(57)【要約】【課題】高い静粛性を確保しつつ、小型化及び高出力化を実現することのできる直流モータを提供すること。【解決手段】各給電ブラシ６は、その隣り合う二つの極性（正／負）が相違する、即ち異極ブラシとなるように、その正極ブラシ及び負極ブラシが上記整流子９を囲むように周方向に沿って交互に配置される。また、上記各セグメント１２との摺接部を構成する各給電ブラシ６先端の幅は、各セグメント１２の幅の半分に設定される。そして、各給電ブラシ６は、その周方向に隣り合う異極ブラシが、互いに相反する方向に上記摺接部の幅の半分だけシフトされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨークの内周に複数の永久磁石を配設してなるステータと、給電ブラシが摺接される複数のセグメントを周方向に配設してなる整流子、及び巻線が巻回された複数のティースを有する電機子とを備え、前記各ティースの間に形成されるスロットの数は、前記永久磁石により形成される磁極数の整数倍に設定されるとともに、該スロットと同数の前記セグメントを有する直流モータであって、
前記各永久磁石と対向する前記各ティースの対向面には、軸方向に延びる溝部が形成され、
前記給電ブラシは、その摺接部の幅が前記各セグメントの幅の半分に設定されるとともに、隣り合う異極ブラシが互いに相反する方向にシフトされ、且つ前記摺接部が前記セグメントに接触し及び前記セグメントから離間する時点において、前記永久磁石の周方向中心に、前記セグメントに接続された巻線に対応する前記スロット又は前記溝部の何れかが位置するように配設されること、を特徴とする直流モータ。
【請求項２】
請求項１に記載の直流モータにおいて、
前記各給電ブラシの摺接部と隣接して該摺接部と相反する方向にシフトされた高抵抗ブラシを設けること、を特徴とする直流モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁極数の整数倍のスロットを有する直流モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流モータには、磁極数を４極、或いは６極とすることにより、その小型化と高出力化との両立を図ったものがある。例えば、特許文献１に記載の直流モータは、４つの磁極を有するとともに、そのスロット数及びセグメント数が「１２」に設定されている。即ち、直流モータにおけるコギングトルクの脈動数は、その磁極数とスロット数との間の最小公倍数となる。そして、この直流モータのように、そのスロット数を当該最小公倍数に設定、即ち磁極数の整数倍とするとともに、当該スロット数とセグメント数とを同数とすることにより、その小型・高出力という利点を極大化することが可能になる。
【特許文献１】特開２００７−１１６８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このようにスロット数及びセグメント数を最小化することで、コギングトルク及びモータ電流は、その脈動数が減少した分、より大きく変動することになる。このため、上記従来の構成は、その小型・高出力というメリットとともに、磁気音の増大というデメリットをも内包するものとなっており、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、高い静粛性を確保しつつ、小型化及び高出力化を実現することのできる直流モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ヨークの内周に複数の永久磁石を配設してなるステータと、給電ブラシが摺接される複数のセグメントを周方向に配設してなる整流子、及び巻線が巻回された複数のティースを有する電機子とを備え、前記各ティースの間に形成されるスロットの数は、前記永久磁石により形成される磁極数の整数倍に設定されるとともに、該スロットと同数の前記セグメントを有する直流モータであって、前記各永久磁石と対向する前記各ティースの対向面には、軸方向に延びる溝部が形成され、前記給電ブラシは、その摺接部の幅が前記各セグメントの幅の半分に設定されるとともに、隣り合う異極ブラシが互いに相反する方向にシフトされ、且つ前記摺接部が前記セグメントに接触し及び前記セグメントから離間する時点において、前記永久磁石の周方向中心に、前記セグメントに接続された巻線に対応する前記スロット又は前記溝部の何れかが位置するように配設されること、を要旨とする。
