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JP2004297969A - Electric motor with brush - Google Patents

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Publication number
JP2004297969A
JP2004297969A JP2003089774A JP2003089774A JP2004297969A JP 2004297969 A JP2004297969 A JP 2004297969A JP 2003089774 A JP2003089774 A JP 2003089774A JP 2003089774 A JP2003089774 A JP 2003089774A JP 2004297969 A JP2004297969 A JP 2004297969A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
torque
auxiliary
shaft
cogging torque
brush
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Abandoned
Application number
JP2003089774A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuyuki Saito
龍之 齋藤
Hiroto Tanaka
裕人 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsuba Corp
Original Assignee
Mitsuba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsuba Corp filed Critical Mitsuba Corp
Priority to JP2003089774A priority Critical patent/JP2004297969A/en
Publication of JP2004297969A publication Critical patent/JP2004297969A/en
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  • Dc Machiner (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce fluctuation in output torque of an electric motor with brushes, and to suppress occurrence of cogging torque in the motor. <P>SOLUTION: Segmented auxiliary magnets 18, arranged to face a magnetic pole different from each other, are mounted on the inside circumferential surface side of a yoke 3, and on the axial directional end portion, or an overhanging portion 5a, of a main magnet 5 so as to form a magnetic field inside the yoke 3. Also, the mounting positions of these auxiliary magnets 18 are displaced by a prescribed angle in the circumferential direction to the center position of the circumferential direction of the main magnet 5. The fluctuation of the output torque of a shaft is reduced by offsetting the fluctuation of electromagnetic torque that is generated to the shaft with synthetic cogging torque produced by synthesizing main cogging torque by the main magnet 5 and auxiliary cogging torque by the auxiliary magnets 18. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシ付き電動モータに関し、特に、トルクリップルを低減させるための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
ブラシ付き電動モータは、電源から供給される電流を機械的な回転運動に変換して出力する機器であり、ワイパなどの自動車部品から、OA、AV機器などの民生機器に至るまで幅広く用いられている。
【0003】
このようなブラシ付き電動モータは底付き円筒状に形成されたヨークを有しており、このヨークの内部には複数のアマチュアコイルを備えたアマチュアが回転自在に収容されている。このアマチュアのシャフトには、それぞれヨークの内周面に向けて突出する複数のティースが形成されたアマチュアコアが固定されており、アマチュアコイルはそれぞれこれらのティースに巻装されている。また、シャフトには放射状に配置された複数の整流子片を備えた整流子が軸着されており、アマチュアコイルはそれぞれ対応する整流子片に電気的に接続されている。整流子には、それぞれ電源の正極、負極に接続された複数のブラシが摺接するようになっており、アマチュアコイルにはブラシと整流子とにより整流された電流が供給されるようになっている。
【0004】
一方、ヨークの内周面には、例えば特許文献1に示すように、複数の永久磁石が固定されており、ヨークの内部に磁界を形成するようになっている。これらの永久磁石はヨークの内周面に沿って湾曲する弧状に形成されており、互いに異なる極性を向かい合わせるとともに周方向中心位置を電気角で180°ずらして配置されている。
【0005】
そして、アマチュアコイルに整流子により整流された電流が流れると、磁界内に位置するアマチュアコイルに電磁力が発生し、この電磁力によりシャフトに電磁力トルクが生じてアマチュアが回転するようになっている。
【0006】
【特許文献1】
実開平5−50954号公報(第4−5頁、第1−2図)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
最近のブラシ付き電動モータは、小型化や軽量化が進み、構造的には振動の発生しやすいものとなっている。
【0008】
