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公開番号2021166455
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211014
出願番号2020069716
出願日20200408
発明の名称電動モータ及び電動モータの製造方法
出願人株式会社ミツバ
代理人個人,個人,個人
主分類H02K 23/26 20060101AFI20210917BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】簡易な構成により、アーマチュアの回転バランスを向上させることができ、かつ効果的なブレーキ制動を実現することができる電動モータ及び電動モータの製造方法を提供する。
【解決手段】ヨーク内にて複数のティース及びスロットを有するアーマチュアコアと、スロット間に巻装された巻線と、巻線が接続される複数のセグメントを有するコンミテータとを備えた電動モータにおいて、巻線は、アーマチュアコアに回転力を付与する主巻線と、アーマチュアコアにブレーキ力を付与するブレーキ巻線とを有するとともに、電源との間にHブリッジ回路が組み込まれ、巻線の主巻線とブレーキ巻線とは、アーマチュアコアの回転に際してバランスを調整する位置に配置される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
ヨークに回転自在に支持される回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ、径方向に沿うように放射状に延びる複数のティース及びこれらティース間に形成される複数のスロットを有するアーマチュアコアと、
所定の前記スロット間に巻装された巻線と、
前記回転軸に前記アーマチュアコアと隣接して設けられ、前記巻線が接続される複数のセグメントを有するコンミテータと、を備えた電動モータにおいて、
前記巻線は、前記アーマチュアコアに回転力を付与する主巻線と、前記アーマチュアコアにブレーキ力を付与するブレーキ巻線とを有するとともに、電源との間にHブリッジ回路が組み込まれ、
前記巻線の主巻線とブレーキ巻線とは、前記アーマチュアコアの回転に際してバランスを調整する位置に配置されることを特徴とする電動モータ。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
前記ブレーキ巻線は前記アーマチュアコアにて隣接する2つのティースが内周側に位置するように巻回される小コイルを有し、該小コイルが少なくとも2組配置されていることを特徴とする請求項1に記載の電動モータ。
【請求項3】
前記ブレーキ巻線の小コイルは前記アーマチュアコアの全周に亘るティースに配置されることを特徴とする請求項2に記載の電動モータ。
【請求項4】
前記ブレーキ巻線は前記コンミテータの同一のセグメントを巻き始め端及び巻き終り端として、前記アーマチュアコアのティースに巻回されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電動モータ。
【請求項5】
前記ブレーキ巻線は前記コンミテータの異なるセグメントを巻き始め端及び巻き終り端として、前記アーマチュアコアのティースに巻回されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電動モータ。
【請求項6】
前記ブレーキ巻線における巻き始め端及び巻き終り端は、前記回転軸の中心を挟んで互いに対向する位置関係にある前記コンミテータのセグメントに接続されることを特徴とする請求項5に記載の電動モータ。
【請求項7】
前記Hブリッジ回路は、前記コンミテータへの電力供給を断ってOPEN回路を形成する第1状態、前記回転軸を正転させる第2状態、前記回転軸を逆転させる第3状態、前記コンミテータのセグメント内にてCLOSE回路を形成する第4状態のいずれかを構築可能なスイッチング素子を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電動モータ。
【請求項8】
ヨークに回転自在に支持される回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ、径方向に沿うように放射状に延びる複数のティース及びこれらティース間に形成される複数のスロットを有するアーマチュアコアと、
