JP2006109667A - 小形直流モータのブラシ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、小形直流モータの整流子とブラシの接触不安定に起因する電気ノイズ、モータ電流の変動または回転数の不安定、あるいはブラシ・整流子の摩耗など、各種の問題点を改善すると共に、モータ製造工程におけるエージング時間の短縮を図る事を目的とする。
【解決手段】 ブラシの先端形状は、複数個の台形先端部より構成され、整流子と最初に接触する第一台形先端部と、エージングが進みこの第１台形先端部が初期摩耗すると第二台形先端部が接触する様に、第一台形先端部と第二台形先端部にわずかな先端長さの差を設ける。
整流子と最初に接触する第一台形先端部の先端角度を鋭角とし、第二台形先端部の先端角度を鈍角とする。モータのエージング時間が進むと鋭角となった第一台形先端部が摩耗し、鈍角となった第二台形先端部が整流子と接触する様に、第一台形先端部の方が第二台形先端部よりわずかに長くなるように先端長さに差を設ける。
【選択図】 図４

Description

本発明は、小形直流モータの整流子とブラシとの接触部のなじみを良くして、回転時のモータ騒音の改善を図ると共に、なじみ運転時間の短縮を図る事を目的としたブラシ構造に関するものである。

一般に直流モータのブラシ装置は図１に示す様に、モータ軸１に装着された整流子２に、
ブラシが所定の圧力で接触するように、板バネ３の先端にブラシ４を取り付け、バネ力を利用して整流子２にブラシ４を接触させ電機子に給電している。
また図２ではスプリングバネ７を用いてブラシ６を整流子５に接触させ給電している。この様に電機子に給電するためのブラシの整流子との接触面の形状には、図３に示す様に多種多様の形状がありこれらがそれぞれの目的に応じて実用化されている。
図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は図１に示された板バネ３に取り付けされるブラシで、整流子との接触面の形状は、ｍ，ｎ，ｏ，ｐの様に各種の形状がある。

特許文献1「特開昭５５−１０９１５５ モータのカーボン刷子」には、図３（ｅ）（ｆ）に示す様に整流子との接触面がＶ字形のブラシが示されている。
図３の（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）（ｋ）は図２の場合のブラシ形状で、（ｇ）（ｋ）の様に複数個のＶ字形状となったもの、あるいは（ｉ）（ｊ）の様にテーパー状となったものなどが実用化されている。

この様に直流モータの整流子に接触するブラシ接触部の形状には多種多様のものがある。いずれの場合でも整流子とブラシが加圧接触し、しかも整流子のアンダーカット部により断続接触となるので、この整流子とブラシによるブラシノイズが発生する。また直流モータに流れる電流が断続される為に発生する電気ノイズ、あるいは整流子とブラシの接触が不安定のために発生するモータ電流の変動、回転数の不安定、ブラシ・整流子の摩耗など各種の問題が発生する。
図３のブラシ接触面の各種形状は、モータ製造工程におけるエージング時間の短縮を図るとともに、前述の問題点を解決するために考案されたものである。

「特開昭５５−１０９１５５」発明名：モータのカーボン刷子

本発明は、小形直流モータの初期特性の安定性、ノイズ低減、静粛化、及びなじみ性の向上に依る製造工程のエージング時間の短縮を図るものである。

本発明に成る小形直流モータの整流子と接触するブラシの先端形状は、複数個の台形先端部より構成され、整流子と最初に接触する第１台形先端部と、エージングが進みこの第１台形先端部が初期摩耗すると第２台形先端部が接触する様に、第１台形先端部と第二台形先端部にわずかな先端長さの差を設ける。

上述の様に整流子と最初に接触する第１台形先端部の先端角度を鋭角とし、第二台形先端部の先端角度を鈍角とする事により、モータのエージングにより鋭角となった第一台形先端部が摩耗し、鈍角となった第二台形先端部が整流子と接触するようになる。このわずかな先端長さの差を設ける事により、ブラシのエージング時間が短縮されると共に、整流子とブラシの接触なじみが適切となりノイズの低減が図られる。

本発明に成るブラシを小形直流モータに装着する事により、整流子とブラシの接触安定性が得られ、接触なじみが良好となり、更にノイズ発生の抑制、電流値あるいは回転数の安定化に役立つと共にエージング時間が短縮される効果がある。

