JP4780103B2 - 直流モータ - Google Patents

Description

この発明は、電源から供給される直流電流を整流子により転流し、転流された各電流をスリップリングにより励磁コイルに通電する直流モータに関するものである。

一般に、直流モータの整流子は、電源から第１のブラシを介して供給される直流を転流するために、多分割されている。

従来の直流モータの第１のタイプは、上記整流子に対して、第１のブラシを軸方向から接触させると共に、その整流子の外周側に３分割されて形成されるスリップリングに対して、第２のブラシを軸方向から接触させる構成としている（例えば特許文献１参照）。

また、従来の直流モータの第２のタイプは、上記整流子に対して、第１のブラシを径方向から接触させると共に、その整流子の同軸上に３分割されて形成されるスリップリングに対して、第２のブラシを径方向から接触させる構成としている（例えば特許文献１参照）。

さらに、従来の直流モータの第３のタイプは、上記整流子に対して、第１のブラシを径方向から接触させると共に、その整流子の軸方向外周側に３分割されて形成されるスリップリングに対して、第２のブラシを軸方向から接触させる構成としている（例えば特許文献２参照）。

特開２０００−２３０６５７号公報（第１図、第５図） 国際公開２００１−０５０１８号公報（第６図）

上記第１のタイプの直流モータでは、第１のブラシは整流子に接触して摺動しているので、第１のブラシは時間の経過とともに摩耗していく。それに対して、第１のブラシに流れる電流の電流密度を下げることによって、第１のブラシに対する電気的摩耗が低減され、耐摩耗性の向上を図ることが可能となる。しかし、そのためには、第１のブラシの整流子に対する接触面積を大きくすることが必要である。第１のブラシの整流子に対する接触面積が大きくなると、第１のブラシに接触している整流子も大きくすることが必要である。その結果として、整流子を設けた円板の外径が大きくなってしまう。円板の外径が大きくなると、慣性モーメントが大きくなり、また、整流子と第１のブラシとの間に作用する摺動摩擦抵抗も大きくなるので、その結果、直流モータの制御応答性が悪くなってしまうという欠点があった。

さらに、第１のタイプの直流モータにおいては、特許文献１では第１のブラシと第２のブラシの全長が略同一に記載されているが、実際の直流モータでは第１のブラシは整流子と接触するため、第１のブラシの先端の極性が頻繁に切り替わり電気的磨耗が生じる。そこで、第１のブラシは、第２のブラシよりも全長の長いものを用いている。すなわち、第２のブラシよりも全長の長い第１のブラシが、整流子に対して軸方向から接触するようにしているので、軸方向の寸法が大きくなってしまい、小型化ができないという欠点もあった。

また、上記第２のタイプの直流モータでは、第１のブラシが整流子に対して径方向から接触するようになっているので、第１のブラシの接触面積を大きくする際に、整流子を設けた円板の外径を大きくすることが必要でなくなる。そのため、直流モータの制御応答性が良好なままで接触面積を大きくすることができ、第１のブラシの耐摩耗性を向上することができる。

しかしながら、第２のブラシは、整流子と同軸上に配設されたスリップリングに対して、径方向から接触するようになっており、３個のスリップリングが軸方向に重ねて配設されているため、軸方向の寸法が大きくなってしまい、小型化ができないという欠点があった。

また、上記第３のタイプの直流モータでは、第１のブラシが整流子に対して径方向から接触するようになっているので、第２のタイプの直流モータと同様に、直流モータの制御応答性が良好なままで接触面積を大きくすることができ、第１のブラシの耐摩耗性を向上することができる。

しかしながら、整流子はスリップリングの内周側に配設されているため、第１のブラシが整流子に対して径方向から接触するためには、整流子は円板の中央部に軸方向に突出した形状で設けられる必要があり、軸方向の寸法が大きくなってしまい、小型化ができないという欠点があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、整流子を設けた円板の外形を大きくすること無く、第１のブラシの接触面積を大きくすることを目的とする。つまり、制御応答性が良好なままで第１のブラシの耐摩耗性の向上を可能にして、軸方向の長さ寸法が大幅に短縮されて、小型化を可能にすることができる直流モータを得るものである。

