(57)【要約】【課題】ＤＣ整流子モータにおいてＥＭＩを吸収するためのさらに単純な解決策を提供する。【解決手段】整流子が、導電層、セグメント層、及び導電層とセグメント層を分離する絶縁層を有する。セグメント層は、複数の整流子セグメントを含む。整流子の軸に沿って、導電層を通過する取り付け穴が定められる。この３層構造の整流子は、直面する面積が大きくプレート間距離が小さなコンデンサを形成する。従って、このコンデンサは、静電容量が大きいためＥＭＩ吸収能力が高く、整流子の外側にＥＭＩ低減部品を追加せずにＥＭＩ放出を低減することができる。この整流子を用いたロータ及び電気モータも開示する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流子であって、
導電層と、
複数の整流子セグメントを含むセグメント層と、
前記導電層と前記セグメント層との間に固定され、前記セグメント層を前記導電層から電気的に絶縁する絶縁層と、
を備え、前記導電層、前記絶縁層及び前記セグメント層は、前記整流子セグメントを接地するコンデンサを形成する、
ことを特徴とする整流子。
【請求項２】
前記絶縁層は、前記導電層と前記セグメント層との間に０．８ｍｍ〜２．０ｍｍの厚みを有する、
請求項１に記載の整流子。
【請求項３】
前記絶縁層の厚みは、１．０ｍｍである、
請求項２に記載の整流子。
【請求項４】
前記導電層と前記絶縁層との間の接触面、及び／又は前記絶縁層と前記セグメント層との間の接触面に、それぞれの前記接触面の表面積を増加させるように凹凸係合構造が形成される、
請求項１、２又は３に記載の整流子。
【請求項５】
前記導電層は、電気的に接地される、
請求項１から４のいずれか１項に記載の整流子。
【請求項６】
前記整流子は、平面整流子であり、前記導電層及び前記セグメント層は、基本的に平坦である、
請求項１から５のいずれか１項に記載の整流子。
【請求項７】
前記整流子は、円筒形整流子であり、前記導電層は、絶縁層によって半径方向に取り囲まれた内部リングを形成する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の整流子。
【請求項８】
モータシャフトと、該モータシャフトに固定された請求項１から７のいずれか１項に記載の整流子とを備え、前記モータシャフトは、前記整流子に形成された取り付け穴を通過する、
ことを特徴とするロータ。
【請求項９】
前記モータシャフトは導電性材料で作製され、前記導電層は、前記モータシャフトを通じて間接的に電気的に接地される、
請求項８に記載のロータ。
【請求項１０】
前記モータシャフトは絶縁材料で作製され、前記モータシャフトは貫通孔を定め、前記導電層から導体が延び、該導体が前記モータシャフトの前記貫通孔を通過した後に電気的に接地される、
請求項８に記載のロータ。
【請求項１１】
ステータと、請求項８から１０のいずれか１項に記載のロータとを備える、
ことを特徴とするモータ。
【請求項１２】
前記ステータは、ハウジングを含み、前記整流子の前記導電層は、前記ハウジングを通じて接地される、
請求項１１に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気モータに関し、具体的には、電気モータの整流子、特に微小な又はごくわずかな馬力のＤＣモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に示すように、ＤＣ整流子モータの動作中には、整流子と炭素ブラシの間に火花が生じることがあり、これによって電磁干渉（ＥＭＩ）が引き起こされることがある。ＥＭＩを抑制又は排除するための典型的な対策は、モータ内にＥＭＩ吸収材料製の構造を配置して整流子を取り囲むことである。しかしながら、これによって望ましくないモータの重量の増加が生じる。また、このＥＭＩ抑制構造及び関連する取り付け構造がモータ構造をさらに複雑化させ、製造工程の複雑化及び製造コストの上昇につながる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、ＤＣ整流子モータにおいてＥＭＩを吸収するためのさらに単純な解決策が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
