JP2005287239A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】カーボンブラシの円滑な摺動を確保できる電動機を提供する。
【解決手段】カーボンブラシ53の一端部がブラシホルダ52の外部に突出する開口部55の内周縁部の全周に拡開面56を設ける。コイルばね54によるカーボンブラシ53の押圧方向がばらついても、カーボンブラシ53が開口部55の内周縁部で削られることを防止し、削られたカーボンブラシ53の粉がカーボンブラシ53とブラシホルダ52との隙間に入り込むことを防止して、カーボンブラシ53の円滑な摺動を確保できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、整流子の外周面に摺接されるカーボンブラシを備えた電動機に関する。

従来、この種の電動機は、内部が中空なモータフレームを備えている。このモータフレームの内部には、略筒状の固定子が配設されている。この固定子には、回転子が回転可能に挿通されている。この回転子には、ロータ軸が設けられ、このロータ軸の外周面には、円筒状の整流子が設けられている。

また、モータフレームには、整流子の外周面に先端部が摺接されるカーボンブラシを備えたブラシ部が設けられている。このブラシ部は、カーボンブラシが摺動可能に内部に案内されて収容保持される筒状のブラシホルダを備えている。このブラシホルダには、カーボンブラシの先端部が外部に突出する開口部が開口形成されている。この開口部は、周縁部がエッジ状に形成されている。そして、ブラシホルダ内には、カーボンブラシを整流子の外周面に押圧するコイルばねが収容されている。

しかしながら、この電動機では、カーボンブラシが、回転子の回転中に整流子と摺接されることに伴い、この回転子の回転方向に傾斜した状態となり、このカーボンブラシが開口部の周縁部の一部で削られ、この削られたカーボンブラシの粉がカーボンブラシとブラシホルダとの隙間に入り込み、カーボンブラシの円滑な摺動を妨げるおそれがある。

そこで、開口部の周縁部の回転子の回転方向側を延設して外方に湾曲させた構成が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１１１３５７号公報（第３−４頁、図３）

一般に、ブラシホルダと、その内部を摺動するカーボンブラシとの間には、隙間が形成されているため、ブラシ部の組み立て時などにカーボンブラシがブラシホルダ内で上下左右に傾き、その傾いた状態でカーボンブラシがコイルばねにより付勢されることで、カーボンブラシの押圧方向がばらつく。

また、コイルばね自体のばらつきによっても、カーボンブラシの押圧方向がばらつく。

このため、カーボンブラシは、コイルばねにより押圧された際に、開口部に対して傾斜状に突出する。

しかしながら、上述の電動機では、ブラシホルダの開口部の周縁部の回転子の回転方向側以外の部分がエッジ状に形成されているため、この部分に接近する方向にカーボンブラシが押圧される際に、エッジ状の開口部の周縁部で削られるおそれがある。

そして、削られたカーボンブラシの粉が、カーボンブラシとブラシホルダとの隙間に入り込むことで、カーボンブラシの円滑な摺動が妨げられ、スパークが安定しないおそれがあるという問題点を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、カーボンブラシの円滑な摺動を確保できる電動機を提供することを目的とする。

本発明は、整流子の外周面に摺接されるカーボンブラシ、このカーボンブラシを整流子の外周面へと押圧する押圧手段、および、カーボンブラシが内部に摺動可能に保持されたブラシホルダを備えたブラシ部とを具備し、ブラシホルダは、カーボンブラシの整流子側の端部が外部に突出する開口部を有し、この開口部は、内周縁部の全周に整流子側に向けて拡開した拡開面を備えているものである。

本発明によれば、ブラシホルダの整流子側の端部に形成された開口部の内周縁部の全周に整流子側に向けて拡開した拡開面を設けることで、押圧手段によるカーボンブラシの押圧方向がばらついても、カーボンブラシが開口部の内周縁部で削られることを防止して、カーボンブラシの円滑な摺動を確保できる。

