JP2008022619A

JP2008022619A - ブラシ付きモータ

Info

Publication number: JP2008022619A
Application number: JP2006191280A
Authority: JP
Inventors: Makoto Akaha; 誠赤羽
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2008-01-31
Also published as: CN101106244A; US20080012446A1

Abstract

【課題】基端側から先端側に向かう途中位置で屈曲したブラシを備えたブラシ付きモータにおいて、ダンパー部材をより最適な状態に配置することにより、ブラシの振動減衰特性をさらに改善することのできる構成を提案すること。
【解決手段】ブラシ付きモータ１では、ブラシ８に対してダンパー部材２０が配置され、かかるダンパー部材２０は、ブラシ８の屈曲部分８３とブラシホルダ４の双方に固着されている。このため、コミュテータ７の回転により、ブラシ８の先端側が振動したときでも、ブラシ８の振動を効率よく減衰することができる。ダンパー部材２０を形成するにあたっては、樹脂系あるいはゴム系の弾性組成物を塗布した後、固化させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、コミュテータとブラシとにより整流を行うブラシ付きモータに関するものである。

ブラシ付きモータでは、ロータと一体に回転可能なコミュテータの外周面に金属製のブラシを弾性をもって接触させることにより整流を行う。ブラシは、基端側がブラシホルダに固定されているとともに、基端側から先端側に向かう途中位置で屈曲して先端側がコミュテータの外周面に接している。このようなブラシ付きモータでは、ロータの回転（コミュテータの回転）により、ブラシの先端側が激しく振動すると、機械ノイズが発生する。そこで、ブラシの基部の外側およびその近傍に、スチレンモノマーを重合反応させて初期粘度を調整した水溶性アクリルエマルジョンからなる粘着材料を塗布してダンパー部材を構成し、ブラシの振動減衰特性を改善することが提案されている（特許文献１参照）。
特開２０００−２２４８１６号公報

このようなブラシ付きモータについては、近年、機械ノイズのさらなる低減や、長寿命化が求められていることから、ブラシの振動減衰特性をさらに改善することが求められている。しかしながら、特許文献１に開示の構成のように、ブラシの基部およびその近傍のみにダンパー部材を配置しただけでは、かかる要求に対応できなという問題点がある。

ここに本願発明者は、ブラシが屈曲部分を備えるとともに、その周辺にブラシホルダやケースなどの固定側部材が位置することを利用して、ダンパー部材を最適な状態に配置することにより、ブラシの振動減衰特性をさらに改善することを提案するものである。

すなわち、本発明の課題は、基端側から先端側に向かう途中位置で屈曲したブラシを備えたブラシ付きモータにおいて、ダンパー部材をより最適な状態に配置することにより、ブラシの振動減衰特性をさらに改善することのできる構成を提案することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、ロータと、該ロータと一体に回転可能なコミュテータと、ブラシと、該ブラシの先端側が前記コミュテータの外周面に弾性をもって接触するように当該ブラシの基端側を保持するとともに、前記ロータに対向するように永久磁石を保持する固定側部材とを有するブラシ付きモータにおいて前記ブラシは、基端側から先端側に向かう途中位置に屈曲部分を備え、当該ブラシの屈曲部分と前記固定側部材の双方に固着されたダンパー部材を備えていることを特徴とする。

本発明では、ブラシに対してダンパー部材が配置され、かかるダンパー部材は、ブラシの屈曲部分と固定側部材の双方に固着されているため、ロータの回転（コミュテータの回転）により、ブラシの先端側が振動したときでも、ブラシの振動を効率よく減衰することができる。従って、ブラシの振動に起因する機械ノイズを低減できる。また、ブラシおよびコミュテータの磨耗を抑制することができるので、ブラシ付きモータの長寿命化を図ることができる。ブラシの屈曲部分と固定側部材の双方にダンパー部材を固着すると、ブラシの基部の外側およびその近傍のみにダンパー部材を配置した場合と比較して、ブラシの振動減衰特性を著しく改善できる理由は、ブラシ自身のもつ弾性、およびブラシ自身の屈曲部分がもつ弾性に加えて、ブラシの屈曲部分に固着されたダンパー部材の弾性、およびブラシの屈曲部分と固定側部材との間に介在するダンパー部材の弾性が、複数の周波数帯域をもって発生するブラシの振動を効果的に防止するためと考えられる。