従って、本発明は、その１つの態様において、導電層と、複数の整流子セグメントを含むセグメント層と、導電層とセグメント層との間に固定され、セグメント層を導電層から電気的に絶縁する絶縁層とを備え、導電層、絶縁層及びセグメント層が、整流子セグメントを接地するコンデンサを形成する、整流子を提供する。
【０００５】
絶縁層は、導電層とセグメント層との間に０．８ｍｍ〜２．０ｍｍの厚みを有することが好ましく、この厚みは１．０ｍｍであることが最も好ましい。
【０００６】
導電層と絶縁層の間の接触面、及び／又は絶縁層とセグメント層の間の接触面には、それぞれの接触面の表面積を増加させるように凹凸係合構造が形成されることが好ましい。
【０００７】
導電層は、電気的に接地されることが好ましい。
【０００８】
整流子は、平面整流子であり、導電層及びセグメント層は、基本的に平坦であることが好ましい。
【０００９】
整流子は、円筒形整流子であり、導電層は、絶縁層によって半径方向に取り囲まれた内部リングを形成することが好ましい。
【００１０】
別の態様によれば、本発明は、モータシャフトと、モータシャフトに固定された上述したような整流子とを含み、モータシャフトが、整流子に形成された取り付け穴を通過する、ロータを提供する。
【００１１】
モータシャフトは導電性材料で作製され、導電層は、モータシャフトを通じて間接的に電気的に接地されることが好ましい。
【００１２】
或いは、モータシャフトは絶縁材料で作製され、モータシャフトは貫通孔を定め、導電層から導体が延び、この導体がモータシャフトの貫通孔を通過した後に電気的に接地される。
【００１３】
さらに別の態様によれば、本発明は、ステータと、上述したようなロータとを含むモータを提供する。
【００１４】
ステータは、ハウジングを含み、整流子の導電層は、ハウジングを通じて接地されることが好ましい。
【００１５】
この本発明の解決策を採用することにより、３層構造の整流子が、直面する面積が大きくプレート間距離が小さなコンデンサを形成する。従って、このコンデンサは、静電容量が大きいためＥＭＩ吸収能力が高く、整流子の外側にＥＭＩ吸収部品を追加せずにＥＭＩを吸収することができる。ＥＭＩは、導電層を直接接地することによって、モータシャフトを電気的に接地することによって、又はモータシャフト及びハウジングを介して導電層を間接的に接地することによって抑制することができる。ＥＭＩの抑制は、モータの構造に修正を全く又はわずかしか加えずに、残りの当初部品及び構造を用いることによってうまく達成することができる。従って、従来のモータにおいて追加される余分なＥＭＩ吸収構造及び／又は部品がもはや不要になる。当初のＥＭＩ吸収構造を除去することにより、モータの重量が減少するとともに、モータの構造及び製造工程が簡略化される。さらに完全なＥＭＩ抑制を達成するには、従来追加していた余分なＥＭＩ吸収構造及び／又は部品の全部又は一部をモータ内に残したまま本発明の構造を採用することもできると理解されたい。
【００１６】
以下、添付図面の図を参照しながら、本発明の好ましい実施形態をほんの一例として説明する。図では、複数の図に出現する同一の構造、要素又は部品には、一般にこれらが出現する全ての図において同じ参照番号を付している。一般に、図に示す構成要素及び特徴部の寸法は、表現の利便性及び明瞭性のために選択したものであり、必ずしも縮尺通りではない。以下、各図を列挙する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の１つの実施形態による整流子の端面図である。
【図２】本発明の１つの実施形態によるロータの斜視図である。
【図３】本発明の１つの実施形態によるモータの斜視図である。
【図４】図３のモータのロータの一部の斜視図である。
【図５】本発明による円筒形整流子を示す図である。
【図６】図５の整流子の断面図である。
【図７】本発明による平面整流子を示す図である。
【図８】図７の整流子の断面図である。
【図９】本発明による別の平面整流子を示す図である。
【図１０】図９の整流子の断面図である。
