(57)【要約】【課題】整流子との接触により転動する給電用ブラシを用いた構成において、整流子の回転に支障を来すことなく良好な整流を行うことが可能な直流モータを実現する。【解決手段】本発明の直流モータは、回転する整流子と、回転状態の整流子と当接することにより転動する給電用ブラシと、を備えており、整流子は、その回転方向に沿って並ぶ複数のセグメントと、セグメント間に形成された複数のスリットと、を備え、各スリットの形成方向は、給電用ブラシが転動する際の中心軸の軸方向に対して傾いている。【選択図】図１
2013027101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する整流子と、回転状態の該整流子と当接することにより転動する給電用ブラシと、を備えた直流モータであって、
前記整流子は、前記整流子の回転方向に沿って並ぶ複数のセグメントと、該セグメント間に形成された複数のスリットと、を備え、
前記スリットの形成方向は、前記給電用ブラシが転動する際の中心軸の軸方向に対して傾いていることを特徴とする直流モータ。
【請求項２】
前記給電用ブラシは、ローラ状であり、外周面にて前記整流子と当接し、
前記整流子の回転軸と、前記給電用ブラシが転動する際の中心軸とが互いに沿っており、
前記スリットの形成方向は、前記整流子の回転軸の軸方向に対して傾いていることを特徴とする請求項１に記載の直流モータ。
【請求項３】
複数の前記スリットの中で互いに隣り合う第１スリット及び第２スリットの位置関係は、前記整流子の回転方向において前記第１スリットが前記第２スリットよりも上流位置にあり、かつ、前記第１スリットの形成方向両端のうち、前記第２スリットに近い側の端が前記第２スリットの形成方向両端のうち、前記第１スリットに近い側の端よりも上流位置にある関係であることを特徴とする請求項２に記載の直流モータ。
【請求項４】
前記整流子は、複数の前記セグメントが環状に並んで形成される環状部を有し、
前記環状部の外径は、前記給電用ブラシの外径よりも大きいことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の直流モータ。
【請求項５】
前記整流子は、複数の前記セグメントが環状に並んで形成される環状部を有し、
前記環状部の外径は、前記給電用ブラシの外径よりも小さいことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の直流モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流モータに係り、特に、回転する整流子と、回転状態の整流子と当接することにより転動する給電用ブラシとを備えた直流モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
整流子と給電用ブラシ（以下、単にブラシとも言う。）との電気的接触により通電されて作動する直流モータは、自動車用小型モータ等として多用されている。このような直流モータにおいて、整流子は、その回転方向に沿って並んだ複数のセグメントからなり、セグメント間には溝状のスリットが形成されている。かかるスリットにより区画されることで、各セグメントは電気的に独立した構造となる。一方、ブラシは、一般的に、カーボン材など適度な導電性と耐摩耗性を備えた材質により構成され、スプリング等の付勢部材によって整流子に当接するように付勢されている。
【０００３】
ところで、近年、直流モータの小型化、軽量化の要請に応じるためにモータの磁極数を増やす傾向にある。モータの磁極数を増やす場合、これに伴って整流子のセグメント数が増加することになる。ここで、直流モータの小型化や軽量化のために整流子のサイズを小型化し、そのうえでセグメント数を増加させると、セグメントの幅（整流子の回転方向に沿った幅）が短くなり、これに伴って、ブラシの幅についても短くなる。
【０００４】
そして、ブラシの幅が短くなると、ブラシの機械的強度が低下することになる。また、モータの効率（出力）を高めようとすると、ブラシと整流子との接触面を通過する電流が増えることになり、その上で更にモータの小型化・軽量化を図る場合、上記のようにブラシの幅が狭くなるので、整流子との接触面が小さくなって電流密度が大きくなってしまう。この結果、整流の悪化や摩耗量の増加等を引き起こし、モータの寿命を低下させることになる。
【０００５】
以上のような問題に対して、ローラ状のブラシを採用し、整流子とブラシとが相互に転がり接触をすることにより通電され駆動される直流モータが既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、特許文献１に開示の直流モータでは、ブラシが整流子と当接する際に転がり接触することにより、ブラシと整流子との間の摺擦（摩擦）が抑えられ、モータの小型化や軽量化を行ったとしてもブラシの摩耗量が増加するのを抑制することができる。さらに、転がり接触によって放熱が良好になされるため、モータの小型化に伴って電流密度が増加することにより生じる影響を軽減することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３０８８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のように、ローラ状のブラシと整流子とを相互に転がり接触させる構成であれば、摩耗量の増加や電流密度の増加を抑制することが可能になる。