(57)【要約】【課題】モータにおけるブラシの摩耗を低減できると同時にスパークを生じず、かつブラシと整流子との確実な導通を確保する。【解決手段】整流子回転軸と該整流子回転軸に対し垂直な少なくとも１つの整流子面と該整流子面上にて複数の整流子片とを備えた整流子と、前記整流子回転軸に対し平行なブラシ回転軸と該ブラシ回転軸に対し垂直な少なくとも１つのブラシ面とを備え該ブラシ面の一部が前記整流子片の一部との当接状態を保持するように回転可能に軸支されているブラシと、を有するモータであり、好適には整流子が平板状であってその両面に形成された２つの前記整流子面を備え、かつ、前記ブラシが２つの前記ブラシ面を備え該２つのブラシ面の各々の一部が前記２つの整流子面の各々における整流子片の一部とそれぞれ当接する。【選択図】図１
2008211883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流子回転軸と該整流子回転軸に対し垂直な少なくとも１つの整流子面と該整流子面上に形成された複数の整流子片とを備えた整流子と、
前記整流子回転軸に対し平行なブラシ回転軸と該ブラシ回転軸に対し垂直な少なくとも１つのブラシ面とを備えたブラシと、を有し、
前記ブラシ面の一部が前記整流子片の一部との当接状態を保持するように前記ブラシが回転可能に支持されていることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記整流子が平板状であってその両面に形成された２つの前記整流子面を備え、かつ、
前記ブラシが２つの前記ブラシ面を備え該２つのブラシ面の各々の一部が前記２つの整流子面の各々における前記整流子片の一部とそれぞれ当接することを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記整流子回転軸と前記ブラシ回転軸の間の距離を調節する手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
【請求項４】
モータにおけるブラシを支持し該ブラシとともに回転可能でありかつ少なくとも一方の端面に凹円錐状または凸円錐状の受電部を形成された導電体のブラシ回転シャフトと、
前記受電部に対して嵌合可能な凸円錐状または凹円錐状の給電部を形成された導電体の給電部材と、
前記給電部を前記受電部に対して押圧する押圧手段とを備えたことを特徴とするモータにおけるブラシ給電構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータにおける整流子及びブラシの構造、並びにブラシに対する給電構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、整流子と、整流子に対して給電するブラシとを有するモータが周知であるが、斯かるモータでは、特許文献１、２等に開示するようにブラシの先端が整流子の円筒状外周面に対し固定的かつ弾性的に押圧されており、電機子の回転時にブラシが整流子の円筒状外周面に対し摺動させられるため、摩耗が激しく寿命が短いという問題があった。
【０００３】
特許文献３〜８には、ブラシの摩耗を低減するためにブラシを円筒形または球形とし、整流子の外周面上で回転させる構造が開示されている。
【特許文献１】特許第２６３５２４３号公報
【特許文献２】特許第２８７１００３号公報
【特許文献３】特開昭６１−６６５４６号公報
【特許文献４】特開昭６１−９４５３７号公報
【特許文献５】特開２００３−１３４７４７号公報
【特許文献６】特開平８−２５６４５０号公報
【特許文献７】特開平７−５９３２０号公報
【特許文献８】特開平７−５９３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献３〜８のようにブラシを円筒形または球形の回転体とした回転型ブラシの場合、特許文献１または２の固定・押圧型ブラシに比べて整流子との摩擦は低減される。しかしながら、ブラシが円筒形の場合はブラシの回転軸と整流子の回転軸が平行であると、ブラシと１つの整流子片との接触は線接触であり、また、ブラシが球形の場合は点接触となる。このため、ブラシは同時に１つの整流子片としか接触できない。つまり、整流子の回転によりブラシが現在接触している整流子片から次の隣の整流子片に移行するとき、現在接触している整流子片から一旦離れ、ブラシが整流子片に対して非接触状態となる過程を経て、隣の整流子片に接触する。その結果、スパークが生じやすいという問題は解決されない。また、ブラシと整流子が全く滑りをともなわずに回転するため、双方に付着したごみや錆はそのまま表面に固着される結果、ブラシと整流子の接触抵抗の増大の原因となる。これらの理由から、このような回転型ブラシは実用化に至っていない。
