有刷直流电机和使用该电机的车辆用制动系统

摘要

本发明提供有刷直流电机和车辆用制动系统，在刷的数量为4个的情况下也能够抑制转矩波动。有刷直流电机包括：定子，具有2×P个磁极，其中，P为3以上的奇数；电枢芯，被保持成可相对于定子旋转，在周向上具有P×N±2个齿，其中，N为4以上的偶数；换向器，被保持成与电枢芯一体旋转，具有数量与齿相同的换向片；以双重波形绕法卷绕在齿上的绕组；和与换向器滑动接触地配置的两个阳极刷和两个阴极刷，其特征在于：各刷的与换向器滑动接触的宽度所对的角度WB被设定成满足WB＞WP＋WI，其中，WP为换向器节距的宽度所对的角度，WI为换向器间的宽度所对的角度。

权利要求

1.一种有刷直流电机，包括：定子，具有2×P个磁极，其中，P为3以上的奇数；

电枢芯，被保持成可相对于所述定子旋转，在周向上具有P×N±2个齿，其中，N为4以上的偶数；

换向器，被保持成与所述电枢芯一体旋转，具有数量与所述齿相同的换向片；

以双重波形绕法卷绕在所述齿上的绕组；和与所述换向器滑动接触地配置的两个阳极刷和两个阴极刷，所述有刷直流电机的特征在于：所述各刷的与换向器滑动接触的宽度所对的角度WB被设定成满足WB＞WP＋WI，其中，WP为换向器节距的宽度所对的角度，WI为换向器间的宽度所对的角度。

2.一种有刷直流电机，包括：定子，具有2×P个磁极，其中，P为3以上的奇数；

电枢芯，被保持成可相对于所述定子旋转，在周向上具有P×N－1个齿，其中，N为5以上的奇数；

换向器，被保持成与所述电枢芯一体旋转，具有数量与所述齿相同的换向片；

以单重波形绕法卷绕在所述齿上的绕组；和与所述换向器滑动接触地配置的两个阳极刷和两个阴极刷，所述有刷直流电机的特征在于：所述各刷的与换向器滑动接触的宽度所对的角度WB被设定成满足WB＞WP×（N＋1）/2－LB＋WI，其中，WP为换向器节距的宽度所对的角度，WI为换向器间的宽度所对的角度，LB为相邻的异极刷间的宽度所对的角度。

3.一种有刷直流电机，包括：定子，具有2×P个磁极，其中，P为3以上的奇数；

电枢芯，被保持成可相对于所述定子旋转，在周向上具有P×N＋1个齿，其中，N为5以上的奇数；

换向器，被保持成与所述电枢芯一体旋转，具有数量与所述齿相同的换向片；

以单重波形绕法卷绕在所述齿上的绕组；和与所述换向器滑动接触地配置的两个阳极刷和两个阴极刷，所述有刷直流电机的特征在于：所述各刷的与换向器滑动接触的宽度所对的角度WB被设定成满足WB＞WP×（N＋

1）－（180－LB＋WI），其中，WP为换向器节距的宽度所对的角度，WI为换向器间的宽度所对的角度，LB为相邻的异极刷间的宽度所对的角度。

4.如权利要求1～3中任一项所述的有刷直流电机，其特征在于：磁极的数量为6个。

5.如权利要求4所述的有刷直流电机，其特征在于：齿的数量为20个。

6.如权利要求4所述的有刷直流电机，其特征在于：齿的数量为16个以下。

7.如权利要求4所述的有刷直流电机，其特征在于：齿的数量为22个以上。

8.一种车辆用制动系统，其特征在于：具有权利要求1～7中任一项所述的有刷直流电机。

说明书

有刷直流电机和使用该电机的车辆用制动系统

技术领域

[0001] 本发明涉及有刷直流电机。

背景技术

[0002] 作为汽车的辅助设备（辅机）中使用的有刷直流电机，具有6个磁极、偶数个齿和以波形绕法卷绕于该齿的绕组的直流电机被广泛使用。图8表示该有刷直流电机的截面（XZ）图。有刷直流电机具有机壳100、固定在机壳内的磁体102、使用轴承107而被支承成能够在机壳100内旋转的轴110、与轴110一体旋转的芯（铁芯）112、绕组113、换向器111和被按压在换向器111上且可相对于换向器滑动的刷（电刷）104。此外，固定在机壳100上的前板101具有用于对轴110进行支承而使其可旋转的轴承107，和用于保持刷104的刷保持件103。

