JP5854829B2 - ブラシモータ - Google Patents

Description

本発明はブラシモータに係り、特に、ブラシと整流子との摺接により生じたブラシ粉を収容するブラシ粉収容部を備えたブラシモータに関する。

電気、電子機器や自動車等の移動体には、回転運動型のアクチュエータとしてブラシモータが多用されている。ブラシモータは、整流子（コミュテータ）がモータ回転軸（シャフト）に固定されており、バネで押圧されたブラシが整流子のセグメントの周面に当接している。モータ運転時にブラシと整流子のセグメントとが摺接してブラシが摩耗する結果、ブラシからはブラシ粉が排出される。

ブラシは黒鉛等の導電性部材で構成されており、その摩耗粉であるブラシ粉も導電性を有しているため、ブラシ粉はモータ内の絶縁性を劣化させる。このようなモータ内の絶縁性の劣化を防ぐために、従来、ブラシ粉が導電部側に回り込まないように整流子の回りに壁を設けて対応していた。

なお、本発明に関連して、ブラシ粉の集積部を設けたモータや発電機に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。

実開平４−５４４７１号公報 特開平９−１８２３５３号公報

しかしながら、整流子の回りに壁を設ける場合には、壁によりブラシ粉が整流子の回りに閉じ込められるため絶縁性を低下させるおそれがある。

本発明は上記事案に鑑み、ブラシ粉に対する絶縁性を向上させたブラシモータを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、モータ回転軸に固定された整流子と、前記整流子の周面に当接するブラシと、前記ブラシを前記整流子側に押圧するバネと、前記ブラシと前記整流子との摺接により生じたブラシ粉を収容するブラシ粉収容部と、を備え、前記ブラシ粉収容部を、前記モータ回転軸の回転により生じた空気を導入するための導入口と、前記導入口に連通し前記空気に含有されたブラシ粉を集積するための集積室と、前記集積室に連通し前記集積室から前記空気を排出するための排出口と、で構成し、前記ブラシ粉収容部を前記ブラシの前記整流子の周面方向の両側にそれぞれ配設するとともに、それぞれの前記ブラシ粉収容部の前記導入口を、前記ブラシと前記整流子とが摺接する前記整流子の周面の接線方向に形成したことを特徴とする。

本発明において、ブラシ粉を含有した空気を集積室に滞留させ集積室にブラシ粉を効率よく集積するために、ブラシ粉収容部は、導入口から集積室を介して排出口にモータ回転軸の回転により生じた空気を導く通風路を有し、通風路は集積室で空気の流れる向きを偏向するように形成されているようにしてもよい。また、ブラシ粉を含有した空気を集積室に滞留させるために、導入口の開口面積が排出口の開口面積より大きいことが好ましい。また、コンパクト化を図るとともに、集積室の容積を確保するために、ブラシおよびバネは円板状板材に取り付けられており、ブラシの両側のそれぞれに設けられた一方のブラシ粉収容部の集積室を円板状板材の一面側に形成するとともに、他方のブラシ粉収容部の集積室を円板状板材の他面側に形成するようにしてもよい。さらに、一対のブラシ間に配設されたそれぞれのブラシ粉収容部の前記導入口を共通としてもよい。

本発明によれば、ブラシ粉収容部をブラシの整流子の周面方向の両側にそれぞれ配設したので、ブラシ粉の収容容積を大きく確保できるとともに、それぞれのブラシ粉収容部の導入口を、ブラシと整流子とが摺接する整流子の周面の接線方向に形成したので、モータ回転軸の回転により生じた空気に乗せてブラシ粉を飛散させずに集積室に案内することができる、という効果を得ることができる。

