(57)【要約】【課題】小型化、高性能化を図りつつ、ブラシの寿命設定を正確に行うことができる電動モータを提供する。【解決手段】ブラシホルダ３６に、カーボンブラシ（ブラシ２１）をコンミテータ１０に付勢する付勢部材（スプリングＳＰ）を設け、付勢部材の付勢方向のカーボンブラシの初期ブラシ長をＡ、カーボンブラシの付勢方向の磨耗代をＦ、ブラシホルダ３６とコンミテータ１０との間のクリアランスをＣとしたとき、Ａ＝３Ｃ＋Ｆを満たすように前記初期ブラシ長を設定したことを特徴とする。【選択図】図５
2010093890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーマチュアに設けられているコンミテータに摺接して給電を行うカーボンブラシと、
前記カーボンブラシを前記コンミテータに対して進退自在に収納するブラシホルダと、
前記ブラシホルダを固定するホルダステーとを有する電動モータにおいて、
前記ブラシホルダに、前記カーボンブラシを前記コンミテータに付勢する付勢部材を設け、
前記付勢部材の付勢方向の前記カーボンブラシの初期ブラシ長をＡ、
前記付勢方向の前記カーボンブラシの磨耗代をＦ、
前記ブラシホルダと前記コンミテータとの間のクリアランスをＣとしたとき、
Ａ＝３Ｃ＋Ｆ
を満たすように前記初期ブラシ長を設定したことを特徴とする電動モータ。
【請求項２】
前記付勢方向の前記ブラシホルダの深さをＭ、
前記付勢部材のバネ定数をＫ、
前記付勢部材の初期長をＬ、
前記カーボンブラシと前記コンミテータとの接触面積をＳとしたときに、
Ｋ・｛Ｌ−（Ｍ−２Ｃ−Ｆ）｝／Ｓ≦７．８４Ｎ／ｃｍ２
Ｋ・｛Ｌ−（Ｍ−２Ｃ）｝／Ｓ≧２．９４Ｎ／ｃｍ２
を満たすことを特徴とする請求項１記載の電動モータ。
【請求項３】
前記カーボンブラシと前記ブラシホルダの側壁との間のクリアランスのうち、
前記コンミテータの回転方向のクリアランスをＣ１、
前記コンミテータの回転軸方向のクリアランスをＣ２としたとき、
０．０５ｍｍ≦Ｃ１≦０．２ｍｍ
０．１５ｍｍ≦Ｃ２≦０．３５ｍｍ
を満たす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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、車両に搭載される電動モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車用のワイパーモータとして、ブラシ付きの電動モータを用いる場合が多い。この種の電動モータは、円筒状のヨークの内周面に複数の永久磁石を周方向に等間隔で配置し、これら永久磁石の内側にアーマチュアが回転自在に支持されている。アーマチュアは、複数のティースが放射状に形成されたアーマチュアコアを有している。各ティース間には軸線方向に長いスロットが複数形成され、所定間隔をあけたスロット間に巻線を重ね巻き方式にて巻装することでコイルを形成している。コイルは、アーマチュアコアと隣接するように回転軸に外嵌固定されたコンミテータに導通している。
【０００３】
コンミテータは、金属片である複数のセグメントが互いに絶縁された状態で周方向に配設されたものであって、これらセグメントにそれぞれコイルの巻き始め端、および巻き終わり端が接続される。また、各セグメントはブラシに摺接可能に接続されており、このブラシを介してそれぞれのコイルに給電される。そして、給電されたコイルには磁界が形成され、ヨークの永久磁石との間に生じる磁気的な吸引力や反発力によって回転軸が駆動する。
【０００４】
ここで、近年のワイパーモータの小型、高性能化の要請から磁極数を４極（極対数が２）に多極化すると共に多スロット化し、モータの高性能化を図り、かつ４つのブラシを周方向に等間隔に配置し、モータの速度可変を可能にした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１のモータは、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。
【特許文献１】特開２００６−３５３０１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のモータにあっては、ブラシが磨耗してブラシ長が短くなると、ブラシを付勢するスプリングのスプリング長が長くなる。すると、コンミテータにブラシを押圧する面圧が低下してブラシの座乗性が悪化し、ブラシの異常磨耗に発展する虞がある。
また、ブラシが磨耗してブラシ長が極端に短くなると、ホルダステーに取り付けられブラシを保持するブラシホルダ内でブラシが不安定になり、ブラシの異常磨耗に発展する虞がある。
ブラシにこのような異常磨耗が発生すると、推定した磨耗時間よりも短い時間でブラシの寿命がきてしまい、ブラシの寿命設定が困難になるという課題がある。
【０００６】
