JP6193071B2

JP6193071B2 - Ｄｃモータ

Info

Publication number: JP6193071B2
Application number: JP2013201019A
Authority: JP
Inventors: 芳生松川; 遠藤　政彦; 政彦遠藤; 拓植松; 剛山先; 遠藤　浩志; 浩志遠藤
Original assignee: Mahle Electric Drives Japan Corp
Current assignee: Mahle Electric Drives Japan Corp
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: CN104518630B; JP2015070658A; CN104518630A

Description

本発明はＤＣモータに係り、特に車両に用いて好適なブラシ付きＤＣモータに関する。

従来のＤＣモータの例が、特許文献１ないし特許文献３に記載されている。これらの公報に記載のＤＣモータでは、有底円筒状に形成された金属製のヨーク内に永久磁石を有するステータを保持し、このステータに対向して回転磁界を発生する巻線型のロータを配置し、有底円筒状のヨークにブラシホルダを介して平板状の蓋部材を当接させている。

より詳細には特許文献１に記載の回転電機では、電動モータのヨークの開口を、給電ユニットのブラシホルダで塞いでいる。ブラシホルダ上には、ブラシに接続された一対の給電ターミナルがアウトサート成形により、固定されている。ブラシホルダ上の入力側固定柱とブラシ側固定柱との間には所定間隔が形成されており、給電ターミナルに代えて、ブラシ側ターミナルと入力側ターミナルと、双方の間にチョークコイルとを取付け可能としている。

また、特許文献２に記載の電動機では、ブラシホルダに、９０度間隔で配置されたカーボンブラシの他に、電気ノイズを対策するため環状のフェライトコア及びコンデンサを各２個配置している。そしてフェライトコアの中心部に、カーボンブラシに給電する配線の露出した導体部分だけが位置するように、ブラシホルダ上に位置決めされている。

さらに特許文献３に記載の小型モータでは、ケースの開口部を覆い、ケースとともに密閉状の円筒容器を形成するケース蓋の内面側に３個の空間を形成し、各空間にチップコンデンサを収納している。これにより直列接続された２個のコンデンサに並列に、３番目のコンデンサを接続することが可能になり、低周波帯域での電気ノイズの低減が図られる。

特開２０１２―１３８９９４号公報特開２０１２―７０５１２号公報国際公開第ＷＯ０１／３９３５４号

ブラシを有するＤＣモータでは、モータのブラシが発生するノイズを低減するために、モータの内部または外部にキャパシタンスとしてコンデンサあるいはインダクタンスとしてチョークコイルを設ける場合がある。そして、コンデンサとチョークコイルでＬＣフィルタ回路を形成すると、特に高周波のノイズを有効に低減できることが知られている。

ところで、車載用のＤＣモータでは、車載用の他の電気部品への悪影響を除くために、ブラシで発生するノイズの許容値が厳しく定められている。この規制を、ＥＭＣ（electric magnetic compatibility：電磁適合性）と呼び、例えばＩＥＣ規格として、国際的に規定されている。

上記特許文献１では、電動機が発生するノイズを低減する素子の有無にかかわらず、電動機を小型化するために、ブラシホルダ上で、入力側固定柱とブラシ側固定柱の間を所定間隔とし、給電ターミナルとチョークコイルとを選択的に取り付け可能としている。しかしこの特許文献１では、ブラシで発生するノイズ対策のためにコンデンサを取り付けたときに、モータの絶縁耐圧試験によるコンデンサへの影響については考慮されていない。

また、特許文献２では、電気ノイズ対策としてフェライトコアとコンデンサを使用し、これらの素子をブラシホルダ上面に配置している。また特許文献３では、ブラシホルダ上面にチップコンデンサを配置している。しかしながらこれら特許文献２、３においても、モータの絶縁耐圧試験によりコンデンサが影響されることについては考慮されていない。

