JP2019161821A - ブラシ付きモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシ付きモータにおいてブラシの摩耗状況に関わらず一定角度で整流子に対して接触させ安定した出力を得る。【解決手段】ブラシ付きモータ１０を構成するカバー部材１８には、一対のブラシ２０ａ、２０ｂがブラシホルダ３２ａ、３２ｂに収納され、このブラシ２０ａ、２０ｂは、先端５４側に向かってスプリング４４によって付勢されると共に、整流子１６の回転方向側となる第１側面６０が前記先端５４近傍でブラシホルダ３２ａ、３２ｂの第１内壁面３８へと接触し、該回転方向とは反対側となるブラシ２０ａ、２０ｂの第２側面６２は、前記ブラシホルダ３２ａ、３２ｂの第２内壁面４０から突出した凸部４２へと接触して支持される。【選択図】図３

Description

本発明は、整流子に対して接触することで通電を行うブラシを有したブラシ付きモータに関する。

従来から、回転子に設けられた整流子に接触する一対のブラシを有し、このブラシからの電力を前記整流子を介して回転子巻線へと供給するブラシ付きモータが知られている。このブラシ付きモータは、例えば、特許文献１に開示されるように、モータヨークの内部に、アーマチュアシャフトを有するアーマチュアが収容され、このアーマチュアシャフトの中央には複数枚の薄板を重ねたアーマチュアコアが固定されると共に、該アーマチュアコア近傍にコンミュテータが固定されている。

また、モータヨークの内側に設けられたホルダベースには、コンミュテータを挟んで対称となる位置に２個のブラシケースが設けられ、このブラシケースにはブラシがそれぞれ収納され、このブラシの先端部がコンミュテータの外周面に接触するようにブラシ押圧部材によって付勢されると共に、前記ブラシは、コンテミュータの回転方向に対して鋭角となるように所定角度傾斜した状態で接触している。

特開平７−２５０４５７号公報

上述したブラシ付きモータでは、ブラシがコンミュテータへ接触した際の暴れを防止するために先端部側が該コンミュテータの回転方向側へと傾斜して配置されると共に、ブラシホルダ内においてブラシの先端部側がコンミュテータの回転方向側の内壁に接触し、後端部側が回転方向とは反対方向となる内壁面に接触する構成としている。そのため、回転するコンミュテータとの接触によってブラシの先端部が徐々に摩耗しブラシ長さが徐々に短くなった際、前記ブラシがブラシ押圧部材によって前記コンミュテータ側へと付勢されているため、先端部側における接触位置は変化しないが、ブラシ押圧側となる後端部側が徐々に前記コンミュテータ側へと移動していくことで後端部側と内壁面との接触位置が変化し、それに伴ってブラシホルダ内におけるブラシの傾斜角度が徐々に大きくなる。

その結果、コンミュテータに対するブラシの接触角度が変化し、この接触角度の変化に伴って前記コンミュテータに対するブラシの接触面積が変化することで出力性能の低下を招くという問題がある。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、ブラシの摩耗状況に関わらず一定角度で整流子に対して接触させることで安定した出力を得ることが可能なブラシ付きモータを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、ブラシホルダに収納されたブラシを整流子に対して圧接させ通電するブラシ付きモータにおいて、
ブラシホルダ内においてブラシに接触し、ブラシを整流子側に向かって付勢するスプリングを備え、スプリングの付勢方向は、整流子の回転方向とは反対方向へと傾斜しており、
整流子の回転軸方向から見て、ブラシがブラシホルダに対して両側面で接触し、ブラシの延在方向において整流子側となり整流子の回転方向側となる第１接触部と、整流子の回転方向とは反対方向となる第２接触部と、
を有し、
第２接触部が、ブラシとスプリングとの接触部位と第１接触部との間に設けられることを特徴とする。

本発明によれば、ブラシ付きモータにおけるブラシが、整流子の回転軸方向から見て、ブラシの延在方向において整流子側となり回転方向側となる第１接触部と、整流子の回転方向とは反対方向となる第２接触部とでブラシホルダに対して接触すると共に、スプリングによって整流子側に向かって付勢されている。

