JP5693114B2 - DC motor - Google Patents
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Description
本発明はDCモータに関する。 The present invention relates to a DC motor.
自動車等の電装機器や音響・映像機器、あるいは家電機器から玩具・模型、電動工具に至るまで、DCモータ(以下、単に「モータ」ともいう)はあらゆる分野および用途に使用されている。 DC motors (hereinafter also simply referred to as “motors”) are used in a variety of fields and applications, ranging from electrical equipment such as automobiles, audio / video equipment, or home appliances to toys, models, and electric tools.
このようなモータは、動作時に発生する電気ノイズの低減が求められているため、モータを構成する回路にコンデンサやチョークコイル等の電気素子が接続されているものが知られている。特許文献1には、カーボンブラシに電気的に接続されている巻き線の端部が絶縁チューブに通され、その絶縁チューブがフェライトのリングを貫通するように配置されている電動機が開示されている。この電動機では、複数のフェライトのリングがブラシ保持基板に固定されている。 Since such a motor is required to reduce electric noise generated during operation, a motor in which an electric element such as a capacitor or a choke coil is connected to a circuit constituting the motor is known. Patent Document 1 discloses an electric motor in which an end portion of a winding electrically connected to a carbon brush is passed through an insulating tube, and the insulating tube is disposed so as to pass through a ferrite ring. . In this electric motor, a plurality of ferrite rings are fixed to a brush holding substrate.
しかしながら、前述の電動機は、フェライトのリングを貫通する巻き線が絶縁チューブに覆われているため、十分な電気ノイズ防止性能を達成しようとすると、フェライトのリングが大径化してしまう。一方、フェライトのリングを大径化せずに複数備えることで電気ノイズ防止性能を達成しようとすると、電動機の大型化を招くことになる。 However, in the above-described electric motor, since the windings penetrating the ferrite ring are covered with the insulating tube, the diameter of the ferrite ring becomes large if an attempt is made to achieve sufficient electrical noise prevention performance. On the other hand, if an attempt is made to achieve electrical noise prevention performance by providing a plurality of ferrite rings without increasing the diameter, the size of the electric motor will be increased.
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電気ノイズの対策が施された小型なDCモータを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a small DC motor in which measures against electric noise are taken.
上記課題を解決するために、本発明のある態様のDCモータは、ヨークと、ヨークの内面に沿って設けられ、周方向に複数の磁極を有するマグネットと、マグネットに対向配置された電機子と、電機子の回転軸に挿通され固定されたシャフトと、電機子と同軸になるようにシャフトに取り付けられたコミテータと、コミテータに摺接する一対のブラシと、一対のブラシへの給電に用いられる配線と、金属酸化物からなる強磁性体材料で構成されている環状部材と、を備える。環状部材は、その中心部に配線のうち露出した導体部分が位置するように設けられている。 In order to solve the above problems, a DC motor according to an aspect of the present invention includes a yoke, a magnet that is provided along the inner surface of the yoke and has a plurality of magnetic poles in the circumferential direction, and an armature that is disposed to face the magnet. , A shaft inserted and fixed on the rotation shaft of the armature, a commutator attached to the shaft so as to be coaxial with the armature, a pair of brushes slidably in contact with the commutator, and wiring used for power supply to the pair of brushes And an annular member made of a ferromagnetic material made of a metal oxide. The annular member is provided so that the exposed conductor portion of the wiring is located at the center thereof.
この態様によると、金属酸化物からなる強磁性体材料で構成されている環状部材は、その中心部に配線のうち露出した導体部分が位置するように設けられている。そのため、導体部分の外周部に環状部材の内周部をより近付けることができ、ノイズ抑制の効果が高まる。また、環状部材の内周部が小径化されることで、環状部材の外周部も小径化でき、環状部材の小型化が可能となる。その結果、DCモータ自体も小型化される。 According to this aspect, the annular member made of the ferromagnetic material made of the metal oxide is provided so that the exposed conductor portion of the wiring is located at the center thereof. Therefore, the inner peripheral part of the annular member can be brought closer to the outer peripheral part of the conductor part, and the effect of noise suppression is enhanced. Moreover, since the inner peripheral part of the annular member is reduced in diameter, the outer peripheral part of the annular member can also be reduced in diameter, and the annular member can be reduced in size. As a result, the DC motor itself is also reduced in size.
ヨークと連結され、ブラシを支持する樹脂製のブラシホルダを更に備えてもよい。環状部材および配線は、ブラシホルダ上に配設されていてもよい。これにより、環状部材および配線をDCモータの内部に収納することができる。 A resin brush holder connected to the yoke and supporting the brush may be further provided. The annular member and the wiring may be disposed on the brush holder. Thereby, an annular member and wiring can be stored in a DC motor.
マグネットは、周方向に4つの磁極を有してもよい。一対のブラシは、それぞれの長手方向が直交するように配置されており、環状部材は、該環状部材がブラシホルダに支持される支持面上であって、一対のブラシに挟まれた領域以外の領域上に配設されていてもよい。一対のブラシは、それぞれの長手方向が直交するように配置されているため、その間の領域が比較的狭くなっている。そのため、一対のブラシに挟まれた領域以外の領域に環状部材を配設することで、ブラシホルダの支持面上の領域を有効に利用して一対のブラシと環状部材をレイアウトできる。 The magnet may have four magnetic poles in the circumferential direction. The pair of brushes are arranged so that the longitudinal directions thereof are orthogonal to each other, and the annular member is on a support surface on which the annular member is supported by the brush holder and other than the region sandwiched between the pair of brushes. It may be disposed on the region. Since the pair of brushes are arranged so that their longitudinal directions are orthogonal to each other, the region between them is relatively narrow. Therefore, by arranging the annular member in a region other than the region sandwiched between the pair of brushes, the pair of brushes and the annular member can be laid out effectively using the region on the support surface of the brush holder.
