JP5619413B2

JP5619413B2 - 電動モータ

Info

Publication number: JP5619413B2
Application number: JP2009288040A
Authority: JP
Inventors: 義親川島; 哲平時崎
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2029-12-18
Also published as: JP2011130613A

Description

本発明は、アーマチュア軸の回転速度を切換自在な電動モータに関する。

電動モータは、電源から供給される電流を機械的な回転運動に変換して出力する機器であり、ワイパ装置などの車両用電装品から、ＯＡ、ＡＶ機器などの民生機器に至るまで幅広く用いられている。

例えば、自動車等の車両に搭載されるワイパ装置には、駆動源としてブラシ付き電動モータが用いられている。ブラシ付き電動モータは、アーマチュア軸の一端を回転自在に支持する有底筒状のヨークを有している。ヨークの内部には、ヨークの内面に固定された複数の永久磁石により磁界が形成され、アーマチュア軸に固定されたアーマチュアが回転自在に収容されている。アーマチュアは、永久磁石に向けて放射状に突出する複数のティースを備えたアーマチュアコアを有しており、それぞれのティースにアーマチュアコイルが巻装されている。また、アーマチュア軸には、複数のセグメント片を備えたコンミテータが固定されており、アーマチュアコイルがそれぞれ対応するセグメント片のライザに電気的に接続されている。このコンミテータには複数のブラシが摺接されており、アーマチュアコイルにブラシおよびコンミテータを介して電流が供給されると、ヨークの内部に形成された磁界とによりアーマチュア軸に電磁力トルクが生じ、アーマチュア軸が回転されるようになっている。

ところで、ワイパ装置は、ワイパモータによりワイパブレードを揺動駆動してウィンドガラスに付着した雨滴等を払拭するようにしており、ウィンドガラスに付着した雨滴量に応じてワイパモータの駆動速度を低速駆動と高速駆動とに切換自在となっている。すなわち、ワイパモータに用いられるブラシ付き電動モータは、共通ブラシと低速駆動用ブラシと高速駆動用ブラシとを有する３ブラシモータとなっている。そして、共通ブラシと低速駆動用ブラシを介してアーマチュアコイルに給電することでアーマチュア軸を低速で回転させ、共通ブラシと高速駆動用ブラシを介してアーマチュアコイルに給電することでアーマチュア軸を高速で回転させている。このような３ブラシモータを用いた電動モータが、例えば、特許文献１に記載されている。

この電動モータは、略円筒形状に形成された所謂シリンダ型のコンミテータを有しており、各ブラシがそれぞれ径方向内側に付勢されてコンミテータの外周面に摺接されている。すなわち、シリンダ型のコンミテータは、軸方向に延びる断面円弧形状の複数のセグメント片をアーマチュア軸の回転方向に並べて配置した略円筒形状をしている。そして、各セグメント片の外周面には、アーマチュア軸の径方向内側に向けて付勢された各ブラシが摺接される摺接面が形成されている。また、この電動モータは、ヨークの内面に２つのマグネットを対向して固定した２極３ブラシモータであり、ヨークを２方取り構造つまりヨークの開口部を断面略小判型形状としている。これにより、各ブラシのレイアウト性を確保しつつ電動モータを車両の限られたスペースに配置可能なように、電動モータの小型、軽量化が図られている。

特開２００６−３３９４７号公報

ところで、電動モータを多極化することで、つまりヨークの内面に固定されるマグネットの数を増やすことで、ヨークの磁気飽和を減らし、動作点の向上によりアーマチュア軸のトルク向上を図ることによって、電動モータの小型、軽量化するようにした技術が知られている。しかしながら、電動モータを多極化すると、コンミテータのセグメント片の数が増加することとなる（例えば、２極から４極にすると、セグメント片の数が１２個から１８個に増加する）。そのため、セグメント片の回転方向の厚さを一定にした場合には、コンミテータの外径が大きくなり、電動モータの小型、軽量化を十分に図ることができない。一方、コンミテータの外径を一定にした場合には、セグメント片の回転方向の厚さが小さくなり、以下のような問題を生ずることとなる。

