JPH06245453A - 直流モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】直流モータ２０を構成する整流子片２１〜２８
のうち、ひとつの整流子片２３に、このモータの回転軸
方向に延長された延長部２３ａを形成し、補助ブラシ４
３、４４をモータの回転方向に所定の間隔で配置すると
共にその延長部２３ａにのみに摺接するように構成す
る。 【効果】直流モータ２０の補助ブラシ４３、４４は１つ
の整流子片２３の延長部２３ａに摺接するので、直流モ
ータ２０の駆動効率を低下させることなく、補助ブラシ
４３、４４から極めて単純な出力パルスが所定の位相差
で得られ、この直流モータ２０の回転数及び回転方向を
簡単な構成の検出回路で極めて容易かつ正確に検出する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転数及び回転方向検
出用の複数の補助ブラシを備えるブラシタイプの直流モ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、特願平２−３２０４３５号
によって、回転数及び回転方向検出用の２つの補助ブラ
シを備える３極の直流モータを提案している。この直流
モータ１は図１に示すように、一対の給電用ブラシ２、
３と、３つのコイル４、５、６と、これらのコイル４、
５、６のうちの２つずつと夫々接続される整流子片７、
８、９と、２つの補助ブラシ１０、１１とを備えてい
る。

【０００３】これらの整流子片７、８、９は相互に所定
幅のギャップ（絶縁ギャップ）を隔てて図示しないロー
タの円筒面上に配置され、補助ブラシ１０は給電用ブラ
シ２から時計方向に４０゜の位置に配置され、補助ブラ
シ１１は給電用ブラシ３から反時計方向に４０゜の位置
に配置される。この直流モータ１の回転駆動に伴い、補
助ブラシ１０、１１は、その回転に応じて方形波を所定
の位相差で出力する。これらの方形波の１つから直流モ
ータの回転数を検出でき、また、夫々の方形波の位相差
からこの直流モータの回転方向を検出できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１に示した直流モー
タ１は、これに供給される電源を利用し、補助ブラシ１
０、１１からその回転に依存する方形波を得ている。し
かし、この補助ブラシ１０、１１は、隣接する整流子片
７、８（８、９あるいは９、７）間のギャップをまたぐ
幅を持ち、これらの整流子片７、８（８、９あるいは
９、７）をショートさせることがある。その際、ロータ
内に巻回されたコイルの１つがショートされ、このコイ
ルに流れる電流が無駄に消費され、直流モータ１の駆動
効率低下の原因となる。また、電源の供給が遮断され、
惰性等により直流モータ１が回転する場合、この補助ブ
ラシ１０、１１から微弱な誘導電力が得られるが、その
微弱な誘導電力を利用して惰性等で回転する直流モータ
１の回転数を検出することは非常に困難である。

【０００５】特に、この図１に示した直流モータ１は２
つの補助ブラシ１０、１１を備えているので、ロータの
１回転につき６回、上述したコイルのショートが起こ
り、所望の駆動効率の直流モータを得るためにモータを
大型化したり、大電流を供給する必要があり、直流モー
タのコストだけでなく、そのランニングコストも高くな
る。また、電源の遮断後に直流モータ１の回転を検出す
るためには、補助ブラシ１０、１１から出力される微弱
な誘導電力を検出する複雑な回路を用いるか、ロータリ
ーエンコーダ等の外部検出機構を用いる必要があり、装
置の小型化、検出機構の簡略化ができず、さらにコスト
が高くなる。

【０００６】本発明は、上述した問題点を解決し、回転
数及び回転方向検出が容易にでき、しかも駆動効率のよ
い直流モータを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による直流モータ
は上述の課題を解決するために、一対の給電用ブラシ
と、ロータに配置される複数のコイルと、これらのコイ
ルが接続され、相互に所定のギャップを隔てて上記ロー
タの円筒面上に配置されて上記給電用ブラシと摺接する
複数の整流子片と、上記ロータの回転数及び回転方向を
検出する複数の補助ブラシとを備える直流モータにおい
て、上記整流子片の少なくとも１つがロータの回転軸方
向に延長され、上記複数の補助ブラシが上記整流子片の
回転方向に所定の間隔で配置されると共に上記整流子片
の延長部に摺接するように構成されたものである。

