JP2006353019A - 多極モータ - Google Patents

Abstract

【課題】４極重巻のワイパモータにおいて、ブラシ個数の増大を抑えつつ、２速度以上の動作切り換えを実現する。
【解決手段】４極以上の界磁磁極を備え、電機子巻線が重巻にて巻装された多極モータにて、４個のブラシ１９ａ〜１９ｄを周方向に等分に配置し、それらを選択的に通電させて２速度以上の作動モードを形成する。ブラシ１９は、正極第１ブラシ１９ａとそれに対向配置された正極第２ブラシ１９ｃと、負極第１ブラシ１９ｂとそれに対向配置された負極第２ブラシ１９ｄとからなる。低速(LOW)モードではブラシ１９ａ,１９ｂを通電し、中速(MID)モードではブラシ１９ａとブラシ１９ｂ,１９ｄを通電し、高速モード(HI)では４個のブラシ１９ａ〜１９ｄの全てを通電する。
【選択図】図３

Description

本発明は、２速度以上の動作切り換えが可能な４極以上の多極モータに関し、特に、車両用ワイパ装置の駆動源等に使用されるモータに関する。

従来より、自動車等の車両用ワイパ装置の駆動源としては、起動トルクが大きく、高負荷時に大きなトルクが得られるブラシ付きＤＣモータが広く使用されている。このようなワイパモータでは、ワイパ装置の低速・高速作動(HI/LOW)モードに対応して、モータ側にて２速度切り換えが可能な３ブラシ構造が採用されることが多い。図１１は、２速度切り換えが可能なワイパモータのブラシ配置構成を示す説明図である。

図１１に示すように、従来のワイパモータでは、コモンブラシ５１ａ（−）と、低速(LOW)用ブラシ５１ｂ（＋）、高速(HI)用ブラシ５１ｃ（＋）の３個のブラシが設けられ、高速用ブラシ５１ｃは、低速用ブラシ５１ｂよりも進角した位置に配置される。例えば、特開2003-315274号公報にも、同様の３ブラシ構造を有するワイパモータが開示されており、ドライバのスイッチ切り換えに応じて、使用するブラシを切り換え、ワイパ装置の２速度作動を実現している。また、実開平7-28756号公報では、３ブラシ構造のワイパモータを使用したワイパ装置において、制御上の工夫により、低速と高速の間に中間速のモードを実現したものが示されている。
特開2003-315274号公報 実開平7-28756号公報 特開2000-166185号公報 特開平3-11963号公報 特開2001-95219号公報 特開2001-112217号公報 特開2002-17061号公報 特開2002-58227号公報 特開2002-218692号公報 特開2002-233123号公報 特開2002-305861号公報 特開2004-56851号公報 特開2004-274816号公報 特開2004-274821号公報 特開2004-289992号公報

一方、従来のワイパモータは、構造的に簡単な２極モータが主流であり、現状では４極以上の多極モータは市場には殆ど存在していない。これに対し、近年、ワイパモータの小型・軽量化の要請から、コアやマグネット、ヨーク等の小型・薄型化が図れる４極モータの採用が検討されている。しかしながら、４極重巻仕様のモータにて２速度切り換えを実現しようとすると、図１２に示すように、コモン／低速用／高速用のブラシが２組必要となり、合計６個のブラシ（５１ａ,５１ａ',５１ｂ,５１ｂ',５１ｃ,５１ｃ'）を配置しなければならない。このようにブラシ個数が増加すると、製品コストが増大すると共に、ブラシ同士が近接し、部品レイアウト上も好ましくない。このため、小型・軽量化の要請に対しては、４極モータを如何に小型化するかが製品開発の中心とならざるを得ないという問題があった。

本発明の目的は、４極重巻仕様のワイパモータにおいて、ブラシ個数の増大を抑えつつ、２速度以上の動作切り換えを実現し、モータの小型軽量化を図ると共に、コストアップを抑え、レイアウト性の向上を図ることにある。

本発明の多極モータは、４極以上の界磁磁極を備え、電機子巻線が重巻にて巻装された多極モータであって、周方向に等間隔で配置された複数個のブラシを備え、前記ブラシを選択的に通電させることにより、２速度以上の作動モードを形成したことを特徴とする。

本発明にあっては、例えば、４極重巻モータにおいて、４個のブラシを等分に配置し、各ブラシに対する通電状態を適宜制御することにより、モータ回転数を少なくとも２速度以上に変化させることができる。従って、多極機においてもブラシ数を大幅に増大させることなく、多極機による小型・軽量化のメリットを享受しつつ、HI,LO等の２速度以上の作動が実現できる。

