JP3730911B2 - DC machine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネットを有した直流機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来では、自動車ワイパモータは、ブラシを有する直流モータが採用されている。この中では、3ブラシモータ、所謂第3のブラシを用いたモータがある。この種のモータは、モータの回転速度を変える目的でその第3のブラシが用いられている。その主な原理としては、使用する磁束を減少させることによってモータの回転速度を高くするものである。具体的には、設置位置の異なるブラシを設けておき、電機子コイルの通電範囲をブラシの選択(組み合わせ)により変えることで簡単に実現していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の構成はモータの通常運転(低速仕様)において、高速用のブラシ(第3のブラシ)が隣り合う整流子片を跨ぐ毎に、該ブラシ(第3のブラシ)により短絡される電機子コイル中に発生している誘導起電力により通電方向と逆向きに大きな電流が瞬間的に流れる。図12において、ピークA2,B2は、その電機子コイル中に流れるコイル電流の瞬間変化を示している。これにより、ブラシで火花放電が発生することから、電気雑音やブラシ摩耗を引き起こし、所謂第3のブラシによる整流障害を引き起こす。そこで、モータの駆動回路に雑音防止ためのコイル(インダクター)やコンデンサ等を複数組み合わせて対応していた。これは、モータの部品点数及びコストの低減を図る上の問題点となった。
【0004】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、マグネットの磁束分布を変えることで、所謂第3のブラシによる整流障害を取り除くことができ、部品点数及びコストの低減を図ることができる直流機を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、等角度間隔に設けた複数のティースを有する電機子コアに電機子コイルを巻装し前記電機子コイルがコンミュテータに結線される電機子と、前記電機子を挟んで対向配置される一対のマグネットと、前記電機子の中心軸に対して対向位置に配置され、前記コンミュテータのセグメントに接触する第1及び第2のブラシと、該第1及び第2のブラシの対向位置から所定角度をなして配置され、前記セグメントに接触する少なくとも1つの第3のブラシとを備えた直流機において、前記一対のマグネット中の1つのマグネットには、弱磁束部を設け、その弱磁束部は、前記電機子が前記第1のブラシと第2のブラシにて給電され回転する状態で、前記第3のブラシが隣り合う両セグメントを短絡し始めるとき、当該両セグメントに結線した電機子コイルが巻装される複数のティースの回転方向側第1番目ティースのティースバー回転方向先端が該弱磁束部にさしかかるようになる場所に設けられているとともに、第3のブラシが両セグメントを短絡する期間となる回転方向角度に対応する幅にて形成されていることを要旨とする。
【0006】
請求項2に記載の発明は、等角度間隔に設けた複数のティースを有する電機子コアに電機子コイルを巻装し前記電機子コイルがコンミュテータに結線される電機子と、前記電機子を挟んで対向配置される一対のマグネットと、前記電機子の中心軸に対して対向位置に配置され、前記コンミュテータのセグメントに接触する第1及び第2のブラシと、該第1及び第2のブラシの対向位置から所定角度をなして配置され、前記セグメントに接触する少なくとも1つの第3のブラシとを備えた直流機において、前記一対のマグネット中の1つのマグネットには、弱磁束部を設け、その弱磁束部は、前記電機子が前記第1のブラシと第2のブラシにて給電され回転する状態で、前記第3のブラシが隣り合う両セグメントを短絡し始めるとき、当該両セグメントに結線した電機子コイルが巻装される複数のティースの回転方向逆側第1番目ティースのティースバー回転方向後端が該弱磁束部にさしかかるようになる場所に設けられているとともに、第3のブラシが両セグメントを短絡する期間となる回転方向角度に対応する幅にて形成されていることを要旨とする。
【0007】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の直流機において、前記弱磁束部は、前記マグネットの内側面を切り欠いて形成された切り欠き部であることを要旨とする。
【0008】
請求項4に記載の発明は、等角度間隔に設けた複数のティースを有する電機子コアに電機子コイルを巻装し前記電機子コイルがコンミュテータに結線される電機子と、前記電機子を挟んで対向配置される一対のマグネットと、前記電機子の中心軸に対して対向位置に配置され、前記コンミュテータのセグメントに接触する第1及び第2のブラシと、該第1及び第2のブラシの対向位置から所定角度をなして配置され、前記セグメントに接触する少なくとも1つの第3のブラシとを備えた直流機において、前記一対のマグネット中の1つのマグネットは、分断した分割片からなり、その分割片は、該分割片間に所定角度間隔を有する隙間を形成するように離間配置され、前記隙間は、前記電機子が前記第1のブラシと第2のブラシにて給電され回転する状態で、前記第3のブラシが隣り合う両セグメントを短絡し始めるとき、当該両セグメントに結線した電機子コイルが巻装される複数のティースの回転方向側第1番目ティースのティースバー回転方向先端が該隙間にさしかかるようになる場所に設けられているとともに、第3のブラシが両セグメントを短絡する期間となる回転方向角度に対応する角度間隔にて形成されていることを要旨とする。
【0009】
請求項5に記載の発明は、等角度間隔に設けた複数のティースを有する電機子コアに電機子コイルを巻装し前記電機子コイルがコンミュテータに結線される電機子と、前記電機子を挟んで対向配置される一対のマグネットと、前記電機子の中心軸に対して対向位置に配置され、前記コンミュテータのセグメントに接触する第1及び第2のブラシと、該第1及び第2のブラシの対向位置から所定角度をなして配置され、前記セグメントに接触する少なくとも1つの第3のブラシとを備えた直流機において、前記一対のマグネット中の1つのマグネットは、分断した分割片からなり、その分割片は、該分割片間に所定角度間隔を有する隙間を形成するように離間配置され、前記隙間は、前記電機子が前記第1のブラシと第2のブラシにて給電され回転する状態で、前記第3のブラシが隣り合う両セグメントを短絡し始めるとき、当該両セグメントに結線した電機子コイルが巻装される複数のティースの回転方向逆側第1番目ティースのティースバー回転方向後端が該隙間にさしかかるようになる場所に設けられているとともに、第3のブラシが両セグメントを短絡する期間となる回転方向角度に対応する角度間隔にて形成されていることを要旨とする。
