JP2014007858A

JP2014007858A - 直流モータ

Info

Publication number: JP2014007858A
Application number: JP2012142067A
Authority: JP
Inventors: Junichi Morimoto; 淳一森本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2014-01-16

Abstract

【課題】スリップリング用のブラシを多接点化するにあたって、応力集中による割れを防ぐ。
【解決手段】スリップリング用ブラシ５を構成する板ばね５１は、Ｕ字形状に分岐して分岐部５４への応力集中を防ぎ、Ｕ字先端部５５ａ，５５ｂそれぞれに当接部５２ａ，５２ｂを設けて多接点化している。また、当接部５２ａ，５２ｂは、スリップリングに圧接する面に断面円弧状の窪み５７ａ，５７ｂを形成して肉薄部分への応力集中を防ぎつつ、多接点化している。
【選択図】図３

Description

この発明は、電源から供給される直流電流を整流子により転流し、転流された各電流をスリップリングによりステータのコイルに通電する直流モータに関するものである。

従来のブラシ式の直流モータにおいて、スリップリングに接触して摺動するブラシは、板ばね先端に１個の当接部が組み込まれた構成であり、１相のスリップリング上にブラシとの接点、即ち当接部が１箇所のみであった。そのため、異物の噛み込み等により接点不良が発生するとたちまち直流モータの異常停止につながる。また、板ばねは、当接部を取り付けた先端部を曲げて、当接部をスリップリングに押さえつける力（接圧）を発生させる構成であった。そのため、当接部が磨耗すると板ばね先端部の位置がスリップリング側へ下がり、曲げ角度が変化することにより、接圧が軽くなる。このように、従来のスリップリング用ブラシは、当接部の磨耗量がそのまま板ばねの曲げ角度量となり、磨耗量に応じて接圧が大きく変動する。そして、接圧が軽くなると、振動による当接部のジャンピングが発生し導通不良となる。

例えば特許文献１はスリップリング用ブラシではなくポテンショメータ用ブラシではあるが、１枚の金属板で互いに一体に形成された板ばね状の多接点ブラシを使用して、１相の抵抗トラック上に複数の接点で接触するようにしていた。

特開平１０−２７０７号公報

上記特許文献１の多接点ブラシをスリップリング用ブラシに使用した場合には、１相のスリップリング上にブラシとの接点が複数形成されるので、接点不良がそのまま直流モータの異常停止につながることはない。しかしながら、板ばね同士が接続する根元部分に応力が集中することにより、この根元部分に割れが生じやすいという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、スリップリング用のブラシを多接点化するにあたって、応力集中による割れを防ぐことを目的とする。

この発明に係る直流モータは、ブラシが、一端側が所定の支持部に支持され、他端側が円弧状に分岐し、当該分岐部から先端部までの間に曲げ部が形成された板ばねと、板ばねの先端部それぞれに設けられ、曲げ部に生じるばね力によりスリップリングに圧接する当接部とを有するものである。

この発明によれば、板ばねを分岐して先端部それぞれに当接部を設けるようにしたので、ブラシとスリップリングとの接点を多接点化することができると共に、分岐部を円弧状にして応力が集中することを回避し、割れを防ぐことができる。

この発明の実施の形態１に係る直流モータの構成を示す縦断面図である。図１に示す直流モータのうち、スリップリングとスリップリング用ブラシの構成を示すＡ矢視図である。実施の形態１に係る直流モータに用いるスリップリング用ブラシの構成を示す図である。実施の形態１に係る直流モータに用いるスリップリング用ブラシの当接部の構成を示す斜視図である。この発明の実施の形態２に係る直流モータに用いるスリップリング用ブラシの構成を示す図である。実施の形態２のスリップリング用ブラシの変形例を示す図である。この発明の実施の形態３に係る直流モータに用いるスリップリング用ブラシの構成を示す図である。実施の形態３に係る直流モータのうち、スリップリングとスリップリング用ブラシを図１のＡ方向から見たＡ矢視図である。

実施の形態１．
図１に示す直流モータ１において、ロータ２の一端側に固着されロータ２と一体に回転する円板部材３の端面には、同心円状に３相のスリップリング４−１〜４−３が形成されている。スリップリング用ブラシ５−１〜５−３は、各スリップリング４−１〜４−３に対して軸方向から接触するよう、ブラケット（支持部）６に支持されている。また、円板部材３の周面に整流子７が形成され、整流子用ブラシ８−１，８−２が整流子７に対して径方向から接触するようブラケット６に支持されている。

外部電源から供給される直流電流が、正極側の整流子用ブラシ８−１を介して流入すると、整流子７で整流されてスリップリング４−１〜４−３に流れ、スリップリング用ブラシ５−１〜５−３を介してステータ９のコイル１０に供給される。コイル１０への通電により磁束が発生すると、永久磁石１１の磁極の作用でロータ２に回転力が発生する。また、コイル１０に流れた電流は、スリップリング用ブラシ５−１〜５−３、スリップリング４−１〜４−３、整流子７および負極側の整流子用ブラシ８−２へ流れる。

