CN101179217A - 换向器电动机的电刷装置及电动吸尘器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适于重视小型轻量化的换向器电动机的紧凑且提高可靠性的电刷装置。在搭载在电动吸尘器等上的具有鼓风功能的电动鼓风机的换向器电动机的电刷装置中，将电刷保持器箱做成十字形的异型管，并在其中容纳电刷、盘簧以及引线，通过将引线从马达电路分离并保护，防止来自风扇的风压引起的引线的不需要的电短路，且做成紧凑的换向器电动机用电刷装置。

Description

换向器电动机的电刷装置及电动吸尘器

技术领域

本发明涉及换向器电动机的电刷装置及电动吸尘器。

背景技术

以往，在用于电动鼓风机的电动机中，多使用磁极数为2极的换向器电动机。这是因为，该电动机由于可具有负载轻时转速增加且在负载重时转速下降而产生高转矩的串联特性，所以具有适于鼓风机驱动的特性。

另外，为了将电动吸尘器主体做成小型轻量而提高操作性，搭载在主体上的换向器电动机也要求小型轻量的电动机。作为将换向器电动机做成小型轻量的方法，例如像非专利文献1(电气学会旋转机研究会资料RM-96-28“关于清洁器用通用型电动机的功率密度的提高”)所记载的那样，采用设定每分钟4万转(40000min^-1)以上的高转数、较高地设定铁心的磁通密度等方法。

另一方面，与小型轻量化一起要求高耐久性，作为主要决定该高耐久性的因素可例举电刷寿命。换向器电动机的电刷装置伴随电刷磨损不断地进行滑动接触而进行电力的授受，电刷寿命大致区分为由电刷和换向器机械地滑动接触而引起的机械磨损和由伴随整流现象的火花电压所影响的电磨损。作为从换向器侧影响机械磨损的主要原因，有换向器表面的粗糙度和换向器片的凹凸状况。众所周知，与电刷滑动接触的换向器表面粗糙则电刷磨损量多，而且，若换向器片的凹凸大则电刷与换向器碰撞的机会增加，从而使电刷磨损量增加。另外，作为从电刷侧影响机械磨损的增大的主要原因，有电刷加压力的过短设定。所谓电刷加压力是将电刷向换向器加力的按压力，一般有电刷加压力越大机械磨损越增加的倾向。

因此，为了抑制机械磨损的增加较小，尽量使换向器的表面光滑，较小地设定换向器片的凹凸，并较小地设定电刷加压力即可。但是，若将电刷加压力设定得过小，则电刷的振动变得过大而失去电力授受的健全性，因此电磨损增加，即使好不容易实现了机械磨损的减少也会使电磨损增加，确认到不能得到电刷寿命提高的效果或者反而减少电刷寿命的现象。

往往认为电刷加压力只关系到机械磨损，但密切影响电刷振动，根据火花电压的状况还可能影响电磨损。抑制电刷的振动并保持健全的滑动接触的电刷加压力的设定在提高电刷寿命方面非常重要，甚至还左右换向器电动机的耐久性。

另外，为要得到电刷加压力而广泛使用廉价的机械式弹簧。机械式弹簧的种类有多种，例如螺旋弹簧、盘簧等形状的种类，而且，根据弹簧材质的组合有多种多样。

螺旋弹簧是常用于电刷装置的弹簧形状。该弹簧由于在电刷初期用于维持滑动接触的健全性的电刷加压力足够，而电刷末期的电刷加压力根据弹簧常数而变小，所以预先较高地设定初期的电刷加压力，与初期的机械磨损量的增加相反实现了末期的电刷的稳定滑动。与此相对，作为不必较高地设定初期的电刷加压力的弹簧，有以盘簧为代表的等压式弹簧。与电刷长度无关，得到固定的电刷加压力是最大的特征。将使用本弹簧的电刷装置的基本结构用专利文献1(特开平11-17828号公报)来表示。作为将电刷向换向器或环状圆环(集电环)按压的弹簧使用薄板的盘簧，在电刷上端面上，引线(软辫线)以避开弹簧加压部的干涉的方式连接在电刷的角部上，并向倾斜上方引出而与安装在与电刷相反的一端上的通电用配件(简称为端子)连接。为尽量减小向电刷加压力的影响，从电刷引出的引线(软辫线)是捆扎多数铜等导电体的细线并绞合的复合绞线，做成柔软的线。另外，考虑到因磨损而使电刷变短的情况，引线(软辫线)做成在电刷初期变长且从电刷保持器向外侧溢出的结构，因此作为电刷装置整体变成大型的装置。再有，在以旋转电气机械的冷却等为目的进行通风冷却的情况下，风压施加在电刷保持器上，上述引线(软辫线)摇摆而可能与旋转电气机械的线圈导体用端子或构造部件等接触，不可避免可靠性的下降。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种在达到换向器电动机的小型轻量化的同时，兼得初期的电刷磨损的减少和末期的电刷振动抑制，并防止引线向旋转电气机械构造部件的接触的具有高性能且高可靠性的换向器电动机用电刷保持装置。

