(57)【要約】【課題】  小形軽量化を重視した整流子電動機に好適なコンパクトで信頼性を高めた、ブラシ装置を提供する。【解決手段】  電気掃除機等に搭載されるブロア機能を有する電動送風機の整流子電動機のブラシ装置において、ブラシ保持器箱を十文字状の異形管として、ブラシ，巻込みばね、およびリード線をこれに格納し、リード線をモータ回路から分離・保護することにより、ファンからの風圧によるリード線の不要な電気的短絡を防止し、かつコンパクトな整流子電動機用ブラシ装置とできる。【選択図】図１
2008125202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動送風機の駆動源に用いられる整流子電動機の整流子と機械的な摺動接触を行いながら電力の授受を行うブラシ装置において、ブラシを整流子に押下するブラシスプリングが巻込みばねであり、かつブラシ保持器箱にブラシ，巻込みばね、およびリード線を格納したことを特徴とする整流子電動機のブラシ装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ブラシ保持器箱の径方向断面は、十文字形状の異形管としたことを特徴とする整流子電動機のブラシ装置。
【請求項３】
請求項１において、前記ブラシの幅寸法は、前記巻込みばねの幅寸法の約２倍とし、リード線とブラシとの接続箇所は、巻込みばねとブラシの接する範囲外に設けたことを特徴とする整流子電動機のブラシ装置。
【請求項４】
請求項１において、前記ブラシの上面には巻込みばねの外径円周面に沿うように三日月状の溝を設けたことを特徴とする整流子電動機のブラシ装置。
【請求項５】
電動送風機の駆動源に用いられる整流子電動機の整流子と機械的な摺動接触を行いながら電力の授受を行うブラシ装置において、ブラシを整流子に押下するブラシスプリングが巻込みばねであり、かつブラシ保持器箱にブラシ，巻込みばね，リード線および加圧子を格納したことを特徴とする整流子電動機のブラシ装置。
【請求項６】
請求項５において、前記ブラシ保持器箱の径方向断面は、十文字形状の異形管としたことを特徴とする整流子電動機のブラシ装置。
【請求項７】
請求項５において、前記ブラシの幅寸法は、前記巻込みばねの幅寸法の約２倍とし、リード線とブラシとの接続箇所は巻込みばねとブラシの接する範囲外に設けたことを特徴とする整流子電動機のブラシ装置。
【請求項８】
請求項５において、前記加圧子はブラシの上面と巻込みばねの間に配置され、加圧子の上面には巻込みばねの外径円周面に沿うように三日月状の溝を設けたことを特徴とする整流子電動機のブラシ装置。
【請求項９】
請求項５において、前記加圧子は耐熱性緩衝材で構成したことを特徴とする整流子電動機のブラシ装置。
【請求項１０】
請求項５において、前記加圧子を耐熱性緩衝材で構成し、かつ加圧子の下方に空隙を設け、前記空隙にリード線を通したことを特徴とする整流子電動機のブラシ装置。
【請求項１１】
請求項１０において、加圧子の上面には巻込みばねの外径円周面に沿うように三日月状の溝を設けたことを特徴とする整流子電動機のブラシ装置。
【請求項１２】
電動送風機の駆動源に用いられる整流子電動機の整流子と機械的な摺動接触を行いながら電力の授受を行うブラシ装置を有する電気掃除機において、
ブラシを整流子に押下するブラシスプリングが巻込みばねであり、かつブラシ保持器箱にブラシ，巻込みばね、およびリード線を格納したことを特徴とする電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流子電動機のブラシ装置及び電気掃除機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動送風機に用いられる電動機では、磁極数が２極の整流子電動機が多く用いられている。この電動機は負荷が軽いと回転速度が増加し、負荷が重いと回転速度が下がって高トルクを発生するという直巻特性を持たせることができるので、送風機駆動に適した特性を有するためである。
【０００３】
また、電気掃除機本体を小形軽量として操作性を向上させるため、本体に搭載される整流子電動機も小形軽量なものが求められる。整流子電動機を小形軽量化する手段として、例えば非特許文献１に記載されているように、１分間あたり４万回転(４０,０００min-1)以上の高い回転速度を設定すること、鉄心の磁束密度を比較的高く設定することなどの方法が採られている。
