DE102014113760A1

DE102014113760A1 - Motor mit Bürste

Info

Publication number: DE102014113760A1
Application number: DE102014113760.4A
Authority: DE
Inventors: c/o Asmo Co. Ltd. Ichikawa Tetsuaki; c/o Asmo Co. Ltd. Yamamoto Toshio; c/o Asmo Co. Ltd. Kuwano Masayuki
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-04-07
Filing date: 2014-09-23
Publication date: 2015-10-08
Also published as: CN104979970A; CN104979970B

Abstract

Ein Bürstenmotor weist eine Drehwelle, einen Kommutator mit mehreren Segmenten, die durch mehrere in ungleichen Abständen angeordnete Unterschneidungen voneinander getrennt sind, einen Anker, mehrere Dauermagnete, eine Spannungsausgleichsleitung, eine Pluselektrodenbürste und eine Minuselektrodenbürste auf. Wenn Pz die Anzahl der Dauermagnete ist und N die Anzahl der Segmente ist, dann ist eine Beziehung N = Pz(K – 0,5) erfüllt. Pz ist eine gerade Zahl, die größer oder gleich vier ist. K ist eine Konstante und ist eine natürliche Zahl, die größer oder gleich zwei ist. Die mehreren Unterschneidungen beinhalten mindestens einen Satz von Unterschneidungen, die mit einem Unterschneidungsabstand angeordnet sind, der sich von einem Bezugswinkel θz unterscheidet. Der Bezugswinkel θz wird durch einen Vergleichsausdruck θz = (360 Grad/Pz) ± (360 Grad/2N) angegeben.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bürstenmotor.
Herkömmlicherweise werden in einem Bürstenmotor durch eine Kraft, die während einer Drehung von einer Bürste an einen Kommutator angelegt wird, Nebengeräusche erzeugt, und diese Nebengeräusche werden zu einer Ursache für Lärm, Vibration und dergleichen. Insbesondere können die Geräusche dann ein Problem werden, wenn der Bürstenmotor in einem fahrzeugseitigen bzw. Bordmotor verwendet wird, der leise sein soll.
Es wurde ein Kommutator vorgeschlagen, bei dem mehrere Segmente (Kommutatorteile), die auf einer Außenumfangsfläche des Kommutators angeordnet sind, unterschiedliche Umfangsbreiten aufweisen, so dass Unterschneidungen (Nuten), die zwischen aneinander angrenzenden Elementen ausgebildet sind, nicht mit gleichen Abständen angeordnet sind (z.B. japanisches Patent Nr. 3994010 ).
In dem Motor des japanischen Patents Nr. 3994010 sind eine Pluselektrodenbürste und eine Minuselektrodenbürste so angeordnet, dass sie einander zugewandt sind. Somit laufen die Plus- und Minuselektrodenbürsten während jeder Umdrehung, die von dem Motor erzeugt wird, mehrmals gleichzeitig an aneinander angrenzenden Segmenten entlang. Da die Plus- und Minuselektrodenbürsten bei jeder Umdrehung oft gleichzeitig an den aneinander angrenzenden Segmenten entlang laufen, ist dies nachteilig für die Motoreigenschaften, es erhöht die Schwankungsbreite des Stromwerts, der zu einer Wicklung geliefert wird, und es verstärkt die Drehmomentschwankung, die Vibration und Nebengeräusche.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Bürstenmotor zu schaffen, der in der Lage ist, den Pegel von Nebengeräuschen zu senken, die aus der Lagebeziehung einer Bürste und der Unterschneidungen von in unregelmäßigen Winkelintervallen ausgebildeten Segmenten erzeugt werden.
Um das genannte Ziel zu erreichen, ist ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Bürstenmotor mit einer Drehwelle. Ein Kommutator ist an der Drehwelle fixiert. Der Kommutator beinhaltet mehrere Segmente, die durch mehrere Unterschneidungen isoliert und getrennt sind. Die mehreren Unterschneidungen sind in unregelmäßigen Winkelabständen um eine Mittelachse der Drehwelle herum angeordnet. Ein Anker ist an der Drehwelle fixiert. Mehrere Dauermagnete sind an einer Außenseite des Ankers angeordnet. Die mehreren Dauermagnete sind in gleichen Abständen so angeordnet, dass Richtungen von Magnetpolen bei aneinander angrenzenden Dauermagneten verschieden sind. Eine Spannungsausgleichsleitung verbindet verschiedene von den Segmenten miteinander. Eine Pluselektrodenbürste und eine Minuselektrodenbürste sind an einem Außenumfang des Kommutators an Positionen angeordnet, die einander nicht zugewandt sind. Wenn Pz die Zahl der Dauermagnete ist und N die Zahl der Segmente ist, gilt eine Beziehung N = Pz(K – 0,5), wobei Pz eine gerade Zahl ist, die größer oder gleich vier ist, K eine Konstante ist und eine natürliche Zahl ist, die größer oder gleich zwei ist. Die mehreren Unterschneidungen beinhalten mindestens einen Satz von Unterschneidungen, die mit einem Unterschneidungsabstand angeordnet sind, der sich von einem Bezugswinkel θz unterscheidet, und der Bezugswinkel θz wird durch einen Vergleichsausdruck θz = (360 Grad/Pz) ± (360 Grad/2N) angegeben.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Bürstenmotor mit einer Drehwelle. Ein Kommutator ist an der Drehwelle fixiert. Der Kommutator beinhaltet mehrere Segmente, die durch mehrere Unterschneidungen isoliert und getrennt sind. Die mehreren Unterschneidungen sind in unregelmäßigen Winkelabständen um eine Mittelachse der Drehwelle herum angeordnet. Ein Anker ist an der Drehwelle fixiert. Mehrere Dauermagnete sind an einer Außenseite des Ankers angeordnet. Die mehreren Dauermagnete sind in gleichen Abständen so angeordnet, dass Richtungen von Magnetpolen bei aneinander angrenzenden Dauermagneten verschieden sind. Eine Spannungsausgleichsleitung verbindet verschiedene von den Segmenten miteinander. Eine Pluselektrodenbürste und eine Minuselektrodenbürste sind an einem Außenumfang des Kommutators an Positionen angeordnet, die einander nicht zugewandt sind. Wenn Pz die Zahl der Dauermagnete ist und N die Zahl der Segmente ist, gilt eine Beziehung N = Pz × K, wobei Pz eine gerade Zahl ist, die größer oder gleich vier ist, K eine Konstante ist und eine natürliche Zahl ist, die größer oder gleich zwei ist. Die mehreren Unterschneidungen beinhalten mindestens einen Satz von Unterschneidungen, die mit einem Unterschneidungsabstand angeordnet sind, der sich von einem Bezugswinkel θz unterscheidet, und der Bezugswinkel θz wird durch einen Vergleichsausdruck θz = 360 Grad/Pz angegeben.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Bürstenmotor mit einer Drehwelle. Ein Kommutator ist an der Drehwelle fixiert. Der Kommutator beinhaltet mehrere Segmente, die durch mehrere Unterschneidungen isoliert und getrennt sind. Die mehreren Unterschneidungen sind in unregelmäßigen Winkelabständen um eine Mittelachse der Drehwelle herum angeordnet. Ein Anker ist an der Drehwelle fixiert. Mehrere Dauernet. Eine Bürste ist an einem Außenumfang des Kommutators angeordnet. Die Drehwelle, der Kommutator und der Anker sind gemeinsam in Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen drehbar. N ist die Zahl der Segmente und die Zahl der mehreren Unterschneidungen. Mittlere Positionen der mehreren Unterschneidungen in Umfangsrichtung sind in einer Vorwärtsdrehrichtung und einer Rückwärtsdrehrichtung von einer entsprechenden mittleren Position in Umfangsrichtung verschoben, wenn die mehreren Unterschneidungen in einem gleichen Winkel ausgebildet sind. Z1 ist der Abweichungswinkel, über den die einzelnen Unterschneidungen in der Vorwärtsdrehrichtung insgesamt verschoben sind. Z2 ist der Abweichungswinkel, über den die einzelnen Unterschneidungen in der Rückwärtsdrehrichtung insgesamt verschoben sind. Z ist die Summe der Abweichungswinkel. Z = Z1 + Z2 ist erfüllt. Wenn P die Anzahl der Polpaare der Magnetpole der Dauermagnete ist, stellt Q = (Z/N)/P einen Indexwert Q dar, und der Indexwert Q ist –0,5 Grad < Q < +0,5 Grad.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung mag zusammen mit ihren Zielen und Vorteilen am besten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen und die begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in denen:
1 eine Querschnittsansicht eines Bürstenmotors mit vier Polen und zehn Segmenten gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
2 eine Frontansicht der einzelnen Segmente des Motors von 1 in der axialen Richtung ist;
3 ein entfaltetes Diagramm ist, das ein Wickelverfahren für den Motor von 1 zeigt;
4 eine Frontansicht jedes Segments eines Bürstenmotors mit vier Polen und zehn Segmenten mit einer gleichen Teilung, gesehen in der axialen Richtung, ist;
5 ein entfaltetes Diagramm ist, das ein Wickelverfahren für den Motor von 4 zeigt;
6A ein Graph ist, der eine Anregungskraft in Bezug auf jede Frequenzkomponente n-ter Ordnung der Anregungskraft des Motors von 1 zeigt.
6B ein Graph ist, der eine Anregungskraft in Bezug auf jede Frequenzkomponente n-ter Ordnung des Motors von 4 zeigt;
7 eine Frontansicht der einzelnen Segmente eines Bürstenmotors mit vier Polen und zwölf Segmenten gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, gesehen in der axialen Richtung, ist;
8 ein entfaltetes Diagramm ist, das ein Wickelverfahren für den Motor von 7 zeigt;
9 eine Frontansicht der einzelnen Segmente eines Bürstenmotors mit vier Polen und zwölf Segmenten mit einer gleichen Teilung, gesehen in der axialen Richtung, ist;
10 ein entfaltetes Diagramm ist, das ein Wickelverfahren des Motors von 9 zeigt;
11 eine Frontansicht jedes Segments eines Bürstenmotors mit vier Polen und zehn Segmenten gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, gesehen in der axialen Richtung, ist;
12A eine Frontansicht des Motors von 11, gesehen in der axialen Richtung, ist, die Unterschneidungen zeigt, die in ungleichen Winkelabständen ausgebildet sind;
12B ein Graph ist, der einen Winkel zeigt, über die die Unterschneidungen von den einzelnen Bezugslinien in 12A abweichen;
13 eine Frontansicht des herkömmlichen Motors, gesehen in der axialen Richtung, ist, einschließlich Unterschneidungen, die in gleichen Winkelabständen ausgebildet sind;
14 ein Graph ist, der eine Nulllastdrehzahl in Bezug auf einen Indexwert im Motor von 11 zeigt;
15 ein Graph ist, der einen Nulllaststrom in Bezug auf einen Indexwert im Motor von 11 zeigt;
16 ein Graph ist, der einen Abweichungswinkel jeder der Unterschneidungen zeigt und der ein extremes Beispiel für die Unterschneidungen darstellt, die in einem ungleichen Winkelabstand angeordnet sind;
17 eine Frontansicht in der axialen Richtung ist, die ein weiteres Beispiel für einen Bürstenmotor und die Anordnung der Bürste und der Segmente des Motors darstellt, wobei die Anzahl der Nuten durch die Anzahl der Magnetpole teilbar ist;
18 ein Graph für ein anderes Beispiel eines Bürstenmotors ist, bei dem der Winkel der Abweichung von den einzelnen Bezugslinien in den Unterschneidungen der einzelnen Innenumfangsflächenregionen des Motors, bei dem die Anzahl der Polpaare drei ist; und
19 eine Frontansicht in der einzelnen Segmente, gesehen in der axialen Richtung, in einem anderen Beispiel für den Bürstenmotor ist;
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform eines Bürstenmotors wird nun mit Bezug auf 1 bis 6 beschrieben.
Wie in 1 dargestellt ist, weist ein Bürstenmotor 1 ein Motorgehäuse 2 auf. Das Motorgehäuse 2 weist ein zylindrisches Jochgehäuse 3, eine Endabdeckung 4 zum Verschließen einer hinteren Öffnung des Jochgehäuses 3 und eine Frontabdeckung 5 auf, die aus einem Isoliermaterial gebildet ist, zum Abdecken einer vorderen Öffnung des Jochgehäuses 3.
Mehrere Dauermagnete 6 (vier in der vorliegenden Ausführungsform) sind in einer Umfangsrichtung an einer Innenumfangsfläche 3a des Jochgehäuses 3 angeordnet und fixiert. Die vier Dauermagnete 6 beinhalten zwei Dauermagnete 6, bei denen eine radial innere Seite auf einen N-Pol magnetisiert ist und eine radial äußere Seite auf einen S-Pol magnetisiert ist, und zwei Dauermagnete 6, bei denen die radial innere Seite auf den S-Pol magnetisiert ist und die radial äußere Seite auf den N-Pol magnetisiert ist. Die Dauermagnete sind in der Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet. Anders ausgedrückt sind die Dauermagnete 6, bei denen sich die Richtung der Magnetpole in der radialen Richtung unterscheidet, mit gleichen Abständen abwechselnd auf der Innenumfangsfläche 3a des Jochgehäuses 3 angeordnet. Somit ist der Bürstenmotor 1 der vorliegenden Ausführungsform ein Motor, bei dem die Anzahl der Pole Pz vier ist (die Anzahl der Polpaare P zwei ist).
Ein Anker 7 ist im Motorgehäuse 2 angeordnet. Der Anker 7 beinhaltet eine Drehwelle 8, die auf einer Mittelachsenlinie des Jochgehäuses 3 angeordnet ist, einen Ankerkern 9, der an der Drehwelle 8 fixiert ist, eine Wicklung 10, die um den Ankerkern 9 gewickelt ist, und einen Kommutator 11, der so an der Drehwelle 8 fixiert ist, dass er an den Ankerkern 9 angrenzt.
Die Drehwelle 8 wird in Bezug auf das Motorgehäuse 2 drehbar von Lagern 12 und 13 getragen, die an einer mittleren Position der Endabdeckung 4 bzw. einer mittleren Position der Frontabdeckung 5 angeordnet sind. Ein distales Ende der Drehwelle 8 steht von der Frontabdeckung 5 vor, so dass die Drehwelle 8 als Antriebswelle dient, die eine Drehkraft an einen (nicht dargestellten) Antriebsmechanismus anlegt.
Der Ankerkern 9 ist an der Drehwelle 8 fixiert und beinhaltet mehrere Zähne 9a (zehn in der vorliegenden Ausführungsform), die sich radial zur radialen Außenseite um eine Mittelachse O der Drehwelle 8 erstrecken. Die zehn Zähne 9a sind mit einer vorgegebenen gleichen Teilung in der Umfangsrichtung ausgebildet. Eine radiale distale Stirnfläche jedes Zahns 9a ist dem Dauermagneten 6 zugewandt, der auf der Innenumfangsfläche 3a des Jochgehäuses 3 angeordnet ist. Da die Anzahl der Zähne 9a zehn beträgt, ist die Anzahl der Nuten, die zwischen den Zähnen 9a ausgebildet sind, zehn. Die Wicklung 10 ist um die einzelnen Zähne 9a gewickelt.
Wie in 1 und 2 dargestellt ist, grenzt der Kommutator 11 an den Ankerkern 9 an und ist an der Drehwelle 8 fixiert und in der Frontabdeckung 5 angeordnet, so dass er sich als Einheit mit der Drehwelle 8 zusammen mit dem Ankerkern 9 dreht. Mehrere Segmente SG sind an der Außenumfangsfläche des Kommutators 11 ausgebildet. Die Anzahl N der Segmente der Segmente SG der vorliegenden Ausführungsform ist zehn, um der Anzahl der Zähne 9a (der Anzahl der Nuten) zu entsprechen. Daher ist der Bürstenmotor 1 der vorliegenden Ausführungsform ein Bürstenmotor, der vier Pole und zehn Segmente aufweist. Die zehn Segmente SG werden in der Reihenfolge des Uhrzeigersinns, wie sie in 2 dargestellt sind, als erste bis zehnte Segmente SG1 bis SG10 bezeichnet, um die Beschreibung zu vereinfachen.
Der Uhrzeigersinn in 2 wird als Vorwärtsdrehrichtung des Motors 1 bezeichnet. Somit wird der Gegenuhrzeigersinn als Rückwärtsdrehrichtung des Motors 1 bezeichnet.
Wie in 1 dargestellt ist, ist eine Fahne 11b, die zur radial äußeren Seite hin gebogen ist, einheitlich an einem Ende in einer axialen Richtung in der Nähe des Ankerkerns 9 jedes Segments SG (SG1 bis SG10) ausgebildet. Die Wicklung 10, die um den Zahn 9a gewickelt ist, wird in der Fahne 11b jedes Segments gehalten. Der gehaltene Abschnitt der Wicklung 10 ist so an einer Fahne 11b fusioniert und fixiert, dass er mit dem Segment SG, das die Fahne 11b beinhaltet, elektrisch verbunden ist.
3 ist ein entwickeltes Diagramm, das die Drahtverbindung der Wicklung 10 zwischen dem Segment SG1 bis SG10 und den Zähnen 9a zeigt. Die Wicklung 10 ist um beide angrenzenden Zähne 9a gewickelt und wird dadurch gewickelt, dass eine Schleifenwicklung ausgeführt wird, bei der das Anfangsende elektrisch mit einem Segment SG verbunden wird und ein abschließendes Ende elektrisch mit dem anderen Segment SG verbunden wird.
Wie in 3 dargestellt ist, verbinden fünf Spannungsausgleichsleitungen, nämlich erste bis fünfte Spannungsausgleichsleitungen WL1 bis WL5, ein Paar Segmente SG miteinander, um die Anzahl der Bürsten auf zwei zu verringern, nämlich die Plus- und die Minuselektrodenbürsten B1 und B2. Genauer verbindet die erste Spannungsausgleichsleitung WL1 das zehnte Segment SG10 und das fünfte Segment SG5. Die zweite Spannungsausgleichsleitung WL2 verbindet das erste Segment SG1 und das sechste Segment SG6. Ferner verbindet die dritte Spannungsausgleichsleitung WL3 das zweite Segment SG2 und das siebte Segment SG7. Die vierte Spannungsausgleichsleitung WL4 verbindet das dritte Segment SG3 und das achte Segment SG8. Die fünfte Spannungsausgleichsleitung WL5 verbindet das vierte Segment SG4 und das neunte Segment SG9.
Wie in 2 dargestellt ist, werden die beiden Bürsten, das heißt die Plus- und die Minuselektrodenbürsten B1 und B2, gegen die ersten bis zehnten Segmente SG1 bis SG10 gedrängt, so dass sie in der Lage sind, von der radial äußeren Seite her kontaktierend zu gleiten. Die Plus- und die Minuselektrodenbürsten B1 und B2 sind an Positionen angeordnet, die über eine Teilung (einen Bürstenanordnungswinkel θb) von 90 Grad in der Umfangsrichtung beabstandet sind, so dass sie einander nicht zugewandt sind.
Genauer nimmt eine Basisplatte 15, wie in 1 dargestellt, eine solche Fläche ein und ist so ausgebildet, dass sie den Kommutator 11 an einer innenseitigen Oberfläche der Frontabdeckung 5 umgibt. Auf der Basisplatte 15 erstrecken sich zwei Bürstenhalterkästen 16 (von denen in 1 nur einer dargestellt ist), welche die Plus- bzw. die Minuselektrodenbürsten B1 und B2 aufnehmen, in Richtung auf die Mittelachse O der Drehwelle 8.
Die beiden Bürstenhalterkästen 16 sind so ausgebildet, dass eine in Umfangsrichtung mittlere Position gegenseitig um 90 Grad in der Umfangsrichtung um die Mittelachse O der Drehwelle 8 herum beabstandet ist. In den beiden Bürstenhalterkästen 16 ist die radial innere Seite offen, und die Form der Öffnung, gesehen von der Drehwelle 8 aus, ist quadratisch. Die Pluselektrodenbürste B1 ist in einen Bürstenhalterkasten 16 eingeführt. Die Minuselektrodenbürste B2 ist in den anderen Bürstenhalterkasten 16 eingeführt.
Wie in 2 dargestellt ist, sind daher die Pluselektrodenbürste B1 und die Minuselektrodenbürste B2 um 90 Grad in der Umfangsrichtung um die Mittelachse O der Drehwelle 8 voneinander beabstandet, da die beiden Bürstenhalterkästen 16 mit einem Abstand von 90 Grad in der Umfangsrichtung um die Mittelachse O ausgebildet sind. Das heißt, die in Umfangsrichtung mittleren Positionen der Gleitkontaktflächen der Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 sind über 90 Grad in der Umfangsrichtung um die Mittelachse O der Drehwelle 8 voneinander getrennt. Anders ausgedrückt ist der Bürstenanordnungswinkel θb (= 360/(Pz × K)) 90 Grad. Pz ist die Anzahl der Pole, und K ist eine natürliche Zahl und ist in diesem Fall eins.