配線は、一対のブラシの一方と導通する第1の配線と、一対のブラシの他方と導通する第2の配線とから構成され、環状部材は、第1の配線の露出した導体部分が中心部を通っている第1の環状部材と、第2の配線の露出した導体部分が中心部を通っている第2の環状部材とから構成されていてもよい。これにより、配線毎に別々の環状部材を設けることができるため、個々の環状部材を小型化することができる。また、複数の配線を一つの環状部材の中心部に通す場合と比較して、導体部分の外周部に環状部材の内周部をより近付けることができ、ノイズ抑制の効果が高まる。 The wiring is composed of a first wiring that is electrically connected to one of the pair of brushes, and a second wiring that is electrically connected to the other of the pair of brushes. You may be comprised from the 1st cyclic | annular member which has passed through, and the 2nd cyclic | annular member in which the conductor part which the 2nd wiring exposed passes the center part. Thereby, since a separate annular member can be provided for every wiring, each annular member can be reduced in size. Moreover, compared with the case where a plurality of wires are passed through the central portion of one annular member, the inner peripheral portion of the annular member can be brought closer to the outer peripheral portion of the conductor portion, and the effect of noise suppression is enhanced.
配線に接続されているコンデンサを備えてもよい。コンデンサの一端は、ブラシに対して環状部材よりも離れた位置で配線の露出した導体部分と接続されていてもよい。これにより、コンデンサをDCモータの内部に収納することができるとともに、ノイズ抑制の効果が更に高まる。 A capacitor connected to the wiring may be provided. One end of the capacitor may be connected to the exposed conductor portion of the wiring at a position away from the annular member with respect to the brush. As a result, the capacitor can be housed in the DC motor, and the effect of noise suppression is further enhanced.
環状部材は、フェライトコアであってもよい。これにより、ノイズ対策部品としてチョークコイルを用いた場合よりもコストを低減できる。また、フェライトコアの配設は、チョークコイルのようにはんだ付けなどの手間のかかる工程が必要なく、製造コストの低減に寄与する。 The annular member may be a ferrite core. Thereby, cost can be reduced compared with the case where a choke coil is used as a noise countermeasure component. The arrangement of the ferrite core does not require a time-consuming process such as soldering like a choke coil, and contributes to a reduction in manufacturing cost.
環状部材の内径は、配線の導体部分の外径以上であり、環状部材の内径は、0.5〜6[mm]であり、導体部分の外径は、0.5〜3.0[mm]であってもよい。 The inner diameter of the annular member is equal to or greater than the outer diameter of the conductor portion of the wiring, the inner diameter of the annular member is 0.5 to 6 [mm], and the outer diameter of the conductor portion is 0.5 to 3.0 [mm]. ].
配線は、導体部分が露出している露出部分と、導体部分を絶縁材料で被覆した被膜部分と、を有してもよい。被膜部分の外径は露出部分の外径よりも大きい。これにより、被膜部分を囲むように環状部材を配置する場合よりも、露出部分を囲むように環状部材を配置した場合の方が、導体部分の外周部に環状部材の内周部をより近付けることができ、ノイズ抑制の効果が高まる。 The wiring may have an exposed portion where the conductor portion is exposed and a coating portion where the conductor portion is covered with an insulating material. The outer diameter of the coating portion is larger than the outer diameter of the exposed portion. Thereby, the case where the annular member is arranged so as to surround the exposed portion is closer to the outer peripheral portion of the conductor portion than the case where the annular member is arranged so as to surround the coating portion. The noise suppression effect is enhanced.
本発明によれば、電気ノイズの対策が施された小型なDCモータを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the small DC motor by which the countermeasure against the electrical noise was taken can be provided.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. Moreover, the structure described below is an illustration and does not limit the scope of the present invention at all.
従来、モータの用途によっては、規定の電気ノイズ対策が求められていた。また、電動工具のように今後電気ノイズ対策が求められる分野もある。モータの電気ノイズ対策としては、セラッミックコンデンサやチョークコイルを内蔵したものがある。チョークコイルは、一般的に部品コストが高い。また、チョークコイルをモータに内蔵させる際、電気的接続のために部品点数が増えたり、接続に工数がかかったりしており、製造コストの上昇を招いている。 Conventionally, depending on the application of a motor, a prescribed measure against electric noise has been required. There are also fields where electric noise countermeasures will be required in the future, such as electric tools. As a countermeasure against electric noise of a motor, there is a built-in ceramic capacitor or choke coil. A choke coil generally has a high component cost. In addition, when the choke coil is built in the motor, the number of parts is increased due to electrical connection, and the number of man-hours is required for connection, resulting in an increase in manufacturing cost.
一方、電気ノイズ対策として、フェライトコアを用いる方法もある。フェライトコアは比較的低価格であるため、コストの低減という観点からは好ましい。しかしながら、フェライトコアを用いる場合、モータから外部に引き出されたリード線を通して用いることが多い。そのため、モータを搭載するメカの小型化には不利である。 On the other hand, as a countermeasure against electric noise, there is a method using a ferrite core. Since the ferrite core is relatively inexpensive, it is preferable from the viewpoint of cost reduction. However, when a ferrite core is used, it is often used through a lead wire drawn out from the motor. Therefore, it is disadvantageous for downsizing the mechanism on which the motor is mounted.