しかしながら、従来のブラシ付き電動モータにおいては、整流作用によって電磁力を発生するアマチュアコイルの数つまり有効導体数が逐次変動し、アマチュアの回転力として取り出されるトルクは変動することになる。また、永久磁石とティースとの間には磁気吸引力が作用しており、これがアマチュアの回転に対する磁気抵抗変動となってシャフトにコギングトルクを生じさせている。加えて、モータのシャフトから取り出される出力トルクは、アマチュアコイルによる電磁力トルクとコギングトルクを合成したものとなるが、一般に電磁力トルクとコギングトルクは同位相の波形として生じるため、出力トルクの変動は大きくなる傾向にある。このことは、ブラシ付き電動モータの振動化および騒音化を促す要因となっており、モータの低振動化および低騒音化を図るうえで出力トルクの変動を低減することは重要な課題となっている。
【0009】
本発明の目的は、ブラシ付き電動モータにおける出力トルクの変動を低減することにある。
【0010】
本発明の他の目的は、ブラシ付き電動モータにおけるコギングトルクの発生を抑制することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のブラシ付き電動モータは、ブラシに摺接するコミュテータと複数のティースが設けられたアマチュアコアとがシャフトに固定されてなるアマチュアがヨーク内に回転自在に収容されたブラシ付き電動モータであって、前記ヨークの内周面に固定され、前記ヨーク内に磁界を形成する主マグネットと、それぞれ前記コミュテータに接続されるとともに前記ティースに巻装され、前記主マグネットの磁界とにより前記シャフトに電磁力トルクを発生させる複数のアマチュアコイルと、前記主マグネットにより生じる主コギングトルクに付加する補助コギングトルクを発生させ、前記電磁力トルクの変動を相殺する合成コギングトルクを前記シャフトに加える補助コギングトルク発生手段とを有し、前記シャフトの出力トルクの変動を低減させることを特徴とする。
【0012】
本発明のブラシ付き電動モータは、ブラシに摺接するコミュテータと複数のティースが設けられたアマチュアコアとがシャフトに固定されてなるアマチュアがヨーク内に回転自在に収容されたブラシ付き電動モータであって、前記ヨークの内周面に固定され、前記ヨーク内に磁界を形成する主マグネットと、それぞれ前記コミュテータに接続されるとともに前記ティースに巻装され、前記主マグネットの磁界とにより前記シャフトに電磁力トルクを発生させる複数のアマチュアコイルと、前記主マグネットにより生じる主コギングトルクを相殺する補助コギングトルクを前記シャフトに加える補助コギングトルク発生手段とを有し、前記シャフトに生じるコギングトルクを低減させることを特徴とする。
【0013】
本発明のブラシ付き電動モータは、前記補助コギングトルク発生手段を前記主マグネットの周方向中心位置に対して周方向に所定の角度ずれて前記ヨークに固定された補助マグネットとしたことを特徴とする。
【0014】
本発明のブラシ付き電動モータは、前記補助マグネットが前記主マグネットより高い磁束密度を有することを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0016】
図1は本発明の一実施の形態であるブラシ付き電動モータを示す断面図であり、図2は図1に示すブラシ付き電動モータのA−A線に沿う断面図であり、図3は図2に示す補助マグネットの装着状態を示す断面図である。
【0017】
図1に示すブラシ付き電動モータ1は、深絞り鋼板をプレスで絞った底付き円筒状に形成されたヨーク3を有しており、このヨーク3の開口端はアルミダイキャストにより底付き円筒状に形成されたフロントブラケット4によって閉塞されている。
【0018】
ヨーク3の内周面には、互いに異なる磁極を向かい合わせた一対のセグメント形の主マグネット5,6が固定されており、ヨーク3の内部に磁界を形成するようになっている。
【0019】
また、ヨーク3の内部には、この磁界中に位置してアマチュア7が収容されている。アマチュア7はシャフト8がヨーク3の底部3aとフロントブラケット4に形成された貫通孔4aとに設けられた自動調心形の軸受9,10に支持されることによりヨーク3の内部で回転自在となっている。また、シャフト8の先端は貫通孔4aから外部に突出しており、この先端に図示しない被駆動部材を接続することにより、シャフト8の出力トルクを被駆動部材に伝達することができる。
【0020】
このアマチュア7はシャフト8に固定されたアマチュアコア11を有している。このアマチュアコア11は、多数のアマチュア抜板を積み重ねて形成されており、その外周側には主マグネット5,6に向けて放射状に突出する12個のティース12が設けられている。そして、これらのティース12には、それぞれ表面が絶縁処理された銅線により形成された複数のアマチュアコイル13が巻装されている。本実施の形態においてはティース12の数は12個としているがこれに限らず、任意の個数とすることができる。
【0021】
また、アマチュア7はアマチュアコア11の図中左側に隣接してシャフト8に固定されたコミュテータ14を有している。このコミュテータ14はシャフト8に固定された胴部14aとこの胴部14aの外周に放射状に配置された整流子片14bとを備えており、それぞれのアマチュアコイル13は対応する整流子片14bに電気的に接続されている。
【0022】
フロントブラケット4には一対のブラシホルダ15が設けられており、このブラシホルダ15には、それぞれスプリング16によりコミュテータ14の整流子片14bに付勢された状態で摺接する一対のブラシ17が組み込まれている。これらのブラシ17は図示しない接続端子に電気的に接続されており、接続端子に電流を供給すると、それぞれのブラシ17とコミュテータ14とを介して整流された電流がアマチュアコイル13に流れるようになっている。
【0023】
このブラシ付き電動モータ1には、主マグネット5,6に加えて、さらに補助コギングトルク発生手段として2つの補助マグネット18,19が設けられている。これらの補助マグネット18,19は、それぞれホルダ20に支持されて、主マグネット5,6の軸方向端部、即ちオーバーハング部5aに位置してヨーク3の内周面に固定されており、互いに異なる磁極を向かい合わせるとともに、それぞれ対応する主マグネット5,6の周方向中心位置に対して周方向に10°ずれて配置されている。そして、これらの補助マグネット18,19は、主マグネット5,6と同様に、ヨーク3の内部に磁界を形成するようになっている。図示する場合には、これらの補助マグネット18,19は、ホルダ20を用いて固定されているが、これに限らず、接着等により直接ヨーク3に固定したり、主マグネット5,6と一体に形成しても良い。また、補助マグネット18,19を主マグネット5,6と一体に形成する場合には、主マグネット5,6を形成する部分と補助マグネット18,19を形成する部分を有する着磁コアを用いても良い。
【0024】
図4(A)は、主マグネットの周方向中心位置から周方向に10°ずらして補助マグネットを装着した場合の電磁力トルクと合成コギングトルクの波形を示す特性線図であり、図4(B)は、主マグネットのみを装着した場合の電磁力トルクと主コギングトルクの波形を示す特性線図である。また、図5は、主マグネットに対する補助マグネットの取付角度とトルクリップル低減効果との関係を示す特性線図である。
【0025】
