(57)【要約】【課題】スパークを防止したモータを提供する。【解決手段】基端側から先端側へと細くなるカーボンブラシ25の形状に対応して、ブラシホルダ26を基端側から先端側に向けて細くなるように形成する。カーボンブラシ25が所定量摩耗すると、上下側面25b，25bの傾斜形状により、上下側面25b，25bが、ブラシホルダ26の上下側面部26a，26aの内縁部にそれぞれ係合し、ばねの圧力がカーボンブラシ25をその位置でブラシホルダ26に固定し、カーボンブラシ25がブラシホルダ26から先端側に移動しない状態となる。カーボンブラシ25がコンミュテータの外周面に接触および非接触を繰り返すことがなくなるので、カーボンブラシ25とコンミュテータとの間でのスパークの発生を防止できる。【選択図】図１
2007202366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、
コイルに電気的に接続される整流子を有し前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子と、
ブラシ装置とを具備し、
前記ブラシ装置は、
基端側から先端側へと細くなるように設けられ前記整流子に摺接する摺接面を先端に有するカーボンブラシと、
このカーボンブラシを摺動可能に内部に収容するとともに、先端に向けて細くなるように形成されるブラシホルダと、
前記カーボンブラシを付勢してこのカーボンブラシの先端側を前記ブラシホルダの先端から突出させる付勢手段とを備えている
ことを特徴とした電動機。
【請求項２】
カーボンブラシは、摺接面の両側に位置し互いに略平行に形成された対をなす平行面を有し、
ブラシホルダは、角筒状に形成され、前記各平行面に略平行な対をなすホルダ平行面を有している
ことを特徴とした請求項１記載の電動機。
【請求項３】
カーボンブラシは、摺接面の両端に位置し先端側が細くなるように傾斜した傾斜面を有し、
ブラシホルダは、前記傾斜面に対向し、先端側が細くなるように傾斜したホルダ傾斜面を有している
ことを特徴とした請求項２記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流子に摺接するカーボンブラシを備えた電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば電動送風機などに用いられる電動機としてのモータは、一対のブラシ装置が取り付けられており、このブラシ装置は、角筒状のブラシホルダを備え、このブラシホルダには、基端側が挿入され先端側がモータの整流子としてのコンミュテータの外周面に摺接する略直方体状のカーボンブラシが保持されている。そして、このカーボンブラシは、ブラシホルダ内に配設された付勢手段としてのばねにより先端側へと付勢されてブラシホルダから突出し、この先端部がコンミュテータの外周に圧接されるように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平９−２０９９８７号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の電動機では、カーボンブラシがコンミュテータとの摩擦により擦れて短くなるのに伴ってばね圧が次第に弱くなり、カーボンブラシの末期には、ばね圧が殆どなくなってしまうことで、コンミュテータの外周面に対して接触と非接触とを繰り返してスパークが大きくなり、モータに好ましくないおそれがあるという問題点を有している。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、スパークを防止した電動機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】
【０００５】
本発明は、コイルに電気的に接続される整流子を有し固定子に対して回転自在に設けられた回転子と、ブラシ装置とを具備し、ブラシ装置が、基端側から先端側へと細くなるように設けられ整流子に摺接する摺接面を先端に有するカーボンブラシと、このカーボンブラシを摺動可能に内部に収容するとともに、先端に向けて細くなるように形成されたブラシホルダと、カーボンブラシを付勢してこのカーボンブラシの先端側をブラシホルダの先端から突出させる付勢手段とを備えているものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、カーボンブラシが所定量摩耗すると、カーボンブラシとブラシホルダとの形状により、付勢手段により付勢されたカーボンブラシがブラシホルダに対して固定されて先端側に移動しなくなるので、カーボンブラシが整流子に接触および非接触を繰り返すことがなくなり、スパークを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施の形態の電動機の構成を図１ないし図４を参照して説明する。
