(57)【要約】【課題】構造が簡単で安価、かつ終圧付近でも整流子上でカーボンブラシが跳ね、異常スパークを引き起こすことがない電動機を提供する。【解決手段】本電動機は、カーボンブラシを前方に押圧するバネを有するカーボンブラシ組立を備え、バネによる押圧に加えてカーボンブラシを前方に押圧するトーションバネを設け、カーボンブラシが磨耗することにより、時間差でトーションバネが作動し、終圧でもカーボンブラシへの押圧力が低下しないようにする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子内で回転する回転子に設けた整流子に接するカーボンブラシと、このカーボンブラシを保持するブラシホルダと、前記カーボンブラシに給電する導線と、前記カーボンブラシを前方に付勢するバネ等からなるカーボンブラシ組立を備えた電動機において、
前記カーボンブラシを前方に押圧するトーションバネを備え、前記カーボンブラシが所定の位置まで磨耗することにより、前記トーションバネが作動し、終圧でも前記カーボンブラシへの押圧力が低下しないようにすることを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記カーボンブラシには、前記トーションバネの作動時、このトーションバネの先端が係合する係合凹部が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記整流子の回転方向とトーションバネの付勢方向が同一であることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動送風機や調理器などの電気機器に用いるのに適する電動機に係り、特にカーボンブラシ組立を改良した電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電動送風機は、電動機と、この電動機により駆動される遠心ファンを有する。
【０００３】
この電動機は、有底筒状のフレームと、このフレームに回転自在に保持された回転子とを有する。
【０００４】
この回転子は、回転子本体と、回転子本体に捲回されたコイルを有する。さらに、電動機には、回転子の外方に設けられ、かつフレームに固定された固定子と、回転子の回転軸に一体に設けられた整流子と、フレームに設けられ且つ整流子に延びるように設けられたブラシ組立体とが設けられている。
【０００５】
このブラシ組立体は、整流子に向けて延び、かつフレームに固定された筒状のブラシホルダと、このブラシホルダ内に進退可能に配設されたカーボンブラシと、カーボンブラシの回転子５とは反対側（一方）の端面に当接するように設けられたコイルバネと、カーボンブラシへの通電用の導線を備えている。  
このコイルバネは、カーボンブラシを整流子側に対して常時押し付けている。
【０００６】
このような構造のカーボンブラシ組立では、長時間の使用でカーボンブラシが磨耗し、バネ圧の初圧と終圧に差が生じ、終圧付近では整流子上でカーボンブラシが跳ね、異常スパークを引き起こしたりする問題がある。
【０００７】
この問題を解決する方策として、カーボンブラシ組立に磁石を用いてバネ圧の初圧と終圧の差を一定にするというカーボンブラシ組立が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
しかし、特許文献１のカーボンブラシ組立は、初圧から終圧まで一定のバネ圧を保つことは可能だが、磁石を用いており、構造が複雑で高価になるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２２８９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、構造が簡単で安価、かつ終圧付近でも整流子上でカーボンブラシが跳ね、異常スパークを引き起こすことがない電動機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した目的を達成するため、本発明に係る電動機は、固定子内で回転する回転子に設けた整流子に接するカーボンブラシと、このカーボンブラシを保持するブラシホルダと、前記カーボンブラシに給電する導線と、前記カーボンブラシを前方に付勢するバネ等からなるカーボンブラシ組立を備えた電動機において、前記カーボンブラシを前方に押圧するトーションバネを備え、前記カーボンブラシが磨耗することにより、時間差で前記トーションバネが作動し、終圧でも前記カーボンブラシへの押圧力が低下しないようにすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る電動機によれば、構造が簡単で安価、かつ終圧付近でも整流子上でカーボンブラシが跳ね、異常スパークを引き起こすことがない電動機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動機が組み込まれた電動送風機の内部構成を示す説明図。
