(57)【要約】【課題】整流子に接触させるブラシを安定して保持する。【解決手段】整流子電動機１は、整流子５と、ブラシユニット６とを備え、ブラシユニット６は、整流子５と接触するブラシ６４と、ブラシ６４を保持する可変ホルダ６１と、ブラシ６４を整流子５に向けて押圧するばね６３とを有し、可変ホルダ６１は、形状記憶合金で形成されており、ブラシ６４の変形に応じてブラシ６４と接触した状態で変形する。【選択図】図１
2018098893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流子と、
ブラシユニットと
を備え、
前記ブラシユニットは、
前記整流子と接触するブラシと、
前記ブラシを保持する第１の保持部と、
前記ブラシを前記整流子に向けて押圧する押圧部と
を有し、
前記第１の保持部は、形状記憶合金で形成されており、前記ブラシの変形に応じて前記ブラシと接触した状態で変形する
整流子電動機。
【請求項２】
前記第１の保持部は、前記ブラシと常に接触している請求項１に記載の整流子電動機。
【請求項３】
前記第１の保持部は、温度変化に応じて前記ブラシと接触した状態で変形する請求項１又は２に記載の整流子電動機。
【請求項４】
前記第１の保持部は、前記ブラシの膨張に応じて前記ブラシと接触した状態で変形する請求項１から３のいずれか１項に記載の整流子電動機。
【請求項５】
前記第１の保持部は、前記ブラシの収縮に応じて前記ブラシと接触した状態で変形する請求項１から４のいずれか１項に記載の整流子電動機。
【請求項６】
前記ブラシユニットは、前記第１の保持部を保持する第２の保持部を有する請求項１から５のいずれか１項に記載の整流子電動機。
【請求項７】
前記第１の保持部と前記第２の保持部とは同じ材料で形成されている請求項６に記載の整流子電動機。
【請求項８】
前記第１の保持部は、
前記ブラシを保持し、変形可能な第１の部分と、
前記第１の部分と一体的に形成されており、前記第２の保持部に固定される第２の部分と
を有する請求項６又は７に記載の整流子電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流子電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電気掃除機などの電気機器の駆動源として整流子電動機が用いられている。整流子電動機では、電気エネルギーの入力側であるブラシを、回転エネルギーの出力側である整流子と接触させることで、ブラシと整流子とが電気的に接続され、電源からの電気エネルギーがブラシを通して整流子に供給される。ブラシと整流子とは物理的に分離されているため、ばねなどの弾性材によってブラシを整流子に押し付ける方法が用いられている。整流子は、回転軸の回転に伴ってブラシに対して摺動するため、ブラシの振動などの挙動を規制する必要がある。そのため、ブラシの振動を規制するホルダなどのブラシ挙動規制部材を用いたブラシ保持装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に開示されたブラシ保持装置では、ブラシ挙動規制部材（リテイナー）の材料として形状記憶合金が用いられている。このブラシ保持装置で用いられる形状記憶合金は、常温時では、ブラシから離間されており、予め記憶された温度に達すると、ブラシを挟持するように変形する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−１８３９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、整流子は、回転軸の回転に伴ってブラシに対して摺動するため、ホルダとブラシとの間に隙間が形成されている場合、ブラシが振動（例えば、チャタリング）を起こす場合がある。この振動によって、ブラシと整流子との接触が不安定となり、ブラシと整流子との間においてショートとオープンとが繰り返し発生し、ブラシと整流子との接触部分が電気的に摩耗する。また、ブラシと整流子との摩擦によってブラシの温度が上昇すると、ブラシが膨張する場合がある。そのため、ブラシの温度が上昇したときに、ホルダがブラシを挟持するように変形すると、ブラシがホルダに固着する場合がある。