WO1992009135A1 - Small dc motor - Google Patents

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WO1992009135A1
WO1992009135A1 PCT/JP1990/001449 JP9001449W WO9209135A1 WO 1992009135 A1 WO1992009135 A1 WO 1992009135A1 JP 9001449 W JP9001449 W JP 9001449W WO 9209135 A1 WO9209135 A1 WO 9209135A1
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Kazuo Tajima
Keisuke Nakahara
Toshio Hinami
Hiromichi Saito
Yoko Okano
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Nippon Kokan Ltd
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    • H02K5/225—Terminal boxes or connection arrangements

Definitions

  • the PTC summit is formed in a donut shape, and the opening is formed in the shaft of the small DC motor or the extension shaft thereof.
  • the PTC thermistor provided on the conventional control board improves the response performance, and the current built-in the conventional plate thermistor makes the current larger. Two improvements have been achieved in reducing power loss after limiting.

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Description

明 •km
柳 小 型 直 流 モ ー タ 技 術 分 野
本発明 は、 定温発熱素子、 温度セ ン サ、 電流制限素子 な どに応用 さ れてい る P T C (Positive Temperature Coefficient)サ一 ミ ス タ を、 D C小型モ ー タ の過負荷保 護素子 と し てモ ー タ に 内蔵又は外接せ し めた こ と を特徴 と す る 小型直流モ ー タ に関す る 。 発 明 の 背 景
D C小型モ ー タ の過負荷に対処 し て使用す る 過電流保 護素子に は、 主 と し てバイ メ タ ノレ、 P T C サ ー ミ ス 夕 な どが公知であ り 、 特に 自動車業界を中心に そ の使用量は 増加の傾向 に あ る 0
こ の う ち /く ィ メ タ ルは主 と し て 4 0脑 ø 以上、 即 ち過 負荷電流約 5 A以上のモ ー タ に 直列接続 さ れ、 一般的 に は モ ー タ 内蔵型 と し て使用 さ れ る こ と が普通であ る 。 こ のバ イ メ タ ル は、 一般に は過負荷電流が 5 A以下に対 し て は、 ス ィ ッ チ ン グ動作の精度が低下 し安定動作に欠 け る た め、 こ れよ り コ ス ト の安価な P T C サ 一 ミ ス タ が広 く 使われて い る。
P T C サ 一 ミ ス タ は、 公知の如 く 正の温度係数を有す る 抵抗素子で、 常温では低抵抗であ る も の の、 過電流に よ る 自 己発熱や、 或 る 熱源か ら の伝熱な どに よ っ て所定 の ス イ ッ チ ン グ温度以上に な る と 、 抵抗値が急激に増大 し、 それは 104 〜 ； L 0 ' 倍に も及ぶ も のであ る。