【0010】
(作用)
請求項1〜5に記載の発明によれば、第3のブラシが隣り合う両セグメントを短絡する瞬間(つまり整流時)に使うマグネット部分の磁束を変化させることにより、電機子コイルを通る磁束の変化を無くし、電機子コイル内に発生する誘導起電力が押さえられ逆向きの激しい電流変化は起きない。
【0011】
請求項3に記載の発明によれば、請求項1及び2に記載の発明の作用に加えて、弱磁束部の構造は簡単であり、容易に製造できる。
請求項4及び5に記載の発明によれば、マグネットの隙間は、分断されたマグネットの分割片を離間配置することによって形成されるため、製造及び配置も簡単にできる。
【0012】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
以下、本発明を具体化した第1の実施実施を図面に従って説明する。図1は、本実施形態の直流機としての直流モータ(ワイパモータ)1の概略構造を示す部分断面図である。
【0013】
図1に示すように、ワイパモータ1は、マグネット2,3、電機子4、コンミテータ5及び複数のブラシ6〜8を有している。
詳述すると、本実施形態のワイパモータ1は、2極の直流モータであって、モータハウジングヨーク9内において、N極及びS極を形成する2つのマグネット2,3が電機子4を挟んで対向配置されている。電機子4は、電機子コア10とそのコア10に巻装される電機子コイル11とを有し、直流電流の供給により回転駆動する。
【0014】
電機子コア10には、複数のティース10aが形成されており、そのうちのn個のティース10aの周囲に電機子コイル11が巻き付けられている。なお、本実施形態では、ティース10aの個数は12個であり、そのティース10aが、電機子4の周方向に30°毎に形成されている。つまり、隣り合うティース10aは、その中心線のなす角(モータ電機子スロット角)θが30°(=360°/12)となるように形成されている。また、図示を省略しているが、複数の電機子コイル11が5つのティース10a毎に同様に巻き付けられている。つまり、巻線の巻装方式は分布巻である。
【0015】
コンミテータ5は、電機子4の一端に配設され、複数のセグメント12を有して構成されている。本実施形態では、12個のセグメント12が周方向に30°毎に設けられている。図1に示すように、前記5つのティース10aに巻装された電機子コイル11は該5つのティース10aと略対向する側の2つのセグメント12(例えばセグメント12a,12b)に結線している。
【0016】
また、複数のブラシ6〜8は、コンミテータ5に摺接するように付勢された状態で配設されている。本実施形態では、3つのブラシ6〜8が配設されている。その中で、図1に示すように、第1及び第2のブラシとしての第1及び第2ブラシ6,7は、180°離れた(対向する)関係に配設され、第3のブラシとしての第3ブラシ8は、第1ブラシ6と所定の角度δをなすように配設されている。本実施形態では、角度δは第1ブラシ6から回転方向になす鋭角となるように設定されている。さらに、ブラシ6〜8は、それぞれの端子6a〜8aを介して直流電源回路13に接続されている。
【0017】
詳述すると、直流電源回路13は、直流電源14と切り替えスイッチ15を備えて、ブラシ6,8は、それぞれ端子6a,8a及び切り替えスイッチ15を介して直流電源14のプラス電極に接続されている。第2ブラシ7は、端子7aを介して直流電源14のマイナス電極に接続されている。つまり、運転状況によって切り替えスイッチ15を切り替えてブラシ6,7を介してモータ1に給電させるか又はブラシ7,8を介してモータ1に給電させるかを選択できる。
【0018】
本実施形態では、通常運転(低速仕様)の場合、ブラシ6,7を介してモータ1に給電させるよう切り替えスイッチ15を切り替え、高速運転の場合、ブラシ7,8を介してモータ1に給電させるよう切り替えスイッチ15を切り替えるようにしている。つまり、ブラシ6,7は、低速回転である第1ポジションに配置され、ブラシ7,8は、高速回転である第2ポジションに配置されている。
【0019】
そして、切り替えスイッチ15の切替によって、直流電源14から供給される直流電流が、ブラシ6,7又はブラシ7,8とコンミテータ5のセグメント12を経て電機子コイル11に流れる。これによって、電機子4が時計回り方向(図中、X矢印方向)に回転する。
【0020】
前記マグネット2,3は、所定長さ(例えば図1に示すように、前記モータ電機子スロット角度θの整数倍となる開角度(4θ=120°)に対応した長さ)にて互いに電機子4の中心軸に対して点対称となるように形成されている。
【0021】
図1及び図2に示すように、マグネット2には、弱磁束部としての切り欠き部2aが設けられている。本実施形態では、この切り欠き部2aは、マグネット2の回転方向側端部に近い所定場所に設けられている。この所定場所は、図1に示すように、第3ブラシ8が電機子4の回転中に両セグメント12a,12bを短絡し始めるとき、当該両セグメント12a,12bに結線した前記電機子コイル11が巻装される5つのティース10aの回転方向側第1番目ティース10aのティースバー回転方向先端が該切り欠き部2aにさしかかるようになる場所に設定されている。また、切り欠き部2aは、第3ブラシ8が両セグメント12a,12bを短絡する期間となる回転方向の角度θ1に対応する幅にて形成されている。
【0022】
図3は、ブラシ6,7にて給電する状態(通常運転)で第3ブラシ8が隣り合う両セグメント12を短絡するとき、当該両セグメント12に結線した電機子コイル11に流れる電流の変化を示している。本実施形態では、図1に示すように、ブラシ6,7にて給電する状態(通常運転)で電機子4が時計回り方向に回転する場合、第3ブラシ8が隣り合う両セグメント12を短絡し始めるとき、当該両セグメント12に結線した電機子コイル11が巻装される5つのティース10aの回転方向側第1番目ティース10aのティースバー回転方向先端が前記切り欠き部2aにさしかかる。言い換えれば、通常運転中に、電機子コイル11が巻装される5つのティース10aの回転方向側第1番目ティース10aのティースバー回転方向先端が前記切り欠き部2aにさしかかるとき、該電機子コイル11が結線した両セグメント12は第3ブラシ8により短絡し始める。ブラシ6,7にて給電するモータ1の通常運転において、第3ブラシ8が隣り合う両セグメント12a,12bを短絡するとき、両セグメント12a,12bに結線した電機子コイル11が巻装されるティース10aは磁束の少ない切り欠き部2aにさしかかることから、従来に比べて電機子コイル11内に発生する誘導起電力が押さえられる。これにより、図3に示すように、電機子コイル11内に流れるコイル電流ではピークA1及びピークB1が表したが、図8にピークA2、ピークB2で示した従来のような逆向きの激しい電流変化は起きない。
