JP6016231B2 - ブラシ整流電動機のブラシカバー及び電動機 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に係るブラシ整流電動機のブラシカバーに関する。一般的なブラシカバーは、軸線を中心として回動可能にブラシカバーに設けられた、少なくとも１つのレバーブラシを備える。この回動可能な設置のためにボルトが用いられる。

初めに述べたようなブラシカバーは、独国実用新案第２９６０５１１４号明細書から知られている。

直流電流で動作する電動機においては、電動機の回転子が永久磁石回転子でなければ、回転子の軸上に整流器が設けられる。この整流器が、適切なタイミングで異なる回転子巻線に交互に電流が流れるように処理する。整流器のコレクタには、その表面領域に複数のセグメントが設けられる。複数のセグメントは、コレクタの外周にわたって分散配置され、通常は２つのカーボンブラシ、グラファイトブラシ、又はスチールブラシと交互に摺接する。得られる電圧は、ブラシに印加される。各々の回転子コイルは、コレクタの一対のセグメントに電気的に接続される。回転子の回転によって、コレクタの別の対のセグメントがそれぞれ２つのブラシと接触する。したがって、常に異なる回転子コイルに電流が流れることとなる。

ブラシとコレクタのセグメントとの間の良好な接触を確保するために、電動機内のブラシは、コレクタのセグメントに対して予め張力をかけるように設けられる。カーボンブラシやグラファイトブラシは経年的な摩耗を免れないため、定期的に取り換える必要がある。したがって、これらのブラシは電動機内で特別に支持されなければならない。ブラシ整流電動機のブラシカバーの２つの異なるタイプが、従来技術から知られている。周知の設計は、いわゆるカートリッジ式ブラシカバーと呼ばれる。カートリッジ式ブラシは、ウェル部に導かれるグラファイトロッド、いわゆるカートリッジであって、コレクタの表面領域に近づくように、圧縮ばねによって予め張力がかけられている。軸、又はカートリッジ式ブラシが内部に導かれるカートリッジが、外側からコレクタの表面領域に向けて半径方向に延びる。軸又はカートリッジはブラシカバーの一部であり、ほとんどの場合電動機の別個の部品として準備される。しかし、電動機のハウジングと一体的に形成することもできる。

周知のカートリッジ式ブラシの代わりに、２番目に知られているタイプのブラシである、いわゆるレバーブラシがブラシカバーに設けられてもよい。レバーブラシは、レコードプレーヤーのピックアップアームに似ており、フック状に設計されて回動可能にブラシカバーに接合されている。そのフック状の形状により、レバーブラシはワームブラシ（ｗｏｒｍ ｂｒｕｓｈｅｓ）とも呼ばれる。フック状のレバーブラシの自由端は、コレクタの外周に支えられるように設けられ、コレクタの外周に対して予め張力がかけられている。そのために、種々に設計することができる対応するばねが用いられる。ブラシカバーにおける回動可能な設置は、ボルトによって、すなわち短い軸の部分によって通常実現される。ボルトは、ブラシカバーに射出成形され、又はブラシカバーの対応する穴内に押し込まれる。ボルトをブラシカバー内に回動可能に設けることも可能である。レバーブラシ又はワームブラシは、それらの形状に起因して、同じ電動機サイズのカートリッジ式ブラシよりも長い摩耗長さを許容する。したがって、レバーブラシ又はワームブラシは小径の電動機における耐用年数の観点から明らかな利点を有する。

電動機のコレクタは通常非常に精密に作られ、半径公差や同心度公差が非常に小さい。しかし、コレクタのわずかな偏心やコレクタセグメントどうしの間の遷移における最も小さい距離であっても、ばね力に対抗してブラシを断続的にたわませる。これによって振動が発生し、振動はブラシからブラシカバーを通じて電動機のさらなる部品に伝達され、電動機の部品から騒音として発せられる。結果として発せられるノイズは、多くの利用形態において好ましくない。ノイズの発生を低減する１つの可能な方法は、ノイズを伝達する部品の剛性をなるべく高くし、なるべく大きくかつ重く設計することである。これは主にブラシを支持するブラシカバーに関する。この方法の不利点は、さらなる設置スペースの必要性、高い重量、及び電動機の製造コストの増加である。

