專利名稱：小型馬達的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及小型馬達，特別是，根據(jù)馬達電流的波形輸出反映馬達旋轉位置的脈沖用于位置控制的小型馬達。
背景技術：
圖12(A)是現(xiàn)有的小型馬達從整流子處剖開的剖視圖。而(B)是將與該整流子部滑動接觸的一對碳刷中的一個拆下后加以展示的放大圖。如圖所示，在小型馬達中，在轉子軸上通過樹脂制造的整流子芯安裝有整流子，并且，與該旋轉的整流子滑動接觸的碳刷通過刷握安裝在端蓋上。端蓋嵌在馬達機殼的開口部中。圖示的整流子由3個整流片構成，各整流片之間分別有槽。
過去，一般將具有上述由3個整流片構成的整流子的有碳刷有鐵心馬達的碳刷的寬度(周向長度)，設計為一個整流片的周向長度的40～60％。例如，汽車反光鏡鏡面驅動用馬達使用這種普通馬達。
圖13示出由5個整流片構成的整流子的例子。對于這種具有超過3個整流片的馬達，也采用碳刷的寬度相對于一個整流片的周向長度在30％以上的設計。
此外，眾所周知，碳刷的寬度較小(不是相對于一個整流片的周向長度，而是相對于整流子周向長度的8％～14％)，可抑制馬達起動時打火現(xiàn)象的發(fā)生并且與馬達所經(jīng)歷的使用時間無關(參照專利文獻1)。
另一方面，根據(jù)馬達電流的波形檢測馬達的旋轉(位置)而對馬達的旋轉進行控制的技術已經(jīng)公知。圖14是用來對通過馬達電流的檢測進行位置控制的一般例子進行說明的脈沖檢測部電路圖和波形圖。馬達(繞組)由電感L和電阻R構成。圖中，由電感L1、L2、電容C1、C2、電阻R1、R2構成脈沖檢測電路。馬達接到直流電源(例如15V)時所產(chǎn)生的馬達電流的波形示于圖中。在碳刷從整流片之間的槽上通過時，會發(fā)生電流的瞬間切斷。圖示的脈沖檢測部是根據(jù)馬達電流波形產(chǎn)生圖示脈沖輸出的電路。通過對該輸出脈沖進行計數(shù)，可檢測出馬達的旋轉位置或轉數(shù)，并對馬達的旋轉進行控制。
但是，這種利用馬達電流檢測馬達旋轉位置或轉數(shù)的方式，存在著隨著馬達使用時間的延續(xù)，碳刷磨損、馬達電流波形發(fā)生變化而無法對脈沖進行計數(shù)的問題。
專利文獻特開昭63-249447號公報發(fā)明內(nèi)容為此，本發(fā)明的目的是，解決上述問題，從而能夠做到即使碳刷長期使用后磨損，仍能夠穩(wěn)定地從馬達電流波形得到輸出脈沖，以此對馬達的旋轉進行檢測并對馬達的旋轉進行控制。
本發(fā)明的小型馬達，根據(jù)馬達電流的波形輸出反映馬達旋轉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行滑動接觸而構成。該碳刷在處于磨損狀態(tài)時，以碳刷的周向的前端部和后端部之間的整個部分與旋轉的整流子接觸，并且，產(chǎn)生相當于碳刷的周向的后端部離開旋轉的第1整流片時被切斷的馬達電流、和碳刷的周向的前端部已經(jīng)與旋轉方向上先行的第2整流片接觸而正在流動的馬達電流之間的電流差的臺階，從而能夠根據(jù)該臺階輸出反映馬達旋轉位置的脈沖。碳刷的與周向的前端部與后端部之間的距離相當?shù)奶妓挾茸銐蛐《軌驕蚀_無誤地產(chǎn)生脈沖。該碳刷寬度被設計為一個整流片的周向長度的21～28％。
作為本發(fā)明，由于碳刷的寬度為整流片周向長度的21～28％，因而能夠抑制馬達相位角度的偏差，即使長時間(55小時)使用后也不會發(fā)生脈沖錯誤，具有可使馬達旋轉位置的控制穩(wěn)定的效果。因此，用于汽車反光鏡鏡面的驅動時，也不會使鏡面位置發(fā)生偏差。


圖1是例示馬達總體結構的附圖。