本発明において、前記ダンパー部材は、前記屈曲部分の内側および外側の双方に固着されていることが好ましい。このように構成すると、ダンパー部材を屈曲部分の内側および外側のうちの一方のみに固着した場合と比較してブラシの振動減衰特性を著しく改善でき、ブラシの振動に起因する機械ノイズを低減できるとともに、ブラシおよびコミュテータの磨耗を抑制することができる。すなわち、ダンパー部材を前記屈曲部分の内側および外側の双方に固着すると、屈曲部分が開く方向の変位および屈曲部分が閉じる方向の変位の各々に対して、ダンパー部材において屈曲部分の内側に固着された部分、および屈曲部分の外側に固着された部分が各々、圧縮および伸張を行い、ダンパー部材の振動を制止するためと考えられる。

本発明において、前記ダンパー部材は、前記屈曲部分の内側に固着されている構成を採用してもよい。このように構成した場合も、ブラシの基部の外側およびその近傍のみにダンパー部材を配置した場合と比較して、ブラシの振動減衰特性を改善することができる。

本発明において、前記ダンパー部材は、前記屈曲部分の外側に固着されている構成を採用してもよい。このように構成した場合も、ブラシの基部の外側およびその近傍のみにダンパー部材を配置した場合と比較して、ブラシの振動減衰特性を改善することができる。

本発明において、前記ダンパー部材は、例えば、前記屈曲部分と前記固定側部材の双方に跨るように塗布した後、固化してなる樹脂系あるいはゴム系の弾性組成物である。

本発明において、前記固定側部材は、少なくとも、前記ブラシの基端側を保持するブラシホルダと、前記永久磁石を保持するケースとを含み、前記ダンパー部材は、前記固定側部材のうち、前記ブラシホルダに固着されていることが好ましい。

本発明を適用したブラシ付きモータでは、ブラシに対してダンパー部材が配置され、かかるダンパー部材は、ブラシの屈曲部分と固定側部材の双方に固着されているため、ロータの回転（コミュテータの回転）により、ブラシの先端側が振動したときでも、ブラシの振動を効率よく減衰することができる。従って、ブラシの振動に起因する機械ノイズを低減でき、静音化を図ることができるとともに、無通電時間の解消を図ることができる。また、ブラシおよびコミュテータの磨耗を抑制することができるので、ブラシ付きモータの長寿命化を図ることができる。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

（ブラシ付きモータの全体構成）
図１は、本発明を適用したブラシ付きモータの全体構成を示す断面図である。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１に示すブラシ付きモータからブラシおよびブラシホルダを抜き出して示す平面図、その断面図、およびブラシとコミュテータの摺動部分の説明図である。

図１において、本形態のブラシ付きモータ１は、ブラシ付きの小型直流モータであり、カップ状のモータケース３の上端面３１から回転軸５１の出力端側が突出している。モータケース３の内部には、回転軸５１の軸線方向における略中央部分に、積層枚の磁性板からなるコア５２が圧入などの方法で固定されている。コア５２の外周側には複数の突極が等角度間隔に形成されているとともに、複数のコア５２の各々にコイル５３が巻回されて電機子５０が構成されている。このようにして、電機子５０および回転軸５１は、一体に回転可能なロータ５を構成している。

モータケース３には、円筒状胴部３２の内周面に、複数の極に着磁されたリング状の永久磁石６が固着され、永久磁石６はコア５２の外周面に所定の隙間を介して対峙している。モータケース３の開口端には、ポリアミド製などのブラシホルダ４が取り付けられており、モータケース３およびブラシホルダ４は、ブラシ付きモータ１の固定側部材２を構成している。

回転軸５１は、上端側がモータケース３の上端面３１に保持されたラジアル軸受９１によっても回転可能に支持されており、回転軸５１においてラジアル軸受９１によって支持されている部分と、コア５２が固着されている部分との間には、スリーブ状のスペーサ９２と、シール部材９３とが挿入されている。

回転軸５１の下端側は、ブラシホルダ４に形成された有底円筒部４２の底面によりスラスト方向に支持されているとともに、有底円筒部４２の内部に保持されたラジアル軸受９６によって回転可能に支持されている。また、回転軸５１の下端側には、ラジアル軸受９６によって支持されている部分に隣接する位置にシール部材９７が挿入されている。