【０００５】
以上の問題点に鑑み、本発明は、ブラシの摩耗を低減できると同時にスパークを抑制でき、ブラシ及び整流子に付着したごみ等を除去でき、かつブラシと整流子との確実な導通を確保できるモータ及びブラシ給電構造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】
上記の目的を達成するべく本発明は以下の構成を提供するものである。
（１）請求項１に係るモータは、整流子回転軸と該整流子回転軸に対し垂直な少なくとも１つの整流子面と該整流子面上に形成された複数の整流子片とを備えた整流子と、前記整流子回転軸に対し平行なブラシ回転軸と該ブラシ回転軸に対し垂直な少なくとも１つのブラシ面とを備えたブラシと、を有し、前記ブラシ面の一部が前記整流子片の一部との当接状態を保持するように前記ブラシが回転可能に支持されていることを特徴とする。
（２）請求項２に係るモータは、請求項１のモータにおいて、前記整流子が平板状であってその両面に形成された２つの前記整流子面を備え、かつ、
前記ブラシが２つの前記ブラシ面を備え該２つのブラシ面の各々の一部が前記２つの整流子面の各々における前記整流子片の一部とそれぞれ当接することを特徴とする。
（３）請求項３に係るモータは、請求項１または２のモータにおいて、前記整流子回転軸と前記ブラシ回転軸の間の距離を調節する手段を有することを特徴とする。
（４）請求項４に係る、モータにおけるブラシ給電構造は、モータにおけるブラシを支持し該ブラシとともに回転可能でありかつ少なくとも一方の端面に凹円錐状または凸円錐状の受電部を形成された導電体のブラシ回転シャフトと、前記受電部に対して嵌合可能な凸円錐状または凹円錐状の給電部を形成された導電体の給電部材と、前記給電部を前記受電部に対して押圧する押圧手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
（Ａ）本発明によるモータの形態は、整流子とブラシとを有する。整流子は、整流子回転軸を備え、この整流子回転軸に対し垂直な少なくとも１つの整流子面を備える。整流子面上には複数の整流子片が形成されている（例えば放射状）。ブラシは、整流子回転軸に対し平行なブラシ回転軸を備え、このブラシ回転軸に対し垂直な少なくとも１つのブラシ面を備える。そして、ブラシ面の一部が整流子片の一部との当接状態を保持するように、ブラシが回転可能に支持されている。
【０００８】
本発明では、整流子が回転すると、整流子片の一部に当接するブラシ面の一部がその回転力を受けて回転することができる。従って、本発明の回転型ブラシは、従来の固定・押圧型のブラシに比べて摩耗が格段に低減される。これによりブラシ及び整流子の寿命が延びる。
【０００９】
本発明では、整流子とブラシをその回転軸方向から視ると、整流子面上の整流子片の一部とブラシの一部との当接面領域は、整流子とブラシとの重なり部分にほぼ相当する所定の面積を有している。従って、本発明における回転型ブラシは、整流子とブラシが所定の面積の当接面により面接触しているということができる。従来の回転型ブラシにおける整流子との線接触または点接触に比べて、本発明のブラシと整流子との面接触は安定しており、確実に導通し、接触抵抗も小さくなる。また、整流子回転軸とブラシ回転軸との間の距離が振動等により多少変化した場合でも、当接面の面積が変動するだけでブラシ面と整流子片との当接状態は十分に確保されるため、導通が遮断されることがない。
【００１０】
本発明では、上記のようにブラシと整流子が面接触しているので、ブラシが現在接触している整流子片からその隣の別の整流子片に対して新たに接触しようとするとき、隣の整流子片と完全に接触状態となるまでの間、ブラシと現在接触している整流子片との接触状態は必ず保持される。すなわち、ブラシがいずれの整流子片とも導通していない状態が発生しない。これは、整流子片に接続されている電機子コイルとの電流の遮断が発生しないことを意味し、この結果、スパーク発生が抑制される。これに対し、従来の回転型ブラシは、ブラシが円筒形であってブラシ回転軸と整流子回転軸が平行であるかまたはブラシが球形であったために、ブラシと整流子とが線接触または点接触となり、ブラシがいずれの整流子片にも接触していない状態が頻繁に発生し、スパークの問題を生じていた。
【００１１】