コンデンサを接続したままＤＣモータの絶縁耐圧試験をすると、負荷電圧が小さい場合でもコンデンサに流れる電流が発生するために、絶縁破壊電流との混同が生じる場合がある。また、負荷電圧を大電圧にすると、コンデンサの耐圧電圧を超えてしまってコンデンサを絶縁破壊する恐れがある。そのため、電動機の絶縁耐圧試験では、コンデンサを外した状態が望ましいが、コンデンサをブラシホルダに組み込んだ後では、コンデンサを外して絶縁耐圧試験を実行するのが難しい。この不具合を解消するために、絶縁耐圧試験後にコンデンサをブラシホルダに組み立てるようにすると、組立て工程の増加を招く。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、車載用のＤＣモータの形状を大きくすることなく、ＤＣモータの絶縁耐圧試験を容易かつ高信頼性で行えるようにすることにある。本発明の他の目的は、４極６スロットタイプのＤＣモータにおいて、ブラシで発生するノイズ対策としてチョークコイルとコンデンサを使用したときに、モータのフランジ面(メタルカバー表面)に電極以外の突起を形成することなくして、容易に絶縁耐圧試験を行えるようにすることにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、ヨークの内周側に永久磁石を配置し、この永久磁石に対向するように巻線および積層鋼板を有する電機子が設けられ、前記電機子に導通するブラシを備えたＤＣモータにおいて、前記ブラシを保持するブラシホルダが取り付けられた絶縁体のブラシプレートと、このブラシプレートと組み合わされて前記ヨークの開放部側を覆う導電性のメタルカバーとを設け、前記ブラシプレートが前記電機子に対向する面側にチョークコイルを、前記ブラシプレートが前記メタルカバーと組み合わされる面側に設けた溝にコンデンサをそれぞれ設け、前記コンデンサは一方のリード線が前記チョークコイルに電気的に接続されており、他方のリード線は絶縁耐圧試験後に前記メタルカバーに電気的に接続可能に設けられていることにある。

そしてこの特徴において、前記電機子は４極６スロットに構成されており、前記ブラシは前記ブラシプレート上にほぼ９０度のピッチで２個配置されているのがよく、前記チョークコイルは、前記ブラシの間であって周方向間隔が広い側にほぼ対称形に配置されていればさらによい。また、前記コンデンサは２個設けられており、前記コンデンサと前記チョークコイルとは前記ブラシプレートを挟んで配置されていることが望ましく、前記ブラシプレート上であって前記コンデンサを収容する前記溝の近傍に突起を設け、前記コンデンサの前記メタルカバーとの接続側のリード線をこの突起の上面に配置するとともに前記リード線形状を、クランク形状とするのがよい。さらに、前記コンデンサと前記チョークコイルとを電気的に接続するインサートターミナルを前記ブラシプレートと前記メタルカバー間に配置するのがよい。

本発明によれば、車載用ＤＣモータにおいて、ブラシプレートのメタルカバーに対向する面側に溝を、メタルカバーにこの溝に対応した穴を設け、前記溝に電磁ノイズ対策用のコンデンサを収納し、コンデンサの一方のリード線はブラシプレートの背面側に配置したチョークコイルと電気的に接続し、コンデンサの他方のリード線は絶縁耐圧試験後にメタルカバーに電気的に接続したので、モータ形状を大きくすることなく、ＤＣモータの絶縁耐圧試験を容易かつ信頼性高く行える。また、４極６スロットタイプのＤＣモータにおいて、モータのメタルカバー表面に電極以外の突起を形成することなくして、容易に絶縁耐圧試験を行える

本発明に係るＤＣモータの一実施例の外観斜視図である。図１に示したＤＣモータの縦断面図である。図１に示したＤＣモータが備えるメタルカバーの斜視図である。図１に示したＤＣモータが備えるブラシプレートの斜視図である。図４に示したブラシプレートの上面図である。図４に示したブラシプレートの背面図である。図４に示したブラシプレートの背面図であり、各部品を搭載前の図である。図４に示したブラシプレートに搭載されるブラシホルダの斜視図である。図４に示したブラシプレートに搭載されるインサートターミナルの斜視図である。図４に示したブラシプレートに搭載されるコンデンサの斜視図である。

