JPS62230340A - 電動機 - 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〕 本発明は電動機において、ブラシ音の低減に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来の例えば２極の電動機においては、第１２図に示す
如く、整流子２の整流子片２ａ上に摺動可能に設けられ
た１対のブラシｌａ、ｌｂは、対向する位置（電気角で
１８０度の位置）に配置されていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが上述した従来のものでは、電動機より騒音が生
じ、そのため騒音防止として、例えばカバーにより騒音
を遮断していた。

そして、本発明者の研究によれば、電動機の騒音の中で
、磁気音が影響し、特に、この磁気音はヨークの振動が
支配的である。さらに、ヨークの振動は、ブラシが整流
子に当接する際もしくはブラシが整流子から離れる際に
おけるモータの電気的な回路定数が変動することにより
発生することが明らかとなった。

そこで、本発明では、ブラシをモータの電気的回路定数
を変化させるスイッチと考え、通常正負両ブラシが同時
に整流の開始、終了を行っている構成を、同時に行わせ
ないようにすることにより、磁気加振力を低減し、磁気
音低減効果を得ようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明は、 電機子コイルが巻装された電機子と、 前記電機子コイルの端部が接続される複数個の整流子片
と、これら整流子片間を互いに絶縁する絶縁部材とを有
する整流子と、 前記整流子片の外周に摺動可能に配置された少なくとも
１対のブラシとを備え、 前記１対のブラシのうち第１のブラシの端面が前記絶縁
部材に対向している時に、第２のブラシの端面が前記整
流子片と当接するように配置した・ことを特徴とする電
動機とすることである。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図は本発明電動機の一実施例であり、ｌａ＋１ｂは
同一体格の一対の第１．第２のブラシ、２はシャフト３
上に固定された整流子であり、外周には、周方向に１２
個の整流片２ａが互いに絶縁部材２ｂにより、絶縁され
て固定されている。また、第１．第２のブラシｌａ、ｌ
ｂＯ幅を、整流子片２の幅とはほぼ同じである。４は電
機子であり、この電機子４には、図示しない電機子コイ
ルが巻装され、この電機子コイルの端部が整流子片２ａ
に接続されている。また、５はヨークであり、このヨー
ク５の内周面に２極の永久磁石６が固定されている。

そして、第２のブラシ１ｂの中心は、第１のブラシｌａ
の中心に対向する位置になく、第１のブラシ１ａの中心
に対向する位置から角度θ（以下、シフト量という）だ
けずらしている。

第２図は、直流モータにおいて、第１２図に示した従来
のブラシ配置を行った電動機Ａと、第１図に示す如く、
第２のブラシ１ｂを第１のブラシ１ａの中心に対して、
ロータ回転方向（電気的中性軸方向）に１５度遅角（θ
＝１５°）させた電動機Ｂとを、約１０ｃｍ離れた位置
に置いたマイクロホンにて騒音測定を行った結果である
。第２図の実験結果から明らかなように、本発明の実施
例によるモータの騒音レベルＢは従来品のモータの騒音
レベルＡに比べて、約２ｄＢ（Ａ）の騒音低減効果を計
ることができた。

また、第３図は、トルクに対する電流および回転数の特
性図であり、実線Ｃは電動機Ｂにおける特性線、破線り
は電動機Ａにおける特性線である。

これより、明らかなように、電動機Ａ、Ｂの性能の差は
ほとんど認められなかった。

そして、第４図は、第１図におけるシフト量θを、徐々
に変えていった時の騒音レベルの低下を示すもので、シ
フト量θが１５°に近づくにつれて、騒音レベルが減少
していくのがわかる。ここで、上述した実施例では、整
流子片２ａを１２個設けている。つまり、シフト量θが
１５°ということは、第１図に示す如く、第１のブラシ
１ａの中心が、絶縁部材２ｂに対向している時に、第２
のブラシ１ｂの中心が、整流子片２ａの中心に対向して
いるものです。

すなわち、第２のブラシ１ｂのシフト量θを、整流子片
２ａの幅、つまり、Ｏ〈θ＜３６０／ａ（但し、ａは整
流子片２ａの数）ずらせば、第４図に示す如く、騒音レ
ベルの低減を行うことができ、かつθ＝３６０／２ａと
することで、騒音レベルをもっとも低くすることができ
る。