Die beiden Bürstenhalterkästen 16 nehmen eine Druckschraubenfeder 19 auf, welche die entsprechenden Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 elastisch auf die radial innere Seite vorbelastet.
Infolgedessen können sich die Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 jeweils zur radial inneren Seite hin bewegen, während sie entlang des Bürstenhalterkastens 16 gelenkt werden. Die Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 stehen von der Öffnung an der radial inneren Seite der jeweiligen Bürstenhalterkästen 16 vor und werden in Gleitkontakt gegen die einzelnen Segmente SG des Kommutators 11 gedrängt.
Daher wird der Strom von der Pluselektrodenbürste B1 und der Minuselektrodenbürste B2 durch die Segmente SG, die mit der Pluselektrodenbürste B1 und der Minuselektrodenbürste B2 in Gleitkontakt stehen, zu der Wicklung 10 geliefert, die um den Ankerkern 9 gewickelt ist, so dass sich der Bürstenmotor 1 in den Vorwärts- und Rückwärtsdrehrichtungen dreht.
Wie in 2 dargestellt ist, sind die ersten bis zehnten Segmente SG1 bis SG10 an einer Außenumfangsfläche eines zylindrischen Isolierelements 11a fixiert, das an der Drehwelle 8 fixiert ist, und die angrenzenden Segmente SG sind durch eine Unterschneidung (Nut) C isoliert. Die zehn Unterschneidungen C haben in der Umfangsrichtung (über die Unterschneidungsbreite G) den gleichen Abstand. Die zehn Unterschneidungen C werden in der Reihenfolge der Vorwärtsdrehrichtung als erste bis zehnte Unterschneidung C1 bis C10 bezeichnet, um die Beschreibung der einzelnen Unterschneidungen zu erleichtern.
Die ersten bis zehnten Segmente SG1 bis SG10 werden durch Schneiden eines zylindrischen, leitfähigen Metallbasismaterials (nicht dargestellt) in einer axialen Richtung ausgebildet. Genauer wird das zylindrische, leitfähige Metallbasismaterial von außen an die Außenumfangsfläche des an der Drehwelle 8 fixierten Isolierelements 11a gepasst und daran fixiert. Das zylindrische, leitfähige Metallbasismaterial, das an der Außenumfangsfläche des Isolierelements 11a fixiert ist, wird dann entlang der axialen Richtung von zehn Regionen, die vorab in der Umfangsrichtung definiert worden sind, geschnitten. Dadurch werden die ersten bis zehnten Segmente SG1 bis GS10 ausgebildet, die gegeneinander isoliert und voneinander beabstandet sind. Die Abschnitte, die in der axialen Richtung geschnitten worden sind, werden die ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10.
Die ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10 sind in der Umfangsrichtung nicht in gleichen Winkelabständen (gleichen Teilungen) um die Mittelachse O der Drehwelle 8 herum angeordnet. Das heißt, die ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10 sind in der Umfangsrichtung in vorgegebenen, ungleichen Winkelabständen (ungleichen Teilungen) angeordnet.
Position, wo die Unterschneidung C ausgebildet wird
Nun werden die Positionen beschrieben, wo die ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10 ausgebildet werden, wenn die zehn Segmente SG (SG1 bis SG10) des Kommutators 11 ausgebildet werden.
Zunächst zeigt 4 die Positionen, wo die ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10 des herkömmlichen Motors mit vier Polen und zehn Segmenten ausgebildet werden. Die ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10 sind in der Umfangsrichtung um die Mittelachse O der Drehwelle 8 herum mit einer gleichen Teilung (= 36 Grad) ausgebildet. In diesem Fall werden Linien, die durch die in Umfangsrichtung mittleren Positionen jeder der Unterschneidungen C1 bis C10 von der Mittelachse O der Drehwelle 8 aus verlaufen, in der Reihenfolge der Vorwärtsdrehrichtung als erste bis zehnte Bezugslinien L1 bis L10 bezeichnet.
5 ist ein entwickeltes Diagramm, das eine Drahtverbindung der Wicklung 10 des in 4 dargestellten herkömmlichen Bürstenmotors mit vier Polen und zehn Segmenten zeigt. Die Wicklung 10 ist als Schleifenwicklung auf die gleiche Weise gewickelt wie in der vorliegenden Ausführungsform.
Der Bürstenmotor 1 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Motor, bei dem die Anzahl der Pole Pz vier beträgt und die Anzahl der Segmente N zehn beträgt, wie bei dem herkömmlichen Bürstenmotor mit vier Polen und zehn Segmenten, der in 4 dargestellt ist, und bei dem der folgende Vergleichsausdruck wahr ist. N = Pz(K – 0,5)
Hierbei ist die Anzahl der Pole Pz eine gerade Zahl, die größer oder gleich vier ist. K ist eine Konstante und ist eine natürliche Zahl, die größer oder gleich zwei ist.
Der Bürstenmotor, bei dem ein solcher Vergleichsausdruck wahr ist, ist ein Motor, bei dem die Anzahl der Nuten (die Anzahl der Zähne) nicht durch die Anzahl der Pole Pz geteilt werden kann. Der Bürstenmotor 1 der vorliegenden Ausführungsform ist der Motor, bei dem der oben genannte Vergleichsausdruck wahr ist, wenn die Konstante drei ist.
Im Falle des Bürstenmotors, bei dem N = Pz(K – 0,5) wahr ist und die Positionen von jeder der Unterschneidungen mit einer gleichen Teilung ausgebildet sind, wird eine Unterschneidung C als Bezug gesetzt und die in Umfangsrichtung mittleren Positionen der anderen Unterschneidungen C befinden sich an Positionen eines Bezugswinkels θz, der nachstehend definiert ist. θz = (360 Grad/Pz) ± (360 Grad/2N)
Wenn die Anzahl der Pole Pz vier ist und die Anzahl der Segmente N zehn ist, ist der Bezugswinkel θz = (360 Grad/4) ± (360 Grad/20) = 90 Grad ± 18 Grad. Ferner werden zwei Bezugswinkel θz, das heißt 108 Grad und 72 Grad, erhalten. Die beiden Bezugswinkel θz bedeuten, dass, betrachtet von einer Unterschneidung aus, die anderen Unterschneidungen an der Position von 108 Grad bzw. der Position von 72 Grad liegen.
Von den zwei Bezugswinkeln θz wird einer der Bezugswinkel θz, nämlich 72 Grad, als erster Bezugsunterschneidungsabstand θz1 bezeichnet. Der andere von den Bezugswinkeln θz, nämlich 108 Grad, als zweiter Bezugsunterschneidungsabstand θz2 bezeichnet.
Das heißt, wenn im Falle des Motors mit vier Polen und zehn Segmenten, der in 4 dargestellt ist, beispielsweise die erste Unterschneidung C1 als Bezug verwendet wird, dann befindet sich die dritte Unterschneidung C3 an der Position, die durch den ersten Bezugsunterschneidungsabstand θz1 von der ersten Unterschneidung C1 getrennt ist, und die vierte Unterschneidung C4 befindet sich an der Position, die durch den zweiten Bezugsunterschneidungsabstand θz2 von der ersten Unterschneidung C1 getrennt ist.
Die Positionen der ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10 der vorliegenden Ausführungsform sind mit einer ungleichen Teilung angeordnet, wie in 2 dargestellt ist.
Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform ist mindestens ein Satz von Unterschneidungsabständen θx1 und θx2 eingerichtet, der sich von den ersten und zweiten Bezugsunterschneidungsabständen θz1 und θz2 unterscheidet, die durch den Bezugswinkel θz (= (360 Grad/Pz) ± (360 Grad/2N) angegeben werden.
In 2 ist der Unterschneidungsabstand θx1 auf 70 Grad in Bezug auf den ersten Bezugsunterschneidungsabstand θz1 (= 72 Grad) eingestellt, wobei die erste Unterschneidung C1 als Bezug dient, und der Unterschneidungsabstand θx2 ist in Bezug auf den zweiten Bezugsunterschneidungsabstand θz2 (= 108 Grad) auf 110 Grad eingestellt.
Infolgedessen ist die dritte Unterschneidung C3, die in 2 dargestellt ist, so ausgebildet, dass eine dritte Bezugslinie L3a an einer Position liegt, die im Gegenuhrzeigersinn um zwei Grad von der dritten Bezugslinie L3 der in 4 dargestellten dritten Unterschneidung C3 abweicht. Ferner ist die vierte Unterschneidung C4, die in 2 dargestellt ist, so ausgebildet, dass eine vierte Bezugslinie L4a an einer Position liegt, die im Uhrzeigersinn um zwei Grad von der vierten Bezugslinie L4 der in 4 dargestellten vierten Unterschneidung C4 abweicht.
Somit ist die Teilung zwischen der dritten Unterschneidung C3 und der vierten Unterschneidung C4, die in 2 dargestellt ist, eine ungleiche Teilung von 40 Grad, die von 36 Grad (einer gleichen Teilung) abweicht. Aufgrund der Ausbildung der ungleichen Teilung von 40 Grad sind die Teilung zwischen der zweiten Unterschneidung C2 und der dritten Unterschneidung C3 und die Teilung zwischen der vierten Unterschneidung C4 und der fünften Unterschneidung C5 eine ungleiche Teilung von 34 Grad, um die 4 Grad mit jeder der anderen Teilungen auszugleichen.
Daher sind die Umfangsbreiten der zweiten und vierten Segmente SG2 und SG4, die an den Positionen angeordnet sind, die der ungleichen Teilung von 34 Grad entsprechen, so ausgebildet, dass sie in Bezug auf die Umfangsbreite des Segments SG, das an der Position angeordnet ist, die der gleichen Teilung von 36 entspricht, kurz sind. Im Gegensatz dazu ist die Umfangsbreite des dritten Segments SG3, das an der Position angeordnet ist, die der ungleichen Teilung von 40 Grad entspricht, so ausgebildet, dass sie in Bezug auf die Umfangsbreite des Segments SG, das an der Position angeordnet ist, die der gleichen Teilung von 36 entspricht, lang ist.
Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausführungsform die achte Unterschneidung C8, die in 2 dargestellt ist, ebenfalls so ausgebildet, dass eine achte Bezugslinie L8a an einer Position liegt, die im Gegenuhrzeigersinn um zwei Grad von der achten Bezugslinie L8 der in 4 dargestellten achten Unterschneidung C8 abweicht. Ferner ist die neunte Unterschneidung C9, die in 2 dargestellt ist, so ausgebildet, dass eine neunte Bezugslinie L9a an einer Position liegt, die im Uhrzeigersinn um zwei Grad von der neunten Bezugslinie L3 der in 4 dargestellten neunten Unterschneidung C9 abweicht.
Somit ist die Teilung zwischen der achten Unterschneidung C8 und der neunten Unterschneidung C9, die in 2 dargestellt ist, eine ungleiche Teilung von 40 Grad, die sich von 36 Grad (einer gleichen Teilung) unterscheidet. Auf die gleiche Weise sind die Teilung zwischen der siebten Unterschneidung C7 und der achten Unterschneidung C8 und die Teilung zwischen der neunten Unterschneidung C9 und der zehnten Unterschneidung C10 aufgrund der Ausbildung der ungleichen Teilung von 40 Grad mit einer ungleichen Teilung von 34 Grad ausgebildet, um die 4 Grad mit jeder der anderen Teilungen auszugleichen.
Daher sind die Umfangsbreiten der siebten und neunten Segmente SG7 und SG9, die an den Positionen angeordnet sind, die der ungleichen Teilung von 34 Grad entsprechen, so ausgebildet, dass sie in Bezug auf die Umfangsbreite des Segments SG, das an der Position angeordnet ist, die der gleichen Teilung von 36 entspricht, kurz sind. Im Gegensatz dazu ist die Umfangsbreite des achten Segments SG8, das an der Position angeordnet ist, die der ungleichen Teilung von 40 entspricht, so ausgebildet, dass sie in Bezug auf die Umfangsbreite des Segments SG, das an der Position angeordnet ist, die der gleichen Teilung von 36 entspricht, lang ist.
In der vorliegenden Ausführungsform beinhalten die ersten bis fünften Unterschneidungen C1 bis C5 einen Satz von Unterschneidungen, der drei Unterschneidungen beinhaltet, von denen zwei an einer ungleichen Teilung von 34 Grad angeordnet sind und eine an einer ungleichen Teilung von 40 Grad angeordnet ist. Die Segmente SG, die unterschiedliche Umfangsbreiten aufweisen, sind entsprechend den beiden ungleichen Teilungen von 34 Grad und der einen ungleichen Teilung von 40 Grad auf der rechten Hälfte der ersten bis fünften Unterschneidungen C1 bis C5 ausgebildet. Ferner beinhalten die sechsten bis zehnten Unterschneidungen C6 bis C10 ebenfalls einen Satz von Unterschneidungen, der drei Unterschneidungen beinhaltet, von denen zwei an der ungleichen Teilung von 34 Grad angeordnet sind und eine an der ungleichen Teilung von 40 Grad angeordnet ist. Die Segmente SG, die unterschiedliche Umfangsbreiten aufweisen, sind ebenfalls entsprechend den beiden ungleichen Teilungen von 34 Grad und der einen ungleichen Teilung von 40 Grad auf der linken Hälfte der sechsten bis zehnten Unterschneidungen C6 bis C10 ausgebildet.
In der vorliegenden Ausführungsform werden zwei ungleiche Teilungen von 34 Grad verwendet, um die Umfangsbreite von 4 Grad, die erzeugt wird, wenn die ungleiche Teilung 40 Grad ausgebildet wird, mit jeder der anderen Teilungen auszugleichen. Stattdessen kann die Umfangsbreite von 4 Grad beispielsweise mit einer einzigen ungleichen Teilung von 32 Grad ausgeglichen werden. Auch in diesem Fall können ein Segment SG, das einer ungleichen Teilung von 32 Grad entspricht, und ein Segment SG, das einer ungleichen Teilung von 40 Grad entspricht, auf der rechten Hälfte der ersten bis fünften Unterschneidungen C1 bis C5 ausgebildet sein.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Unterschneidungsabstände θx1 und θx2, die sich von den ersten und zweiten Bezugsunterschneidungsabständen θz1 und θz2 (dem Bezugswinkel θz) unterscheiden, 70 Grad bzw. 110 Grad. Anders ausgedrückt ist die dritte Unterschneidung C3 an der Stelle der dritten Bezugslinie L3a ausgebildet, die im Gegenuhrzeigersinn um zwei Grad von der dritten Bezugslinie L3 abweicht, und die vierte Unterschneidung C4 ist an der Stelle der vierten Bezugslinie L4a ausgebildet, die im Uhrzeigersinn um zwei Grad von der vierten Bezugslinie L4 abweicht.
Jedoch sind die unterschiedlichen Unterschneidungsabstände θx1 und θx2 nicht auf 70 Grad und 110 Grad beschränkt. Das heißt, dass im oben genannten Fall weder der Winkel, der im Gegenuhrzeigersinn von der dritten Bezugslinie L3 abweicht, noch der Winkel, der im Uhrzeigersinn von der vierten Bezugslinie L4 abweicht, auf zwei Grad beschränkt sind.
Jedoch ist die Umfangsbreite des zweiten Segments SG2 so beschränkt, dass sie nicht kleiner sein darf als der vorab spezifizierte Wert, wenn der Abweichungswinkel zu groß ist und sich die dritte Bezugslinie L3a der zweiten Bezugslinie L2 nähert (das gleiche gilt für das vierte Segment SG4).
Das bedeutet, dass die Pluselektrodenbürste B1 und die Minuselektrodenbürste B2 die drei Segmente, das heißt das zweite Segment SG2 und die ersten und dritten Segmente SG1 und SG3, die an das zweite Segment SG2 angrenzen, nicht gleichzeitig berühren (das gleiche gilt für das vierte Segment SG4). Der Abweichungswinkel ist innerhalb eines vorgegebenen Bereichs so beschränkt, dass die Umfangsbreite des zweiten Segments SG2 so eingestellt wird, dass die Pluselektrodenbürste B1 und die Minuselektrodenbürste B2 die drei Segmente nicht gleichzeitig berühren (das gleiche gilt für das vierte Segment SG4).
Nun wird die Funktionsweise des Bürstenmotors 1 beschrieben.
In dem Bürstenmotor 1 beträgt der Bürstenanordnungswinkel θb, der von der Pluselektrodenbürste B1 und der Minuselektrodenbürste B2 gebildet wird, 90 Grad, und somit laufen die Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 nicht gleichzeitig an dem angrenzenden Segment SG entlang. Das heißt, die Kontaktzeit, zu der die Pluselektrodenbürste B1 kontaktierend an dem angrenzenden Segment SG entlang läuft, und die Trennungszeit, zu der die Pluselektrodenbürste B1 davon getrennt ist, unterscheiden sich von der Kontaktzeit, zu der die Minuselektrodenbürste B2 kontaktierend an dem angrenzenden Segment SG entlang läuft, und der Trennungszeit, zu der die Minuselektrodenbürste B2 davon getrennt ist.
Daher kann die Schwankungsbreite des Stromwerts, der zur Wicklung 10 geliefert wird, im Vergleich zu dann, wenn die Pluselektrodenbürste B1 und die Minuselektrodenbürste B2 gleichzeitig an den angrenzenden Segmente SG entlang laufen, verringert werden. Somit kann die Anregungskraft des Bürstenmotors 1 verteilt werden, und die Vibration und das Nebengeräusch können verringert werden.
Ferner werden in den ersten bis zwölften Segmenten SG1 bis SG12 zwei Sätze von Unterschneidungsabständen θx1 und θx2 eingestellt, die sich vom Bezugswinkel θz unterscheiden, das heißt von den ersten und zweiten Bezugsunterschneidungsabständen θz1 und θz2, die für den Bürstenmotor 1 definiert sind, der vier Pole und zehn Segmente aufweist.
Das heißt, von den ersten bis zwölften Segmenten SG1 bis SG12 sind die Umfangsbreiten der zweiten, vierten, siebten und neunten Segmente SG2, SG4, SG7 und SG9, die an den Positionen angeordnet sind, die der ungleichen Teilung von 32 Grad entsprechen, kürzer als die Umfangsbreite des Segments SG, das an der Position angeordnet ist, die der gleichen Teilung von 36 entspricht. Ferner sind die Umfangsbreiten der dritten und achten Segmente SG3 und SG8, die an den Positionen angeordnet sind, die der ungleichen Teilung von 40 Grad entsprechen, länger als die Umfangsbreite des Segments SG, das an der Position angeordnet ist, die der gleichen Teilung von 36 entspricht.
Daher werden die Nebengeräusche, die von der Kraft erzeugt werden, mit der die einzelnen Segmente SG1 bis SG10 von den Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 während der Drehung beaufschlagt werden, nicht maximiert, sondern gemittelt, so dass der Nebengeräuschpegel gesenkt werden kann.
6A ist ein Graph, in dem der absolute Wert der Anregungskraft in Bezug auf die Komponente n-ter Ordnung jeder Anregungskraft in dem in 2 dargestellten Bürstenmotor 1 mit den vier Polen und zehn Segmenten, der die Unterschneidungen mit einer ungleichen Teilung aufweist, bei einer Drehzahl von 6500 UpM durch Versuche erhalten worden ist. 6B ist ein Graph, in dem der absolute Wert der Anregungskraft in Bezug auf die Komponente n-ter Ordnung jeder Anregungskraft in dem in 4 dargestellten Bürstenmotor 1 mit den vier Polen und zehn Segmenten, der die Unterschneidungen mit einer gleichen Teilung aufweist, bei einer Drehzahl von 6500 UpM durch Versuche erhalten worden ist.
Wie aus 6A und 6B hervorgeht, kann die Anregungskraft in dem Fall des Bürstenmotors 1 mit den vier Polen und zehn Segmenten, der die Unterschneidungen mit ungleicher Teilung aufweist, im Vergleich zu dem Bürstenmotor mit vier Polen und zehn Segmenten, der die Unterschneidungen aufweist, die alle eine gleiche Teilung aufweisen, stark verringert werden.
Die erste Ausführungsform weist die folgenden Vorteile auf.