以下、本発明に係るＤＣモータの一実施例を、図面を用いて説明する。図１は、ＤＣモータ１００の一実施例の斜視図であり、被動部材との接続側を上面にして示した図である。図２は、図１に示したＤＣモータ１００の縦断面図である。

本実施例に係るＤＣモータ１００は、ブラシ付きのＤＣモータである。プレス加工等により鉄板をほぼカップ状に形成したケース(ヨーク)１２の内壁部には、このＤＣモータ１００の界磁を構成し、環状に配置された永久磁石１６が固定されている。ケース１２と永久磁石１６とは、ＤＣモータ１００の固定子を構成する。

永久磁石１６と対向して、電機子４３が配置されている。電機子４３は、型抜きした珪素鋼板等を積層して形成された積層鋼板(コア)４１と、この積層鋼板４１に形成された凸極に巻回された巻線４２とを有している。なお、積層鋼板４１の外表面側はモールド樹脂によりモールドされ、絶縁性を確保している。

巻線４２が巻回された積層鋼板４１は、回転軸３２に取り付けられ、回転軸３２の回転に伴いＤＣモータ１００の一端側に取り付けられたポンプ等の被動部材を回転駆動する。回転軸３２の一方の端部は、ケース１２の底部（図２では左端部）の中央部にプレス加工等で形成したリア軸受保持部１３に保持したリア転がり軸受３４に支持されている。本実施例では、リア軸受保持部１３は、ケース１２の内側に凸の形状に形成されている。回転軸３２の先端側には、本実施例ではギヤ３５が取り付けられており、被動部材を減速または加速して駆動するのに用いられる。

巻線４２に電力を供給するために、回転軸３２には整流子２２が取り付けられている。２個のブラシ２１が整流子２２に、コイルばね５７により付勢されている。ブラシ２１は、ブラシプレート１７に電気的に接続されている。ブラシ２１が取り付けられていないブラシプレート１７上に、チョークコイル５５が配置されている。チョークコイル５５は詳細を後述するように、ブラシプレート１７の反対面に取り付けたコンデンサ５０の一方のリード線５３と端部で電気的に接続している。コンデンサ５０は、メタルカバー１８に電気的に接続される側のリード線５２とチョークコイル５５に電気的に接続されるリード線５１と、コンデンサ本体５０とから構成されている。

ケース１２の開口部は、メタルカバー１８で覆われており、メタルカバー１８はブラシプレート１７に係合している。ブラシプレート１７及びメタルカバー１８の中央部には、フロント転がり軸受３３を保持するために開口部５９(図７参照)が形成されており、この開口部５９にはフロント軸受保持部１４が接続されている。また、メタルカバー１８のフロント軸受保持部１４ａは、ブラシプレート１７に形成されたフロント軸受保持部１４ｂ(図４参照)とともに、回転軸３２に固定されたフロント転がり軸受３３を保持する。ケース１２の外周部にはフランジ１１が形成されており、フランジ１１に形成した被動部材との取付け孔１１ａにボルトを挿入して、ＤＣモータ１００を被動部材に取り付ける。

図３に、鋼板等をプレス加工して製作する導電性のメタルカバー１８の上面図を、斜視図で示す。図３に示すように、メタルカバー１８の上面側には、複数の穴６５や溝６１が形成されており、長孔状の溝６１の下側には、ブラシプレート１７に保持されてコンデンサ５０が配置される。穴６５は、メタルカバー１８にブラシプレート１７を位置決め固定するためのものであり、ブラシプレート１７に形成された突起７３(図４参照)をこの孔６５に嵌合させた後、熱を加えてブラシプレート１７の突起を変形させて、メタルカバー１８に固定する。溝６２は、ＤＣモータ１００に電力を供給するための端子２４用の溝であり、周方向ほぼ対称位置に設けられている。

次に図４ないし図７を用いて、ブラシプレート１７の一実施例を説明する。初めに、ブラシプレート１７の上面の状態を説明する。図４はブラシプレート１７の斜視図であり、メタルカバー１８と対向する面側を上面にした図である。図５は、図４の上面図である。