この場合、ブラシを整流子に安定して接触させることができないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、整流子に接触させるブラシを安定して保持することができる整流子電動機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の整流子電動機は、整流子と、ブラシユニットとを備え、前記ブラシユニットは、前記整流子と接触するブラシと、前記ブラシを保持する第１の保持部と、前記ブラシを前記整流子に向けて押圧する押圧部とを有し、前記第１の保持部は、形状記憶合金で形成されており、前記ブラシの変形に応じて前記ブラシと接触した状態で変形することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、整流子に接触させるブラシを安定して保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る整流子電動機の構造を概略的に示す断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、ブラシユニットの構造を概略的に示す断面図である。
【図３】ブラシの温度変化の一例を示す図である。
【図４】可変ホルダの構造を概略的に示す斜視図である。
【図５】（ａ）は、整流子電動機内の高温時におけるブラシユニットの状態を示す断面図であり、（ｂ）は、低温時におけるブラシユニットの状態を示す断面図である。
【図６】可変ホルダにおける歪みと応力との関係を示す図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、ブラシユニットの構造を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る整流子電動機１について以下に説明する。
各図に示されるｘｙｚ直交座標系において、ｚ軸方向（ｚ軸）は、整流子電動機１の回転軸４の軸線Ａ１（軸心）と平行な方向（「軸方向」ともいう）を示し、ｘ軸方向（ｘ軸）は、ｚ軸方向（ｚ軸）に直交する方向を示し、ｙ軸方向は、ｚ軸方向及びｘ軸方向の両方に直交する方向を示す。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態１に係る整流子電動機１の構造を概略的に示す断面図である。
整流子電動機１は、ステータ２と、ロータ３と、回転軸４と、整流子５と、ブラシユニット６と、軸受７ａ及び７ｂとを有する。軸受７ａ及び７ｂは、回転軸４の両端を回転自在に支持する。
【００１２】
ロータ３は、回転軸４（軸線Ａ１）を中心として回転自在である。ロータ３は、ステータ２の内側に、空隙を介して回転自在に配置されている。
【００１３】
図２（ａ）及び（ｂ）は、ブラシユニット６の構造を概略的に示す断面図である。
ブラシユニット６は、第１の保持部としての可変ホルダ６１と、可変ホルダ６１を保持する第２の保持部としてのブラシホルダ６２と、押圧部としてのばね６３と、ブラシ６４とを有する。
【００１４】
ブラシユニット６は、整流子電動機１内において固定されている。例えば、ブラシユニット６は、樹脂によってステータ２と一体化されている。
【００１５】
ブラシ６４は、整流子５と接触している。ブラシ６４は、例えば、カーボンブラシである。
【００１６】
図３は、ブラシ６４の温度変化の一例を示す図である。
図３に示されるように、ブラシ６４は、整流子電動機１の駆動時間が増加するにつれて、温度が上昇する特性を持っている。
【００１７】
ブラシホルダ６２は、例えば、アルミニウムなどの金属、又は樹脂などによって形成されている。ブラシホルダ６２は、図３に示される温度変化に関わらず変形しない構造及び材料によって形成されていることが望ましい。
【００１８】
ばね６３の一端側は、ブラシホルダ６２に固定されており、他端側は、ブラシ６４に固定されている。この状態で、ばね６３は、ブラシ６４を整流子５に向けて押圧している。
【００１９】
図４は、可変ホルダ６１の構造を概略的に示す斜視図である。
可変ホルダ６１は、変形可能な可変部６１ａ（第１の部分）と、ブラシホルダ６２に固定される固定部６１ｂ（第２の部分）とを有する。
【００２０】
可変ホルダ６１は、変形可能な材料で形成される。本実施の形態では、可変ホルダ６１は、形状記憶合金で形成されている。形状記憶合金は、例えば、チタンとニッケルとの合金、又は鉄−マンガン−ケイ素合金などである。可変ホルダ６１の構造及び材料として、図３に示される温度変化に応じた形状変化が可能な構造及び材料を用いることが望ましい。さらに、可変ホルダ６１の構造及び材料として、ブラシ６４の変形に応じた形状変化が可能な構造及び材料を用いることが望ましい。
