(57)【要約】【課題】本願発明は、高効率化と長寿命化、高信頼性化を両立した整流子電動機を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の整流子電動機は、回転子５０と、ガイド２５と、ブラシ２１と、ブラシバネ２７とを備え、ブラシ２１は、ブラシ２１と回転子５０とが接触する接触面および、ブラシ２１において回転子５０が回転する方向であって、回転子５０がブラシ２１から離れる側の面である整流子出口側面に非外被面を有するとともに、半径方向に沿うとともに回転軸１３と直交するブラシ２１の断面において、接触面と相対して位置するブラシ２１の反接触面は、ブラシ２１の半径方向に沿った中心軸に対して斜交する、というものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と整流子とを有し、前記回転軸を回転中心として回動する回転子と、
前記回転子と相対する位置へ開口部を有するとともに、前記回転軸と直交する前記回転子の半径方向に沿って前記回転子と対向して配設される筒状のガイドと、
ブラシ基材と、このブラシ基材の外周に施される前記ブラシ基材よりも電気導電性が良い外被とを有するとともに、前記ガイド内において、前記半径方向に移動して前記整流子と接触摺動するブラシと、
前記ガイド内において、前記開口部を介して前記ブラシを前記整流子へ押圧するように配設されるブラシバネと、を備え、
前記ブラシは、
前記ブラシと前記回転子とが接触する接触面および、前記ブラシにおいて前記回転子が回転する方向であって、前記回転子が前記ブラシから離れる側の面である整流子出口側面に非外被面を有するとともに、
前記半径方向に沿うとともに前記回転軸と直交する前記ブラシの断面において、前記接触面と相対して位置する前記ブラシの反接触面は、前記ブラシの前記半径方向に沿った中心軸に対して斜交することを特徴とする整流子電動機。
【請求項２】
前記ブラシは、前記半径方向に沿うとともに前記回転軸と直交する前記ブラシの断面において、
前記ブラシにおいて前記回転子が回転する方向であって、前記回転子が前記ブラシへ近づく側の面である整流子入口側面の前記中心軸に沿った方向の辺の長さが、
前記整流子出口側面の前記中心軸に沿った方向の辺の長さよりも長いことを特徴とする請求項１に記載の整流子電動機。
【請求項３】
前記ブラシは、前記半径方向に沿うとともに前記回転軸と直交する前記ブラシの断面において、
前記整流子入口側面の前記中心軸に沿った方向の辺の長さが、
前記整流子出口側面の前記中心軸に沿った方向の辺の長さよりも短いことを特徴とする請求項１に記載の整流子電動機。
【請求項４】
前記ブラシ基材は、固体潤滑剤を０．２〜５重量％含む組成であることを特徴とする請求項１に記載の整流子電動機。
【請求項５】
前記ブラシバネが前記ブラシを前記整流子へ押圧する圧力は、０．０１〜０．１ＭＰａであることを特徴とする請求項１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、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ものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭用掃除機や電動工具等に使用される整流子電動機は、高効率化と長寿命化、高信頼性化が進んでいる。これらの要求を満たすために、カーボンブラシ（以下、ブラシという）には、抵抗損失が小さくて摩耗も小さい、かつ、信頼性が高いものが求められる。
【０００３】
従来から、整流子電動機用のブラシには、つぎの問題があった。
【０００４】
すなわち、導電率が高い材質をブラシに使用すれば、抵抗損失は小さくなるが、スパークが発生し易くなる。スパークが発生し易くなれば、ブラシの摩耗が増加し、信頼性が低下するという問題があった。
【０００５】
