JP2023502453A - ブラシ付モータ及びブラシ装置 - Google Patents

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シジュン ザオ
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ユエントゥン ルーイ
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シェンドゥ リ
ジュンジュン オウヤン
ジー ワン
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Abstract

ブラシ装置が、モータに組み込まれた時にモータの整流子に面する接触面を含み、接触面は、モータの軸方向に沿って第1の端部及び第2の端部を有する。接触面は、第1の端部における第1の突出部及び第2の端部における第2の突出部を有し、第1の突出部及び第2の突出部の端面は、DCモータに組み込まれた時に整流子に接触する。第1の突出部及び第2の突出部は、DCモータの接線方向に対してオフセットされて配置され、整流状態において、第1の突出部及び第2の突出部は、2つの整流子セグメント間の間隔の両端においてそれぞれ整流子セグメントに接触する。本発明のブラシ装置は、隣接する次の整流子セグメントに速やかに接触して整流を完了することができ、従ってアークノイズの発生を抑えて電機子の小刻みな動きによるノイズを回避することができる。【選択図】 図7

Description

本発明はモータの技術分野に関し、特にブラシ付きモータに関する。
モータは、我々の日常生活において最も一般的な駆動機構であり、洗濯機、冷蔵庫、ミキサーなどの様々な家電製品に広く使用されている。一般に、モータは、ステータと、ステータに対して回転するロータとで構成される。ステータにはブラシが備わり、ロータには整流子が備わる。ブラシは、整流子の各整流子セグメントに順に接触してロータコイルを励起し、この結果、ステータと協働する磁界が発生してロータを連続的に回転させる。従来のモータでは、モータトルク及びその他の理由によってブラシが小刻みに動き、これによってアークノイズが発生するようになる。
従って、アークノイズを効果的に回避できるブラシ装置、及びこのブラシ装置を用いたブラシ付きモータを提供する。
本発明の1つの態様によれば、ブラシ装置が提供される。ブラシ装置は、モータに組み込まれた時にモータの整流子に面する接触面を含み、接触面は、モータの軸方向に沿って第1の端部及び第2の端部を有し、接触面は、第1の端部における第1の突出部及び第2の端部における第2の突出部を有し、第1の突出部及び第2の突出部の端面は、DCモータに組み込まれた時に整流子に接触し、第1の突出部及び第2の突出部は、DCモータの接線方向に対してオフセットされて配置され、整流状態において、第1の突出部及び第2の突出部は、2つの整流子セグメント間の間隔の両端において整流子セグメントにそれぞれ接触する。
第1及び第2の突出部には、第1及び第2の切欠部がそれぞれ定められ、第1及び第2の切欠部は、第1及び第2の突出部の周方向幅をブラシの接触面の周方向幅よりも狭めることが好ましい。
第1及び第2の突出部の周方向における幅は、周方向におけるブラシの接触面の幅の半分であることが好ましい。
第1の切欠部は、第2の突出部に対して軸方向に面し、第2の切欠部は、第1の突出部に対して軸方向に面することが好ましい。
第1の突出部及び第2の突出部は、所定の距離だけ軸方向に間隔を空けることが好ましい。
本発明の別の態様によれば、直流(DC)モータが提供される。直流モータは整流子を有し、整流子は、回転シャフト及び複数の整流子セグメントを有し、隣接する整流子セグメント間に間隔が定められ、直流モータは上述したブラシ装置を含む。ブラシ装置がDCモータに組み込まれると、第1の突出部及び第2の突出部は、整流状態において間隔の両端の整流子セグメントにそれぞれ接触する。
直流モータは、ステータ、ロータ及びブラシ装置を収容するハウジングをさらに含み、ハウジング上には、ブラシ装置に電気的に接続された導電性端子が配置されることが好ましい。
直流モータは、ブラシ装置に電気的に接続された複数の導電性シートをさらに含み、導電性シートの各々にクランプ孔が定められ、ブラシ装置の各々にクランプブロックが形成されてクランプ孔に挿入されることが好ましい。
先行技術と比べると、本発明のブラシ付きモータのブラシ装置の突出部には切欠部が形成される。ブラシの整流時には、導電性シートがブラシを整流子セグメントに押し付けて切欠部を埋めることで、ブラシを次の隣接する整流子セグメントに速やかに接触させて整流を完了し、アークの発生を抑えて電機子の小刻みな動きによるノイズを回避する。
