(57)【要約】      （修正有）【課題】生産性に優れ、スパーク防止機能を備えたモータを提供する。【解決手段】シャフト１と、前記シャフト１に固定されるアーマチュア及びコンミテータ４と、前記アーマチュアの周りに近接して配置されるステータと、前記コンミテータの周りに配置されるブラシ５１、５２、５３及びコンデンサ３０と、を備え、前記コンミテータ４は、その外周面に、周方向に等間隔で配置された複数のセグメント１５を有し、前記ブラシ５１、５２、５３は、電源の正極側及び負極側のそれぞれに電気的に接続される、少なくとも２つの電流供給用ブラシ５１、５２と、前記コンデンサ３０を介して前記電流供給用ブラシの少なくともいずれか１つと接続される環流用ブラシ５３と、を含み、前記電流供給用ブラシ５１、５２と、前記環流用ブラシ５３とが、それぞれ異なる前記セグメント１５と摺接するように配置されている。【選択図】図３
2011030333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、
前記シャフトに固定されるアーマチュア及びコンミテータと、
前記アーマチュアの周りに近接して配置されるステータと、
前記コンミテータの周りに配置されるブラシ及びコンデンサと、
を備え、
前記コンミテータは、その外周面に、周方向に等間隔で配置され、前記シャフトの回転に伴って前記ブラシが繰り返し摺接する複数のセグメントを有し、
前記ブラシは、
電源の正極側及び負極側のそれぞれに電気的に接続される、少なくとも２つの電流供給用ブラシと、
前記コンデンサを介して前記電流供給用ブラシの少なくともいずれか１つと接続される環流用ブラシと、
を含み、
前記電流供給用ブラシと、前記環流用ブラシとが、それぞれ異なる前記セグメントと摺接するように配置されているモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のモータにおいて、
前記電流供給用ブラシ及び前記環流用ブラシのそれぞれは、前記複数のセグメントに面接触する摺接面を有し、
前記環流用ブラシの摺接面は、前記シャフトの軸方向から見て、前記電流供給用ブラシの摺接面よりも小さく形成されているモータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のモータにおいて、
前記環流用ブラシは、前記電流供給用ブラシよりも電気抵抗値が高い素材で形成されているモータ。
【請求項４】
請求項３に記載のモータにおいて、
前記環流用ブラシと前記電流供給用ブラシとは、前記シャフトの径方向から見て、前記複数のセグメントの異なる部分にそれぞれ摺接するように配置されているモータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のモータにおいて、
前記環流用ブラシは、前記コンデンサに加え、更に、抵抗体を介して前記電流供給用ブラシの少なくともいずれか１つと接続されているモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシを有するモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシを有するモータでは、回転する整流子（コンミテータ）に摺接するブラシを通じて電機子（アーマチュア）に電流が供給される。その際、ブラシとコンミテータとの間で火花放電（スパーク）が発生するおそれがある。
【０００３】
例えば、図１に、正極ブラシ１０１とコンミテータ１０２との関係を表した模式図を示す。図中、１０３ａ，１０３ｂは互いに隣接している第１、第２のセグメントである。同図では、コンミテータ１０２の回転により、第１、第２のセグメント１０３ａ，１０３ｂは正極ブラシ１０１に対して白抜き矢印が示す方向に変位する。巻線構造にもよるが、通常、第１、第２のセグメント１０３ａ，１０３ｂを含め、コンミテータ１０２の各セグメントはコイル等を介して電気的に接続されているため、正極ブラシ１０１に摺接（摺れながら接触）しているセグメントから負極ブラシに摺接しているセグメントに向かって電流が流れる。
【０００４】