在电动鼓风机的换向器电动机的电刷装置中，在电刷保持器箱中容纳电刷、盘簧以及引线。

本发明具有以下效果。

能够防止引线和电动机构造部件或线圈等的接触。

附图说明

图1是表示本发明的实施例的电动吸尘器用电动鼓风机的半剖视图。

图2是表示本发明的电刷机构的立体图。

图3是表示本发明的电刷机构的详细结构的立体图。

图4是本发明的电刷机构的从A方向看到的剖视图和从上看到的剖视图。

图5是表示本发明的第二实施例的电刷机构的从A方向看到的剖视图。

图6是表示本发明的第三实施例的电刷机构的从A方向看到的剖视图。

图7是表示本发明的第四实施例的电刷机构的从A方向看到的剖视图

图8是表示本发明的第五实施例的电刷机构的从A方向看到的剖视图。

图中：

1-电动鼓风机，3-换向器电动机，5-换向器，10-电刷保持器，11-电刷，12-盘簧，13-引线，14-树脂部，15-电刷保持器用安装螺钉，16-端子，17-铆钉，18-弹簧保持架，19-弹簧保持架用固定螺钉，20-电刷保持器箱，25-加压件，27-空隙部，30-电枢，40-反输出轴侧轴承，41-输出轴侧轴承，45-轴，50-定子，51-励磁线圈，55-电流供给端子，70-风扇，71-扩散室，100-马达壳，102-风扇罩。

具体实施方式

以下，按照附图说明实施例。

[实施例1]

根据图1至图4说明本发明的第一实施例。图1是表示本发明的实施例的电动吸尘器用电动鼓风机的半剖视图。电动鼓风机1由驱动风扇70的换向器电动机3和产生高速气流的鼓风机部构成。鼓风机部构成为用风扇罩102包围离心旋转的风扇70和恢复压力的扩散室71。在换向器电动机3的输出轴上安装风扇70，如图1的箭头所示，气流从风扇70的入口部流入，并从扩散室71通过换向器电动机3的内部并从后方排出。由此电动鼓风机1有效地冷却根据其工作量而产生的电动机侧的损失，并得到高的吸入力。作为被换向器电动机3所消耗的损失，包括在电枢30上产生的铁损和电枢线圈铜损、在定子50上产生的铁损和励磁线圈铜损，还有气流损失、轴承损、伴随电刷滑动的摩擦损失以及伴随电刷11和换向器5的接触电压下降的电损耗。而且，这些大部分变成热而被消耗，通过来自上述风扇70的气流而无遗漏地被冷却。

此外，电刷保持器10在电动鼓风机1的反输出轴侧(后方位置)利用电刷保持器用安装螺钉15安装固定在马达壳100上。由于电动机是2极的换向器电动机3，所以成为电刷保持器10在换向器5的圆周上的对置位置设置两个的结构。而且，在电刷保持器10上容纳电刷11、盘簧12、引线13，在来自风扇70的气流通过此处时，电刷保持器10也能保护引线13，防止引线13的摇摆，以防止无需的电接触、短路。

另外，如上所述，换向器电动机3为了达到小型轻量化，以40000min^-1以上的高转速驱动。若转速上升则轴振动的增大成为问题，而为了抑制振动较小，尽量减小卡定在轴45上的输出侧轴承41和反输出侧轴承40之间的距离，加大作为电枢30的固有振动值。因此，轴承之间的距离尽量较小地设定，与此对应对于电刷装置在绝缘距离允许的范围内使其设置位置和线圈或端子等的位置之间的距离接近。从而可以并存健全的电的授受和高速旋转时的振动减少。

以上，鉴于如下几点的重要性，即：电动鼓风机1中的高速气流承担着冷却得到吸入力的同时驱动的换向器电动机3的作用，而且该气流作为风压还作用于电刷装置上，再有用于电动吸尘器的电动鼓风机从操作性的提高考虑要求小型轻量的鼓风机，进行电力的授受的电刷10在限定的空间内保护引线13，并且实现稳定滑动状态的本实施例的电刷保持机构在确保高性能化和高可靠性方面有效作用。