【００２１】
固定部６１ｂは、可変部６１ａと一体的に形成されている。固定部６１ｂは、温度変化及びブラシ６４から受ける荷重に関わらず、変形しにくい構造を持つことが望ましい。
【００２２】
可変ホルダ６１は、ブラシホルダ６２に固定されており、ブラシ６４を保持する。具体的には、固定部６１ｂがブラシホルダ６２に取り付けられており、可変部６１ａがブラシ６４と接触し、保持する。本実施の形態では、固定部６１ｂは、ブラシホルダ６２の先端部に固定されている。可変ホルダ６１（例えば、可変部６１ａ）は、常に一定の拘束力（保持力）でブラシ６４と接触している。
【００２３】
図４に示される例では、可変ホルダ６１は、４つの可変部６１ａを有する。すなわち、４つの可変部６１ａによって、４方向からブラシ６４を保持する。
【００２４】
図５（ａ）は、整流子電動機１内（例えば、ブラシ６４及び可変ホルダ６１の温度）の高温時におけるブラシユニット６の状態（第２の状態）を示す断面図であり、（ｂ）は、低温時におけるブラシユニット６の状態（第１の状態）を示す断面図である。
【００２５】
ブラシ６４又は可変ホルダ６１の温度などの整流子電動機１内の温度が常温又は低温の状態において、可変ホルダ６１の可変部６１ａがブラシ６４と接触している状態を、「第１の状態」という。
【００２６】
図５（ａ）に示されるように、可変ホルダ６１は、一定の温度以上に上昇すると、第１の状態から第２の状態に変形する。具体的には、可変ホルダ６１の可変部６１ａが、可変ホルダ６１の温度の上昇に応じて、ブラシ６４と接触した状態でブラシ６４から離れる方向（図５（ａ）において矢印Ｄ１で示される方向）に変形する。整流子電動機１内の温度上昇又はブラシ６４の膨張によって可変ホルダ６１が変形した状態を「第２の状態」という。
【００２７】
図６は、可変ホルダ６１における歪みεと応力σとの関係を示す図である。
整流子電動機１内の温度の上昇（具体的には、ブラシ６４の温度の上昇）によって、ブラシ６４が膨張する場合がある。この場合、可変ホルダ６１は、ブラシ６４の膨張に応じて、第１の状態から第２の状態に変形する。具体的には、可変ホルダ６１（具体的には、可変部６１ａ）は、図６に示されるように、ブラシ６４の膨張に応じて、ブラシ６４からの負荷を受け、ブラシ６４と接触した状態でブラシ６４から離れる方向に変形する。
【００２８】
整流子電動機１内の温度（具体的には、ブラシ６４の温度）が上昇した後、整流子電動機１内の温度が低下すると、図６に示されるように、ブラシ６４は、膨張した状態から元の形状に収縮する。図５（ｂ）に示されるように、ブラシ６４の収縮に応じて、ブラシ６４からの負荷の低下（除荷）により、可変ホルダ６１は、元の形状（第１の状態）に戻る。
【００２９】
例えば、可変ホルダ６１の温度の上昇に応じて可変部６１ａが変形する場合、可変ホルダ６１の温度が上昇すると、可変部６１ａは、ブラシ６４から離れる方向に変形する。この状態（第２の状態）において、可変ホルダ６１の温度が低下すると、可変ホルダ６１の可変部６１ａは、ブラシ６４から離れる方向に変形した状態（第２の状態）から、第１の状態に変形する。したがって、整流子電動機１内の温度（例えば、ブラシ６４及び可変ホルダ６１の温度）が上昇した後、整流子電動機１内の温度が低下すると、ブラシ６４が収縮し、ブラシ６４の収縮に応じて、可変ホルダ６１は、ブラシ６４と接触した状態で、第２の状態から第１の状態に変形する。具体的には、可変部６１ａは、ブラシ６４と接触した状態で、ブラシ６４に近づく方向（図５（ｂ）において矢印Ｄ２で示される方向）に変形する。
【００３０】
上記のように、可変ホルダ６１（具体的には、可変部６１ａ）は、ブラシ６４又は可変ホルダ６１の温度変化などの整流子電動機１内の温度変化に応じて、ブラシ６４と接触した状態で変形することができる。
【００３１】
これにより、整流子電動機１内の温度に関わらず、ブラシユニット６（具体的には、可変ホルダ６１）は、常にブラシ６４を保持することができる。言い換えると、可変ホルダ６１は、ブラシ６４の変形（膨張及び収縮）に応じて、ブラシ６４と接触しながら変形し、ブラシ６４を常に一定の拘束力で保持することができる。
【００３２】
実施の形態２．
実施の形態１では、可変ホルダ６１は、変形可能な４つの可変部６１ａを有するが、ブラシ６４の押し付け方向（＋ｘ方向）以外の方向への移動（ブラシ６４の位置変化）を規制することができれば、可変ホルダ６１は少なくとも１つの可変部６１ａを有すればよい。
