JPH03155353A - 小型直流モーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は小型直流モーターに関し、特に樹脂系Ｐ　Ｔ
　Ｃ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃ
ｏｅｆｆ’１ｃｌｅｎｔ）サーミスタを過負荷保護素子
としてモーターケースに内蔵した小型直流モーターに関
するものである。

［従来技術］ 公知のように、従来から小型直流モーターの過負荷に伴
う過電流保護素子（電流制限素子ともいう）には、生と
してバイメタル、ＰＴＣサーミスタ等が使用されており
、特に例えば自動車業界を中心にその使用量は急速に増
加の傾向にある。

その内、バイメタルは、主として４（ｌｓ＋ｓΦ以上即
ち過負荷電流が約３〜４八以上のモーターに直列に接続
され、一般的にはモーター内蔵型として使用されるのが
普通である。このバイメタルは、般には過負荷電流が３
〜４八以下に対しては、スイッチング動作の精度が低下
し、安定動作に欠けるため、３〜４Ａ以下即ち４０關Φ
未満の小型モーターには、広＜　ＰＴＣサーミスタが使
われている。

ＰＴＣサーミスタは、公知のごとく正の温度係数を有す
る抵抗素子で、常温では低抵抗であるものの、過電流に
よる自己発熱や、ある熱源からの伝熱によって、ある所
定のスイッチング温度以上になると、抵抗値が急激に増
大し、それは１０４〜１０７倍にも及ぶものである。Ｐ
ＴＣサーミスタとして、最も一般的には、ＢａＴｌ０３
系セラミツクスが知られているが、これ以外にも、ポリ
オレフィン系或は、ハロゲン系樹脂などの絶縁性ポリマ
ーと、カーボン等の高導電性材料を混合して成る樹脂系
ＰＴＣサーミスタもよく知られている。

この樹脂系のＰＴＣサーミスタは、ＢａＴｉＯ３系セラ
ミックスＰＴＣサーミスタに比べて、比抵抗がより低く
、耐電圧がより高い等の特徴があり、従来、一過性の電
流制限素子として電池の短絡保護用や、また自動車用小
型モーターの過負荷保護用などに使われている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の小型直流モーターにおいては、モー
ターの電流制限素子に使用されているＰＴＣサーミスタ
は、セラミックス系、樹脂系のいずれにしても、リード
線付きの円板形に形成したものを部品としてモーターの
外部すなわち例えば駆動回路の基板上に実装した形態で
用いられ、電機子巻線に直列接続はされているものの、
モーターのケース（フレーム）内に内蔵されているもの
はなかった。

そのため、実装の手間が生じているなどの間通がある。

そのため、特に小型、軽量化、コンパクト化を追求する
自動車業界等からは、４０＋＋＋ｍΦ未満の小型モータ
ーにおいても、過負荷保護素子を内蔵した小型直流モー
ターの開発が望まれていた。

この発明は上述の課題を解決するためになされたもので
、樹脂系のＰＴＣサーミスタを小型、がっコンパクトに
内蔵させた小型直流モーターを提供することを目的とす
るものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る小型直流モーターは例えばポリオレフィ
ン系又はハロゲン系の絶縁性樹脂とカーボン系の高導電
性材料を混合してなる樹脂系ＰＴＣサーミスタを電機子
巻線に直列に接続することによりＰＴＣサーミスタをモ
ーターのケースに内蔵したものである。具体的な内蔵部
位と内蔵方法は、ブラシに接続しているリン青銅板と入
力端子間に板状の樹脂系ＰＴＣサーミスタを接続したも
のであり、他の方法として入力端子に接続しているリン
青銅板とブラシの間に樹脂系サーミスタを接続したもの
であってもよく、また、ブラシに接続しているリン青銅
板と入力端子の間に円筒状又はこれに準ずる形状の樹脂
系サーミスタを接続したものであってもよい。

