(57)【要約】【課題】高効率と長寿命の両立を実現することができる整流子電動機を提供することを目的とする。  【解決手段】カーボンブラシ８と整流子２とが通電摺動しており、破線矢印は整流子の回転方向を表す。カーボンブラシ８は整流子２との接触面と、整流子出口側側面の先端部分８１（斜線部領域）以外の側面に母材よりも低抵抗な電気良導性の外皮が施されている。また、カーボンブラシ８において、整流子２との接触面と、整流子出口側側面を除いて、電気良導性の外皮の表面には耐酸化膜が施されている。この構成により、カーボンブラシ８は整流子出口側側面の先端部分のみが高抵抗な状態となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシと整流子が接触通電することによって回転する構造の整流子電動機において、前記ブラシは、前記整流子との摺動面以外の周側面に、ブラシ基材よりも電気抵抗率が低い外皮が施され、前記ブラシの整流子出口側側面において、ブラシと整流子が接触する先端箇所が、他の周側面の前記外皮よりも電気抵抗が高いブラシを装着した構成を有する整流子電動機。
【請求項２】
前記ブラシの整流子出口側側面の前記先端箇所において、電気抵抗率が高い領域の面積の比率の上限値は、整流子出口側側面の面積に対して３０％である構成を有する請求項１に記載の整流子電動機。
【請求項３】
前記ブラシの整流子出口側側面の先端部分において、前記外皮を取り除くことにより電気抵抗率を高くした構成を有する請求項１又は請求項２のいずれかに記載の整流子電動機。
【請求項４】
前記ブラシにおいて、ブラシと整流子との接触面と、ブラシの整流子出口側側面を除いた周側面に、前記外皮の酸化を防止する耐酸化膜が形成された構成を有する請求項１乃至３のいずれか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、固定子鉄芯に巻枠を介して巻装された固定子巻線をモールド樹脂によりモールド成形するレジンモールドモータに関する。
【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、消費電力が低く高効率なもの求められており、これらに伴い、カーボンブラシ（以下、ブラシという）についても、電気効率が良いものの需要が増大している。
【０００３】
従来から、整流子電動機用のブラシでは、電気効率を良くする場合、電気抵抗率が小さな材料を使用し、ブラシの抵抗損失を減少させてきたが、電気抵抗率が低すぎる材料を使用した場合、ブラシと整流子間でスパークが発生し易くなり、スパークによる電圧降下の影響により、ブラシの抵抗損失を小さくしても整流子電動機の電気効率が向上しなくなり、ブラシの損失抵抗を小さくするのには限界があった。また、電気抵抗率が低い材料を使用する場合、スパークによりブラシの摩耗が増加し、ブラシの寿命が短くなってしまうという問題点があった。
【０００４】
これらの問題点を解決するための公知例として、ブラシの整流子摺動面を除くブラシ基材の全面に電気良導性金属皮膜を施してなるブラシが、特許文献１などに提案されている。また、ブラシの整流子出口側側面を除いてブラシ基材の側周面に前記ブラシ基材より低抵抗な導電層が施してなるブラシが特許文献２などに提案されている。
【０００５】
上記二つの公知例はブラシの基材の表面に電気良導性の外皮を設けることにより、電気抵抗率の高いブラシの基材でスパークを抑制し、電気抵抗率の低い外皮でブラシ全体の抵抗損失を低減させる技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１８２７３３号公報
【特許文献２】特許第３５４９２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１などに記載の整流子電動機では、ブラシと整流子間で発生するスパークを十分に抑えることが難しく、スパークによる電圧降下が大きいため、更なる整流子電動機の高効率化が果たせずにいた。また、スパークを原因とするブラシの摩耗により寿命が低下するという課題があった。スパークは、ブラシと整流子との摺動時に、ブラシが整流子から離れる時に発生する残留電流により発生するため、ブラシの整流子出口側側面で特に発生しやすい。特許文献１などに記載の整流子電動機のブラシは、整流子出口側側面の全面にわたって電気良導性の外皮が施されており、整流子出口側側面の電流密度が増加することから、その箇所でスパークが発生しやすくなる。カーボンブラシの摩耗は主にスパークに起因する電気的摩耗の影響が強いことから、スパークの発生が増加すると、ブラシの長寿命化の観点で更なる改善が望まれた。
【０００８】
また、特許文献２などに記載の整流子電動機は、ブラシの整流子出口側側面全面にわたって電気良導性の外皮が存在しないため、整流子出口側側面の電流密度が低下することから、スパークの発生を抑制し、ブラシを長寿命化させることができる。更にスパークを抑制することにより電圧降下も抑制することができるが、ブラシ全体の電気抵抗率の増加がしてしまうことにより抵抗損失が増加し、ブラシの高効率化の観点で更なる改善が望まれた。
【０００９】