【0023】
以上記述したように、本実施の形態によれば、下記のような特徴を有する。
(1) マグネット2には、切り欠き部2aが設けられている。この切り欠き部2aは、第3ブラシ8が電機子4の回転中に両セグメント12a,12bを短絡し始めるとき、当該両セグメント12a,12bに結線した前記電機子コイル11が巻装される5つのティース10aの回転方向側第1番目ティース10aのティースバー回転方向先端が該切り欠き部2aにさしかかるようになる場所に設けた。また、切り欠き部2aは、第3ブラシ8が両セグメント12a,12bを短絡する期間となる回転方向角度θ1に対応する幅にて形成した。
【0024】
従って、第3ブラシ8が隣り合う両セグメント12を短絡する瞬間に磁束の変化が減少することから、従来に比べて電機子コイル11内に発生する誘導起電力が押さえられ逆向きの激しい電流変化は起きない。
【0025】
その結果、第3ブラシ8での火花放電が防止され、モータ1の電気雑音やブラシ摩耗の低減を図ることができる。これにより、モータ1の駆動回路に雑音防止ためのコイル(インダクター)やコンデンサ等を複数組み合わせる必要がなくなり、モータ1の部品点数及びコストの低減を図ることができる。
【0026】
(2) マグネット2に切り欠き部2aを設けることにより第3ブラシによる整流障害を低減することができるため、製造も容易でコスト的にも有利である。
(第2の実施形態)
以下、本発明を具体化した第2の実施実施を図面に従って説明する。図4は、本実施形態の直流モータ21の概略構造を示す部分断面図である。
【0027】
図4に示すように、直流モータ21は、マグネット22,23、電機子24、コンミテータ25及び複数のブラシ26〜28を有している。
詳述すると、本実施形態の直流モータ21は、2極の直流モータであって、モータハウジングヨーク29内において、N極及びS極を形成する2つのマグネット22,23が電機子24を挟んで対向配置されている。電機子24は、電機子コア30とそのコア30に巻装される電機子コイル31とを有し、直流電流の供給により回転駆動する。
【0028】
電機子コア30には、複数のティース30aが形成されており、そのうちのn個のティース30aの周囲に電機子コイル31が巻き付けられている。なお、本実施形態では、ティース30aの個数は12個であり、そのティース30aが、電機子24の周方向に30°毎に形成されている。つまり、隣り合うティース30aは、その中心線のなす角(モータ電機子スロット角)θが30°(=360°/12)となるように形成されている。また、図示を省略しているが、複数の電機子コイル31が5つのティース30a毎に同様に巻き付けられている。つまり、巻線の巻装方式は分布巻である。
【0029】
コンミテータ25は、電機子24の一端に配設され、複数のセグメント32を有して構成されている。本実施形態では、12個のセグメント32が周方向に30°毎に設けられている。図4に示すように、前記5つのティース30aに巻装された電機子コイル31は該5つのティース30a側の2つのセグメント32(例えばセグメント32a,32b)に結線している。
【0030】
また、複数のブラシ26〜28は、コンミテータ25に摺接するように付勢された状態で配設されている。本実施形態では、3つのブラシ26〜28が配設されている。その中で、図4に示すように、第1及び第2のブラシとしての第1及び第2ブラシ26,27は、180°離れた(対向する)関係に配設され、第3のブラシとしての第3ブラシ28は、第2ブラシ27と所定の角度δ1をなすように配設されている。さらに、図示しないが、ブラシ26〜28は、それぞれの端子を介して直流電源回路に接続されている。
【0031】
前記マグネット22,23は、所定長さ(例えば図4に示すように、前記モータ電機子スロット角度θの整数倍となる開角度(5θ=150°)に対応した長さ)にて互いに電機子24の中心軸に対して点対称となるように形成されている。
【0032】
図4に示すように、マグネット22には、弱磁束部としての切り欠き部22aが設けられている。本実施形態では、この切り欠き部22aは、マグネット22の回転方向逆側端部に近い所定場所に設けられている。この所定場所は、図4に示すように、第3ブラシ28が電機子24の回転中に両セグメント32a,32bを短絡し始めるとき、当該両セグメント32a,32bに結線した前記電機子コイル31が巻装される5つのティース30aの回転方向側第1番目ティース30aのティースバー回転方向先端が該切り欠き部22aにさしかかるようになる場所に設定されている。また、切り欠き部22aは、第3ブラシ28が両セグメント32a,32bを短絡する期間となる回転方向の角度θ1に対応する幅にて形成されている。
【0033】
図5は、電機子24が図4で示すA(0°)位置からB(180°)位置へ回転する間に、電機子コイル31に発生する誘起電圧の変化を示している。本実施形態では、通常運転中に、電機子コイル31が巻装される5つのティース30aの回転方向側第1番目ティース30aのティースバー回転方向先端が前記切り欠き部22aにさしかかるとき、該電機子コイル31が結線した両セグメント32は第3ブラシ28により短絡し始める。つまり、電機子24は図4で示すA(0°)位置からB(180°)位置へ回転する間に約90°回転した位置に第3ブラシ28が隣り合う両セグメント32a,32bを短絡し始める。これに対応して、図5に示すように、電機子24が図4で示すA(0°)位置からB(180°)位置へ回転する間に約90°回転したとき、電機子コイル31内に発生する誘起電圧がほぼゼロになる。
【0034】
以上記述したように、本実施の形態によれば、第1の実施形態とほぼ同様な効果を得ることができる。
(第3の実施形態)
以下、本発明を具体化した第3の実施実施を図面に従って説明する。図6は、本実施形態の直流モータ41の概略構造を示す部分断面図である。なお、本実施形態は、第2の実施形態とは、弱磁束部を設けたマグネットが異なるという点が相違するため、説明の便宜上、同じ直流モータの構成についての詳細な説明を省略し、相違する部分のみ詳しく説明する。
【0035】
図6に示すように、第3のブラシとしての第3ブラシ48に対して該ブラシ48の回転方向逆側に位置するマグネット43には、弱磁束部としての切り欠き部43aが設けられている。切り欠き部43aは、マグネット43の回転方向側端部に近い所定場所に設けられている。その所定場所は、前記第3ブラシ48が電機子44の回転中に両セグメント52a,52bを短絡し始めるとき、当該両セグメント52a,52bに結線した電機子コイル51が巻装される5つのティース50aの回転方向逆側第1番目ティース50aのティースバー回転方向後端が該切り欠き部43aにさしかかるようになる場所に設定されている。また、切り欠き部43aは、前記第3ブラシ48が両セグメント52a,52bを短絡する期間となる回転方向の角度θ1に対応する幅にて形成されている。
