JP5594091B2 - 直流モータ - Google Patents
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Description
従来より、自動車等の車両に搭載される自動車部品の駆動源として、回転軸、コア、電機子巻線および整流子を有する電機子をハウジング内に回転可能に収容した直流モータが用いられている。この直流モータは、整流子にブラシが摺接することに起因して電磁ノイズが発生するため、この電磁ノイズの発生を抑制することが望まれている。
そこで、直流モータの整流子にリングバリスタを取り付けて、電磁ノイズの発生を抑制している。リングバリスタの一例を図11に示す。リングバリスタ13は、円環状のバリスタ素体の一端面に、直流モータの電機子極数に対応した個数(複数)の第1〜第3バリスタ電極51〜53を設けた構造となっている。
バリスタ素体の中央部には、直流モータの回転軸に固定される絶縁体製の筒状ホルダが貫通する中心孔54が形成されている。
複数の第1〜第3バリスタ電極51〜53のうちの隣設する2つのバリスタ電極間には、絶縁ギャップG1〜G3が形成されている。
この回転角度検出装置では、直流モータのシャフトの端部に回転角度の検出に用いられる整流子(コンミテータ)を取り付け、このコンミテータに接続される2つのブラシ間の電気的接続が回転軸(シャフト)の回転によってオン、オフすることで生じるパルス信号をカウントすることにより直流モータの電機子の回転角度を検出している。
しかしながら、特許文献1に記載の回転角度検出装置においては、直流モータのシャフトの端部にステータおよびロータとは別体でセンサ(エンコーダ)が設けられており、回転角度検出装置の体格が大型化することが懸念される。また、この回転角度検出装置は、直流モータの電機子の回転方向を検出することができないので、例えば直流モータが外力によって正逆方向のいずれかに回転された場合等、直流モータの電機子の回転角度を正確に検出することが困難になることが懸念される。
回転角度検出装置(従来の技術1及び2)は、直流モータの電機子の回転角度を検出する装置で、直流電流を生成する直流電源と、交流電流を生成する交流電源と、直流電源から直流モータへ供給される直流電流に交流電源で生成された交流電流を重畳させて直流モータへ供給するためのカップリングコンデンサと、直流モータに形成される回路を流れる通電電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段により検出された通電電流に基づいて各種信号処理を行って回転パルスを生成する信号処理部と、この信号処理部から出力される回転パルスに基づいて直流モータの電機子の回転角度を検出する回転角度検出部とを備えている。
第1〜第3相コイルL1〜L3のインダクタンスは、各第1〜第3相コイルL1〜L3の巻き数が全て同一であるため、同じ値(L1=L2=L3)である。そして、3個の整流子セグメントのうちのいずれか2つが、各ブラシ1、2にそれぞれ接触しており、直流モータの電機子の回転による整流子の回転に伴って各ブラシ1、2と接触する2つの整流子セグメントが切り替わっていく。
また、直流モータのシャフトの一端側には、図12(a)に示したように、リングバリスタ220が設置されている。このリングバリスタ220には、3つのバリスタ電極221〜223が形成されている。そして、コンデンサC1は、バリスタ電極221とバリスタ電極222との境界部に設置されている。また、リングバリスタ220の各バリスタ電極221、222に対するコンデンサC1の接続および固定は、半田付けにより行われている。
また、コンデンサC1は、図12(b)に示したように、リングバリスタ220のバリスタ電極221とバリスタ電極222との境界部に設置されている。また、コンデンサC2は、リングバリスタ220のバリスタ電極222とバリスタ電極223との境界部に設置されている。また、リングバリスタ220の各バリスタ電極221〜223に対するコンデンサC1、C2の接続および固定は、半田付けにより行われている。
そして、信号処理部は、電流検出手段が検出した通電電流の振幅変化を電圧の異なる3段階のパルス信号に変換する。
そして、回転角度検出部は、信号処理部が出力するパルス信号が第1ステータス(高電圧のパルス信号)、第2ステータス(中間電圧のパルス信号)、第3ステータス(低電圧のパルス信号)の順、あるいは第2ステータス、第3ステータス、第1ステータス、あるいは第3ステータス、第1ステータス、第2ステータスの順に遷移するとき、直流モータが正転方向に回転していることを検出する。
また、回転角度検出部は、信号処理部が出力するパルス信号が各ステータスに遷移する回数をカウントする。そして、そのカウント値を正転方向に回転している時は加算し、逆転方向に回転している時は減算する等、回転方向に応じて増減することで、直流モータの電機子の回転角度を検出する。したがって、回転角度検出装置(従来の技術2)においては、直流モータの回転角度を60°毎に検出することが可能となる。また、直流モータの電機子の回転方向も検出することが可能となる。