［作用コ この発明においては、小型直流モーター（以下モーター
ともいう）のブラシとブラシ板として用いるリン青銅板
間、あるいはブラシと接続するリン青銅板と入力端子間
に板状又は円筒状（単円筒状を含む）の樹脂系ＰＴＣサ
ーミスタを配置して接続することによりモーター内にＰ
ＴＣサーミスタを内蔵させたものであるから、ＰＴＣサ
ーミスタが内蔵された状態では、モーターの画電極端子
間に所定の電圧を印加しつつ、モーターに過負荷をかけ
る即ち、ロック状態にすると、過電流によるＰＴＣサー
ミスタの自己発熱によって、ＰＴＣサーミスタが高抵抗
状態となりモーターの回路電流を制限して、モーターを
保護することになる。

この場合、以上のような小型直流モーターに内蔵可能な
チップ状（板状）又は円筒状の小さなＰＴＣサーミスタ
は、ポリオレフィン系又はハロゲン系の絶縁性樹脂にカ
ーボン等の高導電性材料を混合して形成した樹脂系ＰＴ
Ｃサーミスタ用の材料が比抵抗１〜２Ω印と小さくかつ
耐電圧が１００Ｖ／　ｍｍ以上と大きいものを使用する
ことができ、従来のＢ　ａ　Ｔ　ｉ　Ｏ３系のＰＴＣセ
ラミックス材料の比抵抗が８Ω口以上、耐電圧が３０〜
４０Ｖ／＋ｎＬか得られないものでは、本発明に供する
ことはほとんど不可能である。

［実施例］ 実施例１； 第２図は樹脂系ＰＴＣサーミスタを内蔵しようとする典
型的な小型直流モーターを示し、第２図の（ｂ）はその
縦断面図、第２図の（ａ）は小ケースを取りはずした状
態の内側を示す側面図である。

図において、１は大ケースであり、２は端子盤を構成す
る小ケースで、大ケース１には界磁用の磁石３が固定さ
れている。小ケース２には整流子４が位置し、大ケース
１内に形成されている電機子コイル５と接続され、電機
子コイル５はシャフト１１と固定されている。６は整流
子４に接触するブラシであり、ブラシ６に接続するリン
青銅板７を介して入力端子８に接続されている。入力端
子８は第２図の（ａ）に示すように小ケース２の内側に
接着された樹脂９に設けた溝ｌＯに固定され、リン青銅
板７と接続されている。なお、第２図の（ａ）では大ケ
ース１から取りはずした状態のため、ブラシ６は整流子
４の外周からはずれた状態となって図示されている。

以上のように、第２図に示した小型直流モーターは、３
極の整流子形であり、モーターの入力端子板と、先端に
ブラシ６の取り付けられたリン青銅板７（以下「ブラシ
板」と称する）は、図のように構成されている。

即ち、モーターのシャフト１１および入力端子板９を固
定している端子盤（以下単に「小ケース２」と称する）
の内側に接着された樹脂９上又は、小ケース２そのもの
が樹脂９で形成している場合にはその内側に作られた凹
状の溝１０に入力端子板９と、ブラシ板７とをほぼ直角
にスポット溶接等を施し、溝ＩＯにはさみ込み固定して
いる。

第１図はこの発明（請求項３）の一実施例を示す小型直
流モーターの要部構造説明図である。第１図（ａ）は小
ケースの内側を示す平面図、第１図の（ｂ）は小型直流
モーターの縦断面図、第１図の（Ｃ）は溝１０の部分の
要部拡大図である。図において、１〜１１は第２図に示
した符号と同−又は相当部分を示しその説明は省略する
。

第２図に示した内部抵抗的１８Ωの１２Ｖ用小型直流モ
ーター（２０ｍｍΦ）の小ケースの内側に接着された樹
脂９上の凹状の溝ｌＯに、両面に電極を付着した角形板
状の樹脂系のＰＴＣサーミスタ１２を入力端子８の板と
ブラシ板７によって両側からはさみ込むようにして固定
し、樹脂系ＰＴＣサーミスタ内蔵型の小型直流モーター
を形成した。樹脂系のＰＴＣサーミスタ１２にはポリオ
レフィン系樹脂の絶縁性ポリマーとカーボン等の高導電
性材料を混合して形成したＰＴＣ特性を有する板状の樹
脂系ＰＴＣサーミスタを用いた。この樹脂系ＰＴＣサー
ミスタは上記の絶縁性ポリマーが／Ｘロゲン系のもので
あってもよく、あるいは同様のＰＴＣ特性を有する他の
材料からなる樹脂のものであってもよい。この実施例で
使用した樹脂系のＰＴＣサーミスタ１２は３　ｍｍ　Ｘ
　３龍の角形で厚さ１■ｌの板状体で、常温抵抗値約Ｉ
ＪΩ（常温比抵抗約１．５Ωａｍ）でスイッチング温度
は約１００℃のものである。