第１の問題点として、ブラシの厚さを一定にすると、セグメント片の回転方向の厚さが小さくなる分だけ、セグメント片の回転方向の厚さに対するブラシの厚さが相対的に大きくなる。これにより、特許文献１に記載されるような３ブラシモータの場合には、高速駆動用ブラシ短絡電流が増加して、電動モータの駆動効率が低下することとなる。すなわち、電動モータの低速駆動時に、高速駆動用ブラシが隣り合う複数のセグメント片の摺接面に同時に接触し易くなり、高速駆動用ブラシによりアーマチュアコイル同士が短絡される時間が長くなる。そのため、高速駆動用ブラシにより短絡されたアーマチュアコイルに発生する誘起電圧による電流によってアーマチュア軸の回転方向と逆方向に生じる電磁力トルクが大きくなり、電動モータの駆動効率が低下することとなる。

また、同様に、各ブラシが隣り合う複数のセグメント片に同時に接触し易くなり、各ブラシによりアーマチュアコイル同士が短絡される時間が長くなる。そのため、電流が供給されるアーマチュアコイルの数（有効導体数）が減少し、電動モータの駆動効率が低下することとなる。逆に、セグメント片の回転方向の厚さが小さくなる分だけ、ブラシの厚さを小さくすると、ブラシの製造が困難となるとともにブラシが破損し易くなり、さらには、ブラシを流れる電流の電流密度が大きくなる。

第２の問題点として、セグメント片の回転方向の厚さが小さくなることにより、隣り合うセグメント片のライザの相互間距離が小さくなる。そのため、ライザに電気的に接続されるアーマチュアコイルのコイル端同士が接触してしまい、アーマチュアコイルの絶縁を確実に行えないおそれがある。また、ライザ自体の大きさも小さくなるため、アーマチュアコイルのコイル端をヒュージング（熱カシメ）によりライザに係止する際に、ライザがヒュージング時の加圧力により破損するおそれがある。

第３の問題点として、セグメント片の回転方向の厚みが小さくなることにより、セグメント片自体の大きさが小さくなり、セグメント片を製造するのが困難となる。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転速度を切換自在な電動モータにおいて、電動モータの駆動効率の低下を抑制しつつ、電動モータの小型、軽量化を図ることにある。

本発明の電動モータは、共通ブラシと低速駆動用ブラシを介してアーマチュアコイルに給電することでアーマチュア軸を低速で回転する低速駆動と、前記共通ブラシと高速駆動用ブラシを介して前記アーマチュアコイルに給電することで前記アーマチュア軸を高速で回転する高速駆動とに切換自在な電動モータであって、前記低速駆動用ブラシを前記共通ブラシに対して回転方向に直角にずれた位置に配置し、前記高速駆動用ブラシを前記共通ブラシと前記低速駆動用ブラシの少なくとも一方に対して回転方向に鈍角にずれた位置に配置し、前記アーマチュア軸を回転自在に支持する有底筒状のヨークと、前記ヨークの内面に固定される４つのマグネットと、前記アーマチュアコイルが巻装される複数のティースを備え、前記アーマチュア軸に固定されるアーマチュアコアと、前記アーマチュアコイルが電気的に接続される複数の扇形のセグメント片と、前記複数のセグメントが互いに絶縁して配置されたホルダ部とを備え、前記アーマチュア軸に固定されるコンミテータとを有し、前記コンミテータは、前記複数のセグメント片を前記アーマチュア軸の回転方向に並べて配置した円盤形状であり、前記アーマチュア軸の軸方向に向けて付勢された前記各ブラシが摺接される摺接面を前記複数のセグメント片の軸方向端面にそれぞれ形成し、前記各ブラシの回転方向の厚さは、各セグメント片の回転方向の厚さよりも小さくし、かつ、高速駆動用ブラシの回転方向の厚さを低速駆動用ブラシの回転方向の厚さおよび共通ブラシの回転方向の厚さに対して小さくすることを特徴とする。

