JP4986412B2 - ブラシアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は電動機に関し、特定的には電動機等に用いるブラシホールダアセンブリに関する。

電動機、特に小型永久磁石直流電動機のためのブラシアセンブリは、ケージブラシアセンブリまたはリーフブラシアセンブリの何れかである。リーフブラシは比較的安価であって、典型的にはベリリウム銅の弾力的な導電性材料製の本質的に細長いカンチレバー型のストリップからなり、コミュテータのこすり接触表面に対して弾力的に変形する。ケージブラシアセンブリは、分離したばねによってコミュテータに対して押し付けられるカーボンをベースとするブラシを使用し、このブラシは、通常は黄銅または絶縁用プラスチック材料製の堅固な管またはケージによってコミュテータに向かうように案内される。これはより安定であり、従ってより望ましいものであるが、より高価でもあり、またブラシを冷却することが困難である。

従って、冷却が容易で、しかも製造が安価である安定したブラシアセンブリに対する要望が存在している。

本発明は電動機用ブラシアセンブリを提供する。本ブラシアセンブリは、コミュテータと滑り接触するブラシと、前記ブラシを前記コミュテータに接触させるように弾力的に押し付けるばねと、前記ブラシを支持し、前記ブラシを前記コミュテータに向けて案内するホールダとを含み、前記ホールダはベースと、前記ベースから伸びていて前記ブラシを支持して案内する複数の突起とを有し、前記突起はレールを形成し、前記ブラシは複数の溝を有し、前記レールは前記溝内に受入れられて前記ブラシを案内し且つ支持するようになっている。

円形断面の２つの突起が存在すること、及び前記ブラシ内の溝の断面が部分円形であることが好ましい。

前記ブラシアセンブリは、前記電動機のブラシ板に取外し可能なように取付けることが好ましい。

前記ベース及び突起をモノリシック構造として一体に形成し、前記突起は前記ホールダから片持ちされているレールを形成し、前記ブラシが前記ばねの影響の下に前記レールに沿って滑るようにすることが好ましい。

前記２つの突起は単一の棒のそれぞれの端であり、前記棒は底、及びその底から伸びる２つのアームを形成している実質的にＵ字形の中央部分を有していることが好ましい。

前記底は、前記電動機のブラシ板内の凹み内に確実に受入れられることが好ましい。

前記アームは、前記ベースから実質的に垂直に伸びる第１及び第２のアーム部分を形成しているＵ字形であり、前記ブラシは、前記アームの第２の部分の自由端であり且つ前記アームの第１の部分及び底に近接している前記突起に沿って滑動可能であることが好ましい。

前記ブラシは、前記アームの第１の部分の間に位置し且つ前記ブラシの前記ベースから遠去かる運動を制限するように前記底と係合するストップ突起を有していることが好ましい。

代替として、前記突起は、前記ブラシの両横側上に位置するそれぞれの第１及び第２のベースから伸びる分離したＵ字形の棒である。

本発明は更に、上述したようなブラシアセンブリを組み入れた電動機を提供する。

以下に、添付図面を参照して４つの好ましい実施の形態を説明するが、これらは単なる例示に過ぎないことを理解されたい。

図１の電動機は、携帯用手持ちドリルのような大電流、大電力応用に適する小型永久磁石直流電動機である。電動機１０は、後部ハウジング１２、第１の端キャップ１４、及び第２の端キャップ１６によって形成されているハウジングを有している。電動機は、端キャップ１４を通って伸びているように図示されているシャフト１８を有している。シャフトはコミュテータを含む巻線型ローターの一部であり、後部ハウジング１２は永久磁石ステーターを支持している。

端キャップ１６は２つの部分、即ち、金属製の外側板及びプラスチック製の内側板からなり、これはブラシギヤー及び電動機端子を含む他の電気的要素（使用されている場合）を支持することからブラシ板２０として知られるものである。