ところが、特許文献2に記載の回転角度検出装置(従来の技術1及び2)においては、電機子の回転軸に固定されたリングバリスタ220の一端面上にコンデンサC1、C2を半田付けにより固定しているので、リングバリスタ220の取付部とコンデンサC1、C2との間に、電機子の高速回転時の遠心力に耐え得るだけの接合強度を持たせることが困難である。これにより、電機子の高速回転時の遠心力によってリングバリスタ220の取付部からコンデンサC1、C2が飛び出したり、リングバリスタ220の取付部に対するコンデンサC1、C2の取付位置がズレる等の問題が生じる可能性がある。
電機子コアは、回転軸に固定されている。また、電機子巻線は、電機子コアに巻装されている。また、整流子は、回転軸に固定されている。そして、整流子は、電機子巻線に接続されている。
そして、電機子は、ブラシが整流子に摺接することに起因するノイズの発生を抑制するための環板状(リング状)のバリスタと、静電容量の異なる複数のコンデンサとを備えている。バリスタは、回転軸に固定されている。また、複数のコンデンサは、バリスタに半田により固定されている。
そして、電機子の径方向外側に向けて放射状に突出する複数のティースを有する電機子コアを設けている。
そして、電機子コアの各ティースの周囲に巻装された三相以上の相コイルを有する(多相の)電機子巻線を設けている。
そして、電機子巻線の各相コイルに接続される複数のセグメントを有する整流子を設けている。
そして、複数のコンデンサは、電機子の径方向外側に向いた側面(コンデンサの径方向外側の側面)をそれぞれ有している。また、バリスタは、複数のコンデンサに接触して、複数のコンデンサの径方向外側(電機子の径方向外側)への移動を規制する複数の係止部を有している。そして、バリスタの各係止部は、複数のコンデンサの径方向外側の各側面を覆うように設置されている。
そして、バリスタは、整流子の各セグメントに接続される複数の電極、およびバリスタの板厚方向の両面を連通するように(バリスタの板厚方向に)貫通する複数の貫通孔を有している。
この結果、電機子の回転に伴うインピーダンスの段階的な変化をもたらすコンデンサがバリスタから脱落する可能性がないので、例えば電機子の回転情報(回転角度、回転方向、回転速度等)を検出する回転情報検出装置が検出した電機子の回転情報への信頼性を向上することができる。
また、バリスタの各係止部で、コンデンサにおける電機子の径方向外側への移動を規制することにより、バリスタに対するコンデンサの径方向の位置決めを行うことができる。 この結果、電機子の回転情報(回転角度、回転方向、回転速度等)を検出するための回路が成立するので、電機子の回転情報を精度良く検出することが可能となる。
そして、電機子巻線の各相コイルまたは整流子の各セグメントは、バリスタの各電極に接続されている。これにより、ブラシが整流子の各セグメントに摺接することに起因するノイズの発生を抑制することができる。
請求項4に記載の発明によれば、複数のコンデンサと整流子の各セグメントとを、バリスタの各貫通孔内に充填される半田を介して接続することにより、半田の不要な部分への回り込みを防止することができる。
以上の構造によって、電機子の高速回転時の遠心力がコンデンサに作用した場合であっても、バリスタからのコンデンサの脱落を防止することができる。また、バリスタの各係止部(複数の嵌合溝の各径方向外側面)で、コンデンサにおける電機子の径方向外側への移動を規制することにより、バリスタに対するコンデンサの径方向の位置決めを行うことができる。
請求項7に記載の発明によれば、複数のコンデンサに、電機子の周方向両側に向いた端面(例えば複数のコンデンサの各側面に垂直な端面)を設けている。そして、バリスタの位置決め部は、複数のコンデンサの各端面に対して接触可能となるように、複数の嵌合溝の各周方向両端面に形成されている。
以上の構造によって、複数の嵌合溝の各位置決め部(複数の嵌合溝の各周方向両端面)で、複数のコンデンサにおける電機子の周方向への移動を規制することにより、複数のコンデンサの周方向の位置決めを行うことができる。これにより、バリスタに対する複数のコンデンサの位置決めを精度良く行うことができる。
この結果、電機子の回転情報(回転角度、回転方向、回転速度等)を検出するための回路が成立するので、電機子の回転情報を精度良く検出することが可能となる。
請求項9に記載の発明によれば、周方向溝は、バリスタの周方向全体(全周)に渡って形成されている。
以上の構造によって、電機子の高速回転時の遠心力がコンデンサに作用した場合であっても、バリスタからのコンデンサの脱落を防止することができる。また、バリスタの各係止部(周方向溝の各径方向外側面)で、コンデンサにおける電機子の径方向外側への移動を規制することにより、バリスタに対するコンデンサの径方向の位置決めを行うことができる。