本発明者は、このような知見に基づいて鋭意検討した結果、モータの小型化と電気ノイズ対策を両立し得る技術を考案した。この技術は、電気ノイズの抑制性能を満たしつつフェライトコアを小型化できる構成を採用している。また、フェライトコアを小型化することで、モータへの内蔵も可能としている。さらには、フェライトコアを割れ欠けがないよう確実にモータに固定する構造についても考案した。 As a result of intensive studies based on such knowledge, the present inventor has devised a technique that can achieve both a reduction in the size of a motor and measures against electric noise. This technology employs a configuration that can reduce the size of the ferrite core while satisfying the electrical noise suppression performance. In addition, the ferrite core can be miniaturized so that it can be built into the motor. In addition, a structure has been devised to securely fix the ferrite core to the motor without cracks.
図1は、実施の形態に係るDCモータの正面図である。図2は、図1のA方向から見たDCモータの側面図である。図3は、図1のB方向から見たDCモータの側面図である。図4は、図3のC−C’断面図である。 FIG. 1 is a front view of a DC motor according to an embodiment. FIG. 2 is a side view of the DC motor as viewed from the direction A in FIG. FIG. 3 is a side view of the DC motor viewed from the direction B of FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line C-C ′ of FIG. 3.
図1乃至図3に示すように、DCモータ(単に「モータ」という)10は、円筒状のハウジング12の内部に回転子(ロータ)14が収容されて構成されている。ハウジング12は、ヨークとしても機能する有底筒状の金属ケース16と、円筒状の樹脂製のブラシホルダ18とを組み付けて構成される。金属ケース16の外周には環状の補助ヨーク19が固定されている。補助ヨーク19は、ハウジング12からの漏洩磁束を軽減させるために金属ケース16に補助的に巻き付ける鋼板である。
As shown in FIGS. 1 to 3, a DC motor (simply referred to as “motor”) 10 is configured by a rotor (rotor) 14 housed in a
金属ケース16および補助ヨーク19は、磁気回路を形成するヨークとしても機能し、金属ケース16の内周面には筒状の界磁マグネット(単に「マグネット」という)20が固定され、共に固定子を構成している。金属ケース16の底部中央にはボス部17が外方にやや突出するように形成され、後述する軸受を収容している。
The
回転子14は、回転軸となるシャフト22に、電機子24、コミテータ26等が設けられて構成される。シャフト22は、ハウジング12の軸線に沿って挿通されているとともに、電機子24の回転軸に沿って挿通され電機子24に対して固定される。また、電機子24は、マグネット20に対向するように配置されている。ブラシホルダ18には、コミテータ26に対向配置される一対のカーボンブラシ30が配設されている。一対のカーボンブラシ30は、それぞれの長手方向が交差するように配置されている。本実施の形態では、一対のカーボンブラシ30は、それぞれの長手方向がおおよそ90°で交差するように配置されている。ブラシホルダ18には、図示しない電装品と電気的に接続するためのリード線32がカーボンブラシ30と直列に取り付けられている。リード線32は、一対のカーボンブラシ30への給電に用いられる配線として機能する。
The
ブラシホルダ18は、リード線32を取り付けたブラシホルダ組立て体の状態で金属ケース16に挿入されるようにして組み付けられる。このようにブラシホルダ組立体を組み付けた後、金属ケース16の開口部に固定する。ブラシホルダ18は、金属ケース16の開口部とほぼ同形状の外形を有し、その開口部に挿通嵌合される。エンドプレート36は、ブラシホルダ18に設けられているカーボンホルダ31やリード線32を覆うように金属ケース16に固定されている。
The
エンドプレート36の中央にはボス部39が外方にやや突出するように形成され、リング状であって潤滑用のオイルを含浸したいわゆるオイルレスメタルからなる滑り軸受37が圧入されている。ボス部39の底部にはその滑り軸受37と同軸状に挿通孔が設けられている。シャフト22の一方端側は、この挿通孔を貫通して外部に露出している。なお、滑り軸受37をエンドプレート36ではなくブラシホルダ18に設けることもできるが、金属からなるエンドプレート36にて保持する本実施の形態の構成は、樹脂と比べて温度湿度変化に強く、モータ使用温度湿度環境の変化による体積の膨張収縮が小さいのでシャフト22の同軸度を向上させることができ、回転子14を高精度で安定した回転状態を保持することができる。
A
図4に示すように、金属ケース16およびブラシホルダ18に囲まれるようにしてハウジング12の内部空間が形成される。一方、金属ケース16のボス部17にも滑り軸受41が圧入されている。滑り軸受41は、シャフト22の端部が挿通され、シャフト22を回転自在に支持する。なお、ボス部17には、シャフト22の一端が突出できるように中央に開口が形成されている。
As shown in FIG. 4, the internal space of the
電機子24は、シャフト22に圧入されたコア46と、コア46に巻回された巻線48を含んで構成されており、コア46の外周面がマグネット20の内周面と所定のクリアランス(磁気ギャップ)をあけて対向配置されている。これらマグネット20およびコア46による磁極構成の詳細については後述する。
The
