CN101924410A

CN101924410A - 有刷电动机

Info

Publication number: CN101924410A
Application number: CN2010102025950A
Authority: CN
Inventors: 山崎博嗣; 三田俊吉; 木村亮一; 马渊朋也
Original assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Current assignee: Mabuchi Motor Co Ltd
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2030-06-11
Also published as: CN101924410B; JP2011019388A; JP5612368B2

Abstract

本发明提供一种减少由于电动机停止后的电源供给使电动机振动而产生的锁定时噪声的有刷电动机。本发明与使电动机旋转机械停止的停止机构一同使用。电刷装置具有一对电刷、分别保持该一对电刷的一对电刷臂以及与该电刷臂分别结合的一对电刷基座。电刷臂中与电刷基座的结合端部固定于端盖，并且，电刷臂通过其具有的弹性使电刷能够沿与电刷滑动接触的整流子的径向移动，并且通过在该电刷臂的根侧具有弯曲加工部而使电刷能够沿与电刷滑动接触的整流子的切线方向移动。

Description

有刷电动机

技术领域

本发明涉及一种降低通过停止机构使电动机的旋转机械停止时产生的噪声的有刷电动机。

背景技术

在广泛使用于例如机动车用门锁开闭装置、电动反射镜收纳装置等机动车用电装设备的小型电动机中，已知有使电源接通仅规定时间来驱动的电动机。这样的小型电动机在完成例如机动车门锁这样的电动机功能之后，在电源断开前通过机械性限动器使其停止。通常为了在各种条件下都能够可靠地完成电动机功能，将电动机电源接通时间设定为，在通过机械性限动器使电动机停止(电动机锁定)后，稍经过一段时间后将电源断开。换言之，存在通过限动器使小型电动机停止后仍然供给电源的期间。并且，可知由于该电动机停止后的电源供给，电动机振动而产生噪声(高频噪声)。产生的噪声持续到电动机电源断开为止。

在专利文献1中对这样的噪声产生的机构进行如下说明。图13是说明电动机在各旋转角度位置的动作的图，示出了三个转子绕组各自的两端连接到对应的相邻整流子片间的情况。一对电刷在180°间隔的对置位置与整流子接触。其中，假定该电刷磨损。电动机从图13(a)所示的位置沿箭头方向前进，在(b)所示的位置与限动器接触而被锁定。在该状态下，电源仍然接通。接下来，如图13(c)所示，由于基于包含树脂制传动装置等的停止机构所具有弹性的反力，电动机稍微反转。该(c)状态与(a)状态相同，如(d)所示，转矩上升电动机再次旋转。并且，与(b)相同，电动机与限动器接触而被锁定。该状态是图13(b)所示的状态。并且反复进行上述的动作。

如此，电源接通期间，电动机反复进行状态(b)、(c)、(d)，磁力发生变化，电动机振动而产生噪声。在电动机锁定而由于反力反转的状态下，转矩上升而反复进行上述状态。即，若电动机锁定时的电动机旋转角度位置为高转矩位置，则由于电动机在该角度位置停止而不产生噪声，但是，若电动机锁定时的电动机旋转角度位置为低转矩位置，则电动机由于反力反转，若电动机旋转角度位置到达高转矩位置，则如上述说明的那样产生噪声。

图14及图15是说明转矩上升的图。如图所示。三个整流子片A、B、C配置成在相互之间设置有狭缝。现在，如图14(A)所示，一对电刷分别位于不同的整流子片B和C上。在一对电刷之间并联连接有串联连接的两个绕组和另外一个绕组。图14(B)是表示该状态的等效电路图，若各绕组电阻为R，则两个电刷之间的合成电阻为2/3R。

接下来，电动机旋转到图15(A)所示的状态，此时，对置配置的一个电刷位于两个整流子片A与B之间的狭缝上。此时，若电刷磨损，则一个绕组由于该电刷而短路，因此在一对电刷之间，两个绕组处于并联连接的状态。图15(B)是表示该状态的等效电路图。若各绕组电阻为R，则两个电刷之间的合成电阻为1/2R。如此，与图14的角度位置相比，图15的角度位置上的两个电刷之间的合成电阻小，相反流动的电流即转矩大。

