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技術 ブラシ付モータ

出願人 日本電産コパル株式会社
発明者 高橋安信
出願日 2017年10月27日 (2年1ヶ月経過) 出願番号 2017-208202
公開日 2019年5月23日 (6ヶ月経過) 公開番号 2019-080478
状態 未査定
技術分野 電動機、発電機の集電 電動機、発電機の外枠
主要キーワード ブラシ間 電気的回路 コイルベース コアレスモータ ブラシ付モータ 通電経路 小型モータ 高トルク化
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年5月23日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

高出力化と小型化を両立することができるブラシ付モータを提供する。

解決手段

ブラシ付モータ1は、回転軸60と、マグネット21〜24を有するステータ20と、6つのコイル31A〜31Fからなるコイル部31とコイル部31に電気的に接続される6つの整流子セグメント32A〜32Fを周方向に配置した整流子32とを含むロータ30と、周方向に間隔をおいて配置された4つのブラシ51〜54とを備える。ロータ30は、回転軸60とともに回転するように構成されている。ブラシ51〜54は、整流子32の整流子セグメント32A〜32Fに摺接する。そして、ブラシ51〜54のうち周方向で隣り合うブラシ同士は、軸方向において異なる位置に配置される。

概要

背景

一般的なブラシ付モータは、ロータ電流を供給するため、ロータとともに回転する整流子摺接するブラシを有している(例えば、特許文献1参照)。近年、このようなブラシ付モータには高トルク化及び小型化が求められている。高トルク化のためにマグネットコイルの数を増やす場合にはブラシの数も増やす必要があるが、小型のモータではブラシを配置できるスペースが限られており、ブラシの数を増やすと短絡が生じやすくなるとともに、モータの組み立て作業も難しくなる。

概要

高出力化と小型化を両立することができるブラシ付モータを提供する。ブラシ付モータ1は、回転軸60と、マグネット21〜24を有するステータ20と、6つのコイル31A〜31Fからなるコイル部31とコイル部31に電気的に接続される6つの整流子セグメント32A〜32Fを周方向に配置した整流子32とを含むロータ30と、周方向に間隔をおいて配置された4つのブラシ51〜54とを備える。ロータ30は、回転軸60とともに回転するように構成されている。ブラシ51〜54は、整流子32の整流子セグメント32A〜32Fに摺接する。そして、ブラシ51〜54のうち周方向で隣り合うブラシ同士は、軸方向において異なる位置に配置される。

目的

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、高出力化と小型化を両立することができるブラシ付モータを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

回転軸と、複数のマグネットを有するステータと、複数のコイルと、該複数のコイルに電気的に接続される複数のセグメント周方向に配置した整流子とを含み、前記回転軸とともに回転するロータと、周方向に間隔をおいて配置された複数のブラシであって、前記整流子の複数のセグメントに摺接する複数のブラシとを備え、前記複数のブラシのうち周方向で隣り合うブラシ同士は、軸方向において異なる位置に配置される、ブラシ付モータ

請求項2

前記周方向で隣り合うブラシのうち一方は、電源の正極に接続され、前記周方向で隣り合うブラシのうち他方は、前記電源の負極に接続される、請求項1に記載のブラシ付モータ。

請求項3

前記複数のブラシは2N個(Nは2以上の自然数)のブラシから構成される、請求項1又は2に記載のブラシ付モータ。

請求項4

前記複数のブラシは4つのブラシから構成される、請求項1から3のいずれか一項に記載のブラシ付モータ。

請求項5

前記4つのブラシは周方向に90度の間隔で配置される、請求項4に記載のブラシ付モータ。

請求項6

前記複数のブラシのうち径方向に対向するブラシ同士が軸方向の同一の位置に配置される、請求項3から5のいずれか一項に記載のブラシ付モータ。

請求項7

前記ブラシ付モータはコアレスモータである、請求項1から6のいずれか一項に記載のブラシ付モータ。

技術分野

0001

本発明は、ブラシ付モータ係り、特に複数のブラシを備えるブラシ付モータに関するものである。

背景技術

0002

一般的なブラシ付モータは、ロータ電流を供給するため、ロータとともに回転する整流子摺接するブラシを有している(例えば、特許文献1参照)。近年、このようなブラシ付モータには高トルク化及び小型化が求められている。高トルク化のためにマグネットコイルの数を増やす場合にはブラシの数も増やす必要があるが、小型のモータではブラシを配置できるスペースが限られており、ブラシの数を増やすと短絡が生じやすくなるとともに、モータの組み立て作業も難しくなる。