所定の前記スロット間に巻装された巻線と、
前記回転軸に前記アーマチュアコアと隣接して設けられ、前記巻線が接続される複数のセグメントを有するコンミテータと、を備えた電動モータにおいて、
前記アーマチュアコアに回転力を付与する主巻線と、前記アーマチュアコアにブレーキ力を付与するブレーキ巻線とから前記巻線を構成するとともに、当該巻線と電源との間にHブリッジ回路を組み込み、
さらに、前記巻線の主巻線とブレーキ巻線とを、前記アーマチュアコアの回転に際してバランスを調整する位置に配置することを特徴とする電動モータの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
この発明は、自動車のパワーウインドウを駆動制御する電動モータ及び電動モータの製造方法に関する。
続きを表示(約 7,600 文字)【背景技術】
【0002】
自動車等の車両に搭載される電動モータとして、例えば特許文献1に示されるようなPWM(Pulse Width Modulation)制御がなされるブラシ付き電動モータが多く使用されている。
この種の電動モータは、円筒状のヨークの内周面に複数のマグネットを周方向に等間隔で配置し、これらマグネットの内側にアーマチュアが回転自在に支持されている。
アーマチュアは、複数のティースが放射状に形成されたアーマチュアコアを有している。各ティース間には軸方向に長いスロットが複数形成され、所定間隔をあけたスロット間に巻線が例えば重ね巻き方式にて巻装されている。
【0003】
ところで、特許文献1に示される電動モータでは、車両のガラス窓を自動で開閉するP/W(Power Window)モータに使用されることがある。
このような電動モータでは、電源OFF時にOPEN回路になるため、ガラス重量又は外力によるガラス強制下げによりモータ出力軸が回された際に、CLOSE回路時のような電磁ブレーキが働かなく、窓ガラスが開いてしまう恐れがある。
【0004】
そして、このような問題を解決するために、例えば特許文献2に示される電動機用電機子が知られている。
この電動機用電機子は、電機子主巻線と低負荷時の回転を抑制する短絡巻線とを有し、該短絡巻線を電機子主巻線と同一の導線にて鉄心のスロットに巻装するとともに、該短絡巻線の両端を、整流子の爪に固着して閉回路を形成するようにした。
そして、このような電動機用電機子では、短絡巻線で形成した閉回路により、電機子が逆転することを防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2013−90428号公報
実公昭61−34867号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
そして、特許文献1に示される電動モータでは、特許文献2の技術を採用してブレーキ力を作用させる閉回路を形成することもできるが、その回路構成/巻線の配置に関して、具体的構成をどのようにするかが明確ではなく、新たな技術提供が期待されていた。
【0007】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成により、アーマチュアの回転バランスを向上させることができ、かつ、ブリッジ回路の電源がオフになり各スイッチング素子がオフになる場合であっても、一定のブレーキ制動を実現することができる電動モータ及び電動モータの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明では、ヨークに回転自在に支持される回転軸と、前記回転軸に取り付けられ、径方向に沿うように放射状に延びる複数のティース及びこれらティース間に形成される複数のスロットを有するアーマチュアコアと、所定の前記スロット間に巻装された巻線と、前記回転軸に前記アーマチュアコアと隣接して設けられ、前記巻線が接続される複数のセグメントを有するコンミテータと、を備えた電動モータにおいて、前記巻線は、前記アーマチュアコアに回転力を付与する主巻線と、前記アーマチュアコアにブレーキ力を付与するブレーキ巻線とを有するとともに、電源との間にHブリッジ回路が組み込まれ、前記巻線の主巻線とブレーキ巻線とは、前記アーマチュアコアの回転に際してバランスを調整する位置に配置されることを特徴とする。
【0009】
これにより、本発明の電動モータでは、アーマチュアコアのティースにおいて、主巻線のコイル位置を考慮しつつ、ブレーキ巻線の位置を周方向に対して調整することで、アーマチュア全体の回転バランスを取ることができる。