【０００６】
上記構成によれば、正負の整流が交互に行なわれる。そして、これにより、その電流波形の山数はセグメント数の倍、即ちセグメント幅の摺接部を有する従来の構成と比較して倍になり、その結果、整流に伴う電流波形の変動を小さく抑えることができるようになる。更に、各ティースに溝部を形成することで、見かけ上のスロット数は倍化する。従って、上記構成によれば、その整流に伴う電流波形の山数の倍化にあわせて、コギングトルクの次数を倍化させることができる。そして、その磁気変動の少ない部位、即ち各スロット又は各溝部が、その対応する各永久磁石の周方向中心に位置する状態で電流切替を行なうことにより、該切替に伴う電流リップルの発生を抑制することができるようになる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記各給電ブラシの摺接部と隣接して該摺接部と相反する方向にシフトされた高抵抗ブラシを設けること、を要旨とする。
上記構成によれば、各給電ブラシがセグメントと接触し、及び離間する際の火花の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高い静粛性を確保しつつ、小型化及び高出力化を実現することが可能な直流モータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１及び図２に示すように、直流モータ１は、略円筒状をなすヨーク２の内周に複数の永久磁石３を配設してなるステータ４と、同ステータ４の内側において回転自在に支承された電機子５と、同電機子５に給電するための複数（４つ）の給電ブラシ６とを備えてなる。
【００１０】
詳述すると、電機子５は、回転軸７に固定されて同回転軸７と一体回転する電機子コア８及び整流子９を備える。電機子コア８は、径方向外側に向かって放射状に延びる複数のティース１０（１０ａ〜１０ｌ）を有するとともに、これら各ティース１０には、巻線１１が巻回されている。尚、本実施形態では、各巻線１１は、周方向に隣り合う二つのティース１０に亘って分布巻きされている。また、整流子９は、所定間隔で周方向に配設された複数のセグメント１２を有しており、これら各セグメント１２には、それぞれ上記巻線１１の一端が接続されている。そして、これら各セグメント１２に上記各給電ブラシ６が摺接することで、当該セグメント１２と図示しない給電装置とが電気的に接続され、これにより、その回転位置に応じた所定の巻線１１への通電がなされるようになっている。
【００１１】
さらに詳述すると、本実施形態の直流モータ１では、上記ヨーク２の内周に配設された４つの永久磁石３によって、４極の磁極が形成されている。また、電機子コア８は、１２本のティース１０を有しており、これにより、各ティース１０間に形成されるスロット数は「１２」に設定されている。更に、本実施形態では、各ティース１０における上記各永久磁石３との対向面１３、詳しくはその周方向中央部には、軸方向に延びる溝部１４が形成されている。そして、整流子９のセグメント数は、その磁極数「４」とスロット数「１２」の最小公倍数である「１２」、即ち磁極数の整数倍且つスロット数と同数に設定されている。
【００１２】
また、本実施形態の直流モータ１は、４本の上記給電ブラシ６を有している。本実施形態では、各給電ブラシ６は、その隣り合う二つの極性（正／負）が相違する、即ち異極ブラシとなるように、その正極ブラシ及び負極ブラシが上記整流子９を囲むように周方向に沿って交互に配置されている。
【００１３】
更に、上記各セグメント１２との摺接部を構成する各給電ブラシ６先端の幅Ｗ１は、当該各セグメント１２の幅Ｗ０の半分に設定されている。尚、本実施形態の各給電ブラシ６の幅は、その先端から後端まで略等しく形成されている。そして、本実施形態では、その周方向に隣り合う異極ブラシが、互いに相反する方向に上記摺接部の幅Ｗ１の半分だけシフトされている。
【００１４】
具体的には、本実施形態において正極ブラシを構成する給電ブラシ６ａ，６ｃは、図１中、時計回り方向にシフトされており、これら各給電ブラシ６ａ，６ｃと略９０°の間隔をおいて隣り合う異極ブラシ、即ち負極ブラシを構成する各給電ブラシ６ｂ，６ｄは、同図中、反時計回りにシフトされている。そして、本実施形態では、各給電ブラシ６の各摺接部が何れかのセグメント１２（１２ａ〜１２ｌ）に接触し及び同セグメント１２から離間する時点において、該セグメント１２に接続された巻線１１に対応するスロット又は上記溝部１４の何れかが、その対応する永久磁石３（３ａ〜３ｄ）の周方向中心Ｘに位置するように構成されている。