【0036】
図7は、電機子44が図6で示すA(0°)位置からB(180°)位置へ回転する間に、電機子コイル51に発生する誘起電圧の変化を示している。本実施形態では、ブラシ46,47にて給電するモータ41の通常運転において、両セグメント52a,52bに結線した電機子コイル51が巻装される5つのティース50aの回転方向逆側第1番目ティース50aのティースバー回転方向後端が切り欠き部43aにさしかかるとき、第3ブラシ48が隣り合う両セグメント52a,52bを短絡し始める。つまり、電機子44は図6で示すA(0°)位置からB(180°)位置へ回転する間に約90°回転した位置に第3ブラシ48が隣り合う両セグメント52a,52bを短絡し始める。これに対応して、図7に示すように、電機子44が図6で示すA(0°)位置からB(180°)位置へ回転する間に約90°回転したとき、電機子コイル51内に発生する誘起電圧がほぼゼロになる。
【0037】
以上記述したように、本実施の形態によれば、第1及び2の実施形態とほぼ同様な効果を得ることができる。
尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
【0038】
○上記各実施形態では、弱磁束部は、図8に示すように、マグネット62の側面62aを切り欠いて形成された切り欠き部62bにて実施してもよい。また、弱磁束部は、図9に示すように、マグネット72を貫通して形成された貫通孔72aにて実施してもよい。この場合、上記各実施形態とほぼ同様な効果を得ることができる。
【0039】
○また、上記第1の実施形態は、図10に示すように実施してもよい。詳述すると、マグネット82は、2つの分割片82a,82bから構成されている。その両分割片82a,82bを、所定角度間隔θ1離間して該両分割片82a,82b間に隙間82cが形成するよう配置させる。その隙間82cは、電機子4が第1ブラシ6と第2ブラシ7にて給電され回転する状態で、第3ブラシ8が隣り合う両セグメント12a,12bを短絡し始めるとき、当該両セグメント12a,12bに結線した電機子コイル11が巻装される5つのティース10aの回転方向側第1番目ティース10aのティースバー回転方向先端が該隙間82cにさしかかるようになる位置に設けられている。その隙間82cの角度間隔θ1は、第3ブラシ8が両セグメント12a,12bを短絡する期間となる回転方向角度と同じにしている。この場合、上記第1の実施形態の効果を得ることができるとともに、マグネット82の隙間82cは、分断されたマグネット82の両分割片82a,82bを離間配置することによって形成されるため、製造及び配置も簡単にできる。なお、説明と図面を省略するが、第2及び第3実施形態の弱磁束部も同様な構造で形成してもよい。
【0040】
○上記第1の実施形態では、第3ブラシ8は第1ブラシ6と回転方向側の鋭角をなすように配置され、切り欠き部2aはマグネット2の回転方向側端部に近い位置に設けられて実施した。これに対して、第3ブラシ8を第1ブラシ6と回転方向側の鈍角をなすように配置し、切り欠き部2aをマグネット2の反回転方向側端部に近い位置に設けて実施してもよい。また、図示しないが、第3ブラシ8を第1ブラシ6と反回転方向側の鈍角又は鈍角をなすように配置し、弱磁束部としての切り欠き部を、マグネット3に設けて実施してもよい。この場合、上記第1の実施形態と同様な効果を得ることができる。なお、第2及び第3の実施形態も同様な思想で変更してもよい。
【0041】
○マグネット92を、図11に示すように、着磁の強弱によって弱磁束部92aを形成して実施してもよい。この場合、上記各実施形態及び別例と同様な効果を得ることができるとともに、マグネット92の剛性を確保することができる。
【0042】
○第1の実施形態において、マグネットは、モータ電機子スロット角度θの整数倍となる開角度(4θ=120°)に対応した長さ以外の長さにて形成してもよい。第2及び第3の実施形態において、マグネットは、モータ電機子スロット角度θの整数倍となる開角度(5θ=150°)に対応した長さ以外の長さにて形成してもよい。
【0043】
○第3のブラシを複数個設けて実施してもよい。
○本発明をティースが12個以外の複数個設けられたモータに具体化して実施してもよい。同一電機子コイルが巻装されるティースを5個以外のn個にて実施してもよい。
【0044】
○上記第1の実施形態では、直流機としてワイパモータ1に具体化したが、直流機としてワイパモータ1以外のその他の直流モータに具体化してもよい。
次に上記各実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
【0045】
(1)等角度間隔に設けた複数のティースを有する電機子コアに電機子コイルを巻装し前記電機子コイルがコンミュテータに結線される電機子と、前記電機子を挟んで対向配置される一対のマグネットと、前記電機子の中心軸に対して対向位置に配置され、前記コンミュテータのセグメントに接触する第1及び第2のブラシと、該第1及び第2のブラシの対向位置から所定角度をなして配置され、前記セグメントに接触する少なくとも1つの第3のブラシとを備えたワイパモータにおいて、前記一対のマグネット中の1つのマグネットには、弱磁束部を設け、その弱磁束部は、前記電機子が前記第1のブラシと第2のブラシにて給電され回転する状態で、前記第3のブラシが隣り合う両セグメントを短絡し始めるとき、当該両セグメントに結線した電機子コイルが巻装される複数のティースの回転方向側第1番目ティースのティースバー回転方向先端が該弱磁束部にさしかかるようになる場所に設けられているとともに、第3のブラシが両セグメントを短絡する期間となる回転方向角度に対応する幅にて形成されていることを特徴とするワイパモータ。
【0046】
従って、第3のブラシによる整流障害を取り除くことができ、ワイパモータの部品点数及びコストの低減を図ることができる。
