JP2008228479A - 直流モータ - Google Patents
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Abstract
【課題】ブラシシフト角を適正化して整流特性を向上させ、ブラシ火花低減による長寿命化とモータ損失の抑制を図ることのできる直流モータを提供する。
【解決手段】ステータの界磁極が8極(永久磁石16が8個)、ロータにおいては電機子コアに32個のティース33cが設けられ、コイル35が3個のティース33cを跨ぐ短節巻きにて巻回されて整流子(セグメント42)と接続されて構成される。給電ブラシ19は通常位置から反回転方向側にシフトされて配置され、そのシフト角αをθ/4〜θ/2(θは整流帯であり、給電ブラシ19が実質整流を行う角度期間)の範囲内の所定値に設定した。
【選択図】図4
【解決手段】ステータの界磁極が8極(永久磁石16が8個)、ロータにおいては電機子コアに32個のティース33cが設けられ、コイル35が3個のティース33cを跨ぐ短節巻きにて巻回されて整流子(セグメント42)と接続されて構成される。給電ブラシ19は通常位置から反回転方向側にシフトされて配置され、そのシフト角αをθ/4〜θ/2(θは整流帯であり、給電ブラシ19が実質整流を行う角度期間)の範囲内の所定値に設定した。
【選択図】図4
Description
本発明は、コイルが分布巻きにて巻回されたロータの整流子に、周方向にシフトして配置した給電ブラシを接触させて給電する構成のアウタロータ型の直流モータに関するものである。
従来、界磁として永久磁石を有するステータの外周に、回転軸と一体回転する複数個のコイルを有してなるロータが配置されたアウタロータ型の直流モータとしては、特許文献1に記載されたものが知られている。この特許文献1のアウタロータ型の直流モータは、コアレスとしてロータの軽量化を図ったものであるが、コアにコイルを巻回するものにおいても、コイル鎖交磁束を多くして小型高出力を図るためには、ステータ側の磁石の磁極ピッチとロータ側のコイルピッチとを同じとした全節巻きが採用される。
特開平6−261502号公報
しかしながら、上記のように全節巻きを採用した場合、整流時の無火花帯(整流子と給電ブラシとの間で火花放電が生じない期間)が減少するため、ブラシ火花による給電ブラシの損傷が早くなり寿命が低下するという問題がある。
この整流時のブラシ火花の低減には、給電ブラシを永久磁石の磁極中心線上の通常位置から回転方向一方にシフトさせて配置するブラシシフトが有効であるが、そのシフト角を大きくするとステータ側の永久磁石によりコイルに発生する誘起電圧にて過整流になり易い。特に、永久磁石に希土類磁石を使用する等して磁束密度を高めて小型高出力かしている場合には、過整流がより顕著となる。この過整流はブレーキトルクを発生させることから、モータ損失が大きくなるという問題がある。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ブラシシフト角を適正化して整流特性を向上させ、ブラシ火花低減による長寿命化とモータ損失の抑制を図ることができる直流モータを提供することにある。
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、界磁を有するステータと、前記界磁の外周において回転可能に配置され、電機子コアのティースにコイルが巻回されて構成されるとともに、該コイルが接続されるセグメントを有する整流子を一体に備えてなるロータと、前記整流子のセグメントに接触する給電ブラシを有し、該給電ブラシから前記整流子を介して前記コイルに回転駆動のための電源供給を行う給電装置とを備えたアウタロータ型の直流モータであって、前記ステータの界磁極は8極であり、前記ロータにおいて前記電機子コアには前記ティースが32個設けられるとともに、前記コイルが3個のティースを跨ぐ短節巻きにて巻回され、前記給電ブラシは、前記界磁極の磁極中心線上の通常位置から回転方向一方にシフトされ、整流帯をθとした場合にθ/4〜θ/2の範囲内にブラシシフト角が設定されたことをその要旨とする。
この発明では、ステータの界磁極が8極、ロータにおいては電機子コアに32個のティースが設けられ、コイルが3個のティースを跨ぐ短節巻きにて巻回されて整流子と接続されてなり、整流子に接触する給電ブラシは、通常位置から回転方向一方にシフトされ、そのシフト角がθ/4〜θ/2(θは整流帯であり、給電ブラシが実質整流を行う角度期間)の範囲内に設定される。これにより、整流特性が向上し(図5参照)、ブラシ火花とモータ損失との両面で良好な結果が得られる。