また、本発明の電動モータでは、ブレーキ巻線に形成される閉ループにより、アーマチュアに一定のブレーキ力を作用させることができる。その結果、本発明の電動モータを自動車のパワーウインドウに搭載した場合において、電動モータ回転軸の強制回転が規制されて、ガラス重量又は外力によるガラス強制下げを防ぐことができる。
さらに、本発明の電動モータでは、Hブリッジ回路に組み込み、かつ該Hブリッジ回路のスイッチング素子を選択的に開閉させる際に、当該Hブリッジ回路の電源がオフになり、各スイッチング素子がいずれもオフになったとしても、ブレーキ巻線に閉ループが形成されているため、ブレーキ巻線を介したアーマチュアのブレーキ制御とともに、電動モータ回転軸の強制回転を効果的に規制することができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明の電動モータでは、アーマチュアコアのティースにおいて、主巻線のコイル位置を考慮しつつ、ブレーキ巻線の位置を周方向に対して調整することで、アーマチュア全体の回転バランスを取ることができる。
また、本発明の電動モータでは、ブレーキ巻線に形成される閉ループにより、アーマチュアに一定のブレーキ力を作用させることができる。
その結果、本発明によれば、簡易な構成により、アーマチュアの回転バランスを向上させることができ、かつ、ブリッジ回路の電源がオフになり各スイッチング素子がオフになる場合であっても、一定のブレーキ制動を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
本発明の実施形態における減速機付モータ装置の部分断面平面図である。
図1のA−A線に沿う断面図である。
本発明の第1実施形態におけるアーマチュアの展開図である。
本発明に組み込まれたHブリッジ回路の第1状態を示す図である。
Hブリッジ回路の第2状態を示す図である。
Hブリッジ回路の第3状態を示す図である。
Hブリッジ回路の第4状態を示す図である。
本発明の第2実施形態におけるアーマチュアの展開図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
(減速機付モータ)
本発明の第1実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。
図1は、減速機付モータ装置1の部分断面平面図、図2は、図1のA−A線に沿う断面図である。
図1、図2に示すように、減速機付モータ装置1は、電動モータ40と、電動モータ40に連結された減速機構30とを備えている。
【0013】
減速機構30は、ギヤケース10内に、ウォーム31と、このウォーム31に噛合うウォームホイール33とが収納されたものである。ウォームホイール33は、樹脂や金属等からなる部材であり、インジェクション成型や焼結、機械加工等により形成される。
ウォームホイール33には、出力ギヤ35が連結されている。出力ギヤ35は、ギヤケース10の外部に露出した状態になっており、例えば、自動車のウインドウガラスの開閉装置に連結される。
一方、ウォーム31の一端には、ジョイント部材37を介し、電動モータ40の回転軸44が相対回転不能に連結されている。これにより、電動モータ40の回転力がウォーム31、及びウォームホイール33を介して出力ギヤ35に伝達される。
【0014】
(電動モータ)
電動モータ40は、ヨーク41と、ヨーク41の内側に回転自在に支持されているアーマチュア43とを備えている。
ヨーク41は、鉄等の磁性材からなるものであって、例えば金属板に深絞りによるプレス加工等を施して有底筒状に形成されている。ヨーク41は、この開口部41aが減速機構30側を向くように取り付けられている。ヨーク41の開口部41aの周縁には、フランジ部41bが形成されている。フランジ部41bには、これを貫通する不図示の取付孔が形成されている。フランジ部41bの取付孔にボルト85を挿通し、ギヤケース10にボルト85を締結することにより、ギヤケース10にヨーク41が固定される。
【0015】
ヨーク41の筒部41cには、内周面に、瓦状に形成された4個のマグネット42が周方向に沿って等間隔に磁極が順番となるように設けられている。マグネット42は、接着剤等によりヨーク41に貼付される。
ヨーク41の底部41dには、減速機構30とは反対側に向かって突出したボス部48が形成されている。ボス部48の内側には、アーマチュア43の回転軸44の一端を回転自在に支持するためのすべり軸受45aが内嵌固定されている。
