JP2007300800A

JP2007300800A - 直流整流子電動機

Info

Publication number: JP2007300800A
Application number: JP2007217958A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Konishi; 強小西; Shiro Tateishi; 志朗立石; Hiroshi Nishimura; 博史西村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2007-11-15

Abstract

【課題】従来の直流整流子電動機は、プラス側とマイナス側の異形管が同一形状であり、組立時に誤挿入される可能性があるという課題を有していた。
【解決手段】それぞれ異なる材質のブラシを摺動自在に収納する金属からなる２個の中空筒形の異形管Ａ，Ｂと、前記異形管Ａ，Ｂを挿入保持する異形管挿入孔Ａ，Ｂを備えた合成樹脂からなるブラケットとを有する直流整流子電動機であり、異形管Ａと異形管挿入孔Ａおよび異形管Ｂと異形管挿入孔Ｂは挿入可能に、異形管Ａと異形管挿入孔Ｂおよび異形管Ｂと異形管挿入孔Ａは挿入不可能となる形状としたものであり、組立時に誤挿入が発生することを未然に防止できるという作用を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、交流電源を整流して得られる直流電源によって駆動される直流整流子電動機に関する。

従来の交流電源を整流して得られる直流電源によって駆動される直流整流子電動機は、電源マイナス側のブラシが陽イオンの衝突により激しく燃焼摩耗するため寿命時間が確保できないという問題点があった。

この問題点を解決するために実公昭５４−１６２４２号公報に開示されているように電源プラス側には通常のカーボン系ブラシを、電源マイナス側には金属黒鉛質ブラシを用いる方法が提案されている。金属黒鉛質ブラシは黒鉛の中に銅などの金属粒子を分散させて配合して焼結成形したものであり、金属粒子は陽イオンが衝突しても燃焼摩耗し難い特性を有しているので、マイナス側のブラシとして使用することによりブラシ寿命をのばすことができる。

以下、図を用いて従来の直流整流子電動機について説明する。

図４は、従来の直流電動機の構造を示す半断面図である。図４において、１はフレームで内部に磁石２を有している。３は熱可塑性樹脂からなるブラケットで異形管１０を挿入保持する異形管挿入孔３ａとそれに直交する位置止め用孔３ｂを有しており、フレームに対して動かないように固定されている。４はロータでフレームとブラケットにおのおの設けられた軸受により回転自在に支持されている。７は整流子でロータ４と一体に回転するように固定され、回転子に巻装された巻線の端部が接続されている。８はカーボン系のプラス側ブラシでプラス側の異形管１０の中にコイルバネによって整流子に押し付けられるように付勢されながら摺動自在に収納されている。９は金属黒鉛質のマイナス側ブラシで８と同様にマイナス側の異形管１０の中に収納されている。異形管１０はプラス側、マイナス側ともに同じ形状をしており、バネ状の切欠き部１０ａを有している。バネ状の切欠き部１０ａは、異形管が挿入孔に挿入されるときに自らも変形しながら異形管挿入孔内壁を押圧変形させて挿入孔奥部へ進入し、位置止め用孔３ｂに嵌合することで異形管の抜け止めとなっている。
実公昭５４−１６２４２号公報

上記のような構成の直流電動機で、異形管を介してブラシに交流電源を全波整流した直流電圧を印加すると、ブラシに摺動する整流子を介して回転子に巻装された巻線に電流が流れて、磁石２との間で電磁力を発生し回転子が回転を始める。この時、ブラシと整流子片の間は接触通電状態から回転子の回転により接触していない状態になっても、その距離が小さな間は火花放電により電流が流れ続ける。

この火花放電はプラス、マイナス側ともに起こり、ブラシの黒鉛を燃焼摩耗させるので寿命低下の原因となり、できるだけ少なくするのが好ましい。

しかしながら従来の直流整流子電動機では交流電源を全波整流した直流電源を使用しており、交流電源周波数の２倍のサイクルで電源を開閉していることになり火花放電が頻繁に発生して整流が不安定になっていた。

また、火花放電を少なくするためにはある程度ブラシの電気抵抗を大きくしてブラシと整流子片の距離が小さな状態で火花放電が消えるようにする必要があるが、従来の直流整流子電動機ではマイナス側のブラシとして使用している金属黒鉛質のブラシはカーボン系ブラシに比べて比抵抗が１／１００〜１／１０００倍と極めて小さいためブラシの電気抵抗を大きくすることは困難であった。