本発明では、ブラシ面と整流子片との当接面において、ブラシ面はブラシ回転軸を中心に回転し、一方、整流子片は整流子回転軸を中心に回転する。従って、当接面のほぼ全面において、ブラシ面上の各点における回転ベクトルの向きは、整流子片上の各点の回転ベクトルの向きと異なる方向となる。なお、ブラシ回転軸と整流子回転軸とを結ぶ直線上の点については、ブラシ面の回転ベクトルと整流子片の回転ベクトルの向きが一致する。しかし、この軸間を結ぶ直線上の各点においては、それぞれの軸から遠ざかる程周速度が大きくなるため、ブラシ面と整流子片の周速度の変化は逆向きである。よって、この軸間を結ぶ直線上の点においても、通常、ブラシ面と整流子片の周速度は一致しない。このことは、ブラシと整流子との当接状態が摺動を伴うことを意味する。なお、このブラシと整流子との摺動接触は、両者の回転接触に付随するものであるから、従来の固定・押圧型ブラシのように摺動のみで当接する場合より遙かに摩耗は少ない。ブラシと整流子との摺動摩擦により、双方に付着したごみや錆等を削り取る効果が得られ、付着物による接触抵抗（電気抵抗）の増大を防止できる。
【００１２】
（Ｂ）本発明の別の形態では、上記形態においてモータの整流子が平板状であってその両面に形成された２つの整流子面を備え、かつ、ブラシが２つのブラシ面を備える。そして、２つのブラシ面の各々の一部が２つの整流子面の各々における整流子片の一部とそれぞれ当接する。この形態においては、片面のみの場合に比べて当接面積が大きくなることで、接触抵抗が小さくなるためモータの効率が向上する。
【００１３】
（Ｃ）本発明のさらに別の形態では、上記形態において、整流子回転軸とブラシ回転軸の間の距離を調節する手段を有する。整流子回転軸とブラシ回転軸間の距離が短くなる（但し、双方の回転を妨げない距離は確保されている）と、ブラシ面と整流子片との当接面の面積が大きくなる。逆に、両回転軸間の距離が長くなると、ブラシ面と整流子片との当接面の面積が小さくなる。当接面の面積が小さいときは、摺動摩擦も小さく高速回転に好適であり、高電圧・小電流での駆動に向いている。一方、モータの出力トルクを大きくしたい場合、当接面積を大きくして低電圧・大電流駆動する用途に好適である。すなわち、同じ電力で、回転速度とトルクの制御が可能である。従来のブラシ式モータでは、このような回転速度とトルクの制御は不可能であった。このように、最適なモータ効率を得るために、軸間距離を調節することができる。
【００１４】
（Ｄ）本発明による、モータにおけるブラシ給電構造は、ブラシを支持しかつ該ブラシとともに回転可能な導電体のブラシ回転シャフトを有し、このブラシ回転シャフトの少なくとも一方の端面に凹円錐状または凸円錐状の受電部を形成している。さらに、ブラシ回転シャフトに組み合わせるための給電部材を有し、この給電部材は、ブラシ回転シャフトの受電部に対して嵌合可能な凸円錐状または凹円錐状の給電部を形成されている。さらに、給電部材の給電部を、ブラシ回転シャフトの受電部に対して押圧する手段を備えている。すなわち、受電部の面の形状と給電部の面の形状とは、ほぼ隙間無く嵌り合うことができ、面と面とが当接できるように形成されている。
【００１５】
従来、回転導電体（例えば整流子）に対して給電する給電部材としては、固定・押圧型ブラシのように、回転導電体の外周面に押し当てられ摺動しつつ当接するものが一般的であった。しかしながら、このような従来形態では、ブラシと導電体との接触状態がほぼ点接触となるため十分な接触面積が得られず、大電流の給電が困難であった。また、このような従来形態では、給電部材が回転導電体の回転力を受けて動く可能性があるため、給電部材を確実に固定するための手段が必要であった。さらに、ブラシが回転導電体の回転力を受けて、欠けてしまうこともある。
【００１６】
本発明は、回転軸をもつ回転型ブラシに対して適用されるブラシ給電構造であり、この場合の回転導電体は、ブラシ回転シャフトである。本発明では、給電部材が、ブラシ回転シャフトの外周面上ではなく、少なくとも一方の端面側に配置されている。そして、ブラシ回転シャフトの一方の端面に形成された凹円錐状または凸円錐状の受電部と、給電部材に形成された凸円錐状または凹円錐状の給電部とが嵌合可能となっている。このような円錐形状の受電部と給電部との嵌合状態においては、その接触状態が面接触となる。従って、従来の固定・押圧型ブラシの点接触に比べて大きな接触面積を確保することができ、大電流の給電に対応できる。
【００１７】