(2)等角度間隔に設けた複数のティースを有する電機子コアに電機子コイルを巻装し前記電機子コイルがコンミュテータに結線される電機子と、前記電機子を挟んで対向配置される一対のマグネットと、前記電機子の中心軸に対して対向位置に配置され、前記コンミュテータのセグメントに接触する第1及び第2のブラシと、該第1及び第2のブラシの対向位置から所定角度をなして配置され、前記セグメントに接触する少なくとも1つの第3のブラシとを備えたワイパモータにおいて、前記一対のマグネット中の1つのマグネットは、分断した分割片からなり、その分割片は、該分割片間に所定角度間隔を有する隙間を形成するように離間配置され、前記隙間は、前記電機子が前記第1のブラシと第2のブラシにて給電され回転する状態で、前記第3のブラシが隣り合う両セグメントを短絡し始めるとき、当該両セグメントに結線した電機子コイルが巻装される複数のティースの回転方向側第1番目ティースのティースバー回転方向先端が該隙間にさしかかるようになる場所に設けられているとともに、第3のブラシが両セグメントを短絡する期間となる回転方向角度に対応する角度間隔にて形成されていることを特徴とするワイパモータ。
【0047】
従って、第3のブラシによる整流障害を取り除くことができ、ワイパモータの部品点数及びコストの低減を図ることができる。
【0048】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、第3のブラシによる整流障害を取り除くことができ、直流機の部品点数及びコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施形態の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図2】 第1の実施形態の弱磁束部を設けたマグネットの斜視図。
【図3】 第1の実施形態の電機子コイル内に流れるコイル電流の変化を示すグラフ。
【図4】 第2の実施形態の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図5】 第2の実施形態の電機子コイル内に発生する誘起電圧の変化を示すグラフ。
【図6】 第3の実施形態の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図7】 第3の実施形態の電機子コイル内に発生する誘起電圧の変化を示すグラフ。
【図8】 別例の弱磁束部を設けたマグネットの斜視図。
【図9】 別例の弱磁束部を設けたマグネットの斜視図。
【図10】別例の直流モータの概略構成を示す部分断面図。
【図11】別例の弱磁束部を形成したマグネットの正面図。
【図12】従来の電機子コイル内に流れるコイル電流の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
1,21,41,81…直流機としての直流モータ、2,3,22,23,42,43,62,72,82,92…マグネット、2a,22a,43a,62b,72a…弱磁束部としての切り欠き部、82a,82b…マグネットを構成する分割片、82c…マグネットを構成する両分割片82a,82b間の隙間、4,24,44…電機子、5,25,45…コンミテータ、6,26,46…第1のブラシとしての第1ブラシ、7,27,47…第2のブラシとしての第2ブラシ、8,28,48…第3のブラシとしての第3ブラシ、10,30,50…電機子コア、10a,30a,50a…ティース、11,31,51…電機子コイル、12,32,52…セグメント。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a DC machine having a magnet.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a DC motor having a brush is employed as an automobile wiper motor. Among these, there is a motor using a three-brush motor, a so-called third brush. This type of motor uses the third brush for the purpose of changing the rotational speed of the motor. The main principle is to increase the rotational speed of the motor by reducing the magnetic flux used. Specifically, it is realized simply by providing brushes with different installation positions and changing the energization range of the armature coil by selecting (combining) the brushes.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the above configuration is an electric machine that is short-circuited by the brush (third brush) every time the high-speed brush (third brush) straddles adjacent commutator pieces in normal operation (low speed specification) of the motor. A large current instantaneously flows in the direction opposite to the energizing direction due to the induced electromotive force generated in the child coil. In FIG. 12, peaks A2 and B2 indicate instantaneous changes in the coil current flowing in the armature coil. As a result, spark discharge occurs in the brush, which causes electrical noise and brush wear, and causes a rectification failure by the so-called third brush. Therefore, a plurality of combinations of a coil (inductor), a capacitor and the like for preventing noise have been used in the motor drive circuit. This is a problem in reducing the number of parts and cost of the motor.