在电动机由限动器锁定时，若一个电刷位于两个整流子片之间的狭缝上，则产生大的转矩而难以引起反转，与此相对，当电动机在由限动器锁定后的反力的作用下反转时，若一个电刷位于两个整流子片之间的狭缝上，则由于大的转矩，电动机再次开始旋转。若由于反力反转时的电刷位置不在整流子片之间的狭缝上，则转矩不上升，不产生噪声。但是，电动机由限动器锁定时或由于反力反转时的电刷位置是随机的，事实上很难将电动机旋转控制成在锁定时使电刷位于整流子片间的狭缝上或在反转时避免电刷位于整流子片间的狭缝上。

另外，图16是表示专利文献1中公开的电刷臂形状的图。如图所示，电刷装置构成为具有：与整流子滑动接触的一对碳刷；将碳刷分别压入保持的一对电刷臂；通过铆接等与该电刷臂结合的一对电刷基座；以及与该电刷基座一体形成的一对插座端子。这样结构的电刷装置在合成树脂制的端盖(エンドベル)中，被压入保持在由与其一体形成的柱状部限定的凹部内。由此，电刷臂的根侧(与电刷基座的结合侧)被固定。

如图所示，碳刷构成为以适当的刷压力与转子的整流子滑动接触，换言之，构成为通过电刷臂具有的弹性能够沿整流子的径向按压(即，能够移动)，但与径向正交方向的整流子的切线方向上的移动被限制。如此，专利文献1中公开的电刷装置通过使连结一对电刷中心的线以规定角度倾斜配置，从而防止电动机锁定时的噪声的产生，但是电刷臂根侧的自身固定通常以限制电刷在整流子切线方向上移动的方式进行。

另外，专利文献2的目的在于即使长期使用后碳刷磨损，也能从电动机电流波形稳定地输出脉冲输出，从而公开有将刷宽设定为一个整流子片的周长的21～28％的碳刷。进而，专利文献3中公开有一种电刷装置，其通过缩小碳刷的刷宽，能够不受电动机的使用时间的影响而抑制电动机起动时的火花产生。但是，专利文献2、3中的任一个都没有关于电动机锁定时的噪声产生的防止的公开内容。

进而，在将小型电动机用于机动车用途时，在车内存在各种有机硅气体产生源。例如，在涂料或装饰品等有机硅产品中残留的硅氧烷在常温下作为有机硅气体而产生。该气体由于在整流子面上的碳刷的通电切换时产生的火花所产生的热能而分解，而分解产生的作为绝缘物的二氧化硅SiO₂附着在整流子面上，由此引起通电不良。

专利文献1：日本特开2008-167537号公报

专利文献2：日本特开2006-288112号公报

专利文献3：日本特开昭63-249447号公报

发明内容

本发明的目的在于，通过致力研究电刷臂形状及其固定，并致力研究碳刷的形状，从而减少由于电动机停止后的电源供给使电动机振动而产生的锁定时噪声。

另外，本发明通过致力研究碳刷的形状而将整流子面上的火花产生区域限定为较窄的范围，减小火花产生的热能，由此，本发明的目的在于提供一种小型电动机，其降低由有机硅气体的分解产生的二氧化硅SiO₂向整流子面上的附着、及由该附着产生的不均匀磨损而引起的通电不良，并且更具有耐久性。

本发明的有刷电动机具备：电动机箱体；与该箱体的开口部嵌合的端盖；安装在箱体的内周面且构成定子磁极的成对构成的磁体；在电动机轴上具备转子磁极及整流子的转子；固定于端盖且包括与整流子滑动接触的一对电刷的电刷装置，该有刷电动机与使电动机的旋转机械停止的停止机构一同使用。电刷装置具有一对电刷、分别保持该一对电刷的一对电刷臂以及与该电刷臂分别结合的一对电刷基座。电刷臂的与电刷基座的结合端部固定于端盖，并且，电刷臂通过其具有的弹性使电刷能够沿与电刷滑动接触的整流子的径向移动，并且，在与结合端部不同的位置，在该电刷臂的根侧具有弯曲加工部而使电刷能够沿与电刷滑动接触的整流子的切线方向移动。