前記多極モータにおいて、前記ブラシを、正極第１ブラシとそれに対向配置された正極第２ブラシと、負極第１ブラシとそれに対向配置された負極第２ブラシとから構成し、前記正極第１ブラシ及び前記負極第１ブラシが通電される低速モードと、前記４個のブラシの全てが通電される高速モードとを設定しても良い。また、前記多極モータに、前記正極第１ブラシと、前記負極第１及び負極第２ブラシとが通電される中速モードをさらに設けても良く、これにより、当該多極モータをワイパモータとして使用した場合、従来のワイパ装置にはないMIDモードを付加することができる。

前記多極モータにおいて、前記電機子巻線を隣接する整流子片間に接続された複数のコイルから形成し、回転軸に対し点対称に配置された複数の副コイルを前記個々のコイルに設けても良い。このような巻線形態を採用することにより、ブラシによって短絡されるコイルが、モータ回転軸に対し対称な位置関係に配置される。従って、電機子巻線に関する磁気的なアンバランスが解消され、モータの耐久性が向上する。

本発明の他の多極モータは、４極以上の界磁磁極を備え、電機子巻線が重巻にて巻装された多極モータであって、前記電機子巻線が電気的に接続された整流子片が周方向に沿って複数個配設された整流子と、前記整流子の表面に接触し低速作動時に使用される第１及び第２ブラシと、前記整流子の表面に接触し前記第１及び第２ブラシの何れか一方と共に高速作動時に使用される第３ブラシと、隣接する前記整流子片間に接続され前記電機子巻線を形成する複数のコイルと、前記コイルのうち等電位となるべき前記コイル間を接続する均圧部材とを有することを特徴とする。

本発明にあっては、均圧部材を用いることにより、第１〜第３ブラシの対向位置に本来存在すべき同電位のブラシを削減することができ、多極モータにおいて２速度を実現しつつ、ブラシ個数の削減が可能となる。このため、モータを多極化したにもかかわらず、ブラシ個数増大に伴うコストアップがなく、また、ブラシ周りでの損失増大もない。さらに、ブラシの近接配置問題も生じない。従って、多極機による小型・軽量化のメリットを享受しつつ、ブラシ数を大幅に増大させることなくHI,LO等の２速度作動が実現できる。

前記多極モータにおいて、前記第１〜第３ブラシと対向する位置を基準としてモータ回転方向に進角又は遅角させた位置の少なくとも１箇所に前記整流子の表面に接触するブラシを追加配置しても良い。このように、均圧部材の使用によって空いたスペースを活用してブラシを付加することにより、例えば、MIDモードや超LOWモードなどを備えた３速度を実現できる。すなわち、多極機においてもブラシ数を大幅に増大させることなく、HI,LO作動以外の新たな作動モードを実現でき、従来の２極機に対し小型・軽量化を図りつつ、多様な作動形態を提供することが可能となる。

一方、前記多極モータが、車両用ワイパ装置の駆動源として使用されるワイパモータであっても良い。

本発明の多極モータによれば、４極以上の界磁磁極を備え、電機子巻線が重巻にて巻装された多極モータにて、周方向に等間隔に複数個のブラシを設け、各ブラシを選択的に通電させることにより２速度以上の作動モードを形成できるので、多極機においてもブラシ数を大幅に増大させることなく、多極機による小型・軽量化のメリットを享受しつつ、HI,LO等の２速度以上の作動が実現することが可能となる。

例えば、前記多極モータにおいて、ブラシを、正極第１ブラシとそれに対向配置された正極第２ブラシと、負極第１ブラシとそれに対向配置された負極第２ブラシとから構成し、正極第１ブラシと負極第１ブラシのみを通電することにより低速モードが、また、４個のブラシの全てを通電することにより高速モードが設定できる。さらに、正極第１ブラシと、負極第１及び負極第２ブラシを通電することにより、従来のワイパ装置にはない中速モードを付加できる。

また、本発明の多極モータによれば、４極以上の界磁磁極を備え、電機子巻線が重巻にて巻装された多極モータにおいて、電機子巻線を隣接する整流子片間に接続された複数のコイルから形成し、回転軸に対し点対称に配置された複数の副コイルを個々のコイルに設ける巻線形態を採用することにより、ブラシによって短絡されるコイルがモータ回転軸に対し対称な位置関係に配置されるので、電機子巻線に関する磁気的なアンバランスが解消され、モータの耐久性向上を図ることが可能となる。

本発明の他の多極モータによれば、４極以上の界磁磁極を備え、電機子巻線が重巻にて巻装された多極モータにて、低速作動時に使用される第１及び第２ブラシと、第１及び第２ブラシの何れか一方と共に高速作動時に使用される第３ブラシとを設けると共に、隣接する整流子片間に接続され電機子巻線を形成する複数のコイルのうち、等電位となるべきコイル間を接続する均圧部材を設けたので、同電位にて対向するブラシを削減することができ、多極モータにおいて２速度を実現しつつ、ブラシ個数の削減が可能となる。このため、ブラシ個数増大に伴うコストアップや、ブラシ周りでの損失増大を抑えることが可能となり、ブラシ近接問題も解決される。従って、多極機による小型・軽量化のメリットを享受しつつ、ブラシ数を大幅に増大させることなく、HI,LO等の２速度作動を実現することが可能となる。

