(57)【要約】【課題】本発明は可動ブラシを駆動する手段の簡略化及び小型化することを課題とする。【解決手段】可動ブラシ６２は、可動ブラシ駆動機構８０により低速回転位置または高速回転位置に駆動されるように設けられている。可動ブラシ駆動機構８０は、上記可動ブラシホルダ７０の回動動作をガイドするガイド部７２と、可動ブラシホルダ７０の左側面に対向する位置に配置された電磁プランジャ８２と、可動ブラシホルダ７０の右側面を押圧するスプリング８４とを有する。ソレノイドコイル８２ａへの通電が行なわれて電磁プランジャ８２がオンになると、プランジャ８２ｂがＹ方向に駆動され、プランジャ８２ｂの先端部が、摺接溝７０ｂを摺接しながら可動ブラシホルダ７０の左側面をＹ方向に押圧する。そして、可動ブラシホルダ７０の右側面が一対の高速回転位置ストッパ８８に当接すると、可動ブラシ６２は、固定ブラシ６０に対して所定角度θとなる高速回転位置に位置決めされる。【選択図】図２
2007189809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子に設けられた整流子に摺接して電機子コイルに通電する固定ブラシと、該固定ブラシに対して回転方向の所定角度範囲で移動可能に設けられた可動ブラシとを有するモータにおいて、
前記可動ブラシを保持し、前記整流子の外周に対して低速回転位置と高速回転位置との間で前記可動ブラシを回転方向に移動可能に設けられた可動ブラシホルダと、
該可動ブラシホルダを前記低速回転位置から前記高速回転位置までの間で押圧するスプリングと、
該スプリングの押圧力に抗して前記可動ブラシホルダを前記低速回転位置または前記高速回転位置に移動させる電磁プランジャと、
を備えたことを特徴とする可変速モータ。
【請求項２】
前記電機子を高速回転させるとき、前記固定ブラシを介して前記電機子コイルに通電すると共に、前記電磁プランジャのコイルに通電して前記可動ブラシホルダを前記高速回転位置に移動させるスイッチ回路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の可変速モータ。
【請求項３】
前記可動ブラシホルダの側面に前記スプリングを係止する係止部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の可変速モータ。
【請求項４】
前記可動ブラシが前記低速回転位置に移動したとき前記可動ブラシホルダの側面に当接する低速回転位置ストッパと、
前記可動ブラシが前記高速回転位置に移動したとき前記可動ブラシホルダの側面に当接する高速回転位置ストッパと、
を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の可変速モータ。
【請求項５】
前記可動ブラシホルダの側面に前記電磁プランジャが当接する摺接溝を設けたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の可変速モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可変速モータに係り、特に整流子に摺接するブラシの位置を変更することで回転速度を低速回転または高速回転に切り替えるように構成された可変速モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転駆動力を発生させるモータとしては、ブラシを有する直流モータが広く採用されている。この種のモータは、ハウジングの内壁に永久磁石を固定し、その内側に電機子コイルが巻装された電機子（「電機子アッセンブリ」とも呼ばれている）が回転可能に支持されている。そして、電機子コイルへ通電するため、電機子の整流子片に接触する第１、第２、第３ブラシが回転方向の異なる角度位置に設けられている。
【０００３】
第３ブラシは、電機子で使用される磁束を減少させることによって電機子の回転速度を高速化するものであり、第１、第２ブラシと異なる周方向位置（角度）に配置されている。そして、固定ブラシから第３ブラシへ切り替えることにより、電機子コイルの通電範囲を変えて電機子の回転速度の高速化を可能にしている。
【０００４】
