CN114223116A - 电动机和电气设备 - Google Patents

Abstract

电动机包括：转子，其具有旋转轴；换向器，其安装于旋转轴；通电电刷，其与换向器接触；以及辅助电刷，其与换向器接触，换向器具有沿着旋转轴的周向设置的多个换向区段，通电电刷和辅助电刷借助非线性元件电连接，辅助电刷以在多个换向区段以旋转轴为中心而旋转时该辅助电刷与多个换向区段中的通电电刷刚刚分离之后的换向区段接触的方式配置，非线性元件的破坏电压比多个换向区段的相邻的两个换向区段之间的电压高且为在多个换向区段中的通电电刷刚刚分离之后的换向区段与通电电刷之间产生的火花的电弧电压以下。

Description

电动机和电气设备

技术领域

本公开涉及电动机和电气设备。

背景技术

电动机用于电动吸尘器所搭载的电动风机等各种产品。作为电动机，已知使用电刷和换向器的换向器电动机(换向器马达)或不使用电刷和换向器的无刷电动机。

换向器电动机例如包括定子、转子、安装于转子的旋转轴的换向器以及与换向器滑动接触的通电电刷。换向器具有沿着转子的旋转轴的周向等间隔地设置的多个换向区段。在多个换向区段分别电连接有卷绕于转子的芯的绕组线圈。

在该换向器电动机中，利用通电电刷和换向器对转子的绕组线圈进行通电。在该情况下，在通过换向器的旋转而切换通电的绕组线圈时(即通电电刷自换向区段分离的瞬间)，有时在通电电刷与换向区段之间产生火花(也称为火星)。若产生火花，则通电电刷的磨损加快。由此，电动机的寿命降低。

于是，以往，为了抑制火花的产生而谋求通电电刷的长寿命化，提出了除了通电电刷以外设置辅助电刷，并且将用于吸收火花的电弧电压的电子部件连接于辅助电刷的技术(例如参照专利文献1、2)。具体而言，在专利文献1、2所公开的换向器电动机中，借助稳压二极管将通电电刷和辅助电刷连接。

但是，在专利文献1、2所公开的结构中，有时不能充分地抑制在通电电刷与换向区段之间产生的火花。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭52－54903号公报

专利文献2：日本特开2017－192233号公报

发明内容

本公开是为了解决这样的问题而完成的。本公开的目的在于，提供能够抑制在通电电刷与换向区段之间产生的火花的电动机和具备该电动机的电气设备。

为了达成上述目的，本公开的电动机的一技术方案包括：转子，其具有旋转轴；换向器，其安装于旋转轴；通电电刷，其与换向器接触；以及辅助电刷，其与换向器接触，换向器具有沿着旋转轴的周向设置的多个换向区段，通电电刷和辅助电刷借助非线性元件电连接，辅助电刷以在多个换向区段以旋转轴为中心而旋转时该辅助电刷与多个换向区段中的通电电刷刚刚分离之后的换向区段接触的方式配置，非线性元件的破坏电压比多个换向区段的相邻的两个换向区段间的电压高且为在多个换向区段中的通电电刷刚刚分离之后的换向区段与通电电刷之间产生的火花的电弧电压以下。

此外，本公开的电气设备的一技术方案是使用上述的电动机的电气设备。

根据本公开，能够抑制在通电电刷与换向区段之间产生的火花。

附图说明

图1是实施方式的电动机的剖视图。

图2是表示用于抑制实施方式的电动机的火花的产生的电路结构的图。

图3A是用于说明火花的产生原理的图。

图3B是用于说明火花的产生原理的图。

图4是表示在实验例的电动机中通电电刷与换向区段之间的电压和电流的图。

图5A是用于说明在实施方式的电动机中用于抑制火花的产生的原理的图。

图5B是用于说明在实施方式的电动机中用于抑制火花的产生的原理的图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本公开的实施方式。另外，以下说明的实施方式表示本公开的一具体例。因而，在以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置和连接形态等是一例，主旨并非限定本公开。由此，以下的实施方式的构成要素中的未记载于独立权利要求的构成要素作为任意的构成要素来说明。

另外，各图是示意图，并非一定严密地图示。此外，在各图中，对实质上相同的结构标注相同的附图标记，省略或简化重复的说明。

(实施方式)