本発明によれば、ブラシシフト角を適正化することで整流特性が向上し、ブラシ火花低減による長寿命化とモータ損失の抑制を図ることのできる直流モータを提供することができる。
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図1に、本実施の形態の直流モータ1を示す。直流モータ1は、界磁として永久磁石16を有するステータ2の外周に、コイル35を有するロータ3が配置されるアウタロータ型の直流モータにて構成されている。
図1に、本実施の形態の直流モータ1を示す。直流モータ1は、界磁として永久磁石16を有するステータ2の外周に、コイル35を有するロータ3が配置されるアウタロータ型の直流モータにて構成されている。
ステータ2を構成するステータハウジング11は、略円形の皿状をなしており、その底部に設けた円環状の突条部11aの内側には、支持部材12が固定されている。支持部材12は、貫通孔12aが形成された円筒状の支持部材本体12bと、該支持部材本体12bの基端部に形成された保持部12cと、該支持部材本体12bの軸方向略中央に形成された鍔部12dとを備えている。支持部材12は、基端部の保持部12cがステータハウジング11の突条部11aにて位置決めがなされて該ハウジング11に固定されるとともに、該保持部12cの内周部には軸受13が固定されている。
支持部材本体12bにおける鍔部12dよりも先端側の外周には、固定孔15aが形成された略円筒状の界磁コア15が配置されている。界磁コア15は、固定孔15a内に支持部材本体12bが嵌入され該コア15の基端端面が鍔部12dに当接するように固定され、固定状態において支持部材本体12bの先端部よりも突出して取り付けられている。その突出部分における固定孔15aの内周部には、前記軸受13と対をなす軸受14が固定されている。このような界磁コア15の外周面には、図2に示すように、円弧状で同形状に形成された8個の永久磁石16が周方向にN極とS極とが交互となるように配置されて固定されている。つまり、ステータ2には、等角度間隔に8極の界磁極を有している。
各永久磁石16の外側面16aは、同一円周となる円弧面部16bを周方向中央領域(磁極中央領域)に有し、該円弧面部16bの両側においては周方向端部に向かうほど径方向内側に傾斜する一対の傾斜面部16cを有している。即ち、永久磁石16の外側面16aの円弧面部16bでは、後述する電機子コア33の内側環状部33dの内周面33eとの隙間が周方向で等間隔であり、傾斜面部16cでは、端部に向かうほどその内周面33eとの隙間が大きくなるように構成されている。本実施の形態では、永久磁石16は周方向に8個配置されることから個々の角度範囲は45°であり、そのうち中央域の円弧面部16bは約23°(45°の半分の22.5°)に設定され、後述するが3個のティース33cに跨ってコイル35が巻回されるその両側のティース33cの中心線間の角度範囲a1に相当する。また、両側の傾斜面部16cはそれぞれ約11°(45°の1/4の11.25°)に設定され、隣接するティース33cの中心線間の角度範囲a2に相当する。
図1に示すように、支持部材12の保持部12cの外周には、ステータハウジング11の底部に固定される保持プレート17が配置されるとともに、該保持プレート17には、四角筒状をなす6個のブラシホルダ18が等角度間隔に設けられている。尚、図1は、ブラシホルダ18が有る部分と無い部分の断面図であり、ブラシホルダ18を1つのみ図示している。各ブラシホルダ18には、略四角柱状の給電ブラシ19がそれぞれ軸方向に移動可能に挿入されている。因みに、各給電ブラシ19は、そのブラシ幅(周方向幅)がセグメント42の周方向幅と略同じに設定されている。各給電ブラシ19は、ブラシホルダ18内に収容された圧縮コイルばね20によって後述の整流子41(セグメント42)に押圧接触される。そして、各給電ブラシ19は、ステータハウジング11外に引き出されるリード線21にそれぞれ電気的に接続され、該リード線21を通じて外部からロータ3の回転のための電源供給がなされるようになっている。給電ブラシ19は、プラス側給電用とマイナス側給電用とが周方向に交互に配置されている。