最 も一般的に は、 B a T i O 3 系セ ラ ミ ッ ク ス の P T C サー ミ ス 夕 が知 ら れてい る が、 こ れ以外に も V 2 0 3 系セ ラ ミ ッ ク ス の P T C サ ー ミ ス タ ゃ、 ポ リ オ レ フ イ ン 系樹脂 に カ ー ボ ン ブラ ッ ク な どの導電性粒子を含有 し て な る 樹脂 P T C サー ミ ス タ な どが知 ら れてい る 。
さ て、 従来 D C 小型モー タ用 に供せ ら れてい る P T C サー ミ ス 夕 は、 B a T i O 。 を主成分 とす る半導体セ ラ ミ ヅ ク ス に よ り 構成 さ れてお り 、 材料の比抵抗値 8 Ω αη 以上、 耐電圧 30〜 50V Z Bnと い う 材料特性の制約か ら 、 通常は直径 10〜 12M ø 以上の リ 一 ド線付き 円扳型の部品 と し てモ ー タ に 直列接統 し て使用す る よ う に な て つ い る が、 そ の形状及び大 き さ か ら モ ー タ に 内蔵す る よ う に は 出来てお らず、 プ リ ン ト 基扳な どを介 し てモ ー 夕 外部に 分離実装 し て用 い る のが通常であ る。
そ の た め、 実装の手間がかか る だけでな く 、 特に小型 化、 軽量化、 コ ン パ ク ト 化を追求す る 自動車業界な どか ら は、 40 ma ø 未満の小型モ ー タ におい て も 、 過負荷保護 素子を付与 し た小型モ ー タ の開発が望ま れてい た。
こ れ ら を背景に し て、 本発明者 ら は先に "小型直流モ 一 夕一 " （特願平 1-292397号） およ び "小型直流モ ー タ 一 ' （特願平 1-292398号） を提案 し た。 こ れ ら は、 従来 の材料特性を大幅に上回 る 材料を基本に し て構成 さ れた も のであ り 、 以下そ れ ら につ い て説明す る 。
先ず、 特願平 1-292397号で提案 し た小型直流モ ー タ は、 耐電圧 V ( V / m ) と 常温比抵抗値 θ 25 ( Ω αη ) の比 V D / p 25の値が 7 以上 20ま での B a T i 0 3 系セ ラ ミ ッ ク ス を電気子巻線に 直列に接続 し 、 且つ 当該 P T C サ 一 ミ ス 夕 をモ ー タ ケ ー ス に 内蔵 し た こ と を特徴 と し た も の であ る 。 そ の B a T i 0 3 系セ ラ ミ ッ ク ス は、 液相溶 液反応法に よ り 合成 さ れた B a T i 0 3 、 S r T i 0 0 、 P b T i 0 3 、 並びに C a T i 0 3 の混晶体又は固溶体 を出発原料に し た も ので、 こ れ ら の主成分に対 し て原子 価制御剤、 お よ び M n , S i が所定量添加 さ れてな る も のであ る。 そ し て、 こ の材料よ り な る P T C サ ー ミ ス タ の配設位置 と し て、 小型直流モ ー タ の ブラ シ に接続 し て い る リ ン青銅板 と 入力端子間、 又 は ブラ シ と 入力端子に 接続す る リ ン青銅板 と の間な どを提案 し た。
—方、 特.願平 1-292398号で提案 し た も の は、 樹脂系 P T C サ一 ミ ス タ を電機子巻線に 直列接続 し 、 且つ 当該樹 脂系 P T C サー ミ ス タ をモ ー タ の ケ ー ス に 内蔵 し た こ と を特徴 と す る も のであ る 。 そ の材料は、 ポ リ オ レ フ ィ ン 系又は、 ハ ロ ゲ ン系の絶縁性樹脂 と カ ー ボ ン系の高導電 性材料を混合 し てな る も の で、 一般に常温比抵抗値 1 〜 2 Ω cm . 耐電圧 100V Z腿以上の も のであ る 。 そ し て、 こ の材料よ り な る P T C サ ー ミ ス タ の配設位置 と し て、 小型直流モ ー タ の ブラ シ に接続 し てい る リ ン青銅板 と し て入力端子間、 又は ブラ シ と 入力端子に接続す る リ ン青 銅板 と の 間な どを提案 し た。
こ れ ら は、 いずれ も P T C サー ミ ス 夕 の材料特性、 と り わ け耐電圧 と 常温比抵抗値を従来の P T C セ ラ ミ ッ ク ス に比べて大幅に改善せ し めた こ と を基本に し て、 P T C サ ー ミ ス 夕 を小型又は薄型の板状チ ッ プ、 並びに 円筒 状又 は こ れに準ず る 形状と してモ ー タ 内部に配設 し た こ と を特徵と し てい る。