[0004]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and the object thereof is to change the magnetic flux distribution of the magnet so as to eliminate the so-called rectification failure due to the third brush. An object of the present invention is to provide a DC machine that can be reduced.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the invention according to
[0006]
According to a second aspect of the present invention, an armature coil is wound around an armature core having a plurality of teeth provided at equiangular intervals, and the armature coil is connected to a commutator, and the armature is sandwiched between the armature coil and the armature. A pair of magnets opposed to each other, first and second brushes arranged in opposed positions with respect to the central axis of the armature, and in contact with the commutator segment; and the first and second brushes In a DC machine that is arranged at a predetermined angle from the facing position and includes at least one third brush that contacts the segment, a weak magnetic flux portion is provided in one of the pair of magnets, When the armature is fed and rotated by the first brush and the second brush and the third brush starts to short-circuit both adjacent segments, the weak magnetic flux portion And a tooth bar rotation direction rear end of the first tooth opposite to the rotation direction of the plurality of teeth around which the armature coil connected to the attachment is wound is provided at a place where the weak magnetic flux portion is reached. The gist is that the three brushes are formed with a width corresponding to an angle in the rotation direction in which both segments are short-circuited.
[0007]
The gist of the invention described in
[0008]
According to a fourth aspect of the present invention, an armature coil is wound around an armature core having a plurality of teeth provided at equal angular intervals, and the armature coil is connected to a commutator, and the armature is sandwiched between the armature coil and the armature. A pair of magnets opposed to each other, first and second brushes arranged in opposed positions with respect to the central axis of the armature, and in contact with the commutator segment; and the first and second brushes In a DC machine that is arranged at a predetermined angle from the facing position and includes at least one third brush that contacts the segment, one magnet in the pair of magnets is composed of divided pieces, The divided pieces are spaced apart so as to form a gap having a predetermined angular interval between the divided pieces, and the armature is supplied with power by the first brush and the second brush. When the third brush starts to short-circuit both adjacent segments in a rolling state, the teeth bar of the first tooth in the rotation direction of the plurality of teeth wound with the armature coils connected to the two segments is rotated. The gist is that the tip of the direction is provided at a position where the gap reaches the gap, and the third brush is formed at an angular interval corresponding to the rotation direction angle that is a period for short-circuiting both segments. .
[0009]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an armature in which an armature coil is wound around an armature core having a plurality of teeth provided at equiangular intervals, and the armature coil is connected to a commutator, and the armature is sandwiched between A pair of magnets opposed to each other, first and second brushes arranged in opposed positions with respect to the central axis of the armature, and in contact with the commutator segment; and the first and second brushes In a DC machine that is arranged at a predetermined angle from the facing position and includes at least one third brush that contacts the segment, one magnet in the pair of magnets is composed of divided pieces, The divided pieces are spaced apart so as to form a gap having a predetermined angular interval between the divided pieces, and the armature is supplied with power by the first brush and the second brush. When the third brush starts to short-circuit both adjacent segments in a rolling state, the teeth bar of the first teeth opposite to the rotation direction of the plurality of teeth wound with the armature coils connected to both the segments The gist is that the rear end of the rotation direction is provided at a position where the gap reaches the gap, and the third brush is formed at an angular interval corresponding to the rotation direction angle that is a period for short-circuiting both segments. And
[0010]
(Function)
According to the first to fifth aspects of the present invention, the magnetic flux passing through the armature coil is changed by changing the magnetic flux of the magnet portion used at the moment when the third brush short-circuits both adjacent segments (that is, during rectification). The change is eliminated, the induced electromotive force generated in the armature coil is suppressed, and a severe current change in the reverse direction does not occur.
[0011]
According to invention of
According to the fourth and fifth aspects of the present invention, the gap between the magnets is formed by disposing the divided pieces of the divided magnets apart from each other, so that the manufacture and the arrangement can be simplified.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment embodying the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a schematic structure of a DC motor (wiper motor) 1 as a DC machine of the present embodiment.
[0013]
As shown in FIG. 1, the
More specifically, the
[0014]
A plurality of
[0015]
The
[0016]
Further, the plurality of brushes 6 to 8 are arranged in a state of being urged so as to be in sliding contact with the
[0017]
More specifically, the DC
[0018]
In the present embodiment, in the case of normal operation (low speed specification), the
[0019]
When the
[0020]
The
[0021]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0022]
FIG. 3 shows changes in the current flowing through the armature coil 11 connected to both segments 12 when the third brush 8 short-circuits both adjacent segments 12 in a state where power is supplied by the brushes 6 and 7 (normal operation). Show. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, when the armature 4 rotates in the clockwise direction in a state where power is supplied by the brushes 6 and 7 (normal operation), the third brush 8 short-circuits both adjacent segments 12. When starting, the teeth bar rotation direction front-end | tip of the rotation direction side
[0023]
As described above, according to the present embodiment, it has the following characteristics.
(1) The
[0024]
Accordingly, since the change in magnetic flux is reduced at the moment when the third brush 8 short-circuits both adjacent segments 12, the induced electromotive force generated in the armature coil 11 is suppressed as compared with the conventional case, and the current changes in the opposite direction are severe. Will not happen.
[0025]
As a result, spark discharge at the third brush 8 is prevented, and electric noise of the
[0026]
(2) Since the
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a schematic structure of the
[0027]
As illustrated in FIG. 4, the
More specifically, the
[0028]
A plurality of
[0029]
The commutator 25 is disposed at one end of the
[0030]
Further, the plurality of
[0031]
The
[0032]
As shown in FIG. 4, the
[0033]
FIG. 5 shows a change in induced voltage generated in the
[0034]
As described above, according to the present embodiment, substantially the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a schematic structure of the
[0035]
As shown in FIG. 6, the
[0036]
FIG. 7 shows changes in the induced voltage generated in the armature coil 51 while the armature 44 rotates from the A (0 °) position shown in FIG. 6 to the B (180 °) position. In the present embodiment, in the normal operation of the
[0037]
As described above, according to the present embodiment, substantially the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained.
