JP4480334B2

JP4480334B2 - リサイクル性に優れた小型直流モータ

Info

Publication number: JP4480334B2
Application number: JP2003052663A
Authority: JP
Inventors: 徹郎大橋; 潔西川; 勉波江野; 忠治大西; 和彦福谷; 啓助田嶋
Original assignee: Nippon Steel Corp; Nittetsu Elex Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nittetsu Elex Co Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: JP2004266899A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用電装機器に用いる小型直流モータに関する。
具体的には、自動車用部品としてのパワーウィンドウや、電動ワイパー、電動ミラーなどの自動車用電装機器に用いる小型直流モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
パワーウィンドウ、電動ワイパー、電動ミラー、電動シート移動装置などの自動車用電装機器には、自動車１台当たり数十個の小型直流モータが使用されている。
しかし、従来の小型直流モータの主要な導電部材にはＣｕが使用されており、自動車をスクラップ処理して鉄源の副材料としてリサイクル場合に以下のような問題点があった。
鉄源の副材料にＣｕが含まれていると、鉄源を溶かした溶鋼にＣｕ成分が混入し、できあがった鋼材の脆性が悪化するなど、鋼材の品質に悪影響を及ぼす。
そこで、従来は、例えば、パワーウィンドウの場合には、スクラップ前にドアを解体してモータを取り外したうえで金属の選別を行い、Ｃｕ成分を除去せざるを得ず、そのための金属選別装置が必要であった。
【０００３】
また、Ｃｕの比重は８．９であり、鉄の比重（７．８）と近似しているため、比重差による選別そのものが困難であった。
なお、モータの電機子コイルの材質に関する従来技術としては、例えば、特開昭５１−７９２０２号公報に、電機子コイルにアルミ線を用いたモータが開示されている。
しかし、この従来技術は、経済性および低慣性を目的として電機子コイル導体としてアルミ線を用いるものであり、鉄源の副材料としてのリサイクル性を目的とするものではないうえ、整流子片の材質については銅とアルミのクラッド材が用いられていたことが開示されているだけであった。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５１−７９２０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決し、自動車用電装機器に用いるリサイクル性に優れた小型直流モータを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転子に巻き付ける巻線のＡｌ化、および、整流子片のステンレス化、ブラシの金属系合金化、並びにブラシへの給電線のＡｌ化を行うことで、電装部品としてのＣｕ成分を除去することにより、自動車用電装機器に用いるリサイクル性に優れた小型直流モータを提供するものであり、その要旨は特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
【０００７】
（１）絶縁被覆処理を施したＡｌまたはＡｌ合金からなる電線を巻線する回転子を構成する電機子と、ステンレスまたは鉄合金からなる整流子片を有する整流子と、Ｃｕを含まない鉄系合金であって、質量％でＣｒが８〜１２％、ＭｏＳ _２が２〜４％、ＢＮが０．５〜２％、その他が１％以下の成分を含む鉄系合金からなるブラシと、絶縁被覆処理を施したＡｌもしくはＡｌ合金線またはスティールワイヤーからなる、前記ブラシへの電源供給手段とを具備し、前記巻線と整流子片とを機械的かしめ処理と導電性接着剤を併用することで接続したこと、を特徴とする自動車用電装機器に用いる小型直流モータ。
（２）上記（１）に記載の小型直流モータを用いた、リサイクル性にすぐれた自動車用電装機器。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１および図２を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明における小型直流モータの横断面図の１例である。
図１において、小型直流モータ１は、内周面２に固定子３が取り付けられたケーシング４と、固定子３に対向してケーシング４の内部に配設された回転子５とを備えている。回転子５の回転軸６は、ケーシング４と蓋部材１１に設けられた軸受部７，８により回転自在に支持されている。
【０００９】
ケーシング４は、有底中空筒状に形成されたハウジング９と、ハウジング９の開口部１０に嵌合した蓋部材１１とを備えている。軸受部７，８は、ケーシング４の両端部にそれぞれ設けられている。一方の軸受部７はハウジング９に、他方の軸受部８は蓋部材１１に、それぞれ取り付けられている。
固定子としての一対の永久磁石３は、ハウジング９の内周面２の円筒状部に固着されて対向配置されており、例えば、ハードフェライトのような磁性材料によってアークセグメント状に形成されている。回転子５は、回転中心となる中心軸線Ｃの方向に延びる回転軸６と、回転軸６に取り付けられた電機子１４と、回転軸６に取り付けられた整流子１５とを備えている。電機子１４は、回転軸６に取り付けられたコア１２に、電線としての電機子巻線１３がコイル状に巻回されて構成されている。コア１２は、永久磁石３の内周面に対して所定のギャップを介してその内方に配置されている。
【００１０】
蓋部材１１には、金属系合金でありＣｕ成分を含まない材料により形成された複数組（例えば、２組）のブラシ１６が、整流子１５と摺動係合して駆動用電流を流すように設けられている。
各ブラシ１６にそれぞれ電気的に接続された絶縁被覆処理を施したＡｌまたはＡｌ合金線またはスティールワイヤーからなる入力配線１７が、蓋部材１１に取り付けられている。各入力配線１７の各端部が、蓋部材１１から外方に突出して、電源（例えば、自動車のバッテリー）側の配線等に接続される。
電機子１４のコア１２に巻回された巻線１３を、ステンレスまたは鉄合金からなる端子部材２０に機械的かしめ処理および導電性接着剤を用いて接合し、ステンレスまたは鉄合金からなる整流子片２２に電気的に接続している。
【００１１】
図２は、本発明における小型直流モータを構成する回転子の縦断面図の１例である。
図２において、回転軸６に取り付けられたコア１２に、電線としての電機子巻線１３がコイル状に巻き回されており、整流子１５は、回転軸６に取り付けられた絶縁性の保持材２１（図１参照）と、保持材２１の外面に取り付けられて保持される導電性の複数の整流子片２２とを備えている。
本発明においては、従来はＣｕで構成されていた上記電機子巻線１３を、絶縁被覆処理を施したＡｌまたはＡｌ合金とし、整流子片２２をステンレスまたは鉄合金とし、整流子片２２に電源を供給するブラシ１６をＣｕ成分を含まない金属系合金とし、該ブラシ１６と電源を接続する電源接続手段として絶縁被覆処理を施したＡｌまたはＡｌ合金線またはスティールワイヤーを用いることによって、リサイクル性に優れた小型直流モータを実現できる。
【００１２】
Ａｌは、Ｃｕに比べて酸化されやすいため、鉄源の副材料にＡｌが含まれていても精錬の過程での成分調整が容易であるうえ、Ｃｕのように鋼材の脆性を悪化させることがないので、スクラップの段階で選別する必要がない。
例えば、パワーウィンドウ用モータの場合には、従来のようにドアを解体することなく、一体物としてリサイクル処理を行うことができる。
また、Ａｌの比重は、２．７であり、鉄に比べて著しく軽いので、比重による選別処理が容易であるうえ、モータの軽量化にも効果的である。
次に、Ａｌ巻線の特性について説明する。
一般に、直流小型モータにおける電圧と抵抗との関係式は下記（Ａ）式で表される。
Ｖ_DC＝ＩＲ_l+ＩＲ_m+ｋ₁Φ_PMＺｎ・・・（Ａ）
ここに、Ｖ_DC：直流電源電圧、Ｉ：直流電流、Ｒ_l：リード線の抵抗、
Ｒ_m：モータの抵抗、ｋ₁：比例係数、
Φ_PM：永久磁石が発生する磁束、Ｚ：巻線数、ｎ：モータの回転数
【００１３】
本発明の小型直流モータでは、上記（Ａ）式における直流抵抗（Ｒ_l、Ｒ_m）の影響より、速度起電力の方が支配的であり、直流抵抗分の（ＩＲ_l+ＩＲ_m）は無視され、速度起電力の項ｋ₁Φ_PMＺｎを中心に考えることができるので、Ｃｕに比べて抵抗の大きいＡｌを用いても直流電源の電圧を大きくする必要はない。
また、直流モータにおけるトルクは下記（Ｂ）式で表されるので、ＺＩの値が同じであれば巻線の材質の影響はない。
Ｔ＝ｋ₂Φ_PMＺＩ・・・（Ｂ）
ここに、Ｔ：直流モータの発生するトルク、ｋ₂：比例定数、
Φ_PM：永久磁石が発生する磁束
【００１４】
【実施例】
電機子巻線、整流子片およびブラシを下記の１仕様例とした本発明の小型直流モータを用いたパワーウィンドウの特性を、従来のＣｕを使用した小型直流モータを用いた場合と比較した結果を表１に示す。
＜電機子巻線仕様＞
・材質：Ａｌ
・サイズ：０．５ｍｍφ
・絶縁被覆厚：３０μｍ
・仕上外形：０．５６ｍｍφ
＜整流子片仕様＞
・材質：ステンレス
＜ブラシ仕様＞
・成分（質量％）：Ｃｒ（８〜１２）、ＭｏＳ₂（２〜４）、ＢＮ（0.5〜２）、その他（１以下）、Ｆｅ（残）
【００１５】
【表１】