【図１１】既知の整流子の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施形態による整流子１の端面図である。この整流子は円筒状であり、内部リングの形の導電層１１と、導電層１１を半径方向に取り囲む絶縁層１２と、絶縁層１２を半径方向に取り囲むセグメント層１３とを有する。整流子の軸に沿って、整流子をモータシャフトに取り付けるために使用する取り付け穴１０が形成される。導電層１１とセグメント層１３は、絶縁層１２によって互いに絶縁される。セグメント層１３は、複数の整流子セグメント１６を含む。セグメント層１３は、銅で作製することができ、絶縁層１２は、樹脂材料製で作製することができ、導電層１１は、銅、アルミニウム又は別の導電性材料で作製することができる。導電層１１とセグメント層１３は、絶縁層１２によって電気的に絶縁され、従って導電層とセグメント層が極板を形成するコンデンサが形成される。コンデンサの静電容量は、絶縁材料の誘電率に正比例することに加え、絶縁層１２の両側の、直面する導電層１１及びセグメント層１３の表面積にも正比例し、導電層１１とセグメント層１３の間のプレート間距離に反比例する。導電層１１を追加することで、絶縁層１２の両側の直面する表面積が増加するだけでなく、導体間のプレート間距離が減少し、これによってコンデンサに与えられる静電容量が大きくなる。
【００１９】
図２及び図４に示すように、本実施形態の整流子１をモータシャフト２に取り付けた後には、整流子１の導電層１１又はセグメント層１３を直接的又は間接的に接地させる。モータの動作中に生じるＥＭＩは、静電容量の大きなコンデンサによって吸収され、接地接続を通じて放出される。この結果、ＥＭＩによる悪影響が大幅に低減又は排除される。
【００２０】
コンデンサの観点から見れば、理論的には、絶縁層１２は、その内面と軸の間に均一な半径方向厚（すなわち層の厚み）及び均一な半径方向距離を有し、従って絶縁層１２全体にわたって同じ静電容量を形成して同じＥＭＩ吸収能力を確実にする。しかしながら、工程の複雑性、並びに導電層１１及びセグメント層１３に対してそれぞれ絶縁層１２を組み立てて固定する必要性を考慮すると、絶縁層１２の層厚は、絶縁層１２全体にわたって均一でなくてもよい。
【００２１】
絶縁層１２の厚みは、０．８ｍｍ〜２ｍｍであることが好ましい。この厚みが大きすぎる場合、導電層１１及びセグメント層１３によって形成される静電容量が小さすぎてＥＭＩを吸収することができない。この厚みが小さすぎる場合、現在の製造工程によって厚みを保証することができない。この厚みは、１ｍｍであることがさらに好ましく、この場合、製造工程に過度な要求を課すことなく極板間の大きな静電容量（同じモデルの整流子を試験することにより、静電容量は５ｐｆ〜４０ｎｆほどであることが分かっている）を達成することができる。
【００２２】
図１及び図２に示すように、導電層１１と絶縁層１２、並びに絶縁層１２とセグメント層１３は、例えば、圧入、接着又はスナップ嵌めなどの様々な方法で締結することができる。本実施形態では、導電層１１と絶縁層１２の間の接触面、並びに絶縁層１２とセグメント層１３の間の接触面の各々に、凹凸係合構造１４を形成する。この凹凸係合構造の目的は、接続された２つの層の接触面間の結合力又は摩擦力を高めることにより、接続された２つの層間の接続度合いを強化することである。代替実施形態では、２対の接触面の一方又は両方を別の方法で接続することができる。凹凸係合構造は、層間の接触面積も増加させる。
【００２３】
図２に示すように、本発明の１つの実施形態によるロータ９は、上記の実施形態のモータシャフト２及び整流子１を含む。整流子１は、モータシャフト取り付け穴１０を通過するモータシャフト２に取り付けられる。モータシャフト２と整流子１は、様々な方法によって固定し合うことができる。本実施形態では、整流子１が確実にモータシャフト２と共に回転するように、モータシャフト２をモータシャフト取り付け穴１０に締まり嵌めすることが好ましい。また、締まり嵌めの接続方法では、モータシャフト２上で整流子１がぐらつく原因となる、モータシャフト２と取り付け穴１０の間の間隙を避けることができる。
【００２４】
この実施形態では、セグメント層１３又は導電層１１を直接接地させてＥＭＩを排除することができる。例えば、図２に示すように、モータシャフト２が非導電性である場合、モータシャフト２に貫通孔２０を定めることができる。この貫通孔２０に導体１５の一端を通過させて整流子１の導電層１１に電気的に接続し、他端を電気的に接地させる。従って、モータシャフト２のロッド状構造を利用することにより、他のモータ部品の製造及び動作に影響を与えずに整流子１を電気的に接地させることができる。
【００２５】
