(57)【要約】【課題】長寿命な整流子電動機を提供することを目的とする。【解決手段】電動送風機１０は、一方を開口した略カップ状のブラケット１２内に、本実施例の整流子電動機１１を設けた構成である。整流子電動機１１は、図１に示すように、界磁であるステータ３０と、電機子であるロータ４０と、ブラシ部２０とを含み構成されている。ステータ３０は、鉄などで構成された界磁コア３１に界磁巻線３２を巻回している。界磁コア３１は、例えば所定形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成されている。また、界磁コア３１は、その内側に、磁極となる磁極部を有するとともに、ロータ４０を配置するための空間部を有している。このようなステータ３０がブラケット１２の内側に固定されている。ロータ４０は、電機子コア４１と電機子巻線４２と回転軸４３と整流子４５とを含み構成されている。【選択図】図１
2012196121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁コアに界磁巻線を巻回したステータと、電機子巻線を巻回した電機子コアと、前記電機子巻線が接続された整流子と、前記電機子コアおよび前記整流子を貫通して延伸する回転軸とを有し、前記回転軸を中心として前記ステータ内に回転自在に配置されたロータと、前記整流子に摺接するブラシを収納した異形管を保持するブラシホルダとを備え、前記ブラシは、前記異形管内においてスプリングにより付勢されて、前記ブラシの先端部が前記整流子の外周面に摺接され、前記ブラシの対数減衰率を、０．４〜０．６の範囲としたことを特徴とする整流子電動機。
【請求項２】
前記ブラシと前記整流子との接触荷重を、０．０３ＭＰａ〜０．０７ＭＰａの範囲としたことを特徴とする請求項１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、家庭用掃除機や電動工具等に使用される整流子電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭用掃除機等に使用される高速回転の整流子電動機は、回転時に整流が良好で、かつ、掃除機本体の使用可能期間中にブラシ交換の必要が無いようにブラシ寿命が長いことが必要とされる。その対策として、黒鉛粉を樹脂バインダーで結合し硬化した黒鉛系樹脂結合質のブラシが使用される。ところが、ブラシを形成するこのような材質などによっては、ブラシが振動しやすくなり、チャタリング等が発生しやすかった。そして、このチャタリング等の振動によって、スパーク摩耗が発生し、整流子電動機の長寿命化が果たせないという課題があった。特に、整流子電動機の使用時間が経過した場合、整流子の劣化が進行し、整流子片間の段差が大きくなる。このため、ブラシと整流子の間で発生するチャタリング等の振動は顕著になり、ブラシ摩耗がさらに増大するという傾向がある。
【０００３】
上記課題を解決するための公知例として、従来、ブラシとバネとの間に制振材を配置し、上述のような振動を抑制した整流子電動機が開示されている（例えば、特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２００４０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、このような従来の整流子電動機の場合、制振材は摺動部に直接接触しない。このため、ブラシと整流子の間で発生するチャタリング等の振動を十分に抑制することができず、スパーク発生によるブラシの電気摩耗により、更なる長寿命化を達成することができないという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に対して、更なる長寿命化と高信頼性化を達成する整流子電動機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、界磁コアに界磁巻線を巻回したステータと、電機子巻線を巻回した電機子コアと、前記電機子巻線が接続された整流子と、前記電機子コアおよび前記整流子を貫通して延伸する回転軸とを有し、前記回転軸を中心として前記ステータ内に回転自在に配置されたロータと、前記整流子に摺接するブラシを収納した異形管を保持するブラシホルダとを備え、前記ブラシは、前記異形管内においてスプリングにより付勢されて、前記ブラシの先端部が前記整流子の外周面に摺接され、前記ブラシの対数減衰率を、０．４〜０．６の範囲としたことを特徴とする整流子電動機である。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記ブラシと前記整流子との接触荷重を、０．０３ＭＰａ〜０．０７ＭＰａの範囲としたことを特徴とする整流子電動機である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の整流子電動機により整流子電動機のブラシと整流子との間で発生するチャタリング等の振動を十分に抑制することができ、スパークによるブラシの電気摩耗を低減できることから、整流子電動機の長寿命化、高信頼性化が可能である。