上記第１〜第３ブラシを有する直流モータでは、電機子が回転するとき、その回転に伴って、整流子とコイルを流れる電流の向きが逆向きに変化される整流作用がなされるが、このとき、ブラシと整流子片とが相対的に逆向きに移動されると、整流子片間がブラシによって短絡されて短絡電流が流れる。
【０００５】
そして、整流子片とブラシとの接触が離れるときに急激な電流変化が起き、火花が発生されることがある。この整流子片とブラシとの相対的な移動に伴って発生するブラシ火花放電は、電機雑音（ノイズ）やブラシ磨耗の原因となり、ブラシによる整流障害を引き起こしていた。特に、第３ブラシと整流子片との間では、第３ブラシにより短絡される電機子コイル中に発生している誘起起電力により通電方向と逆向きの大きな短絡電流が瞬間的に流れたときに、ブラシ火花放電が発生する。
【０００６】
このような第３ブラシが整流子片間を跨ぐ際に生じる整流障害を解消する方法として、固定ブラシと回転方向に移動可能に設けられた可動ブラシとを有し、アクチュエータによりアームを揺動させることで可動ブラシを移動させる構成とすることで、第３ブラシを用いない構成のモータが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、可動ブラシを支持する可動ブラシホルダをモータの回転方向に応じて揺動させることでアクチュエータを用いない構成のものもある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−０４７２０９号公報
【特許文献２】特開２００４−１５３９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来のモータでは、可動ブラシを移動させるための部品が複数組み合わされた構成であり、且つ可動ブラシを移動させるためのアクチュエータを設けるため、構成が複雑化するという問題があった。
【０００９】
また、上記特許文献２に記載された従来のモータでは、可動ブラシを摺接させた整流子が回転したときに生じた可動ブラシの振動が可動ブラシホルダを介してハウジングに伝達されてしまい、振動による騒音が発生という問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は上記事情に鑑み、可動ブラシを直接駆動することで上記課題を解決した可変速モータ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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
【００１２】
本発明は、電機子に設けられた整流子に摺接して電機子コイルに通電する固定ブラシと、該固定ブラシに対して回転方向の所定角度範囲で移動可能に設けられた可動ブラシとを有するモータにおいて、前記可動ブラシを保持し、前記整流子の外周に対して低速回転位置と高速回転位置との間で前記可動ブラシを回転方向に移動可能に設けられた可動ブラシホルダと、該可動ブラシホルダを前記低速回転位置から前記高速回転位置までの間で押圧するスプリングと、該スプリングの押圧力に抗して前記可動ブラシホルダを前記低速回転位置または前記高速回転位置に移動させる電磁プランジャと、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記電機子を高速回転させるとき、前記固定ブラシを介して前記電機子コイルに通電すると共に、前記電磁プランジャのコイルに通電して前記可動ブラシホルダを前記高速回転位置に移動させるスイッチ回路を設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記可動ブラシホルダの側面に前記スプリングを係止する係止部を設けたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記可動ブラシが前記低速回転位置に移動したとき前記可動ブラシホルダの側面に当接する低速回転位置ストッパと、前記可動ブラシが前記高速回転位置に移動したとき前記可動ブラシホルダの側面に当接する高速回転位置ストッパと、を有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