コミテータ26は、円筒状をなし、ブラシホルダ18が金属ケース16に組み付けられた際にカーボンブラシ30に対向配置される位置にてシャフト22に圧入され、電機子24と同軸になるようにシャフト22に取り付けられている。ブラシホルダ18には筒状のカーボンホルダ31(図3参照)が固定されており、カーボンブラシ30は、このカーボンホルダ31に内挿されて支持されている。また、カーボンブラシ30は、この状態でコミテータ26の外周面に摺接するよう位置決めされている。
The
図5は、コミテータ26の上面図である。コミテータ26は、10個の整流子片26aを有する。導電体で構成される各整流子片26aは、絶縁体からなる整流子芯26bの周上で、互いにスリット26cで分割されるとともに、その端部を折り曲げて電線接続部26dを構成している。
FIG. 5 is a top view of the
図6は、内部にマグネット20が固定されている金属ケース16を開口側から見た側面図である。図7は、内部にマグネット20が固定され、電機子24が収容されている金属ケース16を開口側から見た側面図である。なお、図6では、マグネット20の磁極を説明するためにそれ以外の部品が省略されている。また、図7では、金属ケースに電機子が挿入された状態を示しており、巻線は省略されている。
FIG. 6 is a side view of the
マグネット20は、その外周面が接着剤を介して金属ケース16の内周面に固着されている。マグネット20は、4つの円弧状の部材20aで構成されており、各部材20aは周方向に間隔をおいて所定の位置に配置されている。マグネット20は、4つの円弧状の部材20aの内周面により形成される仮想円の中心が、電機子24の軸中心に一致するように構成されており、各部材20aに各磁極が形成されている。
The outer surface of the
すなわち、マグネット20は、磁極60(N極)、磁極61(S極)、磁極62(N極)、磁極63(S極)が周方向に等間隔で設けられた4極界磁の筒状体からなる。マグネット20は、金属ケース16に固定した後、磁界発生装置により金属ケース16の外部から着磁させることで形成できるが、その着磁技術については公知であるため詳細な説明を省略する。なお、マグネット20は、環状の一つの部材であってもよい。
That is, the
本実施の形態に係るマグネット20は、最大エネルギー積BHmaxが3〜6MGOe(23.9〜47.8kJ/m3)の材料で構成されている。このような材料としては、フェライトの焼結体や、フェライトをプラスチックに分散させたもの、複数種の磁性体をプラスチックに分散させたものがあげられる。前述のような最大エネルギー積を有するマグネットであれば、低コストの材料で製造することができる。
The
一方、図7に示すように、コア46は、シャフト22に圧入された中央円筒部から放射状に延出する5つの磁極64〜68を有し、各磁極に巻線が巻回される。なお、コア46と巻線との間には、絶縁用のコーティングパウダーの塗布が施されている。
On the other hand, as shown in FIG. 7, the
次に、ブラシホルダ18に搭載される、フェライトコア、コンデンサ、カーボンブラシ30、カーボンホルダ31、リード線32などの構成および配置について詳述する。図8は、実施の形態に係るブラシホルダ18に各部品を搭載した状態を示す上面図である。図9は、実施の形態に係るブラシホルダ18の上面図である。図10は、実施の形態に係るブラシホルダ18の斜視図である。
Next, the configuration and arrangement of the ferrite core, the capacitor, the
ブラシホルダ18は有底筒状をなし、金属ケース16と同様に円形状に形成されている。ブラシホルダ18の中央にはその軸線方向にコミテータ26やシャフト22を挿通可能な開口部66が形成されており、その周囲に各種機能部品がスペースを有効利用するよう最適配置されている。なお、ブラシホルダ18の軸線方向は、そのブラシホルダ18に挿通されるシャフト22の長さ方向となる。
The
ブラシホルダ18の左側の領域(図8参照)には、周方向に90度をなすように一対の筒状のカーボンホルダ31a,31b(以下、適宜「カーボンホルダ31」という)が固定され、その内部にカーボンブラシ30a,30b(以下、適宜「カーボンブラシ」という)が摺動可能に収容されている。カーボンホルダ31a,31bのそれぞれは、導電性金属からなる断面四角形状の長尺筒状体からなり、ブラシホルダ18の軸中心からその半径方向に沿って延びるように配設されている。
A pair of
カーボンブラシ30は、長方形状の断面を有する長尺角柱状をなし、カーボンホルダ31に摺動可能に内挿され支持されている。それにより、金属ケース16、回転子14、ブラシホルダ組立体が組み付けられた際には、カーボンブラシ30が、ブラシホルダ18の周部とコミテータ26の軸中心とをつなぐ線上に延びるように配置されるようになる。本実施の形態において、この軸中心と周部とをつなぐ線上は、ブラシホルダ18の対角線上でもある。
The
ブラシホルダ18の周縁部であって、カーボンホルダ31の横には、ねじりばね70が配設されている。ねじりばね70は、その巻回部71がブラシホルダ18の側面部に近接配置されたボス部68に挿通されて支持され、その巻回部71から延出する一端部72がカーボンブラシ30の後端面に当接される。巻回部71から延出する他端部73は、ブラシホルダ18の底部に固定されている。ねじりばね70は、その巻回部71にて付勢力を蓄積し、一端部72がその付勢力をカーボンブラシ30に伝達してコミテータ26側に付勢する。
A
カーボンホルダ31のねじりばね70との対向面には、カーボンブラシ30のストローク方向に沿った図示しないスリットが設けられている。これにより、カーボンブラシ30がコミテータ26側にストロークしたとしても、ねじりばね70の一端部72がそのスリットを介して変位し、常にカーボンブラシ30に付勢力を付与できる。すなわち、カーボンブラシ30が経年により摩耗して短くなっても、コミテータ26との安定した接触状態を保持することができる。一方、ねじりばね70の巻回部71をカーボンブラシ30のストローク範囲の延長線上から外れた位置に設けることで、予めカーボンブラシ30として可能な限り長いものを選択することができ、カーボンブラシ30そのもの、ひいてはモータ10の高寿命化を図ることができる。
A slit (not shown) along the stroke direction of the