(1) In der oben beschriebenen Ausführungsform beträgt der Bürstenanordnungswinkel θb, der von der Pluselektrodenbürste B1 und der Minuselektrodenbürste B2 gebildet wird, in dem Bürstenmotor 1 mit vier Polen und zehn Segmenten 90 Grad. Somit ist die Schwankungsbreite des Stromwerts, der zur Wicklung 10 geliefert wird, im Vergleich zu dann, wenn die Pluselektrodenbürste B1 und die Minuselektrodenbürste B2 gleichzeitig an den angrenzenden Segmenten SG entlang laufen, verringert. Infolgedessen verteilt der Bürstenmotor 1 die Anregungskraft und verringert die Vibration und die Nebengeräusche.
(2) In der oben beschriebenen Ausführungsform beinhalten die ersten bis zwölften Segmente SG1 bis SG12 zwei Sätze von Unterschneidungsabständen θx1 und θx2, die sich vom Bezugswinkel θz unterscheiden, das heißt von den ersten und zweiten Bezugsunterschneidungsabständen θz1 und θz2, die für den Bürstenmotor 1 definiert sind, der vier Pole und zehn Segmente aufweist.

Daher wird das Nebengeräusch, das von der Kraft erzeugt wird, mit der die einzelnen Segmente SG1 bis SG10 von den Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 während der Drehung beaufschlagt werden, nicht maximiert, sondern gemittelt, und der Nebengeräuschpegel wird gesenkt.

(3) In der vorliegenden Ausführungsform werden die Spannungsausgleichsleitungen WL1 bis WL2, die verschiedene Segmente SG miteinander verbinden, so verwendet, dass die Anzahl der Pluselektrodenbürsten B1 und der Minuselektrodenbürsten B2 jeweils eins ist. Dadurch kommt es seltener zu einem Kontaktfehler, der durch eine Bürstenvibration bewirkt wird, und der gewünschte Kontakt über den ungleichen Teilungen wird auf zuverlässige Weise erhalten.