し か し なが ら 、 上記提案の小型直流モ ー タ は、 材料特 性の優れた P T C サー ミ ス タ をチ ッ プ状 と し てモー タ に 内蔵す る こ と でモー タ 自体に過負荷保護機能を も たせ、 且つ小型、 軽量化を図 っ た も のではあ る も の の 、 以下の 問題点があ る 。
(1) 小型直流モ ー タ への 内蔵配設位置 と P T C サー ミ ス 夕 の形状 と し て、 ブラ シ に接続 し てい る リ ン青鋦扳と 入力端子間 に両面に電極を有す る 扳状の P T C サー ミ ス 夕 、 或い はブラ シ と 入力端子に接続す る リ ン青鋇板と の 間 に両端に電極を有す る P T C サ一 ミ ス タ 、 又は、 端子 盤に両端面に電極を有す る 円筒状の P T C サ一 ミ ス 夕 な どを提案 してい る が、 いずれ も配設位置の スペー ス は極 め て小さ く 、 そ の制約か ら チ ッ プ状 P T C サー ミ ス 夕 の 大き さ も制限 さ れ、 し か も実装方法が容易でな く 、 振動 及び Z又は衝撃に よ っ て P T C サー ミ ス 夕 が脱落 も し く は破損す る な どの問題が生ず る恐れがあ る。
(2) 40 ø以下のモ ー タ で あ っ て も 内部抵抗が 4 Ω程 度以下のモ ー タ では、 こ れに整合する P T C サー ミ ス 夕 の抵抗値は 1 Ω 以下 と な り 、 こ れを特願平 1-292397号に 提案 し た材料で調製す る と サー ミ ス タ の大 き さ は角型チ ッ プの大 き さ で 5 mn X 5 mm程度以上 と な り 、 こ れをケ 一 ス 内に 問題な く 実装す る に は、 ス ペー ス上及び耐振動性 上かな り な工夫を要す る。
(3) 実施例の説明で詳述す る が、 P T C サー ミ ス タ は 発熱素子であ り 所定条件下に お け る サー ミ ス タ の抵抗値 は、 ジ ュ ー ル熱に よ る サー ミ ス タ 自 体の発熱 と 周 囲への 放熱と のバラ ン ス に よ っ て決ま る 。 即ち 、 サー ミ ス 夕 の 形状や周 囲の熱環境 と共に サー ミ ス タ の熱容量つ ま り 大 き さ に も関係 し てい る。 こ れは、 言い替えればサ ー ミ ス 夕 の大 き さ が小 さ く な る ほ どそ の熱容量 も小 さ く な る た め周 囲の影響を敏感に受け易 く な る こ と を意味す る 。
従 っ て、 先の提案に あ る よ う に単に耐電圧 と 比抵抗の 比が大 き な材料を用 い てサー ミ ス 夕 を小型に し 、 且つ モ 一 夕 に 内蔵す る と 、 モ ー タ が過負荷状態に な っ た場合、 そ の熱結合効果に よ っ てモ ー タ コ イ ルの発熱が リ ン青鋦 扳等を通 し て P T C サー ミ ス タ に伝熱 さ れ P T C サー ミ ス タ を容易に昇温す る た め、 P T C サー ミ ス タ の ス イ ツ チ ン グ動作の応答性を向上 さ せ、 且つ電流制限状態に お い て は、 逆に放熱板を付与 し た こ と に な り 耐電圧を向上 さ せ る も の の、 P T C ザ一 ミ ス タ の ジ ュ 一 ノレ熱がモ ー タ に伝熱 さ れて制限電流値が、 増加 し て し ま う 欠点があ る 《 従 っ て、 P T C サ一 ミ ス タ を単に小型に し ただけで は、 熱容量的にかえ っ て弊害を生ず る こ と に な る 。 (4) 先の提案の基本は、 従来材料に比べて耐電圧 と常 温比抵抗値 と の比が大幅に改善 さ れた材料に あ り 、 それ は液相溶液反応法に よ り 合成 さ れた B a T i 0 3 系 P T
C セ ラ ミ ッ ク ス、 或い は P T C樹脂であ っ た。 こ れ ら は 従来の 固相法に よ り 調製さ れた B a T i 0 3 系セ ラ ミ ッ ク ス に比べコ ス ト が高 く 、 従来材料で も モ ー タ 内蔵で き る P T C サー ミ ス 夕 が望ま れていた。 発 明 の 開 示
本発明 は従来材料で も モー タ に 内蔵で き 、 40咖 0 以下 で且つ 内部抵抗が 4 Ω程度以下のモー タ であ っ て も容易 に実装で き 、 更にス ペー ス上、 耐振動性上問題の無い安 価な P T C サー ミ ス タ 内蔵小型直流モー タ を提供す る こ と を 目 的 と す る も のであ る 。