次に、スリップリング用ブラシ５−１〜５−３の詳細を説明する。
スリップリング４−１〜４−３およびスリップリング用ブラシ５−１〜５−３は同一構造であるため、各々を区別しない場合には、スリップリング４（不図示）およびスリップリング用ブラシ５と表記する。
図３（ａ）にスリップリング用ブラシ５の正面図、図３（ｂ）に側面図、図３（ｃ）に上面図を示す。スリップリング用ブラシ５は、銅板の板ばね５１と、銅とカーボンを焼結した当接部５２ａ，５２ｂとから構成されている。

板ばね５１は、一端側の根元部５３がブラケット６に支持される。板ばね５１の他端側は、Ｕ字形状に分岐し、分岐部５４が円弧状に形成されている。また、分岐部５４からＵ字先端部５５ａ，５５ｂまでの間に曲げ部５６ａ，５６ｂが形成されている。この曲げ部５６ａ，５６ｂに生じるばね力を、２個の当接部５２ａ，５２ｂを１相のスリップリング４に押さえつける力（接圧）に利用する。よって、当接部５２ａ，５２ｂは、回転するスリップリング４上に圧接された状態で摺動する。
なお、板ばね５１の直流モータ１への取付方法は、ブラケット６による支持に限定されるものではなく、任意の方法でよい。

板ばね５１をＵ字形状にしてＵ字先端部５５ａ，５５ｂそれぞれに当接部５２ａ，５２ｂを設置することにより、当接部５２ａ，５２ｂのいずれか一方が、異物の噛み込み等により導通不良になった場合でも、もう一方で導通が確保でき（フェールセーフ）、直流モータ１の異常停止を回避することができる。また、１相のスリップリング４上に２個の当接部５２ａ，５２ｂを配置するため、１個のスリップリング用ブラシ５当たりの電流量が低減できる。よって、当接部５２ａ，５２ｂの電気的な磨耗が抑制され、耐性が向上する。

さらに、板ばね５１の分岐部５４を円弧状にすることで、分岐部５４への応力集中を回避し、この分岐部５４の割れを防ぐことができる。よって、応力に対する耐力が向上する。

図４に、当接部５２ａを拡大した斜視図を示す。当接部５２ａのスリップリング４に接触する面に、断面円弧状の窪み５７ａを形成して、スリップリング４に対して２箇所で接する構成にしている。当接部５２ｂも同様に断面円弧状の窪み５７ｂを形成して、スリップリング４に対して２箇所で接する構成にしている。これにより、スリップリング４とスリップリング用ブラシ５の接点を４箇所に増やすことができ、これら４箇所すべての接点が導通不良にならない限り導通が確保でき（フェールセーフ）、直流モータ１の異常停止を回避することができる。
また、当接部５２ａ，５２ｂの窪みを断面円弧状にすることで、肉薄部分への応力集中を回避し、割れを防ぐことができる。

以上より、実施の形態１によれば、直流モータ１のスリップリング用ブラシ５は、一端側の根元部５３がブラケット６に支持され、他端側が円弧状に分岐し、この分岐部５４からＵ字先端部５５ａ，５５ｂまでの間に曲げ部５６ａ，５６ｂが形成された板ばね５１と、板ばね５１のＵ字先端部５５ａ，５５ｂそれぞれに設けられ、曲げ部５６ａ，５６ｂに生じるばね力によりスリップリング４に圧接される当接部５２ａ，５２ｂとを有するように構成した。このため、スリップリング用ブラシ５を多接点化するにあたって、円弧状の分岐部５４に応力が集中せず、割れを防止することができる。

また、実施の形態１によれば、当接部５２ａ，５２ｂは、スリップリング４に圧接する面に断面円弧状の窪み５７ａ，５７ｂを有するように構成した。このため、当接部５２ａ，５２ｂを多接点化するにあたっても、当接部５２ａ，５２ｂの薄肉部分に応力が集中せず、割れを防止することができる。

実施の形態２．
図５は、本実施の形態２に係る直流モータ１に用いるスリップリング用ブラシ５の構成を示し、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は側面図、図５（ｃ）は上面図である。なお、図５において図１〜図４と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
本実施の形態２のスリップリング用ブラシ５は、板ばね５１の曲げ部５６ａ，５６ｂから当接部５２ａ，５２ｂまでの間に、蛇腹構造５８ａ，５８ｂが形成されている。この部分を蛇腹構造５８ａ，５８ｂにすることで、当接部５２ａ，５２ｂが磨耗した場合でも、曲げ部５６ａ，５６ｂの曲げ角度の変動量を抑制することができる。よって、当接部５２ａ，５２ｂにかかる接圧の変動を低減することができ、接圧が軽くなることを防止できる。また、二手に分岐したＵ字先端部５５ａ，５５ｂのそれぞれに蛇腹構造５８ａ，５８ｂを形成することで、Ｕ字先端部５５ａ，５５ｂが独立して変位可能になる。よって、当接部５２ａ，５２ｂのうちの一方の磨耗による曲げ部５６ａ，５６ｂの一方の曲げ角度の変動が、もう一方の曲げ角度に及ぼす影響を回避することができる。

