JP2020061898A

JP2020061898A - 回転電機

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Publication number: JP2020061898A
Application number: JP2018193185A
Authority: JP
Inventors: 裕小俣; Yu Komata
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-10-12
Filing date: 2018-10-12
Publication date: 2020-04-16
Anticipated expiration: 2038-10-12
Also published as: JP7067407B2

Abstract

【課題】異音の発生を抑制する。【解決手段】ブラシ２２は、後端傾斜面６６、第一稜線６８、傾斜逃げ面６２を有する。後端傾斜面６６は、後面６０に形成され、ブラシ２２の側面視でブラシ２２の下側に向かうに従ってブラシ２２の前側に向かうようにブラシ２２の上下方向に対して傾斜すると共に、ブラシ２２の上面視で第一側面５４の側から第二側面５６の側に向かうに従ってブラシ２２の前側に向かうようにブラシ２２の幅方向に対して傾斜している。第一稜線６８は、第一側面５４の後端と下面５２との交点である下側交点Ｐ１からブラシ２２の上下方向に沿って上面５０との交点である上側交点Ｐ２にまで延びる。傾斜逃げ面６２は、第一稜線６８と、後面６０との接続部である第二稜線７０との間に形成され、ブラシ２２の上面視で第一側面５４の側から第二側面５６の側に向かうに従ってブラシ２２の後側に向かうようにブラシ２２の前後方向に対して傾斜している。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機に関する。

従来、回転電機としては、ブラシと、ブラシの後面を押圧する押圧部材と、ブラシを収容するブラシボックスと、ブラシの前面と摺接する整流子を有する電機子とを備えるものがある。このような回転電機では、自励振動によりブラシとブラシボックスとが衝突とすると、共振によって異音が発生することがある。そこで、この異音の発生を抑制すべく種々の検討が行われている。

例えば、特許文献１に記載の技術では、ブラシの後面に後端傾斜面を形成し、この後端傾斜面を押圧部材で押圧することで、ブラシに対して分力を作用させ、ブラシをブラシボックスの上壁部及び一方の側壁部に圧接させる試みがなされている。

特許第３６５３０３６号公報

以下、図面を参照しながら、特許文献１に記載の技術の問題点を説明する。図６は、特許文献１に記載の技術に使用される従来のブラシ１２２の斜視図であり、図７は、図６のブラシ１２２の五面図である。各図において、矢印ＦＲは、ブラシ１２２の前側を示し、矢印ＲＨは、ブラシ１２２の右側を示し、矢印ＵＰは、ブラシ１２２の上側を示している。

図６、図７に示されるように、従来のブラシ１２２は、上面１５０と、下面１５２と、第一側面１５４と、第二側面１５６と、前面１５８と、後面１６０とを有する。上面１５０、下面１５２、第一側面１５４、及び、第二側面１５６は、ブラシ１２２の前後方向にそれぞれ延びている。前面１５８は、ブラシ１２２の側面視でブラシ１２２の下側に向かうに従ってブラシ１２２の後側に向かうようにブラシ１２２の上下方向に対して傾斜している。

後面１６０は、後端垂直面１６４と、後端傾斜面１６６とを有する。後端垂直面１６４は、後面１６０の上部に形成されており、ブラシ１２２の側面視でブラシ１２２の上下方向に沿って延びている。後端傾斜面１６６は、後端垂直面１６４の下側に形成されている。後端傾斜面１６６は、ブラシ１２２の側面視でブラシ１２２の下側に向かうに従ってブラシ１２２の前側に向かうようにブラシ１２２の上下方向に対して傾斜している。後端垂直面１６４及び後端傾斜面１６６からなる後面１６０の全体は、ブラシ１２２の上面視で第一側面１５４の側から第二側面１５６の側に向かうに従ってブラシ１２２の前側に向かうようにブラシ１２２の幅方向に対して傾斜している。