【０００４】
一方、小形軽量化とともに求められるものに高耐久性があり、これを主体的に決めるものとしてブラシ寿命が挙げられる。整流子電動機のブラシ装置は、ブラシ磨耗を伴いながら絶えず摺動接触を行い電力の授受を行っているが、ブラシ寿命はブラシと整流子とが機械的に摺動接触することによる機械的磨耗と、整流現象に伴う火花電圧が影響する電気的磨耗に大別される。機械的磨耗は、整流子側から影響する要因として、整流子表面の粗さや整流子片の凹凸の状況がある。ブラシと摺り合う整流子表面が粗いとブラシ磨耗量が多く、また、整流子片の凹凸が大きいとブラシが整流子に衝突する機会が増えることによりブラシ磨耗量が増えることが周知である。また、ブラシ側からの機械的磨耗の増大に影響する要因として、過度のブラシ加圧力の設定がある。ブラシ加圧力とは、ブラシを整流子に付勢する押下力であり、一般的にブラシ加圧力が大きいほど機械的磨耗が増加する傾向がある。
【０００５】
このため、機械的磨耗の増加を少なく抑えるためには、できるだけ整流子の表面を滑らかにして、整流子片の凹凸を小さく設定し、ブラシ加圧力を小さく設定するとよい。しかし、ブラシ加圧力をあまり小さくしすぎると、ブラシの振動が過大となって電力の授受の健全性を失うため、電気的磨耗が増大し、せっかく機械的磨耗の低減を図ったとしても電気的磨耗が増大し、ブラシ寿命向上の効果が現れないもしくはむしろブラシ寿命が減少するといった事象が確認される。
【０００６】
ブラシ加圧力は、機械的磨耗だけに関係すると考えられがちであるが、ブラシ振動に密接に影響し、火花電圧の状況から電気的磨耗にも影響し得る。ブラシの振動が抑えられ、健全な摺動接触が保たれるブラシ加圧力の設定がブラシ寿命の向上のためには重要で、ひいては整流子電動機の耐久性も左右することになる。
【０００７】
ところで、ブラシ加圧力を得るには安価ということもあり機械式ばねが広く用いられている。機械式ばねの種類は多種に亘り、例えば、つるまきばね，巻込みばね等の形状の種類、また、ばね材質の組み合わせにより多種多様である。
【０００８】
つるまきばねは、ブラシ装置によく用いられるばね形状である。このばねは、ブラシ初期では摺動接触の健全性を維持するためのブラシ加圧力が十分でも、ブラシ終期のブラシ加圧力がばね定数に応じて小さくなるので、初期のブラシ加圧力を予め高めに設定し、初期の機械的磨耗量の増加と引換えに終期のブラシの安定摺動を実現している。これに対し、初期のブラシ加圧力を高めに設定しなくてすむばねとして、巻込みばねに代表される定圧型ばねがある。ブラシ長さに関係なく、一定のブラシ加圧力が得られるのが最大の特徴である。本ばねを用いたブラシ装置の基本構成を特許文献１に示す。ブラシを整流子や環状円環（スリップリング）に押下するばねとして薄板の巻込みばねを用い、ブラシ上端面には、ばねの加圧部の干渉を避けるようにリード線（ピグテール）がブラシの角部に接続され、斜め上方に引き出してブラシと反対の端に取り付けられた通電用金具（単に端子と呼ぶ）に接続されている。ブラシから引き出したリード線（ピグテール）は、ブラシ加圧力への影響を極力小さくするために、銅などの導電体の細線を多数束ねて撚り合わせた複合より線であり、しなやかな仕上がりとしている。また、リード線（ピグテール）は、磨耗によりブラシが短くなるのを考慮して、ブラシ初期では長めとなっており、ブラシ保持器より外側にはみ出た構成としているため、ブラシ装置全体としては大形なものとなっていた。さらに、回転電気機械の冷却などを目的に、通風冷却を実施した場合、風圧がブラシ保持器に加わり、上記リード線（ピグテール）が揺らいで回転電気機械の巻線導体用端子や構造部材等と接触する懸念もあり、信頼性の低下を余儀なくされていた。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１７８２８５号公報
【非特許文献１】電気学会回転機研究会資料ＲＭ−９６−２８「クリーナ用ユニバーサルモータの電力密度の向上について」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