Die erste Ausführungsform kann modifiziert werden wie nachstehend beschrieben.
In der ersten Ausführung beträgt der Bürstenanordnungswinkel θb, der von der Pluselektrodenbürste B1 und der Minuselektrodenbürste B2 gebildet wird, 90 Grad. Wie in 2 dargestellt ist, kann die Pluselektrodenbürste B1, die von der durchgezogenen Linie dargestellt ist, auf abweichende Weise angeordnet sein, wie von der zweifach gestrichelten Linie dargestellt ist. In diesem Fall wird der Abweichungswinkel θy vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von θy < (360 Grad/2Pz) geändert. Anders ausgedrückt können die Pluselektrodenbürste B1 und die Minuselektrodenbürste B2 an den durch θb + θy angegebenen Positionen angeordnet sein.
Der Bezugswinkel θz wird mit dem folgenden Vergleichsausdruck ausgedrückt, wenn der Abweichungswinkel nur um θy verschoben wird. θz = (360 Grad/Pz) ± (360 Grad/2N) ± θy
In diesem Fall wird mindestens ein Satz von Unterschneidungen verwendet, der in einem Unterschneidungsabstand angeordnet ist, der sich von dem Bezugsunterschneidungsabstand unterscheidet, der aus dem oben angegebenen Vergleichsausdruck erhalten wird. Auch in diesem Fall kann die Schwankungsbreite des Stromwerts, der zur Wicklung 10 geliefert wird, verringert werden. Infolgedessen kann der Bürstenmotor 1 die Anregungskraft verteilen und kann die Vibration und die Nebengeräusche verringern.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung in dem Bürstenmotor 1 ausgeführt, der vier Pole und zehn Segmente aufweist. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auf einen Bürstenmotor angewendet werden, bei dem es sich nicht um den Bürstenmotor 1 mit vier Polen und zehn Segmenten handelt, bei dem N = Pz(K – 0,5) erfüllt ist. K ist eine natürliche Zahl von zwei oder größer oder gleich vier.
Zweite Ausführungsform
Nun wird eine zweite Ausführungsform mit Bezug auf 7 bis 10 beschrieben.
Der Bürstenmotor 1, der in der obigen ersten Ausführungsform beschrieben worden ist, ist ein Motor, bei dem ein Vergleichsausdruck N = Pz (K – 0,5) wahr ist, wobei Pz die Anzahl der Pole ist und N die Anzahl der Segmente ist.
Der Bürstenmotor 1 der zweiten Ausführungsform ist ein Motor, bei dem der folgende Vergleichsausdruck wahr ist, wobei Pz die Anzahl der Pole ist und N die Anzahl der Segmente ist. N = Pz × K
Hierbei ist die Anzahl der Pole Pz eine gerade Zahl, die größer oder gleich vier ist. K ist eine Konstante und ist eine natürliche Zahl, die größer oder gleich zwei ist.
Der Bürstenmotor, bei dem ein solcher Vergleichsausdruck wahr ist, ist ein Motor, bei dem die Anzahl der Nuten (die Anzahl der Zähne) durch die Anzahl der Pole Pz geteilt werden kann. Dies ist anders als in der ersten Ausführungsform.
In der zweiten Ausführungsform wird der Bürstenmotor 1 eines sogenannten vier Polen und zwölf Segmenten, bei dem die Anzahl der Pole Pz vier ist, die Konstante K drei ist und die Anzahl der Segmente N zwölf ist, um der Kürze willen beschrieben. Die kennzeichnenden Eigenschaften der zweiten Ausführungsform bestehen darin, dass die Anzahl N der Segmente SG 12 ist (die Anzahl der Zähne 9a 12 ist) und die Positionen der 12 Unterschneidungen für die 12 Segmente SG in der Umfangsrichtung in einem vorgegebenen ungleichen Winkelabstand (einer ungleichen Teilung) ausgebildet sind.
Daher werden um der Kürze willen nur die Positionen beschrieben, wo die Unterschneidung ausgebildet wird.
Position, wo die Unterschneidung C ausgebildet wird
Nun werden die Positionen beschrieben, wo die ersten bis zwölften Unterschneidungen C1 bis C12 ausgebildet werden, welche die zwölf Segmente SG (SG1 bis SG12) des Kommutators 11 bilden.
Zunächst zeigt 9 die Position, wo die ersten bis zwölften Unterschneidungen C1 bis C12 des herkömmlichen Bürstenmotors mit vier Polen und zwölf Segmenten ausgebildet werden. Die ersten bis zwölften Unterschneidungen C1 bis C12 sind in der Umfangsrichtung um die Mittelachse O der Drehwelle 8 herum mit einer gleichen Teilung (= 30 Grad) ausgebildet. In diesem Fall werden Linien, die durch die in Umfangsrichtung mittlere Position jeder der Unterschneidungen C1 bis C12 von der Mittelachse O der Drehwelle 8 aus verlaufen, in der Reihenfolge der Vorwärtsdrehrichtung als erste bis zwölfte Bezugslinien L1 bis L12 bezeichnet.
10 ist ein entwickeltes Diagramm, das eine Drahtverbindung der Wicklung 10 des in 9 dargestellten herkömmlichen Bürstenmotors mit vier Polen und zwölf Segmenten zeigt, bei dem die Wicklung 10 als Schleifenwicklung gewickelt ist.
Um die Anzahl der Bürsten auf zwei Bürsten, die Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2, zu reduzieren, sind sechs Spannungsausgleichsleitungen, die ersten bis sechsten Spannungsausgleichsleitungen WL1 bis WL2, zwischen die Paare aus Segmenten SG geschaltet. Genauer verbindet die erste Spannungsausgleichsleitung WL1 das zwölfte Segment SG12 und das sechste Segment SG6. Die zweite Spannungsausgleichsleitung WL2 verbindet das erste Segment SG1 und das siebte Segment SG7. Die dritte Spannungsausgleichsleitung WL3 verbindet das zweite Segment SG2 und das achte Segment SG8. Die vierte Spannungsausgleichsleitung WL4 verbindet das dritte Segment SG3 und das neunte Segment SG9. Die fünfte Spannungsausgleichsleitung WL5 verbindet das vierte Segment SG4 und das zehnte Segment SG10. Die sechste Spannungsausgleichsleitung WL6 verbindet das fünfte Segment SG5 und das elfte Segment SG11.
Der in 7 dargestellte Bürstenmotor 1 der zweiten Ausführungsform ist ein Motor, der zu einem Motor gehört, bei dem die Anzahl der Pole Pz vier beträgt und die Anzahl der Segmente N zwölf beträgt, wie bei dem in 9 dargestellten Bürstenmotor mit vier Polen und zwölf Segmenten, die eine gleiche Teilung aufweisen, und bei dem der folgende Vergleichsausdruck wahr ist. N = Pz × K
Wenn N = Pz × K erfüllt ist und die Position jeder der Unterschneidungen an einer gleichen Teilung ausgebildet ist, wird hierbei eine Unterschneidung C als Bezug verwendet und die in Umfangsrichtung mittleren Positionen der anderen Unterschneidungen C befinden sich an Positionen des Bezugswinkels θz, der nachstehend definiert ist. θz = (360 Grad/Pz)
Wenn die Anzahl der Pole Pz vier ist und die Anzahl der Segmente N zwölf ist, ist der Bezugswinkel θz 90 Grad. Bezugswinkel θz (= 90 Grad) bedeutet, dass von einer Unterschneidung aus gesehen die anderen Unterschneidungen an den Positionen von 90 Grad liegen.
Das heißt, in dem Bürstenmotor mit vier Polen und zwölf Segmenten mit einer gleichen Teilung, der in 9 dargestellt ist, in dem beispielsweise die erste Unterschneidung C1 als Bezug verwendet wird, liegt die vierte Unterschneidung C4 an einer Stelle, die durch den Bezugswinkel θz von der ersten Unterschneidung C1 beabstandet ist.
Die ersten bis zwölften Unterschneidungen C1 bis C12 der zweiten Ausführungsform sind mit einer ungleichen Teilung angeordnet, wie in 7 dargestellt.
Das heißt, in der zweiten Ausführungsform wird mindestens ein Satz von Unterschneidungsabständen θx eingestellt, die sich von dem Winkel unterscheiden, der vom Bezugswinkel θz (= 360 Grad/Pz) angegeben wird.
In 7 beträgt der Unterschneidungsabstand θx, der sich vom Bezugswinkel θz unterscheidet, der die erste Unterschneidung C1 als Bezug hat, 88 Grad.
Infolgedessen ist die vierte Unterschneidung C4, die in 7 dargestellt ist, so ausgebildet, dass eine vierte Bezugslinie L4a an einer Position liegt, die im Gegenuhrzeigersinn um zwei Grad von der vierten Bezugslinie L4 der in 9 dargestellten vierten Unterschneidung C4 abweicht.
Somit wird die Teilung zwischen der dritten Unterschneidung C3 und der vierten Unterschneidung C4, die in 7 dargestellt ist, eine ungleiche Teilung von 28 Grad, die sich von 30 Grad (einer gleichen Teilung) unterscheidet. Aufgrund der Ausbildung der ungleichen Teilung von 28 Grad wird die Teilung zwischen der vierten Unterschneidung C4 und der fünften Unterschneidung C5 mit einer ungleichen Teilung von 32 Grad ausgebildet, um die zwei Grad mit jeder der anderen Teilungen auszugleichen.
Daher ist die Umfangsbreite des dritten Segments SG3, das an der Position angeordnet ist, die der ungleichen Teilung von 28 Grad entspricht, so ausgebildet, dass sie in Bezug auf die Umfangsbreite des Segments SG, das an der Position angeordnet ist, die der gleichen Teilung von 30 entspricht, kurz ist. Im Gegensatz dazu ist die Umfangsbreite des vierten Segments SG4, das an einer Position angeordnet ist, die der ungleichen Teilung von 32 Grad entspricht, so ausgebildet, dass sie in Bezug auf die Umfangsbreite des Segments SG, das an der Position angeordnet ist, die der gleichen Teilung von 30 entspricht, lang ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die zehnte Unterschneidung C10, die in 7 dargestellt ist, ebenfalls so ausgebildet, dass eine zehnte Bezugslinie L10a an einer Position liegt, die im Gegenuhrzeigersinn um zwei Grad von der zehnten Bezugslinie L10 der in 9 dargestellten zehnten Unterschneidung C10 abweicht.
Somit ist die Teilung zwischen der neunten Unterschneidung C3 und der zehnten Unterschneidung C10, die in 7 dargestellt ist, eine ungleiche Teilung von 28 Grad, die sich von 36 Grad (einer gleichen Teilung) unterscheidet. Aufgrund der Ausbildung der ungleichen Teilung von 28 Grad wird die Teilung zwischen der zehnten Unterschneidung C10 und der elften Unterschneidung C11 als ungleiche Teilung von 32 Grad ausgebildet, um die zwei Grad mit jeder der anderen Teilungen auszugleichen.
Daher wird die Umfangsbreite des neunten Segments SG9, das an der Position angeordnet ist, die der ungleichen Teilung von 28 Grad entspricht, so ausgebildet, dass sie in Bezug auf die Umfangsbreite des Segments SG, das an der Position angeordnet ist, die der gleichen Teilung von 30 entspricht, kurz ist. Im Gegensatz dazu wird die Umfangsbreite des zehnten Segments SG10, das an der Position angeordnet ist, die der ungleichen Teilung von 32 Grad entspricht, so ausgebildet, dass sie in Bezug auf die Umfangsbreite des Segments SG, das an der Position angeordnet ist, die der gleichen Teilung von 30 entspricht, lang ist.
In der vorliegenden Ausführungsform beinhalten die ersten bis sechsten Unterschneidungen C1 bis C6 einen Satz von Unterschneidungen, der zwei Unterschneidungen beinhaltet, von denen eine an der ungleichen Teilung von 28 Grad angeordnet ist und eine an der ungleichen Teilung von 32 Grad angeordnet ist. Die Segmente SG, die unterschiedliche Umfangsbreiten aufweisen, sind entsprechend der einen ungleichen Teilung von 28 Grad und der einen ungleichen Teilung von 32 Grad auf der rechten Hälfte der ersten bis sechsten Unterschneidungen C1 bis C6 ausgebildet. Ferner beinhalten die siebten bis zwölften Unterschneidungen C7 bis C12 ebenfalls einen Satz von Unterschneidungen, der zwei Unterschneidungen beinhaltet, von denen eine an der ungleichen Teilung von 28 Grad angeordnet sind und eine an der ungleichen Teilung von 32 Grad angeordnet ist. Die Segmente SG, die unterschiedliche Umfangsbreiten aufweisen, sind auch entsprechend der einen ungleichen Teilung von 28 Grad und der einen ungleichen Teilung von 32 Grad auf der linken Hälfte der siebten bis zwölften Unterschneidungen C7 bis C12 ausgebildet.
In der zweiten Ausführungsform beträgt der Unterschneidungsabstand θx, der sich vom Bezugswinkel θz unterscheidet, 88 Grad. Anders ausgedrückt ist die vierte Unterschneidung C4 an der Position der vierten Bezugslinie L4a ausgebildet, die im Gegenuhrzeigersinn um zwei Grad von der vierten Bezugslinie L4 abweicht.
Jedoch ist der Unterschneidungsabstand θx, der sich vom Bezugswinkel θz unterscheidet, nicht auf 88 Grad beschränkt. Das heißt, im obigen Fall ist der Winkel, der im Gegenuhrzeigersinn von der vierten Bezugslinie L4 abweicht, nicht auf zwei Grad beschränkt.
Die Umfangsbreite des dritten Segments SG3 ist so beschränkt, dass sie nicht kleiner sein darf als der vorab spezifizierte Wert, wenn der Abweichungswinkel zu groß ist und sich die vierte Bezugslinie L4a der dritten Bezugslinie L3 nähert.
Das bedeutet, dass die Pluselektrodenbürste B1 und die Minuselektrodenbürste B2 die drei Segmente des dritten Segments SG3 und der zweiten und vierten Segmente SG2 und SG4, die an das dritte Segment SG3 angrenzen, nicht gleichzeitig berühren. Der Abweichungswinkel ist innerhalb eines vorgegebenen Bereichs so beschränkt, dass die Umfangsbreite des dritten Segments SG3 so eingestellt wird, dass die Pluselektrodenbürste B1 und die Minuselektrodenbürste B2 die drei Segmente nicht gleichzeitig berühren.
Wie in 8 dargestellt ist, ist die Wicklung 10 des Bürstenmotors 1 der zweiten Ausführungsform auch in einer Schleifenwicklung gewickelt.
Nun wird die Funktionsweise des Bürstenmotors 1 beschrieben.
In dem Bürstenmotor 1 beträgt der Bürstenanordnungswinkel θb, der von der Pluselektrodenbürste B1 und der Minuselektrodenbürste B2 gebildet wird, 90 Grad. Somit laufen die Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 nicht jedes Mal, wenn die Drehwelle 8 um 30 Grad gedreht wird, gleichzeitig an dem angrenzenden Segment SG entlang. Das heißt, es gibt Fälle, wo die Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 gleichzeitig an dem angrenzenden Segment SG entlang laufen und wo die Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 nicht gleichzeitig an dem angrenzenden Segment SG entlang laufen. Somit kommt es selten vor, dass die Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 bei jeder Drehung der Drehwelle 8 gleichzeitig an dem angrenzenden Segment SG entlang laufen.
Daher kann die Schwankungsbreite des Stromwerts, der zur Wicklung 10 geliefert wird, im Vergleich zu dann, wenn die Bürsten oft gleichzeitig entlang laufen, verringert werden. Infolgedessen kann die Anregungskraft des Bürstenmotors 1 verteilt werden, und die Vibration und das Nebengeräusch können verringert werden.
Ferner werden in den ersten bis zwölften Segmenten SG1 bis SG12 zwei Sätze von Unterscheidungsabständen θx eingestellt, die sich vom Bezugswinkel θz (= 90 Grad) unterscheiden, der im Bürstenmotor 1 mit den vier Polen und 12 Segmenten definiert ist.
Das heißt, von den ersten bis zwölften Segmenten SG1 bis SG12 sind die Umfangsbreiten der dritten und neunten Segmente SG3 und SG9, die an den Positionen angeordnet sind, die der ungleichen Teilung von 28 Grad entsprechen, kürzer als die Umfangsbreite des Segments SG, das an der Position angeordnet ist, die der gleichen Teilung von 30 entspricht. Ferner sind die Umfangsbreiten der vierten und zehnten Segmente SG4 und SG10, die an den Positionen angeordnet sind, die der ungleichen Teilung von 32 Grad entsprechen, länger als die Umfangsbreite des Segments SG, das an der Position angeordnet ist, die der gleichen Teilung von 30 entspricht.
Daher können Nebengeräusche, die von der Kraft erzeugt werden, mit der die einzelnen Segmente SG1 bis SG12 während der Drehung von den Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 beaufschlagt werden, nicht maximiert, sondern gemittelt, und der Nebengeräuschpegel kann gesenkt werden.
Die zweite Ausführungsform weist die folgenden Vorteile auf.