首先，使用图1和图2，说明实施方式的电动机1的结构。图1是实施方式的电动机1的剖视图。图2是表示该电动机1的用于抑制火花的产生的电路结构的图。在图2中，细的黑箭头表示电流的流动。

电动机1是换向器电动机。如图1和图2所示，电动机1包括定子10、转子20、换向器30、通电电刷40、辅助电刷50以及收纳定子10和转子20的框架60。转子20在定子10的磁力的作用下旋转。换向器30安装于转子20的轴21。通电电刷40与换向器30接触。辅助电刷50与换向器30接触。框架60收纳定子10和转子20。

电动机1是利用直流驱动的直流电动机(DC马达)。电动机1使用磁体11作为定子10，并且使用具有绕组线圈22的电枢作为转子20。

电动机1能够用于各种电气设备。例如，电动机1能够用于电动吸尘器或干手器等所搭载的电动风机。此外，电动机1也能够用于汽车所搭载的电装设备或电动工具等。

以下，详细地说明电动机1的各构成构件。

定子10(stator)产生对转子20作用的磁力。定子10与作为电枢的转子20一同构成磁路。定子10具有多个磁极。具体而言，定子10构成为在其与转子20的气隙面沿着轴21的周向交替地存在N极和S极。定子10由多个磁体11(magnet)构成。磁体11是形成用于产生转矩的磁通的磁场磁体。磁体11例如是具有S极和N极的永久磁体。

构成定子10的多个磁体11以沿着轴21的周向交替且均匀地存在N极和S极的方式配置。因而，定子10(磁体11)所产生的主磁通的方向是与轴21的轴心C的方向正交的方向。多个磁体11以包围转子20的方式沿着周向等间隔地配置。多个磁体11位于转子20的转子芯23的径向的外周侧。具体而言，N极和S极被磁化而成的多个磁体11以N极的磁极中心和S极的磁极中心沿着周向成为等间隔的方式配置。

作为一例，多个磁体11分别是在俯视时厚度实质上恒定的圆弧形状。多个磁体11固定于框架60。具体而言，各磁体11粘接固定于框架60的内周面。

转子20(rotor)产生对定子10作用的磁力。转子20所产生的主磁通的方向是与轴21的轴心C的方向正交的方向。转子20在定子10的磁力的作用下以轴21为旋转中心而旋转。

转子20是内转子，配置于定子10的内侧。具体而言，转子20被构成定子10的多个磁体11包围。转子20与定子10隔着气隙配置。具体而言，在转子20的外周面与各磁体11的内表面之间存在微小的气隙。

转子20具有轴21。转子20是电枢。转子20具有绕组线圈22和转子芯23。

轴21是具有轴心C的旋转轴。轴21是成为转子20旋转时的中心的纵长状的棒状构件。轴21的长度方向(延伸方向)是轴心C的方向(轴心方向)。轴21被轴承等保持为旋转自如。虽未图示细节，但例如作为轴21的一个端部的第1端部21a支承于第1轴承，该第1轴承保持于在框架60固定的支架或直接保持于框架60。作为轴21的另一个端部的第2端部21b支承于第2轴承，该第2轴承保持于在框架60固定的支架或直接保持于框架60。支架例如以覆盖框架60的开口部的方式固定于框架60。

轴21固定于转子20的中心。轴21例如是金属棒。轴21以贯穿转子芯23的状态固定于转子芯23。例如，轴21通过压入或热套于转子芯23的中心孔而固定于转子芯23。

绕组线圈22(转子线圈)以通过电流流动而产生对定子10作用的磁力的方式卷绕。绕组线圈22隔着绝缘体24卷绕于转子芯23。具体而言，绕组线圈22具有卷绕于转子芯23的多个齿中的各齿的主线圈。主线圈设于转子20的每个插槽。

绕组线圈22与换向器30电连接。具体而言，绕组线圈22与换向器30的换向区段31电连接。通过电流经由换向器30向绕组线圈22流动，从而转子20产生对定子10作用的磁力。