また、前記多極モータでは、均圧部材の使用によって空いたスペースを活用してブラシを付加することができ、前記第１〜第３ブラシと対向する位置を基準としてモータ回転方向に進角又は遅角させた位置の少なくとも１箇所にブラシを追加配置することにより、例えば、MIDモードや超LOWモードなどを備えた３速度以上の作動形態が可能となる。従って、多極機においてもブラシ数を大幅に増大させることなく、HI,LO作動以外の新たな作動モードを実現でき、従来の２極機に対し小型・軽量化を図りつつ、多様な作動形態を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１であるワイパモータの構成を示す断面図である。ワイパモータ１は、自動車用ワイパ装置の駆動源として使用され、モータ部Ｍと、モータ部Ｍの回転出力を減速する減速部Ｒとから構成されている。モータ部Ｍは、図１に示すように、有底円筒形状のモータハウジング２内にアーマチュア３を回動自在に配置した構成となっている。モータハウジング２の内周面には、周方向に２対４個の永久磁石（界磁磁極）４が固定されており、この永久磁石４によってワイパモータ１は４極に構成される。

アーマチュア３は、回転軸５に固定されたアーマチュアコア６と、アーマチュアコア６に巻装されたアーマチュアコイル（電機子巻線）７とから構成されている。回転軸５の図中左端部は、モータハウジング２に取り付けられた軸受８によって回動自在に支持されており、アーマチュア３はモータハウジング２内に回動自在に内装される。アーマチュアコア６は、リング状の金属板９を複数枚積層して構成されており、回転軸５に固定されている。アーマチュアコア６の外周には、軸方向に沿ってスロット１１が凹設されている。スロット１１間には巻線１２が重巻にて巻装される。この巻線１２によって、アーマチュアコア６の外周にアーマチュアコイル７が形成される。

アーマチュアコア６の一端側には、コンミテータ１３が隣接して配置されている。コンミテータ１３は、回転軸５に外嵌固定されている。コンミテータ１３の外周面には、導電材にて形成されたコンミテータ片（整流子片）１４が複数枚取り付けられている。コンミテータ片１４は軸方向に長い板状の金属片からなり、互いに絶縁された状態で周方向に沿って並列状に固定される。各コンミテータ片１４のアーマチュアコア６側の端部には、ライザ１５が形成されている。ライザ１５には、アーマチュアコイル７の巻き始め端部と巻き終り端部となる巻線１２が巻回され、フュージングにより固定されている。これにより、コンミテータ片１４とこれに対応するアーマチュアコイル７とが電気的に接続される。

モータハウジング２の開口端には、減速部Ｒを構成するアルミダイキャスト製のギヤハウジング１６が取り付けられている。ギヤハウジング１６の図中左端部内側には、ホルダステー１７が取り付けられている。図２に示すように、ホルダステー１７には周方向４箇所に２対のブラシホルダ１８が対向配置されており、モータ部Ｍは４並列回路４ブラシ構成となっている。ブラシホルダ１８には、それぞれブラシ１９（１９ａ〜１９ｄ）が出没自在に内装されている。各ブラシ１９は、ブラシ１９ａと１９ｃ、ブラシ１９ｂと１９ｄがそれぞれ同極性（１９ａ,１９ｃ：＋、１９ｂ,１９ｄ：−）となっている。

各ブラシ１９の突出先端部（内径側先端部）はコンミテータ１３に摺接しており、ブラシ１９はスプリング２１によってコンミテータ１３に押接されている。各ブラシ１９にはピグテール２２が取り付けられており、ピグテール２２を介して図示しない電源と電気的に接続されている。コンミテータ１３には、ピグテール２２，ブラシ１９を介して外部電源から電力が供給される。

減速部Ｒのギヤハウジング１６内には、回転軸５の右端部とウォームホイール２３等が収容されている。ギヤハウジング１６内には、回転軸５の中央部を回転自在に支持する軸受２４が固定されている。回転軸５の先端部にはウォーム２５が形成されており、ウォーム２５はウォームホイール２３と噛合している。ウォームホイール２３は出力軸２６に固定されている。モータ部Ｍが作動し回転軸５が回転すると、その回転はウォーム２５からウォームホイール２３に伝達され、出力軸２６が回転する。出力軸２６は、図示しないリンク機構を介してワイパアームと接続されており、出力軸２６の回転に伴いワイパアームが所定の払拭動作を行う。

このような構成からなるワイパモータ１では、各ブラシ１９を次のように切り換えることにより、HI,LOWの２速度に加え、その中間の速度を持つMIDモードを形成する。すなわち、当該ワイパモータ１は、４個のブラシ１９ａ〜１９ｄにて「通常作動（低速）−中速−高速」の３モードを実現している。図３(a)はワイパモータ１のブラシ構成を示す説明図、図３(b)は各モードにおける通電ブラシを示す一覧表、図４は各モードにおけるブラシ通電状態を示す説明図である。