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、小型化、高性能化を図りつつ、ブラシの寿命設定を正確に行うことができる電動モータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の電動モータは、アーマチュアに設けられているコンミテータに摺接して給電を行うカーボンブラシと、前記カーボンブラシを前記コンミテータに対して進退自在に収納するブラシホルダと、前記ブラシホルダを固定するホルダステーとを有する電動モータにおいて、前記ブラシホルダに、前記カーボンブラシを前記コンミテータに付勢する付勢部材を設け、前記付勢部材の付勢方向の前記カーボンブラシの初期ブラシ長をＡ、前記付勢方向の前記カーボンブラシの磨耗代をＦ、前記ブラシホルダと前記コンミテータとの間のクリアランスをＣとしたとき、
Ａ＝３Ｃ＋Ｆ
を満たすように前記初期ブラシ長を設定したことを特徴とする。
【０００８】
このように構成することで、所定の運転時間が経過してカーボンブラシの磨耗代が完全に磨耗した場合であっても、カーボンブラシはブラシホルダの先端から突出させた長さの３倍の全長を有することになる。すなわち、カーボンブラシは、磨耗代が完全に磨耗した場合であっても、突出させた長さの２倍の長さがブラシホルダの内部に残存し、ブラシホルダによって保持される。
これにより、ブラシホルダの内部でカーボンブラシを安定的に保持し、カーボンブラシの異常磨耗を防止することができる。加えて、付勢部材を十分に圧縮させた状態に維持し、カーボンブラシのコンミテータに接触する面の面圧を適切な値に維持することが可能となる。これにより、カーボンブラシの座乗性を良好な状態に維持することができ、カーボンブラシの異常磨耗を防止することができる。
【０００９】
また、本発明の電動モータは、前記付勢方向の前記ブラシホルダの深さをＭ、前記付勢部材のバネ定数をＫ、前記付勢部材の初期長をＬ、前記カーボンブラシと前記コンミテータとの接触面積をＳとしたときに、
Ｋ・｛Ｌ−（Ｍ−２Ｃ−Ｆ）｝／Ｓ≦７．８４Ｎ／ｃｍ２
Ｋ・｛Ｌ−（Ｍ−２Ｃ）｝／Ｓ≧２．９４Ｎ／ｃｍ２
を満たすことを特徴とする。
【００１０】
このように構成することで、カーボンブラシのコンミテータに接触する面の面圧をより好適な範囲に維持することが可能となる。これにより、カーボンブラシの座乗性をより良好な状態に維持することができ、カーボンブラシの異常磨耗をより効果的に防止することができる。
【００１１】
また、本発明の電動モータは、前記カーボンブラシと前記ブラシホルダの側壁との間のクリアランスのうち、前記コンミテータの回転方向のクリアランスをＣ１、前記コンミテータの回転軸方向のクリアランスをＣ２としたとき、
０．０５ｍｍ≦Ｃ１≦０．２ｍｍ
０．１５ｍｍ≦Ｃ２≦０．３５ｍｍ
を満たすことを特徴とする。
【００１２】
このように構成することで、ブラシホルダによるカーボンブラシの保持性を向上させ、カーボンブラシをより安定的に保持することができる。
したがって、ブラシホルダの内部でカーボンブラシをより安定的に保持し、カーボンブラシの異常磨耗をより効果的に防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電動モータによれば、小型化、高性能化を図りつつ、カーボンブラシの異常磨耗を防止して、ブラシの寿命設定を正確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
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るものであって、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。
【００１５】
ヨーク５の筒部５３は略円筒状に形成されており、この内周面に４つのセグメント型の永久磁石７が周方向に等間隔で磁極が順番となるように配設されている。すなわち、ヨーク５に設けられた永久磁石７は、極対数が２に設定されている。
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。
【００１６】
筒部５３の開口部５３ａには、外フランジ部５２が設けられている。外フランジ部５２には、ボルト孔（不図示）が形成されている。このボルト孔にボルト２４が挿通され、減速機構４の後述するギヤハウジング２３に形成されたボルト孔（不図示）に螺入されることによって、ヨーク５が減速機構４に締結固定される。
【００１７】
アーマチュア６は、回転軸３に外嵌固定されたアーマチュアコア８と、アーマチュアコア８に巻装されたアーマチュアコイル９と、回転軸３の他端側に配置されたコンミテータ１０とを備えている。アーマチュアコア８は、プレス加工等によって打ち抜かれた磁性材料の板材を軸方向に積層したり（積層コア）、軟磁性粉を加圧成形したり（圧粉コア）して形成されたものであって、略円環状のコア本体１１を有している。
【００１８】
コア本体１１の外周部には、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に構成された構成軸方向平面視略Ｔ字型のティース１２が１８つ、周方向に沿って等間隔に放射状に設けられている。各ティース１２は、径方向に延出し巻線１４が巻装される巻胴部３１と、巻胴部３１の先端に設けられ巻胴部３１に対して左右対称となるように延在する周壁部３２とで構成されている。すなわち、ティース１２の先端に設けられた周壁部３２がアーマチュアコア８の外周面を構成しており、この周壁部３２が永久磁石７と対向した状態になる。