以上の構造によって、電機子の高速回転時の遠心力がコンデンサに作用した場合であっても、バリスタからのコンデンサの脱落を防止することができる。また、バリスタの各係止部(円筒壁の内周面)で、コンデンサにおける電機子の径方向外側への移動を規制することにより、バリスタに対するコンデンサの径方向の位置決めを行うことができる。
請求項13に記載の発明によれば、バリスタの各天井壁は、バリスタの周方向に部分的に形成されている。
以上の構造によって、コンデンサをバリスタに固定するための半田からのコンデンサの剥がれを要因とする、バリスタからのコンデンサの脱落を防止することができる。
これにより、電機子の回転情報(回転角度、回転方向、回転速度等)を精度良く検出することが可能となる。
これにより、電機子の回転情報(回転角度、回転方向、回転速度等)を精度良く検出することが可能となる。
本発明は、回転軸に固定されたバリスタからのコンデンサの脱落を防止するという目的を、複数のコンデンサの径方向外側(電機子の径方向外側)への移動を規制する複数の係止部を設けたことで実現した。
また、バリスタに半田付けにより固定されるコンデンサの径方向および周方向の位置決めを行うという目的を、複数のコンデンサの径方向外側(電機子の径方向外側)への移動を規制する複数の係止部、および複数のコンデンサの周方向への移動を規制する位置決め部を設けたことで実現した。
図1ないし図7は本発明の実施例1を示したもので、図1は直流モータの整流子ユニットの主要部を示した図で、図2(a)は直流モータ制御装置を示した図で、図3は直流モータを示した図で、図4は直流モータの電機子(ロータ)を示した図で、図5ないし図7は直流モータのモータ回路を示した図である。
そして、直流モータ制御装置は、複数の気筒を有する内燃機関(エンジン)に搭載される吸気制御装置(例えば電子スロットル装置)に適用されている。
スロットルバルブを支持するシャフトは、電動アクチュエータによって回転方向に駆動される。
電動アクチュエータは、スロットルバルブを開弁方向または閉弁方向に駆動する直流モータ、およびこの直流モータの回転を減速してスロットルバルブのシャフトに伝達する減速機構等により構成される。
なお、直流モータは、電力の供給を受けて駆動力(トルク)を発生する動力源(電動モータ)であって、ECUによって電子制御されるモータ駆動回路を介して、自動車等の車両に搭載された外部電源(直流電源4、交流電源5)に電気的に接続されている。
複数の第1、第2ブラシ1、2は、電機子の円周方向に180°間隔で、しかも互いに対向して配置されている。また、第1ブラシ1は、第1ターミナル11を含む電力供給ラインを介して、外部電源(直流電源4)の正極側(Vcc側)に接続されている。また、第2ブラシ2は、第2ターミナル12を含む電力供給ラインを介して、直流電源4の負極側(グランド側、GND側)に接続されている。
回転軸3の外周には、電機子コアの他に、円筒部と鍔部とが連続して形成された円筒状の絶縁体である合成樹脂製のホルダ14が固定されている。このホルダ14の外周には、整流子が固定されている。整流子は、円環状のワッシャ15によってホルダ14の外周に固定される。
電機子コアは、モータ軸方向(回転軸方向とも言う)に磁性鋼板を複数積層して形成された積層型鉄心により設けられ、回転軸3の外周に圧入嵌合される円筒状(または角筒状)の嵌合部、およびこの嵌合部の外周面から突出する複数の突極(第1〜第3ティース21〜23)を有している。
嵌合部の中心部を回転軸方向に貫通する嵌合孔16には、電機子の回転軸3が圧入固定されている。
また、電機子コアの円周方向に隣合う各第1〜第3ティース21〜23間には、電機子巻線の各第1〜第3相コイル31〜33を収納する複数の第1〜第3スロットが形成されている。
また、各第1〜第3相コイル31〜33の巻き数は、同一巻き数となっている。なお、各第1〜第3相コイル31〜33の巻き数を各第1〜第3スロット毎に変更しても良い。
なお、図3では、各第1〜第3相コイル31〜33と整流子の各第1〜第3整流子セグメント41〜43とを接続する電気配線とコイル端末は省略されている。各第1〜第3整流子セグメント41〜43には、リングバリスタ13の各第1〜第3バリスタ電極51〜53(図11参照)が接続されている。
すなわち、第3整流子セグメント43の第3整流子ライザ44と第1整流子セグメント41の第1整流子ライザ44との間に第1相コイル31のコイル端末が接続される。また、第1整流子セグメント41の第1整流子ライザ44と第2整流子セグメント42の第2整流子ライザ44との間に第2相コイル32のコイル端末が接続される。また、第2整流子セグメント42の第2整流子ライザ44と第3整流子セグメント43の第3整流子ライザ44との間に第3相コイル33のコイル端末が接続される。
以上により、整流子の各第1〜第3整流子セグメント41〜43に電気的に接続する各第1、第2ブラシ1、2に、正極側、負極側外部接続端子である一対の異極ターミナルを経由して直流電源4および交流電源5から電流が供給されると、各第1〜第3相コイル31〜33に電流が流れ、電機子が回転する。