図８は、図６のブラシ１２２がブラシボックス１２６に収容された状態で整流子１３０と摺接されている様子を示す側面図である。図８に示されるように、後端傾斜面１６６は、ブラシ１２２の側面視でブラシ１２２の下側に向かうに従ってブラシ１２２の前側に向かうようにブラシ１２２の上下方向に対して傾斜している。このため、この後端傾斜面１６６を押圧部材１２４が押圧する押圧力Ｆ’により、ブラシ１２２に対して上側への分力Ｆ１’が作用する。

図９は、図６のブラシ１２２がブラシボックス１２６に収容された状態で整流子１３０と摺接されている様子をブラシ１２２の上面１５０と下面１５２に分けて示す上面図である。図９の上図Ａは、ブラシ１２２の上面１５０を示し、図９の下図Ｂは、ブラシ１２２の下面１５２を示している。

図９に示されるように、後端垂直面１６４及び後端傾斜面１６６からなる後面１６０の全体は、ブラシ１２２の上面視で第一側面１５４の側から第二側面１５６の側に向かうに従ってブラシ１２２の前側に向かうようにブラシ１２２の幅方向に対して傾斜している。このため、この後面１６０の後端傾斜面１６６を押圧部材１２４が押圧する押圧力Ｆ’により、ブラシ１２２に対して第一側面１５４の側への分力Ｆ２’が作用する。

また、整流子１３０は、通電時にブラシ１２２の第一側面１５４の側から第二側面１５６の側へ向かう方向（矢印Ｒ方向）に回転する。このため、整流子１３０と摺接するブラシ１２２の前面１５８には、整流子１３０の回転に伴い整流子１３０の接線方向に摩擦力Ｆ３’が作用する。

ここで、前面１５８及び後端傾斜面１６６は、ブラシ１２２の側面視でテーパ状を成すため、ブラシ１２２の前後方向の長さは、上面１５０の方が下面１５２よりも長い。このため、ブラシ１２２に対して分力Ｆ１’、Ｆ２’及び摩擦力Ｆ３’が作用する状態では、上面１５０と第一側面１５４と後面１６０（後端垂直面１６４）との交点Ｐ１’と、上面１５０と第二側面１５６と前面１５８との交点の近傍に位置する近傍点Ｐ２’の二点で、ブラシ１２２がブラシボックス１２６の第一側壁部１８４及び第二側壁部１８６に支持される。

なお、ブラシ１２２は、交点Ｐ１’及び近傍点Ｐ２’以外の点でブラシボックス１２６に接触する場合もあるが、ブラシボックス１２６に押し付けられて支持される点は、交点Ｐ１’及び近傍点Ｐ２’である。

このように、ブラシ１２２が交点Ｐ１’及び近傍点Ｐ２’でブラシボックス１２６の第一側壁部１８４及び第二側壁部１８６に支持された状態では、ブラシ１２２の下部が自由状態となるため、ブラシ１２２が不安定であり、自励振動を起こしやすい。このため、この自励振動によりブラシ１２２とブラシボックス１２６とが衝突し、共振によって異音が発生する虞がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、異音の発生を抑制できる回転電機を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の回転電機は、ブラシと、前記ブラシの後面を押圧する押圧部材と、前記ブラシを収容するブラシボックスと、前記ブラシの前面と摺接する整流子を有し、前記ブラシの第一側面の側から第二側面の側へ向かう方向を通電時の回転方向とする電機子と、を備え、前記ブラシは、前記後面に形成され、前記ブラシの側面視で前記ブラシの下側に向かうに従って前記ブラシの前側に向かうように前記ブラシの上下方向に対して傾斜すると共に、前記ブラシの上面視で前記第一側面の側から前記第二側面の側に向かうに従って前記ブラシの前側に向かうように前記ブラシの幅方向に対して傾斜し、前記押圧部材によって押圧される後端傾斜面と、前記第一側面の後端と前記ブラシの下面との交点である下側交点から前記ブラシの上下方向に沿って前記ブラシの上面との交点である上側交点にまで延びる第一稜線と、前記第一稜線と、前記後面との接続部である第二稜線との間に形成され、前記ブラシの上面視で前記第一側面の側から前記第二側面の側に向かうに従って前記ブラシの後側に向かうように前記ブラシの前後方向に対して傾斜する傾斜逃げ面とを有する。

