JP2023041538A - モータ - Google Patents
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Abstract
【課題】ブラシが小型化することを抑制し得るモータを提供すること。【解決手段】モータ(1)は、ブラケット(15)と、ブラケット(15)と連結する連結部(10f)と、連結部(10f)に囲まれる開口(10c)と、を有するフレーム(1a)と、整流子(5)と、ブラケット(15)に設けられて整流子(5)に接触するブラシ(12)と、を備え、軸方向において、ブラシ(12)はフレーム(1a)の連結部(10f)に対向している。【選択図】図2
Description
本発明は、モータに関する。
整流子とブラシとがフレーム(例えば、ヨークハウジング)の内部に収容されるモータが知られている(例えば、特許文献1参照)。近年、モータは、高トルク化や小型化のために多極化される傾向にある。
モータの多極化に伴い整流子のセグメント数が増えて整流子の外径が大きくなると、フレームの内周面と整流子との間の間隔が狭くなり、ブラシを小型化する必要がある。しかし、小型化されたブラシでは、摩耗する前のブラシの体積に対する摩耗分の比率が大きいため、ブラシの摩耗の影響が大きく、ブラシの短寿命化、ひいては、モータの短寿命化を招く懸念があった。
そこで、本発明は、多極化してもブラシの小型化を抑制することができるモータを提供することを課題の一例とする。
上記課題は、以下の本発明により解決される。即ち、本発明のモータは、ブラケットと、前記ブラケットと連結する連結部と、当該連結部に囲まれる開口と、を有するフレームと、整流子と、前記ブラケットに設けられて前記整流子に接触するブラシと、を備え、軸方向において、前記ブラシは前記フレームの連結部に対向している。
以下、本発明にかかるモータを実施するための形態が添付図面とともに例示される。なお、上記添付図面では、理解を容易にするために、各部材の寸法が誇張して示されていたり、構成が簡略化されて示されていたりする場合がある。
図1は、実施の形態にかかるモータ1を示す正面図である。図2は、図1に示されるII-II線における側断面図である。
なお、本実施の形態の説明においては、便宜上、モータ1が回転する際の軸線Xが延びる方向を回転軸の軸方向とする。また、以下の説明では、便宜上、回転軸の軸方向において矢印a方向を一方側a、矢印b方向を他方側bとする。また、本実施の形態の説明において、「径方向」とは、軸線Xを中心とする円の径方向であり、図中、その径方向の外側を矢印c、内側を矢印dで表し、文中、径方向の外側を「外側c」、内側を「内側d」と表記し、径方向そのものを表す場合には「径方向cd」と表記する。
図1及び図2に示すように、モータ1は、静止部としてのフレーム1aと、フレーム1aに対して回転可能に支持された可動部としてのアマチュア1bと、を有している。モータ1は、いわゆるインナーロータ型のブラシ付DCモータである。
ここで「静止部」とは、可動部に対して相対的に静止している部位を指し、完全に静止していなくても構わない。静止部としては、フレーム1aの他、後述するマグネット4、第1軸受21、第2軸受22、及びブラケット15などが含まれる。
モータ1は、アマチュア1bをフレーム1aに対して回転可能に支持するシャフト(回転軸)2を備えている。このシャフト2は「可動部」に相当する。換言すれば、「可動部」とは、モータ1の駆動により回転する要素をいう。
アマチュア1bは、ロータ6及び整流子5などを有している。ロータ6は、シャフト2に固定されている。ロータ6は、径方向の外側cに複数突出する突極(磁極部)を有するロータコア61、及び、各突極に巻回されたコイル62、などを有している。
フレーム1aは、筒部10と、底部11と、を有している。