电刷为配置成与磁体中心线一致的碳刷，且以电刷的整流子滑动面在整流子周向上的宽度变窄的方式构成为凸形状。电刷的由角度表示的刷相位角在(0°～8°)/定子磁极对数的范围内，其中，所述角度是沿整流子轴向观察电刷时，磁体中心线与连结位于整流子旋转方向的上游侧的刷前端和整流子旋转中心的线所构成的角度。并且，电刷的由角度表示的刷宽在(8°～16°)/定子磁极对数的范围内，其中，所述角度是沿整流子轴向观察电刷时，连结刷前端和整流子旋转中心的线与连结刷后端和整流子旋转中心的线所构成的角度。

使与同电刷滑动接触的整流子的径向同向安装的电刷臂的结合端部向该方向延伸，之后在该电刷臂的根侧向电刷方向折弯而构成弯曲加工部。沿切线方向能够移动的电刷能够以比450Hz低的频率振动。

根据本发明，能够减少由于电动机停止后的电源供给使电动机振动而产生的锁定时噪声。

另外，本发明通过致力研究碳刷的形状而将整流子表面上的火花产生区域限定为较窄的范围，从而能够降低在整流子表面上产生的不均匀磨损而引起的通电不良，并且能够提高耐久性。

附图说明

图1是例示能够适用本发明的带停止机构的机械单元的图，(A)是以剖面表示蜗杆减速器部分的有刷电动机的整体图，(B)是放大表示停止机构部的剖视图。

图2是表示在图1所示的电动机部中能够使用的有刷电动机的整体的局部剖视图。

图3(A)是从内部侧观察到的有刷电动机的端盖的一例的图，(B)是取出其中一个电刷及电刷臂而示出的图。

图4(A)及(B)是表示从互相不同的方向观察到的同一碳刷的立体图。

图5是说明碳刷向整流子面接触的图。

图6是进一步说明具有图4中例示的形状的碳刷的作用的图，(A)、(B)分别表示用于硅污染试验的A类型及B类型的碳刷形状，(C)是表示使用上述碳刷的硅污染试验的结果的图。

图7是说明有机硅污染的原理的图。

图8是通过图6说明的硅污染试验后的整流子表面的照片。

图9(A)是说明在虚线所示的磁体的中心线上配置了无磨损的初期的碳刷时的刷切换的图，(B)是表示此时的转矩变动的图。

图10(A)是说明在虚线所示的磁体的中心线上配置了磨损了的碳刷时的刷切换的图，(B)是表示此时的转矩变动的图。

图11是表示相位角度与噪声产生时间的关系的图。

图12是在横轴以角度表示碳宽，在纵轴表示最大的噪声产生时间的图。

图13是说明电动机的各旋转角度位置处的动作的图。

图14(A)是表示电刷与整流子片的位置关系的图，(B)是通过该电刷连接的绕组的等效电路图。

图15(A)是表示电刷与整流子片的另一位置关系的图，(B)是通过该电刷连接的绕组的等效电路图。

图16是表示专利文献1中公开的电刷臂形状的图。

具体实施方式

图1是例示能够适用本发明的带停止机构的机械单元的图，(A)是以剖面表示蜗杆减速器部分的有刷电动机的整体图，(B)是放大表示停止机构部的剖视图。在图1(A)中，电动机部安装于减速器部，该电动机轴的前端部由减速器部的轴承轴支承。蜗杆固定于电动机轴。通过蜗轮与蜗杆啮合，从而构成为将电动机部输出的驱动转矩从电动机轴向蜗杆传递，在减速器部从蜗杆向蜗轮传递驱动转矩，从输出轴向外部取出转矩。

在图示的有刷电动机中，停止机构构成为具有：固定于输出轴而与输出轴一同旋转的锁定用传动装置；具有与该传动装置的齿轮啮合的齿轮，且以旋转轴为中心摆动的卡合部；以及限制该卡合部的摆动使其在规定位置停止的限动器。并且，该有刷电动机在完成例如机动车用门锁这样的电动机功能后，在电源断开前，通过机械性限动器停止。即，将电动机电源接通时间设定为，在通过机械性限动器使电动机停止(电动机锁定)后，稍经过一段时间后将电源断开。此外，图示的停止机构例示出了经由减速器部使电动机旋转锁定的停止机构，但是，只要是将电动机的旋转在规定位置锁定的结构即可，可以采用任意的停止机构，未必需要减速器部。