【図２】本発明の一実施形態に係る電動機に用いられるブラシ組立部分を拡大して示すように横断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係る電動機に用いられるブラシ組立の縦断面図。
【図４】本発明の一実施形態に係る電動機に用いられるトーションバネの付勢方向と回転子の回転方向の説明図。
【図５】本発明の一実施形態に係る電動機に用いられるコイルスプリングの延びとバネ圧の相関線図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る電動機の一実施形態について図面を参照して説明する。  
図１に示すように、本発明に係る電動機１は、例えば電動送風機４０に組み込まれて使用される。
【００１５】
この電動送風機４０は、電動機１が略有底円筒状の本体ケース４１内に配設されているとともに、この本体ケース４１の外部に、整流用の整流板４２と、電動機１により回転される遠心ファン４３とが電動機１側から順次取り付けられ、かつ、この遠心ファン４３がファンカバー４４により覆われている。
【００１６】
なお、以下、電動機１側を後側、ファンカバー４４側を前側として説明する。
【００１７】
電動機１は、本体ケース４１の中心軸に沿って配置された回転軸１１と、この回転軸１１の外周面に設けられた円筒状の整流子１２およびコイル１３ａを備えた回転子１３と、固定子１４と、一対のブラシ機構部であるカーボンブラシ組立１５、１５とを備えている。
【００１８】
回転軸１１は、軸方向の他端部である前端部が、整流板４２に挿通され、この前端部に遠心ファン４３が取り付けられている。
【００１９】
整流子１２は、導電性を有し、複数の整流子片１２ａ（図２）で周方向に分割されており、回転軸１１の外周面に固定されてこの回転軸１１と一体に回転するもので、整流子片１２ａの外周面にカーボンブラシ組立１５、１５の先端部が摺接している。
【００２０】
回転子１３は、整流子１２よりも前方の回転軸１１の外周面に固定されるとともに、固定子１４の内周側に配置され、回転子１３と電気的に接続されている。  
固定子１４は、鉄板が多数積層された平面視四角形板状の固定子コア１４ａを有し、この固定子コア１４ａの中心部に、回転子１３が挿入される略四角形状の挿入孔部１４ｂが穿設され、この挿入孔部１４ｂは、内周部が回転子１３の外周面に所定の間隙を介して対向している。また、固定子コア１４ａの内周部には、複数の固定極すなわちＮ極およびＳ極が形成される。
【００２１】
各カーボンブラシ組立１５は、本体ケース４１に穿設された一対のブラシ部取付孔４１ａ（一方のみ図示）に先端部が挿入されて固定されている。  
また、各カーボンブラシ組立１５は、カーボンブラシ１６と、このカーボンブラシ１６を保持し軸方向に沿って長溝１７ａ（図３）が設けられたブラシホルダ１７と、このブラシホルダ１７が取り付けられるホルダ絶縁１８、カーボンブラシ１６に電気的に接続された端子部１９、および、カーボンブラシ１６を軸方向に付勢するバネ例えばコイルバネ２０を備え、本体ケース４１の中心軸方向に向けてブラシ部取付孔４１ａに先端部が挿入されて、例えば螺子２１で固定されている。
【００２２】
カーボンブラシ１６は、細長角柱状に形成され、基端部がブラシホルダ１７に挿入され、先端部がブラシホルダ１７から本体ケース４１の中心軸方向に突出し、後端部にトーションバネ３０の係合部３０ｃが係合する係合凹部１６ｂ（いずれも図２参照）が設けられる。  
そして、このカーボンブラシ１６は、カーボンブラシ組立１５を本体ケース４１に取り付けた状態で、軸方向が回転軸１１に対して略直交する方向に沿うように配設され、整流子１２に電気的および機械的に接続される摺動面１６ａが先端部に形成されている。
【００２３】
カーボンブラシ１６のブラシホルダ１７内に挿入された基端部には、端子部１９に一端部が接続された通電用の導線２２の他端部が埋め込まれて電気的に接続されている。
【００２４】
ブラシホルダ１７は、カーボンブラシ１６を摺動可能に収容する角筒状に形成され、基端側がホルダ絶縁１８に固定されている。  
