(57)【要約】【課題】ディスクコンミテータを用いたモータにおいて、ブラシの摩耗を抑制する。【解決手段】ディスクコンミテータ３２に放射状に配設された複数の扇状の導電部３６に摺接するブラシ部材５０の摺接面の形状を矩形に形成し、矩形における両長辺がディスクコンミテータの直径に平行するようにブラシを配設する。複数の導電部の境界線に対して斜行する縁を有する形状に形成したことから、ブラシにおける次の導電部への切り替わりが徐々に行われるため、整流性が良く、一気に切り替わった時に起きる火花が生じることを抑制し得る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
扇形導電体からなるセグメントを平面上で放射状に配設されたディスクコンミテータの当該複数のセグメントに摺接するブラシを有する回転電機のブラシ装置であって、
前記ブラシの摺接面における前記摺接する方向の前側と後側との少なくとも一方の縁が、
前記複数のセグメントを分割する境界線上にて当該境界線に対して斜行するように形成されている回転電機のブラシ装置。
【請求項２】
前記摺接面に凹部が設けられている請求項１に記載の回転電機のブラシ装置。
【請求項３】
前記凹部が、前記摺接面における前記摺接する方向に対して中央に設けられている請求項２に記載の回転電機のブラシ装置。
【請求項４】
前記摺接面が矩形に形成されている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の回転電機のブラシ装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の前記回転電機のブラシ装置と、前記ブラシ装置が固定されるハウジングと、前記ハウジングに回転自在に支持される回転子とを有する回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスクコンミテータを用いた回転電機のブラシ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動モータの給電装置として、ロータの軸線方向端部に取り付けられてロータと一体回転する円板状のディスクコンミテータと、モータハウジング側に固定配置されてディスクコンミテータと摺接するブラシ部材を含むブラシ装置とによるものがある（例えば、特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３２４９０８号公報
【特許文献２】特開２００４−３０４９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のブラシ装置では、図８に示されるように、ディスクコンミテータ３２を構成する複数の扇形状のセグメント３６が円板面上で放射状に配設され、ブラシ６０が円板面上の各セグメント３６に対して順次摺接する。そのようなディスクコンミテータ３２におけるブラシ６０の摺接面の形状としては図に示されるようにディスクコンミテータ３２の軸線方向（図面の表裏方向）から見た平面視で台形状に形成されている。しかしながら、セグメント３６間の隙間からなる境界３６ａをブラシ６０の縁が横切ってセグメント３６を切り替える時に電流の正負の切り替わりがあり、その切り替わり変化が大きい場合には火花が生じ、それによりブラシ６０の摩耗が早くなってしまうという問題がある。
【０００５】
ブラシの磨耗を減らすため、円筒面形状のコンミテータを備えたブラシモータでは、ブラシの接触面をできるだけ広く取り、ブラシ電流密度を下げることが行われている。しかしながら、ブラシの接触面をできるだけ広くとるために、ディスクコンミテータを半径方向外側へ拡張すると、ディスクコンミテータの外側の制約を受け、限界がある。また、ディスクコンミテータを周方向（幅方向）へ拡張すると、導体数の制約を受けてしまうため、ブラシの接触面を広く取ることができない。すなわち、ディスクコンミテータのように扇形状のセグメントが放射状に配設されたものにおいて、ブラシの摺接面を増大させるには限界がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決して、ディスクコンミテータを用いた回転電機において、ブラシの摩耗を抑制し得ることを実現するために本発明に於いては、扇形導電体からなるセグメントを平面上で放射状に配設されたディスクコンミテータの当該複数のセグメントに摺接するブラシを有する回転電機のブラシ装置であって、前記ブラシの摺接面における前記摺接する方向の前側と後側との少なくとも一方の縁が、前記複数のセグメントを分割する境界線上にて当該境界線に対して斜行するように形成されているものとした。