上記のような火花放電によるブラシ寿命の低下は電動機が高速回転となるほど顕著になるので、従来の直流整流子電動機では高速回転化の妨げともなっている。

したがって、従来の直流整流子電動機は、プラス側とマイナス側の異形管が同一形状であり、組立時に誤挿入される可能性があるという課題を有していた。

また、従来の小型直流電動機は異形管の抜け止めを切欠き部１０ａと位置止め用孔３ｂの嵌合によっているので、挿入時に異形管挿入孔の壁面を押圧変形させる必要があり、ブラケット材質として熱可塑性樹脂を使用している。このため熱可塑性樹脂を使用した場合に比べて熱に対する信頼性に乏しい、寸法精度が出し難い、機械的強度が確保し難い等の課題を有していた。

本願発明は、上記課題を解決し、長寿命、高信頼性、高速回転対応が可能な直流電動機を提供することを目的とする。

この課題を解決するために本件出願に係る発明は、単相交流を全波整流した直流電源により駆動され、前記直流電源のプラス側とマイナス側にそれぞれ接続される一組のブラシと、前記ブラシが摺動して回転子巻線に電流を供給する整流子とを有する直流整流子電動機であり、前記直流電源出力にコンデンサが並列に接続され、かつ前記直流電源プラス側に接続されるブラシは前記マイナス側に接続されるブラシよりも比抵抗の大きな材質のカーボン系ブラシからなり、マイナス側に接続されるブラシは前記プラス側に接続されるブラシよりも比抵抗の小さな材質の金属黒鉛質ブラシからなる直流整流子電動機において、それぞれ異なる材質のブラシを摺動自在に収納する金属からなる２個の中空筒形の異形管Ａ，Ｂと、前記異形管Ａ，Ｂを挿入保持する異形管挿入孔Ａ，Ｂを備えた合成樹脂からなるブラケットとを有する直流整流子電動機であり、異形管Ａと異形管挿入孔Ａおよび異形管Ｂと異形管挿入孔Ｂは挿入可能に、異形管Ａと異形管挿入孔Ｂおよび異形管Ｂと異形管挿入孔Ａは挿入不可能となる形状としたことを特徴とする直流整流子電動機である。

また、上記請求項１記載の直流整流子電動機において、異形管Ａは凸部Ａ１および異形管開口側から見て前記凸部Ａ１から角度θ１の位置にある凸部Ａ２を有し、異形管挿入孔Ａは前記異形管Ａが開口側を先にして挿入可能なように凹部Ａ１、Ａ２が凸部Ａ１、Ａ２に対応した位置に設けられており、一方異形管Ｂは凸部Ｂ１および異形管開口側から見て前記凸部Ｂ１から角度θ２の位置にある凸部Ｂ２を有し、異形管挿入孔Ｂは異形管Ｂが開口側を先にして挿入可能なように凹部Ｂ１、Ｂ２が凸部Ｂ１、Ｂ２に対応した位置に設けられており、かつθ１とθ２は異なる角度となるように構成されていることを特徴とした直流整流子電動機である。

交流電源を整流した直流電源により駆動される直流整流子電動機で、プラス側のブラシを比抵抗の大きな材質としてマイナス側のブラシ材質を比抵抗の小さな材質とすると同時に電源に並列にコンデンサを挿入した。これにより、火花放電を抑制したブラシ寿命の長い、高速回転対応が可能な直流整流子電動機を得ることができる。

また、プラス側とマイナス側の異形管形状を異ならせることにより、互いに他の異形管は異形管挿入孔に挿入できないように構成したものである。これにより誤挿入による品質トラブルの発生を未然に防止することができる。

なお、異形管の抜け止めをバネ性に頼らず、タブの変形により行うことにより、ブラケットの材質として熱硬化性樹脂を使用することができるので、熱に対する信頼性が高く、寸法精度が良く、機械的強度の大きいブラケットとすることができる。

本件出願に係る発明によれば、異形管の形状を異ならせることで、互いに逆の挿入孔には挿入できなくなるので、誤挿入による品質トラブルを防止することができるという効果を有する。

本実施の形態においては、単相交流を全波整流した直流電源により駆動され、前記直流電源のプラス側とマイナス側にそれぞれ接続される一組のブラシと、前記ブラシが摺動して回転子巻線に電流を供給する整流子とを有する直流整流子電動機であり、前記直流電源出力にコンデンサが並列に接続され、かつ前記直流電源プラス側に接続されるブラシはカーボン系などの比抵抗の大きな材質からなり、マイナス側に接続されるブラシは金属黒鉛質のような比抵抗の小さな材質からなるものであり、マイナス側ブラシの陽イオンに対する耐性を向上させると同時に火花放電を減少させブラシの摩耗が小さい。

