JPH11275814A

JPH11275814A - 直流モータ

Info

Publication number: JPH11275814A
Application number: JP7535898A
Authority: JP
Inventors: Retsuo Watanabe; 烈夫渡辺
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1998-03-24
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 1999-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】構造が簡単でコストを低減することができる
直流モータを提供する。【解決手段】３相巻線１３，１４，１５を有する固定
子と、永久磁石からなる回転子とを備えた直流モータ１
０において、回転子に設けられ、対称の位置に形成され
た２個の接触片からなり各接触片はそれぞれ電源の正極
側及び負極側に接続されたスリップリングと、固定子側
に設けられ、スリップリングに対して１２０度の位相差
をもって接触する各相用のブラシ４１，４２，４３を設
け、このブラシから得られた通電信号を増幅６１して固
定子巻線１３，１４，１５に通電するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両における電動
式パワーステアリングシステム（ＥＰＳ）に用いられる
直流モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＥＰＳに用いられるモータの第１
の従来例は、整流機構を備えた直流モータである。即
ち、永久磁石からなる固定子と、巻線を巻回した回転子
とを備え、この回転子巻線にブラシ及び整流子を介して
通電している。このタイプのモータは、駆動制御回路が
簡単であり、回転方向が確実に決まり信頼性が高く、低
コストであり、しかも大量生産が可能であるので、自動
車機器に広く利用されている。

【０００３】また、第２の従来例は、いわゆるブラシレ
スモータである。これは、３相巻線を巻回した固定子
と、永久磁石からなる回転子とを備えている。そして、
回転子の位置をホール素子等により検出し、その検出信
号に基づいて３相の固定子巻線に順次通電している。こ
のタイプのモータは、整流子、ブラシによる電力損失が
無く、三相交流駆動のため高効率で滑らかな回転が得ら
れ、放熱効果も高い等の利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の第１の従来例に
おいては、回転子巻線へ通電するためにブラシ及び整流
子を介して行っている。従って、ブラシ及び整流子間の
接触抵抗により約１Ｖの電圧降下が発生するという問題
がある。これは、電源電圧が１２Ｖしかない自動車用機
器にとっては大きな損失割合となっており、モータの効
率低下の原因となっている。更に、通電電流も、最大時
には数十Ａとなるため、ブラシ及び整流子が大形となり
これにともなってモータも大形になるという問題を有し
ている。

【０００５】また、第２の従来例においては、回転検出
用のホール素子等のセンサが必要であり、また、三相交
流制御となるため駆動制御回路も非常に複雑となるの
で、コスト高になり、保守も煩雑になるという問題があ
る。

【０００６】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、その目的は、構造が簡単でコストを低減すること
ができる直流モータを提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明が採った手段は、実施例で使用する符号を付し
て説明すると、請求項１の発明は、３相巻線を有する固
定子１２と、永久磁石からなる回転子２１とを備えた直
流モータ１０において、回転子２１に設けられ、対称の
位置に形成された２個の接触片３８Ａ，３８Ｂからなり
各接触片はそれぞれ電源の正極側及び負極側に接続され
たスリップリングと、固定子１２側に設けられ、スリッ
プリングに対して１２０度の位相差をもって接触する各
相用のブラシ４２，４３，４４を設け、このブラシ４
２，４３，４４から得られた通電信号６２を増幅して固
定子巻線１３，１４，１５に通電するようにしたところ
に特徴を有する。

【０００８】請求項２の発明は、通電信号６２に波形補
正信号６３が加算されるところに特徴を有する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の請求項１に係る第
１の実施例の直流モータ１０につきを参照して説明す
る。まず、図３において、フレーム１１は、円筒状をな
しており、内部に固定子１２を圧入している。この固定
子１２は、鉄心に３相用のＵ相巻線１３，Ｖ相巻線１
４，Ｗ相巻線１５（図１参照）が巻回されている。フレ
ーム１１の両端部にはブラケット１６が取着されてお
り、中心部に軸受１７が圧入されている。

【００１０】回転子２１は、回転軸２２に永久磁石から
なる回転子鉄心２３を圧入してなり、回転軸２２が軸受
１８に回転可能に取着されている。

【００１１】回転軸２２には、順に図４に示すスリップ
リングＡ３１，Ｕ相用スリップリング３２，Ｖ相用スリ
ップリング３３，Ｗ相用スリップリング３４，スリップ
リングＢ３５が圧入されている。