本発明を構成す る 重要な要件は、 3点あ る 。
そ の第一は、 従来材料で耐電圧を如何に し て大 き く す る かであ る 。 即ち、 耐電圧を大き く で き れば素子の厚み を薄 く で き 、 素子の大き さ が小型 と な っ てモ ー タ に 内蔵 又は外接す る こ と が可能 と な る 力、 らであ る 。
こ こ で、 P T C材料の耐電圧につ いて説明す る。 P T C 材料、 と り わ け B a T i 0 3 系セ ラ ミ ッ ク ス P T C材 料の抵抗 Z温度特性は一般に第 4 図 に示 し た よ う に常温 付近では緩やかな負の温度勾配 （ N T C領域） を持つ半 導体であ る が、 キ ュ リ ー点 Aを越え る と急激に抵抗値が 増大 し そ の変化幅は 104 〜 107 倍程度に及ぶ （ P T C領 域） 。 そ し て、 更に温度が上昇 し て点 B を越え る と 再び 負の温度勾配 （ N T C 領域） と な る 。
こ の よ う な抵抗ノ温度特性を持つ P T C セ ラ ミ ッ グ ス 材料の電圧ノ電流特性を第 5 図に示す。 第 5 図に お いて、 点 P 〜点 Q の領域は、 電圧の上昇 と 共に電流が比例的 に 増加す る 抵抗一定領域で ジ ュ ー ル熱に よ り 素子の温度が 逐次上昇 し 、 こ れは第 4 図の常温か ら キ ュ リ ー点 A の抵 抗一定領域に相当す る 。 一方、 第 5 図の点 Q 〜点 R ま で は電圧の上昇 と 共に電流が反比例的 に減少す る 電力一定 領域で第 4 図の点 A〜点 B の P T C領域に相当す る 。 第 5 図に おいて更に電圧を上昇 さ せる と 素子の温度は更に 上昇 し第 4 図の点 B 以上の N T C領域に入 る た め温度暴 走 し て素子は焼損破壊 さ れる。 こ の焼損破壊 さ れ る 直前 の電圧を P T C材料の耐電圧 V n と称 し てい る 。
こ の よ う に P T C セ ラ ミ ッ ク ス の耐電圧は、 誘電体の 絶縁耐圧 と は異な り 、 ジ ュ ー ル熱に よ る 焼損破壊に耐え 得 る 電圧の こ と を称 し てい る 。 尚、 樹脂系 P T C材料は、 B a T i 0 3 系 P T C材料 と は異な り 第 4 図の点 B以上 の N T C領域は無 く 、 こ れの耐電圧は、 む し ろ樹脂 自 体 の絶縁耐圧に相当す る も の と 考え られ る 。
以上説 明 し た よ う に 、 広 く 一般 的 に 使用 さ れて い る B a T i 0 3 系 P T C材料の耐電圧が ジ ュ ー ル熱に よ る 焼損破壌に耐え得 る 電圧であ る こ と か ら 、 こ の耐電圧は、 素子か ら の ジ ュ ー ル熱の放熱条件に よ っ て変動す る も の であ る こ と が言え る。 すな わ ち 、 P T C材料の耐電圧 は 物理定数で はな く 、 素子の材料特性 と共に そ の形状や周 囲の熱環境等に よ っ て総合的に決ま る 値であ る 。 そ の た め、 本発明者 ら は P T C材料自体の耐電圧を評価す る場 合に は、 lOma 0 、 厚さ 1 πηの 円形デ ィ ス ク を所定の温度 下で対流の無い雰囲気にセ ッ ト し て計測 し た値を用 いて い る。 一方、 部品設計の面か ら は、 耐電圧を上げる た め に、 P T C サ一 ミ ス 夕 に放熱板を取 り 付けた り な ど し て 放熱性を向上 さ せる こ とが広 く 行われてい る 。
こ の よ う な観点か ら本発明者 ら は、 モー タ に 内蔵で き 且つ耐電圧を向上さ せ得 る P T C サー ミ ス タ の形状を鋭 意検討 し た結果、 円形、 角形ま た はそれに準ず る板状の 中心ま た は こ れに準ずる 位置に開口部を設けた いわゆ る ドー ナ ツ状の形状を し た P T C サー ミ ス タ が、 上記条件 を満たす こ と を見い だ し た。
即ち 、 同一の P T C材料を用 いて、 同一厚みで抵抗値 を持つサー ミ ス 夕 を設計 した場合、 中心部分に開 口部を 設けた ドー ナ ツ状 P T C サー ミ ス 夕 の方が、 耐電圧が高 く な る こ と を見いだ し たのであ る 。 従来、 ドー ナ ツ状の
