(57)【要約】【課題】本発明の目的は、停止時に発生するブラシ摺接面と整流子外表面との固着を防止し、起動不良の発生を防止することが可能な回転電機を提供することにある。【解決手段】ヨーク６と、複数の磁石５と、回転軸１と、回転軸１に装着されるとともに、巻線２が巻回された電機子３と、巻線２と電気的に接続され、回転軸１に装着された整流子４と、整流子４に摺接するブラシ本体１１と、を備えた回転電機Ｍに関する。  整流子４は、複数の整流子片４ａが外側面に配設されて構成されるとともに、隣接する整流子片４ａ，４ａの間には整流子溝部４ｂが間隙として形成されており、回転電機Ｍの通電停止状態において、ブラシ本体１１の整流子４との摺接面は、整流子溝部４ｂのいずれかに整合する位置に配置されるように構成される。【選択図】図２
2013258817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨークと、
該ヨークの内壁面に装着された複数の磁石と、
回転中心となる回転軸と、
該回転軸に装着されるとともに、巻線が巻回された電機子と、
前記巻線と電気的に接続され、前記回転軸に装着された整流子と、
該整流子に摺接するブラシ本体と、を備えた回転電機であって、
前記整流子は、複数の整流子片が外側面に配設されて構成されるとともに、隣接する整流子片の間には整流子溝部が間隙として形成されており、
前記回転電機の通電停止状態において、前記ブラシ本体の前記整流子との摺接面は、前記整流子溝部のいずれかに整合する位置に配置されるように構成されることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記整流子溝部は、前記ブラシ本体の前記摺接面の周方向略中央部に整合するように構成されている請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記ブラシ本体は、カーボンブラシであり、
前記ブラシ本体の周方向略中央部には、銅成分高含有領域が形成されており、
該銅成分高含有領域の銅成分含有量は、周囲の銅含有量よりも高くなるよう構成され、
前記回転電機の通電停止状態において、前記銅成分高含有領域が前記整流子溝部に整合する位置に配置されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記銅成分高含有領域は、前記ブラシ本体の軸方向全域に亘り形成されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記銅成分高含有領域の周方向の幅は、前記整流子溝部の周方向の幅と同幅で構成されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記銅成分含有領域は、前記ブラシ本体に接続される電流供給用のピグテールに直結されていることを特徴とする請求項３乃至請求項４に記載の回転電機。
【請求項７】
前記ブラシ本体は、複数備えられており、
複数の前記ブラシ本体の前記摺接面は全て、前記整流子溝部のいずれかに整合する位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項６いずれか一項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に係り、特に、起動不良の発生を効果的に抑制することが可能な回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、整流子を使用した回転電機においては、この整流子に回転電機の回転中心となる回転軸が固定されており、電機子（アーマチャ）もまたこの回転軸に固定されている。
そして、整流子に摺接するよう配設されたブラシに流れる電流が、この整流子により整流されて電機子に巻回された巻線に電流が流れ、磁界が発生する。
この巻線に生じた磁界に対し、永久磁石の吸引力・反発力が働くことにより電機子が回転するよう構成されている。
【０００３】
このような回転電機を起動する際には、一挙に使用電力（例えば１２Ｖ）を印加すると、起動電流が必要以上に大きくなる慮があった。
このような現象を回避するために、電機子の自然停止時の各部品の位置を規定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１には、回転電機（モータ）の構造が開示されている。
この特許文献１に記載の回転電機（モータ）では、電機子（アーマチャ）の自然停止時おいて、一対のブラシが、整流子を構成する複数のセグメントのうち単一のセグメントのみと当接可能となるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２０９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載されたような技術によると、ブラシの摺接面と整流子のセグメント外表面とが固着するという問題が生じていた。