本件出願に係る発明においては、それぞれ異なる材質のブラシを摺動自在に収納する金属からなる２個の中空筒形の異形管Ａ，Ｂと、前記異形管Ａ，Ｂを挿入保持する異形管挿入孔Ａ，Ｂを備えた合成樹脂からなるブラケットとを有する直流整流子電動機であり、異形管Ａと異形管挿入孔Ａおよび異形管Ｂと異形管挿入孔Ｂは挿入可能に、異形管Ａと異形管挿入孔Ｂおよび異形管Ｂと異形管挿入孔Ａは挿入不可能となる形状としたものであり、組立時に誤挿入が発生することを未然に防止できるという作用を有する。

なお、熱硬化性樹脂よりなるブラケットと、前記ブラケットに設けられた異形管挿入孔に挿入保持される金属からなる異形管と、前記異形管に摺動自在に保持されるブラシを有する直流整流子電動機であり、前記異形管は側面に両側を切欠きで区切られた中間部分を備えたタブを有し、前記異形管挿入孔は前記異形管が挿入されたときに前記タブを微少な隙間をもって収納し、かつ前記異形管が所定の位置に挿入されたときに前記折り曲げタブの中間部分のみが露出するように構成された溝部を備え、前記タブの中間部分は異形管を所定の位置に挿入した状態で折り曲げ変形したものであり、挿入時に異形管挿入孔の内壁を弾性変形させる必要が無いのでブラケットに熱可塑性樹脂を使用できるので、熱に対する安定性が高く、寸法精度が高く、機械的強度が大きなブラケットとすることができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（実施例１）
図１において、５は交流電源、６は交流電源の出力を全波整流された脈流に変換する整流器、８はプラス側のカーボン系ブラシ、９はマイナス側の金属黒鉛質ブラシ、７はブラシと摺動接触して回転位置により回転子巻線に通電する電流を選択切換する整流子、４はロータで回転子巻線（図示せず）が巻装されており、整流子から電流が選択されて通電される。２はフレームに内蔵された磁石で、回転子巻線に流れる電流との間で電磁力を発生してロータ４を回転させる磁束を供給している。ここでマイナス側ブラシとして金属黒鉛質ブラシを使用しているのでブラシの電気抵抗が小さく、火花放電が起こり易い条件となっているが、電源に並列にコンデンサを挿入することにより脈流に起因する断続した電流を連続したものにしてやることにより火花放電を抑制している。

図２（ａ）は本発明のプラス側異形管および異形管挿入孔の斜視図を、（ｂ）はマイナス側異形管及び異形管挿入孔の斜視図を示す。

図２において、１３はプラス側のブラシ８を収納する異形管Ａ、１３ａは異形管Ａに設けられた第１の凸部Ａ１、１３ｂは第２の凸部Ａ２で第１の凸部Ａ１に対してブラシ挿入側から見て反時計方向９０度の位置に設けられている。１４はマイナス側のブラシ９を収納する異形管Ｂ、１４ａは異形管Ｂに設けられた第１の凸部Ｂ１、１４ｂは第２の凸部Ｂ２で第１の凸部Ｂ１に対してブラシ挿入側から見て時計方向９０度の位置に設けられている。１２は熱硬化性樹脂からなるブラケットであり、１２１はブラケット１２に設けられたプラス側の異形管挿入孔Ａで異形管Ａが挿入可能なように凹部Ａ１の１２１ａ、凹部Ａ２の１２１ｂが設けられている。１２２は同じくブラケットに設けられたマイナス側の異形管挿入孔Ｂであり異形管Ｂが挿入可能なように凹部Ｂ１の１２２ａ、凹部Ｂ２の１２２ｂが設けられている。以上のような構成とすることにより、プラス側とマイナス側の異形管は互いに逆の挿入孔に挿入しようとしても不可能であり、誤挿入を防止することができる。またそれぞれの異形管は凸部Ａ２、Ｂ２を除いては全く同じ形状をしているので共通の金型で一部のみを変更して生産できるという長所を有する。