次に、この効果を理論的に説明する。直流モータは、整
流字に第１．第２のブラシＩａ、ｌｂが複数個の整流子
片２ａ上を次々と移りすべって行くことにより、 （以下余白） 電気回路的に見れば、周期的な回路定数の変更がダクタ
ンスＬと抵抗Ｒの直列回路、また■、○のブラシｌａ、
ｌｂをＳ、、ＳＺのスイッチＥを電き 源として、モータの等価回路を表した図である。

この図で、整流時、ブラシｌａ、ｌｂが電機子コイルを
短絡した状態は、スイッチＳ、、ＳＺが閉、電機子コイ
ルを短絡していない状態は、スイッチあり、さらに短絡
されていない電機子コイルＣ１と短絡されている電機子
コイルＣ２とを各々（抵抗Ｒ１，インダクタンスＬ１）
、（抵抗Ｒｚ、インダクタンスＬ１）としてまとめであ
る。

そして、並列する回路の片側のみを表したのが第＊回で
ある。スイッチＳ、閉成前、回路に電流■が流れていた
とする。スイッチＳ、の閉成によす、第＊回に示す如（
、この回路には、ＩＲ−ｔ＋Ｌｘ　Ｘ　（ｄ　Ｉ／ｄ　
ｔ）なる電圧ｅが電源電圧Ｅとは逆の極性で加えられる
ことになる。そして、この電圧ｅにより回路に流れる電
流は脈動することになる。

ここで、短絡されていないコイルＣＩの脈動型−Ｉ　（
１−＝４（Ｒ＋／　Ｌ＋）　ｔ　）短絡コイルの脈動電
流１２は ｉｔ　＝　（ｅ／Ｒｚ）　（１−二輪（Ｒｚ／Ｌｚ）　
ｔ）と表される（第キ図）。

このコイルに流れる電流の変動が、ロータに発生する磁
束の変動（ｄΦ／ｄｔ）となり、ヨークを共振させる磁
気加振力となるのである。

一方、磁束の変動ｄΦ／ｄｔは、電磁見学の理論より ｄΦ／　ｄ　ｔ　＝　ｅ であり、前述した脈動電流ｉ７．１２により、インダク
タンスＬ＋、Ｌｔに誘導される起電圧ｅｌ＋ｅ２と同じ
ディメンジョンになり、 ｄφ／ｄ　ｔｃｃＬ　（ｄ　Ｉ／ｄ　ｔ）と考えられる
。

そこでこのｅｌ＋”２を求めれば、 ｅ＋　　＝Ｌ＋　　（ｄ　　ｉｔ　　／ｄ　　ｔ）ｘｐ ＝　Ｌｌ　　（Ｒ＋　Ｉ　／　Ｌｌ）　２＝ｔｆ　（Ｒ
ｌ／　Ｌｌ）　　ｌ　）スイッチを開切又は閉切した瞬
間の電圧１ｅ＋’、１ｅｔ’ｌは ｌ　ｅ＋　　’　ｌ　＝　ｌ　ｅ＋ｔ−ｏｆ　＝Ｒ＋　
　Ｉ　＝ｅｌ　ｅｚ　　’　ｌ　＝　ｌ　ｅｘｔ、−ｏ
ｌ　＝ｅすなわち ｄΦ／ｄ　ｔｃｃｅ　＝　Ｉ　Ｒｚ　＋Ｌｚ　　（ｄ　
Ｉ　／　ｄ　ｔ）となり、磁束変動（ｄΦ／ｄ　ｔ）は
、ブラシの短絡によりコイルにたくわえられる電圧ＩＲ
ｚ＋Ｌ２　　（ｄｌ／ｄｔ）に比例することになり、こ
のｅを小さくするには、Ｒ２，Ｌ２を小さくすれば良い
と言うことができる。

換言すれば、スイッチＳ＋、Ｓｚを閉じたり、開いたり
する時の短絡コイルの本数を少なくすれば良いというこ
とを判明することができた。そし小さくし、磁気音低減
、を達成している。

第ネ図（ａ）、　（ｂｌに、直流モータのヨークを共振
させる原因となっているヨークを流れる磁気加振力の変
動波形を示す。ここで、電動機の回転数は１４Ｏ４００
（ｒｐであり、第守図で（ａ）は本発明、ｆｂ）は従来
のもので、条件は第２図におけるものと同様である。

そして、第キ図（ａ）に示す如く、本発明電動機の場合
の方がヨークを流れる磁束変動波形を小さくすることが
でき、結果的にヨークの共振による磁気音を低減するこ
とができる。

