(57)【要約】【課題】小型の整流子電動機の整流火花を抑えるために補助ブラシを用いる場合、補助ブラシを主ブラシと同一方向に設置すると、主ブラシと補助ブラシの軸方向での設置位置の間隔が狭く従来の主ブラシ用のブラシホルダをそのまま使用することは困難であった。【解決手段】補助ブラシを有する整流子電動機において、補助ブラシを整流子の回転方向に対し進み方向に設け、主ブラシの中心線と整流子が接する点をａ、補助ブラシの中心線と整流子が接する点をｂ、整流子の中心点をｃとしたとき、線ａｃと線ｃｂのなす角度∠ａｃｂをθ１としたとき、主ブラシの中心線と補助ブラシの中心線のなす角度θ２は、θ２＞θ１とすることにより、主ブラシ用のブラシホルダ固定部と異なる場所に補助ブラシ用のブラシホルダを固定した。【選択図】  図１
2013013266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流整流子電動機において、主ブラシと補助ブラシを備え、補助ブラシは整流子の回転方向に対し進み方向に設け、主ブラシの中心線と整流子が接する点をａ、補助ブラシの中心線と整流子が接する点をｂ、整流子の中心点をｃとしたとき、線ａｃと線ｃｂのなす角度∠ａｃｂをθ１としたとき、主ブラシの中心線と補助ブラシの中心線のなす角度θ２は、θ２＞θ１とすることを特徴とする交流整流子電動機。
【請求項２】
交流整流子電動機において、主ブラシと補助ブラシを備え、補助ブラシは整流子の回転方向に対し進み方向に設け、主ブラシの中心線と整流子が接する点をａ、補助ブラシの中心線と整流子が接する点をｂ、整流子の中心点をｃとしたとき、線ａｃと線ｃｂのなす角度∠ａｃｂをθ１としたとき、主ブラシの中心線と補助ブラシの中心線のなす角度θ２は、θ２＞θ１とし、補助ブラシを保持するブラシホルダを取り外し可能としたことを特徴とする交流整流子電動機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の整流子電動機と、送風機とを備えることを特徴とする電動送風機。
【請求項４】
電動送風機及び集塵部を有する掃除機本体と、一端が前記掃除機本体に接続されたホースと、一端が前記ホースの他端に接続される手元操作部と、一端が該手元操作部の他端に接続される延長管と、前記延長管の他端に接続される吸込具と、を備えた電気掃除機において、
前記電動送風機は、交流整流子電動機と、送風機とを備え
前記交流整流子電動機は、主ブラシと補助ブラシを備え、補助ブラシは整流子の回転方向に対し進み方向に設け、主ブラシの中心線と整流子が接する点をａ、補助ブラシの中心線と整流子が接する点をｂ、整流子の中心点をｃとしたとき、線ａｃと線ｃｂのなす角度∠ａｃｂをθ１としたとき、主ブラシの中心線と補助ブラシの中心線のなす角度θ２は、θ２＞θ１とすることを特徴とする電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主カーボンブラシと補助カーボンブラシを備える交流整流子電動機，電動送風機，電気掃除機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気掃除機の駆動源として用いられる交流整流子電動機（ユニバーサルモータ）は、環状の固定子と、この固定子の磁極部間に配設された回転子と、この回転子の電機子巻線と電力授受を行う整流子とブラシから主に構成されている。この種の電気掃除機用交流整流子電動機では、常に高出力化，小型・軽量，ブラシの長寿命化，低振動化などが要求されている。高出力化に対しては入力アップが図られ、公称入力１ｋＷが標準となっている。
【０００３】
ブラシの長寿命化に対しては高抵抗ブラシが使用されてきた。更なる高出力化を図るには電動機の損失構成の中で損失割合が大きいブラシ電気損を低減する必要がある。ブラシ電気損を低減するためには、電気抵抗の少ない低抵抗ブラシを使用することが望まれるが、電気抵抗の少ないブラシでは整流性能が低下し、ブラシからの整流火花発生が大きくなるためブラシ寿命低下を招く。