解決しようとする課題は、整流子電動機の小形軽量化を達成しながら、初期におけるブラシ磨耗の低減と終期におけるブラシ振動抑制を両立し、リード線の回転電気機械構造部材への接触を防止した、高性能かつ高信頼性を有する整流子電動機用ブラシ保持装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
電動送風機の整流子電動機のブラシ装置において、ブラシ保持器箱にブラシ，巻込みばね、およびリード線を格納する。
【発明の効果】
【００１２】
リード線と電動機構造部材や巻線などとの接触を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に沿って実施例を説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の第１の実施例を図１から図４により説明する。図１は本発明の実施例を示す電気掃除機用電動送風機の半断面である。電動送風機１はファン７０を駆動する整流子電動機３と、高速気流を発生する送風機部からなる。送風機部は遠心回転するファン７０と、圧力を回復するディフューザ７１とがファンケーシング１０２で囲われるように構成される。整流子電動機３の出力軸にはファン７０が取り付けられ、気流は図１の矢印で示したように、ファン７０の入口部から流入し、ディフューザ７１から整流子電動機３の内部を通過して後方より排出される。これにより電動送風機１は、その仕事量に応じて生じる電動機側の損失を効果的に冷却しつつ、高い吸込み力を得ている。整流子電動機３で消費される損失としては、電機子３０で発生する鉄損と電機子巻線銅損、固定子５０で発生する鉄損と界磁巻線銅損に加え、風損，軸受損，ブラシ摺動にともなう摩擦損、およびブラシ１１と整流子５の接触電圧降下にともなう電気損からなる。また、これらはほとんどが熱となって消費されるが、上記ファン７０からの気流によってもれなく冷却される。
【００１５】
また、ブラシ保持器１０は、電動送風機１の反出力軸側（後方位置）にブラシ保持器用取付ネジ１５によりモータハウジング１００に取り付けて固定される。電動機は２極の整流子電動機３であるのでブラシ保持器１０は、整流子５の円周上の対向位置に２つ設置する構成となる。また、ブラシ保持器１０には、ブラシ１１，巻込みばね１２，リード線
１３を格納させて、ファン７０からの気流がこれを通過したときにも、ブラシ保持器１０がリード線１３を保護して、不要な電気的な接触，短絡を防ぐようにリード線１３の揺らぎを防止している。
【００１６】
ところで、前記のとおり整流子電動機３は小形軽量化を達成するために、４０,０００
min-1 以上の高い回転速度で駆動させている。回転速度が上昇すると軸振動の増大が問題となるが、振動を小さく抑えるため、シャフト４５に係止された出力側軸受４１と反出力側軸受４０の間の距離を極力小さくして、電機子３０としての固有振動値を大きくしている。このため、軸受間の距離は極力小さく設定させており、それに対応してブラシ装置についてもその設置位置と巻線や端子などの位置との距離を絶縁距離の許す限り接近させ、健全な電気の授受と高速回転時の振動低減とを両立できる。
【００１７】
以上、電動送風機１での高速気流が、吸込み力と得ながら駆動する整流子電動機３の冷却の役割を担っていること、また、その気流は風圧としてブラシ装置にも作用していること、さらには電気掃除機に用いられる電動送風機も操作性の向上から小形軽量なものが求められることの重要性を鑑み、電力の授受を行うブラシ１０は、限られたスペースでリード線１３を保護しつつ、安定摺動状態を実現する本実施例のブラシ保持機構は、高性能化と高信頼性を確保するうえで有効に作用する。
【００１８】
次に、図２〜図４を用いて、本発明に関わるブラシ装置の詳細について説明する。図２は本発明のブラシ機構を示す斜視図である。ブラシ装置は、ブラシ保持器箱２０，ばね保持アーム１８，樹脂部１４，ブラシ１１，リード線１３（図示せず）、および巻込みばね１２で構成する。ブラシ保持器箱２０は真鍮などの金属製で、図に示したように、断面が十文字形状の異形管として、これにブラシ１１，リード線１３（図示せず），巻込みばね１２を格納させる。また、巻込みばね１２の摺動方向の下方位置には、ばね保持アーム