圖2是展示與整流子進行滑動接觸的一對碳刷之中的一個碳刷的附圖。
圖3是用來對最初開始使用的碳刷經(jīng)過一段時間使用而磨損時的工作狀況進行說明的附圖。
圖4是對碳刷中流動的電流進行說明的附圖。
圖5是對具有上述整流子的5個馬達測定其直到碳刷寬度變化而發(fā)生脈沖錯誤的耐久時間(實際工況耐久時間)的表格。
圖6是將圖5所示表格繪制成曲線的曲線圖。
圖7是對本發(fā)明中完全沒有發(fā)生脈沖錯誤的情形進行展示的示波圖。
圖8是對現(xiàn)有技術中發(fā)生脈沖錯誤的情形進行展示的示波圖。
圖9是對前端寬度變窄后與整流子進行滑動接觸的碳刷的一個例子進行展示的附圖。
圖10是對通過斜向直線切除而前端寬度變窄的另一個例子的碳刷進行展示的附圖。
圖11是對以前端部與根部之間形成臺階的方式進行切除而前端寬度變窄的又一個例子的碳刷進行展示的附圖。
圖12是現(xiàn)有的小型馬達從整流子處剖開的剖視圖(A)、以及與整流子進行滑動接觸的碳刷拆下后加以展示的放大圖(B)。
圖13是展示由5個整流片構成整流子的例子的附圖。
圖14是用來對通過馬達電流的檢測進行位置控制的一般例子進行說明的脈沖檢測部電路圖和波形圖。
具體實施例方式
將本發(fā)明具體化了的馬達例如用于汽車車門上的反光鏡鏡面的驅動。在不是以手動方式直接轉動反光鏡鏡面而以自動方式進行轉動時，是對馬達電流波形進行檢測而決定馬達的旋轉動作和鏡面角度的。
圖1是例示這種馬達的總體結構的圖，(A)以半剖視圖展示整個小型馬達，(B)是將端蓋拆下后從馬達內(nèi)部方向觀察時的圖。在由金屬材料呈有底中空筒狀形成的機殼的內(nèi)周面上安裝有磁鐵。該機殼的開口部通過端蓋與之嵌合而被封閉。在端蓋的中央部位，容納有用來支撐旋轉軸的軸承。旋轉軸的另一端得到設置在有底中空筒狀的機殼的底部中央的軸承的支撐。
該旋轉軸上具有層疊鐵心、卷繞在該層疊鐵心中的繞組、以及整流子，構成了小型馬達的轉子。此外，與該整流子進行接觸的一對碳刷連接在刷握上。通過以導電性金屬片構成的刷握對碳刷進行保持，可使碳刷在金屬片的彈性作用下壓觸在整流子上進行滑動。為進行電氣連接，與該刷握連接的一對輸入端子穿過端蓋突出在外。
本發(fā)明的特征在于組裝在這種小型馬達中的碳刷的結構。碳刷會隨著馬達使用時間的延續(xù)而磨損，導致馬達電流波形變化而無法對脈沖進行計數(shù)。圖2示出與整流子進行滑動接觸的一對碳刷之中的一個。由在樹脂制造的整流子芯的表面上設置的多個整流片而構成的整流子安裝在旋轉軸上。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度(以下稱作“碳刷寬度”)和在旋轉軸的軸向上具有既定長度(碳刷軸向長度)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，相對于圓筒形整流子，碳刷以其整個抵觸面與之進行接觸。
圖3(A)示出最初開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度(碳刷寬度)和在旋轉軸的軸向上具有既定長度(碳刷軸向長度)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點(接觸點)進行接觸(但是，從整體上看碳刷，碳刷具有既定的軸向長度，因此，并非以一個點而是以一條線進行接觸的)。
對于此時流動的電流，結合圖4進行說明。在馬達的繞組上，施加有一定值的電源電壓與圖中所示反電動勢二者的電壓差。即，施加有相當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整流片開始接觸到離開為止。