本発明の電動モータは、前記ヨークの開口部は断面円形状に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、アーマチュア軸の回転速度を切換自在な３ブラシモータにおいて、各ブラシが摺接される摺接面が軸方向端面に形成された円盤形状のコンミテータとしたので、各ブラシが摺接される摺接面が外周面に形成された円筒形状のコンミテータとした場合に比べて、コンミテータの外径を大きく形成することが可能となり、セグメント片の回転方向の厚さを相対的に大きく形成することができる。これにより、ブラシの厚さを一定とした場合に、セグメント片の回転方向の厚さに対するブラシの厚さが相対的に小さくなり、高速駆動用ブラシ短絡電流の増加および有効導体数の減少による電動モータの駆動効率の低下を抑制することができる。また、セグメント片の回転方向の厚さが相対的に大きくなることにより、隣り合うセグメント片のライザの相互間距離が相対的に大きくなり、アーマチュアコイルの絶縁を確実に行うことができるとともに、ライザ自体の大きさも大きくすることができるのでライザの耐ヒュージングが確実となる。さらに、セグメント片の回転方向の厚さが相対的に大きくなることにより、セグメント片自体の大きさが大きくなり、セグメント片の製造が容易となる。すなわち、コンミテータを所謂ディスク型とすることでセグメント片の回転方向の厚さを相対的に大きく形成することができるので、電動モータを多極化することによりセグメント片の回転方向の厚さが小さくなることによって生ずる諸問題を解決することができる。これにより、アーマチュア軸の回転速度を切換自在な３ブラシモータにおいて、容易に電動モータの多極化を図ることができ、電動モータの小型、軽量化を図ることができる。

本発明の一実施の形態である電動モータを備えたワイパモータの断面図である。図１に示すワイパモータの平面図である。図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。コンミテータの斜視図である。アーマチュアコイルの巻き線図である。図１におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。比較例としてシリンダ型のコンミテータを有する電動モータを示す図６に対応する断面図である。他の実施形態における電動モータを示す図６に対応する断面図である。他の実施形態におけるアーマチュアコイルの巻き線図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。このワイパモータ１０は、自動車等の車両に搭載されたワイパ装置に設けられ、ウィンドガラスを払拭するワイパブレードに連結された図示しないリンク機構を駆動するために用いられる。ワイパモータ１０は、モータ本体（電動モータ）１１とモータ本体１１の回転を減速させてリンク機構に伝達する減速機構とを１つのユニットとした減速機構付モータであり、駆動源であるモータ本体１１と減速機構を備えるギヤ部１２とを有している。

モータ本体１１にはブラシ付き直流モータが用いられており、モータ本体１１に設けられるアーマチュア軸１３が正方向または逆方向に回転可能となっている。モータ本体１１は、薄板鋼板等を有底の段付き円筒形状にプレス成形することにより形成されるヨーク１４を有している。ヨーク１４の内周面には、図３に示すように、径方向内側に向けてＮ極、Ｓ極に着磁された２対（４つ）の永久磁石１５ｎ，１５ｓがアーマチュア軸１３の回転方向に交互に固定されている。この永久磁石１５ｎ，１５ｓによりヨーク１４の内部に磁界が形成されている。

ヨーク１４の内部にはアーマチュア１６が回転自在に収容されており、アーマチュア１６は微小隙間（エアギャップ）を介して各永久磁石１５ｎ，１５ｓに径方向に対向して配置されている。アーマチュア１６は、各永久磁石１５ｎ，１５ｓに向けて径方向外側に放射状に突出する１８個のティース１７を備えるアーマチュアコア１６ａを有しており、各ティース１７にはそれぞれアーマチュアコイル１６ｂが巻装されている。すなわち、各ティース１７の相互間に形成されるスロットには、図５に示すように、導線が複数のスロットを跨ぐように重ね巻きされて、アーマチュアコア１６ａに複数のアーマチュアコイル１６ｂが装着されている。また、図１に示すように、アーマチュア１６の軸心にはアーマチュア軸１３が軸方向に貫通して固定されており、このアーマチュア軸１３の軸方向一端部は、ヨーク１４の底壁に固定された軸受１８によって回転自在に支持されている。

