(57)【要約】【課題】モータ１において、回転軸部９のアース接地によらず、回転軸部９からの電磁ノイズの放射を抑制する。【解決手段】モータ１は、回転子４を収容してアース接地される金属製のケース８を備え、回転子４は、以下の回転軸部９、コア部１０および絶縁部１５を有する。まず、回転軸部９は、一端がケース８の外に突き出ている。また、コア部１０は、回転軸部９の外周側に設けられてコイル５が巻かれ、永久磁石６で発生する磁束を通す。さらに、絶縁部１５は、回転軸部９とコア部１０との間に設けられて回転軸部９とコア部１０とを電気的に絶縁する。これにより、コア部１０と回転軸部９との間に容量性結合が形成され、コア部１０と回転軸部９との間の電磁ノイズの受渡しが抑制される。このため、回転軸部９のアース接地によらず、回転軸部９からの電磁ノイズの放射を抑制することができる。【選択図】図１
2016063624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシ（２）と整流子（３）との回転摺接により回転子（４）のコイル（５）に通電するとともに、前記回転子（４）の外周側に配置した磁極（６）で発生する磁束を前記コイル（５）に鎖交させてトルクを発生する整流子電動機（１）において、
前記回転子（４）を回転自在に収容してアース接地される金属製のケース（８）を備え、
前記回転子（４）は、
回転中心をなす部分であって一端が前記ケース（８）の外に突き出ている金属製の回転軸部（９）と、
この回転軸部（９）の外周側に設けられて前記コイル（５）が巻かれ、前記磁極（６）で発生する磁束を通す金属製のコア部（１０）と、
前記回転軸部（９）と前記コア部（１０）との間に設けられて前記回転軸部（９）と前記コア部（１０）とを電気的に絶縁する絶縁部（１５）とを有することを特徴とする整流子電動機（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の整流子電動機（１）において、
前記回転軸部（９）と前記コア部（１０）との間の静電容量は、前記回転軸部（９）と前記ケース（８）との間の静電容量よりも小さいことを特徴とする整流子電動機（１）。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の整流子電動機（１）において、
前記回転軸部（９）の内、前記ケース（８）の外に突き出ている部分に羽根車が取り付けられ、車両用空調装置の送風機を構成することを特徴とする整流子電動機（１）。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載の整流子電動機（１）において、
前記絶縁部（１５）は、前記回転軸部（９）の外周面、または、前記コア部（１０）の内周面に樹脂材料をコーティングしたり、粉体塗装したりすることで設けられていることを特徴とする整流子電動機（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流子電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、整流子電動機では、ブラシと整流子との回転摺接により回転子のコイルに通電するとともに、回転子の外周側に配置した磁極で発生する磁束をコイルに鎖交させてトルクを発生する構成が周知である。そして、このような整流子電動機では、ブラシと整流子との回転摺接においてブラシから整流子片が離れる際に発生する火花放電に起因して電磁ノイズが発生し、他の機器に悪影響を及ぼすことが問題視されている。そこで、ブラシ、整流子およびコイルを含む回路にインダクタンスやキャパシタンスを組み入れて電磁ノイズを減衰させたり、回転子を収容する金属製のケースをアース接地して電磁ノイズの放射を阻止したりしている。
【０００３】
ところで、整流子電動機の回転子には、金属製の部分として、以下のような回転軸部およびコア部が存在し、電磁ノイズの放射源となる可能性がある。
すなわち、回転軸部は、回転中心をなす部分であり、一端がケースの外に突き出てトルクの出力軸として機能し、コア部は、回転軸部の外周側に設けられてコイルが巻かれ、磁極で発生する磁束を通す。また、回転軸部およびコア部は、直接的に接触して電気的に導通可能となっている。さらに、コイルとコア部との間には、コイル保護のワニスやインシュレータ等により容量性結合が形成され、回転軸部とケースとの間には、軸受内の油膜等により容量性結合が形成されている。このため、回転軸部およびコア部は、電気的に浮いた状態になっている。
