JP5853051B2 - 電動モータ、および減速機付モータ - Google Patents
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Description
この特許文献1のモータでは、4つのブラシへの通電パターンを変えることによって、LOWモード、MIDモード、およびHIモードのそれぞれのモードごとにコイルに供給される電流の量を変化させている。このようにすることで、磁極数が4極で、かつ多スロット化されたモータでありながらモードごとのモータ回転数を変化させることができる。
このため、N極を通過するティース(スロット)に生じるコギングトルクの発生タイミングと、S極を通過するティース(スロット)に生じるコギングトルクの発生タイミングをずらすことができる。よって、アーマチュア全体としてコギングトルクが減少し、電動モータの振動や騒音を低減することが可能になる。
しかも、高速用ブラシの周方向の幅を低速用ブラシの周方向の幅よりも小さく設定し、これら高速用ブラシと低速用ブラシとを同電位のセグメントに同時に摺接することを回避可能に形成している。このため、従来よりもセグメントの周方向の幅を減少させ、コンミテータの小型化を図り易い。この結果、電動モータ全体として小型化を図ることができる。
しかしながら、高速用ブラシの周方向の幅を低速用ブラシの周方向の幅よりも小さく設定することで、低回転駆動時における高速用ブラシの影響を小さくすることができる。このため、より振動や騒音の小さい電動モータ、および減速機付モータを提供することができる。
図1〜図3に示すように、減速機付モータ1は、例えば、自動車のワイパーモータとして用いられ、電動モータ2と、電動モータ2の回転軸3に連結された減速機構4とを備えている。
電動モータ2は、有底筒状のヨーク5と、ヨーク5内に回転自在に設けられたアーマチュア6とを有している。
ヨーク5の底壁(エンド部)51には、径方向中央に軸線方向外側に向かって突出するボス部19が形成され、ここに回転軸3の一端を軸支するための軸受け18が設けられている。なお、ヨーク5の外表面には、黒色塗装が施されており、この黒色塗装により、ヨーク5から外部への熱の放出量を大きくすることができ、電動モータ2の温度上昇を低くすることができる。
これらスロット13間にエナメル被覆の巻線14を挿通し、ティース12の巻胴部31に絶縁材であるインシュレータ(不図示)を介して巻線14が巻きつけられる。これにより、アーマチュアコア8の外周に、複数のアーマチュアコイル9が形成される。
すなわち、本実施形態では永久磁石7が4つ(磁極数が4極)設けられているので、極対数が2であり、これに対してティース12(スロット13)が18個設けられている。つまり、ティース12(スロット13)の個数は、極対数の9倍に設定されていることになる。
ブラシ収納部22の内側には、これに対応するように断面略長円形の筒状に形成されたカバー33が設けられている。このカバー33も平面壁33aと円弧壁33bとを有している。さらに、カバー33の内側には、このカバー33に対応するように形成されたホルダステー34が設けられている。ホルダステー34は、ボルト35によってハウジング本体42の側壁42bに締結固定されている。
また、カバー43には、コネクタ68の接続端子70と電動モータ2のブラシ21とを電気的に接続するための配電基板74が設けられている。配電基板74には、リード線の役割を有するパターン(不図示)が形成されている。
図5は、アーマチュア6の展開図であり、隣接するティース12間の空隙がスロット13に相当している。なお、以下の図面においては、各セグメント15、および各ティース12にそれぞれ符号を附して説明する。
ここで、巻線14は、第1の導線110と第2の導線120とで構成されている。なお、図5において、第1の導線110を実線で示し、第2の導線120を破線で示す。
第2の導線120は、3つ置きの任意のスロット13,13間に順方向に巻きつけられ、かつ、任意のスロット13,13から各々周方向に90度ずれたスロット13,13間に逆方向に巻きつけられ、他の第1〜第9の巻線171〜179を形成している。
これら第1〜第9の巻線161〜169と、他の第1〜第9の巻線171〜179は、それぞれ回転軸3を中心にして点対称位置に存在している。
まず、低回転駆動時において、減速機付モータ1の電動モータ2は、共通ブラシ21cと低速用ブラシ21aによって電力供給される。このとき、アーマチュアコア8に巻きつけられているアーマチュアコイル9に磁界が発生し、この磁界とヨーク5に設けられた永久磁石7との間に磁気的な吸引力や反発力が生じて回転軸3が駆動する。一方、高回転駆動時においては、高速用ブラシ21bによって電動モータ2は進角され、低回転駆動時よりも高回転で作動する。
回転軸3が駆動すると、減速機構4を介して出力軸62に伝達される。出力軸62には、ワイパーなどを駆動するための外部機構が連結されているので、出力軸62が回転することによって、外部機構が低速で作動したり、高速で作動したりする。
このため、N極に対応する部分のティース12のコギングトルクの発生タイミングと、S極に対応する部分のティース12のコギングトルクの発生タイミングとがずれる。よって、電動モータ2全体として、コギングトルクが減少する。
一方、高回転駆動時においては、共通ブラシ21cと高速用ブラシ21bによって電力供給されるので、低速用ブラシ21aには電力が供給されず、無通電状態になる。しかしながら、低速用ブラシ21aでは整流を悪化させるような誘起電圧(逆起電力)が生じ難いので、高回転駆動時における低速用ブラシ21aの影響は殆どない。
とりわけ、高回転駆動時と比較して使用頻度の高い低回転駆動時において、高速用ブラシ21bに起因するトルクリップルの増大を減少させることができる。このため、低回転駆動時における電動モータ2の振動や騒音をより低減することが可能になる。