幅が狭いことにより、突出部と整流子との接触位置及び接触面積が変化して整流時間が効果的に短縮され、これによってアークの発生が抑制又は回避され、振動及びノイズが回避される。
本発明によるブラシ付きモータの実施形態の概略図である。 図1に示すブラシ付きモータの分解図である。 図2のブラシ付きモータのロータの別の斜視図である。 図2のブラシ付きモータのブラシ装置及び端部カバーの分解図である。 図4の別の斜視図である。 図4に示すブラシの1つの拡大図である。 ブラシ及びロータの組立図である。 図7に示すブラシ及びロータの上面図である。 従来のブラシ及びロータの上面図である。
以下、本発明の理解を容易にするために、関連する図面を参照しながら本発明をさらに完全に説明する。図面には、本発明において開示する技術的解決策をより正確かつ完全に理解できるように、本発明の1又は2以上の実施形態を例示的に示す。しかしながら、本発明は多くの異なる形態で実施することができ、後述する実施形態に限定されるものではないと理解されたい。
図1及び図2を参照すると、本発明の実施形態によるブラシ付きモータが、モータエンクロージャ10と、モータエンクロージャ10内に配置されたステータ、ロータ20及び2つのブラシ装置30とを含む。
モータエンクロージャ10は、ハウジング12と、ハウジング12に機械的に結合された端部キャップ14とを含む。ハウジング12は、一端に開口部120を有する円筒体であり、端部キャップ14は、ハウジング12の開口端に固定して接続される。本実施形態では、端部カバー14が突出部140を有し、ハウジング12は、端部カバー14の突出部140と嵌合することによって共働するのに適した開口部を有する。ステータは、ハウジング12の側壁の内面に固定されて異極性のN対の磁石を含み、ここでのNは1又は2以上の整数である。本実施形態では、モータが一対の磁石を有する。ハウジング12の軸方向端面の中心には第1の軸受孔122が定められ、端部カバー14の中心には第2の軸受孔142が定められ、第1の軸受孔122及び第2の軸受孔142は同軸上に配置される。第1の軸受孔122には第1の軸受16が配置され、第2の軸受孔142には第2の軸受18が配置される。
図3を参照すると、ロータ20は、シャフト22と、シャフト22上に固定してスリーブ連結されたロータコア24及び整流子26と、ロータコア24に巻き回されて整流子26に電気的に接続されたロータコイル(図示せず)とを含む。シャフト22は細長い丸棒である。シャフト22の一端は、第1の軸受16を通過してハウジング12から外へ突出し、本発明のブラシ付きモータの出力端として機能して外部負荷に接続してトルクを出力する。シャフト22の他端は、第2の軸受18によって回転可能に支持される。ロータコア24は、積層されたケイ素鋼板で形成されることが好ましい。コイルの短絡を避けるために、ロータコア24の表面には絶縁フレーム28が設けられることが好ましい。整流子26は、ロータコア24と同軸上に配置され、ロータコア24の端部カバー14に面する側に配置される。図7及び図8を参照すると、整流子26は、回転軸22の周囲に等間隔で配置された複数の整流子セグメント260を含み、隣接する整流子セグメント260間には間隔262が定められる。シャフト22上には、軸方向における整流子26の位置を制限する保持リング29(図7を参照)がスリーブ連結されることが好ましい。
図2、図4及び図5を参照すると、ブラシ装置30は端部カバー14内に固定して配置され、端部カバー14には導電性端子19が設けられる。導電性端子19の内端は、端部カバー14に挿入されてブラシ装置30に電気的に接続され、導電性端子19の外端は、モータの外部端子として機能して、ブラシ装置30と外部電源との接続を実現するように端部カバー14から外へ延びて外部電源に電気的に接続する。ブラシ装置30は、一対のブラシ32、及びブラシ32と対応する導電性端子19とをそれぞれ接続する導電性シート34を含む。
導電性シート34は、力によって変形できる弾性金属シートである。各導電性シート34は、一体構造とすることも、或いは複数のセグメントを接合することによって形成することもできる。本実施形態では、導電性シート34が複数のセグメントを接合することによって形成される。これに対応して、端部カバー14には、導電性シート34の形状に一致して内部に導電性シート34を収容して固定する溝144が定められる。導電性シート34の一端は、導電性端子19の内端に機械的かつ電気的に接続され、導電性シート34の他端は、溝144から外へ延びて、ブラシ装置に機械的かつ電気的に接続される自由端を形成する。本実施形態では、導電性シート34の自由端にクランプ孔340が定められ、ブラシ32の背面に突出ブロック320が形成され、この突出ブロック320をクランプ孔340に挿入してブラシ32を導電性シート34に固定して接続することができる。導電性シート34は、最初にわずかに変形して予荷重を形成し、ブラシ32が整流子26との間に良好な接触を維持するように強制することが好ましい。