従って、同図の（ａ）に示すように、正極ブラシ１０１が第１のセグメント１０３ａに摺接しているときには、第１のセグメント１０３ａからコイルや他のセグメント等を経由して第２のセグメント１０３ｂに向かって電流が流れる。コンミテータ１０２が回転して、正極ブラシ１０１が第１のセグメント１０３ａから離れて第２のセグメント１０３ｂに摺接すると、今度は、同図の（ｂ）に示すように、第２のセグメント１０３ｂからコイルや他のセグメント等を経由して第１のセグメント１０３ａに向かって電流が流れる。
【０００５】
このようにブラシと摺接するセグメントが切り替わる時、極短時間で電流の流れる方向が逆転するために電荷が溜まって所謂サージ電圧やサージ電流が発生し、このサージ電圧等の作用によってスパークが発生するのである。特に、巻線方式に集中巻を採用したモータにおいてスパークが発生し易い傾向がある。
【０００６】
このようなスパークの発生を抑制するために、従来より、コンミテータにリングバリスタを組み込むことが行われている。しかし、リングバリスタは、取り付け難いうえに、高温下での使用に不向きで駆動電圧が限られるなど、使用条件が限られる難点がある。
【０００７】
また、コンデンサを利用する技術もいくつか提案されている。
【０００８】
例えば、特開２００４−３２８９８７号公報では、コンミテータの隣接するセグメントどうしをそれぞれチップコンデンサで接続している。ブラシとセグメントとの間で放電しようとする電荷はチップコンデンサに蓄電されるため、火花放電や電気ノイズの低減が可能になる。
【０００９】
また、特開２００６−１９７７５４号公報では、整流子にコンデンサを設置して、セグメントの端子にコンデンサを電気的に接続している。そうすることで、コイルに蓄電される電磁エネルギーをコンデンサに一時的に蓄積できるようにしている。
【特許文献１】特開２００４−３２８９８７号公報
【特許文献２】特開２００６−１９７７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、これらはいずれもセグメントにコンデンサが接続されているため、コンミテータの限られた小さなスペースにコンデンサ等を組み込む必要があり、取り付けが難しく、生産性に欠けるという問題がある。特に、モータのサイズが小さい場合に問題となる。また、コンデンサ等の接合には、一般にはんだ付けが用いられているため、高温下では使用できないという不利もある。
【００１１】
本発明の主たる目的は、生産性に優れ、スパーク防止機能を備えたモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のモータは、シャフトと、前記シャフトに固定されるアーマチュア及びコンミテータと、前記アーマチュアの周りに近接して配置されるステータと、前記コンミテータの周りに配置されるブラシ及びコンデンサと、を備え、前記コンミテータは、その外周面に、周方向に等間隔で配置され、前記シャフトの回転に伴って前記ブラシが繰り返し摺接する複数のセグメントを有し、前記ブラシは、電源の正極側及び負極側のそれぞれに電気的に接続される、少なくとも２つの電流供給用ブラシと、前記コンデンサを介して前記電流供給用ブラシの少なくともいずれか１つと接続される環流用ブラシと、を含み、前記電流供給用ブラシと、前記環流用ブラシとが、それぞれ異なる前記セグメントと摺接するように配置されている。
【００１３】
係る構成のモータによれば、電流供給用ブラシと環流用ブラシとがコンデンサを介して接続され、これらブラシがそれぞれ異なるセグメントと摺接するように接続されている。すなわち、電源の正極側に接続されているセグメントと負極側に接続されているセグメントとの間に位置するセグメントに環流用ブラシを接続することで、電流供給用ブラシと摺接するセグメントが切り替わる時にコイル等に溜まる電荷を、環流用ブラシを介してコンデンサに吸収させることができる。
【００１４】
従って、セグメントの切り替わり時に生じるサージ電圧等を軽減できるため、スパークの発生を抑制することができる。
【００１５】