本実施例のブラシプレート１７は絶縁体であり、樹脂のインジェクション加工等により製作される。ブラシプレート１７の上面側は、メタルカバー１８に設けた複数の穴や溝に応じた形状になっている。すなわち、端子２４を貫通させるための矩形状の溝が形成されたスリット付端子保持部７１ａと、このスリット付端子保持部７１ａよりも高さが低くスリット付端子保持部７１ａ周りに形成され、メタルカバー１８が取り付けられたときであっても絶縁距離を確保したベース部７１ｂとからなる端子用突起７１を、軸対称位置に２か所設けている。

また、上記したようにメタルカバー１８との係合を確保するため、上面の複数個所には円形の突起７３が設けられている。さらに、コンデンサ５０を安定して保持するために、コンデンサ本体５１の大きさよりも深い溝深さを有するコンデンサ保持手段７５ｃと、チョークコイル５５との電気的接続のためにリード線５３を通すコイル連結用穴７５ａと、コイル連結用穴７５ａとコンデンサ保持手段７８ｃとの境に設けたリード線保持溝７５ｂとでコンデンサ保持手段７５を形成している。コンデンサ保持手段７５の周囲部は、メタルカバー１８に形成したコンデンサ用穴６１に対応して、長円形状の突起縁であるコンデンサ用突起７２を形成している。これらは、図５において、端子２４用突起７１間を結ぶ線を基準に、この線よりも下側に略軸対称に配置されている。

コンデンサ用突起７２の近傍であって、コンデンサ５０のリード線５２が上面に載置される部分に、リード線５２が延びる方向にほぼ直交する方向に延びるリード線保持用突起７６が形成されている。リード線保持用突起７６は、メタルカバー１８の対応する位置に設けた突起と重なり合って、リード線５２をメタルカバー１８にスポット溶接等で接続する際に、発生する熱を集中させて溶接作業性を向上させるために設けている。

次にブラシプレート１７の背面の状態を、図６及び図７を用いて説明する。図６は図４の背面図であり、各種部品を搭載した図、図７は同じく図４の背面図であり各種部品を搭載する前のブラシプレート１７単体の図である。

端子２４が貫挿するスリット７１ｃが、中央の軸受保持孔５９の左右両側に形成されている。このスリット７１ｃを基準に、図７で上側に略軸対称に詳細を後述するブラシホルダ係止用の溝１７ｅが設けられている。ブラシホルダ用溝１７ｅは、ブラシホルダ５６の板厚と同程度の深さの溝で、ブラシホルダ１７ｅを係止した状態では、ブラシプレート１７の表面と同じ高さ位置になる。ブラシホルダ用溝１７ｅ内であって左右方向中央側および端子２４用のスリット７１ｃの近くには、突起１７ｈが形成されている。この突起１７ｈにブラシホルダ５６に形成した穴を係止して、ブラシホルダ５６をブラシプレート１７に固定する。ブラシホルダ用溝１７ｅよりも外周側には軸方向(図６，７において紙面手前側)に延びるコイル保持用突起１７ｂが設けられている。コイル保持用突起１７ｂは、ブラシ２１を整流子２２に接触させるときに付勢力を得るコイルばねを保持するために設けている。

図８に、ブラシホルダ５６を斜視図で示す。図の下側が外周側で、図８の上側が内周側、すなわちブラシ２１が整流子２２に当接する側である。ブラシホルダ５６は、ブラシを収容する矩形のブラシ保持ボックス部９１と、外周側に位置するピグテイル接続部９４と、内周側に位置するコイル接続部９２とを有している。コイル接続部９２は、直角に折れ曲がったコイル接続板部９２ａを有し、このコイル接続板部９２ａにチョークコイル５５のリード線５５ａが接続される。ピグテイル接続部９４およびコイル接続部９２にはそれぞれ孔９４ａ、９２ｂが形成されており、ブラシプレート１７に形成した突起１７ｈが嵌合する。そして、ブラシプレート１７を加熱することにより突起１７ｈが変形してブラシプレート１７にブラシホルダ５６が固定される。ブラシホルダ５６のブラシ保持ボックス部９１の一方の側面には、ブラシ２１の摩耗に伴いブラシ２１に取り付けたピグテイル２１ｂが移動できるように、溝(図示せず)が形成されている。