筒部10は、内周部としての内周面10iと、内周面10iに囲まれた開口10cと、外周面10oと、後述するブラケットと連結する連結部としてのフランジ10fと、を有している。フランジ10fは、筒部10の外周面10oの他方側bの端部及び筒部10の内周部10iの他方側bの端部から、径方向の外側cに突出している。また、フランジ部10fは開口を囲んでいる。外周面10oとフランジ10fとによって、筒部10の外周部10uが形成される。なお、フランジ10fは必須の構成ではない。筒部10がフランジ10fを有さない場合、後述するブラケット15と連結する連結部はフレーム1aのブラケット15側の端部である。
筒部10は、内周部としての内周面10iと、内周面10iに囲まれた開口10cと、外周面10oと、後述するブラケットと連結する連結部としてのフランジ10fと、を有している。フランジ10fは、筒部10の外周面10oの他方側bの端部及び筒部10の内周部10iの他方側bの端部から、径方向の外側cに突出している。また、フランジ部10fは開口を囲んでいる。外周面10oとフランジ10fとによって、筒部10の外周部10uが形成される。なお、フランジ10fは必須の構成ではない。筒部10がフランジ10fを有さない場合、後述するブラケット15と連結する連結部はフレーム1aのブラケット15側の端部である。
筒部10には、径方向cdにおいてロータ6の外周面と対向するマグネット4や、ブラシ12等を保持するブラケット15などが取り付けられている。マグネット4は、筒部10の内周面10iに取り付けられている。ロータ6におけるロータコア61の突極(磁極部)は、マグネット4の内周面に対向している。
底部11は、筒部10の軸方向の一方側aの一端部10x(図2において一方側aの端部及びその端部近傍をいう。)に設けられている。底部11により、筒部10の軸方向の一方側aの開口10cが塞がれており、これにより、底を有する筒状のフレーム1aが構成されている。
筒部10の軸方向の他方側bの他端部10y(図2において他方側bの端部及びその端部近傍をいう。)の開口10dは、ブラケット15により閉じられている。また、筒部10の他端部10yからは、シャフト2が筒部10の外側へ向かって突出している。
筒部10の軸方向の他方側bの他端部10y(図2において他方側bの端部及びその端部近傍をいう。)の開口10dは、ブラケット15により閉じられている。また、筒部10の他端部10yからは、シャフト2が筒部10の外側へ向かって突出している。
筒部10の一端部10x側の端部に配置された底部11には、シャフト2の一方側aの端部が収まるように、一方側aに向けて突出した突出部11aがある。この突出部11aの内部には、第1軸受21及びプレート7が固定されている。
第1軸受21は、筒部10の一端部10xにおける軸方向から見た中央部に保持されている。また、軸方向から見たブラケット15の第1部材16(後述する)の中央部には、第2軸受22が保持されている。すなわち、第1軸受21は、ロータ6の軸方向の一方側aにあり、第2軸受22は、ロータ6の軸方向の他方側bにある。そして、シャフト2は、他方側bに延び、突出部16a(後述する)の径方向cdの中心に設けられた開口を貫通して外部に突き出ている。この外部に突き出た他方側bのシャフト2から、モータ1による回転力がモータ1の外部に取り出されるようになっている。
第1軸受21及び第2軸受22(まとめて、「軸受21,22」という場合がある。)は、シャフト2をフレーム1aに対して回転可能に支持している。アマチュア1bは、軸受21,22により、筒部10に対して回転可能に保持されている。軸受21,22としては、焼結軸受、含油軸受などのスリーブベアリングや、外輪と内輪との間にボールを介在させたボールベアリング等を使用することができる。なお、第2軸受22としては、後述するワッシャ33と接触する平面を有するスリーブベアリングを用いてもよい。
シャフト2の一方側aの端部には、他方側bを向くプレート7の表面が接触している。このプレート7に対して、シャフト2の一方側aの端部が回転可能に支持されている。また、プレート7によって、シャフト2の一方側aの端部は軸方向において支持されている。