しかも、コンデンサは、電流供給用ブラシと環流用ブラシとの間に設けられているので、設置スペースを余裕をもって確保することができる。従って、容易にコンデンサ等を取り付けることができ、生産性に優れる。取り付けが容易になることで、コンデンサ等も溶接により安定して接合することができるので、高温耐性に優れたスパーク防止機能付きのモータを実現できる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、生産性に優れ、スパーク防止機能を備えたモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１の（ａ）、（ｂ）は、スパークの発生を説明するための図である。
【図２】図２は、本実施形態のモータの断面図である。
【図３】図３は、図２における、バックカバーを除いてＩ−Ｉ線方向から見た図であるである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。
【００１９】
図２、図３に、本実施形態のモータを示す。このモータは、ブラシを有するＤＣモータであり、回転軸となるシャフト１やアーマチュア２、ステータ３、コンミテータ４、ブラシセット５、コンデンサ３０などを備え、これらがハウジング６に収容されている。
【００２０】
ハウジング６は、一端が開口する扁平な略円筒状のケース６ａと、ケース６ａの開口を塞ぐバックカバー６ｂとを備える。これらケース６ａ及びバックカバー６ｂにベアリング７，７を介してシャフト１が回転自在に支持されている。シャフト１には、アーマチュア２やコンミテータ４が固定されている。
【００２１】
アーマチュア２には、シャフト１の軸方向の中間部分に固定された円盤状のコア８と、コア８の外周部分に等間隔で放射状に複数形成された断面略Ｔ字状のティース部９，９，…と、これらティース部９，９，…のそれぞれに、集中巻により導電線１２が巻き付けられて形成された一群のコイル１０，１０，…とが備えられている。コア８及びティース部９は金属板を積層して形成されている。
【００２２】
このモータでは、ケース６ａがヨークを兼ねており、ケース６ａと複数のマグネット３ａ，３ａ，…とでステータ３が構成されている。各マグネット３ａは、アーマチュア２の外周面と近接して対向するようにケース６ａの内周面に環状に固定されている。各マグネット３ａは、シャフト１の軸周りに等間隔でＮ極とＳ極とが交互に並ぶように配置されている。
【００２３】
コンミテータ４は、円柱状の部材からなり、その中心に形成された貫通孔にシャフト１が挿入されて、シャフト１の端部分に固定されている。コンミテータ４の外周面には、帯板状の導電性に優れた複数のセグメント１５，１５，…が周方向に等間隔で固定されている。互いに隣接するセグメント１５どうしの導通を避けるために、各セグメント１５は間隔をあけて配置されている。各セグメント１５のアーマチュア２側の端部には、導電線１２を掛けて止めるための掛止部１５ａが一体に設けられている。１本の導電線１２をこれら掛止部１５ａに掛け止めながら各ティース部９に巻き付けることにより、一群のコイル１０，１０，…が形成されている。すなわち、本実施形態の各セグメント１５は１本の導電線１２で繋がれていて、いずれのセグメント１５もコイル１０や他のセグメント１５を介して直列状に電気的に接続され、１つの閉回路が形成されている。
【００２４】
ブラシセット５は、複数のブラシからなり、ハウジング６の内側に取り付けられたブラシプレート１６に組み付けられている。ブラシプレート１６は、円盤状の部材からなり、その中央にはコンミテータ４の外径より大径の丸孔１６ａが形成されている。その丸孔１６ａの内側にコンミテータ４が位置している。
【００２５】
ブラシセット５は、電流供給用ブラシ５１，５２と、環流用ブラシ５３とを含んでいる。本実施形態では、１個の環流用ブラシ５３と、それぞれが電流供給用ブラシである、同形態の２個の正極ブラシ５１，５１と２個の負極ブラシ５２，５２とで構成されている。正極ブラシ５１は電源の正極側に接続され、負極ブラシ５２は電源の負極側に接続される。つまり、これら正極ブラシ５１と負極ブラシ５２とにより、アーマチュア２に電流が供給される。
【００２６】