ホルダ絶縁１８は、絶縁性の部材、例えば絶縁性を有する合成樹脂などで形成され、ブラシホルダ１７の外側部を絶縁するものであり、ブラシホルダ１７の基端側が挿入されて固定される略角筒状に形成され、内部に端子金具２４が取り付けられ、螺子２１にて本体ケース４１に螺子止めされている。
【００２５】
端子部１９は、ブラシホルダ１７の長手方向の他端部に突設され、家庭用商用交流電源、あるいは電池などの図示しない電源部に電気的に接続されるもので、導線２２と電気的に接続されている。
【００２６】
コイルバネ２０は、カーボンブラシ組立１５をブラシ部取付孔４１ａに取り付けた状態でブラシホルダ１７の先端から突出したカーボンブラシ１６の円弧状の摺動面１６ａを整流子１２の外周面に弾性的に押圧するもので、導線２２が内部に挿通されている。
【００２７】
図２に示すように、さらに、電動機１には、カーボンブラシ１６を前方に付勢するトーションバネ３０が設けられている。このトーションバネ３０はブラシホルダ１７の側面に配設される。
【００２８】
図３は本実施形態の電動機に用いられるブラシ組立の縦断面図で、一点鎖線は、トーションバネ３０の不作動状態、実線は作動状態を示す。
【００２９】
図３に示すように、トーションバネ３０は、螺旋状に巻かれたコイル部３０ａと、このコイル部３０ａから円弧状に伸び常時反円弧側（カーボンブラシの摺動面側）にねじりモーメントが働くアーム３０ｂと、このアーム３０ｂの先端に略円弧状にカールして設けられた係合部３０ｃからなる。  
係合部３０ｃは電気絶縁性を有し、摩擦抵抗が小さい、例えばポリテトラフルオロエチレンからなるシリンダ体からなり、Ｌ字状に折曲されたアーム３０ｂの先端に取り付けられている。
【００３０】
また、トーションバネ３０は、コイル部３０ａが取付軸３１に軸支され、係合部３０ｃがブラシホルダ１７に設けられた長溝１７ａを貫通して、カーボンブラシ１６の上表面に当接し、係合部３０ｃは反円弧側のモーメントを受けているが、係合部３０ｃは長溝１７ａ内の所定の位置を保つ。なお、取付軸３１は取付部材（図示せず）を用いて、本体ケース４１に取り付けられている。  
この状態はトーションバネ３０の不作動状態であり、係合部３０ｃがカーボンブラシ１６の上表面に当接しているが、カーボンブラシ１６はコイルバネ２０に押圧されてスムーズに前進する。
【００３１】
一方、カーボンブラシ１６が磨耗し、カーボンブラシ１６が所定距離前進すると、トーションバネ３０の係合部３０ｃが、カーボンブラシ１６の係合凹部１６ｂに係合したトーションバネ３０の作動状態になる。
【００３２】
図４に示すように、一点鎖線で示すトーションバネ３０の不作動状態、実線で示す作動状態のいずれの状態でも、カーボンブラシ１６にはトーションバネ３０により、反時計回り方向にモーメントが作用する。このため、カーボンブラシ１６はブラシホルダ１７内で整流子１２の回転方向にわずかに傾斜して、整流子１２の外周面に当接できるようになっている。
【００３３】
再び図１に示すように、本体ケース４１は、略有底円筒状のケース体としての胴体フレーム４５と、この胴体フレーム４５の前端部に取り付けられ回転子１３を軸方向に支持する回転子支持板としてのフレーム４６とを有している。
【００３４】
胴体フレーム４５は、底面の中心部に、円筒状の電動機ヘッド部２６が後方に突出して設けられている。また、この胴体フレーム４５の前端部には、フレーム４６が取り付けられる開口部４７が形成され、この開口部４７の周縁部には、フレーム４６の両端部が固定されるフランジ部４８が突設されている。
【００３５】
さらに、この胴体フレーム４５の前端部寄りの外周面には、カーボンブラシ組立１５、１５がそれぞれ取り付けられる一対のブラシ部取付孔４１ａ（一方のみ図示）と、遠心ファン４３から吹き出された空気を外部に排気する角孔状の複数の排気口４９（一つのみ図示）とがそれぞれ穿設されている。
【００３６】
電動機ヘッド部２６には、回転軸１１の軸方向の一端部である後端部が圧入されて、回転自在に軸支される軸受としてのベアリング２７が配設されているとともに、このベアリング２７の後部に、このベアリング２７に予圧を加えるスラストバネ２９が収容されている。
【００３７】
一方、フレーム４６は、長手状に形成されたフレーム本体５０と、このフレーム本体５０の両端部に一体に設けられた螺子止め部５１とを備えている。
【００３８】
フレーム本体５０は、中央部に取付凹部５２が形成され、この取付凹部５２から両端部の螺子止め部５１へと取付凹部５２の突出方向と反対側へと傾斜している。また、このフレーム本体５０には、取付凹部５２の周囲に、整流板４２を螺子止めする整流板螺子止孔５３が穿設されている。
【００３９】
