JP4882189B2

JP4882189B2 - ブラシ付きモーター

Info

Publication number: JP4882189B2
Application number: JP2001273083A
Authority: JP
Inventors: 宮本　　慎一; 正安井
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2001-09-10
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2021-09-10
Also published as: US6703755B2; US20030048027A1; JP2003088054A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシ付きモーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のモーターとしては、例えば整流子を回転子側に設けると共に、固定子側にブラシを設けて、このブラシを整流子に摺接させることで、ブラシに連なる外部電源回路と、整流子に連なり回転子に巻回された駆動コイルとを通電させる構成をなす。これにより駆動コイルには周期的に電流が流れて固定子側に配された界磁マグネットとの磁界的作用により回転子が回転駆動することになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のブラシ付きモーターでは、頻繁に起動・停止が繰り返されると、その際に整流子とブラシとの間に生じるスパークによってブラシが磨耗してしまう。そうなると、整流子とブラシとが非接触となってモーターが駆動不能になるなどの問題が発生する。こうした場合、上記従来のブラシ付きモーターは、磨耗したブラシのみを交換できる構成になっておらず、結局製造者側で製品を回収などしてモーター自体を交換する必要があった。つまり、従来のものは、ブラシの消耗をもって寿命が終わってしまうといった欠点があった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ブラシが消耗してもモーター交換等の作業を要せずに簡単な作業で継続して長期間使用することが可能なブラシ付きモーターを提供するところにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るブラシ付きモーターは、整流子を回転子側に設けると共に、これに接するブラシを固定子側に設けたブラシ付きモーターにおいて、固定子側に予備用ブラシを設けると共に、ブラシが整流子に接触しかつ予備用ブラシが整流子から離れた第１状態から、ブラシが整流子から離れかつ予備用ブラシが整流子に接触した第２状態へ切替可能なブラシ切替機構を設けたところに特徴を有する。
【０００６】
また、この発明は、上記のブラシ付きモーターにおいて、ブラシ及び予備用ブラシは、整流子に対し摺接するブラシ本体を弾性片に取付けてなると共に、整流子の周方向に沿って並べて配置され、ブラシ切替機構は、回転子と同軸に回動操作される回転体に、ブラシ及び予備用ブラシの各弾性片に接する複数の突部を突設してなり、回転体の回動に伴い、第１状態では、予備用ブラシの弾性片が突部に当接してそのブラシ本体の整流子側への接触が規制され、第２状態では、ブラシの弾性片が突部に当接してそのブラシ本体の整流子側への接触が規制される構成としたところに特徴を有する。
【０００７】
また、この発明は、上記のブラシ付きモータにおいて、第１状態では、ブラシの弾性片が突部に当接してそのブラシ本体の磨耗に伴う整流子側への変位量が規制され、第２状態では、予備用ブラシの弾性片が突部に当接してそのブラシ本体の磨耗に伴う整流子側への変位量が規制される構成としたところに特徴を有する。
【０００８】
【発明の作用及び効果】