【０００４】
この結果、コイルとコア部との間の容量性結合により電磁ノイズが受け渡されると、回転軸部の内、ケースの外に突き出ている部分から、電磁ノイズが電動機の外部に放射される可能性がある。
そこで、回転軸部をケースに押圧接触させることで、回転軸部からケースを介してアースに電磁ノイズを逃す構造が公知になっている（例えば、特許文献１参照。）。
しかし、特許文献１の構造によれば、押圧力を発生する部品が劣化して押圧力が弱くなると、回転軸部のアース接地が不安定になり、電磁ノイズが回転軸部から放射される可能性が高まってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３２０８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、整流子電動機において、回転軸部のアース接地によらず、回転軸部からの電磁ノイズの放射を抑制することができる構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の第１発明によれば、整流子電動機は、ブラシと整流子との回転摺接により回転子のコイルに通電するとともに、回転子の外周側に配置した磁極で発生する磁束をコイルに鎖交させてトルクを発生する。また、整流子電動機は、回転子を回転自在に収容してアース接地される金属製のケースを備え、回転子は、以下の回転軸部、コア部および絶縁部を有する。
【０００８】
まず、回転軸部は、金属製であり、回転中心をなす部分であって一端がケースの外に突き出ている。また、コア部は、金属製であり、回転軸部の外周側に設けられてコイルが巻かれ、磁極で発生する磁束を通す。さらに、絶縁部は、回転軸部とコア部との間に設けられて回転軸部とコア部とを電気的に絶縁する。
【０００９】
これにより、コア部と回転軸部との間に容量性結合が形成され、コア部と回転軸部との間の電磁ノイズの受渡しが抑制される。このため、整流子電動機において、回転軸部のアース接地によらず、回転軸部からの電磁ノイズの放射を抑制することができる。
【００１０】
本願の第２発明によれば、回転軸部とコア部との間の静電容量は、回転軸部とケースとの間の静電容量よりも小さい。
これにより、コイルからコア部および回転軸部を経てケースに至る回路を考えた場合に、回転軸部の電位をコア部の電位の１／２以下に抑えることができる。このため、回転軸部からの電磁ノイズの放射を、より確実に抑制することができる。
【００１１】
本願の第３発明によれば、回転軸部の内、ケースの外に突き出ている部分に羽根車が取り付けられ、車両用空調装置の送風機を構成する。
車両用空調装置では、羽根車の周囲に導電性材料が存在しないので、回転軸部から電磁ノイズが放射されると、周囲の機器に悪影響を及ぼしやすい。さらに、車両では、空調装置の近傍にラジオ等が搭載されることが多く、回転軸部から電磁ノイズが放射されると、ラジオに雑音が発生する可能性が高い。
このため、本願発明を採用した整流子電動機により車両用空調装置の送風機を構成することで、本願発明の作用効果を顕著に得ることができる。
【００１２】
本願の第４発明によれば、絶縁部は、回転軸部の外周面、または、コア部の内周面に樹脂材料をコーティングしたり、粉体塗装したりすることで設けられている。
これにより、回転軸部とコア部との間に、簡便に絶縁部を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】整流子電動機の軸心を含む断面図である（実施例１）。
【図２】整流子電動機の軸心に垂直な断面図であり、回転軸部にスプライン加工を施した例を示すものである（実施例１）。
【図３】（ａ）は電磁ノイズに係わる回路図であり、（ｂ）は特許文献１における電磁ノイズに係わる回路図である（実施例１）。
【図４】数式１の相関をＶｓｈ／Ｖ１とＣｃ−ｓとの関係に基づき図示する特性図である（実施例１）。
【図５】整流子電動機の軸心を含む断面図である（実施例２）。
