(57)【要約】【課題】ブラシの先端面が各整流子セグメント間を跨いだ時に発生するトルク変動を小さくすることができるブラシ付き直流モータを提供する。【解決手段】３個の突極に集中巻方式で巻回されて各スロット内に収納される３個のコイル２５と、２個の永久磁石１３と、３個の整流子セグメント２８と、２個のブラシ２９とを備えた２極３スロット構造のブラシ付き直流モータ１０において、ブラシ２９と整流子セグメント２８ａ，２８ｃとの接触位置が、一部のコイルにより発生するトルク曲線とすべてのコイルにより発生するトルク曲線との交点となる位置となるように、ブラシ２９の先端面２９ａを内側に湾曲した凹状２９ｂに形成にして設定したことを特徴とするブラシ付き直流モータ。【選択図】図３
2008236860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３個以上の突極に集中巻方式で巻回されて各スロット内に収納される３個以上のコイルと、２個以上の永久磁石と、前記各コイルと同数の整流子セグメントと、前記各永久磁石と同数以下のブラシとを備えたブラシ付き直流モータであって、前記各ブラシが単一の整流子セグメントに接触する場合はすべてのコイルに通電され、前記ブラシが隣接する整流子セグメントを跨いで両整流子セグメントに接触する場合は一部のコイルに通電されるブラシ付き直流モータにおいて、
前記ブラシと整流子セグメントとの接触位置が、一部のコイルにより発生するトルク曲線とすべてのコイルにより発生するトルク曲線との交点となる位置となるように設定したことを特徴とするブラシ付き直流モータ。
【請求項２】
請求項１に記載のブラシ付き直流モータにおいて、
３個の突極と、前記３個の突極に巻回されて各スロット内に収納される３個コイルと、２個の永久磁石と、前記各コイルと同数の整流子セグメントと、前一対のブラシとを備えたことを特徴とするブラシ付き直流モータ。
【請求項３】
請求項１ないし２に記載のブラシ付き直流モータにおいて、
前記ブラシと整流子セグメントとの接触位置が、一部のコイルにより発生するトルク曲線とすべてのコイルにより発生するトルク曲線との交点となる位置となるように、前記ブラシの先端面を内側に湾曲した凹状に形成したことを特徴とするブラシ付き直流モータ。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載のブラシ付き直流モータにおいて、
前記ブラシと整流子セグメントとの接触位置が、一部のコイルにより発生するトルク曲線とすべてのコイルにより発生するトルク曲線との交点となる位置となるように、前記整流子セグメントのスリットの幅を設定したことを特徴とするブラシ付き直流モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、２個の永久磁石（極）から成る固定子の内側で回転する回転子側の３個のコイルが集中巻方式により巻回された２極３スロット構造の集中巻モータに用いて好適なブラシ付き直流モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の２極３スロット構造のブラシ付き直流モータは、ロータを成す回転子コアの３個の突極（ティース）に集中巻方式で巻回されて各スロット内に収納される３個のコイルと、ステータを成す２個の永久磁石と、コンミュテータを成す３個の整流子セグメントと、２個のブラシとを備えている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この２極３スロット構造のブラシ付き直流モータでは、モータが回転する際に、図６に示すように、ブラシ１の先端面１ａがコンミュテータの隣接する各整流子セグメント２，２間のスリットＳを跨いでいる時に、２個のコイルに通電されるようになっている。また、ブラシ１の先端面１ａが隣接する各整流子セグメント２，２のスリットＳを跨いでいない時には、３個のコイルに通電されるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２４８２２７号公報
【０００５】
【特許文献２】特開２００４−１９４４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来のブラシ付き直流モータでは、モータが回転する際にコンミュテータの隣接する各整流子セグメント２，２間のスリットＳをブラシ１の先端面１ａが跨いだ時に、通電されているコイルが３個から２個に切り替わる状態となるが、この時、図７に示すように、３個のコイルに通電した時のトルク曲線Ｘから２個のコイルに通電した時のトルク曲線Ｙに切り替わり、モータの発生するトルク値が大きく変化（ΔＴ）する状態となる。
【０００７】