スリット７１ｃよりも図７で下側に、長方形状のコイル保持用溝１７ｃが形成されている。コイル保持用溝は、チョークコイル５５を内部に保持した場合に、対向する電機子４３の巻線４２と干渉しないように、掘り下げられている。このコイル保持用溝１７ｄの周囲の３辺には、コイル保持用突起１７ｃが設けられており、ＤＣモータ１００を自動車等に搭載した場合にチョークコイル５５が振動や移動するのを防止する。

図７においてハッチングで示したのは、ブラシプレート１７の前面側(図７では裏側)であってメタルカバー１８との間に配置されるインサートターミナル８０である。インサートターミナル８０は、２つのブラシホルダ５６が配置される部分を除くブラシプレート１７の上面に軸対象に２個配置されており、図７の下側ではわずかの隙間を持って位置している。このインサートターミナル８０は、ブラシプレート１７にインサートモールドされ、熱かしめした時にはすでにモールド内に保持されている。

インサートターミナル８０は、図９に示すように、胴板を折り曲げた形状をしており、一端部に電源入力用の端子２４が折れ曲げて形成されており、他端部には端子２４と逆方向に折り曲げて、チョークコイル５５のリード線５５ｂを保持するコイルリード線支持部８２が形成されている。なお、コイルリード線支持部８２の近傍には、コンデンサ５０の一方のリード線５３が接続される接続部８１が形成されている。接続部８１と端子２４間は、図７に示すように、折れ曲がった平面を形成している。

ブラシプレート１７の背面側のコイル保持用溝１７ｄの周囲部であって、コイル保持用突起１７ｃが形成されていない部分の近傍には、溝１７ｇが形成されている。この溝１７ｇには、インサートターミナル８０に形成した上記チョークコイル５５のリード線５５ｂを支持する支持部８２が貫挿される。溝１７ｇの近傍にはチョークコイル５５のリード線をコンデンサ５０のリード線５３と電気的に接続するため、インサートターミナル８０を露出させる孔１７ｇ及びそれに連接する溝が形成されている。孔１７ｇの背面側にチョークコイル５５のリード線５５ｂを、孔１７ｇの表面側にコンデンサ５０のリード線５３を接続することにより、両者は電気的に接続される。

図１０を用いて、コンデンサ５０の接続について説明する。コンデンサ５０はインサートターミナル８０の接続部８１に電気的に接続される側のリード線５３がほぼ真っすぐな状態で接続された後、ブラシプレート１７の表面側に設けた溝６１に、一次的に保持される。この状態で、ＤＣモータ１００を組み立て、端子２４間に通常使用する電圧よりも高圧の電圧を負荷して、絶縁耐圧試験を実施する。これにより、絶縁不良を抽出する。この時、コンデンサ５０の他方のリード線５２は、水平部５２ａ、５２ｃ間にクランク部５２ｂを形成しているので、メタルカバー１８に触れて導通するのを防止される。

絶縁耐圧試験後は、通常使用におけるノイズ除去回路であるＲＣ回路を形成するよう、リード線５２をメタルカバー１８にスポット溶接等により溶接する。ここで、メタルカバー１８のフランジ面よりもコンデンサ５０のリード線５２の高さ位置を低くしているので、コンデンサ５０追加によりＤＣモータ１００の軸方向長さが長くなるのを回避している。

以上説明したように、本発明によれば、ブラシプレートの背面側にほぼ９０度の間隔でブラシを配置し、このブラシ間であって広い側に一対のチョークコイルを一部埋め込むように配置し、さらにブラシプレートの表面側に埋め込むようにコンデンサを配置して、その一方のリード線をチョークコイルに電気的に接続したので、ＤＣモータを大型化することなく、ブラシで発生するノイズを低減するＲＣ回路を形成できる。