ブラシホルダ18の内部スペースには、さらに、2つのフェライトコア76、2つのコンデンサ78等が配設されている。環状部材である2つのフェライトコア76は、電気ノイズ消去部材であり、リード線32の途中が嵌め込まれて保持される保持部80とカーボンホルダ31との間の領域にそれぞれ配置されている。このように、本実施の形態に係るフェライトコア76やリード線32の一部は、ブラシホルダ18上に配設されている。これにより、フェライトコア76およびリード線32の一部をDCモータの内部に収納することができる。また、フェライトコア76を採用することで、ノイズ対策部品としてチョークコイルを用いた場合よりもコストを低減できる。また、フェライトコア76の配設は、チョークコイルのようにはんだ付けなどの手間のかかる工程が必要なく、製造コストの低減に寄与する。なお、電気ノイズ消去部材としては、フェライトコア76に限られず、金属酸化物からなる強磁性体材料で構成されているものでもよい。コンデンサ78は、例えばセラミックコンデンサ等の公知のものからなり、フェライトコア76とともに電気ノイズの抑制に寄与する。
In the interior space of the
リード線32の一方の配線32aは、一方のフェライトコア76の中心部を貫通して一方のカーボンブラシ30aに電気的に接続される。配線32aは、導体部分が露出している露出部分32a1と、導体部分を絶縁材料で被覆した被膜部分32a2と、を有している。被膜部分32a2は、モータの外から保持部80までの部分であり、その先が露出部分32a1となっている。リード線32の他方の配線32bは、他方のフェライトコア76の中心部を貫通して他方のカーボンブラシ30bに電気的に接続される。配線32bは、導体部分が露出している露出部分32b1と、導体部分を絶縁材料で被覆した被膜部分32b2と、を有している。被膜部分32b2は、モータの外から保持部80までの部分であり、その先が露出部分32b1となっている。
One
なお、前述のコンデンサ78は、配線32a(32b)と金属ケース16との間に接続されている。具体的には、コンデンサ78の一端は、カーボンブラシ30a(30b)に対してフェライトコア76よりも離れた位置で配線の露出部分32a1(32b1)とはんだ82で接続されている。このように、コンデンサ78をブラシホルダ18に配置することで、コンデンサをDCモータの内部に収納することができるとともに、ノイズ抑制の効果が更に高まる。なお、コンデンサは、モータ本体に設けずに、モータが取り付けられる電装品に設けられていてもよい。
The
図11(a)は、実施の形態に係るフェライトコアの断面図である。図11(b)は、フェライトコアの変形例の断面図である。本実施の形態に係るフェライトコア76は、外径D1が1.5[mm]〜15[mm]、内径d1が0.5[mm]〜6[mm]、厚みt1が0.5[mm]〜5[mm]、全長Lが1[mm]〜20[mm]の範囲で適宜設定されている。最適な値は、フェライトコア76の中心を通る配線の構成(太さや材質など)を考慮して、実験やシミュレーションにより求めることができる。また、フェライトコアは、図11(b)に示すように、レーストラック形状(2つの半円を直線でつないだ形状)であってもよい。
FIG. 11A is a cross-sectional view of the ferrite core according to the embodiment. FIG.11 (b) is sectional drawing of the modification of a ferrite core. The
本実施の形態に係るリード線32を構成する配線32a,32bは、絶縁材料からなる被膜の厚みt2が1.0mm以下、導体部である芯線の外径D2が0.5[mm]〜3.0[mm]、被膜を含んだ最大外径D3が0.5[mm]〜5.0[mm]の範囲で適宜設定されている。最適な値は、配線が貫通するフェライトコア76の構成(形状や材質など)を考慮して、実験やシミュレーションにより求めることができる。なお、配線の導体部分は、単線の場合だけではなく、より線、ピグテール線、真鍮部品などを採用することができる。なお、導体部分が一本の線でない場合、導体部全体の断面積は0.2[mm2]〜8.0[mm2]であるとよい。
In the
フェライトコアのインピーダンスZは以下の式(1)、式(2)で表される。
Z∝(Ae/Le)×N2・・・(1)
Ae/Le=(H/2π)loge(D1/d1)・・・式(2)
ここで、Aeはフェライトコアの平均断面積、Leはフェライトコアの平均磁路長、Nはターン数、Hはフェライトコアの高さ、D1はフェライトコアの外径、d1はフェライトコアの内径である。
The impedance Z of the ferrite core is expressed by the following formulas (1) and (2).
Z∝ (A e / L e ) × N 2 (1)
A e / L e = (H / 2π) log e (D1 / d1) (2)
Here, A e is the average cross-sectional area of the ferrite core, L e is the mean magnetic path length of the ferrite core, N is the number of turns, H is the ferrite core height, D1 is the outer diameter of the ferrite core, d1 is the ferrite core The inner diameter.
式(1)、式(2)に示されるように、フェライトコアのインピーダンスZは、フェライトコアの内径d1の影響が高い。また、フェライトコアのインピーダンスZを大きくすることで電気ノイズの消去(抑制)が可能となる。具体的には、内径d1を小さくするほどインピーダンスZを大きくできる。 As shown in the equations (1) and (2), the impedance Z of the ferrite core is highly influenced by the inner diameter d1 of the ferrite core. Further, the electrical noise can be eliminated (suppressed) by increasing the impedance Z of the ferrite core. Specifically, the impedance Z can be increased as the inner diameter d1 is reduced.