本発明の構成によれば、まず、ブラシ付きモーターを、予備用ブラシが整流子から離れ、ブラシのみが整流子に接触した第１状態にする。この状態でモーターを長期間使用すれば、やはりブラシが整流子との摺接によって消耗してしまう。そこで、ブラシ切替機構によって、前記第１状態から、ブラシが整流子から離れかつ予備用ブラシが整流子に接触した第２状態へ切り換えることで、消耗したブラシから予備用ブラシに切り換えることができる。これにより予備用ブラシが消耗するまでモーターを更に使用することができることになる。従って、モーター交換等の作業を要せずに簡単な作業で、上述した従来のブラシ付きモーターよりも長期間継続使用することが可能になる。
【０００９】
また、本発明の構成によれば、回転体の回動に伴ってその回転体に突設された突部が予備用ブラシの弾性片に当接して、そのブラシ本体の整流子側への接触が規制される。これによりブラシが整流子に接触しかつ予備用ブラシが整流子から離れた第１状態になる。その状態から回転体を回動させることで、今度は回転体の突部がブラシの弾性片に当接してそのブラシ本体の整流子側への接触が規制される。即ち、弾性片が急激に開放される衝撃で例えばブラシが破壊されるのを防いでいる。これによりブラシが整流子から離れかつ予備用ブラシが整流子に接触した第２状態に切り替わることになる。従って、回転体を回動操作するだけでブラシから予備用ブラシへの切り換えを容易に行うことができる。
【００１０】
モーターを長期間使用すると、ブラシの過剰磨耗によって、例えば磨耗前のブラシより硬く磨耗しにくくなったブラシや露出した弾性片等により整流子を破損させてしまうことがある。こうなると、単にブラシ交換だけでは済まなくなり結局モーター自体を交換せざるを得なくなってしまう。そこで、本発明の構成によれば、前記第１状態において、回転体の突部が使用中のブラシの弾性片にも当接されて、そのブラシ本体の磨耗に伴う整流子側への変位量が規制される。一方、第２状態でも、回転体の突部が使用中の予備用ブラシの弾性片にも当接されて、そのブラシ本体の磨耗に伴う前記整流子側への変位量が規制される。これにより、モーターを長期間使用しても、前述した過剰磨耗に至る前にブラシ本体と整流子との接触が規制されることになり、もって整流子の破損を防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１ないし図５によって説明する。
本実施形態のブラシ付きモーター（以下、「モーター１０」という）は、例えば電動ドリル１に内蔵されて、所定の起動ボタン（図示せず）を指で押すことでモーター１０の回転軸１５が回動してドリル部分を回動させると共に、起動ボタンから指を離すと停止させるよう動作する。モーター１０は、一端が開口したモーターケース１１及びその開口部に嵌着される端板１２からなるハウジング１３（本発明の「固定子」に相当する）内に、複数の駆動コイル１４ａが巻回されたロータ１４（本発明の「回転子」に相当する）を収容してなる。ロータ１４は、その回転軸１５がモーターケース１１の閉塞部及び端板１２にそれぞれ設けられた軸受１６，１６を介して支持されて回動可能に配置されている。また、回転軸１５のうち端板１２側の一端には整流子１７（本発明の「整流子」に相当する）が設けられ、整流子１７は前記駆動コイル１４ａに電気的に接続されている。一方、モーターケース１１の内側壁には、ロータ１４に対して所定の空隙を介して円筒状のマグネット１８が配されている。また、端板１２のうちロータ１４側の一側面にはブラシホルダ１９が設けられ、それに備えられたブラシが整流子１７表面上を摺接することで、ブラシに連なる電源回路（図示せず）と、整流子１７に連なる駆動コイル１４ａとが通電されて駆動コイル１４ａに周期的に電流が流れることで、もってモーターケース１１に配されたマグネット１８との磁気的作用によりロータ１４を回転駆動させることができる。
【００１２】
次に本実施形態の特徴的部分であるブラシホルダ１９等について説明する。