ただし、ローラ状ブラシが整流子に当接する際、セグメント間に形成されたスリットにブラシが引っ掛かる（一部がスリット内に沈み入る）場合がある。かかる場合には、整流子及び当該整流子を備えた電機子が正常に回転することができなくなる。この結果、モータ出力の低下を招いたり、モータが焼損したりする虞がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、整流子との接触により転動する給電用ブラシを用いた構成において、整流子の回転に支障を来すことなく良好な整流を行うことが可能な直流モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題は、本発明の直流モータによれば、回転する整流子と、回転状態の該整流子と当接することにより転動する給電用ブラシと、を備えた直流モータであって、前記整流子は、前記整流子の回転方向に沿って並ぶ複数のセグメントと、該セグメント間に形成された複数のスリットと、を備え、前記スリットの形成方向は、前記給電用ブラシが転動する際の中心軸の軸方向に対して傾いていること、により解決される。
【００１０】
給電用ブラシが整流子と当接することにより転動する構成（換言すると、給電用ブラシと整流子とが相互に転がり接触する場合）において、給電用ブラシの、整流子との当接領域は、その回転軸に沿った線状領域となる。ここで、当該線状領域が整流子側のスリットと一致する（重なる）と、給電用ブラシのうち、当該線状領域に相当する部分がスリット内に沈み入り、給電用ブラシがスリットに引っ掛かってしまう。これに対して、本発明の直流モータでは、スリットが、給電用ブラシの回転軸、すなわち、上記線状領域に対して傾くように形成されているので、当該線状領域とスリットとが一致することがない。ゆえに、上記線状領域に相当する部分がスリット内に沈み入ることがなく、給電用ブラシは、スリットに引っ掛かることなく、整流子とスムーズに当接することが可能になる。このような作用により、本発明の直流モータでは、整流子の回転に支障を来すことなく良好な整流を行うことが可能になる。
【００１１】
また、上記の直流モータにおいて、ローラ状であり、外周面にて前記整流子と当接し、前記整流子の回転軸と、前記給電用ブラシが転動する際の中心軸とが互いに沿っており、前記スリットの形成方向は、前記整流子の回転軸の軸方向に対して傾いていると、好適である。かかる構成は、給電用ブラシと整流子とをスムーズに当接するための構成として比較的簡易なものである。
【００１２】
また、上記の直流モータにおいて、複数の前記スリットの中で互いに隣り合う第１スリット及び第２スリットの位置関係は、前記整流子の回転方向において前記第１スリットが前記第２スリットよりも上流位置にあり、かつ、前記第１スリットの形成方向両端のうち、前記第２スリットに近い側の端が前記第２スリットの形成方向両端のうち、前記第１スリットに近い側の端よりも上流位置にある関係であると、より好適である。かかる構成であれば、給電用ブラシが同時に３つ以上のセグメントと接触することを回避することができ、短絡コイルの増加を抑制することが可能になる。
【００１３】
また、上記の直流モータにおいて、前記整流子は、複数の前記セグメントが環状に並んで形成される環状部を有し、前記環状部の外径は、前記給電用ブラシの外径よりも大きいこととしてもよい。かかる構成は、セグメント面積を大きくすることができるので、ブラシと整流子との間の電流密度に余裕ができ、放電を伴う摩擦損失が軽減される点においては好適なものである。
一方、上記の直流モータにおいて、前記整流子は、複数の前記セグメントが環状に並んで形成される環状部を有し、前記環状部の外径は、前記給電用ブラシの外径よりも小さいこととしてもよい。かかる構成は、ブラシの、整流子と接触可能な面積（外周面の面積）をより広くすることができるので、ブラシの凝着や疲労摩耗等による摩耗量が軽減される点においては好適なものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明の直流モータによれば、給電用ブラシの、整流子との当接領域がスリットと一致することがないので、上記当接領域に相当する部分がスリット内に沈み入ることがなく、給電用ブラシは、スリットに引っ掛かることなく整流子とスムーズに当接することが可能になる。かかる作用により、本発明の直流モータでは、整流子の回転に支障を来すことなく良好な整流を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る第１実施形態の直流モータを示す概略図である。
【図２】第１実施形態の整流子及び給電用ブラシを示す図であり、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明に係る第２実施形態の直流モータを示す概略図である。
【図４】本発明に係る第３実施形態の直流モータを示す概略図である。
【図５】本発明に係る第４実施形態の整流子及び給電用ブラシを示す図である。
【図６】整流子の環状部の外径に対する給電用ブラシの外径の比率と、ブラシ摩耗量との関係図である。
【図７】本発明に係る第５実施形態の直流モータを示す図である（その１）。
