JP5899408B2 - 整流子およびこの整流子を用いたモータ - Google Patents

Description

本発明はモータの整流子におよびこの整流子を用いたモータに関する。

整流子を備えるモータは、機械的接点としてのブラシと整流子があるため、整流時にブラシと整流子の間で火花放電が発生していた。

この火花放電を除去するため、従来は、図５のようなリングバリスタ８を、図６（ａ）〜（ｄ）のように整流子１に半田１１で接続していた。また、図７のように、ノイズ抑制素子５（チップコンデンサ）を回路基板９に半田１１で半田接合し、この回路基板９を図８（ａ）〜（ｄ）のように整流子に半田１１で半田接合することにより、整流子の隣接する整流子片同士をそれぞれノイズ抑制素子５（チップコンデンサ）で接続していた（特許文献１参照）。

また、図９に示すように、平型整流子１８において、ブラシ摺動部の背面側空間において、所定のセグメント間を短絡する短絡用導電部材群１０をその外周側に、一対の短絡用導電部材から中心方向に延長した接続部を両電極とするノイズ抑制素子５を半田１１で半田接合し、その内周側に配置すると共に、短絡用導電部材群１０およびノイズ抑制素子５を同一の軸方向空間に配設していた（特許文献２参照）。

特開２００６−１９７７５４号公報 特許第４２２０４４５号公報

しかしながら、リングバリスタを整流子片に直接半田接合する方法や、チップコンデンサを回路基板に半田接合し、更に前記回路基板を整流子片に半田接合する方法、前記平型整流子における短絡用導電部材にノイズ抑制素子を半田接合する方法を用いた場合、次のような課題があった。例えば、モータ駆動時には、整流子のブラシ摺動面付近では２００℃以上になる場合も有り、各部材の熱膨張率の違いにより発生する繰返し応力の影響で、半田クラックの発生やチップコンデンサ等の素子が破壊されることがあった。

そこで本発明は、モータ駆動時の電流の転流による火花放電による温度変化で、各部材の熱膨張率の違いにより、部材に繰返し変形が生じた場合でも、ノイズ抑制素子の破壊を防止することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明の整流子は、ブラシ摺動部の背面側空間に設けられたリング状の凹部を備える整流子本体部と、リテーナ部品と、ノイズ抑制素子と、蓋状の封入用部品と、弾性絶縁部品とを備える。

整流子本体部のリング状凹部の内部空間に、リテーナ部品で位置決めされたノイズ抑制素子を設置し、前記ノイズ抑制素子上部、又は下部から弾性絶縁部品を押し当て、前記弾性絶縁部品上部、又は下部から蓋状の封入用部品で蓋をすることで、各整流子片と前記ノイズ抑制素子を当接させ電気的に接続する。

上記発明により、各部材の熱膨張率の違いで生ずる寸法変化を、前記弾性絶縁部品が吸収するため、ノイズ抑制素子に応力がかかることが無く、素子の破壊を防止することが出来る。

また、リング状の凹部をブラシ摺動部の背面側空間に設けるため、整流子の寸法を増大させることが無く、機器の大型化を防ぐことが出来る。

本発明によれば、弾性絶縁部品が各整流子片とノイズ抑制素子を当接させ電気的に接続するため、温度変化による素子破壊を防止し、信頼性の高いノイズ抑制素子内蔵整流子を提供することが出来る。

また、ブラシ摺動部の背面側空間に設けられたリング状の凹部に構成部品を内蔵するために、機器の大型化をさせることなく構成することが出来る。

本発明の一実施例における整流子の断面図 本発明の一実施例における整流子の分解斜視図 一般的な直流モータの概要を示す断面図 一般的な整流子の断面図 従来の、リングバリスタを示す図 図５の、リングバリスタを使用した整流子を示す図 従来の、回路基板にチップコンデンサを取り付けた状態を示す図 図７の、回路基板を使用した整流子を示す図 従来の、ノイズ抑制素子を使用した平型整流子を示す図

本発明を実施するための形態に示す整流子は、ブラシと摺動しモータ電流を転流させる銅製の整流子片と、整流子片を保持し、モータシャフトなどと結合する、樹脂製の整流子本体部とを備える通常の構成に加え、前記整流子本体部のブラシ摺動部の背面側空間にリング状の凹部を設け、その内部にリテーナ部品と、ノイズ抑制素子と、蓋状の封入用部品と、弾性絶縁部品とを備える。