碳刷最初開始使用時的電流如圖4所示。在碳刷與一個整流片開始接觸時，由于反電動勢小，因而實質上較大電壓施加在馬達繞組上。但是，由于馬達繞組存在電感，因而電流將以既定的時間常數(shù)上升。上升后的電流與電源電壓與反電動勢二者的電壓差成比例。而由于如前所述，碳刷在最初開始使用時，與整流片之間是點接觸，因此，當該接觸點到達整流片之間的槽上時，該區(qū)間1的電流將被切斷，并且，在區(qū)間2與下一個整流片2開始進行接觸。如前所述，該繼區(qū)間1的電流切斷后在區(qū)間2電流接通時所產(chǎn)生的電流臺階由脈沖檢測部進行檢測，從而產(chǎn)生脈沖輸出而對馬達進行控制。
相對于此，當隨著碳刷使用時間的延續(xù)而碳刷磨損時，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。其結果，碳刷將以其周向的整個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，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，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決定的區(qū)間1的電流的結束時間實際上延長，另一方面，區(qū)間2的電流的開始時間提前，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，因而無法以前述脈沖檢測電路進行檢測。
雖說碳刷寬度比槽寬(周向的直線長度)窄時不會發(fā)生結合圖3進行的說明中的“銜接”，但若碳刷寬度過窄而達到19％以下，則會出現(xiàn)碳刷機械強度不足而折斷的問題，或者馬達旋轉過程中碳刷可落入槽內(nèi)而增大碳刷的振動、增大機械噪音的問題。在碳刷的寬度盡管超過量很小但也超過槽寬時，會發(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方向上先行的下一個整流片接觸，在接觸的最初，因馬達繞組存在電感也不會產(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了整流片，則此時將產(chǎn)生足以被脈沖檢測電路檢測到的馬達電流值的臺階。也就是說，該電流臺階相當于碳刷的周向的后端部離開旋轉的第1整流片時被切斷的馬達電流、和碳刷的周向的前端部已經(jīng)與旋轉方向上先行的第2整流片接觸而流動的馬達電流之間的電流差。在本發(fā)明中，通過使碳刷寬度變窄而產(chǎn)生足夠大的電流臺階，由此，可準確無誤地產(chǎn)生用來對馬達的旋轉進行檢測的脈沖。
圖5是對具有上述整流子的5個馬達測定其直到碳刷寬度變化而發(fā)生脈沖錯誤的耐久時間(實際工況耐久時間)的表格。圖6是將圖5的表格繪制成曲線的曲線圖。耐久試驗是在電壓為13.5V的額定電壓、負載為5gcm、壽命試驗條件為(正轉+反轉)×10秒、不關斷的條件下進行，對碳刷寬度各不相同的5個馬達進行了55小時。當將碳刷寬度做成0.6～0.8mm(若以相對于整流片周向長度的比值表示則為21～28％)時，即使經(jīng)過55小時后，也完全未發(fā)生脈沖錯誤。圖7是展示該狀態(tài)的示波圖。耐久試驗之后，仍與初期狀態(tài)一樣，電流波形的臺階未變小，由此可知，是在不發(fā)生脈沖錯誤的情形下產(chǎn)生脈沖的。
而在使碳刷寬度為1.1mm以上(若以相對于整流片周向長度的比值表示則為38％)時，經(jīng)過了13小時后產(chǎn)生了脈沖錯誤。圖8為表示這一狀態(tài)的示波圖在耐久試驗后，存在電流波形的臺階變小的部位，而且可知在該部位產(chǎn)生了脈沖錯誤。