【図８】本発明に係る第５実施形態の直流モータを示す図である（その２）。
【図９】従来例に係る整流子及び給電用ブラシを示す図である（その１）。
【図１０】従来例に係る整流子及び給電用ブラシを示す図である（その２）。
【図１１Ａ】図９に対応する構成での整流区間を示す説明図である。
【図１１Ｂ】図１０に対応する構成での整流区間を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の直流モータの一実施形態（第１実施形態）について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る第１実施形態の直流モータを示す概略図である。図２は、第１実施形態の整流子及び給電用ブラシを示す図であり、図１のＡ−Ａ断面図である。なお、図１及び図２では、直流モータの構成を分かり易く示すために幾分簡略化して図示している都合上、寸法や部品間の大小関係等については実際のものと異なる場合がある。また、図１には、矢印にてシャフト１１の軸方向が、図２には、矢印にて整流子２０の回転方向（具体的には、正転時の回転方向）を示している。
【００１７】
先ず、直流モータ（以下、単にモータ１という）の全体構成について概説する。モータ１は、多極多スロット構造であり、自動車用の小型モータ（例えば、扉やウィンドウを自動開閉するための駆動源）として利用されるものである。本実施形態に係るモータ１については、整流子２０及びその周辺の構成を除いて、公知の構成とすることができる。すなわち、本実施形態に係るモータ１は、図１に示すように、一般的な直流モータと同様にマグネットヨーク２を備え、マグネットヨーク２内には、電機子３（ロータ）と略環状の界磁体４（ステータ）とブラシユニット５とが収容されている。
【００１８】
電機子３は、図１に示すように、モータ１の出力軸をなすシャフト１１を有する。シャフト１１は、金属（本実施形態ではＳＵＳ）製の軸であり、その一端部がモータ１を駆動減として作動する機器と連結している。そして、シャフト１１は、軸受６ａ、６ｂを介してマグネットヨーク２に回転自在に支持されており、シャフト１１の回転により、電機子３全体がシャフト１１の回転方向と同一の方向に回転することになる。なお、本実施形態に係る電機子３は、正逆双方向に回転することが可能である。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、一方向のみに回転する電機子３であってもよい。
【００１９】
電機子３を回転させるために、電機子３には、コイル（不図示）が巻回されたコア１２、及び、上記コイルの端部が接続された整流子２０が固定されている。コア１２及び整流子２０は、シャフト１１と一体的に回転し、回転状態の整流子２０に後述のブラシ３１が当接する。これにより、ブラシ３１に電気的に接続された電源（不図示）からの電力が、ブラシ３１及び整流子２０を介して電機子３に供給され、上記コイルに励磁電流が流れるようになる。なお、整流子２０の構造については、後に詳述する。
【００２０】
界磁体４は、マグネットヨーク２の内壁面に沿って、Ｎ極の永久磁石片４ａとＳ極の永久磁石片４ａを交互に配置することにより構成されている。このようにＮＳ交互に並べられた複数の永久磁石片４ａは、略環状をなし、より具体的には、電機子３の回転方向に略均等な間隔（例えば、４個の永久磁石片４ａを設ける場合には約９０度間隔）にて配置されている。つまり、界磁体４は、電機子３の回転方向に沿って一定間隔毎に磁極が変化するように配置されていることになる。
【００２１】
ブラシユニット５は、図１に示すように、給電用ブラシ（以下、ブラシ３１）と、該ブラシ３１を支持する支持部３２とを有する。本実施形態では、２つのブラシユニット５が設けられ、一方のブラシユニット５は、陽極側のブラシ３１を有し、他方のブラシユニット５は、陰極側のブラシ３１を有する。各々のブラシ３１は、整流子２０周りに配置されており、図1に示す構成例では、整流子２０の回転方向（電機子３の回転方向）において相互に略１８０度ずれた位置に配置されている。
【００２２】
本実施形態では、図２に示すように、各々のブラシ３１がローラ状になっており、その外周面３１ａにて整流子２０と当接する。特に、本実施形態に係るブラシ３１は、整流子２０と線接触する。すなわち、ブラシ３１の外周面３１ａのうち、整流子２０との当接領域は、線状領域となる。
【００２３】
なお、ブラシ３１の材質については、カーボン材、金属、貴金属など、ブラシ３１の材質として利用できるものである限り、制限なく利用可能である。ただし、整流子２０と当接した際の摩耗を軽減する上では、より耐摩耗性に優れた金属製ブラシや貴金属製ブラシが好適である。
【００２４】
支持部３２は、ブラシ３１毎に設けられ、図１に示すように、支持軸３２ａと軸保持部３２ｂとを主な構成要素とする。支持軸３２ａは、ブラシ３１を回転自在に支持する軸であり、その軸方向が整流子２０の回転軸（すなわち、シャフト１１）の軸方向に沿った状態で配置されている。軸保持部３２ｂは、支持軸３２ａの軸方向一端部を保持するものであり、マグネットヨーク２の内壁面に対して固定されており、不図示のリード線を介して、上述した給電用の電源と接続されている。
【００２５】