【０００７】
特に、前記摺接面に凹部が設けられ、さらに前記凹部が、前記摺接面における前記摺接する方向に対して中央に設けられていると良く、また、前記摺接面が矩形に形成されていると良い。また、上記構成の回転電機のブラシ装置と、前記ブラシ装置が固定されるハウジングと、前記ハウジングに回転自在に支持される回転子とを有する回転電機であると良い。
【発明の効果】
【０００８】
このように本発明によれば、ディスクコンミテータにおけるブラシの形状を、複数のセグメントの境界線に対して斜行する縁を有する形状に形成したことから、ブラシにおける次のセグメントへの切り替わりが徐々に行われるため、整流性が良く、一気に切り替わった時に起きる火花が生じることを抑制し得る。
【０００９】
また、従来のブラシ形状においては、ブラシの摺接面の一方の端部は、ディスクコンミテータと接触するが、ブラシの摺接面の他方の端部は、ディスクコンミテータと接触しない場合がある。それに対して、本発明のブラシのように、ブラシの摺接面に凹部を形成することによりブラシの摺接面の両端部に、バランスよく接触圧を加えることができ。さらに、ブラシの摺接面における摺接する方向に対して中央に溝を形成することで、通常形状のブラシの接触圧よりも高い圧力を、ブラシの両端部にバランスよく加えることができる。これにより、ブラシの両端部に高い接触圧を発生させることができ、ブラシの両端部はディスクコンミテータと確実に摺接するため、モータの使用の初期段階においてもモータの特性が安定する。
【００１０】
また、摺接面が矩形であることにより、ブラシを直方体に形成することができるため加工が容易になると共に、ディスクコンミテータにおける扇形状のセグメントに対して、次のセグメントへの切り替わりの始めと終わりとの両部分で徐々に切り替わることを容易に実現でき、整流性をより一層向上し得る。また、上記したように構成された回転電機のブラシ装置を回転電機に設けることにより、ディスクコンミテータを用いた回転電機のブラシ耐摩耗性を向上し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の電動モータの全体構成を示す図である。
【図２】図１の矢印II−II線に沿って見たディスクコンミテータおよびブラシを示す図である。
【図３】（ａ）はディスクコンミテータの回転角度に対するブラシの接触面積の変化を示す図であり、（ｂ）は接触抵抗の変化を示す図である。
【図４】整流曲線を示す図である。
【図５】（ａ）は従来のディスクコンミテータの回転角度に対するブラシの接触面積の変化を示す図であり、（ｂ）は接触抵抗の変化を示す図である。
【図６】図２の矢印VI−VI線に沿って見たブラシの要部断面図である。
【図７】（ａ）はブラシの別の形状を示す図であり、（ｂ）はブラシのさらに別の形状を示す図である。
【図８】従来のディスクコンミテータおよびブラシを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、第１の実施形態の始動用電動機Ｍの全体構成を示している。始動用電動機Ｍは、車両のエンジン（不図示）に固定されるモータハウジング（ハウジング）１６と、モータハウジング１６に回転自在に支持される回転子３０とを有している。モータハウジング１６は、複数の永久磁石１８を備えた円筒形状のヨーク１０と、ヨーク１０の一方の開口周縁部１０ａに固定され、給電部Ｅとブラシ装置４０とを有するリアブラケット１４と、ヨーク１０の他方の開口周縁部１０ｂに固定されるフロントブラケット１２とを有している。
【００１３】
回転子３０は、ブラシ装置４０を介して、給電部Ｅと電気的に接続されるコイル２８を有しており、永久磁石１８に対向して、モータハウジング１６の内部に配されている。そのため、給電部Ｅからブラシ装置４０を介して、コイル２８に電流が供給されると、回転子３０は励磁される。すなわち、コイル２８に電流が供給されると、回転子３０には周方向に力が発生し、回転子３０が回転し、エンジンは駆動される。
【００１４】
回転子３０は、ロータコア２６と、ディスクコンミテータ３２と、ロータコア２６とディスクコンミテータ３２とが圧入されたシャフト２４とを有している。回転子３０のシャフト２４の一方の端部２４ａは、リアブラケット１４に圧入されたオイルレスメタル２２に挿入され、回転子３０のシャフト２４の他方の端部２４ｂは、フロントブラケット１２に圧入されたベアリング２０に挿入される。
【００１５】