【００１５】
即ち、本実施形態の直流モータ１では、例えば、図２に示すように、正極ブラシを構成する各給電ブラシ６ａ，６ｃが、それぞれ新たなセグメント１２ｂ，１２ｈに接触するとき、負極ブラシを構成する各給電ブラシ６ｂ，６ｄは、それぞれセグメント１２ｄ，１２ｊから離間する。そして、図３に示すように、正極ブラシを構成する各給電ブラシ６ａ，６ｃが、それぞれセグメント１２ａ，１２ｇから離間するとき、負極ブラシを構成する各給電ブラシ６ｂ，６ｄは、それぞれ新たなセグメント１２ｆ，１２ｌに接触する。つまり、本実施形態では、その正負の整流が交互に行なわれる。そして、これにより、その電流波形の山数はセグメント数「１２」の倍、即ち接触部の幅がセグメント幅と等しい従来型のものと比較して倍となる「２４」になり、その結果として、整流に伴う電流波形の変動を小さく抑えることが可能な構成となっている。
【００１６】
また、図２に示すように、例えば、負極ブラシを構成する給電ブラシ６ｂがセグメント１２ｄから離間するとき、当該セグメント１２ｄに接続された巻線１１ｂに対応する永久磁石３ｃの周方向中心Ｘに、その巻線１１ｂが巻回されたティース１０ｇ，１０ｈ間のスロットが位置する。そして、図３に示すように、正極ブラシを構成する給電ブラシ６ａがセグメント１２ａから離間（及び負極ブラシを構成する給電ブラシ６ｂがセグメント１２ｆに接触）するとき、当該セグメント１２ａ（１２ｆ）に接続された巻線１１ａに対応する永久磁石３ｂの周方向中心Ｘに、その巻線１１ａが巻回されたティース１０ｅの溝部１４が位置する。
【００１７】
即ち、各ティース１０における上記各永久磁石３との対向面１３に溝部１４を形成することにより、見かけ上のスロット数は倍化する。つまり、本実施形態では、各溝部１４の形成により、上記電流波形の山数の倍化にあわせて、コギングトルクの次数を倍化させる。そして、その磁気変動の少ない部位、即ち各スロット又は各溝部１４が、その対応する各永久磁石３の周方向中心Ｘに位置する状態で電流切替を行なうことにより、該切替に伴う電流リップルの発生を抑制する構成となっている。
【００１８】
以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）各給電ブラシ６は、その隣り合う二つの極性（正／負）が相違する、即ち異極ブラシとなるように、その正極ブラシ及び負極ブラシが上記整流子９を囲むように周方向に沿って交互に配置される。また、上記各セグメント１２との摺接部を構成する各給電ブラシ６先端の幅は、各セグメント１２の幅の半分に設定される。そして、各給電ブラシ６は、その周方向に隣り合う異極ブラシが、互いに相反する方向に上記摺接部の幅の半分だけシフトされる。
【００１９】
上記構成によれば、正負の整流が交互に行なわれる。そして、これにより、その電流波形の山数はセグメント数の倍、即ちセグメント幅の摺接部を有する従来の構成と比較して倍になり、その結果、整流に伴う電流波形の変動を小さく抑えることができるようになる。
【００２０】
（２）各ティース１０における上記各永久磁石３との対向面１３、詳しくはその周方向中央部には、軸方向に延びる溝部１４が形成される。そして、各給電ブラシ６の各摺接部が何れかのセグメント１２（１２ａ〜１２ｌ）に接触し及び同セグメント１２から離間する時点において、該セグメント１２に接続された巻線１１に対応するスロット又は上記溝部１４の何れかが、その対応する永久磁石３（３ａ〜３ｄ）の周方向中心Ｘに位置するように構成される。
【００２１】
即ち、各ティース１０における上記各永久磁石３との対向面１３に溝部１４を形成することで、見かけ上のスロット数は倍化する。従って、上記構成によれば、その整流に伴う電流波形の山数の倍化にあわせて、コギングトルクの次数を倍化させることができる。そして、その磁気変動の少ない部位、即ち各スロット又は各溝部１４が、その対応する各永久磁石３の周方向中心Ｘに位置する状態で電流切替を行なうことにより、該切替に伴う電流リップルの発生を抑制することができるようになる。
【００２２】