通常、整流子は主に銅で構成されており、ブラシとして使用されるカーボンブラシもまた銅を含んでいる。
このような場合、湿気の多い環境下においては、回転電機停止時に、整流子セグメント外表面の銅とカーボンブラシに含有されている銅との接触部が水分と反応して水酸化銅が形成されることがあり、この水酸化銅によりブラシ摺接面と整流子セグメント外表面が固着する現象が生じることがあった。
また、起動時の起動電流の急激な印加を避けるために、低電圧から使用電圧まで序々に可変印加（例えば、４Ｖから１２Ｖまで可変印加）することも実施されているが、回転電機が停止して冷却されると、回転電機内に結露が生じ、この結露水により水酸化銅が生じて、上記同様ブラシ摺接面と整流子セグメント外表面が固着する現象が生じることがあった。
このような現象が起こると、回転電機が起動しないといった不具合や、回転電機が作動しないため、例えば自動車用小型回転電機の場合には、エアコン不作動が起きるといったような不具合が生じる恐れがある。
【０００７】
本発明の目的は、上記各問題点を解決することにあり、停止時に発生するブラシ摺接面と整流子外表面との固着を防止し、起動不良の発生を防止することが可能な回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、本発明に係る回転電機によれば、ヨークと、該ヨークの内壁面に装着された複数の磁石と、回転中心となる回転軸と、該回転軸に装着されるとともに、巻線が巻回された電機子と、前記巻線と電気的に接続され、前記回転軸に装着された整流子と、該整流子に摺接するブラシ本体と、を備えた回転電機であって、前記整流子は、複数の整流子片が外側面に配設されて構成されるとともに、隣接する整流子片の間には整流子溝部が間隙として形成されており、該回転電機の通電停止状態において、前記ブラシ本体の前記整流子との摺接面は、前記整流子溝部のいずれかに整合する位置に配置されることにより解決される。
【０００９】
このように構成されていることにより、回転電機停止時において、ブラシ本体の摺接面は、整流子の整流子溝部を跨いだ状態で配設されることとなる。
よって、回転電機停止時における、ブラシ本体の摺接面と整流子との接触面積が、整流子溝部の開口部面積（摺接面と接する側への開口部の面積）分小さくなる。
このため、回転電機停止時において、摺接面と整流子との圧接部に発生する固着を有効に防止することができる。
よって、回転電機が起動しないといった不具合を解消することができる。
【００１０】
また、このとき、具体的には、前記整流子溝部は、前記ブラシ本体の前記摺接面の周方向略中央部に整合するように構成されていると、ブラシ本体の摺接面が、確実に整流子溝部を跨いで位置することが可能となるため好適である。
【００１１】
更に、このとき、前記ブラシ本体は、カーボンブラシであり、前記ブラシ本体の周方向略中央部には、銅成分高含有領域が形成されており、該銅成分高含有領域の銅成分含有量は、周囲の銅含有量よりも高くなるよう構成され、前記回転電機の通電停止状態において、前記銅成分高含有領域が前記整流子溝部に整合する位置に配置されるように構成されていると好適である。
【００１２】
このように構成されていると、固着の主要因である銅成分含有量が低い部分を、整流子に圧接させるとともに、銅成分含有量が高い部分を整流子溝部と整合する位置に配設することができる。
よって、電気性能を低下させることなく、有効に固着を防止することができる。
【００１３】
このとき、具体的には、前記銅成分高含有領域は、前記ブラシ本体の軸方向全域に亘り形成されていると、使用時間に従って、ブラシ本体が後退しても、摺接面に銅成分含有領域が表出するため、本発明の上記機能をブラシ本体の寿命まで効果的に発揮することができる。
【００１４】
更にこのとき、具体的には、前記銅成分高含有領域の周方向の幅は、前記整流子溝部の周方向の幅と同幅で構成されていると、回転電機停止時において、銅成分高含有領域が整流子と接することがないため好適である。
【００１５】
また、このとき、前記銅成分含有領域は、前記ブラシ本体に接続される電流供給用のピグテールに直結されていると、固着を有効に防止することができるとともに、導電率の高い銅成分が多い部分をピグテールに接続できるため、電気的に効率が良くなる。
【００１６】