第1コンデンサC1は、複数の第1〜第3バリスタ電極51〜53のうちリングバリスタ13の円周方向に隣設する2つの第3、第1バリスタ電極53、51に半田材S1、S2により電気的に接続されている。
第2コンデンサC2は、複数の第1〜第3バリスタ電極51〜53のうちリングバリスタ13の円周方向に隣設する2つの第1、第2バリスタ電極51、52に半田材S3、S4により電気的に接続されている。
ここで、リングバリスタ13、複数の第1、第2コンデンサC1、C2、複数の第1〜第3整流子セグメント41〜43等によって整流子ユニットが構成される。
なお、整流子ユニットの詳細は後述する。
ECUは、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段を有している。エンジンの運転状態は、エンジン回転速度、エンジン負荷(アクセル開度)、エンジン冷却水温度、吸気温度等によって検出することができる。
また、ECUは、回転情報検出装置より出力される電気信号(センサ出力信号)が、A/D変換器によってA/D変換された後に、ECUに内蔵されたマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。
信号処理部8は、直流モータの第1、第2ブラシ1、2間に形成されるモータ回路を流れる通電電流に含まれる交流電流成分を抽出する交流電流成分抽出手段を含んでいる。
回転角度検出部9は、交流電流成分抽出手段により抽出された交流電流成分に基づいて、直流モータの電機子の回転角度を検出する回転角度検出手段、および交流電流成分抽出手段により抽出された交流電流成分の変化パターンに基づいて、直流モータの電機子の回転方向を検出する回転方向検出手段を含んでいる。
本実施例の直流モータのモータ回路は、直流モータの電機子が180°回転する間に、状態A、状態B、状態Cの3種類に変化する。つまり電機子が60°回転する毎に、インピーダンスの異なる3種類のモータ回路を形成する。各モータ回路に電流が流れることで、電流検出手段7は、図2(b)に示したように、振幅の異なる3つの状態の脈流を検出する。
このとき、直流モータのモータ回路を流れる通電電流を検出する電流検出手段7は、図2(b)の時刻T1〜T2(時刻T4〜T5)の状態に示したように、交流電流成分の振幅の大きい第1状態の脈流を検出する。
この状態Bでは、Vcc側の第1ブラシ1が第1整流子セグメント41と接触し、GND側の第2ブラシ2が第2整流子セグメント42と接触する。このとき、直流モータは、図6に示したモータ回路を形成する。この状態Bでのモータ回路では、直流成分は、第5、第6分路105、106を流れ、交流成分は主に第7、第8分路107、108を流れる。
このとき、直流モータのモータ回路を流れる通電電流を検出する電流検出手段7は、図2(b)の時刻T2〜T3の状態に示したように、時刻T1〜T2の状態よりも振幅の小さい第2状態の脈流を検出する。
この状態Cは、Vcc側の第1ブラシ1が第3整流子セグメント43と接触し、GND側の第2ブラシ2が第2整流子セグメント42と接触する。このとき、直流モータは、図7に示したモータ回路を形成する。この状態Cでのモータ回路では、直流成分は、第9、第10分路109、110を流れ、交流成分は主に第11、第12分路111、112を流れる。
このとき、直流モータのモータ回路を流れる通電電流を検出する電流検出手段7は、図2(b)の時刻T3〜T4の状態に示したように、時刻T2〜T3の状態よりも振幅の小さい第3状態の脈流を検出する。
次に、信号処理部8は、電流検出手段7の検出した電流の振幅変化をA/D変換、整流、平滑等により電圧の異なる3種類のパルス信号に変換する。具体的には、交流電流成分の振幅の大きい第1状態の脈流を検出した場合には、信号処理部8から最も高電圧のパルス信号(X)が出力される。また、第1状態よりも振幅の小さい第2状態の脈流を検出した場合には、信号処理部8から中間電圧のパルス信号(X)が出力される。また、第2状態よりも振幅の小さい第3状態の脈流を検出した場合には、信号処理部8から最も低電圧のパルス信号(X)が出力される。
信号処理部8が出力するパルス信号(X)は、第1比較回路によって、第1の閾値と比較される。信号処理部8が出力するパルス信号(X)が第1の閾値以上のとき、第1比較回路は「1」を出力する。また、信号処理部8が出力するパルス信号(X)が第1の閾値未満のとき、第1比較回路は「0」を出力する。
これと同時に、信号処理部8が出力するパルス信号(X)は、第2比較回路によって、第2の閾値と比較される。信号処理部8が出力するパルス信号(X)が第2の閾値以上のとき、第2比較回路は「1」を出力する。また、信号処理部8が出力するパルス信号(X)が第2の閾値未満のとき、第2比較回路は「0」を出力する。