【００１９】
コア本体１１の外周部に、ティース１２を放射状に設けることによって、隣接するティース１２間には、蟻溝状のスロット１３が１８つ形成されている。スロット１３は軸線方向に沿って延びており、周方向に沿って等間隔に複数形成されている。
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が巻装される。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。
【００２０】
ここで、１８つのティース１２を周方向に沿って等間隔に形成すると、各ティース１２と各スロット１３は、回転軸３を中心にして点対称に存在していることになる。一方、周方向９０度間隔においては、ティース１２とスロット１３とが交互に存在した状態になる。このような状態を満たし、かつ３相構成となるようにティース１２、およびスロット１３の設置個数を設定する場合、それぞれティース１２、およびスロット１３の個数は、極対数に対して３倍以上の奇数倍となる。
【００２１】
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つ設けられている。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ということになる。
【００２２】
また、各ティース１２、および各スロット１３は、回転軸３を中心にして点対称であって、かつ周方向９０度間隔でティース１２とスロット１３とが交互に存在することで、Ｎ極の永久磁石７とこれに対向している各ティース１２の相対位置関係と、Ｓ極の永久磁石７とこれに対向している各ティース１２の相対位置関係とがスロット１３の周方向半分の量だけずれた状態になる。
【００２３】
回転軸３のアーマチュアコア８よりも他端側には、コンミテータ１０が外嵌固定されている。このコンミテータ１０の外周面には、導電材で形成されたセグメント１５が１８枚取り付けられている。セグメント１５は軸線方向に長い板状の金属片からなり、互いに絶縁された状態で周方向に沿って等間隔に並列に固定されている。コンミテータ１０の外径Ｄは、２０ｍｍ以上、３０ｍｍ以下の範囲で設定されている。なお、この実施形態においては、コンミテータ１０の外径Ｄは２２ｍｍに設定されている。
【００２４】
各セグメント１５のアーマチュアコア８側の端部には、外径側に折り返す形で折り曲げられたライザ１６が一体成形されている。ライザ１６には、アーマチュアコイル９の巻き始め端部と巻き終わり端部となる巻線１４が掛け回わされ、巻線１４はヒュージングなどによりライザ１６に固定されている。これにより、セグメント１５とこれに対応するアーマチュアコイル９とが導通される。
【００２５】
また、同電位となるセグメント１５、すなわち、回転軸３を中心にして互いに対向するセグメント１５（本実施形態では９つ置きのセグメント１５）にそれぞれ対応するライザ１６には、各々接続線４０が掛け回され、この接続線４０がヒュージングによりライザ１６に固定されている（図７参照）。接続線４０は、同電位となるセグメント１５同士を短絡するためのものであって、コンミテータ１０とアーマチュアコア８との間に配索されている。
【００２６】
このように構成されたコンミテータ１０は、減速機構４のギヤハウジング２３に臨まされた状態になっている。ギヤハウジング２３は、一面に開口部４２ａを有する略箱状に形成され減速機構４の歯車群４１を収納するハウジング本体４２と、ハウジング本体４２の開口部４２ａを閉塞するカバー４３とで構成されている。ハウジング本体４２の電動モータ２側には、ブラシ収納部２２が形成され、ここに電動モータ２のコンミテータ１０が臨まされている。
【００２７】
図２〜図４に示すように、ブラシ収納部２２は、ギヤハウジング２３の電動モータ２側に凹状に形成されたものである。ブラシ収納部２２の周壁３０は、断面略長円形に形成されており、平面壁３０ａと円弧壁３０ｂとで構成されている。
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。
【００２８】
ホルダステー３４には、周方向３箇所にブラシホルダ３６が設けられている。ブラシホルダ３６には、それぞれブラシ（カーボンブラシ）２１が各々スプリング（付勢部材）Ｓを介して付勢された状態で出没自在に内装されている。これらブラシ２１の先端部はスプリングＳＰによって付勢されているためコンミテータ１０のセグメント１５に摺接しており、外部の電源（不図示）から電流がブラシ２１を介してコンミテータ１０に供給される。
【００２９】
ブラシ２１は、陽極側に接続されている低速用ブラシ２１ａ、および高速用ブラシ２１ｂと、これら低速用ブラシ２１ａと高速用ブラシ２１ｂとに共通使用され陰極側に接続されている共通ブラシ２１ｃとで構成されている。低速用ブラシ２１ａと共通ブラシ２１ｃは互いに電気角で１８０°、つまり、機械角で周方向に９０°間隔をあけて配設されている。一方、高速用ブラシ２１ｂは、低速用ブラシ２１ａから周方向に角度αだけ離間して配置されている。なお、この実施形態では、共通ブラシ２１ｃを陰極側とし、低速用ブラシ２１ａおよび高速用ブラシ２１ｂを陽極側として説明するが、陽極側と陰極側を反対にしてもよい。