(1) In der oben beschriebenen Ausführungsform beträgt in dem Bürstenmotor 1, der vier Pole und zwölf Segmente aufweist, der Bürstenanordnungswinkel θb, der von der Pluselektrodenbürste B1 und der Minuselektrodenbürste B2 gebildet wird, 90 Grad. Somit kommt es weniger häufig vor, dass die Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 bei jeder Drehung des Bürstenmotors 1 gleichzeitig an den angrenzenden Segmenten SG entlang laufen, wodurch die Schwankungsbreite des Stromwerts, der zur Wicklung 10 geliefert wird, verringert ist. Infolgedessen verteilt der Bürstenmotor 1 die Anregungskraft und verringert die Vibration und die Nebengeräusche.
(2) In der oben beschriebenen Ausführungsform werden zwei Sätze von Unterschneidungsabständen θx verwendet, die sich von dem Bezugsabstand θz unterscheiden, der für den Bürstenmotor 1 mit vier Polen und zwölf Segmenten definiert wird.

Daher werden Nebengeräusche, die von der Kraft erzeugt werden, mit denen die einzelnen Segmenten SG1 bis SG12 während der Drehung von den Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 beaufschlagt werden, nicht maximiert, sondern gemittelt, und der Nebengeräuschpegel wird gesenkt.

(3) In der vorliegenden Ausführungsform werden die Spannungsausgleichsleitungen WL1 bis WL6, die zwischen verschiedene Segmente SG geschaltet sind, so verwendet, dass jeweils eine Pluselektrodenbürsten B1 und eine Minuselektrodenbürsten B2 erhalten wird. Dadurch kommt es seltener zu Kontaktfehlern, die durch eine Bürstenvibration bewirkt werden, und der gewünschte Kontakt über den ungleichen Teilungen wird auf zuverlässige Weise erhalten.

