JP2009261097A - 直流モータ - Google Patents

Abstract

【課題】良好な特性を得ることができる直流モータを提供する。
【解決手段】直流モータは、整流子８を有する電機子と、整流子８の径方向に延びるブラシボックス１０ｃと、ブラシボックス１０ｃ内に収容保持されるブラシ１２と、ブラシ１２の径方向外側端部を径方向内側に押圧し該ブラシ１２を整流子８に押圧接触させる捩りコイルばね１３とを備える。ブラシ１２の径方向外側端部には、電機子の回転方向における中心位置に向かうほど深い円弧形状の凹部１２ａが形成される。捩りコイルばね１３のコイル部１３ａは支持柱１０ｅと遊嵌されることで軸線方向から見てブラシボックス１０ｃに対して相対移動可能に保持される。捩りコイルばね１３のコイル部１３ａから突出する押圧片１３ｃの（凹部１２ａに当接される）押圧部１３ｄは、凹部１２ａの円弧より径の小さい円弧形状に形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ブラシを整流子に押圧接触させた直流モータに関するものである。

従来、直流モータとしては、整流子を有する回転子と、整流子の径方向に延びるブラシボックスと、ブラシボックス内に収容保持されるブラシと、ブラシの径方向外側端部を径方向内側に押圧し該ブラシを整流子に押圧接触させる押圧部材とを備えたものがある。

そして、このような直流モータとしては、例えば、一対のブラシを押圧部材としての捩りコイルばねの押圧片にて径方向内側に押圧したものがある（例えば、特許文献１参照）。

このように構成された直流モータでは、回転子の回転時、ブラシが整流子と摺接することから、外部からの駆動電流が回転子にブラシ及び整流子を介して供給される。
ところで、上記のような直流モータにおいて、ブラシボックスの内部（内側面）は、ブラシの熱膨張等を考慮して、冷めた状態（常温）のブラシを収容しているときには隙間を有するように設定されている。よって、回転子の長時間回転時等、ブラシが高温となり膨張してもブラシボックスがブラシの前後方向の移動を妨げるといったことは防止される。
特開平１１−１９６５５３号公報

しかしながら、上記のような従来の直流モータでは、押圧部材によるブラシの押圧位置が回転子の回転方向にずれることがある。詳しくは、特に、図１１に示すように、捩りコイルばね１０１を用いたものでは、捩りコイルばね１０１によるブラシ１０２の押圧位置がブラシ１０２の摩耗に伴って（例えば初期状態（図１１中、２点鎖線参照）の押圧位置Ｚ１から摩耗後の押圧位置Ｚ２に）回転子（整流子１０３）の回転方向（図１１中、下方向）にずれてしまう。

このようにして前記押圧位置が回転子の回転方向におけるブラシの中心位置からずれると、例えば、図１２（ａ）に示すように、一対のブラシ１０２の近接する側に集中して捩りコイルばね１０１のコイル部１０１ａが配置されたものでは、整流子１０３に対するブラシ１０２の接触状態がばらつく虞がある（図１２（ｂ）（ｃ）参照）。即ち、図１２（ｂ）に示すように、整流子１０３が時計回り方向に回転すると、一方（時計回り側）のブラシ１０２はブラシボックス１０４内での傾きが抑制され、他方（反時計回り側）のブラシ１０２はブラシボックス１０４内で大きく傾く等、一方と他方とで整流子１０３への接触面積（図１２（ｂ）中、太線で図示）が異なってしまう虞がある。又、特に、図１２（ｃ）に示すように、逆回転（反時計回り方向の回転）を行う直流モータの場合等では、回転方向によっても接触状態が異なってしまうため、両回転時にそれぞれ良好な（所望の）特性を得ることは困難となる。尚、図１３は、従来（例えば図１２（ｂ）のようにブラシ１０２の一方と他方とで接触面積が異なるもの）の角度−巻線抵抗・電流波形図であり、巻線抵抗・電流共に定期的に一定の波形とならず、良好な（所望の）特性でないことがわかる。又、勿論、このことは直流モータのトルクや効率を低下させる原因となる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、良好な特性を得ることができる直流モータを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、整流子を有する回転子と、前記整流子の径方向に延びるブラシボックスと、前記ブラシボックス内に収容保持されるブラシと、前記ブラシの径方向外側端部を径方向内側に押圧し該ブラシを前記整流子に押圧接触させる押圧部材とを備えた直流モータであって、前記押圧部材による前記ブラシの押圧位置が前記回転子の回転方向における前記ブラシの中心位置からずれることを低減するための中心維持手段を備えた。