本発明の回転電機によれば、ブラシには、第一稜線及び傾斜逃げ面が形成されている。第一稜線は、第一側面の後端と下面との交点である下側交点からブラシの上下方向に沿って上面との交点である上側交点にまで延びている。傾斜逃げ面は、第一稜線と、後面との接続部である第二稜線との間に形成されている。この傾斜逃げ面は、ブラシの上面視で第一側面の側から第二側面の側に向かうに従ってブラシの後側に向かうようにブラシの前後方向に対して傾斜している。

ここで、後端傾斜面を押圧部材が押圧する押圧力により、ブラシに対して上側への分力と第一側面の側への分力が作用すると共に、整流子の回転に伴い、ブラシの前面には整流子の接線方向に摩擦力が作用する。

このため、上述のように、ブラシに対して上側への分力と第一側面の側への分力が作用すると共に、ブラシの前面に整流子の接線方向への摩擦力が作用している状態では、ブラシに傾斜逃げ面が形成されることにより、第一稜線が下側交点から上側交点までの全体に亘ってブラシボックスの第一側壁部に接触する。また、上面と第二側面と前面との交点の近傍に位置する近傍点がブラシボックスの第二側壁部に接触する。つまり、下側交点と、上側交点と、近傍点の三点で、ブラシがブラシボックスの第一側壁部及び第二側壁部に支持される。

したがって、下側交点を追加で支持することにより、ブラシの下部が支持されるため、ブラシを安定させることができる。これにより、ブラシの自励振動を抑制できるので、共振による異音の発生を抑制できる。

本実施形態に係る回転電機の縦断面図である。図１のブラシの斜視図である。図２のブラシの五面図である。図２のブラシがブラシボックスに収容された状態で整流子と摺接されている様子を示す側面図である。図２のブラシがブラシボックスに収容された状態で整流子と摺接されている様子をブラシの上面と下面に分けて示す上面図である。従来のブラシの斜視図である。図６のブラシの五面図である。図６のブラシがブラシボックスに収容された状態で整流子と摺接されている様子を示す側面図である。図６のブラシがブラシボックスに収容された状態で整流子と摺接されている様子をブラシの上面と下面に分けて示す上面図である。

以下、本発明の一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る回転電機１０の縦断面図である。図１に示されるように、本実施形態に係る回転電機１０は、モータケース１２と、ハウジング１４と、ブラシ装置１６と、マグネット１８と、電機子２０とを主要な構成として備える。図１において、矢印Ａ１は、回転電機１０の軸方向一方側を示し、矢印Ａ２は、回転電機１０の軸方向他方側を示している。

モータケース１２は、回転電機１０の軸方向一方側に開口する有底円筒状に形成されており、ハウジング１４は、モータケース１２の軸方向一方側の端部に固定されている。ブラシ装置１６は、ハウジング１４に一体に組み付けられている。このブラシ装置１６は、ブラシ２２と、押圧部材２４と、ブラシボックス２６とを有する。このブラシ２２と、押圧部材２４と、ブラシボックス２６の詳細な構成については後に説明する。

マグネット１８は、モータケース１２の内周面に固着されている。電機子２０は、モータケース１２の内側に収容され、マグネット１８の径方向内側に配置されている。電機子２０は、シャフト２８と、整流子３０と、コア３２と、巻線３４とを有する。巻線３４は、コア３２に巻装されると共に、整流子３０に結線されている。整流子３０及びコア３２は、シャフト２８に固定されている。

モータケース１２の底部の中央部及びハウジング１４の中央部には、軸受３６、３８がそれぞれ設けられている。電機子２０のシャフト２８は、軸受３６、３８に回転可能に支持されている。ブラシ２２は、整流子３０に摺接される。

この回転電機１０では、通電時に、整流子３０へのブラシ２２の接触位置が変化することにより、電流が流れる巻線３４が切り替えられ、これにより、マグネット１８とコア３２との間に吸引力及び反発力が作用し、電機子２０が回転する。回転電機１０は、例えばファンモータとして好適に使用されるものであり、シャフト２８の先端部には、ファン４０が固定される。