绕组线圈22除了主线圈以外包含将换向区段31的相互间连线而电连接的连接线。连接线与主线圈一体地构成。也就是说，连接线和主线圈在中途不被切断地成为连续的1根导电线。在该情况下，连接线既可以是1根导电线中的将相邻的两个主线圈彼此连接的部分，也可以是开始卷绕主线圈之前的部分，也可以是结束卷绕主线圈之后的部分。另外，连接线和主线圈也可以不是连续的1根导电线，而是在换向区段31等中连结的单独的导电线。

转子芯23是供绕组线圈22卷绕的电枢芯。转子芯23例如是形成为预定形状的多个冲裁电磁钢板在轴21的轴心C的方向上层叠而成的层叠体。转子芯23不限于电磁钢板的层叠体，也可以是由磁性材料构成的块体。在转子芯23的外周面与定子10的各磁体11的内表面之间存在微小的气隙。

转子芯23具有多个齿。多个齿沿着在与轴21的轴心C正交的方向(径向)上自旋转轴分离的方向延伸。多个齿沿着轴21的旋转方向等间隔地存在。

换向器30安装于轴21。因而，换向器30通过转子20旋转而与轴21一同旋转。换向器30安装于轴21的第1端部21a。

换向器30具有多个换向区段31。如图2所示，多个换向区段31沿着轴21的周向设置。具体而言，多个换向区段31以包围轴21的方式呈圆环状等间隔地排列。在本实施方式中，换向器30具有12个换向区段31。

多个换向区段31分别是沿着轴21的长度方向延伸的换向片。多个换向区段31分别例如是由铜等金属材料构成的导电端子。多个换向区段31分别与转子20的绕组线圈22电连接。作为一例，换向器30是模制换向器。如图1所示，换向器30成为对多个换向区段31进行树脂模制而成的结构。在该情况下，多个换向区段31以表面暴露的方式埋入于模制树脂32。另外，多个换向区段31彼此也可以以利用均压线而相互成为相同电位(均压)的方式电连接。

如图2所示，通电电刷40和辅助电刷50与换向器30接触。具体而言，通电电刷40和辅助电刷50与换向器30的换向区段31滑动接触。虽未图示，但通电电刷40和辅助电刷50滑动自如地保持于电刷保持件。例如，通电电刷40和辅助电刷50收纳于电刷保持件的收纳部。在该情况下，通电电刷40和辅助电刷50在电刷保持件的收纳部的内部滑动。此外，虽未图示，但在电动机1中设有螺旋弹簧或扭转弹簧等电刷弹簧以将通电电刷40和辅助电刷50按压于换向器30。电刷弹簧利用弹簧弹性对通电电刷40和辅助电刷50施加按压。通电电刷40和辅助电刷50分别承受来自电刷弹簧的按压力而成为顶端部的表面始终与换向器30的换向区段31接触的状态。通电电刷40和辅助电刷50分别与换向区段31相互滑动的面成为滑动面。另外，电刷弹簧设于每一个通电电刷40和每一个辅助电刷50，但不限于此。

通电电刷40和辅助电刷50是具有导电性的导电体。作为一例，通电电刷40和辅助电刷50是由碳构成的纵长状的实质上是长方体的碳刷。具体而言，通电电刷40和辅助电刷50是含有铜等金属的碳刷。例如，通电电刷40和辅助电刷50能够通过将由石墨粉、铜粉、粘合树脂、固化剂混合而成的混合物粉碎并压缩成形为长方体而烧成来制作。在该情况下，通电电刷40和辅助电刷50既可以是含有较多的铜等金属成分(例如金属成分为30％，碳成分为70％)的金属石墨质电刷，也可以是保留具有橡胶弹性的树脂的特性(例如树脂成分为20％，碳成分为80％)的树脂质电刷。

通电电刷40是通过与换向器30接触而向转子20供给电力的供电电刷。具体而言，通电电刷40的顶端部分与换向器30的换向区段31接触。因而，在通电电刷40连接有供从设于电动机1的外部的电源70供给的电流流动的电线。例如，通电电刷40借助猪尾线等电线与接收来自电源70的电力的电极端子电连接。具体而言，一个端部连接于电极端子的猪尾线的另一个端部连接于通电电刷40的后端部，通过通电电刷40与换向区段31接触，经由猪尾线供给到通电电刷40的电枢电流经由换向区段31向转子20的各绕组线圈22流动。

