JP2018186655A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】火花抑制効果および電気ノイズ除去効果の双方を高めるとともに、組み立て工数の削減を図ることのできるモータを提供すること。
【解決手段】ロータは、周方向に複数配置される整流子１３と、バリスタ１４と、複数の火花抑制素子１６が実装される配線基板１５と、を有し、基板電極１５１およびバリスタ電極１４１の両方は、一つの整流子端子１３１に対して、同一の導電性材により電気的および機械的に接続される構成としている。
【選択図】図５

Description

本発明は、整流子を有するモータに関する。

従来、ＤＣモータは、ブラシとコミュテータを備えており、ブラシとコミュテータとの機械的接点で火花放電が発生する問題点を有していた。そこで、特許文献１に開示されたＤＣモータでは、リングバリスタをコミュテータに接続する構成を採ることにより、火花放電を抑制するとともに、コミュテータに生じる電気ノイズを除去する。

また、上記特許文献１には、コンデンサを回路基板に半田付けし、この回路基板をコミュテータに接続したＤＣモータも開示される。このようなＤＣモータでも、火花放電の抑制および電気ノイズの除去を行うことができる。

特開２００６−１９７７５４号公報

上記コンデンサは、コミュテータに生じる電気ノイズにより充電されるとともに、充電された電荷を放電する。ここで、コンデンサの放電の緩やかさは、コンデンサの容量に応じて変化する。しかしながら、コンデンサの容量を適切に選定するのは難しく、コンデンサの放電が急激となり易い。この急激な放電が電気ノイズになってしまう。従って、コンデンサでは、バリスタに比べて電気ノイズを除去し難い。一方、リングバリスタは、容量が小さいため、火花を抑制する効果が小さい。

そこで、火花抑制効果および電気ノイズ除去効果の双方を高くするため、コンデンサを実装した回路基板およびリングバリスタの両方を備える構成を考えることはできる。しかしながら、そのような構成では、例えば、コミュテータとリングバリスタ、リングバリスタと回路基板のそれぞれを半田付け等により接続する必要があり、組み立て工数が増大する虞がある。

上記状況に鑑み、本発明は、火花抑制効果および電気ノイズ除去効果の双方を高めるとともに、組み立て工数の削減を図ることのできるモータを提供することを目的とする。

本発明の例示的なモータは、回転軸周りに回転するロータを備え、
前記ロータは、周方向に複数配置される整流子と、バリスタと、複数の火花抑制素子が実装される配線基板と、を有し、
前記整流子は、整流子本体部と、整流子端子と、を有し、
前記バリスタは、前記整流子本体部を外周側から囲む環状であり、周方向に複数配置されるバリスタ電極を上面に有し、
前記配線基板は、前記バリスタの外周側または内周側に配置される環状であり、周方向に複数配置される基板電極を上面に有し、
前記バリスタの上面と前記配線基板の上面とは、軸方向において同じ位置に 配置され、
前記整流子端子は、前記整流子本体部から外周側に延び、前記バリスタ電極と前記基板電極の少なくともいずれかの上に配置され、
前記基板電極および前記バリスタ電極の両方は、一つの前記整流子端子に対して、同一の導電性材により電気的および機械的に接続される構成としている。

例示的な本発明のモータによれば、火花抑制効果および電気ノイズ除去効果の双方を高めるとともに、組み立て工数の削減を図ることが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係るモータの外観を示す斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るモータの縦断面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係るモータの分解斜視図である。 図４は、本発明の一実施形態に係るモータの下部において、蓋部を取り外した状態を示す一部斜視図である。 図５は、本発明の一実施形態に係るモータの一部拡大斜視図である。 図６は、半田付けによる接続箇所を示す上面図である。 図７は、図６に対応する断面図である。 図８は、半田付けによる接続箇所の一変形例を示す上面図である。

以下に本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、回転軸Ｊが延びる方向を「軸方向」と呼び、軸方向が上下方向となる。例えば図２の紙面上側が上下方向における上側となる。また、回転軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、回転軸Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。なお、上記の「上下方向」は、実際の機器に組み込まれたときの位置関係や方向を示すものではない。