図6及び図7を参照すると、2つのブラシ装置30は同じ構成を有し、整流子26の周囲に対称的に配置される。各ブラシ32は、整流子260との接触面としての半径方向内側面322を有し、2つのブラシ32の半径方向内側面322は互いに向かい合う。各ブラシ32の半径方向内側面322の2つの軸方向端部(図4の軸方向上部及び下部をそれぞれ第1の端部、第2の端部とする)は、それぞれ半径方向内側に、すなわち他方のブラシ32に向かって突出して、第1の突出部324及び第2の突出部325として表す突出部を形成し、ブラシの新規状態では第1の突出部324及び第2の突出部325が整流子26に接触する。第1の突出部324及び第2の突出部325は、その周方向幅が大きく縮小されるように、第1の突出部324には第1の切欠部326が定められ、第2の突出部325には第2の切欠部327が定められる。
本実施形態では、切欠部326及び327の周方向幅が突出部324及び325の周方向幅の約半分である。各ブラシ32の第1及び第2の突出部324及び325の第1及び第2の切欠部326及び327の位置は異なることが好ましい。図4の方向によれば、ブラシ32の上部に位置する第1の突出部324の第1の切欠部326はブラシ32の周方向前側に定められ、ブラシ32の下部に位置する第2の突出部325の第2の切欠部327はブラシ32の周方向後側に定められる。このように、軸方向では、上部の第1の突出部324が下部の第2の切欠部327に面し、下部の第2の突出部325が上部の第1の切欠部326に面することにより、各ブラシ32の2つの突出部324及び325と整流子26との接触位置が重なり合うことなく軸方向及び接線方向にずれるようになる。軸方向における第1の突出部324と第2の突出部325との間には溝が定められる。第1の突出部324及び第2の突出部325の端面は平坦であり、ブラシの長手方向軸に対して横方向に延びる。第1の突出部324及び第2の突出部325の端面は平坦であって共通平面上に位置し、ブラシの新規状態では整流子26に接触する。ブラシの新規状態では、第1の突出部324及び第2の突出部325の整流子26との接触面積が共通線上に存在する。
導電性端子19を通じて本発明のモータを外部電源に接続すると、ブラシ32及び整流子26を通じてロータコイルが励起されて磁界が発生し、この磁界がステータの磁界と相互作用してロータ20を回転するように促すことができる。ロータ20の回転中、ブラシ32は、整流子26の異なる整流子セグメント260に順に接触し、これによって異なるロータコイルの励起及び脱励起(de-energized)が行われ、ロータ20が連続的に回転駆動して負荷を駆動させるようになる。
図9を参照すると、従来のモータでは、ブラシ32’の軸方向上縁部及び下縁部に同じ構成の2つの突出部324’が形成されている。2つの突出部324’は、ブラシ32’の走行部品(running-in parts)として機能して整流子セグメント260に滑り接触する。モータのブラシ32’は、整流位置、すなわち整流子セグメント260間の間隔262に対応する位置にくると、整流子セグメント260のうちの1つに留まって、隣接する次の整流子セグメント260との間にわずかな間隙264を形成するようになる。この時、ブラシ32’は、モータトルク、ブラシ振動及びその他の理由によってしばしば小刻みに動き、これによって空隙と高周波アークとの間に高周波スイッチが形成される。モータ電機子の小刻みな動きがさらに誘発された場合、ブッシング/回転シャフトの位置にアークノイズが発生し、モータの後部ケーシングによって増幅される。
図8を参照すると、本発明のモータのブラシ装置30の第1及び第2の突出部324、325には、第1及び第2の切欠部326、327が定められることによって第1及び第2の突出部324、325がオフセットされている。ブラシ32が整流位置にある時に、ブラシ32の周方向前半分の第1の突出部324が最初の整流子セグメント260を通過すると、第1の突出部324の切欠部326によって、ブラシ32の上端の支持されていない後半分が最初の整流子セグメント260との間に間隙を形成することができ、この時にブラシ32が傾斜して、第1の突出部324が弾性導電シート34によって次の整流子セグメント260に押されて間隙を埋め、従ってブラシ32の第1の突出部324が隣接する次の整流子セグメント260に速やかに接触して、第1の突出部324と次の整流子セグメント260との間にアークノイズ(arcing noise)が発生しなくなる。従来のブラシでは、ブラシ全体が整流子間隔262を通過する前に、ブラシ表面と次の整流子セグメント260との間に常に間隙264が存在して高周波スイッチングが発生する。しかしながら、本発明では、整流過程中に次の整流子セグメント260とブラシ表面とが可能な限り速やかに物理的に接触してアークノイズを抑えることができる。整流の終了前には、ブラシ32の第2の突出部325が依然として最初の整流子セグメント260に接触して、第1の突出部324及び第2の突出部325が整流子間隔262の両端においてそれぞれ整流子セグメント260に接続され、これによってブラシ32が速やかに整流を完了するように促され、アークノイズの発生が抑えられ、電機子の小刻みな動きによって生じるノイズが避けられるようになる。
