は３本になる。ブラシ３１ｂ、３０ａの間の導体数は３本となる。このため、ブラシ３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、１６個のセグメント２３、および１６本のコイル線材１９は、＋側ブラシおよび−側ブラシの間毎に＋側ブラシおよび−側ブラシの間に生じる導体数が均衡になる均衡パターンを構成している。

図９（ｂ）では、＋側ブラシ３０ａが２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じている。−側ブラシ３０ｂが２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じている。＋側ブラシ３１ａが１つセグメント２３に接触して、−側ブラシ３１ｂが１つセグメント２３に接触している。この場合、導体数が１４本になる。

このとき、ブラシ３０ａ、３０ｂの間の導体数は３本になる。ブラシ３０ｂ、３１ａの間の導体数は３本になる。ブラシ３１ａ、３１ｂの間の導体数は４本になる。ブラシ３１ｂ、３０ａの間の導体数は４本となる。このため、ブラシ３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、１６個のセグメント２３、および１６本のコイル線材１９は、＋側ブラシおよび−側ブラシの間毎に＋側ブラシおよび−側ブラシの間に生じる導体数が不均衡になる不均衡パターンを構成している。

図９（ｃ）では、＋側ブラシ３０ａが２つセグメント２３に接触して２つの短絡巻線が生じ、−側ブラシ３０ｂが３つセグメント２３に接触して２つの短絡巻線が生じている。＋側ブラシ３１ａが１つセグメント２３に接触して、−側ブラシ３１ｂが１つセグメント２３に接触している。この場合、導体数が１２本になる。

このとき、ブラシ３０ａ、３０ｂの間の導体数は２本になる。ブラシ３０ｂ、３１ａの間の導体数は３本になる。ブラシ３１ａ、３１ｂの間の導体数は４本になる。ブラシ３１ｂ、３０ａの間の導体数は３本となる。このため、ブラシ３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、１６個のセグメント２３、および１６本のコイル線材１９は、＋側ブラシおよび−側ブラシの間毎に＋側ブラシおよび−側ブラシの間に生じる導体数が不均衡になる不均衡パターンを構成している。

図９（ｄ）では、＋側ブラシ３０ａが２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じ、−側ブラシ３０ｂが２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じている。＋側ブラシ３１ａが１つセグメント２３に接触して、−側ブラシ３１ｂが１つセグメント２３に接触している。この場合、導体数が１４本になる。

このとき、ブラシ３０ａ、３０ｂの間の導体数は３本になる。ブラシ３０ｂ、３１ａの間の導体数は４本になる。ブラシ３１ａ、３１ｂの間の導体数は４本になる。ブラシ３１ｂ、３０ａの間の導体数は３本となる。このため、ブラシ３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、１６個のセグメント２３、および１６本のコイル線材１９は、＋側ブラシおよび−側ブラシの間毎に＋側ブラシおよび−側ブラシの間に生じる導体数が不均衡になる不均衡パターンを構成している。

図９（ｅ）では、＋側ブラシ３０ａが２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じ、−側ブラシ３０ｂが２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じている。＋側ブラシ３１ａが２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じ、−側ブラシ３１ｂが２つセグメント２３に接触して１つの短絡巻線が生じている。この場合、導体数が１２本になる。

このとき、ブラシ３０ａ、３０ｂの間の導体数は３本になる。ブラシ３０ｂ、３１ａの間の導体数は３本になる。ブラシ３１ａ、３１ｂの間の導体数は３本になる。ブラシ３１ｂ、３０ａの間の導体数は３本となる。このため、ブラシ３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、１６個のセグメント２３、および１６本のコイル線材１９は、＋側ブラシおよび−側ブラシの間毎に＋側ブラシおよび−側ブラシの間に生じる導体数が均衡になる均衡パターンを構成している。

したがって、導体数が１２本である整流パターンを第１整流パターンとし、導体数が１４本である整流パターンを第２整流パターンとすると、アーマチュア１４の回転に伴って、整流パターンが図９（ａ）→図９（ｂ）→図９（ｃ）→図９（ｄ）→図９（ｅ）の順に遷移することにより、第１整流パターン→第２整流パターン→第１整流パターン→第２整流パターン→第１整流パターンの順に遷移する。このため、バッテリのプラス電極から＋側ブラシ３０ａ、３１ａからコンミテータ２０、アーマチュア１４および−側ブラシ３０ｂ、３１ｂを通してバッテリのマイナス電極に流れる電流は、図１０に示すように、その電流が大小を交互に繰り返すように変化する。