図２に示すように、ブラシホルダ１９は略円筒状をなし、その内壁には一対のブラシ（以下「第１ブラシ２０，２０」という）が対向する位置から前記整流子１７を同一方向に巻き込むように湾曲しつつ延設されているのに加えて、一対の予備用ブラシ（以下「第２ブラシ２１，２１」という）がやはり対向する位置から整流子１７を同一方向に巻き込むように湾曲しつつ延設されている。より詳しくは、第１及び第２のブラシ２０，２１の一方のブラシ２０ａ，２１ａは、中央部側がブラシホルダ１９の内壁面に沿って固着された長細いバネ片２４（本発明の「弾性片」に相当する）の両端にそれぞれブラシ本体２２ａ，２３ａを組み付けてなる。バネ片２４はリード線２６を介して前記電源回路の一方の電極側に電気的に接続されており、もって両ブラシ２０ａ，２１ａのブラシ本体２２ａ，２３ａが電源回路の一方の電極側に電気的に共通接続された構造をなす。また、第１及び第２ブラシ２０，２１の他方のブラシ２０ｂ，２１ｂも同様に、中央部側がブラシホルダ１９の内壁面に沿って固着された長細いバネ片２５の両端にそれぞれブラシ本体２２ｂ，２３ｂを組み付けてなる。バネ片２５はやはりリード線２６を介して電源回路の他方の電極側に電気的に接続されており、もって両ブラシ２０ｂ，２１ｂのブラシ本体２２ｂ，２３ｂが電源回路の他方の電極側に電気的に共通接続された構造をなす。各バネ片２４，２５は、それぞれの両端に設けられたブラシ本体２２ａ，２３ａ，２２ｂ，２３ｂを整流子１７側に付勢するように湾曲せしめられて、もって常には第１及び第２ブラシ２０，２１のそれぞれ一対のブラシ本体同士で整流子１７を対向方向から挟み込むように当接した状態を保持する。
【００１３】
次いで本発明のブラシ切替機構に相当する部分について説明する。図１の符号２７は、本発明の「回転体」に相当するものであって、図３（Ａ）に示すように、全体として一端側が開口した円筒形状をなし、その開口側には一対のカム突部２８，２８（本発明の「突部」に相当する）が開口方向に沿って突設されている（同図（Ｂ）参照）。一方、その閉塞側の周縁部分には電動ドリル１のケースに形成された貫通孔に対して回転体２７を回動可能に配置するための溝３３が形成されていると共に、その端面には例えばマイナスドライバの先端部分を挿入可能な溝部２９が形成されている。また、モーター１０の端板１２には、図２に示すように、前記一対のカム突部２８，２８が挿通されると共に、回転体２７を回転軸１５の周方向に沿って所定の範囲内だけ回動可能とする一対の案内溝３０，３０が貫通形成されている。これにより例えばマイナスドライバを溝部２９に挿入して回動操作することで、一対のカム突部２８，２８は所定の範囲内で案内溝３０，３０に沿って回動することになる。
【００１４】
また、図１に示すように、これらの一対の案内溝３０，３０に挿通された一対のカム突部２８，２８は、それぞれの先端部が第１又は第２ブラシ２０，２１のバネ片２４，２５のうち長手方向の側部の内側に当接するように長さが調整されている。図１及び図２においては、第２ブラシ２１側のバネ片部分を、その付勢力に抗して弾性変形させつつ各カム突部２８，２８の先端部に引掛けた状態（本発明の「第１状態」に相当する）を示している。このような構成により、次述する動作説明で示すように、回転体２７を回動操作することで、第１ブラシ２０から第２ブラシ２１への切替を行うことが可能になる。
【００１５】
なお、図４に示すように、電動ドリル１のケースには前記貫通孔の周縁部に沿って２つの目印部３１，３２が設けられている。同図（Ａ）に示すように、溝部２９を目印部３１に合わせることでモーター１０を前記第１状態にすることができる。一方、同図（Ｂ）に示すように、溝部２９を目印部３２に合わせることで、整流子１７表面に対して第１ブラシ２０が離れて第２ブラシ２１が当接した状態（本発明の「第２状態」に相当する）にすることができる。従って、この目印部３１，３２にそれぞれ溝部２９を合わせるように回転体２７を回動操作することでモーター１０を確実に第１状態及び第２状態にすることができる。
【００１６】
次に、上記構成からなる本実施形態の動作を説明する。