【０００４】
従来、上記問題を解決するため、電力を回転子に供給するための主ブラシの他に、回転方向に対し進み方向に補助ブラシを設け、主ブラシと整流子の間で発生する整流火花を、主ブラシの代わりに補助ブラシと整流子の間で発生させることで、主ブラシの磨耗を低減する方法が提案されている（特許文献１ご参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３３６９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、主ブラシ、及び補助ブラシは共に整流子面に対し垂直な同一方向に設置されているため、主ブラシと補助ブラシを保持するための各々のブラシホルダは、非常に近い位置に配置される。つまり、相互に部品が干渉しないで実現することが困難となる恐れがある。
【０００７】
よって、従来の主ブラシのみの整流子電動機に補助ブラシを適用するためには、主ブラシを保持する主ブラシ装置部の構造を補助ブラシも保持可能となるような構造に変更する必要がある。さらに、固定子巻線から主ブラシへ電流を供給するための電流供給端子の位置が補助ブラシの位置と重なる場合は、電流供給端子の位置も変更する必要があるため、容易に補助ブラシを取り付けることは難しくなる恐れがある。
【０００８】
さらには補助ブラシを用いない従来の整流子電動機との部品の共用も難しくなる恐れがあるため、部品管理が複雑になるなどの課題もある。
【０００９】
本発明の目的は、主ブラシ装置部の構造を維持したまま、補助ブラシを容易に取り付けることができるようにした交流整流子電動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を解決するために、本発明は、補助ブラシを整流子の回転方向に対し後方側に設け、主ブラシの中心線と整流子が接する点をａ、補助ブラシの中心線と整流子が接する点をｂ、整流子の中心点をｃとしたとき、線ａｃと線ｃｂのなす角度∠ａｃｂをθ１としたとき、主ブラシの中心線と補助ブラシの中心線のなす角度θ２は、θ２＞θ１となるように補助ブラシを整流子の回転方向に対し後方へ倒した角度となるように傾けることにより、主ブラシホルダ固定部と干渉しない場所に補助ブラシホルダを固定することを可能としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来の主ブラシ装置部の構造や固定子巻線から主ブラシへ電流を供給するための電流供給端子の位置など、従来の電動機構造を変更することなく、補助ブラシを容易に取り付けることが可能となる。
【００１２】
また、補助ブラシを回転方向に対し後方へ倒した角度となるように傾けることにより、側面方向に力を分散し、補助ブラシと整流子の間の摩擦力が低減するため、側面方向分圧により補助ブラシの角振動（摩擦振動）も抑えられ、より摺動の安定効果を引き出すことが可能となる。これにより、主ブラシの整流火花を抑えることでブラシ寿命を低下させることなく、容易に補助ブラシを取り付け、補助することで低抵抗ブラシの採用を可能にし、高出力化が図れる電気掃除機用交流整流子電動機を提供できる。
【００１３】
さらに、整流子電動機の製造過程において、整流火花が発生しやすい「なじみ運転」の間のみ補助ブラシを使用し、整流子表面にブラシのカーボン皮膜が生成された後に、補助ブラシを取り外すことも容易に可能となり、補助ブラシのコスト低減にも有効となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係わる整流子電動機のブラシ部拡大図。
【図２】本発明に係わる整流子電動機のブラシ装置部断面図。