回転子３０のシャフト２４には、ロータコア２６とディスクコンミテータ３２とが圧入されており、回転子３０は、モータハウジング１６によって回転自在に支持される。シャフト２４の他方の端部２４ｂには、ギヤ２４ｃが形成されており、エンジンのギヤ（不図示）と噛合する。そのため、回転子３０の回転に伴って、エンジンは駆動される。
【００１６】
シャフト２４に圧入されるロータコア２６は、磁性材料からなる複数のコアプレートを積層形成したものであって、Ｔ字状のティース部１２０を有している。なお、第１の実施形態において、ロータコア２６は、整流性を向上させるために、３２個のティース部１２０を有している。ただし、整流性を向上させるためには、ロータコア２６は、２５個から３５個のティース部１２０を有していれば良い。
【００１７】
積層形成されたロータコア２６は、絶縁性を確保するためにコーティング材によって被覆されている。コーティング材によって被覆されたロータコア２６のティース部１２０には、コイル２８が巻装されており、コイル２８は、コーティング材によってロータコア２６に固定される。そのため、コイル２８同士が接触する恐れはなく、コイル２８の絶縁性は確保される。なお、始動用電動機Ｍの整流性を向上させるために、コイル２８は、短節巻で、ロータコア２６のティース部１２０に巻装されている。
【００１８】
シャフト２４に圧入されるディスクコンミテータ３２は、回転子３０と一体に回転する。ディスクコンミテータ３２は、複数の扇状の導電部（セグメント）３６を有しており、円盤状に形成された絶縁性のベース部材３４は、扇状に形成された導電部３６を含んで、インサート成形されている。なお、ディスクコンミテータ３２には、コイル２８がヒュージングによって接続される。このため、ディスクコンミテータ３２は、ロータコア２６に巻装されたコイル２８と電気的に接続される。
【００１９】
モータハウジング１６は、円筒状に形成されたヨーク１０と、ヨーク１０の一方の開口周縁部１０ａとインロー嵌合するリアブラケット１４と、ヨーク１０の他方の開口周縁部１０ｂとインロー嵌合するフロントブラケット１２とを有している。始動用電動機Ｍは、リアブラケット１４に形成された脚部１４ｋを介して、ボルト（不図示）などによって、エンジンに固定される。
【００２０】
ヨーク１０は、鉄などの磁性材によって円筒状に形成されており、ヨーク１０には、複数の永久磁石１８が磁極を交互にして配設されている。ヨーク１０の一方の開口周縁部１０ａは、リアブラケット１４とインロー嵌合し、ヨーク１０の他方の開口周縁部１０ｂは、フロントブラケット１２とインロー嵌合する。そのため、ヨーク１０の開口周縁部１０ａ、１０ｂは、肉薄に形成されている。
【００２１】
ヨーク１０の他方の開口周縁部１０ｂにインロー嵌合されたフロントブラケット１２には、ボルト１１４が挿入される。ボルト１１４は、ヨーク１０を介して、リアブラケット１４に形成されたボルト孔（図示せず）に螺入される。すなわち、ヨーク１０と、リアブラケット１４と、フロントブラケット１２とは、ボルト１１４によって一体化され、始動用電動機Ｍを構成する。なお、ヨーク１０の一方の開口周縁部１０ａとリアブラケット１４の開口周縁部１４ａとの間には、ゴム製の角リング１１６が配されており、ヨーク１０の他方の開口周縁部１０ｂとフロントブラケット１２の開口周縁部１２ａとの間には、ゴム製の角リング１１６が配されている。すなわち、角リング１１６によって、ヨーク１０とリアブラケット１４の間はシールされ、ヨーク１０とフロントブラケット１２との間は、シールされる。そのため、モータハウジング１６の内部には、外部から水等が浸入することはない。
【００２２】
フロントブラケット１２は、アルミダイキャストによって碗状に形成されており、ヨーク１０の一方の開口周縁部１０ｂとインロー嵌合する。そのため、フロントブラケット１２の開口周縁部１２ａは、肉薄に形成されている。フロントブラケット１２には、筒形状のボス部１２ｂが形成されており、ボス部１２ｂには、Ｏリング１１２が固定されている。そのため、エンジンに取り付けられた始動用電動機Ｍは、Ｏリング１１２によってシールされる。
【００２３】
フロントブラケット１２には、ベアリング２０とオイルシール１０９とが圧入されている。そのため、モータハウジング１６の内部には、エンジンオイルが浸入することはない。また、フロントブラケット１２に圧入されたベアリング２０には、回転子３０のシャフト２４の他方の端部２４ｂが挿入される。そのため、回転子３０は、フロントブラケット１２によって回転自在に支持される。
【００２４】