ロータ3を構成するロータハウジング31は、円筒状のコア固定部31aと、該コア固定部31aの片側端部を閉塞する底部31bとを一体に形成してなり、有底円筒状をなしている。コア固定部31aは、前記ステータハウジング11の外径と等しい外径を有するとともに、底部31bの中央部には、円筒状の支持部31cが一体に設けられている。円筒状の支持部31cの内側には、軸方向に貫通する圧入孔31dが形成されており、該圧入孔31dには、回転軸32が圧入により固定されている。回転軸32は、前記軸受13,14にてそれぞれ所定部位が軸支され、これにより、ロータ3は、支持部材12に対して回転可能に支持される。
図1及び図2に示すように、コア固定部31aの内周面には、円環状の電機子コア33が固定されており、前記ステータ2の永久磁石16の外周に配置されている。電機子コア33は、コア固定部31aの内周面に圧入される円環状のアウタコア33aと、該アウタコア33aの内周部に組み付けられるインナコア33bとから構成されている。インナコア33bは、アウタコア33aの内周部から中心部に向かって径方向に延びる32個のティース33cを等角度間隔に有し、隣接するティース33cの内側端部同士が内側環状部33dにより円環状に連結され一体に構成されている。内側環状部33dの内周面33eは、同一円周の円周面にて形成されており、前記ステータ2の永久磁石16の外側面16aと対向している。
電機子コア33には、絶縁樹脂製のインシュレータ34の上からティース33cに対して導線が分布巻にて巻回されてなる複数のコイル35が構成されている。因みに、コイル35は、アウタコア33aに組み付けられる前のインナコア33bのティース33cに巻回され、その巻回後にインナコア33bがアウタコア33aに組み付けられる。そして、コイル35が巻回されてインナコア33bがアウタコア33aに組み付けられた電機子コア33は、ロータハウジング31のコア固定部31aの内周面に圧入により固定されている。各コイル35の端部35a,35b(各コイル35における巻き始めの端部と巻き終わりの端部)は、ロータハウジング31の開口部31e側に引き出されている。
ロータハウジング31の開口部31eには、円環状の固定部材36が固定され、該固定部材36上に整流子41が固定されている。整流子41は、径方向に放射状に配置された32個のセグメント42と、これらセグメント42を保持する絶縁性樹脂材料よりなる円環状の保持部43と、所定のセグメント42同士を短絡する短絡線44とから構成されている。
各セグメント42は、図1及び図3に示すように、軸方向から見た形状が外周側に向かうに連れて周方向の幅が広くなる略扇形状をなすとともに、各セグメント42の軸方向の一方の端面(電機子コア33と逆側の面)は、前記給電ブラシ19が摺接する軸直交平面よりなる摺接面42aとなっている。各セグメント42は、その摺接面42aが面一で、周方向に隣り合うセグメント42間に隙間(スリット)が設けられるように、保持部43にて周方向に等角度間隔に配置されている。また、各セグメント42の径方向内側端部には、周方向に並ぶ一対の内周側接続ピン42bが形成されるとともに、各セグメント42の径方向外側の端部には、径方向外側に突出するとともに周方向に屈曲した形状をなす外周側接続ピン42cが形成されている。
図3は、整流子41の裏面側(反摺接面42a側)から見た平面図を示す。尚、図3では、セグメント42及び短絡線44のみを図示している。図3に示すように、短絡線44は、セグメント42と同数の32個備えられ、一方の端部が所定のセグメント42の内周側接続ピン42bに接続されるとともに、他方の端部が90°ずれた位置(7個置き)にあるセグメント42の外周側接続ピン42cに接続されている。これにより、各セグメント42は、短絡線44により90°毎のセグメント42同士が同電位とされている。
整流子41のセグメント42には、対応する前記コイル35の端部35a,35bがそれぞれ電気的に接続されている。この場合、各コイル35において径方向内側に引き出された端部35aが、対応するセグメント42の内周側接続ピン42bに接続され、径方向外側に引き出された端部35bが、対応するセグメント42の外周側接続ピン42cに接続されて結線されている。