図２,図３(a)に示すように、ワイパモータ１のブラシ１９は、４個のブラシ１９ａ〜１９ｄが９０°間隔で等分に対向配置されており、ここでは、ブラシ１９ａ（正極第１ブラシ）を＋(1)、１９ｂ（負極第１ブラシ）を−(1)、１９ｃ（正極第２ブラシ）を＋(2)、１９ｄ（負極第２ブラシ）を−(2)とする。この場合、LOWモードでは、図４(a)におけるスイッチSW1,SW2が何れもOFFされ、図３(b)-(a)に示すように＋(1)と−(1)が通電される。すなわち、＋(1)と−(1)が電源側と接続され、一対のブラシのみが使用される。従って、二対のブラシを共に使用した場合（後述するHIモード）に比して供給電流量が制限され、モータ回転数が低くなる。

次に、HIモードでは、図４(c)に示すように、スイッチSW1,SW2が共にONされ、＋(1),＋(2),−(1),−(2)の４本のブラシが全て通電される（図３(b)-(c))。このように、対向する二対４本のブラシが通電されると、一対のブラシ（＋(1),−(1)）に通電する場合よりも供給電流量が増大し、モータ回転数が高くなる。一方、当該ワイパモータ１で新設されるMIDモードでは、図４(b)に示すように、スイッチSW1はOFFのままSW2がONされ、＋(1)と−(1)及び−(2)が通電される（図３(b)-(b))。つまり、４個のブラシ１９ａ〜１９ｄのうち、３個が使用される形となり、供給電流量が一対のブラシ（＋(1),−(1)）を使用する場合よりは多いが、二対のブラシを共に使用した場合よりは少なくなる。従って、この場合は、LOWモードとHIモードの中間のモータ回転数となる。

このように、当該ワイパモータ１では、４個のブラシ１９ａ〜１９ｄに対する通電状態を図３(b)のように制御することにより、モータ回転数を低速−中速−高速に変化させることができる。すなわち、４極モータでありながら、４個のブラシにてモータ速度を２速度以上に切り換えることができる。従って、多極機においてもブラシ数を大幅に増大させることなく、HI,LO作動を実現でき、多極機による小型・軽量化のメリットを享受しつつ、従来のワイパモータにはないMIDモードをも付加することが可能となる。なお、HI,MID,LOWの各モードにおいて間欠作動を行わせることもでき、トータルで６モードの作動形態が実現可能である。

一方、図３(b)のような制御形態を採ると、最も使用頻度の高いLOWモードでは、＋(1)と−(1)を通電する組み合わせとなる。ところが、＋(1)と−(1)を通電すると、図４(a)からも分かるように、ブラシ間で並列回路の巻線長が異なり電気的にアンバランスとなる上に、＋(2),−(2)によって短絡されるアーマチュアコイル７が回転軸５に対し対称に配されず、磁気的にもアンバランスとなる。そこで、ワイパモータ１では、かかる磁気的アンバランスを解消すべく、隣接するコンミテータ片１４間に接続された個々のコイルを、回転軸に対し点対称に配置された複数の副コイルにて形成する巻線形態を採用し、モータ耐久性の向上を図っている。

図５(a)〜(d)は、前述の巻線形態の例を示す巻線展開図である。図５(a)の巻線形態では、巻線１２をアーマチュアコア６の対向する位置に２つに分けて巻装する。すなわち、図５(a)では、例えば３番コンミテータ片１４ｃより巻き始められた巻線１２は、３番コンミテータ片１４ｃのライザ１５に懸け回された後、１−２番ティースの間のスロット１１ａと５−６番ティースの間のスロット１１ｅとの間に巻装され、コイル７Ａ（副コイル）が形成される。コイル７Ａは、アーマチュアコイル７における所定のターン数ｎの半分の回数(n/2)巻装される。

コイル７Ａはその後、スロット１１ｅ,１１ａと径方向に対向する、すなわち、周方向に180°回転した位置に存在する１１−１２番ティースの間のスロット１１ｋと１５−１６番ティースの間のスロット１１ｏの間に巻装され、コイル７Ｂ（副コイル）が形成される。コイル７Ｂは、コイル７Ａと同じ方向に、所定のターン数ｎの半分の回数(n/2)で巻装され、その後、巻線１２は４番コンミテータ片１４ｄに接続される。これにより、３,４番コンミテータ片１４ｃ,１４ｄの間には、径方向に対向し、かつ直列接続された一対のコイル７Ａ,７Ｂを備えたアーマチュアコイル７が形成される。同様に、隣接するコンミテータ片１４間には、径方向に対向し、かつ直列接続された一対のコイル７Ａ,７Ｂを備えたアーマチュアコイル７を形成する。

