專利名稱：小型馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及小型馬達(dá)，特別是，根據(jù)馬達(dá)電流的波形輸出反映馬達(dá)旋轉(zhuǎn)位置的脈沖用于位置控制的小型馬達(dá)。
背景技術(shù)：
圖12(A)是現(xiàn)有的小型馬達(dá)從整流子處剖開(kāi)的剖視圖。而(B)是將與該整流子部滑動(dòng)接觸的一對(duì)碳刷中的一個(gè)拆下后加以展示的放大圖。如圖所示，在小型馬達(dá)中，在轉(zhuǎn)子軸上通過(guò)樹(shù)脂制造的整流子芯安裝有整流子，并且，與該旋轉(zhuǎn)的整流子滑動(dòng)接觸的碳刷通過(guò)刷握安裝在端蓋上。端蓋嵌在馬達(dá)機(jī)殼的開(kāi)口部中。圖示的整流子由3個(gè)整流片構(gòu)成，各整流片之間分別有槽。
過(guò)去，一般將具有上述由3個(gè)整流片構(gòu)成的整流子的有碳刷有鐵心馬達(dá)的碳刷的寬度(周向長(zhǎng)度)，設(shè)計(jì)為一個(gè)整流片的周向長(zhǎng)度的40～60％。例如，汽車反光鏡鏡面驅(qū)動(dòng)用馬達(dá)使用這種普通馬達(dá)。
圖13示出由5個(gè)整流片構(gòu)成的整流子的例子。對(duì)于這種具有超過(guò)3個(gè)整流片的馬達(dá)，也采用碳刷的寬度相對(duì)于一個(gè)整流片的周向長(zhǎng)度在30％以上的設(shè)計(jì)。
此外，眾所周知，碳刷的寬度較小(不是相對(duì)于一個(gè)整流片的周向長(zhǎng)度，而是相對(duì)于整流子周向長(zhǎng)度的8％～14％)，可抑制馬達(dá)起動(dòng)時(shí)打火現(xiàn)象的發(fā)生并且與馬達(dá)所經(jīng)歷的使用時(shí)間無(wú)關(guān)(參照專利文獻(xiàn)1)。
另一方面，根據(jù)馬達(dá)電流的波形檢測(cè)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)(位置)而對(duì)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制的技術(shù)已經(jīng)公知。圖14是用來(lái)對(duì)通過(guò)馬達(dá)電流的檢測(cè)進(jìn)行位置控制的一般例子進(jìn)行說(shuō)明的脈沖檢測(cè)部電路圖和波形圖。馬達(dá)(繞組)由電感L和電阻R構(gòu)成。圖中，由電感L1、L2、電容C1、C2、電阻R1、R2構(gòu)成脈沖檢測(cè)電路。馬達(dá)接到直流電源(例如15V)時(shí)所產(chǎn)生的馬達(dá)電流的波形示于圖中。在碳刷從整流片之間的槽上通過(guò)時(shí)，會(huì)發(fā)生電流的瞬間切斷。圖示的脈沖檢測(cè)部是根據(jù)馬達(dá)電流波形產(chǎn)生圖示脈沖輸出的電路。通過(guò)對(duì)該輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，可檢測(cè)出馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置或轉(zhuǎn)數(shù)，并對(duì)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。
但是，這種利用馬達(dá)電流檢測(cè)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)位置或轉(zhuǎn)數(shù)的方式，存在著隨著馬達(dá)使用時(shí)間的延續(xù)，碳刷磨損、馬達(dá)電流波形發(fā)生變化而無(wú)法對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的問(wèn)題。