このように構成されたブラシ付き電動モータ1では、ブラシ17に電流が供給されると、ブラシ17とコミュテータ14とを介して整流された電流が磁界中に位置するアマチュアコイル13に流れて、主マグネット5,6と補助マグネット18,19の形成する磁界とによりフレミングの左手の法則に従ってアマチュア7に電磁力が発生する。そして、この電磁力によりシャフト8に電磁力トルクが発生して、軸受9,10に回転自在に支承されるシャフト8は回転運動を開始する。
【0026】
このとき、シャフト8の回転に応じて電磁力を発生させるアマチュアコイル13の数つまり有効導体数が変動するので、シャフト8に発生する電磁力トルクは、図4(A)に実線で示すように、シャフト8の回転角度において約30°の周期で変動することになる。また、シャフト8には主マグネット5,6や補助マグネット18,19とティース12との間で生じる磁気吸引力により、図4(A)に破線で示すような合成コギングトルクが発生する。そして、シャフト8の出力トルクは、電磁力トルクとコギングトルクが合成されたものであるので、この出力トルクは、図示はしないが、図4(A)に示す電磁力トルクの波形とコギングトルクの波形を合成した波形で変動して所謂トルクリップルを生じることになる。
【0027】
ここで、比較例として、主マグネット5,6のみを装着した場合におけるシャフトに発生する電磁力トルクを見ると、図4(B)に実線で示すように、この場合の電磁力トルクも、図4(A)に示す場合と同様にシャフト8の回転に応じて電磁力を発生させるアマチュアコイル13の数が変動するので、シャフト8の回転角度において約30°の周期で変動している。また、この場合におけるコギングトルクは主マグネット5,6とティース12との間で生じる主コギングトルクのみからなっており、図4(B)に破線で示すように、シャフト8の回転角度において約30°の周期で変動するとともに、電磁力トルクに対して約10°の位相差を有している。そして、この場合、電磁力トルクのピークと主コギングトルクのピークとの位相差は小さいので、これらのトルクが互いに重ね合わされることにより、出力トルクのトルクリップルは図5に示すように大きくなっている。
【0028】
これに対して本実施例のブラシ付き電動モータ1では、補助コギングトルク発生手段として補助マグネット18,19を設けたことにより、シャフト8には主コギングトルクに加えて、補助マグネット18,19とティース12との間の磁気吸引力により補助コギングトルクが生じることになる。そして、この場合、補助マグネット18,19は、補助マグネット18,19により生じる補助コギングトルクがアマチュアコイル13による電磁力トルクと位相が180°ずれた関係となる位置、つまり補助コギングトルクと電磁力トルクの変動とが相殺されるような位置に配置されている。これは、電磁力トルクと主コギングトルクとの合成トルクである出力トルクの変動を相殺する位置とも略一致する。したがって、主マグネット5,6による主コギングトルクと補助マグネット18,19による補助コギングトルクとの合成トルクである図4(A)に示す合成コギングトルクは、図中に矢印で示す位置に新たなコギングトルクの山が創出されることで、実質的に主マグネット5,6のみが装着された場合に対してそのピーク位置の位相がずれたものとなっている。そして、この合成コギングトルクは、そのピーク位置が電磁力トルクの変動と位相が180°ずれた関係となっており、これにより電磁力トルクと合成コギングトルクとが相殺されて、図5に示すようにシャフト8の出力トルクの変動つまりトルクリップルが低減されるのである。
【0029】
このように、本発明のブラシ付き電動モータ1では、補助マグネット18,19とティース12との磁気吸引力による補助コギングトルクによりシャフト8の出力トルクの変動が相殺されるので、このブラシ付き電動モータ1の出力トルクの変動を低減させることができる。
【0030】
図6(A)は、主マグネットのみを装着した場合の1ティース当たりの電磁力トルクの波形を示す特性線図であり、図6(B)は、主マグネットの周方向中心位置から周方向に10°ずらして補助マグネットを装着した場合の1ティース当たりの磁束分布の波形を示す特性線図であり、図6(C)は補助マグネットの装着前後における電磁力トルクの波形を示す特性線図である。
【0031】
主マグネット5,6のみが装着された場合では、隣り合う2つの整流子片14bに同一のブラシ17が同時に接すると、対応するアマチュアコイル13は両コイル端が短絡されて電流が流れないため、図6(A)に示すように、所定の周期で部分的に電磁力トルクを発生しない状態となる。したがって、シャフト8の回転に応じて電流が流れるアマチュアコイル13の数つまり有効導体数が変動して、電磁力トルクの変動が生じることになる。
【0032】
これに対して、このブラシ付き電動モータ1では、主マグネット5,6に加えて、補助マグネット18,19を設けたことにより、ヨーク3の内部に形成される磁界により各ティース12に流れ込む磁束分布は、図6(B)に示すように、補助マグネット18,19に形成される磁界により部分的に増加することになる。そして、この磁束分布の増加は、補助マグネット18,19が主マグネット5,6に対して周方向にずれて配置されているので、電磁力トルクが低下する部分において増加することになる。したがって、各ティース12の電磁力の総和としてシャフト8に発生する電磁力トルクは、図6(C)に示すように、補助マグネット18,19が設けられない場合と比較して落ち込みが補償され、これにより出力トルクの変動が低減されることになる。また、電磁力トルクの落ち込みが補償されることにより、シャフト8が出力する平均トルクは増加することになる。
【0033】
このように、本発明のブラシ付き電動モータ1では、主マグネット5,6に加えて補助マグネット18,19が設けられているので、電磁力トルクの落ち込みを補償して、このブラシ付き電動モータ1の出力トルクの変動を低減することができる。
【0034】
ところで、以上は補助マグネット18,19の取付位置を10°として、合成コギングトルクと電磁力トルクの変動とを相殺させるようにしているが、補助マグネット18,19の取付位置はこれに限られない。たとえば、補助マグネット18,19の取付位置を主マグネットの周方向中心位置から周方向に15°ずれた位置とした場合には、主マグネット5,6による主コギングトルクと補助マグネット18,19による補助コギングトルクとが相殺されて、図5に示すように、アマチュアコイル13に電流が供給されないときの出力トルクつまりシャフト8に生じる合成コギングトルクを、主マグネット5,6のみが装着された場合に比べてほぼ半減させることができる。したがって、この場合では、アマチュアコイル13に供給される電流が小さくシャフト8が低速で回転している場合であっても、合成コギングトルクが低減されることによりシャフト8の出力トルクの変動が低減されて、シャフト8を滑らかに回転させることができる。また、この場合、合成コギングトルクが低減されているので、このブラシ付き電動モータ1の起動トルクを低減することができる。
