JP2019134594A

JP2019134594A - ４極２ブラシの電動モータ

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Publication number: JP2019134594A
Application number: JP2018015157A
Authority: JP
Inventors: 秀雄遠藤; Hideo Endo; 佐藤　栄治; Eiji Sato; 栄治佐藤; 真一柳沼; Shinichi Yaginuma; 弘基武田; Hiromoto Takeda; 毅大庭; Takeshi Oba; 井上　浩一; Koichi Inoue; 浩一井上
Original assignee: Calsonic Kansei Corp; Kitashiba Electric Co Ltd
Current assignee: Kitashiba Electric Co Ltd; Marelli Corp
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2019-08-08
Also published as: CN110098701A

Abstract

【課題】４極モータにおいて発生し易い伝導エミッションを有効に低減することができる電動モータを提供する。【解決手段】一対のブラシ５０，５０のいずれもが、隣接する２つのコンミテータ片４１と電気的に接続された非通電コイル発生時間を短縮するように、コンミテータ４０と対向する一対のブラシ５０，５０の周方向の厚みｄを狭幅させたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、筒状のフレームの内面の周方向に交互に磁極が異なるように固定された４極
の永久磁石と、該フレーム内に回転自在に支持された回転軸と、該回転軸に固定されたコ
アと、該コアに形成された複数のスロットと、該複数のスロット間に巻線されたコイルと
、該回転軸に固定され、導電材からなるコンミテータ片を周方向に並べ、該コンミテータ
片を該コイルと電気的に接続したコンミテータと、該コンミテータの表面に摺動する一対
のブラシとを備える４極２ブラシの電動モータに関する。

従来、この種の電動モータとしては、円筒形のフレームに２つの永久磁石が相対向して
設けられた２極モータと、４つの永久磁石が相対向して設けられた４極モータとがある。
２極モータと４極モータとを比較した場合、４極モータは、２極モータに比して、振動お
よび騒音が発生し易いことが知られている。

また、本願発明者らの試験研究によれば、４極モータでは、特に、放射エミッションお
よび伝導エミッションのうち、伝導エミッションが発生し易く、電磁適合性（ＥＭＣ）を
改善させる必要があるとの知見を得た。

電動モータにおけるＥＭＣ対策としては、下記特許文献１に示すように、モータハウジ
ングとエンドキャップとの装着状態を改善することにより、放射エミッションを改善する
ものがあるが、伝導エミッションに対する有効な対策はなく、伝導エミッションに対する
有効な対策が望まれている。

特開２０１０−１３０８９８号公報

以上の事情に鑑みて、本発明は、４極モータにおいて発生し易い伝導エミッションを有
効に低減することができる電動モータを提供することを目的とする。

第１発明の４極２ブラシの電動モータは、筒状のフレームの内面の周方向に交互に磁極
が異なるように固定された４極の永久磁石と、該フレーム内に回転自在に支持された回転
軸と、該回転軸に固定されたコアと、該コアに形成された複数のスロットと、該複数のス
ロット間に巻線されたコイルと、該回転軸に固定され、導電材からなるコンミテータ片を
周方向に並べ、該コンミテータ片を該コイルと電気的に接続したコンミテータと、該コン
ミテータの表面に摺動する一対のブラシと、等電位となるべき該コンミテータ片を接続す
る均圧手段とを備える４極２ブラシの電動モータであって、
前記一対のブラシのいずれもが、隣接する２つの前記コンミテータ片と電気的に接続さ
れた非通電コイル発生時間を短縮するように、前記コンミテータと対向する該一対のブラ
シの周方向の厚みを狭幅させたことを特徴とする。