なお、支持部３２の配置位置は、ブラシ３１が適宜な当接圧にて整流子２０と当接できる位置に設定され、具体的には、シャフト１１と支持軸３２ａとの軸間距離等が調整される。
【００２６】
以上のような構成のブラシユニット５において、各々のブラシ３１は、支持軸３２ａ及び軸保持部３２ｂを通じて通電を得ている。また、各々のブラシ３１は、その外周面３１ａにて回転状態の整流子２０に当接することにより、支持軸３２ａを中心にして転動することになる。つまり、各々のブラシ３１と整流子２０とは互いに転がり接触し、より具体的には、ブラシ３１は整流子２０の回転に従動する形で転動し、これに伴って、外周面３１ａのうち、整流子２０との当接領域が変化することになる。
【００２７】
以上までに説明してきたように、本実施形態に係るモータ１では、ローラ状のブラシ３１が、整流子２０に対して転がり接触することにより、電機子３に電力が給電されて、コア１２に巻回されたコイルに励磁電流が流れる結果、電機子３が回転するようになる。
【００２８】
なお、本実施形態では、前述したように、整流子２０の回転軸（すなわち、シャフト１１）と、ブラシ３１が転動する際の中心軸（すなわち、支持軸３２ａ）とが互いに沿った状態にある。かかる構成は、ローラ状のブラシ３１を採用するモータ１の構成としては、一般的なものであり、比較的簡易な構成である。
【００２９】
次に、本実施形態に係るモータ１の構成要素のうち、整流子２０について詳しく説明する。
整流子２０は、整流子２０の回転方向に沿って並ぶ複数のセグメント２１と、該セグメント間に形成された複数のスリット２２と、を備えている。また、複数のセグメント２１は、整流子２０の回転方向に沿って環状に並び、環状部２０ａを形成している。なお、本実施形態では、図２に示すように、環状部２０ａの外径が、各ブラシ３１の外径よりも大きくなっている。
【００３０】
スリット２２は、セグメント２１同士を互いに絶縁した状態で分離（区画）するために形成された溝（アンダーカット溝）であり、整流子２０の回転方向において等間隔にセグメント２１と同数だけ形成されている。本実施形態では、スリット２２内が空洞になっているが、これに限定されるものではなく、例えば、スリット２２内に絶縁樹脂材等が充填されていることとしてもよい。かかる構成であれば、各セグメント２１の外表面と、スリット２２に充填された樹脂材がなす表面とが同一位置に位置する結果、ブラシ３１の、整流子２０との当接領域がスリット２２上を通過する際に発生する振動を抑制することが可能になる。
【００３１】
そして、本実施形態では、図１に示すように、複数のスリット２２の各々の形成方向が、整流子２０の回転軸（すなわち、シャフト１１）の軸方向に対して傾いている。ここで、整流子２０の回転軸の軸方向と、ブラシ３１が転動する際の中心軸（すなわち、支持軸３２ａ）とは略平行であるので、スリット２２の形成方向は、ブラシ３１が転動する際の中心軸の軸方向に対して傾斜しているとも言える。
【００３２】
以下、スリット２２の傾斜角度（シャフト１１の軸方向に対する傾斜角度）について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、複数のスリット２２の中で互いに隣り合う２つのスリット２２のうち、整流子２０の回転方向においてより上流位置にあるスリット２２を第１スリットと呼び、より下流位置にあるスリット２２を第２スリットと呼ぶ。例えば、図１において、記号ｓ１が付されたスリット２２は、記号ｓ２が付されたスリット２２から見て第１スリットに該当し、反対に、記号ｓ２が付されたスリット２２は、記号ｓ１が付されたスリット２２から見て第２スリットに該当する。すなわち、第１スリット及び第２スリットは、互いに隣り合う２つのスリット２２の各々を特定するための相対的概念であり、当然ながら、注目する２つのスリット２２が異なれば、第１スリットに該当するスリット２２及び第２スリットに該当するスリット２２が異なることになる。
【００３３】
そして、本実施形態において、第１スリット及び第２スリットの位置関係は、整流子２０の回転方向において第１スリットが第２スリットよりも上流位置にあり、かつ、第１スリットの形成方向両端のうち、第２スリットに近い側の端（図１中のｐ１）が第２スリットの形成方向両端のうち、第１スリットに近い側の端（図１中のｐ２）よりも上流位置にある関係となっている。
【００３４】
ここで、「回転方向においてより上流側（下流側）に位置する」とは、２つの地点（以下、便宜的に地点Ｘ、Ｙという）を、回転方向において上記２つの地点Ｘ、Ｙの間にない地点（厳密には、地点Ｘ、Ｙによって挟まれる円弧領域のうち、より間隔が短い方の円弧領域上にない地点であり、以下、便宜的に地点Ｚという）から見た際に、回転方向と同じ方向において、より地点Ｚに近い位置（遠い位置）にあることを意味する。
【００３５】
また、本実施形態では、電機子３が正逆双方向に回転可能であり、正転時に第１スリットに該当するスリット２２と第２スリットに該当するスリット２２とは、逆転時に入れ替わることになり、正転時の回転方向においてより上流側に位置する地点についても、逆転時の回転方向ではより下流側に位置することになる。このように電機子３が正逆双方向に回転可能であり、その回転方向の切り替わりにより第１スリット及び第２スリットが入れ替わった場合、本実施形態では、その入れ替わった第１スリット及び第２スリットに対しても、上述の位置関係が適用されるようになっている。