以下、本発明の一実施の形態の構成を図１ないし図３を参照して説明する。

図１において、１は電動送風機であり、この電動送風機１は、電動機２と、この電動機２により回転されるファン部３とで構成されている。

そして、電動機２は、ケース体としての有底円筒状のモータフレーム５と、このモータフレーム５に収納されたモータ本体部６とを備えている。

モータフレーム５は、軸方向の一端である前端面に、フレーム開口部７が開口形成されている。このフレーム開口部７の周囲には、外周方向に向けて突出する断面略Ｌ字状のフランジ部８が屈曲形成されている。

また、モータフレーム５の軸方向の他端面である底面は、後板部11にて形成されている。この後板部11の中央部には、凹状の軸受収容部12が設けられている。この軸受収容部12には、ベアリングキャップ13およびスラストばね14を介してベアリング15が収容されている。さらに、モータフレーム５の底面近傍の周面には、排気口としての複数の吹出口16が開口形成されている。

そして、モータフレーム５の前端部には、ブリッジ部17がモータフレーム５の径方向に架橋して設けられている。このブリッジ部17は、フレーム開口部７の一部を覆うように、長手方向の両端部がフランジ部８にねじ19などにより取り付けられている。また、ブリッジ部17の略中央には、略円板状の取付板部21が設けられている。

さらに、ブリッジ部17の略中央には、一端側に向けて略円筒状に突出し内周側にベアリング22を嵌合保持して収容し、先端略中央に挿通孔を開口する略円筒状の取付筒部24が設けられている。なお、ブリッジ部17にて覆われていないモータフレーム５のフレーム開口部７およびブリッジ部17に設けられた図示しない円形開口が、ファン部３からの風をモータフレーム５に導く通風口となる。

一方、モータ本体部６は、固定子としての筒状のステータ25と、このステータ25の内周側に軸心を一致させて略同軸状に貫通するロータ軸26と、このロータ軸26に取り付けられた整流子としてのコンミュテータ27および回転子としての電機子であるアーマチュア28などと、モータフレーム５に取り付けられた一対のブラシ部29とをそれぞれ備えている。

ステータ25は、略筒状のコア31と、このコア31に複数巻装された第１のコイルとを有し、内周部が略円筒状で外周面が略四角柱状に形成されている。

コア31は、鉄板が積層されて形成され、各角部が、モータフレーム５に当接係止されている。これにより、ステータ25がモータフレーム５内に位置決め保持されている。また、このコア31には、絶縁性部材にて略角筒状に形成された一対の端子台35が径方向に位置して一体的にそれぞれ取り付けられている。これら端子台35内には、電源である図示しない家庭用商用交流電源に接続される端子36がそれぞれ設けられている。そして、これら端子36の一方は、端子台35の端面である表面に開口する挿入口37に臨んでそれぞれが接離可能に接触する一対の接触板部38を有し、端子36の他方は、家庭用商用交流電源に接続される図示しない電源線の先端部に設けられたコネクタが接続可能に端子台35の挿入口37から先端部が突出して設けられている。

また、第１のコイルは、通電によりステータ25の内周部にＮ極およびＳ極を形成する。

ロータ軸26は、両端部が軸受収容部12および取付筒部24内のベアリング15，22のそれぞれに回転可能に軸支されることで、モータフレーム５内に回転可能に支持されている。

コンミュテータ27は、ロータ軸26の軸受収容部12側のステータ25から露出する端部近傍に配設されている。また、このコンミュテータ27は、導電性を有し、外周面がロータ軸26の外面に対して同心状である円筒状に設けられている。さらに、このコンミュテータ27は、複数の略板状のコンミュテータバー43が放射状に周方向に向けて形成されている。そして、このコンミュテータ27は、軸受収容部12側において、ロータ軸26に挿通されて同心状に取り付け固定されている。

アーマチュア28は、略円筒状の積層コア45と、この積層コア45に巻回されて装着された第２のコイル46などとを備えている。そして、アーマチュア28は、ロータ軸26の軸方向における中心域に挿通されて同心状に取り付け固定され、ステータ25に回転可能に挿通されている。