取付凹部５２は、回転軸１１の軸方向の他端部である前端部が圧入されて、回転自在に軸支されるベアリング５４が内部に保持されているとともに、外周部が整流板４２に挿通されている。また、この取付凹部５２の底部の中央部には、回転軸１１が前側に突出される突出孔５５が穿設されている。整流板螺子止孔５３には、螺子５６が挿通されている。
【００４０】
各螺子止め部５１には、螺子孔５７が穿設され、この螺子孔５７には、螺子５８が挿通され、この螺子５８が、胴体フレーム４５のフランジ部４８に穿設された螺子止孔５９に螺子止め固定されている。
【００４１】
また、整流板４２は、ディフューザとも呼ばれ、遠心ファン４３から吹き出された空気を整流して電動機１側へ流すもので、電動機１と遠心ファン４３との間に位置し、本体ケース４１の前端部を閉塞するように取り付けられている。そして、この整流板４２は、円板状の整流板本体６０と、この整流板本体６０に突設された固定翼としての複数の前側ブレード６１と複数の後側ブレード６２とを有している。
【００４２】
整流板本体６０は、本体ケース４１の中心軸と同軸状に設けられ、中央部に、電動機１側に突出した凹部６３が設けられ、この凹部６３の中央部には、フレーム４６の取付凹部５２が挿通される挿通孔６４が穿設されているとともに、この挿通孔６４の周囲に、螺子５６が螺子止めされる螺子孔５７が穿設されている。
【００４３】
前側ブレード６１は、整流板本体６０から前側へと突設され、整流板本体６０の外周縁部に、外周方向に向かうように平面渦巻き状に設けられ、整流板本体６０の周方向に互いに離間されている。このため、各前側ブレード６１の間には、整流板本体６０の外周部に連続する前側案内風路７１が区画形成されている。この前側案内風路７１は、遠心ファン４３から吹き出された空気を回転軸１１側から外周方向へと螺旋状に案内するものである。さらに、これら前側ブレード６１は、遠心ファン４３の外周よりも外側に位置し、この遠心ファン４３の外周に対向している。
【００４４】
また、後側ブレード６２は、整流板本体６０から後側へと突設され、中心側から外周方向に向かうように前側ブレード６１と反対方向の平面渦巻き状に設けられ、整流板本体６０の周方向に互いに離間されている。このため、各後側ブレード６２の間には、整流板本体６０の外周部に連続する後側案内風路７３が区画形成されている。この後側案内風路７３は、整流板本体６０の外周縁部にて前側案内風路７１に連通し、この前側案内風路７１により外周方向へと案内された吸込風を、整流板４２の後側で回転軸１１側へと吹き付けるように螺旋状に案内するものである。
【００４５】
さらに、前側案内風路７１と後側案内風路７３とは、整流板４２の外周縁部に切り欠き形成された図示しない連通切欠部により互いに連通している。
【００４６】
また、遠心ファン４３は、回転軸１１と一体的に回転するもので、円板状に設けられた後面シュラウド７５、この後面シュラウド７５の前方に位置する前面シュラウド７６、およびこれらシュラウド７５、７６の間に一体に設けられたファン翼７７を備えている。
【００４７】
後面シュラウド７５は、回転軸１１が嵌挿される嵌挿孔８１が中心部に穿設されている。また、この後面シュラウド７５は、回転軸１１が挿通される円環状の後部ファンワッシャ８３と前部ファンワッシャ８４とで前後に挟持されている。そして、前部ファンワッシャ８４は、ナット８５により回転軸１１の前端側に固定されている。
【００４８】
一方、前面シュラウド７６には、丸孔状の通風孔８７が中心部に穿設され、この通風孔８７の周囲から、後面シュラウド７５に向けて傾斜状に拡径されている。
【００４９】
ファン翼７７は、平面視で通風孔８７の周縁部近傍から遠心ファン４３の外周方向に向かうように、整流板４２の前側ブレード６１と反対方向の平面渦巻き状に設けられ、複数の吸気風路８８を区画形成する壁状に形成されている。これら吸気風路８８は、整流板４２の前側案内風路７１に連通している。
【００５０】
そして、ファンカバー４４は、胴体フレーム４５のフランジ部４８の外周縁部に後端部が嵌合されている。また、このファンカバー４４は、前面の中心部に、丸孔状の吸込口８９が開口形成されている。さらに、このファンカバー４４の後面の吸込口８９の外周縁部には、遠心ファン４３の通風孔８７の周縁部が摺接して、この通風孔８７を吸込口８９に気密に接続するシール部材９０が取り付けられている。
【００５１】
次に、このような構成の電動送風機４０の作用を説明する。
【００５２】
電動送風機４０において、電源から供給された電流は導線２２を介してカーボンブラシ１６に通電され、このカーボンブラシ１６と当接する整流子１２を介して回転子１３のコイル１３ａに通電される。  