リード線32において、被膜部分32a2,32b2の外径は露出部分32a1,32b1の外径よりも大きい。そこで、本実施の形態に係るフェライトコア76は、その中心部に配線の露出部分(導体部分)32a1,32b1が位置するように設けられている。つまり、被膜部分32a2,32b2を囲むようにフェライトコア76を配置する場合よりも、露出部分32a1,32b1を囲むようにフェライトコア76を配置した場合の方が、導体部分の外周部にフェライトコア76の内周部をより近付けることができる。そのため、フェライトコア76の内径d1が小さくなり、フェライトコアのノイズ抑制の効果が高まる。また、D1/d1が一定であればインピーダンスZも一定となるため、フェライトコア76の内径d1が小径化されることで、それに比例してフェライトコア76の外径D1も小径化でき、フェライトコア76の小型化が可能となる。つまり、前述の数値範囲で形状を設定することで、電気ノイズを抑制しつつフェライトコアを小型化することができる。その結果、DCモータ自体も小型化される。また、フェライトコアの小型化は材料費の低減にもつながる。
In the
また、図8に示すように、フェライトコア76は、ブラシホルダ18の支持面上であって、一対のカーボンブラシ30に挟まれた領域以外の領域上に配設されている。ここで、一対のカーボンブラシ30に挟まれた領域とは、例えば、図8に示す円形のブラシホルダ18の場合、扇形の領域Rをいう。一対のカーボンブラシ30は、それぞれの長手方向が直交(交差)するように配置されているため、その間の領域(図8に示すカーボンブラシ30aを付勢するねじりばね70が支持されている領域)が比較的狭くなっている。そこで、本実施の形態に係るフェライトコア76は、一対のカーボンブラシ30に挟まれた領域ではなく、一対のカーボンブラシ30と保持部80との間の領域に配設されている。これにより、ブラシホルダ18の支持面上の領域を有効に利用して一対のカーボンブラシ30とフェライトコア76をレイアウトできる。
Also, as shown in FIG. 8, the
また、複数の配線を一つのフェライトコアの中心部に通す場合、フェライトコアの内径は大径化する。加えて、複数の配線を一つのフェライトコアの中心部に通す場合、配線同士がショートしないように、少なくともフェライトコアの内部には配線の被膜部分が位置することになる。そのため、フェライトコアの内径は被膜部分を考慮して更に大径化する。しかしながら、本実施の形態に係るモータ10において、リード線32は、配線32a,32bに別々のフェライトコア76が設けられているため、個々のフェライトコア76を小型化することができる。また、複数の配線を一つのフェライトコアに通す場合と比較して、本実施の形態では、導体部分の外周部にフェライトコア76の内周部をより近付けることができ、ノイズ抑制の効果が高まる。
Further, when a plurality of wires are passed through the central portion of one ferrite core, the inner diameter of the ferrite core is increased. In addition, when a plurality of wires are passed through the central portion of one ferrite core, the coating film portion of the wires is positioned at least inside the ferrite core so that the wires do not short-circuit. For this reason, the inner diameter of the ferrite core is further increased in consideration of the coating portion. However, in the
次に、ブラシホルダ18へのフェライトコア76の固定方法について説明する。図12は、図9に示す領域Dの拡大図である。図13は、図12のE−E断面図である。以下、図8乃至図10、図12、図13などを参照して固定部について説明する。
Next, a method for fixing the
フェライトコア76を固定する固定部90は、ブラシホルダ18上に2箇所設けられている。図12、図13などに示すように、固定部90は、撓み部92と搭載部94とを有する。撓み部92は、ブラシホルダ18から鉛直方向に向かって延設されている2つの脚部96と、脚部96の上端を連結する棒板状の連結部98とで構成されている。撓み部92のうち少なくとも脚部96は、樹脂材料などの可撓材料で構成されている。搭載部94は、搭載されるフェライトコア76の周面に応じて曲面が形成されている底部100と、底部100の端から鉛直上方に延設されている背部102とが形成されている。背部102は、ほぼ平坦な背面102aが形成されている。また、背部102の保持部80に近い側の端部には屈曲部104が形成されている。
Two fixing
2つの脚部96の間隔は、フェライトコア76の全長とほぼ等しい。また、連結部98と背面102aとの距離Fは、フェライトコア76が固定されていない状態では、フェライトコア76の外径D1よりも小さくなるように設定されている。フェライトコア76を固定部90に固定する場合、フェライトコア76を固定部90の上方から背部102に沿って押し込む。その際、フェライトコア76の周面が連結部98に当接すると、2つの脚部96で支持されている連結部98は、背部102から離間するように撓む。更にフェライトコア76を押し込むと、フェライトコア76の幅が最も広い部分が連結部98を通過する。ここで、フェライトコア76の幅とは、図13に示す矢印Gの方向の幅である。本実施の形態に係るフェライトコア76は、円筒形状であるため、フェライトコア76の幅が最も広い部分とはフェライトコアの直径に相当する。なお、フェライトコアが多角筒形状の場合、フェライトコアの幅が最も広い部分とは、フェライトコアを押し込む方向と直交する方向の幅が最も広い部分に相当する。そして、最終的には、フェライトコア76が固定部90の底部100に着座するとともに、フェライトコア76の最も幅が広い部分が2つの脚部96の間に入り込む。
The distance between the two
この状態では、それまで撓んでいた連結部98が元の位置に戻ろうとして、フェライトコア76の周面を背部102や底部100に向かって押し付けることとなり、フェライトコア76が固定部90に固定される。このような固定により、フェライトコア76は、ブラシホルダ18上において、ブラシホルダ18の径方向への位置決めがなされる。また、フェライトコア76は、2つの脚部96や屈曲部104により、底部100上においてフェライトコア76の円筒軸方向への移動が規制される。このように本実施の形態に係る固定部90は、撓み部92や屈曲部104の働きにより、一方向(本実施の形態では上方)からの組み込みでフェライトコア76を所望の位置に確実に固定することができる。また、撓み部92が弾性体のように機能するため、フェライトコア76の割れや欠けが防止される。
In this state, the connecting
なお、本実施の形態に係るモータ10は、金属ケース16(または補助ヨーク19)の外径Dが30〜55[mm]である。これにより、ある程度小型のモータであっても、所望のモータ特性を維持しつつモータの全長を短縮化することができる。また、モータ10は、2つの滑り軸受37,41の間隔(以下では、適宜「全長」という)が35〜70[mm]である。これにより、このようなモータを用いた電動工具の全長も短縮化が可能となる。また、モータ10は、電動工具用として好適な停動トルクが100〜1500[mN・m]程度の性能を実現している。
In the
上述の実施の形態に係るモータ10の効果の一部を列挙すると以下のようになる。
(1)被膜のない芯線が露出している部分を直接フェライトコアに通して使用することで、フェライトコアによる電気ノイズ抑制効果の向上、フェライトコアの体格(外径・全長)縮小が図られる。