この発明に係る直流モータにおいては、複数のコイルが配設されるステータと、このステータの内周に対向して配設され、複数の磁極を有するロータと、このロータの一端に設けられ、電源から供給された電流を、転流してステータのコイルに与える通電部とを備えた直流モータにおいて、通電部は、ロータと一体的に回転する円板から構成され、円板の径方向外周面及び軸方向端面にそれぞれ通電部位を有し、円板の径方向外周面に設けられた通電部位は、周方向に多分割された整流子であり、円板の軸方向端面に設けられた上記通電部位は、ｎ相に分割されたスリップリングであることを特徴とするものである。

この発明は、制御応答性が良好なままで、ブラシの耐摩耗性の向上を可能にすることができるだけでなく、小型化を可能にすることができる。

この発明の実施の形態１における直流モータの構成を示す断面図である。 図１に示す直流モータの通電部の電流の流れを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。 図１に示す直流モータにおける整流子及びスリップリングの構成を示す斜視図である。 図１に示す直流モータにおけるステータの製造方法を示す平面図である。

符号の説明

２．ステータ
３．ステータコア
４．コイル
８．ロータ
９．永久磁石磁極
１０．円板
１１．整流子
１１ａ．整流子片
１２．スリップリング
１４．第１のブラシ
１５．第２のブラシ

実施の形態１．
以下では、この発明の実施の形態が、図に基づいて説明される。
図１は、この発明に係る直流モータの実施の形態１における直流モータの構成を示す断面図である。図２は、図１における直流モータの通電部の電流の流れを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。図３は、図１に示す整流子及びスリップリングの構成を示す斜視図である。図４は、図１におけるステータの製造方法を示す平面図である。

図１において、１は樹脂材料で形成されるモータケース、２はこのモータケース１と樹脂モールドにより一体成型されるステータである。図４（Ａ）に示すように、コア片３ｂには、磁極ティース３ａが、それぞれ突設されている。このコア片３ｂが薄肉部３ｃを介して連結された磁性材料が、所定の枚数積層されることにより、ステータスコア３は、形成される。巻線性をよくするために、この状態で巻線機（図示せず）により各磁極ティース３ａにそれぞれコイル４を施す。その後、図４（ｂ）に示すように、ステータ２は、各薄肉部３ｃを折曲させることにより環状に形成されて構成されている。

５はモータケース１の一端側に装着されるフランジ部材で、その中央部に軸受６を支持するボス部５ａが突設して形成されている。７は、軸受６と同軸上に配設された軸受である。８は、両軸受６、７により両端が支承され、その外周部にはステータ２のコイル４に対応する位置に複数の永久磁石磁極９が配設されたロータである。ロータ８は、軸受６に支承された一端側からモータ軸８ａが突出して形成されている。

１０は、図３に示すように、ロータ８の他端側に固着されロータ８と共に回転する円板である。１１は、この円板１０の外周部を周方向に多分割して形成される整流子である。この整流子１１の接触面は、径方向に形成されている。１２は、この整流子１１の内周側に同心円環状にｎ分割（図においては３分割）して形成されたスリップリングである。このスリップリング１２の接触面は、軸方向に形成されている。１３は、モータケース１の他端側に装着されるブラケットである。

１４は、このブラケット１３に絶縁支持され、先端側が整流子１１の各分割部、すなわち整流子片１１ａの接触面に所定の圧力を介して摺動可能に接触する一対の第１のブラシである。第１のブラシ１４は、整流子片１１ａに対して、径方向から接触させている。１５は、ブラケット１３に絶縁支持され、先端が各スリップリング１２の接触面に所定の圧力を介して摺動可能に接触する３個の第２のブラシである。第２のブラシ１５は、各スリップリング１２に対して、軸方向から接触させている。

また、第１のブラシ１４は整流子片１１ａに接触するため、第１のブラシ１４の先端の極性が頻繁に切り替わる。そのため、第１のブラシ１４には、整流子片１１ａと接触することにより生じる機械的摩耗に加えて、先端の極性が頻繁に切り替わることにより、電気的摩耗も生じる。これに対して、第２のブラシ１５は第１のブラシ１４のように先端の極性が頻繁に切り替わるものではないため、電気的摩耗はほとんど生じない。そのため、第１のブラシ１４は、第２のブラシ１５よりも摩耗が大きいので、第２のブラシ１５よりも全長の長いものを用いている。また、通電部１６は、円板１０ないしスリップリング１２から構成されている。