また、本発明のブラシ給電構造においては、給電部材がブラシ回転シャフトの回転力を受けないため（すなわち、給電部材がブラシ回転シャフトの面から外れるような外力を受けない）、給電部材の位置が軸からずれることがなく安定する。よって、給電部材の固定手段も簡略化できる。当接面を円錐形状とすることにより、回転軸に垂直な方向へのずれが生じにくく安定に嵌合させることができる。ブラシが、回転導電体の回転力を受けて欠けることもない。さらに、給電部材の摩耗により生じるごみも排出されやすい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（１）モータの実施形態の説明
図１は、本発明によるモータの第１の実施形態を示す概略的な斜視図である。図２(Ａ)は、図１のモータの整流子とブラシの部分を回転軸方向から視た正面図であり、（Ｂ）は(Ａ)の側面図であり、(Ｃ)は(Ｂ)のＣ部拡大図である。
【００１９】
図１に示すように、モータ１は、適宜の筐体（図示せず）に対して回転自在に配設されたモータ回転シャフト１２に固定された電機子１１を具備し、電機子１１は複数の電機子コイル（図示せず）から構成されている。モータ回転シャフト１２上には平板状の整流子１０も固定されている。モータ回転シャフト１２は、すなわち整流子１０の回転シャフトである。モータ回転シャフト１２の回転軸Ａは、整流子回転軸でありかつ電機子回転軸である。
【００２０】
一対の固定子３１Ａ、３１Ｂは、筐体（図示せず）の内面に固定され回転シャフト１２（より正確な位置関係においては、回転軸Ａ）を中心として電機子１１の両側に対向して配置されている。固定子３１Ａ、３１Ｂは、図示の例では永久磁石であるが、界磁コイルを巻いた電磁石でもよい。電機子１１、整流子１０及び回転シャフト１２は、一体的に回転する回転子を構成している。
【００２１】
図２(Ｂ)(Ｃ)に示すように、平板状の整流子１０の両面にそれぞれ整流子面１０ａ、１０ｂが設けられている（図１では片面のみが現れている）。整流子面１０ａ、１０ｂは、整流子回転軸Ａに対して垂直である。整流子１０の外周縁の形状は円形が好適であるが、これに限定されない。図２(Ａ)に示すように、整流子面１０ａ、１０ｂ上には、複数の導電性の整流子片１３が形成されている。図には明示しないが、各整流子片１３は、整流子面１０ａ、１０ｂに対して所定の厚さだけ突出している。整流子片１３の表面は、平坦な面である。隣り合う２つの整流子片１３間には、絶縁部１４としての溝が形成され、電気的絶縁を確保している。
【００２２】
図示の例では、各整流子片１３は、整流子回転軸Ａを中心として放射方向に中心近傍から外周縁まで延在しており、細い扇形となっている。各整流子片１３の別の配置例としては、整流子回転軸Ａを中心とする放射方向に対して所定の角度をもって中心近傍から外周縁まで延在するようにしてもよい。さらに別の配置例としては、各整流子片１３が、整流子回転軸Ａを中心として渦巻き状に中心近傍から外周縁まで延在するようにしてもよい。いずれの配置においても、各整流子片１３の外側端部は、整流子１０の外周縁上またはその近傍に位置する。各整流子片１３の外側端部は、整流子１０の外周縁上に達していてもよいが、必ずしも外周縁に達するように形成される必要はなく、必要に応じてブラシ面と当接できる範囲に達していればよい。
【００２３】
各整流子片１３の中心側端部は、中心までは達しておらず、詳細は図示しないが、中心から所定の距離の位置において電機子１１の方へ曲げられ、電機子１１を構成する複数の電機子コイルの各々と電気的に接続されている。整流子１０の両面においてほぼ表裏に位置する２つの整流子片１３同士は、同じ電機子コイルと接続される。
【００２４】
これらの電機子１１、平板整流子１０、モータ回転シャフト１２及び固定子３１Ａ、３１Ｂは公知の構成要素であり、多様な変形形態があり得る。
【００２５】
本発明のモータ１は、整流子１０の外周縁近傍にブラシ２０Ａ、２０Ｂを備えている。ブラシ２０Ａ、２０Ｂは、整流子回転軸Ａを中心に互いに１８０度の位置に配置されている。ブラシ２０Ａと２０Ｂとは、基本的に同じ構造であるので、以下において、一方のブラシについての説明は、他方のブラシにも同様に該当するものとする。
【００２６】
図１及び図２に示すように各ブラシ２０Ａ、２０Ｂは、所定の間隔を空けて配置された一対の導電体からなる平板２１、２２を備えている。なお、図では、平板２１、２２は、比較的薄い板で例示されているが、強度等を考慮してブラシ軸方向に充分厚みをもたせた形状でもよい。そして、これらの平板２１と平板２２の外周縁近傍が、整流子１０の外周縁近傍を挟持するように配置されている。なお、図１及び図２では、整流子１０の外周縁近傍を挟持するように例示されているが、ブラシ面と整流子片の接触面積を大きくするために、平板２１、２２の径を大きくして、これらの平板の外周縁が、より整流子回転軸Ａに近づくように配置してもよい。平板２１、２２の外周縁の形状は円形が好適であるが、これに限定されない。