回転軸５１の下端側部分には、回転軸５１と一体に回転するコミュテータ７が構成され、このコミュテータ７と隣接する位置にはバリスタ７５（消弧素子）が配置されている。コミュテータ７は、回転軸５１に固定された樹脂製のスリーブ７１と、このスリーブ７１の外周面において等角度間隔に配置されたセグメント７２とを備えている。

図１および図２（ａ）、（ｂ）に示すように、コミュテータ７の外周面に対しては、一対のブラシ８の先端側８２が各々、弾性をもって接しており、これらのブラシ８の基端側８２は各々、ブラシホルダ４に保持されている。ここで、ブラシ８は、先端側８２が櫛歯状に３分割されている。

本形態において、ブラシ８は、基端側８２から先端側８１に向かう途中部分で約６０°に折れ曲がった屈曲部分８３を備えた金属板から構成され、コミュテータ７の外周面に当接する先端側８１は、摺動部として、貴金属とのクラッド材で形成されている。例えば、図２（ｃ）に示すように、ブラシ８の先端側８１は、銅層８０１の表面に銀−パラジウム合金８０２が積層されたクラッド材で形成されている一方、コミュテータ７のセグメント７２は、銅層７０１、銀−銅−ニッケル合金層７０２、金−銀合金層７０３の積層体から構成されている。

再び図１および図２（ａ）、（ｂ）において、ブラシホルダ４は、モータケース３の開放端に重なるフランジ部４１と、このフランジ部４１の内側でターミナル９９が固着された厚肉部４３と、コミュテータ７の周りにブラシ８を配置可能な空間を構成する平面形状が略矩形の凹部４４とが形成されており、この凹部４４の中央位置にラジアル軸受９６を保持する有底円筒部４２が形成されている。

また、凹部４４は、その矩形の平面形状において、相対向する一対の対角部分４４１が厚肉部４３の切欠き部分４３１によって外側に開放状態にあるのに対して、他の相対向する一対の対角部分４４３では厚肉部４３に向けてスリット４５が延びている。これらのスリット４５は各々、ブラシ８の折曲がり形状に対応して、矩形の辺に沿うように直線的に延びているとともに、スリット４５の入口部分の外側の壁面４５１は、ブラシ８の屈曲部分８３の形状に沿うように湾曲している。

このように構成したブラシホルダ４に対して、ブラシ８の基端側８２は、スリット４５内に固定されている。なお、スリット４５の内部では、ブラシ８の基端側８２とターミナル９９とが直接、あるいは基板やリード線などといった配線部材を介して電気的に接続されている。

（ブラシの振動対策）
このように構成したブラシ付きモータ１では、ロータ５が回転（回転軸５１の回転、コミュテータ７の回転）することにより、ブラシ８の先端側８２が激しく振動すると、機械ノイズが発生する。また、ブラシ８の先端側８２が激しく振動すると、コミュテータ７のセグメント７２が磨耗し、さらにはブラシ８の破損（全磨耗）に到る。すなわち、コミュテータ７のセグメント７２において、ブラシ８が振動しながら摺動して凝着物が発生すると、それに起因する削れ磨耗が発生するとともに、ブラシ８がコミュテータ７のセグメント７２に対して接触と離間とを繰り返すたびに火花の発生し、それに起因する電気磨耗が発生する。

そこで、本形態では、図２（ａ）に示すように、ブラシ８の屈曲部分８３に対してダンパー部材２０を固着するとともに、このダンパー部材２０を、固定側部材２のうち、ブラシホルダ４に対しても固着してある。

より具体的には、ブラシ８の屈曲部分８３の内側と、ブラシ８の屈曲部分８３の内側に位置するブラシホルダ４のスリット４５の入口部分４５２の双方に跨るように、樹脂系あるいはゴム系の弾性組成物を塗布した後、固化して、ダンパー部材２０を形成してある。その結果、ブラシ８の屈曲部分８３の内側は、ブラシホルダ４のスリット４５の入口部分４５２と、ブラシホルダ４の凹部４４の底部とに対してダンパー部材２０を介して接続された状態にある。

また、本形態では、ブラシ８の屈曲部分８３の外側と、スリット４５の入口部分の外側で湾曲した壁面４５１の双方に跨るように、樹脂系あるいはゴム系の弾性組成物を塗布した後、固化して、ダンパー部材２０を形成してある。その結果、ブラシ８の屈曲部分８３の外側は、ブラシホルダ４のスリット４５の外側に位置する壁面４５１と、ブラシホルダ４の凹部４４の底部とに対してダンパー部材２０を介して接続された状態にある。