そして、第２接触部を、ブラシにおけるスプリングとの接触部位と第１接触部との間に設けることにより、例えば、ブラシが整流子との接触によって摩耗して短くなりスプリングとの接触部位が整流子側へと移動していった場合でも、第２接触部の位置が変化することがないため、ブラシホルダに対するブラシの傾斜角度を一定とし、それに伴って、整流子に対するブラシの接触角度（接触面積）を一定に維持することで安定した出力が得られる。

また、ブラシの延在方向において、ブラシとスプリングとの接触部位から第２接触部までの距離を、第１接触部と第２接触部との間の距離よりも長くするとよい。

さらに、スプリングは、整流子側とは反対側となるブラシの後端に接触し、後端を、整流子の回転方向側となり第１接触部を有した端面と後端との頂部が整流子側に近づくように傾斜させるとよい。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、ブラシ付きモータにおけるブラシが、整流子の回転軸方向から見て、ブラシの延在方向において整流子側となり回転方向側となる第１接触部と、整流子の回転方向とは反対方向となる第２接触部とでブラシホルダに対して接触すると共に、その第２接触部が、ブラシにおけるスプリングとの接触部位と第１接触部との間に設けられ、スプリングによって整流子側に向かって付勢されている。そのため、例えば、ブラシが整流子との接触によって摩耗してスプリングとの接触部位が整流子側へと移動していった場合でも、第２接触部の位置が変化することがない。その結果、ブラシホルダに対するブラシの傾斜角度が変化せず、整流子に対してブラシを常に一定の接触角度（接触面積）で接触させることができるため安定した出力が得られる。

本発明の実施の形態に係るブラシ付きモータの概略全体断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図２におけるブラシ近傍を示す拡大断面図である。

本発明に係るブラシ付きモータについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係るブラシ付きモータを示す。

このブラシ付きモータ１０は、図１に示されるように、有底円筒状のヨーク１２と、該ヨーク１２の内部に回転自在に収納される回転子１４と、該回転子１４の軸方向に沿った一端部側（矢印Ａ１方向）に設けられる整流子１６と、前記ヨーク１２の一端部側を閉塞するカバー部材１８と、前記整流子１６の外周側に設けられ接触自在な一対のブラシ２０ａ、２０ｂとを含む。なお、ここでは、図２に示される整流子１６の回転軸方向から見て、前記整流子１６及び回転子１４が反時計回り（矢印Ｂ方向）に回転する場合について説明する。

ヨーク１２には、その中央に軸方向（図１中、矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って回転子１４が収納され、該回転子１４の一端部に形成された出力軸２２が軸受２４ａを介してカバー部材１８に回転自在に支持されると共に、前記回転子１４の他端部に形成された軸部２６が軸受２４ｂを介してヨーク１２の底部に支持される。

この出力軸２２の外周側に嵌合されるように整流子１６が同軸上に設けられ、この整流子１６は、外周面に周方向に沿って複数の整流片１６ａを有し、図示しないコイルとそれぞれ電気的に接続されている。

また、ヨーク１２の内部には、回転子１４に臨む位置に永久磁石２８が設けられている。

カバー部材１８は、図１及び図２に示されるように、例えば、円盤状に形成されるプレート部３０と、該プレート部３０の端面に設けられた一対のブラシホルダ３２ａ、３２ｂとを有し、前記プレート部３０の中心に開口したシャフト孔３４に出力軸２２が挿通され軸受２４ａを介して回転自在に支持されると共に、該出力軸２２の先端５４はカバー部材１８に対して外部へと突出している。そして、カバー部材１８は、ブラシホルダ３２ａ、３２ｂがヨーク１２の内側（矢印Ａ２方向）となるようにプレート部３０がヨーク１２の一端部を閉塞して固定される。