以下，使用图2～图4，说明本发明的电刷装置的详细结构。图2是表示本发明的电刷机构的立体图。电刷装置包括电刷保持器箱20、弹簧保持架18、树脂部14、电刷11、引线13(未图示)以及盘簧12。电刷保持器箱20用黄铜等金属制作，如图所示，是断面为十字形的异型管，在此容纳电刷11、引线13(未图示)、盘簧12。另外，在盘簧12的滑动方向的下方位置，利用铆钉17将盘簧12固定在电刷保持器箱20上，并使其与弹簧保持架18一致。接着，使用图3进一步进行说明。图3是表示本发明的电刷机构的详细结构的立体图。以即使因电刷磨损而使电刷加压位置的高度移动也能防止盘簧12与电刷保持器箱20的接触的目的，在该电刷保持器箱20的长度方向上，设置与盘簧12的宽度尺寸对应的切口。弹簧保持架18以包围该切口的方式安装在电刷保持器箱20上，并用弹簧保持架用螺钉19固定。另外，引线13与电刷11的上端面连接，而到端子16的电连接可以在电刷保持器箱20内的电刷11的上方且利用盘簧12未占有的空间伸出到端子16，与端子16连接。由此，不会直接影响电刷加压机构，可以做成以较小的安装空间容纳盘簧12、电刷11及引线13的紧凑且高性能的电刷装置。

图4表示本发明的电刷机构的从A方向看到的剖视图和从上看到的剖视图。所谓A方向是指图2及图3中所示的从A的方向，与从轴长度方向看图1所示的电动鼓风机1的情况相同。首先说明从上看到的剖视图。盘簧12和电刷11配置成形成十字形并可以相互在电刷保持器箱20内移动。而且，电刷宽度Wb相对盘簧宽度Ws做成足够大的大约2倍，为了回避电刷11的上端面的加压加力范围，通过设置引线13的电刷连接处而几乎不影响电刷加压机构，可以将引线13从电刷11导通到端子16。另外，在本发明的电刷装置的从A方向看到的断面中，表示初期的电刷和磨损的末期的电刷的加压位置和盘簧12的状况。盘簧12在初期电刷情况下以弹簧充分伸长的状态将电刷11向换向器5按压加力，在末期的电刷情况下盘簧12以追随电刷磨损的形式将电刷11从初期到末期，以一定的电刷加压力向换向器侧按压加力。如图所示，盘簧12根据电刷的磨损状况其加压高度位置发生变化，而为了不防碍其运动，电刷保持器箱的内侧壁承担着引导导向的作用，当然电刷保持器箱20对电刷11也同样起到引导导向的作用。

另外，风压施加在电刷保持器上，使引线13摇摆而也可能与旋转电气机械的线圈导体用端子或构造部件等接触，想到可靠性的下降。因此，通过在电刷保持箱内容纳电刷、盘簧及引线，电刷保持器防止风压吹到引线上，因此能够防止引线的摇摆，从而能够防止与旋转电气机械等线圈导体用端子或构造部件等的接触。因此，可以提供高可靠性的电刷器。

[实施例2]

以下，说明本发明的第二实施例。图5是表示本发明的第二实施例的电刷机构的从A方向看到的剖视图。在电刷11的上面沿着盘簧12的外径圆周面设置新月形的槽。由此，用面来接受电刷加压力，更可靠地进行电刷11的加力，得到可提高电刷密合性(座乗性)的效果。

[实施例3]

另外，图6是表示本发明的第三实施例的电刷机构的从A方向看到的剖视图。电刷装置包括电刷保持器箱20、弹簧保持架18、树脂部14、电刷11、引线13、盘簧12以及加压件25。在此加压件25配置在电刷11和盘簧12之间，加压力通过加压件25传递到电刷11上。作为加压件25的材质，由于电刷装置成为高温，因此最好使用氟树脂等耐热性缓冲材料。

[实施例4]

图7是表示本发明的第四实施例的电刷机构的从A方向看到的剖视图。用耐热性缓冲材料构成加压件25，且在加压件25的与端子16相反的方向上设置空隙部27，在该空隙部27通过来自电刷11的上方的引线13，避免了引线13和盘簧12的接触干涉。如图所示，为了回避电刷11的上端面的加压加力范围，电刷11和引线13的连接处设置引线13的电刷连接处是不言而喻的，但是在电刷11的中央部分设置引线13的连接处的情况下，利用盘簧12的加压加力范围到底也是加压件25，所以利用该空隙部27将引线13伸出到端子16是没问题的。欧擦，几乎不影响电刷加压机构，可以将引线13从电刷11导通到端子16。与电刷11的上端面的盘簧12的加压加力部连接，而到端子16的电连接可以在电刷保持器箱20内的电刷11的上方且利用盘簧12未占有的空间伸出到端子16，与端子16连接。由此，不会直接影响电刷加压机构，可以做成以较小的安装空间容纳盘簧12、电刷11及引线13的紧凑且高性能的电刷装置。