本形態では、樹脂系あるいはゴム系の弾性組成物として、粘度が１４〜２４Ｐａ・ｓ／２３℃、密度が約１．２４、硬さ（ショアーＡ）で約２９、線膨張率が２．４×１０^-4のアクリル変性樹脂を用いてダンパー部材２０を形成してある。

（本形態の効果）
図３および図４を参照して本形態のブラシ付きモータ１の効果を説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、本形態のブラシ付きモータ１を回転駆動した際に発生するノイズの計測結果、および従来のブラシ付きモータ（ダンパー部材２０なし）を回転駆動した際に発生するノイズの計測結果を示す説明図である。図４（ａ）、（ｂ）は、本形態のブラシ付きモータ１を回転駆動した際に発生するノイズレベルを従来のブラシ付きモータ（ダンパー部材２０なし）と比較して示すグラフ、および本形態のブラシ付きモータ１を回転駆動した際の寿命を従来のブラシ付きモータ（ダンパー部材２０なし）と比較して示すグラフである。なお、図４（ａ）にはｎ＝１０で行い、図４（ｂ）にはｎ＝２０で行った各々の結果を示してある。

図１および図２を参照して説明したように、本形態のブラシ付きモータ１では、ブラシ８に対してダンパー部材２０が配置され、かかるダンパー部材２０は、ブラシ８の屈曲部分８３と固定側部材２（ブラシホルダ４）の双方に固着されているため、ロータ５の回転（回転軸５１の回転、コミュテータ７の回転）により、ブラシ８の先端側８２が振動したときでも、ブラシ８の振動を効率よく減衰することができる。従って、図３（ａ）、（ｂ）、および図４（ａ）から分かるように、ブラシ８の振動に起因する機械ノイズを低減できる。すなわち、従来のブラシ付きモータ（ダンパー部材２０なし）では、図３（ｂ）に丸で囲んだ位置に大きな機械ノイズが発生するが、本発明を適用したブラシ付きモータ１では、図３（ａ）に示すように、従来のブラシ付きモータで発生するような大きな機械ノイズが発生しない。従って、静音化を図ることができるとともに、無通電時間の解消を図ることができる。

また、本発明を適用したブラシ付きモータ１では、ブラシ８の振動を抑えた分、ブラシ８およびコミュテータ７の磨耗を抑制することができるので、図４（ｂ）に示すように、ブラシ付きモータ１の長寿命化を図ることができる。

また、本形態のブラシ付きモータ１では、ブラシ８の屈曲部分８３と固定側部材２（ブラシホルダ４）の双方にダンパー部材２０を固着したため、ブラシ８の基部の外側および近傍のみにダンパー部材を固着して固定側部材に固着しない場合と比較して、ブラシ８の振動減衰特性を著しく改善できる。その理由は、本形態では、ブラシ８自身のもつ弾性、およびブラシ８の屈曲部分８３がもつ弾性に加えて、ブラシ８の屈曲部分８３に固着されたダンパー部材２０の弾性、およびブラシ８の屈曲部分８３と固定側部材２（ブラシホルダ４）との間に介在するダンパー部材２０の弾性が、複数の周波数帯域をもって発生するブラシ８の振動を効果的に防止するためと考えられる。

また、本形態のブラシ付きモータ１では、ダンパー部材２０をブラシ８の屈曲部分８３の内側および外側の双方に固着したため、ブラシ８の基部の外側および近傍のみにダンパー部材２０を配置した場合と比較して、あるいは、図５（ｂ）、（ｃ）を参照して後述するように、ダンパー部材２０を屈曲部分８３の内側および外側のうちの一方のみに固着した場合と比較して、ブラシ８の振動減衰特性を著しく改善できる。その理由は、ダンパー部材２０を屈曲部分８３の内側および外側の双方に固着すると、屈曲部分８３が開く方向の変位および屈曲部分８３が閉じる方向の変位の各々に対して、ダンパー部材２０において屈曲部分８３の内側に固着された部分、および屈曲部分８３の外側に固着された部分が各々、圧縮および伸張を行い、ダンパー部材２０の振動を制止するためと考えられる。

また、本形態では、樹脂系あるいはゴム系の弾性組成物を塗布した後、固化して、ダンパー部材２０を形成したため、屈曲部分８３の内側および外側の双方において固定側部材２との間にダンパー部材２０を固着することが容易である。

