(57)【要約】【課題】直流ブラシ付モータにおける高速作動時のロック電流値を低減させると共に、低速時の反転トルクの抑制及び高速時の整流性改善を図る。【解決手段】２極の界磁マグネットを備えるステータと、ステータ内に回転自在に配置され、アーマチュアコイルとアーマチュアコイルに接続されたコンミテータとを備えるロータとを有してなる直流ブラシ付モータにおいて、低速駆動用のブラシ対２と高速駆動用のブラシ対３を設ける。ブラシ対２は正極ブラシ２ａと負極ブラシ２ｂを備え、ブラシ対３は正極ブラシ３ａと負極ブラシ３ｂを備える。高速用ブラシ対３は、低速用ブラシ対２に対し進角方向に所定角度だけ偏倚して配置されている。【選択図】      図１
2004248460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁マグネットを備えるステータと、前記ステータ内に回転自在に配置され、アーマチュアコイルと前記アーマチュアコイルに接続されたコンミテータとを備えるロータとを有してなる直流ブラシ付モータであって、
前記コンミテータに摺接する第１正極ブラシと第１負極ブラシを備える第１ブラシ対と、前記コンミテータに摺接し前記第１正極ブラシ及び前記第２負極ブラシからそれぞれ所定角度だけ偏倚して配置された第２正極ブラシと第２負極ブラシを備える第２ブラシ対とを有することを特徴とする直流ブラシ付モータ。
【請求項２】
請求項１記載の直流ブラシ付モータにおいて、前記第１ブラシ対は低速駆動用として使用され、前記第２ブラシ対は高速駆動用として使用されることを特徴とする直流ブラシ付モータ。
【請求項３】
請求項１または２記載の直流ブラシ付モータにおいて、前記第１ブラシ対は、前記第２ブラシ対よりも進角方向に配置されることを特徴とする直流ブラシ付モータ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の直流ブラシ付モータにおいて、前記モータは自動車用ワイパ装置に使用されるモータであること特徴とする直流ブラシ付モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流ブラシ付モータに関し、特に、ワイパ装置用のモータに適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両用ワイパ装置の駆動源としては、従来より、２極の界磁マグネットを備えた直流ブラシ付モータが広く使用されている。図４はこのような従来のワイパ装置用モータの回路構成を示す説明図、図５（ａ）は図４のモータにおける巻線とブラシの関係を示す説明図、図５（ｂ）は図４のモータにおけるブラシ配置を示す説明図である。
【０００３】
図４，５に示すように、従来の直流ブラシ付モータ５１（以下、モータ５１と略記する）には、共通の正極ブラシ５２と２個の負極ブラシ５３，５４（以下、ブラシ５２，５３，５４と略記する）が設けられている。ブラシ５４は、ブラシ５３に対し機械角θ１だけ進角した位置に配置されている。ブラシ５２〜５４は、コンミテータ５５に摺接している。コンミテータ５５はアーマチュアコイル５６に接続され、アーマチュアコイル５６の外側には２極の界磁マグネット５７が配設されている。ブラシ５３，５４はそれぞれ低速駆動用、高速駆動用に使用され、それらを切り替えることにより、モータ５１はワイパ装置の作動モードに合わせてＬｏｗスピード，Ｈｉｇｈスピードの２つの駆動形態に切り替えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ワイパシステムの大型化に伴い、ワイパモータも年々大型化してきている。しかしながら、モータが大型化すると、その分、モータのロック電流も増加する。このため、使用するハーネス径やヒューズの電流容量も大きくなり、車体重量や装置コストをさらに増加する要因となるという問題があった。
【０００５】