また、コンデンサの他方の端子を接続しない状態で絶縁耐圧試験を実施できるので、コンデンサを接続した結果付加した電荷がコンデンサに流れ込み、漏えい電流としてご検出される事態の発生を防止できる。絶縁試験後はＤＣモータの内部作業が無いので、外側でコンデンサの端子をメタルカバーに接続するだけであり、加工が容易でありかつ加工工数も少なくて済む。

１１…フランジ、１１ａ…取付け孔、１２…ケース（ヨーク）、１３…リア軸受保持部、１４〜１４ｂ…フロント軸受保持部、１６…永久磁石、１７…ブラシプレート、１７ｂ…ばね当接部材、１７ｃ…コイル保持用突起、１７ｄ…コイル保持用溝、１７ｅ…ブラシホルダ用溝、１７ｆ…ピグテイル止め、１７ｇ…コイルリード線支持部用溝、１８…メタルカバー、２１…ブラシ、２１ｂ…ピグテイル、２２…整流子、２４…端子、３２…回転軸、３３…フロント(転がり)軸受、３４…リア(転がり)軸受、３５…ギヤ、４１…積層鋼板、４２…巻線、４３…電機子、５０…コンデンサ、５１…コンデンサ本体、５２…リード線、５２ａ…水平部、５２ｂ…曲がり部、５２ｃ…水平部、５３…リード線、５５…チョークコイル、５５ａ、５５ｂ…リード線、５６…ブラシホルダ、５６ａ…コイル接続部、５６ｂ…ピグテイル接続部、５７…ブラシばね、５９…軸受保持孔、６１…コンデンサ用穴、６２…端子用穴、６５…ブラシプレート固定用穴、７１…端子用突起、７１ａ…スリット付端子保持部、７１ｂ…ベース部、７１ｃ…スリット、７２…コンデンサ用突起、７３…メタルカバー係止部、７５…コンデンサ保持手段、７５ａ…コイル連結用穴、７５ｂ…リード線保持溝、７５ｃ…コンデンサ本体保持溝、７６…リード線保持用突起、８０…インサートターミナル、８１…連接部、８２…コイルリード線支持部、８３…インサート部、９１…ブラシ保持ボックス部、９２…コイル接続部、９２ａ…コイル接続板部、９４…ピグテイル接続部、１００…ＤＣモータ。

Claims

ヨークの内周側に永久磁石を配置し、この永久磁石に対向するように巻線および積層鋼板を有する電機子が設けられ、前記電機子に導通するブラシを備えたＤＣモータにおいて、
前記ブラシを保持するブラシホルダが取り付けられた絶縁体のブラシプレートと、このブラシプレートと組み合わされて前記ヨークの開放部側を覆う導電性のメタルカバーとを設け、前記ブラシプレートが前記電機子に対向する面側にチョークコイルを、前記ブラシプレートが前記メタルカバーと組み合わされる面側に設けた溝にコンデンサをそれぞれ設け、前記コンデンサは一方のリード線が前記チョークコイルに電気的に接続されており、他方のリード線は絶縁耐圧試験後に前記メタルカバーに電気的に接続可能に設けられていることを特徴とするＤＣモータ。
前記電機子は４極６スロットに構成されており、前記ブラシは前記ブラシプレート上にほぼ９０度のピッチで２個配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＤＣモータ。
前記チョークコイルは、前記ブラシの間であって周方向間隔が広い側にほぼ対称形に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のＤＣモータ。
前記コンデンサは２個設けられており、前記コンデンサと前記チョークコイルは、前記ブラシプレートを挟んで配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載のＤＣモータ。
前記ブラシプレート上であって前記コンデンサを収容する前記溝の近傍に突起を設け、前記コンデンサの前記メタルカバーとの接続側のリード線をこの突起の上面に配置するとともに前記リード線の形状を、クランク形状としたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＤＣモータ。
前記コンデンサと前記チョークコイルとを電気的に接続するインサートターミナルを前記ブラシプレートと前記メタルカバー間に配置したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のＤＣモータ。