【図３】本発明に係わる交流整流子電動機を用いた電動送風機の構造を示す図。
【図４】電気掃除機の外観を示す斜視図である。
【図５】電気掃除機の掃除機本体を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照し、説明する。
【００１６】
本発明の実施例を図１から図３により説明する。図３は本発明の実施例を示す電動送風機の半断面である。図３（ａ）は、後方から見た一部断面図であり、図３（ｂ）は、側方から見た半断面図である。図３（ｂ）中、矢印は流体（例えば空気）の流れ方向を示す。電動送風機１は、後方に遠心ファン７０を駆動する整流子電動機２を備え、前方に高速気流を発生する送風機部３を備える。よって、電動送風機１のうち、整流子電動機２の存在する側を前方、送風機部３が存在する側を後方とする。
【００１７】
図３に示すように、整流子電動機２は、円筒状のハウジング１００の内周側に固定された固定子鉄心２１に界磁巻線２２を巻装した固定子２０と、ハウジング１００に設けられた後方のハウジング側軸受け３１と、エンドブラケットに設けられた前方のファン側軸受け３２と、そのハウジング側軸受け３１とファン側軸受け３２によって回転可能に保持されるシャフト３３を備え、そのシャフト３３には電機子鉄心３４と整流子３５が固定され、電機子鉄心３４に巻装された電機子巻線３６が整流子３５に接続された回転子３０と、整流子３５と機械的接触によって電気的接続を行う主ブラシ４１と、主ブラシ４１の整流火花を抑えるために取り付けた補助ブラシ５１と、それらの主ブラシ４１，補助ブラシ５１を保持する主ブラシ４１用の主ブラシホルダ４２および補助ブラシ５１用の補助ブラシホルダ５２と、主ブラシホルダ４２，補助ブラシホルダ５２をハウジング１００に固定するための主ブラシ４１用の主ブラシホルダ固定部４３、補助ブラシ５１用の補助ブラシホルダ固定部５３からなる主ブラシ４１用の主ブラシ装置部４０、補助ブラシ５１用の補助ブラシ装置部５０で構成される。主ブラシ装置部４０は、主ブラシ４１と主ブラシホルダ４２と主ブラシホルダ固定部４３とから構成され、補助ブラシ装置部５０は、補助ブラシ５１と補助ブラシホルダ５２と補助ブラシホルダ固定部５３とから構成される。主ブラシ４１および補助ブラシ５１は、例えば、炭素粉体に銅や銀を混合して圧縮したものであり、両者は同一の材料で構成されるのが好ましい。
【００１８】
送風機部３は、ナット６０によりシャフト３３の一端に固定されシャフト３３の回転に伴って遠心回転する略円盤状の遠心ファン７０と、遠心ファン７０の外周に設けられ、遠心ファン７０から出た空気流の速度を落とし圧力回復させる略円環状のディフューザ７１と、空気流を整流子電動機２内へ導くものであってディフューザ７１の底面の反対面にディフューザ７１と一体に成形されたとリターンガイド７３と、を備え、それら遠心ファン７０とディフューザ７１とリターンガイド７３とが円筒状のファンケーシング１０２で囲われるように構成される。ディフューザ７１とリターンガイド７３は、ファンケーシング１０２に固定されており、シャフト３３の回転に伴って回転するものではない。ファンケーシング１０２の前面の中心部には、空気を吸い込むための貫通穴（吸い込み口）が形成されている。整流子電動機２と送風機部３とは、空気が連通可能に連結されている。
【００１９】
電動送風機１が運転を開始すると、回転子３０が回転し、回転子３０と同軸に固定された遠心ファン７０も回転する。遠心ファン７０が回転すると気流は図３（ｂ）の矢印で示したように、遠心ファン７０の入口部から流入し、ディフューザ７１，リターンガイド７２を通り、整流子電動機２の内部を通過して後方より排出される。これにより電動送風機１は、その仕事量に応じて生じる電動機側の損失を効果的に冷却しつつ、高い吸込み力を得ている。
【００２０】