この電動機においては、ブラシギヤーは２つのブラシアセンブリからなる。これらのブラシアセンブリは交換可能なブラシアセンブリであることから、即ち、もし必要ならば（例えば、ブラシが磨り減った場合、または破損した場合）ブラシアセンブリを交換できることから、一方のブラシアセンブリ２２を電動機から分離して図示してある。ブラシアセンブリは、それを後部ハウジング１２内の窓３４を通して取付けることによってブラシ板に容易に適合させることができるように示されている。

ブラシアセンブリ２２は、ブラシホールダ２４、ブラシ２６、及びブラシばね２８を含む。ブラシホールダ２４の詳細を図２に示す。ブラシホールダは、亜鉛めっき鋼板をスタンプしたストリップ３６の形状のベース２５を有している。ベース板は、黄銅板のような適当な他の材料であっても差し支えない。ストリップ３６は、後部ハウジングの外形に概ね従うように内側に曲げられている、または湾曲している端３８、４０を有している。ストリップは、下側の縁から伸びる２つの取付け用アーム４２を有しており、これらは内向きに且つ水平に曲げられている。各アーム４２は、テーパー付きの面と、その反対側の後部肩４６とを有する返し（逆鉤）４４を有している。アーム４２の先端に縦方向スロット４８を設けたことにより、返し４４を、アームの残余の部分に比して容易に弾力的に圧搾することができる。後に詳しく説明するように、返し４４、即ちテーパー付きの面及び肩は、スナップ嵌め機能を与える。

ブラシホールダ２４は、ストリップ３６の中央部分内の２つの孔の中に圧入される２本のピン３０によって形成された２つの突起を有している。ピン３０は中央部分に対して垂直に伸び、アーム４２と実質的に平行に内向きに突き出ている。ピン３０はレールを形成しており、ブラシはコミュテータと接触するようにこれらのレールに沿って滑るように案内される。

ブラシホールダストリップ３６の一方の端３８（図２では左端）は２つの縦方向に伸びるスロットを有し、これらのスロットによって３本の指５０が形成されている。ストリップ３６の他方の端４０は横方向のスロット５２を有しており、このスロットによって角張った突起５４が形成され、この突起５４内にはストリップ３６の端縁に小さいノッチ５６が形成されている。この突起５４はブラシばね２８のためのホールダまたはマウントを構成し、ノッチ５６はばねの端を捕らえるばね座を構成している。ばねの他方の端はブラシの背面に接触し、ブラシをピン３０に沿って滑らせてブラシホールダ２４から遠去けるように押す。ブラシホールダストリップ３６の中央部分内の切抜き５８は、ばねがブラシにアクセスできるようにするためのものである。切抜き５８を部分的に横切って伸び、且つスロット付きの端６２を有する枝突起６０は、組立て中にばねのブラシ端のための便利な支えとして役立つ。

図３に、嵌め込まれたブラシ２６と、取付けられた端子ワイヤー３２とを有するブラシホールダ２４を示す。ブラシ２６は、長い方の側に沿って軸方向に走る２つの半円形の溝６４を有している。ピン３０が溝６４内に位置し、ブラシ２６はピン３０に沿って滑らかに滑ることができる。ブラシ２６は更に、ブラシ２６から横方向に伸び且つ３本指５０の１またはそれ以上に結合されてブラシホールダ２４に電気的に取付けられた埋込み型シャントワイヤー６６を有している。電動機の端子ワイヤー３２も３本指５０の１またはそれ以上に結合されるか、またはそれ以外に電気的に取付けられてブラシ２６を外部電源に接続する。

前述したように、入力端キャップ１６は、シャフト１８のためのブシュを支持する金属製のカバーと、この金属製カバーに結合されているプラスチック材料製のブラシ板２０とを有している。図４を参照する。ブラシ板２０は、ブラシアセンブリ２２を端キャップ１６に固定するためのマウント６０を有している。各マウント６８は、ブラシホールダ２４の取付け用アーム４２が圧入されるトンネル７０を形成している１対の突起を含む。アーム４２がトンネル７０内に圧入されると返し４４は変形するが、ブラシホールダ２４が完全に挿入された位置まで圧入されて返し４４がトンネル７０の端を通り過ぎるとばね作用で戻る。肩４６がトンネルの外側突起の端壁と係合し、ブラシホールダ２４は抜けなくなる。端子指５０に接するブラシ板２０内にはスロット７２が設けられており、端子ワイヤー（もしくは、リード）３２を通すようになっている。