【００３６】
具体的に説明すると、図１に示すケースにおいて、正転時には、記号ｓ１が付されたスリット２２が第１スリットに該当し、記号ｓ２が付されたスリット２２が第２スリットに該当する。そして、正転時には、端ｐ１が端ｐ２よりも上流位置にある。一方、逆転時には、記号ｓ２が付されたスリット２２が第１スリットに該当し、記号ｓ１が付されたスリット２２が第２スリットに該当すると共に、端ｐ２が端ｐ１よりも上流位置にある。
【００３７】
以上のような位置関係を満たすようにスリット２２が形成される結果、本実施形態では、整流子２０の回転方向において、２つ以上のスリット２２が存在する領域はないことになる。
【００３８】
次に、以上までに説明してきた整流子２０の構造に関して、当該構造により奏される効果について説明する。背景技術の項で説明したように、直流モータの小型化、軽量化のためにモータ磁極数を増やす際、磁極数の増加に応じて整流子２０のセグメント数が増加する。セグメント数が増加するほど、各セグメント２１の幅が短くなるが、従来のモータ（すなわち、非ローラ状のブラシ１３１を整流子２０に面接触させる構成）では、セグメント２１の幅が短くなることに伴って、ブラシの幅が短くなる（例えば、図９及び１０参照）。そして、従来のモータでは、ブラシ１３１の幅が短くなるほど、ブラシ１３１の機械的強度が低下し、また、電流密度が大きくなってしまう結果、整流の悪化や摩耗量の増加等を引き起こしてモータ寿命を低下させることになる。
【００３９】
さらに、セグメント数が増加した場合、セグメント幅に対するスリット幅の比率が増加するために、ブラシ１３１が２つのセグメント２１に跨って当接する区間（以下、整流区間）が短くなってしまう。すなわち、整流区間は、ブラシ幅（ブラシ１３１の、整流子２０との当接面の幅）とスリット１２２の幅との差に相当する区間であり、通常の構成（例えば、図９に示す構成）であれば、図１１Ａに示すように、ブラシ幅がスリット１２２の幅に対して十分に長いので、整流区間も十分確保される。一方、図１０に示すように、通常の構成よりもセグメント数を増やしてブラシ幅が短くなると、図１１Ｂに示すように、スリット幅が変わらないので、ブラシ幅が短くなる分、整流区間が短縮する。
【００４０】
そして、整流区間の短縮は整流不足を生じさせ、これに起因してブラシ１３１の摩耗量が増加する結果、モータ寿命が低下してしまう。なお、図９及び図１０は、従来例に係る整流子及び給電用ブラシを示す図であり、図９はセグメント数を増やす前の図であり、図１０はセグメント数を増やした後の図である。また、図１１Ａは、図９に対応する構成での整流区間を示す説明図であり、図１１Ｂは、図１０に対応する構成での整流区間を示す説明図である。
【００４１】
以上の問題に対する対策として、例えば、整流子２０のサイズ（具体的には、環状部２１ａの外径）を大きくしてブラシ幅を確保することが考えられるが、モータ小型化という本来の目的を達成することが困難となる上、整流子２０のサイズアップにより、ブラシ１３１が回転状態の整流子２０と摺接する際の摺接速度が増加する結果、ブラシ摩耗量が増加してしまう。また、他の対策として、シャフト１１の軸方向における整流子２０及びブラシ１３１の長さを長くすることも考えられる。かかる対策により電流密度の増大を抑えることができ、さらに、ブラシのサイズを大きくすることでブラシの機械的強度の低下を緩和することができる。ただし、当該対策を採用した場合も、モータ小型化という本来の目的が達成され難くなる。
【００４２】
また、整流区間の短縮化を抑制するために、セグメント数の増加に応じてスリット幅を狭くする方法も考えられるが、通常のスリット幅が０．３〜０．５ｍｍであるため、これ以上スリット幅を狭くする場合は加工コストが嵩み、その上、加工精度については施工者の技量に依存することになる。さらに、極端にスリット幅を狭くした場合には、ブラシ１３１の摩耗粉がスリット１２２に詰まる等して、セグメント２１間での短絡を生じさせてしまうことがある。
【００４３】
これに対して、本実施形態に係るモータ１では、ローラ状のブラシ３１を採用し、これにより、モータ１の小型化を図りつつ、ブラシの機械的強度の低下、整流の悪化及び摩耗量の増加など、モータ寿命の低下の原因となる不具合を抑制することが可能になる。
【００４４】
すなわち、本実施形態のブラシ３１は、連続面である外周面３１ａにて整流子２０の各セグメント２１に当接し、各セグメント２１との当接により転動するので、ブラシ３１が整流子２０との間で摺擦され難くなる分、摩耗や摩擦損失を軽減することが可能になる。特に、本実施形態では、複数のセグメント２１が環状に並んで形成される環状部２１ａの外径が、ブラシ３１の外径に比して幾分大きくなっており、より一層摩擦損失を減少させることが可能である。
【００４５】
すなわち、本実施形態では、ブラシ３１の外径が環状部２１ａの外径よりも短くなっているので、ブラシ３１の転動速度が比較的小さくなり、ブラシ３１と整流子２０との当接に伴う摩擦損失（換言すると、シャフト１１から取り出されるモータ出力の低下）を比較的少なくすることが可能になる。なお、上記の効果を高めるために、ブラシ３１と整流子２０との間に、導電性物質からなる潤滑剤を介在させることとしてもよい。
【００４６】