【図６】整流子電動機の軸心を含む断面図である（実施例３）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施形態の整流子電動機を、以下の実施例に基づき説明する。なお、実施例は具体的な一例を開示するものであり、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。
【実施例】
【００１５】
〔実施例１の構成〕
実施例１の整流子電動機１（以下、モータ１と呼ぶ。）の構成を、図面を用いて説明する。
モータ１は、図１に示すように、ブラシ２と整流子３との回転摺接により回転子４のコイル５に通電するとともに、回転子４の外周側に配置した磁極６で発生する磁束をコイル５に鎖交させてトルクを発生する。なお、実施例の磁極６は永久磁石であり、以下の説明では、磁極６を永久磁石６とする。
【００１６】
また、モータ１は、回転子４を回転自在に収容してアース接地される金属製のケース８を備え、回転子４は、以下の回転軸部９およびコア部１０を有する。
ケース８は、鉄等の磁性体金属からなり、永久磁石６で発生する磁束を通すヨークとして機能する。また、ケース８は、有底円筒状に設けられており、円筒部８ａの内周に永久磁石６が取り付けられ、コア部１０は、軸方向に関して永久磁石６の存在範囲に収まるように、永久磁石６の内周側に配置される。
【００１７】
ケース８の底部８ｂには、回転軸部９の軸方向他端を回転自在に支持する玉軸受１２ａが収容されている。また、ケース８の軸方向一端側は、樹脂製のカバー１３により閉じられており、カバー１３内にブラシ２と整流子３とが収容されている。さらに、カバー１３にも、回転軸部９を回転自在に支持する玉軸受１２ｂが収容され、回転軸部９の一端は、カバー１３およびケース８から外に突き出ている。そして、回転軸部９の内、カバー１３およびケース８の外に突き出ている部分に羽根車（図示せず。）が取り付けられ、車両用空調装置の送風機を構成する。
【００１８】
回転軸部９は、例えば、Ｓ４５Ｃ（機械構造用炭素鋼）を素材としており、回転中心をなす部分である。また、コア部１０は、電磁鋼板を素材としており、回転軸部９の外周側に設けられてコイル５が巻かれ、永久磁石６で発生する磁束を通す。
【００１９】
また、モータ１では、ブラシ２と整流子３との回転摺接においてブラシ２から整流子片３ａが離れる際に発生する火花放電に起因して電磁ノイズが発生する。そして、この電磁ノイズは、ブラシ２、整流子３およびコイル５を含む回路にインダクタンス（図示せず。）やキャパシタンス（図示せず。）を組み入れることで減衰させたり、ケース８をアース接地することでモータ１の外部への放射を阻止したりしている。
【００２０】
さらに、実施例１の回転子４では、回転軸部９とコア部１０との間に、回転軸部９とコア部１０とを電気的に絶縁する絶縁部１５が設けられている。また、整流子片３ａは絶縁部１５の一端に固定されており、絶縁部１５は整流子片３ａを固定する機能を有する。
なお、絶縁部１５は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）もしくはＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）のような「スーパー・エンプラ」、または、「汎用エンプラ」の中でも熱安定性、寸法精度および電気特性に優れるＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等を素材とする。
【００２１】
また、回転軸部９と絶縁部１５との間の固定方法、コア部１０と絶縁部１５との固定方法は、種々、考えることができる。
まず、回転軸部９と絶縁部１５との間の固定方法として、金型内に回転軸部９をインサート部品として装填したのち溶融樹脂を射出注入するインサート成形が考えられる。このとき、回転軸部９の外周にスプライン加工を施しておき、より強固に回転軸部９と絶縁部１５との間を固定してもよい（図２参照。）。なお、スプライン加工以外に、インボリュート加工、ローレット加工、または、セレーション加工などによっても回転軸部９と絶縁部１５との間の固定を強化することができる。
さらに、回転軸部９と絶縁部１５との間は、回転軸部９にホゾ１６を設けることでの軸方向に固定することができる。
【００２２】
次に、絶縁部１５とコア部１０との間の固定方法として、圧力ばめ、焼きばめ、または、冷やしばめ等が考えられる。また、インサート成形により、コア部１０と絶縁部１５との間を固定してもよい。