專利文獻(xiàn)特開(kāi)昭63-249447號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容為此，本發(fā)明的目的是，解決上述問(wèn)題，從而能夠做到即使碳刷長(zhǎng)期使用后磨損，仍能夠穩(wěn)定地從馬達(dá)電流波形得到輸出脈沖，以此對(duì)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。
本發(fā)明的小型馬達(dá)，根據(jù)馬達(dá)電流的波形輸出反映馬達(dá)旋轉(zhuǎn)位置的脈沖用于位置控制。以碳刷安裝在具有彈性的刷握中、該碳刷可與整流子進(jìn)行滑動(dòng)接觸而構(gòu)成。該碳刷在處于磨損狀態(tài)時(shí)，以碳刷的周向的前端部和后端部之間的整個(gè)部分與旋轉(zhuǎn)的整流子接觸，并且，產(chǎn)生相當(dāng)于碳刷的周向的后端部離開(kāi)旋轉(zhuǎn)的第1整流片時(shí)被切斷的馬達(dá)電流、和碳刷的周向的前端部已經(jīng)與旋轉(zhuǎn)方向上先行的第2整流片接觸而正在流動(dòng)的馬達(dá)電流之間的電流差的臺(tái)階，從而能夠根據(jù)該臺(tái)階輸出反映馬達(dá)旋轉(zhuǎn)位置的脈沖。碳刷的與周向的前端部與后端部之間的距離相當(dāng)?shù)奶妓挾茸銐蛐《軌驕?zhǔn)確無(wú)誤地產(chǎn)生脈沖。該碳刷寬度被設(shè)計(jì)為一個(gè)整流片的周向長(zhǎng)度的21～28％。
作為本發(fā)明，由于碳刷的寬度為整流片周向長(zhǎng)度的21～28％，因而能夠抑制馬達(dá)相位角度的偏差，即使長(zhǎng)時(shí)間(55小時(shí))使用后也不會(huì)發(fā)生脈沖錯(cuò)誤，具有可使馬達(dá)旋轉(zhuǎn)位置的控制穩(wěn)定的效果。因此，用于汽車反光鏡鏡面的驅(qū)動(dòng)時(shí)，也不會(huì)使鏡面位置發(fā)生偏差。


圖1是例示馬達(dá)總體結(jié)構(gòu)的附圖。
圖2是展示與整流子進(jìn)行滑動(dòng)接觸的一對(duì)碳刷之中的一個(gè)碳刷的附圖。
圖3是用來(lái)對(duì)最初開(kāi)始使用的碳刷經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用而磨損時(shí)的工作狀況進(jìn)行說(shuō)明的附圖。
圖4是對(duì)碳刷中流動(dòng)的電流進(jìn)行說(shuō)明的附圖。
圖5是對(duì)具有上述整流子的5個(gè)馬達(dá)測(cè)定其直到碳刷寬度變化而發(fā)生脈沖錯(cuò)誤的耐久時(shí)間(實(shí)際工況耐久時(shí)間)的表格。
圖6是將圖5所示表格繪制成曲線的曲線圖。
圖7是對(duì)本發(fā)明中完全沒(méi)有發(fā)生脈沖錯(cuò)誤的情形進(jìn)行展示的示波圖。
圖8是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)生脈沖錯(cuò)誤的情形進(jìn)行展示的示波圖。
圖9是對(duì)前端寬度變窄后與整流子進(jìn)行滑動(dòng)接觸的碳刷的一個(gè)例子進(jìn)行展示的附圖。
圖10是對(duì)通過(guò)斜向直線切除而前端寬度變窄的另一個(gè)例子的碳刷進(jìn)行展示的附圖。
圖11是對(duì)以前端部與根部之間形成臺(tái)階的方式進(jìn)行切除而前端寬度變窄的又一個(gè)例子的碳刷進(jìn)行展示的附圖。