まず、図５（Ａ）は、上記第１状態を示している。この状態では、同図に示すように、第１ブラシ２０だけが整流子１７に接触しており、第２ブラシ２１は一対のカム突部２８，２８によって整流子１７から離れた状態に保持されている。この状態で電動ドリル１に対して起動／停止を所定回数繰り返すことで、やはり第１ブラシ２０のブラシ本体２２ａ，２２ｂが整流子１７との間でスパークして磨耗してくる。更に磨耗が進むと、同図（Ｂ）に示すように、各カム突部２８，２８の第１ブラシ２０側の突部分が第１ブラシ２０のバネ片部分に当接しそれ以上整流子１７側に近接するのを規制する。これにより、過剰磨耗に至る前にブラシ本体２２ａ，２２ｂと整流子１７との接触が規制されることになり、もって整流子１７の破損を防止することができる。
【００１７】
そこで、前記回転体２７の溝部２９にマイナスドライバを挿入して回動操作を開始する。それに伴って、図５（Ｃ）に示すように、カム突部２８，２８も回動し始めて、そのカム突部２８，２８と第１ブラシ２０のバネ片部分との当接部分が徐々に第１ブラシ２０の先端側に移っていく。これにより、第１ブラシ２０のバネ片部分はその先端のブラシ本体２２ａ，２２ｂが整流子１７から離れる方向に徐々に弾性変形することになる。そして、更に回動操作を続けると、第２ブラシ２１の先端がカム突部２８，２８から外れて、そのブラシ本体２３ａ，２３ｂが整流子１７表面上に当接することになる（同図（Ｄ）参照）。なお、カム突部２８，２８はその湾曲部分が緩やかな勾配で形成されており、各ブラシ２０，２１のバネ片部分も緩やかな湾曲形状をなしている。従って、第２ブラシ２１のブラシ本体２３ａ，２３ｂは整流子１７に対して徐々に接近することになるから、ブラシ本体２３ａ，２３ｂ及び整流子１７の当接の際の衝撃が抑制され、もって整流子１７の破損を回避することができる。
【００１８】
そして、上述したように、回転体２７を、その溝部２９が電動ドリル１のケース側に設けた目印部３２に一致するまで回動操作することで、同図（Ｅ）に示すように、整流子１７表面に対して、第１ブラシが離れて第２ブラシが当接した前記第２状態になる。そして、この状態で電動ドリル１に対し起動／停止を所定回数繰り返すことで、やはり第２ブラシ２１のブラシ本体２３ａ，２３ｂが整流子１７との間でスパークして磨耗してくる。ここでも、第１ブラシ２０の磨耗時と同様に、各カム突部２８，２８の第２ブラシ２１側の突部分が第２ブラシ２１のバネ片部分に当接し、第２ブラシ２１のそれ以上の整流子１７側への近接が規制され、やはり過剰磨耗に至る前にブラシ本体２３ａ，２３ｂと整流子１７との接触が規制されて整流子１７の破損を防止することができる。
【００１９】
このように、当初使用される第１ブラシ２０とは別に、予備用として第２ブラシ２１を設けて、切替機構により第１ブラシ２０から第２ブラシ２１への切替を可能とした。これにより、第１ブラシ２０が磨耗した場合でも、モーター１０自体の交換等の作業を要せずに、切替機構によって第２ブラシ２１に交換することでそのまま継続して使用することができ、もって上述した従来のブラシ付きモーターよりも長期間の継続使用が可能になる。
【００２０】
また、切替機構は、回転体２７を回動操作して、その開口側に設けられた一対のカム突部２８，２８を回動させることで、前記第１状態から前記第２状態に切り換える構成としたら、回転体２７の回動操作という極めて簡単な作業で切替作業を行うことができる。
【００２１】
さらに、第１及び第２状態において、各ブラシ本体２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂの磨耗が進むと、各カム突部２８，２８の突部分が第１及び第２ブラシ２０，２１のバネ片部分に当接しそれ以上整流子１７側に近接するのを規制する構成とした。これにより、過剰磨耗に至る前にブラシ本体２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂと整流子１７との接触が規制されることになり、もって整流子１７の破損を防止することができる。
【００２２】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、予備用ブラシとして一対の第２ブラシ２１を設けた構成であったが、これに限らず、複数対の予備用ブラシを設けて切替機構により順次に交換する構成であってもよい。