また、本発明に係る前記ブラシ本体は、複数備えられており、複数の前記ブラシ本体の前記摺接面は全て、前記整流子溝部のいずれかに整合する位置に配置される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、回転電機停止時において、ブラシ本体の摺接面は、整流子の整流子溝部を跨いだ状態で配設されるので、摺接面と整流子との接触面積を、整流子溝部の開口部面積（摺接面と接する側への開口部の面積）分小さくすることができる。
このため、本発明によると、停止時に発生した水酸化銅によって、ブラシ摺接面と整流子外表面とが固着することを有効に防止し、起動不良の発生を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータの概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る整流子周辺の平面模式図（図１のＡ視）である。
【図３】本発明の一実施形態に係る整流子の平面図（図１のＡ視）である。
【図４】図２のＸ部拡大説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る電機子の停止時の動きを示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るブラシの説明図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るブラシと整流子との停止時接触状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する構成は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
本実施形態は、停止時に発生するブラシ摺接面と整流子外表面との固着を防止し、起動不良の発生を防止することが可能な回転電機に関するものである。
【００２０】
図１乃至図７は、本発明の一実施形態を示すものであり、図１はモータの概略構成を示す断面図、図２は整流子周辺の平面模式図（図１のＡ視）、図３は整流子の平面図（図１のＡ視）、図４は図２のＸ部拡大説明図、図５は電機子の停止時の動きを示す説明図、図６はブラシの説明図、図７はブラシと整流子との停止時接触状態を示す説明図である。
【００２１】
図１により、本実施形態に係るモータＭ（回転電機）の構成の一例について簡単に説明する。
本実施形態に係るモータＭは、直流モータの構成を採用したものである。
本実施形態に係るモータＭは、図１に示すように、出力軸となる回転軸としてのシャフト１と、巻線２が巻回された電機子３と、整流子４と、界磁を発生させる磁石５と、ブラシ装置Ｓと、これらを内部に収納し、磁石５が固定されたヨーク６とを主たる構成要素として構成されている。
【００２２】
シャフト１は、軸受７を介して回転自在にヨーク６に支持されている。
なお、本実施形態においてはモータＭとして一方向回転モータを例示しているため、シャフト１は一方向に回転する構成となる。
シャフト１には電機子３が固定されており、その周囲には電機子３の外周を囲むように磁石５が配置されている。
磁石５は、永久磁石であり、ヨーク６の内壁面に固定される。
また、シャフト１には整流子４もまた固定されている。
【００２３】
本実施形態に係る電機子３は、電機子コア１３と、この電機子コア１３に巻回された巻線２と、を有して構成されている。
本実施形態に係る電機子コア１３は、複数のコアシート１１３が軸方向に積層されて形成された積層コアである。
これらのコアシート１１３は、例えば、ケイ素鋼板等の肉薄のシート状板素材から構成され、プレス打ち抜き処理を行うことにより所定形状に加工される。
【００２４】
例えば、本実施形態に係るコアシート１１３は、略円環状のインナー部から、放射状に突出した複数の放射状延出部が同中心角分離隔（例えば、約３０°ずつ離隔）して備えられており、この放射状延出部の径方向端部（インナー部と連結されている側と径方向反対側の先端部）には、周方向に沿って形成される放射状延出部バー部が備えられている。
つまり、放射状延出部と放射状延出部バー部とで、略Ｔ字形状の突出片が形成されており、この部分が積層されて、所謂「ティース部Ｔ」となり、隣接するティース部Ｔ，Ｔ間に電機子コア１３の巻線部（所謂「スロットＫ」）が溝として形成される。
【００２５】
なお、この巻線部（スロットＫ）及び電機子コア１３の両端面を絶縁被覆するインシュレータが配設され、巻線２はこのインシュレータを介して電機子コア１３に巻回されるよう構成されていてもよい。つまり、この場合、巻線２は、スロットＫ間を渡りながら、ティース部Ｔに巻回されるが、このとき、インシュレータの介在により電機子コア１３に対して絶縁されることとなる。
【００２６】
本実施形態に係る整流子４は、シャフト１と一体的に一方向に回転する円筒状の部材であり、その回転方向に沿って一定間隔毎に配置された複数の整流子片４ａを備える。
