(57)【要約】【課題】モータのスパークを抑制できるカーボンブラシを提供する。【解決手段】モータ２の回転するコンミュテータ12のコンミュテータ片12aに先端部が摺接するカーボンブラシ25を、コンミュテータ12の回転方向の前方よりも後方の電気抵抗値分布を大きくする。カーボンブラシ25がコンミュテータ片12aから離れる瞬間の電気抵抗値を大きくし、モータ２のアーマチュア13の巻線電流の変化を抑制してモータ２のスパークを抑制できる。【選択図】図１
2008035667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の回転する整流子に先端部が摺接するカーボンブラシであって、
前記整流子の回転方向の前方よりも後方の電気抵抗値分布が大きい
ことを特徴としたカーボンブラシ。
【請求項２】
電気抵抗値分布は、整流子の回転方向の前方から後方へと段階的に大きくなるように設定されている
ことを特徴とした請求項１記載のカーボンブラシ。
【請求項３】
固定子と、
コイルに電気的に接続される整流子を有し前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子と、
前記整流子に先端部が摺接するカーボンブラシと
を具備したことを特徴とした電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の回転する整流子の整流子片に先端部が摺接するカーボンブラシおよびこれを備えた電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば電動送風機などに用いられる電動機としてのモータは、筒状の固定子であるステータと、回転軸および整流子すなわちコンミュテータを有しステータに対して回転自在に設けられた回転子すなわちロータであるアーマチュアと、コンミュテータのコンミュテータ片に先端が弾性的に押圧されて摺接する細長角柱状のカーボンブラシを有するブラシ装置とを備えている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−３３９１３９号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のカーボンブラシでは、カーボンブラシの電気抵抗値分布は、カーボンブラシのどの位置でも略一定であるため、モータの回転中にカーボンブラシがコンミュテータ片から離れる瞬間の巻線電流の変化により発生するリアクタンス電圧によって、スパークが発生するという問題点を有している。
【０００４】
そして、このようなスパークが発生することにより、整流作用が悪化して電動機の性能を低下させるという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、電動機のスパークを抑制できるカーボンブラシおよびこれを備えた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】
【０００６】
本発明は、電動機の回転する整流子に先端部が摺接するカーボンブラシであって、整流子の回転方向の前方よりも後方の電気抵抗値分布が大きいものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、整流子の回転方向の前方よりも後方の電気抵抗値分布を大きくすることで、カーボンブラシが整流子片から離れる瞬間の電気抵抗値を大きくし、電動機の巻線電流の変化を抑制して電動機のスパークを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態の構成を図面を参照して説明する。
【０００９】
図１に電動送風機１を示し、この電動送風機１は、例えば図示しない電気掃除機、あるいは産業用ブロワなどに用いられるものである。また、この電動送風機１は、電動機としてのモータ２が略有底円筒状の本体ケース３内に配設されているとともに、この本体ケース３の外部に、整流用の整流板４と、モータ２により回転される遠心ファン５とがモータ２側から順次取り付けられ、かつ、この遠心ファン５がファンカバー６により覆われている。
【００１０】
なお、以下、モータ２側を後側、ファンカバー６側を前側として説明する。
【００１１】
モータ２は、本体ケース３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としてのコンミュテータ12および回転子としての電機子であるアーマチュア13と、固定子としてのステータ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。
【００１２】
回転軸11は、軸方向の他端部である前端部が、整流板４に挿通され、この前端部に遠心ファン５が取り付けられている。
【００１３】
コンミュテータ12は、導電性を有し、複数の整流子片としてのコンミュテータ片12aに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、コンミュテータ片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。
【００１４】
アーマチュア13は、コンミュテータ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ステータ14の内周側に配置され、コンミュテータ12と電気的に接続されている。
【００１５】
ステータ14は、鉄板が多数積層された平面視四角形板状のステータコア21を有し、このステータコア21の中心部に、アーマチュア13が挿入される略四角形状の挿入孔部22が穿設され、この挿入孔部22は、内周部がアーマチュア13の外周面に所定の間隙を介して対向している。また、ステータコア21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。
【００１６】
各カーボンブラシ組立15は、本体ケース３に穿設された一対のブラシ部取付孔24（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25と、このカーボンブラシ25を保持するブラシホルダ26と、このブラシホルダ26が取り付けられるホルダ絶縁27、カーボンブラシ25に電気的に接続された端子部28、および、カーボンブラシ25を軸方向に付勢するばね29を備え、本体ケース３の中心軸方向に向けてブラシ部取付孔24に先端部が挿入されて例えば螺子30で固定されている。