図３（ａ）は本発明の異形管を異形管挿入孔に挿入する前の状態を示す斜視図、（ｂ）は異形管を異形管挿入孔に挿入後折り曲げタブを折り曲げた状態を示す斜視図である。

図３において、１３１はブラシ８を摺動自在に収納する異形管、１３１ａは異形管の側面に設けられたタブの折り曲げ部分、１３１ｂはタブの折り曲げ部分を区切る切欠き、１２は熱硬化性樹脂からなるブラケット、１２２はブラケット１２に設けられた異形管挿入孔、１２２ａは異形管の側面に設けられたタブを微少な空隙をもって収納し、折り曲げ部分のみが露出するように構成された溝である。

異形管１３１は挿入孔１２２に挿入された後、タブの折り曲げ部分を図示するように折り曲げることで脱落防止が行われる。このような構成とすることでブラケットに熱硬化性樹脂を使用することが可能となるので、熱に対する安定性にすぐれ、寸法精度が高く機械的強度が大きいブラケットとなるので軸受等を取り付ける場合にも有利となる。

以上のように、プラス側に比抵抗の大きなブラシ、マイナス側に比抵抗の小さなブラシを用いた直流整流子電動機を、交流電源を整流した直流電源で駆動する場合に、電源に並列にコンデンサを挿入したので電動機に流れる電流は連続的になり、整流状態を大幅に安定させることができる。整流火花を観測すると従来品では３〜４号であったのに対し本発明では０〜１号と改善している。結果的に長寿命の電動機を得ることができるという有利な効果が得られる。更には、整流状態が安定しているため回転数を１．５倍に上げて運転しても従来と同等の寿命を確保でき、高速化に伴う更に小型の直流電動機を提供できるという効果についても得ることが出来る。

本発明の交流電源を整流して得られる直流電源によって駆動される直流整流子電動機は、異形管の形状を異ならせることで、互いに逆の挿入孔には挿入できなくなるので、誤挿入による品質トラブルを防止することができるという効果を有する。

本発明の直流整流子電動機の電源を含む構成を示す回路図（ａ）本発明のプラス側異形管および異形管挿入孔の斜視図（ｂ）本発明のマイナス側異形管及び異形管挿入孔の斜視図（ａ）本発明の異形管を異形管挿入孔に挿入する前の状態を示す斜視図（ｂ）異形管を挿入後折り曲げタブを折り曲げた状態を示す斜視図従来の直流整流子電動機の構造を示す半断面図

符号の説明

１フレーム
２磁石
３従来のブラケット
４ロータ
５交流電源
６全波整流器
７整流子
８プラス側ブラシ
９マイナス側ブラシ
１１コンデンサ

Claims

単相交流を全波整流した直流電源により駆動され、前記直流電源のプラス側とマイナス側にそれぞれ接続される一組のブラシと、前記ブラシが摺動して回転子巻線に電流を供給する整流子とを有する直流整流子電動機であり、前記直流電源出力にコンデンサが並列に接続され、かつ前記直流電源プラス側に接続されるブラシは前記マイナス側に接続されるブラシよりも比抵抗の大きな材質のカーボン系ブラシからなり、マイナス側に接続されるブラシは前記プラス側に接続されるブラシよりも比抵抗の小さな材質の金属黒鉛質ブラシからなる直流整流子電動機において、それぞれ異なる材質のブラシを摺動自在に収納する金属からなる２個の中空筒形の異形管Ａ，Ｂと、前記異形管Ａ，Ｂを挿入保持する異形管挿入孔Ａ，Ｂを備えた合成樹脂からなるブラケットとを有する直流整流子電動機であり、異形管Ａと異形管挿入孔Ａおよび異形管Ｂと異形管挿入孔Ｂは挿入可能に、異形管Ａと異形管挿入孔Ｂおよび異形管Ｂと異形管挿入孔Ａは挿入不可能となる形状としたことを特徴とする直流整流子電動機。
請求項１記載の直流整流子電動機において、異形管Ａは凸部Ａ１および異形管開口側から見て前記凸部Ａ１から角度θ１の位置にある凸部Ａ２を有し、異形管挿入孔Ａは前記異形管Ａが開口側を先にして挿入可能なように凹部Ａ１、Ａ２が凸部Ａ１、Ａ２に対応した位置に設けられており、一方異形管Ｂは凸部Ｂ１および異形管開口側から見て前記凸部Ｂ１から角度θ２の位置にある凸部Ｂ２を有し、異形管挿入孔Ｂは異形管Ｂが開口側を先にして挿入可能なように凹部Ｂ１、Ｂ２が凸部Ｂ１、Ｂ２に対応した位置に設けられており、かつθ１とθ２は異なる角度となるように構成されていることを特徴とした直流整流子電動機。