この構造は、端子リード３２を使用することが特に好都合である。しかしながら、ブラシホールダ２４は、ブラシホールダ２０上に突起７４として図示してある電動機端子ホールダに適合させる電動機端子に接続することができる。この接続は、ワイヤー、黄銅ストリップ、またはブラシホールダに接続される（好ましくは、溶接または弾力的な接続によって）電動機端子の延長部を使用することによって行うことができる。

例えば、ブラシアセンブリを交換するためにブラシホールダ２４をブラシ板２０から取外す場合、図５に示すように端キャップ１６内の凹み７８内にピンセット状のツール７６の尖端を挿入し、取付け用アーム４２の先端を露出させて返し４４に押し付け、肩４６をトンネル７０の端の壁から遠去かるように弾力的に曲げて取付け用アーム４２をトンネル７０から引き出し得るようにし、窓３４を通してブラシアセンブリ２４を電動機１０から引き出す。

溝６４内のピン状の突起もしくはレール３０によってブラシ２６の運動がレール３０に沿う軸方向以外の全ての方向において阻止されるので、レール３０はブラシ２６にケージブラシアセンブリに類似する極めて安定なブラシ位置を取らせる。同時に、ブラシ２６は突起３０の小さい面積を除いて完全に露出されるから、このブラシアセンブリ２２は露出されたケージブラシアセンブリの安定性と、リーフブラシアセンブリの冷却可能性とを併せて有することになる。

図６に部分分解、部分組立て図として示すブラシアセンブリは、２つの縦方向溝６４を有するブラシ２６を有している。溝６４は、ブラシ２６がレールまたはピンの形状の２本の突起３０に沿って滑ることを可能にする。突起３０は、ある長さの１本のワイヤーまたは丸棒８０の両端であり、このワイヤーまたは丸棒８０は両端が全体的に同一方向に伸びるように曲げられ、その中央部分８２は端キャップの凹み８４内に確実に受入れられるようになっている。これによってレール３０は、ブラシ２６をローターのコミュテータと滑り接触させるように案内する。使用中には、ブラシはばね（図示してない）によってコミュテータと接触するように押し付けられ、ブラシと電動機端子（図示してない）との間の電気的接続は埋込み型シャント（図示してない）によってなされ、チョーク（図示してない）のような雑音抑圧のための付加的な電気構成要素は含むことも、または含まなくても差し支えない。

丸棒８０は凹み８４内に挿入可能であるように図示してあるが、確実な接続を保証するように丸棒８０を端キャップ１６の材料内に直接モールドすることができる。このようにすることは丸棒８０の形状により多くの自由度を与えるが、それはプロセスのコストをより高めるので図示の実施の形態程好ましいものではない。

突起３０即ち丸棒の両端は、全体的に同一の方向に伸びているように図示してある。ピンとブラシの溝の表面との間に間隙を生じないようにレールが平行に走っていることが理想的ではあるが、このようにすることは、製造公差、及び組立の容易さに対する要望から実際には困難である。レールは、それらの間にブラシを容易に挿入できるようにし、しかもブラシを確実に、または堅固に保持する必要がある。これは、特にレールがピンの形状である場合、ピンの弾力的な性質によって可能になる。即ち、ピンは、弾力的に変形して両ピンの間の間隙を広げてブラシの挿入を可能にすると共に、使用中のブラシの横軸方向への、または横へ向かう運動、特にブラシを引きずろうとするコミュテータの回転によって生ずる側方向への振動に対して十分に堅固である。ブラシとピンとの間の滑り隙間に伴う問題も、ピンの弾力性を使用することによって解消することができる。ピンをそれらの自由状態よりも僅かに狭くなるように設定することによって、ピンは、ピンに沿うブラシの滑りを重大に制限するような十分な力を加えることなく、ブラシを軽く締め付けるように配列することが可能になる。これは、ブラシを滑り可能にするために必要な間隙、及び例えばケージブラシアセンブリにおいて発生するようなブラシのジャミングを回避するために、製造公差を考慮するのに必要な付加的な間隙を除去する。