さらに、ダンパー部材２０をブラシ８の屈曲部分８３の内側および外側の双方に形成すれば、内側と外側でのばらつきの発生を防止することができる。

（その他の実施の形態）
上記形態では、図５（ａ）に示すように、屈曲部分８３の内側および外側の双方において固定側部材２との間にダンパー部材２０を固着したが、図５（ｂ）に示すように、屈曲部分８３の外側のみにおいて固定側部材２との間にダンパー部材２０を固着した場合でも、ダンパー部材２０を配置しなかった場合と比較して、あるいは、ブラシ８の基部の外側および近傍のみにダンパー部材２０を配置して固定側部材２と固着しなかった場合と比較して、ブラシ８の振動減衰特性を改善することができる。

また、図５（ｃ）に示すように、屈曲部分８３の内側のみにおいて固定側部材２との間にダンパー部材２０を固着した場合でも、ダンパー部材２０を配置しなかった場合と比較して、あるいは、ブラシ８の基部の外側および近傍のみにダンパー部材２０を配置して固定側部材２と固着しなかった場合と比較して、さらには、図５（ｂ）に示すように、屈曲部分８３の外側のみにおいて固定側部材２との間にダンパー部材２０を固着した場合と比較して、ブラシ８の振動減衰特性を改善することができる。

なお、上記形態では、いずれにおいても、樹脂系あるいはゴム系の弾性組成物を塗布した後、固化して、ダンパー部材２０を形成した例であったが、樹脂系あるいはゴム系の弾性部材をダンパー部材２０として、ブラシ８の屈曲部分と固定側部材の双方に固着した構成を採用してもよい。

さらに、上記形態では、固定側部材２のうち、ブラシホルダ４に対してダンパー部材２０を固着したが、モータケース３（固定側部材２）に対してダンパー部材２０を固着してもよい。

本発明を適用したブラシ付きモータの全体構成を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１に示すブラシ付きモータからブラシおよびブラシホルダを抜き出して示す平面図、その断面図、およびブラシとコミュテータの摺動部分の説明図である。（ａ）、（ｂ）は、図１に示すブラシ付きモータを回転駆動した際に発生するノイズの計測結果、および従来のブラシ付きモータ（ダンパー部材なし）を回転駆動した際に発生するノイズの計測結果を示す説明図である。（ａ）、（ｂ）は、図１に示すブラシ付きモータを回転駆動した際の寿命を従来のブラシ付きモータ（ダンパー部材なし）と比較して示すグラフである。本発明の別の形態に係るブラシ付きモータの説明図である。

符号の説明

１ブラシ付きモータ
２固定側部材
３モータケース（固定側部材）
４ブラシホルダ（固定側部材）
５ロータ
６永久磁石
７コミュテータ
８ブラシ
２０ダンパー部材
５１回転軸
５０電機子
７２セグメント
８１ブラシの先端側
８２ブラシの基端側
８３屈曲部分

Claims

ロータと、該ロータと一体に回転可能なコミュテータと、ブラシと、該ブラシの先端側が前記コミュテータの外周面に弾性をもって接触するように当該ブラシの基端側を保持するとともに、前記ロータに対向するように永久磁石を保持する固定側部材とを有するブラシ付きモータにおいて、
前記ブラシは、基端側から先端側に向かう途中位置に屈曲部分を備え、
当該ブラシの屈曲部分と前記固定側部材の双方に固着されたダンパー部材を備えていることを特徴とするブラシ付きモータ。
請求項１において、前記ダンパー部材は、前記屈曲部分の内側および外側の双方に固着されていることを特徴とするブラシ付きモータ。
請求項１において、前記ダンパー部材は、前記屈曲部分の内側に固着されていることを特徴とするブラシ付きモータ。
請求項１において、前記ダンパー部材は、前記屈曲部分の外側に固着されていることを特徴とするブラシ付きモータ。
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記ダンパー部材は、前記屈曲部分と前記固定側部材の双方に跨るように塗布した後、固化してなる樹脂系あるいはゴム系の弾性組成物であることを特徴とするブラシ付きモータ。
請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記固定側部材は、少なくとも、前記ブラシの基端側を保持するブラシホルダと、前記永久磁石を保持するケースとを含み、
前記ダンパー部材は、前記固定側部材のうち、前記ブラシホルダに固着されていることを特徴とするブラシ付きモータ。