JPH0681472B2 - 直流モータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、直流モータ、殊に外周面がセグメントとなっ
ている整流用回転体をロータの軸が備えるとともに、こ
の整流用回転体のセグメントに接する刷子を備えて複数
のコイルへの通電制御を上記セグメントと刷子とによっ
て行なうものに関する。

［背景技術］ 直流モータには、そのコイルへの通電制御を、ホール素
子と磁石、フォトカプラ等を用いて非接触で行なうもの
のほかに、セグメントを有してロータの軸に取り付けら
れた整流用回転体と、この整流用回転体のセグメントに
接する刷子とによって機械的に行なうものがある。後者
は低コストで提供することができきるものの、低騒音化
のために刷子として金属刷子を使用すると、セグメント
との間の機械的理由に加えて電気的理由によっても摩耗
してしまう陽極側の刷子の寿命が直流モータの寿命を短
いものとしてしまっている。

［発明の目的］ 本発明はこのような点に鑑み為されたものであり、その
目的とするところは陽極側の刷子の摩耗と陰極側の刷子
の摩耗を均等化して長寿命化を図った直流モータを提供
するにある。

［発明の開示］ しかして本発明は、外周面がセグメントとなっている整
流用回転体ＣをロータＲの軸２が備えるとともに、この
整流用回転体Ｃのセグメントに接する刷子13,14を備え
て複数のコイル７への通電制御を上記セグメントと刷子
とによって行なう直流モータにおいて、 上記整流用回転体Ｃは、軸方向に並ぶ第１の整流部と第
２の整流部とを備え、 第１の整流部は外周面が連続している単一セグメント19
で形成されており、 第２の整流部は、第１の整流部のセグメント19に電気的
に接続されたセグメント20aと、第１の整流部のセグメ
ント19に電気的に非接続となっているセグメント20b
と、周方向に並んでいる両セグメント20a,29bを電気的
に分離している絶縁部とで形成されており、 前記刷子は、第１の整流部のセグメント19に摺接する第
１の刷子13と、第２の整流部のセグメント20a,20bに摺
接する第２の刷子14,14とで構成されるとともに、第１
の刷子13は共通電源側と接続されて陽極側とされ、第２
の刷子14,14は各コイルの通電制御用端子に夫々個別に
接続された切換用の陰極側とされていることに特徴を有
している。

陽極側の刷子13は陰極側の刷子14よりも摩耗が大きいこ
とと、セグメントが連続であるか、非連続であるかで刷
子の摩耗が異なってくることとにより、陽極側と陰極側
の両刷子13,14の摩耗程度がつり合うようにようにした
ものもである。

以下本発明を図示の２極直流モータの実施例に基づいて
詳述すると、軸方向両端が軸受台ブロックBa,Bbで支持
され、周囲にステータＳが配されているロータＲは、軸
２とこの軸２に固着された磁石１とから構成されてい
る。この磁石１と軸２との結合は磁石１の強度に応じて
選択されるものであって、磁石１がプラスティック磁石
であるなら圧入、鋳造磁石ではダイキャスト又は同時成
形、焼結磁石では接着又はピッティング、同時成形、ダ
イキャスト等の手段によりなされるが、図示例の場合は
エポキシ樹脂のような接着性を有する樹脂のポッティン
グによりなされている。第３図中41は磁石１内周面と軸
２との間に充填されたポッティング樹脂である。また図
中３はポッティング樹脂41の流出防止部材であって、磁
石１の両端に一対設けられており、ポッティングと同時
に接着固定されることにより、ポッティング樹脂の流出
を防いでいるとともに、ロータＲの軸方向の寸法精度を
だせるようにしている。図中36はファンのような負荷部
材を軸２に取り付けるためのブッシュである。

ロータＲの外周を囲むステータＳは、一対のステータブ
ロックSa,Sbで構成されている。両ステータブロックSa,
Sbは軸２に対して点対称となる形状を有するものであっ
て、いずれも鉄芯４とコイル７とから形成されている。
両鉄芯４は積層型のものであって、かしめピン５により
かしめ固定されている。そして両鉄芯４の外面にはロー
タＲの軸方向に長い溝47が、対向面中央にはロータＲの
配置空間となる半円状凹溝45が、対向面左右にはコイル
７の配置空間となる凹溝46,46が夫々設けられている。

