(57)【要約】【課題】高出力化と小型化を両立することができるブラシ付モータを提供する。【解決手段】ブラシ付モータ１は、回転軸６０と、マグネット２１〜２４を有するステータ２０と、６つのコイル３１Ａ〜３１Ｆからなるコイル部３１とコイル部３１に電気的に接続される６つの整流子セグメント３２Ａ〜３２Ｆを周方向に配置した整流子３２とを含むロータ３０と、周方向に間隔をおいて配置された４つのブラシ５１〜５４とを備える。ロータ３０は、回転軸６０とともに回転するように構成されている。ブラシ５１〜５４は、整流子３２の整流子セグメント３２Ａ〜３２Ｆに摺接する。そして、ブラシ５１〜５４のうち周方向で隣り合うブラシ同士は、軸方向において異なる位置に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
複数のマグネットを有するステータと、
複数のコイルと、該複数のコイルに電気的に接続される複数のセグメントを周方向に配置した整流子とを含み、前記回転軸とともに回転するロータと、
周方向に間隔をおいて配置された複数のブラシであって、前記整流子の複数のセグメントに摺接する複数のブラシと
を備え、
前記複数のブラシのうち周方向で隣り合うブラシ同士は、軸方向において異なる位置に配置される、
ブラシ付モータ。
【請求項２】
前記周方向で隣り合うブラシのうち一方は、電源の正極に接続され、
前記周方向で隣り合うブラシのうち他方は、前記電源の負極に接続される、
請求項１に記載のブラシ付モータ。
【請求項３】
前記複数のブラシは２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）のブラシから構成される、請求項１又は２に記載のブラシ付モータ。
【請求項４】
前記複数のブラシは４つのブラシから構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のブラシ付モータ。
【請求項５】
前記４つのブラシは周方向に９０度の間隔で配置される、請求項４に記載のブラシ付モータ。
【請求項６】
前記複数のブラシのうち径方向に対向するブラシ同士が軸方向の同一の位置に配置される、請求項３から５のいずれか一項に記載のブラシ付モータ。
【請求項７】
前記ブラシ付モータはコアレスモータである、請求項１から６のいずれか一項に記載のブラシ付モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシ付モータに係り、特に複数のブラシを備えるブラシ付モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的なブラシ付モータは、ロータに電流を供給するため、ロータとともに回転する整流子に摺接するブラシを有している（例えば、特許文献１参照）。近年、このようなブラシ付モータには高トルク化及び小型化が求められている。高トルク化のためにマグネットやコイルの数を増やす場合にはブラシの数も増やす必要があるが、小型のモータではブラシを配置できるスペースが限られており、ブラシの数を増やすと短絡が生じやすくなるとともに、モータの組み立て作業も難しくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１４９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、高出力化と小型化を両立することができるブラシ付モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様によれば、高出力化と小型化を両立することができるブラシ付モータが提供される。このブラシ付モータは、回転軸と、複数のマグネットを有するステータと、複数のコイルと該複数のコイルに電気的に接続される複数のセグメントを周方向に配置した整流子とを含むロータと、周方向に間隔をおいて配置された複数のブラシとを備える。上記ロータは、上記回転軸とともに回転するように構成されている。また、上記複数のブラシは、上記整流子の複数のセグメントに摺接するように構成されている。そして、上記複数のブラシのうち周方向で隣り合うブラシ同士は、軸方向において異なる位置に配置される。
【０００６】
このようなブラシ付モータによれば、周方向で隣り合うブラシ同士が軸方向の異なる位置に配置されるため、モータ内でのブラシ同士の接触を効果的に抑制しつつ、ブラシの個数を増やすことができる。したがって、ブラシ付モータの高出力化と小型化を両立することができる。
【０００７】