ここで、本願発明者らは鋭意の試験研究により、伝導エミッションは、ブラシとコンミ
テータとの間のスイッチングに起因するとの知見を得た。

第１発明の４極２ブラシの電動モータは、かかる知見に基づくものであり、前記一対の
ブラシのいずれもが、隣接する２つの前記コンミテータ片と電気的に接続された非通電コ
イル発生時間を短縮するように、前記コンミテータと対向する該一対のブラシの周方向の
厚みを狭幅させることで、電気ノイズの原因となる非通電コイルに流れる逆起電流等を抑
制することができ、伝導エミッションを有効に低減することができる。

このように、第１発明の４極２ブラシの電動モータは、４極モータにおいて発生し易い
伝導エミッションを有効に低減することができる。

第２発明の４極２ブラシの電動モータは、第１発明において、
前記スロットの数が１４で、前記コンミテータ片の数が１４である場合に、前記コンミ
テータと対向する前記一対のブラシの周方向の厚みＹが、該コンミテータ片の周方向の厚
みＸを用いて、Ｙ＝０．６８Ｘの関係式により決定されることを特徴とする。

第２発明の４極２ブラシの電動モータによれば、コンミテータと対向する前記一対のブ
ラシの周方向の厚みＹが、該コンミテータ片の周方向の厚みＸを用いて、Ｙ＝０．６８Ｘ
の関係式により決定することで、実測値において、伝導エミッションが有効に低減させ
ることができることが確認された。

このように、第２発明の４極２ブラシの電動モータは、４極モータにおいて発生し易い
伝導エミッションを実際に有効に低減することができる。

本実施形態の４極２ブラシの電動モータを示す説明図。図１の４極２ブラシの電動モータの特性を示す説明図。図１の４極２ブラシの電動モータの特性を示す説明図。図１の４極２ブラシの電動モータの変更後の特性を示す説明図。図１の４極２ブラシの電動モータの変更後の特性を示す説明図。

図１を参照して、本実施形態の電動モータの構成について説明する。

本実施形態の電動モータ１は、いわゆる４極２ブラシの電動モータである。

具体的には、電動モータ１は、筒状のフレーム１０の内面の周方向に交互に磁極が異な
るように固定された４極の永久磁石１１と、フレーム１０内に回転自在に支持された回転
軸２０と、回転軸２０に固定されたコア３０と、コンミテータ４０と、コンミテータの表
面を摺動する一対のブラシ５０と、一対のブラシ５０を支持するブラシホルダ６０とを備
える。

コア３０は、図１に部分分解図として示すように、複数のスロット３１（スロットの数
は１４）が形成される。そして、複数のスロット３１間には、コイル３２が巻線されてい
る。

コンミテータ４０は、図１に部分分解図として示すように、導電材からなるコンミテー
タ片４１を周方向に並べ（コンミテータ片の数は１４）、コンミテータ片４１はコイル３
２と電気的に接続されている。

また、コンミテータ片４１は、等電位となるべきコンミテータ片４１同士が均圧手段と
しての均圧線（図示省略）により電気的に接続されている。なお、均圧手段は、均圧線に
限られるものではなく、等電位となるべきコンミテータ片４１同士が電気的に接続されれ
ば、コイル同士を接続するようにしてもよい。

ブラシホルダ６０は、合成樹脂製のホルダであって、中空円形の環状枠６１と、環状枠
６１から放射状に、例えば４方向（９０度間隔）に伸びた脚部６２とを備える。

環状枠６１には、傾斜した筒状の部材であって、一対のブラシ５０を内蔵して支持する
一対のブラシロッカー部６３が設けられている。一対のブラシロッカー部６３の間の成す
角αは、通常、９０度となっている。

ブラシ５０は、図示しない付勢手段（例えば、コイルバネ）により周方向内方に付勢さ
れ、コンミテータ片４１と対向するブラシ５０の摺動面５１が、コンミテータ片４１に押
し当てられる。また、ブラシ５０は、摺動面５１と反対側に、ブラシロッカー部６３の切
欠きから導出されるピグテル線５２が接続されており、ピグテル線５２を介して、接続端
子であるコネクタ部（図示省略）に電気的に接続される。