【００１７】
カーボンブラシ25は、細長角柱状に形成され、基端部がブラシホルダ26に挿入され、先端部がブラシホルダ26から本体ケース３の中心軸方向に突出する。そして、このカーボンブラシ25は、カーボンブラシ組立15を本体ケース３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、図２に示すように、コンミュテータ12に電気的および機械的に接続される摺動面25aが先端部に形成されている。
【００１８】
ここで、カーボンブラシ25は、例えば電気抵抗値が異なる複数種類の薄板状の図示しないブラシピースを層状に重ねて焼結することで形成され、図３に示すように、その電気抵抗値分布が、実線に示す電気抵抗値分布D1、あるいは、破線に示す電気抵抗値分布D2に設定されている。
【００１９】
すなわち、カーボンブラシ25は、コンミュテータ12の回転方向前方よりも回転方向後方の電気抵抗値が階段状に大きくなるように設定され、電気抵抗値分布D1のものでは２段階、電気抵抗値分布D2のものでは３段階に電気抵抗値が変化するように設定されている。
【００２０】
図１に戻って、カーボンブラシ25のブラシホルダ26内に挿入された基端部には、端子部28に一端部が接続された通電用のピッグテール25bの他端部が埋め込まれて電気的に接続されている。
【００２１】
ブラシホルダ26は、カーボンブラシ25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27に固定されている。
【００２２】
ホルダ絶縁27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26の外側部を絶縁するものであり、ブラシホルダ26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31が取り付けられ、螺子30にて本体ケース３に螺子止めされている。
【００２３】
端子部28は、ブラシホルダ26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、ピッグテール25bと電気的に接続されている。
【００２４】
ばね29は、カーボンブラシ組立15をブラシ部取付孔24に取り付けた状態でブラシホルダ26の先端から突出したカーボンブラシ25の先端部をコンミュテータ12の外周面に弾性的に押圧するもので、ピッグテール25bが内部に挿通されている。
【００２５】
本体ケース３は、略有底円筒状のケース体としての胴体フレーム32と、この胴体フレーム32の前端部に取り付けられアーマチュア13を軸方向に支持する回転子支持板としてのフレーム33とを有している。
【００２６】
胴体フレーム32は、底面の中心部に、円筒状のモータヘッド部34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32の前端部には、フレーム33が取り付けられる開口部35が形成され、この開口部35の周縁部には、フレーム33の両端部が固定されるフランジ部36が突設されている。さらに、この胴体フレーム32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24（一方のみ図示）と、遠心ファン５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38（一つのみ図示）とがそれぞれ穿設されている。
【００２７】
モータヘッド部34には、モータ２の回転軸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41が配設されているとともに、このベアリング41の後部に、このベアリング41に予圧を加えるスラストばね43が収容されている。
【００２８】
一方、フレーム33は、長手状に形成されたフレーム本体45と、このフレーム本体45の両端部に一体に設けられた螺子止め部46とを備えている。
【００２９】
フレーム本体45は、中央部に取付凹部47が形成され、この取付凹部47から両端部の螺子止め部46へと取付凹部47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45には、取付凹部47の周囲に、整流板４を螺子止めする整流板螺子止め孔48が穿設されている。
【００３０】
取付凹部47は、モータ２の回転軸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53が内部に保持されているとともに、外周部が整流板４に挿通されている。また、この取付凹部47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54が穿設されている。
【００３１】
整流板螺子止め孔48には、螺子56が挿通されている。
【００３２】
各螺子止め部46には、螺子孔58が穿設され、この螺子孔58には、螺子59が挿通され、この螺子59が、胴体フレーム32のフランジ部36に穿設された螺子止め孔61に螺子止め固定されている。
【００３３】
また、整流板４は、ディフューザとも呼ばれ、遠心ファン５から吹き出された空気を整流してモータ２側へと流すもので、モータ２と遠心ファン５との間に位置し、本体ケース３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４は、円板状の整流板本体63と、この整流板本体63に突設された固定翼としての複数の前側ブレード64と複数の後側ブレード65とを有している。
【００３４】
整流板本体63は、本体ケース３の中心軸と同軸状に設けられ、中央部に、モータ２側に突出した凹部67が設けられ、この凹部67の中央部には、フレーム33の取付凹部47が挿通される挿通孔68が穿設されているとともに、この挿通孔68の周囲に、螺子56が螺子止めされる螺子孔69が穿設されている。
【００３５】