独国特許出願公開第３３１１２７１号明細書から、カートリッジ式ブラシを有するブラシカバーが知られており、当該明細書においては、ゴムのような弾性を有する嵌込み部（ｉｎｓｅｔｓ）を採用することによって望ましくないノイズの発生が防止されている。ブラシが中空壁部を有するカートリッジ内に導かれて、ブラシカバーのウェル部に保持される。ゴムのような弾性を有する嵌込み部は、ウェル部と、中空壁部を有しウェル部内に配置されるカートリッジとの間に配置される。レバーブラシを有するブラシカバー内の望ましくないノイズの発生を防止する解決法は、独国特許出願公開第３３１１２７１号明細書に示されていない。

同様に、カートリッジ式ブラシを設けるために設計された別のブラシカバーが欧州特許出願公開１５２８６５６号明細書から知られている。振動の伝達を防止するために、ブラシカバーが２つの部品に設計され、カートリッジ式ブラシを支持するブラシカバーの部品と、電動機のハウジングに接続されるブラシカバーの部品との間に数個の減衰要素が設けられる。このように振動分離された２つの部品によるブラシカバーの設計を、レバーブラシやワームブラシを有するブラシカバーに適用することも理論的には可能である。しかし、この構造は比較的大きな構造的容量を必要とする。さらに、製造及び組立てに費用がかかり、時間もかかる。

したがって、本発明の目的は、最初に述べたタイプのブラシカバーを改良して、電動機内で発生する振動及びノイズの量を最小にし、かつブラシカバーの構造が単純であり、製造にあまり費用がかからないものとすることである。

この目的は、独立請求項１の構成によって実現される。したがって、少なくとも１つのエラストマーの減衰スリーブによって少なくとも部分的にボルトが囲まれていれば、本発明に係る解決策が存在する。これは、単純な方法で非常に効果的に振動の伝達を防止する。スリーブは好ましくは中空円筒形である。しかし、本開示においてはスリーブの語は必ずしも円筒形の部品として理解されるべきではない。特にスリーブの外面における別の設計も考えられる。好ましくは、スリーブは、一定の長さにわたってボルトに対してしっかりと合い、かつ、例えばブラシカバーのような外部の部品に対して、しっかりと合うように設けられる。

他の好適な実施形態は、下位の請求項の主題である。

本発明の、ある好ましい実施形態では、ボルトはブラシカバーの凹部、好ましくは穴に受容され、減衰スリーブはブラシカバーの凹部の壁部とボルトとの間に配置される。この設計は特に容易に製造することができ、ボルトをブラシカバー又はブラシカバーの凹部とボルトとの間に配置される減衰スリーブにそれぞれ正確に設置することができる。本実施形態はさらに、既存の予備のブラシがなお利用できるという利点を有する。ブラシカバーから突出している別の端部において、ボルトがレバーブラシと一体の部品として設計されてもよく、又はボルトがレバーブラシの穴内に押し込まれてもよい。ボルトは、レバーブラシの穴内に回動可能に設けることも可能であり、それによって二重に回動可能、すなわち、ボルトとブラシカバーとの間、及びボルトとレバーブラシとの間で回動可能にレバーブラシが設けられることとなる。

本発明の別の実施形態では、ボルトがレバーブラシの穴内に受容され、減衰スリーブが穴の壁部とボルトとの間に配置される。これによって、既存の電動機を改造して振動減衰をすることができる。その結果、本実施形態は、ボルトがブラシカバーと一体的に形成される場合、すなわち、例えばブラシカバーに射出成形される場合にも適している。本実施形態は、ボルトがブラシカバーの穴に押し込まれた場合や、ボルトがこの穴に回動可能に設けられた場合にも、もちろん適している。