以下図面によって本発明の実施例を説明する。

本発明の第一の実施例を図４,５,６に示す。ブラシ１０の先端部は複数の台形先端部１１，１２，１３より構成され、台形先端部１１と台形先端部１２，１３の長さが異なり、台形先端部１１の長さｔ１、台形先端部１２，１３長さｔ２となっており、ｔ１＞ｔ２の関係となっている。 また台形先端部１１の角度はθ１、台形先端部１２，１３の角度はθ２となっておりθ２＞θ１の関係となっている。 また長さの差ｔ３は、ｔ３＝ｔ１−ｔ２
の関係となっている。
図４に示す様に整流子１４にはブラシの台形先端部１１が接触し、台形先端部１２、１３には整流子１４との間にスキマｔ３が出来た状態になっている。この事から小形直流モータの組立て直後にエージングを始めた状態では、整流子１４にはブラシの台形先端部１１が接触し、台形先端部１２，１３と整流子１４との間にスキマｔ３が出来た状態になる。
エージングが進むと台形先端部１１の先端が摩耗し台形先端部１２，１３が接触する様になる。この状態を図５に示す。

更にエージングが進んだ状態を図６に示す。この状態では台形先端部１１、１２、１３が共に整流子に対して面接触となる。
本発明を小形直流モータに適用する事により、整流子１４とブラシ１０の接触なじみが良好となり、更にノイズ発生の抑制、電流値あるいは回転数の安定化に役立つ。

本発明の第二の実施例を図７、８、９に示す。ブラシ２０の先端部は複数の台形先端部２１，２２，２３より構成され、台形先端部２１と台形先端部２２，２３の長さが異なり、台形先端部２１の長さｔ５、台形先端部２２，２３長さｔ４となっており、ｔ４＞ｔ５の関係となっている。
また長さの差ｔ６は、ｔ６＝ｔ４−ｔ５の関係となっている。 また台形先端部２１の角度はθ３、台形先端部２２，２３の角度はθ４となっており、θ３＞θ４となっている。
図７に示す様に整流子２４にはブラシの台形先端部２２、２３が接触し、台形先端部２１には整流子２４との間にスキマｔ６が出来た状態になる。

この事から小形直流モータの組立て直後にエージングを始めた状態では、整流子２４にはブラシの台形先端部２２，２３が接触し、台形先端部２１には整流子２４との間にスキマｔ６が出来た状態になる。
エージングが進むと台形先端部２２，２３の先端が摩耗し台形先端部２１が接触する様になる。この状態を図８に示す。
更にエージングが進んだ状態を図９に示す。この状態では台形先端部２１、２２、２３が共に整流子に対して面接触となる。
本発明を直流モータに適用する事により、整流子２４とブラシ２０の接触なじみが良好となり、更にノイズ発生の抑制、電流値あるいは回転数の安定化に役立つ。

本発明の第三の実施例を図１０、図１１に示す。ブラシ３０の先端部は複数の台形先端部３１，３２，３３より構成され、台形先端部３１と台形先端部３２，３３の長さが異なり、台形先端部３１の長さｔ７、台形先端部３２，３３長さｔ８、となっており、ｔ７＞ｔ８の関係となっている。
また長さの差ｔ９は、ｔ９＝ｔ７−ｔ８の関係となっており、ｔ７は図１１における整流子との接触点Ｐまでの長さである。 また台形先端部３１の角度はθ５、台形先端部３２，３３の角度はθ６となっており、θ６＞θ５の関係となっている。
図１１に図１０の矢視X図を示す。台形先端部３１には整流子３４の半径ｒ１よりやや大きい半径ｒ２の加工が施されている。
このため整流子３４にはブラシの台形先端部３１が、半径ｒ２で接触し、台形先端部３１の半径ｒ２の中央部Ｐ点に対してはｔｒの深さで接触している。このため整流子の半径ｒ１と台形先端部３１の半径ｒ２でもって面接触を形成する。
従ってエージングを始める初期の状態からブラシ３０と整流子３４の接触の安定性が得られ、接触なじみが良好となり、更にノイズ発生の抑制、電流値あるいは回転数の安定化に役立つ。台形先端部３２、３３が接触して行く過程は第一の実施例と同じである。

本発明の第四の実施例を図１２、図１３に示す。ブラシ４０の先端部は複数の台形先端部４１，４２，４３より構成され、台形先端部４１と台形先端部４２，４３の長さが異なり、台形先端部４１の長さｔ１１、台形先端部４２，４３長さｔ１０、となっており、ｔ１０＞ｔ１１の関係となっている。また長さの差ｔ１２は、ｔ１２＝ｔ１０−ｔ１１の関係となっており、ｔ１０は図１１における整流子との接触点Ｑまでの長さである。また台形先端部４１の角度はθ７、台形先端部４２，４３の角度はθ８となっておりθ７＞θ８の関係となっている。
図１３に図１２の矢視Y図を示す。台形先端部４２、４３には整流子４４の半径ｒ１よりやや大きい半径ｒ２の加工が施されている。このため整流子４４にはブラシの台形先端部４２，４３が、半径ｒ２で接触し、台形先端部４２、４３の半径ｒ２の中央部Ｑ点に対してはｔｒの深さで接触している。このため整流子の半径ｒ１と台形先端部４２，４３の半径ｒ２でもって面接触を形成する。
従ってエージングを始める初期の状態からブラシ４０と整流子４４の接触の安定性が得られ、接触なじみが良好となり、更にノイズ発生の抑制、電流値あるいは回転数の安定化に役立つ。台形先端部４１が接触して行く過程は第二の実施例と同じである。

