(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、
前記フレームの内周側に固定されたステータと、
前記フレーム内に回転可能に支持された回転軸と、
前記回転軸に固定され、前記ステータと前記回転軸の径方向で対向するロータと、
前記回転軸に固定された整流子と、
前記フレームに固定され、先端部が前記整流子に向けて前記回転軸の径方向に突出し、前記先端部の一側に切欠きを有し前記先端部の他側に切欠きを有しないブラシホルダと、
前記ブラシホルダにより前記回転軸の径方向に変位可能に保持され、前記整流子と接触するブラシと、
ばねの荷重と撓み量との関係を表す荷重−撓み量特性が非線形特性となるばねにより形成され、前記ブラシに取付けられているばねの先端部で前記ブラシを前記ブラシホルダの前記一側の切欠きから前記整流子の方向に引くことで前記整流子に押し付ける非線形軟化ばねと、
を備えた整流子電動機。
【請求項２】
前記非線形軟化ばねは、ぜんまいばねである請求項１に記載の整流子電動機。
【請求項３】
前記ブラシを前記整流子に押し付けた状態での前記非線形軟化ばねの撓み量は、前記荷重−撓み量特性の特性線上において、撓み量の変化に対する荷重の変化が許容範囲に収まる領域内の値に設定する請求項１または請求項２に記載の整流子電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電気掃除機等の電気機器に用いられ、整流子及びブラシを備えた整流子電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、整流子電動機においては、外部から回転体（ロータ）に電流を供給するために、ケーシング側に取付けられたブラシと、ロータ側に取付けられた整流子とを互いに接触させる構成が採用されている。ここで、電動機が安定的に作動するためには、適切な荷重（押圧力）でブラシを整流子に押し付けた状態を保持することが要求される。この押圧力が不足した場合には、ロータの回転時にブラシと整流子の接触状態が不安定となり、火花の発生等によりブラシの摩耗が進行し易い。一方、押圧力が過大である場合には、ブラシが摩耗するだけでなく、ロータの回転効率が低下する。従って、ブラシの押圧力は、電動機の寿命まで適切な値（設計時の規定値）に保持されていることが理想である。
【０００３】
しかしながら、ブラシは、圧縮コイルばね、ねじりコイルばね等の線形ばねを用いて整流子に押し付けられている場合が多い。この構成では、ブラシの摩耗によりばねの撓み量が減少すると、撓み量の減少に比例して押圧力が低下する。この問題を解決するために、特許文献１に記載された従来技術では、線形ばね（圧縮コイルばね）の形状を歪ませることで、適切な押圧力を発生するための非線形特性を実現するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２０８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術では、線形ばねの組付け状態、材料のばらつき、電動機の使用状態等に応じて線形ばねの歪み形状が変動し易い。このため、従来技術では、必ずしも一定の歪み形状を再現できず、狙い通りの非線形特性を得るのが難しいという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ばねの形状が変動しても、ばねの非線形特性を利用して、ブラシに適切な押圧力を与えた状態を安定的に保持することが可能な整流子電動機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る整流子電動機は、フレームと、フレームの内周側に固定されたステータと、フレーム内に回転可能に支持された回転軸と、回転軸に固定され、ステータと回転軸の径方向で対向するロータと、回転軸に固定された整流子と、フレームに固定され、先端部が整流子に向けて回転軸の径方向に突出し、先端部の一側に切欠きを有し先端部の他側に切欠きを有しないブラシホルダと、ブラシホルダにより回転軸の径方向に変位可能に保持され、整流子と接触するブラシと、ばねの荷重と撓み量との関係を表す荷重−撓み量特性が非線形特性となるばねにより形成され、ブラシに取付けられているばねの先端部でブラシをブラシホルダの一側の切欠きから整流子の方向に引くことで整流子に押し付ける非線形軟化ばねと、を備えている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、各種の要因により非線形軟化ばねの撓み量が変化しても、その非線形特性を利用して、ブラシに加える押圧力を適切な範囲に安定的に保持することができる。これにより、電動機の使い始めから寿命に至るまで狙い通りの押圧力を実現し、ブラシの摩耗等を抑制することができ、電動機の長寿命化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１による整流子電動機を示す断面図である。