本発明が適用可能な実施形態のブラシモータの長手方向断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線側から見た実施形態のブラシモータのブラシの支持構成を示す正面図である。 実施形態のブラシモータのブラシ粉収容部を示し、（Ａ）は図１のＩＩ−ＩＩ線側から見た円板状板材の正面図、（Ｂ）はその背面図である。 円板状板材の正面側から見た空気およびブラシ粉の流れを模式的に示す説明図であり、（Ａ）はブラシモータの正転によりブラシ粉が発生した状態、（Ｂ）は発生したブラシ粉がブラシ粉収容部に収容される状態、（Ｃ）はブラシモータが停止しブラシ粉収容部にブラシ粉が収容された状態を示す。 円板状板材の背面側から見た空気およびブラシ粉の流れを模式的に示す説明図であり、（Ａ）はブラシモータの正転によりブラシ粉が発生した状態、（Ｂ）は発生したブラシ粉がブラシ粉収容部に収容される状態、（Ｃ）はブラシモータが停止しブラシ粉収容部にブラシ粉が収容された状態を示す。 ブラシモータの正逆転によりブラシ粉がそれぞれのブラシ粉収容部に収容されることを模式的に示す説明図であり、（Ａ）は円板状板材の正面側から見た空気の流れおよびブラシ粉収容部を示し、（Ｂ）は円板状板材の背面側から見た空気の流れおよびブラシ粉収容部を示す。

（構成）
以下、図面を参照して、本発明に係るブラシモータの実施の形態について説明する。

＜回転子側構成＞
図１に示すように、本実施形態のブラシモータ１は、モータ回転軸としてのシャフト３を備えている。本実施形態では、シャフト３の一側（図１の右側）は切り欠かかれているが、他側（図１の左側）を切り欠かいてもよい。

シャフト３の長手方向中央部を含む左寄りの位置には、磁束の通路となる鉄心（コア）４がシャフト３に固定されている。鉄心４には複数の溝（コアスロット）が形成されており、これらの溝に巻線（コイル）１７が多数回巻き付けられている。このため、鉄心４の両側に巻線１７が膨らむように配設された構造となる。なお、鉄心４と巻線１７との間には両者の絶縁を保つ絶縁層（プラコ）１６が介在しており、絶縁層１６の材質には例えばエポキシ樹脂が用いられる。

また、シャフト３には、鉄心４の一側（図１の右側）に配された巻線１７から若干離間した位置に、巻線１７に流れる電流の方向と相を切り替えるための整流子（コミュテータ）９が固定されている。本実施形態では、６片（６セグメント）に分割された整流子９が用いられている（図２参照）。なお、整流子９の鉄心４側には巻線１７と接続するための接続部が設けられている。

従って、ブラシモータ１では、シャフト３、鉄心４、巻線１７、絶縁層１６および整流子９により回転子（ロータ）が構成されている。一方、固定子（ステータ）側は次のように構成されている。

＜固定子側構成＞
回転子を構成する鉄心４および巻線１７（巻線部）の外側には、モータ（回転子）のトルク発生に必要な磁束を発生させる２枚の湾曲したマグネット（永久磁石）１５が配置されている。それぞれのマグネット１５は長手方向の両側にＳ極、Ｎ極の２極が着磁されている。マグネット１５はケース２の内周側にそれぞれ等間隔で固定されている。

ケース２は、鋼板に深絞り加工を施すことで有底円筒状に形成されており、底側（図１の左側）中央部にはシャフト３を挿通するための丸穴が形成されている。ケース２に鋼板が用いられる理由は、発生した磁束の通路を構成するとともに、モータ外部への磁束の漏れを防ぐためである。

ケース２の開口部側（図１の右側）はブラケット２０で封止されており、ブラケット２０の中央部にはシャフト３を挿通するための丸穴が形成されている。ブラケット２０の材質にはケース２と同様に鋼板が用いられている。なお、本実施形態では、ケース２とブラケット２０とでブラシモータ１の外装ケースを構成している。

ケース２の底側中央部に形成された丸穴およびブラケット２０の中央部に形成された丸穴にはそれぞれシャフト３を支持する軸受２２、２３が固定されており、シャフト３はこれらの軸受２２、２３と摺接するように回転する。

図１および図２に示すように、整流子９の周面には黒鉛を主材料とする第１のブラシ５および第２のブラシ６の一端が圧接されており、これら一対のブラシは整流子９の周面に摺接する構造を有している。ブラシ５、６はそれらの一端が整流子９の周面と直角に当接するようにそれぞれブラシケース２４、２５内に収容されている。なお、本実施形態では、ブラシ５、６の軸線方向の角度が９０°を構成する（直交する）ようにブラシケース２４、２５が配設されている。また、ブラシ５、６には製造上同一（材質、長さ等が同一）のものが用いられている。

