JP2006296012A - 回転電機のブラシ組み込み構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ブラシホルダに出没自在に収容されるブラシにおいて、アーマチュアを組み込む仮保持状態からモータ駆動を開始する場合に、振動や異音の発生を低減してモータ特性のバラツキを防止する。
【解決手段】 アーマチュア６の組み込み前にブラシ７をコイル弾機１３の付勢力に抗して仮保持するにあたり、ブラシホルダ９のコンミテータ４の回転方向先側の側片である第一側片１２ａにピン貫通孔１２ｆを形成し、該ピン貫通孔１２ｆから挿通したセットピン１４の挿通先端部を、ブラシ７の基端部に形成した凹溝７ｅに係止させて仮保持する構成とする。
【選択図】 図７

Description

本発明は、車両等に搭載される各種アクチュエータを構成する電動モータ等の回転電機のブラシ組み込み構造の技術分野に属するものである。

一般に、この種回転電機のなかには、これが例えば電動モータである場合、アーマチュア（回転子）を構成するコンミテータ外周面に、ブラシホルダに収容され、基端側から先端側に向けてコイル弾機により押圧されるブラシの先端が弾圧することにより、外部電源からの電源がブラシを介してコンミテータに供給されるように構成したものがある。この場合に、ブラシは、コンミテータとの摺動に基づいて摩耗するためブラシホルダ内を径方向に移動自在に設けなければならないが、ブラシは環境温度が高温化することに基づいて膨張するばかりでなく、残留膨張することもあって、ブラシホルダとブラシとのあいだに所定のクリアランスが形成される状態となっている。
このように構成した場合、ブラシは、電動モータの駆動時において、ブラシホルダ内において所定の傾斜姿勢となることになり、該傾斜姿勢が不安定な場合、電動モータの駆動時にブラシが振動してしまい、コンミテータノイズが増大するばかりでなく、異音の発生や、モータ特性にバラツキを生じたりする等の問題がある。

この改善策として、ブラシのコイル弾機により押圧される基端面を、コンミテータ回転方向後側ほど内径側となる傾斜面とし、該傾斜面をコイル弾機により押圧することにより、ブラシを、ブラシホルダの周回り方向に対向する側片のうち、コンミテータ回転方向先側の側片に押し付けるようにし、これによって、ブラシの振動を低減させることが提唱されている。
特開平７−２５０４５７号公報 特開２０００−１４０９１号公報

ところで、電動モータの組み込み工程において、コンミテータが設けられたアーマチュアを、ブラシホルダにブラシとコイル弾機とが組み込まれたホルダステーに組み込むことになるが、この場合に、ブラシが内径側（コンミテータ側）に突出する状態のままではブラシが邪魔になって組み込みができない。そこで、従来、ブラシを、コイル弾機の付勢力に抗してブラシホルダ側に退避させた状態で仮保持し、この状態においてアーマチュアの組み込みをするようにしている。しかるに、前記仮保持する場合に、ブラシホルダ内におけるブラシの姿勢が、電動モータの駆動時における姿勢と異なる場合では、前記仮保持を解除して電動モータを駆動させる初期状態において、ブラシが安定した駆動姿勢になるまでのあいだに振動が生じ、該振動がノイズや異音を発生してしまい、モータ特性のバラツキの要因となるという問題があり、ここに本発明が解決すべき課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、ブラシホルダに出没自在に収容され、基端側から先端側に向けて弾機により押圧されるブラシの先端を、アーマチュアを構成するコンミテータの外周面に弾圧してなる回転電機において、アーマチュアの組み込み前にブラシを弾機の付勢力に抗して仮保持するにあたり、ブラシホルダのコンミテータ回転方向先側の側片にピン孔を形成し、該ピン孔から挿通したセットピンの挿通先端部を、ブラシの基端部に形成したピン係止部に係止させて仮保持する構成とし、該仮保持状態のブラシ先端部を、弾機の付勢力に基づいてブラシホルダのコンミテータ回転方向先側の側片に押し付けるように構成したものである。
そして、このようにすることにより、仮保持する段階でブラシを駆動状態における姿勢と略同様の姿勢とすることができて、振動や異音の発生を防止できるばかりでなく、モータ特性のバラツキを低減できる。
請求項２の発明は、請求項１において、ブラシは、弾機に押圧される基端に、周回り方向に対向する側面に対して直行する直交面がコンミテータの回転方向先側に位置して形成され、該直交面に続いてコンミテータ回転方向後側ほど内径側となる傾斜面が形成されており、該基端を弾機に押圧されることにより、ブラシホルダのコンミテータ回転方向先側の側片に押し付けられるように構成されているものであり、このようにすることにより、駆動状態におけるブラシを、アーマチュアの回転方向における振動が低減されたものとすることができ、振動や異音の少ない回転電機とすることができる。
請求項３の発明は、請求項１または２の何れか一項において、ブラシに形成されるピン係止部は、アーマチュアの軸方向に対向する一方の側面に凹設される凹溝とし、ブラシの先端は、コンミテータの外周面に沿う円弧面で、かつ、アーマチュア軸方向他方側ほど内径側となる傾斜面に形成されているものであり、このようにすることにより、駆動状態におけるブラシを、アーマチュア軸方向における振動が低減されたものとすることができ、振動や異音のさらなる低下を図ることが可能となる。