試験は、第１図の小型直流モーターのシャフト１１を固
定してロック状態としたのち、常温下で入力端子８間に
それぞれ９．１２．１４．１８Ｖの電圧を印加して回路
電流の時間的変化を求めて行った。

その結果を第３図に示す。第３図の（ａ）は９Ｖ。

（ｂ）　ｉｔ　１２Ｖ　、　（ｃ）　ハ１４Ｖ　、　（
ｄ）は１８Ｖ　（７）印加電圧の場合のデータを示し、
縦軸は電流、横軸は入力（０秒）後の時間である。第３
図よりそれぞれ電圧印加とともに過電流が流れるが、第
３図の（ａ）。

（ｂ）　、（ｃ）　、（ｄ）から見られるように、１．
５　（１，８Ｖ）秒〜８　（９Ｖ）秒後には２５０ｍＡ
以下に電流が減少しＰＴＣサーミスタ１２が電流制限素
子として有効に働きモーターの過熱を防止する働きを示
したことがわかる。

比較例１； 第１図の実施例に用いたものと同様の材質特性を有する
樹脂系のＰＴＣサーミスタにリード線をハンダ付けした
のち、モールド付加を行い、従来型のリード線付きＰＴ
Ｃサーミスタを作成し、これを第２図に示した小型直流
モーターの図示しない外部駆動回路に設置して直列接続
し、実施例１と同様の試験を行った結果を比較例として
第４図の（ａ）　、　（ｂ）　、（ｃ）　、　（ｄ）に
示した。この場合には２５０■＾の電流制限の応答時間
が、第４図にみられるように、順次３秒（１６Ｖ　）〜
３０秒（９Ｖ）と長くなることが示されている。

以上の実施例１と比較例１の結果を第３図と第４図によ
って比較すると、実施例１の樹脂系ＰＴＣサーミスタを
内蔵した小型直流モーターの場合、電流制限の応答時間
はそれぞれ同一電圧に対して１／２〜１／３に小さくな
っており、熱結合の効果も生じて著しい応答性の向上が
認められた。つまり、ＰＴＣサーミスタの内蔵の効果は
歴然であるということができる。

実施例２； 第５図はこの発明（請求項４）の一実施例を示す小型直
流モーターの要部構造説明図である。第５図の（ａ）は
小ケースの内側を示す平面図、第５図の（ｂ）はモータ
ーの縦断面図、第５図の（Ｃ）はブラシの部分拡大図で
ある。図において、１〜１１は第２図の小型直流モータ
ーで説明したものと同−又は相当部分でありその説明は
省略する。

図において、比較例１で用いたものと同一の小型直流モ
ーターのブラシ６（２ｍｍＸ２ｍｍ、厚さ１．５＋＋ｕ
ｓ）と、実施例１で用いたものと同様の樹脂系ＰＴＣサ
ーミスタ１２ａの両面に図示しない電極を設けその片面
を耐熱樹脂系導電性接着剤により接着し、さらに他面を
リン青銅板７に同様に前着した樹脂系ＰＴＣサーミスタ
１２ａを、ブラシ６とリン青銅板７の間にサンドイッチ
したいわば過電流保護機能付ブラシを、第５図の（ｅ）
に示すように形成した。このように構成することにより
樹脂系ＰＴＣサーミスタを内蔵した小型直流モーターを
作製した。樹脂系ＰＴＣサーミスタ１２ａは実施例１で
用いたものと同様の材質特性を有するものである。