【００３０】
ここで、コンミテータ１０の同電位となるセグメント１５、すなわち、回転軸３を中心にして互いに対向するセグメント１５同士は接続線４０によって短絡されているため、ブラシ２１が摺接していないセグメントにも給電することが可能になる。したがって、高速用ブラシ２１ｂは低速用ブラシ２１ａよりも角度θだけ進角した位置に存在していることになる。なお、この実施形態においては、角度θは３１度に設定されている。
【００３１】
このように、各ブラシ２１ａ〜２１ｃを配置することによって、カバー３３、およびホルダステー３４にあっては、ブラシ２１ａ〜２１ｃの存在しない部分を切除することができる。すなわち、カバー３３を断面略長円形状に形成し、平面壁３３ａと円弧壁３３ｂとの接続部分近傍に低速用ブラシ２１ａ、および共通ブラシ２１ｃを配置させることができる。一方、カバー３３の低速用ブラシ２１ａ、および共通ブラシ２１ｃが配置されている箇所とは回転軸３を中心にして反対側の円弧壁３３ｂに、高速用ブラシ２１ｂを配置させることができる。このため、ブラシ収納部２２を断面略長円形状に形成することができ、ブラシ収納部２２の扁平化を図ることが可能になる。
【００３２】
また、図３に詳示するように、低速用ブラシ２１ａ、および共通ブラシ２１ｃの周方向のブラシ幅Ｗ１は互いに略同一に設定されている。これに対し、高速用ブラシ２１ｂの周方向のブラシ幅Ｗ２は、低速用ブラシ２１ａのブラシ幅Ｗ１よりも小さく設定されている。具体的には、コンミテータ１０の外径が２０ｍｍ以上、３０ｍｍ以下の範囲で設定されているとき、低速用ブラシ２１ａ、および共通ブラシ２１ｃのブラシ幅Ｗ１は、２．５ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲で設定されている。一方、高速用ブラシ２１ｂのブラシ幅Ｗ２は、１．５ｍｍ以上で、かつ２．５ｍｍよりも小さい範囲で設定されている。なお、この実施形態においては、低速用ブラシ２１ａ、および共通ブラシ２１ｃのブラシ幅Ｗ１は３．０ｍｍ、高速用ブラシ２１ｂのブラシ幅Ｗ２は１．７ｍｍに設定されている。
【００３３】
このように低速用ブラシ２１ａ、および共通ブラシ２１ｃのブラシ幅Ｗ１と、高速用ブラシ２１ｂのブラシ幅Ｗ２を設定することにより、低速用ブラシ２１ａと高速用ブラシ２１ｂとが互いに同一セグメント１５に同時に摺接することを回避することができるようになっている。
【００３４】
すなわち、コンミテータ１０に接続されている接続線４０によって、例えば、低速用ブラシ２１ａは、回転軸３を中心にして点対称位置にも存在していることになる（図３における２点鎖線参照）。この場合、低速用ブラシ２１ａと高速用ブラシ２１ｂとの間隔は、隣接するセグメント１５，１５の間隔とほぼ同じになる。しかしながら、高速用ブラシ２１ｂのブラシ幅Ｗ２が低速用ブラシ２１ａのブラシ幅Ｗ１よりも小さく設定されているので、低速用ブラシ２１ａと高速用ブラシ２１ｂとが互いに同一セグメント１５に同時に摺接することを回避することができる。
【００３５】
このことは、高速用ブラシ２１ｂと共通ブラシ２１ｃとの間にも同じことがいえる。すなわち、コンミテータ１０に接続されている接続線４０によって、高速用ブラシ２１ｂは、回転軸３を中心にして点対称位置にも存在していることになる。しかしながら、高速用ブラシ２１ｂのブラシ幅Ｗ２が共通ブラシ２１ｃのブラシ幅Ｗ１よりも小さく設定されているので、これら高速用ブラシ２１ｂと共通ブラシ２１ｃとが互いに同一セグメント１５に同時に摺接することを回避することができる。
【００３６】
次に、この実施形態におけるブラシホルダ３６およびブラシ２１の周辺について、図５および図６を用いて詳細に説明する。以下では、低速用ブラシ２１ａ、高速用ブラシ２１ｂおよび共通ブラシ２１ｃに共通する説明については、これらをまとめてブラシ２１として説明する。
【００３７】
図５（ａ）および図６（ａ）に詳示するように、ブラシホルダ３６にはスプリングＳＰが設けられ、ブラシ２１をコンミテータ１０の径方向に付勢している。ブラシホルダ３６には、ブラシ２１が磨耗したときにピグテール２１Ａがブラシ２１の進出を妨げないように、切欠き部３６ａが形成されている。
ここで、ホルダステー３４の内径Ｅは２３．８ｍｍ、コンミテータ１０の外径Ｄは２２．０ｍｍに設定されており、ブラシホルダ３６とコンミテータ１０との間のクリアランスＣは０．９ｍｍに設定されている。
【００３８】
ブラシ２１は、例えば金属黒鉛質ブラシであり、磨耗前の初期ブラシ長Ａが６．５ｍｍに設定されている。
初期ブラシ長Ａは、ブラシホルダ３６とコンミテータ１０との間のクリアランスＣと、ブラシ２１の付勢方向（コンミテータ１０の径方向）の磨耗代Ｆとを考慮して設定されている。
磨耗代Ｆは、磨耗試験等、ブラシ２１の異常磨耗が発生しない条件で、電動モータ２を所定の時間数運転させたときにブラシ２１が磨耗する長さである。この実施形態においては、磨耗試験等の結果から、ブラシ２１の磨耗代Ｆを３．８ｍｍに設定している。
【００３９】