ロータ6に対してブラケット15側にあるシャフト2の一部分(シャフト2の他方側bの一部分)には、整流子5が設けられている。整流子5は、シャフト2に固定された円筒状の支持部51と、支持部51の外周面に支持された複数の整流子片52と、を有している。複数の整流子片52のそれぞれは、ロータコア61に巻回された複数のコイル62に電気的に接続されている。整流子5のうち一方側aの端部及びその近傍の部位は筒部10の内部に収容されており、整流子5のうち他方側bの部位(筒部10の内部に収容される部位を除く部位)は、フレーム1aの外側であってブラケット15の内部空間S内に配置されている。
整流子5の他方側bの端部には、リング部材31が配置されている。また、このリング部材31の他方側bの面と第2軸受22との間には、複数(本実施の形態では2つ)のワッシャ33が配置されている。リング部材31は、孔部を有する円盤状の部材である。リング部材31の孔部に、シャフト2が挿入されており、シャフト2とともに回転可能である。複数のワッシャ33は互いに重ねられており、これらのワッシャ33の孔部にシャフト2が通されている。複数のワッシャ33は、互いに接触しながら互いに摺動可能になっている。
ブラケット15は、概ね底を有する筒状に形成されている。ブラケット15がフレーム1aに取り付けられた際に、ブラケット15の内部空間Sとフレーム1aの内部空間とがつながっている。フレーム1aの内部空間内にアマチュア1bが収容されている。ブラケット15は、例えば、複数の部材で形成されており、具体的には、第1部材16と、第2部材17と、を有している。第1部材16及び第2部材17は、軸方向において積み重ねられており、第1部材16は他方側bに配置され、第2部材17は一方側aに配置される。第1部材16及び第2部材17のそれぞれは、後述する弾性部材よりも大きな剛性を有する材料で形成されている。剛性を有する材料として、例えば樹脂などが挙げられる。なお、3つ以上の部材を軸方向に積み重ねてブラケットを構成してもよい。
ブラケット15の第1部材16は、第2軸受22を保持する保持部16aを備えている。この保持部16aには、シャフト2の他方側bの端部に向けて(他方側bに向けて)突出した突出部16bがある。この突出部16bの内部には、第2軸受22が配置されている。
ブラシ12は、ブラシホルダ13(図4参照)とともに、ブラケット15に取り付けられており、ブラケット15の内部空間S内に収容されている。ブラシホルダ13は、ブラシ12を収容している。モータ1は、後述するように2つのブラシ12を備えるが、ブラシ12の数は限定されるものではない。ブラシ12のそれぞれは、例えば柱状の部材であり、例えば、円柱、角柱である。柱状の部材は、例えば、カーボンなどの導電性を有する材料で形成されている。本実施の形態におけるブラシ12は、角柱であり、概ね四角柱である。ブラシ12は、ブラケット15に取り付けられた弾性部材としてのバネ19によって整流子5に向かって付勢されている。これにより、ブラシ12の一部が整流子5の外周面に接触する。こうして、ブラシ12を介して整流子5の整流子片52に電流が供給され、モータ1が駆動する。
図3は、ブラケット15の第2部材17を示す正面図である。図4は、ブラケット15を、第1部材16を透視して示す透視正面図である。
図2及び図3に示すように、ブラケット15の第2部材17は、筒状に形成されており、第2部材17の内部には、正面視において環状の内部空間S2が形成されている。この内部空間S2を形成する第2部材17の側壁には、概ね90°の間隔を空けて2つの凹部17nが形成されている。
図2に示すように、ブラケット15の第1部材16は板状の部材であり、軸方向から見た第1部材16の中央部には凹部16fが形成されている。この凹部16fにより、第1部材16の内部に内部空間S1が形成されている。この内部空間S1は、第2部材17の内部空間S2につながっている。こうして、第1部材16の内部空間S1は、第2部材17の内部空間S2とともに、ブラケット15の内部空間Sを形成している。内部空間S1のうち、他方側bの内部空間の一部分は、突出部16bに囲まれており、この他方側bの内部空間の一部に第2軸受22が配置されている。内部空間S1のうち一方側aの内部空間の他の一部分は、他方側bの内部空間の一部分よりも大きく、大きな直径を有しており、この一方側aの内部空間の他の一部分には、複数のワッシャ33、リング部材31、及び整流子5の他方側bの端部を含む整流子5の一部が配置されている。