リアブラケット１４は、アルミダイキャストによって碗状に形成されており、ヨーク１０の一方の開口周縁部１０ａとインロー嵌合する。そのため、リアブラケット１４の開口周縁部１４ａは、肉薄に形成されている。なお、第１の実施形態において、リアブラケット１４は、小型に形成されている。具体的には、リアブラケット１４の外径は、６０ｍｍから６８ｍｍの範囲内に設定されている。
【００２５】
リアブラケット１４は、回転子３０と電気的に接続される給電部Ｅと、ブラシ装置４０とを有している。給電部Ｅは、リアブラケット１４に固定されたターミナルボルト１００を有しており、ターミナルボルト１００は、不図示の外部電源と接続される。ブラシ装置４０は、ブラシホルダ４２と、ブラシホルダ４２上に形成された複数のブラシ収容部４８とを有しており、ブラシ収容部４８に収容された複数のブラシ部材５０は、ディスクコンミテータ３２の導電部３６と摺接する。
【００２６】
給電部Ｅは、ターミナルボルト１００を有している。ターミナルボルト１００は、リアブラケット１４の内側からブラシ装置４０を介して、リアブラケット１４に形成された貫通孔１０６に挿入される。貫通孔１０６に挿入されたターミナルボルト１００には、リアブラケット１４の外側からナット１０８が螺入される。したがって、ターミナルボルト１００は、ナット１０８によってリアブラケット１４に固定される。
【００２７】
リアブラケット１４の中央には、円筒形状のボス部１４ｂが突出形成されており、ボス部１４ｂには、オイルレスメタル２２が圧入されている。ボス部１４ｂに圧入されたオイルレスメタル２２には、回転子３０のシャフト２４の一方の端部２４ａが挿入される。すなわち、回転子３０は、リアブラケット１４によって回転自在に支持される。
【００２８】
ブラシホルダ４２は、正極ターミナルプレート７０と負極ターミナルプレート（図示せず）の双方を含んで、インサート成形されている。なお、実施形態では、正極ターミナルプレート７０および負極ターミナルプレートは、プレス加工によって形成された金属板である。また、ブラシホルダ４２は、リアブラケット１４に形成されたボス部１４ｂを外嵌する円筒部４４と、円筒部４４の一方の端部に形成され、リアブラケット１４の底面に当接するフランジ部４６と、円筒部４４を囲んでフランジ部４６上に形成された複数のブラシ収容部４８とを有している。ブラシ収容部４８には、正極ブラシ部材５０と負極ブラシ部材（図示せず）とが交互に収容されており、正極ブラシ部材５０および負極ブラシ部材は、カーボン材等によってそれぞれ同一の形状に形成されている。なお、正極ブラシ部材５０および負極ブラシ部材は、ブラシ収容部４８に収容された圧縮コイルばね６２（図３参照）によって付勢され、ディスクコンミテータ３２の導電部３６に摺接する。ターミナルボルト１００の頭部１０２には、正極ブラシ部材５０のピグテールが接続されている。
【００２９】
図2に示されるように、導電部３６は、ディスクコンミテータ３２の中心（ロータ軸２４の軸心）側が狭く半径方向外側が広い扇形に形成されている。そして、ディスクコンミテータ３２の軸線方向端面に放射状かつ周方向に等角度間隔で複数の導電部３６が配設されている。
【００３０】
ブラシ部材５０は、全体として直方体に形成されており、図２ではブラシ部材５０の摺接面５０ａは図における裏面側であるが、摺接面５０ａの形状である外形は、図示の通りであり、図に示されるように矩形である。その矩形における両長辺がディスクコンミテータ３２の直径に平行するようにブラシ部材５０が配設されている。これにより、例えばディスクコンミテータ３２が図の矢印Ｎに示されるように回転する場合に、導電部３６の移動において各導電部３６に対する切り替わり時に摺接面５０ａの前側となる一方の長辺に相当する縁５０ｂと後側となる他方の長辺に相当する縁５０ｃとは、各導電部３６を分割する境界（隙間）３６ａに対してディスクコンミテータ３２の軸線方向から見た平面視（図2の状態）で導電部３６の切り替わり状態で斜行する。
【００３１】
したがって、前側の縁５０ｂが各導電部３６の次のものに移り始める場合にディスクコンミテータ３２の半径方向内側から移り始める。また、後側の縁５０ｃは各導電部３６の次のものに移り終わる場合にディスクコンミテータ３２の半径方向外側から移り終わる。このようにして、ブラシ部材５０の次の導電部３６への切り替わりが徐々に行われて、図の矢印Ａに示されるブラシ部材５０のように隣り合う２つの導電部３６に跨ってそれらに整合している状態になり、ディスクコンミテータ３２の回転に伴ってそれを繰り返す。
【００３２】