この整流子４は、回転に伴って、ブラシ装置Ｓのブラシ本体１１と当接する整流子片４ａが切り替わることにより、巻線２を流れる電流の向きを切り替える。
以下、隣接する整流子片４ａ，４ａ間に形成される間隙を「整流子溝部４ｂ」と記す（図２参照）。
【００２７】
また、本実施形態に係るブラシ装置Ｓは、整流子４を通じて巻線２に電流を流すものであり、ブラシ本体１１を搭載するものである。
ブラシ装置Ｓは、例えば、収納ボックスと、スプリングと、給電用のリード線から給電されるピグテール１４とが更に備えられ、スプリングは、ブラシ本体１１を整流子４方向へと付勢する。
また、ピグテール１４は、ブラシ本体１１に接続されている。
【００２８】
本実施形態においては、このブラシ装置Ｓは、例えば、エンドブラケットに、整流子４の径方向に延びるように一対取付けられており、本実施形態においては、シャフト１を中心として略１８０°（中心角）離隔して配設されている。
なお、整流子４とブラシ本体１１との位置関係は、本発明の主要構成のひとつであるため、後に詳述する。
【００２９】
本実施形態に係るブラシ本体１１は、黒鉛（ブラシ粉）から構成された略直方体形状のカーボンブラシであり、その成分として銅粉を含有している。
なお、ブラシ本体１１は、通常のカーボンブラシでもよいが、本実施形態として更に好適な構成として、中央部に銅含有量の高い「高銅含有量層１１ａ」を設けるとよい。
本構成と、整流子４を構成する整流子溝部４ｂとの位置関係は、本発明の主要な特徴のひとつであるため、後に詳述する。
【００３０】
ブラシ本体１１は、摺接面１１Ｂ側の端部を突出させた状態で、その他部分が収納ボックスに収納されており、同じく収納ボックス内に収納されたスプリングによって、その押圧面１１Ａ（摺接面１１Ｂと反対側に対向する面）から整流子４側へ向けて付勢されている。
【００３１】
このように、スプリングが付加する付勢力によって、ブラシ本体１１は、その厚み方向（整流子４の径方向に沿う方向）の前端に位置する摺接面１１Ｂにて回転状態の整流子４と当接することとなる。
換言すると、整流子４は、その外周面においてブラシ本体１１の前端面（摺接面１１Ｂ）に接しながら同面上を摺動することとなる。
【００３２】
この結果、ブラシ本体１１は、摺接面１１Ｂが上記の厚み方向（整流子４の径方向に沿う方向）に沿って後退するように磨耗することになる。
すなわち、ブラシ本体１１は、未消費の状態からモータＭの利用時間の経過に伴って徐々に厚み方向に磨耗し、ブラシ本体１１として適当に機能することができなくなるまで消費される。
【００３３】
なお、本実施形態において、ブラシ本体１１が消費され始めてから消費され終わるまでの期間（つまり、ブラシ本体１１の寿命）は、モータＭが使用され始めた時点から、摺接面１１Ｂが所定位置（例えば、ピグテール１４の接続位置から幾分手前の位置）まで後退した時点までの期間である。
【００３４】
次いで、図２乃至図７により、ブラシ本体１１と整流子４との位置関係を説明する。
図２及び図４に示すように、本実施形態に係るモータＭは、その停止時において、ブラシ本体１１の摺接面１１Ｂは、整流子溝部４ｂを跨いで整流子４と圧接している。
つまり、ブラシ本体１１は、隣接する整流子片４ａ，４ａ双方に、整流子溝部４ｂを跨いで接していることとなる。
【００３５】
これにより、ブラシ本体１１の摺接面１１Ｂと整流子４との接触面積は、摺接面１１Ｂと整流子片４ａとが整流子溝部４ｂを跨ぐことなく接触している場合の接触面積に比して、整流子溝部４ｂの開口面積分小さくなることとなる。
よって、水酸化銅による固着面積が減少し、ブラシ本体が水酸化銅により固着することを有効に防止することができる。
【００３６】
モータＭにおいては、磁石５の吸引力により、電機子３の停止状態が決定する。
例えば、本実施形態における磁石５の配設位置と、電機子３のスロットＫの数（１２スロット）であれば、１２箇所の安定した停止位置が存在することとなる。
詳しく説明すると、図２に示すように、本実施形態においては、一方の磁石５に対向するティース部Ｔは５個であり、その５個のティース部Ｔのうち周方向中央に位置するティース部Ｔｎが、磁石５の周方向中央部に対向する位置に停止する位置が安定した停止位置となる。
【００３７】
この安定した停止位置に関して、図５により説明する。
なお、図５は説明のため、整流子４等の内部構成は省略して図示している。
この停止位置から、図５（ａ）に示すように、仮に、１／２スロットＫ未満分、ｙ方向に電機子３がｙ１分ずれたとしても、磁石５の吸引力により、各ティース部Ｔはｙ方向と反対方向にｙ２分（ｙ１＝ｙ２）回動し、もとの位置に復帰して安定する。
【００３８】