この蛇腹構造を、根元部５３に形成することも可能である。
図６に、本実施の形態２のスリップリング用ブラシ５の変形例を示す。この例では、根元部５３に蛇腹構造５９が形成されている。この部分を蛇腹構造５９にすることで、スリップリング用ブラシ５にかかる振動を蛇腹構造５９が吸収し、当接部５２ａ，５２ｂのジャンピングを回避することができる。
なお、図６では、蛇腹構造５８ａ，５８ｂおよび蛇腹構造５９を両方形成したが、蛇腹構造５９だけ形成してもよい。

以上より、実施の形態２によれば、板ばね５１は、図５および図６に示すように、曲げ部５６ａ，５６ｂから当接部５２ａ，５２ｂまでの間に蛇腹構造５８ａ，５８ｂを有するように構成した。このため、当接部５２ａ，５２ｂの磨耗による接圧の変動量を減少することができる。

また、実施の形態２によれば、板ばね５１は、図６に示すように、分岐部５４より支持部側の根元部５３に蛇腹構造５９を有するように構成した。このため、振動による当接部５２ａ，５２ｂのジャンピングを回避することができる。

実施の形態３．
図７は、本実施の形態３に係る直流モータ１に用いるスリップリング用ブラシ５の構成を示し、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は側面図、図７（ｃ）は上面図である。また、図８は、本実施の形態３に係る直流モータ１のうち、スリップリング用ブラシ５−１〜５−３とスリップリング４−１〜４−３を図１のＡ方向から見たＡ矢視図である。なお、図７および図８において図１〜図４と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。

本実施の形態３のスリップリング用ブラシ５は、板ばね５１のＵ字先端部５５ａ，５５ｂの長さが互いに異なる形状に形成されている。図示例では、Ｕ字先端部５５ａよりＵ字先端部５５ｂの方が長くなっている。このスリップリング用ブラシ５をスリップリング４上に設置した場合、図８に示すようにスリップリング用ブラシ５−１の当接部５２ａ，５２ｂがスリップリング４−１の幅方向にずれた位置で摺動することになる。よって、２個の当接部５２ａ，５２ｂが同じ位置で摺動する場合（図２）に比べて、異物の噛み込みを回避することができる。また、２個の当接部５２ａ，５２ｂが同じ位置で摺動する場合に比べて、スリップリング４−１への負担を軽減することができる。また、図８において、スリップリング４−２とスリップリング用ブラシ５−２、およびスリップリング４−３とスリップリング用ブラシ５−３でも同様に、異物噛み込みの回避およびスリップリングへの負担軽減の効果がある。

以上より、実施の形態３によれば、板ばね５１は、Ｕ字先端部５５ａ，５５ｂの長さが互いに異なる形状になるよう構成した。このため、異物の噛み込みを回避することができ、また、スリップリング４への負担を軽減することができる。

なお、図１、図２および図８では３個のスリップリング用ブラシ５−１〜５−３を使用したが、これに限定されるものではなく、直流モータ１の構成に応じて任意数のスリップリング用ブラシ５を使用すればよい。また、スリップリング４−１〜４−３とスリップリング用ブラシ５−１〜５−３を円板部材３の端面に配置したが、円板部材３の周面等に配置してもよい。

上記以外にも、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１直流モータ、２ロータ、３円板部材、４，４−１〜４−３スリップリング、５，５−１〜５−３スリップリング用ブラシ（ブラシ）、６ブラケット（支持部）、７整流子、８−１，８−２整流子用ブラシ、９ステータ、１０コイル、１１永久磁石、５１板ばね、５２ａ，５２ｂ当接部、５３根元部、５４分岐部、５５ａ，５５ｂＵ字先端部（先端部）、５６ａ，５６ｂ曲げ部、５７ａ，５７ｂ窪み、５８ａ，５８ｂ，５９蛇腹構造。

Claims

電源から供給される直流電流を整流子で転流してスリップリングに通電し、当該スリップリングに接触するブラシを介してステータのコイルへ供給する直流モータにおいて、
前記ブラシは、一端側が所定の支持部に支持され、他端側が円弧状に分岐し、当該分岐部から先端部までの間に曲げ部が形成された板ばねと、
前記板ばねの前記先端部それぞれに設けられ、前記曲げ部に生じるばね力により前記スリップリングに圧接する当接部とを有することを特徴とする直流モータ。
前記板ばねは、前記曲げ部から前記当接部までの間に蛇腹構造を有することを特徴とする請求項１記載の直流モータ。
前記板ばねは、前記分岐部より前記支持部側に蛇腹構造を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の直流モータ。
前記当接部は、前記スリップリングに圧接する面に断面円弧状の窪みを有することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の直流モータ。
前記板ばねは、前記先端部の長さが互いに異なる形状であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の直流モータ。