[实施例5]

图8是表示本发明的第五实施例的电刷机构的从A方向看到的剖视图。对上述第四实施例，在加压件25的上面沿着盘簧12的外径圆周面设置了新月形的槽。由此，用面来接受电刷加压力，更可靠地进行电刷11的加力，得到可提高电刷密合性的效果。

以上，进行了本发明的电刷装置的结构、构造及机构的说明。而且，作为其用途以用于电动吸尘器的换向器电动机为对象进行了说明，但本发明的电刷装置由于维持电动机的体格较小，并且减少初期的电刷加压力，从而提高电刷的密合性，因此不言而喻，并不局限于电动机的用途、极数等，即使作为一般的换向器电动机用的电刷装置应用，其效果也不会改变。

另外，在上述第一～第五实施例中，电刷保持器箱20假设进行切出加工，并通过与弹簧保持架18的组装来构成电刷装置，但也可以一体形成电刷保持器箱20和弹簧保持架18。例如，以黄铜的薄板材料经压力加工制作也可以，不会脱离本发明的主要内容，增加了节省多余的制作成本的好处。

如上所述，本发明的电刷装置通过减少初期的电刷加压力来减少机械磨损，并通过抑制末期的电刷振动来提高电刷密合性，再有还具有能够防止引线与电动机构造部件或线圈等的接触的优点。

另外，还具有可做成适于重视小型轻量化的换向器电动机的紧凑的电刷装置的优点。

Claims (12)

1.一种换向器电动机的电刷装置，在与用于电动鼓风机的驱动源的换向器电动机的换向器进行机械的滑动接触的同时进行电力的授受，其特征在于，

将电刷向换向器按压的电刷弹簧是盘簧，且在电刷保持器箱中容纳电刷、盘簧以及引线。

2.根据权利要求1所述的换向器电动机的电刷装置，其特征在于，

上述电刷保持器箱的径向断面为十字形的异型管。

3.根据权利要求1所述的换向器电动机的电刷装置，其特征在于，

上述电刷的宽度尺寸做成上述盘簧的宽度尺寸的大约2倍，引线和电刷的连接处设置在盘簧与电刷接触的范围之外。

4.根据权利要求1所述的换向器电动机的电刷装置，其特征在于，

在上述电刷的上面沿着盘簧的外径圆周面而设置新月形的槽。

5.一种换向器电动机的电刷装置，在与用于电动鼓风机的驱动源的换向器电动机的换向器进行机械的滑动接触的同时进行电力的授受，其特征在于，

将电刷向换向器按压的电刷弹簧是盘簧，且在电刷保持器箱中容纳电刷、盘簧、引线以及加压件。

6.根据权利要求5所述的换向器电动机的电刷装置，其特征在于，

上述电刷保持器箱的径向断面为十字形的异型管。

7.根据权利要求5所述的换向器电动机的电刷装置，其特征在于，

上述电刷的宽度尺寸做成上述盘簧的宽度尺寸的大约2倍，引线和电刷的连接处设置在盘簧与电刷接触的范围之外。

8.根据权利要求5所述的换向器电动机的电刷装置，其特征在于，

上述加压件配置在电刷的上面与盘簧之间，在加压件的上面沿着盘簧的外径圆周面而设置新月形的槽。

9.根据权利要求5所述的换向器电动机的电刷装置，其特征在于，

上述加压件由耐热性缓冲材料构成。

10.根据权利要求5所述的换向器电动机的电刷装置，其特征在于，

上述加压件由耐热性缓冲材料构成，且在加压件的下方设置空隙，在上述空隙中通过引线。

11.根据权利要求10所述的换向器电动机的电刷装置，其特征在于，

在加压件的上面沿着盘簧的外径圆周面而设置新月形的槽。

12.一种电动吸尘器，具有在与用于电动鼓风机的驱动源的换向器电动机的换向器进行机械的滑动接触的同时进行电力的授受的电刷装置，其特征在于，

将电刷向换向器按压的电刷弹簧是盘簧，且在电刷保持器箱中容纳电刷、盘簧以及引线。

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