JP2009071991A - ブラシ装置及びこれを備えた電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機のフレームに取付けられる以前の状態でのブラシの損傷を防止できるブラシ装置を提供する。
【解決手段】絶縁ベース２２に取付けられた筒状のブラシホルダ２６に軸方向に移動可能にカーボンブラシ３１を収容し、このブラシの後端面３１ｂとこれに対向して絶縁ベース２２に取付けたばね受け２４とで挟設されたコイルばね３５で、ブラシ３１をブラシホルダ２６から突出する方向に付勢したブラシ装置２１を前提とする。ブラシホルダ２６に逃げ部２７を形成する。逃げ部２７に対向する凹部３２をブラシ３１の側面に設ける。逃げ部２７を通って凹部３２に係脱される係合部４１ｂを有した保持部材４１を備える。係合部４１ｂが凹部３２に係合されることでブラシ３１をブラシホルダ２６から突出しないように保持するとともに、前記係合が解除されたときにブラシ３１のブラシホルダ２６からの突出が許されるようにしたことを特徴としている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電動機のフレームに組み込まれる以前の状態でブラシの損傷を防止できるようにしたブラシ装置、及びこのブラシ装置を備えた整流子電動機等の電動機に関する。

従来、整流子電動機が備えるブラシ組立体（ブラシ装置）は、筒状のブラシホルダ内にこのホルダの軸方向に移動可能に配設されたカーボンブラシを、このブラシの先端がブラシホルダから突出するように付勢するコイルばねを備えていて、コイルばねで電動送風機の電動部が備える整流子にカーボンブラシの先端を押付けている（例えば、特許文献１参照。）。

このブラシ組立体で、ブラシホルダの整流子と反対側の端部には導電性のばね受け板が固定されていて、このばね受け板はコイルばねのカーボンブラシと反対側の端を支持している。ばね受け板には伸縮可能な接続用銅線（ピッグテール）が接続され、この接続用銅線はコイルばねを貫通して設けられていて、カーボンブラシに電気的に接続されている。
特開２００６−３４０４７４号公報（段落0011−0020、図１−図２）

特許文献１のブラシ組立は、電動送風機のフレームに取付けられることにより、整流子に接したカーボンブラシがコイルばねに抗してブラシホルダ内に押し込まれるとともに、コイルばねの付勢力で整流子へのカーボンブラシの接触が保持された状態に配置されている。

しかし、特許文献１のブラシ組立には、ブラシホルダの軸方向に沿うカーボンブラシの移動を拘束する手段を何ら講じられていない。そのため、フレームに取付けられる以前の状態のブラシ組立、つまり、ブラシ装置が単品で未使用の状態にあるときには、カーボンブラシの略全長にわたる部位が、コイルばねの付勢力でブラシホルダ外に押し出される。

この状態では、押し出されているカーボンブラシに他の物がぶつかることがあり、それによって、カーボンブラシの側面等の一部が欠ける等カーボンブラシが傷付く蓋然性が高い。

そして、カーボンブラシに傷が付与された状態のまま、ブラシ組立が電動送風機のフレームに取付けられて、電動送風機が使用される場合には、傷がある部位が整流子に達した時点で、カーボンブラシを流れる電流密度がそれ以前より高くなる。このため、整流子とカーボンブラシとの間に発生する整流火花の状態が悪化する、という不都合がある。

本発明の目的は、電動機のフレームに取付けられる以前の状態でブラシが損傷することを防止できるブラシ装置、及びこのブラシ装置を備えて整流火花を安定させることができる電動機を提供することにある。

本発明のブラシ装置は、絶縁ベースに取付けられた筒状のブラシホルダに軸方向に移動可能にブラシを収容し、このブラシの後端面とこれに対向して絶縁ベースに取付けられたばね受けとで挟設されたコイルばねで、ブラシをブラシホルダから突出する方向に付勢したブラシ装置において、ブラシホルダに逃げ部を形成し、この逃げ部に対向する凹部をブラシの側面に設ける。更に、逃げ部を通って凹部に係脱される係合部を有した保持部材を備え、この保持部材の係合部を凹部に係合させることでブラシをブラシホルダから突出しないように保持するとともに、前記係合が解除されたときにブラシのブラシホルダからの突出が許されるようにしたことを特徴としている。