また、回転角度検出部9は、信号処理部8が出力するパルス信号(X)が、第1ステータス、第2ステータス、第3ステータスの順、あるいは第2ステータス、第3ステータス、第1ステータスの順、あるいは第3ステータス、第1ステータス、第2ステータスの順に遷移する時、直流モータの電機子が正転方向(例えばスロットルバルブの閉弁作動方向)に回転していることを検出する。
回転角度検出部9は、信号処理部8が出力するパルス信号(X)が、各ステータスに遷移する回数をカウントする。そして、そのカウント値を例えば正転方向に回転している時は加算し、逆転方向に回転している時は減算する等、回転方向に応じて増減することにより、直流モータの電機子の回転角度または被駆動体となるスロットルバルブ等の回転角度を算出する。
直流モータは、電機子巻線の各第1〜第3相コイル31〜33がデルタ結線(またはY結線)され、各第1〜第3相コイル31〜33のコイル端末が複数の第1〜第3整流子セグメント41〜43に一体形成される各第1〜第3整流子ライザ44に電気的に接続されている。
また、整流子の半径方向外側には、サージ電圧が加わるとき、電流をグランド側に流すことで、電磁ノイズを吸収して整流子を保護するためのリングバリスタ13が設置されている。このリングバリスタ13の上面には、複数の第1、第2コンデンサC1、C2が搭載されている。
また、リングバリスタ13の下面には、複数の第1〜第3バリスタ電極51〜53が形成されている。これらの第1〜第3バリスタ電極51〜53は、複数の第1〜第3整流子セグメント41〜43の第1〜第3整流子ライザ44に半田材S1〜S4を介して電気的に接続されている。
なお、複数の第1、第2コンデンサC1、C2は、電機子の径方向外側に向いた外側面、電機子の径方向内側に向いた内側面、電機子の回転軸方向一方側に向いた上端面、電機子の回転軸方向他方側に向いた下端面、および電機子の円周方向両側に向いた左右端面等を有している。
ここで、本実施例のリングバリスタ13の上面には、複数の第1、第2コンデンサC1、C2がそれぞれ嵌め込まれる複数の第1、第2嵌合凹部61、62が形成されている。これらの第1、第2嵌合凹部61、62は、第1、第2コンデンサC1、C2の形状に対応した直方体形状に形成されており、リングバリスタ13の円周方向に部分的に形成されている。
そして、複数の第1、第2嵌合凹部61、62は、第1、第2コンデンサC1、C2の上端面側が若干飛び出す程度の溝深さを有する凹状の嵌合溝(嵌合凹溝)である。複数の第1、第2嵌合凹部61、62は、半径方向外側面と半径方向内側面との間に長方形状の溝底面を有している。また、複数の第1、第2嵌合凹部61、62は、例えばリングバリスタ13の同一円周上で、しかも所定の間隔(例えば120°間隔)を空けて設けられている。
第2嵌合凹部62は、第2コンデンサC2の半径方向外側の外側面に接触して、第2コンデンサC2の半径方向外側への移動を規制する第2係止部64を有している。この第2係止部64は、第2コンデンサC2の半径方向外側の外側面を覆うように設置されている。そして、第2係止部64は、第2コンデンサC2の半径方向外側の外側面に対して接触可能となるように、第2嵌合凹部62の半径方向外側面に形成されている。
また、第2嵌合凹部62の底部を形成する第2薄板部66(リングバリスタ13のバリスタ素体の第2薄板部66)には、第2薄板部66の板厚方向の両面(第2嵌合凹部62の底面とリングバリスタ13の下面)を連通するように、複数の第2貫通孔(スルーホール)H3、H4が貫通形成されている。複数の第2貫通孔H3、H4内には、リングバリスタ13の第2嵌合凹部62へ第2コンデンサC2を固定する組付工程時または組付工程前に、半田材S3、S4が流し込まれる。
また、第2嵌合凹部62には、第2コンデンサC2の円周方向両側の各端面に接触して、第2コンデンサC2の円周方向への移動を規制する第2位置決め部68が設けられている。この第2位置決め部68は、第2コンデンサC2の円周方向両側の各端面に対して接触可能となるように、第2嵌合凹部62の各円周方向両端面に形成されている。
以上のように、本実施例の電子スロットル装置の電動アクチュエータの動力源として使用される直流モータにおいては、電機子の回転軸3に固定されるリングバリスタ13の上面に、第1、第2コンデンサC1、C2がそれぞれ嵌め込まれる複数の第1、第2嵌合凹部61、62を設け、これらの第1、第2嵌合凹部61、62の半径方向外側面に、第1、第2コンデンサC1、C2の半径方向外側の外側面を覆う第1、第2係止部63、64を設けている。
これにより、直流モータの電機子を高速回転させた時(直流モータの電機子の高速回転時)の遠心力によって、リングバリスタ13のコンデンサ搭載面に半田材S1〜S4により固定された各第1、第2コンデンサC1、C2が、リングバリスタ13の半径方向外側に移動したとしても、第1、第2コンデンサC1、C2の径方向外側の各外側面が、リングバリスタ13の各第1、第2係止部63、64に接触して、第1、第2コンデンサC1、C2における電機子の径方向外側への移動が規制される。