＜１．モータの全体構成＞
ここでは、本発明の例示的な実施形態に係るモータの全体構成を説明する。図１は、本実施形態に係るモータ５０の外観を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係るモータ５０の縦断面図である。図３は、本実施形態に係るモータ５０の分解斜視図である。なお、図３は、モータ５０をケース部１と、磁石部３と、それ以外の部分に分解した状態を示す。

モータ５０は、所謂、ブラシ付きのＤＣモータである。モータ５０は、静止部２０と、ロータ２５を備える。ロータ２５は、静止部２０に対して、回転軸Ｊ周りに回転する。

静止部２０は、ケース部１と、蓋部２と、磁石部３と、上軸受部４と、下軸受部５と、第１電極部６Ａと、第２電極部６Ｂと、第１ブラシ７Ａと、第２ブラシ７Ｂを有する。ケース部１は、下方に開口部１Ａを有した略円筒状の部材である。ケース部１の天面部１Ｂには、中央において貫通孔１Ｃが設けられる。上軸受部４は、貫通孔１Ｃに嵌合しつつ天面部１Ｂに固定される。上軸受部４は、例えばスリーブベアリングにより構成される。

蓋部２は、ケース部１の開口部１Ａから内部側へ向けて挿入され、ケース部１の下部に固定される。ケース部１と蓋部２により構成される内部空間に、ロータ２５が収容される。蓋部２には、第１電極部６Ａと第２電極部６Ｂが固定される。第１電極部６Ａと第２電極部６Ｂの各下部は、蓋部２の下面から下側へ突出する。第１電極部６Ａには第１ブラシ７Ａが機械的および電気的に接続され、第２電極部６Ｂには第２ブラシ７Ｂが機械的および電気的に接続される。

蓋部２の平面視中央には、下側へ凹んで構成される軸受保持部２Ａが設けられる。下軸受部５は、軸受保持部２Ａに保持される。下軸受部５は、例えばスリーブベアリングにより構成される。

ロータ２５は、シャフト８と、ロータコア９と、コイル１０と、保持部材１１と、スペーサ１２と、整流子１３と、バリスタ１４と、配線基板１５と、コンデンサ１６を有する。

シャフト８は、軸方向に延びる棒状の部材である。シャフト８の下端部は、下軸受部２Ａに保持される。シャフト８の上部は、上軸受部４を貫通し、上軸受部４の上側に突出する。シャフト８は、上軸受部４および下軸受部５により回転軸Ｊ周りに回転可能に保持される。

ロータコア９は、上軸受部４の下側に配置される。ロータコア９は、中央に配置されるコアバック９Ａと、コアバック９Ａから放射状に径方向外側へそれぞれ延びる６本のティース９Ｂを有する。なお、ティースの本数は６本に限ることはない。各ティース９Ｂは、径方向外側端部において、周方向に拡がる部分を有する。ロータコア９は、例えば磁性鋼板を軸方向に積層して構成される。コアバック９Ａは、軸方向に貫通するシャフト８に固定される。ロータコア９は、例えば圧入によりシャフト８に固定される。

各ティース９Ｂには、コイル１０が巻き回される。すなわち、コイル１０は、６つ周方向に配置される。

ここで、ケース部１の内壁面には、円筒状である磁石部３が固定される。磁石部３の内周面と、各ティース９Ｂとは径方向に対向する。

ロータコア９の下側には、保持部材１１が配置される。保持部材１１の上面はロータコア９の下面に接触する。保持部材１１は、軸方向に貫通するシャフト８に固定される。保持部材１１は、軸方向の途中位置において、径方向外側に略円板状に拡がる円板部１１１を有する。円板部１１１は、周方向に６つ配置される凹部１１１Ａを有する。凹部１１１Ａは、円板部１１１の下面から上側へ凹みつつ、円板部１１１の外周面に開口を有する。