次に、本発明の特徴であるブラシ装置部の構成とその動作について、図１，図２を参照として説明する。
【００２１】
本発明の実施例を示す電動送風機は２極の整流子電動機２であるので、主ブラシ装置部４０及び補助ブラシ装置部５０は、整流子３５の円周上の対向位置にそれぞれ２つ設置する構成となる。
【００２２】
主ブラシ４１は、主ブラシホルダ４２に格納され、主ブラシホルダ４２は主ブラシホルダ固定部４３にてハウジング１００に固定されている。主ブラシ４１の整流子３５と接する端面と異なる方の端面にはリード線４４が接続されており、リード線４４は主ブラシホルダ固定部４３内に配置されたターミナル４５，固定子２０に取り付けた電流供給端子２５を介して外部電極に接続している。リード線４４の周囲には主ブラシ用つる巻きバネ４６があり、この主ブラシ用つる巻きバネ４６の弾力により主ブラシ４１は常に整流子３５に押し付けられながら摺接している。整流子３５の外周には、電機子巻線３６の端部を接続した整流子片３７が複数配置されており、この整流子片３７はお互いに隣接する他の整流子片３７と絶縁部３８によって絶縁されている。外部電極から供給された電流は、電流供給端子２５，ターミナル４５，リード線４４，主ブラシ４１，整流子３５を介して、電機子巻線３６に流れて、回転子３０が回転する。
【００２３】
補助ブラシ５１は主ブラシ４１の反回転方向側に設けられている。補助ブラシ５１は、補助ブラシホルダ５２に格納され、補助ブラシホルダ５２は補助ブラシホルダ固定部５３にてハウジング１００に固定されている。補助ブラシ５１の整流子３５と接する端面と異なる方の端面には補助ブラシ用つる巻きバネ５４を配置しており、主ブラシ４１と同様に、つる巻きバネの弾力により補助ブラシ５１は常に整流子３５に押し付けられながら摺接している。ただし、主ブラシ４１とは異なり、電気的接続はされておらず、補助ブラシ５１から整流子３５への電流の供給は行わない。また、補助ブラシ５１は、主ブラシ前縁４１ａと主ブラシ後縁４１ｂの間に補助ブラシ前縁５１ａが位置し、主ブラシ後縁４１ｂより後縁側に補助ブラシ後縁５１ｂが位置するように設置している。
【００２４】
主ブラシ４１は整流子３５と接する面に対し垂直に配置しているが、補助ブラシ５１は整流子３５と接する面に対し垂直より回転方向後方側へ傾けており、主ブラシ４１の中心線と整流子３５が接する点をａ、補助ブラシ５１の中心線と整流子３５が接する点をｂ、整流子３５の中心点をｃとしたとき、線ａｃと線ｃｂのなす角度∠ａｃｂをθ１としたとき、主ブラシ４１の中心線と補助ブラシ５１の中心線のなす角度θ２は、θ２＞θ１となるように設置する。
【００２５】
主ブラシ４１により短絡され、整流を受ける電機子巻線３６は整流子片３７が主ブラシ後縁４１ｂを離れるときに整流条件によっては大きな火花電圧を発生して、火花による主ブラシ４１の磨耗が大きくなる。このとき、補助ブラシ５１により短絡されており高抵抗の補助ブラシ５１による火花電圧の吸収によって、主ブラシ４１からの火花発生を低減することができる。その結果、主ブラシ４１の磨耗が減少し、寿命の増加となる。
【００２６】
ところで、前記のとおり整流子電動機２は小形軽量化を達成するために、４０,０００min-1以上の高い回転速度で駆動させている。回転速度が上昇すると軸振動の増大が問題となるが、振動を小さく抑えるため、シャフト３３を指示するハウジング側軸受け３１とファン側軸受け３２の間の距離を極力小さくして、回転子３０としての固有振動値を大きくしている。このため、軸受け間の距離は極力小さく設定させており、それに対応して主ブラシ装置部４０についてもその設置位置と界磁巻線２２や電流供給端子２５などの位置との距離を絶縁距離の許す限り接近させている。そのため、従来の主ブラシ４１のみで補助ブラシ５１を用いていない電動送風機に補助ブラシ５１を取り付ける場合、補助ブラシ５１を主ブラシ４１と同一方向に取り付けると、主ブラシ装置部４０付近に余分なスペースがないため、主ブラシホルダ４２，主ブラシホルダ固定部４３，固定子２０に設けた電流供給端子２５の位置などの整流子電動機２の構造が大きくなり、軸方向寸法が大きくなるという欠点があった。