【００１２】各スリップリングは、それぞれ絶縁材から
なる芯材３６の外周に接触片を取付けて構成されてお
り、スリップリングＡ３１及びスリップリングＢ３５に
はリング状の接触片３７が取着されている。また、その
他のスリップリング３２，３３，３４には、中心角が約
１２０度の２個の接触片３８Ａ，３８Ｂが対称の位置に
取着されており、接触片３８Ａ，３８Ｂの対向する端部
間は芯材３６が充填されて外周面が平坦に形成されてい
る。

【００１３】Ｕ相用スリップリング３２，Ｖ相用スリッ
プリング３３，Ｗ相用スリップリング３４は、接触片３
８Ａ，３８Ｂの位置が相互に１２０度ずれるように回転
軸２２に固定されている。そして、各相のスリップリン
グ３２，３３，３４は、それぞれ接触片３８Ａがスリッ
プリングＡ３１に接続され、接触片３８Ｂがスリップリ
ングＢ３５に接続されている。

【００１４】固定子側即ちフレーム１１には、これら各
スリップリングに接触するブラシＡ４１，Ｕ相用ブラシ
４２，Ｖ相用ブラシ４３，Ｗ相用ブラシ４４，ブラシＢ
４５が一列に配設されている。

【００１５】つぎに図１及び図２を参照して制御回路に
ついて説明する。図２（ａ）において、モータ回転指令
電圧５０は、約５Ｖであってその正極側５１はスリップ
リングＡ３１に接続され、また、反転増幅回路５２によ
り極性が反転された負極側５３はスリップリングＢ３５
に接続されている。

【００１６】つぎに図２（ｂ）において、直流電源例え
ば車両のバッテリ５４は１２Ｖであって、定電圧電源回
路５５を経て正電源５６に電圧を負荷し、また、インバ
ータ回路５７を経て負電源５８に電圧を負荷している。
これらの正電源５６、負電源５８は各増幅回路の端子に
接続されている。

【００１７】図１は、モータ１０の制御回路を示すもの
で、各相のブラシは、それぞれ電力増幅回路６１の＋入
力側に接続されている。また、電力増幅回路６１の出力
側は、各相の巻線１３，１４，１５に接続されている。

【００１８】つぎに上記構成の作用について説明する。
各相のブラシ４２，４３，４４は、回転子２１の回転位
置に応じてそれぞれスリップリング３２，３３，３４に
接触する。例えば、Ｕ相用ブラシ４２がＵ相用スリップ
リング３２の接触片３８Ａに接触している約１２０度の
間は、スリップリングＡ３１を通じて（＋）の通電信号
６２が流れる。一方、約６０度の非接触部分を挟んで、
接触片３８Ｂに接触している１２０度の間は、スリップ
リングＢ３５を通じて（−）の通電信号６２が流れる。
これらの正負の通電信号６２は電力増幅回路６１に入力
される。

【００１９】同様に、Ｖ相用ブラシ４３，Ｗ相用ブラシ
４４もそれぞれ１２０度の位相差を有してスリップリン
グ３３，３４に接触するので、図５に示すように、Ｖ
相，Ｗ相にも１２０度の位相差をもって通電信号６２が
発生する。

【００２０】これら、各相に発生した正負の通電信号６
２は、電力増幅回路６１によって増幅され、各相の固定
子巻線１３，１４，１５に流れる。

【００２１】これらの電流がＵ，Ｖ，Ｗ相巻線１３，１
４，１５を流れることにより、モータ１０には図６
（ａ）〜（ｆ）に示すような回転磁界が発生する。ここ
で、図６（ａ）は図５に示すＡ点に相当し、以下順次図
６（ｂ）はＢ点……図６（ｅ）はＥ点に相当する。

【００２２】上記した第１の実施例によれば、つぎの効
果を奏する。（１）各相ブラシ４２，４３，４４が、スリップリング
３２，３３，３４に接触して得られた通電信号を、増幅
して固定子巻線１３，１４，１５に通電するようにした
ので、第１の従来例のような複雑な整流子を必要とせ
ず、また、第２の従来例のような回転位置を検知するセ
ンサを必要としないので、構造が簡単にできる。

【００２３】（２）スリップリング３２，３３，３４を
通してブラシ４２，４３，４４から引き出される電流は
小電流であるので、電圧降下を減少させることができ
る。また、巻線に流れる電流は、電力増幅回路６１によ
り適宜に選択できるので、モータ１０の効率を向上させ
ることができる。

【００２４】（３）さらに、スリップリング３２，３
３，３４及びブラシ４２，４３，４４を流れる電流は小
電流であるので、ブラシ４２，４３，４４を小形にする
ことができ、しかも、接触圧も小さくできるので摩擦抵
抗及び摩耗量を減少できる。