記可動ブラシホルダの側面に前記電磁プランジャが当接する摺接溝を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スプリングにより可動ブラシホルダを低速回転位置から高速回転位置までの間で押圧し、電磁プランジャがスプリングの押圧力に抗して可動ブラシホルダを低速回転位置または高速回転位置に移動させるため、比較的簡単な構成で可動ブラシを移動させることができ、小型化を図れると共に、可動ブラシと整流子との間で生じた振動をスプリングによって吸収することが可能になり、振動による騒音を低減することができる。
【００１８】
また、電磁プランジャを駆動するための回路もオンまたはオフに切り替えるだけなので、スイッチ回路及び配線も簡略化でき、製造コストを安価に抑えられる。
【００１９】
また、可動ブラシホルダの側面にスプリングを係止する係止部を設けたため、可動ブラシホルダが回動動作する過程で常にスプリングの押圧力を可動ブラシホルダに付与することができる。
【００２０】
また、可動ブラシが前記低速回転位置に移動したとき可動ブラシホルダの側面に当接する低速回転位置ストッパと、可動ブラシが前記高速回転位置に移動したとき可動ブラシホルダの側面に当接する高速回転位置ストッパと、を有するため、整流子に対する可動ブラシホルダの停止位置を正確に位置決めすることができる。
【００２１】
また、可動ブラシホルダの側面に電磁プランジャが当接する摺接溝を設けたため、可動ブラシホルダが回動動作しても電磁プランジャの押圧力を可動ブラシホルダに伝達することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明による可変速モータの一実施例を示す縦断面図である。図１に示されるように、モータ１０は、ハウジング２０と、ハウジング２０の径方向内側に固定された界磁用の永久磁石（固定子）３０と、電機子（回転子）４０とを有する。
【００２４】
ハウジング２０は、電機子４０を収納する収納ケース２２と、収納ケース２２の収納室２４を右方から閉塞する蓋部材２６とを組み合わせた構成である。収納ケース２２は、円筒状に形成されており、その軸方向中央の内壁には、全周に亘り永久磁石３０が固定されている。
【００２５】
そして、永久磁石３０の内周には、電機子４０が周方向に回転可能に支持されている。収納ケース２２の収納室２４には、電機子４０を収納するための空間が形成されている。
【００２６】
次に、電機子４０の構成について説明する。電機子４０は、回転軸５０と、回転軸５０に固定される電機子コア５２と、電機子コア５２に巻装される各相の電機子コイル５４と、整流子５６とを有する。
【００２７】
また、電機子コア５２及び電機子コイル５４は、収納室２４の内壁に固定された永久磁石３０の内周面に近接対向するように取り付けられており、永久磁石３０の径方向内側で回転し、且つ軸方向に移動可能に支持されている。
【００２８】
さらに、整流子５６の外周には、回転方向の異なる位置で固定ブラシ６０と可動ブラシ６２が摺接する。従って、固定ブラシ６０に通電された電流が整流子５６の各整流子片を介して電機子コイル５４を流れることにより電機子コア５２の周囲に磁束が発生し、永久磁石３０からの界磁束に対して電機子４０を回転させる回転力が発生する。
【００２９】
回転軸５０は、電機子コア５２の中心を貫通してＸａ方向に延在形成された左端（一端）５０ａと、Ｘｂ方向に延在形成された右端（他端）５０ｂとを有する。
【００３０】
また、回転軸５０の右端５０ｂは、蓋部材２６の凹部２６ａに嵌合された軸受２８により回転可能に軸承されており、その端部が蓋部材２６の挿通孔２６ｂに挿通されて蓋部材２６の外部に突出している。
【００３１】
さらに、回転軸５０の左端５０ａは、収納ケース２２の凹部２２ａに嵌合された軸受２９により回転可能に軸承されており、その端部が収納ケース２２の挿通孔２２ｂに挿通されて収納ケース２２の外部に突出している。
【００３２】
可動ブラシ６２は、可動ブラシホルダ７０により保持されており、可動ブラシホルダ７０は収納ケース２２の内壁２３に固定されたガイド部７２により整流子５６の外周に沿う所定角度範囲で揺動可能にガイドされている。