逆に、導電率が低い材質をブラシに使用すれば、スパークは発生し難くなるが、抵抗損失は大きくなる。スパークが発生し難くなるため、ブラシの摩耗は抑制される。しかし、抵抗損失が大きくなるため、ブラシの発熱を招き、ブラシの温度は上昇する。ここで、リード銅線がブラシへ接続される圧縮・接合部分には、銅粉が使用される。ブラシの温度が上昇すると、この銅粉やリード銅線が酸化し易くなる。銅粉やリード銅線の酸化が進むと、通電性が悪化する。通電性が悪化した場合、ついには電動機が停止に至るという問題があった。
【０００６】
上述したように、整流子電動機に求められる高効率と長寿命、高信頼性という目的を成立させるためには、ブラシの抵抗損失を低減させながら、スパークの発生を抑える必要がある。しかし、ブラシの抵抗損失を低減させながら、スパークの発生を抑えることは困難であった。
【０００７】
このような問題を解決するために、つぎの先行技術が知られている。ひとつは、ブラシの反整流子側端面に傾斜を設ける。本構成により、ブラシバネの押圧を用いて、ブラシと異形管とを密着する。ブラシと異形管とが密着すると、ブラシの抵抗損失を変化させることなく、ブラシの異形管に対するチャタリングを抑制できる。この結果、チャタリングによるスパーク発生を低減できる（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
他のひとつは、ブラシ基材の周囲全面（先端接触部を除く）に電気良導性金属の外被を施す。本構成により、スパークの発生を増加させることなく、ブラシの抵抗損失を低減できる（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実開平５−９０８７４号公報
【特許文献２】特開平５−１８２７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載のブラシと、特許文献２に記載のブラシとを組み合わせた場合、ブラシへ通電した時の発熱によって、ブラシと異形管との間が固着しやすくなり、ブラシの信頼性が低下するという課題があった。
【００１１】
つまり、ブラシに施された電気良導性金属の外被は、電気抵抗が低く、整流子を傷付けにくい柔材料が望まれる。この要求を満たすために、柔材料は、銅、銀、金系材料が適している。しかし、これらの柔材料は、ブラシのカーボン基材よりも摺動抵抗が高いため、ブラシと異形管との間は潤滑し難くなる。よって、ブラシと異形管との間は、固着しやすくなる。特に、電気良導性の外被と異形管とが、同じ銅系材料で構成される場合、焼き付きが生じやすく、固着を招き易い。また、この固着は、スパークの発生が多く、温度が上昇し易いブラシの整流子出口側面で起こりやすい。
【００１２】
ブラシと異形管との間に固着が発生した場合、つぎのような課題があった。ひとつは、ブラシを整流子へ押圧するブラシバネの荷重が小さいと、このブラシと異形管とが固着することで生じる固着力に負けてブラシと整流子とが接触できなくなる。その結果、整流子電動機が停止するという課題があった。
【００１３】
他のひとつは、この固着力に負けないようにブラシを整流子へ押圧するブラシバネの荷重を大きくすると、ブラシと整流子との間に生じる摺動損失が増加する。摺動損失が増加すると、整流子電動機の効率が低下するという課題があった。
【００１４】
以上の理由により、整流子電動機の更なる高効率化と長寿命化、高信頼性化を両立させることは、依然として困難であった。
【００１５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、高効率化と長寿命化、高信頼性化を両立した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】
【００１６】
本発明に関する整流子電動機は、回転軸と整流子とを有し、回転軸を回転中心として回動する回転子と、回転子と相対する位置へ開口部を有するとともに、回転軸と直交する回転子の半径方向に沿って回転子と対向して配設される筒状のガイドと、ブラシ基材と、このブラシ基材の外周に施されるブラシ基材よりも電気導電性が良い外被とを有するとともに、ガイド内において、半径方向に移動して整流子と接触摺動するブラシと、ガイド内において、開口部を介してブラシを整流子へ押圧するように配設されるブラシバネと、を備える。