第５図の実施例モーターを用いて第１図の実施例で示し
た同様の方法で回路電流の時間変化を記録した結果を第
６図に示した。第６図の（ａ）は印加電圧９　Ｖ、　（
ｂ）　ハ１２Ｖ、　（Ｃ）は１４Ｖ、　（ｄ）　ハ１６
■の場合の電流の時間変化（スタート０秒）を示すデー
タである。２５０■＾までの電流制限の応答時間は１．
５秒（１６Ｖ　）〜８秒（９Ｖ）と前記第４図の比較例
の結果と比べて著しく短かくなり、本実施例の内蔵の方
法でも第１図の実施例と同様にブラシとの熱結合の効果
が顕著となり、応答性の向上が認められる。

実施例３； 第７図はこの発明（請求項５）の一実施例を示す小型直
流モーターの要部構造説明図である。第７図の（ａ）は
小ケースの内側平面図、第７図（ｂ）は小ケースの断面
図、第７図の（ｅ）は、この実施例に用いたＰＴＣサー
ミスタの形状を示す斜視図である。図において、小型直
流モーターの説明図は第２図の（ａ）　、　（ｂ）に示
したものと同一のものである。

小型直流モーターの小ケース２に接着した樹脂９に設け
た凹状の溝１０に、第７図の（１）に示す形状をした準
円筒状の樹脂系のＰＴＣサーミスタ１２ｂを埋め込み、
第７図の（ａ）　、　（ｂ）のように一方の電極を入力
端子８に、他方の電極をブラシ６に接続するリン青銅板
７に接続して固定し、樹脂系ＰＴＣサーミスタ内蔵型の
小型直流モーターを作成した。なお、上記準円筒状のＰ
ＴＣサーミスタは円筒状であってもよい。ＰＴＣサーミ
スタ１２ｂは、内径１■、小外径２　ｍｍ　ｓ大外径３
．５ｍｍで、常温抵抗値１．８Ω（比抵抗的４ΩｃＩＩ
＋）、スイッチング温度１００℃のものである。ＰＴＣ
サーミスタ１２ｂの材質は実施例１，２に用いたものと
同一のもので、容易に円筒形状とすることができる。

第７図の実施例モーターのシャフトを固定してロック状
態としたのち、常温下で実施例１．２の場合と同様に試
験して回路電流の時間変化を求めたところ、第３図及び
第６図に示したデータと同様の結果が得られた。この結
果も、比較例１のデータを示す第４図の結果と比較して
、実施例１゜２の場合と同様の優れた電流制限の応答特
性を示し、本実施例の内蔵方法によっても熱結合の効果
も生じて応答性の向上が達成されている。

以上、実施例１，２．３によって詳細に説明したように
、本発明による小型直流モーターは、基本的に第１図に
示すように、小ケース内の入力端子の位置に板状又は第
７図に示す円筒型又はそれに準ずる形状のＰＴＣサーミ
スタを配置し、ＰＴＣサーミスタの一方の電極が入力端
子に、もう−方の電極が、ブラシに接続しているリン青
銅板又はそれに接続する端子に接続されて成るものであ
る。

なお、小ケースが金属板で出来ている場合には内蔵され
るＰＴＣサーミスタとの絶縁性を確保するためＰＴＣサ
ーミスタの外側に更に樹脂等の絶縁物を取り付ければよ
い。

また、ＰＴＣサーミスタは、前述の如く発熱素子であり
、通常モーターの過負荷保護用に供されるＰＴＣ材料の
スイッチング温度は約９０〜１２０℃に設計されるため
、スイッチング状態即ち、電流制限状態においては、Ｐ
ＴＣサーミスタの温度は約１５０〜２００℃程度となる
。そのため上記小ケースの材質の耐熱性が問題となる場
合には、当該ＰＴＣサーミスタの外側に、更に熱伝導率
の小さな絶縁板を設ければよい。

このように構成することにより、ＰＴＣサーミスタがモ
ーターに内蔵された状態となり、モーターの画電極端子
間に所定の電圧を印加しつつモーターに過負荷をかける
即ち、ロック状態にすると、過電流によるＰＴＣサーミ
スタの自己発熱によって、ＰＴＣサーミスタが高抵抗状
態となり、回路電流を制限して、モーターを保護するこ
とになる。

上述のような手段に基づく小型直流モーターの構成によ
り、ＰＴＣサーミスタは、リード線、ハンダ、モールド
材は一切不要になり、しかも電気的にはモーターと直列
に接続され、且つ内蔵することができる。