【００２７】
一方、本発明のように補助ブラシ５１を主ブラシ４１と同一方向ではなく、一定の角度θ２だけ傾けた位置に固定することにより、主ブラシ装置部４０の構造を変えることなく、容易に補助ブラシ５１を追加することが可能となる。さらに、ブラシを回転方向に傾けることにより、ブラシと整流子３５の間の摩擦を低減させ、ブラシの角振動が抑えられることは周知であり、これにより補助ブラシ５１の安定性が向上される。
【００２８】
また、主ブラシ装置部４０の構造を変えることがないため、補助ブラシ５１を容易に取り外すことも可能となる。これにより、製造過程において、整流子３５の表面にブラシのカーボン皮膜が生成されておらず、主ブラシ４１の整流火花が発生しやすい「なじみ運転」時のみ補助ブラシ５１を取り付け、なじみ工程後、主ブラシ４１の整流が安定した後、補助ブラシ５１をはずすことも容易となり、コスト低減にもつながる。
【００２９】
以上の補助ブラシ５１は回転方向に対して後方側へθ２傾けた例を示したが、主ブラシ４１の中心軸に対して１８０度対称の位置となる回転方向に対して前方側へ傾けるようにしてもよい。
【００３０】
図４に示すように、電気掃除機１００１は、掃除機本体１００２と、ホース部１０３と、手元操作スイッチＳＷ等が設けられた操作管１０４と、伸縮自在に設けられた延長管１０５と、第２の吸込具１０６および第１の吸込具１０７とを備えて構成されている。
【００３１】
掃除機本体１００２は、内部に電動送風機１（図５参照、以下同じ）を備え、操作管１０４の手元操作スイッチＳＷを操作すること等によって電動送風機１の運転の強弱切り替えや、第１の吸込具１０７に設けられた図示しないパワーブラシの入り切り等が行えるようになっている。
【００３２】
掃除機本体１００２から第１の吸込具１０７までのホース部１０３，操作管１０４，延長管１０５，第２の吸込具１０６の内部には、図示しない通風路が設けられており、電動送風機１により発生させた吸引力により吸引された塵埃は、第２の吸込具１０６，延長管１０５，操作管１０４，ホース部１０３を通じて掃除機本体１００２に吸引され、集塵装置１１１（図５参照、以下同じ）に集塵される。
【００３３】
掃除機本体１００２の外殻は、下ケース２０１と上ケース２０２とによって覆われている。集塵装置１１１は、掃除機本体１００２の前側（接続口１００２ａが設けられる側）に位置しており、上ケース２０２の上部には、ハンドル１２０が一体的に設けられている。また、ハンドル１２０の前方には、開閉可能な蓋部材１３０が設けられており、集塵装置１１１の上部が蓋部材１３０で開閉可能に塞がれるようになっている。
【００３４】
図５に示すように、掃除機本体１００２は、前端部に、管状の接続口１００２ａを備えている。掃除機本体１００２の前部側には、接続口１００２ａから吸い込んだ塵埃を分離収集する集塵装置１１１が備わり、掃除機本体１００２の後部側には、集塵装置１１１に連通して吸引力を発生する電動送風機１が備わる。
【００３５】
接続口１００２ａには、ホース部１０３に設けられた図示しない継手管が挿入されて保持されるようになっている。接続口１００２ａの内部には、シール部材が設けられており、シール部材は、継手管と集塵装置１１１側に設けられた図示しない入口管との気密を保持するようになっている。掃除機本体１００２の前部下面（集塵装置１１１の下方）には、キャスタ１０２ｃが設けられている。
【００３６】
集塵装置１１１は、塵埃分離部１１１ａと塵埃収容部（塵埃収容器）１１１ｂとを有して構成されている。塵埃分離部１１１ａは、吸い込んだ空気を旋回させ、遠心分離作用（サイクロン方式）によって塵埃を分離する部分である。塵埃収容部１１１ｂは、塵埃分離部１１１ａに連通しており、塵埃分離部１１１ａで分離された塵埃を収容する図示しない集塵かごを内部に備えている。