【0035】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、前記実施の形態においては、補助マグネット18,19は、主マグネット5,6の一方側の端部に装着されているが、これに限らず、フロントブラケット4側かヨーク底部3a側かのいずれか一方にのみ装着したり両側に装着してもよい。また、補助マグネット18,19の形状は、図3に示すようなセグメント形に限られず種々の形状、配置、個数を選択することができる。図7は、補助コギングトルク発生手段の変形例を示す斜視図である。図示する場合にあっては、主コギングトルクを発生させる主マグネット部21に補助コギングトルク発生手段として複数の突出部22が一体として形成されており、全体としてH型の形状となっている。
【0036】
要するに、補助コギングトルク発生手段としては、ヨーク3の内部に収容して主マグネット5,6のみから生成される磁界に変化を与えることができれば良く、上記実施例のように補助マグネット18,19を主マグネット5,6に別体として装着することは補助コギングトルク発生手段の一実施例にすぎない。また、主マグネット5,6と補助マグネット18,19を接して配置する必要も必ずしもない。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、補助マグネットを主マグネットの周方向中心から周方向に所定の角度を設けて装着することで、電磁力トルクと合成コギングトルクとの合成である出力トルクの変動を低減することができる。これにより、ブラシ付き電動モータの低振動化および低騒音化を図ることができる。
【0038】
また、補助マグネットを上記所定の位置から更に所定の角度ずらして装着することで、合成コギングトルクの発生を抑制することができる。これにより、ブラシ付き電動モータを低速で回転させる場合にも低振動化を図ることができるとともに、起動トルクを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態であるブラシ付き電動モータを示す断面図である。
【図2】図1に示すブラシ付き電動モータのA−A線に沿う断面図である。
【図3】図2に示す補助マグネットの装着状態を示す断面図である。
【図4】(A)は、主マグネットの周方向中心位置から周方向に10°ずらして補助マグネットを装着した場合の電磁力トルクと合成コギングトルクの波形を示す特性線図であり、(B)は、主マグネットのみを装着した場合の電磁力トルクと主コギングトルクの波形を示す特性線図である。
【図5】主マグネットに対する補助マグネットの取付角度とトルクリップル低減効果との関係を示す特性線図である。
【図6】(A)は、主マグネットのみを装着した場合の1ティース当たりの電磁力トルクの波形を示す特性線図であり、(B)は、主マグネットの周方向中心位置から周方向に10°ずらして補助マグネットを装着した場合の1ティース当たりの磁束分布の波形を示す特性線図であり、(C)は、補助マグネットの装着前後における電磁力トルクの波形を示す特性線図である。
【図7】補助コギングトルク発生手段の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 ブラシ付き電動モータ
3 ヨーク
4 フロントブラケット
5,6 主マグネット
5a,6a オーバーハング部
7 アマチュア
8 シャフト
9,10 軸受
11 アマチュアコア
12 ティース
13 アマチュアコイル
14 コミュテータ
15 ブラシホルダ
16 スプリング
17 ブラシ
18,19 補助マグネット
20 ホルダ
21 主マグネット部
22 突出部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a brushed electric motor, and more particularly to a technique for reducing torque ripple.
[0002]
[Prior art]
An electric motor with a brush is a device that converts a current supplied from a power supply into a mechanical rotating motion and outputs the same, and is widely used from automobile parts such as wipers to consumer devices such as OA and AV devices. I have.
[0003]
Such an electric motor with a brush has a yoke formed in a cylindrical shape with a bottom, and an armature having a plurality of armature coils is rotatably housed inside the yoke. An amateur core formed with a plurality of teeth protruding toward the inner peripheral surface of the yoke is fixed to the armature shaft, and an armature coil is wound around each of the teeth. A commutator having a plurality of commutator pieces arranged radially is axially mounted on the shaft, and the armature coils are electrically connected to the corresponding commutator pieces. A plurality of brushes connected to the positive electrode and the negative electrode of the power supply are in sliding contact with the commutator, respectively, and the current rectified by the brush and the commutator is supplied to the armature coil. .
[0004]
On the other hand, a plurality of permanent magnets are fixed to the inner peripheral surface of the yoke, for example, as shown in Patent Document 1, so that a magnetic field is formed inside the yoke. These permanent magnets are formed in an arc shape that curves along the inner peripheral surface of the yoke, are arranged to face different polarities, and are shifted from each other in the circumferential center position by an electrical angle of 180 °.