本実施の形態の具体的な結線は図4に示す通りで、3個のティース33cに跨ってコイル35が巻回されて次のセグメント42に接続され、次に1個ずれた3個のティース33cに跨ってコイル35が巻回されて更に次のセグメント42に接続されるというように、これが繰り返されて各コイル35と整流子41との結線がなされている。この場合、コイル35が3個のティース33cに跨って巻回されることから、図2に示すように、ステータ2側の永久磁石16の磁極ピッチ(周方向両端部間の角度範囲A1)よりもロータ3側のコイル35のピッチ(周方向両端部間の角度範囲A2)が狭い短節巻きによる巻回ということになる。因みに、永久磁石16の磁極ピッチ(角度範囲A1)は、上記したように本実施の形態では45°であるのに対し、コイル35のピッチ(角度範囲A2)は、本実施の形態では約34°(3個分のティース33cの間隔33.75°)となっている。
また、このような結線に対し、各給電ブラシ19は、永久磁石16の磁極中心線上の通常位置から回転方向一方側に角度αだけシフト(図4にて2点鎖線で示す位置から実線で示す位置までシフト)させた位置に配置されている。ここで、本実施の形態の直流モータ1は一方向回転駆動用のモータであり、各給電ブラシ19は、その回転方向とは反対側にシフトさせて配置されている。各給電ブラシ19のシフト角αは、整流期間内の整流帯(給電ブラシ19の周方向幅からセグメント42間のスリット幅を除いた実質整流している角度期間)をθとすると、本実施の形態では、θ/4〜θ/2の範囲内の所定値に設定されている。
図5(a)(b)に示すように、給電ブラシ19のシフト角αが通常位置(シフト角ゼロ)から増加するにつれてモータ損失が増加するのに対し、給電ブラシ19のシフト角αが通常位置(シフト角ゼロ)から増加するにつれてブラシ火花が低減し、θ/2を若干越えたところでブラシ火花は略ゼロとなる。尚、図5の実線で示す変化は、短節巻きを採用した本実施の形態のモータ1によるものであり、図5の破線で示す変化は、全節巻き(4個のティースを跨ぐ巻回)を採用したモータによるものである。つまり、短節巻きを採用した本実施の形態のモータ1の方が整流特性の向上が大であり、モータ損失とブラシ火花とで優れた結果となる。そして、このような短節巻きを採用した本実施の形態のモータ1においてモータ損失とブラシ火花との両面から検討すると、図5(c)に示すように、給電ブラシ19のシフト角αがθ/4〜θ/2の間で最小値を含む良好な範囲となることがわかった。このことから本実施の形態では、給電ブラシ19のシフト角αがθ/4〜θ/2の範囲内の所定値、例えば最小値となるθ/3に設定され、ブラシ火花低減による長寿命化を図りつつ、モータ損失を抑制する構成としている。
上記したように、本実施の形態によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施の形態の直流モータ1では、ステータ2の界磁極が8極(永久磁石16が8個)、ロータ3においては電機子コア33に32個のティース33cが設けられ、コイル35が3個のティース33cを跨ぐ短節巻きにて巻回されて整流子41(セグメント42)と接続されて構成されている。そして、整流子41に接触する給電ブラシ19が通常位置から反回転方向側にシフトされ、そのシフト角αをθ/4〜θ/2(θは整流帯であり、給電ブラシ19が実質整流を行う角度期間)の範囲内の所定値に設定した。これにより、整流特性が向上し(図5参照)、ブラシ火花とモータ損失との両面で良好な結果となり、ブラシ火花低減による長寿命化とモータ損失の抑制を図ることができる。
(1)本実施の形態の直流モータ1では、ステータ2の界磁極が8極(永久磁石16が8個)、ロータ3においては電機子コア33に32個のティース33cが設けられ、コイル35が3個のティース33cを跨ぐ短節巻きにて巻回されて整流子41(セグメント42)と接続されて構成されている。そして、整流子41に接触する給電ブラシ19が通常位置から反回転方向側にシフトされ、そのシフト角αをθ/4〜θ/2(θは整流帯であり、給電ブラシ19が実質整流を行う角度期間)の範囲内の所定値に設定した。これにより、整流特性が向上し(図5参照)、ブラシ火花とモータ損失との両面で良好な結果となり、ブラシ火花低減による長寿命化とモータ損失の抑制を図ることができる。
尚、本発明の実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、磁極毎に8個が独立した永久磁石16を用いたが、複数磁極で1個とした永久磁石や、環状とした1個の永久磁石を用いてもよい。また、外側面16aに円弧面部16bと傾斜面部16cとを有する永久磁石16を用いたが、傾斜面部16cを省略し外側面16a全体を同一円周で形成した永久磁石を用いてもよい。