次に、図５(b)の巻線形態では、巻線１２を四方に等分に巻装する。すなわち、図５(b)では、例えば３番コンミテータ片１４ｃより巻き始められた巻線１２は、スロット１１ａ−１１ｅ間に(n/4)ターン巻装され（コイル７Ａ）、次に、スロット１１ｅからスロット１１ｊに向い、スロット１１ａ,１１ｅから周方向に９０°ずれた位置にあるスロット１１ｆ,１１ｊの間に巻装される（コイル７Ｂ）。コイル７Ｂは、コイル７Ａと極性の異なる磁極（永久磁石４）に対向するため、スロット１１ｆ−１１ｊ間では、巻線１２は、１１ａ−１１ｅ間とは逆の巻き方向で(n/4)ターン巻装される。その後、巻線１２は、スロット１１ｆからスロット１１ｋに向い、スロット１１ｆ,１１ｊから周方向に９０°ずれた位置（スロット１１ａ,１１ｅに対しては180°対向位置）にあるスロット１１ｋ,１１ｏの間に巻装される（コイル７Ｃ；副コイル）。スロット１１ｋ−１１ｏ間では、巻線１２は、１１ａ−１１ｅ間と同じ巻き方向で(n/4)ターン巻装される。

スロット１１ｋ−１１ｏ間に巻装した後、巻線１２はさらに、スロット１１ｏからスロット１１ｐに向い、スロット１１ｋ,１１ｏから周方向に９０°ずれた位置（スロット１１ｆ,１１ｊに対しては180°対向位置）にあるスロット１１ｐ,１１ｔの間に巻装される（コイル７Ｄ；副コイル）。スロット１１ｐ−１１ｔ間では、巻線１２は、１１ａ−１１ｅ間とは逆の巻き方向で(n/4)ターン巻装される。巻線１２は、その後、スロット１１ｐから４番コンミテータ片１４ｄに接続される。この場合も、コイル７Ａ〜７Ｄは回転軸５に対し点対称に等しく配置されており、ブラシ１９によって短絡されたアーマチュアコイル７は、回転軸５に対し対称な位置関係に配置される。

図５(c)の巻線形態では、図５(a)と同様に、巻線１２をアーマチュアコア６の対向する位置に２つに分けて巻装するが、巻線１２の巻装方式が(a)とは異なっている。ここでは、３番コンミテータ片１４ｃより巻き始められた巻線１２は、スロット１１ａ−１１ｅ間に、まず（(n/2)-m）回巻装される。次に、巻線１２は、スロット１１ｅ,１１ａと径方向に対向するスロット１１ｋ,１１ｏの間に(n/2)ターン巻装される（コイル７Ｂ）。その後、巻線１２は、スロット１１ｏからスロット１１ａに向い、スロット１１ａ−１１ｅ間にｍ回巻装され、４番コンミテータ片１４ｄに接続される。つまり、スロット１１ａ−１１ｅ間には、先の（(n/2)-m）回と合わせて巻線１２が(n/2)ターン巻装されコイル７Ａが形成される。

図５(d)の巻線形態では、図５(b)と同様に、巻線１２を四方に等分に巻装するが、巻線１２の巻装方式が(c)とは異なり、図５(c)と同様の形態となっている。すなわち、３番コンミテータ片１４ｃより巻き始められた巻線１２は、スロット１１ａ−１１ｅ間に、まず（(n/2)-m）回巻装される。次に、巻線１２は、スロット１１ｆ−１１ｊ間にてコイル７Ｂ、スロット１１ｋ−１１ｏにてコイル７Ｃ、スロット１１ｐ−１１ｔ間にてコイル７Ｄを図５(c)と同様に形成する。その後、巻線１２は、スロット１１ｐからスロット１１ａに向い、スロット１１ａ−１１ｅ間にｍ回巻装され、４番コンミテータ片１４ｄに接続される。つまり、スロット１１ａ−１１ｅ間には、先の（(n/2)-m）回と合わせて巻線１２が(n/2)ターン巻装されコイル７Ａが形成される。

このように、図５に例示したような巻線形態を採用すると、ブラシ１９によって短絡されたアーマチュアコイル７は、コイル７Ａ,７Ｂ（７Ｃ,７Ｄ）により、常に、回転軸５に対し対称な位置関係に配置される。従って、アーマチュアコイル７に関する磁気的なアンバランスが解消され、LOWモードにおいても均一な磁気バランスとなり、モータの耐久性が向上する。図６はワイパモータ１の耐久試験結果であり、(a)はHIモード、(b)はLOWモードにおける結果を示している。

図６に示すように、前述のような巻線形態を採用した場合、従来の重巻巻線に比して、ブラシ摩耗速度が大幅に低下する。すなわち、HIモードでは、正極・負極共に1/4強、LOWモードでは、正極は約1/5,1/7、負極は約1/6,1/20となった。これに伴い、耐久性も大幅に向上し、HIモードでは約４.５倍、LOWモードでは約２０倍と大きく向上した。図６の試験は、現在の自動車用電装品の通常電圧（14Ｖ仕様）よりも過酷な条件である高電圧仕様（42Ｖ）にて試験を実施しており、通常電圧ではより高い耐久性が得られる。また、高電圧仕様が採用された場合でも、当該ワイパモータ１は十分な耐久性を有していることが分かる。