【００２３】
（２）上記実施形態では、回転体を回動させることで、第１及び第２ブラシ２０，２１を一体的に移動させて、第１状態から第２状態に切り換える構成としたが、第１及び第２ブラシ２０，２１に対して、それぞれ専用の回転体等を設けて、各回転体を回動操作することでそれぞれのブラシ２０，２１を移動させる構成であってもよい。
【００２４】
（３）上記実施形態では、本発明の「突部」に相当する部分をカム突部としたが、これに限らず、各ブラシ２０，２１のバネ片部分の側部を係止可能であれば、例えば棒状の形状であってもよい。ただし、上述したように上記実施形態のカム形状であれば、各ブラシ本体２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂをゆっくりと整流子１７に当接させることができ、もって整流子１７の破損を防止できるという効果がある。
【００２５】
（４）上記実施形態では、ブラシ２０ａ，２１ａは、ブラシ本体２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂをバネ片２４，２５に組み付けた構成としたが、これに限らず、弾性変形可能な部材であればその他の弾性片であってもよい。
【００２６】
（５）上記実施形態では、回転体に設けた溝部２９にマイナスドライバを挿入して回動操作する構成としたが、これに限らず、例えば回転体の閉塞部側に摘み部を設けてその摘み部を手で摘んで回動操作する構成であってもよい。ただし、本実施形態のような構成であれば、回転体を回動させるためにはマイナスドライバを用いる必要があるから、例えば第１ブラシ２０がまだ十分使用可能でブラシ交換がまだ必要でないときに、回転体を回動させてしまうといった問題を回避することができる。
【００２７】
（６）上記実施形態では、電動ドリル１に適用した例を説明したが、一般にブラシ付きモーターが適用される各電気機器（例えば電動ドライバ等）に対して本発明の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るブラシ付きモーターの全体断面図
【図２】図１のＸ−Ｘ破断面におけるブラシ付きモーターの断面図
【図３】回転操作部の側面図（Ａ）、左正面図（Ｂ）及び右正面面（Ｃ）
【図４】回転体の回動操作を説明するための正面図
【図５】カム突部とブラシとの動作を説明するための簡略図
【符号の説明】
１０…モーター
１３…ハウジング
１４…ロータ
１４ａ…駆動コイル
１５…回転軸
１７…整流子
２０（２０ａ，２０ｂ）…第１ブラシ
２１（２１ａ，２１ｂ）…第２ブラシ
２２ａ，２３ａ，２２ｂ，２３ｂ…ブラシ本体
２４，２５…バネ片
２７…回転体
２８…カム突部

Claims

整流子を回転子側に設けると共に、これに接するブラシを固定子側に設けたブラシ付きモーターにおいて、
前記固定子側に予備用ブラシを設けると共に、
前記ブラシが前記整流子に接触しかつ前記予備用ブラシが前記整流子から離れた第１状態から、前記ブラシが前記整流子から離れかつ前記予備用ブラシが前記整流子に接触した第２状態へ切替可能なブラシ切替機構を設けたものであって、
前記ブラシ及び前記予備用ブラシは、前記整流子に対し摺接するブラシ本体を弾性片に取付けてなると共に、前記整流子の周方向に沿って並べて配置され、
前記ブラシ切替機構は、前記回転子と同軸に回動操作される回転体に、前記ブラシ及び前記予備用ブラシの各弾性片に接する複数の突部を突設してなり、
前記回転体の回動に伴い、前記第１状態では、前記予備用ブラシの弾性片が前記突部に当接してそのブラシ本体の摩耗に伴う前記整流子側への変位量が規制されることで前記整流子側への接触が規制され、前記第２状態では、前記ブラシの弾性片が前記突部に当接してそのブラシ本体の摩耗に伴う前記整流子側への変位量が規制されることで前記整流子側への接触が規制される構成としたことを特徴とするブラシ付きモーター。