第1部材16における一方側aの部分には、内部空間S2から径方向の外側cに向かうに従って一方側aに傾斜する傾斜面16sが設けられている。この傾斜面16sには、傾斜面16sの軸X側の端部に接するように2つのブラシ12が固定されている。図4に示すように、傾斜面16sにおける2つのブラシ12が設けられた、傾斜面16sの2つの部分のそれぞれは、第2部材17の2つの凹部17nのそれぞれに、軸方向Xにおいて、対応している。すなわち、2つのブラシ12のぞれぞれの一部が第2部材17の2つの凹部17nのぞれぞれの内部に収容されている。
図4に示すように、第1部材16の一方側aの面には、一方側a方向に向かって突出する2つの突出部16pが設けられている。これら2つの突出部16p間の間隔は、2つのブラシ12間の間隔(概ね90°)よりも狭い。一方の突出部16pは一方のブラシ12の近傍に設けられ、他方の突出部16pは他方のブラシ12の近傍に設けられている。突出部16pには弾性部材としてのバネ19が取り付けられている。このバネ19の一方の端部は、バネ19の近傍に位置する凹部17n内を通って、この凹部17nに収容されているブラシ12の径方向の外側cの端部(端面)に接続される。バネ19の他方の端部は、ブラシホルダ13の側部の開口を通過して、ブラシ12のバネ19側における側面に接続される。バネ19の一方の端部と接続するブラシ12の径方向の外側cの端部(端面)は、整流子5側とは反対側の端部(端面)である。これにより、ブラシ12は、バネ19によって整流子5側に付勢される。また、ブラシ12は、バネ19によって、側圧を受ける。
ここで、再び図2を参照する。第1部材16と第2部材17とが積み重ねられた状態では、第1部材16の径方向cdにおける外周面と第2部材17の径方向cdにおける外周面とは、概ね面一になっている。これら第1部材16の外周面と第2部材17の外周面とを総称してブラケット15の外周部15oと称する。
第1部材16の一方側aの面には、一方側a方向に向かって延びて、フレーム1aに挿入される突出部16eが設けられている。第1部材16と第2部材17とが積み重ねられた状態では、この突出部16eは、第2部材17の内周面と、筒部10の内周部10iのうちマグネット4よりも他方側bの部分に接する。こうして、ブラケット15がフレーム1aに対して位置決めされている。このように位置決めされてブラケット15が配置された状態において、突出部16eの径方向における内側dの面と、第2部材17の径方向における内側dの面とを総称して、ブラケット15の内周部15iと称する。上記のようにブラケット15が位置決めされて配置されることによって、ブラケット15の第2部材17が筒部10のフランジ10f上に載置されて連結される。すなわち、ブラケット15の外周部15oがフレーム1aの連結部である外周部10uの一部分に連結される。このようにブラケット15がフレーム1aに連結されることによって、軸方向において、ブラシ12の一部及びバネ19のそれぞれが、筒部10のフランジ10f、換言すれば、フレーム1aの連結部である外周部10uの一部分に対向する。また、上記のようにブラケット15がフレーム1aに連結されることによって、ブラシ12及びバネ19は、径方向cdにおいてブラケット15の内周部15iの一部分に対向するとともに、径方向cdにおいてブラケット15の内周部15iよりも内側に配置される。つまり、ブラシ12及びバネ19は、軸方向において、第1部材16と筒部10のフランジ10fとの間に配置される。このように、ブラシ12及びバネ19のそれぞれは、軸方向においてフレーム1aよりも外側に配置され、フレーム1aの外側にあるブラケット15の内部空間Sに収容されている。
また、ブラシ12は上記のように傾斜面16sに取り付けられているため、ブラシ12は径方向cdに平行な面に対して傾斜した状態となっている。そのため、ブラシ12のうち一方側aかつ径方向の内側dにおける角部(端部)が整流子5に接触する。
