(57)【要約】【課題】電動機に過負荷がかかったときに巻線が断線することを防止する機構を低コストで実現する。【解決手段】ブラシスプリング３２とは別に、ブラシ３０の作用面３０ｂからばね座面に向かって延びているブラシ駆動部材３４が設けられている。ブラシ駆動部材３４は、形状記憶合金からなり、ブラシスプリング３２よりも剛性が小さい。さらに、ブラシ駆動部材３４は、ブラシ３０が予め定められた温度になると、ばね座面に向かって収縮して、ブラシスプリング３２のばね力に抗してブラシ３０を整流子２０から引き離すように構成されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、該ハウジングに回転可能に支持され且つ互いに接続された整流子及び回転子が取り付けられている回転軸と、電源に接続されており且つ前記整流子と対向するブラシとを備え、該ブラシの整流子対向面の反対側に位置する作用面と前記ハウジング内に設けられたばね座面との間に配置されたブラシスプリングにより前記ブラシを前記整流子に押し付け、前記回転子に電力を供給する電動機において、
前記ブラシの作用面から前記ばね座面に向かって延びているブラシ駆動部材がさらに設けられており、該ブラシ駆動部材は、形状記憶合金からなり、前記ブラシスプリングよりも剛性が小さく、且つ、前記ブラシが予め定められた温度になると、前記ばね座面に向かって収縮して、前記ブラシスプリングのばね力に抗して前記ブラシを前記整流子から引き離すように構成されていることを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記ブラシ駆動部材の他端が前記ばね座面に固定されている、請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記ブラシ駆動部材の端部は、前記ブラシに埋設されることにより前記ブラシに結合されている、請求項１に記載の電動機。
【請求項４】
前記ブラシ駆動部材は棒形状である、請求項１に記載の電動機。
【請求項５】
前記ブラシ駆動部材はコイル形状である、請求項１に記載の電動機。
【請求項６】
前記ブラシの作用面から複数のブラシ駆動部材が延びている、請求項１に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過負荷時に電力供給を停止させ、電動機の断線を防止する電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電動機では、回転軸に、互いに接続された整流子及び回転子が取り付けられており、電原に接続されているブラシをブラシスプリングで整流子に押し付けることにより、回転子に電力を供給し、回転軸を回転させている。また、交流電動機においても、整流子及びブラシを用いて、回転軸を回転させるタイプのものがある。
【０００３】
このような電動機では、回転軸がロックされるなど、過負荷がかかると、回転軸に取り付けられた回転子の巻線に大電流が流れて温度が上昇し、巻線が断線してしまい、再使用が不可能となってしまうという問題が発生し得る。
【０００４】
そこで、従来の電動機では、ブラシの近傍にブラシと直列に温度ヒューズやバイメタルスイッチを設けることにより、ブラシが一定温度以上に到達すると、ヒューズやバイメタルスイッチが切れて、ブラシを介する回転子に対する電力供給を中断させ、巻線の過熱を防止している（例えば、特許文献１参照）。また、ブラシスプリングを形状記憶合金にて構成し、ブラシスプリングの温度が予め定められた温度以上に上昇すると、ブラシを整流子から引き離して回転子に対する電力供給を中断させ、巻線の過熱を防止するようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６３−２３４９３１号公報（第１〜３頁、図１）
【特許文献２】
特開平７−７９５４８号公報（第２〜３頁、図３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ブラシに近接して温度ヒューズやバイメタルスイッチを設ける場合には、これらを装着するためのスペースが余分に必要となり、電動機の小型化を妨げるという問題がある。また、ブラシスプリングを形状記憶合金にて構成する場合には、上記の問題は発生しないが、形状記憶合金の剛性は高くないことが多いため、ブラシスプリングとしての機能を果たすためには、形状記憶合金の線径を太くする必要があり、コストが大幅に上昇するという問題がある。
【０００７】
よって、本発明の目的は、上記従来技術に存する問題を解消して、電動機に過負荷がかかったときに巻線が断線することを防止する機構を低コストで実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的に鑑み、既存のスペースであるブラシとばね座面との間の空間に、回転軸に取り付けられた整流子にブラシを押し付けるブラシスプリングと別に、ブラシに結合され且つ形状記憶合金からなるブラシ駆動部材を設け、ブラシ駆動部材の収縮により、ブラシを整流子から引き離すようにした電動機を提供する。