アーマチュア軸１３には、アーマチュア１６の軸方向他端側に隣接させて、つまりヨーク１４の開口部に位置させて、アーマチュア１６と一体に回転するコンミテータ２０が固定されている。コンミテータ２０は、図４に示すように、略円盤形状に形成された所謂ディスク型（扁平型）のコンミテータとなっており、軸方向寸法に対して径方向寸法が大きく形成された略円盤形状のホルダ部２１を備えている。このホルダ部２１は、例えば熱可塑性樹脂などの樹脂材料をモールド成形して形成されており、その軸心に形成される軸孔２２においてアーマチュア軸１３に圧入されて当該アーマチュア軸１３に固定されている。

ホルダ部２１の軸方向他端側の端面には、アーマチュア軸１３の回転方向に並べられた１８個のセグメント片２３が配置されている。各セグメント片２３は、例えば銅などの金属材料により径方向に延びる略扇形状に形成されており、各セグメント片２３の軸方向端面にそれぞれ形成された摺接面２３ａをアーマチュア軸１３の軸方向他端側に向けてホルダ部２１に固定されている。隣り合うセグメント片２３は相互にアーマチュア軸１３の回転方向に所定の間隔をあけて配置され、各セグメント片２３は互いに電気的に絶縁されている。これらセグメント片２３には、径方向外側に突出するライザ２３ｂが一体に設けられており、各セグメント片２３のライザ２３ｂにそれぞれ対応するアーマチュアコイル１６ｂのコイル端が電気的に接続されている。また、図５に示すように、コンミテータ２０は、相互にアーマチュア軸１３の回転方向に１８０°ずれて配置されたセグメント片２３同士が均圧線２４により電気的に接続されており、互いに対向するセグメント片２３同士が同電位となっている。このコンミテータ２０は、図６に示すように、ヨーク１４の断面円形状の開口部と略同心状となるようにヨーク１４の開口部に配置されている。

モータ本体１１は、ヨーク１４の開口側に設けられたフランジ部１４ａにおいてギヤ部１２のギヤケース２５に取り付けられている。ギヤケース２５は、モータ本体１１側に開口する略円筒形状のブラシホルダ収容部２６を備えている。ヨーク１４は、そのフランジ部１４ａの端面をブラシホルダ収容部２６の開口側の端面に突き当てた状態で、複数の締結ネジによりギヤケース２５に固定されている。また、アーマチュア軸１３の軸方向他端側はギヤケース２５の内部に突出されており、ブラシホルダ収容部２６の内部に固定された軸受２７によってアーマチュア軸１３の軸方向他端側が回転自在に支持されている。

ブラシホルダ収容部２６の内部には、コンミテータ２０よりもアーマチュア軸１３の軸方向他端側に位置して、樹脂製のブラシホルダ２８が収容されている。モータ本体１１に設けられたブラシホルダ２８は、ばね部材２９によりアーマチュア軸１３の軸方向一端側つまりコンミテータ２０側に付勢された３つのブラシ３０を備えており、各ブラシ３０がコンミテータ２０の摺接面２３ａにそれぞれ摺接されている。つまり、モータ本体１１は、４つのマグネット１５ｎ，１５ｓと３つのブラシ３０とを有する４極３ブラシモータとなっている。このブラシ３０およびコンミテータ２０を介してアーマチュアコイル１６ｂに電流が供給されると、ヨーク１４の内部に形成される磁界とによりアーマチュア１６に回転方向の電磁力トルクが生じ、アーマチュア軸１３が回転駆動されるようになっている。

図６に示すように、各ブラシ３０は、セグメント片２３の形状に対応させて断面略台形状に形成されており、各ブラシ３０の断面積はセグメント片２３の摺接面２３ａよりも小さくなるように形成されている。３つのブラシ３０のうち共通ブラシ（Ｅブラシ）３０ａと低速駆動用ブラシ（Ｌｏブラシ）３０ｂは、相互にアーマチュア軸１３の回転方向に直角にずれて配置され、共通ブラシ３０ａは正極、低速駆動用ブラシ３０ｂは負極となっている。これら共通ブラシ３０ａと低速駆動用ブラシ３０ｂおよびコンミテータ２０を介してアーマチュアコイル１６ｂに給電することにより、アーマチュア軸１３が低速で回転する低速駆動でモータ本体１１を作動させることができるようになっている。