次に、上記のように構成される実施の形態１における直流モータの動作について説明する。

まず、電源（図示せず）から直流電流が一方の第１のブラシ１４を介して流入すると、図１乃至図３に示すように、整流子１１で整流されてスリップリング１２に流れ、第２のブラシ１５を介してステータ２側に供給される。その直流電流は、コイル４を流れた後、再び第２のブラシ１５、スリップリング１２および整流子１１を流れ、他方の第１のブラシ１４を介して電源側に流出する。

すると、電流の流れるコイル４で発生する磁束と、ロータ８の永久磁石磁極９の作用でロータ８に回転力が発生する。この回転力により円板１０も回転するので、第１のブラシ１４と接触する整流子片１１ａとの組み合わせが切り替わって、電流の流れるコイル４も順次切り替わっていくため、ロータ８は連続回転を始める。

このように構成された直流モータによれば、第１のブラシ１４が整流子１１に対して径方向から接触すると共に、第２のブラシがこの整流子１１の内周側に形成されるスリップリング１２に対して軸方向から接触する構成としている。従って、第１のブラシ１４の耐摩耗性を向上させるために第１のブラシ１４の整流子１１に対する接触面積を大きくした場合でも、整流子１１が径方向に配設されているため、整流子１１を設けた円板１０の径方向の大きさは変わらない。つまり、第１のブラシ１４の整流子１１に対する接触面積を大きくしても慣性モーメントの増大や整流子１１と第１のブラシ１４との間に作用する摺動摩擦抵抗の増大が生じないため、直流モータの制御応答性が良好なままで、第１のブラシの耐摩耗性の向上を可能にすることができる。

また、従来の第１のタイプの直流モータと比較して、この発明の直流モータでは、第２のブラシ１５よりも全長の長い第１のブラシ１４を整流子１１に対して径方向から接触させている。従って、第１のブラシ１４と第２のブラシ１５との全長の差の分だけ軸方向の全長を下げることができるので、第１のタイプの直流モータよりも軸方向の長さ寸法を短縮することができ、小型化を可能にすることができる。

また、従来の第２のタイプの直流モータと比較しても、この発明の直流モータでは、第２のブラシ１５がスリップリング１２に対して軸方向から接触するようにしているので、スリップリング１２を同一平面上に配設できる。従って、第２のタイプの直流モータのように、スリップリング１２を整流子１１の上部に軸方向に３個重ねて配設する必要がなくなるので、軸方向に寸法を短縮でき、小型化を可能にすることができる。

さらに、従来の第３のタイプの直流モータと比較しても、この発明の直流モータでは、整流子１１がスリップリング１２の外周側に設けられているので、第１のブラシ１４を整流子１１に対して径方向から接触させる際に第３のタイプの直流モータのように整流子１１を軸方向に突出させて設ける必要がない。従って、軸方向の長さ寸法を短縮することができ、小型化を可能にすることができる。

つまり、上記実施の形態１に係る直流モータは、制御応答性が良好なままで第１のブラシ１４の耐摩耗性の向上を可能にするだけでなく、小型化を可能にすることができるものである。

なお、実施の形態１では、ロータ８と通電部１６との関係について詳細に記載していないが、ロータ８と通電部１６とが樹脂で一体成型したものであっても良い。

ロータ８と通電部１６とを一体成型したものの場合、一体成型することによりロータ８と通電部１６との強度が強くなる。その結果、軸との同軸性を強くするために、第１のブラシ１４が接触する通電部１６の側面を表面切削する際に、ロータ８と通電部１６との強度不足のために両者が分離してしまうことなく、表面切削を行うことができる。

また、ロータ８と通電部１６とを樹脂で一体成型することにより、別部材のものに比べて作業工程が少なくなるので、低コスト化も可能にすることができる。

さらに、上述の樹脂は熱可塑性樹脂であるとさらに良い。一般的に、熱可塑性樹脂は熱硬化性樹脂と比較して、生産性が高いため、直流モータのように大量に量産するものにおいては、熱硬化性樹脂よりも熱可塑性樹脂の方が望ましいものである。

この発明の直流モータでは、第１のブラシ１４を整流子１１に対して径方向から接触させると共に、第２のブラシ１５をこの整流子１１の内周側に形成されるスリップリング１２に対して軸方向から接触させるものである。従って、第１のブラシ１４の整流子１１に対する接触面積を大きくする際に、整流子１１が径方向に配設されているため、円板１１の外径を大きくすることなく、接触面積を大きくすることができる。つまり直流モータの制御応答性が良好なままで接触面積を大きくすることができる。