１８と一致させるように、リベット１７を用いて巻込みばね１２をブラシ保持器箱２０に固着固定してある。次に図３を用い、さらに説明を行う。図３は本発明のブラシ機構の詳細を示す斜視図である。巻込みばね１２がブラシ磨耗によりブラシ加圧位置の高さが移動してもブラシ保持器箱２０との接触を防止する目的で、そのブラシ保持器箱２０の長手方向には、巻込みばね１２の幅寸法に対応したスリットを設ける。ばね保持アーム１８はこのスリットを囲うようにブラシ保持器箱２０に取り付けられ、ばね保持アーム用固定ネジ１９で固定する。また、リード線１３はブラシ１１の上端面に接続するが、端子１６までの電気的接続はブラシ保持器箱２０内のブラシ１１の上方でかつ、巻込みばね１２が占有していないスペースを利用して端子１６まで立ち上げて、端子１６に接続するとよい。これより、ブラシ加圧機構には直接影響せず、少ない取り付けスペースで巻込みばね１２とブラシ１１およびリード線１３を格納したコンパクトで高性能のブラシ装置とできる。
【００１９】
図４に本発明のブラシ機構のＡ方向からみた断面図と上から見た断面図を示す。Ａ方向とは、図２および図３に示すＡからの方向であり、図１に示す電動送風機１を軸長手方向からみたときと同じである。まず上から見た断面図から説明する。巻込みばね１２とブラシ１１とは、十文字を形成するように、そして互いにブラシ保持器箱２０内で可動できるように配置させる。また、ブラシ幅Ｗｂは巻込みばね幅Ｗｓに対し十分大きい約２倍として、ブラシ１１の上端面の加圧付勢範囲を回避するように、リード線１３のブラシ接続箇所を設けることによりブラシ加圧機構に影響を与えることがほとんどなく、リード線１３をブラシ１１から端子１６まで導通できる構造とした。また、本発明に関わるブラシ装置のＡ方向からみた断面では、初期のブラシと磨耗した終期のブラシの加圧位置と巻込みばね１２の状況を示してある。巻込みばね１２ａは、初期のブラシでは、ばねが十分伸びた状態でブラシ１１を整流子５に押下付勢して、終期のブラシでは巻込みばね１２ｂがブラシ磨耗に追随するかたちでブラシ１１を初期から終期まで、一定のブラシ加圧力で整流子５に押下付勢させる。巻込みばね１２は図に示したように、ブラシの磨耗状況に応じて加圧高さ位置が変化するが、その動きを阻害しないようにブラシ保持器箱の内側壁が案内ガイドの役割を担っており、ブラシ１１についても同様にブラシ保持器箱２０が案内ガイドの役割を果たす訳である。
【００２０】
また、風圧がブラシ保持器に加わり、リード線１３が揺らいで回転電気機械の巻線導体用端子や構造部材等と接触する懸念もあり、信頼性の低下が考えられる。そのため、ブラシ保持器箱にブラシ，巻込みばね、およびリード線を格納することにより、ブラシ保持器がリード線に風圧が当たるのを防止するためリード線の揺らぎを防止でき、回転電気機械の巻線導体用端子や構造部材等との接触を防止できる。このため、高信頼のブラジ器を提供することが可能である。
【実施例２】
【００２１】
次に、本発明に関わる第２の実施例を説明する。図５は本発明の第２の実施例を示すブラシ機構のＡ方向からみた断面図である。ブラシ１１の上面には巻込みばね１２の外径円周面に沿うように三日月状の溝を設けた。これより、ブラシ加圧力を面でうけることとなり、より確実にブラシ１１の付勢が行われ、ブラシ座乗性を向上できる効果を奏する。
【実施例３】
【００２２】
また、図６は本発明の第３の実施例を示すブラシ機構のＡ方向からみた断面図である。ブラシ装置は、ブラシ保持器箱２０，ばね保持アーム１８，樹脂部１４，ブラシ１１，リード線１３，巻込みばね１２、および加圧子２５で構成した。ここで加圧子２５は、ブラシ１１と巻込みばね１２の間に配置させ、加圧力は加圧子２５を介してブラシ１１に伝達される。加圧子２５の材質としては、ブラシ装置が高温となるため、フッ素樹脂などの耐熱性緩衝材が好ましい。
【実施例４】
【００２３】
図７は本発明の第４の実施例を示すブラシ機構のＡ方向からみた断面図である。加圧子２５を耐熱性緩衝材で構成し、かつ加圧子２５の端子１６と反対方向に空隙部２７を設け、この空隙部２７にブラシ１１の上方からのリード線１３を通し、リード線１３と巻込みばね１２との接触干渉を回避させた。ブラシ１１とリード線１３の接続箇所は、図に示すように、ブラシ１１の上端面の加圧付勢範囲を回避するように、リード線１３のブラシ接続箇所を設けることはもちろんだが、ブラシ１１の中央部分にリード線１３の接続箇所を設けた場合でも、巻込みばね１２による加圧付勢はあくまでも加圧子２５であるので、この空隙部２７を利用してリード線１３を端子１６まで立ち上げれば問題ない。これよりブラシ加圧機構に影響を与えることがほとんどなく、リード線１３をブラシ１１から端子