次に、本発明の実施例２として、均圧線（均圧部材）を用いてブラシ数を削減した形態について説明する。図７は、本発明の実施例２であるワイパモータのブラシ構成を示す説明図である。本実施例のワイパモータも、その基本構成は、図１１に示した実施例１のワイパモータ１と同様であり、４極重巻の仕様となっている。なお、以下の実施例では、実施例１と同様の部材、部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のワイパモータでは、アーマチュアコイル７の等電位点を均圧線にて接続する。すなわち、アーマチュアコイル７の対向するコイル同士を均圧線にて接続する。これにより、同電位にて対向するブラシ１９の一方（１９ｐ',１９ｑ',１９ｒ'）が存在しなくとも、これらのブラシによって給電されるコイルに対しては、他方側のブラシ１９ｐ（第１ブラシ）,１９ｑ（第２ブラシ）,１９ｒ（第３ブラシ）から均圧線を介して給電が行われる。従って、図７に破線にて示したように、対向するブラシ１９の一方側（１９ｐ',１９ｑ',１９ｒ'）を削減しても、均圧線によって、削減されたブラシが存在する場合と同様にアーマチュアコイル７に給電することが可能となる。

本実施例では、LOWモード時は、ブラシ１９ｐ,１９ｑが使用される。この際、アーマチュアコイル７に対しては、ブラシ１９ｐ,１９ｑを介して給電が行われるが、均圧線を介して、ブラシ１９ｐ',１９ｑ'によって給電されるべきコイルにも電流が流れる。従って、実質的には、ブラシ１９ｐ,１９ｑ,１９ｐ',１９ｑ'の４ブラシに通電した場合と同様の状態でモータが駆動される。一方、HIモード時は、ブラシ１９ｑ,１９ｒが使用される。この場合も、ブラシ１９ｑ,１９ｒを介して給電が行われるが、均圧線を介して、ブラシ１９ｐ',１９ｒ'によって給電されるべきコイルにも電流が流れる。従って、実質的には、ブラシ１９ｒ',１９ｑ,１９ｒ,１９ｑ'の４ブラシに通電した場合と同様の状態でモータが駆動される。ブラシ１９ｒ,１９ｒ'はブラシ１９ｐ',１９ｐに対し、(θ/２)°進角した位置に配置されており、HIモードではLOWモードよりもモータの回転数が高くなる。

このように、均圧線を用いると、２速度を実現しつつブラシ個数を６個から３個へと削減でき、これは、図１１に示した従来の２極モータと同様のブラシ個数となる。このため、モータを多極化したにもかかわらず、ブラシ個数増大に伴うコストアップがなく、また、ブラシ周りでの損失増大もない。さらに、HI作動用のブラシ１９ｒを、LOW作動用ブラシ１９ｐ’の近くに隣接して配置する必要がなく、HI,LOWブラシの近接配置問題も生じない。従って、多極機においてもブラシ数を増大させることなく、HI,LO作動を実現でき、従来の２極機に対し小型・軽量化を図ることが可能となる。

加えて、本実施例のように、均圧線を使用することにより、アーマチュアコイル７の電気的なバランスが向上し、振れ回り力が低減し、騒音や振動を低減させることが可能となると共に、高電圧化にも対応可能な耐久性を得ることができる。なお、図１１に示した従来の２極機では、ブラシ５１ａ〜５１ｃにより、図中に矢印で示したような方向にアーマチュア３が押される。これに対し、図７のブラシ構成とした場合には、アーマチュア３はブラシ１９ｐ,１９ｑ,１９ｒによって概ね三方から押圧される。従って、図１１の場合よりも、アーマチュア３に対するブラシ押圧荷重が均等化され、アーマチュア３の回転バランスが安定する。

さらに、本発明の実施例３として、実施例２のワイパモータにHI,LOW以外の作動モードを付加した形態について説明する。図８(a)は本発明の実施例３であるワイパモータのブラシ構成を示す説明図、(b)は(a)のモータにおける各モードごとの通電ブラシを示す一覧表である。図８のモータでは、図７のブラシ１９ｐ,１９ｑ,１９ｒに加えて、実施例２では削除した１９ｑ'をθ°進角方向にずらす形で配置し、HI作動用のブラシ１９ｓを新たに設置する。図７では、ブラシ１９ｒはHI作動モードとされているが、ここでは、θ進角させたHI作動用ブラシ１９ｓを設けることにより、(θ/２)°進角させたブラシ１９ｒは、HI,LOWの中間のMID作動用ブラシとなる。