【００１０】
これより、本発明によれば、ブラシの耐久性を向上させ、長寿命で高効率な整流子電動機を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例に係る整流子電動機を示す半断面図
【図２】図１における、Ａ−Ａで示した箇所の断面図
【図３】対数減衰率を説明するための波形を示す図
【図４】ブラシの各対数減衰率によるブラシ磨耗量の測定結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態を、各実施例にて図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１３】
以下、本発明の実施例における整流子電動機を用いた電気機器について、図１から図４に基づいて説明する。本実施例ではこのような電気機器の一例として、電気掃除機に具備される本整流子電動機を用いた電動送風機を挙げて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施例における整流子電動機１１を備えた電動送風機１０の構成を示す部分断面図である。
【００１５】
電気掃除機等に使用される電動送風機１０は、一方を開口した略カップ状のブラケット１２内に、本実施例の整流子電動機１１を設けた構成である。整流子電動機１１は、図１に示すように、界磁であるステータ３０と、電機子であるロータ４０と、ブラシ部２０とを含み構成されている。
【００１６】
ステータ３０は、鉄などで構成された界磁コア３１に界磁巻線３２を巻回している。界磁コア３１は、例えば所定形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成されている。また、界磁コア３１は、その内側に、磁極となる磁極部を有するとともに、ロータ４０を配置するための空間部を有している。このようなステータ３０がブラケット１２の内側に固定されている。
【００１７】
一方、ロータ４０は、電機子コア４１と電機子巻線４２と回転軸４３と整流子４５とを含み構成されている。電機子コア４１には、電機子巻線４２が巻回されている。整流子４５は、円筒状を成し、円筒状の表面に複数の整流子片が形成されている。電機子コア４１からは、電機子巻線４２の一部が整流子４５へと引き出され、この電機子巻線４２の引き出し部分が整流子片に接続される。電機子コア４１および整流子４５は円筒状を成し、電機子コア４１および整流子４５の中心を貫通するように回転軸４３が結合されている。回転軸４３は一方向に延伸し、この回転軸４３の両端が、それぞれ軸受１３によって回転自在に支承されている。このように構成されたロータ４０は、電機子コア４１と界磁コア３１に形成された磁極部とが対面した状態で、ステータ３０の内周側に配置されている。
【００１８】
そして、ブラケット１２には、ブラシ部２０に含まれるブラシホルダ２５が固定されている。ブラシ部２０は、このブラシホルダ２５と異形管２３とブラシ２１とスプリング２７とピグテール線２８とを含む構成である。ブラシ２１は、整流子４５に通電するために設けており、人造黒鉛等のカーボンブラシ材へ固体潤滑剤を含む組成で構成される黒鉛系樹脂結合質からなる。このようなブラシ２１が異形管２３に収納され、さらに、異形管２３がブラシホルダ２５内に保持される。また、異形管２３内において、ブラシ２１は、スプリング２７によって整流子４５へと押圧されている。これにより、ブラシ２１は、異形管２３内においてスプリング２７により付勢されて、ブラシ２１の先端部が、円筒状の整流子４５の外周面に摺接される。整流子電動機１１は、一対のこのようなブラシ部２０を有しており、その一対のブラシ２１がそれぞれに、整流子４５に当接している。
【００１９】
また、電動送風機１０において、ブラケット１２の開口した側を覆うように、ファンケース１５が取り付けられている。ロータ４０の回転軸４３は、ブラケット１２の開口からファンケース１５内へと延伸し、その回転軸４３の先端部には、ファン１６が取り付けられている。さらに、ファン１６とブラケット１２の開口との間には、エアガイド１７が取り付けられている。このように、ファンケース１５内にはファン１６およびエアガイド１７が配置されている。