通电电刷40构成为存在跨相邻的两个换向区段31地接触的状态。也就是说，通电电刷40的在转子20的旋转方向上的横宽的长度大于相邻的两个换向区段31的间隔的长度。由此，通电电刷40能够使连接于两个换向区段31之间的绕组线圈22短路。例如，在如图2所示那样一个通电电刷40与相邻的两个换向区段31这两者接触的情况下，连接于上述的两个换向区段31的绕组线圈22短路。

通电电刷40设有多个。多个通电电刷40分别与换向器30接触。具体而言，多个通电电刷40包含第1通电电刷41和第2通电电刷42作为一对通电电刷40。第1通电电刷41和第2通电电刷42以夹持换向器30的方式相对地配置。也就是说，第1通电电刷41和第2通电电刷42以轴21的轴心C为中心而轴对称地配置。第1通电电刷41和第2通电电刷42分别在与轴21的轴心C正交的方向(径向)上与换向器30的换向区段31接触。第1通电电刷41和第2通电电刷42连接于电源70。电源70是直流电源。第1通电电刷41是连接于作为直流电源的电源70的阳极侧(正极侧)的阳极侧电刷，第2通电电刷42是连接于作为直流电源的电源70的阴极侧(负极侧)的阴极侧电刷。作为一例，电源70是12V的直流电源。在该情况下，电动机1的输入电压V_IN成为12V。也就是说，对一对通电电刷40施加12V的直流电压。

辅助电刷50是对于通电电刷40附加的电刷。具体而言，辅助电刷50是用于抑制通电电刷40和换向区段31分开而产生的火花的火花抑制电刷。辅助电刷50以与多个换向区段31中的通电电刷40刚刚分离之后的换向区段31接触的方式配置。

辅助电刷50配置有多个。多个辅助电刷50分别与换向器30接触。具体而言，多个辅助电刷50包含第1辅助电刷51和第2辅助电刷52作为一对辅助电刷50。第1辅助电刷51和第2辅助电刷52分别以与换向器30的换向区段31接触的方式配置。

具体而言，第1辅助电刷51以与多个换向区段31中的第1通电电刷41刚刚分离之后的换向区段31接触的方式配置。也就是说，第1辅助电刷51以在第1通电电刷41自相邻的两个换向区段31中的一个换向区段31分离时与该一个换向区段31接触的方式配置。此时，第1通电电刷41与两个换向区段31中的位于比第1辅助电刷51接触的该一个换向区段31靠转子20的旋转方向的后方的位置的另一个换向区段31接触。

同样，第2辅助电刷52以与多个换向区段31中的第2通电电刷42刚刚分离之后的换向区段31接触的方式配置。也就是说，第2辅助电刷52以在第2通电电刷42自相邻的两个换向区段31中的一个换向区段31分离时与该一个换向区段31接触的方式配置。此时，第2通电电刷42与两个换向区段31中的位于比第2辅助电刷52接触的该一个换向区段31靠转子20的旋转方向的后方的位置的另一个换向区段31接触。

另外，通电电刷40和辅助电刷50配置于同一平面上。具体而言，通电电刷40和辅助电刷50配置于与轴21的轴心C的方向正交的同一平面上。第1通电电刷41、第2通电电刷42、第1辅助电刷51以及第2辅助电刷52在框架60内并非在轴21的轴心C的方向上错开，而是配置于同一平面上。

通电电刷40和辅助电刷50借助稳压二极管80电连接。也就是说，在通电电刷40与辅助电刷50之间连接有稳压二极管80。通电电刷40和辅助电刷50与稳压二极管80例如利用引线等电线电连接。

稳压二极管80是具有击穿电压(齐纳电压)作为破坏电压的非线性元件的一例。作为稳压二极管80，例如能够使用击穿电压为3V或2.5V的稳压二极管。

稳压二极管80作为抑制在通电电刷40与换向区段31之间产生的火花的火花抑制部发挥功能。具体而言，利用在通电电刷40自换向区段31分离的瞬间根据绕组线圈22的自感作用而生成的反电动势在绕组线圈22的两端产生电压。但是，该电压对稳压二极管80向相反方向施加。此时，稳压二极管80若被施加比击穿电压大的电压，则电流从阳极朝向阴极流动，两端的电压维持为击穿电压。由此，通电电刷40与换向区段31之间的电压维持为比利用反电动势在绕组线圈22的两端产生的电压低的击穿电压，因此能够抑制在通电电刷40与换向区段31之间产生的火花。