图2是表示在图1所示的电动机部中能够使用的有刷电动机的整体的局部剖视图。在以下的说明中，虽然对具有两极(一对)定子磁极及三极转子磁极的电动机进行了例示，但是本发明也同样适用于具有四极(两对)定子磁极及六极转子磁极的电动机。在该情况下，通过将例示的角度变为1/2倍，就能够适用于具有四极定子磁极及六极转子磁极的电动机。换言之，以下例示的角度表示每定子磁极对数的角度。在由金属材料形成为有底中空筒状的箱体的内周面安装有偶数极(例如两极)成对构成的磁体。该箱体的开口部通过与由绝缘材料成形(合成树脂制)的端盖(箱体盖)嵌合而被封闭。在端盖的中央部收容有用于支承电动机轴的轴承。

电动机轴的另一端由在有底中空筒状的箱体的底部中央设置的轴承支承。在该电动机轴上通常具备通过在层叠铁芯上卷绕绕组而构成的转子磁极和整流子，从而构成有刷电动机的转子。并且，与该整流子接触的一对碳刷分别安装在固定于端盖的电刷装置上。

图3(A)是从内部侧观察到的有刷电动机的端盖的一例的图，(B)是取出其中一个电刷及电刷臂而示出的图。在与图示的端盖嵌合的箱体的内周面安装的两极磁体沿图3(A)的水平方向配置。如图所示，电刷装置构成为具备：与整流子滑动接触的一对碳刷；将碳刷分别压入保持的一对电刷臂(支承机构)；通过铆接等与该电刷臂结合的一对电刷基座；以及与该电刷基座连接(或一体形成)的一对插座端子。其中，在图示的例子中例示出在一个插座端子与碳刷之间串联连接有PTC(正温度系数热敏电阻)这样的检测过电流来防止烧损的元件。

碳刷构成为，安装于具有弹性的电刷臂以得到适当的刷压力，从而与该转子的整流子滑动接触。这样构成的电刷装置在合成树脂制的端盖中，被压入保持在由与其一体形成的柱状部限定的凹部内。向电刷装置的电源供给通过如下方式进行：使一对外部端子通过外部端子插入口从端盖的外部插入，与一对插座端子分别电接触。

如图3(B)中的箭头所示，图示的碳刷被安装成能够沿与电刷滑动接触的整流子的径向和与该径向正交的切线方向这两个方向移动。为了实现这样的移动，电刷臂在其根侧具备弯曲加工部(弯曲部)。即，电刷臂在与电刷基座前端部的固定(例如，铆接固定)侧，被与同上述径向相同的方向大致平行地安装，在该方向上延伸规定距离后(图3(B)中图示了延长部)，在离开该固定部的位置通过弯曲加工而形成的弯曲部中，向碳刷方向以大致直角折弯。

如参照图13～图15所说明的那样，当电动机在由限动器锁定后的反力的作用下反转时，若磨损的电刷中的一个位于两个整流子片之间的狭缝上，则由于大的转矩，电动机再次开始旋转。由于反复进行锁定、反转及再旋转而产生噪声，且在将碳刷保持在相同的条件下容易继续该反复。相对于此，通过使碳刷沿整流子切线方向移动(切线方向振动)而变更反复条件，由此反复不继续而噪声中断。

此外，对于基于现有技术作成的有刷电动机来说，测定锁定时噪声的结果是，在某个基本频率声压高，并且在其n次倍的频率声压也高。该一次基本频率最小为450Hz，最大为1600Hz。因此，在比该最小频率低的频率内，通过使碳刷沿切线方向振动，能够容易偏离基本频率而减少噪声的产生。碳刷沿切线方向振动的频率可以通过改变电刷臂的弹性(板厚、材质)或电刷臂固定部到弯曲部的距离(长度)而进行调节。

图4(A)及(B)表示从互相不同的方向观察到的同一碳刷的立体图。碳刷通过使其嵌合部嵌入并压入在电刷臂前端侧的对应部位设置的矩形孔而进行安装。在该电刷臂前端侧安装的碳刷的嵌合部通过设置阶梯差，使其宽度在整流子轴向上比刷主体部宽度窄而构成。刷主体部以使整流子滑动面在整流子周向上的宽度变窄的方式构成为凸形状。