ここで、整流子１３は、周方向に６つ配置される。整流子１３は、径方向に延びる整流子端子１３１と、整流子端子１３１の径方向内側端部から下方向に延びる整流子本体部１３２を有する。整流子本体部１３２は、周方向に湾曲する板状である。整流子端子１３１の径方向内側の一部は、凹部１１１Ａに収容される。整流子端子１３１は、凹部１１１Ａから径方向外側へ突出する。

保持部材１１は、円板部１１１の下側に位置する軸方向に延びる円筒部１１２を有する。各整流子本体部１３２の内周面は、円筒部１１２の外周面に接触する。円環状であるスペーサ１２の上面は、整流子端子１３１の下面に接触する。スペーサ１２の内周縁は、整流子本体部１３２の外周面に接触する。

円環状であるバリスタ１４は、スペーサ１２の径方向外側に配置される。円環状である配線基板１５は、バリスタ１４の径方向外側に配置される。コンデンサ１６は、配線基板１５に実装される。バリスタ１４、配線基板１５、およびコンデンサ１６に関しては、後に詳述する。

ここで、図４は、モータ５０の下部において、蓋部２を取り外した状態を示す一部斜視図である。第１電極部６Ａの先端部６Ａ１は、蓋部２の孔部２Ｂから下側に突出する。第２電極部６Ｂの先端部６Ｂ１は、蓋部２の孔部２Ｃから下側に突出する。

第１ブラシ７Ａは、薄い板状部材であり、一端部７Ａ１、湾曲部７Ａ２、および他端部７Ａ３を有する。一端部７Ａ１は、第１電極部６Ａに固定される。他端部７Ａ３は、一端部７Ａ１と湾曲部７Ａ２を介して接続される。他端部７Ａ３は、湾曲部７Ａ２との接続位置から内周側に向かって延び、整流子本体部１３２と接触可能に配置される。

第２ブラシ７Ｂは、薄い板状部材であり、一端部、湾曲部、および他端部７Ｂ３を有する。上記一端部は、第２電極部６Ｂに固定される。他端部７Ｂ３は、上記一端部と上記湾曲部を介して接続される。他端部７Ｂ３は、上記湾曲部との接続位置から内周側に向かって延び、整流子本体部１３２と接触可能に配置される。

整流子１３は、コイル１０と電気的に接続される。これにより、第１電極部６Ａと第２電極部６Ｂ間に直流電圧を印加すると、第１ブラシ７Ａ、第２ブラシ７Ｂ、整流子１３、よびコイル１０を介する経路で電流が流れる。コイル１０に電流が流れることで、コイル１０とロータコア９により磁束が発生する。発生した磁束と、磁石部３により生じる磁束との相互作用によって、ロータ２５が回転する。ロータ２５が回転することで第１ブラシ７Ａ、第２ブラシ７Ｂと接触する整流子１３が切替えられる。

＜２．整流子、バリスタ、および配線基板に関する構成＞
次に、整流子１３、バリスタ１４、および配線基板１５を用いた構成による火花抑制および電気ノイズ除去について説明する。図５は、整流子１３、バリスタ１４、および配線基板１５をより詳細に示すためのモータ５０の一部拡大斜視図である。

先述したように、整流子１３は、周方向に６つ並べられて配置され、径方向に延びる整流子端子１３１と、周方向に湾曲する板状の整流子本体部１３２を有する。バリスタ１４は、スペーサ１２の径方向外側に配置される。すなわち、バリスタ１４は、整流子本体部１３２を外周側から囲む円環状である。バリスタ１４の上面には、周方向に６つ配置されるバリスタ電極１４１が設けられる。

配線基板１５は、バリスタ１４の径方向外側に配置されるプリント基板である。すなわち、配線基板１５は、バリスタ１４の外周側に配置される環状である。配線基板１５の上面には、周方向に６つ配置されるコンデンサ１６が実装される。配線基板１５は、絶縁材から構成される基材と、基材上に例えば銅箔により構成される配線パターン部と、配線パターン部の上側に配置されるレジスト層を有する。