【００２０】
以上のように構成された電動送風機１０において、外部から整流子電動機１１に電力が供給されると、電機子電流がブラシ２１および整流子４５を介して電機子巻線４２に流れるとともに、ステータ３０の界磁巻線３２には界磁電流が流れる。そして、界磁電流によって界磁コア３１で発生した磁束と、電機子巻線４２を流れる電機子電流との間で力が発生し、ロータ４０が回転する。このロータ４０の回転に伴なって、ファン１６が回転する。この回転によって、吸気口１８から空気が吸入されてファン１６の中に流れ込み、流れ込んだ空気は、エアガイド１７により整流され、ブラケット１２内を経て、ブラケット１２に形成した開口（図示せず）より電動送風機１０の外に排出される。
【００２１】
次に、整流子電動機１１のより詳細な構成について説明する。
【００２２】
図２は、図１における、Ａ−Ａで示した箇所の断面図である。すなわち、回転軸４３の延伸方向から見た整流子４５およびブラシ部２０の主要な構成を示している。
【００２３】
図２に示すように、整流子４５は、その周囲に等間隔で複数の整流子片４５ａが形成されている。各整流子片４５ａは、金属で形成され、ブラシ２１と接触することで電機子巻線４２へと電流を供給する。
【００２４】
また、一対のブラシ部２０において、ブラシホルダ２５に異形管２３が収納されている。異形管２３は、回転軸４３と直交する径方向に沿って整流子４５と対向して配設される。また、異形管２３は、筒状を成し、整流子４５と相対する位置に開口部２９を有する。そして、異形管２３内には、ブラシ２１とスプリング２７とが配設される。
【００２５】
スプリング２７は、螺旋状のバネである。スプリング２７は、一端をブラシ２１の反接触面へと当接され、他端を異形管２３外周側の壁面へと当接される。スプリング２７は、異形管２３において、開口部２９を介してブラシ２１を整流子４５へ押圧するよう配設される。すなわち、ブラシ２１は、スプリング２７の弾性力によって、その接触面が整流子４５へと押圧され、これによって、ブラシ２１と整流子４５に形成された整流子片４５ａとが電気的に接続される。このようにして、ブラシ２１は、異形管２３内でスプリング２７により径方向に移動して整流子４５と接触摺動する。また、ブラシ２１には、ブラシ２１に電流を供給するためのリード銅線であるピグテール線２８が接続されている。ピグテール線２８は、スプリング２７の螺旋状内部を通って、一端がブラシ２１の反接触面に接合され、他端がブラシホルダ２５外周側の壁面に溶着される。
【００２６】
本実施例では、整流子４５は中心外径Φ２０ｍｍで、整流子片４５ａが２２枚で構成された円筒形状のものを用い、ブラシ２１は３５ｍｍ×１０ｍｍ×５．７ｍｍ角のものを用いた。
【００２７】
さらに、本実施例では、ブラシ２１の対数減衰率を０．４〜０．６の範囲としている。特に、整流子電動機１１を例えば回転数４００００ｒｐｍで駆動回転させるとき、ブラシ２１の摺動部付近の温度は１５０℃〜２００℃となる。このような温度条件も考慮して、本実施例では、ブラシ２１を、１５０℃〜２００℃の温度領域において、対数減衰率が０．４〜０．６の範囲となる材料で形成している。
【００２８】
ここで、対数減衰率は振動の減衰比を対数で示したものである。図３は、対数減衰率を説明するための波形図である。図３では、振動しながら振幅が減衰していく波形例を示しており、各振動周期Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と、その周期に対応する振動振幅Ａ１、Ａ２、Ａ３とを示している。このような振動振幅と振動周期を計測することにより、対数減衰率は次式により算出することができる。
【００２９】
対数減衰率＝［ｌｎ（Ａ１／Ａ２）＋ｌｎ（Ａ２／Ａ３）＋・・・・
・・・・＋ｌｎ（Ａｎ／Ａｎ＋１）］／ｎ
この式からわかるように、対数減衰率が大きいほど振動は速く収束し、逆に、対数減衰率が小さいと例えば楽器のシンバルのように振動は長続きする。すなわち、ブラシ２１の対数減衰率を変化させた場合、対数減衰率が小さいほど振動が持続しやすくなる。
【００３０】
図４は、ブラシの各対数減衰率によるブラシ磨耗量の測定結果を示す図である。また、図４では、ブラシと整流子との接触加重を０．０３ＭＰａ〜０．０７Ｍｐａに変化させた場合の結果も示している。このような測定を次のような条件で行った。
【００３１】