圖12是現(xiàn)有的小型馬達(dá)從整流子處剖開(kāi)的剖視圖(A)、以及與整流子進(jìn)行滑動(dòng)接觸的碳刷拆下后加以展示的放大圖(B)。
圖13是展示由5個(gè)整流片構(gòu)成整流子的例子的附圖。
圖14是用來(lái)對(duì)通過(guò)馬達(dá)電流的檢測(cè)進(jìn)行位置控制的一般例子進(jìn)行說(shuō)明的脈沖檢測(cè)部電路圖和波形圖。
具體實(shí)施例方式
將本發(fā)明具體化了的馬達(dá)例如用于汽車車門上的反光鏡鏡面的驅(qū)動(dòng)。在不是以手動(dòng)方式直接轉(zhuǎn)動(dòng)反光鏡鏡面而以自動(dòng)方式進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，是對(duì)馬達(dá)電流波形進(jìn)行檢測(cè)而決定馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作和鏡面角度的。
圖1是例示這種馬達(dá)的總體結(jié)構(gòu)的圖，(A)以半剖視圖展示整個(gè)小型馬達(dá)，(B)是將端蓋拆下后從馬達(dá)內(nèi)部方向觀察時(shí)的圖。在由金屬材料呈有底中空筒狀形成的機(jī)殼的內(nèi)周面上安裝有磁鐵。該機(jī)殼的開(kāi)口部通過(guò)端蓋與之嵌合而被封閉。在端蓋的中央部位，容納有用來(lái)支撐旋轉(zhuǎn)軸的軸承。旋轉(zhuǎn)軸的另一端得到設(shè)置在有底中空筒狀的機(jī)殼的底部中央的軸承的支撐。
該旋轉(zhuǎn)軸上具有層疊鐵心、卷繞在該層疊鐵心中的繞組、以及整流子，構(gòu)成了小型馬達(dá)的轉(zhuǎn)子。此外，與該整流子進(jìn)行接觸的一對(duì)碳刷連接在刷握上。通過(guò)以導(dǎo)電性金屬片構(gòu)成的刷握對(duì)碳刷進(jìn)行保持，可使碳刷在金屬片的彈性作用下壓觸在整流子上進(jìn)行滑動(dòng)。為進(jìn)行電氣連接，與該刷握連接的一對(duì)輸入端子穿過(guò)端蓋突出在外。
本發(fā)明的特征在于組裝在這種小型馬達(dá)中的碳刷的結(jié)構(gòu)。碳刷會(huì)隨著馬達(dá)使用時(shí)間的延續(xù)而磨損，導(dǎo)致馬達(dá)電流波形變化而無(wú)法對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。圖2示出與整流子進(jìn)行滑動(dòng)接觸的一對(duì)碳刷之中的一個(gè)。由在樹(shù)脂制造的整流子芯的表面上設(shè)置的多個(gè)整流片而構(gòu)成的整流子安裝在旋轉(zhuǎn)軸上。碳刷與整流子的抵接面具有在整流子的周向上具有既定的直線長(zhǎng)度(以下稱作“碳刷寬度”)和在旋轉(zhuǎn)軸的軸向上具有既定長(zhǎng)度(碳刷軸向長(zhǎng)度)的矩形平面形狀。圖2列舉的是處于磨損狀態(tài)的碳刷的例子。此時(shí)，相對(duì)于圓筒形整流子，碳刷以其整個(gè)抵觸面與之進(jìn)行接觸。
圖3(A)示出最初開(kāi)始使用的碳刷與整流子抵觸的狀態(tài)。碳刷與整流子的抵接面具有在整流子的周向上具有既定長(zhǎng)度(碳刷寬度)和在旋轉(zhuǎn)軸的軸向上具有既定長(zhǎng)度(碳刷軸向長(zhǎng)度)的矩形平面形狀。因此，圓筒形狀的整流子和平面形狀的碳刷抵觸面之間，從碳刷的斷面上看，以周向的中央的一個(gè)點(diǎn)(接觸點(diǎn))進(jìn)行接觸(但是，從整體上看碳刷，碳刷具有既定的軸向長(zhǎng)度，因此，并非以一個(gè)點(diǎn)而是以一條線進(jìn)行接觸的)。