【０００９】
ブラシ駆動部材は、ブラシに結合されているので、ブラシの温度が伝達してブラシの温度変化に伴って温度変化を起こす。また、ブラシ駆動部材は、形状記憶合金から形成されているので、予め定められた温度になると、復元力によりばね座面に向かって収縮するように構成することができる。したがって、電動機の過負荷による大電流（過電流）で回転子並びにブラシが過熱してブラシ駆動部材が予め定められた温度に到達すると、ブラシ駆動部材は、ばね座面へ向かって収縮して、ブラシスプリングのばね力に抗してブラシを整流子から引き離す。その結果、ブラシ及び整流子を介した回転子に対する電力供給が中断され、回転子の巻線の断線が防止される。
【００１０】
一方、ブラシ駆動部材はブラシスプリングと別に設けられるため、ブラシ駆動部材には、ブラシを整流子に弾性的に押し付ける機能が要求されないので、通常の温度において、ブラシ駆動部材はブラシスプリングよりも剛性が小さくなっている。したがって、ブラシスプリングを形状記憶合金から構成し、形状記憶合金にばね機能を発揮させる場合と比較して、材料の断面を小さく（太さを細く）することができ、製造コストを十分の一程度に低減させることが可能となる。
【００１１】
また、ブラシ駆動部材は、通常温度においてブラシスプリングよりも剛性が小さいので、冷却すると、形状復元力が消滅又は減少して、ブラシスプリングのばね力により整流子へ向かって延伸する。この結果、ブラシは再び整流子に押し付けられ、回転子に対する電流の供給が可能となる。
【００１２】
上記電動機において、ブラシ駆動部材の他端は、ブラシホルダなどブラシと連動しない部材に固定されればよいが、付加的なスペースを必要としないことからばね座面に固定されることが好ましい。なお、ばね座面は、ブラシを収容し且つガイドとして機能するブラシホルダのエンドキャップとしてもよく、他のハウジング部分としてもよい。
【００１３】
また、ブラシ駆動部材の端部がブラシに埋設されることによりブラシに結合されていれば、ブラシからブラシ駆動部材への熱伝達性が向上し、ブラシ駆動部材による巻線断線防止機能の精度を高めることが可能となる。
【００１４】
上記ブラシ駆動部材は、加工コストの観点から、例えば棒形状のように単純な形状であることが好ましい。しかしながら、ブラシ駆動部材の設置スペースが制約され、十分な収縮量（すなわち、ストローク）が得られない場合には、コイル形状に形成することにより、ブラシ駆動部材の長手軸線方向に十分な収縮量を確保してもよい。この場合でも、ブラシ駆動部材にばね性を持たせる必要はないため、その断面は小さくすることができ、ブラシスプリングを形状記憶合金から形成する場合と比較して製造コストはなお低く抑えることができる。
【００１５】
さらに、ばね力の強いブラシスプリングが使用されているなどブラシ駆動部材に対してより大きい収縮力が要求される場合でも、ブラシの作用面（整流子対向面と反対側に位置する面）とばね座面との間に複数のブラシ駆動部材を設けることにより、容易に対応することが可能である。これに対して、ブラシスプリングを形状記憶合金から形成する場合には、断面をさらに太くする必要があり、コスト及び設置スペースの問題が生じ得る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
図１を参照すると、本発明に従って構成された電動機の一実施形態が示されている。電動機１０は、直流電動機であり、概略円筒状のハウジング１２を備えている。このハウジング１２は、ボルトなどの締結具（図示せず）により互いに締結されたハウジング本体１２ａとエンドカバー１２ｂとから構成されている。また、ハウジング１２には、軸受１４を介して回転軸１６が回転可能に支持されている。回転軸１６の一端はハウジング１２内に収容されているが、他端は羽根車などに接続するためにエンドカバー１２ｂを貫通してハウジング１２から突出している。
【００１８】
回転軸１６には、圧入により、回転子１８と、整流子（コンミテータ）２０とが取り付けられている。回転子１８は、コア１８ａに巻線１８ｂを巻くことによって構成された電機子であり、巻線１８ｂは整流子２０と電気的に接続されている。
【００１９】
さらに、回転子１８を取り囲むようにして固定子２２がハウジング１２の内周壁に固定されており、整流子２０の外周面と回転軸１６の半径方向に対向して一対のブラシ組立体２４がハウジング１２に固定されている。固定子２２は、ポールコアにフィールドコイルを巻き付けたものや永久磁石などによって構成されたものである。
【００２０】