【0016】
さらに、ヨーク41のボス部48には、底部側に、スラストプレート46が設けられている。スラストプレート46は、スチールボール46aを介して回転軸44のスラスト荷重を受けている。スチールボール46aは、回転軸44とスラストプレート46との間の摺動抵抗を減少させると共に、回転軸44の芯ズレを吸収し、回転軸44のスラスト荷重をスラストプレート46に確実に伝達するためのものである。
【0017】
アーマチュア43は、回転軸44と、回転軸44に外挿固定されるアーマチュアコア43aと、アーマチュアコア43aよりも減速機構30側に配置されたコンミテータ20とを有している。
回転軸44の減速機構30側は、ギヤケース10に設けられた不図示のすべり軸受45bに回転自在に支持されている。
【0018】
アーマチュアコア43aは、例えば、電磁鋼板等の磁性材を積層して軸方向に長くなるように形成されたものであって、マグネット42に対応した位置に配置されている。アーマチュアコア43aには、10個のティース12が周方向に沿って等間隔となるように全周に亘って放射状に形成されている。
各ティース12は、径方向外側に向かって延びる巻胴部12aと、巻胴部12aの先端に設けられ周方向に延在する外周部12bとで構成されている。つまり、ティース12の先端に設けられた外周部12bがアーマチュアコア43aの外周面を構成しており、マグネット42と対向した状態になっている。また、各ティース12は、この延在方向が軸方向に対して捩れるように形成され、所定のスキュー角を有している。
【0019】
さらに、周方向に隣接するティース12間には、それぞれスロット13が形成されている。これらスロット13のうち、所定のスロット13間に巻線14を挿通し、ティース12の巻胴部12aに、絶縁材である不図示のインシュレータを介して巻線14が巻装される(詳細は後述する)。
【0020】
コンミテータ20は、回転軸44に外嵌固定されている円柱状の本体部21と、本体部21の外周面に周方向に沿って並んで配置されている10枚のセグメント22とを備えている。したがって、この実施形態の電動モータ40は、マグネット42が4個、スロット13が10個、セグメント22が10個の所謂4極10スロット10セグメントで構成された電動モータ40になっている。
【0021】
コンミテータ20の本体部21は合成樹脂で形成されており、10枚のセグメント22を互いに絶縁した状態にしている。セグメント22は軸方向に長い板状の金属片で形成されており、このアーマチュアコア43a側の端部を外径側に折り返す形で折り曲げ、ここをライザ23としている。
このライザ23に、巻線14の巻き始め端及び巻き終わり端(後述する)が掛け回され、ヒュージングにより固定されている。これにより、セグメント22と巻線14とが導通される。
【0022】
コンミテータ20の外周には、一対のブラシ24が設けられている。これらブラシ24は、不図示のブラシホルダを介してコンミテータ20に向かって進退自在に設けられている。さらに、ブラシ24は、不図示のスプリングによってコンミテータ20側に向かって付勢された状態で、セグメント22に摺接している。
各ブラシ24の基端側には、ピグテール25の一端が接続されている。ピグテール25の他端は、ギヤケース10に設けられているコネクタ端子26に接続されている。コネクタ端子26は、ギヤケース10から外部に露出するように突設されており、不図示の外部電源から延びるコネクタに接続可能になっている。これにより、ブラシ24、コンミテータ20を介して巻線14に電流が供給される。
なお、このような電動モータ40では、コンミテータ20に流れるモータ電流に重畳された電流リップルを抽出し、この電流リップルに基づいて、モータ回転軸の回転数や回転角度を検出することができる。これにより、モータの回転検出や位置検出のためのセンサを別途設ける必要がないので、いわゆるセンサレス方式を採用することができ、簡易にモータ回転軸の回転状況を把握することができる。
【0023】
(巻線の巻装方法)
次に、図2及び図3を参照して、アーマチュアコア43aへの巻線14の巻回方法について説明する。
図3は、アーマチュア43の展開図であって、隣接するティース12間の空隙がスロット13に相当している。
【0024】
なお、以下の説明においては、各ティース12、及びコンミテータ20の各セグメント22にそれぞれ「1〜10の番号」を付して説明する。