[0005]
When a current rectified by the commutator flows in the armature coil, an electromagnetic force is generated in the armature coil located in the magnetic field, and the electromagnetic force generates an electromagnetic force torque on the shaft and the armature rotates. I have.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-50954 (page 4-5, FIG. 1-2)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Recent brushed electric motors are becoming smaller and lighter, and are structurally more prone to vibration.
[0008]
However, in the conventional brushed electric motor, the number of armature coils that generate electromagnetic force due to the rectifying action, that is, the number of effective conductors fluctuates sequentially, and the torque taken out as the rotational force of the armature fluctuates. Further, a magnetic attraction force acts between the permanent magnet and the teeth, which causes a variation in magnetic resistance with respect to the rotation of the armature, and generates a cogging torque on the shaft. In addition, the output torque taken out of the motor shaft is a combination of the electromagnetic force torque and the cogging torque by the armature coil, but in general, the electromagnetic force torque and the cogging torque are generated as waveforms having the same phase. Tends to be large. This is a factor that promotes vibration and noise of the brushed electric motor, and reducing the fluctuation of the output torque is an important issue in reducing the vibration and noise of the motor. I have.
[0009]
An object of the present invention is to reduce fluctuations in output torque in an electric motor with a brush.
[0010]
Another object of the present invention is to suppress generation of cogging torque in an electric motor with a brush.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
An electric motor with a brush according to the present invention is an electric motor with a brush in which an armature in which a commutator slidingly in contact with a brush and an armature core provided with a plurality of teeth are fixed to a shaft is rotatably housed in a yoke. A main magnet fixed to an inner peripheral surface of the yoke and forming a magnetic field in the yoke; and a magnetic field applied to the shaft by the magnetic field of the main magnet, the main magnet being connected to the commutator and wound around the teeth. A plurality of armature coils for generating torque, and auxiliary cogging torque generating means for generating auxiliary cogging torque to be added to the main cogging torque generated by the main magnet, and applying a combined cogging torque to the shaft to offset fluctuations in the electromagnetic force torque And reduces fluctuations in the output torque of the shaft. And characterized in that.
[0012]
An electric motor with a brush according to the present invention is an electric motor with a brush in which an armature in which a commutator slidingly in contact with a brush and an armature core provided with a plurality of teeth are fixed to a shaft is rotatably housed in a yoke. A main magnet fixed to an inner peripheral surface of the yoke and forming a magnetic field in the yoke; and a magnetic field applied to the shaft by the magnetic field of the main magnet, the main magnet being connected to the commutator and wound around the teeth. A plurality of armature coils for generating torque, and auxiliary cogging torque generating means for applying auxiliary cogging torque to the shaft for canceling main cogging torque generated by the main magnet, and reducing cogging torque generated on the shaft. Features.
[0013]
The electric motor with a brush according to the present invention is characterized in that the auxiliary cogging torque generating means is an auxiliary magnet fixed to the yoke at a predetermined angle in the circumferential direction with respect to a circumferential center position of the main magnet. .
[0014]
In the electric motor with a brush according to the present invention, the auxiliary magnet has a higher magnetic flux density than the main magnet.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an electric motor with a brush according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the electric motor with a brush shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a mounting state of an auxiliary magnet shown in FIG.
[0017]
The brushed electric motor 1 shown in FIG. 1 has a bottomed yoke 3 formed by pressing a deep drawn steel plate with a press, and the open end of the yoke 3 has a bottomed cylindrical shape formed by aluminum die casting. Is closed by the front bracket 4 formed at the bottom.
[0018]
A pair of segment-shaped main magnets 5 and 6 having different magnetic poles facing each other are fixed to the inner peripheral surface of the yoke 3 so as to form a magnetic field inside the yoke 3.
[0019]
An armature 7 is housed inside the yoke 3 in the magnetic field. The amateur 7 is rotatable inside the yoke 3 by the shaft 8 being supported by the self-aligning bearings 9 and 10 provided in the bottom 3a of the yoke 3 and the through hole 4a formed in the front bracket 4. Has become. Further, the tip of the shaft 8 protrudes to the outside from the through hole 4a, and by connecting a driven member (not shown) to this tip, the output torque of the shaft 8 can be transmitted to the driven member.
[0020]
The armature 7 has an armature core 11 fixed to a shaft 8. The amateur core 11 is formed by stacking a large number of amateur punched sheets, and is provided with twelve teeth 12 protruding radially toward the main magnets 5 and 6 on the outer peripheral side thereof. A plurality of amateur coils 13 each formed of a copper wire whose surface is insulated are wound around these teeth 12. In the present embodiment, the number of teeth 12 is set to 12, but the number is not limited to this and may be any number.
[0021]
The armature 7 has a commutator 14 fixed to the shaft 8 adjacent to the left side of the armature 11 in the drawing. The commutator 14 includes a body 14a fixed to the shaft 8 and commutator pieces 14b radially arranged on the outer periphery of the body 14a. Each of the amateur coils 13 electrically connects the corresponding commutator piece 14b. Connected.
[0022]
The front bracket 4 is provided with a pair of brush holders 15. The brush holder 15 incorporates a pair of brushes 17 which are slidably contacted with the commutator pieces 14b of the commutator 14 by springs 16, respectively. ing. These brushes 17 are electrically connected to connection terminals (not shown). When a current is supplied to the connection terminals, rectified currents flow through the armature coil 13 via the respective brushes 17 and the commutator 14. ing.