图5是说明碳刷向整流子面接触的图。图示出碳刷与磁体中心线一致而配置的情况(中性位置)。如图所示，碳刷使刷主体的宽度窄的凸形状前端面在整流子面上滑动。无磨损的初期的碳刷与整流子在整流子轴向上线状接触，但是随着电刷磨损，整流子滑动面的整面与整流子滑动接触。并且，此时，不仅电刷磨损，整流子表面也磨损，整流子表面的磨损为以狭缝为中心的在刷宽范围内变大的不均匀磨损。不均匀磨损是由于在狭缝处切换电流而产生火花的缘故。

图6是进一步说明具有图4中例示的凸形状的碳刷的作用的图，(A)、(B)分别表示用于硅污染试验的A类型及B类型(现有技术)的碳刷形状，(C)是表示使用上述碳刷的硅污染试验的结果的图。(A)所示的A类型的碳刷与图4中例示的凸形状碳刷相同，(B)所示的B类型的碳刷表示基于现有技术而构成的四边形状的碳刷。(C)中，在横轴表示具备A类型及B类型的碳刷的各样本的每五个电动机编号，纵轴表示电动机停止为止的循环数。硅污染试验在有机硅气体氛围中对各样本的每五个电动机(负荷为4.9mNm时，电流为0.6A，转速为10600r/min额定)进行。本试验的一个循环为0.2秒正转-2.3秒断开-0.2秒反转-2.3秒断开，计算电动机停止为止的循环数。试验条件为端子间电压14.5V(DCCONSTANT)、负荷4.9mNm、试验环境：常温、有机硅气体氛围中。有机硅气体氛围通过如下方式形成：将硅油5ml投入设置有电动机的试验槽中，之后放置三小时使硅油挥发。

如图6(C)的图所示，可知与B类型(现有技术)相比，A类型的凸形状碳刷的耐久次数明显增加，例如，若对最早停止的电动机进行比较(6000对19000循环)，则A类型的凸形状碳刷耐久次数为B类型的碳刷的耐久次数的三倍以上。

图7是说明有机硅污染的原理的图。有机硅产品中未反应的硅氧烷残留在产品中，且在该残留的硅氧烷中，由于低分子量的硅氧烷的蒸气压高，因此在常温下作为有机硅而产生。该气体在火花产生而产生的热能的作用下，与大气中的氧O₂反应而分解，产生作为绝缘物的二氧化硅SiO₂。该SiO₂附着于整流子面(电动机触点)上，引起通电不良。若施加Si-O的结合能(108kcal/mol)、Si-C的结合能(76kcal/mol)、C-H的结合能(98kcal/mol)以上的热能，则有机硅气体分解。作为低分子量的硅氧烷，除了例示的八甲基环四硅氧烷[(CH₃)₂SiO]₄以外，还有十二甲基五硅氧烷CH₃[(CH₃)₂SiO]₄Si(CH₃)₃。

图8是通过图6说明的硅污染试验后的整流子表面的照片。(A)表示A类型的凸形状碳刷引起的火花产生区域，(B)表示B类型(现有技术)的碳刷引起的火花产生区域。任一个都在整流子片间的狭缝两侧产生火花产生区域，但是与四边形形状的B类型相比，凸形状的A类型的碳刷的火花产生区域窄。如此，凸形状的A类型的碳刷由于火花产生区域窄且小，因此在火花产生区域产生的热能也变小。由此，能够使SiO₂的产生变少，其结果是，如图8的照片所示，由于以狭缝为中心的整流子表面的不均匀磨损区域变窄，因此能够延长在有机硅气体环境下的寿命。

如上所述，通过使用具有比较窄的刷宽的凸形状碳刷，在有机硅气体环境下能够使整流子表面的不均匀磨损区域变窄，但是更具体地说，详细情况如后所述，本发明中，通过将刷相位角设定为(0°～8°)/定子磁极对数，将刷宽设定为(8°～16°)/定子磁极对数的角度，从而能够在有机硅气体环境下降低不均匀磨损。