ブラシホルダ３２ａ、３２ｂは、例えば、断面矩形状で筒状に形成され、カバー部材１８のシャフト孔３４に対して対称となるように配置され、前記シャフト孔３４に対して径方向外側へと延在するように設けられると共に、整流子１６の外周面に臨むように配置される。換言すれば、一方のブラシホルダ３２ａと他方のブラシホルダ３２ｂとが、カバー部材１８の中央に収納された整流子１６を挟んで対向するように配置される。

なお、以下の説明では、ブラシ２０ａ、２０ｂ及びブラシホルダ３２ａ、３２ｂにおける整流子１６側（径方向内側、矢印Ｃ方向）となる一端部を先端、該整流子１６とは反対側となる径方向外側の他端部側（矢印Ｄ方向）を後端として説明する。

また、ブラシホルダ３２ａ、３２ｂは、その先端側が整流子１６の回転中心に対して該整流子１６の回転方向（矢印Ｂ方向）に沿って所定角度だけ傾斜するように形成され、その内部にはブラシ２０ａ、２０ｂの収納される収納室３６が形成される。

この収納室３６は、例えば、断面矩形状に形成され長手方向（矢印Ｃ、Ｄ方向）に沿って同一断面形状で延在すると共に、その長手方向に沿った一端部及び他端部が開口している。また、収納室３６には、図２及び図３に示されるように、整流子１６の回転軸方向から見て、該整流子１６の回転方向側（矢印Ｂ方向）となる第１内壁面３８と、該回転方向とは反対側（矢印Ｅ方向）となる第２内壁面４０とを有し、前記第１内壁面３８と前記第２内壁面４０とが所定間隔離間して略平行に形成される。

この第２内壁面４０には、整流子１６側（矢印Ｃ方向）となる先端近傍に第１内壁面３８側に向かって突出した凸部４２が形成される。この凸部４２は、例えば、第１内壁面３８側に向かって先細状となる断面三角形状に形成され、整流子１６の回転軸方向に沿って延在すると共に、前記ブラシホルダ３２ａ、３２ｂを形成する際に同時に形成される。なお、凸部４２を、ブラシホルダ３２ａ、３２ｂとは別体とし、第２内壁面４０に対して溶接や接着等によって固定するようにしてもよい。

そして、収納室３６の内部には後述するブラシ２０ａ、２０ｂとスプリング４４が収納され、このスプリング４４が後端側（矢印Ｄ方向）に設けられる。

さらに、ブラシホルダ３２ａ、３２ｂの後端にはスプリング４４を保持するためのホルダ４６が設けられ、該後端を覆うように装着されると共に、前記ホルダ４６の中心には支持部４８が整流子１６側に向かって突出するように設けられ収納室３６内へ挿入されることで、スプリング４４の他端部が保持される。

ブラシ２０ａ、２０ｂは、導電性を有した金属製材料から形成され、極性の異なる正極ブラシと、負極ブラシとして機能し、それぞれリード線５０及びターミナル５２を介して図示しないバッテリと電気的に接続されている。

このブラシ２０ａ、２０ｂは、例えば、断面矩形状で軸方向（矢印Ｃ、Ｄ方向）に沿って所定長さで形成されると共に、整流子１６の回転軸方向から見て、その先端５４は、整流子１６の断面形状に対応した断面円弧状に形成され該整流子１６（整流片１６ａ）に接触自在に形成される。

また、ブラシ２０ａ、２０ｂは、ブラシホルダ３２ａ、３２ｂの収納室３６へと収納され、整流子１６の回転軸方向から見て、前記ブラシ２０ａ、２０ｂの側面と収納室３６の第１及び第２内壁面３８、４０との間にはクリアランスを有している。すなわち、収納室３６内においてブラシ２０ａ、２０ｂが傾動自在に設けられている。