一方、本実施形態のブラシ３１は、前述したように、その外周面３１ａにて整流子２０の各セグメント２１と線接触する。このため、本実施形態のブラシ３１については、接触面全体で各セグメント２１と接触する従来のブラシ１３１と比較して、電流密度がより大きくなるが、転がり接触するため、放熱が良好で摩擦熱がより少なくなる。このような作用により、本実施形態のブラシ３１は、従来のブラシ１３１よりも電流密度が大きくなるものの、電流密度の増加による影響を効果的に軽減することが可能である。
【００４７】
さらに、本実施形態のブラシ３１は、ローラ形状であるため、セグメント２１の数の増加によりセグメント２１の幅が短くなったとしても、ブラシ幅を狭める等のサイズ変更を要さず、機械的強度が低下することもない。以上のように、本実施形態に係るモータ１であれば、セグメント２１の数を増加させることに起因して生じる悪影響（ブラシ３１の機械的強度の低下、整流の悪化、摩耗量の増加等）を抑制することが可能になる。
【００４８】
しかし、単にローラ状のブラシ３１を採用するだけでは、整流区間に関する上述の問題（セグメント数が増加すると、ブラシ幅が短くなって整流区間が短縮される問題）については改善されないままである。また、ローラ状のブラシ３１を採用した場合、ブラシ３１は整流子２０と線接触するため、ブラシ３１のうち、当該線接触した領域に相当する部分が、セグメント２１間に形成されたスリット２２と重なってスリット２２に引っ掛かってしまう虞がある。つまり、ブラシ３１のうち、上記の線接触した領域（線状領域）がスリット２２内に沈み入る場合があり、かかる場合には、整流子２０（具体的には、電機子３）が正常に回転することができなくなり、その結果、モータ１が焼損してしまう虞がある。このような不具合は、モータ１の小型化のために各セグメント２１の幅が短くなり、これに伴って、セグメント幅に対するスリット幅の比率が大きくなるほど、顕著に発生する。
【００４９】
これに対して、本実施形態では、ローラ状のブラシ３１を採用するとともに、各スリット２２を、ブラシ３１が転動する際の中心軸（すなわち、支持軸３２ａ）に対してスリット２２の形成方向が傾斜するように設けている。このような構成により、本実施形態では、上述した問題（整流区間が短縮される問題、及び、ブラシ３１がスリット２２に引っ掛かってしまう問題）を解消することが可能である。
【００５０】
より具体的に説明すると、ブラシ３１のうち、整流子２０と線接触した領域は、ブラシ３１が転動する際の中心軸（すなわち、支持軸３２ａ）に沿っている。ここで、ブラシ３１が転動する際の中心軸の軸方向とスリット２２の形成方向とが互いに沿っていなければ、上記の線状領域とスリット２２とが一致する（重なる）ことがない。ゆえに、ブラシ３１のうち、線状領域に相当する部分がスリット２２内に沈み入ることがなく、ブラシ３１はスリット２２に引っ掛かることなく、整流子２０とスムーズに当接することが可能になる。この結果、本実施形態では、整流子２０との接触により転動するブラシ３１を用いながらも、整流子２０の回転に支障を来すことなく良好な整流を行うことが可能となる。
【００５１】
なお、従来のブラシ１３１、すなわち、先端面にて整流子２０と当接する際に面接触する給電用ブラシでは、スリット２２に引っ掛かるという上記の課題が発生する蓋然性は低い一方で、本実施形態に係るブラシ３１のように、整流子２０と当接する際に線接触する給電用ブラシを用いた場合に上記の課題は顕著に発生する。すなわち、スリット２２の形成方向をブラシ３１が転動する際の中心軸に対して傾斜させてブラシ３１をスリット２２に引っ掛かり難くするという効果は、特に、ローラ状のブラシ３１をはじめ、整流子２０と当接して転動する給電用ブラシを用いる構成（つまり、給電用ブラシと整流子２０とを互いに転がり接触させる構成）において有意義なものとなる。
【００５２】
また、スリット２２の形成方向が、ブラシ３１が転動する際の中心軸の軸方向に対して傾斜している（すなわち、スキューされている）ので、上記線状領域が少なくとも１つ以上のセグメント２１に常に接触することになる。また、各セグメント２１に関して言えば、スリット２２の傾斜角度に応じた分だけ、ブラシ３１との接触時間が長くなる。以上の作用から、スリット幅を狭くしなくとも、整流区間の短縮化を抑制することが可能になる。
【００５３】
以上のように、本実施形態のモータ１は、小型化した場合であっても、ブラシ３１の機械的強度の低下、整流の悪化、摩耗量の増加等が抑制され、ブラシ３１がスリット２２に引っ掛かることなく整流子３とスムーズに当接する結果、従来品に比してより長寿命なものとなる。なお、上述した効果は、ブラシ３１が脆く変形し易い材質（例えば、弾性ゴム等）からなる場合に、より有意義なものとなる。すなわち、ブラシ３１の材質が摩耗し易く、スリット２２に沈み入り易いものであるほど、本実施形態は直流モータの形態として好適なものとなる。
【００５４】
さらに、本実施形態では、前述したように、第１スリット及び第２スリットの位置関係が、整流子２０の回転方向において第１スリットが第２スリットよりも上流位置にあり、かつ、第１スリットの形成方向両端のうち、第２スリットに近い側の端が第２スリットの形成方向両端のうち、第１スリットに近い側の端よりも上流位置にある関係にある。かかる関係を満たすようにスリット２２が形成されているので、ブラシ３１が整流子２０と線接触する際、その領域（線状領域）は、３つ以上のセグメント２１に跨ることはない。このように、ブラシ３１が同時に接触するセグメント数が２以下に抑えられるため、短絡コイルの増加を抑制し、もって、モータ寿命をより長く確保することが可能になる。