接下来，进一步说明锁定时噪声的降低。如图5所示，将电刷的整流子滑动面的一端表示为“刷前端”(整流子旋转方向的上游侧)，将另一端表示为“刷后端”(下游侧)。在本说明书中，刷宽由连结整流子面上的刷前端和整流子旋转中心的线与连结整流子面上的刷后端和整流子旋转中心的线所构成的角度表示。并且，在电刷磨损时，在该刷前端，由于切换整流，刷相位角由磁体中心线与连结刷前端和整流子旋转中心的线所构成的角度表示。详细情况如后所述，本发明通过将刷相位角设定为(0°～8°)/定子磁极对数，并且将刷宽设定为(8°～16°)/定子磁极对数的角度，能够防止噪声的产生。

参照图13，如前所述，虽然电刷位置是随机确定的，但是当电动机在由限动器锁定后的反力的作用下反转时，若磨损的电刷中的一个位于两个整流子片之间的狭缝上，则由于大的转矩，电动机再次开始旋转。但是，本发明者发现即使在这种情况下，通过如上所述地设定刷相位角及刷宽，也能够抑制产生的转矩的上升。以下，参照图9～图10，对刷相位角及刷宽与噪声产生的关系进行说明。

图9(A)是说明在虚线所示的磁体的中心线上配置了无磨损的初期的碳刷时的刷切换的图，(B)是表示此时的转矩变动的图。由于假定整流子旋转方向为顺时针旋转，因此以图中(a)、(b)、(c)的顺序进行旋转。电动机相位表示整流子与电刷的切换位置相对于磁体的各磁极中心位置的关系。众所周知，在磁体的中心线上切换而进行整流为中性，相对于该中性，在电刷的位置偏向电动机旋转方向的相反侧(上游侧)的位置上进行整流为提前角，并且，相对于中性，在电刷的位置偏向电动机的旋转方向(下游侧)的位置上进行整流为滞后角。

如图9(A)所示，无磨损的初期的碳刷与整流子片形成线接触(实际上，在图中的进深方向具有规定的长度)。因此，在整流子片间的狭缝位于(b)所示的磁体的中心线上时，从碳刷流出的电流从整流子片P向整流子片Q切换。

图9(B)是说明使用无磨损的初期的碳刷时的转矩变动的图。横轴表示时间(角度)，纵轴表示产生的转矩。众所周知，在电动机绕组上施加有固定值的电源电压与反电动势的差电压。在电刷与一个整流子片P开始接触时，由于反电动势低，因此实际上在电动机绕组上施加有大的电压。但是，由于电动机绕组具有电感，因此电流在规定的时间常数上升。上升后的电流随着反电动势变大而降低。转矩也与电流成比例而降低。并且，若电刷接触线到达整流子片间的狭缝，则经由整流子片p的电流断开，然后，相对于下一个整流子片Q开始接触，并且经历同样的过程。

另外，图9(B)表示当电动机在由限动器锁定后的反力的作用下反转时，虽然转矩上升但上升很小的情况。如此，只要使用无磨损的初期的碳刷在中性相位进行整流作用，当电动机在由限动器锁定后的反力的作用下反转时，即使一个电刷位于两个整流子片之间的狭缝上，由于产生的转矩小，因此电动机不会再次开始旋转。

图10(A)是说明在虚线所示的磁体的中心线上配置了磨损了的碳刷时的刷切换的图，(B)是表示此时的转矩变动的图。由于整流子旋转方向假定为顺时针旋转，因此以(a)、(b)、(c)、(d)的顺序进行旋转。如图10(A)所示，磨损时的碳刷与整流子片形成面接触。即电刷在从其宽度方向前端到后端的整面上与整流子片接触。在(a)所示的状态下，电刷仅与一个整流子片接触。接下来，在(b)所示的状态下，从碳刷流出的电流从整流子片P一方向整流子片P与整流子片Q这两方切换。该状态(b)表示切换。并且，经过电刷完全与整流子片P与Q这两方接触的状态(c)，在状态(d)的位置，电刷离开整流子片P，仅与整流子片Q接触。