P T C サー ミ ス タ は、 同業者 ら の資料に も見 ら れ広 く 知 られてい る も の の、 こ の よ う な耐電圧の向上に関する知 見-は無い。
通常の 円形、 角形ま た はそれに準ず る 形状の P T C サ ー ミ ス 夕 では、 それ ら の周囲に比べて中心部分の放熱性 が劣 る の に対 し て、 上記記載の ドー ナ ツ状 P T C サー ミ ス タ では、 中心部分を解放 し てい る た めサー ミ ス タ カ、 ら の放熱が均一化 し 、 且つ促進 さ れ る た め耐電圧が向上す る も の と 考え ら れ る 。 こ の発見が、 本発明 の第一の要件 の る 。
次に第二の要件は、 こ の ドー ナ ツ状 P T C サー ミ ス タ の開 口部を小型直流モ ー タ の シ ャ フ ト 軸又は そ の延長軸 に通 し て、 サ一 ミ ス 夕 の デ ィ ス ク 面が シ ャ フ ト 軸 に概略 垂直に な る よ う に モ ー タ ケ ー ス に 内蔵又は外接 し 、 且つ 当該モ ー タ の ブ ラ シ に接続 し て い る リ ン青鋦板 と 入力端 子間 に両面に電極を有す る 当該サー ミ ス タ を配設す る こ と であ る 。 こ のサー ミ ス 夕 の 固定に当た っ て は、 サ ー ミ ス タ をモ ー タ ケ ー ス に実装 し た後、 放熱性の高い シ リ コ 一 ン系樹脂な どの シ ー ル ド材で封止す る こ と がよ り 好ま し い。 こ の よ う に配設す る と 、 P T C サー ミ ス タ はモ ー 夕 の シ ャ フ ト 軸 に対 し て軸対称の位置に な り 、 更 に は榭 脂の弾性の効果 も加わ っ て耐振動性ゃ耐衝撃性が極めて 向上す る 。
更に第三の要件は、 内蔵又 は外接す る こ と に よ る P T C サ ー ミ ス 夕 と モ ー タ コ イ ル と の熱結合効果であ る 。 即 ち 、 当該発明の方法に よ り 、 ①モ ー タ が過負荷状態に な つ た場合、 過電流に よ る P T C の通常の 自 己発熱に、 更 に モ ー タ コ ィ ノレ の発熱が リ ン青銅板を介 し て P T C サ 一 ミ ス タ に伝熱さ れ る 熱結合効果が加わ っ て P T C サ ー ミ ス タ の ス ィ ツ チ ン グ動作の応答性が一層向上す る と い う 効果が生ま れ る 。 ま た、 ②電流制限状態に おいて は、 逆 に P T C サー ミ ス タ に対 し て リ ン青鋦板が放熱板 と し て 機能す る た め放熱速度が大 き く な り 、 こ の結果 P T C サ 一 ミ ス タ の耐電圧がよ り 向上す る と い う 効果 も生ま れる 。 こ の場合、 本発明の方法では、 配設位置お よ びそ の実装 方法か ら P T C サ一 ミ ス 夕 の大き さ に は設計の 自由度が 高 く 、 先の提案の方法 と は異な り その熱容量を考慮 し て 設計す る こ と に よ り 、 電流制限状態にお け る制限電流値 の増加を極力低減 さ せ る こ と がで き る。 図面の簡単な説明
第 1 図 （a) , (b) は P T C サー ミ ス 夕 B を内蔵 し た本発 明 に よ る小型直流モ ー タ の一実施例を示す模式説明図で め る o
第 2 図は P T C サー ミ ス 夕 Aを制御基板に設けた小型 直流モ ー タ の従来例を示す模式説明図であ る 。
第 3 図 （a) , (b) は先の提案で用 い た P T C サ一 ミ ス 夕 C を内蔵 し た小型直流モ ー タ の一比較例を示す模式説明 図であ る 。
第 4 図はセ ラ ミ ッ ク ス P T C材料の抵抗 /温度特性を 示す線図であ る 。
第 5 図 は第 4 図の特性を有す る セ ラ ミ ヅ ク ス P T C材 料の電圧 Z電流特性を示す線図であ る。
第 6 図は第 1 表を説明す る た め の応答時間 と 制限電流 値 と の関係線図であ る 。
第 7 図 （a) , (b) は P T C サ ー ミ ス 夕 をモ ー タ ケ ー ス に 外接 し た本発明に よ る 小型直流モ ー タ の一実施例を示す 模式説明図であ る 。 „ 発明を実施す る た めの最良の形態 .