整流子本体部のリング状凹部の内部空間に、リテーナ部品で位置決めされたノイズ抑制素子を設置し、前記ノイズ抑制素子上部、又は下部から弾性絶縁部品を押し当て、前記弾性絶縁部品上部、又は下部から蓋状の封入用部品で蓋をすることで、各整流子片と前記ノイズ抑制素子を当接させ電気的に接続する。

その結果、各部材の熱膨張率の違いで生ずる寸法変化を、前記弾性絶縁部品が吸収するため、ノイズ抑制素子に応力がかかることが無く、素子の破壊を防止することが出来る。

また、リング状の凹部をブラシ摺動部の背面側空間に設けるため、整流子の寸法を増大させることが無く、機器の大型化を防ぐことが出来る。

以下、図面を用いて詳細に説明する。

なお、本発明は、以下の実施例にのみ、その効果を限定されるものではない。

また、第１〜第２の実施の形態では、整流子付きの直流モータを想定しているが、整流子付きの交流直流両用のユニバーサルモータ等に適用することも可能である。

まず、本発明の整流子を用いた直流モータの構造断面図を図３に示す。図３の直流モータにおいて、円筒状のモータフレーム１３の内周に設置された界磁石１４と、この界磁石１４の内周側に配置され、積層鋼板等により構成されるロータコア１５にインシュレータ１６を介して、巻線１７が巻回されている。なお、このロータコア１５、インシュレータ１６、巻線１７から構成される電機子２０は回転自在なシャフト１２に取り付けられている。また、シャフト１２には整流子１も同時に固定されており、カーボン等のブラシ１９が軸の垂直（ラジアル）方向から当接すると共にそのブラシ摺動部が複数の整流子片３から構成されている。ブラシ１９から電流が供給されて、整流子１の各整流子片３との位置関係により転流が行われて、電機子２０が回転する。

図４に従来の整流子の断面図を示す。従来の整流子１は、例えば銅などからなる整流子片をフェノール等の樹脂でモールドして構成されている。

次に、本発明の実施例１による整流子の構造について、図１の整流子断面図及び図２の整流子部品分解図に基づいて説明する。モータの出力が大きくなると通電電流が増えるために、転流時のノイズが大きくなり、ブラシ１９や整流子１の摺動面の寿命を延ばすためには、各整流子片３間にコンデンサやバリスタ等のノイズ抑制素子５を付加する必要がある。本例では、ノイズ抑制素子５としてチップコンデンサを実装した例を示す。放電しようとする電荷は、ノイズ抑制素子５（チップコンデンサ、チップバリスタ等）に蓄電されるので、火花放電や電気ノイズが低減されることとなる。

図１及び図２に示すように、本実施例の整流子１は、シャフト１２と嵌合するための穴及び、リテーナ部品４、チップコンデンサ、チップバリスタ等のノイズ抑制素子５、弾性絶縁部品６（Ｏリング等）、蓋状封入用部品７を収納するリング状の凹部を有するフェノール等の樹脂製の整流子本体部２と、ブラシ１９が軸の垂直（ラジアル）方向から当接する複数の整流子片３からなるブラシ摺動部と、各整流子片３間に配設されるノイズ抑制素子５と、各ノイズ抑制素子５を電気的に絶縁及び、所望の位置に概略位置決めを行うリテーナ部品４と、各々のノイズ抑制素子５を圧迫固定し、位置決めを行う弾性絶縁部品６（例えばＯリング等）と、リテーナ部品４、ノイズ抑制素子５及び弾性絶縁部品６を、整流子本体部２のリング状の凹部に封入固定する蓋状封入用部品７とを備えている。

本例のリテーナ部品４及び、蓋状封入用部品７は耐熱性が必要であるため、例えばフェノール樹脂などが望ましい。また、弾性絶縁部品６も耐熱性が必要であるため、シリコンゴム、フッ素ゴム等のＯリングが望ましい。