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、整流子電動機の高効率化と長寿命化の両立を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明の整流子電動機は、ブラシと整流子が接触通電することによって回転する構造の整流子電動機において、前記ブラシは、前記整流子との摺動面以外の周側面に、ブラシ基材よりも電気抵抗率が低い外皮が施され、前記ブラシの整流子出口側側面において、ブラシと整流子が接触する先端箇所が、他の周側面の前記外皮よりも電気抵抗が高いブラシを装着した構成を有する。
【００１１】
第２の発明の整流子電動機は、第１の発明において、さらに、前記ブラシの整流子出口側側面の前記先端箇所において、電気抵抗率が高い領域の面積の比率の上限値は、整流子出口側側面の面積に対して３０％である構成を有する。
【００１２】
第３の発明の整流子電動機は、第１又は第２の発明において、さらに、前記ブラシの整流子出口側側面の先端部分において、前記外皮を取り除くことにより電気抵抗率を高くした構成を有する。
【００１３】
第４の発明の整流子電動機は、第１、第２又は第３の発明において、さらに、前記ブラシにおいて、ブラシと整流子との接触面と、ブラシの整流子出口側側面を除いた周側面に、前記外皮の酸化を防止する耐酸化膜が形成された構成を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の構成によれば、整流子電動機の高効率化と長寿命化の両立を実現することができる。これは、スパークはブラシの整流子出口側側面の、ブラシと整流子とが接触する先端箇所で多く発生するため、その部分のみの電気抵抗率を高くにすることによって、ブラシ全体の抵抗損失を増加させることなく、スパークの発生を抑制することが出来る為である。さらに、スパークの発生を抑制することによって、ブラシ・整流子間の整流時における電圧降下を抑制することが出来ることから、整流子電動機の更なる高効率化を実現することができる。
【００１５】
なお、前記ブラシの整流子出口側側面の前記先端箇所において、電気抵抗率が高い領域の面積の比率の上限値は、整流子出口側側面の面積に対して３０％である構成を有する。ブラシの整流子出口側側面の電気抵抗率が高い領域は、先端部分を含めて３０％以下であることが望ましく、３０％を超えるとブラシ全体の抵抗が高くなってしまうため、モータ効率が悪化してしまう。
【００１６】
また、前記ブラシの整流子出口側側面の先端部分において、電気抵抗率が低い外皮を取り除くことにより、電気抵抗率を高くした構成を有する整流子電動機である。このようにすることによって、ブラシの整流子出口側側面の先端部分の電気抵抗率を効果的に高くすることができる。
【００１７】
また、ブラシの周側面において、ブラシと整流子との接触面と、ブラシの整流子出口側側面以外に、外皮の酸化を防止する耐酸化膜が形成されている整流子電動機である。このようにすることによって、整流子電動機が長時間駆動し、ブラシが摩耗して短くなった場合でも、整流子出口側側面の先端部分を高抵抗な状態に保つことが可能となる。
【００１８】
これはブラシと整流子との通電摺動によって、ブラシは接触面近くより加熱されることになり、ブラシの整流子出口側側面には耐酸化膜が形成されていないため、熱によってブラシの整流子出口側側面の先端箇所付近の低抵抗な外皮が酸化され高抵抗になることから、ブラシが摩耗して短くなった場合でも、整流子出口側側面の先端部分が常に高抵抗に保たれるようになるためである。
【００１９】
このように、本発明によれば、整流子電動機の更なる長寿命化と高効率化の両立を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１に係る整流子電動機の断面図
【図２】本発明の実施例１に係るブラシと整流子間摺動部の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明について、図面及び表を参照しながら説明する。なお、以下の実施例によって本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２２】
以下、本発明の実施例１を図１、図２に基づいて説明する。図１は、本発明の実施例における整流子電動機の断面図である。図１に示すように、モータ部３２とファン部３１より構成され、モータ部３２の１は整流子２、電機子巻線２０を有する電機子で、モータのシャフト３の両端に軸受４が圧入され、この軸受４を負荷側ブラケット５と反負荷側ブラケット６にて支持している。
【００２３】
ブラシホルダ７はカーボンブラシ８を内蔵した金属からなる収容体であり、反負荷側ブラケット６にて保持されている。９は界磁巻線２１を有する界磁である。ファン部３１の１０は負荷側ブラケット５と、負荷であり空気吸引、吹き出し用のインペラ１１間に形成した整流用のエアーガイドである。インペラ１１側の上方はケーシング１２で覆われている。
【００２４】
インペラ１１はナット１３によりシャフト３に固定されシャフト３とともに回転する。エアーガイド１０は、ネジ（図示せず）等にて負荷側ブラケット５に固定しており、負荷側ブラケット５と反負荷側ブラケット６もネジ（図示せず）等にて固定してある。