特に、２極３スロット構造の集中巻モータのように、突極やスロットの数が少ないモータはトルク値の変化が大きなものとなる。この際、負荷側にダンパ等を使用していると、負荷の反力によりモータがロック状態となることがあり、モータが回転を継続しようとして、ロータ（アーマチュア）が振動して音を発生するという不具合があった。
【０００８】
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、ブラシの先端面が各整流子セグメント間を跨いだ時に発生するトルク変動を小さくすることができるブラシ付き直流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】
【０００９】
請求項１の発明は、３個以上の突極に集中巻方式で巻回されて各スロット内に収納される３個以上のコイルと、２個以上の永久磁石と、前記各コイルと同数の整流子セグメントと、前記各永久磁石と同数以下のブラシとを備えたブラシ付き直流モータであって、各ブラシが単一の整流子セグメントに接触する場合はすべてのコイルに通電され、ブラシが隣接する整流子セグメントを跨いで両整流子セグメントに接触する場合は一部のコイルに通電されるブラシ付き直流モータにおいて、ブラシと整流子セグメントとの接触位置が、一部のコイルにより発生するトルク曲線とすべてのコイルにより発生するトルク曲線との交点となる位置となるように設定したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載のブラシ付き直流モータにおいて、３個の突極と、３個の突極に巻回されて各スロット内に収納される３個コイルと、２個の永久磁石と、各コイルと同数の整流子セグメントと、前一対のブラシとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１ないし２に記載のブラシ付き直流モータにおいて、ブラシと整流子セグメントとの接触位置が、一部のコイルにより発生するトルク曲線とすべてのコイルにより発生するトルク曲線との交点となる位置となるように、ブラシの先端面を内側に湾曲した凹状に形成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１ないし３に記載のブラシ付き直流モータにおいて、ブラシと整流子セグメントとの接触位置が、一部のコイルにより発生するトルク曲線とすべてのコイルにより発生するトルク曲線との交点となる位置となるように、整流子セグメントのスリットの幅を設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、ブラシと整流子セグメントとの接触位置が、一部のコイルにより発生するトルク曲線とすべてのコイルにより発生するトルク曲線との交点となる位置となるように設定したことにより、各ブラシの先端面の凹部が隣接する各整流子セグメント間のスリットＳを跨いだ時に発生するトルク変動を小さくすることができる。このため、負荷側からの反力による影響を受けることがなく、ブラシ付き直流モータのロータがロック状態となることを確実防止することができると共に、ロータの振動による音の発生を確実に防止することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、２極３スロット構造の集中巻モータのような突極やスロットの数が少ないモータにおいて、従来ブラシの先端面が隣接する各整流子セグメント間のスリットＳを跨いだ時に発生する大きなトルク変動を小さなものとすることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、ブラシの先端面に凹部を形成するという簡単な構成により、各ブラシの先端面の凹部が隣接する各整流子セグメント間のスリットＳを跨いだ時に発生するトルク変動を小さくすることができるので、モータとして大きな変更を必要とすることがない。
【００１６】
請求項４の発明によれば、整流子セグメントのスリットＳを設定するという簡単な構成により、各ブラシの先端面の凹部が隣接する各整流子セグメント間のスリットＳを跨いだ時に発生するトルク変動を小さくすることができるので、モータとして大きな変更を必要とすることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は本発明の第１実施形態のブラシ付き直流モータの３個のコイルに通電した時の状態を示す断面図、図２は同モータの２個のコイルに通電した時の状態を示す断面図、図３は同モータの２個のコイルに通電した時のブラシと整流子セグメントの接触状態を示す部分断面図、図４は同モータの３個のコイルに通電した時と２個のコイルに通電した時のトルク特性を示す説明図である。
【００１９】
図１，図２に示すように、ブラシ付き直流モータ１０は、コイルを集中巻方式で形成した２極３スロット構造のものであり、ステータ１１とロータ（アーマチュア）２０とから構成されている。