また、アーマチュア43のティース12に巻回される巻線14として、主巻線60及びブレーキ巻線61の2種類が設けられている。
【0025】
図3に示す巻線14は1つの巻き方の例を表すものであって、ティース12の位置を矢印S方向にずらしながら、巻線14と同様の巻き方がなされた巻線(他の巻線は不図示)が複数設置されている。
【0026】
まず、巻線14の主巻線60は、図3に示すように、例えば、6番セグメント22のライザ23に巻き始め端60aが掛け回された後、6番セグメント22と同電位のセグメントである1番セグメント22のライザ23に掛け回されて、接続線51を形成する。
その後、当該主巻線60は、7−8番ティース12の間のスロット13と、5−6番ティース12の間のスロット13との間に反時計回りに巻回して小コイル60Aを形成する。つまり、小コイル60Aは、6−7番ティース12が内周側となるように主巻線60を反時計回りに巻回することにより形成される。
【0027】
この後、主巻線60は、5−6番ティース12の間のスロット13から引き出され、6番セグメント22に隣接する7番セグメント22のライザ23に、その巻き終わり端60bが掛け回される。
ここで、同電位となるセグメント22同士、つまり、回転軸44を中心にして点対称位置に存在するセグメント22同士(例えば、2番セグメント22と7番セグメント22)は主巻線60が延長された接続線52によって短絡されている。
そして、このような主巻線60では、通電されることで生じる小コイル60Aの回転磁界がマグネット42に作用することで、アーマチュア43とともに回転軸44を回転させる動力が生じる。
【0028】
次に、巻線14のブレーキ巻線61について図3を参照して説明する。
ブレーキ巻線61は、例えば、4番セグメント22のライザ23に巻き始め端61aが掛け回された後、4−5番ティース12の間のスロット13と、2−3番ティース12の間のスロット13との間に反時計回りに巻回されることで、小コイル61Aを形成する。
その後、このブレーキ巻線61は、例えば、9−10番ティース12の間のスロット13と、7−8番ティース12の間のスロット13との間に反時計回りに巻回されることで、小コイル61Bを形成した後、起点となる4番セグメント22のライザ23に巻き終り端61bが掛け回される。
そして、このようなブレーキ巻線61では、アーマチュア43の全周に亘るティース12のうち、主巻線60の小コイル60Aの位置を考慮しつつ、2つの小コイル61A,61Bの巻き位置を周方向に対して調整することで、アーマチュア43全体の回転バランスを取ることができる。
また、ここで、ブレーキ巻線61に、アーマチュアコアにて隣接する2つのティースが内周側に位置するように巻回される小コイルを少なくとも2組(例えば、小コイル61A,小コイル61B)配置したので、これらブレーキ巻線の小コイルにより、アーマチュア全体の回転バランスを取ることができる。
【0029】
一方、上述したコンミテータ20と直流電源Eaとの間には図4で示されるようなHブリッジ回路100が設けられている。
なお、図4において符号Mはモータであって、図1及び2の電動モータ40(回転要素となるアーマチュア43及びマグネット42)に相当している。
【0030】
このHブリッジ回路100は、4つのスイッチング素子SW1〜SW4を有するものであって、これらスイッチング素子SW1〜SW4の選択的な開閉(ON/OFF)により、モータMの回転を制御する。
電源Eaの第1端子(例えば+端子)は、スイッチング素子SW1の第1端子に接続されるとともに、スイッチング素子SW3の第1端子に接続される。
スイッチング素子SW1の第2端子は、スイッチング素子SW2の第1端子に接続される。スイッチング素子SW2の第2端子は、電源Eaの第2端子(例えば−端子)に接続される。
スイッチング素子SW3の第2端子は、スイッチング素子SW4の第1端子に接続される。スイッチング素子SW4の第2端子は、電源Eaの第2端子(例えば−端子)に接続される。
モータの第1端子は、スイッチング素子SW1の第2端子とスイッチング素子SW2の第1端子との接続点に接続される。モータの第2端子は、スイッチング素子SW3の第2端子とスイッチング素子SW4の第1端子との接続点に接続される。
(【0031】以降は省略されています)

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