また、低速用のブラシ５３使用時には、高速用のブラシ５４は磁束変化の大きい位置に存在するため、ブラシ５４によって短絡されたコイルには界磁マグネット５７の磁束により起電力が生じる。このため、短絡コイルに短絡電流が流れ、それによってロータに反転トルクが生じ、モータ特性が劣化するという問題が生じる。さらに、この短絡電流により電流リップルが乱されるため、トルクムラの原因ともなるという問題もあった。
【０００６】
一方、図５（ａ）に示すように、高速用のブラシ５４は、低速用のブラシ５３による回路のうちのひとつを短絡させる。すなわち、ブラシ５２とブラシ５４との間には、ブラシ５３を介してブラシ５４に至る回路Ｘ（経路Ｂ，Ａ，Ｃ）と、ブラシ５２から直接ブラシ５４に至る回路Ｙ（経路Ｄ）が成立する。図５（ａ）から分かるように、両回路Ｘ，Ｙの間には抵抗差がありＡＢ間とＣＤ間に起電力差が生じるため、ブラシ５２，５４間に循環電流が流れ、整流に悪影響を及ぼす。特に、高電圧の場合その影響が大きく、その改善が求められていた。
【０００７】
本発明の目的は、直流ブラシ付モータにおける高速作動時のロック電流値を低減させると共に、低速時の反転トルクの抑制及び高速時の整流性改善を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の直流ブラシ付モータは、界磁マグネットを備えるステータと、前記ステータ内に回転自在に配置され、アーマチュアコイルと前記アーマチュアコイルに接続されたコンミテータとを備えるロータとを有してなる直流ブラシ付モータであって、前記コンミテータに摺接する第１正極ブラシと第１負極ブラシを備える第１ブラシ対と、前記コンミテータに摺接し前記第１正極ブラシ及び前記第２負極ブラシからそれぞれ所定角度だけ偏倚して配置された第２正極ブラシと第２負極ブラシを備える第２ブラシ対とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明にあっては、それぞれ一対の正極及び負極ブラシを備える第１ブラシ対と第２ブラシ対を設けたので、従来の３ブラシ構成のモータに比して、ロック電流値を低減させることができる。従って、ハーネスやヒューズの電流容量を抑えることができ、車体重量やコストを低減させることが可能となる。
【００１０】
また、従来のモータに比して偏倚角度を小さくできるため、磁束変化の大きい位置を避けて短絡コイルが形成され、界磁マグネットの磁束による起電力を小さくでき、反転トルクを小さく抑えることが可能となる。さらに、何れのブラシ対を使用してもアーマチュアコイル抵抗値を同一にできるため、起電力差をなくすことができる。従って、ブラシ間に生じる循環電流による整流時の悪影響をなくすことができ、ブラシ摩耗量が低減し耐久性向上が図られる。
【００１１】
前記直流ブラシ付モータにおいて、前記第１ブラシ対を低速駆動用として使用し、前記第２ブラシ対を高速駆動用として使用しても良い。また、前記直流ブラシ付モータにおいて、前記第１ブラシ対を前記第２ブラシ対よりも進角方向に配置しても良い。なお、前記直流ブラシ付モータが２極の界磁マグネットを有する直流ブラシ付モータであっても良い。
【００１２】
さらに、前記直流ブラシ付モータが自動車用ワイパ装置に使用される電動モータであっても良い。本発明のブラシ付モータでは、４ブラシ構成とすることにより、直流ブラシ付モータＬｏｗスピード時に、３ブラシ構成の場合に比して電磁力を小さくすることができる。従って、当該モータをワイパモータとして使用した場合、騒音、振動が小さくなりワイパ装置の低音化を図ることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるワイパ装置用の直流ブラシ付モータの回路構成を示す説明図、図２（ａ）は図１のモータにおける巻線とブラシの関係を示す説明図、図２（ｂ）は図１のモータにおけるブラシ配置を示す説明図である。
【００１４】
図１に示すように、直流ブラシ付モータ１（以下、モータ１と略記する）には２組のブラシ対２，３が設けられている。ブラシ対２（第１ブラシ対）は低速駆動用に使用され、正極ブラシ２ａ（第１正極ブラシ）と負極ブラシ２ｂ（第１負極ブラシ）が１個ずつ設けられている。一方、ブラシ対３（第２ブラシ対）は高速駆動用に使用され、正極ブラシ３ａ（第２正極ブラシ）と負極ブラシ３ｂ（第２負極ブラシ）が１個ずつ設けられている（以下、正極ブラシ３ａ等は単にブラシ３ａのように略記する）。