(実施例 1 )
常温比抵抗値 /0 25が 8 Ω cm、 10mm ø 厚 さ 1 mmでの耐電 圧 V B (以下 「標準耐電圧」 と 称す る ） が約 50V Z mm、 キ ュ リ ー点約 100 。C の通常の B a T i 0 ¾ 系 P T C セ ラ ミ ッ ク ス材料を用 い て、 10咖 ø 、 厚 さ 0.6 蒯の通常の 円 形ディ ス ク 力、 ら な る P T C サ一 ミ ス タ A と 、 外径 12 内径 6.5 mm Φ 厚 さ 0.6 πηの ドー ナ ツ状デ ィ ス ク 力、 ら な る P T C サー ミ ス 夕 Β の素体を調製し、 それぞれ両面に 銀電極を付加 し て P T C サ ー ミ ス タ を作成 し た。 こ う し て作成 し た P T C サー ミ ス 夕 は、 デ ィ ス ク 面積 と 厚 さ が 同一であ り 、 抵抗値はいずれ も 0.6 であ っ た。 次に、 それぞれにつ い て点接触の電極をセ ッ ト し て恒温槽 25で 中で徐々 に電圧を印加 し 、 耐電圧を計測 し た。 そ の結果 デ ィ ス ク Α は 30V であ っ た に も かかわ らず、 デ ィ ス ク B は 40 V であ つ た。
こ の結果よ り 、 同一材料、 同一面積、 お よ び同一厚 さ で同一抵抗値の P T C サ ー ミ ス 夕 を作成 し て も 、 そ の耐 電圧 は、 中心部 ま た は こ れに準ずる 位置 に開 口部を設け た いわ ゆ る ドー ナ ツ状の方が、 高 く な る こ と が分力、 る 。 即ち 、 P T C サー ミ ス タ の部品設計上重要な要因の一 つ であ る 耐電圧がよ り 向上す る こ と か ら 、 ドー ナ ツ形状に し た方が、 よ り 部品を薄 く し か も デ ィ ス ク 面積を よ り 小 型に 出来 る こ とが分か る 。
(実施例 2 )
実施例 1 で作成 し たディ ス ク A に更に リ ー ド線お よ び モ ー ル ド剤を付加 し 、 通常の リ ー ド線付 き P T C サー ミ ス タ Aを作成 し た。 一方特願平 1- 292387で提案し た高 耐電圧低比抵抗材料 と して常温比抵抗値 5 Ω αη、 標準耐 電圧 90V Z M、 キ ュ リ ー点約 100 で の材料に よ り 、 6 M x 6 iBB、 厚 さ 0.4 Mの角形チ ッ プを調製 し、 こ の両面に 銀電極を付加 し て、 角形チ ッ プ P T C サ一 ミ ス タ C を作 成 し た。 こ の P T C サー ミ ス タ C の抵抗値は 0.6 Ω、 耐 電圧は、 40 Vであ っ た。
こ の よ う に し て リ ー ド線付 き P T C サー ミ ス タ A ( 10 ΒΠ Φ 素体厚 さ 0.6 oa) ドー ナツ状 P T C サー ミ ス タ Β (外径 12 mi ø 、 内径 6.5 ηα φ 素体厚 さ 0.6 mm ) 、 お よ び角形チ ッ プ P T C サー ミ ス タ C ( 6 ma 6 ma 素体 厚 さ 0.4 mm) の 3種を作成 し た。 こ れ ら 3種類の P T C サー ミ ス タ は、 形状およ び大 き さ は異な る が、 いずれ も そ の抵抗値は、 0.6 Ωであ る。
次に、 内部抵抗約 4 Ωの 直流 12V用 28ma 0 小型モ ー タ を 3 個用意 し て、 それぞれに先に作成 し た P T C サ一 ミ ス 夕 A , B , C と 直列接続 し た。 それぞれの接続方法に つ いて以下詳述す る 。
P T C サ一 ミ ス タ A は、 通常一般的に用 い られる リ ー ド線付きディ ス ク 形の も のであ っ て、 第 2 図に示すよ う に P T C サー ミ ス タ A 14は、 モー タ Uと は全 く 独立にプ リ ン ト 基板 13上に実装 し 、 モ ー タ 11と 直列接続 し た。 な お、 第 2 図 に おい て、 11は直流 （ D C ) 小型モ ー タ 、 12 は そ の入力端子、 15は直流電源であ る 。 こ れは、 従来最 も一般的 に用 い ら れてい る 方式であ る。