すなわち、初期ブラシ長Ａは、以下の式（１）を満たすように、クリアランスＣおよび磨耗代Ｆに基づいて設定されている。
【００４０】
Ａ＝３Ｃ＋Ｆ  …（１）
【００４１】
ブラシ２１の磨耗代Ｆは３．８ｍｍに設定され、クリアランスＣが０．９ｍｍであることから、ブラシ２１の初期ブラシ長Ａは、式（１）に基づいて６．５ｍｍに設定されている。したがって、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すように、磨耗代Ｆが完全に磨耗したあとのブラシ２１の磨耗ブラシ長Ｂは２．７ｍｍとなる。
【００４２】
ここで、ブラシ２１は、磨耗試験等の結果から、コンミテータ１０と接触する面の面圧Ｐ１が７．８４Ｎ／ｃｍ２よりも大きくなると異常磨耗を生じる割合が高くなることが分かっている。したがって、ブラシ２１の磨耗前の状態における面圧Ｐ１は、以下の式（２）の範囲を満たすよう設定される。
【００４３】
Ｐ１≦７．８４Ｎ／ｃｍ２  …（２）
【００４４】
面圧Ｐ１は、スプリングＳＰの付勢力をＦｓ１、ブラシ２１のコンミテータ１０と接触する面の接触面積をＳとすると、以下の式（３）で表される。
【００４５】
Ｐ１＝Ｆｓ１／Ｓ  …（３）
【００４６】
スプリングＳＰの付勢力Ｆｓ１は、スプリングＳＰの初期長をＬ、図５（ａ）および図６（ａ）に示すブラシ２１の磨耗前の状態における長さをＬ１とすると、以下の式（４）で表される。
【００４７】
Ｆｓ１＝Ｋ・（Ｌ−Ｌ１）  …（４）
【００４８】
ここで、ブラシ２１の磨耗前の状態におけるスプリングＳＰの長さＬ１は、図５（ａ）および図６（ａ）に示すように、ブラシホルダ３６の深さＭとブラシホルダ３６に挿入されたブラシ２１の長さとの差に等しくなっている。すなわち、スプリングＳＰの初期状態における長さＬ１は以下の式（５）により表される。
【００４９】
Ｌ１＝Ｍ−２Ｃ−Ｆ  …（５）
【００５０】
式（２）に、式（３）〜式（５）を代入すると、以下の式（６）が導出される。
【００５１】
Ｋ・｛Ｌ−（Ｍ−２Ｃ−Ｆ）｝／Ｓ≦７．８４Ｎ／ｃｍ２  …（６）
【００５２】
すなわち、この実施形態において、スプリングＳＰのバネ定数Ｋおよび初期長Ｌは、式（６）を満たすように、ブラシホルダ３６の深さＭ、クリアランスＣ、およびブラシ２１の磨耗代Ｆに基づいて設定されている。
【００５３】
また、ブラシ２１は、磨耗試験等の結果から、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すように、磨耗代Ｆが完全に磨耗した状態において、コンミテータ１０と接触する面の面圧Ｐ２が２．９４Ｎ／ｃｍ２よりも小さくなると異常磨耗を生じる割合が高くなることが分かっている。したがって、磨耗代Ｆが完全に磨耗した状態における面圧Ｐ２は、以下の式（７）の範囲を満たすよう設定される。
【００５４】
Ｐ２≧２．９４Ｎ／ｃｍ２  …（７）
【００５５】
面圧Ｐ２は、スプリングＳＰの付勢力をＦｓ２、ブラシ２１のコンミテータ１０と接触する面の接触面積をＳとすると、以下の式（８）で表される。
【００５６】
Ｐ２＝Ｆｓ２／Ｓ  …（８）
【００５７】
スプリングＳＰの付勢力Ｆｓ２は、スプリングＳＰの初期長をＬ、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示す磨耗代Ｆが完全に磨耗した状態における長さをＬ２とすると、以下の式（９）で表される。
【００５８】
Ｆｓ２＝Ｋ・（Ｌ−Ｌ２）  …（９）
【００５９】
ここで、ブラシ２１の磨耗代Ｆが完全に磨耗した状態におけるスプリングＳＰの長さＬ２は、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すように、ブラシホルダ３６の深さＭとブラシホルダ３６に挿入されたブラシ２１の長さとの差に等しくなっている。すなわち、磨耗代Ｆが完全に磨耗した状態におけるスプリングＳＰの長さＬ２は以下の式（１０）により表される。
【００６０】
Ｌ２＝Ｍ−２Ｃ  …（１０）
【００６１】
式（７）に、式（８）〜式（１０）を代入すると、以下の式（１１）が導出される。
【００６２】
Ｋ・｛Ｌ−（Ｍ−２Ｃ）｝／Ｓ≧２．９４Ｎ／ｃｍ２  …（１１）
【００６３】
すなわち、この実施形態においては、スプリングＳＰのバネ定数Ｋおよび初期長Ｌが、式（１１）を満たすように、ブラシホルダ３６の深さＭ、クリアランスＣ、およびブラシ２１の磨耗代Ｆに基づいて設定されている。
【００６４】
この実施形態においては、低速用ブラシ２１ａおよび共通ブラシ２１ｃの断面積を２０．７ｍｍ２とし、高速用ブラシ２１ｂの断面積を１１．８ｍｍ２とし、断面積をコンミテータ１０との接触面積Ｓとして用いている。また、低速用ブラシ２１ａおよび共通ブラシ２１ｃのスプリングＳＰのバネ定数Ｋを０．１５に設定している。これにより、低速用ブラシ２１ａおよび共通ブラシ２１ｃの磨耗前のスプリングＳＰの付勢力Ｆｓ１は１．１５８Ｎ（面圧Ｐ１＝５．５９Ｎ／ｃｍ２）となり、磨耗代Ｆが完全に磨耗したあとスプリングＳＰの付勢力Ｆｓ２は０．６１３Ｎ（面圧Ｐ２＝２．９６Ｎ／ｃｍ２）となっている。
【００６５】
ここで、図３に示すように、低速用ブラシ２１ａおよび共通ブラシ２１ｃのブラシ幅Ｗ１は、３ｍｍに設定され、高速用ブラシ２１ｂのブラシ幅Ｗ２は１．７ｍｍに設定されている。