以上説明したように、モータ1は、ブラケット15と、ブラケット15と連結する連結部(フランジ10f)と、当該連結部に囲まれる開口10cと、を有するフレーム1aと、整流子5と、ブラケット15に設けられて整流子5に接触するブラシ12と、を備え、軸方向において、ブラシ12はフレーム1aの連結部に対向している。
このモータ1では、ブラシ12及びバネ19がブラケット15に取り付けられることにより、ブラシ12及びバネ19がフレーム1aの連結部である外周部10uの一部分に対向している。換言すれば、ブラシ12及びバネ19がフレーム1aよりも外側に配置されているため、フレーム1aの内周部の大きさの制約を受けずにブラシ12及びバネ19を配置することができる。また、モータ1によれば、例えば多極化のために整流子5の整流子片52が増加して整流子5の外径が大きくなり、その結果、整流子5とフレーム1aの内周面10iとの間の間隔が狭くなる場合でも、ブラシ12を小型化する必要がなく、ブラシ12の小型化が抑制される。よって、整流子5の外径を大きくしてもブラシ12の大きさを十分に確保することが可能であり、ブラシ12が整流子5に接触することに起因するブラシ12の摩耗の影響を低減することができる。したがって、ブラシ12の低寿命化を抑制することができ、ひいては、モータ1の低寿命化を抑制することができる。
また、このモータ1では、第1部材16に取り付けられたブラシ12の一部を第2部材17の凹部17nに収容することができるため、このような凹部17nが存在しない場合に比べて、凹部17nに収容される分だけブラシ12を大きくすることができる。したがって、ブラシ12を長期間使用することができ、ブラシの摩耗に伴うモータの寿命への影響をさらに低減することができる。
また、このモータ1では、ブラケット15の外周部15oがフレーム1aの連結部である外周部10uの一部のフランジ10fに連結されている。このような構成によれば、例えばブラケット15の外周部15oがフレーム1aの内周面10iに接するようにブラケット15がフレーム1aに連結される場合に比べて、ブラケット15の内部空間Sを大きくすることができる。したがって、ブラシ12を配置するスペースをより大きくすることができ、ブラシ12の大きさをより十分に確保することができる。
また、このモータ1では、ブラシ12が傾斜して配置されることにより、ブラシと整流子との接触に伴う異音の発生が抑制される傾向がある。
以上、本発明のモータについて、好ましい実施の形態を挙げて説明したが、本発明のモータは、上記実施の形態の構成に限定されるものではない。
例えば、モータ1は、コネクタを備えてもよい。図5はコネクタを備える変形例としてのモータ1Aを示す平面図であり、図6は図5に示されるV-V線における側断面図である。なお、以下の変形例において、上記実施の形態と同様の構成については、図5及び図6において同様の符号を付して説明を省略する。
図5及び図6に示すように、この変形例に係るモータ1Aは、上記実施の形態と相違して、コネクタ14を備える。ブラケット15Aは、フレーム1aのフランジ10fよりも径方向の外側cに延びる部位を含んでおり、この部位の一部がコネクタ14として構成されている。モータ1Aによれば、不図示の外部装置のプラグをコネクタ14に挿し込むことができ、このプラグを介してモータ1Aに電流を供給することができる。
また、モータ1Aでは、ブラケット15Aの第1部材16Aに突出部16eを設ける代わりに、ブラケット15Aの第2部材17Aに突出部17eを設けている。したがって、モータ1Aでは、第2部材17Aの突出部17eによって、ブラケット15Aがフレーム1aに対して位置決めされる。
また、上記実施の形態では、ブラシ12が径方向cdにおいてブラケット15の内周部15iに対向している例を説明した。しかし、軸方向においてブラシ12がフレーム1aの外周部10uの一部分に対向している限りにおいて、必ずしもブラシ12を径方向cdにおいてブラケット15の内周部15iに対向させなくてもよい。
また、上記実施の形態では、ブラシ12がブラケット15の内周部15iより内側に配置されている例を説明した。しかし、軸方向においてブラシ12がフレーム1aの外周部10uに対向している限りにおいて、必ずしもブラシ12をブラケット15の内周部15iより内側に配置しなくてもよい。