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、各巻線１１は、周方向に隣り合う二つのティース１０に亘って分布巻きされることとした。しかし、これに限らず、本発明は、図４に示されるような一本の巻線１１で連続して複数箇所にコイルを形成する所謂直列巻線の形態を有するものに適用してもよい。また、集中巻きを採用するものに適用してもよい。
【００２３】
・また、図５及び図６に示す直流モータ２１のように、各給電ブラシ６と隣接して該各給電ブラシ６と相反する方向にシフトされた高抵抗ブラシ２２を設ける構成としてもよい。このような構成とすることで、各給電ブラシ６がセグメント１２と接触し、及び離間する際の火花の発生を抑制することができる。尚、高抵抗ブラシ２２が隣接する部位は、各給電ブラシ６先端の摺接部のことである。また、この例では、各高抵抗ブラシ２２は、その隣接する給電ブラシ６と一体に形成された二層構造を有しているが、これに限らず、それぞれ別体に形成されたものを隣接配置する構成であっても良い。
【００２４】
・本実施形態では、各給電ブラシ６先端の幅Ｗ１は、その先端から後端まで略等しく当該各セグメント１２の幅Ｗ０の半分に設定されることとした。しかし、これに限らず、図７及び図８に示すように、その先端部位である摺接部２５の幅のみが各セグメント１２の幅の半分であり、その基端部分については、該摺接部２５よりも幅広に形成してもよい。具体的には、図７に示す給電ブラシ２６のように、その摺接部２５を幅方向片側に寄せて形成してもよく、図８に示す給電ブラシ２７のように幅方向中央部に設けてもよい。これにより、各給電ブラシの剛性を高めて振動を抑制するとともに、その製造上、要求される寸法精度も緩和される等、多くの利益を享受することが可能になる。
【００２５】
・本実施形態では、本発明を、磁極数が「４」、スロット数及びセグメント数が「１２」の直流モータ１に具体化した。しかし、これに限らず、磁極数の整数倍及びセグメント数と同数のスロットを有するものであれば、例えば、磁極数が「６」のもの等、その他の構成を有する直流モータに適用してもよい。
【００２６】
次に、以上の実施形態から把握することのできる技術的思想をその効果とともに記載する。
（イ）請求項１又は請求項２に記載の直流モータにおいて、前記各給電ブラシは、その幅が先端から後端まで略等しく形成されること、を特徴とする直流モータ。これにより、各ブラシの成形が容易になる。
【００２７】
（ロ）請求項１又は請求項２に記載の直流モータにおいて、前記各給電ブラシの基端部を前記摺接部よりも幅広に形成したこと、を特徴とする直流モータ。これにより、各ブラシの剛性を高めて振動の発生を抑制することができる。
【００２８】
（ハ）請求項１又は請求項２に記載の直流モータにおいて、前記磁極数は、４極であること、を特徴とする直流モータ。即ち、磁極数が４極である場合において、上記のような小型・高出力というメリットと磁気音の増大というデメリットとの背反が最も顕著になる。従って、このような構成に本発明を適用することで、より大きな効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態の直流モータの概略構成図。
【図２】本実施形態の永久磁石、ティース（スロット）、セグメント、及びブラシの配置を模式的に示す説明図。
【図３】本実施形態の永久磁石、ティース（スロット）、セグメント、及びブラシの配置を模式的に示す説明図。
【図４】別例の永久磁石、ティース（スロット）、セグメント、及びブラシの配置を模式的に示す説明図。
【図５】別例の直流モータの概略構成図。
【図６】別例の永久磁石、ティース（スロット）、セグメント、及びブラシの配置を模式的に示す説明図。
【図７】別例のブラシの概略構成図。
【図８】別例のブラシの概略構成図。
【符号の説明】
【００３０】
１，２１…直流モータ、２…ヨーク、３（３ａ〜３ｄ）…永久磁石、４…ステータ、５…電機子、６（６ａ〜６ｄ），２６，２７…給電ブラシ、７…回転軸、８…電機子コア、９…整流子、１０（１０ａ〜１０ｌ）…ティース、１１（１１ａ，１１ｂ）…巻線、１２（１２ａ〜１２ｌ）…セグメント、１３…対向面、１４…溝部、２２…高抵抗ブラシ、２５…摺接部、幅…Ｗ０，Ｗ１。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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