【０００８】また、上記一対の給電用ブラシの少なくと
も一方の給電用ブラシが抵抗を介して接地されるのが望
ましい。

【０００９】さらに、上記複数の整流子片のうち、互い
に隣接しない少なくとも２つの整流子片がロータの回転
軸方向に延長される延長部を備えるようにしてもよい。

【００１０】なお、上記ロータ内に配置される上記コイ
ルの両端がそれぞれ互いに隣接する整流子片に接続され
るように構成されるのが望ましい。

【００１１】

【実施例】以下に本発明による構成を採用した直流モー
タの実施例を図面を参照して説明する。

【００１２】図２は本発明による構成を採用した８極直
流モータを概略的に示す図である。図２（ａ）は、給電
用ブラシ４１、４２、補助ブラシ４３、４４、整流子片
２１〜２８及びコイル３１〜３８の要部構成をこの直流
モータ２０の回転軸の正面方向から見た状態を示す。ま
た図２（ｂ）はその要部構成をこの直流モータ２０の回
転軸の側面方向から見た状態を示す。

【００１３】図２（ａ）に示すように、整流子片２１〜
２８は図示しないロータの前側の絶縁材から成る円筒面
上に等間隔に配置され、従って、隣接の整流子片間には
絶縁ギャップが夫々形成される。これらの整流子片２１
〜２８は等しい円弧幅を持っているが、少なくとも１つ
の整流子片には他のものより軸線方向に延長された延長
部が形成されている。

【００１４】この直流モータ２０の給電用ブラシ４１、
４２は整流子片２１〜２８を挟んで対向して配置され
る。また、補助ブラシ４３は給電用ブラシ４１から時計
方向に９０゜の位置（この図における水平方向の０゜の
位置）から反時計方向に所定の角度θの位置に配置さ
れ、補助ブラシ４４は上記０゜の位置から時計方向に所
定の角度θの位置に配置される。補助ブラシ４３、４４
をこのような位置に配置すると、直流モータ２０が時計
方向あるいは反時計方向（正、逆）のいずれの方向に回
転してもその回転を同様に検出することができる。

【００１５】なお、上記所定の角度θは、整流子片２１
〜２８の摺接面の幅をｌ、補助ブラシ４３、４４の摺接
部の幅をｍ、整流子片２１〜２８の摺接面の回転中心か
らの半径をｒとしたときに、θ＝（ｌ＋ｍ）／４ｒ〔ｒ
ａｄ〕の関係であることが望ましい。

【００１６】また、コイル３１〜３８は整流子片２１〜
２８に対して、コイルの両端が夫々隣接する整流子片に
接続されている。（この図２（ａ）では、コイル３１の
両端が整流子片２１と整流子片２２とに接続され、他の
コイルも他の整流子片に対して同様にして接続され
る。）

【００１７】また、図２（ｂ）に示すように、整流子片
２１〜２８のうち、整流子片２３がこの直流モータ２０
の回転軸方向に延長され、その延長部２３ａに補助ブラ
シ４３、４４が摺接するように構成されている。

【００１８】従って、この直流モータ２０は補助ブラシ
４３、４４の摺接部の幅が上記ギャップの円弧幅より大
きくても、隣接する整流子片をショートさせることがな
いので、補助ブラシ４３、４４を設けてもその駆動効率
が低下しない。また、補助ブラシ４３、４４と整流子片
２３の延長部２３ａとの単純な接触、離間を検出するこ
とにより、直流モータ２０への通電、非通電にかかわら
ずこの直流モータ２０の回転を検出することができる。

【００１９】図３は本発明による直流モータの駆動及び
回転検出回路の一例を示す回路図である。

【００２０】補助ブラシ４３は、抵抗５３を介して電源
５８に接続されると共にコンパレータ５５の反転入力端
に接続される。また、補助ブラシ４４は、抵抗５４を介
して電源５８に接続されると共にコンパレータ５７の反
転入力端に接続される。これらのコンパレータ５５、５
７の非反転入力端には夫々、電源５８の電圧の３／４の
値の基準電圧５９が供給される。この直流モータ２０の
正回転時にはスイッチ５１が電源５８側に、スイッチ５
２が接地側にそれぞれ切換えられ、給電用ブラシ４１か
ら給電用ブラシ４２に向かって電流が流れる。なお、こ
れらのスイッチ５１、５２はリレー等で構成され、一括
して切換え制御することができる。