ノイズ抑制素子５の効果で、電気ノイズを低減させることが可能である。一方で、出力の大きなモータでは、通電される電流値が大きくなるため、整流子１とブラシ１９の摺動部では大きく発熱し、周辺部品は熱膨張、収縮を繰り返すこととなる。その際、各部品の材料が異なるため熱膨張率も各々異なるため、部品間で応力が繰返し発生することとなる。特に、チップコンデンサ等を回路基板等に半田接合させていると、半田にクラックが発生したり、ノイズ抑制素子自体が破壊されることとなる。

本例では、ノイズ抑制素子５と各整流子片３との電気的接合に半田を用いず、Ｏリング等の弾性絶縁部品６をノイズ抑制素子５に押し当てて圧迫固定することで電気的接合を行っている。そのため、各部品の熱膨張率の差異により、ノイズ抑制素子５が微小変位することになるが、弾性絶縁部品６により各整流子片３に押し当てられているため電気的接合が切断されることが無い。また、ノイズ抑制素子５自体が微小変位するため、過大に応力がかかることが無く、半だのクラックやノイズ抑制素子自体の破壊を防止することが出来る。

更に整流子本体のブラシ摺動部の背面側空間にリング状の凹部を設けるため、ノイズ抑制素子５等の周辺部品を収納し内臓することが出来るため、整流子１の寸法を増大させることが無く、機器を大型化させることなく構成することが出来る。

本実施例では、実施例１の内容に加えリテーナ部品４にも弾性絶縁部品６と同じような材料（例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム等）を用いる構成とする。

リテーナ部品４に弾性を持たせることで、ノイズ抑制素子５との寸法ガタを吸収することが出来るため、各整流子片３とノイズ抑制素子５の電気的接合を更に安定させることが出来る。

以上のように、本発明は整流子付きの直流モータや、整流子付きの交流直流両用のユニバーサルモータ等にで、特に大電流が流れ、整流子周辺が高温になる様な用途に適用すると効果が高く有用である。

１ 整流子
２ 整流子本体部
３ 整流子片
４ リテーナ部品
５ ノイズ抑制素子
６ 弾性絶縁部品
７ 蓋状封入用部品
８ リングバリスタ
９ 回路基板
１０ 短絡用導電部材群
１１ 半田
１２ シャフト
１３ モータフレーム
１４ 界磁石
１５ ロータコア
１６ インシュレータ
１７ 巻線
１８ 平型整流子
１９ ブラシ
２０ 電機子

Claims (6)

1. 整流子本体は略円筒形状であって、この整流子本体の外周側面に複数の整流子片が固定され、この複数の整流子片の軸方向の両端のどちらかの端部に位置し、ブラシ摺動面裏側に位置する前記複数の整流子片の内面部と前記整流子本体の外周側面の端部に設けられたリング状の溝部とによりリング状の凹部を設け、
   この凹部の底面に、略リングのシート状に形成され外周部に複数の溝部を有するリテーナ部品とこのリテーナ部品の１つの溝部と隣接する２つの前記整流子片とで前記整流子本体の外周側端部に概略位置決めされた１つのノイズ抑制素子を複数設置し、
   複数の前記ノイズ抑制素子にリング状の弾性絶縁部品を前記整流子本体の軸方向に押し当てた状態で複数の前記ノイズ抑制素子を圧接固定しており、且つ、蓋状封入用部品により前記弾性絶縁部品および前記リテーナ部品を上から当接して蓋をした状態で、前記ノイズ抑制素子と前記弾性絶縁部品と前記リテーナ部品とを固定したことにより、このノイズ抑制素子を前記弾性絶縁部品により前記整流子片に対し圧接固定した状態のみによって、前記複数の整流子片と前記ノイズ抑制素子とが電気的に接続されたことを特徴とする整流子。
2. 前記リテーナ部品に弾性絶縁材を用いたことを特徴とする請求項１記載の整流子。
3. 前記リテーナ部品は耐熱性のシリコンゴムまたはフッ素ゴムを用いたことを特徴とする請求項２に記載の整流子。
4. 前記弾性絶縁部品は耐熱性のシリコンゴムまたはフッ素ゴムを用いたＯリングであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の整流子。
5. 前記ノイズ抑制素子はチップコンデンサまたはチップバリスタであることを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の整流子。
6. 請求項１から５のいずれかに１項に記載の整流子を用いたことを特徴とするモータ。

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