【００１７】
ブラシは、ブラシと回転子とが接触する接触面および、ブラシにおいて回転子が回転する方向であって、回転子がブラシから離れる側の面である整流子出口側面に非外被面を有するとともに、半径方向に沿うとともに回転軸と直交するブラシの断面において、接触面と相対して位置するブラシの反接触面は、ブラシの半径方向に沿った中心軸に対して斜交する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の整流子電動機によれば、ブラシは、反接触面がブラシの半径方向に沿った中心軸に対して斜交することで、２ヶ所の接触部を有してガイドへ押し付けられる。よって、ブラシの振動が抑制され、ブラシと整流子との間で発生していたチャタリングが防止できる。この結果、チャタリングの発生を防止することで、チャタリングに起因するスパークの発生を防ぐことができる。
【００１９】
以上の構成により、高効率化と長寿命化、高信頼性化を両立した整流子電動機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１における整流子電動機を用いた送風機の要部縦断面図
【図２】本発明の実施の形態１における送風機の要部横断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるブラシの斜視図
【図４】本発明の実施の形態１における他のブラシの斜視図
【図５】本発明の実施の形態１におけるブラシと整流子との接触を説明する概念図
【図６】本発明の実施の形態２におけるブラシと整流子との接触を説明する概念図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態における整流子電動機について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における整流子電動機を用いた送風機の要部断面図である。送風機１は、モータ部１０とファン部４０とを有する。モータ部１０は、ブラケット１１、１２内において、回転軸１３に固定された電機子１５を有する。回転軸１３は、両端に軸受１７を有する。軸受１７は、ブラケット１１、１２に保持される。軸受１７は、回転軸１３を回転自在に保持する。電機子１５は、鉄などで構成される。電機子１５は、周囲に電機子巻線１９が巻き付けられる。電機子巻線１９には、ブラシ２１から整流子２３を介して電流が流される。
【００２３】
ファン部４０は、ケーシング４１内に羽根４３が設けられる。羽根４３は、回転軸１３とナット４５でネジ止めされている。
【００２４】
ここで、図２を用いて、モータ部１０の要部について説明する。図２に、図１中、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄで示した部分の断面を示す。
【００２５】
回転子５０は、回転軸１３と整流子２３とを有する。回転子５０は、回転軸１３を回転中心として回動する。ガイド２５は、回転子５０と相対する位置へ開口部２９を有する。ガイド２５は、回転軸１３と直交する回転子の半径方向Ｒに沿って回転子５０と対向して配設される。本実施の形態１において、ガイド２５は筒状である。
【００２６】
さらに、図３から図５を用いて、ブラシ２１について説明する。
【００２７】
ブラシ２１は、ブラシ基材３１と、このブラシ基材３１の外周に施された外被３３とを含む。外被３３は、ブラシ基材３１よりも電機導電性が良い材料で構成される。ブラシ２１は、ガイド２５内において、回転子５０の半径方向Ｒに移動して整流子２３と接触摺動する。ブラシ基材３１は、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。本実施の形態１において、固体潤滑剤は、二硫化タングステンが０．２〜５重量％で含有される。なお、他の固定潤滑剤として、二硫化モリブデンを用いることができる。さらに、同様の特性を有するものであれば、他の材料を用いてもよい。