まず、ブラシ磨耗量は、整流子電動機を４００００ｒｐｍの回転数で駆動させたときの単位時間当たりの磨耗量である。整流子電動機は、駆動寿命７５０ｈを達成するために、ブラシ摩耗量が４０μｍ／ｈ以下であることが必要とされている。また、対数減衰率は、Ａ＆Ｄ社製の剛体振り子型物性試験器（ＲＰＴ−３０００）により測定した。測定は、１ｍｍ×５ｍｍ×３０ｍｍの平板にしたブラシを用いている。そして、ブラシの中央に剛体振り子を装着したシリンダーエッジを接触させ、ブラシを常温から１０℃／ｍｉｎの速度で昇温させながら、振り子を外力により自由振動させて行った。  図４に示す測定結果より、ブラシの磨耗量は、対数減衰率が０．４〜０．６の範囲が良好である。これに対し、ブラシの対数減衰率が０．４よりも低い場合、ブラシに生じた振動は緩やかに減衰し、振動を持続しやすくなる。このため、ブラシと整流子の間で発生するチャタリング等の振動を十分に抑制できず、スパークによるブラシの電機磨耗が増大すると考えられる。また、対数減衰率が０．６よりも高い場合、ブラシと整流子の間で発生するチャタリング等の振動は抑制できる。ところが、対数減衰率を高くするほどブラシの軟化が著しくなり、ブラシと整流子が摺動することによって起こる機械的磨耗が増大し、結果としてブラシの磨耗量が増大する。このため、本実施例では、ブラシ２１の対数減衰率を０．４〜０．６の範囲とし、ブラシ磨耗量の低減化を図っている。
【００３２】
また、図４より、ブラシと整流子との接触加重によってもブラシ磨耗量が変化することがわかる。図４では接触加重が０．０５Ｍｐａの場合、ブラシ磨耗量が最も少なくなっている。すなわち、ブラシと整流子との接触加重は、０．０３ＭＰａ〜０．０７ＭＰａの範囲が好適である。図示しないが、この範囲から外れると、対数減衰率が０．４〜０．６の範囲であっても、ブラシ磨耗量は４０μｍ／ｈより大きくなる。これは、接触荷重が０．０３ＭＰａよりも低い場合、ブラシと整流子との接触が弱くなりすぎて、ブラシが振動しやすくなるものと考えられる。このため、ブラシと整流子の間で発生するチャタリング等の振動を十分に抑制することができず、スパークによるブラシの電機磨耗が増大する。また、接触加重が０．０７ＭＰａよりも高い場合、ブラシと整流子の間で発生するチャタリング等の振動は抑制できる。ところが、ブラシと整流子が摺動することによって起こる機械的磨耗が増大し、結果としてブラシの磨耗量が増大する。このため、本実施例では、ブラシ２１と整流子４５との接触加重を０．０３ＭＰａ〜０．０７ＭＰａの範囲とし、さらに、ブラシ磨耗量の低減化を図っている。
【００３３】
以上説明したように、本発明の整流子電動機は、界磁コアに界磁巻線を巻回したステータと、回転軸を中心としてステータ内に回転自在に配置されたロータと、整流子に摺接するブラシを収納した異形管を保持するブラシホルダとを備える。ロータは、電機子巻線を巻回した電機子コアと、電機子巻線が接続された整流子と、電機子コアおよび整流子を貫通して延伸する回転軸とを有する。そして、ブラシは、異形管内においてスプリングにより付勢されて、ブラシの先端部が整流子の外周面に摺接され、このブラシの対数減衰率を０．４〜０．６の範囲としている。
【００３４】
さらに、本整流子電動機は、このブラシと整流子との接触荷重を０．０３ＭＰａ〜０．０７ＭＰａの範囲としている。
【００３５】
このような構成により、整流子電動機のブラシと整流子との間で発生するチャタリング等の振動を十分に抑制することができ、スパークによるブラシの電気摩耗を低減できる。したがって、本発明によれば、ブラシの耐久性を向上させ、長寿命で高効率な整流子電動機を提供できる。
【００３６】
本発明に係る整流子電動機は、電気掃除機等に使用される電動送風機やその他の電気機器に使用される電動機として有用である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る整流子電動機は、電気掃除機等に使用される電動送風機やその他の電気機器に使用される電動機として有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  電動送風機
１２  ブラケット
１６  ファン
１７  エアガイド
１５  ファンケース
１８  吸気口
２５  ブラシホルダ
２１  ブラシ
４５  整流子
２３  異形管
２７  スプリング
２８  ピグテール線
３０  ステータ
４０  ロータ
４３  回転軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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