以上、詳細に説明したように本発明の特徴は、内蔵する
ことにより生ずる樹脂系ＰＴＣサーミスタと小型直流モ
ーターとの熱結合の効果にある。

即ち、内蔵することによりモーターが過負荷状態となっ
た場合、ＰＴＣサーミスタの自己発熱と共に、過電流に
伴うモーターコイルの発熱がブラシを通しての熱伝導と
、モーターケース内での対流伝熱によってＰＴＣサーミ
スタに伝熱され、ＰＴＣサーミスタのスイッチング動作
の応答性が極めて向上することにある。

このスイッチング動作の応答性の向上は、特に自動車用
モーターのように、使用条件が温度（−４０〜９０℃）
、電圧（９〜１６ｖ）共に広範囲に及ぶものについては
、特に効果的であり、従来、温度および電圧変動に対す
る応答の追随性、またはその低下が、モーター外部の回
路に設けた場合のＰＴＣサーミスタの問題とされていた
点を解決したものである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、例えばポリオレフィン
系又はハロゲン系の樹脂とカーボン系の高導電性材料を
混合して形成した樹脂系のＰＴＣサーミスタの材料から
形成した小形樹脂系ＰＴＣサーミスタを用いることによ
り、このＰＴＣサーミスタをモーターの電機子巻線に直
列に接続するとともに、このＰＴＣサーミスタをモータ
ーケースに内蔵した小型直流モーターを構成したので、
従来方式のようにモーターの駆動回路においてＰＴＣサ
ーミスタを直列接続したものに比べて、熱結合の効果が
大きくなり、電流制限の応答性が著しく向上した。また
、電流制限の状態においては、逆にＰＴＣサーミスタに
放熱板を付与したことになり放熱速度が大となるため、
内蔵したＰＴＣサーミスタの耐電圧が向上するという相
乗効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による小型直流モーターの一実施例を
示す構成説明図、第２図はこの発明による樹脂系のＰＴ
Ｃサーミスタを内蔵させようとする小型直流モーターの
構造説明図、第３図は第１図の実施例のモーターのロッ
ク状態の回路電流の時間変化を試験した結果を示す測定
データ図、第４図は従来型のＰＴＣサーミスタ外付は小
型直流モーターのロック状態の回路電流の時間変化を示
す比較例データ図、第５図はこの発明の他の実施例を示
す小型直流モーターの構造説明図、第６図は第５図の実
施例の試験結果を示す測定データ図、第７図はこの発明
の他の実施例を示す小型直流モーターの構造説明図であ
る。 図において、１は大ケース、２は小ケース、３は磁石、
４は整流子、５はコイル、６はブラシ、７はリン青銅板
（ブラシ板）、８は入力端子、９は樹脂、１０は溝、１
１はシャフト、１２．１２ａ、　１２ｂは樹脂系のＰＴ
Ｃサーミスタである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）樹脂系ＰＴＣサーミスタを電機子巻線に直列に接
   続し、かつ前記樹脂系ＰＴＣサーミスタをモーターのケ
   ースに内蔵したことを特徴とする小型直流モーター。
2. （２）樹脂系ＰＴＣサーミスタはポリオレフィン系又は
   ハロゲン系の絶縁性樹脂とカーボン系の高導電性材料を
   混合してなるものであることを特徴とする請求項第１記
   載の小型直流モーター。
3. （３）モーターのブラシに接続しているリン青銅板と入
   力端子間に両面に電極を有する板状の樹脂系ＰＴＣサー
   ミスタを接続したことを特徴とする請求項１記載の小型
   直流モーター。
4. （４）モーターの入力端子に接続しているリン青銅板と
   ブラシ間に両面に電極を有する板状の樹脂系ＰＴＣサー
   ミスタを接続したことを特徴とする請求項１記載の小型
   直流モーター。
5. （５）モーターのブラシに接続しているリン青銅板と入
   力端子の間に両端に電極を有する円筒状又はこれに準ず
   る形状の樹脂系ＰＴＣサーミスタを接続したことを特徴
   とする請求項１記載の小型直流モーター。