先行技術

0003

特開2011−114975号公報

発明が解決しようとする課題

0004

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、高出力化と小型化を両立することができるブラシ付モータを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0005

本発明の態様によれば、高出力化と小型化を両立することができるブラシ付モータが提供される。このブラシ付モータは、回転軸と、複数のマグネットを有するステータと、複数のコイルと該複数のコイルに電気的に接続される複数のセグメント周方向に配置した整流子とを含むロータと、周方向に間隔をおいて配置された複数のブラシとを備える。上記ロータは、上記回転軸とともに回転するように構成されている。また、上記複数のブラシは、上記整流子の複数のセグメントに摺接するように構成されている。そして、上記複数のブラシのうち周方向で隣り合うブラシ同士は、軸方向において異なる位置に配置される。

0006

このようなブラシ付モータによれば、周方向で隣り合うブラシ同士が軸方向の異なる位置に配置されるため、モータ内でのブラシ同士の接触を効果的に抑制しつつ、ブラシの個数を増やすことができる。したがって、ブラシ付モータの高出力化と小型化を両立することができる。

0007

ここで、上記周方向で隣り合うブラシのうち一方は、電源の正極に接続され、上記周方向で隣り合うブラシのうち他方は、上記電源の負極に接続されることが好ましい。このような構成により、電源の正極に接続されるブラシと電極の負極に接続されるブラシとが軸方向において異なる位置に配置されることになるため、ブラシ間の短絡の発生が効果的に抑制される。

0008

また、上記複数のブラシは2N個(Nは2以上の自然数)のブラシから構成されることが好ましい。このような構成により、2N個の系統通電経路を形成することができるので、モータを高出力化することができる。例えば、複数のブラシを4つのブラシから構成してもよい。この場合、4系統の通電経路を形成することができる。また、複数のブラシを4つのブラシから構成する場合には、これらのブラシを周方向に90度の間隔で配置することが好ましい。これにより、ブラシ同士の接触をより効果的に抑制できる。

0009

ここで、上記複数のブラシのうち径方向に対向するブラシ同士を軸方向の同一の位置に配置してもよい。これにより、モータの軸方向の長さを短くすることができる。

0010

本発明は、例えばコアレスモータに適用することができる。

発明の効果

0011

本発明におけるブラシ付モータによれば、周方向で隣り合うブラシ同士が軸方向の異なる位置に配置されるため、モータ内でのブラシ同士の接触を効果的に抑制しつつ、ブラシの個数を増やすことができる。したがって、ブラシ付モータの高出力化と小型化を両立することができる。

図面の簡単な説明

0012

図1は、本発明の一実施形態におけるモータを示す分解斜視図である。
図2は、図1に示されるモータのYZ平面における断面図である。
図3は、図1に示されるモータのXZ平面における断面図である。
図4は、図1に示されるモータの電気的回路の一例を模式的に示す図である。
図5は、図1に示されるモータのコイルとマグネットとの位置関係の一例を模式的に示す図である。

実施例

0013

以下、本発明に係るモータの実施形態について図1から図5を参照して詳細に説明する。なお、図1から図5において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図1から図5においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。

0014

図1は、本発明の一実施形態におけるモータ1を示す分解斜視図である。モータ1は、直径がおよそ16mm程度の小型コアレスモータとして構成されている。図1に示すように、このモータ1はZ方向を軸方向とする円筒形に形成されており、ステータ20と、ロータ30と、ステータ20及びロータ30を内部に収容するハウジング10と、回転軸60と、ハウジング10に取り付けられるブラケット40と、ブラケット40に取り付けられるブラシ51〜54とを備えている。

0015

図2は、モータ1のYZ平面における断面図であり、図3は、モータ1のXZ平面における断面図である。図1から図3に示すように、ハウジング10はZ方向を軸方向とする中空円筒形外形を有しており、ハウジング10の+Z方向側の端部には端部壁11が形成されている。図1に示すように、この端部壁11の中央には嵌入孔12が形成されている。また、ハウジング10の−Z方向側の端部には、開口部13が形成されている。

0016

図1から図3に示すように、ステータ20は、内部に貫通孔25Aが形成されたヨーク25と、ヨーク25の外周面に周設された4つのマグネット21〜24と、貫通孔25Aの+Z方向側の端部に嵌入されてヨーク25に固定された第1の軸受71と、貫通孔25Aの−Z方向側の端部に嵌入されてヨーク25に固定された第2の軸受72とを有している。ヨーク25の端部26はマグネット21〜24よりも+Z方向側に突出しており、この端部26がハウジング10の端部壁11に形成された嵌入孔12に嵌入されることにより、ステータ20がハウジング10に対して固定される。