ここで、上記周方向で隣り合うブラシのうち一方は、電源の正極に接続され、上記周方向で隣り合うブラシのうち他方は、上記電源の負極に接続されることが好ましい。このような構成により、電源の正極に接続されるブラシと電極の負極に接続されるブラシとが軸方向において異なる位置に配置されることになるため、ブラシ間の短絡の発生が効果的に抑制される。
【０００８】
また、上記複数のブラシは２Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）のブラシから構成されることが好ましい。このような構成により、２Ｎ個の系統の通電経路を形成することができるので、モータを高出力化することができる。例えば、複数のブラシを４つのブラシから構成してもよい。この場合、４系統の通電経路を形成することができる。また、複数のブラシを４つのブラシから構成する場合には、これらのブラシを周方向に９０度の間隔で配置することが好ましい。これにより、ブラシ同士の接触をより効果的に抑制できる。
【０００９】
ここで、上記複数のブラシのうち径方向に対向するブラシ同士を軸方向の同一の位置に配置してもよい。これにより、モータの軸方向の長さを短くすることができる。
【００１０】
本発明は、例えばコアレスモータに適用することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明におけるブラシ付モータによれば、周方向で隣り合うブラシ同士が軸方向の異なる位置に配置されるため、モータ内でのブラシ同士の接触を効果的に抑制しつつ、ブラシの個数を増やすことができる。したがって、ブラシ付モータの高出力化と小型化を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態におけるモータを示す分解斜視図である。
【図２】図２は、図１に示されるモータのＹＺ平面における断面図である。
【図３】図３は、図１に示されるモータのＸＺ平面における断面図である。
【図４】図４は、図１に示されるモータの電気的回路の一例を模式的に示す図である。
【図５】図５は、図１に示されるモータのコイルとマグネットとの位置関係の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るモータの実施形態について図１から図５を参照して詳細に説明する。なお、図１から図５において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図５においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態におけるモータ１を示す分解斜視図である。モータ１は、直径がおよそ１６ｍｍ程度の小型コアレスモータとして構成されている。図１に示すように、このモータ１はＺ方向を軸方向とする円筒形に形成されており、ステータ２０と、ロータ３０と、ステータ２０及びロータ３０を内部に収容するハウジング１０と、回転軸６０と、ハウジング１０に取り付けられるブラケット４０と、ブラケット４０に取り付けられるブラシ５１〜５４とを備えている。
【００１５】
図２は、モータ１のＹＺ平面における断面図であり、図３は、モータ１のＸＺ平面における断面図である。図１から図３に示すように、ハウジング１０はＺ方向を軸方向とする中空円筒形の外形を有しており、ハウジング１０の＋Ｚ方向側の端部には端部壁１１が形成されている。図１に示すように、この端部壁１１の中央には嵌入孔１２が形成されている。また、ハウジング１０の−Ｚ方向側の端部には、開口部１３が形成されている。
【００１６】
図１から図３に示すように、ステータ２０は、内部に貫通孔２５Ａが形成されたヨーク２５と、ヨーク２５の外周面に周設された４つのマグネット２１〜２４と、貫通孔２５Ａの＋Ｚ方向側の端部に嵌入されてヨーク２５に固定された第１の軸受７１と、貫通孔２５Ａの−Ｚ方向側の端部に嵌入されてヨーク２５に固定された第２の軸受７２とを有している。ヨーク２５の端部２６はマグネット２１〜２４よりも＋Ｚ方向側に突出しており、この端部２６がハウジング１０の端部壁１１に形成された嵌入孔１２に嵌入されることにより、ステータ２０がハウジング１０に対して固定される。
【００１７】
図１から図３に示すように、ロータ３０は、円板状のコイルベース３３と、コイルベース３３の外周端に固定された円筒状のコイル部３１と、コイルベース３３に固定された整流子３２とを含んでいる。図２及び図３に示すように、コイル部３１は、ハウジング１０の内周面とマグネット２１〜２４のそれぞれの外周面との間に位置しており、樹脂で固められた６つのコイルから構成されている。