コイル７は絶縁紙６が挿入された上記凹溝46に配置され
るわけであるが、ここで両コイル７は長方形ループ状の
ものの長手方向両端を同一方向に略90°屈曲させること
で正面形状が方形、端面形状及び側面形状がコ字型とな
るようにしたものであり、両側片部が上記凹溝46内に配
設され、両端が鉄芯４の両端面に配設されるものであ
る。尚、絶縁紙６とかしめピン５とを廃止して鉄芯４を
同時成形で固定することも、製作数量との関係で任意に
選択することができる。

ロータＲの軸２の一端に配される軸受台ブロックBbは、
両端からロータＲの軸方向に突出片48,48を突設してい
る軸受台８と、含油フェルト（図示せず）、軸受９、軸
受９を押さえるばね11、衝撃荷重を受けた際の軸２の変
位をばね11の弾性限界以下に抑えるストッパ10等から構
成されている。他方の軸受台ブロックBaは、同様に突出
片48,48を備えた軸受台８とこれのロータＲ側の面に配
されている含油フェルト、軸受９等から構成されてい
る。第２図中の32はローラＲと軸受９との間のスラスト
方向の摩擦を低減させるための間座、33は軸受９の油が
ロータＲなどに付着することを防止するための油間座で
ある。

そしてこの軸受台ブロックBaにおける軸受台８は、その
ロータＲ側とは反対側の面に凹所12が形成されるととも
に、コイル端子17、ボス16等が設けられており、上記凹
所12に整流装置が配されている。

この整流装置は機械的にロータＲの位置の検出を行なっ
て、一対のコイル７に流す電流を制御し、ロータＲの回
転方向を正しく保つものであって、ロータＲの軸２の端
部に取り付けられる整流用の回転体と、この回転体Ｃの
外周面に設けられている一対の軸方向に並ぶ整流部に夫
々接触する刷子13,14で構成されている。

上記両整流部のうちの一方は、セグメント19を外周面
に、他方は周方向に並ぶセグメント20a,20bを外周面に
有するもので、両整流部間にはセグメント19,20a,20bと
ともに一体に形成されている樹脂18による絶縁部が位置
しており、さらに一方の整流部は単一のセグメント19に
よって連続する外周面を有するものとなっているもの
の、他方の整流部は、絶縁部となる２つのスリット62に
よってセグメント20a,20b間が分離されているために、
非連続な外周面を有するものとなっている。そしてセグ
メント20aは後述するようにセグメント19に電気的に接
続され、セグメント20bは、これらセグメント19,20aか
ら電気的に切り離されたものとなっている。

はとめ状の刷子固定リング15によって軸受台８に固定さ
れている刷子13,14は、線ばねで形成されたもので、陽
極に接続される２つの刷子13は、回転体Ｃにおける上記
セグメント19の外周面に、陰極に接続される他の２つの
刷子14は、セグメント20a,20bに接触する。第６図に回
路図、第７図に刷子13,14についての概略回路図を示
す。各コイル7,7には夫々パワートランジスタ21,21が直
列に接続されているとともに、各パワートランジスタ2
1,21のベースに上記刷子14,14が夫々接続されている。
図中22,23はサージ吸収用のコンデンサとバリスタであ
り、26は電源平滑用のコンデンサ、27は整流スタック、
28は速度制御用可変抵抗器VRとともにモータの速度制御
を行うトライアックである。

対をなす刷子13,14がセグメント19,20aを通じて短絡す
る時、この端子14が接続されているトランジスタ21がオ
ンとなり、このトランジスタ21が接続されているコイル
７に電流が流れる。回転体Ｃの回転でセグメント19,20a
を通じて短絡される対の端子13,14が変われば、オンと
なるトランジスタ21及び電流が流れるコイル７も切り換
えられるものであり、両コイル7,7が交互に励磁される
ために、ロータＲが回転するものである。なお、陽極側
であるとともに共通側となっている刷子13は１本であっ
ても問題はない。

そして両軸受台ブロックBa,Bbは、ステータＳにおける
鉄芯４の端部外面で且つこの端部外面に位置している両
コイル7,7間の空間に配されて、各突出片48を鉄芯４の
外面の溝47に嵌合させるとともに、各軸受台8,8及び鉄
芯４を貫通する固定ボルト31とナット35とにより組み立
てられ、更に軸受台ブロックBaにおける軸受台８には、
整流装置が配された凹所12を回路基板29で蓋するように
して、回路ブロックＰが取り付けられる。