この結果、直流モータの電機子の回転に伴うインピーダンスの段階的な変化をもたらす第1、第2コンデンサC1、C2がリングバリスタ13の第1、第2嵌合凹部61、62から脱落する可能性がないので、回転情報検出装置が検出した回転角度および回転方向への信頼性を向上することができる。
この結果、直流モータの電機子の回転情報(回転角度、回転方向等)を検出するための回路が成立するので、電機子の回転情報を精度良く検出することが可能となる。
これによって、複数の第1、第2嵌合凹部61、62の各第1、第2位置決め部67、68で、第1、第2コンデンサC1、C2における電機子の円周方向への移動を規制することにより、第1、第2コンデンサC1、C2の半径方向および円周方向の位置決めを確実に行うことができる。これにより、リングバリスタ13のコンデンサ搭載面(製造時の半田固定位置)に対する第1、第2コンデンサC1、C2の位置決めを精度良く行うことができる。
この結果、直流モータの電機子の回転情報(回転角度、回転方向等)を検出するための回路が成立するので、電機子の回転情報を精度良く検出することが可能となる。
また、第2コンデンサC2の外部端子電極T3、T4と、第1、第2整流子セグメント41、42の第1、第2整流子ライザ44とを、リングバリスタ13の各第2貫通孔H3、H4内に充填される半田材S3、S4を介して接続することにより、半田材S3、S4の不要な部分への回り込みを防止できるので、直流モータのモータ回路内の短絡を防止することができる。
図8および図9は本発明の実施例2を示したもので、図8(a)、(b)はリングバリスタに対する第1、第2コンデンサの設置状態を示した図で、図9はバリスタ電極に第1、第2コンデンサを接続した状態を示した図である。
そして、リングバリスタ13の周方向溝69は、第1、第2コンデンサC1、C2の上端面側が若干飛び出す程度の溝深さを有する凹状の嵌合溝(嵌合凹溝)である。この周方向溝69は、半径方向外側面と半径方向内側面との間に円環状の溝底面を有している。
そして、リングバリスタ13の周方向溝69には、複数の第1、第2コンデンサC1、C2がそれぞれ嵌め込まれる複数の第1、第2嵌合凹部71、72が形成されている。これらの第1、第2嵌合凹部71、72は、リングバリスタ13の同一円周上において所定の間隔(例えば120°間隔)を空けて設けられている。
周方向溝69の第2嵌合凹部72は、第2コンデンサC2の半径方向外側の外側面に接触して、第2コンデンサC2の半径方向外側への移動を規制する第2係止部74を有している。この第2係止部74は、第2コンデンサC2の半径方向外側の外側面を覆うように設置されている。そして、第2係止部74は、第2コンデンサC2の半径方向外側の外側面に対して接触可能となるように、周方向溝69の第2嵌合凹部72の半径方向外側面に形成されている。
また、第2嵌合凹部72の底部を形成する第2薄板部76(リングバリスタ13のバリスタ素体の第2薄板部76)には、実施例1の第2薄板部66と同様に、複数の第2貫通孔H3、H4が形成されている。複数の第2貫通孔H3、H4内には、実施例1と同様に、リングバリスタ13の第2嵌合凹部72へ第2コンデンサC2を固定する組付工程時または組付工程前に、半田材S3、S4が流し込まれる。
以上のように、本実施例の直流モータにおいては、電機子の回転軸3に固定されるリングバリスタ13の上面に、第1、第2コンデンサC1、C2が共に嵌め込まれる周方向溝69を設け、その周方向溝69の円周方向に所定の間隔で複数の第1、第2コンデンサC1、C2がそれぞれ嵌め込まれる複数の第1、第2嵌合凹部71、72を設け、これらの第1、第2嵌合凹部71、72の半径方向外側面に、第1、第2コンデンサC1、C2の半径方向外側の外側面を覆う第1、第2係止部73、74を設けている。
これにより、直流モータの電機子の高速回転時の遠心力によって、リングバリスタ13のコンデンサ搭載面に半田材S1〜S4により固定された各第1、第2コンデンサC1、C2が、リングバリスタ13の半径方向外側に移動したとしても、第1、第2コンデンサC1、C2の径方向外側の各外側面が、リングバリスタ13の各第1、第2係止部73、74に接触して、第1、第2コンデンサC1、C2における電機子の径方向外側への移動が規制される。
これによって、実施例1と同様な効果を達成することができる。
そして、リングバリスタ13の円筒壁79よりも径方向内側には、複数の第1、第2コンデンサC1、C2がそれぞれ搭載される複数の第1、第2搭載部81、82が形成されている。これらの第1、第2搭載部81、82は、リングバリスタ13の同一円周上において所定の間隔(例えば120°間隔)を空けて設けられている。
リングバリスタ13の第2搭載部82よりも径方向外側の円筒壁79には、第2コンデンサC2の半径方向外側の外側面に接触して、第2コンデンサC2の半径方向外側への移動を規制する第2係止部84が設けられている。この第2係止部84は、第2コンデンサC2の半径方向外側の外側面を覆うように設置されている。そして、第2係止部84は、第2コンデンサC2の半径方向外側の外側面に対して接触可能となるように、円筒壁79の内周面(半径方向内側面)に形成されている。