In addition, you may implement each said embodiment in the following aspects.
[0038]
In each of the above embodiments, the weak magnetic flux portion may be implemented by a
[0039]
In addition, the first embodiment may be implemented as shown in FIG. More specifically, the
[0040]
In the first embodiment, the third brush 8 is arranged to form an acute angle with the first brush 6 on the rotation direction side, and the
[0041]
As shown in FIG. 11, the
[0042]
In the first embodiment, the magnet may be formed with a length other than the length corresponding to the open angle (4θ = 120 °) that is an integral multiple of the motor armature slot angle θ. In the second and third embodiments, the magnet may be formed with a length other than the length corresponding to the open angle (5θ = 150 °) that is an integral multiple of the motor armature slot angle θ.
[0043]
○ A plurality of third brushes may be provided.
The present invention may be embodied in a motor provided with a plurality of teeth other than twelve teeth. You may implement n teeth other than five in which the same armature coil is wound.
[0044]
In the first embodiment, the DC motor is embodied in the
Next, the technical ideas that can be grasped from the above embodiments and other examples will be described below.
[0045]
(1) An armature coil in which an armature coil is wound around an armature core having a plurality of teeth provided at equiangular intervals, and the armature coil is connected to a commutator, and a pair opposed to each other with the armature interposed therebetween. The first and second brushes that are disposed at opposing positions with respect to the central axis of the armature and are in contact with the commutator segments, and a predetermined angle from the opposing positions of the first and second brushes. And a wiper motor provided with at least one third brush that is disposed in contact with the segment, wherein one magnet of the pair of magnets is provided with a weak magnetic flux portion, and the weak magnetic flux portion When the third brush starts to short-circuit both adjacent segments while the child is powered and rotated by the first brush and the second brush, it is connected to the two segments. The teeth of the first teeth in the direction of rotation of the plurality of teeth around which the armature coils are wound is provided at a location where the tips of the teeth bars come into contact with the weak magnetic flux portion. A wiper motor having a width corresponding to an angle in a rotational direction that is a period for short-circuiting a segment.
[0046]
Therefore, the commutation failure due to the third brush can be removed, and the number of parts and the cost of the wiper motor can be reduced.
(2) An armature in which an armature coil is wound around an armature core having a plurality of teeth provided at equiangular intervals, and the armature coil is connected to a commutator, and a pair disposed opposite to each other with the armature interposed therebetween. The first and second brushes that are disposed at opposing positions with respect to the central axis of the armature and are in contact with the commutator segments, and a predetermined angle from the opposing positions of the first and second brushes. And a wiper motor having at least one third brush arranged and in contact with the segment, wherein one magnet of the pair of magnets is divided into divided pieces, and the divided pieces are divided into the divided pieces. The gap is arranged so as to form a gap having a predetermined angular interval therebetween, and the gap is in a state where the armature is fed by the first brush and the second brush and is rotated. When the third brush starts to short-circuit both adjacent segments, the tips of the teeth bars in the rotation direction side of the plurality of teeth around which the armature coils connected to the segments are wound A wiper motor, characterized in that the wiper motor is provided at a position where the gap comes into contact with the gap, and the third brush is formed at an angular interval corresponding to an angle in a rotational direction that is a period for short-circuiting both segments.
[0047]
Therefore, the commutation failure due to the third brush can be removed, and the number of parts and the cost of the wiper motor can be reduced.
[0048]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to remove the rectification failure due to the third brush, and it is possible to reduce the number of parts and the cost of the DC machine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a schematic configuration of a DC motor according to a first embodiment.
FIG. 2 is a perspective view of a magnet provided with a weak magnetic flux part according to the first embodiment.
FIG. 3 is a graph showing a change in coil current flowing in the armature coil of the first embodiment.
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a schematic configuration of a DC motor according to a second embodiment.
FIG. 5 is a graph showing a change in induced voltage generated in the armature coil of the second embodiment.
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a schematic configuration of a DC motor according to a third embodiment.
FIG. 7 is a graph showing a change in induced voltage generated in the armature coil of the third embodiment.
FIG. 8 is a perspective view of a magnet provided with another weak magnetic flux part.
FIG. 9 is a perspective view of a magnet provided with another weak magnetic flux portion.
FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing a schematic configuration of another example of a DC motor.
FIG. 11 is a front view of a magnet in which another example of a weak magnetic flux portion is formed.
FIG. 12 is a graph showing changes in coil current flowing in a conventional armature coil.
[Explanation of symbols]
1, 2, 41, 81... DC motor as DC machine, 2, 3, 22, 23, 42, 43, 62, 72, 82, 92... Magnet, 2a, 22a, 43a, 62b, 72a. Notches, 82a, 82b ... divided pieces constituting the magnet, 82c ... gaps between the divided
Claims (5)
前記一対のマグネット中の1つのマグネットには、弱磁束部を設け、その弱磁束部は、前記電機子が前記第1のブラシと第2のブラシにて給電され回転する状態で、前記第3のブラシが隣り合う両セグメントを短絡し始めるとき、当該両セグメントに結線した電機子コイルが巻装される複数のティースの回転方向側第1番目ティースのティースバー回転方向先端が該弱磁束部にさしかかるようになる場所に設けられているとともに、第3のブラシが両セグメントを短絡する期間となる回転方向角度に対応する幅にて形成されていることを特徴とする直流機。An armature coil in which an armature coil is wound around an armature core having a plurality of teeth provided at equiangular intervals, and the armature coil is connected to a commutator, and a pair of magnets arranged opposite to each other with the armature sandwiched therebetween The first and second brushes that are disposed at positions opposed to the central axis of the armature and that are in contact with the commutator segments, and are disposed at a predetermined angle from the positions at which the first and second brushes are opposed. And a DC machine comprising at least one third brush in contact with the segment,
One magnet of the pair of magnets is provided with a weak magnetic flux portion, and the weak magnetic flux portion is supplied with the first brush and the second brush and rotated with the third armature. When the brush starts to short-circuit both adjacent segments, the tips of the first teeth in the rotation direction side of the plurality of teeth around which the armature coils connected to the two segments are wound are the weak magnetic flux portions. A direct current machine characterized in that the DC brush is provided at a place where it comes close and is formed with a width corresponding to an angle in the rotation direction in which the third brush is short-circuited between the segments.