また、上記実施の形態では、ブラシ12及びバネ19の両方が、軸方向においてフレーム1aの外周部10uに対向し、径方向cdにおいてブラケット15の内周部15iに対向し、かつ、ブラケット15の内周部15iより内側に配置される例を説明した。しかし、バネ19は、必ずしも軸方向においてフレーム1aの外周部10uに対向しなくてもよく、必ずしも径方向cdにおいてブラケット15の内周部15iに対向しなくてもよく、また、必ずしもブラケット15の内周部15iより内側に配置されなくてもよい。
また、上記実施の形態では、ブラシ12を弾性部材(バネ19)で付勢して整流子5に接触させる例を説明したが、ブラシ12を整流子5に接触させることができる限りにおいて、必ずしも弾性部材を設けなくてもよい。例えば、上記実施の形態で説明した柱状のブラシ12に代えて、フレキシブルな板状部材に金属箔(例えば、銅箔)を設けて形成されるブラシを用いる場合、ブラシそのものが弾性を有しているので、弾性部材を省略することができる。
また、上記実施の形態では、ブラケット15が複数の部材から形成される例を説明したが、ブラケット15を単一の部材で形成してもよい。
2つのブラシ12の一部が第2部材の2つの凹部17nぞれぞれの内部に収容されていても構わない。
その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明のモータを適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
1…モータ、1A…モータ、1a…フレーム、1b…アマチュア、2…シャフト、4…マグネット、5…整流子、6…ロータ、10…筒部、10f…フランジ、10i…内周面、10u…外周部、12…ブラシ、14…コネクタ、15…ブラケット、15A…ブラケット、15i…内周部、15o…外周部、16…第1部材、16A…第1部材、16e…突出部、17…第2部材、17A…第2部材、17e…突出部、17n…凹部、19…バネ(弾性部材)、52…整流子片
Claims (12)
- ブラケットと、
前記ブラケットと連結する連結部と、当該連結部に囲まれる開口と、を有するフレームと、
整流子と、
前記ブラケットに設けられて前記整流子に接触するブラシと、
を備え、
軸方向において、前記ブラシは前記フレームの連結部に対向している、モータ。 - 前記ブラケットは、内周部と外周部とを備え、
径方向において、前記ブラシは前記ブラケットの内周部に対向している、請求項1に記載のモータ。 - 前記ブラケットの内周部より内側に前記ブラシが配置されている、請求項2に記載のモータ。
- 前記ブラケットには、前記ブラシを前記整流子に付勢する弾性部材が設けられ、
軸方向において、前記弾性部材は前記フレームの連結部に対向している、請求項1から3のいずれかに記載のモータ。 - 前記ブラケットは、内周部と外周部とを備え、
径方向において、前記弾性部材は前記ブラケットの内周部に対向している、請求項4に記載のモータ。 - 前記ブラケットの内周部より内側に前記弾性部材が配置されている、請求項5に記載のモータ。
- 径方向において、前記ブラケットの内周部は凹部を備え、
前記凹部に前記弾性部材が配置されている、請求項4から6のいずれかに記載のモータ。 - 前記弾性部材はバネである、請求項4から7のいずれかに記載のモータ。
- 前記ブラケットの外周部は前記フレームの連結部に固定されている、請求項1から8のいずれかに記載のモータ。
- 前記ブラケットは、剛性を有する複数の部材で形成されており、
前記複数の部材は、軸方向において積み重ねられている、請求項1から9のいずれかに記載のモータ。 - 前記フレームの連結部はフランジを有する、請求項1から10のいずれかに記載のモータ。
- 前記ブラシは柱状であり、
径方向において、前記ブラシの端部が前記整流子に対して接触している、請求項1から11のいずれかに記載のモータ。
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