(2)露出している芯線にコンデンサの一端を接続し、その芯線をフェライトコアに通してブラシに接続することができるため、作業性の向上が実現でき、モータの低コスト化や小型化が図られる。
(3)フェライトコアをブラシホルダの固定部の弾性を利用し固定する構造とすることで、容易な組み込みを可能とし、かつ、他部品や接着剤を使用することなく、安価で安全な固定が可能となる。
A part of the effects of the
(1) By using the portion where the core wire without the coating is exposed directly through the ferrite core, the effect of suppressing electrical noise by the ferrite core can be improved, and the physique (outer diameter and overall length) of the ferrite core can be reduced.
(2) Since one end of the capacitor can be connected to the exposed core wire, and the core wire can be connected to the brush through the ferrite core, workability can be improved, and the motor can be reduced in cost and size. Figured.
(3) By adopting a structure in which the ferrite core is fixed using the elasticity of the fixing part of the brush holder, it can be easily assembled, and can be fixed inexpensively and safely without using other parts or adhesives. It becomes possible.
本発明は上述の各実施の形態や実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施の形態や実施例に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた変形例も本発明の範囲に含まれうる。以下、変形例について説明する。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications such as design changes can be added to the embodiments and examples based on the knowledge of those skilled in the art. There are also modifications to which such modifications are added and can be included in the scope of the present invention. Hereinafter, modified examples will be described.
図14(a)、図14(b)、図14(c)は、変形例のモータにおけるブラシホルダ上の各部品のレイアウトを説明するための図である。なお、以下では、各部品のレイアウトを中心に説明し、上述の実施の形態と同様の部材については同様の符号を付して説明を適宜省略する。 FIG. 14A, FIG. 14B, and FIG. 14C are diagrams for explaining the layout of each component on the brush holder in the motor of the modified example. In the following description, the layout of each component will be mainly described, and members similar to those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
図14(a)に示すブラシホルダ110は、一対のカーボンブラシ30a,30bの間に2つのねじりばね70が配置されている点が、上述の実施の形態に係るブラシホルダ18と大きく異なる。このようなレイアウトにより、一対のカーボンブラシ30a,30bと配線32a,32bとを接続する際に、配線32a,32bとねじりばね70とが干渉しないようにする必要がなくなり、ブラシホルダ110上に部品を配置する際の作業性が向上する。
The
図14(b)に示すブラシホルダ112は、カーボンブラシを付勢する部材が、アーム114である点が特徴である。これにより、前述のねじりばねを省略することができる。また、カーボンブラシにはアームを介して給電されるため、ねじりばねのように配線との干渉を考慮する必要がない。
The
図14(c)に示すブラシホルダ116は、外部からの給電を、リード線を介してではなく端子118から行う点が特徴である。このように端子118を採用した構成では、配線32a,32bは、ブラシホルダ116内に全て収容されるため、被膜は必ずしも必要ない。つまり、配線32a,32bの全てを導体部分が露出する露出部分としてもよい。
The
上述の実施の形態では、マグネットの磁極を4極として説明しているが、マグネットの磁極は4極以外であってもよい。例えばマグネットの磁極が2極のモータであってもよい。図15(a)、図15(b)は、変形例に係る2極のモータにおけるブラシホルダ上の各部品のレイアウトを説明するための図である。 In the above-described embodiment, the magnetic pole of the magnet is described as four poles, but the magnetic pole of the magnet may be other than four poles. For example, a motor having two magnetic poles may be used. FIG. 15A and FIG. 15B are diagrams for explaining the layout of each component on the brush holder in the two-pole motor according to the modification.
図15(a)に示すブラシホルダ120は、カーボンブラシ30aの先端とカーボンブラシ30bの先端とが互いに対向するように配置されている。そして、ブラシホルダ120は、一対の対向するカーボンブラシ30a,30bを挟んで左側の半円形領域に2つのねじりばね70が配設され、右側の半円形領域に2つのフェライトコア76が配設されている。これにより、2つの配線32a,32bを同じ場所からリード線32としてモータ外部へ引き出すことができる。
The
図15(b)に示すブラシホルダ122は、カーボンブラシ30aの先端とカーボンブラシ30bの先端とが互いに対向するように配置されている。そして、ブラシホルダ122は、カーボンブラシ30aの左側にねじりばね70が、右側にフェライトコア76が配設されている。また、ブラシホルダ122は、カーボンブラシ30bの右側にねじりばね70が、左側にフェライトコア76が配設されている。これにより、2つの配線32a,32bはブラシホルダ122の中心を挟んで互いに反対側の場所からモータ外部へ引き出すことができる。
The
図16(a)、図16(b)は、図16(c)は、変形例に係る2極のモータにおけるブラシホルダ上の各部品のレイアウトを説明するための図である。 FIG. 16A and FIG. 16B are diagrams for explaining the layout of each component on the brush holder in the two-pole motor according to the modification.