【００２８】
ブラシ２１は、ブラシ２１と回転子５０とが接触する接触面２１Ａおよび、ブラシ２１において回転子５０が回転する方向であって、回転子５０がブラシ２１から離れる側の面である整流子出口側面２１Ｂに非外被面５５を有する。非外被面５５とは、ブラシ基材３１に対して外被３３を施していない面をいう。非外被面５５は、図３、図４に示すように、ブラシ基材３１の全面に外被３３を施した後、接触面２１Ａと整流子出口側面２１Ｂの外被３３を研磨などで削除すれば実現できる。本実施の形態１における外被３３は、銅系材料を用いたメッキを用いる。ブラシ基材３１へ外被３３を施す方法は、メッキ以外でもよく、各種の薄膜形成技術で実現できる。ブラシ２１は、接触面２１Ａと相対して位置する反接触面２１Ｃにピグテール３５を有する。ピグテール３５は、銅線を編む等して束ねたものであり、柔軟性を有する。ピグテール３５とは、ブラシ２１へ制御電流を供給するリード線である。制御電流については、後述する。ピグテール３５は、反接触面２１Ｃへ接続される。ピグテール３５は、反接触面２１Ｃに設けられた穴へ挿入され、その穴へ銅粉を詰める等して接続できる。ピグテール３５は、相応の長さを有する。後述するように、この長さは、ブラシ２１がブラシバネ２７の押圧によりガイド２５から押し出されても、ブラシ２１が継続して使用される程度の長さである。
【００２９】
図５を用いて、詳述する。ガイド２５は、真鍮等の銅系材料や、鋼板等の鉄系材料からなる導電材料で構成される。ガイド２５内に、ブラシ２１とブラシバネ２７とが配設される。本実施の形態１におけるブラシバネ２７は、螺旋状のバネで構成される。ピグテール３５は、ブラシバネ２７の螺旋状内部を通って、ガイド壁面２５Ａに溶着される。ブラシバネ２７は、一端をブラシ２１の反接触面２１Ｃへ当接され、他端をガイド壁面２５Ａへ当接される。ブラシバネ２７は、ガイド２５内において、開口部２９を介してブラシ２１を整流子２３へ押圧するよう配設される。本実施の形態１において、ブラシバネ２７がブラシ２１を押圧する力は、０．０１ＭＰａ〜０．１ＭＰａと設定される。
【００３０】
ブラシ２１は、回転軸１３と直交する回転子５０の半径方向Ｒに沿うとともに回転軸１３と直交するブラシ２１の断面において、接触面２１Ａと相対して位置するブラシ２１の反接触面２１Ｃは、ブラシ２１の半径方向に沿った中心軸３７に対して斜交する。ここで、斜交とは、接触面２１Ａと反接触面２１Ｃとを各々延長した場合、どこかで交差する状態をいう。本実施の形態１において、反接触面２１Ｃは、ブラシ２１において回転子５０が回転する方向であって、回転子５０がブラシ２１へ近づく側の面である整流子入口側面２１Ｄの中心軸３７に沿った方向の辺の長さが、整流子出口側面２１Ｂの中心軸３７に沿った方向の辺の長さよりも長くなる方向へ傾斜している。
【００３１】
上記構成を有する本発明の実施の形態１における整流子電動機について、動作を説明する。
【００３２】
図２、図５に示すように、ブラシ２１は、回転子５０の表面に設けられた整流子２３と接触する。ブラシ２１から整流子２３へ、回転子５０を回転させる制御電流が流される。回転子５０は、制御電流が作成する磁界に従い回転する。本実施の形態１において、回転子５０が回転する方向を矢印５３で示す。
【００３３】
ガイド２５内に配設されたブラシ２１は、ブラシバネ２７の弾性力を受けて、回転子５０方向へ押される。上述したように、ブラシ２１は、中心軸３７と直交する方向に対して角度αをなす傾斜を有する反接触面２１Ｃを備える。反接触面２１Ｃは、ガイド壁面２５Ａに対して垂直方向に当接されたブラシバネ２７から開口部２９方向へ押される。この結果、図５に示すように、ブラシ２１は、ブラシ２１のほぼ対角部分がガイド２５の内壁と接触するようにガイド２５内で傾く。ブラシ２１は、ガイド２５内にて、整流子出口側面２１Ｂとの接触部３９Ａと、整流子入口側面２１Ｄとの接触部３９Ｂとを有する。