モータシャフト２が導電性材料で作製されており、導電層１１がモータシャフト２と電気的に接触している場合には、モータシャフト２を接地することによって導電層を接地させることができる。このため、導電層１１は、モータシャフト２を通じて間接的に電気的に接地することができる。従って、モータシャフト２の構造を変更せずに、整流子１の導電層１１の電気的接地を実現することができる。
【００２６】
モータシャフト２が導電性材料で作製されており、絶縁層１２’及びセグメント層１３’を有しているが絶縁層を有していない従来の整流子１’（図１１）がモータシャフト２に取り付けられている場合にも、絶縁層１２’、セグメント層１３’及び導電性モータシャフト２がコンデンサを形成する。しかしながら、モータシャフト２は、直径が比較的小さいので、整流子層１３’及び整流子セグメント１３ａ’に直面する表面積が小さく、モータシャフト２とセグメント層１３’の間の距離（すなわち、絶縁層１２’の半径方向厚）が大きく、コンデンサの静電容量が小さい。同様のサイズの整流子を試験することにより、絶縁層の厚みが４．５ｍｍの時に静電容量は１ｐｆ未満であることが分かった。通常、整流子１’とカーボンブラシ３によって生じるＥＭＩ信号の周波数は６ＧＨｚ未満の低いものであり、このような小さな静電容量のコンデンサによってほとんど吸収することができない。従って、整流子単独で形成された、又はモータシャフトと組み合わせて形成されたコンデンサによってＥＭＩ信号を吸収して放電できると認識していた当業者は存在しない。
【００２７】
図３に、本発明のモータ８の第１の実施形態を示す。図示のモータは、アウターローターモータであり、ハウジング４を含むステータとロータ９とを有する。ハウジング４は、１又はそれ以上の軸受を通じてロータを支持し、ステータコア、ステータ巻線、ブラシなども支持する。ロータについては、図４にさらに示す。ロータは、整流子１及びロータコアを支持するモータシャフト２を含む。ロータコアの内面には、図示していない磁石が取り付けられる。参照のみを目的として、ステータの部品である２つのブラシ３及びブラシばねを概略的に示している。この実施形態の整流子１は、整流子セグメントとスリップリングとを有する特別な整流子である。
【００２８】
この実施形態では、セグメント層１３又は導電層１１を直接電気的に接地させてＥＭＩを排除することができる。ハウジング４が導電性材料で作製されている場合には、セグメント層１３又は導電層１１をハウジング４とさらに電気的に接続し、ハウジング４を電気的に接地させることができる。従って、セグメント層１３又は導電層１１は、ハウジング４を介して間接的に電気的に接地することができ、従ってハウジングを介してＥＭＩを放出することができる。
【００２９】
セグメント層１３又は導電層１１を直接電気的に接地させてＥＭＩを排除することもできる。例えば、モータシャフト２及びロータコア７が絶縁材料で作製されている場合、モータシャフト２を通じて貫通孔２０を定め、この貫通孔２０に導体１５の一端を通過させて整流子１の導電層１１に電気的に接続し、他端を電気的に接地させることができる。
【００３０】
同様に、ロータコア７が導電性材料で作製されており、モータシャフト２が絶縁材料で作製されている場合にも、貫通孔２０に導体１５の一端を通過させて整流子１の導電層１１と電気的に接続し、他端をロータコア７と電気的に接続する。従って、モータシャフト２のロッド状構造を利用することにより、他のモータ部品の製造及び動作に影響を与えずに整流子１を電気的に接地させることができる。図４に示すように、ハウジング４及びモータシャフト２がいずれも導電性材料で作製されている場合には、モータシャフト２を導電層１１及びハウジング４と電気的に接続し、ハウジングを通じて導電層を接地できるようにする。従って、モータの構造変更を行うことなく、現在の導電性モータシャフト２及びハウジング４を用いることにより、コンデンサによって吸収されたＥＭＩをうまく放出することができる。
【００３１】