積層コア45は、ステータ25の内周面に外周部が対向して位置して、中心にロータ軸26が軸心を一致させて嵌着されている。

第２のコイル46は、積層コア45に図示しない引き出し線が適宜接続されるとともにコンミュテータ27に電気的に接続され、通電によりアーマチュア28の外周部に、ステータ25の固定極に対向する複数の可動極、すなわちＮ極およびＳ極を所定の位置に形成する。

そして、一対のブラシ部29は、モータフレーム５の径方向に略位置してねじ51などにてそれぞれ取り付け固定されている。また、これらブラシ部29は、有底角筒状のブラシホルダ52と、このブラシホルダ52の内部に摺動可能に保持された角柱状のカーボンブラシ53と、このカーボンブラシ53の基端部に取り付けられブラシホルダ52内に収容された押圧手段としてのコイルばね54とをそれぞれ備えている。

ブラシホルダ52は、カーボンブラシ53が軸方向に沿って進退可能に案内されて嵌挿保持されている。また、このブラシホルダ52は、カーボンブラシ53の外形に対して内部に若干の隙間を有している。さらに、このブラシホルダ52は、モータフレーム５の中心軸方向に沿って配設され、先端部であるモータフレーム５の中心軸側に、カーボンブラシ53の他端部である先端部、すなわちコンミュテータ27側の端部が外部に突出する開口部55が開口形成されている。

この開口部55は、正面視で略四角形状に形成され、図１および図２に示すように、内周縁部の全周に拡開面56が形成されている。

この拡開面56は、本実施の形態では、Ｃ面形状、すなわちブラシホルダ52の軸方向の中心側から外側であるカーボンブラシ53の突出側、すなわちコンミュテータ27側に向けて開口部55の内周縁部が直線状に拡開して形成されている。したがって、この拡開面56は、コンミュテータ27に向けて断面ハ字状に形成されている。

また、カーボンブラシ53は、コンミュテータ27の外形形状に略沿って円弧状に湾曲した摺接面53aが先端部に形成され、この摺接面53aがコイルばね54によりコンミュテータ27の外周面に弾性的に押圧されて摺接し、このコンミュテータ27に電気的に導通されている。さらに、カーボンブラシ53の基端部には、図１に示すように、リード線57の一端部が電気的に接続されている。このリード線57の他端部は、ブラシホルダ52の他端部からこのブラシホルダ52の外部へと導出され、端子台35の接続端子58に電気的に接続されている。

コイルばね54は、先端部がカーボンブラシ53の基端部に固定され、基端部がブラシホルダ52の開口部55と反対側の端部に固定されている。また、このコイルばね54は、ブラシホルダ52内にこのブラシホルダ52の内側面に対して僅少の隙間を介して収容されている。このため、このコイルばね54は、ブラシホルダ52内に摺動可能に保持され、このブラシホルダ52の軸方向に沿って直線状に伸縮するように案内される。

さらに、このコイルばね54は、カーボンブラシ53がロータ軸26の回転方向の後側に向けて傾斜して突出しないように、カーボンブラシ53の基端側でロータ軸26の回転方向の後側の位置に先端部が固定されている。そして、このコイルばね54の伸張により、図３(a)および図３(b)に示すように、カーボンブラシ53が傾斜状に押圧されて開口部55から突出し、カーボンブラシ53の外側部が拡開面56に対して滑らかに接触する。

一方、ファン部３は、図１に示すように、整流板としてのディフューザ61と、このディフューザ61の前方に位置しロータ軸26により回転する遠心ファン62とを備えている。そして、このファン部３は、略円筒状のファンカバー63により覆われている。

ディフューザ61は、モータフレーム５のフレーム開口部７を覆って閉塞するようにねじ64などにてブリッジ部17の取付板部21に固定されている。また、このディフューザ61は、周縁に略三角形状の切欠部65が略等間隔で複数切り欠き形成されている。さらに、このディフューザ61は、ブリッジ部17の取付筒部24が嵌合される貫通孔66を備えた略円筒状の胴体部67が設けられた略円板状の円板部68を有している。

この円板部68の一面である遠心ファン62に対向する上面には、略垂直な円弧壁状の上流整流板71が複数設けられ、円板部68の他面である電動機２側に対向する下面には、略垂直な円弧壁状の下流整流板72が複数設けられている。