【００１８】
図２及び図３に示すように、回転軸６０は、整流子３２の内部を貫通する貫通孔に嵌入されて整流子３２に固定されている。この回転軸６０は、コイルベース３３の中央部及びヨーク２５の貫通孔２５Ａを貫通しており、ハウジング１０の中央を貫いて第１の軸受７１からハウジング１０の外部に延出している。また、回転軸６０は、第１の軸受７１及び第２の軸受７２を介してステータ２０に対して回転可能に支持されている。したがって、ロータ３０及び回転軸６０は、ステータ２０とステータ２０が固定されたハウジング１０とに対して一体的に回転できるようになっている。
【００１９】
図４は、モータ１の電気回路の一例を模式的に示す図である。整流子３２は、周方向に離間した６つの整流子セグメント３２Ａ〜３２Ｆを有しており、図４に示すように、整流子セグメント３２Ａ〜３２Ｆとコイル部３１の６つのコイル３１Ａ〜３１Ｆとは電気的に接続されている。本実施形態では、ブラシ５１，５２は電源９５の正極に接続されており、ブラシ５３，５４は電源９５の負極に接続されている。これらのブラシ５１〜５４は、整流子セグメント３２Ａ〜３２Ｆと摺接可能に配置されている。
【００２０】
このように、コイル３１Ａ〜３１Ｆのそれぞれはブラシ５１〜５４を介して電源９５に接続されており、モータ１内に４系統の通電経路が形成されている。すなわち、ブラシ５１→整流子セグメント３２Ｄ→コイル３１Ｄ→整流子セグメント３２Ｃ→ブラシ５４に至る第１の通電経路と、ブラシ５１→整流子セグメント３２Ｄ→コイル３１Ｅ→コイル３１Ｆ→ブラシ５３に至る第２の通電経路と、ブラシ５２→整流子セグメント３２Ａ→コイル３１Ａ→整流子セグメント３２Ｆ→ブラシ５３に至る第３の通電経路と、ブラシ５２→整流子セグメント３２Ａ→コイル３１Ｂ→コイル３１Ｃ→整流子セグメント３２Ｃ→ブラシ５４に至る第４の通電経路とが形成される。
【００２１】
図１から図３に示すように、ハウジング１０の開口部１３にはブラケット４０が嵌め込まれている。このブラケット４０の内側には、周方向に９０度の間隔をおいてブラシ固定筒４１〜４４が設けられている。ブラシ固定筒４１，４２は、図１及び図２に示すように、回転軸６０を挟んでＹ方向に対向配置されており、ブラシ固定筒４３，４４は、図１及び図３に示すように、回転軸６０を挟んでＸ方向に対向配置されている。
【００２２】
これらのブラシ固定筒４１〜４４は、ブラケット４０の端部壁４８から＋Ｚ方向に延びているが、図２及び図３に示すように、ブラシ固定筒４１，４２のＺ方向の長さは、ブラシ固定筒４３，４４のＺ方向の長さよりも長くなるように構成されている。これらのブラシ固定筒４１〜４４には、上述したブラシ５１〜５４が固定されている。
【００２３】
ブラシ５１〜５４は、整流子３２の整流子セグメントに摺接するブラシ本体５１Ａ〜５４Ａと、ブラシ本体５１Ａ〜５４Ａが取り付けられる支持軸５１Ｂ〜５４Ｂと、ブラシ本体５１Ａ〜５４Ａを支持軸５１Ｂ〜５４Ｂに固定するためのネジ５１Ｃ〜５４Ｃとをそれぞれ含んでいる。それぞれの支持軸５１Ｂ〜５４Ｂは、ブラシ固定筒４１〜４４に圧入されて固定されており、ブラシ本体５１Ａ〜５４Ａがそれぞれブラシ固定筒４１〜４４の端面４１Ａ〜４４Ａに当接している。上述のように、ブラシ固定筒４１，４２のＺ方向の長さはブラシ固定筒４３，４４のＺ方向の長さよりも長いので、ブラシ固定筒４１，４２に固定されるブラシ５１及びブラシ５２のＺ方向における位置は、ブラシ固定筒４３，４４に固定されるブラシ５３，５４のＺ方向における位置よりも＋Ｚ方向側に位置している。
【００２４】
図２及び図３に示すように、ブラシ固定筒４１〜４４には、ブラシ５１〜５４及びブラケット４０に固定されるねじりコイルバネ８１〜８４がそれぞれ巻回されている。そして、これらのねじりコイルバネ８１〜８４からの付勢により、ブラシ５１〜５４が整流子３２の整流子セグメント３２Ａ〜３２Ｆに摺接するようになっている。これらのブラシ５１〜５４は、ブラケット４０の端部壁４８から突出する端子６１〜６４にそれぞれ接続されており、端子６１〜６４を介して上述した電源９５（図４参照）に接続される。
【００２５】
図５は、コイル部３１とマグネット２１〜２４との位置関係の一例を模式的に示す図である。図５に示すように、本実施形態では、中心を挟んで互いに対向するマグネット２１，２４がＳ極に着磁されており、中心を挟んで互いに対向するマグネット２２，２３がＮ極に着磁されている。そして、これらのマグネット２１〜２４の周囲にコイル部３１の６つのコイル３１Ａ〜３１Ｆが位置している。このような構成により、コイル３１Ａ〜３１Ｆを流れる各電流と各マグネット２１〜２４との間に電磁的相互作用が生じ、ロータ３０及びロータ３０に固定された回転軸６０が、ステータ２０及びステータ２０が固定されたハウジング１０に対して回転するようになっている。