本発明のブラシ装置は、この装置が単品で未使用の状態において、ブラシをブラシホルダ内に没するようにコイルばねに抗して押し込むことにより、ブラシホルダの逃げ部に対向されたブラシの凹部に、保持部材の係合部を係合させることで、ブラシをブラシホルダから突出しないように保持できる。これにより、ブラシが他の物とぶつかって欠ける等の損傷を負うことをブラシホルダによって防止し、ブラシを保護できる。

又、本発明の電動機は、前記ブラシ装置を備えたので、このブラシ装置が電動機のフレームに取付けられる以前の状態でのブラシの損傷が防止されるに伴い、このブラシと整流子との間での整流火花を安定させることができる。

本発明のブラシ装置によれば、電動機のフレームに取付けられる以前の状態でブラシが損傷することを防止できる、という効果がある。

本発明の電動機によれば、前記ブラシ装置を備えたことで、整流火花を安定させることができる、という効果がある。

本発明の第１実施形態を図１〜図５を参照して説明する。

図１中符号１は例えば電気掃除機の掃除機本体に搭載される電動送風機を示している。この電動送風機１は、電動機をなすモータ部２と、このモータ部２により駆動される送風部３を具備している。

モータ部２は、フレーム５と、固定子１１と、回転子１５と、整流子１８と、一対のブラシ装置２１を備えている。

金属製のフレーム５は、一端が閉鎖壁６ａで閉じられた有底円筒状のフレーム本体６の他端に、この他端の開口を横切ってフレーム端板７を連結してなる。フレーム本体６はその他端開口を囲んで外側に張り出す環状フランジ部６ｂを有している。この環状フランジ部６ｂに平面形状が短冊状をなしたフレーム端板７の両端部が連結されている。フレーム本体６の閉鎖壁６ａの中央部に軸受８が取付けられているとともに、フレーム端板７の中央部にも軸受９が取付けられている。

固定子１１は、枠状の固定子鉄心と、これに巻き付けられた固定子巻線を有している。更に、固定子１１は、閉鎖壁６ａに対向する絶縁材製の端子ホルダ１２を有しているとともに、この端子ホルダ１２に取付けられた複数の端子金具１３（一個のみ図示する。）を有している。端子金具１３の端子ホルダ１２に埋め込まれた部分は固定子巻線が電気的に接続されている。複数の端子金具１３の内で、フレーム本体６の周方向に１８０度隔たるように対応して配置された一対の端子金具１３は、端子ホルダ１２外に配置された部位を有していて、この部位はフレーム本体６の内周面に向けて突出するように折り曲げられている。

回転子１５は、回転軸１５ａに回転子鉄心１５ｂを取付け、この回転子鉄心１５ｂに回転子巻線１５ｃを巻き付けて形成されている。回転子１５は、その回転軸１５ａを軸受８，９に回転自在に支持して固定子１１の内側に配設されている。回転軸１５ａは軸受９を貫通している。

整流子１８は、回転子鉄心１５ｂと軸受８との間に位置して回転軸１５ａに取付けられている。整流子１８がその外周面に露出して有した整流子片に、回転子巻線１５ｃの端末部が接続されている。

図２及び図３に示すようにブラシ装置２１は、絶縁ベース２２と、ばね受け２４と、ブラシホルダ２６と、ブラシ例えばカーボンブラシ３１と、コイルばね３５と、ピッグテール３８と、保持部材４１を備えている。