請求項１の発明とすることにより、ブラシの仮保持での姿勢と駆動状態での姿勢とを略同様とすることができて、振動や異音の発生を防止してモータ特性のバラツキが低減される。
請求項２の発明とすることにより、ブラシのアーマチュアの回転方向における振動が低減される。
請求項３の発明とすることにより、ブラシのアーマチュア軸方向における振動が低減される。

つぎに、本発明の実施の形態について、図１〜図８の図面に基づいて説明する。
図面において、１はファンモータとして機能するべく一方向に回転する電動モータ（回転電機）であって、該電動モータ１のモータ軸１ａは、一端が有底筒状のヨーク２の底部２ａに軸受２ｂを介して貫通状に軸承されており、ヨーク底部２ａから外方に突出する貫通先端部に図示しないファンが設けられるように設定されている。そして、モータ軸１ａの他端は、ヨーク２の開口端を覆蓋するエンドブラケット３に軸受け３ａを介して軸承されている。前記モータ軸１ａは、エンドブラケット３側に位置してコンミテータ４が一体的に外嵌されており、該コンミテータ４よりヨーク底部２ａ側部位に複数枚の鉄心５が外嵌され、これら鉄心５の外周に複数のコイル５ａを巻装することにより回転子（アーマチュア）６が構成されている。前記各コイル５ａは、コンミテータ４に電気的に接続されており、後述するように、ブラシ７を介してコンミテータ４に外部電源を供給することによりコイル５ａへの通電がなされると、ヨーク２の内周面に固着された永久磁石２ｃにより形成される磁界に対して回転子６が回転するように設定されている。
尚、本実施の形態の電動モータ１は、図１に示すように、モータ軸１ａが上下方向を向き、エンドブラケット３が下方に位置する状態で取り付けられるように構成されている。

一方、８は樹脂材を用いて平板リング状に形成されたブラシホルダステーであって、該ブラシホルダステー８の外径縁部８ａは、ヨーク２の開口端に外径側に向けて拡開して形成されたフランジ部２ｄと、エンドブラケット３の外径縁部のフランジ部３ｂとのあいだに挟持状に支持固定されている。前記ブラシホルダステー８は、中心部に開設された貫通孔８ｂにモータ軸１ａが貫通するように構成されており、また、ヨーク２の筒内側（一端側であって上側）の円板面には、前記貫通孔８ｂの孔中心を基準として放射状となる位置関係で、周回り方向四箇所に位置してブラシホルダ９がそれぞれ設けられている。そして、これら各ブラシホルダ９にそれぞれブラシ７が収容され、各ブラシ７から引き出されたピグテール７ａが、ブラシホルダステー８に組み込まれた四枚の端子プレート１０にそれぞれ電気的に接続され、これら各端子プレート１０に、外部引き出し用カプラ１１が接続されている。そして、前記外部引き出し用カプラ１１に外部カプラ（図示せず）が接続され、これによって、ブラシ７への外部電源の供給がなされるように設定されている。