對(duì)于此時(shí)流動(dòng)的電流，結(jié)合圖4進(jìn)行說(shuō)明。在馬達(dá)的繞組上，施加有一定值的電源電壓與圖中所示反電動(dòng)勢(shì)二者的電壓差。即，施加有相當(dāng)于圖中涂黑的部分的值的電壓。圖中的區(qū)間1～3分別表示的是碳刷與一個(gè)整流片開(kāi)始接觸到離開(kāi)為止。
碳刷最初開(kāi)始使用時(shí)的電流如圖4所示。在碳刷與一個(gè)整流片開(kāi)始接觸時(shí)，由于反電動(dòng)勢(shì)小，因而實(shí)質(zhì)上較大電壓施加在馬達(dá)繞組上。但是，由于馬達(dá)繞組存在電感，因而電流將以既定的時(shí)間常數(shù)上升。上升后的電流與電源電壓與反電動(dòng)勢(shì)二者的電壓差成比例。而由于如前所述，碳刷在最初開(kāi)始使用時(shí)，與整流片之間是點(diǎn)接觸，因此，當(dāng)該接觸點(diǎn)到達(dá)整流片之間的槽上時(shí)，該區(qū)間1的電流將被切斷，并且，在區(qū)間2與下一個(gè)整流片2開(kāi)始進(jìn)行接觸。如前所述，該繼區(qū)間1的電流切斷后在區(qū)間2電流接通時(shí)所產(chǎn)生的電流臺(tái)階由脈沖檢測(cè)部進(jìn)行檢測(cè)，從而產(chǎn)生脈沖輸出而對(duì)馬達(dá)進(jìn)行控制。
相對(duì)于此，當(dāng)隨著碳刷使用時(shí)間的延續(xù)而碳刷磨損時(shí)，如圖3(B)所示，碳刷的抵觸面從最初的平面形狀變成圓周面形狀。其結(jié)果，碳刷將以其周向的整個(gè)碳刷寬度與整流子抵觸。這意味著，在碳刷的周向的中央尚與整流片1接觸時(shí)，碳刷的周向的前端部已經(jīng)與整流片2接觸(圖3(B))。此外，如圖3(C)所示，還意味著處在碳刷的周向的中央已經(jīng)與整流片2接觸時(shí)，碳刷的周向的后端部尚與整流片1接觸的狀態(tài)。
該碳刷磨損后的電流將變成圖4的最下面所示的電流。即，以碳刷的周向的中央為基準(zhǔn)決定的區(qū)間1的電流的結(jié)束時(shí)間實(shí)際上延長(zhǎng)，另一方面，區(qū)間2的電流的開(kāi)始時(shí)間提前，發(fā)生電流的銜接。因此，在整流片之間的槽處，電流是圓滑地連續(xù)的，因而無(wú)法以前述脈沖檢測(cè)電路進(jìn)行檢測(cè)。
雖說(shuō)碳刷寬度比槽寬(周向的直線長(zhǎng)度)窄時(shí)不會(huì)發(fā)生結(jié)合圖3進(jìn)行的說(shuō)明中的“銜接”，但若碳刷寬度過(guò)窄而達(dá)到19％以下，則會(huì)出現(xiàn)碳刷機(jī)械強(qiáng)度不足而折斷的問(wèn)題，或者馬達(dá)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中碳刷可落入槽內(nèi)而增大碳刷的振動(dòng)、增大機(jī)械噪音的問(wèn)題。在碳刷的寬度盡管超過(guò)量很小但也超過(guò)槽寬時(shí)，會(huì)發(fā)生碳刷的周向的前端部和后端部分別與不同的整流片接觸時(shí)的“銜接”。但除此之外，如前所述，即使碳刷的周向的前端部與旋轉(zhuǎn)方向上先行的下一個(gè)整流片接觸，在接觸的最初，因馬達(dá)繞組存在電感也不會(huì)產(chǎn)生大的電流。因此，若在流經(jīng)碳刷前端部的電流的值變大之前碳刷后端部離開(kāi)了整流片，則此時(shí)將產(chǎn)生足以被脈沖檢測(cè)電路檢測(cè)到的馬達(dá)電流值的臺(tái)階。也就是說(shuō)，該電流臺(tái)階相當(dāng)于碳刷的周向的后端部離開(kāi)旋轉(zhuǎn)的第1整流片時(shí)被切斷的馬達(dá)電流、和碳刷的周向的前端部已經(jīng)與旋轉(zhuǎn)方向上先行的第2整流片接觸而流動(dòng)的馬達(dá)電流之間的電流差。在本發(fā)明中，通過(guò)使碳刷寬度變窄而產(chǎn)生足夠大的電流臺(tái)階，由此，可準(zhǔn)確無(wú)誤地產(chǎn)生用來(lái)對(duì)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行檢測(cè)的脈沖。