そして、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、コンミテータ１０の回転方向のブラシ２１とブラシホルダ３６の側壁との間のクリアランスＣ１は、以下の式（１２）の範囲を満たすように設定されている。
【００６６】
０．０５ｍｍ≦Ｃ１≦０．２ｍｍ  …（１２）
【００６７】
また、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、コンミテータ１０の回転軸３方向のブラシ２１とブラシホルダ３６の側壁との間のクリアランスＣ２は、以下の式（１３）の範囲を満たすように設定されている。
【００６８】
０．１５ｍｍ≦Ｃ２≦０．３５ｍｍ  …（１３）
【００６９】
図１、図２に示すように、ギヤハウジング２３のハウジング本体４２に収納された歯車群４１は、電動モータ２の回転軸３に連結されたウォーム軸２５と、ウォーム軸２５に噛合う段付歯車２６と、段付歯車２６に噛合うスパーギヤ２７とで構成されている。ウォーム軸２５は、一端が回転軸３に連結されると共に、他端がハウジング本体４２に回転自在に軸支されている。段付歯車２６は、ウォーム軸２５に噛合うウォームホイール２８とウォームホイール２８よりも小径に形成された小径歯車２９とが一体成形されたものである。
【００７０】
段付歯車２６の径方向中央には、アイドラー軸６１が圧入されている。アイドラー軸６１は、小径歯車２９とは反対側に突出しており、この突出した端部６１ａがハウジング本体４２に回転自在に軸支されている。一方、アイドラー軸６１の端部６１ａとは反対側端に存在する小径歯車２９の先端は、カバー４３に回転自在に軸支されている。このように、段付歯車２６は、ハウジング本体４２とカバー４３とで両端が軸支された状態になっている。
【００７１】
スパーギヤ２７は、段付歯車２６の小径歯車２９に噛合っている。スパーギヤ２７の径方向中央には、ボス部６５がカバー４３側に向かって突出形成されている。このボス部６５は、カバー４３に回転自在に支持されている。また、ボス部６５には、出力軸６２が圧入されている。出力軸６２は、ハウジング本体４２の底壁（エンド部）４２ｃから突出している。ハウジング本体４２の底壁４２ｃには、出力軸６２に対応する部位に、ボス部６３が外方に向かって突出形成されている。このボス部６３には、出力軸６２を回転自在に軸支するためのすべり軸受け６４が設けられている。
【００７２】
出力軸６２のハウジング本体４２から突出した部分には、先端に向かうに従って徐々に先細りとなる先細り部６６が形成されている。この先細り部６６には、セレーション６７が形成されている。これによって、例えば、ワイパーなどを駆動するための外部機構と出力軸６２とを連結することができるようになっている。
【００７３】
この他に、ハウジング本体４２の側壁４２ｂには、コネクタ６８が回転軸３の軸方向に沿って突設されている。コネクタ６８は、外部からの電源を電動モータ２に供給するためのものである。コネクタ６８の受入れ口６９には接続端子７０が設けられており、この接続端子７０が電動モータ２のブラシ２１（２１ａ〜２１ｃ）に電気的に接続されている。これによって、外部の電源から電流がブラシ２１を介してコンミテータ１０に供給される。
【００７４】
さらに、ハウジング本体４２の開口縁には、カバー４３を締結固定するためのボルト座７１が一体成形されている。カバー４３は、ハウジング本体４２のボルト座７１に対応する部位に、ボルト７２を挿通可能なボルト孔（不図示）を有する取付け座７３が一体形成されている。カバー４３は、取付け座７３にボルト７２を挿通し、このボルト７２がハウジング本体４２のボルト座７１に螺入されることによってハウジング本体４２に締結固定されるようになっている。
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。
【００７５】
次に、図７に基づいて、アーマチュア６のアーマチュアコア８に巻装された巻線１４の巻装構造について説明する。
図７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。
【００７６】
同図に詳示するように、同電位となるセグメント１５同士は、接続線４０によって短絡されている。つまり、本実施形態においては、９つ置き（例えば、１番セグメント１５と１０番セグメント１５）のセグメント１５同士が接続線４０によってそれぞれ短絡されている。
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７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。
【００７７】
第１の導線１１０は、３つ置きの任意のスロット１３，１３間に順方向に巻装され、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間に逆方向に巻装された第１〜第９の巻線１６１〜１６９を形成している。