絶縁ベース２２は、絶縁材料により形成されており、ホルダ装着孔２３及び取付け部２２ａを有している。取付け部２２ａはホルダ装着孔２３が延びる方向に対して直角となる方向に突出されている。ばね受け２４はホルダ装着孔２３と対向して絶縁ベース２２に取付けられている。ばね受け２４は金属板からなる。このばね受け２４にはモータ部２に電源を供給するための図示しない外部リード線が接続されるようになっている。

絶縁ベース２２は、ばね受け２４が取付けられた端部及び取付け部２２ａを除いてフレーム５のフレーム本体６内に挿入されている。この挿入状態で、フレーム本体６の外面に接した取付け部２２ａを通ってフレーム本体６にねじ２５をねじ込むことによって、フレーム５に絶縁ベース２２が取付けられている。

ブラシホルダ２６は、金属製であって、図４に示すように長手方向に直交する方向の断面が四角環形をなす筒状に形成されている。このブラシホルダ２６一端２６ａ及び他端２６ｂはいずれも開放されている。ブラシホルダ２６はその側壁２６ｃに逃げ部２７を有している。逃げ部２７は、ブラシホルダ２６の長手方向両端間で他端２６ｂに寄った位置で側壁２６ｃに形成されている。逃げ部２７は、例えば孔からなるが、これに代えて、他端２６ｂに開放する溝で形成することもできる。

ブラシホルダ２６は、その他端２６ｂをホルダ装着孔２３に挿入するとともに、一端２６ａを絶縁ベース２２から突出させて絶縁ベース２２に取付けられている。絶縁ベース２２は逃げ溝２２ｂを有している。この逃げ溝２２ｂは逃げ部２７に対向している。

カーボンブラシ３１はブラシホルダ２６にこのブラシホルダ２６の軸方向（長手方向）に移動可能に収容されている。カーボンブラシ３１の長手方向に直交する方向の断面は、図５に示すように略四角形をなしていて、その四隅は面取りされている。未使用の状態でのカーボンブラシ３１の軸方向長さは、ブラシホルダ２６の軸方向長さより短い。

このカーボンブラシ３１の先端面３１ａは、整流子１８に周面に適合する円弧面で形成されている。カーボンブラシ３１の後端面３１ｂは、カーボンブラシ３１の長手方向に直角な面で形成されている。この後端面３１ｂはばね受け２４に対向している。

カーボンブラシ３１には、逃げ部２７が形成されたブラシホルダ２６の側壁２６ｃに対向したカーボンブラシ３１の側面に開放する凹部３２が設けられている。凹部３２は例えば図５に示すようにカーボンブラシ３１の長手方向に直交する方向に延びた溝からなる。なお、凹部３２は溝でなはなく穴で形成することもできる。

コイルばね３５は、絶縁ベース２２内においてカーボンブラシ３１の後端面３１ｂとばね受け２４とで挟持されている。このコイルばね３５によって、カーボンブラシ３１はブラシホルダ２６の開放された一端２６ａから突出する方向に付勢されている。この付勢によって、カーボンブラシ３１の先端面３１ａが整流子１８の周面に押付けられるようになっている。

ピッグテール３８は、コイルばね３５を軸方向に貫通しており、その一端部はカーボンブラシ３１の後端部に埋め込まれ、他端はばね受け２４に接続されている。したがって、このピッグテール３８を介してばね受け２４とカーボンブラシ３１が電気的に接続されている。ここにカーボンブラシ３１の後端部とは、後端面３１ｂを基準として、図３においてカーボンブラシ３１の後端面３１ｂの高さＨ（図５参照）に相当する長さＬの範囲を指している。この長さＬを有したカーボンブラシ３１の後端部は、カーボンブラシ３１が使用により摩耗して最大に短くなった場合でも残される部位である。

ピッグテール３８は、数十本の細い銅線を撚って形成されており、整流子１８との接触によるカーボンブラシ３１の摩耗に伴うこのブラシの短寸化に追従するように自在に変形できる。ピッグテール３８のカーボンブラシ３１後端部への埋め込み深さＳは前記長さＬより短い。この埋め込み深さＳの範囲内に前記凹部３２が形成されている。