同構成によれば、中心維持手段によって、押圧部材によるブラシの押圧位置が回転子の回転方向におけるブラシの中心位置からずれることが低減される。これにより、整流子に対するブラシの接触状態がばらつくことが低減される。即ち、整流子が回転すると、複数（例えば一対）のブラシが共に同様にブラシボックス内で傾き、ブラシ毎に整流子への接触面積が異なってしまうといったことが低減され、良好な特性を得ることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の直流モータにおいて、前記中心維持手段は、前記ブラシの径方向外側端部に形成された前記中心位置に向かうほど深い凹部を含み、前記押圧部材は、前記凹部を径方向内側に押圧する。

同構成によれば、押圧部材は、ブラシの径方向外側端部に形成された前記中心位置に向かうほど深い凹部を径方向内側に押圧するため、押圧部材によるブラシの押圧位置が凹部によって前記中心位置に誘導され、前記中心位置からずれることが低減される。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の直流モータにおいて、前記押圧部材は、捩りコイルばねであって、そのコイル部は前記ブラシボックスと移動不能な支持部と遊嵌されることで軸線方向から見て前記ブラシボックスに対して相対移動可能に保持された。

同構成によれば、ブラシの摩耗に伴って初期状態における捩りコイルばねの押圧片の基端部位置からブラシの前記中心位置までの距離が変化しても、前記凹部の作用によって、捩りコイルばねのコイル部（押圧片の基端部位置）の位置が（自動的に）相対移動し、捩りコイルばねによるブラシの押圧位置が前記中心位置からずれることが低減される。これにより、捩りコイルばねを用いた効果（例えば、圧縮コイルばね等に比べてブラシの径方向外側の小型化等）を得ながら、請求項１に記載の発明の効果を得ることができる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の直流モータにおいて、前記凹部は、前記中心位置に向かうほど深い円弧形状の円弧凹部であって、前記捩りコイルばねの前記コイル部から突出する押圧片の押圧部は、前記円弧凹部の円弧より径の小さい円弧形状に形成された。

同構成によれば、凹部は、前記中心位置に向かうほど深い円弧形状の円弧凹部であって、捩りコイルばねのコイル部から突出する押圧片の押圧部は、前記円弧凹部の円弧より径の小さい円弧形状に形成されるため、押圧部が前記中心位置に滑らかに誘導され、捩りコイルばねによるブラシの押圧位置が前記中心位置からずれることが更に低減される。

請求項５に記載の発明では、請求項２に記載の直流モータにおいて、前記凹部は、前記中心位置に向かうほど深い円弧形状の円弧凹部であって、前記押圧部材は、板ばねであるとともにその押圧部が前記円弧凹部の円弧より径の小さい円弧形状に形成された。

同構成によれば、凹部は、前記中心位置に向かうほど深い円弧形状の円弧凹部であって、押圧部材は、板ばねであるとともにその押圧部が前記円弧凹部の円弧より径の小さい円弧形状に形成されるため、押圧部が前記中心位置に滑らかに誘導され、板ばねによるブラシの押圧位置が前記中心位置からずれることが更に低減される。

請求項６に記載の発明では、請求項１に記載の直流モータにおいて、前記中心維持手段は、前記ブラシの径方向外側端部の前記中心位置に形成された溝部を含み、前記押圧部材は、その一端の押圧部が前記溝部に嵌り該溝部を径方向内側に押圧する圧縮コイルばねである。

同構成によれば、押圧部材は、その一端の押圧部がブラシの径方向外側端部の前記中心位置に形成された溝部に嵌り該溝部を径方向内側に押圧する圧縮コイルばねであるため、圧縮コイルばねによるブラシの押圧位置が、前記中心位置からずれることが低減される。

本発明によれば、良好な特性を得ることができる直流モータを提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図６に従って説明する。図１は、本実施の形態の直流モータ１を示す。
直流モータ１は、磁性金属材にて略有底筒状に形成されるヨーク２を備えており、該ヨーク２の内周面にはマグネット３が固着されている。因みに、本実施の形態のマグネット３の磁極数は「４」となっている。マグネット３の内側には、回転子としての電機子４が回転可能に収容されている。電機子４は、回転軸５と、該回転軸５に固定されるコア６と、該コア６に巻装される巻線７と、コア６よりも先端側（ヨーク２の開口端２ａ側）の回転軸５に固定され巻線７と接続される整流子８とを備えてなる。電機子４は、回転軸５の基端部がヨーク２の底部中央に保持された軸受９により回転可能に支持されている。ヨーク２の開口端２ａには、電機子４を収容した状態で該開口端２ａを略閉塞するようにエンドブラケット１０が固定される。