ピンは、ブラシを容易に挿入できるように広げられた口を形成するように、またはピンの鋭い先縁がブラシを拘束しないように成形または曲げることも可能である。

交換可能なブラシホールダを図示し、そしてそれが好ましいのであるが、ブラシホールダは、挿入返し及びオーバーモールドのような取外しができず、交換できないようにブラシ板に捕捉または適合させることができる。

図７乃至９に示す第３の実施の形態は、ブラシホールダと端キャップとの間のこのような接続を示している。

図７に示す突起３０はＵ字形に形成された単一片の丸棒８０からなり、突起が“Ｕ”の底即ち中央部分８２上に、またはその付近に位置するように２回曲げられている。各アーム８６もＵ字形であり、突起は底８２付近のアームの第１の部分に平行に伸びている。

図８を参照する。ブラシホールダ２４は図２のブラシホールダに類似しているが、取付け用アーム４２を軸方向に挿入可能な返し付き指４３に置換したことが異なっている。これらの指４３は、プラスチックブラシ板または端キャップ内の孔の中に圧入されてブラシホールダを所定の位置に固定する。

突起３０は、成形された丸棒８０をブラシホールダ内の孔及び／または間隙を通して滑入させることによってブラシホールダに固定される。詳述すれば、突起は開いたスロット４７を通過し、“Ｕ”の底及びアーム８６の第１の部分は別のスロット４９を通過する。スロット４９を通過した“Ｕ”の底及びアーム８６の第１の部分は、アーム８６上のスロット４９の材料をかしめる、または変形させることによって捕捉させる。アーム８６の第１の部分はかしめるが、突起はかしめないことによって、固定中に突起の位置が変わる可能性は減少する。

アーム８６の第１の部分及び“Ｕ”の底８２は、ブラシを位置決めするための第２のレールを構成しており、電動機に軸方向の付加的な支持または硬さを与える。これは、ブラシストップデテントのための便利なストップにもなる。

ブラシアセンブリを示している図９に示すように、ストップ６５はブラシの下面に、ブラシの後端に向かって形成されている。ストップ６５は、“Ｕ”の底８２に到達するまでアーム８６の第１の部分に沿ってそれらの間を運動する。ストップ６５が底８２と係合すると、ブラシ２６は、ブラシホールダ２４から遠去かるように更に運動する（ばね２８の作用による）ことを阻止される。ブラシストップは、ブラシが余りにも短時間で摩耗してブラシ寿命の終わりにコミュテータの埋込み型シャントがこすられたり、またはブラシがブラシホールダから追い出されることを防ぐために使用される。

図１０に、プラスチック製端キャップまたはブラシ板２０に組入れられた第４の実施の形態を示す。この実施の形態においては、レール突起３０はＵ字形に成形された丸棒であって、アームはそれぞれ個々の支持板９０、９１にかしめられている。支持板９０、９１は、位置決め孔を貫通している固定用突起９２の塑性変形によってブラシ板２０に固定される。一方の支持板９０は固定用突起９２を受入れる大きさの位置決め孔を有し、他方の支持板９１は固定用突起９２を受入れるためのスロット付き孔９４を有しており、これらのスロット付き孔９４は両レール突起３０の間の間隙を調整してブラシ２６の寸法公差を補償するようになっている。レール突起はＵ字形のアーム９６によって支持板９０、９１に固定され、“Ｕ”字形の底がブラシ２６を滑らせるためのレールを形成している。クリンピングは、アーム９６の各端の周りに４つの支柱９８を形成する、好ましくは支持板９０、９１をスタンピングすることによって達成されている。レールのアーム９６を支柱９８の間に配置した後に、支柱を絞るかまたはそれ以外に塑性変形させてレールを捕捉させる。第１の支持板９０は、ブラシばね２８をも支持する。図面を簡易化するためにブラシシャントは省略してあるが、ブラシを、直接電動機端子に、または例えば電動機の雑音抑制要素のような別の構成要素に電気的に接続する。