保持部材４１は、金属からなり、本実施形態の場合、ブラシホルダ２６の側壁２６ｃの一部を切起こして形成されている。このようにブラシホルダ２６に保持部材４１を一体に形成したことは、ブラシホルダ２６とは別の部品としての保持部材４１を要しないので、ブラシ装置２１の部品点数及び組立工数を低減できる点で好ましい。

保持部材４１は、絶縁ベース２２の逃げ溝２２ｂ内に配置されていて、弾性変形が可能である。保持部材４１の先端部４１ａは、カーボンブラシ３１の側面から次第に遠ざかるように傾斜する呼び込み用の斜状面をなしている。保持部材４１は、その先端部４１ａと、保持部材４１の弾性変形の起点となる保持部材４１の根元との間に係合部４１ｂを有している。係合部４１ｂは、凹部３２に係脱される部位であって、カーボンブラシ３１の側面に向けて突出するＶ字状の曲げ部で形成されている。この係合部４１ｂは、保持部材４１が自由状態にあるとき、逃げ部２７を通ってブラシホルダ２６内に入り込むようになっている。

前記構成のブラシ装置２１がフレーム５にねじ止めされる以前の未使用の状態は図３に示されており、この単品状態でブラシ装置２１は保管や物流に供される。図３に示したブラシ装置２１は、保持部材４１によって、カーボンブラシ３１全体がブラシホルダ２６内に押し込まれた状態に保持されている。

この状態は、カーボンブラシ３１の後端部側面で保持部材４１の係合部４１ｂを押し退けながら、カーボンブラシ３１をブラシホルダ２６内に没するようにコイルばね３５に抗して押し込むことにより得ることができる。

すなわち、カーボンブラシ３１の押し込みに伴いブラシホルダ２６の逃げ部２７に対向されたカーボンブラシ３１の凹部３２に、保持部材４１の係合部４１ｂを係合される。こうした凹部３２への係合部４１ｂの引っ掛かりにより、コイルばね３５の付勢力に拘わらず、カーボンブラシ３１全体がブラシホルダ２６の一端２６ａから突出しないように保持される。

そのため、ブラシ装置２１の保管作業等の際にカーボンブラシ３１が他の物とぶつかって欠ける等の損傷を負うことが、金属製のブラシホルダ２６によって防止されて、カーボンブラシ３１を保護できる。又、保管時など未使用の状態でのブラシ装置２１の姿がコンパクトになるので、保管スペース等も小さくて済む。

図３で示した単品状態のブラシ装置２１は、その絶縁ベース２２を既述のようにフレーム本体６にねじ止めし、このフレーム本体６の内面に指向している端子金具１３に対応する位置でフレーム５に取付けられる。この取付けの際、絶縁ベース２２が有した取付け部２２ａのフレーム本体６へ当たった側面を基準として、ブラシ装置２１の図３中右側部分がフレーム５内に挿入される。これに伴って、図２に示すように固定子１１の端子金具１３が保持部材４１の裏側に挿入される。この場合、端子金具１３は、保持部材４１の斜状をなした先端部４１ａに案内されるので、円滑に保持部材４１の裏側に挿入される。

保持部材４１の裏側に対する端子金具１３の挿入が深くなるに伴い、図２に示すように保持部材４１はその根元を支点としてカーボンブラシ３１から離れる方向に弾性変形され、同時に、端子金具１３が保持部材４１と反対向きに弾性変形される。これにより、保持部材４１の係合部４１ｂとカーボンブラシ３１の凹部３２との係合が外される。

したがって、この係合の解除により、コイルばね３１の付勢力で、カーボンブラシ３１が、ブラシホルダ２６に沿って整流子１８に向けて押し動かされて、ブラシホルダ２６の一端２６ａから突出される。それにより、カーボンブラシ３１の先端面３１ｂが整流子１８に押付けられる。