上流整流板71は、中心から遠心ファン62の径寸法より若干大きい寸法の距離を介した周縁近傍に位置している。また、この上流整流板71は、平面渦巻き状に複数設けられており、切欠部65に連続する案内風路73を区画形成する。

下流整流板72は、上流整流板71と逆方向に平面渦巻き状に複数枚設けられており、流過風路74を区画形成する。

遠心ファン62は、電動機２によるロータ軸26の回転により回転して吸込風を形成させるもので、略平板円形状の下部ファンプレート75と、この下部ファンプレート75の前側に所定の間隙を介して略平行に対向した上部ファンプレート76と、これら下部ファンプレート75と上部ファンプレート76との間に形成された複数のファン翼77とを備え、モータ本体部６のアーマチュア28の前端部に固定されている。

下部ファンプレート75は、電動機２のロータ軸26が嵌挿される嵌挿孔81が中央部に穿設されている。また、この下部ファンプレート75は、ロータ軸26の軸方向に対して略垂直な方向に沿って配設されている。

上部ファンプレート76は、通風孔82が中心部に穿設され、下部ファンプレート75側に向けて拡径されている。

また、ファン翼77は、ディフューザ61の上流整流板71と反対方向に平面渦巻き状に形成され、複数の吸気風路83をそれぞれ区画形成する。さらに、これらファン翼77は、長手方向が先端から基端に向かうに連れて徐々に曲率を大きくさせて下部ファンプレート75および上部ファンプレート76のそれぞれの軸中心側に向けて湾曲されている。

そして、ファンカバー63は、モータフレーム５のフランジ部８の外周部に嵌合されている。また、このファンカバー63の前面の中央部には、遠心ファン62の通風孔82に対向する吸気口85が開口形成されている。さらに、このファンカバー63の後面の全面には、後部開口部86が開口形成されて略円筒状に形成されている。

次に、上記一実施の形態の作用を説明する。

ブラシホルダ52を製造するに際しては、図示しない金属板の開口部55となる部分を、プレス加工により断面略Ｖ字状に押し潰しながらカットした後、有底角筒状に形成することで、開口部55の内周縁部の全周に拡開面56が形成される。

コイルばね54とともにブラシホルダ52に収容されたカーボンブラシ53は、コイルばね54の伸張により、開口部55から突出する。このとき、ブラシホルダ52とカーボンブラシ53との間に形成された隙間によりカーボンブラシ53がブラシホルダ52内で傾斜したり、コイルばね54自体にばらつきがあったりすることにより、カーボンブラシ53の先端部は、図３(a)および図３(b)に示すように、例えばロータ軸26の回転方向前側、かつロータ軸26のスラスト方向である上方向、あるいは下方向に向けて若干傾斜するようにコイルばね54により押圧され、拡開面56に接触する。

そして、電動送風機１を駆動させる際には、まず電動機２を駆動させる。すなわち、端子36間に印加される家庭用商用交流電源の電圧によりステータ25の第１のコイルに電流が流れてコア31が磁気化され、ステータ25の内周部に極性が異なるＮ極およびＳ極の複数の固定極を形成する。

同時に、これら端子36からカーボンブラシ53およびコンミュテータ27を介してアーマチュア28の第２のコイル46に電流が流れてこのアーマチュア28の外周部の所定の位置に極性の異なるＮ極およびＳ極の複数の可動極が形成される。

この後、ステータ25の固定極とアーマチュア28の可動極との反発および吸引により、このアーマチュア28とともにロータ軸26が回転することにより、遠心ファン62がファン翼77の渦巻き方向に向けて回転する。

このとき、カーボンブラシ53の先端部は、アーマチュア28と一体的に回転するコンミュテータ27の回転に引き摺られ、ロータ軸26の回転方向であるこのコンミュテータ27の回転方向前側に傾斜し、拡開面56に滑らかに接触する。

そして、ファンカバー63の吸気口85から空気が吸気され、この遠心ファン62の通風孔82から吸気風路83内に吸込風として流れ、遠心ファン62の外周側に外方に向けて吹き出される。