さらに、ブラシ２０ａ、２０ｂの後端５６とホルダ４６との間にスプリング４４が介装され、このスプリング４４の弾発力がブラシ２０ａ、２０ｂの後端５６へと付勢され、このブラシ２０ａ、２０ｂが常に整流子１６側（径方向内側、矢印Ｃ方向）に向かって押圧されることで、前記ブラシ２０ａ、２０ｂの先端５４が前記整流子１６の外周面に対して所定の圧力で押圧された状態で接触している。

そして、ブラシホルダ３２ａ、３２ｂの収納室３６において、整流子１６の回転方向側（矢印Ｂ方向）となるブラシ２０ａ、２０ｂの第１側面６０が第１内壁面３８に臨み、該回転方向とは反対側（矢印Ｅ方向）となるブラシ２０ａ、２０ｂの第２側面６２が第２内壁面４０に臨むように収納されると共に、図３に示されるように、前記第１側面６０の先端５４近傍が前記第１内壁面３８の先端近傍に対して第１接触点（第１接触部）Ｐ１で接触し、第２側面６２が第２内壁面４０に設けられた凸部４２（第２接触点Ｐ２）で接触して支持される。この際、後端５６における第２側面６２との角部が、第２内壁面４０に対して非接触となるように保持されている。

すなわち、ブラシ２０ａ、２０ｂは、図２に示される整流子１６の回転軸方向から見た際、ブラシホルダ３２ａ、３２ｂの収納室３６において第１及び第２接触点Ｐ１、Ｐ２の２点で接触して支持されている。なお、第１及び第２接触点Ｐ１、Ｐ２は、整流子１６の回転軸方向に沿った線接触となる。

さらに、図３に示されるように、ブラシ２０ａ、２０ｂの長手方向（矢印Ｃ、Ｄ方向）において、スプリング４４の当接する後端５６からブラシホルダ３２ａ、３２ｂの第２接触点Ｐ２までの距離Ｌ１が、第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２との距離Ｌ２よりも長くなるように形成される（Ｌ１＞Ｌ２）。

さらにまた、ブラシ２０ａ、２０ｂの後端５６は、第２側面６２側の角部から第１側面６０側の角部に向かって所定角度だけ整流子１６側（矢印Ｃ方向）へと傾斜した傾斜面５８を有している。

本発明の実施の形態に係るブラシ付きモータ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

先ず、図示しないコントローラからの制御信号によってターミナル５２及びリード線５０を通じて一方のブラシ２０ａへと流れた電流が、このブラシ２０ａに接触している整流子１６の整流片１６ａ、該整流片１６ａに電気的に接続されたコイル（図示せず）、該コイルに電気的に接続された他方の整流片１６ａに接触している他方のブラシ２０ｂへと流れることで、コイルが励磁され磁力発生する。これにより、コイルの磁力と永久磁石２８により発生している磁力とによって回転子１４が図２における反時計方向（矢印Ｂ方向）へと回転する。

この際、ブラシ２０ａ、２０ｂは、後端５６側に設けられたスプリング４４の弾発力によって先端５４が整流子１６の外周面（整流片１６ａ）に対して所定圧力で押圧され接触し、且つ、前記ブラシ２０ａ、２０ｂの先端５４に付与される整流子１６からの回転力によって、該ブラシ２０ａ、２０ｂの先端５４側が後端５６に対して回転方向（矢印Ｂ方向）へと移動することで収納室３６内で傾動する。この傾動動作は、図３に示されるように、ブラシ２０ａ、２０ｂの第１側面６０が、整流子１６の回転方向（矢印Ｂ方向）において第１内壁面３８に対して第１接触点Ｐ１で接触し、前記整流子１６の回転方向と反対方向（矢印Ｅ方向）において第２側面６２が第２内壁面４０側において凸部４２で接触した状態で保持されている。

また、整流子１６の回転作用下にブラシ２０ａ、２０ｂの先端５４が整流片１６ａ、隣接する整流片１６ａの間に設けられたスリット６４と接触することで、摩耗して長手寸法が短くなった場合、前記ブラシ２０ａ、２０ｂはスプリング４４によって整流子１６側（矢印Ｃ方向）へと押圧されているため、その先端５４の位置が変わることはなく、摩耗した分だけ後端５６が徐々に先端５４側（矢印Ｃ方向）へと近づくように変化していく（図３中、二点鎖線形状参照）。