図３に示すように、各ブラシ５１，５２，５３は、コンミテータ４の周囲に配置されている。各ブラシ５１，５２，５３は、それぞれブラシプレート１６の半径方向に沿って配置され、丸孔１６ａに向かって出退自在に支持されている。各ブラシ５１，５２，５３の丸孔１６ａ側の端部には、それぞれ、コンミテータ４の外周の接線方向に拡がる摺接面５１ａ，５２ａ，５３ａが設けられている。各ブラシの摺接面５１ａ，５２ａ，５３ａは、スプリング（図示せず）によってコンミテータ４に常時押し付けられて各セグメント１５と面接触している。従って、各ブラシ５１，５２，５３は、シャフト１の回転に伴って各セグメント１５と繰り返し摺接して電気的に接続する。なお、電流供給用の各ブラシ５１，５２は、接続端子１７を介して図外の制御装置等と接続される。
【００２７】
電流供給用ブラシ５１，５２のうち、同極のブラシ５１，５１は、それぞれ、シャフト１の回転方向に略１８０度ずれた位置に配置されている。すなわち、一対の正極ブラシ５１，５１は対向状に配置され、同様に、一対の負極ブラシ５２，５２も対向状に配置されている。本実施形態の電流供給用ブラシ５１，５２は、同極のブラシ５１，５１間の間隔よりも異極のブラシ５１，５２間の間隔の方が大きく、シャフト１の軸方向から見て略Ｘ字状に配置されている。
【００２８】
環流用ブラシ５３は、スパークの発生を防止するために設けられている。環流用ブラシ５３は、常に、電流供給用ブラシ５１，５２が摺接するセグメント１５以外のセグメント１５と摺接するように配置されている。本実施形態の環流用ブラシ５３は、シャフト１の軸方向から見て、互いに隣接する正極ブラシ５１と負極ブラシ５２とのほぼ中間に位置するように配置されている。特に、電流供給用ブラシ５１，５２に摺接するセグメント１５が切り替わるタイミングで、環流用ブラシ５３がいずれかの他のセグメント１５と摺接しているように配置されている。
【００２９】
コンデンサ３０は、サージ電圧等の発生を抑制するために設けられている。本実施形態では、環流用ブラシ５３と正極ブラシ５１との間に接続される第１のコンデンサ３０ａと、環流用ブラシ５３と負極ブラシ５２との間に接続される第２のコンデンサ３０ｂとが設けられている。第１及び第２のコンデンサ３０ａ，３０ｂは、いずれもブラシプレート１６に取り付けられている。なお、使用するコンデンサの性能等は、モータの能力や使用条件等に応じて適宜設定することができる。
【００３０】
本実施形態では、これら第１及び第２のコンデンサ３０ａ，３０ｂの他にも、各電流供給用ブラシ５１，５２と環流用ブラシ５３との間には抵抗体３１が設けられている。抵抗体３１は必須ではないが、抵抗体３１を設けることでサージ電圧等を効率よく低減させることができるからである。
【００３１】
第１及び第２のコンデンサ３０ａ，３０ｂや環流用ブラシ５３、抵抗体３１の間には、それぞれ接続線３３が配設され、溶接によって各部材どうしが接合されている。溶接することにより、例えば自動車のエンジンルームなどの、雰囲気温度が１００℃以上に達するような高温下でも支障なく使用できる。比較的スペースに余裕のあるブラシプレート１６に、各コンデンサ３０ａ，３０ｂや各ブラシ５１，５２，５３が設けられているので、高精度な溶接を容易に行うことができる。
【００３２】
このように、電流供給用ブラシ５１，５２とは別に、コンデンサ３０等を介して電流供給用ブラシ５１，５２と電気的に接続された環流用ブラシ５３を設けることで、スパークの発生を効果的に防止することができる。セグメント１５が切り替わる際に、電流供給用ブラシ５１，５２との間に溜まる電荷が環流用ブラシ５３を介してコンデンサ３０に吸収され、サージ電圧等が軽減されるからである。モータには直流の電流が供給されているので、コンデンサ３０を介して電流が流れることはない。従って、アーマチュア２に供給される電流量はほとんど変化しないので、モータ性能を低下させるおそれはない。
【００３３】
更に、このモータでは、モータの性能を向上させるために工夫されている。その１つとして、環流用ブラシ５３の摺接面５３ａは、シャフト１の軸方向から見て、電流供給用ブラシ５１，５２の摺接面５１ａ，５２ａよりも小さく形成されている。
【００３４】
セグメント１５の配置等にもよるが、通常、同方向から見た各ブラシの摺接面５１ａ，５２ａ，５３ａの大きさは、隣り合った２つのセグメント１５，１５の間の隙間よりも大きいため、各ブラシの摺接面５１ａ，５２ａ，５３ａは、隣り合った２つのセグメント１５，１５と同時に接触する瞬間がある。その間、２つのセグメント１５，１５は接続されて同電位となるため、モータ本来の性能が低下するおそれがある。
【００３５】