0017

図1から図3に示すように、ロータ30は、円板状のコイルベース33と、コイルベース33の外周端に固定された円筒状のコイル部31と、コイルベース33に固定された整流子32とを含んでいる。図2及び図3に示すように、コイル部31は、ハウジング10の内周面とマグネット21〜24のそれぞれの外周面との間に位置しており、樹脂で固められた6つのコイルから構成されている。

0018

図2及び図3に示すように、回転軸60は、整流子32の内部を貫通する貫通孔に嵌入されて整流子32に固定されている。この回転軸60は、コイルベース33の中央部及びヨーク25の貫通孔25Aを貫通しており、ハウジング10の中央を貫いて第1の軸受71からハウジング10の外部に延出している。また、回転軸60は、第1の軸受71及び第2の軸受72を介してステータ20に対して回転可能に支持されている。したがって、ロータ30及び回転軸60は、ステータ20とステータ20が固定されたハウジング10とに対して一体的に回転できるようになっている。

0019

図4は、モータ1の電気回路の一例を模式的に示す図である。整流子32は、周方向に離間した6つの整流子セグメント32A〜32Fを有しており、図4に示すように、整流子セグメント32A〜32Fとコイル部31の6つのコイル31A〜31Fとは電気的に接続されている。本実施形態では、ブラシ51,52は電源95の正極に接続されており、ブラシ53,54は電源95の負極に接続されている。これらのブラシ51〜54は、整流子セグメント32A〜32Fと摺接可能に配置されている。

0020

このように、コイル31A〜31Fのそれぞれはブラシ51〜54を介して電源95に接続されており、モータ1内に4系統の通電経路が形成されている。すなわち、ブラシ51→整流子セグメント32D→コイル31D→整流子セグメント32C→ブラシ54に至る第1の通電経路と、ブラシ51→整流子セグメント32D→コイル31E→コイル31F→ブラシ53に至る第2の通電経路と、ブラシ52→整流子セグメント32A→コイル31A→整流子セグメント32F→ブラシ53に至る第3の通電経路と、ブラシ52→整流子セグメント32A→コイル31B→コイル31C→整流子セグメント32C→ブラシ54に至る第4の通電経路とが形成される。

0021

図1から図3に示すように、ハウジング10の開口部13にはブラケット40が嵌め込まれている。このブラケット40の内側には、周方向に90度の間隔をおいてブラシ固定筒41〜44が設けられている。ブラシ固定筒41,42は、図1及び図2に示すように、回転軸60を挟んでY方向に対向配置されており、ブラシ固定筒43,44は、図1及び図3に示すように、回転軸60を挟んでX方向に対向配置されている。

0022

これらのブラシ固定筒41〜44は、ブラケット40の端部壁48から+Z方向に延びているが、図2及び図3に示すように、ブラシ固定筒41,42のZ方向の長さは、ブラシ固定筒43,44のZ方向の長さよりも長くなるように構成されている。これらのブラシ固定筒41〜44には、上述したブラシ51〜54が固定されている。

0023

ブラシ51〜54は、整流子32の整流子セグメントに摺接するブラシ本体51A〜54Aと、ブラシ本体51A〜54Aが取り付けられる支持軸51B〜54Bと、ブラシ本体51A〜54Aを支持軸51B〜54Bに固定するためのネジ51C〜54Cとをそれぞれ含んでいる。それぞれの支持軸51B〜54Bは、ブラシ固定筒41〜44に圧入されて固定されており、ブラシ本体51A〜54Aがそれぞれブラシ固定筒41〜44の端面41A〜44Aに当接している。上述のように、ブラシ固定筒41,42のZ方向の長さはブラシ固定筒43,44のZ方向の長さよりも長いので、ブラシ固定筒41,42に固定されるブラシ51及びブラシ52のZ方向における位置は、ブラシ固定筒43,44に固定されるブラシ53,54のZ方向における位置よりも+Z方向側に位置している。

0024

図2及び図3に示すように、ブラシ固定筒41〜44には、ブラシ51〜54及びブラケット40に固定されるねじりコイルバネ81〜84がそれぞれ巻回されている。そして、これらのねじりコイルバネ81〜84からの付勢により、ブラシ51〜54が整流子32の整流子セグメント32A〜32Fに摺接するようになっている。これらのブラシ51〜54は、ブラケット40の端部壁48から突出する端子61〜64にそれぞれ接続されており、端子61〜64を介して上述した電源95(図4参照)に接続される。