ブラシ５、６の間には、第１の捩りコイルバネ７、第２の捩りコイルバネ８がそれぞれ取り付けられた樹脂製の支持プレート１０が配置されている。支持プレート１０は概ね扇状の形状を呈しており板状部材で構成されている。支持プレート１０からはマグネット１５側に突出し、捩りコイルバネ７、８のコイル部が挿通された円柱状の位置決め突起１３、１４が突設されている。また、支持プレート１０には捩りコイルバネ７、８のそれぞれの一端を係止するための係止部（空間）が形成されている。

図２に示すように、捩りコイルバネ７、８の他端はブラシ５、６のそれぞれの他端を押圧するように当接している。なお、上述したブラシケース２４、２５には長手方向に切り欠きが形成されており、ブラシ５、６が損耗しても捩りコイルバネ７、８の他端によるブラシ５、６の他端への圧接が継続して確保されるように構成されている。

なお、本実施形態では、ブラシ５、６を覆うブラシケース２４、２５が円板状板材１１に取り付けられている。また、ブラシ５、６を押圧する捩りコイルバネ７、８が取り付けられた支持プレート１０はネジ１２を介して円板状板材１１と一体化するように配設されている。

図１および図２に示すように、ブラシモータ１は電源と接続するためのリード線１８を有している。リード線１８は、電源のマイナス（−）側に接続されるリード線１８ａと、プラス（＋）側に接続されるリード線１８ｂとで構成されており、リード線１８の端部には電源接続用のコネクタが設けられている。なお、リード線１８はブラケット２０に形成された孔を介して外装ケース内に導入されている。

すなわち、リード線１８ａは断面コ字状の金属製接続片１９ａの一側に接続されており、接続片１９ａの他側は接続線２１ａを介して第１のブラシ５に接続されている。同様に、リード線１８ｂは断面コ字状の金属製接続片１９ｂの一側に接続されており、接続片１９ｂの他側は接続線２１ｂを介して第２のブラシ６に接続されている。なお、図２では、後述するブラシ粉収容部等を捨象して表している。

＜ブラシ粉収容部＞
次に、第１のブラシ５および第２のブラシ６と整流子９との摺接により生じるブラシ粉を収容するブラシ粉収容部について説明する。

図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ブラシ粉収容部は第１のブラシ５および第２のブラシ６の両側にそれぞれ設けられており、本実施形態では、全体として４つのブラシ粉収容部を有している。すなわち、第１のブラシ５の両側にブラシ粉収容部３３ａ（図３（Ａ）参照）、ブラシ粉収容部３７ａ（図３（Ｂ）参照）が設けられており、第２のブラシ６の両側にブラシ粉収容部３３ｂ（図３（Ａ）参照）、ブラシ粉収容部３７ｂ（図３（Ｂ）参照）が設けられている。ブラシ粉収容部３３ａおよびブラシ粉収容部３３ｂは円板状板材１１の図１のＩＩ−ＩＩ線から見た正面側（一面側）に形成されており、ブラシ粉収容部３７ａおよびブラシ粉収容部３７ｂはその背面側（他面側）に形成されている。

ブラシ粉収容部３３ａ、３３ｂ、３７ａ、３７ｂは、それぞれ、シャフト３の回転により生じた空気を導入するための導入口と、導入口に連通し空気に含有されたブラシ粉を集積するための集積室と、集積室に連通し集積室から空気を排出するための排出口とを有し、導入口から集積室を介して排出口に空気を導く通風路が形成されている。

すなわち、ブラシ粉収容部３３ｂは、第２のブラシ６と整流子９（のセグメント）とが摺接する整流子９の周面の接線方向の整流子９から離間した位置（図３（Ａ）の左側）に、シャフト３の回転により生じた空気を導入するための導入口３４ｂと、導入口３４ｂに連通しシャフト３の回転により生じた空気に含有されたブラシ粉を集積するための集積室と、この集積室に連通し集積室に導入された空気を排出するための排出口３５ｂとを有している。また、排出口３５ｂは導入口３４ｂより上部側に形成されており、排出口３５ｂは整流子９より上部側に配置されている。