この場合でも、ブラシ２０ａ、２０ｂは、第１内壁面３８側では先端５４近傍となる第１接触点Ｐ１でブラシホルダ３２ａ、３２ｂへと接触し、第２内壁面４０側では凸部４２となる第２接触点Ｐ２で接触しているため、ブラシホルダ３２ａ、３２ｂに対する相対的な傾斜角度が変化することがなく、整流子１６に対するブラシ２０ａ、２０ｂの接触角度も変化することなく一定となる。すなわち、整流子１６に対するブラシ２０ａ、２０ｂの接触面積が変化することがなく一定に維持される。

その結果、ブラシ２０ａ、２０ｂの摩耗状況に関わらず、常に一定の接触面積で整流子１６の外周面に対してブラシ２０ａ、２０ｂの先端５４を接触させることが可能となる。

なお、ブラシホルダ３２ａ、３２ｂの凸部４２は、整流子１６の回転方向と反対側（矢印Ｅ方向）となる第２内壁面４０であって、且つ、前記ブラシ２０ａ、２０ｂの長手方向（矢印Ｃ、Ｄ方向）において、前記ブラシ２０ａ、２０ｂがスプリング４４に接触する後端５６と前記凸部４２との距離Ｌ１が、該ブラシ２０ａ、２０ｂの先端５４側が接触する第１接触点Ｐ１と凸部４２との距離Ｌ２に対して大きく設定される範囲内であれば、特にその位置は限定されるものではない。

以上のように、本実施の形態では、ブラシ付きモータ１０を構成するカバー部材１８のブラシホルダ３２ａ、３２ｂにブラシ２０ａ、２０ｂの収納される収納室３６を有し、この収納室３６において整流子１６の回転方向側（矢印Ｂ方向）となる第１内壁面３８には、前記ブラシ２０ａ、２０ｂの第１側面６０が先端５４近傍で接触し、前記第１内壁面３８と対向し回転方向と反対側（矢印Ｅ方向）となるブラシホルダ３２ａ、３２ｂの第２内壁面４０に、該第１内壁面３８側に向かって突出した凸部４２を設け、この凸部４２によってブラシ２０ａ、２０ｂの第２側面６２を支持している。

これにより、ブラシ２０ａ、２０ｂの長手方向において、第２側面６２がスプリング４４に当接するブラシ２０ａ、２０ｂの後端５６よりも先端５４側（矢印Ｃ方向）で凸部４２によって支持されているため、例えば、前記ブラシ２０ａ、２０ｂの先端５４が整流子１６との接触によって摩耗し、該ブラシ２０ａ、２０ｂの後端５６の位置が先端５４側（矢印Ｃ方向）へと移動していった場合でも、第２内壁面４０側における接触点（第２接触点Ｐ２）が変化してしまうことがない。

そのため、ブラシ２０ａ、２０ｂをブラシホルダ３２ａ、３２ｂに対して常に一定の角度に維持することが可能となり、前記整流子１６に対するブラシ２０ａ、２０ｂの接触角度（接触面積）を一定にできるため、ブラシ付きモータ１０において安定した出力が得られる。

また、整流子１６に対するブラシ２０ａ、２０ｂの接触角度を一定とすることで、整流子１６が回転した際のブラシ２０ａ、２０ｂとの接触抵抗を一定とすることができるため円滑に作動させることが可能となり、それに伴って、振動や該振動に起因した異音の発生を抑制することができる。