0025

図5は、コイル部31とマグネット21〜24との位置関係の一例を模式的に示す図である。図5に示すように、本実施形態では、中心を挟んで互いに対向するマグネット21,24がS極に着磁されており、中心を挟んで互いに対向するマグネット22,23がN極に着磁されている。そして、これらのマグネット21〜24の周囲にコイル部31の6つのコイル31A〜31Fが位置している。このような構成により、コイル31A〜31Fを流れる各電流と各マグネット21〜24との間に電磁的相互作用が生じ、ロータ30及びロータ30に固定された回転軸60が、ステータ20及びステータ20が固定されたハウジング10に対して回転するようになっている。

0026

ここで、本実施形態によれば、電源95の正極に接続される2つのブラシ51,52と、電源95の負極に接続される2つのブラシ53,54とを設けたことにより、4系統の通電経路が形成される。したがって、コイルとマグネットとを相互作用させる箇所を、例えば2つのブラシを設ける場合に比べて増やすことができ、モータのトルクを大きくすることができる。

0027

ここで、小型モータを高出力にするために、例えば、本実施形態のように4つのブラシを設けた場合には、ブラシの配置が密になってしまい、組立やブラシ交換などの際に、隣接するブラシ同士が接触して、ブラシの破損や短絡を引き起こすことが考えられる。本実施形態によれば、Y方向に対向するブラシ51,52と、X方向に対向するブラシ53,54とがZ方向において異なる位置に配置されるため、周方向に隣接するブラシ同士(例えば、ブラシ51とブラシ53)が接触しにくくなっている。このように、本実施形態におけるモータ1は、高出力化と小型化を両立することが可能となっている。

0028

なお、本実施形態では、4つのブラシ51〜54が周方向に90度の間隔をおいて配置されることにより、周方向に隣接しないブラシ同士(ブラシ51とブラシ52、ブラシ53とブラシ54)が中心軸に対して互いに反対側に位置した状態になっているため、周方向に隣接しないこれらのブラシ同士が接触しにくいことは言うまでもない(図4参照)。

0029

また、本実施形態におけるモータ1は、電源89の正極に接続されたブラシ51,52と、電源95の負極に接続されたブラシ53,54とが周方向に隣接するように構成されているが、これら周方向に隣接するブラシはZ方向において異なる位置に配置されているため、電源95の正極に接続されたブラシ51,52と負極に接続されたブラシ53,54との接触して短絡してしまうことが効果的に防止される。

0030

ところで、上述した実施形態では、互いにX方向に対向するブラシ51,52のZ方向における位置を揃え、互いにY方向に対向するブラシ53,54のZ方向における位置を揃えているが、ブラシ51〜54のすべてを軸方向において異なる位置に配置した場合でも、隣接するブラシ同士の接触を防止できる。しかしながら、互いにX方向に対向するブラシ51,52をZ方向において同一の位置に配置し、互いにY方向に対向するブラシ53,54をZ方向において同一の位置に配置することで、ブラシが配置されるZ方向の位置を2か所に減らすことができる(図2及び図3参照)。したがって、隣接するブラシ同士が接触することを防止しつつ、モータの軸方向の全長を短くすることができる。

0031

また、上述の実施形態では、4系統の通電経路を形成するために4つのブラシを設けたが、ブラシの数は4つに限られるものではない。例えば、6系統の通電経路を形成するために6つのブラシを設けてもよい。さらに言えば、Nを2以上の自然数として、2N系統の通電経路を形成するために2N個のブラシを設けてもよい。

0032

また、上述の実施形態では、マグネットを4つ(4極)配置した例を説明したが、ステータを構成するマグネットの極数は4に限られない。例えば、2極であってもよいし、6極であってもよい。

0033

また、上述の実施形態ではコアレスモータを例に説明したが、複数のブラシを有するブラシ付モータであれば、その他のモータに本発明を適用可能であることは言うまでもない。

0034

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

0035

1モータ
10ハウジング
20ステータ
21〜24マグネット
25ヨーク
30ロータ
31コイル部
31A〜31F コイル
32整流子
32A〜32F整流子セグメント
33コイルベース
40ブラケット
41〜44ブラシ固定筒
51〜54 ブラシ
60 回転軸

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