【００２６】
ここで、本実施形態によれば、電源９５の正極に接続される２つのブラシ５１，５２と、電源９５の負極に接続される２つのブラシ５３，５４とを設けたことにより、４系統の通電経路が形成される。したがって、コイルとマグネットとを相互作用させる箇所を、例えば２つのブラシを設ける場合に比べて増やすことができ、モータのトルクを大きくすることができる。
【００２７】
ここで、小型モータを高出力にするために、例えば、本実施形態のように４つのブラシを設けた場合には、ブラシの配置が密になってしまい、組立やブラシ交換などの際に、隣接するブラシ同士が接触して、ブラシの破損や短絡を引き起こすことが考えられる。本実施形態によれば、Ｙ方向に対向するブラシ５１，５２と、Ｘ方向に対向するブラシ５３，５４とがＺ方向において異なる位置に配置されるため、周方向に隣接するブラシ同士（例えば、ブラシ５１とブラシ５３）が接触しにくくなっている。このように、本実施形態におけるモータ１は、高出力化と小型化を両立することが可能となっている。
【００２８】
なお、本実施形態では、４つのブラシ５１〜５４が周方向に９０度の間隔をおいて配置されることにより、周方向に隣接しないブラシ同士（ブラシ５１とブラシ５２、ブラシ５３とブラシ５４）が中心軸に対して互いに反対側に位置した状態になっているため、周方向に隣接しないこれらのブラシ同士が接触しにくいことは言うまでもない（図４参照）。
【００２９】
また、本実施形態におけるモータ１は、電源８９の正極に接続されたブラシ５１，５２と、電源９５の負極に接続されたブラシ５３，５４とが周方向に隣接するように構成されているが、これら周方向に隣接するブラシはＺ方向において異なる位置に配置されているため、電源９５の正極に接続されたブラシ５１，５２と負極に接続されたブラシ５３，５４との接触して短絡してしまうことが効果的に防止される。
【００３０】
ところで、上述した実施形態では、互いにＸ方向に対向するブラシ５１，５２のＺ方向における位置を揃え、互いにＹ方向に対向するブラシ５３，５４のＺ方向における位置を揃えているが、ブラシ５１〜５４のすべてを軸方向において異なる位置に配置した場合でも、隣接するブラシ同士の接触を防止できる。しかしながら、互いにＸ方向に対向するブラシ５１，５２をＺ方向において同一の位置に配置し、互いにＹ方向に対向するブラシ５３，５４をＺ方向において同一の位置に配置することで、ブラシが配置されるＺ方向の位置を２か所に減らすことができる（図２及び図３参照）。したがって、隣接するブラシ同士が接触することを防止しつつ、モータの軸方向の全長を短くすることができる。
【００３１】
また、上述の実施形態では、４系統の通電経路を形成するために４つのブラシを設けたが、ブラシの数は４つに限られるものではない。例えば、６系統の通電経路を形成するために６つのブラシを設けてもよい。さらに言えば、Ｎを２以上の自然数として、２Ｎ系統の通電経路を形成するために２Ｎ個のブラシを設けてもよい。
【００３２】
また、上述の実施形態では、マグネットを４つ（４極）配置した例を説明したが、ステータを構成するマグネットの極数は４に限られない。例えば、２極であってもよいし、６極であってもよい。
【００３３】
また、上述の実施形態ではコアレスモータを例に説明したが、複数のブラシを有するブラシ付モータであれば、その他のモータに本発明を適用可能であることは言うまでもない。
【００３４】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３５】
１      モータ
１０      ハウジング
２０      ステータ
２１〜２４      マグネット
２５      ヨーク
３０      ロータ
３１      コイル部
３１Ａ〜３１Ｆ    コイル
３２      整流子
３２Ａ〜３２Ｆ    整流子セグメント
３３      コイルベース
４０      ブラケット
４１〜４４      ブラシ固定筒
５１〜５４      ブラシ
６０      回転軸
【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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