一方、３つのブラシ３０のうち高速駆動用ブラシ（Ｈｉブラシ）３０ｃは、共通ブラシ３０ａと低速駆動用ブラシ３０ｂのそれぞれに対してアーマチュア軸１３の回転方向に鈍角にずれて配置され、高速駆動用ブラシ３０ｃは負極となっている。すなわち、高速駆動用ブラシ３０ｃは、アーマチュア軸１３を中心として共通ブラシ３０ａと低速駆動用ブラシ３０ｂとのなす角度が大きい側（共通ブラシ３０ａと低速駆動用ブラシ３０ｂとのなす角度が２７０°の側）に配置されている。この高速駆動用ブラシ３０ｃと共通ブラシ３０ａおよびコンミテータ２０を介してアーマチュアコイル１６ｂに給電することにより、アーマチュア軸１３が高速で回転する高速駆動でモータ本体１１を作動させることができるようになっている。

図２に示すように、ギヤケース２５の内部に突出されたアーマチュア軸１３の軸方向他端側には、相互に捩れ方向が逆向きに形成された一対のウォーム１３ａ，１３ｂが一体に設けられている。これら一対のウォーム１３ａ，１３ｂに隣接させて、ギヤケース２５の内部には一対の二段ギヤ３１ａ，３１ｂが収容されている。各二段ギヤ３１ａ，３１ｂは、アーマチュア軸１３の軸方向と直交する方向に延びる支軸３２ａ，３２ｂにより回転自在に支持されている。そして、各二段ギヤ３１ａ，３１ｂは、それぞれウォーム１３ａ，１３ｂと噛み合うウォームホイール３３ａ，３３ｂと、ウォームホイール３３ａ，３３ｂと一体に回転されるピニオンギヤ３４ａ，３４ｂとを備えている。また、ギヤケース２５の内部には、一対のピニオンギヤ３４ａ，３４ｂにそれぞれ噛み合う単一の出力ギヤ３５が回転自在に収容されており、出力ギヤ３５にはギヤケース２５の外部へ突出する出力軸３６が固定されている。この出力軸３６には、モータ本体１１の回転が二段ギヤ３１ａ，３１ｂおよび出力ギヤ３５を介して減速して伝達され、出力軸３６に連結されたワイパ装置のリンク機構を駆動するようになっている。

図１に示すように、ギヤケース２５の内部には、ワイパモータ１０の作動を制御する制御基板３７が収容されている。この制御基板３７はワイパスイッチや車載バッテリ等に接続されている。運転者等によりワイパスイッチが操作されると、制御基板３７からブラシ３０およびコンミテータ２０を介してアーマチュアコイル１６ｂに電流が供給され、これによりワイパモータ１０が作動するようになっている。また、制御基板３７には出力ギヤ３５に固定される回転検出用マグネットに対向するホールセンサ３８が設けられており、制御基板３７はホールセンサ３８により検出される出力ギヤ３５の回転数に基づいてワイパモータ１０の作動制御を行うようになっている。

次に、コンミテータ２０とブラシ３０の配置構造について、本発明のモータ本体１１と所謂シリンダ型のコンミテータを有する電動モータとを比較して説明する。図７は比較例としてシリンダ型のコンミテータを有する電動モータを示す図６に対応する断面図である。なお、図７において、図６と同様の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。

図７に示す電動モータは４極３ブラシモータであり、略円筒形状に形成された所謂シリンダ型のコンミテータ４０を有している。コンミテータ４０は、アーマチュア軸１３の回転方向に並べられた１８個のセグメント片４１を備えており、セグメント片４１の回転方向の角度が図６に示すセグメント片２３の回転方向の角度と同じ角度αとなっている。各セグメント片４１は軸方向に延びる断面円弧形状に形成されており、各セグメント片４１がその外周面に形成された摺接面４１ａをアーマチュア軸１３の径方向外側に向けてホルダ部４２の外周面に固定されている。また、各ブラシ４３はコンミテータ４０の径方向外側に配置されて、図示しないばね部材によりアーマチュア軸１３の径方向内側つまりコンミテータ４０側に付勢されており、各ブラシ４３がコンミテータ４０の摺接面４１ａにそれぞれ摺接されている。この電動モータは、コンミテータ４０の径方向外側に各ブラシ４３を配置するためのスペースを確保しつつ電動モータの小型、軽量化を図るために、ヨーク４４の開口部が断面略小判型形状に形成されてヨーク４４が２方取り構造となっている。