[0003] 这种齿数为偶数的有刷直流电机与齿数为奇数的有刷直流电机相比振动较小但转矩波动（转矩脉动）很大。因此需要减小转矩波动。于是，专利文献1提出了一种具有6个磁极、偶数个齿和以双重波形绕法卷绕在该齿上的绕组的有刷直流电机，使通常为2个的刷的数量为6个。

[0004] 图9表示从轴110的旋转轴方向观察与专利文献1同样具有6个刷的直流电机的XY截面图。在机壳100的内周部按大致相同间隔配置有6个磁体102，由此形成6个磁极。换向器111具有绝缘件111b和在其外周部周期性地配置的20个换向片111a。相对于该换向片111a，以从外周部与其滑动接触的方式配置有6个刷104。6个刷104由在旋转方向上交替且等间隔配置的阳极刷105和阴极刷106构成。芯112具有以轴110为中心辐射状延伸，在周向上周期性配置的20个齿112a，和将齿112a连接的芯轭部（背芯部，core back）
112b。在周向上相邻的齿112a之间形成了槽114，其中插入绕组113。绕组113具有多个跨多个齿112a卷绕成的线圈113a。不过图9中仅表示了一个线圈113a。

[0005] 图10中表示将图9所示的有刷直流电机的齿112a和槽114、绕组113、换向片111a、刷104平面展开的示意图。线圈113a具有跨多个齿卷绕、两端与不同的换向器连接的导线。例如，导线的一端部与第二个换向片111a连接的线圈113a，被卷绕在T4～T6的齿112a上，而另一个端部与第八个换向片111a连接。然后，与上述第八个换向片111a连接的导线接着卷绕在T10～T12的齿112a上，另一个端部与第十四个换向片111a连接。如此反复，对第偶数个换向片111a连接线圈113a。接着，使连接的换向片111a的位置偏移一个，同样地卷绕线圈113a，从而对第奇数个换向片111a连接线圈113a。这样，对全部的齿
112a都卷绕线圈113a，将该接线状态称为双重波形绕法（双波绕组）。

[0006] 一般来说，在有刷直流电机中，从阳极刷向阴极刷流动的电流产生转矩，而在同极刷间构成闭合回路的线圈则成为不产生转矩的无效线圈。因此，该无效线圈的数量随芯112的旋转而一起变化，成为导致转矩波动的原因。在图10中，图中的粗线表示的线圈113a为无效线圈，阳极刷间的无效线圈的数量共计为2个。该阳极刷间的无效线圈随着芯112的旋转按2个→1个→2个→1个的方式周期性变化，其变化幅度为1，较小，因此是低转矩波动，这在专利文献1中已有公开。

[0007] 现有技术文献

[0008] 专利文献

[0009] 专利文献1：日本特开2010－273532号公报

发明内容

[0010] 发明要解决的技术问题

[0011] 像专利文献1那样，在具有6个磁极、偶数个齿和以波形绕法卷绕成的绕组的有刷直流电机中，在为了减小转矩波动而使刷的数量为6个时，阳极刷和阴极刷在周向上交替排列，因此电源配线变得复杂。另一方面，若像图11所示的那样将刷的数量从6个减少到4个，则与刷的数量为6个的情况相比，转矩波动会增大。

[0012] 于是，本发明的目的在于，提供一种即使在刷的数量为4个时也能够抑制转矩波动的有刷直流电机。

[0013] 解决问题的技术手段

[0014] 为了解决上述问题，例如采用以下技术方案。

[0015] 本发明的有刷直流电机，包括：定子，具有2×P个磁极（P为3以上的奇数）；电枢芯，被保持成可相对于上述定子旋转，在周向上具有P×N±2个齿（N为4以上的偶数）；换向器，被保持成与上述电枢芯一体旋转，具有数量与上述齿相同的换向片；以双重波形绕法卷绕在上述齿上的绕组；和与上述换向器滑动接触地配置的两个阳极刷和两个阴极刷，上述有刷直流电机的特征在于：上述各刷的与换向器滑动接触的宽度所对的角度（圆周上宽度（弧长）所对的圆心角）WB被设定成满足WB＞WP＋WI（WP为换向器节距的宽度所对的角度，WI为换向器间的宽度所对的角度）。