圖5是對(duì)具有上述整流子的5個(gè)馬達(dá)測(cè)定其直到碳刷寬度變化而發(fā)生脈沖錯(cuò)誤的耐久時(shí)間(實(shí)際工況耐久時(shí)間)的表格。圖6是將圖5的表格繪制成曲線的曲線圖。耐久試驗(yàn)是在電壓為13.5V的額定電壓、負(fù)載為5gcm、壽命試驗(yàn)條件為(正轉(zhuǎn)+反轉(zhuǎn))×10秒、不關(guān)斷的條件下進(jìn)行，對(duì)碳刷寬度各不相同的5個(gè)馬達(dá)進(jìn)行了55小時(shí)。當(dāng)將碳刷寬度做成0.6～0.8mm(若以相對(duì)于整流片周向長(zhǎng)度的比值表示則為21～28％)時(shí)，即使經(jīng)過(guò)55小時(shí)后，也完全未發(fā)生脈沖錯(cuò)誤。圖7是展示該狀態(tài)的示波圖。耐久試驗(yàn)之后，仍與初期狀態(tài)一樣，電流波形的臺(tái)階未變小，由此可知，是在不發(fā)生脈沖錯(cuò)誤的情形下產(chǎn)生脈沖的。
而在使碳刷寬度為1.1mm以上(若以相對(duì)于整流片周向長(zhǎng)度的比值表示則為38％)時(shí)，經(jīng)過(guò)了13小時(shí)后產(chǎn)生了脈沖錯(cuò)誤。圖8為表示這一狀態(tài)的示波圖在耐久試驗(yàn)后，存在電流波形的臺(tái)階變小的部位，而且可知在該部位產(chǎn)生了脈沖錯(cuò)誤。
前述現(xiàn)有技術(shù)，其“相對(duì)于整流片周向長(zhǎng)度的碳刷寬度”的比值超過(guò)了30％，而采用這種碳刷時(shí)，在耐久試驗(yàn)時(shí)間達(dá)到7小時(shí)時(shí)，便開(kāi)始出現(xiàn)脈沖出錯(cuò)的馬達(dá)。
用于汽車反光鏡鏡面驅(qū)動(dòng)等用途的馬達(dá)適合采用碳刷。一般來(lái)說(shuō)，小型馬達(dá)可以使用金屬制造的片狀的電刷，但如果用于鏡面驅(qū)動(dòng)用途，則會(huì)出現(xiàn)在對(duì)汽車提出的嚴(yán)格的環(huán)境耐久條件下容易發(fā)生電氣接觸不穩(wěn)定的問(wèn)題，若為了提高觸點(diǎn)的穩(wěn)定性而采用貴金屬材料，則有導(dǎo)致成本增加的缺點(diǎn)。
即使是在像本發(fā)明這樣采用碳刷的場(chǎng)合，若其寬度相對(duì)于整流片周向長(zhǎng)度的比值超過(guò)30％，長(zhǎng)時(shí)間使用后其相位偏差也會(huì)過(guò)大而無(wú)法穩(wěn)定地檢測(cè)出脈沖。而如果在19％以下，則會(huì)導(dǎo)致碳刷的強(qiáng)度降低、容易落入整流片之間的槽內(nèi)而碳刷的振動(dòng)增大、機(jī)械噪音增大。
在本發(fā)明中，是如前所述將碳刷的寬度相對(duì)于整流片周向長(zhǎng)度設(shè)計(jì)在既定比值上的，而作為該碳刷寬度，只要與整流子滑動(dòng)接觸的前端設(shè)計(jì)在既定比值上即可。圖9列舉了前端寬度變窄后與整流子進(jìn)行滑動(dòng)接觸的碳刷的例子。采用這種結(jié)構(gòu)時(shí)，可以將碳刷的被保持在刷握中的部分做得較粗，提高對(duì)碳刷的保持力。