【００５５】
＜＜本発明の他の実施形態について＞＞
上述した実施形態（第１実施形態）は、本発明の実施形態の一例にすぎず、他の例も考えられる。以下では、本発明の直流モータに関する他の実施形態として、第２実施形態乃至第５実施形態について説明する。なお、第２実施形態乃至第５実施形態の各々について、上記の実施形態（すなわち、第１実施形態）と共通する構成については、説明を省略する。
【００５６】
（第２実施形態）
上述の第１実施形態では、ブラシ３１を支持する支持軸３２ａ、及び、その支持軸３２ａを保持している軸保持部３２ｂを通じて、ブラシ３１への通電が行われている。ただし、ブラシ３１を通電させる構成としては、上記以外の構成であってもよく、例えば図３に示す構成によりブラシ３１を通電する実施形態（第２実施形態）が考えられる。図３は、本発明に係る第２実施形態の直流モータを示す概略図である。
【００５７】
第２実施形態に係るモータ１では、図３に示すように、通電用の当接電極３３が備えられており、この当接電極３３がブラシ３１側に設けられたスリップリング（不図示）に当接することによってブラシ３１への通電が行われる。上記の第２実施形態は、例えば、ブラシ３１の支持軸３２ａの軸受としてボールベアリングや流体軸受等の通電に不向きな軸受が用いられている場合に有効である。
【００５８】
（第３実施形態）
上述の第１実施形態では、ブラシ３１の支持軸３２ａの軸方向一端部のみを保持している構成、いわゆる片持ちの構成を採用している。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、図４に示すようにブラシ３１の支持軸３２ａの両端部を保持（両持ち）する実施形態（第３実施形態）も考えられる。図４は、本発明に係る第３実施形態の直流モータを示す概略図である。図４に示す構成では、支持軸３２ａの軸方向両端部の各々に対して軸保持部３２ｂが設けられ、当該軸方向両端部の各々を保持している。このような構成であれば、支持軸３２ａの位置（すなわち、ブラシ３１の位置）を精度よく位置決めすることができるとともに、片持ちの構成に比して剛性（軸保持部３２ｂの剛性）を高めることが可能になる。
【００５９】
（第４実施形態）
上述の第１実施形態では、複数のセグメント２１が環状に並んで形成される環状部２１ａの外径が、ブラシ３１の外径に比して幾分大きくなっていることとした。つまり、第１実施形態では、ブラシ３１の外径が環状部２１ａの外径よりも短くなっている。これにより、セグメント２１の面積が大きくなり、ブラシ３１と整流子２０との間の電流密度に余裕ができ、放電を伴う摩擦損失が軽減されることになる。ただし、環状部２１ａの外径とブラシ３１の外径との大小関係については、上記の関係と異なる関係にあってもよい。すなわち、図５に示すように、環状部２１ａの外径がブラシ３１の外径よりも小さい実施形態（第４実施形態）も考えられる。
【００６０】
換言すると、第４実施形態では、図５に示すように、ブラシ３１の外径が環状部２１ａの外径よりも大きくなっている。これにより、ブラシ３１の、整流子と接触可能な面積（外周面３１ａの面積）がより広くなるので、ブラシ３１の凝着や疲労摩耗等による摩耗量が軽減されることになる。かかる効果は、カーボン材など摩耗し易い材質からなるブラシ３１の場合に特に有効である。なお、図５は、本発明に係る第４実施形態の整流子及び給電用ブラシを示す図である、図２に示す構成の変形例である。
【００６１】
ここで、第１実施形態と第４実施形態とを比較すると、図６に示すように、同一運転時間における摩耗量（凝着や疲労摩耗等による摩耗量）については、第４実施形態の方が第１実施形態よりも少なくなっている。図６は、整流子２０の環状部２１ａの外径に対する給電用ブラシの外径の比率と、ブラシ摩耗量との関係図である。同図中、実線のグラフは、ブラシ３１の外径が環状部２１ａの外径の２倍であるケース（すなわち、第４実施形態に相当するケース）を示し、破線のグラフは、ブラシ３１の外径が環状部２１ａの外径の１／２であるケース（すなわち、第１実施形態に相当するケース）を示している。また、同図には、比較例として、従来のブラシ１３１（非ローラ状のブラシ１３１を整流子２０に面接触させる構成）のグラフが一点鎖線にて示されている。
【００６２】
一方、第１実施形態は、前述したように、ブラシ３１の外径を小さくしてセグメント２１の面積が大きくなることにより、ブラシ３１と整流子２０との間の電流密度に余裕ができ、放電を伴う摩擦損失を軽減することが可能である。また、第１実施形態は、摩耗量を軽減する点では第４実施形態よりも劣るものの、図６に示すように、従来のブラシと比べると格段に軽減されている。ゆえに、モータ１の仕様として、より摩耗量を軽減させることを重視する場合には第４実施形態の方が望ましく、より放電を伴う摩擦損失を軽減させることを重視する場合には第１実施形態の方が望ましい。
【００６３】
（第５実施形態）