【００２５】
吸気管１４は、ケーシング１２の吸気口を形成する構成体であり、ケーシング１２へは溶着等で固定している。このような構造で整流子電動送風機のモータ部３２は構成されており、作用としてはインペラ１１が回転することによって発生する吹き出し風が、インペラ１１の吹き出し口外周に設けた整流用のエアーガイド１０を通過した後、モータ部３２の電機子１、界磁９の巻線を冷却し、後方に排気される。
【００２６】
図２は本発明の実施例１における整流子電動機に用いられるブラシと整流子間摺動部の斜視図である。図２に示すようにカーボンブラシ８と整流子２とが通電摺動しており、破線矢印は整流子の回転方向を表す。カーボンブラシ８は整流子２との接触面と、整流子出口側側面の先端部分８１（斜線部領域）以外の側面に母材よりも低抵抗な電気良導性の外皮が施されている。また、カーボンブラシ８において、整流子２との接触面と、整流子出口側側面を除いて、電気良導性の外皮の表面には耐酸化膜が施されている。
【００２７】
上記の構成により、カーボンブラシ８は整流子出口側側面の先端部分のみが高抵抗な状態となる。
【００２８】
（比較例Ａ ）
カーボンブラシは整流子との接触面以外の側面に母材よりも低抵抗な電気良導性の外皮が施されており、実施例１と異なり、カーボンブラシの整流子出口側側面の先端部分にも電気良導性の外皮が施されている。それ以外の構成は実施例１と同様の整流子電動機である。
【００２９】
（比較例Ｂ ）
カーボンブラシは整流子との接触面と、整流子出口側側面以外の側面に、母材よりも低抵抗な電気良導性の外皮が施されている。それ以外の構成は実施例１と同様の整流子電動機である。
【００３０】
（整流子電動機の寿命と効率の測定）
実施例１、比較例Ａ 、比較例Ｂ の整流子電動機において、定格１００Ｖで運転を行ったときのモータ効率の測定を行った。また、整流子電動機が運転しなくなるまで連続運転を行った時間を寿命時間とした。
【００３１】
表１はモータ効率と寿命時間の測定結果である。
【００３２】
【表１】
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表１が示すように実施例１の整流子電動機は比較例Ａ や比較例Ｂ の整流子電動機と比較して、モータ効率が高く、寿命時間も長くなっており、整流子電動機の高効率と長寿命が両立されている。
【００３３】
これは、カーボンブラシの整流子出口側側面の先端部分のみを高抵抗な状態にすることで、ブラシと整流子間のスパークを効果的に低減し、ブラシの摩耗が低減したことから、整流子電動機の寿命が長くなり、スパーク低減によりブラシと整流子間の電圧降下が低減され、整流子電動機の電圧損失が低減したことから、整流子電動機が高効率となったためである。
【００３４】
比較例Ａ のカーボンブラシは整流子出口側面全体が低抵抗となっていることから、ブラシと整流子間で発生するスパークが大きく、スパーク摩耗が多くなることにより、カーボンブラシの寿命が短くなっている。また、スパークによって、ブラシと整流子間の電圧降下が大きく、整流子電動機の電圧損失が大きい為、スパークを低減した実施例１の整流子電動機よりもモータ効率が低くなっている。
【００３５】
比較例Ｂ のカーボンブラシは整流子出口側面全体が高抵抗となっており、スパークは低減しているが、ブラシ全体が高抵抗となっているため、実施例１や比較例Ｂ の整流子電動機よりもモータ効率が低くなっている。
【００３６】
また、比較例Ｂ のカーボンブラシは実施例１と比較して整流子出口側側面が高抵抗になっていることから発熱が大きく、モータ運転時に高温となっており、熱によってブラシに含まれたバインダー樹脂が劣化し、発熱の少ないカーボンブラシを用いた実施例１の整流子電動機よりも寿命が短くなっている。
【００３７】
上記のように、実施例１のカーボンブラシを用いた整流子電動機が効率及び寿命において最適な構成であり、高効率と長寿命を両立することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る整流子電動機は、高効率化及び長寿命化を実現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】
【００３９】
１  電機子
２  整流子
３  シャフト
４  軸受
５  負荷側ブラケット
６  反負荷側ブラケット
７  ブラシホルダ
８  カーボンブラシ
９  界磁
１０  エアーガイド
１１  インペラ
１２  ケーシング
１３  ナット
１４  吸気管
２０  電機子巻線
２１  界磁巻線
３１  ファン部
３２  モータ部
【図１】
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【図２】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年7月13日(2012.7.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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。