すなわち、例えば２ブラシの電動機においては、らすこ
とにより、電動機の騒音低減を行うことができる。

なお、第ネ図（ａ）〜（ｄ）には、■ブラシと○ブラシ
の整流タイミングをずらすための他の実施例を示しであ
る。

そして、第ネ図（ａ）では、ブラシｌａ、ｌｂを対向す
る位置に配置させると共に、ブラシの周方向幅ａ、ｂを
互いに変えている。

第泰図（ｂ）では、ブラシｌａ、ｌｂは、同一の体格で
あり、整流子２の中心線２ｂに対して、周方向に所定幅
ずらしている。

第ネ図（Ｃ１では、ブラシｌａ、ｌｂは同一の体格であ
り、整流子２の中心線２ｂに対して、傾斜する角度θ８
、θ２を変えることで、整流子２上に摺接するブラシの
周方向幅を変えている。

第キ図（ｄ＋では、整流子片２ａ間の絶縁幅ｔ１、。

ｔ２を変えており、ブラシＬａ、ｌｂは同一体格であり
、対向する位置に配置されている。

尚、本発明は、ブラシ数において２個に制限されるもの
でないことは言うまでもない。

また、整流タイミングのずらし量（第１図におけるθ）
はθ＝０″でなければ任意である。さらに、一方のブラ
シにより上記目標を達成する構成でなく、複数個のブラ
シにより達成する構成（２ブラシなら例えば、■ブラシ
はθ＝−２”、ｅブラシはθ＝＋ｇ　’）でもよい。

さらに、ブラシの整流開始時および終了時を両方ずらす
ようにしたが、一方のみずらすようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明においては、磁束変動による磁
気加振力を低減し、磁気音を低減することで、簡単な構
成で、電動機の騒音を小さくすることができるという優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電動機を整流子側からみた時の正面図、
第２図は本発明および従来の電動機における電動機の回
転数に対する騒音レベルを示す特性図、第３図は本発明
電動機および従来の電動機におけるトルクに対する電流
および回転数を示す特性図、第４図は本発明電動機にお
けるシフト量に対する騒音レベルを示す特性図、第５図
は電動機の等価回路を示す模式図、第６図は第５図にお
ける等価回路図、第７図は第 （以下余白） 流を示す等価回路図、第奪図（ａｌ、　（ｂ）はそれぞ
れ本発明電動機と従来の電動機においてヨークを流れ目
　　　　直 る磁束変動波形を示す特性図、第李図（ａｌ〜（＠は本
発明電動機の他の実施例を示す正面図、第ホネ図は従来
の電動機を示す正面図である。 代理人弁理士　　岡　部　　　隆 ゴキ」ビ）　　雲 第５９　　　　　　　　　　第６図 ｚ　７　図 第　８　図 第９図 ＠１０図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）　電機子コイルが巻装された電機子と、前記電機
   子コイルの端部が接続される複数個の整流子片と、これ
   ら整流子片間を互いに絶縁する絶縁部材とを有する整流
   子と、 前記整流子片の外周に摺動可能に配置された少なくとも
   １対のブラシとを備え、 前記１対のブラシのうち第１のブラシの端面が前記絶縁
   部材に対向している時に、第２のブラシの端面が前記整
   流子片と当接するように配置したことを特徴とする電動
   機。
2. （２）　前記第１および第２のブラシは同じ幅であり、
   前記第２のブラシの中心を、前記第１のブラシの中心と
   対向する位置より、下記の式で表わされるχ°だけ周方
   向にずらすことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の電動機。 χは、０＜χ＜３６０／ａとする。 但し、ａは整流子の数。
3. （３）　前記第２のブラシは、電機的中性軸側にずらす
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の電動機。
4. （４）　前記第２のブラシの中心は、ほぼ３６０／２ａ
   ずらすことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の電
   動機。
5. （５）　前記第１および第２のブラシの周方向の幅をそ
   れぞれ変え、第１のブラシの中心と第２のブラシの中心
   を対向させたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の電動機。
6. （６）　前記第１および第２のブラシは同じ幅であり、
   第１のブラシホルダの中心と第２のブラシの中心を対向
   させると共に、前記整流子の中心線に対して、前記第１
   および第２のブラシの傾きをそれぞれ変えたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の電動機。
7. （７）　前記第１および第２のブラシは同じ幅であり、
   第１のブラシの中心と第２のブラシの中心を対向させる
   と共に、偶数個の絶縁部材の半分と、残りの絶縁部材の
   半分とを、それぞれ周方向の幅を変えたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の電動機。