【００２５】図７は、本発明の第２の実施例を示すもの
で、第１の実施例との相違は、回転軸２２に、３個のス
リップリングを設けたものである。即ち、スリップリン
グＡ３１，スリップリング３２及びスリップリングＢ３
５が圧入されている。

【００２６】そして、Ｕ相用ブラシ４２，Ｖ相用ブラシ
４３，Ｗ相用ブラシ４４をそれぞれ１２０度の間隔をお
いて配置させ、各ブラシが同じスリップリング３２に接
触するようにしたものである。この第２の実施例におい
ては、スリップリング３２の接触片３８Ａ，３８Ｂの大
きさは、中心角を１２０度よりも若干小さく設定して、
ブラシ４２，ブラシ４３，ブラシ４４が同時に接触する
ことを防止している。

【００２７】この第２の実施例においても、通電信号６
２は図５に示すようになるので、第１の実施例と同様の
効果を奏するものである。また、第１の実施例に比べて
スリップリングの数量が減少させることができるという
効果を奏するものである。

【００２８】図８及び図９は、本発明の請求項１，２に
係る第３の実施例を示すもので、第１の実施例との相違
は、固定子巻線１３，１４，１５に流れる電流波形を正
弦波に補正するものである。即ち、回転子２２の位置を
検出し（図９（ａ）参照）Ｕ相用ブラシ４２，Ｖ相用ブ
ラシ４３，Ｗ相用ブラシ４４から得られた通電信号６２
に位相を合わせて図９（ｃ）に示す波形補正信号６３を
加算し、これらを電力増幅回路６１に入力するものであ
る。これによりモータ１０に流れる電流波形を図９
（ｄ）に示す正弦波にするので、第１の実施例の効果に
加えてモータ１０の効率を一層向上させることができる
という効果を奏するものである。

【００２９】

【発明の効果】請求項１の発明は、３相巻線を有する固
定子と、永久磁石からなる回転子とを備えた直流モータ
において、前記回転子に設けられ、対称の位置に形成さ
れた２個の接触片からなり各接触片はそれぞれ電源の正
極側及び負極側に接続されたスリップリングと、前記固
定子側に設けられ、前記スリップリングに対して１２０
度の位相差をもって接触する各相用のブラシを設け、こ
のブラシから得られた通電信号を増幅して前記固定子巻
線に通電するようにしたので、構造を簡単にすることが
でき、スリップリングとブラシ間の電圧降下を減少させ
てモータの効率を向上させることができるという効果を
奏するものである。

【００３０】請求項２の発明は、前記通電信号に波形補
正信号を加算して、モータの電流波形を正弦波とするの
で、モータの効率を一層向上させることができるという
効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の制御回路図である。

【図２】電源回路図である。

【図３】直流モータの縦断面図である。

【図４】スリップリングとブラシの関係を示す分解斜
視図である。

【図５】通電信号及びモータ電流の極性を示す図であ
る。

【図６】直流モータの回転磁界を説明する図である。

【図７】第２の実施例におけるスリップリングとブラ
シの関係を示す分解斜視図である。

【図８】本発明の第３の実施例の制御回路図である。

【図９】モータ電流の波形を示す図である。

【符号の説明】

１０直流モータ１２固定子１３Ｕ相巻線１４Ｖ相巻線１５Ｗ相巻線２１回転子３１スリップリングＡ３２Ｕ相用スリップリング３３Ｖ相用スリップリング３４Ｗ相用スリップリング３５スリップリングＢ３７接触片３８Ａ接触片３８Ｂ接触片４１ブラシＡ４２Ｕ相用ブラシ４３Ｖ相用ブラシ４４Ｗ相用ブラシ４５ブラシＢ５０モータ回転指令電圧５４バッテリ６１電力増幅回路６２通電信号６３補正波形

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３相巻線を有する固定子と、永久磁石からなる回転子とを備えた直流モータにおい
て、前記回転子に設けられ、対称の位置に形成された２個の
接触片からなり各接触片はそれぞれ電源の正極側及び負
極側に接続されたスリップリングと、前記固定子側に設けられ、前記スリップリングに対して
１２０度の位相差をもって接触する各相用のブラシを設
け、このブラシから得られた通電信号を増幅して前記固定子
巻線に通電するようにしたことを特徴とする直流モー
タ。
【請求項２】前記通電信号は、波形補正信号が加算さ
れることを特徴とする請求項１記載の直流モータ。