第１のブラシ１４の整流子１１に対する接触面積を大きくすることで、第１のブラシ１４に流れる電流の電流密度を小さくすることができるので、第１のブラシ１４と整流子１１との間に生じる火花を低減することができる。つまり、第１のブラシ１４と整流子１１との間に生じる熱を低減できる。

また、この発明の直流モータでは、ロータ８がコイル４ではなく永久磁石磁極９から構成されているため、溶接等の工程を省くことができることから溶接により生じる熱が生じない。そのため、樹脂に熱可塑性樹脂を用いて成型することが可能になる。樹脂を熱可塑性樹脂にすることによって、直流モータの生産性を向上させることができる。

また、この発明の直流モータは、特に自動車のエンジンに排気ガスの一部を吸気系に再循環させて、不活性ガスの発生を抑制しながら、良好な燃料消費率を得る排気ガス再循環装置に用いられることが好ましい。

排気ガス再循環装置は、排気路（図示せず）と吸気路（図示せず）との間を開放、閉塞するバルブ部材（図示せず）を軸方向に直動させることにより、排気ガスの一部を吸気路に再循環させて、良好な燃料消費率が得られるものである。この排気ガス再循環装置では、バルブ部材を軸方向に直動させるために本願発明の直流モータを用いている。

具体的に説明すると、本願発明の直流モータのロータ８に発生する回転力を、モータ軸８ａを軸方向に直動させる直動力に変換する。そして、この直動力により、排気路と吸気路との間を開放、閉塞するバルブ部材（図示せず）を直動させる。

この排気ガス再循環装置は、自動車のエンジンルームに取り付けられる。近年、自動車のエンジンにおいて高性能・小型化が進んでおり、排気ガス再循環装置においても小型化は達成すべき自動車メーカからの要求である。自動車のエンジンレイアウト上、排気ガス再循環装置の特に軸方向の長さ短縮を自動車メーカから要求されることが多い。

この発明の直流モータでは、第１のブラシ１４を整流子１１に対して径方向から接触させているので、軸方向寸法を短縮でき、小型化することができる。

また、排気ガス再循環装置は良好な燃料消費率を得るための装置であるため、高い制御応答性が要求されている。この発明の直流モータでは、第１のブラシ１４の整流子１１に対する接触面積を大きくした場合でも円板１０の外径が大きくならない。従って、慣性モーメントの増大や整流子１１と第１のブラシ１４との間に作用する摺動摩擦抵抗の増大が生じないため、良好な制御をすることが可能である。

つまり、この発明の直流モータは、軸方向寸法の小型化を可能にすると同時に良好な制御応答性も確保することができるため、自動車用の排気ガス再循環装置として最適である。

Claims (7)

1. 複数のコイルが配設されるステータと、
   このステータの内周に対向して配設され、複数の磁極を有するロータと、
   このロータの一端に設けられ、電源から供給された電流を、転流して上記ステータのコイルに与える通電部と
   を備えた直流モータにおいて、
   上記通電部は、上記ロータと一体的に回転する円板から構成され、上記円板の径方向外周面及び軸方向端面にそれぞれ通電部位を有し、
   上記円板の径方向外周面に設けられた上記通電部位は、周方向に多分割された整流子であり、
   上記円板の軸方向端面に設けられた上記通電部位は、ｎ相に分割されたスリップリングであること
   を特徴とする直流モータ。
2. 整流子は、第１のブラシを介して供給される電流を転流し、
   スリップリングは、上記整流子によりｎ相に転流された上記電流を、第２のブラシを介してステータのコイルへ供給するようにしたこと
   を特徴とする請求項１記載の直流モータ。
3. 整流子に対して第１のブラシを径方向から接触させると共に、スリップリングに対して第２のブラシを軸方向から接触させること
   を特徴とする請求項２記載の直流モータ。
4. 第１のブラシは第２のブラシよりも長いこと
   を特徴とする請求項３記載の直流モータ。
5. ロータと通電部とを、樹脂で一体成型したこと
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の直流モータ。
6. 樹脂は熱可塑性樹脂であること
   を特徴とする請求項５記載の直流モータ。
7. 直流モータは排気ガス再循環装置用であること
   を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の直流モータ。

Images