【００３４】
ブラシ２１は、２ヶ所の接触部３９Ａ、３９Ｂを有してガイド２５へ押し付けられるため、ブラシ２１の振動は抑制される。よって、ブラシ２１と整流子２３との間で発生していたチャタリングを防止できる。チャタリングの発生を防止することで、チャタリングに起因するスパークの発生を防ぐことができる。この結果、ブラシ２１の耐摩耗性が向上する。
【００３５】
ところで、接触部３９Ａは、ブラシ２１と回転している整流子２３とが接触する場所に近いため、摩擦熱などの影響を受け、高温になり易い。
【００３６】
本発明の実施の形態１におけるブラシ２１は、整流子出口側面２１Ｂに電気良導性の外被３３を施していない。摺動抵抗が高い外被３３が、ガイド２５との接触部３９Ａに存在していないため、ブラシ２１とガイド２５との間に生じる摺動抵抗が高くなることを防止できる。よって、接触部３９Ａでは、ブラシ２１とガイド２５との間で良好な潤滑状態を得ることができるため、固着が発生し難くなる。しかも、整流子出口側面２１Ｂとガイド２５との間は高抵抗となるため、スパークの発生を抑制できる。
【００３７】
また、整流子出口側面２１Ｂに電気良導性の外被３３を施さないことにより、最もスパークが発生しやすい場所、すなわち、整流子出口側面２１Ｂと整流子２３とが接触する部分が高抵抗になる。よって、スパークは発生し難くなる。ブラシ２１は耐摩耗性が向上する。さらに、スパークが発生し難くなることから、整流子出口側面２１Ｂは温度上昇が抑えられ、ブラシ２１とガイド２５との固着が発生し難くなる。
【００３８】
また、本発明の実施の形態１におけるブラシ２１は、整流子出口側面２１Ｂと接触面２１Ａ以外の外周面には電気良導性の外被が施される。よって、外被を経由した電気的経路を確保できるため、ブラシ自体の電気良導性を確保できる。
【００３９】
さらに、ブラシ基材３１には、固体潤滑剤が含有されている。整流子出口側面２１Ｂには、電気良導性の外被３３が施されていない。接触部３９Ａでは、ブラシ基材３１とガイド２５とが直接接触する。よって、ブラシ２１とガイド２５との間で円滑な摺動状態を得ることができるため、発生する摺動損失を低減できる。
【００４０】
この結果、本発明の実施の形態１における整流子電動機は、高効率化と長寿命化、高信頼性化を両立することが可能となる。
【００４１】
さらに、ブラシ基材３１は、固体潤滑剤を０．２〜５重量％含む組成であることが好ましい。その理由として、固体潤滑剤の含有量がブラシ基材３１の０．２重量％を下回る場合、固体潤滑剤を用いた効果が得られ難い。このとき、ブラシ２１の摺動損失はほぼ変化しない。逆に、固体潤滑剤の含有量がブラシ基材３１の５重量％を超える場合、ブラシ２１の硬度が過度に上昇する。ブラシ２１が硬くなり過ぎると、ブラシ２１と整流子２３との間に発生するチャタリングが増加し、スパークが生じやすくなる。よって、ブラシ２１の耐摩耗性が低下する。
【００４２】
さらに、ブラシバネ２７がブラシ２１を整流子２３へ押圧する圧力は、０．０１ＭＰａ〜０．１ＭＰａであることが好ましい。その理由として、押圧が０．０１ＭＰａを下回る場合、ブラシ２１を整流子２３へ押し付ける力が弱くなり、チャタリングが発生し易くなる。逆に、押圧が０．１ＭＰａを上回る場合、ブラシ２１を整流子２３へ押し付ける力が強くなり過ぎ、摩耗が増加する。よって、押圧が０．０１ＭＰａ〜０．１ＭＰａの範囲であれば、ブラシ２１を整流子２３へ押し付ける適度な力を得ることとなり、ブラシ２１と整流子２３との間の摺動損失を低減できる。
【００４３】
この結果、本発明の実施の形態１における整流子電動機は、ブラシ２１とガイドとの間の固着を防止しながら、ブラシと整流子間との間の摺動抵抗を低減できる。しかも、同整流子電動機は、高効率化と長寿命化、高信頼性化を両立することも可能である。
【００４４】
（実施の形態２）
図６に、本発明の実施の形態２における整流子電動機の要部を拡大して示す。
【００４５】
実施の形態１で説明したものと同じ構成要素については、同一の符号を付し、説明を援用する。