在本实施方式中，稳压二极管80与通电电刷40和辅助电刷50同样地使用多个。具体而言，稳压二极管80包含第1稳压二极管81和第2稳压二极管82。

第1通电电刷41和第1辅助电刷51借助第1稳压二极管81电连接。也就是说，在第1通电电刷41与第1辅助电刷51之间的布线路径插入有第1稳压二极管81。具体而言，对于第1稳压二极管81，第1稳压二极管81的阳极侧端子连接于第1辅助电刷51，第1稳压二极管81的阴极侧端子连接于第1通电电刷41。因而，第1稳压二极管81的阴极侧端子成为与作为直流电源的电源70的阳极相同的电位。

同样，第2通电电刷42和第2辅助电刷52借助第2稳压二极管82电连接。也就是说，在第2通电电刷42与第2辅助电刷52之间的布线路径插入有第2稳压二极管82。具体而言，对于第2稳压二极管82，第2稳压二极管82的阳极侧端子连接于第2通电电刷42，第2稳压二极管82的阴极侧端子连接于第2辅助电刷52。因而，第2稳压二极管82的阴极侧端子成为与作为直流电源的电源70的阴极相同的电位。

另外，第1稳压二极管81和第2稳压二极管82既可以内置于电动机1，也可以配置于电动机1的外部。

接着，也包含达到本发明的经过在内地说明电动机1的特征。

以往以来，已知通过向通电电刷与辅助电刷之间插入稳压二极管而抑制在通电电刷与换向区段之间产生的火花的技术。但是，已知：在以往的结构中，有时不能充分地抑制火花的产生。

本发明人进行深入研究，结果得知：根据换向区段的数量、电动机的输入电压以及通电电刷的材质的差异，有时不能抑制火花的产生。也就是说，得知：若稳压二极管的击穿电压不与换向区段的数量、电动机的输入电压以及通电电刷的材质相应地处于预定的范围内，则有时不能充分地抑制火花的产生。

于是，本发明人着眼于火花产生时的状态，研究了稳压二极管的最佳的击穿电压。

在此，首先，使用图3A和图3B，说明火花的产生原理。图3A和图3B是用于说明火花的产生原理的图。另外，图3A和图3B所示的电动机是在图2所示的电动机1中未设置辅助电刷50和稳压二极管80的结构的电动机。

如图3A所示，在一个通电电刷40与相邻的两个换向区段31即第1换向区段31a和第2换向区段31b这两者接触的状态的情况下，插入到第1换向区段31a与第2换向区段31b之间的绕组线圈22短路。

若从该状态通过转子20的旋转而进行换向器30的旋转，则成为图3B所示的状态。也就是说，通电电刷40自第1换向区段31a分离，成为仅与位于比第1换向区段31a靠旋转方向的后方的位置的第2换向区段31b接触的状态。

此时，在第1换向区段31a自通电电刷40分离的瞬间，根据绕组线圈22的自感作用而生成反电动势，由该反电动势引起的回流电压施加于通电电刷40与第1换向区段31a之间而发生电弧放电。其结果，在通电电刷40与第1换向区段31a之间生成电弧电压Va而产生火花。也就是说，在该情况下，第1换向区段31a成为火花产生区段。

本发明人在研究稳压二极管的最佳的击穿电压时，通过实验来测量产生火花时的通电电刷40与换向区段31之间的电压和电流。将其结果表示于图4。图4是表示在实验例的电动机中通电电刷40与换向区段31之间的电压和电流的图，表示实测值。

在此，在该实验中使用的实验例的电动机是在上述实施方式的电动机1中未设置辅助电刷50和稳压二极管80的结构，除此以外是与上述实施方式的电动机1相同的结构。在该情况下，作为换向区段31，使用由铜构成的换向区段。换向器30的换向区段31的总数设为12。对于电源70，设为直流电源，将电源电压(输入电压)设为12V。通电电刷40设为第1通电电刷41和第2通电电刷42这两个，且均设为金属石墨质电刷。因而，从第1通电电刷41向第2通电电刷42的电流路径成为将通过6个换向区段31和6个绕组线圈22的两个电流路径并列连接而成的并联电路，因此相邻的两个换向区段31之间的电压(相邻区段间电压)成为12V/6＝2V。