さて、ブラシホルダ９を構成するホルダ金具１２は、金属製板材を略コ字形状に折曲することにより、ブラシホルダ９の周回り方向に対向する第一、第二側片１２ａ、１２ｂと、モータ軸１ａの軸方向一端側（上側）の第三側片１２ｃとを構成するように設定されている。そして、ホルダ金具第一、第二側片１２ａ、１２ｂの先端縁部にはそれぞれ係止爪１２ｄが突出形成されており、これら係止爪１２ｄを、ブラシホルダステー８の適宜位置に開設された係止孔８ｃに対し、一方の円板面から他方の円板面側に挿通し、該係止爪１２ｄの挿通先端部を他方の円板面にカシメ付けることにより、ホルダ金具１２のブラシホルダステー８への固定がなされている。このようにして、ホルダ金具第三側片１２ｃに対し、モータ軸１ａの軸方向に対向するブラシホルダステー８部位を他端側（下側）の第四側片８ｄとし、前記第一、第二、第三側片１２ａ、１２ｂ、１２ｃとともに、ブラシ８の四側面を囲繞するブラシホルダ９が構成されている。

さらに、前記ホルダ金具１２の第三側片１２ｃの外径側には、延出部１２ｅが形成されており、該延出部１２ｅは、第一、第二、第三の各側片１２ａ、１２ｂ、１２ｃの外径側部位を塞ぐように形成されており、ブラシホルダ９の外径側端面となる第五側片１２ｅに構成されている。
前記ブラシホルダ９は、ブラシホルダステー８の周回り方向四箇所にそれぞれ形成されており、これら各ブラシホルダ９に、内径側に位置して前記ブラシ７が収容され、これら各ブラシ７の内径側の先端部がコンミテータ４の外周面に対向するように配されている。そして、各ブラシホルダ９の外径側、即ちブラシ７の基端側には、第五側片１２ｅとのあいだにコイル弾機１３が収容されており、これによって、ブラシ７はコイル弾機１３の付勢力を受けてコンミテータ４の外周面に弾圧状に摺接するように設定されている。
さらに、各ブラシホルダ９の周回り方向に対向する第一、第二側片１２ａ、１２ｂのうち、コンミテータ４の回転方向先側に位置する第一側片１２ａには、径方向中間部に位置して、ブラシ借り保持用のセットピン１４が挿通するためのピン貫通孔（本発明のピン孔に相当する）１２ｆが開設されている。

一方、前記ブラシ７の外形形状は、周回り方向長さをＬ１、軸方向長さをＬ２としたとき、軸方向長さＬ２の方が長い（Ｌ２＞Ｌ１）直方体に形成されているが、これら寸法は、ブラシホルダ９のホルダ金具１２により設定される周回り方向長さおよび軸方向長さよりそれぞれ小さく設定されている。これによって、ブラシ７をブラシホルダ９に収容したとき、ブラシ７と第一、第二、第三側片１２ａ、１２ｂ、１２ｃとのあいだに僅かなクリアランスが形成され、ブラシ７の径方向への摺動が自在となるように構成されている。

そして、ブラシ７は、内径側の端面（内径側端面）７ｂがコンミテータ４外周面に沿う円弧面に形成されているとともに、該内径側端面７ｂは、ブラシホルダ９の第三側片１２ｃ側（上側）ほどコンミテータ４から離間する傾斜面に形成されている。尚、本実施の形態において、前記ブラシ内径側端面７ａのモータ軸１ａの軸芯方向を基準とする傾斜角度θは１〜３度に設定され、これによって、ブラシ７とコンミテータ４との摺接面が大きく確保できるように配慮されている。
さらに、前記各ブラシ７の外径側の端面（外径側端面）は、コンミテータ４の回転方向（図７において矢印で表示）に対し、回転方向後側ほど内径側となる傾斜面７ｃに形成されているが、該傾斜面７ｃのコンミテータ４の回転方向先側の端部部位は、第一、第二側面１２ａ、１２ｂに対して直交する直交面７ｄに形成されている。そして、これら傾斜面７ｃと直交面７ｄとで構成されるブラシ７の基端をコイル弾機１３によって押圧することにより、ブラシ７は、ブラシホルダ９のコンミテータ回転方向先側に位置する第一側面１２ａ側に押し付けられるように付勢される設定となっている。