【０００８】
図４に電動送風機１を示し、この電動送風機１は、例えば図示しない電気掃除機、あるいは産業用ブロワなどに用いられるものである。また、この電動送風機１は、電動機としてのモータ２が略有底円筒状の本体ケース３内に配設されているとともに、この本体ケース３の外部に、整流用の整流板４と、モータ２により回転される遠心ファン５とがモータ２側から順次取り付けられ、かつ、この遠心ファン５がファンカバー６により覆われている。
【０００９】
なお、以下、モータ２側を後側（下側）、ファンカバー６側を前側（上側）として説明する。
【００１０】
モータ２は、本体ケース３の中心軸に沿って配置された回転軸11と、この回転軸11の外周面に設けられた円筒状の整流子としてのコンミュテータ12および回転子としての電機子であるアーマチュア13と、固定子としてのステータ14と、ブラシ装置としての一対のカーボンブラシ組立15（一方のみ図示）とを備えている。
【００１１】
回転軸11は、軸方向の他端部である前端部が、整流板４に挿通され、この前端部に遠心ファン５が取り付けられている。
【００１２】
コンミュテータ12は、導電性を有し、回転軸11の外周面に固定されてこの回転軸11と一体にステータ14に対して回転するもので、外周面にカーボンブラシ組立15，15の先端部が摺接している。
【００１３】
アーマチュア13は、コンミュテータ12と電気的に接続されたコイル13aを有し、コンミュテータ12よりも前方の回転軸11の外周面に固定されるとともにステータ14の内周側に配置されている。
【００１４】
ステータ14は、フィールドとも呼ばれるもので、鉄板が多数積層された平面視四角形板状のステータコア21を有し、このステータコア21の中心部に、アーマチュア13が挿入される略四角形状の挿入孔部22が穿設され、この挿入孔部22は、内周部がアーマチュア13の外周面に所定の間隙を介して対向している。また、ステータコア21の内周部には、複数の固定極すなわちＮ極およびＳ極が形成される。
【００１５】
さらに、各カーボンブラシ組立15は、長尺状のカーボンブラシ25と、このカーボンブラシ25を収容する角筒状のブラシホルダ26とを備え、このブラシホルダ26の内部に付勢手段としてのばね27が収容され、また、ブラシホルダ26がホルダ絶縁28により、本体ケース３に穿設された一対のブラシ取付孔（図示せず）に取り付けられている。
【００１６】
カーボンブラシ25は、図１、図２(a)、図２(b)、図３(a)および図３(b)に示すように、コンミュテータ12の外周面に摺接する四角形状の摺接面25aを先端に備え、この摺接面25aの互いに対向する両側に位置する細長四角形状の一対の傾斜面としての側面である上下側面25b，25bと、これら上下側面25b，25bに略直交して摺接面25aの互いに対向する両端に位置する細長四角形状の一対の平行面としての端面である左右側面25c，25cとを有する細長角柱状に形成され、基端部がブラシホルダ26に挿入され、先端部がブラシホルダ26から突出している。
【００１７】
上下側面25b，25bは、カーボンブラシ25の基端側から先端側へと、カーボンブラシ25が先細形状、すなわちテーパ状となるようにそれぞれ傾斜している。
【００１８】
また、左右側面25c，25cは、互いに平行に形成されている。
【００１９】
この結果、カーボンブラシ25は、平面視で長方形状、かつ、側面視で台形状に形成されている。
【００２０】
なお、カーボンブラシ25は、図４に示すように、カーボンブラシ組立15を本体ケース３に取り付けた状態で、長手方向が回転軸11に対して略直交する方向に沿うとともに、上下側面25b，25bが回転軸11の軸方向である上下方向に位置し、かつ、左右側面25c，25cが回転軸11の軸方向に直交する左右方向に位置するように配設される。
【００２１】
さらに、図１、図３(a)および図３(b)に示すように、カーボンブラシ25の基端部には、ブラシホルダ26内にて、通電用の通電部材であるピッグテール29の一端部が電気的に接続されている。このピッグテール29は、家庭用商用交流電源、あるいは電池などの図示しない電源部に電気的に接続される図示しない端子部に他端部が電気的に接続されている。
【００２２】