なお、ケース８の底部８ｂには軸方向に貫通する穴１８ａが設けられ、カバー１３には軸方向、径方向それぞれに貫通する穴１８ｂ、１８ｃが設けられている。これにより、回転軸部９が回転して羽根車が回ると、ケース８およびカバー１３内に空気の流れが発生し、コイル５、コア部１０および絶縁部１５などを冷却することができる。このため、モータ１の運転中でも、モータ１の内部の温度上昇を低減して絶縁部１５の軟化を抑制することができる。
【００２３】
〔実施例１の作用効果〕
実施例１のモータ１は、ブラシ２と整流子３との回転摺接により回転子４のコイル５に通電するとともに、回転子４の外周側に配置した永久磁石６で発生する磁束をコイル５に鎖交させてトルクを発生する。また、モータ１は、回転子４を回転自在に収容してアース接地される金属製のケース８を備え、回転子４は、以下の回転軸部９、コア部１０および絶縁部１５を有する。
【００２４】
まず、回転軸部９は、金属製であり、回転中心をなす部分であって一端がケース８の外に突き出ている。また、コア部１０は、金属製であり、回転軸部９の外周側に設けられてコイル５が巻かれ、永久磁石６で発生する磁束を通す。さらに、絶縁部１５は、回転軸部９とコア部１０との間に設けられて回転軸部９とコア部１０とを電気的に絶縁する。
【００２５】
これにより、コア部１０と回転軸部９との間に容量性結合Ｃｃ−ｓが形成され（図３（ａ）参照。）、コア部１０と回転軸部９との間の電磁ノイズの受渡しが抑制される（以下、容量性結合Ｃｃ−ｓの静電容量の値についてＣｃ−ｓで表記する。）。
【００２６】
すなわち、ブラシ２と整流子３との回転摺接により発生する電磁ノイズは、インダクタンスやキャパシタンスの組み入れ、および、ケース８のアース接地等により大幅に低減することができる。しかし、この電磁ノイズの一部が、コイル５とコア部１０との間に形成される容量性結合Ｃｗ−ｃを経由してコイル５からコア部１０に受け渡される可能性がある（以下、容量性結合Ｃｗ−ｃの静電容量の値についてＣｗ−ｃで表記する。）。
【００２７】
なお、容量性結合Ｃｗ−ｃは、コイル５を保護するワニスやインシュレータにより形成されるものであり、Ｃｗ−ｃは１０００ｐＦ以上である。また、回転軸部９とケース８との間にも容量性結合Ｃｓ−ｈが形成されており、容量性結合Ｃｓ−ｈは、玉軸受１２ａ内の油膜などにより形成され、Ｃｓ−ｈは約２０ｐＦである。
【００２８】
ところで、特許文献１の構成では、コア部１０と回転軸部９とが接触して電気的に導通しており、回転軸部９はケース８に押圧接触している。これにより、回転軸部９とケース８とは低インピーダンスで導通して回転軸部９の電圧Ｖｓｈは略ゼロになり、電磁ノイズは回転軸部９において低減する（図２（ｂ）参照。）。
【００２９】
これに対し、実施例１の構成では、回転軸部９とコア部１０との間に絶縁部１５を設けることにより、容量性結合Ｃｃ−ｓを形成し、コア部１０と回転軸部９との間の電磁ノイズの受渡しを抑制する。
ここで、実施例１における回転軸部９の電圧Ｖｓｈとコイル５の電圧Ｖ１との比は、次の数式１により表される。
〔数式１〕
Ｖｓｈ／Ｖ１
＝Ｃｗ−ｃ・Ｃｃ−ｓ／（Ｃｃ−ｓ・Ｃｓ−ｈ＋Ｃｓ−ｈ・Ｃｗ−ｃ＋Ｃｗ−ｃ・Ｃｃ−ｓ）
【００３０】
そこで、例えば、Ｃｓ−ｈ、Ｃｗ−ｃに、それぞれ、２０ｐＦ、１０００ｐＦを当てはめると、Ｃｃ−ｓをＣｓ−ｈ以下（２０ｐＦ以下）にすることで、電圧Ｖｓｈを電圧Ｖ１に対して６ｄＢ低減することができる（図４参照）。このため、電圧Ｖｓｈを電圧Ｖ１の半分に抑制することができるので、電磁ノイズを回転軸部９において低減することができる。
この結果、モータ１において、回転軸部９のアース接地によらず、回転軸部９からの電磁ノイズの放射を抑制することができる。
【００３１】
なお、Ｃｃ−ｓをＣｓ−ｈ以下（２０ｐＦ以下）にするには、例えば、以下のような態様が考えられる。
すなわち、回転軸部９の半径ａを３．５ｍｍ、コア部１０の内周径ｂを４．５ｍｍ、コア部１０の軸方向の長さＬを２０ｍｍとした場合（図１参照。）、比誘電率εｒが３の樹脂材料を絶縁部１５に使用することで、Ｃｃ−ｓを１３ｐＦ（２０ｐＦ以下）にすることができる。
【００３２】
ここで、Ｃｃ−ｓは下記の数式２により求めることができる。
〔数式２〕  
Ｃｃ−ｓ＝２・π・ε・Ｌ／Ｌｏｇ（ｂ／ａ）