圖10和圖11列舉了前端寬度變窄的其它例子。是通過(guò)將碳刷的相對(duì)于旋轉(zhuǎn)方向的前后部分之一切除而使前端寬度變窄的。圖10是斜向直線切除的例子，而圖11是以前端部和根部(刷握安裝側(cè))之間形成臺(tái)階的方式進(jìn)行切除的例子。無(wú)論哪一種例子，相對(duì)于整流子的相位中性線(整流子圓周的徑向的直線)，不是使碳刷的碳刷中線而是使碳刷前端寬度的正中與其對(duì)準(zhǔn)，便能夠良好地滑動(dòng)接觸。
權(quán)利要求
1.一種小型馬達(dá)，根據(jù)馬達(dá)電流的波形輸出反映馬達(dá)旋轉(zhuǎn)位置的脈沖用于位置控制，其特征是，碳刷安裝在具有彈性的刷握中、該碳刷可與整流子進(jìn)行滑動(dòng)接觸，所說(shuō)碳刷在處于磨損狀態(tài)時(shí)，以碳刷的周向的前端部和后端部之間的整個(gè)部分與旋轉(zhuǎn)的整流子接觸，并且，為了產(chǎn)生相當(dāng)于碳刷的周向的后端部離開(kāi)旋轉(zhuǎn)的第1整流片時(shí)被切斷的馬達(dá)電流、和碳刷的周向的前端部已經(jīng)與旋轉(zhuǎn)方向上先行的第2整流片接觸而正在流動(dòng)的馬達(dá)電流之間的電流差的臺(tái)階，從而能夠輸出反映所說(shuō)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)位置的脈沖，所說(shuō)碳刷的與周向的前端部與后端部之間的距離相當(dāng)?shù)奶妓挾仁且粋€(gè)整流片的周向長(zhǎng)度的21～28％。
2.如權(quán)利要求1所說(shuō)的小型馬達(dá)，其特征是，所說(shuō)碳刷構(gòu)成為其碳刷寬度從刷握安裝側(cè)向前端部變窄，并且，以該狹窄的碳刷寬度的前端部與整流子進(jìn)行接觸。
3.如權(quán)利要求2所說(shuō)的小型馬達(dá)，其特征是，所說(shuō)前端部的碳刷寬度的正中與整流子的相位中性線對(duì)準(zhǔn)。
全文摘要
即使碳刷經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用而磨損，也能夠從馬達(dá)電流波形穩(wěn)定地得到輸出脈沖，由此對(duì)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行檢測(cè)并能夠?qū)︸R達(dá)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。本發(fā)明的碳刷在處于磨損狀態(tài)時(shí)，可產(chǎn)生相當(dāng)于碳刷的周向的后端部離開(kāi)旋轉(zhuǎn)的第1整流片時(shí)被切斷的馬達(dá)電流、和碳刷的周向的前端部已經(jīng)與旋轉(zhuǎn)方向上先行的第2整流片接觸而正在流動(dòng)的馬達(dá)電流之間的電流差的臺(tái)階，從而能夠根據(jù)該臺(tái)階輸出反映馬達(dá)旋轉(zhuǎn)位置的脈沖。碳刷的與周向的前端部與后端部之間的距離相當(dāng)?shù)奶妓挾茸銐蛐《軌驕?zhǔn)確無(wú)誤地產(chǎn)生脈沖，是一個(gè)整流片的周向長(zhǎng)度的21～28％。
文檔編號(hào)H01R39/18GK1841888SQ20061007192
公開(kāi)日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2006年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月1日
發(fā)明者松下郁男, 植西英史 申請(qǐng)人:馬淵馬達(dá)株式會(huì)社