【００３３】
図２は図１中II−II線に沿う縦断面図である。図３は図２に示す可動ブラシ駆動機構を下方からみた底面図である。図２及び図３に示されるように、可動ブラシ６２は、可動ブラシ駆動機構８０により低速回転位置または高速回転位置に駆動されるように設けられている。可動ブラシ駆動機構８０は、上記可動ブラシホルダ７０の回動動作をガイドするガイド部７２と、可動ブラシホルダ７０の左側面に対向する位置に配置された電磁プランジャ８２と、可動ブラシホルダ７０の右側面を押圧するスプリング８４とを有する。
【００３４】
ガイド部７２は、整流子５６の外周と同心円状に形成された円弧状ガイド溝７２ａを有する。そして、可動ブラシホルダ７０の外周側端部には、ガイド溝７２ａに摺動可能に挿入された摺動部７０ａが半径方向に突出している（図１参照）。そのため、可動ブラシホルダ７０は、左側面を電磁プランジャ８２によって右側方に押圧されると、可動ブラシ６２の摺接面６２ａを整流子５６の外周に摺接したままＡ方向に回動する。また、ガイド溝７２ａは、摺動部７０ａを回転方向にのみガイドする構成であり、且つ回転方向と直交する軸方向（Ｘａ，Ｘｂ方向）への移動を規制する規制手段としても機能している。
【００３５】
電磁プランジャ８２は、筒状に巻装されたソレノイドコイル８２ａの中空部にプランジャ８２ｂが挿通された構成であり、ソレノイドコイル８２ａへの通電により発生した電磁力によってプランジャ８２ｂをＹ方向に押圧する。また、可動ブラシホルダ７０の左側面に当接するプランジャ８２ｂの先端は、半球形状に形成されており、可動ブラシホルダ７０に対する摩擦が軽減されている。
【００３６】
また、可動ブラシホルダ７０の左側面には、プランジャ８２ｂの先端が摺接する摺接溝７０ｂが設けられている。この摺接溝７０ｂは、半径方向に延在形成されている。そして、Ｙ方向からの押圧力により可動ブラシホルダ７０が回動すると、可動ブラシホルダ７０の左側面の角度が変化するのに伴ってプランジャ８２ｂ先端部との当接角度が変化する。その回動動作過程において、プランジャ８２ｂ先端部は、摺接溝７０ｂを摺接しながら可動ブラシホルダ７０の左側面をＹ方向に押圧して可動ブラシホルダ７０を高速回転位置に移動させることができる。
【００３７】
また、プランジャ８２ｂの先端部が摺接溝７０ｂに嵌合することによって可動ブラシホルダ７０の左側面の軸方向（Ｘａ，Ｘｂ方向）への移動を規制することができる。
【００３８】
電磁プランジャ８２により駆動力は、可動ブラシホルダ７０をＢ方向に押圧するスプリング８４の押圧力よりも大きいので、スプリング８４の押圧力に抗して可動ブラシホルダ７０を高速回転位置へ移動させることが可能になる。また、ソレノイドコイル８２ａへの通電がなくなると、Ｙ方向の駆動力がゼロになるため、可動ブラシホルダ７０はスプリング８４の押圧力によってＢ方向に回動して低速回転位置に復帰する。
【００３９】
尚、可動ブラシホルダ７０は、Ｂ方向に回動しながらプランジャ８２ｂをソレノイドコイル８２ａの中空部分に押し戻して低速回転位置の状態に復帰する。
【００４０】
さらに、可動ブラシホルダ７０の右側面には、スプリング８４の一端を係止する係止部７０ｃが一体的に突出している。この係止部７０ｃは、可動ブラシホルダ７０が回動する際のスプリング８４の端部に対する角度が変化してもスプリング８４の端部が可動ブラシホルダ７０の右側面に当接した押圧状態を維持することができる。
【００４１】
さらに、収納ケース２２の内壁２３には、可動ブラシホルダ７０を低速回転位置に位置決めする低速回転位置ストッパ８６と、可動ブラシホルダ７０を高速回転位置に位置決めする一対の高速回転位置ストッパ８８と、スプリング８４の他端を保持するばね受け９０とが設けられている。
【００４２】
そのため、電磁プランジャ８２がオフのとき、可動ブラシホルダ７０はスプリング８４の押圧力により左側面を低速回転位置ストッパ８６に当接させると共に、プランジャ８２ｂの先端部に当接して低速回転位置に位置決めされる（図２参照）。
【００４３】