また、脚部６２は、エンドカバーの内側面やフレーム１０などに防振ゴムを介して嵌合
している。

以上のように構成された電動モータ１は、図２Ａに模式的に示すように、回転軸２０に
固定されたコンミテータ４０が回転すると、図中の矢印のように、一対のブラシ５０，５
０に対してコンミテータ片４１が移動していく。

このとき、コンミテータ片４１の移動に伴い、一対のブラシ５０，５０とコンミテータ
片４１と電気的な接続関係が図中のＩ〜ＩＶのように変化していく。

状態Ｉでは、一対のブラシ５０のうち一方（図中上側）のブラシ５０は、次のコンミテ
ータ片４１に跨り始めた状態、すなわち、隣接するコンミテータ片４１，４１を跨いでい
る状態である。一方、他方（図中下側）のブラシ５０は、（跨ぎ終わって）１つのコンミ
テータ片４１にのみに接続された状態となっている。

状態ＩＩでは、状態Ｉ同様、一対のブラシ５０のうち一方（図中上側）のブラシ５０は
、未だ隣接するコンミテータ片４１，４１を跨いでいる状態である。一方、他方（図中下
側）のブラシ５０は、（次のコンミテータ片４１に跨る手前で）１つのコンミテータ片４
１にのみに接続された状態となっている。

そして、状態ＩＩＩでは、一対のブラシ５０のうち一方（図中上側）のブラシ５０は、
（跨ぎ終わる直前であるが）未だ隣接するコンミテータ片４１，４１を跨いでいる状態で
ある。一方、他方（図中下側）のブラシ５０は、次のコンミテータ片４１に跨り始めた状
態、すなわち、隣接するコンミテータ片４１，４１を跨いでいる状態である。

次に、状態ＩＶでは、一対のブラシ５０のうち一方（図中上側）のブラシ５０は、跨ぎ
終わり、１つのコンミテータ片４１にのみに接続された状態となっている。一方、他方（
図中下側）のブラシ５０は、隣接するコンミテータ片４１，４１を跨いでいる状態である
。

状態Ｖでは、状態ＩＶ同様、一対のブラシ５０のうち一方（図中上側）のブラシ５０は
、１つのコンミテータ片４１にのみに接続された状態となっている。一方、他方（図中下
側）のブラシ５０は、隣接するコンミテータ片４１，４１を跨いでいる状態である。

そして、状態ＶＩでは、一対のブラシ５０のうち一方（図中上側）のブラシ５０は、（
次のコンミテータ４１片に跨ごうとしているが）未だ１つのコンミテータ片４１に接続さ
れた状態である。一方、他方（図中下側）のブラシ５０は、（跨ぎ終わる直前であるが）
未だ隣接するコンミテータ片４１，４１を跨いでいる状態である。

このときの電流波形を図２Ｂに示す。図２Ｂにおいて、下側の波形が、図２Ａで示した
１相分の電流波形であり、上側の波形が、これを含めてすべての相の電流波形を重ねわせ
たコイル全体の電流波形である。

下側の１相分の電流波形において、状態ＩＩＩから状態ＩＶにかけて、すなわち、ブラ
シ５０のうち一方ブラシ５０が隣接するコンミテータ片４１，４１を跨いでいる状態であ
り、他方のブラシ５０も、隣接するコンミテータ片４１，４１を跨いでいる状態では、コ
イルが非通電状態となる非通電コイル状態となる。

そして、非通電コイルは、磁界通過の際にコイルに逆起電流が発生し、これが状態ＩＶ
で、一方のブラシ５０が１つのコンミテータ片４１のみに接続された状態に変化した際の
転流発生時に放電されてオーバーシュートとなる。

本願発明者らは鋭意の試験研究によれば、伝導エミッションは、ブラシとコンミテータ
との間のスイッチング、より詳細には、かかる転流時のオーバーシュートやアンダーシュ
ート（次の転流時）に起因するとの知見を得た。