逆に、この停止位置から、図５（ｂ）に示すように、１／２スロットＫ以上ｙ方向に電機子３がずれれば、１スロットＫ分回動した位置で各ティース部Ｔは停止するが、ティース部Ｔが一個ずつ周方向にずれるのみであり、安定停止の状態は変わらない。
【００３９】
つまり、ティース部Ｔが一個ずつずれたとしても、５個のティース部Ｔが一方の磁石５に対向することには変わりなく、周方向中央に位置していたティース部Ｔｎの位置に、隣接するティース部Ｔｎ−１が位置するようになるのみで、フォーメーション自体は変わらない。
【００４０】
よって、本実施形態におけるモータＭにおいては、このように電機子３が安定した停止状態（図２に示すフォーメーション）において、ブラシ本体１１の摺接面１１Ｂが整流子溝部４ｂを跨ぐ位置で停止するように構成されている。
なお、より好適には、本停止位置において、整流子溝部４ｂが摺接面１１Ｂの周方向中央部に位置するよう停止するとよい。
【００４１】
本実施形態においては、２個のブラシ本体１１，１１が中心角約１８０°離隔して、整流子４を挟んで対向するように配設されており、上記位置関係（安定停止位置：整流子溝部４ｂが摺接面１１Ｂの周方向中央部に位置するよう停止した状態）において、ブラシ本体１１の摺接面１１Ｂが整流子溝部４ｂを跨ぐ位置に配設されるよう調整されている。
【００４２】
また、ブラシ本体１１は、通常のカーボンブラシでもよいが、図６に示すような第２ブラシ本体１１１が使用されていると好適である。
第２ブラシ本体１１１には、周方向中央部には、銅成分高含有領域としての高銅含有量層１１１ａが形成されている。
つまり、低い銅含有量の低銅含有量層１１１ｂ，１１１ｂに高銅含有量層１１１ａが（周方向に）挟持されている構成である。
【００４３】
なお、低銅含有量層１１１ｂ及び高銅含有量層１１１ａの「低」および「高」という文言は、「一方が他方に比して高い若しくは低い」という相対的な比較を示す文言として使用している。
また、第２ブラシ本体１１１には、ブラシ本体１１と同様に電流供給用のピグテール１４が連結されているが、これは、高銅含有量層１１１ａに直結されている。
【００４４】
図７に第２ブラシ本体１１１の停止状態を示す。
停止状態においては、この第２ブラシ本体１１１の高銅含有量層１１１ａが、整流子溝部４ｂに整合する位置に配置されるよう構成されている。
このように構成されていると、整流子４との接触部が、低銅含有量層１１１ｂ，１１１ｂとなり、高銅含有量層１１１ａは整流子４と接触しないこととなるため、より効果的に第２ブラシ本体１１１と整流子４との固着を防止することが可能となる。
【００４５】
このように、本実施形態においては、モータＭ（電機子３）の停止状態において、整流子４とブラシ本体１１（第２ブラシ本体１１１）との接触面積が小さくなるように構成されている。
具体的には、ブラシ本体１１（第２ブラシ本体１１１）が、整流子４の整流子溝部４ｂを跨いで停止するように構成されている。
【００４６】
よって、この整流子溝部４ｂと整合する位置においては、ブラシ本体１１（第２ブラシ本体１１１）と整流子４とは接触しない。
このため（接触面積を減少させることができるため）、整流子４とブラシ本体１１（第２ブラシ本体１１１）との間で発生する固着を有効に防止することができる。
【００４７】
また、第２ブラシ本体１１１のように、周方向中央に高銅含有量層１１１ａが形成されていると、当該高銅含有量層１１１ａが整流子溝部４ｂに整合する位置で停止するため、第２ブラシ本体１１１と整流子４との接触面積が減少するという効果の上に、更に、接触部分が低銅含有量層１１１ｂとなるため固着が生じることを有効に防止することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１・・シャフト（回転軸）、
２・・巻線、
３・・電機子、
１３・・電機子コア、１１３・・コアシート、
Ｋ・・スロット、Ｔ，Ｔｎ，Ｔｎ−１・・ティース部
４・・整流子、
４ａ・・整流子片、４ｂ・・整流子溝部、
５・・磁石、
６・・ヨーク、
７・・軸受、
Ｓ・・ブラシ装置、
１１・・ブラシ本体、１４・・ピグテール、
１１１・・第２ブラシ本体、
１１Ａ・・押圧面、１１・・摺接面、
１１１ａ・・高銅含有量層（銅成分高含有領域）、１１１ｂ・・低銅含有量層、
Ｍ・・モータ
【図１】
2013258817.tif 000003
【図２】
2013258817.tif 000004
【図３】
2013258817.tif 000005
【図４】
2013258817.tif 000006
【図５】
2013258817.tif 000007
【図６】
2013258817.tif 000008
【図７】
2013258817.tif 000009