Die zweite Ausführungsform kann modifiziert werden wie nachstehend beschrieben.
In der zweiten Ausführung beträgt der Bürstenanordnungswinkel θb, der von der Pluselektrodenbürste B1 und der Minuselektrodenbürste B2 gebildet wird, 90 Grad. Wie in 7 dargestellt ist, kann die Pluselektrodenbürste B1, die von der durchgezogenen Linie dargestellt ist, versetzt werden, wie von der zweifach gestrichelten Linie dargestellt ist. In diesem Fall wird der Abweichungswinkel θy vorzugsweise in einem Bereich von θy < (360 Grad/2Pz) geändert. Anders ausgedrückt können die Pluselektrodenbürste B1 und die Minuselektrodenbürste B2 an den durch θb + θy angegebenen Stellen angeordnet werden.
Der Bezugswinkel θz wird mit dem folgenden Vergleichsausdruck ausgedrückt, wenn der Abweichungswinkel um θy abweicht. θz = (360 Grad/Pz) ± θy
In diesem Fall wird mindestens ein Satz von Unterschneidungen verwendet, der in einem Unterschneidungsabstand positioniert ist, der sich von dem Bezugsunterschneidungsabstand unterscheidet, der aus dem oben angegebenen Vergleichsausdruck erhalten wird. Auch in diesem Fall kann die Schwankungsbreite des Stromwerts, der zur Wicklung 10 geliefert wird, verringert werden. Infolgedessen kann der Bürstenmotor 1 die Anregungskraft verteilen und die Vibration und die Nebengeräusche verringern.
In der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung in dem Bürstenmotor ausgeführt, der vier Pole und zwölf Segmente aufweist. Jedoch muss die vorliegende Erfindung nicht auf den Bürstenmotor 1 mit vier Polen und zwölf Segmenten angewendet werden, und er kann auf einen Bürstenmotor angewendet werden, für den N = Pz × K gilt. K ist eine natürliche Zahl, die entweder zwei oder vier oder größer ist.
Dritte Ausführungsform
Nun wird eine dritte Ausführungsform mit Bezug auf 11 bis 16 beschrieben.
Der Bürstenmotor 1 gemäß der dritten Ausführungsform ist der gleiche wie der Bürstenmotor mit vier Polen und zehn Segmenten, der in der ersten Ausführungsform beschrieben wird. Jedoch unterscheidet sich das Verfahren zur Ausbildung von zehn Unterschneidungen für die zehn Segmente SG von der ersten Ausführungsform. Daher wird um der Kürze willen die Position beschrieben, wo die Unterschneidungen ausgebildet werden.
Wie in 11 dargestellt ist, sind die ersten bis zehnten Segmente SG1 bis SG10 an der Außenumfangsfläche des zylindrischen Isolierelements 11a fixiert, das an der Drehwelle 8 fixiert ist. Die Pluselektrodenbürste B1 und die Minuselektrodenbürste B2 sind in der Umfangsrichtung um die Mittelachse O der Drehwelle 8 über 90 Grad voneinander beabstandet.
Diejenigen von den Segmenten SG1 bis SG10, die aneinander angrenzen, sind durch eine Unterschneidung (Nut) gegeneinander isoliert. Die zehn Unterschneidungen, das heißt die ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10, weisen in Umfangsrichtung den gleichen Umfangsabstand (die gleiche Unterschneidungsbreite G) auf.
Die ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10 sind in der Umfangsrichtung um die Mittelachse O der Drehwelle 8 nicht in gleichen Winkelabständen (gleichen Teilungen) angeordnet. Das heißt, die ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10 sind in der Umfangsrichtung in vorgegebenen, ungleichen Winkelabständen angeordnet.
Die Positionen, wo die ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10 ausgebildet werden, werden auf Basis der folgenden zwei Ziele eingestellt. Das erste Ziel besteht darin, die Nebengeräusche zu verringern, die durch die Kraft erzeugt werden, mit denen die Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 während der Drehung die einzelnen Segmente SG beaufschlagen, die kontaktierend an den Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 entlang gleiten. Das zweite Ziel besteht darin, Änderungen der Motoreigenschaften auf Basis von Unterschieden im Teilungsmuster der Unterschneidung C (der Durchlaufzeit, zu der die Bürsten B1 und B2 vorbeikommen) während der Vorwärtsdrehung und der Rückwärtsdrehung zu verringern. Die Positionen, wo die ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10 ausgebildet werden, werden weiter unten beschrieben.
Da die ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10, welche die gleichen Unterschneidungsbreiten G aufweisen, mit ungleichen Winkelabständen ausgebildet werden, weisen die ersten bis zehnten Segmente SG1 bis SG10 nicht alle die gleiche Umfangsbreite (Segmentbreite W) auf. Daher beinhalten die ersten bis zehnten Segmente SG1 bis SG10 das Segment SG mit der Segmentbreite W, die am kleinsten ist (minimale Segmentbreite Wmin).
Somit wird die Umfangsbreite (Bürstenbreite) F der Gleitkontaktfläche, die kontaktierend an dem Segment SG der Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 entlang gleitet, mit einer konstanten Beziehung zwischen der minimalen Segmentbreite Wmin und der Unterschneidungsbreite G eingestellt, was weiter unten beschrieben wird. Die Bürstenbreiten F der Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 weisen die gleiche Breite auf.
Position, wo die Unterschneidung C ausgebildet wird
Nun werden die Positionen beschrieben, wo die ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10 ausgebildet werden, wenn die zehn Segmente SG des Kommutators 11 ausgebildet werden.
13 zeigt die Positionen der ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10 des Standes der Technik. Die ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10 sind in der Umfangsrichtung um die Mittelachse O der Drehwelle 8 mit einem Abstand (bei einer Standardteilung) mit einem gleichen Winkel (= 36 Grad) ausgebildet. In diesem Fall werden Linien, die durch die in Umfangsrichtung mittleren Positionen jeder der Unterschneidungen C1 bis C10 von der Mittelachse O der Drehwelle 8 aus verlaufen, in der Reihenfolge der Vorwärtsdrehrichtung als die ersten bis zehnten Bezugslinien L1 bis L10 bezeichnet.
12A zeigt die Positionen der ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10 der dritten Ausführungsform. Die ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10 sind in der Umfangsrichtung um die Mittelachse O der Drehwelle 8 mit einem ungleichen Winkelabstand ausgebildet. In diesem Fall werden Linien, die durch die in Umfangsrichtung mittleren Positionen jeder der Unterschneidungen C1 bis C10 von der Mittelachse O der Drehwelle 8 aus verlaufen, in der Reihenfolge der Vorwärtsdrehrichtung als die ersten bis zehnten Bezugslinien L1a bis L10a bezeichnet.
Wie in 12A dargestellt ist, weicht die in Umfangsrichtung mittlere Position (die erste Bezugslinie L1a) der ersten Unterschneidung C1 in der Rückwärtsdrehrichtung um ein Grad (= –1 Grad) von der ersten Bezugslinie L1 ab.
Die in Umfangsrichtung mittlere Position (die zweite Bezugslinie L2a) der zweiten Unterschneidung C2 weicht in der Rückwärtsdrehrichtung um ein Grad (= –1 Grad) von der zweiten Bezugslinie L2 ab.
Die in Umfangsrichtung mittlere Position (die dritte Bezugslinie L3a) der dritten Unterschneidung C3 weicht in der Vorwärtsdrehrichtung um ein Grad (= +1 Grad) von der dritten Bezugslinie L3 ab.
Die in Umfangsrichtung mittlere Position (die vierte Bezugslinie L4a) der vierten Unterschneidung C4 weicht in der Rückwärtsdrehrichtung um ein Grad (= –1 Grad) von der vierten Bezugslinie L4 ab.
Die in Umfangsrichtung mittlere Position (die fünfte Bezugslinie L5a) der fünften Unterschneidung C5 weicht in der Vorwärtsdrehrichtung um ein Grad (= +1 Grad) von der fünften Bezugslinie L5 ab.
Die in Umfangsrichtung mittlere Position (die sechste Bezugslinie L6a) der sechsten Unterschneidung C6 weicht in der Rückwärtsdrehrichtung um ein Grad (= –1 Grad) von der sechsten Bezugslinie L6 ab.
Die in Umfangsrichtung mittlere Position (die siebte Bezugslinie L7a) der siebten Unterschneidung C7 weicht in der Rückwärtsdrehrichtung um ein Grad (= –1 Grad) von der siebten Bezugslinie L7 ab.
Die in Umfangsrichtung mittlere Position (die achte Bezugslinie L8a) der achten Unterschneidung C8 weicht in der Vorwärtsdrehrichtung um ein Grad (= +1 Grad) von der achten Bezugslinie L8 ab.
Die in Umfangsrichtung mittlere Position (die neunte Bezugslinie L9a) der neunten Unterschneidung C9 weicht in der Rückwärtsdrehrichtung um ein Grad (= –1 Grad) von der neunten Bezugslinie L9 ab.
Die in Umfangsrichtung mittlere Position (die zehnte Bezugslinie L10a) der zehnten Unterschneidung C10 weicht in der Vorwärtsdrehrichtung um ein Grad (= +1 Grad) von der zehnten Bezugslinie L10 ab.
Die ersten bis zehnten Unterschneidungen C1 bis C10 werden somit in ungleichen Winkelabständen ausgebildet. Infolgedessen werden Nebengeräusche, die durch die Kraft erzeugt werden, mit der die einzelnen Segmente SG, die kontaktierend an den Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 entlang gleiten, von den Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 während der Vorwärts- und Rückwärtsdrehung beaufschlagt werden, nicht maximiert, sondern gemittelt.
12B ist ein Graph, der den Winkel der Abweichung von den einzelnen Bezugslinien L1 bis L10 in jeder Unterschneidung C1 bis C10 zeigt. Die horizontale Achse zeigt die einzelnen Unterschneidungen C1 bis C10 an, und die vertikale Achse zeigt den Abweichungswinkel in der Vorwärtsdrehrichtung mit einem positiven Wert an und zeigt den Abweichungswinkel in der Rückwärtsdrehrichtung mit einem negativen Wert an, wenn jede Bezugslinie L1 bis L10 als null Grad angenommen wird.
Die Motoreigenschaften wurden aufgrund der Tatsache getestet, dass das Teilungsmuster (die Durchlaufzeit) der Unterschneidungen, die an der Bürste vorbeikommen, je nach der Drehrichtung verschieden ist.
Zuerst wird der Gesamtbetrag Z1 (im Folgenden als vorwärtsdrehungsseitiger Gesamtbetrag bezeichnet) der Abweichungswinkel von denjenigen Unterschneidung C, die einen positiven Wert annehmen, ermittelt. Ferner wird der Gesamtbetrag Z1 (im Folgenden als rückwärtsdrehungsseitiger Gesamtbetrag bezeichnet) der Abweichungswinkel von denjenigen Unterschneidung C, die einen negativen Wert annehmen, ermittelt. Dann wird eine Summe Z (= Z1 + Z2) des vorwärtsdrehungsseitigen Gesamtbetrags Z1 und des rückwärtsdrehungsseitigen Gesamtbetrags Z2 ermittelt.
Wie in 12A und 12B dargestellt ist, gibt es in der vorliegenden Ausführungsform vier Unterschneidungen C, die dritten, fünften, achten und zehnten Unterschneidungen C3, C5, C8, C10, die in der Vorwärtsdrehrichtung um einen Grad (= +1 Grad) verschoben sind. Der vorwärtsdrehungsseitige Gesamtbetrag Z1 der Abweichungswinkel der Unterschneidungen C3, C5, C8 und C10 in der Vorwärtsdrehrichtung ist +4 Grad.
Dagegen gibt es sechs Unterschneidungen C, die ersten, zweiten, vierten, sechsten, siebten und neunten Unterschneidungen C1, C2, C4, C6, C7, C9, die in der Rückwärtsdrehrichtung um einen Grad (= –1 Grad) verschoben sind. Der rückwärtsdrehungsseitige Gesamtbetrag Z2 der Abweichungswinkel der Unterschneidungen C1, C2, C4, C6, C7 und C9 in der Rückwärtsdrehrichtung ist –6 Grad.
Infolgedessen ist die Summe Z (= Z1 + Z2) im Falle der vorliegenden Ausführungsform –2 Grad.
Ein Indexwert Q, mit dem die Motoreigenschaften des Motors ermittelt werden können, wird definiert wie nachstehend beschrieben. Indexwert Q = (Summe Z/Anzahl der Segmente N)/Anzahl der Polpaare P
Durch Versuche wird der Wert des Indexwerts Q geändert, wird eine Nulllastdrehzahl in Bezug auf den Indexwert Q ermittelt und wird ein Nulllaststrom mit Bezug auf den Indexwert Q ermittelt.
In diesem Fall wird der Wert des Indexwerts Q durch Ändern der Summe Z mit der Anzahl der Segmente N und Fixieren der Anzahl der Polpaare P geändert. Das heißt, wenn die Anzahl der Segmente N zehn ist und die Anzahl der Polpaare 2 ist, dann wird die Summe Z (= Z1 + Z2) geändert, um den Indexwert Q zu ändern.
Daher ist die Einheit des Indexwerts Q ein Winkel. Der Indexwert Q ist ein + (positiver) Wert, wenn die Summe Z in der Vorwärtsdrehrichtung ist, und der Indexwert Q ist ein – (negativer) Wert, wenn die Summe Z in der Rückwärtsdrehrichtung ist.
14 ist ein Graph, der die Nulllastdrehzahl für den Indexwert Q, die durch Experimente ermittelt wird, darstellt, wobei die horizontale Achse den Indexwert Q darstellt und die vertikale Achse die Nulllastdrehzahl (UpM) darstellt.
14 ist ein Graph, der durch Drehen des Bürstenmotors 1 in Vorwärtsrichtung erhalten wird. Wenn der Bürstenmotor 1 rückwärts gedreht wird, weist die Drehzahlkennlinie des Indexwerts Q eine Form auf, die symmetrisch ist zur Drehzahlkennlinie von 14, mit einer Linie, die orthogonal ist zur Position von null Grad auf der horizontalen Achse, die als Symmetrieachse dient. Das heißt, wenn die Versuche durch Drehen des Bürstenmotors 1 in Rückwärtsdrehung durchgeführt werden, dann wird das Versuchsergebnis erhalten, bei dem der Indexwert Q der horizontalen Achse von 14 positiv/negativumgekehrt ist.
Wie aus 14 hervorgeht, nimmt die Nulllastdrehzahl relativ zum Indexwert Q zu (= (Summe Z/Anzahl der Segmente N)/Anzahl der Polpaare P). Anders ausgedrückt ist zu sehen, dass die Nulllastdrehzahl zunimmt, wenn die Summe Z vom negativen Wert zum positiven Wert größer wird.
Wenn der Bürstenmotor 1 rückwärts gedreht wird, nimmt die Nulllastdrehzahl zu, wenn die Summe Z vom positiven Wert zum negativen Wert kleiner wird.
In diesem Fall ist unter Berücksichtigung individueller Unterschiede, beispielsweise Herstellungsabweichungen des Dauermagneten 6 und des Ankerkerns 9, die Änderung des Kennwerts zwischen der Vorwärtsdrehung und der Rückwärtsdrehung mit den Nulllastdrehzahlen auf höchstens ±0,2% begrenzt, was den annehmbaren Bereich darstellt, wenn der Indexwert Q null, das heißt die Summe Z null, der zentrale Wert ist.
Die Änderung des Kennwerts kann auf höchstens ±0.2% begrenzt werden, wenn der Indexwert Q innerhalb des Bereichs von –0,5 Grad < Q < +0,5 Grad liegt, wobei null Grad der zentrale Wert ist. Anders ausgedrückt kann die Änderung des Kennwerts selbst dann auf höchstens ±0.2% begrenzt werden, wenn der Bürstenmotor 1 vorwärts oder rückwärts gedreht wird, solange der Indexwert Q innerhalb des Bereichs von –0,5 Grad < Q < +0,5 Grad liegt.
15 ist ein Graph, der den Nulllaststrom in Bezug auf den Indexwert Q zeigt, der durch Versuche ermittelt worden ist. Die horizontale Achse zeigt den Indexwert Q und die vertikale Achse zeigt den Nulllaststrom (Ampere) an.
15 ist ein Graph, der durch Drehen des Bürstenmotors 1 in Vorwärtsrichtung erhalten wird. Wenn der Bürstenmotor 1 rückwärts gedreht wird, weist die Stromkennlinie des Indexwerts Q eine Form auf, die symmetrisch ist zur Stromkennlinie von 15, mit einer Linie, die orthogonal ist zur Position von null Grad auf der horizontalen Achse, die als Symmetrieachse dient. Das heißt, wenn die Versuche durch Drehen des Bürstenmotors 1 in Rückwärtsdrehung durchgeführt werden, dann wird das Versuchsergebnis erhalten, bei dem der Indexwert Q der horizontalen Achse von 15 positiv/negativ-umgekehrt ist.
Wie aus 15 hervorgeht, nimmt der Nulllaststrom relativ zum Indexwert Q zu (= (Summe Z/Anzahl der Segmente N)/Anzahl der Polpaare P). Anders ausgedrückt ist zu sehen, dass der Nulllaststrom zur negativen Seite und zur positiven Seite hin zunimmt, wenn der Mindestwert ist, wenn die Summe Z null Grad ist.
Auf die gleiche Weise nimmt bei einer Drehung des Bürstenmotors 1 in Rückwärtsdrehung der Nulllaststrom zur negativen Seite und zur positiven Seite hin zu, wenn der Mindestwert ist, wenn die Summe Z null Grad ist.
Solange der Indexwert Q innerhalb des Bereichs von –0,5 Grad < Q < +0,5 Grad liegt, wenn null Grad der zentrale Wert ist, ist die Änderung des Nulllaststroms gering (höchstens ±0.2%). Anders ausgedrückt ist selbst bei einer Drehung des Bürstenmotors 1 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung die Änderung des Kennwerts im Nulllaststrom klein, solange der Indexwert Q innerhalb des Bereichs von –0,5 Grad < Q < +0,5 Grad liegt.
Daher ist die Änderung des Nulllaststroms klein, und die Änderung der Nulllastdrehzahl kann durch Einstellen des Index Q innerhalb des Bereichs von –0,5 Grad < Q < +0,5 Grad auf höchstens ±0,2% begrenzt werden, auch wenn der Bürstenmotor 1 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung gedreht wird.
Somit ist in dem Bürstenmotor 1 der vorliegenden Ausführungsform die Summe Z –2 Grad, die Anzahl der Segmente N ist zehn, und die Anzahl der Polpaare ist zwei.
Daher ist der Indexwert Q (= (Z/N)/P) –0,1 Grad. Infolgedessen ist die Änderung des Nulllaststroms gering und die Nulllastdrehzahl liegt bei höchstens ±0.2%, selbst wenn der Bürstenmotor 1 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung gedreht wird.
Die zehn Unterschneidungen C (C1 bis C10) werden insgesamt für die Summe Z (= Z1 + Z2) in den obigen Bedingungen des Indexwerts Q ermittelt.
Stattdessen wird die Innenumfangsfläche von 360 Grad in der Umfangsrichtung, die von vier (= 2P) Dauermagneten 6 gebildet wird, durch die Anzahl der Polpaare P (= 2) geteilt, um P (= 2) Innenumfangsflächenregionen in der Umfangsrichtung zu definieren. Die Summe Z wird für eine Gruppe von aufeinander folgenden Unterschneidungen ermittelt, die zu den einzelnen Innenumfangsflächenregionen gehören. Anders ausgedrückt wird die Summe Z der aufeinander folgenden Unterschneidungen C erhalten, die relativ zu der Innenumfangsregion angeordnet sind, die jeweils den Innenumfangsregionen zugewandt sind. Der Motor 1 ist vorzugsweise so gestaltet, dass der Indexwert Q für jede Innenumfangsregion unter Verwendung der Summe Z, die für jede Innenumfangsflächenregion ermittelt wird, bei höchstens ±0.5 Grad liegt, das heißt, in den Unterschneidungen C, die zu der Gruppe gehören, und der Anzahl der Segmente N und der Anzahl der Polpaare P des Bürstenmotors 1.
Das heißt, wie von der doppelt gestrichelten Linie in 12B dargestellt ist, wird in der vorliegenden Ausführungsform die Innenumfangsfläche von 360 Grad in der Umfangsrichtung, welche die vier Dauermagnete 6 beinhaltet, durch die Anzahl der Polpaare P (= 2) in zwei Innenumfangsregionen, erste und zweite Innenumfangsregionen Da und Db von 180 Grad, in der Umfangsrichtung geteilt. Die Summen Za und Zb werden für die fünf Unterschneidungen C ermittelt, die zu der ersten Innenumfangsregion Da und der zweiten Innenumfangsregion Db gehören. Dann wird unter Verwendung der Summen Za und Zb, die für jede der ersten und zweiten Innenumfangsregionen Da und Db erhalten wird, ein Indexwert Qa (= (Za/N)/P) für die erste Innenumfangsregion Da ermittelt, und ein Indexwert Qb (= (Zb/N)/P) für die zweite Innenumfangsregion Db.
Der Motor 1 ist vorzugsweise so gestaltet, dass die Indexwerte Qa und Qb für jede von den ersten und zweiten Innenumfangsregionen Da und Db jeweils innerhalb von ±0.5 Grad liegen.
Obwohl dies ein extremes Beispiel ist, ist sein Ziel der Ausschluss der Bildung der Unterschneidung C, wenn die Abweichungswinkel der fünf aufeinander folgenden Unterschneidungen C, die so angeordnet sind, dass sie der ersten Innenumfangsregion Da zugewandt sind, alle in der Vorwärtsdrehrichtung sind und die Abweichungswinkel der fünf aufeinander folgenden Unterschneidungen C, die so angeordnet sind, dass sie der zweiten Innenumfangsflächenregion Db zugewandt sind, alle in der Rückwärtsdrehrichtung sind.
16 zeigt ein extremes Beispiel unter Verwendung des Motors mit vier Polen und zweiundzwanzig Segmenten. Mit den 22 Unterschneidungen C als erste bis zweiundzwanzigste Unterschneidungen C1 bis C22 sind diese Unterschneidungen C auf der horizontalen Achse des Graphen von 16 dargestellt.
In diesem Fall erfüllt der Indexwert Q die Bedingung –0,5 Grad < Q < +0,5 Grad. Jedoch werden die Indexwerte Qa und Qb in jeder der Innenumfangsflächenregionen Da und Db kleiner als oder gleich –0,5 Grad oder größer als oder gleich +0,5 Grad.
In einem solchen Fall unterscheidet sich die Zeit, zu der das Wechseln (Gleichrichten) des Stroms in Bürsten B1 und B2 und den Segmenten SG ausgeführt wird, an den Positionen von 360 Grad/Anzahl der Polpaare P. Somit verschiebt sich die Zeitsteuerung der magnetischen Anregungskraft des Bürstenmotors 1 und wird unausgeglichen. Dies führt zu einem unerwünschten Zustand, in dem Vibration und Geräusche erzeugt werden.
Um zu verhindern, dass es zu einer solchen Situation kommt, werden die Indexwerte Qa und Qb für die ersten und zweiten Innenumfangsregionen Da und Db vorzugsweise jeweils innerhalb von ±0.5 Grad eingestellt.
Im Falle des Bürstenmotors 1 der vorliegenden Ausführungsform wird die Innenumfangsfläche von 360 Grad in der Umfangsrichtung, die von vier Dauermagneten 6 gebildet wird, durch die Anzahl der Polpaare P (= 2) geteilt, um in zwei Innenumfangsregionen geteilt zu werden, nämlich erste und zweite Innenumfangsregionen Da und Db von jeweils 180 Grad in der Umfangsrichtung. In diesem Fall sind in den zehn Unterschneidungen C1 bis C10 die aufeinander folgenden fünf Unterschneidungen C in der Umfangsrichtung jeweils so angeordnet, dass sie den ersten und zweiten Innenumfangsflächenregionen Da und Db zugewandt sind. Anders ausgedrückt gehören die fünf aufeinander folgenden Unterschneidungen C jeweils zur ersten Innenumfangsflächenregion Da und zur zweiten Innenumfangsflächenregion Db. Die fünf Unterschneidungen C, die in der ersten Innenumfangsflächenregion Da angeordnet sind, sind radial den fünf Unterschneidungen C zugewandt, die in der zweiten Innenumfangsflächenregion Db angeordnet sind.
Wie von der doppelt gestrichelten Linie in 12B dargestellt ist, sind die ersten bis fünften Unterschneidungen C1 bis C5 so angeordnet, dass sie der ersten Innenumfangsflächenregion Da zugewandt sind, und die sechsten bis zehnten Unterschneidungen C6 bis C10 sind so angeordnet, dass sie der zweiten Innenumfangsflächenregion Db zugewandt ist.
In diesem Fall wird der Indexwert Qa (= Za/N)/P) unter Verwendung der ersten bis fünften Unterschneidungen C1 bis C5 in der ersten Innenumfangsflächenregion Da erhalten.
In diesem Fall gibt es zwei Unterschneidungen C, wie in 12B dargestellt ist, nämlich die dritten und fünften Unterschneidungen C3 und C5, bei denen der Abweichungswinkel um einen Grad (= +1 Grad) in der Vorwärtsdrehrichtung abweicht, in der ersten Innenumfangsflächenregion Da. Der vorwärtsdrehungsseitige Gesamtbetrag Z1a des Abweichungswinkels der Unterschneidungen C3, C5 in der Vorwärtsdrehrichtung ist +2 Grad.
Im Gegensatz dazu gibt es drei Unterschneidungen C, das heißt die ersten, zweiten und vierten Unterschneidungen C1, C2 und C4, bei denen der Abweichungswinkel um einen Grad (= –1 Grad) in der Rückwärtsdrehrichtung abweicht. Der rückwärtsdrehungsseitige Gesamtbetrag Z2a des Abweichungswinkels der Unterschneidungen C1, C2, C4 in der Rückwärtsdrehrichtung ist –3 Grad. Infolgedessen ist die Summe Za (= Z1a + Z2a) in der ersten Innenumfangsflächenregion Da –1 Grad.
Der Index Qa = ((Za/N)/P) in der ersten Innenumfangsflächenregion Da ist –0,05 Grad.
Der Indexwert Qb (= Zb/N)/P) wird unter Verwendung der sechsten bis zehnten Unterschneidungen C6 bis C10 in der zweiten Innenumfangsflächenregion Db erhalten.
In diesem Fall gibt es zwei Unterschneidungen C, wie in 12B dargestellt ist, nämlich die achten und die zehnten Unterschneidungen C8 und C10, bei denen der Abweichungswinkel um einen Grad (= +1 Grad) in der Vorwärtsdrehrichtung abweicht, in der zweiten Innenumfangsflächenregion Da. Der vorwärtsdrehungsseitige Gesamtbetrag Z1b des Abweichungswinkels der Unterschneidungen C8 und C10 in der Vorwärtsdrehrichtung ist +2 Grad.
Dagegen gibt es drei Unterschneidungen C, das heißt die sechsten, siebten und neunten Unterschneidungen C6, C7 und C9, bei denen der Abweichungswinkel um einen Grad (= –1 Grad) in der Rückwärtsdrehrichtung abweicht. Der rückwärtsdrehungsseitige Gesamtbetrag Z2b des Abweichungswinkels der Unterschneidungen C6, C7 und C9 in der Rückwärtsdrehrichtung ist –3 Grad. Infolgedessen ist die Summe Zb (= Z1b + Z2b) in der zweiten Innenumfangsflächenregion Db –1 Grad.
Der Index Qb = ((Zb/N)/P) in der zweiten Innenumfangsflächenregion Db ist –0,05 Grad.
Daher verringert der Bürstenmotor 1 der vorliegenden Ausführungsform die Entstehung von Vibration und Geräuschen, die durch eine Ungleichmäßigkeit bewirkt würden, die aus einer Abweichung der Zeitsteuerung der magnetischen Anregungskraft des Bürstenmotors 1 durch die Zeit, zu der das Wechseln (Gleichrichten) des Stroms, das in den Bürsten B1 und B2 und den Segmenten SG ausgeführt wird, entstehen würde.
Einstellen der Bürstenbreite F, der minimalen Segmentbreite Wmin und der Unterschneidungsbreite G
Da die Unterschneidungen C1 bis C10 in ungleichen Winkelabständen angeordnet sind, kann es jedoch zu den folgenden Problemen kommen.
Das erste Problem besteht darin, dass die Pluselektrodenbürste B1 und die Minuselektrodenbürste B2, die um 90 Grad voneinander beabstandet sind, gleichzeitig an der Unterschneidung C entlang laufen, wodurch sie die Motoreigenschaften negativ beeinflussen.
Das zweite Problem besteht darin, dass die Pluselektrodenbürste B1 und die Minuselektrodenbürste B2, die um 90 Grad voneinander beabstandet sind, drei Segmente gleichzeitig berühren, nämlich das Segment SG mit der minimalen Segmentbreite Wmin und die Segmente SG, die an das Segment SG angrenzen, wodurch sie die Motoreigenschaften negativ beeinflussen.
Das erste Problem stellt sich ein, wenn die Anzahl der Nuten des Motors nicht durch die Anzahl der Magnetpole teilbar ist, das heißt, wenn die Nuten nicht auf jeden Magnetpol gleichmäßig verteilt werden können. Der Motor, bei dem die Nuten nicht in gleichen Zahlen auf jeden Magnetpol verteilt werden können, hat die überlegene Wirkung im Hinblick auf die Verringerung der Drehmomentschwankung oder die Verstärkung der Gleichrichtwirkung.
Im Gegensatz dazu kommt es zu dem zweiten Problem, wenn die Anzahl der Nuten des Motors durch die Anzahl der Magnetpole teilbar ist, anders ausgedrückt, bei dem Motor, bei dem die Nuten gleichmäßig auf jeden Magnetpol verteilt werden können. Der Motor, bei dem die Nuten gleichmäßig auf jeden Magnetpol verteilt werden können, hat die überlegene Wirkung im Hinblick auf die Ausgabe eines hohen Drehmoments.
Der Bürstenmotor 1 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Motor, bei dem die Anzahl der Nuten zehn ist und die Anzahl der Magnetpole Pz vier ist (die Anzahl der Polpaare P vier ist (= 2P). Wenn die Anzahl der Nuten durch die Anzahl der Magnetpole geteilt wird, wird der Wert 2,5 erhalten. Somit können die Nuten nicht gleichmäßig auf die einzelnen Magnetpole verteilt werden. Dies kann das erste Problem bewirken.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Bürstenbreite F so eingestellt, dass sie die folgenden Bedingungen für die Beziehung der minimalen Segmentbreite Wmin und der Unterschneidungsbreite G erfüllt, so dass das erste Problem nicht auftritt. (Wmin + 2 × G)/2 > 0,8 × F
Die Bürstenbreite F ist das 0,8-Fache. Die Bürstenbreite F wird angesichts der tatsächlichen Umfangsrichtungskontaktbreite der Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 des Bürstenmotors 1, der sich vorwärts und rückwärts dreht, auf das 0,8-Fache eingestellt.
Ferner sind die Segmente SG mit der minimalen Segmentbreite Wmin vier Segmente, das heißt die dritten, fünften, achten und zehnten Segmente SG3, SG5, SG8 und SG10, wie in 11 und 12 dargestellt ist.
Wenn die Bürstenbreite F auf eine Breite eingestellt wird, welche die obige Bedingung erfüllt, laufen die Pluselektrodenbürste B1 und die Minuselektrodenbürste Bq nicht gleichzeitig an der Unterschneidung C entlang, und die Motoreigenschaften werden somit nicht negativ beeinflusst.
Nun wird die Funktionsweise des Bürstenmotors 1 beschrieben.
Da jede von den Unterschneidungen C1 bis C10, die zwischen aneinander angrenzenden von den zehn Segmenten SG ausgebildet werden, in ungleichmäßigen Winkelabständen ausgebildet werden, werden Nebengeräusche, die durch die Kraft bewirkt werden, die während der Drehung von den Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 her empfangen werden, nicht maximiert, sondern gemittelt. Dadurch wird der Nebengeräuschpegel gesenkt.
Ferner ist in dem Bürstenmotor 1, bei dem die Anzahl der Segmente N zehn ist und die Anzahl der Polpaare P zwei ist, der Motor 1 so gestaltet, dass die Summe Z (= Z1 + Z2) –2 Grad ist und der Indexwert Q (= (Z/N)/P) –0,1 Grad ist. Somit liegt der Indexwert Q im Bereich von –0,5 Grad < Q < +0,5 Grad, die Änderung des Nulllaststroms ist klein (höchstens ±0,2%), und die Änderung in der Nulllastdrehzahl liegt bei höchstens ±0,2%, wenn der Bürstenmotor 1 vorwärts und rückwärts gedreht wird.
Ferner wird die Innenumfangsfläche von 360 Grad in der Umfangsrichtung, die von den vier Dauermagneten 6 gebildet wird, durch die Anzahl der Polpaare P (= 2) in die zwei Innenumfangsregionen Da und Db von 180 Grad in der Umfangsrichtung geteilt. Die während der Drehung aufeinander folgenden fünf Unterschneidungen C sind so angeordnet, dass sie den beiden Innenumfangsflächenregionen Da und Db zugewandt sind. Die Summen Z der fünf Unterschneidungen C, die den beiden Innenumfangsregionen Da und Db zugewandt sind, sind auf höchstens ±0,5 eingestellt.
Somit weicht die Zeitsteuerung der magnetischen Anregungskraft des Bürstenmotors 1 nicht auf Basis der Zeit ab, zu der das Wechseln (Gleichrichten) des Stroms in den Bürsten B1 und B2 und den Segmenten SG ausgeführt wird. Dadurch werden die Vibration und die Geräusche verringert, die durch die Unausgewogenheit der Zeitsteuerung der magnetischen Anregungskraft des Bürstenmotors 1 erzeugt werden.
Darüber hinaus ist der Bürstenmotor 1 ein Motor, bei dem die Anzahl der Nuten zehn ist und die Anzahl der Magnetpole vier ist (= 2P) und die Nuten nicht gleichmäßig auf jeden Magnetpol verteilt werden können. Somit wird die Bürstenbreite F so eingestellt, dass sie in der Beziehung mit der minimalen Segmentbreite Wmin und der Unterschneidungsbreite G (Wmin + 2 × G)/2 > 0,8 × F erfüllt. Infolgedessen laufen die Pluselektrodenbürste B1 und die Minuselektrodenbürste B2 nicht gleichzeitig an der Unterschneidung C entlang.
Die dritte Ausführungsform weist die folgenden Vorteile auf.