前述現(xiàn)有技術，其“相對于整流片周向長度的碳刷寬度”的比值超過了30％，而采用這種碳刷時，在耐久試驗時間達到7小時時，便開始出現(xiàn)脈沖出錯的馬達。
用于汽車反光鏡鏡面驅動等用途的馬達適合采用碳刷。一般來說，小型馬達可以使用金屬制造的片狀的電刷，但如果用于鏡面驅動用途，則會出現(xiàn)在對汽車提出的嚴格的環(huán)境耐久條件下容易發(fā)生電氣接觸不穩(wěn)定的問題，若為了提高觸點的穩(wěn)定性而采用貴金屬材料，則有導致成本增加的缺點。
即使是在像本發(fā)明這樣采用碳刷的場合，若其寬度相對于整流片周向長度的比值超過30％，長時間使用后其相位偏差也會過大而無法穩(wěn)定地檢測出脈沖。而如果在19％以下，則會導致碳刷的強度降低、容易落入整流片之間的槽內(nèi)而碳刷的振動增大、機械噪音增大。
在本發(fā)明中，是如前所述將碳刷的寬度相對于整流片周向長度設計在既定比值上的，而作為該碳刷寬度，只要與整流子滑動接觸的前端設計在既定比值上即可。圖9列舉了前端寬度變窄后與整流子進行滑動接觸的碳刷的例子。采用這種結構時，可以將碳刷的被保持在刷握中的部分做得較粗，提高對碳刷的保持力。
圖10和圖11列舉了前端寬度變窄的其它例子。是通過將碳刷的相對于旋轉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)之間形成臺階的方式進行切除的例子。無論哪一種例子，相對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準，便能夠良好地滑動接觸。
權利要求
1.一種小型馬達，根據(jù)馬達電流的波形輸出反映馬達旋轉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行滑動接觸，所說碳刷在處于磨損狀態(tài)時，以碳刷的周向的前端部和后端部之間的整個部分與旋轉的整流子接觸，并且，為了產(chǎn)生相當于碳刷的周向的后端部離開旋轉的第1整流片時被切斷的馬達電流、和碳刷的周向的前端部已經(jīng)與旋轉方向上先行的第2整流片接觸而正在流動的馬達電流之間的電流差的臺階，從而能夠輸出反映所說馬達旋轉位置的脈沖，所說碳刷的與周向的前端部與后端部之間的距離相當?shù)奶妓挾仁且粋€整流片的周向長度的21～28％。
2.如權利要求1所說的小型馬達，其特征是，所說碳刷構成為其碳刷寬度從刷握安裝側向前端部變窄，并且，以該狹窄的碳刷寬度的前端部與整流子進行接觸。
3.如權利要求2所說的小型馬達，其特征是，所說前端部的碳刷寬度的正中與整流子的相位中性線對準。
全文摘要
即使碳刷經(jīng)長時間使用而磨損，也能夠從馬達電流波形穩(wěn)定地得到輸出脈沖，由此對馬達的旋轉進行檢測并能夠對馬達的旋轉進行控制。本發(fā)明的碳刷在處于磨損狀態(tài)時，可產(chǎn)生相當于碳刷的周向的后端部離開旋轉的第1整流片時被切斷的馬達電流、和碳刷的周向的前端部已經(jīng)與旋轉方向上先行的第2整流片接觸而正在流動的馬達電流之間的電流差的臺階，從而能夠根據(jù)該臺階輸出反映馬達旋轉位置的脈沖。碳刷的與周向的前端部與后端部之間的距離相當?shù)奶妓挾茸銐蛐《軌驕蚀_無誤地產(chǎn)生脈沖，是一個整流片的周向長度的21～28％。
文檔編號H01R39/18GK1841888SQ20061007192
公開日2006年10月4日 申請日期2006年4月3日 優(yōu)先權日2005年4月1日
發(fā)明者松下郁男, 植西英史 申請人:馬淵馬達株式會社