このようにして形成されたレール３０を使用すると、突起／ピンの端がブラシと接触することがないので、これらの端をばり取りする等の特別な処理は必要ない。

以上説明したように、本発明は、製造が比較的容易で、安定なブラシ位置を有し、しかもブラシが殆ど完全に露出されてブラシの側を流れる冷却用の空気を妨害することがないブラシアセンブリを提供する。

上述した実施の形態は単なる例示に過ぎず、当業者には特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更が明白であろう。例えば、丸いピン及び半円形の溝を示したが、運動を滑り方向に制限して接触面積を減少させ、滑り摩擦を減少させるか、または製造可能性を改善するために、要望に応じて他の断面形状を使用することができる。例えば、丸い、または矩形のピンを三角形の溝と共に、六角形または楕円形レールを方形の溝と共に使用することができる。

以上に説明した好ましい実施の形態は、レールまたはピン突起を圧入したシート金属ホールダを使用しているが、好ましい構造はホールダ及び突起を単片モールドするか、または鍛造であることができる。これは、突起の設計、及び突起／ホールダ接続の強化に大きい自由度を与える。黄銅、銅合金、及びアルミニウム合金のような金属の鋳造または鍛造、及びプラスチック及びセラミックモールディングも適当であり得る。

本発明によるブラシアセンブリを組み入れた電動機の部分分解図である。 図１のブラシアセンブリの一部分であるブラシホールダを示す図である。 ブラシ及びリードワイヤーが取付けられた図２のブラシホールダを示す図である。 図１の電動機の端キャップの一部分であるブラシ板を示す図である。 図１の電動機のブラシアセンブリを取外す方法を示す図である。 代替ブラシケージアセンブリを示す図である。 別の実施の形態によるブラシアセンブリの一部分であるピンアセンブリの斜視図である。 図７のピンアセンブリを組み入れたブラシホールダを示す図である。 図８のブラシホールダを組み入れたブラシアセンブリを示す図である。 第４の実施の形態による２つのブラシアセンブリを組み入れた電動機ブラシ板の内側図である。

符号の説明

１０ 電動機
１２ 後部ハウジング
１４ 第１の端キャップ
１６ 第２の端キャップ
１８ シャフト
２０ ブラシ板
２２ ブラシアセンブリ
２４ ブラシホールダ
２５ ベース
２６ ブラシ
２８ ブラシばね
３０ ピン
３２ 端子ワイヤー
３４ 窓
３６ ストリップ
３８、４０ 端
４２ 取付け用アーム
４３ 返し付き指
４４ 返し
４６ 肩
４７ スロット
４８ 縦方向スロット
４９ スロット
５０ 指
５２ 横方向スロット
５４ 突起
５６ ノッチ
５８ 切抜き
６０ 枝突起
６２ スロット付き端
６４ 半円形溝
６５ ストップ
６６ シャントワイヤー
６８ マウント
７０ トンネル
７２ スロット
７４ 突起
７８ 凹み
８０ 丸棒
８２ 中央部分（底）
８４ 凹み
８６ アーム
９０、９１ 支持板
９２ 固定用突起
９４ スロット付きアーム
９６ Ｕ字形アーム
９８ 支柱

Claims (15)