[0016] 另外，本发明的有刷直流电机，包括：定子，具有2×P个磁极（P为3以上的奇数）；电枢芯，被保持成可相对于上述定子旋转，在周向上具有P×N－1个齿（N为5以上的奇数）；换向器，被保持成与上述电枢芯一体旋转，具有数量与上述齿相同的换向片；以单重波形绕法卷绕在上述齿上的绕组；和与上述换向器滑动接触地配置的两个阳极刷和两个阴极刷，上述有刷直流电机的特征在于：上述各刷的与换向器滑动接触的宽度所对的角度WB被设定成满足WB＞WP×（N＋1）/2－LB＋WI（WP为换向器节距的宽度所对的角度，WI为换向器间的宽度所对的角度，LB为相邻的异极刷间的宽度所对的角度）。

[0017] 另外，本发明的有刷直流电机，包括：定子，具有2×P个磁极（P为3以上的奇数）；电枢芯，被保持成可相对于上述定子旋转，在周向上具有P×N＋1个齿（N为5以上的奇数）；换向器，被保持成与上述电枢芯一体旋转，具有数量与上述齿相同的换向片；以单重波形绕法卷绕在上述齿上的绕组；和与上述换向器滑动接触地配置的两个阳极刷和两个阴极刷，上述有刷直流电机的特征在于：上述各刷的与换向器滑动接触的宽度所对的角度WB被设定成满足WB＞WP×（N＋1）－（180－LB＋WI）（WP为换向器节距的宽度所对的角度，WI为换向器间的宽度所对的角度，LB为相邻的异极刷间的宽度所对的角度）。

[0018] 另外，本发明的车辆用制动系统包括上述有刷直流电机。

[0019] 发明效果

[0020] 根据本发明，即使刷的数量为4个，通过使刷宽度所对的角度大于一定的角度，也能够使无效线圈数量的变化比例（即（最大无效线圈数量－最小无效线圈数量）/最小无效线圈数量）为1以下，因此能够抑制转矩波动。

[0021] 上述内容以外的技术问题、技术特征和技术效果能够通过下述实施例的说明变得明确。

附图说明

[0022] 图1是将实施例1的有刷直流电机平面展开的示意图。

[0023] 图2表示在实施例1的有刷直流电机中，使刷的宽度所对角度为24度时的无效线圈数量与时间变化的关系。

[0024] 图3表示实施例1的无效线圈数量的变化比例与刷的宽度所对角度的关系。

[0025] 图4表示在实施例2的有刷直流电机中，使刷的宽度所对角度为16度时的无效线圈数量与时间变化的关系。

[0026] 图5表示实施例2中的无效线圈数量的变化比例与刷的宽度所对角度的关系。

[0027] 图6是能够得到与实施例1或实施例2同等效果的极数与齿数的组合的例子。

[0028] 图7是使用本发明的有刷直流电机的车辆用制动系统的概要图。

[0029] 图8是有刷直流电机的XZ截面图。

[0030] 图9是具有6个刷的直流电机的轴向（XY）截面图。

[0031] 图10是将现有技术的有刷直流电机平面展开的示意图。

[0032] 图11是具有4个刷的直流电机的轴向（XY）截面图。

[0033] 附图标记说明

[0034] 100机壳、101前板、102磁体、103刷保持器、104刷、105阳极刷、106阴极刷、107轴承、110轴、111换向器、111a换向片、111b绝缘件、112芯、112a齿、112b芯轭部、113绕组、113a线圈、114槽、21制动踏板、22主气缸、23油压配管、24油压控制单元、25车轮制动装置。