また、ブラシホルダ26は、収容されたカーボンブラシ25の上下側面25b，25bに対向する一対のホルダ傾斜面としての側面部である上下側面部26a，26aを備えるとともに、カーボンブラシ25の左右側面25c，25cに対向する一対のホルダ平行面としての端面部である左右側面部26b，26bを備え、先端にカーボンブラシ25が突出する四角形状の開口26cが形成されて、ホルダ絶縁28に挿通されて固定されている。
【００２３】
上下側面部26a，26aは、カーボンブラシ25の上下側面25b，25bに対応して、ブラシホルダ26の基端側から先端側へと、ブラシホルダ26が先細形状、すなわちテーパ状となるように傾斜している。そして、これら上下側面部26a，26aは、カーボンブラシ25が所定量まで突出した状態で上下側面25b，25bが上下側面部26a，26aの内縁に当接してカーボンブラシ25がそれ以上先端側に突出することを防止可能に構成されている。
【００２４】
また、左右側面部26b，26bは、カーボンブラシ25の左右側面25c，25cに対応して、互いに平行に形成され、これら左右側面25c，25cに対して殆ど隙間なく接近している。すなわち、開口26cの左右両側は、カーボンブラシ25の左右側面25c，25cに対して殆ど隙間なく形成されている。
【００２５】
この結果、ブラシホルダ26は、平面視で長方形状、かつ、側面視で台形状に形成されている。
【００２６】
なお、カーボンブラシ25の上下側面25b，25bの傾斜角度、および、ブラシホルダ26の上下側面部26a，26aの傾斜角度は、任意に設定できるが、図１ないし図３においては、便宜上、これらの傾斜を誇張して記載しており、ブラシホルダ26の開口26cの上下両側とカーボンブラシ25の上下側面25b，25bとの隙間は、図１ないし図３に示すよりも少なく形成されている。
【００２７】
そして、ブラシホルダ26は、カーボンブラシ組立15を本体ケース３に取り付けた状態で、軸方向が回転軸11に対して略直交する方向に沿うとともに、上下側面部26a，26aが回転軸11の軸方向に位置し、かつ、左右側面部26b，26bが回転軸11の周方向に離間されるように配設される。
【００２８】
ばね27は、カーボンブラシ組立15を本体ケース３に取り付けた状態でブラシホルダ26の先端から突出したカーボンブラシ25の摺接面25aをコンミュテータ12の外周面に弾性的に押圧するもので、ピッグテール29が内部に挿通されている。
【００２９】
図４に示すように、ホルダ絶縁28は、絶縁性の部材、例えば絶縁性を有する合成樹脂などで形成され、本体ケース３の外側に位置するブラシホルダ26の外側部を絶縁するものであり、ブラシホルダ26の基端側が挿入されて固定される略筒状に形成され、図示しない螺子などにより本体ケース３に固定されている。
【００３０】
また、本体ケース３は、略有底円筒状のケース体としての胴体フレーム31と、この胴体フレーム31の前端部に取り付けられアーマチュア13を軸方向に支持する回転子支持板としてのフレーム32とを有している。
【００３１】
胴体フレーム31は、軸方向の一端である後端面すなわち底面の中心部に、円筒状のモータヘッド部34が後方に突出して設けられている。また、この胴体フレーム31の前端部には、モータ２の後側が嵌合する開口部35が形成され、この開口部35の周縁部には、フランジ部36が突設されている。さらに、この胴体フレーム31の外周面には、前側から後側へと、カーボンブラシ組立15が取り付けられる図示しないブラシ取付孔、遠心ファン５から吹き出された空気を外部に排気する角孔状の複数の排気口38（一つのみ図示）、および、整流板４により整流された空気が流入する角孔状の複数の流入口39（一つのみ図示）が順次穿設されている。
【００３２】
モータヘッド部34には、モータ２の回転軸11の軸方向の一端部である後端部が圧入されて回転自在に軸支される軸受としてのベアリング41が配設されているとともに、このベアリング41の後部に、このベアリング41に予圧を加えるスラストばね43が収容されている。
【００３３】
フランジ部36には、フランジ部螺子孔44が穿設され、このフランジ部螺子孔44には、胴体フレーム31とステータ14とフレーム32とを一体的に固定する螺子45が挿入されている。
【００３４】
ここで、螺子45は、ステータ14に穿設されたステータ螺子孔46に先端側が挿入されている。
【００３５】