一方、図６に示すモータ本体１１は４極３ブラシモータであり、略円盤形状に形成された所謂ディスク型のコンミテータ２０を有している。各ブラシ３０はコンミテータ２０の軸方向他端側に配置されて、ばね部材２９によりアーマチュア軸１３の軸方向一端側に付勢されており、各ブラシ３０がコンミテータ２０の軸方向他端側の端面に形成された摺接面２３ａにそれぞれ摺接されている。つまり、各ブラシ３０は、アーマチュア軸１３の軸方向から見たコンミテータ２０の投影面上に配置されている。

そのため、このモータ本体１１では、図７に示す電動モータのようにコンミテータ４０の径方向外側に各ブラシ４３を配置するためのスペースを確保する必要がなく、コンミテータ２０の外径Ｒ１をヨーク１４の内周面に近接する位置まで大きく形成することが可能となっている。すなわち、ディスク型のコンミテータ２０は、シリンダ型のコンミテータ４０に比べてその外径を大きくすることが可能となっている。これにより、コンミテータ２０の外径Ｒ１をコンミテータ４０の外径Ｒ２よりも大きく形成することで、セグメント片２３の回転方向の厚さＤ１がセグメント片４１の回転方向の厚さＤ２に比べて大きく形成されている。

したがって、図６および図７に示すように、３つのブラシ３０の厚さとブラシ４３の厚さを同じ厚さＤ３とした場合には、セグメント片４１の回転方向の厚さＤ２に対するブラシ４３の厚さＤ３に比べて、セグメント片２３の回転方向の厚さＤ１に対する３つのブラシ３０の厚さＤ３が相対的に小さくなる。これにより、３ブラシモータにおいて、高速駆動用ブラシ短絡電流の増加による電動モータの駆動効率の低下を抑制することができる。すなわち、モータ本体１１の低速駆動時に、高速駆動用ブラシ３０ｃが隣り合うセグメント片２３の摺接面２３ａに同時に接触することが抑制され、高速駆動用ブラシ３０ｃによりアーマチュアコイル１６ｂが短絡される時間が短くなるため、高速駆動用ブラシ３０ｃによる影響を緩和することができるようになっている。また、同様に、各ブラシ３０が隣り合うセグメント片２３の摺接面２３ａに同時に接触することが抑制され、各ブラシ３０によりアーマチュアコイル１６ｂが短絡される時間が短くなるため、有効導体数の減少による電動モータの駆動効率の低下を抑制することができる。

さらに、セグメント片２３の回転方向の厚さＤ１が相対的に大きくなることにより、隣り合うセグメント片２３のライザ２３ｂの相互間距離Ｅ１が、隣り合うセグメント片４１のライザ４１ｂの相互間距離Ｅ２に比べて相対的に大きくなる。そのため、ライザ２３ｂに電気的に接続されるアーマチュアコイル１６ｂのコイル端同士が互いに接触することを防止でき、アーマチュアコイル１６ｂの絶縁を確実に行うことが可能となる。また、ライザ２３ｂ自体の大きさを相対的に大きくすることができるので、アーマチュアコイル１６ｂのコイル端をヒュージング（熱カシメ）によりライザ２３ｂに係止する際に、ライザ２３ｂがヒュージング時の加圧力により破損することを防止することができる。

さらに、セグメント片２３の回転方向の厚さＤ１が相対的に大きくなることにより、セグメント片２３自体の大きさが大きくなり、セグメント片２３を製造するのが容易となる。

また、このモータ本体１１では、図７に示す電動モータのようにコンミテータ４０の径方向外側に各ブラシ４３を配置するためのスペースを確保する必要がないため、ヨーク１４を２方取り構造とする必要がなく、ヨーク１４の開口部を断面円形状に形成しても電動モータの小型、軽量化を図ることができるようになっている。すなわち、ヨーク１４の開口部を断面円形状に形成しても、その直径Ｌが図７に示すヨーク４４の短辺側の長さＬとほぼ同じ長さとなるので、ヨーク１４を２方取り構造としなくても電動モータの小型、軽量化を図ることができる。これにより、ヨークを２方取り構造とする場合に比べてヨーク１４の成型が容易となるとともに、各ブラシ３０のレイアウト性を向上させることができる。