(1) In der vorliegenden Ausführungsform werden die Unterschneidungen C1 bis C10, die in den zehn Segmenten, das heißt in den ersten bis zehnten Segmenten SG1 bis SG10 ausgebildet werden, in ungleichen Winkelabständen ausgebildet. Dadurch wird der Nebengeräuschpegel der Nebengeräusche, die durch die Kraft erzeugt werden, die während der Drehung von den Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 her empfangen wird, gesenkt.
(2) In dem Bürstenmotor 1 der vorliegenden Ausführungsform ist die Anzahl der Segmente N zehn, und die Anzahl der Polpaare P ist zwei, die Summe Z (= Z1 + Z2) ist –2 Grad und der Indexwert Q ist –0.1, was im Bereich von –0.5 Grad < Q < +0,5 Grad liegt. Wenn der Bürstenmotor 1 vorwärts und rückwärts gedreht wird, ist daher die Änderung des Nulllaststroms gering (höchstens ±0,2%) und die Änderung der Nulllastdrehzahl liegt bei höchstens ±0,2%.
(3) In der vorliegenden Ausführungsform wird die Innenumfangsfläche von 360 Grad in der Umfangsrichtung, die von vier Dauermagneten 6 gebildet wird, durch die Anzahl der Polpaare P (= 2) in die zwei Innenumfangsregionen Da und Db von 180 Grad in der Umfangsrichtung geteilt. Da die Summe Za der fünf Unterschneidungen C, die der Innenumfangsflächenregion Da zugewandt sind, auf –1 Grad eingestellt ist und die Summe Zb auf +1 Grad eingestellt ist, sind die jeweiligen Indexwerte Qa und Qb in einem Bereich von höchstens ±0,5 Grad eingestellt. Daher weicht die Zeitsteuerung der magnetischen Anregungskraft des Bürstenmotors 1 auf Basis der Zeit, zu der das Wechseln (Gleichrichten) des Stroms in den Bürsten B1 und B2 und des Segments Sg ausgeführt wird, nicht ab. Dadurch werden die Vibration und die Geräusche verringert, die durch die Unausgewogenheit der Zeitsteuerung der magnetischen Anregungskraft des Bürstenmotors 1 erzeugt werden.
(4) In der vorliegenden Ausführungsform ist der Bürstenmotor 1 ein Motor, bei dem die Anzahl der Nuten zehn ist und die Anzahl der Magnetpole vier ist (= 2P) und die Nuten nicht gleichzeitig auf jeden Magnetpol verteilt werden können. Die Bürstenbreite F ist so eingestellt, dass sie in der Beziehung mit der minimalen Segmentbreite Wmin und der Unterschneidungsbreite G (Wmin + 2 × G)/2 > 0,8 × F erfüllt. Somit laufen die Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2 nicht gleichzeitig an der Unterschneidung C entlang. Daher werden die Motoreigenschaften nicht nachteilig beeinflusst, wenn die Pluselektrodenbürste B1 und die Minuselektrodenbürste B2 gleichzeitig an den angrenzenden Segmenten SG entlang laufen.