図８(b)に示すように、図８(a)のモータにおいては、LOWモードでは、ブラシ１９ｐ(＋(1)),１９ｑ(−(1))が通電される。実施例２の場合と同様、当該モータには均圧線が設けられており、４極機でありながら１対のブラシ１９ｐ,１９ｑにて４ブラシ機と同様に作動する。次に、HIモードでは、ブラシ１９ｐ(＋(1)),１９ｓ(−(2))が通電される。ブラシ１９ｓは、LOW作動用ブラシの配置位置（図８では、均圧線使用によりブラシ自体は省かれている）からθ°進角した位置に設けられており、モータはLOWモードよりも高い回転数で作動する。これに加え、当該モータでは、MIDモードが設けられており、この場合にはブラシ１９ｒ(＋(2)),１９ｑ(−(1))が通電される。ブラシ１９ｒは、LOW作動用ブラシの配置位置（同上）から(θ/２)°進角した位置に設けられており、モータはLOWモードとHIモードの中間の回転数で作動する。

図９(a)は図８の変形例を示す説明図、(b)は各モードごとの通電ブラシを示す一覧表である。図９の場合、ブラシ１９ｒ(＋(2)),１９ｓ(−(2))が共に、LOW作動用ブラシの配置位置（同上）からθ'°進角した位置に設けられている。この場合、LOWモードでは、前述同様にブラシ１９ｐ(＋(1)),１９ｑ(−(1))が通電される。これに対し、HIモードではブラシ１９ｒ(＋(2)),１９ｓ(−(2))が通電され、θ'°の進角効果が得られ、図８のものよりもHIモードの高効率化が図られる。一方、MIDモードは、２つのパターンがあり、ブラシ１９ｒ(＋(2)),１９ｑ(−(1))：MID 1、あるいは、ブラシ１９ｐ(＋(1)),１９ｓ(−(2))：MID 2が通電され、(θ'/２)°進角した状態の回転速度が得られる。

本実施例の形態では、MIDモード以外に、LOWモードよりも低速回転の超LOWモードを設定することもできる。図１０(a)は超LOWモードを設定した場合のブラシ構成を示す説明図、(b)は(a)のモータにおける各モードごとの通電ブラシを示す一覧表である。図１０の場合、ブラシ１９ｔ(＋(2))が、LOW作動用ブラシの配置位置からθ°遅角した位置に設けられている。その他のブラシは図８と同様の配置となっている。この場合も前述同様、LOWモードではブラシ１９ｐ(＋(1)),１９ｑ(−(1))が、HIモードでは、ブラシ１９ｐ(＋(1)),１９ｓ(−(2))が通電される。これに対し、超LOWモードではブラシ１９ｔ(＋(2)),１９ｑ(−(1))が通電される。ブラシ１９ｔは、LOW作動用ブラシの配置位置（同上）からθ°遅角（−θ°進角）した位置に設けられており、モータはLOWモードよりも低い回転数で作動する。

このように、本実施例では、実施例２の３ブラシ構成によって空いたスペースを活用し、そこにブラシをもう一つ付加することにより、従来の４極機と同様の４ブラシ構成でありながら、MIDモードや超LOWモードを備えた３速度を実現できる。すなわち、多極機においてもブラシ数を大幅に増大させることなく、HI,LO作動以外の新たな作動モードを実現でき、従来の２極機に対し小型・軽量化を図りつつ、多様な作動形態を提供することが可能となる。

なお、実施例２,３では、４極機を例にとって説明したが、６極以上の多極機に前述のような構成を適用しても良い。例えば、６極機に均圧線を適用すれば、通常はブラシが６個必要となるが、LOWモードは２個のブラシで作動可能である。この際、本来ブラシが配置されるスペースが４箇所空くことから、そこに別作動モード用のブラシを適宜配置することにより、HI,LOW以外にさらに４種類の作動モードを追加できる。つまり、モータが多極となればなるほど作動モードの種類も増やすことが可能となる。

本発明は前記実施例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ことは言うまでもない。
例えば、磁気的アンバランスを解消する巻線形態は図５の例には限定されず、種々の形態が採用可能である。なお、図５ではアーマチュアコイル７のターン数が偶数回の場合について述べたが、奇数回の場合には、例えば、コイル７Ａ,７Ｂに０.５ターンずつ巻回数を割り振るなどして、アンバランス解消巻線を構成することができる。

一方、前述の実施例では、本発明のモータを自動車用ワイパ装置の駆動源として使用した場合について説明したが、その用途はこれには限定されず、パワーウインド用モータや筒型ファンモータなどの車載モータ、パソコン等のＯＡ機器用のモータなどにも適用可能である。パワーウインド用モータの場合、例えば、超LOWモードにより、車内温度調節時や喫煙時等に窓をわずかに開ける機能を付加することなども可能となる。また、ファンモータにも作動切り換え機能を付加することが可能となる。