・上記実施の形態では、磁極毎に8個が独立した永久磁石16を用いたが、複数磁極で1個とした永久磁石や、環状とした1個の永久磁石を用いてもよい。また、外側面16aに円弧面部16bと傾斜面部16cとを有する永久磁石16を用いたが、傾斜面部16cを省略し外側面16a全体を同一円周で形成した永久磁石を用いてもよい。
・上記実施の形態では、所定のセグメント42同士を同電位とする短絡線44を用いて整流子41を構成したが、短絡線44を省略してもよい。この場合、給電ブラシ19は6個必須となる。また、短絡線44を用いて整流子41を構成していることから、給電ブラシ19を例えば2個や4個とすることもできる。また、給電ブラシ19の全部をシフトして配置したが、少なくとも1個をシフトして配置してもよい。また、給電ブラシ19と整流子41を軸方向に接触させる構成であったが、径方向に接触させる構成としてもよい。
・上記実施の形態では、電機子コア33においてティース33cを内側環状部33dで一体化したが、内側環状部33dを形成せず、ティース33cの内側部分を独立させてもよい。この場合、アウタコア33aに相当する外側環状部にティース33cを一体形成するのが好ましく、更にこの場合、ティース33cの内側端部同士が拡開するように外側環状部が回動可能に連結する構成としてもよい。
1…直流モータ、2…ステータ、3…ロータ、16…界磁としての永久磁石、19…給電装置を構成する給電ブラシ、33…電機子コア、33c…ティース、35…コイル、41…整流子、42…セグメント、α…シフト角。
Claims (1)
- 界磁を有するステータと、
前記界磁の外周において回転可能に配置され、電機子コアのティースにコイルが巻回されて構成されるとともに、該コイルが接続されるセグメントを有する整流子を一体に備えてなるロータと、
前記整流子のセグメントに接触する給電ブラシを有し、該給電ブラシから前記整流子を介して前記コイルに回転駆動のための電源供給を行う給電装置と
を備えたアウタロータ型の直流モータであって、
前記ステータの界磁極は8極であり、
前記ロータにおいて前記電機子コアには前記ティースが32個設けられるとともに、前記コイルが3個のティースを跨ぐ短節巻きにて巻回され、
前記給電ブラシは、前記界磁極の磁極中心線上の通常位置から回転方向一方にシフトされ、整流帯をθとした場合にθ/4〜θ/2の範囲内にブラシシフト角が設定されたことを特徴とする直流モータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007064879A JP2008228479A (ja) | 2007-03-14 | 2007-03-14 | 直流モータ |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2007064879A JP2008228479A (ja) | 2007-03-14 | 2007-03-14 | 直流モータ |
Publications (1)
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JP2008228479A true JP2008228479A (ja) | 2008-09-25 |
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Family Applications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2951593A1 (fr) * | 2009-10-19 | 2011-04-22 | Faurecia Sieges Automobile | Moteur electrique pour reglage de position d'un element de siege automobile. |
CN103427579A (zh) * | 2012-05-15 | 2013-12-04 | 深圳联和电机有限公司 | 永磁直流电动机及其转子组件的制造方法 |
-
2007
- 2007-03-14 JP JP2007064879A patent/JP2008228479A/ja active Pending
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