在图4中，数据线L1表示通电电刷40与换向区段31之间的电压V_B－S。具体而言，在图3A和图3B中，数据线L1表示第1通电电刷41与第1换向区段31a之间的电压。数据线L1表示随着时间的经过而发生的电压的变化。

在图4中，数据线L2表示通电电刷40与换向区段31之间的电流I_B－S。具体而言，在图3A和图3B中，数据线L2表示第1通电电刷41与第1换向区段31a之间的电流。由于图3A和图3B所示的第1通电电刷41是阳极侧电刷，因此第1通电电刷41与第1换向区段31a之间的电流I_B－S向从第1通电电刷41朝向第1换向区段31a的方向流动。数据线L2表示随着时间的经过而发生的电流的变化。

如图4的数据线L1所示，可知：在通电电刷40和换向区段31分开的瞬间，通电电刷40与换向区段31之间的电压V_B－S增加，开始产生火花。此时的电压V_B－S为约4V。也就是说，火花开始电压为4V，在电压V_B－S大于4V时，发生电弧放电而开始产生火花。在电弧放电持续的电弧持续期间(即火花产生过程中)内，电弧电压固定为大致恒定的电压值。在图4中，电弧电压为约13V。

电弧放电持续到火花消失为止。也就是说，在电弧放电持续的期间内，第1换向区段31a与第2换向区段31b之间的绕组线圈22(参照图3A和图3B)的能量放出，流动到绕组线圈22的电流被电弧电压消耗。在向第1换向区段31a与第2换向区段31b之间的绕组线圈22流动的电流消失时电弧电压成为零，火花消失。

本发明人改变换向区段31的数量、电动机的输入电压以及通电电刷40的材质的条件而重复上述的实验，结果探明：无论条件如何，火花开始电压都为约3V～4V左右。

并且，在图4中，电弧电压为约13V，根据实验还得知：在通电电刷40是金属石墨质电刷的情况下，电弧电压处于10V以上且15V以下的范围。将通电电刷40替换为树脂质电刷而进行同样的实验，结果还得知：在通电电刷40是树脂质电刷的情况下，电弧电压处于13V以上且20V以下的范围。

本发明人基于以上那样的实验而进行深入研究，结果在如图5A和图5B所示那样在通电电刷40与辅助电刷50之间连接稳压二极管80时，着眼于相邻的两个换向区段31之间的电压和火花产生时的电弧电压，发现能够有效地抑制火花的稳压二极管80的最佳的击穿电压V_BR的范围。图5A和图5B是用于说明在实施方式的电动机1中用于抑制火花的产生的原理的图。在电动机1中，使用具有这样的击穿电压V_BR的稳压二极管80。

具体而言，在本实施方式的电动机1中，稳压二极管80的击穿电压V_BR设定为比多个换向区段31的相邻的两个换向区段31之间的电压(相邻区段间电压)高且为在多个换向区段31中的通电电刷40刚刚分离之后的换向区段31与通电电刷40之间产生的火花的电弧电压以下。

更具体而言，如图5A和图5B所示，稳压二极管80的击穿电压V_BR设定为比相邻的第1换向区段31a与第2换向区段31b之间的电压高且为在通电电刷40刚刚分离之后的第1换向区段31a与通电电刷40之间产生的火花的电弧电压以下。

通过这样将稳压二极管80的击穿电压V_BR设为火花的电弧电压以下，能够有效地抑制在通电电刷40刚刚分离之后的换向区段31与通电电刷40之间产生的火花。假若击穿电压V_BR比相邻的两个换向区段31之间的电压低，则始终向稳压二极管80流通电流。因而，通过如上所述那样使击穿电压V_BR比相邻的两个换向区段31之间的电压高，能够仅在火花产生时向稳压二极管80流通电流。