【００２１】電源５８の電圧を例えば１２ボルトとする
と、補助ブラシ４３、４４が整流子片２３と接触しない
時に、補助ブラシ４３、４４の出力電圧は、回路図中の
Ｐ１、Ｐ２点において１２ボルトとなり、補助ブラシ４
３、４４が整流子片２３と接触する時に、上記Ｐ１、Ｐ
２点においてほぼ６ボルトとなる。従って、図２に示し
た直流モータ２０を駆動する場合、この直流モータ２０
の１回転につき補助ブラシ４３、４４から、基準電圧
（９ボルト）を下回る方形波が夫々所定の位相差で１回
ずつ得られ、コンパレータ５５、５７の出力端５６、５
８から直流モータ２０の回転数に依存するパルスが所定
の位相差で出力される。

【００２２】なお、この直流モータ２０の逆回転時には
スイッチ５１及びスイッチ５２の接続関係が上述した正
回転時の場合と逆に、スイッチ５１が接地側に、スイッ
チ５２が電源５８側にそれぞれ切換えられる。この場
合、補助ブラシ４３、４４から夫々得られる方形波の位
相差は正回転時の位相差とは異なり、この位相差の違い
を検出することで直流モータ２０の回転方向を検出する
ことができる。

【００２３】また、この直流モータ２０への電源５８の
供給を遮断した場合、スイッチ５１、５２は共に接地側
に切換えられる。この時、直流モータ２０が惰性で回転
していると、補助ブラシ４３、４４と整流子片２３とが
接触しない時には、上記Ｐ１、Ｐ２点は上述のように１
２ボルトとなり、補助ブラシ４３、４４と整流子片２３
とが接触する時にはこの補助ブラシ４３、４４が直流モ
ータ２０のコイルを介して接地されるので、上記Ｐ１、
Ｐ２点は０ボルトとなる。このように、直流モータ２０
への電源の供給が遮断され、惰性によって回転する時で
も、補助ブラシ４３、４４から直流モータ２０の回転数
及び回転方向に応じたパルスを簡単に得ることができ
る。

【００２４】なお、上記スイッチ５１、５２はノンショ
ーティングタイプであるので、スイッチ５１、５２が切
換る際、給電用ブラシ４１、４２が電源５８側、接地側
のいづれにも接続されない瞬間が生じる。その際には、
Ｐ１、Ｐ２点の電圧が補助ブラシ４３、４４と整流子片
２３との接触、非接触にかかわらず１２ボルトに固定さ
れてしまい、回転検出が不能となるので、給電用ブラシ
４２を抵抗６０を介して接地し、スイッチ５１、５２が
いかなる状態であっても回転検出ができるようにしてあ
る。

【００２５】図４は直流モータ２０の通電時に補助ブラ
シ４３、４４から得られる波形を示している。図３に示
す回路構成により、補助ブラシ４３、４４と整流子片２
３とが接触しない間、Ｐ１、Ｐ２点は１２ボルトとな
り、補助ブラシ４３、４４と整流子片２３とが接触する
間、Ｐ１、Ｐ２点はほぼ６ボルトとなる。この図４に示
した場合の直流モータの回転時には、補助ブラシ４４か
らの出力が補助ブラシ４３からの出力より遅れて出力さ
れている。直流モータの回転方向がこの時と逆になった
場合には、補助ブラシ４３からの出力が補助ブラシ４４
からの出力より遅れて出力される。このように、補助ブ
ラシ４３、４４から出力される波形の位相差は直流モー
タの回転方向に依存しているので、それらの位相差を検
出することで直流モータの回転方向が検出できる。

【００２６】図５は直流モータ２０の非通電時に補助ブ
ラシ４３、４４から得られる波形を示している。補助ブ
ラシ４３、４４と整流子片２３とが接触しない間、Ｐ
１、Ｐ２点は１２ボルトとなり、補助ブラシ４３、４４
と整流子片２３とが接触する間、補助ブラシ４３、４４
は直流モータ２０のコイルを介して接地されるのでＰ
１、Ｐ２点は０ボルトとなる。これらの波形の位相差の
関係は上述した通電時の場合と同様であるので、非通電
時であっても通電時と同様に直流モータの回転数及び回
転方向が検出できる。

【００２７】上述のように、本発明の直流モータによれ
ば、補助ブラシが隣接する整流子片をショートすること
がなく、駆動効率の低下がない。また、直流モータへの
通電、非通電にかかわらず、外部検出機構を用いること
なく直流モータの回転数及び回転方向を簡単な回路で検
出することができる。なお、本発明の直流モータは上述
の実施例に限定されることなくさまざまな変形、応用が
できる。