図４は電磁プランジャ８２の駆動力により可動ブラシホルダ７０を高速回転位置に移動させた状態を示す縦断面図である。図５は図４に示す可動ブラシ駆動機構８０を下方からみた底面図である。図４及び図５に示されるように、ソレノイドコイル８２ａへの通電が行なわれて電磁プランジャ８２がオンになると、プランジャ８２ｂがＹ方向に駆動され、プランジャ８２ｂの先端部が、摺接溝７０ｂを摺接しながら可動ブラシホルダ７０の左側面をＹ方向に押圧する。これにより、可動ブラシホルダ７０は、ガイド部７２のガイド溝７２ａを摺動してＡ方向に回動する。
【００４４】
その際、可動ブラシホルダ７０に保持された可動ブラシ６２は、摺接面６２ａを整流子５６の外周に摺接しながらＡ方向に回動する。そして、可動ブラシホルダ７０の右側面が一対の高速回転位置ストッパ８８に当接すると、可動ブラシ６２は、固定ブラシ６０に対して所定角度θとなる高速回転位置に位置決めされる。
【００４５】
このように、可動ブラシ駆動機構８０は、電磁プランジャ８２が直接的に可動ブラシホルダ７０を低速回転位置(図２に示す)から高速回転位置（図４に示す）に移動させることができるので、電磁プランジャ８２の駆動力を伝達する伝達機構等が不要であり、部品点数も少なくて済むので、小型化及び省スペース化にも対応することができる。さらに、可動ブラシホルダ７０をＡ，Ｂ方向に回動させる際に可動ブラシ６２と整流子５６との間で生じた振動は、スプリング８４によって吸収することができ、振動音を低減して静音性を向上させることが可能になる。
【００４６】
また、可動ブラシホルダ７０を高速回転位置（図４に示す）から低速回転位置(図２に示す)に戻す場合は、ソレノイドコイル８２ａへの通電をオフにしてプランジャ８２ｂに対する電磁力を無くすことにより、可動ブラシホルダ７０をスプリング８４によってＢ方向に移動させることができる。そして、可動ブラシホルダ７０の左側面が低速回転位置ストッパ８６に当接することで可動ブラシ６２が低速回転位置（固定ブラシ６０に対して１８０°の位置）に保持される。
【００４７】
そのため、可動ブラシ６２を低速回転位置に保持するのは、スプリング８４の押圧力であるので、電磁プランジャ８２を励磁させるための電力が不要であり、低速回転時の電力消費量を削減して省電力化を図ることができる。
【００４８】
ここで、モータ１０の回転速度を切り替えるスイッチ回路について説明する。図６はモータ１０の回転速度を切り替えるスイッチ回路のオフ状態を示す図である。
【００４９】
図６に示されるように、スイッチ回路１００は、固定ブラシ６０への通電のオン／オフ及び電磁プランジャ８２への通電のオン／オフを行なう切替スイッチ１０２を有する。
【００５０】
固定ブラシ６０は、切替スイッチ１０２を介して電源（バッテリ）１１０と接続されている。可動ブラシ６２は、グランド（接地）に接続されている。
【００５１】
切替スイッチ１０２は、電源１１０のプラス側に接続された固定接点１０２ａと、固定接点１０２ａに接続された可動接点１０２ｂと、可動接点１０２ｂの操作位置に応じて選択的に接続される固定接点１０２ｃ〜１０２ｄとを有する。
【００５２】
固定接点１０２ｃは、オフ接点である。他の固定接点１０２ｄは固定ブラシ６０に接続されており、固定接点１０２ｅは電磁プランジャ８２のソレノイドコイル８２ａの一端に接続されている。また、ソレノイドコイル８２ａの他端は、固定ブラシ６０に接続されている。
【００５３】
切替スイッチ１０２は、可動接点１０２ｂが固定接点１０２ｃに接触しているときは、モータ１０への通電を行なわず、モータ１０を停止状態にする。
【００５４】
図７に示されるように、切替スイッチ１０２の可動接点１０２ｂを固定接点１０２ｄに接触させると、電源１１０からの電流が固定ブラシ６０に通電される。このとき、電磁プランジャ８２への通電が行なわれないため、可動ブラシ６２は図２に示す低速回転位置に保持されている。そのため、電機子４０は低速回転で回転駆動される。
【００５５】
図８に示されるように、切替スイッチ１０２の可動接点１０２ｂを固定接点１０２ｅに接触させると、電源１１０からの電流が電磁プランジャ８２のソレノイドコイル８２ａに通電されると共に、固定ブラシ６０にも通電される。これにより、電磁プランジャ８２は、電磁力によりプランジャ８２ｂがＹ方向に駆動され(図４参照)、プランジャ８２ｂの先端部が、摺接溝７０ｂを摺接しながら可動ブラシホルダ７０の左側面をＹ方向に押圧する。そして、可動ブラシホルダ７０は、右側面が一対の高速回転位置ストッパ８８に当接するまでＡ方向に回動して、可動ブラシ６２を高速回転位置に移動させる。そのため、電機子４０は高速回転で回転駆動される。