また、図２により詳細に示されているように、各ブラシ組立体２４は、ハウジング１２に固定される筒状のブラシホルダ２６と、ブラシホルダ２６の一端に取り付けられ且つばね座として機能するエンドキャップ２８と、ブラシホルダ２６に収容されており且つ整流子２０と対向するブラシ３０と、ブラシ３０の作用面（ブラシ３０の整流子対向面３０ａと反対側に位置する端面）３０ｂとエンドキャップ２８との間に配置されているブラシスプリング３２と、ブラシ３０の作用面３０ｂからエンドキャップ２８に向かって延びているブラシ駆動部材３４とを備えている。
【００２１】
ブラシ３０は、カーボンなどの導電性材料から形成されており、一端がブラシ３０に埋め込まれたピグテール３６を介して電源（図示せず）の端子に接続されている。このブラシ３０の作用面３０ｂには、ブラシスプリング３２の一端が接触し、その他端はばね座として機能するエンドキャップ２８に接触しており、ブラシスプリング３２は、ブラシ３０を整流子２０に向かって付勢するように機能する。
【００２２】
こうして、ブラシ３０は、ブラシスプリング３２によって整流子２０に押し付けられ、回転子１８の巻線１８ｂに電力を供給し、回転子１８と固定子２２との相互作用により回転軸１６を回転させる。
【００２３】
なお、ブラシ３０はブラシホルダ２６内を摺動するが、ピグテール３６はブラシホルダ２６に設けられたスリットなどを通してブラシホルダ２６の外部に延びているので、ピグテール３６がブラシホルダ２６内におけるブラシ３０の摺動を妨げることはない。
【００２４】
さらに、ブラシ３０の作用面３０とエンドキャップ２８との間には、ブラシスプリング３２とは別に、ブラシ駆動部材３４が配置されている。このブラシ駆動部材３４の一端は、ブラシ３０に埋設されることにより結合されている一方、ブラシ駆動部材３４の他端は適宜の固定方法によりエンドキャップ２８に固定されている。このようにブラシ駆動部材３４の一端をブラシ３０に埋設し、ブラシ３０とブラシ駆動部材３４とを一体的に形成することにより、ブラシ３０からブラシ駆動部材３４への熱伝達性がよくなるので、ブラシ３０の温度変化に対するブラシ駆動部材３４の追従性が向上する。しかしながら、ブラシ３０とブラシ駆動部材３４とを一体的に形成するのではなく、他の結合方法によりブラシ３０とブラシ駆動部材３４とを結合することも可能である。
【００２５】
ブラシ駆動部材３４は、形状記憶合金から形成されており、図３に示されている実施形態では、コイル状のブラシスプリング３２の中を延びている棒形状の部材となっている。そして、ブラシ３０が予め定められた温度になると、ブラシスプリング３２のばね力に打ち勝ってエンドキャップ２８へ向かって収縮するように構成されている。したがって、過熱により回転子１８が断線する温度に到達する前にブラシ駆動部材３４が収縮するようにブラシ３０の形状記憶合金の種類又は組成を選択すれば、過熱により回転子１８が断線する前に、ブラシ駆動部材３４をエンドキャップ２８へ向かって収縮させ、ブラシスプリング３２のばね力に抗してブラシ３０を整流子２０から引き離し、整流子２０を介した回転子１８の巻線１８ｂに対する電力供給を中断させることができる。したがって、過熱に起因する回転子１８の巻線１８ｂの断線を防止することが可能となる。
【００２６】
また、ブラシ駆動部材３４は、通常の温度における剛性又は弾性がブラシスプリング３２よりも小さくなっている。これは、ブラシスプリング３２が別に設けられているので、ブラシ駆動部材３４がばねとしての機能を果たす必要がない一方、通常の状態で、ブラシ駆動部材３４がブラシスプリング３２のばね力により整流子２０に向かって延伸するようにし、ブラシ駆動部材３４の存在にも拘わらず、ブラシ３０が整流子２０に接触することを可能とさせるためである。この特徴により、ブラシ３０を整流子２０から引き離す機能を実現することができながら、ブラシスプリング３２自体を形状記憶合金から形成する場合と比較して、安価（１０分の１程度）にブラシ駆動部材３４を製造することが可能となる。
【００２７】
次に、図２及び図３を参照して、図１に示されている電動機１０の保護動作を説明する。
【００２８】
通常の状態では、ピグテール３６を介して電源に接続されているブラシ３０が、図２に示されているように、ブラシ３０の作用面３０ｂに作用するブラシスプリング３２のばね力によって整流子２０に押し付けられる。これにより、ブラシ３０から整流子２０を通して回転子１８の巻線１８ｂに電力が供給され、回転軸１６が回転する。このとき、ブラシ駆動部材３４は、ブラシスプリング３２のばね力により延伸した状態となっている。
【００２９】
ところが、過負荷等により回転軸１６の回転が停止すると、回転子１８の巻線１８ｂ並びにブラシ３０に過大な電流が流れるようになって、ブラシ３０の温度が上昇し、それに伴って、ブラシ３０に結合されているブラシ駆動部材３４の温度も上昇する。そして、ブラシ駆動部材３４の温度が予め定められた温度に到達すると、ブラシ駆動部材３４が収縮を始める。ここで、ブラシ駆動部材３４が予め定められた温度に到達したときにブラシ駆動部材３４を収縮させる復元力はブラシスプリング３２のばね力よりも強く、ブラシ駆動部材３４の一端はブラシ３０に結合され、他端はエンドキャップ２８に固定されている。したがって、ブラシ３０は、図３に示されているように、ブラシスプリング３２のばね力に抗してエンドキャップ２８へ向けて移動し、整流子２０から引き離される。この結果、ブラシ３０及び整流子２０を介した回転子１８の巻線１８ｂに対する電力供給は中断され、過熱に起因する回転子１８の巻線１８ｂの断線が防止される。