さらに、この遠心ファン62の外周から吹き出された吸込風は、ディフューザ61の上流整流板71にて案内されて案内風路73を渦巻き状に円板部68の外周側に流通し、切欠部65を介して円板部68の後面側に流過する。

そして、下流整流板72にて案内されて流過風路74を流過し、渦巻き状にディフューザ61の中心に向けて流れ、ディフューザ61の後面側に位置する通風口からモータフレーム５内に流入し、モータ本体部６を冷却しつつ流過して吹出口16から排気される。

上述したように、上記一実施の形態では、カーボンブラシ53の一端部がブラシホルダ52の外部に突出する開口部55の内周縁部の全周に拡開面56を設ける構成とした。

このため、ブラシホルダ52とカーボンブラシ53との隙間、あるいはコイルばね54のばらつきなどによりカーボンブラシ53の押圧方向がばらついてカーボンブラシ53がどの方向に傾斜しても、拡開面56に滑らかに接触することで、カーボンブラシ53がブラシホルダ52に引っ掛からないので、カーボンブラシ53が円滑に摺動するばかりでなく、カーボンブラシ53が開口部55の内周縁部で削られることを防止できる。

この結果、削られたカーボンブラシ53の粉などがカーボンブラシ53とブラシホルダ52の内周面との隙間に入り込むことを防止でき、このカーボンブラシ53の粉が次第に固まって成長しブラシホルダ52とカーボンブラシ53との隙間を狭めることを防止でき、カーボンブラシ53の円滑な摺動を確保できる。

そして、カーボンブラシ53の円滑な摺動を確保できることで、スパークを安定化でき、カーボンブラシ53の寿命を確保できるため、電動機２の耐久性を確保できるとともに、電動機２を高入力化することも可能になる。

また、拡開面56を開口部55の内周縁部の全周に設けることで、開口部55の内周縁部の一部にのみ拡開面56を形成する場合と比較して、金属板をプレス加工してブラシホルダ52を製造する際に、所定の位置のみをＶ字状に押し潰さないように加工するなどの手間が必要なく、製造性を向上できるとともに、拡開面56を設けない開口部55の内周縁部にばりなどが形成されることをも防止できる。

さらに、拡開面56をＣ面形状とすることで、製造の際にＶ字状に押し潰しながらカットするだけで拡開面56を製造でき、拡開面56を例えば円弧面形状、すなわちＲ面形状とする場合と比較して容易に拡開面56を形成できる。

なお、上記一実施の形態において、拡開面56は、テーパ面、あるいは円弧面すなわちＲ面とする構成も可能である。そして、拡開面56をＲ面とした場合には、カーボンブラシ53の外側部が拡開面56に、より円滑に接触するので、カーボンブラシ53の円滑な摺動を、より確実に確保できる。

また、電動機２は、電動送風機１以外のものに使用することが可能である。

本発明の一実施の形態の電動機を備えた電動送風機を示す縦断面図である。 同上電動機の一部を拡大して示す斜視図である。 同上電動機のブラシ部の一部を示す断面図であり、(a)は同上ブラシ部の一部の縦断面図、(b)は同上ブラシ部の一部の横断面図である。

符号の説明

２ 電動機
25 固定子としてのステータ
27 整流子としてのコンミュテータ
28 回転子としてのアーマチュア
29 ブラシ部
52 ブラシホルダ
53 カーボンブラシ
54 押圧手段としてのコイルばね
55 開口部
56 拡開面

Claims (1)

1. 筒状の固定子と、
   この固定子に回転可能に挿通された回転子と、
   この回転子と略同軸状に設けられた整流子と、
   この整流子の外周面に摺接されるカーボンブラシ、このカーボンブラシを前記整流子の外周面へと押圧する押圧手段、および、前記カーボンブラシが内部に摺動可能に保持されたブラシホルダを備えたブラシ部とを具備し、
   前記ブラシホルダは、前記カーボンブラシの前記整流子側の端部が外部に突出する開口部を有し、
   この開口部は、内周縁部の全周に前記整流子側に向けて拡開した拡開面を備えている
   ことを特徴とした電動機。

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