【００１５】
図２（ｂ）に示すように、各ブラシ２ａ等はコンミテータ４に摺接している。コンミテータ４はアーマチュアコイル５に接続され、ロータ６を形成している。ロータ６は、２極の界磁マグネット７が取り付けられたステータ８内に収容されている。また、モータ１はバッテリ９に接続され、スイッチ１１によってＯＦＦ，Ｌｏｗ，Ｈｉｇｈが切り替えられる。バッテリ９とモータ１との間にはリレー１２が介設されている。リレー１２はスイッチ１１と連動しており、スイッチ１１がＨｉｇｈに切り替わるとバッテリ９と接続される正極ブラシ２ａ，３ａが切り替えられる。
【００１６】
ブラシ対３の各ブラシ３ａ，３ｂは、ブラシ対２の各ブラシ２ａ，２ｂに対し進角した位置に配置されている。同極のブラシ間（ブラシ２ａ，３ａ間，ブラシ２ｂ，３ｂ間）の偏倚角度は、破線にて示した従来の高速用ブラシの偏倚角度θ１（例えば、６３°）よりも小さなθ２（例えば、４５°）となっている。当該モータ１では、ブラシ対を２組設ける構成となっているため、高速用ブラシ２個を相対的に移動させることにより、同等の特性を維持しつつ、ブラシ１個当たりの偏倚角度が従来のモータよりも小さくなっている。
【００１７】
モータ１では、ブラシ対２，３を切り替えることにより、ワイパ装置の作動モードに合わせてＬｏｗスピード，Ｈｉｇｈスピードの２つの駆動形態に切り替えられる。高速用のブラシ対３を使用した場合、界磁マグネット７の磁束が通電巻線に対してブラシ対２を使用した場合よりも斜めに鎖交する。このため、巻線を通過する磁束の量が少なくなり、自己インダクタンスによる回転抵抗が小さくなる。従って、ブラシ対３を使用すると、進角状態と同様にモータ１の回転数が増加し、Ｈｉｇｈスピードモードとなる。
【００１８】
Ｌｏｗスピード時は低速用のブラシ対２が使用され、このとき、モータ１においてもブラシ対３によってコイルが短絡される。しかしながら、前述のように、ブラシの偏倚角度が従来のモータ５１に比して小さくなっているため、磁束変化の大きい位置を避けて短絡コイルが形成される。従って、界磁マグネット７の磁束による起電力を小さくでき、反転トルクを小さく抑えることが可能となる。また、Ｌｏｗスピード時には、図５のような３ブラシ構成の場合は電磁力が大きくなるのに対し、４ブラシ構成のモータ１ではそれよりも電磁力を小さくすることができる。従って、当該モータをワイパモータとして使用した場合、騒音、振動が小さくなりワイパ装置の低音化を図ることが可能となる。
【００１９】
一方、Ｈｉｇｈスピード時は高速用のブラシ対３が使用されるが、このとき、図２（ａ）に示すように、モータ１においてもブラシ３ａ，３ｂの間に、ブラシ２ｂを介してブラシ３ｂに至る回路Ｐ（経路Ａ，Ｃ）と、ブラシ２ａを介してブラシ３ｂに至る回路Ｑ（経路Ｂ，Ｄ）が成立する。ところが、図２（ａ）から分かるように、モータ１では両回路Ｐ，Ｑの間には抵抗差がなく、ＡＢ間とＣＤ間に起電力差は生じない。このため、ブラシ３ａ，３ｂ間に生じる循環電流による整流時の悪影響をなくすことができ、ブラシ摩耗量が低減し耐久性が向上する。
【００２０】
また、モータ１では、ブラシ３ａ，３ｂの間の合成抵抗値が、図４（ａ）のブラシ５２，５４間の合成抵抗値よりも大きくなる。すなわち、ＡＢ間，ＣＤ間の抵抗値をｒ０、ブラシ５４によるＣＤ間の分割抵抗値をｒ１，ｒ２（ｒ１＋ｒ２＝ｒ０）とすると、図４（ａ）の場合、ブラシ５２，５４間の合成抵抗値Ｒ１は、Ｒ１＝ｒ２（ｒ０＋ｒ１）／２ｒ０となる。これに対し、図２（ａ）の場合には、ブラシ３ａ，３ｂの間の合成抵抗値Ｒ２は、Ｒ２＝ｒ０／２となる。Ｒ１とＲ２を比較すると、Ｒ２−Ｒ１＝ｒ０／２−｛ｒ２（ｒ０＋ｒ１）／２ｒ０｝＝ｒ１２／２ｒ０＞０となり、Ｒ２の方がＲ１よりも大きくなる。従って、モータ１のＨｉｇｈスピード時のロック電流値は、モータ５１のそれよりも小さくなり、Ｌｏｗスピード時と同様になる。
【００２１】