このようにブラシ装置２１をモータ部２のフレーム５に取付けるという必然的な作業に伴って、保持部材４１によるカーボンブラシ３１の拘束を解除できる。そのため、保持部材４１の係合部４１ｂをカーボンブラシ３１の凹部３２から外すための手間を特別に要することがなく、モータ部２の組立て工数を低減できる。

しかも、前記解除に、固定子１１の端子金具１３を利用したので、この解除のための専用部品を要することがなく、モータ部２の部品点数及び組立て工数を低減できる。

更に、保持部材４１及び端子金具１３は互いに弾性変形して接するので、これらの接触が安定して維持される。このため、カーボンブラシ３１との接触でこれと電気的に接続されたブラシホルダ２６と、固定子１１の端子金具１３との電気的導通を、保持部材４１を介して確保することができる。

又、図１に示すように送風部３は、遠心ファン５１と、ファンカバー５２と、整流板５３とを備えている。遠心ファン５１は回転軸１５ａに連結されている。ファンカバー５２は中央部に吸込み口５２ａを有していて、遠心ファン５１を覆って環状フランジ部６ｂの外周に嵌合して取付けられている。整流板５３はファンカバー５２の周部と環状フランジ部６ｂとで挟持されている。この整流板５３は遠心ファン５１によって吸込まれた空気を静圧化しながらモータ部２内に導くようになっている。

モータ部２の固定子１１の固定子巻線への通電は、ばね受け２４、ピッグテール３８、カーボンブラシ３１、ブラシホルダ２６、保持部材４１、及び端子金具１３を経由して行われ、それにより固定子１１はトルクを発生する。モータ部２の回転子１５の回転子巻線１５ｃへの通電は、ばね受け２４、ピッグテール３８、カーボンブラシ３１、及び整流子１８を経由して行われる。これにより、回転子１５は回転されて遠心ファン５１を駆動する。したがって、電動送風機１が送風作動を営む。

こうした電動送風機１のモータ部２の運転に伴い、整流子１８との摩擦によってカーボンブラシ３１の長さは次第に短くなる。ところで、既述のようにカーボンブラシ３１は、ブラシ装置２１が単体で未使用の状態では切り欠き等の傷を負わないようにブラシホルダ２６によって保護されている。

このため、カーボンブラシの側面に欠けがある場合のように、カーボンブラシが短くなるに従い欠けている部位が整流子１８に到達して、カーボンブラシを流れる電流密度がそれ以前より高くなって、整流子１８とカーボンブラシとの間に発生する整流火花の状態が悪化する、という不都合が生じないようにできる。

又、既述のようにモータ部２の運転に伴いカーボンブラシ３１の長さは次第に短くなるが、モータ部２の運転は、カーボンブラシ３１の最も短くなった時の長さが、ピッグテール３８のカーボンブラシ３１への埋め込み深さＳに達しないように例えば電動機制御回路で運転最長時間が制御されている。このため、短くなったカーボンブラシ３１の先端面にピッグテール３８が露出して、それが整流子１８に擦れて整流子１８が傷付けられることを防止できる。

図６を参照して本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態で第１実施形態と同じ構成については、第１実施形態と同じ符号を付してその説明を省略し、第１実施形態とは異なる事項について以下説明する。

第２実施形態では、絶縁ベース２２がホルダ装着孔２３と平行な金具取付け孔２８を有している。この金具取付け孔２８は逃げ溝２２ｂに連続している。更に、第２実施形態では、ブラシホルダ２６に一体に保持部材４１を設けることに代えて、金属製のばね受け２４から保持部材４１を一体に折り曲げて設けている。この保持部材４１は、金具取付け孔２８に圧入される半球状部４１ｃを有していて、それにより、金具取付け孔２８に挿通して絶縁ベース２２に取付けられている。保持部材４１の先端部４１ａ及び係合部４１ｂが設けられた部位は、逃げ溝２２ｂに配置されている。これにより、第２実施形態での固定子巻線に対する通電は、ばね受け２４及びその保持部材４１とこれに接した端子金具１３を介して行われるようになっている。以上説明した事項以外の構成は第１実施形態と同じである。