【００３３】
例えば、可変部６１ａの数は２つでもよい。この場合、ブラシ６４は、２つの可変部６１ａと接触する。これにより、ブラシ６４は、２方向から可変ホルダ６１内の１つの隅に向けて押し付けられて、保持される。
【００３４】
実施の形態３．
実施の形態１では、可変ホルダ６１（具体的には、固定部６１ｂ）は、ｘ軸方向におけるブラシホルダ６２の先端部に固定されているが、可変ホルダ６１（具体的には、可変部６１ａ）がブラシ６４に常時接触していればよく、可変ホルダ６１の固定位置はブラシホルダ６２の先端部以外でもよい。例えば、可変ホルダ６１の固定部６１ｂを、ｘ軸方向におけるブラシホルダ６２の中央部に固定してもよい。
【００３５】
実施の形態４．
可変ホルダ６１とブラシホルダ６２とは同じ材料で形成されていてもよい。すなわち、可変ホルダ６１とブラシホルダ６２とは、同じ形状記憶合金によって形成されていてもよい。ただし、ブラシホルダ６２は、温度変化に関わらず変形しない構造を持つことが望ましい。
【００３６】
実施の形態５．
図７（ａ）及び（ｂ）は、ブラシユニット６ａの構造を概略的に示す断面図である。
ブラシユニット６ａは、ブラシユニット６の代わりに整流子電動機１に用いることができる。
【００３７】
ブラシユニット６ａは、可変ホルダ６１（本実施の形態では、第１の保持部）と、ばね６３と、ブラシ６４とを有する。すなわち、ブラシユニット６ａは、ブラシホルダ６２を有していない点で、図２に示されるブラシユニット６と異なる。ブラシユニット６ａにおいて、ばね６３は、可変ホルダ６１（具体的には、固定部６１ｂ）に固定されている。
【００３８】
上記で説明した各実施の形態に係る整流子電動機１の効果を以下に説明する。
【００３９】
整流子電動機１によれば、整流子５に接触させるブラシ６４を安定して保持することができる。これにより、安定した整流子電動機１の駆動を実現することができる。
【００４０】
さらに、可変ホルダ６１の可変部６１ａがブラシ６４と常時接触しているので、ブラシ６４の振動（チャタリング）を抑え、ブラシ６４と整流子５との接触を安定させることができる。例えば、整流子５の表面に凹凸がある場合でも、ブラシ６４の押し付け方向と直交する方向（ｙ軸方向）へのブラシ６４の振動を抑えることができる。これにより、ブラシ６４の摩耗を低減することができる。
【００４１】
整流子電動機１内の温度（例えば、ブラシ６４の温度）の上昇によってブラシ６４が膨張する場合があるが、この場合でも、可変部６１ａは、ブラシ６４と接触した状態でブラシ６４から離れる方向に変形する。すなわち、ブラシ６４の膨張による可変ホルダ６１（具体的には、可変部６１ａ）への荷重を緩和するように、可変部６１ａが変形する。したがって、ブラシ６４は過剰な力で押さえられることがない。これにより、ブラシ６４がブラシホルダ６２及び可変ホルダ６１内で固着することを防止することができる。
【００４２】
整流子電動機１内の温度（例えば、ブラシ６４の温度）の上昇によってブラシ６４が膨張した後、整流子電動機１内の温度が低下すると、ブラシ６４は、膨張した状態から元の形状に収縮する。この場合でも、可変ホルダ６１は、ブラシ６４の収縮に応じて、ブラシ６４と接触しながら変形するので、ブラシ６４を常に一定の拘束力で保持することができる。これにより、ブラシユニット６は、整流子電動機１内の温度に関わらず、ブラシ６４を安定して保持することができる。
【００４３】
以上に説明したように、整流子電動機１によれば、ブラシ６４を安定して保持することにより、ブラシ６４の摩耗を低減することができる。さらに、可変ホルダ６１へのブラシ６４の固着を防止することができるので、整流子電動機１の寿命を長くすることができる。
【００４４】
以上に説明した各実施の形態における特徴は、互いに適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  整流子電動機、  ２  ステータ、  ３  ロータ、  ４  回転軸、  ５  整流子、  ６  ブラシユニット、  ７ａ，７ｂ  軸受、  ６１  可変ホルダ（第１の保持部）、  ６１ａ  可変部、  ６１ｂ  固定部、  ６２  ブラシホルダ（第２の保持部）、  ６３  ばね（押圧部）、  ６４  ブラシ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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