【００３０】
図４及び図５は、本発明の電動機１０において使用されるブラシ組立体２４の第２の実施形態を示している。
【００３１】
本実施形態のブラシ組立体２４は、ブラシ駆動部材３８が棒形状ではなく、コイル形状になっている点において、図２に示されているものと異なっている。このようにブラシ駆動部材３８をコイル形状にすることにより、ブラシ駆動部材３８の収縮率（すなわち、ブラシ駆動部材３８の長手方向の収縮量）を大きくすることが可能となる。したがって、本実施形態は、棒形状のブラシ駆動部材３４では、予め定められた温度になったときにブラシ３０を整流子２０から引き離すのに十分なストロークを確保できない場合に有効となる。
【００３２】
なお、図４に示されているコイル形状のブラシ駆動部材３４は、ブラシ３０を整流子２０に押し付けるに十分なばね力を有したブラシスプリング３２よりも剛性が小さいため、ブラシスプリング３２として機能するには不十分なものであることに留意されたい。したがって、十分なばね力を有するように形状記憶合金からブラシスプリング３２を形成する場合と比較して、ブラシ駆動部材３４は小さい断面積を有することとなり、依然として、ブラシ組立体２４全体の製造コストは低く抑えることが可能となる。
【００３３】
図６は、本発明の電動機１０において使用されるブラシ組立体２４の第３の実施形態を示している。
【００３４】
本実施形態のブラシ組立体２４は、複数のブラシ駆動部材４０がブラシ３０の作用面３０ｂから延びている点において、図２に示されているものと異なっている。このようにブラシ駆動部材４０を複数設けることにより、ブラシ駆動部材４０によってブラシ３０に作用する引張力を大きくすることが可能となる。したがって、１つのブラシ駆動部材３４ではブラシスプリング３２のばね力に打ち勝つことができない場合に有効であり、ブラシ駆動部材３４の数を増減させることにより、ブラシ駆動部材３４の引張力をブラシスプリング３２のばね力の変化に柔軟に対応させることを可能とさせる効果も奏する。
【００３５】
以上、図面を参照して、本発明の電動機１０について説明したが、本発明は図示又は説明された実施形態に限定されるものではない。例えば、直流電動機を例に説明したが、本発明は整流子２０及びブラシ３０によって回転子１８に電力を供給するのであれば、整流子電動機（交流電動機）に適用することも可能である。また、上記実施形態では、ブラシスプリング３２はエンドキャップ２８をばね座として設置されるものとして説明されているが、ブラシスプリング３２は、ブラシ３０を整流子２０へ向けて付勢するようになっていればよく、ブラシ駆動部材３４、３８、４０は、その他端をエンドキャップ２８に固定するものとして説明されているが、ブラシ３０をブラシホルダ２６及び整流子２０に対して移動させることができればよい。したがって、ブラシスプリング３２又はブラシ駆動部材３４、３８、４０の他端を、エンドキャップ２８ではなく、ブラシホルダ２６の周壁などハウジング１２内の他の部位に固定してもよい。さらに、ブラシスプリング３２として、コイル状のばねに代えて、渦巻きばねを利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された直流電動機の一実施形態の全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明の電動機に用いられるブラシ組立体の第１の実施形態を示している部分断面図であり、ブラシ組立体のブラシ駆動部材が伸張した状態で示されている。
【図３】図２に示されているブラシ組立体のブラシ駆動部材が収縮した状態で示されている部分断面図である。
【図４】本発明の電動機に用いられるブラシ組立体の第２の実施形態を示している部分断面図である。
【図５】図４の線Ｖ−Ｖにおける矢視断面図である。
【図６】本発明の電動機に用いられるブラシ組立体の第３の実施形態を示している部分断面図である。
【符号の説明】
１０…電動機
１２…ハウジング
１４…軸受
１６…回転軸
１８…回転子
２０…整流子
２４…ブラシ組立体
２８…エンドキャップ
３０…ブラシ
３２…ブラシスプリング
３４…ブラシ駆動部材
３８…ブラシ駆動部材
４０…ブラシ駆動部材
【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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