エンドブラケット１０は、樹脂材よりなり、ヨーク２の開口端２ａに対応させて略円盤状に形成されている（図２参照）。エンドブラケット１０の中央部には、図１に示すように、回転軸５の先端部を挿入するために軸方向に貫通する貫通孔１０ａが形成されており、該貫通孔１０ａのヨーク２内部側には軸受１１が保持されている。軸受１１には回転軸５の先端部が回転可能に支持され、該回転軸５の先端部はその貫通孔１０ａ内で負荷側の連結部と連結可能に露出されている。

又、エンドブラケット１０には、電機子４の軸方向から見て（図２参照）前記ヨーク２の外部に（図２中、左側に）突出するコネクタ部１０ｂが一体形成されている。
コネクタ部１０ｂは、電機子４の軸方向に沿って図示しない制御装置（電源装置）の外部コネクタが嵌着可能となるように略筒状に（ヨーク２に沿って（図１中、下側に））延びている。

又、エンドブラケット１０には、図２に示すように、整流子８（図１参照）の径方向に延びる一対のブラシボックス１０ｃが形成されている。ブラシボックス１０ｃは、その上面（図２中、紙面手前側の面）に径方向に延びるピッグテール挿通孔１０ｄを有した略径方向に延びる略４角筒形状に形成されている。尚、本実施の形態のブラシボックス１０ｃは、径方向に対して軸方向に若干傾斜して形成されている。又、本実施の形態の一対のブラシボックス１０ｃは、回転軸５を中心として略９０°間隔に形成されている。

又、エンドブラケット１０において一対のブラシボックス１０ｃの近接する側には、ブラシボックス１０ｃ毎に回転軸５の軸線方向（図２中、紙面手前方向）に延びる支持部としての支持柱１０ｅが立設されている。

そして、各ブラシボックス１０ｃ内には略４角柱状のブラシ１２が収容保持されている。このブラシ１２の径方向外側端部（後端部）には、図３に示すように、電機子４（整流子８）の回転方向における中心位置に向かうほど深い中心維持手段としての凹部１２ａが形成されている。詳しくは、本実施の形態における凹部１２ａは、前記中心位置に向かうほど深い円弧形状の円弧凹部とされている。尚、本実施の形態の凹部１２ａは、前記回転軸５に略沿って一様に円弧形状に形成されている。

又、ブラシボックス１０ｃ近傍には、ブラシ１２の径方向外側端部（本実施の形態では凹部１２ａ）を径方向内側に押圧し該ブラシ１２を整流子８に押圧接触させるための押圧部材としての捩りコイルばね１３が保持されている。詳しくは、捩りコイルばね１３は、図３に示すように、略円筒状のコイル部１３ａと、コイル部１３ａの一端から突出する係止片１３ｂと、コイル部１３ａの他端から突出する押圧片１３ｃとを有する。本実施の形態のコイル部１３ａは、その内径が前記支持柱１０ｅの外径より大きく設定され、該コイル部１３ａに支持柱１０ｅが遊嵌されることで軸線方向から見てブラシボックス１０ｃに対して相対移動可能に保持されている。又、係止片１３ｂはブラシボックス１０ｃに一体的に形成された係止部１０ｆに支持されている。そして、前記押圧片１３ｃの先端に形成された押圧部１３ｄは、前記凹部（円弧凹部）１２ａの円弧より径の小さい円弧形状に形成され、前記凹部（円弧凹部）１２ａに当接して該凹部１２ａ（ブラシ１２の径方向外側端部）を径方向内側に押圧している。

又、エンドブラケット１０には、図２に示すように、前記ピッグテール挿通孔１０ｄを介して導出したブラシ１２のピッグテール１４と電気的に接続されるサーミスタ１５や前記コネクタ部１０ｂまで延びる給電用ターミナル１６が設けられている。

次に、上記実施の形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
（１）ブラシ１２の径方向外側端部（後端部）には、電機子４（整流子８）の回転方向における中心位置に向かうほど深い凹部１２ａが形成されている。又、ブラシ１２（凹部１２ａ）を押圧するための押圧部材は、捩りコイルばね１３であって、そのコイル部１３ａはブラシボックス１０ｃと移動不能な支持柱１０ｅと遊嵌されることで軸線方向から見てブラシボックス１０ｃに対して相対移動可能に保持される。