尚、本実施の形態において、前記コイル弾機１３は真円形状のものが採用されており、その外径はブラシ７の周回り方向長さＬ１と略同様の寸法に設定されている。このため、ブラシホルダ９に収容されたコイル弾機１３は、モータ軸１ａ方向（上下方向）には、周回り方向に形成されるよりは大きなクリアランスが形成されている。このため、このものでは、ブラシホルダ９を構成する第四側片８ｄに、コイル弾機１３の外周に沿うガイド面８ｅを備えた突部８ｆが形成されており、該突部８ｅと第三側片１２ｃとのあいだにコイル弾機１３を収容したとき、前記軸方向の大きなクリアランスが解消され、コイル弾機１３の蛇行が防止されるように構成されている（図８（Ａ）、（Ｂ）参照）。

さて、このようなブラシホルダステー８にアーマチュア６を組み込む場合、ブラシホルダステー８の周回り方向四つのブラシホルダ９に予め組み込まれたコイル弾機１３とブラシ７とに対し、ブラシ７をコイル弾機１３の付勢力に抗してブラシホルダ９の外径側に退避させて仮保持状態とするが、該仮保持状態を構成するために本発明が実施されている。
つまり、ブラシ７のモータ軸１ａの軸方向一端側の面、即ち、ブラシホルダ第三側片１２ｃに近接対向する上面には、外径側（基端側）に位置し、本発明のピン係止部に相当する凹溝７ｅが、径方向に対して直交状に貫通形成されている。そして、ブラシホルダ９内に収容されたブラシ７をコイル弾機１３に抗して外径側に押しやり、この状態で、ブラシホルダ第一側片１２ａに開設されたピン貫通孔１２ｆの外方からセットピン１４を挿通し、該セットピン１４の先端をブラシ凹溝７ｅに係止せしめることで、ブラシ７をブラシホルダ９内の外径側に退避させた仮保持状態とするように設定されている（図７参照）。このとき、ブラシ７は、セットピン１４を介してブラシホルダ第一側片１２ａに係止するとともにコイル弾機１３の付勢力を受けており、これによって、セットピン１４の先端が第一側片貫通孔１２ｆ貫通部を支点としてコイル弾機１３により押圧されることにより、ブラシ７のコンミテータ回転方向先側の先端がブラシホルダ第一側片１２ａに押し付けられる（図７の一点鎖線）。このように、ブラシ７は、先端が第一側片１２ａに押し付けられた状態で仮保持されることになり、セットピン１４を引き抜いて電動モータ１の駆動が開始する前の段階において、ブラシ７はコイル弾機１３に押圧された状態で、コンミテータ４の回転方向先側の第一側片１２ａに押し付けられた状態となる。このため、電動モータ１の駆動を開始する駆動初期の状態において、ブラシ７は既に第一側片１２ａに押し付けられる安定姿勢になっており、もって、駆動初期時におけるブラシ７の周回り方向への変姿に基づく振動が回避されるように設定されている。
さらに、このものでは、凹溝７ｅはブラシ７の上面に設けられているため、ブラシ７を仮保持する場合に、セットピン１４をブラシホルダステー８（第四側面８ｄ）側に押し付けるようにすることで、ブラシ７を第四側面８ｄに押し付けた状態でセットすることができ、これによって、コイル弾機１３により上側が押圧されて第四側面８ｄ側に押し付けられる駆動時におけるブラシ７の姿勢と略同様の姿勢を確保することができ、駆動初期時にブラシ７がモータ軸１ａの軸方向に振動してしまうのを防止できるように設定されている。