一方、フレーム32は、整流板４に挿入される取付凹部47が中央部に設けられ、この取付凹部47の両側（一側のみ図示）に、整流板４に螺子止めされる螺子止め本体部48が略水平状に延設され、この螺子止め本体部48の外側部に、延設部49が後側に延設され、かつ、この延設部49の先端部に、螺子止め部50が水平方向に延設されて、断面視で階段状に形成されている。
【００３６】
取付凹部47は、モータ２の回転軸11の軸方向の他端部である前端部が圧入されて回転自在に軸支されるベアリング53が内部に保持されている。また、この取付凹部47の底部の中央部には、回転軸11が前側に突出される突出孔54が穿設されている。
【００３７】
螺子止め本体部48には、整流板を螺子止めするための整流板螺子止め孔55が穿設され、この整流板螺子止め孔55には、螺子56（一方のみ図示）が挿通されている。
【００３８】
螺子止め部50には、螺子45の先端部が螺子止めされる螺子止め孔57が穿設されている。
【００３９】
また、整流板４は、ディフューザとも呼ばれ、遠心ファン５から吹き出された空気を整流してモータ２側へと流すもので、モータ２と遠心ファン５との間に位置し、本体ケース３の前端部を閉塞するように取り付けられている。そして、この整流板４は、円板状の整流板本体63と、この整流板本体63に突設された固定翼としての複数のブレード65とを有している。
【００４０】
整流板本体63は、本体ケース３の中心軸と同軸状に設けられ、中央部に、モータ２側に突出した凹部67が設けられ、この凹部67の中央部には、フレーム32の取付凹部47が挿通される挿通孔68が穿設されているとともに、この挿通孔68の周囲に、螺子56が螺子止めされる螺子孔69が穿設されている。
【００４１】
また、ブレード65は、整流板本体63から後側へと突設され、中心側から外周方向に向かうように平面渦巻き状に設けられ、整流板本体63の周方向に互いに離間されている。このため、各ブレード65の間には、整流板本体63の外周部に連続する案内風路73が区画形成されている。この案内風路73は、整流板本体63の外周縁部にて遠心ファン５の周囲に連通し、この遠心ファン５から吹き出された吸込風を整流板４の後側で流入口39へと螺旋状に案内するものである。
【００４２】
遠心ファン５は、モータ２の回転軸11と一体的に回転するもので、円板状に設けられた後面シュラウド75、この後面シュラウド75の前方に位置する前面シュラウド76、および、これらシュラウド75，76の間に一体に設けられたファン翼77を備えている。
【００４３】
後面シュラウド75は、モータ２の回転軸11が嵌挿される嵌挿孔81が中心部に穿設されている。また、この後面シュラウド75は、回転軸11が挿通される円環状の後部ファンワッシャ83と前部ファンワッシャ84とで前後に挟持されている。そして、前部ファンワッシャ84は、ナット85により回転軸11の前端側に固定されている。
【００４４】
一方、前面シュラウド76には、丸孔状の通風孔87が中心部に穿設され、この通風孔87の周囲から、後面シュラウド75に向けて傾斜状に拡径されている。
【００４５】
ファン翼77は、平面視で通風孔87の周縁部近傍から遠心ファン５の外周方向に向かうように平面渦巻き状に設けられ、複数の吸気風路88を区画形成する壁状に形成されている。
【００４６】
そして、ファンカバー６は、整流板４の外周縁部に後端部が嵌合されている。そして、このファンカバー６は、前面の中心部に、遠心ファン５の通風孔87に連通する丸孔状の吸込口89が開口形成されている。
【００４７】
次に、上記一実施の形態の動作を説明する。
【００４８】
図示しない電源部から端子部へと供給された電力によりモータ２が駆動し、回転軸11が遠心ファン５などと一体に回転する。このとき、カーボンブラシ25の摺接面25aがばね27の付勢によりブラシホルダ26の先端部から突出してコンミュテータ12の外周面に摺接している。
【００４９】
さらに、遠心ファン５の回転により生じる負圧により吸込口89から電動送風機１内へと空気が吸い込まれる。この吸い込まれた空気は、通風孔87を介して吸気風路88に流入した後、ファン翼77に沿って遠心ファン５の外周方向へと吹き出される。
【００５０】
遠心ファン５から吹き出された空気は、整流板４の外周縁部から案内風路73へと流れ込み、整流板４のディフューザ効果によりブレード65に沿って整流されて静圧化され、モータ２側へと吹き出される。
【００５１】
この後、このモータ２側へと吹き出された空気は、ステータ14の外周面に沿って流れてこのステータ14を冷却するとともに、カーボンブラシ組立15のカーボンブラシ25を冷却しつつ、排気口38から外部へと排気される。
【００５２】