１６まで導通できる構造とした。ブラシ１１の上端面の巻込みばね１２の加圧付勢部に接続するが、端子１６までの電気的接続はブラシ保持器箱２０内のブラシ１１の上方でかつ巻込みばね１２が占有していないスペースを利用して端子１６まで立ち上げ、端子１６に接続するとよい。これより、ブラシ加圧機構には直接影響させず、少ない取付けスペースで巻込みばね１２とブラシ１１およびリード線１３を格納したコンパクトで高性能のブラシ装置とできる。
【実施例５】
【００２４】
図８は本発明の第５の実施例を示すブラシ機構のＡ方向からみた断面図である。上記、第４の実施例に対し、加圧子２５の上面には巻込みばね１２の外径円周面に沿うように三日月状の溝を設けた。これより、ブラシ加圧力を面でうけることとなり、より確実にブラシ１１の付勢が行われ、ブラシ座乗性を向上できる効果を奏する。
【００２５】
以上、本発明に関わるブラシ装置の構成・構造、ならびに機構の説明を行った。また、その用途としては電気掃除機に用いられる整流子電動機を対象に説明したが、本発明に関わるブラシ装置は、電動機の体格を小さく維持しながら、初期のブラシ加圧力を低減させ、ブラシの座乗性を向上できるため、電動機の用途，極数などに限ることなく、一般の整流子電動機用のブラシ装置として適用したとしても、その効果に変りはないことはいうまでもない。
【００２６】
また、上記、第１〜第５の実施例では、ブラシ保持器箱２０は切り出し加工を想定し、ばね保持アーム１８との組み立てによってブラシ装置を構成したが、ブラシ保持器箱２０とばね保持アーム１８とを一体物で形成としてもよい。例えば、真鍮の薄板材からプレス加工を経て製作してもよく、本発明の趣旨にはずれることはなく、余分な製作コストを省けるというメリットが付加される。
【００２７】
以上のように、本発明のブラシ装置は、初期におけるブラシ加圧力を低減させることで機械的磨耗を少なくし、終期におけるブラシ振動を抑制することでブラシ座乗性を向上させ、さらにはリード線と電動機構造部材や巻線などとの接触を防止できるという利点がある。
【００２８】
また、小形軽量化を重視する整流子電動機に好適なコンパクトなブラシ装置とできる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例を示す電気掃除機用電動送風機の半断面である。
【図２】本発明のブラシ機構を示す斜視図である。
【図３】本発明のブラシ機構の詳細を示す斜視図である。
【図４】本発明のブラシ機構のＡ方向からみた断面図と上から見た断面図である。
【図５】本発明の第２の実施例を示すブラシ機構のＡ方向からみた断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例を示すブラシ機構のＡ方向からみた断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例を示すブラシ機構のＡ方向からみた断面図である。
【図８】本発明の第５の実施例を示すブラシ機構のＡ方向からみた断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  電動送風機
３  整流子電動機
５  整流子
１０  ブラシ保持器
１１  ブラシ
１２  巻込みばね
１３  リード線
１４  樹脂部
１５  ブラシ保持器用取付けネジ
１６  端子
１７  リベット
１８  ばね保持アーム
１９  ばね保持アーム用固定ネジ
２０  ブラシ保持器箱
２５  加圧子
２７  空隙部
３０  電機子
４０  反出力軸側軸受
４１  出力軸側軸受
４５  シャフト
５０  固定子
５１  界磁巻線
５５  電流供給端子
７０  ファン
７１  ディフューザ
１００  モータハウジング
１０２  ファンケーシング
【図１】
2008125202.tif 000003
【図２】
2008125202.tif 000004
【図３】
2008125202.tif 000005
【図４】
2008125202.tif 000006
【図５】
2008125202.tif 000007
【図６】
2008125202.tif 000008
【図７】
2008125202.tif 000009
【図８】
2008125202.tif 000010