【００２０】
ステータ１１は、円筒状のモータケース（ヨーク）１２と、このモータケース１２の内周面１２ａの相対向する位置に接着剤等により固着された２個の永久磁石１３，１３とを備えている。
【００２１】
ロータ２０は、モータケース１２に図示しない軸受を介して回転自在に支持されたシャフト２１と、このシャフト２１に取り付けられた回転子鉄心（コア）２２と、この回転子鉄心２２の３個の突極（ティース）２３に集中巻方式で巻回されて各スロット２４内に収納される３個のコイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、シャフト２１に円筒状で合成樹脂製の整流子支持筒２７を介して取り付けられた３個の整流子セグメント２８ａ，２８ｂ，２８ｃから成るコンミュテータ２６と、このコンミュテータ２６に接触する２個のブラシ２９，２９′と、を備えている。
【００２２】
図１に示すように、ブラシ２９が整流子セグメント２８ａ、と、ブラシ２９′が整流子セグメント２８ｂと当接している状態、すなわち各ブラシ２９，２９′が隣接する整流子セグメントを跨がない単一の整流子セグメントと接触している状態では、モータ１０の電流は、ブラシ２９から一方はコイル２５ａ、整流子セグメント２８ｂ、ブラシ２９′に流れ、他方はコイル２８ｃ、整流子セグメント２８ｃ、コイル２５ｂ、ブラシ２９′に流れる。すなわち、すべてのコイルコイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃに電流が流れる。
【００２３】
また、図２に示すように、ブラシ２９が整流子セグメント２８ａと整流子セグメント２８ｃとを跨いで当接した状態では、モータ１０に流れる電流は、ブラシ２９から一方はコイル２５ａ、ブラシ２９′に流れ、他方はコイル２５ｂ、ブラシ２９′に流れ、コイル２５ｃは接続される整流子セグメント２８ａ、２８ｃが同電位となるため電流は流れない。すなわち、一部のコイル２８ａ、２８ｂに電流が流れる状態となる。この状態は、図１の状態からロータ２０が回転し、整流子セグメント２８ａに当接しているブラシ２９が、隣接する整流子セグメント２８ｃに当接した瞬間から切り替わる。
【００２４】
図３に示すように、隣接する各整流子セグメント２８ａ，２８ｃは、スリットＳを介して絶縁されている。そして、各ブラシは先端面２９ａを内側にＶ字状の凹部２９ｂに形成してあり、ブラシ２９の先端面２９ａのコンミテータ２７の整流子セグメントとの接触する部分の間隔Ｈを設定している。このブラシ２９の整流子セグメントに接触する間隔Ｈは、図４に示すように３個のコイルにより発生するトルク曲線Ｘと、２個のコイルにより発生するトルク曲線Ｙとの交点となる位置に設定してある。本実施形態では、そのトルク曲線Ｘとトルク曲線Ｙとの交点は、１１．６ｄｅｇｒｅｅとなっており、その位置でブラシ２９が整流子セグメント２８ａに接触している状態から整流子セグメント２８ｃに跨いで接触するように間隔Ｈを設定している。この場合、ブラシ２９′も同様に設定される。この交点は、磁石１３の形状や発生する磁束、ロータ２０の形状や発生する磁束等により変化するので、すべてのコイルにより発生するトルク曲線Ｘと一部のコイルにより発生するトルク曲線Ｙの交点はモータ特性により異なる。
【００２５】
このように、各ブラシ２９の先端面２９ａがコンミュテータ２６の隣接する各整流子セグメント２８ａ，２８ｃ間のスリットＳを跨いだ時に接触する位置を２個のコイル２５ａ，２５ｂで発生するトルク曲線Ｙと３個のコイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃで発生するトルク曲線Ｘとの交点となる位置となるように、各ブラシ２９の先端面２９ａを内側にＶ字状に凹んだ凹部２９ｂに形成し、この各ブラシ２０の先端面２９ａの凹部２９ｂと隣接する各整流子セグメント２８ａ，２８ｃとの接触する部分の間隔Ｈを設定したことにより、図４に示すように、各ブラシ２９の先端面２９ａの凹部２９ｂが隣接する各整流子セグメント２８ａ，２８ｃ間のスリットＳを跨いだ時に発生するトルク変動を小さくすることができる。このため、負荷側からの反力による影響を受けることがなく、２極３スロット構造のブラシ付き直流モータ１０のロータ２０がロック状態となることを確実防止することができると共に、ロータ２０の振動による音の発生を確実に防止することができる。
【００２６】
図５は本発明の第２実施形態のブラシ付き直流モータの２個のコイルに通電した時のブラシと整流子セグメントの接触状態を示す部分断面図である。
【００２７】