さらに、スプリング４４の当接するブラシ２０ａ、２０ｂの後端５６からブラシホルダ３２ａ、３２ｂの第２接触点Ｐ２までの長手方向に沿った距離Ｌ１が、前記ブラシホルダ３２ａ、３２ｂの第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２との間の距離Ｌ２よりも長くなるように設定されている。そのため、ブラシの長手方向に沿った先端部と後端部とでブラシケースに対してブラシが支持されていた従来技術に係るブラシ付きモータと比較し、本願発明のブラシ２０ａ、２０ｂでは、第１内壁面３８に接触する第１接触点Ｐ１と、第２内壁面４０側で接触する凸部４２（第２接触点Ｐ２）との距離を近くすることで、整流子１６からの回転力がブラシ２０ａ、２０ｂへと付与された場合でも前記ブラシホルダ３２ａ、３２ｂ内におけるブラシ２０ａ、２０ｂの変位量（傾き）を小さくすることができる。

さらにまた、整流子１６との接触作用下にブラシ２０ａ、２０ｂがブラシホルダ３２ａ、３２ｂ内において第２接触点Ｐ２を支点としてモーメント方向に傾動する際、スプリング４４の当接するブラシ２０ａ、２０ｂの後端５６からブラシホルダ３２ａ、３２ｂの第２接触点Ｐ２までの距離Ｌ１が、第１接触点Ｐ１と第２接触点Ｐ２との距離Ｌ２よりも長いため、従来技術に係るブラシ付きモータと比較してより大きな力でブラシ２０ａ、２０ｂの先端５４を整流子１６へと押し付けることが可能となる。

またさらに、ブラシ２０ａ、２０ｂの後端５６には、整流子１６の回転方向側（矢印Ｂ方向）となるブラシ２０ａ、２０ｂの第１側面６０と前記後端５６との角部が前記整流子１６側（矢印Ｃ方向）に近づくように傾斜した傾斜面５８を有している。そのため、後端５６と接触するスプリング４４の弾発力は、整流子１６の回転方向と反対方向（矢印Ｅ方向）となる分力を有し、この分力によってブラシ２０ａ、２０ｂには、第２接触点Ｐ２となる凸部４２を支点とした前記回転方向とは反対方向への回転力が生じる。そのため、この回転力によってブラシ２０ａ、２０ｂをより強力に固定することが可能となる。

なお、本発明に係るブラシ付きモータは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…ブラシ付きモータ １２…ヨーク
１４…回転子 １６…整流子
１８…カバー部材 ２０ａ、２０ｂ…ブラシ
３２ａ、３２ｂ…ブラシホルダ ３６…収納室
３８…第１内壁面 ４０…第２内壁面
４２…凸部 ４４…スプリング
５４…先端 ５６…後端
５８…傾斜面 ６０…第１側面
６２…第２側面 Ｐ１…第１接触点
Ｐ２…第２接触点

Claims (3)

1. ブラシホルダに収納されたブラシを整流子に対して圧接させ通電するブラシ付きモータにおいて、
   前記ブラシホルダ内において前記ブラシに接触し、該ブラシを前記整流子側に向かって付勢するスプリングを備え、該スプリングの付勢方向は、前記整流子の回転方向とは反対方向へと傾斜しており、
   前記整流子の回転軸方向から見て、前記ブラシが前記ブラシホルダに対して両側面で接触し、前記ブラシの延在方向において前記整流子側となり該整流子の回転方向側となる第１接触部と、前記整流子の回転方向とは反対方向となる第２接触部と、
   を有し、
   前記第２接触部が、前記ブラシと前記スプリングとの接触部位と前記第１接触部との間に設けられることを特徴とするブラシ付きモータ。
2. 請求項１記載のブラシ付きモータにおいて、
   前記ブラシの延在方向において、前記ブラシと前記スプリングとの接触部位から前記第２接触部までの距離は、前記第１接触部と前記第２接触部との間の距離よりも長いことを特徴とするブラシ付きモータ。
3. 請求項１又は２記載のブラシ付きモータにおいて、
   前記スプリングは、前記整流子側とは反対側となる前記ブラシの後端に接触し、前記後端は、前記整流子の回転方向側となり前記第１接触部を有した端面と後端との頂部が前記整流子側に近づくように傾斜していることを特徴とするブラシ付きモータ。

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