図16(a)に示すブラシホルダ124は、外部からの給電を、リード線を介してではなく端子118から行う点が特徴である。このように端子118を採用した構成では、配線32a,32bは、ブラシホルダ124内に全て収容されるため、被膜は必ずしも必要ない。つまり、配線32a,32bの全てを導体部分が露出する露出部分としてもよい。また、ブラシホルダ124は、カーボンブラシ30aの先端とカーボンブラシ30bの先端とが互いに対向するように配置されている。そして、ブラシホルダ124は、カーボンブラシ30aの左側にねじりばね70が、右側にフェライトコア76が配設されている。また、ブラシホルダ124は、カーボンブラシ30bの右側にねじりばね70が、左側にフェライトコア76が配設されている。これにより、2つの配線32a,32bはブラシホルダ124の中心を挟んで互いに反対側の場所にある端子118から給電される。
The
図16(b)に示すブラシホルダ126は、外部からの給電を、リード線を介してではなく端子118から行っている点以外は、図15(a)に示すブラシホルダ120と同様である。
The
図16(c)に示すブラシホルダ128は、カーボンブラシ30aの先端とカーボンブラシ30bの先端とが互いに対向するように配置されている。また、ブラシホルダ128は、カーボンブラシ30a,30bを付勢する部材が、アーム114である。これにより、前述のねじりばねを省略することができる。また、カーボンブラシ30a,30bにはアーム114を介して給電されるため、ねじりばねのように配線32a,32bとの干渉を考慮する必要がない。
The
10 モータ、 12 ハウジング、 14 回転子、 18 ブラシホルダ、 20 マグネット、 22 シャフト、 24 電機子、 26 コミテータ、 30 カーボンブラシ、 31 カーボンホルダ、 32 リード線、 32a,32b 配線、 76 フェライトコア、 78 コンデンサ、 80 保持部、 90 固定部、 92 撓み部、 94 搭載部、 96 脚部、 98 連結部、 100 底部、 102 背部、 104 屈曲部。
10 motor, 12 housing, 14 rotor, 18 brush holder, 20 magnet, 22 shaft, 24 armature, 26 commutator, 30 carbon brush, 31 carbon holder, 32 lead wire, 32a, 32b wiring, 76 ferrite core, 78
Claims (7)
前記ヨークの内面に沿って設けられ、周方向に複数の磁極を有するマグネットと、
前記マグネットに対向配置された電機子と、
前記電機子の回転軸に挿通され固定されたシャフトと、
前記電機子と同軸になるように前記シャフトに取り付けられたコミテータと、
前記コミテータに摺接する一対のブラシと、
前記一対のブラシへの給電に用いられる導体部分を内在した配線と、
金属酸化物からなる強磁性体材料で構成されている環状部材と、を備え、
前記配線は、前記導体部分が露出している露出部分と、前記導体部分を絶縁材料で被覆した被膜部分と、を有し、
前記環状部材は、その中心部に前記露出部分が位置するように設けられていることを特徴とするDCモータ。 York,
A magnet provided along the inner surface of the yoke and having a plurality of magnetic poles in the circumferential direction;
An armature disposed opposite to the magnet;
A shaft inserted through and fixed to the rotating shaft of the armature;
A commutator attached to the shaft to be coaxial with the armature;
A pair of brushes in sliding contact with the commutator;
A wiring having a conductor portion used for power feeding to the pair of brushes;
An annular member made of a ferromagnetic material made of a metal oxide,
The wiring has an exposed portion where the conductor portion is exposed, and a coating portion where the conductor portion is covered with an insulating material,
The DC motor according to claim 1, wherein the annular member is provided so that the exposed portion is positioned at a central portion thereof.
前記環状部材および前記配線は、前記ブラシホルダ上に配設されていることを特徴とする請求項1に記載のDCモータ。 A resin brush holder connected to the yoke and supporting the brush;
The DC motor according to claim 1, wherein the annular member and the wiring are disposed on the brush holder.
前記一対のブラシは、それぞれの長手方向が直交するように配置されており、
前記環状部材は、該環状部材が前記ブラシホルダに支持される支持面上であって、前記一対のブラシに挟まれた領域以外の領域上に配設されていることを特徴とする請求項2に記載のDCモータ。 The magnet has four magnetic poles in the circumferential direction,
The pair of brushes are arranged so that their longitudinal directions are orthogonal to each other,
The annular member is disposed on a support surface on which the annular member is supported by the brush holder and on a region other than a region sandwiched between the pair of brushes. The DC motor described in 1.
前記コンデンサの一端は、前記ブラシに対して前記環状部材よりも離れた位置で前記配線の露出した導体部分と接続されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のDCモータ。 Comprising a capacitor connected to the wiring;
4. The capacitor according to claim 1, wherein one end of the capacitor is connected to the exposed conductor portion of the wiring at a position away from the annular member with respect to the brush. DC motor.
前記環状部材の内径は、0.5〜6[mm]であり、
前記導体部分の外径は、0.5〜3.0[mm]であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のDCモータ。 The inner diameter of the annular member is equal to or greater than the outer diameter of the conductor portion of the wiring,
The inner diameter of the annular member is 0.5 to 6 [mm],
6. The DC motor according to claim 1, wherein an outer diameter of the conductor portion is 0.5 to 3.0 [mm].
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