このように、アーマチュア軸１３の回転速度を切換自在な３ブラシモータにおいて、コンミテータ２０をディスク型としたので、シリンダ型のコンミテータ４０の外径Ｒ２に比べてコンミテータ２０の外径Ｒ１を大きく形成することが可能となる。これにより、シリンダ型のコンミテータ４０におけるセグメント片４１の回転方向の厚さＤ２に比べて、ディスク型のコンミテータ２０におけるセグメント片２３の回転方向の厚さＤ１を大きく形成することができる。これによって、３つのブラシ３０の厚さを同じとした場合に、セグメント片２３の回転方向の厚さＤ１に対する３つのブラシ３０の厚さＤ３が相対的に小さくなり、高速駆動用ブラシ短絡電流の増加および有効導体数の減少による電動モータの駆動効率の低下を抑制することができる。また、隣り合うセグメント片２３のライザ２３ｂの相互間距離Ｅ１が相対的に大きくなり、アーマチュアコイル１６ｂの絶縁を確実に行うことができるとともに、ライザ２３ｂ自体の大きさも大きくすることができるのでライザ２３ｂの耐ヒュージングが確実となる。さらに、セグメント片２３自体の大きさが大きくなり、セグメント片２３の製造が容易となる。

すなわち、コンミテータ２０をディスク型とすることでセグメント片２３の回転方向の厚さＤ１を相対的に大きく形成することができるので、電動モータを多極化することによりセグメント片の回転方向の厚さが小さくなることによって生ずる諸問題を解決することができる。これにより、アーマチュア軸１３の回転速度を切換自在な３ブラシモータにおいて、容易にモータ本体１１の多極化を図ることができ、電動モータの小型、軽量化を図ることができる。

なお、前記実施の形態においては、３つのブラシ３０の厚さをブラシ４３の厚さと同じにしたが、セグメント片２３の回転方向の厚さＤ１がセグメント片４１の回転方向の厚さＤ２に比べて相対的に大きくなった分だけ、３つのブラシ３０の厚さをブラシ４３の厚さに比べて相対的に大きくすることで、ブラシ３０に流れる電流の電流密度を低減することも可能である。また、高速駆動用ブラシ３０ｃの厚さをブラシ４３の厚さと同じとするとともに、共通ブラシ３０ａと低速駆動用ブラシ３０ｂの厚さをブラシ４３の厚さに対して相対的に大きくすることで、つまり、高速駆動用ブラシ３０ｃの厚さを共通ブラシ３０ａと低速駆動用ブラシ３０ｂの厚さに対して小さくすることで、高速駆動用ブラシ短絡電流を低減し、電動モータの駆動効率を向上させることも可能である。

さらに、前記実施の形態においては、高速駆動用ブラシ３０ｃをそれぞれ共通ブラシ３０ａと低速駆動用ブラシ３０ｂに対してアーマチュア軸１３の回転方向に鈍角にずれて配置するようにしたが、これに限定されることはない。ただし、高速駆動用ブラシ３０ｃを共通ブラシ３０ａと低速駆動用ブラシ３０ｂとの少なくとも一方に対してアーマチュア軸１３の回転方向に鈍角にずれて配置することで、つまり、高速駆動用ブラシ３０ｃを共通ブラシ３０ａと低速駆動用ブラシ３０ｂとのなす角度が大きい側に配置することで、各ブラシのレイアウト性が向上され、各ブラシ３０の組み付け性を良くすることが好ましい。