前側ブレード64は、整流板本体63から前側へと突設され、整流板本体63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63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64の間には、整流板本体63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５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64は、遠心ファン５の外周よりも外側に位置し、この遠心ファン５の外周に対向している。
【００３６】
また、後側ブレード65は、整流板本体63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64と反対方向の平面渦巻き状に設けられ、整流板本体63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65の間には、整流板本体63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63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４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。
【００３７】
さらに、前側案内風路71と後側案内風路73とは、整流板４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。
【００３８】
また、遠心ファン５は、モータ２の回転軸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。
【００３９】
後面シュラウド75は、モータ２の回転軸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。
【００４０】
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。
【００４１】
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５の外周方向に向かうように、整流板４の前側ブレード64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４の前側案内風路71に連通している。
【００４２】
そして、ファンカバー６は、胴体フレーム32のフランジ部36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６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６の後面の吸込口89の外周縁部には、遠心ファン５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。
【００４３】
次に、上記一実施の形態の作用を説明する。
【００４４】
モータ２は、端子部28へと給電されることで、ピッグテール25b、カーボンブラシ25、および、コンミュテータ12を介してアーマチュア13に給電し、このアーマチュア13に駆動力が与えられ、このアーマチュア13が回転する。
【００４５】
このとき、カーボンブラシ25の摺動面25aがコンミュテータ12のコンミュテータ片12aから離れる瞬間のアーマチュア13の巻線電流の変化により発生したリアクタンス電圧によって、スパークが生じる。
【００４６】
このため、上記一実施の形態では、カーボンブラシ25のコンミュテータ12の回転方向後方の電気抵抗値を、回転方向前方の電気抵抗値よりも大きくすることにより、カーボンブラシ25がコンミュテータ片12aから離れる瞬間の巻線電流の変化を抑制でき、この巻線電流の変化を抑制できることで、発生するリアクタンス電圧が低下するから、スパークの発生を抑制することができる。
【００４７】
そして、このように、スパークの発生を抑制できることで、整流作用の悪化を抑制し、モータ２、ひいては電動送風機１の性能の低下を抑制できる。
【００４８】
また、カーボンブラシ25の電気抵抗値分布を、コンミュテータ12の回転方向前方から回転方向後方へと段階的に大きくなるようにすれば、例えば電気抵抗値が異なる薄板状のブラシピースを層状に重ねて焼結してカーボンブラシ25を形成することで、カーボンブラシ25を容易に形成できる。
【００４９】
なお、上記一実施の形態において、カーボンブラシ25は、例えば所定の抵抗値を有するカーボン粉を層状に形成することで、電気抵抗値分布をコンミュテータ12の回転方向前方から回転方向後方へと段階的に大きくするように構成してもよい。
【００５０】
また、電気抵抗値分布D1，D2以外でも、例えばコンミュテータ12の回転方向前方から回転方向後方へと、４段階以上の段階で抵抗値が大きくなる電気抵抗値分布などとしてもよい。
【００５１】
さらに、カーボンブラシ25の電気抵抗値分布は、コンミュテータ12の回転方向前方から後方へと大きくなるように設定できれば、例えば線形的に大きくなる構成、指数関数的に大きくなる構成、あるいは、対数関数的に大きくなる構成など、他の様々な電気抵抗値分布とすることができる。この場合には、カーボン粉の構成比を異ならせることにより、カーボンブラシ25の電気抵抗値を連続的に異ならせるように構成すればよい。
【００５２】
そして、カーボンブラシ25は、電動送風機１に用いられるモータ２に使用するものに限定されず、他の様々な機器に用いる電動機に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施の形態のカーボンブラシを有する電動機を備えた電動送風機を示す縦断面図である。
【図２】同上カーボンブラシの一部を示す平面図である。
【図３】同上カーボンブラシの電気抵抗値分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
２    電動機としてのモータ
12    整流子としてのコンミュテータ
13    回転子としてのアーマチュア
14    固定子としてのステータ
25    カーボンブラシ
【図１】
2008035667.tif 000003
【図２】
2008035667.tif 000004
【図３】
2008035667.tif 000005