使用に従い、カーボンブラシ25の摺接面25aがコンミュテータ12の外周面と擦れて摩耗し、短くなっても、ばね27の付勢によりカーボンブラシ25が長手方向に押圧され、先端部がコンミュテータ12の外周面に常に摺接する。
【００５３】
そして、カーボンブラシ25が所定量摩耗すると、上下側面25b，25bの傾斜形状により、カーボンブラシ25の縦断面の高さが、ブラシホルダ26の開口26cの高さよりも大きくなり、これら上下側面25b，25bが、ブラシホルダ26の上下側面部26a，26aの内縁部にそれぞれ係合され、ばね27の圧力によりカーボンブラシ25がその位置でブラシホルダ26に固定され、それ以上先端側に移動しない状態となる。
【００５４】
この結果、カーボンブラシ25がコンミュテータ12の外周面に接触および非接触を繰り返すことがなくなるので、カーボンブラシ25とコンミュテータ12との間でのスパークの発生を防止でき、モータ２を確実に保護できる。
【００５５】
また、摺接面25aの両端に位置するカーボンブラシ25の左右側面25c，25cおよびブラシホルダ26の左右側面部26b，26bが、それぞれテーパを有さない平行面であることにより、モータ２の駆動によるコンミュテータ12の外周面との摩擦にてカーボンブラシ25の回転方向への振れを防止でき、電気規格を変化させずにモータ２の特性を維持できる。
【００５６】
さらに、開口26cの左右両側とカーボンブラシ25の左右側面25c，25cとの間には殆ど隙間が形成されていないため、コンミュテータ12の回転時にカーボンブラシ25がコンミュテータ12の回転方向にぶれることがなく、コンミュテータ12とカーボンブラシ25とを確実に電気的に接続した状態とすることができる。
【００５７】
そして、両上下側面25b，25bと、両上下側面部26a，26aとをそれぞれ傾斜状に形成することで、使用末期のカーボンブラシ25をブラシホルダ26に対して確実に抜け止めできる。
【００５８】
なお、上記一実施の形態において、モータ２を除く電動送風機１の構成は、任意に選択できる。
【００５９】
また、モータ２は、電動送風機１以外の任意のものに用いることが可能である。
【００６０】
さらに、カーボンブラシ25は、先端側へと細くなるように上下側面25b，25bのいずれか一方が傾斜状に形成されていてもよく、ブラシホルダ26も、先端側へと細くなるように上下側面部26a，26aのいずれか一方が傾斜状に形成されていてもよい。この場合には、カーボンブラシ25のコンミュテータ12の外周面への接触面積の低下を少なくでき、電流密度の低下が少なく済むので、カーボンブラシ25での発熱を少なくできる。
【００６１】
そして、カーボンブラシ25の左右側面25c，25cおよびブラシホルダ26の左右側面部26b，26bを傾斜状とし、カーボンブラシ25の上下側面25b，25bおよびブラシホルダ26の上下側面部26a，26aを平行状とする構成、あるいは、カーボンブラシ25の左右側面25c，25cのいずれか一方および上下側面25b，25bのいずれか一方を傾斜状とし、ブラシホルダ26の左右側面部26b，26bのいずれか一方および上下側面部26a，26aのいずれか一方を傾斜状とする構成などでも、上記一実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施の形態の電動機のブラシ装置を示す斜視図である。
【図２】(a)は同上ブラシ装置のカーボンブラシを示す平面図、(b)は同上カーボンブラシを示す側面図である。
【図３】(a)は同上カーボンブラシの初期状態を示す縦断面図、(b)は同上カーボンブラシの末期状態を示す縦断面図である。
【図４】同上電動機を備えた電動送風機を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
２    電動機としてのモータ
12    整流子としてのコンミュテータ
13a   コイル
14    固定子としてのステータ
15    ブラシ装置としてのカーボンブラシ組立
25    カーボンブラシ
25a   摺接面
25b   傾斜面としての上下側面
25c   平行面としての左右側面
26    ブラシホルダ
26a   ホルダ傾斜面としての上下側面部
26b   ホルダ平行面としての左右側面部
27    付勢手段としてのばね
【図１】
2007202366.tif 000003
【図２】
2007202366.tif 000004
【図３】
2007202366.tif 000005
【図４】
2007202366.tif 000006