次に、本実施形態に係るブラシ２２と、押圧部材２４と、ブラシボックス２６を具体的に説明する。

図２は、図１のブラシ２２の斜視図であり、図３は、図２のブラシ２２の五面図である。各図において、矢印ＦＲは、ブラシ２２の前側を示し、矢印ＲＨは、ブラシ２２の右側を示し、矢印ＵＰは、ブラシ２２の上側を示している。

図２、図３に示されるように、ブラシ２２は、上面５０と、下面５２と、第一側面５４と、第二側面５６と、前面５８と、後面６０と、傾斜逃げ面６２とを有する。この上面５０、下面５２、第一側面５４、第二側面５６、前面５８、後面６０、及び、傾斜逃げ面６２は、いずれも平面である。上面５０、下面５２、第一側面５４、及び、第二側面５６は、ブラシ２２の前後方向に沿ってそれぞれ延びている。前面５８は、ブラシ２２の側面視でブラシ２２の下側に向かうに従ってブラシ２２の後側に向かうようにブラシ２２の上下方向に対して傾斜している。

後面６０は、後端垂直面６４と、後端傾斜面６６とを有する。後端垂直面６４は、後面６０の上部に形成されており、ブラシ２２の側面視でブラシ２２の上下方向に沿って延びている。後端傾斜面６６は、後端垂直面６４の下側に形成されている。後端傾斜面６６は、ブラシ２２の側面視でブラシ２２の下側に向かうに従ってブラシ２２の前側に向かうようにブラシ２２の上下方向に対して傾斜している。後端垂直面６４及び後端傾斜面６６からなる後面６０の全体は、ブラシ２２の上面視で第一側面５４の側から第二側面５６の側に向かうに従ってブラシ２２の前側に向かうようにブラシ２２の幅方向に対して傾斜している。

ブラシ２２に後述する傾斜逃げ面６２が形成されることにより、傾斜逃げ面６２と第一側面５４との間には、第一稜線６８が形成されている。また、傾斜逃げ面６２と、後面６０（後端垂直面６４及び後端傾斜面６６）との間には、第二稜線７０が形成されている。第一稜線６８は、第一側面５４と傾斜逃げ面６２との接続部であり、第二稜線７０は、傾斜逃げ面６２と後面６０（後端垂直面６４及び後端傾斜面６６）との接続部である。

第一稜線６８は、第一側面５４の後端と下面５２との交点である下側交点Ｐ１からブラシ２２の上下方向に沿って上面５０との交点である上側交点Ｐ２にまで延びている。第二稜線７０は、後端垂直面６４及び後端傾斜面６６に沿って上面５０の側から下面５２の側に延びている。

なお、下側交点Ｐ１は、後端傾斜面６６と交わっていても交わっていなくてもどちらでもよい。下側交点Ｐ１が後端傾斜面６６と交わっていない場合、第一側面５４の後端と下面５２との交点である下側交点Ｐ１は、後端傾斜面６６の下端よりもブラシ２２の前側に位置する。一方、下側交点Ｐ１が後端傾斜面６６と交わっている場合、第一側面５４の後端と下面５２との交点である下側交点Ｐ１は、第一側面５４と後端傾斜面６６と下面５２との交点に相当する。図２、図３では、一例として、下側交点Ｐ１が後端傾斜面６６と交わっている場合が示されている。この下側交点Ｐ１は、角形状でもＲ形状でもどちらでもよい。

傾斜逃げ面６２は、第一稜線６８と、後面６０との接続部である第二稜線７０との間に形成されている。この傾斜逃げ面６２は、ブラシ２２の上面視で第一側面５４の側から第二側面５６の側に向かうに従ってブラシ２２の後側に向かうようにブラシ２２の前後方向に対して傾斜している。

図４は、図２のブラシ２２がブラシボックス２６に収容された状態で整流子３０と摺接されている様子を示す側面図である。図４に示されるように、ブラシ２２の前後方向はブラシ２２の側面視で整流子３０の径方向に対して下側（軸方向他方側である矢印Ａ２側）に傾斜している。このため、ブラシ２２の上下方向は、整流子３０の軸方向に対して傾斜している。