周方向に隣り合うコンデンサ１６の間には、配線パターン部の一部を構成する一つのパターンが設けられる。当該パターンは、周方向に隣り合うコンデンサ１６のうち一方の一端と、他方の一端とを電気的に接続し、基板電極１５１およびランドパターン１５２を含む。基板電極１５１とランドパターン１５２の上方にはレジスト層が構成されないため、基板電極１５１とランドパターン１５２は上方に露出する。基板電極１５１は、周方向に隣り合うコンデンサ１６の間に配置される。すなわち、基板電極１５１は、周方向に６つ配置される。ランドパターン１５２は、周方向に延びる曲線状であり、基板電極１５１の配置される径方向位置よりも径方向外側に配置される。

ここで、図６は、一つの整流子端子１３１に対してバリスタ電極１４１および基板電極１５１を接続する箇所を上方からの平面視で示した図である。また、図７は、図６に対応する概略断面図である。

バリスタ１４の上面と配線基板１５の上面とは、軸方向において同じ位置に配置される。整流子１３の整流子端子１３１は、バリスタ電極１４１の上方を、バリスタ電極１４１と基板電極１５１との境界近傍まで径方向に延びる。すなわち、整流子端子１３１は、バリスタ電極１４１と基板電極１５１のうちバリスタ電極１４１の上に配置される。

整流子端子１３１に対して、バリスタ電極１４１および配線電極１５１は半田付けによって接続される。具体的には、熱により溶融したひとかたまりの半田４０により整流子端子１３１の上面と側面、バリスタ電極１４１の上面、および配線電極１５１の上面を覆うことで、整流子端子１３１に対してバリスタ電極１４１を機械的および電気的に接続するとともに、整流子端子１３１に対して配線電極１５１を機械的および電気的に接続する。すなわち、基板電極１５１およびバリスタ電極１４１の両方は、一つの整流子端子１３１に対して同一の半田４０により電気的および機械的に接続される。

このような半田付けによる接続は一つ一つの整流子端子１３１に対して行われるので、半田４０による接続箇所は、周方向に６つ配置されることとなる。これにより、周方向に隣り合う整流子１３の間に、一つのバリスタ素子が接続されるとともに、一つのコンデンサ１６が接続される。第１ブラシ７Ａまたは第２ブラシ７Ｂと整流子１３との機械的接点で生じる火花の抑制、および電気ノイズの除去を、バリスタ１４およびコンデンサ１６によって行うことができる。コンデンサ１６は、容量が大きいので、火花を抑制する効果が大きい。且つ、バリスタ１４は、コンデンサのように急激な放電による電気的ノイズが生じることは回避できるので、電気ノイズの除去を行い易い。従って、火花抑制効果および電気ノイズ除去効果の双方を高めることができる。

さらに、先述したように、一つの整流子端子１３１に対して同一の半田４０によってバリスタ電極１４１および配線電極１５１を接続することができるので、接続の工数を抑制することができる。

なお、上記でバリスタ１４の上面と配線基板１５の上面とは、軸方向において同じ位置に配置されるとしたが、これは厳密に軸方向に位置が一致する場合に加えて、半田付けが可能な程度で軸方向に多少位置がずれることも含まれる。また、整流子端子の接続は、半田に限らず、他の導電性材により行ってもよい。例えば、導電性の接着剤による接続を行うことも可能である。また、バリスタ１４をセラミック等により構成する場合は、バリスタ１４の割れを抑制するため、バリスタ１４に対して配線基板１５は若干の隙間を設けて配置させることが望ましい。但し、バリスタ１４を割れにくい材料により構成する場合は、バリスタ１４に対して配線基板１５を隙間なく嵌め込むことで、バリスタ１４と配線基板１５の接続強度を向上させることもできる。

また、ランドパターン１５２は、基板電極１５１の径方向位置よりも径方向外側に設けられるが、このようなことは配線基板１５がバリスタ１４の外周側に配置されるので可能となるのであって、配線基板１５をバリスタ１４の内周側に配置させた場合には不可能となる。ランドパターン１５２を設けることが可能となることにより、回路設計の自由度を向上させることができる。