具体实施方式

[0035] （实施例1）

[0036] 图1表示将本发明实施例1的有刷直流电机的齿112a和槽114、绕组113、换向片111a、刷104平面展开的示意图。其中未图示的磁极的数量可为2×P（其中，P为3以上的奇数）个，齿的数量可为P×N±2（其中，N为4以上的偶数）个。在本实施例中，令P＝3、N＝6，即磁极数为6个，齿数为20个。线圈113a与图10同样以双重波形绕法卷绕（形成双波绕组）。这样构成的有刷直流电机中，4个刷104的与换向片111a滑动接触的周向上的各宽度所对角度WB被设定为，令换向片111a的周向上的配置周期的宽度所对角度（即周期长度所对的圆心角）为WP、相邻的换向片111a间的周向上的宽度所对角度为WI时，满足WB＞WP＋WI。

[0037] 另外，关于上述WB、WP、WI和相邻的异极刷的周向上的宽度所对角度LB，在图1中局部放大表示。本实施方式中，WP＝18度、WI＝2度、LB＝60度，因此当例如使刷的宽度所对角度为24度时，满足上述关于刷的宽度所对角度WB的关系式。

[0038] 图2表示本实施例中阳极刷间的无效线圈113a的数量Ns的时间变化的详细情况。其中，通过使刷104的位置移动来模拟芯112的旋转。如图2（a）所示，在阳极刷105b位于换向片111a间的周向上的大致中心时，另一个阳极刷105a也与2个换向片111a滑动接触，2个阳极刷之间不与阳极刷接触的换向片111a的数量为5个。此时，图中粗线表示的线圈113a成为无效线圈，无效线圈共计为3个。接着，如图2（b）所示，在芯112稍稍旋转，阳极刷105a与3个换向片111a滑动接触时，无效线圈共计为4个。进一步使芯112稍稍旋转，则如图2（c）所示，2个阳极刷105各自与2个换向片111a接触，2个阳极刷间不与阳极刷接触的换向片111a的数量为4个。此时，无效线圈共计为2个。进一步使芯112稍稍旋转，如图2（d）所示，阳极刷105b与3个换向片111a滑动接触时，无效线圈共计为4个。进一步使芯112稍稍旋转，则成为与图2（a）相同的状态，芯112由此旋转了与换向器节距WP对应的角度，之后重复上述操作。这样，芯112旋转的过程中阳极刷间的无效线圈的数量重复成为3个、4个、2个、4个。

[0039] 图3中针对与本发明实施例1同样具有2×P个磁极、P×N±1个齿、4个刷和以双重波形绕法卷绕的绕组的有刷直流电机，表示了共阳极刷间的无效线圈数量的时间变化与刷宽度间的依赖关系。此时，改变刷宽度时的转矩波动依赖于无效线圈数量的变化比例（（最大无效线圈数量－最小无效线圈数量）/最小无效线圈数量）。

[0040] 如背景技术所示，在使刷的数量为6个的现有技术中，无效线圈的变化比例是（2－1）/1，为1。在刷的数量为4个时，通过使刷的宽度所对角度大于WP＋WI，使得无效线圈数量的变化比例成为1以下，因此能够实现与刷的数量为6个时同等的低转矩波动。此外，由于能够使刷的数量为4个，因此电源配线变得简单，能够降低成本。

[0041] （实施例2）

[0042] 图4中表示将本发明实施例2的有刷直流电机的齿112a和槽114、绕组113、换向片111a、刷104平面展开的示意图。未图示的磁极的数量可为2×P个，齿的数量可为P×N－1个。在本实施例中，令P＝3、N＝7，即磁极数为6个，齿数为20个。导线的一端部与第二个换向片111a连接的线圈113a卷绕于T4～T6的齿112a，另一个端部与第九个换向片111a连接。然后，与上述第9个换向片111a连接的导线接着卷绕于T11～T13的齿112a，另一个端部与第十六个换向片111a连接。通过重复上述操作，多个线圈113a连续地卷绕于全部的齿112a，该接线状态称为单重波形绕法（单波绕组）。这样构成的有刷直流电机中，4个刷104的与换向片111a滑动接触的周向上的各宽度所对角度WB被设定为满足WB＞WP×（N＋1）/2＋WI－LB。本实施方式中，WP＝18度、WI＝2度、LB＝60度，因此当例如刷的宽度所对角度为16度时，满足上述关于刷的宽度所对角度WB的关系式。