ブラシボックス２６は、ブラシ２２と同様に傾斜している。ブラシボックス２６の前後方向は、ブラシ２２の前後方向と同じである。ブラシボックス２６の内部の空間は、ブラシ２２よりもブラシ２２の前後方向及び上下方向に大きく形成されている。ブラシボックス２６は、ブラシ２２の上面５０、下面５２、及び、後面６０とそれぞれ対向する上壁部８０、下壁部８２、及び、後壁部９０を有する。

押圧部材２４は、一例として、コイルスプリングである。押圧部材２４は、ブラシ２２の後端傾斜面６６と、ブラシボックス２６の後壁部９０との間に圧縮状態で配置されている。ブラシボックス２６の前側は、開口されている。ブラシ２２の前端部は、ブラシボックス２６の前側の開口を通じて整流子３０の側に突出しており、ブラシ２２の前面５８は、整流子３０に押圧されている。

ここで、後端傾斜面６６は、ブラシ２２の側面視でブラシ２２の下側に向かうに従ってブラシ２２の前側に向かうようにブラシ２２の上下方向に対して傾斜している。このため、この後端傾斜面６６を押圧部材２４が押圧する押圧力Ｆにより、ブラシ２２に対して上側への分力Ｆ１が作用する。

図５は、図２のブラシ２２がブラシボックス２６に収容された状態で整流子３０と摺接されている様子をブラシ２２の上面５０と下面５２に分けて示す上面５０図である。図５の上図Ａは、ブラシ２２の上面５０を示し、図５の下図Ｂは、ブラシ２２の下面５２を示している。ブラシボックス２６は、ブラシ２２の第一側面５４及び第二側面５６とそれぞれ対向する第一側壁部８４及び第二側壁部８６を有する。

図５に示されるように、後端垂直面６４及び後端傾斜面６６からなる後面６０の全体は、ブラシ２２の上面視で第一側面５４の側から第二側面５６の側に向かうに従ってブラシ２２の前側に向かうようにブラシ２２の幅方向に対して傾斜している。このため、この後面６０の後端傾斜面６６を押圧部材２４が押圧する押圧力Ｆにより、ブラシ２２に対して第一側面５４の側への分力Ｆ２が作用する。

また、整流子３０は、通電時にブラシ２２の第一側面５４の側から第二側面５６の側へ向かう方向（矢印Ｒ方向）に回転する。このため、整流子３０と摺接するブラシ２２の前面５８には、整流子３０の回転に伴い整流子３０の接線方向に摩擦力Ｆ３が作用する。

ここで、本実施形態では、ブラシ２２に傾斜逃げ面６２が形成されている。このため、上述のように、ブラシ２２に対して分力Ｆ１及び分力Ｆ２が作用すると共に、ブラシ２２の前面５８に摩擦力Ｆ３が作用している状態では、第一稜線６８が下側交点Ｐ１から上側交点Ｐ２までの全体に亘ってブラシボックス２６の第一側壁部８４に接触する。また、上面５０と第二側面５６と前面５８との交点の近傍に位置する近傍点Ｐ３がブラシボックス２６の第二側壁部８６に接触する。つまり、下側交点Ｐ１と、上側交点Ｐ２と、近傍点Ｐ３の三点で、ブラシ２２がブラシボックス２６の第一側壁部８４及び第二側壁部８６に支持される。

なお、ブラシ２２は、下側交点Ｐ１、上側交点Ｐ２、及び、近傍点Ｐ３以外の点でブラシボックス２６に接触する場合もあるが、ブラシボックス２６に押し付けられて支持される点は、下側交点Ｐ１、上側交点Ｐ２、及び、近傍点Ｐ３である。

次に、本発明の第一実施形態の作用及び効果について説明する。

以上詳述した通り、本実施形態のブラシ２２には、第一稜線６８及び傾斜逃げ面６２が形成されている。第一稜線６８は、第一側面５４の後端と下面５２との交点である下側交点Ｐ１からブラシ２２の上下方向に沿って上面５０との交点である上側交点Ｐ２にまで延びている。傾斜逃げ面６２は、第一稜線６８と、後面６０との接続部である第二稜線７０との間に形成されている。この傾斜逃げ面６２は、ブラシ２２の上面視で第一側面５４の側から第二側面５６の側に向かうに従ってブラシ２２の後側に向かうようにブラシ２２の前後方向に対して傾斜している。