因みに、セットピン１４による仮保持を、前記とは逆な方向、即ち、ブラシホルダ第二側面１２ｂ側に形成された貫通孔Ｈから挿通して行った場合、図９（Ｂ）に示すように、ブラシ７は、セットピン１４を介してブラシホルダ第二側片貫通孔Ｈに係止するとともに、コイル弾機１３の付勢力を受ける。このとき、コイル弾機１３の付勢力は、セットピン１４の先端側に大きく作用するため、ブラシ７の先端をブラシホルダ第二側片１２ａに押し付けることになり、駆動状態でのブラシ７の姿勢とは反対の方向に付勢されている。このため、このような仮保持状態からセットピン１４を引き抜いて電動モータ１の駆動を開始した場合では、駆動の初期状態において振動、異音の発生が想定されてしまうという問題がある。

叙述の如く構成された本実施の形態において、電動モータ１は、外部引き出し用カプラ１１を介しての電源供給により、ブラシホルダステー８にホルダ金具１２を組み込んで構成されたブラシホルダ９内の各ブラシ７に電源が供給され、これら各ブラシ７からコンミテータ４を介してコイル５ａに電源供給がなされることによりアーマチュア６が回転する。この場合に、ブラシホルダ９に収容されるブラシ７は、ブラシホルダ９に対して所定のクリアランスが設けられていることから、電動モータ１の駆動時には、コイル弾機１３の付勢力を受けてブラシホルダ第一側片１２ａに押し付けられる姿勢が安定姿勢となるが、このものでは、ブラシホルダステー８にアーマチュア６を組み込むブラシ７の仮保持状態において、セットピン１４がコンミテータ４の回転方向先側から差し込まれて、ブラシ７を第一側片１２ａの貫通孔１２ｆを支点として第一側片１２ａに係止させる構成となっている。この結果、ブラシ７先端が第一側片１２ａに押し付けられ、この状態からセットピン１４を引き抜いて電動モータ１を駆動させたとき、該駆動初期状態におけるブラシ７の振動がなく、異音の発生が低減され、もって、モータ特性のバラツキを低減することができる。

さらに、本発明が実施されたものにおいて、ブラシ７の基端には、コンミテータ４の回転方向先側に位置して直交面７ｄが形成され、該直交面７ｄに続いて傾斜面７ｃが形成されており、セットピン１４を抜き取り電動モータ1を回転駆動する状態において、コイル弾機１３は、これら直交面７ｄおよび傾斜面７ｃに至る部位を押圧しており、ブラシ７をブラシホルダ第一側片１２ａに押し付けるように付勢するので、回転状態においてブラシ７がブラシホルダ第一側面１２ａに積極的に押し付けられて支持を受ける安定な状態となっており、もって、駆動時においてブラシ７の周回り方向における振動の低減を図ることができて、静粛で安定した電動モータ１とすることができる。

しかも、このものにおいて、ブラシ７に形成されるピン係止部としての凹溝７ｅは、モータ軸１ａの軸方向に対向する一方の側面である上面に凹設され、また、ブラシ７の内径側端面７ｂは、下側ほど内径側となる傾斜面に形成されている。このため、セットピン１４により仮保持状態において、ブラシ７を下方に押しやる状態でセットすることにより、内径側先端面７ｂがコンミテータ４と摺接する電動モータ１の駆動状態において、ブラシ７の軸方向における振動を低減させることができ、さらなる静粛性を実現することができる。

そのうえ、このものにおいて、ブラシ７の内径側端面７ｂは、上側ほどコンミテータ４から離間する傾斜面となっているとともに、蛇行が防止されたコイル弾機１３により上側が弾圧されることにより、図８（Ａ）に示すように、ブラシ７を下側のブラシホルダ第四側片８ｄに押し付けている。このため、ブラシ７のコンミテータ４への摺接ががさらに安定した状態となって、静粛性のさらなる向上を果すことができる。