【図２】図１中のブラシ機構等を拡大して示す断面図である。
【図３】非線形軟化ばね及び線形ばねの荷重−撓み量特性を示す特性線図である。
【図４】本発明の実施の形態２による整流子電動機のブラシ機構等を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図においては、共通する要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略するものとする。また、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、本発明は、以下の各実施の形態に示す構成のうち、組合わせ可能な構成のあらゆる組合わせを含むものである。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による整流子電動機を示す断面図である。この図では、電動送風機に搭載された整流子電動機を例示している。整流子電動機は、ケーシング１、ステータ２、回転軸３、ロータ６、整流子８、ブラシ機構１０等を備えている。ケーシング１は、整流子電動機の外郭及びフレームを構成するもので、段付きの円筒状に形成されている。ケーシング１の一端側には、空気の吸込口１Ａが開口し、ケーシング１の他端側には、空気の吐出口（図示せず）が開口している。ケーシング１の内周側には、複数のステータ２が周方向に並んで固定されている。
【００１２】
回転軸３は、ケーシング１内で中心軸線上に配置され、軸方向に伸張している。回転軸３の両端側は、それぞれ軸受４により回転可能に支持されている。一端側の軸受４は、ケーシング１内に固定された円板状の固定案内羽根５に取付けられている。また、他端側の軸受４は、ケーシング１内の凹部に嵌合されている。回転軸３の外周側には、ロータ６が固定されている。ロータ６は、回転軸３の径方向で各ステータ２と対向している。また、回転軸３の一端側には、円板状のファン７が固定されている。ファン７は、回転軸３の軸方向で固定案内羽根５と対向している。
【００１３】
また、回転軸３の外周側には、金属等の導電性材料により形成された環状の整流子８が固定されている。整流子８の外周面には、後述するブラシ機構１０のブラシ１２が周方向の複数個所でそれぞれ接触している。ブラシ機構１０は、互いに接触するブラシ１２と整流子８とを経由して、回転するロータ６に通電するための機構である。
【００１４】
このように構成される整流子電動機の作動時には、外部から通電を受けると、ステータ２とロータ６との間に磁気的な回転力が発生することにより、回転軸３が回転する。これにより、回転軸３と共にファン７が回転すると、ケーシング１の吸込口１Ａから空気が吸い込まれる。この空気は、ファン７及び固定案内羽根５により案内されつつ、ケーシング１の吹出口から外部に吹き出すようになっている。
【００１５】
次に、図２を参照して、ケーシング１内で整流子８を取囲むように配置された複数のブラシ機構１０について説明する。なお、各ブラシ機構１０は同様の構成を有しているため、以下の説明では、１つのブラシ機構１０を例に挙げて述べる。図２は、図１中のブラシ機構等を拡大して示す断面図である。ブラシ機構１０は、図２に示すように、ブラシホルダ１１、ブラシ１２及びぜんまいばね１３を備えている。
【００１６】
ブラシホルダ１１は、例えば金属、樹脂等の材料により形成され、先端部が開口した有底の筒状をなしている。そして、ブラシホルダ１１の底部は、ケーシング１の内周側に固定されている。ブラシホルダ１１の先端部は、整流子８に向けて回転軸３の径方向に突出している。ブラシホルダ１１は、ブラシ１２を先端部が整流子８に向いた一定の姿勢に保持しつつ、回転軸３の径方向に対するブラシ１２の変位を許すように構成されている。
【００１７】
ブラシ１２は、従来のブラシと同様のものであり、例えば金属等の導電性材料により円柱状に形成されている。ブラシ１２は、ブラシホルダ１１により保持された状態で、整流子８に対して近接及び離間するように構成されている。また、ブラシ１２の先端部は、ぜんまいばね１３のばね力により整流子８の外周面に押し付けられ、整流子８と接触した状態に保持されている。
【００１８】