Die dritte Ausführungsform kann modifiziert werden wie nachstehend beschrieben.
In der oben beschriebenen dritten Ausführungsform ist die Anzahl der Nuten nicht durch die Anzahl der Magnetpole im Motor teilbar (Motor, bei dem die Nuten nicht gleichmäßig auf jeden Magnetpol verteilt werden können), die Bürstenbreite F ist so eingestellt, dass in der Beziehung mit der minimalen Segmentbreite Wmin und der Unterschneidungsbreite G (Wmin + 2 × G)/2 > 0,8 × F erfüllt ist.
In dieser Hinsicht kann die Bürste F wie nachstehend beschrieben eingestellt werden, wenn die Anzahl der Nuten durch die Anzahl der Magnetpole in einem Motor geteilt werden kann (Motor, in dem die Nuten gleichmäßig auf jeden Magnetpol verteilt werden können).
Als Beispiel zeigt 17 einen Motor, der zwölf Segmente SG, zwölf Nuten und vier Magnetpole aufweist. In diesem Fall ist die Anzahl der Nuten (= 12) durch die Anzahl der Magnetpole (= 4) teilbar, und die Nuten können gleichmäßig auf jeden Magnetpol verteilt werden. Im Falle des Bürstenmotors 1 können die Pluselektrodenbürste B1 und die Minuselektrodenbürste B2 drei Segmente, das heißt das Segment mit der minimalen Segmentbreite Wmin und zwei Segmente SG, die an das Segment angrenzen, nicht gleichzeitig berühren
In diesem Fall wird die Bürstenbreite F so eingestellt, dass in der Beziehung mit der minimalen Segmentbreite Wmin und der Unterschneidungsbreite G die folgende Beziehung erfüllt ist. (Wmin + 2 × G) > 0,8 × F
Somit berühren die Pluselektrodenbürste B1 und die Minuselektrodenbürste B2 die drei Segmente SG, nämlich das Segment SG mit der minimalen Segmentbreite Wmin und die beiden Segmente SG, die an das Segment SG angrenzen, nicht gleichzeitig. Somit werden die Motoreigenschaften durch den gleichzeitigen Kontakt nicht negativ beeinflusst.
In der oben beschriebenen dritten Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung in dem Bürstenmotor 1 ausgeführt, bei dem die Anzahl der Polpaare P zwei ist. Jedoch kann die vorliegende Erfindung beispielsweise auf einen Bürstenmotor mit sechs Polen und einundzwanzig Segmenten (21 Nuten) angewendet werden, bei dem die Anzahl der Polpaare P drei ist.
Wie in dem Graphen von 18 dargestellt ist, wird in diesem Fall die Innenumfangsfläche von 360 Grad in der Umfangsrichtung, die von sechs Dauermagneten 6 gebildet wird, durch die Anzahl der Polpaare P (= 3) in drei Innenumfangsregionen geteilt, nämlich die ersten bis dritten Innenumfangsflächenregionen Da, Db und Dc von 120 Grad in der Umfangsrichtung. Die 21 Unterschneidungen C werden als erste bis einundzwanzigste Unterschneidungen C1 bis C21 bezeichnet, und die Unterschneidungen C sind auf der horizontalen Achse des Graphen von 18 dargestellt.
Die Summen Da, Db und Dc wurden für die sieben aufeinander folgenden Unterschneidungen C ermittelt, die jeweils den Innenumfangsregionen Da, Db und Dc zugewandt sind. Dann wurde ein Indexwert Qa (= (Za/N)/P) für die erste Innenumfangsflächenregion Da ermittelt. Ein Indexwert Qb (= (Zb/N)/P) für die zweite Innenumfangsflächenregion Db wurde ermittelt. Ein Indexwert Qc (= (Zc/N)/P) für die dritte Innenumfangsflächenregion Dc wurde ermittelt.
Der Motor 1 ist so gestaltet, dass die Indexwerte Qa und Qb für jede von den ersten bis dritten Innenumfangsflächenregionen Da, Db und Dc jeweils innerhalb von ±0,5 Grad liegen.
Der Bürstenmotor 1 ist ein Motor, bei dem die Anzahl der Nuten nicht durch die Anzahl der Magnetpole teilbar ist und die Bürstenbreite F somit so eingestellt werden muss, dass in der Beziehung mit der minimalen Segmentbreite Wmin und der Unterschneidungsbreite G (Wmin + 2 × G)/2 > 0,8 × F erfüllt ist.
In den ersten bis dritten Ausführungsformen werden die Pluselektrodenbürste B1 und die Minuselektrodenbürste B2, wie in 1 dargestellt ist, durch die Druckschraubenfeder 19, die im Bürstenhalterkasten 16 angeordnet ist, zur radial inneren Seite hin gedrängt. Stattdessen können die Plus- und Minuselektrodenbürsten B1 und B2, wie in 19 dargestellt ist, unter Verwendung erster und zweiter Torsionsfedern SP1 bzw. SP2 angeschoben werden. In diesem Fall ist die erste Torsionsfeder SP1 in eine tragende Säule R1 eingeführt, die von der Basisplatte 15 vorsteht, die in der Umfangsrichtung der Pluselektrodenbürste B1 im Uhrzeigersinn angeordnet ist, und wird dort gestützt. Wenn die Drehung eines Endes der ersten Torsionsfeder SP1 im Uhrzeigersinn mit einem Eingriffsstift T1 gehemmt wird, wird die hintere Oberfläche der Pluselektrodenbürste B1 mit dem anderen Ende der ersten Torsionsfeder SP1 zur radial inneren Seite gedrängt.
Die zweite Torsionsfeder SP2 ist in eine tragende Säule R2 eingeführt, die von der Basisplatte 15 vorsteht, die in der Umfangsrichtung der Minuselektrodenbürste B2 im Gegenuhrzeigersinn angeordnet ist, und wird dort gestützt. Wenn die Drehung eines Endes der zweiten Torsionsfeder SP2 im Gegenuhrzeigersinn mit einem Eingriffsstift T2 gehemmt wird, wird die hintere Oberfläche der Pluselektrodenbürste B1 mit dem anderen Ende der zweiten Torsionsfeder SP2 zur radial inneren Seite gedrängt.
In diesem Fall sind die erste Torsionsfeder SP1 und die zweite Torsionsfeder SP2 in Bezug auf eine Mittellinie, die in der Umfangsrichtung durch die Mitte zwischen den Federn SP1 und SP2 verläuft, symmetrisch angeordnet. Wenn der Kommutator 11 im Uhrzeigersinn gedreht wird, wird daher die Richtung der radialen Mittelachse der Minuselektrodenbürste B2 durch den Druck, der von der zweiten Torsionsfeder SP2 ausgeübt wird, im Uhrzeigersinn versetzt. Daher kann der Druck, mit dem die Minuselektrodenbürste B2 in Kontakt mit den einzelnen Segmenten SG gleitet, verringert werden und die Bürstenvibration kann verringert werden. Wenn der Kommutator 11 dagegen entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, wird die Richtung der radialen Mittelachse der Pluselektrodenbürste B1 durch den Druck, der von der ersten Torsionsfeder SP1 ausgeübt wird, im Gegenuhrzeigersinn versetzt. Daher kann der Druck, mit dem die Pluselektrodenbürste B1 kontaktierend an den einzelnen Segmenten SG entlang gleitet, verringert werden und die Bürstenvibration kann verringert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3994010 [0003, 0004]

Claims

Bürstenmotor, umfassend: eine Drehwelle; einen Kommutator, der an der Drehwelle fixiert ist, wobei der Kommutator mehrere Segmente aufweist, die durch mehrere Unterschneidungen voneinander isoliert und getrennt sind, und wobei die mehreren Unterschneidungen mit ungleichen Winkelabständen um eine Mittelachse der Drehwelle herum angeordnet sind; einen Anker, der an der Drehwelle fixiert ist; mehrere Dauermagnete, die an einer Außenseite des Ankers angeordnet sind, wobei die mehreren Dauermagnete in gleichmäßigen Abständen so angeordnet sind, dass sich Richtungen von Magnetpolen in aneinander angrenzenden von den Dauermagneten unterscheiden; eine Spannungsausgleichsleitung, die verschiedene von den Segmenten miteinander verbindet; und eine Pluselektrodenbürste und eine Minuselektrodenbürste, die an einem Außenumfang des Kommutators an Positionen angeordnet sind, die einander nicht zugewandt sind; wobei, wenn Pz die Anzahl der Dauermagnete ist und N die Anzahl der Segmente ist, eine Beziehung N = Pz(K – 0,5) erfüllt ist, wobei Pz eine gerade Zahl ist, die größer oder gleich vier ist, K eine Konstante ist und eine natürliche Zahl ist, die größer oder gleich zwei ist, und die mehreren Unterschneidungen mindestens einen Satz von Unterschneidungen beinhalten, die mit einem Unterschneidungsabstand angeordnet sind, der sich von einem Bezugswinkel θz unterscheidet, und der Bezugswinkel θz durch einen Vergleichsausdruck θz = (360 Grad/Pz) ± (360 Grad/2N) angegeben wird.
Bürstenmotor nach Anspruch 1, wobei wenn θb ein Bürstenanordnungswinkel ist und θy ein Abweichungswinkel ist, die Pluselektrodenbürste und die Minuselektrodenbürste an Positionen angeordnet sind, die durch θb + θy angegeben werden, θb = 360 Grad/(Pz × K) erfüllt ist, wobei K eine Konstante und eine natürliche Zahl ist, θy < 360 Grad/2Pz erfüllt ist, und der Bezugswinkel θz durch einen Vergleichsausdruck θz = (360 Grad/Pz) ± (360/2N) ± θy angegeben wird.
Bürstenmotor, umfassend: eine Drehwelle; einen Kommutator, der an der Drehwelle fixiert ist, wobei der Kommutator mehrere Segmente aufweist, die durch mehrere Unterschneidungen voneinander isoliert und getrennt sind, wobei die mehreren Unterschneidungen mit ungleichen Winkelabständen um eine Mittelachse der Drehwelle herum angeordnet sind; einen Anker, der an der Drehwelle fixiert ist; mehrere Dauermagnete, die an einer Außenseite des Ankers angeordnet sind, wobei die mehreren Dauermagnete in gleichmäßigen Abständen so angeordnet sind, dass sich Richtungen von Magnetpolen in aneinander angrenzenden von den Dauermagneten unterscheiden; eine Spannungsausgleichsleitung, die verschiedene von den Segmenten miteinander verbindet; und eine Pluselektrodenbürste und eine Minuselektrodenbürste, die an einem Außenumfang des Kommutators an Positionen angeordnet sind, die einander nicht zugewandt sind; wobei, wenn Pz die Anzahl von Dauermagneten ist und N die Anzahl von Segmenten ist, eine Beziehung N = Pz × K erfüllt ist, wobei Pz eine gerade Zahl ist, die größer oder gleich vier ist, und K eine Konstante ist und eine natürliche Zahl ist, die größer oder gleich zwei ist, die mehreren Unterschneidungen mindestens einen Satz von Unterschneidungen beinhalten, die mit einem Unterschneidungsabstand angeordnet sind, der sich von einem Bezugswinkel θz unterscheidet, und der Bezugswinkel θz durch einen Vergleichsausdruck θz = (360 Grad/Pz) angegeben wird.
Bürstenmotor nach Anspruch 3, wobei wenn θb ein Bürstenanordnungswinkel ist und θy ein Abweichungswinkel ist, die Pluselektrodenbürste und die Minuselektrodenbürste an Positionen angeordnet sind, die durch θb + θy angegeben werden, θb = 360 Grad/(Pz × K) erfüllt ist, wobei K eine Konstante und eine natürliche Zahl ist, θy < 360 Grad/2Pz erfüllt ist; und der Bezugswinkel θz durch einen Vergleichsausdruck θz = (360 Grad/Pz) ± θy angegeben wird.
Bürstenmotor, umfassend: eine Drehwelle; einen Kommutator, der an der Drehwelle fixiert ist, wobei der Kommutator mehrere Segmente aufweist, die durch mehrere Unterschneidungen voneinander isoliert und getrennt sind, wobei die mehreren Unterschneidungen mit ungleichen Winkelabständen um eine Mittelachse der Drehwelle herum angeordnet sind; einen Anker, der an der Drehwelle fixiert ist; mehrere Dauermagnete, die an einer radialen Außenseite des Ankers angeordnet sind; und eine Bürste, die an einem Außenumfang des Kommutators angeordnet ist, wobei die Drehwelle, der Kommutator und der Anker gemeinsam in Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen drehbar sind; N die Zahl der Segmente und die Zahl der mehreren Unterschneidungen ist, mittlere Positionen der mehreren Unterschneidungen in Umfangsrichtung in einer Vorwärtsdrehrichtung und einer Rückwärtsdrehrichtung von einer entsprechenden mittleren Position in Umfangsrichtung abweichen, wenn die mehreren Unterschneidungen in einem gleichen Winkel ausgebildet sind, Z1 der Gesamt-Abweichungswinkel der einzelnen Unterschneidungen ist, die in der Vorwärtsdrehrichtung abweichen, Z2 der Gesamt-Abweichungswinkel der einzelnen Unterschneidungen ist, die in der Rückwärtsdrehrichtung abweichen, Z die Summe der Abweichungswinkel ist, Z = Z1 + Z2 erfüllt ist, wenn P die Anzahl der Polpaare der Magnetpole der Dauermagnete ist, Q = (Z/N)/P einen Indexwert Q darstellt und der Indexwert Q –0,5 Grad < Q < +0,5 Grad ist.
Bürstenmotor nach Anspruch 5, wobei die mehreren Unterschneidungen durch die Anzahl der Polpaare geteilt werden, und eine Summe der Abweichungswinkel der Unterschneidungen, die zu den einzelnen Gruppen gehören, für jede geteilte Gruppe erhalten wird, und der Indexwert Q für jede Gruppe –0,5 Grad < Q < +0,5 Grad ist.
Bürstenmotor nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Anker mehrere Nuten aufweist, die Anzahl der Nuten eine Zahl ist, die nicht durch die Anzahl der mehreren Magnetpole teilbar ist, und (Wmin + 2 × G)/2 > 0,8 × F erfüllt ist, wenn F eine Umfangsbreite der Bürste ist, wobei die mehreren Segmente jeweils eine Segmentbreite aufweisen, die eine Umfangsbreite ist, Wmin eine minimale Segmentbreite in den mehreren Segmenten ist und G eine Umfangsbreite der einzelnen Unterschneidungen ist.
Bürstenmotor nach Anspruch 7, wobei die Anzahl der Polpaare zwei ist und die Anzahl der Segmente und die Anzahl der Nuten jeweils zehn sind.
Bürstenmotor nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Anker mehrere Nuten aufweist, die Anzahl der Nuten eine Zahl ist, die durch die Anzahl der mehreren Magnetpole teilbar ist, und (Wmin + 2 × G)/ > 0,8 × F erfüllt ist, wenn F eine Umfangsbreite der Bürste ist, wobei die mehreren Segmente jeweils eine Segmentbreite aufweisen, die eine Umfangsbreite ist, Wmin eine minimale Segmentbreite in den mehreren Segmenten ist und G eine Umfangsbreite der einzelnen Unterschneidungen ist.
Bürstenmotor nach Anspruch 9, wobei die Anzahl der Polpaare zwei ist und die Anzahl der Segmente und die Anzahl der Nuten jeweils zwölf sind.