そして、コイル１３ａに流れる電流とフィールド磁石である固定子１４によるフィールド磁束によってトルクを発生させる。このトルクによって回転子１３は回転し、さらに、回転子１３の回転軸１１を介して遠心ファン４３を回転させると共に、吸込口８９から空気を吸い込むようになっている。
【００５３】
このような運転が継続されると、図４に示すように、カーボンブラシ１６は磨耗して短くなり、コイルバネ２０により押圧されて、カーボンブラシ１６はその円弧状の摺動面１６ａが整流子１２に当接した状態を保ちながら前進する。
【００５４】
この運転中、トーションバネ３０の不作動、作動状態（係合状態）に関わらず、カーボンブラシ１６にはトーションバネ３０により、反時計カーボンブラシ１６にはトーションバネ３０により、反時計回り方向にモーメントが作用するため、カーボンブラシ１６はブラシホルダ１７内で整流子１２の回転方向にわずかに傾斜して、整流子１２の外周面に確実に当接でき、スパークが抑制される。
【００５５】
一方、コイルバネ２０はカーボンブラシ１６の前進に伴って伸びて長くなる。  
コイルバネ２０の特性として、図５に示すように、コイルバネ２０が伸びるに従ってバネ圧（押圧力）は非線形に減少し、磨耗末期には初期の約半分以下になる。
【００５６】
そこで、コイルバネ２０のバネ圧が所定値より小さくなるような位置に設定された係合凹部１６ｂに係合部３０ｃが係合し、コイルバネ２０のバネ圧がカーボンブラシ１６に作用し、コイルバネ２０のバネ圧にトーションバネ３０のバネ圧が付加される。
【００５７】
すなわち、カーボンブラシ１６が磨耗することにより、時間差でトーションバネ３０が作動し、トーションバネ３０のバネ圧が付加される。
【００５８】
従って、合成されたバネ圧は、コイルバネ２０のバネ長に関らずほぼ一定に保たれている。これにより、電動機１の運転によるカーボンブラシ１６の磨耗中期から末期のバネ圧は初期のバネ圧と同等程度に保たれ、バネ圧低下による整流子１２上でのカーボンブラシ１６の跳ねや、スパーク発生を未然に防止し、電動機１を長寿命に保つ。
【００５９】
また、バネ圧を一定に保つのに磁石を用いる従来とは異なり、トーションバネ３０を用いることで、初圧から終圧まで一定のバネ圧を保つことが可能になり、構造が簡単で安価、かつ終圧付近でも整流子１２上でカーボンブラシ１６が跳ね、異常スパークを引き起こすことがない。
【００６０】
本実施形態の電動機によれば、構造が簡単で安価、かつ終圧付近でも整流子上でカーボンブラシが跳ね、異常スパークを引き起こすことがない電動機が実現する。
【００６１】
なお、上記実施形態では、本発明に係る電動機を電動送風機に用いた例で説明したが、これに限定されるものではなく、多くの電気機器に使用できる。
【符号の説明】
【００６２】
１  電動機
１１  回転軸
１２  整流子
１２ａ  整流子片
１３  回転子
１４  固定子
１４ａ  固定子コア
１４ｂ  挿入孔部
１５  カーボンブラシ組立
１６  カーボンブラシ
１６ａ  摺動面
１６ｂ  係合凹部
１７  ブラシホルダ
１７ａ  長溝
１８  ホルダ絶縁
１９  端子部
２０  コイルバネ
２１  螺子
２２  導線
２４  端子金具
２６  電動機ヘッド部
２７  ベアリング
２９  スラストバネ
３０  トーションバネ
３０ａ  コイル部
３０ｂ  アーム
３０ｃ  係合部
３１  取付軸
４０  電動送風機
４１  本体ケース
４１ａ  ブラシ部取付孔
４２  整流板
４３  遠心ファン
４４  ファンカバー
４５  胴体フレーム
４６  フレーム
４７  開口部
４８  フランジ部
４９  排気口
５０  フレーム本体
５１  螺子止め部
５２  取付凹部
５３  整流板螺子止孔
５４  ベアリング
５５  突出孔
５６  螺子
５７  螺子孔
５８  螺子
５９  螺子止孔
６０  整流板本体
６１  前側ブレード
６２  後側ブレード
６３  凹部
６４  挿通孔
６５  螺子孔
７１  前側案内風路
７３  後側案内風路
７５  後面シュラウド
７６  前面シュラウド
７７  ファン翼
８３  後部ファンワッシャ
８４  前部ファンワッシャ
８５  ナット
８７  通風孔
８８  吸気風路
８９  吸込口
９０  シール部材
【図１】
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【図２】
2011147320.tif 000004
【図３】
2011147320.tif 000005
【図４】
2011147320.tif 000006
【図５】
2011147320.tif 000007