【００２８】例えば、偶数極の直流モータの場合、延長
部を有する整流子片を１つおきに配置することができ
る。あるいは２つ、３つおきに配置することもできる。
このようにして延長部を有する整流子片を複数設けるこ
とにより、ロータの１回転あたりの検出パルスを１つだ
けでなく複数得ることができ、回転検出の精度を向上さ
せることができる。

【００２９】また、偶数極の直流モータで、延長部を有
する整流子片を１８０゜対向して一対配置する場合、２
つの補助ブラシのうちの一方を実施例で示した位置から
１８０゜ずらして配置することができ、補助ブラシの取
付け、並びに直流モータの設計、製造が容易になる。

【００３０】

【発明の効果】本発明による直流モータは、整流子片の
少なくとも１つがロータの回転軸方向に延長され、複数
の補助ブラシが上記整流子片の回転方向に所定の間隔で
配置されると共にその整流子片の延長部に摺接するよう
に構成されているので、複数の補助ブラシを設けても直
流モータの駆動効率が低下しない。また、複数の補助ブ
ラシから所定の位相差で複数の出力パルスが得られるの
で、簡単な構成の検出回路で、直流モータへの通電、非
通電にかかわらず、この直流モータの回転数及び回転方
向を極めて容易かつ正確に検出できる。

【００３１】また、一対の給電用ブラシの少なくとも一
方の給電用ブラシが抵抗を介して接地されることによ
り、直流モータへの通電、非通電の切換え時、及び回転
方向の切換え時に、スイッチの状態にかかわらず、補助
ブラシからこのロータの回転に応じた検出パルスを得る
ことができる。

【００３２】さらに、上記複数の整流子片のうち、互い
に隣接しない少なくとも２つの整流子片にロータの回転
軸方向に延長される延長部を備えることにより、ロータ
の１回転あたりの検出パルスを増加させることができ、
直流モータの回転検出をより正確に行うことができる。

【００３３】しかも、上記ロータ内に配置される上記コ
イルの両端がそれぞれ互いに隣接する整流子片に接続さ
れるので、直流モータの巻き線構造が簡単な構成にな
り、容易に製造及び組立てることができ、ロータリーエ
ンコーダのような外部検出機構を不要にできることと相
俟って、回転数及び回転方向検出機能を有する直流モー
タを低コストで提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一対の補助ブラシを備えた３極の直流モータの
従来例を示す構成図である。

【図２】（ａ）本発明による構成を採用した８極の直流
モータの要部構成をこの直流モータの回転軸の正面方向
から見た概略図である。 （ｂ）図２（ａ）に示した要部構成をこの直流モータの
回転軸の側面方向から見た概略図である。

【図３】本発明による構成を採用した直流モータの駆動
及び回転検出回路の一例を示す回路図である。

【図４】本発明による直流モータの通電時に２つの補助
ブラシから得られる波形の一例を示す図である。

【図５】本発明による直流モータの非通電時に２つの補
助ブラシから得られる波形の一例を示す図である。

【符号の説明】

２３ 整流子片 ２３ａ 延長部 ４１ 給電用ブラシ ４２ 給電用ブラシ ４３ 補助ブラシ ４４ 補助ブラシ ６０ 抵抗

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の給電用ブラシと、ロータに配置され
   る複数のコイルと、これらのコイルが接続され、相互に
   所定のギャップを隔てて上記ロータの円筒面上に配置さ
   れて上記給電用ブラシと摺接する複数の整流子片と、上
   記ロータの回転数及び回転方向を検出する複数の補助ブ
   ラシとを備える直流モータにおいて、 上記整流子片の少なくとも１つがロータの回転軸方向に
   延長され、 上記複数の補助ブラシが上記整流子片の回転方向に所定
   の間隔で配置されると共に上記整流子片の延長部に摺接
   するように構成された直流モータ。
2. 【請求項２】上記一対の給電用ブラシの少なくとも一方
   の給電用ブラシが抵抗を介して接地される請求項１記載
   の直流モータ。
3. 【請求項３】上記複数の整流子片のうち、互いに隣接し
   ない少なくとも２つの整流子片がロータの回転軸方向に
   延長される延長部を備える請求項１または２記載の直流
   モータ。
4. 【請求項４】上記ロータ内に配置される上記コイルの両
   端がそれぞれ互いに隣接する整流子片に接続される請求
   項１、２または３記載の直流モータ。