また、リングバリスタ13の第2搭載部82には、第2搭載部82の板厚方向の両面(リングバリスタ13の上面とリングバリスタ13の下面)を連通するように、複数の第2貫通孔H3、H4が貫通形成されている。複数の第2貫通孔H3、H4内には、実施例1及び2と同様に、リングバリスタ13の第2搭載部82のコンデンサ搭載面へ第2コンデンサC2を固定する組付工程時または組付工程前に、半田材S3、S4が流し込まれる。
これによって、実施例1及び2と同様な効果を達成することができる。
これらの第1、第2天井壁91、92は、複数の第1、第2コンデンサC1、C2の回転軸方向一方側の各端面、および複数の第1、第2搭載部81、82の回転軸方向一方側を覆うように設置されている。また、複数の第1、第2天井壁91、92は、リングバリスタ13の円周方向に部分的に形成されている。そして、複数の第1、第2天井壁91、92は、複数の第1、第2搭載部81、82と同様に、リングバリスタ13の同一円周上において所定の間隔(例えば120°間隔)を空けて設けられている。
リングバリスタ13の第2天井壁92には、第2コンデンサC2の回転軸方向一方側の端面に接触して、第2コンデンサC2の回転軸方向一方側への移動を規制する第2規制部94が設けられている。この第2規制部94は、第2コンデンサC2の回転軸方向一方側の端面を覆うように設置されている。そして、第2規制部94は、第2コンデンサC2の回転軸方向一方側の端面に対して接触可能となるように、第2天井壁92の天井面(第2コンデンサC2の端面に対向する対向面)に形成されている。
これによって、実施例1及び2と同様な効果を達成することができる。
本実施例では、直流モータの電機子の磁極数を3極とし、ステータの磁極数を2極として、電機子の磁極数をステータの磁極数よりも多くしているが、直流モータの電機子の磁極数を4極または6極とし、ステータの磁極数を8極として、電機子の磁極数をステータの磁極数よりも少なくしても良い。
本実施例では、直流モータをスロットルバルブの動力源としているが、直流モータをその他のバルブ(流量制御用のバルブ、流路切替用のバルブ、流路開閉用のバルブ等)の動力源としても良い。また、直流モータとバルブのシャフトとを直結しても良い。また、直流モータをコンプレッサ、ポンプ、ブロワ、ファン等の動力源としても良い。
なお、電機子の極数は3以上あれば良く、コンデンサは、静電容量の異なるものを2つ以上設置すれば良い。したがって、電機子巻線の相コイルの全てに対応するようにコンデンサを並列接続することも可能である。
また、電機子巻線の各第1〜第3相コイル31〜33のコイル端末と複数の第1〜第3整流子セグメント41〜43の各第1〜第3整流子ライザ44との接続方法として、各第1〜第3相コイル31〜33のコイル端末を各第1〜第3整流子ライザ44にからげたり、半田付けしたり、溶接したりする等の各種接続方法を採用することができる。
2 第2ブラシ
3 直流モータの回転軸(モータシャフト)
4 直流電源
5 交流電源
13 リングバリスタ
21 電機子コアの第1ティース
22 電機子コアの第2ティース
23 電機子コアの第3ティース
31 電機子巻線の第1相コイル
32 電機子巻線の第2相コイル
33 電機子巻線の第3相コイル
41 第1整流子セグメント
42 第2整流子セグメント
43 第3整流子セグメント
51 第1バリスタ電極
52 第2バリスタ電極
53 第3バリスタ電極
61 第1嵌合凹部(嵌合溝)
62 第2嵌合凹部(嵌合溝)
63 第1係止部
64 第2係止部
67 第1位置決め部
68 第2位置決め部
69 周方向溝
71 第1嵌合凹部(嵌合溝)
72 第2嵌合凹部(嵌合溝)
73 第1係止部
74 第2係止部
79 円筒壁
81 第1搭載部
82 第2搭載部
83 第1係止部
84 第2係止部
91 第1天井壁
92 第2天井壁
93 第1規制部
94 第2規制部
C1 第1コンデンサ
C2 第2コンデンサ
H1 第1貫通孔
H2 第1貫通孔
H3 第2貫通孔
H4 第2貫通孔
S1 半田材
S2 半田材
S3 半田材
S4 半田材
Claims (15)
- 回転軸に固定される電機子コア、この電機子コアに巻装される電機子巻線、および前記回転軸に固定されて、前記電機子巻線に接続される整流子を有する電機子と、
前記整流子に摺接する複数のブラシと
を備えた直流モータにおいて、
前記電機子は、前記回転軸に固定されて、前記ブラシが前記整流子に摺接することに起因するノイズの発生を抑制するための環板状のバリスタと、
このバリスタに半田により固定されて、静電容量の異なる複数のコンデンサと
を備え、
前記電機子コアは、前記電機子の径方向外側に向けて放射状に突出する複数のティースを有し、
前記電機子巻線は、前記電機子コアの各ティースの周囲に巻装された三相以上の相コイルを有し、
前記整流子は、前記電機子巻線の各相コイルに接続される複数のセグメントを有し、