【００５６】
このように、切替スイッチ１０２の可動接点１０２ｂの切替動作により固定ブラシ６０への通電をオンまたはオフに切り替えると共に、電磁プランジャ８２をオンまたはオフに切り替えることができる。また、切替スイッチ１０２を用いた簡単な回路構成により、可動接点１０２ｂのオン／オフ動作によって低速回転から高速回転へ切り替えるのと同時に電磁プランジャ８２を駆動させて可動ブラシ６２の位置を高速回転位置に切り替えることが可能になる。
【００５７】
また、高速回転モードから低速回転モードに切り替える際は、切替スイッチ１０２の可動接点１０２ｂを固定接点１０２ｄに接触させることにより、電磁プランジャ８２をオフにして可動ブラシ６２をスプリング８４の押圧力によって図２に示す低速回転位置に復帰させることができる。従って、切替スイッチ１０２を有する比較的簡単な構成からなるスイッチ回路１００を設けることで低速回転モードから高速回転モードへの切り替え、及び高速回転モードから低速回転モードへの切り替えを容易に行なえる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
上記実施例では、図２及び図４に示すように電磁プランジャ８２を可動ブラシ６２の左側に配置し、スプリング８４を可動ブラシ６２の右側に配置した構成を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、電磁プランジャ８２を可動ブラシ６２の右側に配置し、スプリング８４を可動ブラシ６２の左側に配置した構成としても良いのは勿論である。
【００５９】
また、上記実施例では、一つの切替スイッチ１０２で固定ブラシ６０への通電をオンまたはオフに切り替えると共に、電磁プランジャ８２をオンまたはオフに切り替える構成を一例として挙げたが、これに限らず、固定ブラシ６０への通電を切り替えるスイッチと、電磁プランジャ８２への通電を切り替えるスイッチとを別個に設ける構成としても良いのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明による可変速モータの一実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１中II−II線に沿う縦断面図である。
【図３】図２に示す可動ブラシ駆動機構を下方からみた底面図である。
【図４】電磁プランジャ８２の駆動力により可動ブラシホルダ７０を高速回転位置に移動させた状態を示す縦断面図である。
【図５】図４に示す可動ブラシ駆動機構８０を下方からみた底面図である。
【図６】モータ１０の回転速度を切り替えるスイッチ回路のオフ状態を示す図である。
【図７】スイッチ回路を低速回転モードに切り替えた状態を示す図である。
【図８】スイッチ回路を高速回転モードに切り替えた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０  モータ
２０  ハウジング
２２  収納ケース
３０  永久磁石
４０  電機子
５０  回転軸
５２  電機子コア
５４  電機子コイル
５６  整流子
６０  固定ブラシ
６２  可動ブラシ
７０  可動ブラシホルダ
７２  ガイド部
８０  可動ブラシ駆動機構
８２  電磁プランジャ
８４  スプリング
８６  低速回転位置ストッパ
８８  高速回転位置ストッパ
１００  スイッチ回路
１０２  切替スイッチ
１１０  電源
【図１】
2007189809.tif 000003
【図２】
2007189809.tif 000004
【図３】
2007189809.tif 000005
【図４】
2007189809.tif 000006
【図５】
2007189809.tif 000007
【図６】
2007189809.tif 000008
【図７】
2007189809.tif 000009
【図８】
2007189809.tif 000010