図８は他の実施形態における電動モータを示す図６に対応する断面図であり、図８において、図６と同様の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。図８に示すように、ヨーク１４の内周面には径方向内側に向けてＮ極、Ｓ極に着磁された１対（２つ）の永久磁石１５ｎ，１５ｓが互いに対向して固定されており、１対の永久磁石１５ｎ，１５ｓによりヨーク１４の内部に磁界が形成されている。また、図８に示すモータ本体はディスク型のコンミテータ５０を有しており、コンミテータ５０はアーマチュアコア１６ａのティース１７の数に対応させて１２個のセグメント片５１を備えている。このような２極３ブラシモータにおいても、シリンダ型のコンミテータを有する２極３ブラシモータに比べて、コンミテータ５０の外径を相対的に大きくすることが可能であり、上記と同様の効果を奏することができる。このように、本発明の電動モータは４極３ブラシモータに限定されず、極数は任意に変更可能である。ただし、多極化されるほどセグメント片の数が多くなり、セグメント片の回転方向の厚さが小さくなるので、より多極機の電動モータになるほど本発明の優位性は高まると言える。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前記実施の形態においては、本発明の電動モータをワイパモータに１０用いたが、他のモータに用いるようにしてもよい。

さらに、上記実施の形態においては、図５に示すようなアーマチュアコイル１６ｂの巻き線としたが、本発明はこれに限らず、種々変更可能である。例えば、図９に示すような、所謂バランス型の巻き線にも適用可能である。図９のような巻き線とすることで、アーマチュアコイル１６ｂにおけるコイルエンドの低減による小型・軽量化、および占積率の向上によるモータ特性の向上を図ることができる。

１０ワイパモータ
１１モータ本体（電動モータ）
１２ギヤ部
１３アーマチュア軸
１３ａ，１３ｂウォーム
１４ヨーク
１４ａフランジ部
１５ｎ，１５ｓ永久磁石
１６アーマチュア
１６ａアーマチュアコア
１６ｂアーマチュアコイル
１７ティース
１８軸受
２０コンミテータ
２１ホルダ部
２２軸孔
２３セグメント片
２３ａ摺接面
２３ｂライザ
２４均圧線
２５ギヤケース
２６ブラシホルダ収容部
２７軸受
２８ブラシホルダ
２９ばね部材
３０ブラシ
３０ａ共通ブラシ
３０ｂ低速駆動用ブラシ
３０ｃ高速駆動用ブラシ
３１ａ，３１ｂ二段ギヤ
３２ａ，３２ｂ支軸
３３ａ，３３ｂウォームホイール
３４ａ，３４ｂピニオンギヤ
３５出力ギヤ
３６出力軸
３７制御基板
３８ホールセンサ
４０コンミテータ
４１セグメント片
４１ａ摺接面
４２ホルダ部
４３ブラシ
４４ヨーク
５０コンミテータ
５１セグメント片

Claims

共通ブラシと低速駆動用ブラシを介してアーマチュアコイルに給電することでアーマチュア軸を低速で回転する低速駆動と、前記共通ブラシと高速駆動用ブラシを介して前記アーマチュアコイルに給電することで前記アーマチュア軸を高速で回転する高速駆動とに切換自在な電動モータであって、
前記低速駆動用ブラシを前記共通ブラシに対して回転方向に直角にずれた位置に配置し、前記高速駆動用ブラシを前記共通ブラシと前記低速駆動用ブラシの少なくとも一方に対して回転方向に鈍角にずれた位置に配置し、
前記アーマチュア軸を回転自在に支持する有底筒状のヨークと、
前記ヨークの内面に固定される４つのマグネットと、
前記アーマチュアコイルが巻装される複数のティースを備え、前記アーマチュア軸に固定されるアーマチュアコアと、
前記アーマチュアコイルが電気的に接続される複数の扇形のセグメント片と、前記複数のセグメントが互いに絶縁して配置されたホルダ部とを備え、前記アーマチュア軸に固定されるコンミテータとを有し、
前記コンミテータは、前記複数のセグメント片を前記アーマチュア軸の回転方向に並べて配置した円盤形状であり、前記アーマチュア軸の軸方向に向けて付勢された前記各ブラシが摺接される摺接面を前記複数のセグメント片の軸方向端面にそれぞれ形成し、
前記各ブラシの回転方向の厚さは、各セグメント片の回転方向の厚さよりも小さくし、かつ、高速駆動用ブラシの回転方向の厚さを低速駆動用ブラシの回転方向の厚さおよび共通ブラシの回転方向の厚さに対して小さくすることを特徴とする電動モータ。
請求項１記載の電動モータにおいて、前記ヨークの開口部は断面円形状に形成されていることを特徴とする電動モータ。