そこで、このモータでは、スパークの発生防止用の環流用ブラシ５３については、サージ電圧等を軽減できればよいので、摺接面５３ａをできるだけ小さくして同時に２つのセグメント１５，１５に接触する時間を短くしている。ただし、あまり摺接面５３ａを小さくすると、接触抵抗が大きくなって不具合を生じるおそれがあるため、摺接面５３ａは、少なくとも隣り合う２つのセグメント１５，１５間の隙間よりも大きく設定するのが好ましい。
【００３６】
また、環流用ブラシ５３は、電流供給用ブラシ５１，５２よりも電気抵抗値が高い素材で形成されている。すなわち、カーボンや金属等、その種類については問わないが、環流用ブラシ５３の素材には、電流供給用ブラシ５１，５２よりも電気抵抗値が高い素材が用いられている。
【００３７】
このように環流用ブラシ５３に電流が流れ難くすることで、サージ電圧を効果的に吸収しながら、同時に２つのセグメント１５，１５に接触した時に流れる電流量を小さくして、モータ性能へ与える影響を小さくできる。
【００３８】
更に、図２に示したように、環流用ブラシ５３と電流供給用ブラシ５１，５２とは、シャフト１の径方向から見て、セグメント１５の異なる部分にそれぞれ摺接するように配置されている。具体的には、本実施形態のモータでは、環流用ブラシ５３は、セグメント１５のうち、掛止部１５ａ側の部分と摺接するように配置され、電流供給用ブラシ５１，５２は、いずれも掛止部１５ａと反対側の部分と摺接するように配設されている。
【００３９】
各セグメント１５におけるこれらブラシ５１，５２，５３と摺接する部分の表面には、各ブラシの成分が付着して膜が形成される。素材が同じ電流供給用ブラシ５１，５２であれば、同じ素材の膜が形成されるため、特に影響を受けることはないが、環流用ブラシ５３の場合、電気抵抗値の高い素材で形成されているため、環流用ブラシ５３が摺接する部分には、相対的に電気を通し難い膜が形成される。従って、電流供給用ブラシ５１，５２が摺接する部分と環流用ブラシ５３が摺接する部分とが重なっていると、環流用ブラ５３シが摺接する部分は電気の流れが悪くなり、モータ性能を低下させるおそれがある。
【００４０】
そこで、このモータでは、環流用ブラシ５３と電流供給用ブラシ５１，５２とが、シャフト１の径方向から見て、セグメント１５の異なる部分にそれぞれ摺接するように配置し、異なる素材の膜がそれぞれ異なる部分に形成されるようにして、互いに影響を受けないようにしている。
【００４１】
なお、本発明にかかるモータは、前記の実施の形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。
【００４２】
例えば、環流用ブラシ５３の数は１つに限らず２つ以上であってもよい。コンデンサ３０の数も１つでもよく、３つ以上であってもよい。
【００４３】
例えば、出力切替が可能なモータ等、アーマチュア２に複数の閉回路が設けられている場合には、閉回路ごとに、少なくとも１つの環流用ブラシ５３と１つのコンデンサ３０とを設けるのが好ましい。
【００４４】
環流用ブラシ５３は、シャフト１の軸方向から見て、厚みの小さい電気伝導性の素材からなるブラシ本体部と、ブラシ本体部を両側から挟む厚みの大きい絶縁性の素材からなる一対の支持部とで多層に構成することもできる。
【００４５】
そうすれば、セグメントに接する面積を変えずに、実質的に環流用ブラシの摺接面を小さくすることができる。この場合であれば、隣り合う２つのセグメント１５，１５間の隙間よりも摺接面５３ａを小さく設定することも可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
自動車のエンジンルームに搭載される車載用モータなど、１００℃を超えるような高度の耐熱性が要求されるモータに好適である。
【符号の説明】
【００４７】
１  シャフト
２  アーマチュア
３  ステータ
４  コンミテータ
６  ハウジング
１５  セグメント
３０  コンデンサ
５１  正極ブラシ（電流供給用ブラシ）
５２  負極ブラシ（電流供給用ブラシ）
５３  環流用ブラシ
【図１】
2011030333.tif 000003
【図２】
2011030333.tif 000004
【図３】
2011030333.tif 000005