[0023]
The brushed electric motor 1 is provided with two auxiliary magnets 18 and 19 as auxiliary cogging torque generating means in addition to the main magnets 5 and 6. These auxiliary magnets 18 and 19 are supported by holders 20 and are fixed to the inner peripheral surface of the yoke 3 at axial ends of the main magnets 5 and 6, that is, at the overhang portions 5a. The different magnetic poles face each other, and are arranged to be shifted by 10 ° in the circumferential direction with respect to the circumferential center positions of the corresponding main magnets 5 and 6. These auxiliary magnets 18 and 19 form a magnetic field inside the yoke 3 similarly to the main magnets 5 and 6. In the illustrated case, the auxiliary magnets 18 and 19 are fixed using the holder 20, but are not limited to this. The auxiliary magnets 18 and 19 are directly fixed to the yoke 3 by bonding or the like, or are integrated with the main magnets 5 and 6. It may be formed. When the auxiliary magnets 18 and 19 are formed integrally with the main magnets 5 and 6, a magnetized core having a portion forming the main magnets 5 and 6 and a portion forming the auxiliary magnets 18 and 19 may be used. good.
[0024]
FIG. 4A is a characteristic diagram showing waveforms of the electromagnetic force torque and the combined cogging torque when the auxiliary magnet is mounted at a position shifted from the center position of the main magnet in the circumferential direction by 10 ° in the circumferential direction. () Is a characteristic diagram showing waveforms of the electromagnetic force torque and the main cogging torque when only the main magnet is mounted. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the mounting angle of the auxiliary magnet with respect to the main magnet and the torque ripple reduction effect.
[0025]
In the electric motor 1 with a brush configured as described above, when a current is supplied to the brush 17, a rectified current flows through the brush 17 and the commutator 14 to the armature coil 13 located in the magnetic field, and An electromagnetic force is generated in the armature 7 by the magnetic fields formed by the magnets 5 and 6 and the auxiliary magnets 18 and 19 according to Fleming's left-hand rule. Then, an electromagnetic force torque is generated on the shaft 8 by the electromagnetic force, and the shaft 8 rotatably supported by the bearings 9 and 10 starts rotating.
[0026]
At this time, the number of the armature coils 13 that generate an electromagnetic force, that is, the number of effective conductors changes in accordance with the rotation of the shaft 8, so that the electromagnetic force torque generated on the shaft 8 is as shown by a solid line in FIG. , The rotation angle of the shaft 8 fluctuates at a cycle of about 30 °. Further, a combined cogging torque as shown by a broken line in FIG. 4A is generated on the shaft 8 by magnetic attraction generated between the teeth 12 and the main magnets 5 and 6 and the auxiliary magnets 18 and 19. Since the output torque of the shaft 8 is obtained by combining the electromagnetic force torque and the cogging torque, this output torque is not shown, but the waveform of the electromagnetic force torque shown in FIG. The so-called torque ripple is generated by fluctuating with the combined waveform.
[0027]
Here, as a comparative example, looking at the electromagnetic force torque generated on the shaft when only the main magnets 5 and 6 are mounted, the electromagnetic force torque in this case is also shown in FIG. As in the case shown in FIG. 4A, the number of the armature coils 13 that generate the electromagnetic force varies according to the rotation of the shaft 8, so that the rotation angle of the shaft 8 varies at a cycle of about 30 °. Further, the cogging torque in this case is composed of only the main cogging torque generated between the main magnets 5 and 6 and the teeth 12, and as shown by a broken line in FIG. It has a phase difference of about 10 ° with respect to the electromagnetic force torque while varying at a cycle of °. In this case, since the phase difference between the peak of the electromagnetic force torque and the peak of the main cogging torque is small, the torque ripple of the output torque increases as shown in FIG. I have.
[0028]
On the other hand, in the brushed electric motor 1 of the present embodiment, the auxiliary magnets 18 and 19 are provided as auxiliary cogging torque generating means, so that the shaft 8 has the auxiliary magnets 18 and 19 and the teeth in addition to the main cogging torque. 12, an auxiliary cogging torque is generated by the magnetic attraction force. In this case, the auxiliary magnets 18 and 19 are located at a position where the auxiliary cogging torque generated by the auxiliary magnets 18 and 19 has a 180 ° out of phase relationship with the electromagnetic torque generated by the armature coil 13, that is, the auxiliary cogging torque and the electromagnetic torque Are arranged in such a position as to cancel out the fluctuations. This substantially coincides with the position where the fluctuation of the output torque, which is the combined torque of the electromagnetic force torque and the main cogging torque, is offset. Therefore, the combined cogging torque shown in FIG. 4A, which is the combined torque of the main cogging torque by the main magnets 5 and 6 and the auxiliary cogging torque by the auxiliary magnets 18 and 19, is a new cogging at the position shown by the arrow in the figure. Due to the creation of the peak of the torque, the phase of the peak position is shifted from the case where substantially only the main magnets 5 and 6 are mounted. The peak position of the resultant cogging torque has a relationship of 180 ° out of phase with the fluctuation of the electromagnetic force torque, thereby canceling out the electromagnetic force torque and the resultant cogging torque, as shown in FIG. Therefore, the fluctuation of the output torque of the shaft 8, that is, the torque ripple is reduced.