【００２７】
また、各ブラシ２０Ａ、２０Ｂは、導電体からなるブラシ回転シャフト２３により支持され、ブラシ回転シャフト２３と一体的に回転可能である。各ブラシ２０Ａ、２０Ｂの回転軸を、それぞれ符号Ｂ１、Ｂ２で示す。平板２１、２２の各々の両面は、それぞれブラシ回転軸Ｂ１、Ｂ１に垂直である。ブラシ回転軸Ｂ１、Ｂ２は、整流子回転軸Ａと平行に配置されている。ブラシ回転シャフト２３は、平板２１、２２を貫通しかつこれらと固定されている。平板２１と平板２２は、導電体であるブラシ回転シャフト２３により連結されることで導通している。ブラシ回転シャフト２３の両端は、適宜のベアリング（図示せず、ベアリングは筐体に固定されている）により回転自在に支持されている。ブラシ２０Ａ、２０Ｂとそのブラシ回転シャフト２３とは一体的に回転することができる。
【００２８】
さらに、導電体からなる給電部材２４が、ブラシ回転シャフト２３の外周面に対して弾性的に押し当てられている。給電部材２４は、通常、カーボンである。給電部材２４は外部の電源に接続されることによりブラシ２０Ａ、２０Ｂに給電する。給電部材２４は、例えば、従来の固定・押圧型ブラシと同様の部材を用いてもよい。ブラシ回転シャフト２３の外周面には、整流子１０の整流子面のような凹凸がないため摩擦は小さく、給電部材２４の摩耗はほぼ問題とならない。
【００２９】
図２(Ｃ)に示すブラシ２０Ｂの部分拡大図を参照すると、ブラシ２０Ｂの具備する平板２１と平板２２の互いに対向する内側の平坦な面が、ブラシ面２１ａ、２２ａである。これらのブラシ面２１ａ、２２ａは、それぞれブラシ回転軸Ｂ１、Ｂ２に垂直である。ブラシ面２１ａの一部は、整流子面１０ａ上の整流子片１３の一部と当接状態を保持している（当接面の領域を符号ｐで示す）。一方、ブラシ面２２ａの一部は、整流子面１０ｂ上の整流子片１３の一部と当接状態を保持している（当接面の領域を符号ｑで示す）。図２(Ａ)の正面図を参照すると、ブラシ２０Ａ、２０Ｂと整流子１０の当接面の領域ｐ、ｑの面積は、ブラシ２０Ａ、２０Ｂと整流子１０との重なり部分の面積にほぼ相当する。このように、ブラシ面２１ａ、２２ａと整流子片１３との当接面は所定の面積を有しており、すなわち、ブラシ２０Ａ、２０Ｂと整流子１０とは面接触しているということができる。なお、平板２１と平板２２の各々の外側の面はブラシ面ではないため、必ずしも平坦面としなくてもよい。
【００３０】
ブラシ面２１ａ、２２ａは、それぞれ整流子面１０ａ、１０ｂに対して（すなわち整流子片１３に対して）押圧されることにより当接状態を保持する。押圧手段の具体的構成は種々可能であるが、一例としては、図２(Ａ)に示すように、ブラシ回転シャフト２３を中心に十字状に４つの引張コイルバネ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄを設け、そして図２(Ｃ)に示すように、各引張コイルバネ２５ａ等がブラシ面２１ａと２２ａの間に介在してブラシ面２１ａと２２ａを互いに引き寄せる（但し、図２(Ｃ)には、引張コイルバネ２５ａ、２５ｃのみ表示し、引張コイルバネ２５ｂ、２５ｄは図示を省略している。図２(Ｂ)でも同様に省略している）。ブラシ面２１ａ、２２ａが整流子面１０ａ、１０ｂを押圧することにより、ブラシ２０Ａ、２０Ｂと整流子片１３との良好な導通を確保できる。但し、この押圧力は、整流子１０及びブラシ２０Ａ、２０Ｂの円滑な回転を損なわない程度に設定する。
【００３１】
整流子１０が回転すると、その外周縁近傍に当接するブラシ２０Ａ、２０Ｂが整流子１０の回転力を受けてそれぞれ回転する（図２(Ａ)に、回転方向の一例を矢印で示す）。そして、ブラシ２０Ａ、２０Ｂは回転しながら整流子片１３に対して給電する。この結果、従来の固定・押圧型ブラシのように摺動のみによって当接するブラシに比べて、摩耗を格段に低減することができる。
【００３２】
整流子１０及びブラシ２０Ａ、２０Ｂの回転に支障が生じないように、平板２１、２２の外周縁２１ｂ、２２ｂを、整流子面１０ａ、１０ｂに対してそれぞれ反対側に反らせ曲げている。図２において図示していないが、平板２１、２２の外周縁２１ｂ、２２ｂは外周縁全周において形成されている。加えて、整流子１０の外周縁１０ｃについても全周においてテーパ状としている。これにより、整流子１０及びブラシ２０Ａ、２０Ｂの、それぞれの外周縁の角部による摩擦を低減できる。または、これにより、外周縁の角部における製造上の微細な凹凸等に起因する、ブラシ面と整流子片との良好な面接触を阻害する要素を排除する。