なお、数式２は円筒形状の静電容量を求めるための簡易的な理論式であり、εは円筒を形成する材料の誘電率、Ｌｏｇ（ｂ／ａ）は、ｂ／ａの自然対数である。
【００３３】
また、特許文献１の構造によれば、回転軸部９はケース８に回転摺接するので、摺接部位の摩擦による駆動負荷の増大、長期使用後の回転能力の変化、摩擦による回転変動の増大が起こり、モータ１の性能が安定しない可能性がある。特に、モータ１を用いて車両用空調装置の送風機を構成する場合、モータ１は２００Ｗ以下の小型出力であることから駆動負荷増大の悪影響が大きく、また、車室内にモータ１が配置されることから回転変動起因の騒音が顕著に乗員に聞こえてしまう。
【００３４】
このため、モータ１において、回転軸部９のアース接地によらず、回転軸部９からの電磁ノイズの放射を抑制することで、駆動負荷の増大や回転変動起因の騒音を防止することができる。
さらに、特許文献１の構造によれば、回転軸部９を押圧する部品が必要となり、モータ１が大型化してしまう。これに対し、実施例１のモータ１によれば、モータ１を大型化させることなく、電磁ノイズを低減する構造を低コストで実現することができる。
【００３５】
また、車両用空調装置では、羽根車の周囲に導電性材料が存在しないので、回転軸部９から電磁ノイズが放射されると、周囲の機器に悪影響を及ぼしやすい。さらに、車両では、空調装置の近傍にラジオ等が搭載されることが多く、回転軸部９から電磁ノイズが放射されると、ラジオに雑音が発生する可能性が高い。
このため、実施例１のモータ１により車両用空調装置の送風機を構成することで、電磁ノイズの低減効果を顕著に得ることができる。
【００３６】
また、ケース８の底部８ｂには軸方向に貫通する穴１８ａが設けられ、カバー１３には軸方向、径方向それぞれに貫通する穴１８ｂ、１８ｃが設けられている。
これにより、回転軸部９が回転して羽根車が回ると、ケース８およびカバー１３内に空気の流れが発生し、コイル５、コア部１０および絶縁部１５などを冷却することができる。このため、モータ１内部の温度上昇を低減して絶縁部１５の軟化を抑制することができるので、モータ１の運転中でも、絶縁部１５と回転軸部９およびコア部１０との固定を強固に維持することができる。
【００３７】
また、樹脂製の絶縁部１５を回転子４に含めることで、回転子４を軽量化してモータ１を軽量化することができる。
なお、コア部１０の内周を絶縁部１５にしても、磁気回路に影響はなく、モータ１の性能は絶縁部１５の存在により影響を受けない。
【００３８】
〔実施例２〕
実施例２のモータ１によれば、絶縁部１５は、回転軸部９の外周面に樹脂材料をコーティングしたり、粉体塗装したりすることで設けられている（図５参照。）。
これにより、回転軸部９とコア部１０との間に、簡便に絶縁部１５を設けることができる。
【００３９】
〔実施例３〕
実施例３のモータ１によれば、絶縁部１５は、コア部１０の内周面に樹脂材料をコーティングしたり、粉体塗装したりすることで設けられている（図６参照。）。
これにより、回転軸部９とコア部１０との間に、簡便に絶縁部１５を設けることができる。
【００４０】
〔変形例〕
モータ１の態様は実施例に限定されず、種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例のモータ１によれば、回転軸部９の電圧Ｖｓｈをコイル５の電圧Ｖ１に対して６ｄＢ低減していた（電圧Ｖｓｈを電圧Ｖ１の半分に抑制していたが、）、電圧Ｖｓｈの電圧Ｖ１に対する低減幅は、６ｄＢよりも大きくても、小さくてもよい。
また、実施例のモータ１は車両用空調装置の送風機を構成していたが、モータ１により、車両用空調装置の送風機以外の機器を構成してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１  モータ（整流子電動機）  ２  ブラシ  ３  整流子  ４  回転子  ５  コイル  ６  永久磁石（磁極）  ８  ケース  ９  回転軸部  １０  コア部  １５  絶縁部
【図１】
2016063624.tif 000003
【図２】
2016063624.tif 000004
【図３】
2016063624.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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