[0029]
As described above, in the electric motor with brushes 1 of the present invention, the fluctuation of the output torque of the shaft 8 is offset by the auxiliary cogging torque due to the magnetic attraction between the auxiliary magnets 18 and 19 and the teeth 12. 1 can reduce the fluctuation of the output torque.
[0030]
FIG. 6A is a characteristic diagram showing a waveform of the electromagnetic force torque per tooth when only the main magnet is mounted, and FIG. FIG. 6C is a characteristic diagram showing a waveform of a magnetic flux distribution per tooth when the auxiliary magnet is mounted shifted by 10 °, and FIG. 6C is a characteristic diagram showing a waveform of the electromagnetic force torque before and after mounting the auxiliary magnet. is there.
[0031]
In the case where only the main magnets 5 and 6 are mounted, if the same brush 17 simultaneously contacts two adjacent commutator pieces 14b, the corresponding armature coil 13 has both coil ends short-circuited and no current flows. As shown in FIG. 6 (A), a state in which the electromagnetic force torque is not generated partially in a predetermined cycle. Therefore, the number of the armature coils 13 through which the current flows, that is, the number of effective conductors varies according to the rotation of the shaft 8, and the electromagnetic force torque varies.
[0032]
On the other hand, in the electric motor 1 with brushes, by providing the auxiliary magnets 18 and 19 in addition to the main magnets 5 and 6, the magnetic flux distribution flowing into each tooth 12 by the magnetic field formed inside the yoke 3 is improved. Is partially increased by the magnetic field formed in the auxiliary magnets 18 and 19, as shown in FIG. Since the auxiliary magnets 18 and 19 are arranged in the circumferential direction with respect to the main magnets 5 and 6, the increase in the magnetic flux distribution increases in a portion where the electromagnetic force torque decreases. Therefore, as shown in FIG. 6 (C), the electromagnetic force torque generated on the shaft 8 as the sum of the electromagnetic forces of the respective teeth 12 is compensated for a drop as compared with the case where the auxiliary magnets 18 and 19 are not provided. Thereby, the fluctuation of the output torque is reduced. Also, by compensating for the drop in the electromagnetic force torque, the average torque output by the shaft 8 increases.
[0033]
As described above, in the brushed electric motor 1 of the present invention, since the auxiliary magnets 18 and 19 are provided in addition to the main magnets 5 and 6, the drop in the electromagnetic force torque is compensated, and the brushed electric motor 1 is compensated for. Can be reduced.
[0034]
By the way, the mounting positions of the auxiliary magnets 18 and 19 are set to 10 ° so as to cancel out the fluctuation of the combined cogging torque and the electromagnetic force torque, but the mounting positions of the auxiliary magnets 18 and 19 are not limited to this. . For example, when the mounting positions of the auxiliary magnets 18 and 19 are set to positions shifted by 15 ° in the circumferential direction from the circumferential center position of the main magnets, the main cogging torque by the main magnets 5 and 6 and the auxiliary magnets 18 and 19 As shown in FIG. 5, the cogging torque is canceled and the output torque when the current is not supplied to the armature coil 13, that is, the combined cogging torque generated on the shaft 8, is compared with the case where only the main magnets 5 and 6 are mounted. Almost halved. Therefore, in this case, even when the current supplied to the armature coil 13 is small and the shaft 8 is rotating at a low speed, the fluctuation of the output torque of the shaft 8 is reduced by reducing the combined cogging torque. Thus, the shaft 8 can be smoothly rotated. In this case, since the combined cogging torque is reduced, the starting torque of the electric motor with brush 1 can be reduced.
[0035]
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be variously modified without departing from the gist thereof. For example, in the above-described embodiment, the auxiliary magnets 18 and 19 are attached to one end of the main magnets 5 and 6, but the present invention is not limited to this. It may be attached to only one or both sides. The shapes of the auxiliary magnets 18 and 19 are not limited to the segment shape as shown in FIG. 3, and various shapes, arrangements, and numbers can be selected. FIG. 7 is a perspective view showing a modification of the auxiliary cogging torque generating means. In the case shown in the figure, a plurality of protrusions 22 are integrally formed as auxiliary cogging torque generating means on a main magnet portion 21 for generating main cogging torque, and have an H-shaped shape as a whole.
[0036]
In short, the auxiliary cogging torque generating means only needs to be housed inside the yoke 3 and change the magnetic field generated only from the main magnets 5, 6, and the auxiliary magnets 18, 19 as in the above-described embodiment are used. Attachment to the main magnets 5 and 6 separately is only one embodiment of the auxiliary cogging torque generating means. Further, it is not always necessary to arrange the main magnets 5, 6 and the auxiliary magnets 18, 19 in contact with each other.
[0037]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fluctuation | variation of the output torque which is the synthesis | combination of an electromagnetic force torque and a synthetic | combination cogging torque is reduced by mounting an auxiliary magnet at a predetermined angle in the circumferential direction from the circumferential center of the main magnet. Can be. This makes it possible to reduce the vibration and the noise of the electric motor with brush.
[0038]
Further, by mounting the auxiliary magnet at a further predetermined angle from the predetermined position, the generation of the combined cogging torque can be suppressed. Thus, even when the brushed electric motor is rotated at a low speed, the vibration can be reduced, and the starting torque can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an electric motor with a brush according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the electric motor with brush shown in FIG. 1, taken along line AA.