表１に示すように、本発明の小型直流モータは従来のＣｕを使用した小型直流モータと同一の性能を発揮することが可能である。
なお、本実施例の巻線は純Alを用いたが、引張強度を向上させるなどの目的でCrその他の合金を添加したAl合金としても本発明の効果は変わらない。
【００１６】
【発明の効果】
本発明により、自動車用電装機器に用いられているＣｕを使用した小型直流モータから完全にＣｕを除去した、リサイクル性に優れた小型直流モータを提供することができ、しかも、従来のＣｕ線を用いたモータに比べて回転数を著しく増加させることができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における小型直流モータの横断面図の１例である。
【図２】本発明における小型直流モータを構成する回転子の縦断面図の１例である。
【符号の説明】
１・・・小型直流モータ、２・・・内周面、３・・・永久磁石（固定子）、
４・・・ケーシング、５・・・回転子、６・・・回転軸、７・・・軸受部、
８・・・軸受部、９・・・ハウジング、１０・・・開口部、１１・・・蓋部材、
１２・・・コア、１３・・・電機子巻線、１４・・・電機子、
１５・・・整流子、１６・・・ブラシ、１７・・・入力配線、
２０・・・端子部材、２１・・・保持材、２２・・・整流子片

Claims

絶縁被覆処理を施したＡｌまたはＡｌ合金からなる電線を巻線する回転子を構成する電機子と、
ステンレスまたは鉄合金からなる整流子片を有する整流子と、
Ｃｕを含まない鉄系合金であって、質量％でＣｒが８〜１２％、ＭｏＳ _２が２〜４％、ＢＮが０．５〜２％、その他が１％以下の成分を含む鉄系合金からなるブラシと、
絶縁被覆処理を施したＡｌもしくはＡｌ合金線またはスティールワイヤーからなる、前記ブラシへの電源供給手段とを具備し、
前記巻線と整流子片とを機械的かしめ処理と導電性接着剤を併用することで接続したこと、
を特徴とする自動車用電装機器に用いる小型直流モータ。
請求項１に記載の小型直流モータを用いた、リサイクル性にすぐれた自動車用電装機器。