また、半田４０により整流子端子１３１とバリスタ電極１４１および配線電極１５１が接続される箇所は、本実施形態の例では、周方向に６０度ずつの等間隔に配置される。これにより、周方向において、接続強度を均等にすることができ、特定の箇所で接続強度が弱くなることを抑制できる。なお、上記で等間隔とは、厳密に同じ角度ずつずれている場合に加えて、角度が誤差範囲でずれている場合も含める。

また、基板電極１５１の周方向に延びる長さは、バリスタ電極１４１の周方向に延びる長さに比べて短くしている。これにより、基板電極１５１の両端をコンデンサ１６から離すことができるので、半田付けの際に半田が基板電極１５１上を流れてコンデンサ１６に到達することを抑制できる。また、バリスタ電極１４１の周方向長さを長くすることができるので、バリスタ電極１４１と整流子端子１３１との接続を、より確実なものとすることができる。

また、周方向において隣り合うコンデンサ１６は、平面視において、バリスタ電極１４１を径方向外側へ延長した場合に形成される領域よりも周方向外側にずれて配置される。換言すれば、バリスタ電極１４１は、平面視において、コンデンサ１６と径方向に対向しない。これにより、半田付けの際に半田がバリスタ電極１４１を介してコンデンサ１６に到達することを抑制できる。

＜３．整流子端子の変形例＞
次に、整流子端子の変形例について説明する。整流子端子１３１は、先述した図６に示すバリスタ電極１４１と基板電極１５１との境界よりもさらに基板電極１５１側へ径方向外側に延ばしてもよい。この場合、整流子端子１３１は、バリスタ電極１４１と基板電極１５１の双方の上に配置されることになる。

または、図８に示す上面視での平面図で示す整流子端子１３１１のように、折れ曲がりつつ外周側へ延びる形状としてもよい。すなわち、整流子端子は、径方向に延びることに限ることはない。この場合も、整流子端子１３１１は、バリスタ電極１４１と基板電極１５１の双方の上に配置されることになる。

このように、整流子端子がバリスタ電極と基板電極の双方の上に配置されることにより、基板電極１５１を整流子端子の下面に接触させることで、配線基板１５の軸方向の位置決めを容易とすることができる。

なお、バリスタ１４の内周側に配線基板１５を配置させる構成としてもよく、その場合は、整流子端子は、その外周側に延びる形状によって、基板電極１５１のみの上に配置されてもよいし、基板電極１５１とバリスタ電極１４１の双方の上に配置されてもよい。

＜４．本実施形態による作用効果＞
以上のように、本実施形態に係るモータ５０は、回転軸Ｊ周りに回転するロータ２５を備え、前記ロータ２５は、周方向に複数配置される整流子１３と、バリスタ１４と、複数の火花抑制素子（コンデンサ）１６が実装される配線基板１５と、を有する。

前記整流子１３は、整流子本体部１３２と、整流子端子１３１と、を有し、前記バリスタ１４は、前記整流子本体部１３２を外周側から囲む環状であり、周方向に複数配置されるバリスタ電極１４１を上面に有し、前記配線基板１５は、前記バリスタ１４の外周側または内周側に配置される環状であり、周方向に複数配置される基板電極１５１を上面に有する。

前記バリスタ１４の上面と前記配線基板１５の上面とは、軸方向において同じ位置に 配置され、前記整流子端子１３１は、前記整流子本体部１３２から外周側に延び、前記バリスタ電極１４１と前記基板電極１５１の少なくともいずれかの上に配置され、前記基板電極１５１および前記バリスタ電極１４１の両方は、一つの前記整流子端子１３１に対して、同一の導電性材（半田）４０により電気的および機械的に接続される。

このような構成によれば、火花抑制素子とバリスタの両方を備えるため、整流子とブラシとの機械的接点に生じる火花の抑制と電気ノイズの除去の双方を効果的に行える。さらに、基板電極、バリスタ電極、および整流子端子が１箇所で接続されるため、接続の工数を削減できる。すなわち、組立て工数の削減を図ることができる。