この回路ブロックＰは、軸受台８のボス16との嵌合及び
ボス16の熱かしめで固定される回路基板29、そしてトラ
イアック28、整流スタック27、上記刷子14にベースが接
続されてロータＲの位置に応じて一対のコイル７に交互
に電流を流すパワートランジスタ21、サージ吸収用のコ
ンデンサ22及びバリスタ23、電源の平滑用コンデンサ26
等の回路部品から構成されたものであり、電源との接続
用リード線30や速度制御用可変抵抗器VRとの接続用のリ
ード線40等が引き出されている。前記軸受台Baのコイル
端子17はプリント基板29に直結される。

さてこのように形成された図示例のモータにおいては、
各コイル７の両端部が夫々鉄芯４の両端外部に、すなわ
ちスラスト方向に突出して露出しているわけであるが、
組み合わされた時の端面形状が長方形状をなしている鉄
芯４に対して、各コイル７の両端はラジアル方向、すな
わち夫々鉄芯４の短手方向に屈曲させられて、一部が鉄
芯４の外面よりも外側にまで突出し、端面からステータ
Ｓを見た時、第４図及び第５図に示すようにコイル７の
両端における内面と、鉄芯４の外面との間に空隙Ｋが生
じるようにされているものであり、そしてステータＳ全
体の端面形状としては、長方形状の鉄芯４とこの鉄芯４
の短手方向において外面に突出しているコイル７とで、
ほぼ正方形状をなすものである。

しかしてこの直流モータにおいては、ロータＲの位置に
応じて整流装置の出力が切り換わり、そしてこの整流装
置出力により励磁されるコイル７が切り換えられるため
に、モータの回転が得られるわけであるが、整流装置に
おける回転体Ｃのセグメント19,20a,20bについてさらに
説明すると、これらセグメント19,20a,20bは、１枚のセ
グメント材60から形成されている。

すなわち、第８図に示すようにフープ状のセグメント材
60の幅方向の中央部に長手方向にわたるスリット61を間
隔をおいて打ち抜きで形成し、ついでこのセグメント材
60を機械角で360℃にカットした後、円筒形にフォーミ
ングする。これを樹脂18でインサート成形して、第９図
に示すように絶縁部となる樹脂18が幅方向両端と中央外
面とに位置し且つ中央外面に位置する樹脂18によってス
リット61が覆われるとともにセグメント材60表面が一対
のセグメント19,20に軸方向に分離されたものとするの
である。そしてこれのセグメント20部分にカッターによ
る溝加工を施すことで、第10図に示すように絶縁部とな
る２つのスリット62を形成して、セグメント20をセグメ
ント20aとセグメント20bとに分離しているのである。
尚、このスリット62は、第11図に示す展開図から明らか
なように、いずれもスリット61に連続するように形成さ
れる。つまり、周方向に並んでいるセグメント20a,20b
のうちのセグメント20aはセグメント19に電気的に接続
されているものの、セグメント20bはセグメント19,20a
から電気的に切り離されているわけであり、２対の刷子
13,14,13,14のうち、セグメント20bに刷子14が接してい
る時、この刷子14は対をなす刷子13との間が非導通状態
となるために、刷子14が接続されているコイル７への電
流がカットされるものである。尚、第10図及び第11図に
おけるセグメント20aの範囲とメモリ20bの範囲の比は正
確なものではなく、後述するように、セグメント20b側
を広くしておく。

第12図に２対の刷子13,14,13,14の動作状態を示す。図
中Vaは一方のトランジスタ21のベース電圧、Vbは他方の
トランジスタ21のベース電圧を示している。セグメント
19と刷子13はスリップリングとして機能し、セグメント
20a,20bと刷子14,14は切換用として機能しているわけで
あり、またこれらセグメント19,20a,20bを同一のセグメ
ント材60から一体に形成しているために、小型化及び低
コスト化を図れるものである。

そして陽極側に接続れているために電気的な理由による
摩耗が多くなっている刷子13は単一のセグメント19で外
周面が形成されている一方の整流部に接することから機
械的理由による摩耗が少なくなっているものであり、分
離されたセグメント20a,20bに接するために機械的な理
由による摩耗が大きくなる刷子14は陰極側に接続して電
気的な理由による摩耗が少なくなるようにしているため
に、電気的な理由と機械的な理由とによる摩耗が陽極側
の刷子に重畳する従来のものに比して、刷子13,14、殊
に陽極側の刷子13における摩耗が少なくなっているもの
である。なお、セグメント20bはなくても機能するわけ
であるが、この場合は、陰極側の刷子14がより摩耗しや
すくなってしまう。