图10(B)是说明使用磨损后的碳刷时的转矩变动的图。横轴表示时间(角度)，纵轴表示产生的转矩。上升后的电流随着反电动势变大而降低。转矩也与电流成比例而降低。但是，在图10(B)中，在因电刷磨损量提前切换而经由整流子片P与Q这两方流动的电流的作用下，产生的转矩也变大。并且，电流在状态(d)下单独向整流子片Q切换，因此转矩急剧下降。如图所示，示出如下情况：若在转矩急剧下降的位置(图10(A)所示的状态(d))或其附近存在限动器，则当电动机在由限动器锁定后的反力的作用下反转时，转矩上升大。如此，在使用磨损时的碳刷时，其整流作用如图10(A)的(b)所示，形成相位角α的提前角。并且，上述那样以狭缝为中心的整流子表面的不均匀磨损也成为提前角的原因。由此，虽然当电动机在由限动器锁定后的反力的作用下旋转时，电刷位置是随机的，但是若一个电刷与两个整流子片同时接触，则产生的转矩大，因此电动机再次开始旋转。

通过以上可知，电动机在由限动器锁定后的反力的作用下旋转时产生的转矩的上升与相位角α有关。图11是表示相位角度与噪声产生时间的关系的图。试验对各样本每五个电动机(负荷为4.9mNm时，电流为0.6A，转速为10600r/min额定)进行，并在图中示出。本试验的一个循环为0.2秒正转-2.3秒断开-0.2秒反转-2.3秒断开，测定两分钟内噪声产生时间(毫秒：ms)。试验条件(耐久试验的条件)为端子间电压13.5V(DCCONSTANT)、负荷4.9mNm、试验环境：常温常湿(及25℃60％RH)。

如上所述，噪声产生是随机的，如图所示，噪声产生存在不均，但在相位角度为0°～8°时不产生噪声。相位角度比0°小的负值的情况意味着滞后角相位，由于滞后角使效率、电噪声、寿命等恶化，因此对于电动机来说为不优选的状态，通常不使用。

图12是在横轴通过以电动机中心为中心的角度表示碳宽，在纵轴表示最大的噪声产生时间的图。在使电动机进行正转、反转两方向动作时，电刷需要相对于中心线在宽度方向上构成对称，在该情况下，碳宽角度的一半为相位角度。相位角度的下限由于刷宽的下限而受到限制。如图所示，在8°～16°的碳宽角度内不产生噪声。其中，优选碳宽角度的下限在整流子片间的狭缝宽度以上。

Claims

1.一种有刷电动机，其具备：

电动机箱体；

在该箱体的开口部配置的端盖；

安装在所述箱体的内周面且构成定子磁极的成对构成的磁体；

在电动机轴上具备转子磁极及整流子的转子；

固定于所述端盖且包括与所述整流子滑动接触的一对电刷的电刷装置，所述有刷电动机与使电动机的旋转机械停止的停止机构一同使用，其中，

所述电刷装置具有所述一对电刷和分别保持该一对电刷的一对支承机构，

通过所述支承机构具有的弹性使电刷能够沿与电刷滑动接触的整流子的径向移动，并且使电刷能够沿与电刷滑动接触的整流子的切线方向移动。

2.根据权利要求1所述的有刷电动机，其中，

所述一对支承机构是保持所述电刷的一对电刷臂，所述电刷装置具有与该电刷臂分别结合的一对电刷基座，所述电刷臂中与所述电刷基座的结合端部固定于所述端盖，并且在与所述结合端部不同的位置，在该电刷臂设置有弯曲部。

3.根据权利要求2所述的有刷电动机，其中，

所述电刷的由角度表示的刷相位角在(大于0°且8°以下)/定子磁极对数的范围内，其中，所述角度是沿整流子轴向观察所述电刷时，磁体中心线与连结位于整流子旋转方向的上游侧的刷前端和整流子旋转中心的线所构成的角度。

4.根据权利要求3所述的有刷电动机，其中，

所述电刷的由角度表示的刷宽在(8°以上且16°以下)/定子磁极对数的范围内，其中，所述角度是沿整流子轴向观察所述电刷时，连结刷前端和整流子旋转中心的线与连结刷后端和整流子旋转中心的线所构成的角度。

5.根据权利要求2所述的有刷电动机，其中，

所述电刷为配置成与磁体中心线一致的碳刷，且以电刷的整流子滑动面在整流子周向上的宽度变窄的方式构成为凸形状。

6.根据权利要求2所述的有刷电动机，其中，

沿所述切线方向能够移动的电刷能够以比450Hz低的频率振动。