また、前記配線基板１５は、前記バリスタ１４の外周側に配置され、前記配線基板１５は、前記基板電極１５１の配置される径方向位置よりも径方向外側に配線パターン（ランドパターン）１５２を上面に有する。これにより、回路設計の自由度が向上する。

また、前記導電性材４０により接続される複数の箇所は、周方向において等間隔に配置される。これにより、周方向において接続強度を均等にすることができ、特定の箇所で接続強度が弱くなることを抑制できる。

また、前記基板電極１５１の周方向に延びる長さは、前記バリスタ電極１４１の周方向に延びる長さに比べて短い。これにより、接続時に導電性材が基板電極を介して火花抑制素子に到達することを抑制できる。また、バリスタ電極の長さが長いため、バリスタ電極と整流子端子との接続を、より確実なものとすることができる。

また、前記火花抑制素子１６は、平面視において、前記バリスタ電極１４１を径方向へ延長した場合に形成される領域よりも周方向外側にずれて配置される。これにより、接続時に導電性材がバリスタ電極を介して火花抑制素子へ到達することを抑制できる。

また、前記整流子端子１３１は、前記バリスタ電極１４１と前記基板電極１５１の両方の上に配置される。これにより、バリスタと配線基板のうち外周側に配置されるものの軸方向の位置決めが容易となる。

＜５．その他＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変更が可能である。

例えば、火花抑制素子としては、上記実施形態ではコンデンサを例に挙げて説明したが、その他の例えば抵抗素子などを用いることも可能である。

本発明は、様々な用途のブラシ付きＤＣモータに利用可能である。

１・・・ケース部、２・・・蓋部、３・・・磁石部、４・・・上軸受部、５・・・下軸受部、６Ａ・・・第１電極部、６Ｂ・・・第２電極部、７Ａ・・・第１ブラシ、７Ｂ・・・第２ブラシ、８・・・シャフト、９・・・ロータコア、１０・・・コイル、１１・・・保持部材、１２・・・スペーサ、１３・・・整流子、１３１・・・整流子端子、１３２・・・整流子本体部、１４・・・バリスタ、１４１・・・バリスタ電極、１５・・・配線基板、１５１・・・基板電極、１５２・・・ランドパターン、１６・・・コンデンサ、２０・・・静止部、２５・・・ロータ、５０・・・モータ、Ｊ・・・回転軸

Claims (6)

1. 回転軸周りに回転するロータを備え、
   前記ロータは、周方向に複数配置される整流子と、バリスタと、複数の火花抑制素子が実装される配線基板と、を有し、
   前記整流子は、整流子本体部と、整流子端子と、を有し、
   前記バリスタは、前記整流子本体部を外周側から囲む環状であり、周方向に複数配置されるバリスタ電極を上面に有し、
   前記配線基板は、前記バリスタの外周側または内周側に配置される環状であり、周方向に複数配置される基板電極を上面に有し、
   前記バリスタの上面と前記配線基板の上面とは、軸方向において同じ位置に 配置され、
   前記整流子端子は、前記整流子本体部から外周側に延び、前記バリスタ電極と前記基板電極の少なくともいずれかの上に配置され、
   前記基板電極および前記バリスタ電極の両方は、一つの前記整流子端子に対して、同一の導電性材により電気的および機械的に接続される、
   モータ。
2. 前記配線基板は、前記バリスタの外周側に配置され、
   前記配線基板は、前記基板電極の配置される径方向位置よりも径方向外側に配線パターンを上面に有する、請求項１に記載のモータ。
3. 前記導電性材により接続される複数の箇所は、周方向において等間隔に配置される、請求項１または請求項２に記載のモータ。
4. 前記基板電極の周方向に延びる長さは、前記バリスタ電極の周方向に延びる長さに比べて短い、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ。
5. 前記火花抑制素子は、平面視において、前記バリスタ電極を径方向へ延長した場合に形成される領域よりも周方向外側にずれて配置される、請求項４に記載のモータ。
6. 前記整流子端子は、前記バリスタ電極と前記基板電極の両方の上に配置される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のモータ。

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