上述した接続片１９ｂは断面が略直線状の接続片取付壁３２ｂに取り付けられており、上述したブラシケース２５の四隅は、ブラシケース２５の位置決め固定を行うための位置決め壁２７ｂと嵌合している。接続片取付壁３２ｂおよび位置決め壁２７ｂは円板状板材１１と一体に構成されている。ブラシ粉収容部３３ｂの集積室は、接続片取付壁３２ｂ、位置決め壁２７ｂおよびブラシケース２５で壁面が構成されている。すなわち、集積室は、導入口３４ｂから導入された空気が集積室を構成する壁面にあたった後、方向を変えて排出口３５ｂから排出されるように集積室の壁面が画定されており、導入口３４ｂから集積室を介して排出口３５ｂに至る通風路は集積室で空気の流れが偏向するように形成されている。また、導入口３４ｂの開口面積は排出口３５ｂの開口面積より大きく設定されている。

ブラシ粉収容部３３ａは、図３（Ａ）に示すように、シャフト３の軸芯を通る上下方向の仮想直線に対してブラシ粉収容部３３ｂと左右対称に構成されており、ブラシ粉収容部３３ｂ側と同様の構成のため、その説明を省略する。整流子９の下側で整流子９から離間した外周位置には、断面が円弧状でブラシ粉の飛散を防止するための飛散防止壁３１が、円板状板材１１と一体に形成されている。なお、本例では、飛散防止壁３１の両端部が、上述した集積室の壁面の一部を構成している。

一方、図３（Ｂ）に示すように、ブラシ粉収容部３７ｂは、第２のブラシ６と整流子９とが摺接する整流子９の周面の接線方向の整流子９から離間した位置に、シャフト３の回転により生じた空気を導入するための導入口３８と、導入口３８に連通しシャフト３の回転により生じた空気に含有されたブラシ粉を集積するための集積室と、この集積室に連通し集積室に導入された空気を排出するための排出口３９ｂとを有している。円板状板材１１の導入口３８近傍は図３（Ａ）に示す正面側から図３（Ｂ）に示す背面側にかけてテーパ状に形成されており、シャフト３の回転により生じた空気を図３（Ｂ）に示す背面側に案内する機能を有している。

ブラシ粉収容部３７ｂの集積室は、円板状板材１１の外周部に形成された断面円弧状の壁、ブラシケース２５の位置決め固定を行うための位置決め壁２７ｂ、ブラシケース２５およびネジ１２の着座箇所の周部に形成された壁で壁面が構成されている。なお、ブラシ粉収容部３７ｂの集積室は排出口３９ｂの部分を除いて覆われている。ブラシ粉収容部３７ｂの集積室も、ブラシ粉収容部３３ｂの集積室と同様に、導入口３８から導入された空気が集積室を構成する壁面にあたった後、方向を変えて排出口３９ｂから排出されるように集積室の壁面が画定されており、導入口３８から集積室を介して排出口３９ｂに至る通風路は集積室で空気の流れが偏向するように形成されている。また、導入口３８の（開口）面積は排出口３９ｂの面積より大きく設定されている。また、導入口３８は整流子９より上部側に配置されており、排出口３９ｂは導入口３８よりさらに上部側に形成されている。

ブラシ粉収容部３７ａは、図３（Ｂ）に示すように、シャフト３の軸芯を通る上下方向の仮想直線に対してブラシ粉収容部３７ｂと左右対称に構成されており、ブラシ粉収容部３７ｂ側と同様の構成のため、その説明を省略する。一対のブラシ５、６間に配設されたブラシ粉収容部３７ａ、３７ｂは、導入口３８が連通しており（共通の導入口３８を有しており）、このため集積室も連通している。

第２のブラシ６の両側に配設されたブラシ粉収容部３３ｂ、３７ｂの導入口３４ｂ、３８は、整流子９の周面の接線方向に形成されているため、それらの高さ位置は異なっている。このことは、第１のブラシ５の両側に配設されたブラシ粉収容部３３ａ、３７ａの導入口３４ａ、３８についても同じである。