【００４６】
本実施の形態２におけるブラシ２１は、回転軸１３と直交する回転子５０の半径方向Ｒに沿うとともに回転軸１３と直交するブラシ２１の断面において、整流子入口側面２１Ｄの中心軸３７に沿った方向の辺の長さが、整流子出口側面２１Ｂの中心軸３７に沿った方向の辺の長さよりも短い。すなわち、本実施の形態２における反接触面２１Ｅは、中心軸３７と直交する方向に対して角度βをなす傾斜を有する。
【００４７】
ガイド２５内に配設されたブラシ２１は、ブラシバネ２７の弾性力を受けて、回転子５０方向へ押される。上述したように、ブラシ２１は、中心軸３７と直交する方向に対して角度βをなす傾斜を有する反接触面２１Ｅを備える。反接触面２１Ｅは、ガイド壁面２５Ａに対して垂直方向に当接されたブラシバネ２７から開口部２９方向へ押される。
【００４８】
回転子５０は、矢印５３方向に回転している。接触面２１Ａは、回転子５０の表面に設けられた整流子２３との摩擦により、矢印５３方向へ作用する力を受ける。よって、ガイド２５内において、ブラシ２１は、上述した力を合成した方向へ力を受ける。この結果、図６に示すように、ブラシ２１は、整流子出口側面２１Ｂが、ガイド内壁２５Ｂと接触する。
【００４９】
ブラシ２１は、整流子出口側面２１Ｂがガイド内壁２５Ｂと接しながら、ブラシバネ２７により整流子２３へ押し付けられるため、ブラシ２１の振動は抑制される。よって、ブラシ２１と整流子２３との間で発生していたチャタリングを防止できる。チャタリングの発生を防止することで、チャタリングに起因するスパークの発生を防ぐことができる。この結果、ブラシ２１の耐摩耗性が向上する。
【００５０】
本発明の実施の形態２におけるブラシ２１は、整流子出口側面２１Ｂに電気良導性の外被３３を施していない。摺動抵抗が高い外被３３が、ガイド内壁２５Ｂと接触する面に存在していないため、ブラシ２１とガイド２５との間に生じる摺動抵抗が高くなることを防止できる。よって、整流子出口側面２１Ｂとガイド内壁２５Ｂとは、良好な潤滑状態を得ることができるため、固着が発生し難くなる。
【００５１】
また、ブラシ基材３１には、固体潤滑剤が含有されている。整流子出口側面２１Ｂには、電気良導性の外被３３が施されていない。整流子出口側面２１Ｂとガイド内壁２５Ｂとは直接接触する。よって、ブラシ２１とガイド２５との間で円滑な摺動状態を得ることができるため、発生する摺動損失を低減できる。
【００５２】
この結果、本発明の実施の形態２における整流子電動機は、高効率化と長寿命化、高信頼性化を両立することが可能となる。
【００５３】
なお、反接触面２１Ｃの形状は、実施の形態１や実施の形態２で示した直線的な形状に限ることなく、同様の機能を得ることができれば、曲線的な形状でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明における整流子電動機は、高効率性と長寿命性、信頼性を両立させることができる整流子電動機及びこれを用いた各種電気機器に有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１３    回転軸
２１    ブラシ
２１Ａ    接触面
２１Ｂ    整流子出口側面
２１Ｃ，２１Ｅ    反接触面
２１Ｄ    整流子入口側面
２３    整流子
２５    ガイド
２５Ａ    ガイド壁面
２５Ｂ    ガイド内壁
２７    ブラシバネ
２９    開口部
３１    ブラシ基材
３３    外被
３７    中心軸
３９Ａ，３９Ｂ    接触部
５０    回転子
５３    矢印（回転子の回転方向）
５５    非外被面
Ｒ    半径方向
【図１】
2013126282.tif 000003
【図２】
2013126282.tif 000004
【図３】
2013126282.tif 000005
【図４】
2013126282.tif 000006
【図５】
2013126282.tif 000007
【図６】
2013126282.tif 000008