前記複数のコンデンサは、前記電機子の径方向外側に向いた側面を有し、
前記バリスタは、前記複数のコンデンサの径方向外側の各側面を覆うように設置されて、前記複数のコンデンサに接触して、前記複数のコンデンサの径方向外側への移動を規制する複数の係止部、前記整流子の各セグメントに接続される複数の電極、および前記バリスタの板厚方向の両面を連通するように貫通する複数の貫通孔を有していることを特徴とする直流モータ。 - 請求項1に記載の直流モータにおいて、
前記複数のコンデンサは、前記バリスタの板厚方向の一面に搭載されており、
前記バリスタの各電極は、前記バリスタの板厚方向の他面に設けられており、
前記電機子巻線の各相コイルまたは前記整流子の各セグメントは、前記バリスタの各電極に接続されていることを特徴とする直流モータ。 - 請求項1または請求項2に記載の直流モータにおいて、
前記複数のコンデンサは、前記バリスタの各貫通孔内に充填される半田を介して前記バリスタの各電極に接続されていることを特徴とする直流モータ。 - 請求項2または請求項3に記載の直流モータにおいて、
前記複数のコンデンサは、前記バリスタの各貫通孔内に充填される半田を介して前記整流子の各セグメントに接続されていることを特徴とする直流モータ。 - 請求項1ないし請求項4のうちのいずれか1つに記載の直流モータにおいて、
前記バリスタは、その板厚方向の一面に、前記複数のコンデンサがそれぞれ嵌め込まれる複数の嵌合溝を有し、
前記バリスタの各係止部は、前記複数のコンデンサの各側面に対して接触可能となるように、前記複数の嵌合溝の各径方向外側面に形成されていることを特徴とする直流モータ。 - 請求項5に記載の直流モータにおいて、
前記複数の嵌合溝は、前記バリスタの周方向に部分的に形成されて、前記複数のコンデンサに接触して、前記複数のコンデンサの周方向への移動を規制する位置決め部を有していることを特徴とする直流モータ。 - 請求項6に記載の直流モータにおいて、
前記複数のコンデンサは、前記電機子の周方向両側に向いた端面を有し、
前記位置決め部は、前記複数のコンデンサの各端面に対して接触可能となるように、前記複数の嵌合溝の各周方向両端面に形成されていることを特徴とする直流モータ。 - 請求項1ないし請求項7のうちのいずれか1つに記載の直流モータにおいて、
前記バリスタは、その板厚方向の一面に、前記複数のコンデンサが共に嵌め込まれる周方向溝を有し、
前記バリスタの各係止部は、前記複数のコンデンサの各側面に対して接触可能となるように、前記周方向溝の径方向外側面に形成されていることを特徴とする直流モータ。 - 請求項8に記載の直流モータにおいて、
前記周方向溝は、前記バリスタの周方向全体に渡って形成されていることを特徴とする直流モータ。 - 請求項1ないし請求項5のうちのいずれか1つに記載の直流モータにおいて、
前記バリスタは、その板厚方向の一面に、前記複数のコンデンサの径方向外側の各側面を覆う円筒壁を有し、
前記バリスタの各係止部は、前記複数のコンデンサの各側面に対して接触可能となるように、前記円筒壁の内周面に形成されていることを特徴とする直流モータ。 - 請求項10に記載の直流モータにおいて、
前記円筒壁は、前記バリスタの周方向全体に渡って形成されていることを特徴とする直流モータ。 - 請求項11または請求項12に記載の直流モータにおいて、
前記バリスタは、前記円筒壁の先端から径方向内側に張り出した複数の天井壁を有し、 前記複数のコンデンサは、前記電機子の回転軸方向一方側に向いた端面を有し、
前記バリスタの各天井壁は、前記複数のコンデンサの端面に接触して、前記複数のコンデンサの回転軸方向一方側への移動を規制する規制部を有していることを特徴とする直流モータ。 - 請求項12に記載の直流モータにおいて、
前記バリスタの各天井壁は、前記バリスタの周方向に部分的に形成されていることを特徴とする直流モータ。 - 請求項1ないし請求項13のうちのいずれか1つに記載の直流モータにおいて、
前記電機子コアは、前記電機子の径方向外側に向けて放射状に突出する複数の第1〜第3ティースを有し、
前記電機子巻線は、前記第1〜第3ティースの周囲に巻装された3相の第1〜第3相コイルを有し、
前記複数のコンデンサは、前記電機子巻線の第1相コイルと並列接続される第1コンデンサ、および前記電機子巻線の第2相コイルと並列接続される第2コンデンサを有していることを特徴とする直流モータ。 - 請求項14に記載の直流モータにおいて、
前記バリスタは、前記第1〜第3相コイルおよび前記複数のセグメントに接続される複数の第1〜第3電極を有し、
前記第1コンデンサは、前記複数の第1〜第3電極のうち周方向に隣設する2つの第3、第1電極に半田により接続されており、
前記第2コンデンサは、前記複数の第1〜第3電極のうち周方向に隣設する2つの第1、第2電極に半田により接続されていることを特徴とする直流モータ。
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