1. 電動機用ブラシアセンブリであって、
   コミュテータと滑り接触するブラシと、
   前記ブラシを前記コミュテータに接触させるように弾力的に押し付けるばねと、
   前記ブラシを支持し、前記ブラシを前記コミュテータに向けて案内するホールダと、
   を含み、前記ホールダはベースと、前記ベースから延びていて前記ブラシを支持して案内する複数の突起とを有し、
   前記突起はレールを形成する細長いピンであり、前記ブラシは複数の溝を有し、前記ピンは前記溝の中に受入れられて前記ブラシを案内し且つ支持するようになっており、前記ピンはブラシの小さな領域を占め、それによって、ブラシが殆ど完全に露出されて冷却空気がブラシの側を妨害されずに流れるようになっており、
   円形断面の２つのピンが存在し、前記ブラシ内の溝の断面が部分円形であり、
   前記２つのピンは単一の棒の両端であり、前記棒は実質的にＵ字形の底を形成している中央部分と、前記中央部分から延びる２つのアームとを有している、
   ことを特徴とするブラシアセンブリ。
2. 前記底は、前記電動機のブラシ板内の凹みの中に確実に受入れられることを特徴とする請求項１に記載のブラシアセンブリ。
3. 前記凹みは前記棒のＵ字形の中央部分を電動機軸方向に受入れ、前記棒は前記ピンが前記電動機軸方向に垂直な方向に延びるように更に曲げられていることを特徴とする請求項２に記載のブラシアセンブリ。
4. 前記アームはＵ字形を形成している第１及び第２のアーム部分であり、前記アーム部分は前記ベースから実質的に垂直に延び、前記ブラシは、前記アームの第２の部分の自由端であり且つ前記アームの第１の部分及び底に近接している前記ピンに沿って滑り可能であることを特徴とする請求項１に記載のブラシアセンブリ。
5. 前記ブラシは、前記アームの第１の部分上に滑り可能に支えられていることを特徴とする請求項４に記載のブラシアセンブリ。
6. 前記ブラシは前記アームの第１の部分間に配置されているストップ突起を有し、前記ストップ突起は前記底と係合して前記ブラシの前記ベースから遠去かる運動を制限するようになっていることを特徴とする請求項４または５に記載のブラシアセンブリ。
7. 前記棒は、前記ベース内のスロットを通して延び、前記アームの第１の部分を受入れる前記スロットの塑性変形によって前記ベースに固定されていることを特徴とする請求項４に記載のブラシアセンブリ。
8. 前記アームの第１の部分が前記ベースに固定され、前記アームの中央部分は、前記ベースの前記ピンの先端及び“Ｕ”字形の底とは反対の側上に位置することを特徴とする請求項７に記載のブラシアセンブリ。
9. 前記“Ｕ”字形の底は、前記ピンの先端に近接していることを特徴とする請求項４乃至８の何れか１つに記載のブラシアセンブリ。
10. 電動機用ブラシアセンブリであって、
    コミュテータと滑り接触するブラシと、
    前記ブラシを前記コミュテータに接触させるように弾力的に押し付けるばねと、
    前記ブラシを支持し、前記ブラシを前記コミュテータに向けて案内するホールダと、
    を含み、前記ホールダはベースと、前記ベースから延びていて前記ブラシを支持して案内する複数の突起とを有し、
    前記突起はレールを形成する細長いピンであり、前記ブラシは複数の溝を有し、前記ピンは前記溝の中に受入れられて前記ブラシを案内し且つ支持するようになっており、前記ピンはブラシの小さな領域を占め、それによって、ブラシが殆ど完全に露出されて冷却空気がブラシの側を妨害されずに流れるようになっており、
    円形断面の２つのピンが存在し、前記ブラシ内の溝の断面が部分円形であり、
    前記ピンは、前記ブラシの両横側上に配置されている第１及び第２のベースから延びる別々のＵ字形の棒である、
    ことを特徴とするブラシアセンブリ。
11. 前記第１のベースは、前記ブラシばねを支持していることを特徴とする請求項１０に記載のブラシアセンブリ。
12. 前記第１のベースは前記ブラシ板に精密に固定され、前記第２のベースは前記ブラシの寸法の公差を補償するように所与の横方向運動範囲において前記ブラシ板に固定されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載のブラシアセンブリ。
13. 前記“Ｕ”字形の底は、前記ブラシ内の溝の中に配置される前記レールを形成していることを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか１つに記載のブラシアセンブリ。
14. 前記“Ｕ”字形ピンの自由端は、それぞれのベースにかしめられていることを特徴とする請求項１０乃至１３の何れか１つに記載のブラシアセンブリ。
15. 請求項１乃至１４の何れか１つに記載のブラシアセンブリを、少なくとも２つ組入れていることを特徴とする永久磁石直流電動機。

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