この第２実施形態では、図５に示すように、各ブラシ２９の先端面２９ａが隣接する各整流子セグメント２８ａ，２８ｃ間のスリットＳを跨いだ時に接触する位置を２個のコイル２５ａ，２５ｂにより生するトルク曲線Ｙと３個のコイル２５ａ，２５ｂ，２５ｃにより発生するトルク曲線Ｘとの交点となる位置となるように、隣接する各整流子セグメント２８ａ，２８ｃ間のスリットＳのスリット幅Ｈを設定してある。従って、第１実施形態と同様に、各ブラシ２９の先端面２９ａが隣接する各整流子セグメント２８ａ，２８ｃ間のスリットＳを跨いだ時に発生するトルク変動を小さくすることができる。このため、負荷側からの反力による影響を受けることがなく、ロータ２０がロック状態となることを確実防止することができると共に、ロータ２０の振動による音の発生を確実に防止することができる。
【００２８】
尚、前記第１実施形態によれば、ブラシの先端面を内側にＶ字状に凹んだ凹部に形成したが、ブラシの先端面を内側にＵ字状に凹んだ凹部に形成しても良い。また、前記各実施形態によれば、２極３スロット構造の集中巻モータに適用した場合について説明したが、例えば、４極６スロット構造の集中巻モータ等に前記各実施形態を適用できることは勿論である。
【００２９】
前記第１実施形態および第２実施形態によれば、ブラシと整流子セグメントとの接触位置が、一部のコイルにより発生するトルク曲線とすべてのコイルにより発生するトルク曲線との交点となる位置となるように設定したことにより、各ブラシの先端面の凹部が隣接する各整流子セグメント間のスリットＳを跨いだ時に発生するトルク変動を小さくすることができる。このため、負荷側からの反力による影響を受けることがなく、ブラシ付き直流モータのロータがロック状態となることを確実防止することができると共に、ロータの振動による音の発生を確実に防止することができる。
【００３０】
そして、前記第１実施形態および第２実施形態によれば、２極３スロット構造の集中巻モータのような突極やスロットの数が少ないモータにおいて、従来ブラシの先端面が隣接する各整流子セグメント間のスリットＳを跨いだ時に発生する大きなトルク変動を小さなものとすることができる。
【００３１】
また、前記第１実施形態のように、ブラシの先端面に凹部を形成するという簡単な構成により、各ブラシの先端面の凹部が隣接する各整流子セグメント間のスリットＳを跨いだ時に発生するトルク変動を小さくすることができるので、モータとして大きな変更を必要とすることがない。
【００３２】
さらに、前記第２実施形態のように、整流子セグメントのスリットＳを設定するという簡単な構成により、各ブラシの先端面の凹部が隣接する各整流子セグメント間のスリットＳを跨いだ時に発生するトルク変動を小さくすることができるので、モータとして大きな変更を必要とすることがない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態のブラシ付き直流モータの３個のコイルに通電した時の状態を示す断面図である。
【図２】上記ブラシ付き直流モータの２個のコイルに通電した時の状態を示す断面図である。
【図３】上記ブラシ付き直流モータの２個のコイルに通電した時のブラシと整流子セグメントの接触状態を示す部分断面図である。
【図４】上記ブラシ付き直流モータの３個のコイルに通電した時と２個のコイルに通電した時のトルク特性を示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態のブラシ付き直流モータの２個のコイルに通電した時のブラシと整流子セグメントの接触状態を示す部分断面図である。
【図６】従来のブラシ付き直流モータの２個のコイルに通電した時のブラシと整流子セグメントの接触状態を示す部分断面図である。
【図７】上記従来のブラシ付き直流モータの３個のコイルに通電した時と２個のコイルに通電した時のトルク特性を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  ブラシ付き直流モータ
１３  永久磁石
２３  突極
２４  スロット
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ  コイル
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ  整流子セグメント
２９，２９′  ブラシ
２９ａ  先端面
２９ｂ  内側にＶ字状に凹んだ凹部
Ｈ  ブラシの先端面と各整流子セグメントの相対向する端部との接触する部分の間隔、スリット幅
Ｘ  ３個のコイルにより発生するトルク曲線
Ｙ  ２個のコイルにより発生するトルク曲線
【図１】
2008236860.tif 000003
【図２】
2008236860.tif 000004
【図３】
2008236860.tif 000005
【図４】
2008236860.tif 000006
【図５】
2008236860.tif 000007
【図６】
2008236860.tif 000008
【図７】
2008236860.tif 000009