（動作）
次に、本実施形態のブラシモータ１において、ブラシ粉がブラシ粉収容部に収容される動作について説明する。

図４（Ａ）に示すように、ブラシモータ１が正転（矢印ＣＷ方向に回転）すると、第２のブラシ６と整流子９のセグメントとの摺接により第２のブラシ６が摩耗してブラシ粉３０が発生し、矢印Ａ方向に排出される。また、シャフト３の回転により空気の流れが発生し、その方向も矢印Ａ方向である。図４（Ｂ）に示すように、発生したブラシ粉３０は空気の流れに乗って、整流子９の接線方向に形成された導入口３４ｂを介してブラシ粉収容部３３ｂの集積室に案内される。ブラシ粉３０を含有した空気は集積室を構成する壁面に当たった後、方向を変えて導入口３４ｂより開口面積が小さい排出口３５ｂから排出される。図４（Ｃ）はブラシモータ１（の正転）が停止し、ブラシ粉収容部３３ｂの集積室にブラシ粉３０が堆積した状態を示したものである。

また、図５（Ａ）に示すように、ブラシモータ１が正転すると、第２のブラシ６が摩耗してブラシ粉３０が発生し、矢印Ｃ方向に排出される。シャフト３の回転により空気の流れが発生し、その方向も矢印Ｃ方向である。図５（Ｂ）に示すように、発生したブラシ粉３０は空気の流れに沿って、整流子９の接線方向に形成された導入口３８を介してブラシ粉収容部３７ｂの集積室に案内される。円板状板材１１の導入口３８近傍はテーパ状に形成されているため、ブラシ粉３０を含有した空気は正面側から背面側に案内される。ブラシ粉３０を含有した空気は集積室を構成する壁面に当たった後、方向を変えて導入口３８より開口面積が小さい排出口３９ｂから排出される。図５（Ｃ）はブラシモータ１（の正転）が停止し、ブラシ粉収容部３７ｂの集積室にブラシ粉３０が堆積した状態を示したものである。

上記ではブラシモータ１が正転する場合についてブラシ粉の収容動作を説明したが、図６（Ａ）、（Ｂ）は、ブラシモータ１が逆転（矢印ＣＣＷ方向に回転）する場合について、正転する場合と併せて纏めた説明図である。図６（Ａ）に示すように、逆転する場合には、円板状板材１１の正面側では、空気は図４（Ｂ）の矢印Ｂ方向とは対称の矢印Ｂ’方向に流れブラシ粉３０はブラシ粉収容部３３ａの集積室に収容され、円板状板材１１の背面側では、空気は図５（Ｂ）の矢印Ｄ方向とは対称の矢印Ｄ’方向に流れブラシ粉３０はブラシ粉収容部３７ａの集積室に収容される。

（作用効果等）
次に、本実施形態のブラシモータ１の作用効果等について説明する。

本実施形態のブラシモータ１では、ブラシ５、６の両側にそれぞれブラシ粉収容部３３ａ、３７ａ、ブラシ粉収容部３３ｂ、３７ｂが配設されている。このため、ブラシ粉の収容容積を確保することができる。また、これらのブラシ粉収容部を円板状板材１１の正面側（一面側）および背面側（他面側）に２つずつ配設したので、ブラシ粉の収容容積を大きく確保することができる。

また、本実施形態のブラシモータ１では、ブラシ粉収容部３３ａ、３７ａの導入口３４ａ、３８およびブラシ粉収容部３３ｂ、３７ｂの導入口３４ｂ、３８が、ブラシ５、６と整流子９とが摺接する整流子の周面の接線方向に形成されている。このため、シャフト３の回転により生じた空気に乗せてブラシ粉を飛散させずに各集積室に案内することができる。

さらに、本実施形態のブラシモータ１では、導入口３４ａ、３４ｂ、３８から導入された空気が集積室で方向を変え、排出口３５ａ、３５ｂ、３９ａ、３９ｂから排出されるようにブラシ粉収容部３３ａ、３３ｂ、３７ａ、３７ｂの集積室を構成する壁が画定されている。このため、ブラシ粉を含有した空気は集積室を構成する壁に当たった後、方向を変えて各排出口から排出される。また、排出口３５ａ、３５ｂ、３９ａ、３９ｂの開口は対応する導入口３４ａ、３４ｂ、３８の開口より小さく設定されている。このため、ブラシ粉を含有した空気は各集積室で滞留し各集積室にブラシ粉を効率よく集積することができる。また、各集積室にそれぞれ排出口を設けたので、ブラシ粉の散乱を防止することができる。