P T C サー ミ ス 夕 B は、 本発明 に基づ く ドー ナ ツ状で そ の両面に銀電極が付加 さ れた も の で あ っ て、 第 1 図 に 示すよ う に そ の開 口部を当該モ ー タ の シ ャ フ ト 9 軸 に通 し て P T C サー ミ ス 夕 B 8が シ ャ フ ト 軸に概略垂直に な る よ う に モ ー タ ケ ー ス 2 に 内蔵 し 、 且つ 当該モ ー タ 1 の ブラ シ 5 に接銃 し てい る リ ン青銅板 6 と 入力端子間 に P T C サ 一 ミ ス 夕 B 8 を電気的 に接統 し た。 な お、 第 1 図 におい て、 1 はモ ー タ 本体、 3 は界磁用 の磁石、 4 は コ ィ ル、 7 は入力端子、 8 は本発明 に よ る P T C サー ミ ス タ 8、 10は整流子を示 し てい る。
P T C サ一 ミ ス タ C は、 先の提案に基づ く 角形チ ッ プ でそ の両面に銀電極が付加 さ れた も の であ っ て、 第 3 図 に示す よ う に モ ー タ ケ ー ス 2 の 内側に溝を設け そ の 中 に P T C サー ミ ス タ C 8 a を内蔵 し、 且つ 当該モ ー タ 1 の ブラ シ 5 に接続 し てい る リ ン青鋦板 と 入力端子間 に P T C サ ー ミ ス 夕 C を電気的 に接続 し た。 な お、 第 3 図 に お い て、 8 を除 く 1 〜 10は第 1 図に おい て用 い た も の と 同 —又は相当部分を示 し 、 説明 を省略す る 。
こ れ ら を、 図示 し な い恒温槽内 に セ ッ ト す る と 共 に、 モ ー タ を拘束状態に し て温度 と 電圧を 一 30で / 10V、 25 °C / 14V、 80で ^ 14Vの 3条件 と し て、 それぞれの応答 性能を計測 し た結果を第 1 表に示す。 こ れ ら の条件は、 —般的な 自 動車向 けの温度 Z電圧変動を想定 してい る 。
第 1 表
Figure imgf000016_0001
尚、 第 6 図 に示すよ う に、 第 1 表にお け る応答時間は、 回路電流が 1 A に制限 さ れ る ま での時間 t , (sec) を、 ま た制限電流値は電流制限後の安定暗電流 I Q ( A ) を 示す。
第 1 表よ り 、 応答時間は、 それぞれ各条件に おいて P T C サー ミ ス タ C即ち先に提案 し た高耐電圧低抵抗材料 を用 い た角形チ ッ プが最 も短 く 、 P T C サー ミ ス タ Aカ 最 も長 く な つ てい る 。 こ れは、 P T C サー ミ ス夕 A の素 体の体積力、 ' P T C サー ミ ス タ B お よ び C の約 30%であ り 熱容量が小さ い ため、 同一抵抗値即ち発熱量が同 じ場合 に は温度上昇 し易い こ と 、 お よ び リ ン青銅板 と の熱結合 を受け易い こ と に よ る。 ま た P T C サ一 ミ ス 夕 A は、 モ 一 夕 と 独立 し た プ リ ン ト 基板上に実装 さ れてい る た めモ 一 夕 と の熱結合効果はな く 、 且つ サー ミ ス タ 周囲の熱環 境が直接大気に接触 し てい る た めサー ミ ス タ A の温度上 昇が最 も遅い こ と に よ る 。 一方、 P T C サー ミ ス タ B は、 素子の熱容量は P T C サー ミ ス タ A と 同 じ であ る も の の 、 内蔵に よ る 熱結合効果に よ り 、 P T C サー ミ ス タ C に近 い値 と な っ てい る。
ま た、 P T C サ一 ミ ス タ B , C は P T C サー ミ ス タ A に比べて、 温度 Z電圧の変動に対す る 応答時間の広が り が小 さ く な つ てい る 。 こ れ も 、 熱結合の有無お よ び熱環 境の相違に よ る効果であ る 。 こ の温度 電圧の変動 に対 する 応答時間の広が り の低減は、 特に 自動車業界か ら 求 め られてい る 条件の一つであ る 。