よって、押圧部材（捩りコイルばね１３）によるブラシ１２の押圧位置が電機子４の回転方向におけるブラシ１２の中心位置からずれることが低減される。詳しくは、まず捩りコイルばね１３の押圧片１３ｃ（押圧部１３ｄ）は、前記中心位置に向かうほど深い凹部１２ａを径方向内側に押圧するため、押圧片１３ｃ（押圧部１３ｄ）に常に前記中心位置に向かう力（反作用の分力）が掛かる。そして、例えば、ブラシ１２の摩耗に伴って初期状態における捩りコイルばね１３の押圧片１３ｃの基端部位置からブラシ１２の前記中心位置までの距離が変化しても、前記凹部１２ａの作用によって、捩りコイルばね１３のコイル部１３ａ（押圧片１３ｃの基端部）の位置が（自動的に）相対移動し、捩りコイルばね１３によるブラシ１２の押圧位置が前記中心位置に誘導され該中心位置からずれることが低減される。尚、図４は、図３に示す初期状態のブラシ１２が摩耗して短くなった状態を図示している。図４では、捩りコイルばね１３によるブラシ１２の押圧位置Ｚ３が、初期状態の押圧位置（前記中心位置）Ｚ４からのずれが低減されるようにコイル部１３ａ（支持柱１０ｅとの接触点Ａ１，Ａ２）が相対移動していることが図示されている。

これにより、整流子８に対するブラシ１２の接触状態がばらつくことが低減される（図５（ｂ），（ｃ）参照）。即ち、図５（ａ）に示す回転していない状態から図５（ｂ）に示すように整流子８が時計回り方向に回転すると、一対のブラシ１２が共に同様にブラシボックス１０ｃ内で傾き、ブラシ１２毎に整流子８への接触面積が異なってしまうといったことが低減され、良好な特性を得ることができる。又、図５（ｃ）に示すように整流子８が反時計回り方向に回転しても、一対のブラシ１２が共に同様に（図５（ｂ）の場合と逆側に）ブラシボックス１０ｃ内で傾き、ブラシ１２毎に整流子８への接触面積が異なってしまうといったことが低減され、良好な特性を得ることができる。尚、図５（ａ）〜（ｃ）は、捩りコイルばね１３によるブラシ１２の押圧位置が前記中心位置にある状態を模式的に図示しているが、前記凹部１２ａの形状等は図示していない。又、図６は、本実施の形態（例えば図５（ｂ）の場合）の角度−巻線抵抗・電流波形図であり、巻線抵抗・電流共に定期的に一定の波形となり、従来（図１３参照）に比べて、良好な（所望の）特性であることがわかる。又、勿論、このことは直流モータ１のトルクや効率を向上させることになる。

（２）押圧部材を捩りコイルばね１３としたため、捩りコイルばね１３を用いた効果（例えば、圧縮コイルばね等に比べてブラシ１２の径方向外側の小型化等）を得ることができる。

（３）凹部１２ａは、前記中心位置に向かうほど深い円弧形状の円弧凹部であって、押圧片１３ｃの前記凹部１２ａに当接する押圧部１３ｄは、凹部１２ａ（円弧凹部）の円弧より径の小さい円弧形状に形成される。よって、押圧部１３ｄが前記中心位置に滑らかに誘導され易くなり、捩りコイルばね１３によるブラシ１２の押圧位置が前記中心位置からずれることが更に低減される。

上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、押圧部材を捩りコイルばね１３としたが、これに限定されず、他の押圧部材に変更してもよい。

例えば、図７及び図８に示すように、押圧部材を板ばね２１に変更してもよい。この例では、ブラシ２２の径方向外側端部には、上記実施の形態と略同様に前記中心位置に向かうほど深い円弧形状の凹部２２ａ（円弧凹部）が形成されている。又、板ばね２１は、前記エンドブラケット１０に形成された支持壁１０ｇに支持され、その径方向内側の前記凹部２２ａに当接する押圧部２１ａが前記凹部２２ａ（円弧凹部）の円弧より径の小さい円弧形状に形成されている。このようにしても、板ばね２１によるブラシ２２の押圧位置が前記中心位置からずれることが低減され、上記実施の形態の効果（１）と同様の効果を得ることができる。