かかる知見に基づいて、本実施形態の電動モータは、一対のブラシ５０のいずれもが、
隣接する２つのコンミテータ片４１と電気的に接続された非通電コイル発生時間を短縮す
るように、コンミテータ４０と対向する一対のブラシの周方向の厚みｄ（図１参照）を狭
幅させている。また、これに合わせて、ブラシロッカー部６３の周方向の厚みも狭幅させ
ている。

このように、一対のブラシ５０の周方向の厚みを狭幅させることで、非通電コイル発生
時間を短縮して、電気ノイズの原因となる非通電コイルに流れる逆起電流等を抑制するこ
とができる。これにより、かかる逆起電流が転流時にオーバーシュートやアンダーシュー
トとして放電されることにより発生し得る伝導エミッションを有効に低減することができ
る。

より具体的には、図３Ａに示すように、本実施形態のブラシ５０の周方向の厚みｄ（ｍ
ｍ）を２．０ｍｍ〜５．５ｍｍの範囲で変化させた際の電流実効値（Ａ）の変化を図３Ｂ
に示す。

図３Ｂに示すように、ブラシ５０の周方向の厚みｄ（ｍｍ）を２．０ｍｍ〜５．５ｍｍ
の範囲で変化させた際の電流実効値（Ａ）は、ブラシ厚みｄが３．５ｍｍで極小となる。

ここで、本実施形態のコンミテータ片４１の周方向の厚みは、５．１６ｍｍであり、こ
れを１とすると、電流実効値が極小となるブラシ厚みｄの３．５ｍｍは、０．６８となる
。ここから、一対のブラシ５０の周方向の厚みＹは、コンミテータ片４１の周方向の厚み
Ｘを用いて、Ｙ＝０．６８Ｘの関係式により決定することで、実測値において、伝導エ
ミッションが有効に低減させることができることが確認された。

なお、ここでの係数である０．６８には概ね±０．０５の調整量を設け、実測値におい
て伝導エミッションを最も有効に低減させるブラシ厚みを探索するようにしてもよい。

以上詳しく説明したように、本実施形態の４極２ブラシの電動モータによれば、４極モ
ータにおいて発生し易い伝導エミッションを実際に有効に低減することができる。

１…電動モータ、１０…フレーム、２０…回転軸、３０…コア、３１…スロット、３２…
コイル、４０…コンミテータ、４１…コンミテータ片、５０…ブラシ、５１…摺動面、５
２…ピグテル線、６０…ブラシホルダ、６１…環状枠、６２…脚部、６３…ブラシロッカ
ー部、α…一対のブラシの間の成す角、ｄ…ブラシ厚み。

Claims

筒状のフレームの内面の周方向に交互に磁極が異なるように固定された４極の永久磁石
と、該フレーム内に回転自在に支持された回転軸と、該回転軸に固定されたコアと、該コ
アに形成された複数のスロットと、該複数のスロット間に巻線されたコイルと、該回転軸
に固定され、導電材からなるコンミテータ片を周方向に並べ、該コンミテータ片を該コイ
ルと電気的に接続したコンミテータと、該コンミテータの表面に摺動する一対のブラシと
、等電位となるべき該コンミテータ片を接続する均圧手段とを備える４極２ブラシの電動
モータであって、
前記一対のブラシのいずれもが、隣接する２つの前記コンミテータ片と電気的に接続さ
れた非通電コイル発生時間を短縮するように、前記コンミテータと対向する該一対のブラ
シの周方向の厚みを狭幅させたことを特徴とする４極２ブラシの電動モータ。
請求項１記載の４極２ブラシの電動モータであって、前記スロットの数が１４で、前
記コンミテータ片の数が１４である場合に、前記コンミテータと対向する前記一対のブラ
シの周方向の厚みＹが、該コンミテータ片の周方向の厚みＸを用いて、Ｙ＝０．６８Ｘ
の関係式により決定されることを特徴とする４極２ブラシの電動モータ。