【００３３】
ブラシ２０Ａにおける一方の平板２１と他方の平板２２とは、ブラシ回転シャフト２３を介して電気的に接続されているため同一の給電を受ける。このように、整流子１０の両面においてほぼ表裏に位置する整流子片１３に対し、それぞれ平板２１と２２から給電することにより、整流子１０の片面のみに整流子面及び平板を設けた場合に比べてブラシと整流子の接触面積が大きくなり、総合して接触抵抗が低減されるためモータの効率が向上する。なお、別の実施形態として、整流子１０の片面のみに整流子面を設け、平板２１、２２の一方のみを給電用とし（すなわち、ブラシ面は１つ）、他方は支持部材としてもよい。
【００３４】
以上のように、本発明のモータは、ブラシと整流子片とが面接触しているので、ブラシが現在接触している整流子片からその隣の別の整流子片に対して新たに接触しようとするとき、隣の整流子片と完全に接触状態となるまでの間、現在接触している整流子片とブラシとの接触状態が必ず保持される。例えば、図２(Ａ)において、ブラシ２０Ａが現在接触している整流子片１３−１から次の整流子片１３−２に接触し始めるとき、ブラシ２０Ａが整流子片１３−２と完全に接触するまで整流子片１３−１との接触状態は保持される。これは、ブラシ２０Ａと整流子片１３の当接面（ｐ、ｑの領域）がどれだけ小さくなっても（すなわちブラシ回転軸Ｂ１と整流子回転軸Ａの距離が離れても）成立する。
【００３５】
ブラシと整流子との重なり部分が小さい場合は、ブラシが１つの整流子片のみに面接触する状態も生じるが、その場合であっても整流子片から整流子片へ接触を移行する場合には必ずそれら２つの整流子片と面接触する。つまり、本発明の平板状の回転型ブラシは、当接面がどれだけ小さくなっても最大２つの整流子片にまたがることができる。このように、本発明のモータでは、ブラシがいずれの整流子片とも導通していない状態が発生しない。これは、整流子片に接続されている電機子コイルとの電流の遮断が発生しないことを意味し、この結果、スパーク発生が抑制される。
【００３６】
なお、図１に示すように固定子３１Ａ、３２Ｂは、電機子１１の上下にそれぞれ配置されているため界磁磁束は上下方向に発生する。一方、電機子１１による磁束は、図２(Ａ)における左右方向に発生して電機子１１を回転駆動する。この左右方向の磁束は、主として、図２(Ａ)において整流子１０の左右端に位置する整流子片と接続されている電機子コイルにより発生する（周知の整流子片と電機子コイルとの配線による）。ブラシ２０Ａ、２０Ｂは、これらのモータ駆動に直接寄与する磁束を発生する電機子コイルに接続された整流子片には接触していない。ブラシ２０Ａ、２０Ｂは、整流子１０の上下端に位置する整流子片に給電しているから、図示のようにブラシ２０Ａ、２０Ｂが複数の整流子片にまたがって当接し、これらに接続されている電機子コイルを短絡させてもモータ駆動には影響を及ぼさない。
【００３７】
また、本発明のモータでは、ブラシ面２１ａ、２２ａと整流子片１３の当接面（図２のｐ、ｑの領域）において、ブラシ面２１ａ、２２ａはブラシ回転軸Ｂ１、Ｂ２を中心に回転し、一方、整流子片１３は整流子回転軸Ａを中心に回転する。従って、当接面のほぼ全面において、ブラシ面上の各点における回転ベクトルの向きは、整流子片上の各点の回転ベクトルの向きと異なる方向となる。なお、ブラシ回転軸Ｂ１、Ｂ２と整流子回転軸Ａとを結ぶ直線上の各点については、ブラシ面の回転ベクトルと整流子片の回転ベクトルの向きが一致する。しかし、この軸間を結ぶ直線上の各点においては、それぞれの軸から遠ざかる程周速度が大きくなるため、ブラシ面と整流子片の周速度の変化は逆向きである。よって、この軸間を結ぶ直線上の点においても、通常、ブラシ面と整流子片の周速度は一致しない。このことは、ブラシ面と整流子片との当接状態が摺動を伴うことを意味する。なお、このブラシ面と整流子片との摺動接触は、両者の回転接触に付随するものであるから、従来の固定・押圧型ブラシのように摺動のみで当接する場合より遙かに摩耗は少ない。このようなブラシ面と整流子片との摺動摩擦により、双方に付着したごみや錆等を削り取る効果が得られ、付着物による接触抵抗（電気抵抗）の増大を防止できる。
【００３８】