又、例えば、図９及び図１０に示すように、押圧部材を圧縮コイルばね３１に変更してもよい。この例では、ブラシ３２の径方向外側端部の前記中心位置に径方向内側に延びる中心維持手段としての溝部３２ａが形成されている。又、圧縮コイルばね３１は、前記エンドブラケット１０に形成された支持壁１０ｈに支持され、その径方向内側（一端）の押圧部３１ａが前記溝部３２ａに嵌り該溝部３２ａを径方向内側に押圧するように形成されている。このようにしても、圧縮コイルばね３１によるブラシ３２の押圧位置が前記中心位置からずれることが低減され、上記実施の形態の効果（１）と同様の効果を得ることができる。

・上記実施の形態では、ブラシ１２の径方向外側端部の凹部１２ａを前記中心位置に向かうほど深い円弧形状の円弧凹部としたが、前記中心位置に向かうほど深くなる形状であれば、円弧形状以外の形状（例えばＶ字形状）の凹部に変更してもよい。又、押圧部１３ｄは、凹部１２ａ（円弧凹部）の円弧より径の小さい円弧形状に形成されるとしたが、前記中心位置に誘導される形状であれば、他の形状に変更してもよい。即ち、押圧部材によるブラシの押圧位置が前記中心位置からずれることを低減することができれば、ブラシ及び押圧部材の形状や構成を変更してもよい。

本実施の形態における直流モータの断面図。 本実施の形態におけるエンドブラケットの平面図。 本実施の形態における要部を説明するための拡大模式図。 本実施の形態における要部を説明するための拡大模式図。 （ａ）〜（ｃ）本実施の形態における作用を説明するための模式図。 本実施の形態における角度−巻線抵抗・電流波形図。 別例における要部を説明するための拡大模式図。 （ａ）別例における板ばねの平面図。（ｂ）同じく板ばねの側面図。 別例における要部を説明するための拡大模式図。 別例における圧縮コイルばねの斜視図。 背景技術を説明するための模式図。 （ａ）〜（ｃ）背景技術における作用を説明するための模式図。 背景技術における角度−巻線抵抗・電流波形図。

符号の説明

４…電機子（回転子）、８…整流子、１０ｃ…ブラシボックス、１０ｅ…支持柱（支持部）、１２，２２，３２…ブラシ、１２ａ，２２ａ…凹部（中心維持手段及び円弧凹部）、１３…捩りコイルばね（押圧部材）、１３ａ…コイル部、１３ｃ…押圧片、１３ｄ…押圧部、２１…板ばね（押圧部材）、２１ａ…押圧部、３１…圧縮コイルばね（押圧部材）、３１ａ…押圧部、３２ａ…溝部、Ｚ３，Ｚ４…押圧位置。

Claims (6)

1. 整流子を有する回転子と、
   前記整流子の径方向に延びるブラシボックスと、
   前記ブラシボックス内に収容保持されるブラシと、
   前記ブラシの径方向外側端部を径方向内側に押圧し該ブラシを前記整流子に押圧接触させる押圧部材と
   を備えた直流モータであって、
   前記押圧部材による前記ブラシの押圧位置が前記回転子の回転方向における前記ブラシの中心位置からずれることを低減するための中心維持手段を備えたことを特徴とする直流モータ。
2. 請求項１に記載の直流モータにおいて、
   前記中心維持手段は、前記ブラシの径方向外側端部に形成された前記中心位置に向かうほど深い凹部を含み、
   前記押圧部材は、前記凹部を径方向内側に押圧することを特徴とする直流モータ。
3. 請求項２に記載の直流モータにおいて、
   前記押圧部材は、捩りコイルばねであって、そのコイル部は前記ブラシボックスと移動不能な支持部と遊嵌されることで軸線方向から見て前記ブラシボックスに対して相対移動可能に保持されたことを特徴とする直流モータ。
4. 請求項３に記載の直流モータにおいて、
   前記凹部は、前記中心位置に向かうほど深い円弧形状の円弧凹部であって、
   前記捩りコイルばねの前記コイル部から突出する押圧片の押圧部は、前記円弧凹部の円弧より径の小さい円弧形状に形成されたことを特徴とする直流モータ。
5. 請求項２に記載の直流モータにおいて、
   前記凹部は、前記中心位置に向かうほど深い円弧形状の円弧凹部であって、
   前記押圧部材は、板ばねであるとともにその押圧部が前記円弧凹部の円弧より径の小さい円弧形状に形成されたことを特徴とする直流モータ。
6. 請求項１に記載の直流モータにおいて、
   前記中心維持手段は、前記ブラシの径方向外側端部の前記中心位置に形成された溝部を含み、
   前記押圧部材は、その一端の押圧部が前記溝部に嵌り該溝部を径方向内側に押圧する圧縮コイルばねであることを特徴とする直流モータ。

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