次に、 制限電流値は、 P T C サ ー ミ ス 夕 C が高 く 電力 損失が最 も大 き い の に対 し て、 P T C サー ミ ス 夕 A は最 も低 く な つ てい る 。 一方、 P T C サ ー ミ ス タ B は、 P T C サー ミ ス タ A に比べてやや高い も の の概ね 同 じ 値 と な つ てい る。
こ の よ う に、 本願発明 の方法で は、 従来広 く 一般に用 い ら れて い る 方式に よ る P T C サー ミ ス 夕 A の応答性能 を向上 さ せ、 且つ先の提案の方法に よ る P T C サ ー ミ ス 夕 C に見 ら れ る 電流制限後の電力損失を低減 さ せ る 両方 の効果があ る 。 (実施例 3 )
実施例 2 で用 い たモ — 夕 の モ ー タ ケ ー ス に 、 実施例 1 で作成 し た P T C サー ミ ス 夕 を第 7 図に示すよ う に外接 し た。 即ち 、 P T C サ— ミ ス タ B 8 を当該モ ー タ 1 の シ ャ フ 卜 9 の延長軸に対 し て軸対称の位置に な る よ う にモ 一 —― ス 2 に外接 し、 且つ 当該モ 一 夕 の ブラ シ に接銃 し て い る リ ン青鋦扳 6 と 入力端子 7 間に P T C サ一 ミ ス 夕 B 8 を電気的 に接続 し た。 尚、 ドー ナツ状 P T C サー ミ ス 夕 B を外接後それを安定さ せ る た め に、 図示 し な い 高放熱性の シ リ コ ー ン系樹脂に よ り 封止 し た。 こ の よ う に し て P T C サー ミ ス 夕 外接型モー タ を作成 し 、 実施例 2 と 同様に し て、 応答時間お よ び制限電流値を計測 した 結果を第 2 表に示す。 第 2 表
Figure imgf000018_0001
第 2 表よ り 、 実施例 2 の P T Cサー ミ ス 夕 B の よ う に 内蔵 し た場合に比べて応答時間はやや長 く な る も の の 、 制限電流値は よ り 低減 さ れ電力損失が小 さ く な る こ と が わ 力、 る 0
以上の よ う に こ の発明 に よ れば、 P T C サ 一 ミ ス 夕 を ドー ナ ツ形状に形成 し、 そ の開 口部を D C 小型モ ー タ の シ ャ フ ト 軸又はそ の延長軸 に通 し て P T C サー ミ ス 夕 の 板面が シ ャ フ ト 軸 に対 し て ほぼ垂直に な る よ う に モ ー タ ケ ー ス 内 に 内蔵又は外接 し た モ ー タ の入力端子間 に配設 し た ので、 従来の制御基板に P T C サー ミ ス タ を設けた も の よ り 応答性能を向上さ せ、 従来の板状サー ミ ス タ を 内蔵 さ せた も の よ り 、 電流制限後の電力損失を低減 さ せ る と い う 2 つの特性向上が達成 さ れた。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 円形、 角形又は こ れに準ずる扳状の中心部又は こ れに準ず る 位置に開 口部を設けた ドー ナ ツ状 P T C サ 一 ミ ス 夕 の上記開口部を小型直流モ ー タ の シ ャ フ ト 軸又 は その延長軸 に通 し て、 P T C サー ミ ス 夕 の扳面が シ ャ フ ト 軸に概略垂直に な る よ う にモ ー タ ケー ス に 内蔵又は 外接 し 、 且つ 当該モ ー タ の ブ ラ シ に接続 し てい る リ ン青 銅板 と 入力端子間に両面に電極を有す る上記 P T C サー ミ ス タ を配設 し た こ と を特徵と す る小型直流モー タ。
2 . 高放熱性樹脂 に よ り P T C サー ミ ス タ をモ ー タ ケ ー ス 内 に封止 し てな る こ と を特徴と す る 請求の範囲第 1 項記載の小型直流モ ー タ 。
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