さらに、図２(Ａ)を参照すると、本発明のモータは、整流子回転軸Ａとブラシ回転軸Ｂ１、Ｂ２の間の距離を調節する軸位置調整手段を備えていてもよい。例えば、整流子回転軸Ａとブラシの両回転軸Ｂ１、Ｂ２間の距離が短くなる（但し、双方の回転を妨げない距離は確保されている）と、ブラシ面と整流子片との当接面（ｐ、ｑの領域）の面積が大きくなる。逆に、両回転軸間の距離が長くなると、ブラシ面と整流子片との当接面の面積が小さくなる。当接面の面積が小さいときは、摺動摩擦も小さく高速回転に好適であり、高電圧・小電流での駆動に向いている。一方、モータの出力トルクを大きくしたい場合、当接面積を大きくして低電圧・大電流駆動する用途に好適である。すなわち、同じ電力で、回転速度とトルクの制御が可能である。
【００３９】
例えば、電気自動車の走行駆動用に供する場合、自動車の発進時（登り坂道も）は、整流子回転軸Ａとブラシ回転軸Ｂ１、Ｂ２を近づけてブラシ面と整流子片の当接面積を大きくし、モータの駆動力を大とする。高速走行時は、整流子回転軸Ａとブラシ回転軸Ｂ１、Ｂ２を遠ざけてブラシ面と整流子片の当接面積を小さくし、モータの回転速度を大とする。従来のブラシ式モータでは、このような回転速度とトルクの制御は不可能であった。このように、最適なモータ効率を得るために、軸間距離を調節することができる。
【００４０】
ここで、ブラシ回転軸を整流子回転軸に近づけたり遠ざけたりすることに起因して、摺動摩擦によるブラシ面の摩耗の程度が面上で不均一になる可能性が考えられる（もっとも、本発明のブラシは、回転を伴うので摺動摩擦による摩耗は現実には極小となっている）。このような不均一な摩耗の発生に対する対応としては、図示はしないが次の構成が有効である。すなわち、ブラシ面２１ａ、２２ａの全面を平坦な面とする替わりに、ブラシ面２１ａ、２２ａの円周方向に一周する所定の幅をもつ凸帯状の実質的なブラシ面を形成する。このような所定の幅のブラシ面により整流子片と接触する場合は、ブラシ回転軸を上記のように変移させても、整流子片と当接する実質的なブラシ面は物理的に常に同じ面であるので、ブラシ面上の摩耗の不均一の発生を回避できる。
【００４１】
（２）モータにおけるブラシ給電構造の実施形態の説明
図３は、本発明によるモータのブラシ給電構造の実施形態を示しており、(Ａ)は主要部の概略的な側面図であり、（Ｂ）は(Ａ)のＤ断面図であり、(Ｃ)は変形形態におけるＤ断面図に相当する断面図である。「ブラシ給電」とは、ブラシに対する給電の意味である。
【００４２】
図３(Ａ)は、例えば図１及び図２に示した回転型ブラシを備えたモータにおける、一方のブラシ近傍(図２(Ｃ)に相当)の部分側面図である。なお、図示しない他方のブラシについても同じ構成である。なお、図３では、図１及び図２に示した平板状の回転型ブラシへ適用した場合を例としてブラシ給電構造を説明するが、このブラシ給電構造は、１つの回転軸を中心に自転する他の形状（円筒型または円すい台型等）の回転型ブラシにも適用可能である。
【００４３】
図３(Ａ)(Ｂ)を参照すると、導電体のブラシ回転シャフト２３は、ブラシ２０Ｂを支持している。すなわち、導電体のブラシ回転シャフト２３は、ブラシ２０Ｂを貫通してブラシ２０Ｂと固定されており、ブラシ２０Ｂと一体的に回転可能である。ブラシ回転シャフト２３の回転軸は、ブラシ回転軸Ｂ２である。ブラシ回転シャフト２３の両端近傍は、適宜のベアリング２７ａ、２７ｂにより回転可能に支持されている。ベアリング２７ａ、２７ｂは、図示しない適宜のモータ筐体に固定されている。
【００４４】
図３（Ｂ）は、ブラシ回転シャフト２３は、図示の例では円柱状であるが、ベアリング２７ａ、２７ｂにより軸支される部分以外の断面形状は、円形でなくともよい。ブラシ回転シャフト２３の一方の端面には、凹円錐状の受電部２３ａを形成している。凹円錐状はいわゆるすり鉢状である。受電部２３ａの凹円錐の円錐軸はブラシ回転軸Ｂ２上にある。円錐軸に対する母線の角度は適宜とする。
【００４５】
さらに、ブラシ回転シャフト２３に組み合わせるための給電部材４１を有する。給電部材４１は、通常、カーボンである。この給電部材４１は、一方の端面に凸円錐状の給電部４１ａを形成している。給電部４１ａの凸円錐の円錐軸もまたブラシ回転軸Ｂ２上にある。給電部４１ａの凸円錐は、上記の受電部２３ａの凹円錐に対して嵌合可能に形成されている。すなわち、受電部の面の形状と給電部の面の形状とは、ほぼ隙間無く嵌り合うことができ、面と面とが当接できるように形成されている。
【００４６】
さらに、給電部４１ａを受電部２３ａに対して押圧する手段を備えている。押圧手段の具体的構成は種々可能であるが、一例として、給電部材４１の他方の端面４１ｂと適宜の固定部材４３との間に圧縮コイルバネ４２を設置する。固定部材４３は、例えば、圧縮コイルバネ４２の一端を支持する支持台部４３ａ（例えばモータ筐体に固定されている）と、支持台部４３ａと一体であって給電部材４１を支持するべく延びている支持筒部４３ｂ（図３(Ａ)では、その円筒形状の断面を示している）とを備えている。