上述の第１実施形態では、複数のスリット２２のうち、互いに隣接する第１スリット及び第２スリットの位置関係は、整流子２０の回転方向において第１スリットが第２スリットよりも上流位置にあり、かつ、第１スリットの形成方向両端のうち、第２スリットに近い側の端が第２スリットの形成方向両端のうち、第１スリットに近い側の端よりも上流位置にある関係となっている。このような関係を満たすように各スリット２２が形成されていれば、ブラシ３１が同時に３つ以上のセグメント２１に接触することがないので、短絡コイルの増加を抑制し、モータ寿命をより長く確保することが可能になる。ただし、第１スリットと第２スリットとの位置関係については、上記の関係に限定されるものではなく、図７や図８に示す関係となった実施形態（第５実施形態）も考えられる。図７及び図８は、本発明に係る第５実施形態の直流モータを示す概略図である。
【００６４】
第５実施形態に係るモータ１の構成として図７に示された構成では、第１スリット及び第２スリットの位置関係が、整流子２０の回転方向において、第１スリットの形成方向両端のうち、第２スリットに近い側の端が第２スリットの形成方向両端のうち、第１スリットに近い側の端と同じ位置にある関係となっている。また、図８に示された構成では、整流子２０の回転方向において、第１スリットの形成方向両端のうち、第２スリットに近い側の端が第２スリットの形成方向両端のうち、第１スリットに近い側の端よりも下流位置にある関係となっている。このような関係を、第１スリット及び第２スリットの位置関係として採用することとしてもよいが、短絡コイルの数を抑制することができるという点においては、第１実施形態の方が望ましい。
【００６５】
＜＜その他の実施形態について＞＞
上記の実施形態（第１実施形態乃至第５実施形態）では、主として本発明の直流モータについて説明した。しかし、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【００６６】
また、上記の実施形態では、整流子２０の回転方向において一定間隔毎にスリット２２が形成され、各々のスリット２２が、シャフト１１の軸方向に対して同一の傾斜角度にて傾くように形成されていることとした。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、スリット２２間の間隔が一定でなくてもよい。また、各スリット２２の傾斜角度がスリット２２間で異なっていることとしてもよい。
【００６７】
また、上記の実施形態では、整流子２０の回転軸（すなわち、シャフト１１）と、ブラシ３１が整流子２０に当接して転動する際の中心軸（すなわち、支持軸３２ａ）とが互いに沿っており、スリット２２の形成方向が、整流子２０の回転軸の軸方向に対して傾いていることとした。このような構成は、ローラ状のブラシ３１を用いる構成として一般的に採用されるものであり、当該ブラシ３１と整流子２０とをスムーズに当接するための構成として比較的簡易なものであるため好適である。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、ブラシ３１が転動する際の中心軸が、整流子２０の回転軸に対して傾いていることとしてもよい。
【００６８】
また、上記の実施形態では、ローラ状のブラシ３１を用いた構成について説明したが、これに限定されるものではなく、ブラシ形状については、回転状態の整流子２０に当接することにより転動するものである限り、他の形状（例えば、球状や円錐台状）であってもよい。
【００６９】
また、上記の実施形態では、セグメント２１の幅（整流子２０の回転方向における長さ）がスリット２１の幅よりも長いケースを説明したが、セグメント２１の幅がスリット２２の幅と同等、あるいは、スリット２２の幅未満となるケースであっても本発明は適用可能である。
【００７０】
また、上記の実施形態では、自動車用の小型モータを例に挙げて説明した。ただし、本発明の直流モータは、自動車用の小型モータに限定されるものではなく、船舶用や航空機用の小型モータ、あるいは乗物以外で使用される小型モータ（例えば、建物のドアや窓を自動的に開閉するためのモータ）としても利用可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１  モータ、２  マグネットヨーク、３  電機子、
４  界磁体、４ａ  永久磁石片、５  ブラシユニット、６ａ、６ｂ  軸受、
１１  シャフト、１２  コア、
２０  整流子、２１  セグメント、２１ａ  環状部、２２  スリット、
３１  ブラシ、３１ａ  外周面、３２  支持部、
３２ａ  支持軸、３２ｂ  軸保持部、３３  当接電極、
１２２  スリット、１３１  ブラシ
【図１】
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【図２】
2013027101.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2013027101.tif 000008
【図７】
2013027101.tif 000009
【図８】
2013027101.tif 000010
【図９】
2013027101.tif 000011
【図１０】
2013027101.tif 000012
【図１１Ａ】
2013027101.tif 000013
【図１１Ｂ】
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