図３は、モータ１の特性を示す説明図である。図３に実線にて示したように、モータ１のＨｉｇｈスピード時のロック電流値は、破線にて示した従来のモータ５１におけるロック電流値よりも小さくなっている。従って、Ｈｉｇｈスピードモードを持つモータでありながら、ハーネスやヒューズの電流容量を抑えることができ、車体重量やコストを低減させることが可能となる。
【００２２】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、同極のブラシ間（ブラシ２ａ，３ａ間，ブラシ２ｂ，３ｂ間）の偏倚角度θ２の一例として４５°の場合を示したが、その値は４５°には限定されない。また、図４の特性もあくまでも一例であり、電流量や回転数はこの特性に限定されない。
【００２３】
さらに、前述の実施の形態では本発明によるモータを自動車用ワイパ装置に適用した例を示したが、他の回転電機にそれを適用することも可能である。例えば、自動車用の他の車載モータや産業機械、家電製品、ＩＴ機器等に使用されるモータ等にも本発明は有効である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の直流ブラシ付モータによれば、それぞれ一対の正極及び負極ブラシを備える第１ブラシ対と第２ブラシ対を設けたので、従来の３ブラシ構成のモータに比して、ロック電流値を低減させることができる。従って、ハーネスやヒューズの電流容量を抑えることができ、車体重量やコストを低減させることが可能となる。
【００２５】
また、従来の直流ブラシ付モータに比して偏倚角度を小さくできるため、磁束変化の大きい位置を避けて短絡コイルが形成され、界磁マグネットの磁束による起電力を小さくでき、反転トルクを小さく抑えることが可能となる。さらに、何れのブラシ対を使用してもアーマチュアコイル抵抗値を同一にできるため、起電力差をなくすことができる。従って、ブラシ間に生じる循環電流による整流時の悪影響をなくすことができ、ブラシ摩耗量が低減し耐久性向上が図られる。
【００２６】
加えて、Ｌｏｗスピード時に、３ブラシ構成の場合電磁力が大きくなるが、４ブラシ構成とすることにより電磁力を小さくすることができる。従って、当該モータをワイパモータとして使用した場合、騒音、振動が小さくなりワイパ装置の低音化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるワイパ装置用の直流ブラシ付モータの回路構成を示す説明図である。
【図２】（ａ）は図１の直流ブラシ付モータにおける巻線とブラシの関係を示す説明図、（ｂ）は図１の直流ブラシ付モータにおけるブラシ配置を示す説明図である。
【図３】図１の直流ブラシ付モータの特性を示す説明図である。
【図４】従来のワイパ装置用直流ブラシ付モータの回路構成を示す説明図である。
【図５】（ａ）は図４の直流ブラシ付モータにおける巻線とブラシの関係を示す説明図、（ｂ）は図４の直流ブラシ付モータにおけるブラシ配置を示す説明図である。
【符号の説明】
１    直流ブラシ付モータ
２    ブラシ対（第１ブラシ対）
２ａ  正極ブラシ（第１正極ブラシ）
２ｂ  負極ブラシ（第１負極ブラシ）
３    ブラシ対（第２ブラシ対）
３ａ  正極ブラシ（第２正極ブラシ）
３ｂ  負極ブラシ（第２負極ブラシ）
４    コンミテータ
５    アーマチュアコイル
６    ロータ
７    界磁マグネット
８    ステータ
９    バッテリ
１１    スイッチ
１２    リレー
５１    直流ブラシ付モータ
５２    正極ブラシ
５３    負極ブラシ
５４    負極ブラシ
５５    コンミテータ
５６    アーマチュアコイル
５７    界磁マグネット
θ１      偏倚角度
θ２      偏倚角度
【図１】
2004248460.tif 000003
【図２】
2004248460.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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