通过这样将稳压二极管80的击穿电压V_BR设定在上述范围，从而无论换向区段31的数量、电动机1的输入电压以及通电电刷40的材质的差异如何，都能够利用稳压二极管80有效地吸收火花产生时的电弧电压。因而，能够充分地抑制在换向区段31与通电电刷40之间产生的火花。

对于稳压二极管80的击穿电压V_BR的上限，可以以相邻的两个换向区段31之间的电压为基准而设定。具体而言，击穿电压V_BR可以为相邻的两个换向区段31之间的电压的150％以下。

也就是说，在将换向器30的换向区段31的总数设为N_SEG，将电动机1的输入电压(电源70的直流电压)设为V_IN，将相邻的两个换向区段31之间的电压设为V_S－S时，稳压二极管80的击穿电压V_BR可以满足以下的式(1)。

V_IN/(N_SEG/2)×100％＜V_BR≤V_IN/(N_SEG/2)×150％···(1)

如上所述，在本实施方式的电动机1中，由于相邻的两个换向区段31之间的电压为12V/6＝2V，因此稳压二极管80的击穿电压V_BR设定为相邻的两个换向区段31之间的电压的150％＝2V×150％＝3V。

击穿电压V_BR可以为相邻的两个换向区段31之间的电压的140％以下，更优选为130％以下，进一步优选为125％以下。

稳压二极管80的击穿电压V_BR的值较低为佳。在该情况下，稳压二极管80的击穿电压V_BR可以为电弧电压的80％以下，优选为70％以下，更优选为50％以下，进一步优选为30％以下。

如上所述，在使用电弧电压为约13V、击穿电压V_BR为3V的稳压二极管80的情况下，击穿电压V_BR成为电弧电压的约23％左右。

如上所述，本发明人反复进行实验，结果得知：无论条件如何，火花开始电压都为3V～4V左右。并且，在上述实施方式中，相邻的两个换向区段31之间的电压为2V。

鉴于该情况，在相邻的两个换向区段31之间的电压小于2V的情况下，稳压二极管80的击穿电压V_BR可以为2V以上且3V以下。

通过将相邻的两个换向区段31之间的电压和稳压二极管80的击穿电压V_BR设定在这样的范围，能够抑制在通电电刷40与换向区段31之间产生火花。也就是说，能够避免火花产生本身。

如上所述，在通电电刷40是金属石墨质电刷的情况下，电弧电压为10V以上且15V以下。在通电电刷40是树脂质电刷的情况下，电弧电压为13V以上且20V以下。

由此，能够与通电电刷40的材质相应地适当设定稳压二极管80的击穿电压V_BR。因而，能够有效地抑制火花的产生。

此外，通过将击穿电压V_BR设为通电电刷40与换向区段31之间的火花开始电压以下，能够抑制在通电电刷40与换向区段31之间产生火花。也就是说，能够起到能够避免火花产生本身这样的效果。

像以上那样，本实施方式的电动机1包括具有与轴21相当的旋转轴的转子20、安装于旋转轴的换向器30、与换向器30接触的通电电刷40以及与换向器30接触的辅助电刷50。换向器30具有沿着旋转轴的周向设置的多个换向区段31。通电电刷40和辅助电刷50借助与稳压二极管80相当的非线性元件电连接。辅助电刷50以在多个换向区段31以旋转轴为中心而旋转时该辅助电刷50与多个换向区段31中的通电电刷40刚刚分离之后的换向区段31接触的方式配置。非线性元件的破坏电压比多个换向区段31的相邻的两个换向区段间的电压高且为在多个换向区段31中的通电电刷40刚刚分离之后的换向区段31与通电电刷40之间产生的火花的电弧电压以下。

由此，能够抑制在通电电刷与换向区段之间产生的火花。

(变形例)

以上，基于实施方式而说明了本公开的电动机1，但本公开不限定于上述实施方式。

例如，在上述实施方式中，作为向通电电刷40与辅助电刷50的布线路径插入的火花抑制部件，使用稳压二极管80，但不限于此。具体而言，也可以向通电电刷40与辅助电刷50的布线路径插入变阻器、MOSFET(Metal－Oxide－Semiconductor Field－EffectTransistor金属氧化物半导体场效应晶体管)等其他非线性元件。也就是说，通电电刷40和辅助电刷50也可以借助变阻器、MOSFET等非线性元件连接。在该情况下，非线性元件的破坏电压设定为比多个换向区段31的相邻的两个换向区段31之间的电压高且为在多个换向区段31中的通电电刷40刚刚分离之后的换向区段31与通电电刷40之间产生的火花的电弧电压以下即可。