また、このものにおいて、第四側片８ｄの外径側であって、コイル弾機１３の収容部位には突部８ｆが形成されており、コイル弾機１３はガイド面８ｅにより周回り方向に沿って支持され、かつ、第一、第二、第三側片１２ａ、１２ｂ、１２ｃに近接対向している。このため、コイル弾機１３が蛇行してしまうような不具合が回避されて、ブラシ７の弾圧力が一定化された安定した性能の電動モータ１を提供することができる。

さらにこのものでは、ブラシ７の周回り方向長さＬ１と軸方向長さＬ２とにあわせた矩形状のブラシホルダ９に対し、ブラシ７の周回り方向長さＬ１と略同様に寸法設定された外形を有した新円形状のコイル弾機１３を用いることができて電動モータ１のコスト低下を果すことができる。

尚、本発明は前記実施の形態に限定されないことは勿論であって、図９（Ａ）に示すように、ブラシホルダ１５のホルダステー１６側に形成される第四側面１６ａに、コイル弾機１３を支持するための突部が形成されていない従来型のブラシホルダ１５において仮保持する場合に、セットピン１４をコンミテータの回転方向先側から挿通するように構成し、ブラシ７を係止下セットピン１４をブラシホルダのコンミテータの回転方向先側の側片に係止させることで、ブラシ７を該回転方向先側の側片に押し付けることが可能となり、さらには、セットピン１４をブラシホルダステー８側に押し付けることにより、ブラシ７がブラシホルダステー８に押し付けられて、電動モータの回転駆動時に安定したブラシ７の姿勢を確保することができる。

電動モータの一部断面正面図である。 電動モータの平面図である。 図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれブラシホルダステーの底面図、平面図である。 図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれブラシホルダを組み込んだブラシホルダステーの底面図、平面図である。 図４（Ｂ）のＸ−Ｘ断面図である。 図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）はそれぞれブラシの正面図、平面図、側面図、側面図、図６（Ａ）のＸ−Ｘ断面図である。 要部を説明する平面図である。 図８（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ要部を説明する正面断面図、側面図である。 図９（Ａ）は第二の実施の形態を説明する要部正面断面図、図９（Ｂ）はセットピンの挿通方向を反対に変えて仮保持した状態を説明する平面図である。

符号の説明

１ 電動モータ
２ ヨーク
４ コンミテータ
７ ブラシ
７ｃ 傾斜面
７ｄ 直交面
８ ブラシホルダステー
８ｄ 第四側片
８ｅ 第五側片
９ ブラシホルダ
１２ ホルダ金具
１２ａ 第一側片
１２ｃ 第三側片
１２ｆ 突部
１３ コイル弾機
１４ セットピン

Claims (3)

1. ブラシホルダに出没自在に収容され、基端側から先端側に向けて弾機により押圧されるブラシの先端を、アーマチュアを構成するコンミテータの外周面に弾圧してなる回転電機において、アーマチュアの組み込み前にブラシを弾機の付勢力に抗して仮保持するにあたり、ブラシホルダのコンミテータ回転方向先側の側片にピン孔を形成し、該ピン孔から挿通したセットピンの挿通先端部を、ブラシの基端部に形成したピン係止部に係止させて仮保持する構成とし、該仮保持状態のブラシ先端部を、弾機の付勢力に基づいてブラシホルダのコンミテータ回転方向先側の側片に押し付けるように構成した回転電機のブラシ組み込み構造。
2. 請求項１において、ブラシは、弾機に押圧される基端に、周回り方向に対向する側面に対して直行する直交面がコンミテータの回転方向先側に位置して形成され、該直交面に続いてコンミテータ回転方向後側ほど内径側となる傾斜面が形成されており、該基端を弾機に押圧されることにより、ブラシホルダのコンミテータ回転方向先側の側片に押し付けられるように構成されている回転電機のブラシ組み込み構造。
3. 請求項１または２の何れか一項において、ブラシに形成されるピン係止部は、アーマチュアの軸方向に対向する一方の側面に凹設される凹溝とし、ブラシの先端は、コンミテータの外周面に沿う円弧面で、かつ、アーマチュア軸方向他方側ほど内径側となる傾斜面に形成されている回転電機のブラシ組み込み構造。

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