FIG. 3 is a sectional view showing a mounting state of the auxiliary magnet shown in FIG. 2;
FIG. 4A is a characteristic diagram showing waveforms of an electromagnetic force torque and a combined cogging torque when an auxiliary magnet is mounted at a position shifted by 10 ° in a circumferential direction from a circumferential center position of a main magnet, and FIG. () Is a characteristic diagram showing waveforms of the electromagnetic force torque and the main cogging torque when only the main magnet is mounted.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between an attachment angle of an auxiliary magnet with respect to a main magnet and a torque ripple reduction effect.
FIG. 6A is a characteristic diagram showing a waveform of an electromagnetic force torque per tooth when only the main magnet is mounted, and FIG. 6B is a diagram illustrating a waveform from a circumferential center position of the main magnet in a circumferential direction. It is a characteristic diagram which shows the waveform of the magnetic flux distribution per tooth at the time of attaching an auxiliary magnet by shifting by 10 degrees, and (C) is a characteristic diagram which shows the waveform of the electromagnetic force torque before and after the auxiliary magnet is mounted. .
FIG. 7 is a perspective view showing a modification of the auxiliary cogging torque generating means.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 electric motor with brush 3 yoke 4 front bracket 5, 6 main magnet 5a, 6a overhang portion 7 amateur 8 shaft 9, 10 bearing 11 amateur core 12 teeth 13 amateur coil 14 commutator 15 brush holder 16 spring 17 brush 18, 19 auxiliary Magnet 20 Holder 21 Main magnet part 22 Projecting part

Claims (4)

ブラシに摺接するコミュテータと複数のティースが設けられたアマチュアコアとがシャフトに固定されてなるアマチュアがヨーク内に回転自在に収容されたブラシ付き電動モータであって、
前記ヨークの内周面に固定され、前記ヨーク内に磁界を形成する主マグネットと、
それぞれ前記コミュテータに接続されるとともに前記ティースに巻装され、前記主マグネットの磁界とにより前記シャフトに電磁力トルクを発生させる複数のアマチュアコイルと、
前記主マグネットにより生じる主コギングトルクに付加する補助コギングトルクを発生させ、前記電磁力トルクの変動を相殺する合成コギングトルクを前記シャフトに加える補助コギングトルク発生手段とを有し、
前記シャフトの出力トルクの変動を低減させることを特徴とするブラシ付き電動モータ。
An electric motor with a brush in which an armature in which a commutator slidingly contacting a brush and an armature core provided with a plurality of teeth are fixed to a shaft is rotatably housed in a yoke,
A main magnet fixed to the inner peripheral surface of the yoke and forming a magnetic field in the yoke;
A plurality of armature coils connected to the commutator and wound around the teeth, and generating an electromagnetic force torque on the shaft by a magnetic field of the main magnet;
Auxiliary cogging torque generating means for generating an auxiliary cogging torque to be added to the main cogging torque generated by the main magnet, and applying a combined cogging torque to the shaft to cancel the fluctuation of the electromagnetic force torque,
An electric motor with a brush, wherein the fluctuation of the output torque of the shaft is reduced.
ブラシに摺接するコミュテータと複数のティースが設けられたアマチュアコアとがシャフトに固定されてなるアマチュアがヨーク内に回転自在に収容されたブラシ付き電動モータであって、
前記ヨークの内周面に固定され、前記ヨーク内に磁界を形成する主マグネットと、
それぞれ前記コミュテータに接続されるとともに前記ティースに巻装され、前記主マグネットの磁界とにより前記シャフトに電磁力トルクを発生させる複数のアマチュアコイルと、
前記主マグネットにより生じる主コギングトルクを相殺する補助コギングトルクを前記シャフトに加える補助コギングトルク発生手段とを有し、
前記シャフトに生じるコギングトルクを低減させることを特徴とするブラシ付き電動モータ。
An electric motor with a brush in which an armature in which a commutator slidingly contacting a brush and an armature core provided with a plurality of teeth are fixed to a shaft is rotatably housed in a yoke,
A main magnet fixed to the inner peripheral surface of the yoke and forming a magnetic field in the yoke;
A plurality of armature coils connected to the commutator and wound around the teeth, and generating an electromagnetic force torque on the shaft by a magnetic field of the main magnet;
Auxiliary cogging torque generating means for applying to the shaft an auxiliary cogging torque for canceling a main cogging torque generated by the main magnet,
An electric motor with a brush, wherein cogging torque generated in the shaft is reduced.
請求項1または2記載のブラシ付き電動モータにおいて、前記補助コギングトルク発生手段を前記主マグネットの周方向中心位置に対して周方向に所定の角度ずれて前記ヨークに固定された補助マグネットとしたことを特徴とするブラシ付き電動モータ。3. The brushed electric motor according to claim 1, wherein the auxiliary cogging torque generating means is an auxiliary magnet fixed to the yoke at a predetermined angle in a circumferential direction with respect to a circumferential center position of the main magnet. An electric motor with a brush. 請求項3記載のブラシ付き電動モータにおいて、前記補助マグネットが前記主マグネットより高い磁束密度を有することを特徴とするブラシ付き電動モータ。The electric motor with a brush according to claim 3, wherein the auxiliary magnet has a higher magnetic flux density than the main magnet.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9667111B2 (en) 2013-06-20 2017-05-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Rotor of electric motor and motor using the same
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