在上述实施方式中，通电电刷40和辅助电刷50设为两个，但不限于此。具体而言，通电电刷40和辅助电刷50也可以是一个，也可以是三个以上。

在上述实施方式中，定子10由磁体11构成，但不限于此。例如，定子10也可以由定子芯和卷绕于定子芯的绕组线圈构成。

在上述实施方式中，转子20具有芯，但不限于此。电动机1也能够应用于不具有芯的无芯马达。例如，电动机1能够应用于定子10和转子20的磁通沿着轴21的轴心C的方向产生的扁平型的扁平马达即无芯马达。

此外，对上述实施方式实施本领域技术人员能够想到的各种变形而得到的形态和通过在不脱离本公开的主旨的范围内将实施方式的构成要素和功能任意地组合而实现的形态也包含于本公开。

产业上的可利用性

本公开能够应用于以电动吸尘器或汽车等为首的搭载有电动机的各种产品。

附图标记说明

1、电动机；10、定子；11、磁体；20、转子；21、轴；21a、第1端部；21b、第2端部；22、绕组线圈；23、转子芯；24、绝缘体；30、换向器；31、换向区段；31a、第1换向区段；31b、第2换向区段；32、模制树脂；40、通电电刷；41、第1通电电刷；42、第2通电电刷；50、辅助电刷；51、第1辅助电刷；52、第2辅助电刷；60、框架；70、电源；80、稳压二极管；81、第1稳压二极管；82、第2稳压二极管。

Claims (11)

1.一种电动机，其中，

该电动机包括：

转子，其具有旋转轴；

换向器，其安装于所述旋转轴；

通电电刷，其与所述换向器接触；以及

辅助电刷，其与所述换向器接触，

所述换向器具有沿着所述旋转轴的周向设置的多个换向区段，

所述通电电刷和所述辅助电刷借助非线性元件电连接，

所述辅助电刷以在所述多个换向区段以所述旋转轴为中心而旋转时该辅助电刷与所述多个换向区段中的所述通电电刷刚刚分离之后的换向区段接触的方式配置，

所述非线性元件的破坏电压比所述多个换向区段的相邻的两个换向区段间的电压高且为在所述多个换向区段中的所述通电电刷刚刚分离之后的所述换向区段与所述通电电刷之间产生的火花的电弧电压以下。

2.根据权利要求1所述的电动机，其中，

所述破坏电压为所述通电电刷与所述换向区段之间的火花开始电压以下。

3.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，

所述非线性元件是稳压二极管，

所述破坏电压是所述稳压二极管的击穿电压。

4.根据权利要求3所述的电动机，其中，

所述击穿电压为所述相邻的两个换向区段间的电压的150％以下。

5.根据权利要求3所述的电动机，其中，

所述击穿电压为所述相邻的两个换向区段间的电压的125％以下。

6.根据权利要求3～5中任一项所述的电动机，其中，

所述相邻的两个换向区段间的电压小于3V，所述击穿电压为2V以上且3V以下。

7.根据权利要求3～6中任一项所述的电动机，其中，

所述击穿电压为所述电弧电压的80％以下。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的电动机，其中，

在所述通电电刷是金属石墨质电刷的情况下，所述电弧电压为10V以上且15V以下。

9.根据权利要求1～7中任一项所述的电动机，其中，

在所述通电电刷是树脂质电刷的情况下，所述电弧电压为13V以上且20V以下。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的电动机，其中，

所述通电电刷具有连接于直流电源的阴极侧的第1通电电刷和连接于所述直流电源的负极侧的第2通电电刷，

所述辅助电刷具有第1辅助电刷和第2辅助电刷，

所述非线性元件具有第1非线性元件和第2非线性元件，

所述第1通电电刷和所述第1辅助电刷借助所述第1非线性元件电连接，

所述第2通电电刷和所述第2辅助电刷借助所述第2非线性元件电连接。

11.一种电气设备，其中，

该电气设备使用权利要求1～10中任一项所述的电动机。

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