以上説明した本実施形態によれば、＋側ブラシ３０ａ、３０ｂは、２つセグメント２３を常に跨ぐように二股に形成されている。−側ブラシ３０ｂ、３１ｂは、１つのセグメント２３に対応するように形成されている。このことにより、ブラシ３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂは、＋側ブラシおよび−側ブラシの間毎に＋側ブラシおよび−側ブラシの間に生じる導体数が均衡にならない不均衡パターンが第１、第２の整流パターンを構成する。このため、本実施形態では、図７の比較例に比べて、第１の整流パターンの導体数と第２の整流パターンの導体数との差分Δｄを小さくすることができる。本実施形態の差分Δｄは、２本となり、比較例の差分Δｄは、４本になる。したがって、バッテリからブラシ３０ａ、３０ｂの間にコンミテータ２０およびアーマチュア１４を通して流れる電流リップルを小さくすることができる。

なお、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の整流パターンは、全て、＋側ブラシおよび−側ブラシの間毎に＋側ブラシおよび−側ブラシの間に生じる導体数が均衡になる均衡パターンによって構成されている。

（他の実施形態）
上記第１、第２、第３の実施形態では、＋側ブラシ３０ａとして、２つセグメント２３を常に跨ぐように二股に形成したブラシを用いた例について説明したが、これに代えて、＋側ブラシ３０ａとして、３つ以上のセグメント２３を常に跨ぐように形成したブラシを用いてもよい。

上記第３実施形態では、−側ブラシ３０ｂとして、２つセグメント２３を常に跨ぐように二股に形成したブラシを用いた例について説明したが、これに代えて、−側ブラシ３０ｂとして、３つ以上のセグメント２３を常に跨ぐように形成したブラシを用いてもよい。

上記第２、３実施形態では、４つのブラシ３０ａ、３０ｂ（３１ａ、３１ｂ）を用いた例について説明したが、これに代えて、６つ以上のブラシ３０ａ、３０ｂ（３１ａ、３１ｂ）を用いてもよい。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

１０ ブラシ付きモータ
１１ ステータ
１２ ヨーク
１３ａ、１３ｂ マグネット
１４ アーマチュア
１５ 回転軸
１８ コア
１９ コイル線材
２０ コンミテータ
２１ ベース
２３ セグメント
３０ａ ＋側ブラシ（正側ブラシ）
３０ｂ −側ブラシ（負側ブラシ）

Claims (8)