前記一対のマグネット中の1つのマグネットには、弱磁束部を設け、その弱磁束部は、前記電機子が前記第1のブラシと第2のブラシにて給電され回転する状態で、前記第3のブラシが隣り合う両セグメントを短絡し始めるとき、当該両セグメントに結線した電機子コイルが巻装される複数のティースの回転方向逆側第1番目ティースのティースバー回転方向後端が該弱磁束部にさしかかるようになる場所に設けられているとともに、第3のブラシが両セグメントを短絡する期間となる回転方向角度に対応する幅にて形成されていることを特徴とする直流機。An armature coil in which an armature coil is wound around an armature core having a plurality of teeth provided at equiangular intervals, and the armature coil is connected to a commutator, and a pair of magnets arranged opposite to each other with the armature sandwiched therebetween The first and second brushes that are disposed at positions opposed to the central axis of the armature and that are in contact with the commutator segments, and are disposed at a predetermined angle from the positions at which the first and second brushes are opposed. And a DC machine comprising at least one third brush in contact with the segment,
One magnet of the pair of magnets is provided with a weak magnetic flux portion, and the weak magnetic flux portion is supplied with the first brush and the second brush and rotated with the third armature. When the brush starts to short-circuit both adjacent segments, the rear end in the teeth bar rotating direction of the first tooth opposite to the rotating direction of the plurality of teeth wound with the armature coil connected to the two segments is the weak magnetic flux. A direct current machine characterized in that the third brush is formed with a width corresponding to an angle in a rotational direction that is a period for short-circuiting both segments.
前記弱磁束部は、前記マグネットの内側面を切り欠いて形成された切り欠き部であることを特徴とする直流機。In the DC machine according to claim 1 or 2,
The DC machine according to claim 1, wherein the weak magnetic flux portion is a cutout portion formed by cutting out an inner surface of the magnet.
前記一対のマグネット中の1つのマグネットは、分断した分割片からなり、その分割片は、該分割片間に所定角度間隔を有する隙間を形成するように離間配置され、前記隙間は、前記電機子が前記第1のブラシと第2のブラシにて給電され回転する状態で、前記第3のブラシが隣り合う両セグメントを短絡し始めるとき、当該両セグメントに結線した電機子コイルが巻装される複数のティースの回転方向側第1番目ティースのティースバー回転方向先端が該隙間にさしかかるようになる場所に設けられているとともに、第3のブラシが両セグメントを短絡する期間となる回転方向角度に対応する角度間隔にて形成されていることを特徴とする直流機。An armature coil in which an armature coil is wound around an armature core having a plurality of teeth provided at equiangular intervals, and the armature coil is connected to a commutator, and a pair of magnets arranged opposite to each other with the armature sandwiched therebetween The first and second brushes that are disposed at positions opposed to the central axis of the armature and that are in contact with the commutator segments, and are disposed at a predetermined angle from the positions at which the first and second brushes are opposed. And a DC machine comprising at least one third brush in contact with the segment,
One magnet of the pair of magnets is composed of divided pieces, and the divided pieces are spaced apart so as to form a gap having a predetermined angular interval between the divided pieces, the gap being the armature. When the third brush starts to short-circuit both adjacent segments while being fed by the first brush and the second brush and rotated, an armature coil connected to both the segments is wound. The teeth teeth in the rotation direction side of the plurality of teeth are provided at the positions where the tips of the teeth bars in the rotation direction come into contact with the gaps, and the rotation angle becomes the period during which the third brush shorts both segments. A direct current machine characterized by being formed at corresponding angular intervals.
前記一対のマグネット中の1つのマグネットは、分断した分割片からなり、その分割片は、該分割片間に所定角度間隔を有する隙間を形成するように離間配置され、前記隙間は、前記電機子が前記第1のブラシと第2のブラシにて給電され回転する状態で、前記第3のブラシが隣り合う両セグメントを短絡し始めるとき、当該両セグメントに結線した電機子コイルが巻装される複数のティースの回転方向逆側第1番目ティースのティースバー回転方向後端が該隙間にさしかかるようになる場所に設けられているとともに、第3のブラシが両セグメントを短絡する期間となる回転方向角度に対応する角度間隔にて形成されていることを特徴とする直流機。An armature coil in which an armature coil is wound around an armature core having a plurality of teeth provided at equiangular intervals, and the armature coil is connected to a commutator, and a pair of magnets arranged opposite to each other with the armature sandwiched therebetween The first and second brushes that are disposed at positions opposed to the central axis of the armature and that are in contact with the commutator segments, and are disposed at a predetermined angle from the positions at which the first and second brushes are opposed. And a DC machine comprising at least one third brush in contact with the segment,
One magnet of the pair of magnets is composed of divided pieces, and the divided pieces are spaced apart so as to form a gap having a predetermined angular interval between the divided pieces, the gap being the armature. When the third brush starts to short-circuit both adjacent segments while being fed by the first brush and the second brush and rotated, an armature coil connected to both the segments is wound. Rotation direction in which the third brush is in a period in which both segments are short-circuited while being provided at a position where the rear end of the teeth bar in the rotation direction opposite to the plurality of teeth reaches the gap. A direct current machine characterized by being formed at an angular interval corresponding to an angle.
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