本発明は、整流過程中に次の整流子セグメント260とブラシ表面との間の物理的接触を可能な限り速やかに形成してアークノイズの発生を抑えることができる。ブラシ32の第2の突出部325は、整流が完了するまで最初の整流子セグメント260に接触し続ける。2つの突出部324及び325は、ブラシ30が常に整流子表面に2点で接触することを確実にするように交互の隅部に配置される。第1の突出部324及び第2の突出部325は、それぞれ整流子間隔262の両端において整流子セグメント260に接続され、従ってブラシ32は速やかに整流を完了して整流過程中のアークノイズを抑えることができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、本発明の発明趣旨に従って他の変更を行うこともできる。本発明の発明趣旨に従って行われるこれらの変更は、特許請求する発明の範囲内で本発明に含まれるべきである。
22 シャフト
29 保持リング
32 ブラシ
34 導電性シート
260 整流子セグメント
324 第1の突出部
325 第2の突出部
326 第1の切欠部

Claims (10)

  1. モータに組み込まれた時に前記モータの整流子に面する接触面を備えたブラシ装置であって、前記接触面は、前記モータの軸方向に沿って第1の端部及び第2の端部を有し、前記接触面は、前記第1の端部における第1の突出部及び前記第2の端部における第2の突出部を有し、前記第1の突出部及び前記第2の突出部の端面は、前記DCモータに組み込まれた時に前記整流子に接触し、前記第1の突出部及び前記第2の突出部は、前記DCモータの接線方向に対してオフセットされて配置され、前記第1の突出部と前記第2の突出部との間に溝が定められ、整流状態において、前記第1の突出部及び前記第2の突出部は、2つの整流子セグメント間の間隔の両端において前記整流子セグメントにそれぞれ接触する、
    ことを特徴とするブラシ装置。
  2. 前記第1及び第2の突出部に第1及び第2の切欠部がそれぞれ定められ、前記第1及び第2の切欠部は、前記モータの回転軸の接線方向における前記第1及び第2の突出部の幅を、前記モータの前記回転軸の前記接線方向における前記ブラシの前記接触面の幅よりも狭める、
    請求項1記載のブラシ装置。
  3. 前記モータの前記回転軸の前記接線方向における前記第1及び第2の突出部の前記幅は、前記モータの前記回転軸の前記接線方向における前記ブラシの前記接触面の前記幅の半分である、
    請求項1に記載のブラシ装置。
  4. 前記第1の切欠部は、前記第2の突出部に対して軸方向に面し、前記第2の切欠部は、前記第1の突出部に対して軸方向に面する、
    請求項2記載のブラシ装置。
  5. 前記第1の突出部及び前記第2の突出部の前記端面は平坦であり、前記ブラシの長手方向軸に対して横方向に延びる、
    請求項1記載のブラシ装置。
  6. 前記第1及び第2の突出部の前記端面は同一平面上に位置する、
    請求項5に記載のブラシ装置。
  7. 前記第1及び第2の突出部の前記端面は、前記ブラシ装置の新規状態において前記整流子に接触する、
    請求項5記載のブラシ装置。
  8. 整流子を有する直流(DC)モータであって、前記整流子は、回転シャフト及び複数の整流子セグメントを有し、隣接する整流子セグメント間に間隔が定められ、前記直流モータは、請求項1から7のいずれか1項に記載のブラシ装置を備える、
    ことを特徴とするブラシ装置。
  9. ステータ、ロータ及び前記ブラシ装置を収容するハウジングをさらに備え、前記ハウジング上に、前記ブラシ装置に電気的に接続された導電性端子が配置される、
    請求項8に記載の直流モータ。
  10. 前記ブラシ装置に電気的に接続された複数の導電性シートをさらに備え、前記導電性シートの各々にクランプ孔が定められ、前記ブラシ装置の各々にクランプブロックが形成されて前記クランプ孔に挿入される、
    請求項8に記載の直流モータ
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