本発明の実施例１であるワイパモータの構成を示す断面図である。 図１のワイパモータにおけるギヤハウジング左端面の構成を示す説明図である。 (a)は図１のワイパモータのブラシ構成を示す説明図、(b)は各モードにおける通電ブラシを示す一覧表である。 各モードにおけるブラシ通電状態を示す説明図である。 (a)〜(d)は、本発明による巻線形態の一例を示す巻線展開図である。 本発明によるワイパモータの耐久試験結果であり、(a)はHIモード、(b)はLOWモードにおける結果を示している。 本発明の実施例２であるワイパモータのブラシ構成を示す説明図である。 (a)は本発明の実施例３であるワイパモータのブラシ構成を示す説明図、(b)は(a)のモータにおける各モードごとの通電ブラシを示す一覧表である。 (a)は図８の変形例を示す説明図、(b)は(a)のモータにおける各モードごとの通電ブラシを示す一覧表である。 (a)は超LOWモードを設定した場合のブラシ構成を示す説明図、(b)は(a)のモータにおける各モードごとの通電ブラシを示す一覧表である。 ２速度切り換えが可能な従来のワイパモータのブラシ配置構成を示す説明図である。 従来のワイパモータを４極化した場合のブラシ配置構成を示す説明図である。

符号の説明

１ ワイパモータ
２ モータハウジング
３ アーマチュア
４ 永久磁石（界磁磁極）
５ 回転軸
６ アーマチュアコア
７ アーマチュアコイル（電機子巻線）
７Ａ〜７Ｄ コイル
８ 軸受
９ 金属板
１１ スロット
１１ａ,１１ｅ,１１ｆ,１１ｊ,１１ｏ,１１ｐ,１１ｔ スロット
１２ 巻線
１３ コンミテータ
１４ コンミテータ片（整流子片）
１４ｃ ３番コンミテータ片
１４ｄ ４番コンミテータ片
１５ ライザ
１６ ギヤハウジング
１７ ホルダステー
１８ ブラシホルダ
１９ ブラシ
１９ａ 正極第１ブラシ
１９ｂ 負極第１ブラシ
１９ｃ 正極第２ブラシ
１９ｄ 負極第２ブラシ
１９ｐ,１９ｐ' ブラシ
１９ｑ,１９ｑ' ブラシ
１９ｒ,１９ｒ' ブラシ
１９ｓ HI作動用ブラシ
１９ｔ 超LOW作動用ブラシ
２１ スプリング
２２ ピグテール
２３ ウォームホイール
２４ 軸受
２５ ウォーム
２６ 出力軸
５１ａ,５１ａ' コモンブラシ
５１ｂ,５１ｂ' 低速用ブラシ
５１ｃ,５１ｃ' 高速用ブラシ
Ｍ モータ部
Ｒ 減速部

Claims (7)

1. ４極以上の界磁磁極を備え、電機子巻線が重巻にて巻装された多極モータであって、
   周方向に等間隔で配置された複数個のブラシを備え、前記ブラシを選択的に通電させることにより、２速度以上の作動モードを形成したことを特徴とする多極モータ。
2. 請求項１記載の多極モータにおいて、前記ブラシは、正極第１ブラシとそれに対向配置された正極第２ブラシと、負極第１ブラシとそれに対向配置された負極第２ブラシとからなり、前記正極第１ブラシ及び前記負極第１ブラシが通電される低速モードと、前記４個のブラシの全てが通電される高速モードとを有することを特徴とする多極モータ。
3. 請求項２記載の多極モータにおいて、前記多極モータは、前記正極第１ブラシと、前記負極第１及び負極第２ブラシとが通電される中速モードをさらに有することを特徴とする多極モータ。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の多極モータにおいて、前記電機子巻線は隣接する整流子片間に接続された複数のコイルから形成され、前記個々のコイルは回転軸に対し点対称に配置された複数の副コイルを備えてなることを特徴とする多極モータ。
5. ４極以上の界磁磁極を備え、電機子巻線が重巻にて巻装された多極モータであって、
   前記電機子巻線が電気的に接続された整流子片が周方向に沿って複数個配設された整流子と、
   前記整流子の表面に接触し、低速作動時に使用される第１及び第２ブラシと、
   前記整流子の表面に接触し、前記第１及び第２ブラシの何れか一方と共に高速作動時に使用される第３ブラシと、
   隣接する前記整流子片間に接続され、前記電機子巻線を形成する複数のコイルと、
   前記コイルのうち、等電位となるべき前記コイル間を接続する均圧部材とを有することを特徴とする多極モータ。
6. 請求項５記載の多極モータにおいて、前記第１〜第３ブラシと対向する位置を基準としてモータ回転方向に進角又は遅角させた位置の少なくとも１箇所に、前記整流子の表面に接触するブラシを追加配置したことを特徴とする多極モータ。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の多極モータにおいて、前記多極モータが、車両用ワイパ装置の駆動源として使用されるワイパモータであることを特徴とする多極モータ。

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