[0043] 接着，使用图4描述本实施例中阳极刷间的无效线圈113a的数量Ns的时间变化的详细情况。如图4（a）所示，在阳极刷105b位于换向片111a间的周向上的大致中心时，另一个阳极刷105a也与2个换向片111a滑动接触，2个阳极刷间不与阳极刷接触的换向片111a的数量为5个。此时，图中粗线表示的线圈113a成为无效线圈，无效线圈共计为4个。
接着，如图4（b）所示，在芯112稍稍旋转，阳极刷105a与1个换向片111a滑动接触时，无效线圈总计3个。进一步使芯112稍稍旋转，则如图4（c）所示，2个阳极刷105各自与2个换向片111a接触，2个阳极刷间不与阳极刷接触的换向片111a的数量为4个。此时无效线圈共计为5个。进一步使芯112稍稍旋转，如图4（d）所示，阳极刷105b与1个换向片
111a滑动接触时，无效线圈共计为3个。进一步使芯112稍稍旋转，则成为与图4（a）相同的状态，芯112由此旋转了与换向器节距WP对应的角度，之后重复上述操作。这样，芯112旋转的过程中阳极刷间的无效线圈的数量重复成为4个、3个、5个、3个。

[0044] 图5中针对与本发明实施例2同样具有2×P个磁极、P×N－1个齿、4个刷和以单重波形绕法卷绕的绕组的有刷直流电机，表示了阳极刷间的无效线圈数量的时间变化与刷宽度间的依赖关系。在单波绕组的情况下，通过使刷的宽度所对角度大于WP×（N＋1）/2－LB＋WI，能够使无效线圈数量的变化比例为1以下，能够实现与6个刷同等的低转矩波动。

[0045] 此外，在磁极数量为2×P个，齿的数量为P×N＋1个，绕组以单重波形绕法卷绕而成的情况下，通过使刷的宽度所对角度大于WP×（N＋1）－（180－LB）＋WI，也能够得到同样的效果。

[0046] 图6表示能够得到与本实施例同等效果的磁极数量、齿数、接线状态的组合例。通过磁极数为6个、齿数为20个的组合，磁极数和齿数的最小公倍数为60，与例如使磁极数量为4个，齿数为13个（磁极数和齿数的最小公倍数为52）的现有产品相比，齿槽转矩波动变小。当使齿数为16个以下时，与使齿数为20个的情况相比，能够使一个刷的宽度所对角度变大，因此能够抑制刷的电流密度下降、刷的温度上升。此外，当使齿数为22个以上时，与使齿数为20个的情况相比，能够进一步减小齿槽转矩波动。

[0047] （实施例3）

[0048] 使用图7，说明使用了本发明的有刷直流电机的车辆用制动系统的实施例。输入到安装在四轮车辆上的制动踏板21的力，由主气缸22转换为油压。其中，可以使输入到制动踏板21的力经由轴等传递至主气缸22，也可以使输入到制动踏板21的力转换为电信号再传递至主气缸22。直接由主气缸22生成的油压经由油压配管23送至油压控制单元24。油压控制单元24具有有刷直流电机和泵部、电子控制部。在油压控制单元24中，油压被分配而传递至分别安装于四个车轮之处的车轮制动装置25，产生车辆的制动力。此时，根据车辆的行为，利用油压控制单元24进行油压的加压或减压，由此使车辆的姿势稳定。在该油压控制单元24中使用了本发明的有刷直流电机，由此能够使从油压控制单元24喷出的油压的时间变动较小。

[0049] 另外，本发明并不限定于上述实施例，包括各种变形例。例如，上述实施例是为了容易理解地说明本发明而详细说明的内容，并非限定于具有所说明的全部结构。此外，能够将某实施例的结构的一部分置换为另一实施例的结构，能够在某一实施例的结构中添加其它实施例的结构。并且，对于各实施例的结构的一部分，能够进行另它结构的添加、删除、置换。