第一、二、三、四の発明における台形先端部の長さの差は、出来る限り短時間にエージングが完了する様にする事が望ましく、本実施例では０．５ｍｍ程度にえらんでいる。
また第一及び第三の実施例では、角度θ１、θ５は鋭角、角度θ２、θ６は鈍角、第二及び第四の実施例では角度θ３、θ７は鈍角、θ４、θ８は鋭角にえらんでいる。これは最初に接触する台形先端部のエージング時間を短縮する為である。
またＲ加工は第三の実施例では台形先端部３１のみに、第四の実施例では台形先端部４２，４３に施されている。これはエージング開始の初期状態から接触安定性を得るためである。

本発明に成るブラシを小形直流モータに装着する事により、整流子とブラシの接触安定性が得られ、接触なじみが良好となり、更にノイズ発生の抑制、電流値あるいは回転数の安定化に役立つと共にエージング時間が短縮される効果がある。

従来から実施されている小形直流モータの「イタバネ使用ブラシ・整流子機構」である。 従来から実施されている小形直流モータの「スプリングバネ使用ブラシ・整流子機構」である。 従来から実施されている小形直流モータの「ブラシの形状」である。 、 、 本発明における第一の実施例の「ブラシ・整流子機構」である。 、 、 本発明における第二の実施例の「ブラシ・整流子機構」である。 本発明における第三の実施例の「ブラシ・整流子機構」である。 図１０の矢視Ｘ図である。 本発明における第四の実施例の「ブラシ・整流子機構」である。 図１２の矢視Ｙ図である。

符号の説明

１ モータ軸
２、５ 整流子
３ 板バネ
４、６ ブラシ
７ スプリングバネ
１０、２０、３０、４０ ブラシ
２３ 台形先端部
１４、２４、３４、４４ 整流子
３１，３２、３３、４１、４２、４３ 台形先端部
ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ８ 台形先端部長さ
ｔ９、ｔ１０、ｔ１１、ｔ１２ 台形先端部長さ
ｔｒ ブラシ接触点深さ
ｍ、ｎ、ｏ、ｐ ブラシ先端形状
ｒ１ 整流子半径
ｒ２ ブラシ接触面半径
Ｐ、Ｑ ブラシと整流子の接触点
θ１、θ２、θ３、θ４、θ５、θ６、θ７、θ８ 台形先端部角度

Claims (4)

1. 整流子と接するブラシの先端は、台形の高さが長く両辺のなす角度が鋭角である第一の台形先端部と、台形の高さが短く両辺のなす角度が鈍角である第二の台形先端部の複数個で構成され、少なくとも１個の中央部に位置した第一の台形先端部の両側に第二の台形先端部を配置して、第一の台形先端部と第二の台形先端部の長さに微小の長さ差を儲け、第一の台形先端部が最初に整流子に接するように構成した事と特徴とする小形直流モータのブラシ構造。
2. 整流子と接するブラシの先端は、台形の高さが長く両辺のなす角度が鋭角である第一の台形先端部と、台形の高さが短く両辺のなす角度が鈍角である第二の台形先端部の複数個で構成され、少なくとも２個の両端部に位置した第一の台形先端部の内側に第二の台形先端部を配置して、第一の台形先端部と第二の台形先端部の長さに微小の長さ差を儲け、第一の台形先端部が最初に整流子に接するように構成した事と特徴とする小形直流モータのブラシ構造。
3. 整流子と接するブラシの先端は、台形の高さが長く両辺のなす角度が鋭角である第一の台形先端部と、台形の高さが短く両辺のなす角度が鈍角である第二の台形先端部の複数個で構成され、第一の台形先端部の整流子接触面に整流子の半径よりやや大きい半径を有する円形加工を施し、少なくとも１個の中央部に位置した第一の台形先端部の両側に第二の台形先端部を配置して、第一の台形先端部と第二の台形先端部の長さに微小の長さ差を儲け、第一の台形先端部が最初に整流子に接するように構成した事と特徴とする小形直流モータのブラシ構造。
4. 整流子と接するブラシの先端は、台形の高さが長く両辺のなす角度が鋭角である第一の台形先端部と、台形の高さが短く両辺のなす角度が鈍角である第二の台形先端部の複数個で構成され、第一の台形先端部の整流子接触面に整流子の半径よりやや大きい半径を有す円形加工を施し、少なくとも２個の両端部に位置した第一の台形先端部の内側に第二の台形先端部を配置して、第一の台形先端部と第二の台形先端部の長さに微小の長さ差を儲け、第一の台形先端部が最初に整流子に接するように構成した事と特徴とする小形直流モータのブラシ構造。