【００３７】
塵埃分離部１１１ａと塵埃収容部１１１ｂとは、集塵装置１１１の軸方向（前後傾斜方向）に配列され、それぞれの向かい合う軸方向端部同士が接続されて空気の通流可能に連通されており、使用者の操作によって容易に分離可能に構成されている。このうち塵埃分離部１１１ａは、掃除機本体１００２の前側に配置され、塵埃収容部１１１ｂは、塵埃分離部１１１ａよりも掃除機本体１００２の斜め後側に配置されている。塵埃分離部１１１ａの前端部には、図示しない開口部が設けられており、その開口部が前記入口管に接続されている。
【００３８】
塵埃分離部１１１ａは、外筒１１１ａ１と、この外筒１１１ａ１内に設けられ、フィルタ機能を有する内筒１１１ａ２とを有している。塵埃分離部１１１ａ内において、空気は、図示しない貫通孔を通じて内筒１１１ａ２の外側（外筒１１１ａ１の内側）から内筒１１１ａ２の内側に流れるようになっており、その際、貫通孔を通らない大きなゴミが外筒１１１ａ１と内筒１１１ａ２との間に分離されるようになっている。この場合、吸込力にもよるが、例えば、１円玉以上の重さを有するゴミは、外筒１１１ａ１内において吸い上げられることなく、外筒１１１ａ１に残されるようになっている。
【００３９】
これらの外筒１１１ａ１と内筒１１１ａ２とは、使用者の操作によって容易に分離可能に設けられている。これによって、ゴミ捨て時には、外筒１１１ａ１と内筒１１１ａ２とを分離することによって、外筒１１１ａ１の内部に堆積したゴミを排出することができ、内筒１１１ａ２の貫通孔に引っ掛かった髪の毛や糸屑等のゴミがある場合にも、これを容易に除去することができる。
【００４０】
このような集塵装置１１１は、上ケース２０２の前部に開口した収容室に、左右両側から側壁２４３で保持されるようにして収容される。
【００４１】
側壁２４３は、集塵装置１１１に沿うように上ケース２０２の前部から中央部にかけて上り傾斜状に形成されており、側壁２４３の上端部には、ハンドル１２０が一体的に固定されている。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の整流子電動機は、電気掃除機や、電動工具にも適用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１  電動送風機
２  整流子電動機
３  送風機部
２０  固定子
２１  固定子鉄心
２２  界磁巻線
２５  電流供給端子
３０  回転子
３１  ハウジング側軸受け
３２  ファン側軸受け
３３  シャフト
３４  電機子鉄心
３５  整流子
３６  電機子巻線
３７  整流子片
３８  絶縁部
４０  主ブラシ装置部
４１  主ブラシ
４１ａ  主ブラシ前縁
４１ｂ  主ブラシ後縁
４２  主ブラシホルダ
４３  主ブラシホルダ固定部
４４  リード線
４５  ターミナル
４６  主ブラシ用つる巻きバネ
５０  補助ブラシ装置部
５１  補助ブラシ
５１ａ  補助ブラシ前縁
５１ｂ  補助ブラシ後縁
５２  補助ブラシホルダ
５３  補助ブラシホルダ固定部
５４  補助ブラシ用つる巻きバネ
６０  ナット
７０  遠心ファン
７１  ディフューザ
７２  リターンガイド
１００  ハウジング
１０１  エンドブラケット
１０２  ファンケーシング
【図１】
2013013266.tif 000003
【図２】
2013013266.tif 000004
【図３】
2013013266.tif 000005
【図４】
2013013266.tif 000006
【図５】
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