【００４７】
また、ブラシ回転シャフト２３と給電部材４１をそれぞれほぼ柱状とする場合の各々の径は、図３(Ａ)のようにほぼ同じ大きさでもよく、異なっていてもよい。
【００４８】
なお、給電部材４１の形状は、給電部４１ａが受電部２３ａに嵌合可能な形状であればよく、それ以外の部分の形状は特に限定されない。しかしながら、好適には、図示のように、給電部４１ａを含む所定の軸方向長さをもつ部分４１ｃを円柱状（すなわち断面が円形）とする。これにより、経年変化等で給電部４１ａの摩耗が生じて、圧縮コイルバネ４２によりブラシ回転シャフト２３の方へ押し出されて行った場合でも、給電部４１ａの円錐形状を維持できる。一方、給電部４１ａの反対側の端面４１ｂを含む所定の軸方向長さをもつ部分４１ｄは、角柱状（すなわち断面が四角形等の多角形）とすることが好適である。これにより、ブラシ回転シャフト２３から給電部材４１が回転力を受けても、給電部材４１の回転を阻止できる。なお、給電部材４１の円柱部分４１ｃ及び角柱部分４１ｄの外周面は、それぞれ、固定部材４３の支持筒部４３ｂの内面により支持されている。支持筒部４３ｂの内面形状は、円柱部分４１ｃを支持する部分については断面が円形であり、角柱部分４１ｄを支持する部分については断面が角形となっている。
【００４９】
図３(Ｃ)は、本発明のブラシ給電構造の変形形態を示す断面図である。この変形形態では、ブラシ回転シャフト２３の一端面に形成した受電部２３ａが凸円錐状であり、給電部材４１に形成した給電部４１ａが凹円錐状であり、互いに嵌合可能である。また、ブラシ回転シャフト２３の径を給電部材４１の径よりも大きく設定している。これは、給電部材１４の摩耗が生じた際に、ブラシ回転シャフト２３が給電部材４１内に埋没していくことを回避するためである。給電部材４１がカーボンの場合でも、その当接面は滑らかであるので急激な摩耗は生じないが、経年的には、給電部材４１は次第に摩耗していくものだからである。
【００５０】
本発明のブラシ給電構造によれば、給電部材４１が、ブラシ回転シャフト２３の少なくとも一方の端面側に配置され、ブラシ回転シャフト２３の一方の端面に形成された凹円錐状または凸円錐状の受電部２３ａと、給電部材に形成された凸円錐状または凹円錐状の給電部４１ａとが嵌合可能となっている。このような円錐形状の受電部２３ａと給電部４１ａとの嵌合状態においては、その接触状態が面接触となる。従って、従来の固定・押圧型ブラシに比べて大きな接触面積を確保することができ、大電流の給電に対応できる。
【００５１】
また、図１に示したような回転導電体の外周面に押し当てられる給電部材２４と比べて、給電部材４１は、ブラシ回転シャフト２３の回転力を受けないため、給電部材４１を安定に支持することができ、ブラシ回転シャフト２３との確実な導通を確保できる。よって、給電部材の固定手段も簡略化できる。当接面を円錐形状とすることにより、回転軸に垂直な方向へのずれが生じにくく安定に嵌合させることができる。また、給電部材の摩耗により生じるごみも排出されやすい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明によるモータの実施形態を示す概略的な斜視図である。
【図２】(Ａ)は、図１のモータの整流子とブラシの部分を回転軸方向から視た正面図であり、（Ｂ）は(Ａ)の側面図であり、(Ｃ)は(Ｂ)のＣ部拡大図である。
【図３】本発明によるモータのブラシ給電構造の実施形態を示し、(Ａ)は主要部の概略的な側面図であり、（Ｂ）は(Ａ)のＤ断面図であり、(Ｃ)は変形形態におけるＤ断面図に相当する断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  モータ
１０  整流子
１０ａ、１０ｂ  整流子面
１１  電機子
１２  モータ回転シャフト(整流子回転シャフト)
１３  整流子片
１４  絶縁部
２０Ａ、２０Ｂ  ブラシ
２１、２２  ブラシ平板
２１ａ、２２ａ  ブラシ面
２３  ブラシ回転シャフト
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ  引張コイルバネ
２４、４１  給電部材
４２  圧縮コイルバネ
４３  固定部材
Ａ  整流子回転軸
Ｂ１、Ｂ２  ブラシ回転軸
【図１】
2008211883.tif 000003
【図２】
2008211883.tif 000004
【図３】
2008211883.tif 000005