第２の導線１２０は、３つ置きの任意のスロット１３，１３間に順方向に巻装され、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間に逆方向に巻装された他の第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。
【００７８】
すなわち、第１の導線１１０により形成された第１の巻線１６１と、第２の導線１２０により形成された他の第１の巻線１７１は、回転軸３を中心にして対向した位置に存在し、これら巻線１６１と巻線１７１とで第１の巻線の対を形成している。同様に、第２〜第９の巻線１６２〜１６９と、他の第２〜第９の巻線１７２〜１７９とでそれぞれ第２の巻線の対１６２，１７２、第３の巻線の対１６３，１７３、第４の巻線の対１６４，１７４、第５の巻線の対１６５，１７５、第６の巻線の対１６６，１７６、第７の巻線の対１６７，１７７、第８の巻線の対１６８，１７８、および第９の巻線の対１６９，１７９を形成している。
【００７９】
第１〜第９の巻線１６１〜１６９は、それぞれ９本の接続線４０を介して一連に繋がれている。一方、他の第１〜第９の巻線１７１〜１７９は、それぞれ９本の接続線４０を介して一連に繋がれている。各巻線１６１〜１７９の巻き始め端、および巻き終わり端は、隣接するセグメント１５，１５間に接続されている。このように各スロット１３間に形成された第１〜第９の巻線１６１〜１６９、および他の第１〜第９の巻線１７１〜１７９は、例えば、ダブルフライヤ式の巻線機などを用いて巻装することが可能である。
【００８０】
次に、減速機付モータ１の作用について説明する。
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に巻装さ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、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。
【００８１】
ここで、この実施形態においては、図５（ａ）および図６（ａ）に示すブラシ２１の初期ブラシ長Ａが、ブラシホルダ３６とコンミテータ１０との間のクリアランスＣおよび磨耗代Ｆに基づいて、上記の式（１）を満たすように設定されている。
そのため、図５（ａ）および図６（ａ）に示すブラシ２１の磨耗前の状態から、所定の運転時間が経過して、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すようにブラシ２１が磨耗して磨耗代Ｆが完全に磨耗した状態になった場合であっても、ブラシ２１はブラシホルダ３６の先端から突出した長さ（すなわち、クリアランスＣ）の３倍の全長を有することになる。
【００８２】
すなわち、ブラシ２１は、磨耗代Ｆが完全に磨耗した場合であっても、突出させた長さ（Ｃ）の２倍の長さ（２Ｃ）がブラシホルダ３６の内部に残存し、ブラシホルダ３６によって保持される。これにより、ブラシホルダ３６の内部でブラシ２１を安定的に保持し、ブラシ２１の異常磨耗を防止することができる。
【００８３】
加えて、スプリングＳＰを十分に圧縮させた状態に維持し、ブラシ２１のコンミテータ１０に接触する面の面圧Ｐ１，Ｐ２を適切な値に維持することが可能となる。これにより、ブラシ２１のコンミテータ１０に対する座乗性を良好な状態に維持することができ、ブラシ２１の異常磨耗を防止することができる。
【００８４】
また、スプリングＳＰのバネ定数Ｋおよび初期長Ｌが、図５（ａ）および図６（ａ）に示すブラシ２１の磨耗前の状態において、ブラシホルダ３６の深さＭ、クリアランスＣ、およびブラシ２１の磨耗代Ｆに基づいて、式（６）を満たすように設定されている。さらに、スプリングＳＰのバネ定数Ｋおよび初期長Ｌが、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すブラシ２１の磨耗代Ｆの磨耗後の状態において、ブラシホルダ３６の深さＭ、クリアランスＣに基づいて、式（１１）を満たすように設定されている。
【００８５】
そのため、ブラシ２１の磨耗代Ｆの磨耗前から磨耗後まで、ブラシ２１のコンミテータ１０に接触する面の面圧Ｐ１〜Ｐ２を、２．９４Ｎ／ｃｍ２〜７．８４Ｎ／ｃｍ２のより好適な範囲に維持することが可能となる。これにより、ブラシ２１のコンミテータ１０に対する座乗性をより良好な状態に維持することができ、ブラシ２１の異常磨耗をより効果的に防止することができる。
【００８６】
また、コンミテータ１０の回転方向のブラシ２１とブラシホルダ３６の側壁との間のクリアランスＣ１は式（１２）を満たすように設定されている。加えて、コンミテータ１０の回転軸方向のブラシ２１とブラシホルダ３６の側壁との間のクリアランスＣ２は、式（１３）を満たすように設定されている。
そのため、ブラシホルダ３６によるブラシ２１の保持性を向上させ、ブラシ２１をより安定的に保持することができる。したがって、ブラシホルダ３６の内部でブラシ２１をより安定的に保持し、ブラシ２１の異常磨耗をより効果的に防止することができる。
【００８７】
以上説明したように、この実施の形態の電動モータ２によれば、小型化、高性能化を図りつつ、ブラシ２１の異常磨耗を防止して、ブラシ２１の寿命設定を正確に行うことができる。