この場合のブラシ部材５０における導電部３６との相対移動量（ディスクコンミテータ３２の回転角度）に対する導電部３６への接触面積の変化を図３（ａ）に示し、同様に相対移動量に対するブラシ部材５０と導電部３６との間の接触抵抗の変化を図３（ｂ）に示す。両図においてブラシ部材５０が最初に接触し始める導電部３６に対する変化が実線で、次に接触し始める導電部３６が二点鎖線で示されている。図に示されるように、最初の導電部３６にブラシ部材５０が接触し始めると、上記したように徐々に接触面積が増え、それに合わせて接触抵抗も緩やかに低減する。最初の導電部３６からの離脱においても同様に緩やかな変化となる。また、２番目の導電部３６に対しても同様である。
【００３３】
このように接触面積及び接触抵抗の変化が緩やかになることにより、整流曲線が図４の実線に示されるように、例えば正電流が流れている状態から負電流が流れる状態に移行する傾斜部分がほぼ直線状になる。この正負の移り変わり傾斜部分は直線に近ければ近いほど整流性が良く、傾斜がほぼ一定であるため大きく変化する部分がなく、火花が生じることを防止し得る。
【００３４】
それに対して従来の台形ブラシの場合を、図３（ａ）に対応する図５（ａ）、図３（ｂ）に対応する図５（ｂ）を参照して説明する。なお、それぞれ上記と同様にブラシ部材５０が最初に接触し始める導電部３６に対する変化が実線で、次に接触し始める導電部３６が二点鎖線で示されている。
【００３５】
図５に示されるように、接触し始めや離脱時に急激な変化となっている。これは、上記したように台形であり、それにより導電部３６の境界３６ａに対してブラシの縁が揃った状態で移り、一気に切り替わるためである。この従来の台形ブラシの場合の整流曲線は図４に二点鎖線で示されるように大きく波打つ傾斜曲線となる。その場合には正電流の一定状態から負側に移り始める時、およびその逆の場合も同様に傾斜が急になり、それにより大きく変化するため火花が生じ易い。
【００３６】
本発明では上記したように整流曲線がほぼ直線に近いため、一定の傾斜で変化し、火花も生じなく、火花発生による摩耗が防止されるため、良好な整流特性が長期に亘って安定する。
【００３７】
また、図１および図６に併せて示されるように、ブラシ部材５０の摺接面５０ａには凹部として図示例では矩形における両長辺と平行な１本の溝５０ｄが、摺接面５０ａにおける摺接する方向に対して中央となる位置に形成されている。これにより、通常形状のブラシの接触圧よりも高い圧力を、ブラシ部材５０の両端部（摺接方向前後端部）にバランスよく加えることができるため、ブラシ部材５０の両端部に高い接触圧を発生させることができ、ブラシ部材５０の両端部はディスクコンミテータ３２と確実に摺接するため、モータの使用の初期段階においてもモータの特性が安定化する。なお、凹部としては溝５０ｄに限られるものではなく、また溝５０ｄの場合の延在方向も図示例に限られるものではない。
【００３８】
このように摺接面５０ａに溝５０ｄを設けることにより、摺接面５０ａのディスクコンミテータ３２への接触面積が減少するため、同じ（ばね定数などが同一）付勢力のばね５１を用いた場合にブラシ部材５０の導電部３６への単位面積当たりの荷重を上げることができる。さらに、接触圧が上がることにより、ディスクコンミテータ３２とブラシ部材５０との初期馴染みが早く済み、モータの初期特性が早期に安定化し得る。
【００３９】
また、ディスクコンミテータ３２の軸線方向から見た平面視でのブラシ部材５０（摺接面５０ａ）の形状は、図１の矩形に限られるものではなく、その他の例の一部を図７に示す。図７（ａ）はブラシ部材５０の導電部３６に対する相対的な前進方向となる前側の縁５０ｂは上記図示例と同じであるが、相反する側となる後側の縁５０ｃが、ブラシ部材５０が隣り合う２つの導電部に３６に整合している状態で境界３６ａに一致する斜辺となるように形成されている。また、図７（ｂ）は図７（ａ）とは逆に後側の縁５０ｃが境界３６ａに一致する斜辺となるように形成されている。これらの場合にも、摺接面５０ａが次の導電部３６に切り替わる時に徐々に移行するため、上記した作用効果が得られる。
【符号の説明】
【００４０】
３２  ディスクコンミテータ
３６  導電部
４０  ブラシ装置
４２  ブラシホルダ
４８  ブラシ保持部
５０  ブラシ
５０ａ  摺接面
５０ｂ・５０ｃ  縁
５０ｄ  溝
【図１】
2010166747.tif 000003
【図２】
2010166747.tif 000004
【図３】
2010166747.tif 000005
【図４】
2010166747.tif 000006
【図５】
2010166747.tif 000007
【図６】
2010166747.tif 000008
【図７】
2010166747.tif 000009
【図８】
2010166747.tif 000010