さらに、減速機付モータ1として、電動モータ2と、電動モータ2の回転軸3に連結された減速機構4とで構成することにより、減速機付モータ1の小型、高性能化を図ることが可能になる。
また、上述の実施形態では、電動モータ2のアーマチュアコア8にティース12を18個設け、ティース12の個数を極対数に対して9倍に設定した場合について説明している。しかしながら、ティース12の個数はこれに限られるものではなく、電動モータ2の多スロット化による高性能化を考慮した場合、ティース12の個数を極対数に対して、7倍、9倍、11倍の何れかに設定することが望ましい。
2 電動モータ
3 回転軸
4 減速機構
5 ヨーク
6 アーマチュア
7 永久磁石(磁極)
8 アーマチュアコア
9 アーマチュアコイル(コイル)
10 コンミテータ
12 ティース
13 スロット
14 巻線(コイル)
15 セグメント
21 ブラシ
21a 低速用ブラシ
21b 高速用ブラシ
21c 共通ブラシ
25 ウォーム軸
28 ウォームホイール
33 カバー
33a 平面壁
33b 円弧壁(第1の円弧壁、第2の円弧壁)
40 接続線(接続線、他の接続線)
110 第1の導線
120 第2の導線
161〜169 第1〜第9の巻線
171〜179 他の第1〜第9の巻線
D1 外径
W1,W2 ブラシ幅
Claims (5)
- 円筒形に形成され、極対数が2である永久磁石を備えたヨークと、
前記ヨークに回転自在に軸支されるアーマチュアと、
前記アーマチュアに給電をする複数のブラシとを備え、
前記アーマチュアは、
前記ヨークに軸支される回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸の径方向に向かって放射状に延び、等間隔に形成された複数のティースを有し、前記ティース間に前記回転軸の軸方向に沿って延びる複数のスロットが形成されたアーマチュアコアと、
前記回転軸に前記アーマチュアコアと隣接して配置され、金属製の複数のセグメントが周方向に設けられ、前記複数のセグメントが前記複数のブラシに摺接するコンミテータと、
前記アーマチュアコアの前記複数のスロットを通り、前記複数のティースを囲んで巻かれ、前記コンミテータの前記複数のセグメントに電気的に接続されたアーマチュアコイルとを備えた電動モータにおいて、
前記アーマチュアコアの前記ティースは、前記ヨークの前記永久磁石の極対数の9倍である18個に設定され、
前記コンミテータの前記セグメントは、前記アーマチュアコアの前記ティースの数と同数の18個に設定され、
前記アーマチュアコイルは、第1の導線からなる第1から第9までの9個の巻線と、第2の導線からなる他の第1から他の第9までの9個の他の巻線と、第1から第9までの9個の巻線をそれぞれ一連に繋ぐ9個の接続線と、他の第1から他の第9までの9個の他の巻線をそれぞれ一連に繋ぐ9個の他の接続線とを有し、
前記9個の接続線と前記9個の他の接続線のそれぞれは、前記コンミテータの18個の前記セグメントのうち、9つおきに配置されて同電位になるべき2つのセグメントにそれぞれ接続され、前記コンミテータと前記アーマチュアコアとの間に配置され、
前記第1から第9までの9個の巻線と前記他の第1から他の第9までの9個の他の巻線のうち、互いに対応する巻線は、前記回転軸の中心に対して対向した位置に配置され、それぞれの巻線は、前記コンミテータの18個の前記セグメントのうち互いに隣接するセグメントに接続され、
前記複数のブラシは、低速用ブラシと、高速用ブラシと、これらに共通して用いられる共通ブラシの3つのブラシで構成され、前記コンミテータの周方向に沿って並設され、
前記低速用ブラシと前記共通ブラシとは、角度にして90度離れて配置され、
前記高速用ブラシは、前記低速用ブラシが摺接している前記コンミテータの前記セグメントに前記接続線によって接続された同電位の前記セグメントに隣接するセグメントに摺接し、同電位の前記セグメントには摺接しない位置に配置されていることを特徴とする電動モータ。 - 同電位になるべき2つの前記セグメントに接続された前記接続線と前記他の接続線は、互いに重ならず離れて前記コンミテータと前記アーマチュアコアとの間に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の電動モータ。
- 前記アーマチュアコイルの前記第1から第9までの巻線と、前記他の第1から他の第9までの他の巻線のそれぞれは、前記アーマチュアコアの前記ティースに順方向に巻かれた第1の巻線部分と、第1の巻線部分に直列に接続され、前記アーマチュアコアの前記ティースに第1の巻線部分の巻方向とは逆方向に巻かれ、前記第1の巻線部分とは角度にして約90度離れた位置の前記ティースに巻かれた第2の巻線部分とからなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電動モータ。
- 円筒形に形成され前記ヨークには、第1の円弧壁と第2の円弧壁と、これら第1の円弧壁と第2の円弧壁とをつなぐ一対の平面壁とによって断面略長円形状に形成されたカバーが設けられ、前記低速用ブラシと前記共通ブラシとは、前記第1の円弧壁に沿って前記カバー内に収容され、前記高速用ブラシは前記第2の円弧壁に沿って前記カバー内に収容されていることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の電動モータ。
- 請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の電動モータと、
前記電動モータの前記回転軸に連結されたウォーム軸と、
前記ウォーム軸に噛合するウォームホイールとを有することを特徴とする減速機付モータ。
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