【００８８】
また、電動モータ２の各ティース１２、および各スロット１３は、回転軸３を中心にして点対称であって、かつ周方向９０度間隔、つまり、電気角１８０度間隔でティース１２とスロット１３とが交互に存在することで、Ｎ極の永久磁石７とこれに対向している各ティース１２の相対位置関係と、Ｓ極の永久磁石７とこれに対向している各ティース１２の相対位置関係とがスロット１３の周方向半分の量だけずれた状態になっている。
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。
【００８９】
また、低回転駆動時においては、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ので、高速用ブラシ２１ｂには電力が供給されず、無通電状態（フローティング状態）になる。このため、高速用ブラシ２１ｂが隣接するセグメント１５，１５間に跨るように存在するとき、これらセグメント１５，１５は高速用ブラシ２１ｂによって短絡される。そして、短絡されたセグメント１５，１５に接続されている巻線１４は、単に閉ループになるだけであり、この結果、等価電気回路のコイル数に差が生じてしまう。
【００９０】
このとき、高速用ブラシ２１ｂにより閉ループになった巻線１４に磁束が通過するので、この磁束の変化により巻線１４に誘起電圧（逆起電力）が生じてしまう。この誘起電圧（逆起電力）により、通電方向とは逆向きの電流が瞬間的に流れて整流が悪化し、これによってコギングトルクが発生してしまう。
【００９１】
しかしながら、本実施形態においては、低速用ブラシ２１ａ、および共通ブラシ２１ｃの周方向のブラシ幅Ｗ１は互いに略同一に設定されている一方、高速用ブラシ２１ｂの周方向のブラシ幅Ｗ２は、低速用ブラシ２１ａのブラシ幅Ｗ１よりも小さく設定されている（図３参照）。このため、高速用ブラシ２１ｂが隣接するセグメント１５，１５を短絡する時間を設定することができると共に、高速用ブラシ２１ｂにより閉ループが形成された巻線１４に流れる電流を減少させることができる。
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（フローティング状態）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。
【００９２】
したがって、上述の実施形態によれば、極対数が２、つまり、磁極数が４極で、かつ他スロット化（スロット数が極対数の7倍、９倍、１１倍）され、速度可変可能な電動モータ２であってもコギングトルクを減少させることができる。このため、電動モータ２（減速機付モータ１）の振動や騒音を低減することが可能になる。
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に起因するコギングトルク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。
【００９３】
また、低速用ブラシ２１ａ、および共通ブラシ２１ｃの周方向のブラシ幅Ｗ１よりも高速用ブラシ２１ｂの周方向のブラシ幅Ｗ２を小さく設定することにより、低速用ブラシ２１ａと高速用ブラシ２１ｂとが互いに同一セグメント１５に同時に摺接することを回避することができる。このため、小型で、かつ多スロット化された高性能な電動モータ２を提供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。
【００９４】
なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、ブラシホルダの付勢部材をコイルスプリングとして説明したが、板バネやその他の弾性材料を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施形態における減速機付モータの平面図である。
【図２】本発明の実施形態における減速機付モータの縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態における電動モータの横断面図である。
【図４】図２のＡ矢視図である。
【図５】本発明の実施形態におけるブラシおよびブラシホルダの横断面図である。
【図６】本発明の実施形態におけるブラシおよびブラシホルダの縦断面図である。
【図７】本発明の実施形態におけるアーマチュアの展開図である。
【符号の説明】
【００９６】
２  電動モータ
６  アーマチュア
１０  コンミテータ
２１  ブラシ（カーボンブラシ）
２１ａ  低速用ブラシ（カーボンブラシ）
２１ｂ  高速用ブラシ（カーボンブラシ）
２１ｃ  共通ブラシ（カーボンブラシ）
３６  ブラシホルダ
３４  ホルダステー
Ａ  初期ブラシ長
Ｃ  クリアランス
Ｃ１  クリアランス
Ｃ２  クリアランス
Ｆ  磨耗代
Ｋ  バネ定数
Ｍ  深さ
Ｌ  初期長
ＳＰ  スプリング（付勢部材）
Ｓ  接触面積
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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