したがって、第２実施形態のブラシ装置２１及びこれを備えた電動機を有した電動送風機（図６には示されない）においても、第１実施形態で既に説明した理由で本発明の課題を解決できる。

本発明の第１実施形態に係る電動機を備えた電動送風機を一部断面して示す側面図。 図１の電動送風機が備える第１実施形態のブラシ装置まわりを拡大して示す断面図。 図２に示したブラシ装置を電動機フレームに取付けられる前の単品状態で示す断面図。 図３のブラシ装置のブラシホルダとこの内側に配設されたカーボンブラシとの関係を示す正面図。 図３のブラシ装置が備えたカーボンブラシを示す断面図。 本発明の第２実施形態に係るブラシ装置を電動機フレームに取付けられる前の単品状態で示す断面図。

符号の説明

２…モータ部（電動機）、５…フレーム、１１…固定子、１３…端子金具、１５…回転子、１５ａ…回転軸、１８…整流子、２１…ブラシ装置、２２…絶縁ベース、２２ｂ…逃げ溝、２３…ホルダ装着孔、２４…ばね受け、２６…ブラシホルダ、２６ａ…ブラシホルダの一端、２６ｂ…ブラシホルダの他端、２６ｃ…ブラシホルダの側壁、２７…逃げ部、３１…カーボンブラシ（ブラシ）、３１ａ…カーボンブラシの先端面、３１ｂ…カーボンブラシの後端面、３２…コイルばね、３５…コイルばね、３８…ピッグテール、４１…保持部材、４１ｂ…係合部

Claims (4)

1. ホルダ装着孔を有した絶縁ベースと、
   この絶縁ベースに前記ホルダ装着孔と対向して取付けられたばね受けと、
   一端及び他端が開放されるとともにこれら両端間でかつ前記他端に寄せて逃げ部が形成され、前記他端を前記ホルダ装着孔に挿入するとともに前記一端を前記絶縁ベースから突出させて前記絶縁ベースに取付けられた筒状のブラシホルダと、
   このブラシホルダに軸方向に移動可能に収容されたブラシであって、前記逃げ部に対向する側面及び前記ばね受けに対向する後端面を有し、前記側面に開放する凹部が形成された前記ブラシと、
   前記後端面と前記ばね受けとで挟持され前記ブラシを前記ブラシホルダの開放された前記一端から突出する方向に付勢するコイルばねと、
   前記逃げ部を通って前記凹部に係脱される係合部を有した保持部材であって、前記係合部を前記凹部に係合させて前記ブラシを前記ブラシホルダから突出しないように保持するとともに、前記係合が解除されたときに前記ブラシの前記ブラシホルダからの突出を許す前記保持部材と、
   を具備したことを特徴とするブラシ装置。
2. 請求項１において、前記コイルばねを軸方向に貫通して設けられ一端部が前記ブラシホルダの後端部に埋め込まれ他端が前記ばね受けに接続されたピッグテールを備え、このピッグテールの前記ブラシホルダの後端部への埋め込み深さの範囲内に前記凹部を形成したことを特徴とするブラシ装置。
3. 請求項１又は２において、前記逃げ部が形成された側面に対向した前記ブラシホルダの側壁に前記保持部材を切起こして設けたことを特徴とするブラシ装置。
4. フレームと、
   このフレームに固定されるとともに前記フレームの内面方向に突出する端子金具を有した固定子と、
   前記フレームに回転自在に支持された回転子と、
   この回転子の回転軸に取付けられた整流子と、
   前記フレームに取付けられた請求項１から３の内のいずれか一項に記載のブラシ装置であって、このブラシ装置の前記フレームへの取付けに伴い前記ブラシ装置が備えた保持部材が前記端子金具に接触し変形されて、前記ブラシ装置が備えたブラシの凹部と前記保持部材との係合が解除された状態に保持されている前記ブラシ装置と、
   を具備したことを特徴とする電動機。

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