1. 界磁束を発生させるステータ（１１）と、
   回転軸（１５）に支持されて、複数のコイル線材がコアに巻装されてなるアーマチャ（１４）と、
   前記回転軸に支持されて前記回転軸を中心とする円周方向に配列されている複数のセグメント（２３）を備え、前記複数のセグメントには、前記コイル線材のうち対応するコイル線材の末端部がそれぞれ接続されているコンミテータ（２０）と、
   前記コンミテータの回転に伴って前記複数のセグメントに摺道して前記複数のセグメントのうち接触するセグメントを順次代える正側ブラシおよび負側ブラシ（３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ）と、を備え、
   前記正側ブラシおよび前記負側ブラシは、前記複数のコイル線材に対して前記接触するセグメントを通して電圧を与えるものであり、
   前記複数のコイル線材のうち前記正側ブラシおよび前記負側ブラシの間で前記接触するセグメントを通して電流が流れるコイル線材には、前記界磁束に基づき回転力が発生するようになっており、
   前記コンミテータの回転に伴って、前記複数のコイル線材のうち前記正側ブラシおよび前記負側ブラシの間で前記接触するセグメントを通して電流が流れるコイル線材（以下、導体巻線という）の数がＮになる第１整流パターンと前記導体巻線の数がＭ（≠Ｎ）になる第２整流パターンとを交互に繰り返し、
   前記正側ブラシおよび前記負側ブラシにより前記複数のコイル線材のうち両方の前記末端部が短絡するコイル線材（以下、短絡巻線という）が発生するタイミングが前記正側ブラシ側と前記負側ブラシ側とで不均衡となる不均衡パターンにより前記第１、第２の整流パターンのうち少なくとも一方の整流パターンを構成するように前記正側ブラシおよび前記負側ブラシが形成されていることを特徴とするブラシ付きモータ。
2. 前記正側ブラシおよび前記負側ブラシのうちいずれか一方のブラシは、前記複数のセグメントのうち２つ以上のセグメントを常に跨ぐように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシ付きモータ。
3. 前記コンミテータの回転に伴って、
   前記短絡巻線が発生するタイミングが前記正側ブラシ側と前記負側ブラシ側とで均衡となる均衡パターンにより構成される前記第１整流パターン、
   前記不均衡パターンにより構成される前記第２整流パターン、
   前記不均衡パターンにより構成される前記第１整流パターン、
   前記不均衡パターンにより構成される前記第２整流パターン、
   前記均衡パターンにより構成される前記第１整流パターンの順に遷移することを特徴とする請求項１または２に記載のブラシ付きモータ。
4. 前記複数のセグメントには、複数の前記正側ブラシ、および複数の前記負側ブラシが摺動するようになっており、
   全ての前記複数の正側ブラシ、或いは全ての前記複数の負側ブラシが前記複数のセグメントのうち２つ以上のセグメントを常に跨ぐようにそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシ付きモータ。
5. 前記コンミテータの回転に伴って、
   前記短絡巻線が発生するタイミングが前記正側ブラシ側と前記負側ブラシ側とで均衡となる均衡パターンにより構成される前記第１整流パターン、
   前記不均衡パターンにより構成される前記第２整流パターン、
   前記不均衡パターンにより構成される前記第１整流パターン、
   前記不均衡パターンにより構成される前記第２整流パターン、
   および前記均衡パターンにより構成される前記第１整流パターンの順に遷移することを特徴とする請求項１または４に記載のブラシ付きモータ。
6. 界磁束を発生させるステータ（１１）と、
   回転軸（１５）に支持されて、複数のコイル線材がコアに巻装されてなるアーマチャ（１４）と、
   前記回転軸に支持されて前記回転軸を中心とする円周方向に配列されている複数のセグメント（２３）を備え、前記複数のセグメントには、前記コイル線材のうち対応するコイル線材の末端部がそれぞれ接続されているコンミテータ（２０）と、
   前記コンミテータの回転に伴って前記複数のセグメントに摺道して前記複数のセグメントのうち接触するセグメントを順次代える複数の正側ブラシおよび複数の負側ブラシ（３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ）と、を備え、
   前記複数の正側ブラシおよび前記複数の負側ブラシは、前記正側ブラシおよび前記負側ブラシが交互に位置するように円周方向に並べられており、
   前記複数の正側ブラシおよび前記複数の負側ブラシは、前記複数のコイル線材に対して前記接触するセグメントを通して電圧を与えるものであり、
   前記複数のコイル線材のうち前記正側ブラシおよび前記負側ブラシの間で前記接触するセグメントを通して電流が流れるコイル線材には、前記界磁束に基づき回転力が発生するようになっており、
   前記コンミテータの回転に伴って、前記複数のコイル線材のうち前記正側ブラシおよび前記負側ブラシの間で前記接触するセグメントを通して電流が流れるコイル線材（以下、導体巻線という）の数がＮになる第１整流パターンと前記導体巻線の数がＭ（≠Ｎ）になる第２整流パターンとを交互に繰り返し、
   前記正側ブラシおよび前記負側ブラシの間毎に前記正側ブラシおよび前記負側ブラシの間に生じる前記導体巻線の数が均衡にならない不均衡パターンにより前記第１、第２の整流パターンのうち少なくとも一方の整流パターンを構成するように前記正側ブラシおよび前記負側ブラシが形成されていることを特徴とするブラシ付きモータ。
7. 前記複数の正側ブラシのうち１つの正側ブラシと、前記複数の負側ブラシのうち１つの負側ブラシとがそれぞれ２つ以上のセグメントを常に跨ぐように形成されていることを特徴とする請求項６に記載のブラシ付きモータ。
8. 前記コンミテータの回転に伴って、
   前記正側ブラシおよび前記負側ブラシの間毎に前記正側ブラシおよび前記負側ブラシの間の前記導体巻線の数が均衡となる均衡パターンにより構成される前記第１整流パターン、
   前記不均衡パターンにより構成される前記第２整流パターン、
   前記不均衡パターンにより構成される前記第１整流パターン、
   前記不均衡パターンにより構成される前記第２整流パターン、
   および前記均衡パターンにより構成される前記第１整流パターンの順に遷移することを特徴とする請求項６または７に記載のブラシ付きモータ。

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