本発明は、他のタイプの整流子にも適用可能である。図５及び図６に、標準的な円筒形整流子を示し、図７〜図１０に、本発明によって修正した２つの標準的な平面整流子を示す。図５の円筒形整流子は、整流子本体の外面の周囲に円筒形のブラシ接触面を形成するように配置された複数の整流子セグメント１６を有する。整流子本体は、内部リングの形の導電層１１と、内部リングの周囲に半径方向に形成された絶縁層１２とを含む。内部リングは、整流子セグメント上に形成され内部リングに向かって半径方向に延びる不連続ディスクを形成する半径方向に延びるフィンガと交互配置された、セグメント層に向かって半径方向に延びる複数のディスクを有する。交互配置されたディスクは、絶縁層との接触面積を大幅に増加させ、セグメント層と導電層の間の絶縁層の厚みを小さな寸法に制御することができる。
【００３２】
図７に、薄い平面整流子１を示す。複数の整流子セグメント１６で形成されたセグメント層１３が、平坦なブラシ接触面を形成する。図８の断面図に示すように、導電層は、絶縁層１２によってセグメント層１３から分離された平面ディスクである。この実施形態では、整流子の本体を形成する絶縁層１２をセグメント層及び導電層に直接成形して、これらの２つの層を離間した状態で固定する。セグメント層は、絶縁層をオーバモールドした時には単一片ディスクであり、その後に個々の整流子セグメントに切断される。導電層は、シャフト取り付け穴１０において露出され、モータシャフトが導電性の場合には、モータシャフトと直接電気的に接続される。
【００３３】
図９に、厚い平面整流子１を示す。図１０の断面図に示すように、導電層１１はカップ状であり、カップの基部が半径方向に延び、この基部をシャフト取り付け穴１０が通過する。この場合も、導電層１１は、シャフトと電気的に接続できるようにシャフト取り付け穴において露出される。セグメント層１３の整流子セグメントは、カップの円筒部分の側面に直面する２つの不連続リングを形成する。絶縁層は、導電層とセグメント層との間に配置されてこれらの部分を保持するとともにコンデンサの誘電体を形成し、セグメント層及び導電層１１の直面する部分は、コンデンサの極を形成する。これにより、極の表面積、従ってコンデンサの静電容量が増加する。
【００３４】
本明細書で使用する「直接接地する」という用語は、モータの導電性構造又はモータに関連する導電性構造を全く使用せずに電気的に接地することを意味する。本明細書で使用する「間接的に接地する」という用語は、モータのいずれかの導電性構造又はモータに関連するいずれかの導電性構造を通じて電気的に接地することを意味する。セグメント層１３は、主に複数の別個の整流子セグメント１６で構成されるので、セグメント層１３を接地させるのは非常に困難かつ複雑である。従って、導電層１１を直接的又は間接的に接地させることが好ましい。
【００３５】
本出願の明細書及び特許請求の範囲では、記述する項目又は特徴の存在を明示する一方でさらなる項目又は特徴の存在を排除しないように、「備える、含む、有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｉｎｃｌｕｄｅ、ｃｏｎｔａｉｎ及びｈａｖｅ）」という動詞、並びにその派生形の各々を包括的な意味で使用している。
【００３６】
明確化のために別個の実施形態の文脈で説明した本発明のいくつかの特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供することもできると理解されたい。これとは逆に、簡潔さを期すために単一の実施形態の文脈で説明した本発明の様々な特徴を別個に、又はいずれかの好適な下位の組み合わせで提供することもできる。
【００３７】
上述した実施形態はほんの一例にすぎず、当業者には、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、他の様々な修正が明らかになるであろう。
【符号の説明】
【００３８】
１  整流子
１０  取り付け穴
１１  導電層
１２  絶縁層
１３  セグメント層
１４  凹凸係合構造
１６  整流子セグメント
【図１】
2016116445.tif 000003
【図２】
2016116445.tif 000004
【図３】
2016116445.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016116445.tif 000009
【図８】
2016116445.tif 000010
【図９】
2016116445.tif 000011
【図１０】
2016116445.tif 000012
【図１１】
2016116445.tif 000013
【外国語明細書】
2016116445000001.pdf