なお、本実施形態では、ブラシ５、６をそれぞれ押圧する捩りコイルバネ７、８を例示したが、本発明はこれに制限されず、複数対のブラシとこれらのブラシをそれぞれ押圧するバネを有するブラシモータにも適用可能である。また、本実施形態では、ブラシ５、６を押圧するバネに捩りバネを例示したが、本発明はこれに限らず、例えば、板バネやうず巻バネを用いるようにしてもよい。

また、本実施形態では、各ブラシ粉収容部の集積室を比較的単純な形状として例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、集積室を構成する壁の形状を変更して、集積室を穴状としたり、集積室に収容されたブラシ粉が空気の流れに逆流して移動しないように逆流防止壁を設けたりして、一旦集積室に収容されたブラシ粉が排出しない構造とするようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、本実施形態では、捩りコイルバネ７、８によるブラシ５、６への押圧力が均等となるように、捩りコイルバネ７、８が取り付けられた支持プレート１０がネジ１２を介して円板状板材１１と一体化した例を示したが、本発明はこれに制限されず、支持プレートをなくし円板状板材１１に捩りコイルバネ７、８を固定するようにしてもよい。

そして、本実施形態において各構成の形態および使用される材質或いは部材の数等は、コストや相互の関係などによって変更されるべきもので本実施形態に限定されるべきものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で、さらに公知技術を組み合わせて変更可能である。

本発明はブラシ粉に対する絶縁性を向上させたブラシモータを提供するものであるため、ブラシモータの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

１ ブラシモータ
３ シャフト（モータ回転軸）
５ 第１のブラシ（ブラシ、一対のブラシの一部）
６ 第２のブラシ（ブラシ、一対のブラシの一部）
７ 第１の捩りコイルバネ（バネ）
８ 第２の捩りコイルバネ（バネ）
９ 整流子
１１ 円板状板材
２０ ブラケット
３３ａ、３３ｂ ブラシ粉収容部
３４ａ、３４ｂ 導入口
３５ａ、３５ｂ 排出口
３７ａ、３７ｂ ブラシ粉収容部
３８ 導入口
３９ａ、３９ｂ 排出口

Claims (5)

1. モータ回転軸に固定された整流子と、
   前記整流子の周面に当接するブラシと、
   前記ブラシを前記整流子側に押圧するバネと、
   前記ブラシと前記整流子との摺接により生じたブラシ粉を収容するブラシ粉収容部と、
   を備え、
   前記ブラシ粉収容部を、前記モータ回転軸の回転により生じた空気を導入するための導入口と、前記導入口に連通し前記空気に含有されたブラシ粉を集積するための集積室と、前記集積室に連通し前記集積室から前記空気を排出するための排出口と、で構成し、
   前記ブラシ粉収容部を前記ブラシの前記整流子の周面方向の両側にそれぞれ配設するとともに、それぞれの前記ブラシ粉収容部の前記導入口を、前記ブラシと前記整流子とが摺接する前記整流子の周面の接線方向に形成したことを特徴とするブラシモータ。
2. 前記ブラシ粉収容部は、前記導入口から前記集積室を介して前記排出口に前記モータ回転軸の回転により生じた空気を導く通風路を有し、前記通風路は前記集積室で前記空気の流れる向きを偏向するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記導入口の開口面積が前記排出口の開口面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
4. 前記ブラシおよび前記バネは円板状板材に取り付けられており、前記ブラシの両側のそれぞれに設けられた一方の前記ブラシ粉収容部の前記集積室を前記円板状板材の一面側に形成するとともに、他方の前記ブラシ粉収容部の前記集積室を前記円板状板材の他面側に形成したことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
5. 一対の前記ブラシ間に配設されたそれぞれの前記ブラシ粉収容部の前記導入口を共通としたことを特徴とする請求項１に記載のモータ。

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