ここで、後端傾斜面６６を押圧部材２４が押圧する押圧力Ｆにより、ブラシ２２に対して上側への分力Ｆ１と第一側面５４の側への分力Ｆ２が作用すると共に、整流子３０の回転に伴い、ブラシ２２の前面５８には整流子３０の接線方向に摩擦力Ｆ３が作用する。

このため、上述のように、ブラシ２２に対して分力Ｆ１及び分力Ｆ２が作用すると共に、ブラシ２２の前面５８に摩擦力Ｆ３が作用している状態では、ブラシ２２に傾斜逃げ面６２が形成されることにより、第一稜線６８が下側交点Ｐ１から上側交点Ｐ２までの全体に亘ってブラシボックス２６の側壁部に接触する。また、上面５０と第二側面５６と前面５８との交点の近傍に位置する近傍点Ｐ３がブラシボックス２６の第二側壁部８６に接触する。つまり、下側交点Ｐ１と、上側交点Ｐ２と、近傍点Ｐ３の三点で、ブラシ２２がブラシボックス２６の第一側壁部８４及び第二側壁部８６に支持される。

したがって、下側交点Ｐ１を追加で支持することにより、ブラシ２２の下部が支持されるため、ブラシ２２を安定させることができる。これにより、ブラシ２２の自励振動を抑制できるので、共振による異音の発生を抑制できる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態において、後面６０は、後端垂直面６４と後端傾斜面６６とによって形成されているが、後面６０は、後端傾斜面６６のみによって形成されていてもよい。

また、上記実施形態において、整流子３０を含む電機子２０は、矢印Ｒ方向に回転するが、矢印Ｒ方向と反対方向に回転してもよい。なお、整流子３０を含む電機子２０が矢印Ｒ方向と反対方向に回転する場合、ブラシ２２は、左右反転して形成される。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０…回転電機、１２…モータケース、１４…ハウジング、１６…ブラシ装置、１８…マグネット、２０…電機子、２２…ブラシ、２４…押圧部材、２６…ブラシボックス、２８…シャフト、３０…整流子、３２…コア、３４…巻線、３６、３８…軸受、４０…ファン、５０…上面、５２…下面、５４…第一側面、５６…第二側面、５８…前面、６０…後面、６２…傾斜逃げ面、６４…後端垂直面、６６…後端傾斜面、６８…第一稜線、７０…第二稜線、８０…上壁部、８２…下壁部、８４…第一側壁部、８６…第二側壁部、９０…後壁部、Ｐ１…下側交点、Ｐ２…上側交点、Ｐ３…近傍点

Claims

ブラシと、
前記ブラシの後面を押圧する押圧部材と、
前記ブラシを収容するブラシボックスと、
前記ブラシの前面と摺接する整流子を有し、前記ブラシの第一側面の側から第二側面の側へ向かう方向を通電時の回転方向とする電機子と、
を備え、
前記ブラシは、
前記後面に形成され、前記ブラシの側面視で前記ブラシの下側に向かうに従って前記ブラシの前側に向かうように前記ブラシの上下方向に対して傾斜すると共に、前記ブラシの上面視で前記第一側面の側から前記第二側面の側に向かうに従って前記ブラシの前側に向かうように前記ブラシの幅方向に対して傾斜し、前記押圧部材によって押圧される後端傾斜面と、
前記第一側面の後端と前記ブラシの下面との交点である下側交点から前記ブラシの上下方向に沿って前記ブラシの上面との交点である上側交点にまで延びる第一稜線と、
前記第一稜線と、前記後面との接続部である第二稜線との間に形成され、前記ブラシの上面視で前記第一側面の側から前記第二側面の側に向かうに従って前記ブラシの後側に向かうように前記ブラシの前後方向に対して傾斜する傾斜逃げ面とを有する、
回転電機。