ぜんまいばね１３は、例えばばね性を有する鋼板を渦巻状に巻くことにより形成されている。ぜんまいばね１３のうち渦巻状に巻かれた本体部分は、例えばケーシング１側に取付けられている。また、ぜんまいばね１３の先端部は、ブラシ１２の底部側に取付けられている。これにより、ぜんまいばね１３は、ブラシ１２を支持しつつ、ぜんまいばね１３の先端部が渦巻状の本体部分に巻き戻されようとする方向のばね力によりブラシ１２を整流子８に押し付けている。ぜんまいばね１３がブラシ１２を整流子８に押し付けるときの押圧力（ばねの荷重）は、後述のように適切な範囲に保持されている。
【００１９】
ぜんまいばね１３は、ばねの荷重と撓み量との関係を表す荷重−撓み量特性が非線形特性となるばね、即ち、非線形軟化ばねにより構成されている。図３は、非線形軟化ばね及び線形ばねの荷重−撓み量特性を示す特性線図である。この図中に点線で示すように、コイルばね等のような一般的な線形ばねは、ばねの荷重が増加するほど、荷重に比例して撓み量も増加するので、荷重−撓み量特性が線形特性となる。これに対し、ぜんまいばね１３等の非線形軟化ばねは、図３中に実線で示すような非線形特性を有している。この非線形特性では、ばねの荷重と共に撓み量が増加するものの、荷重がある程度増加すると、撓み量の増加量が少なくなる。
【００２０】
この非線形特性を利用して、本実施の形態では、ぜんまいばね１３によりブラシ１２を整流子８に押し付ける構成とした上で、ぜんまいばね１３を図３中の荷重安定領域（ａ）で使用する。即ち、ブラシ１２を整流子８に押し付けた状態でのぜんまいばね１３の撓み量は、例えば荷重安定領域（ａ）内の値Ａとなるように設定される。ここで、荷重安定領域（ａ）とは、ぜんまいばね１３の荷重−撓み量特性の特性線上において、撓み量の変化に対する荷重の変化が許容範囲に収まる領域として定義される。また、荷重の許容範囲とは、ブラシ１２に加える押圧力として適切な荷重の範囲であり、例えば設計時に予め決定されている。
【００２１】
上記構成によれば、例えばばねの組付け状態、材料のばらつき、電動機の使用状態等が原因でぜんまいばね１３の撓み量が変化しても、ぜんまいばね１３の荷重を荷重安定領域（ａ）内で得られる一定の範囲内に保持することができる。即ち、ぜんまいばね１３の非線形特性を利用して、ぜんまいばね１３がブラシ１２に加える押圧力の変動を抑制し、当該押圧力を適切な範囲に安定的に保持することができる。これにより、電動機の使い始めから寿命に至るまで狙い通りの押圧力を実現し、ブラシ１２の摩耗等を抑制することができる。また、ブラシ機構１０の通電状態を安定させることができる。従って、低コストなぜんまいばね１３を使用しながらも、電動機の長寿命化を実現することができる。
【００２２】
実施の形態２．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態の特徴は、非線形軟化ばねとして空気ばねを用いたことにある。図４は、本発明の実施の形態２による整流子電動機のブラシ機構等を拡大して示す断面図である。この図に示すように、本実施の形態の整流子電動機は、ブラシ機構２０を備えている。ブラシ機構２０は、実施の形態１と同様に、ブラシホルダ２１及びブラシ２２を備えているものの、更に、非線形軟化ばねとしての空気ばね２３を備えている。
【００２３】
空気ばね２３は、密閉空間に封入された空気の弾力性を利用するばねであり、空気ばね２３の荷重−撓み量特性は、前記ぜんまいばね１３と同様の非線形特性（図３）に設定されている。そして、本実施の形態では、空気ばね２３を図３中の荷重安定領域（ａ）で使用する。このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
なお、前記実施の形態１，２では、整流子電動機を電動送風機に搭載する場合を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、単体の整流子電動機、及び、電動送風機以外の各種の機器に搭載される整流子電動機にも適用されるものである。
【符号の説明】
【００２５】
１  ケーシング（フレーム）
２  ステータ
３  回転軸
４  軸受
５  固定案内羽根
６  ロータ
７  ファン
８  整流子
１０，２０  ブラシ機構
１１，２１  ブラシホルダ
１２，２２  ブラシ
１３  ぜんまいばね（非線形軟化ばね）
２３  空気ばね（非線形軟化ばね）
【図１】
0006344413.tif 000002
【図２】
0006344413.tif 000003
【図３】
0006344413.tif 000004
【図４】
0006344413.tif 000005