なお、セグメント20bの角度範囲αは、図示例の２極モ
ータにおいては、185°〜210°であるように、つまりは
両コイル7,7に対して電流をカットしている区間CT（CT
＝CT₁＋CT₂）が電気角で10°〜60°となるようにしてい
る。この理由は次の通りである。すなわち、第13図に示
すトルク分布を有している場合、２相モータでの電圧及
び電流は、ロータＲの１回転中、第14図に示すような分
布となる。電気角０°〜180°のうち、90°近傍が最も
効率が高く、０°付近は低い。このために、第13図及び
第14図において電流が大となる部分をカットすれば、当
然効率が向上するが、90°カットすれば電流は０となる
からこれが限界である。他方、起動トルクは、カット代
が大きくなるほど弱くなってしまうものであって、第13
図から明らかなように、45°が限界であり、これ以上で
は死点ができてしまう。このために、双方のバランスを
考えて上記設定とすることで、２極モータで且つ効率が
よく、しかも確実に起動できるものとしている。

［発明の効果］ 以上のように本発明においては、電気的理由によって摩
耗しやすい陽極側の刷子は連続する単一セグメントで形
成された第１整流部に摺接させて共通側とし電気的理由
においては摩耗しにくい陰極側の刷子は連続していない
セグメントを有しているために機械的理由によって刷子
に摩耗を招きやすい第２の整流部に摺接させてコイルの
通電制御の切換用としているために、陽極側の刷子と陰
極側の刷子とにおける摩耗が均等化されるとともに、陽
極側の刷子をセグメントが非連続に並ぶ整流部に摺接す
るものに比して、摩耗の進行程度が遅くなるために、寿
命が長くなっているものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の斜視図、第２図は同上の分解
斜視図、第３図は同上の破断正面図、第４図は同上の回
路ブロックを外した状態の平面図、第５図は同上の軸受
台を外した状態の破断平面図、第６図は同上の回路図、
第７図は同上の刷子についての概略回路図、第８図
（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上の回転体のセグメントの製造
方法を示す説明図、第９図は同上のスリットを加工する
前の回転体の斜視図、第10図は同上のスリットを加工し
た後の回転体の斜視図、第11図は同上のセグメントの展
開図、第12図は同上の２対の刷子の動作説明図、第13図
は同上のトルク曲線図、第14図（ａ）（ｂ）（ｃ）
（ｄ）は同上の諸特性を示す特性図であって、13,14は
刷子、19,20a,20bはセグメント、Ｃは回転体を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 和久 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内 (72)発明者 久保 信泰 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特公 昭38−11454（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周面がセグメントとなっている整流用回
   転体（Ｃ）をロータ（Ｒ）の軸（２）が備えるととも
   に、この整流用回転体（Ｃ）のセグメントに接する刷子
   （13,14）を備えて複数のコイル（７）への通電制御を
   上記セグメントと刷子とによって行なう直流モータであ
   って、 上記整流用回転体（Ｃ）は、軸方向に並ぶ第１の整流部
   と第２の整流部とを備え、 第１の整流部は外周面が連続している単一セグメント
   （19）で形成されており、 第２の整流部は、第１の整流部のセグメント（19）に電
   気的に接続されたセグメント（20a）と、第１の整流部
   のセグメント（19）に電気的に非接続となっているセグ
   メント（20b）と、周方向に並んでいる両セグメント（2
   0a,20b）を電気的に分離している絶縁部とで形成されて
   おり、 前記刷子は、第１の整流部のセグメント（19）に摺接す
   る第１の刷子（13）と、第２の整流部のセグメント（20
   a,20b）に摺接する第２の刷子（14,14）とで構成される
   とともに、 第１の刷子（13）は共通電源側と接続されて陽極側とさ
   れ、 第２の刷子（14,14）は各コイルの通電制御用端子に夫
   々個別に接続された切換用の陰極側とされていることを
   特徴とする直流モータ。
2. 【請求項２】第２の整流部におけるセグメント（20b）
   による電流カット区間は電気角で10°〜60°であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の直流モータ。