さらに、１つの独創的なエラストマーの減衰スリーブはそれぞれブラシの穴とボルトとの間、及びブラシカバーの穴とボルトとの間の両方に配置することができる。ブラシ振動の非常に高度な減衰が、このように単純な方法で可能となる。本実施形態において、単一の減衰スリーブがボルトの全長にわたって延び、ボルトをレバーブラシの穴内及びブラシカバーの穴内の両方に減衰スリーブと共に挿入することも考えられる。これによって必要な部品数を低減することができる。

本発明の一実施形態においては、減衰スリーブは別個に製造される部品として準備される。

本発明の別の好ましい実施形態では、減衰スリーブは、確実に固定できる軸線方向のペジティブ固定部材を備え、この固定部材は、ボルト及び／若しくはハウジングカバー、又はボルト及び／若しくはレバーブラシにおける対応の軸線方向ポジティブ固定部材と係合する。これによって、部品が互いに対して軸線方向のずれに対抗して固定される。好ましくは周囲放射状ばねと溝とがポジティブ固定部材として適しており、これらは設置された状態で互いに対して係合する。したがって、減衰スリーブは好ましくは１個又は数個の周囲リブ又は周囲ばねを備え、周囲リブ又は周囲ばねはハウジングカバー又はレバーブラシの穴内の対応する周囲溝と係合する。周囲ばねは、スリーブの弾性に起因して周囲ばねが圧縮されるように設計することができ、それによってブラシカバーを組み立てるための部品を互いに対して挿入することができる。例えば、減衰スリーブをブラシカバーの穴内に挿入することができ、減衰スリーブが完全に挿入されるとすぐに、リブ又はばねがそれぞれ減衰スリーブの外周に形成されて、ブラシカバー穴の対応する溝における所定の位置に固定される。減衰スリーブにおける半径方向に突出している周囲リブも、減衰スリーブの２つの表面に形成することができる。それによって、周囲リブによって外部に突出するフランジが形成される。このフランジはブラシカバーの前面及び背面に支えられるように配置されている。軸線方向にボルトを固定するために、ボルトは一点において多少広く形成されていることが好ましい。これによって、ボルトはまた、例えば、外側に突出している周囲リブ又は周囲ばねを備えることができる。

別個の部品として準備された減衰スリーブはまた、ブラシカバーの凹部内、又はレバーブラシの穴内に接着されてもよいし、あるいはボルト上に接着されてもよい。

さらなる、本発明の特に好ましい実施形態では、ボルトが第１部分と第２部分とを備え、第１部分がブラシカバーの凹部に設けられ、第２部分がレバーブラシの穴内に設けられ、ボルトが、第１部分と第２部分との間に半径方向に突出しているフランジ状の円板を備える。この円板は、２つの機能を担う。一方では、円板は、レバーブラシとブラシカバー又はブラシカバー内に挿入される減衰スリーブの縁部との間のワッシャーを形成する。他方では、突出しているフランジ状の円板によって、ボルトが軸線方向のずれに対抗して固定される。

減衰スリーブの材料であるエラストマーの硬さがショアＡで７０〜８５であることが特に好適であることが明らかになった。この材料の質であれば、ボルトの確実な設置は確保されたまま、同時に振動も非常に良好に減衰される。

本発明の別の好ましい実施形態では、エラストマーは熱可塑性物質である。これによって、本発明に従って準備される減衰スリーブを、例えば射出成形によって容易に製造することが可能となる。あるいは、ポリウレタン、シリコーンゴム、又は加硫エラストマーが減衰スリーブの材料として適している。

特に、２色射出成形（ｔｗｏ−ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ）によって、減衰スリーブをブラシカバーの凹部内、又はレバーブラシの穴内に射出成形することによって、単純であまり費用をかけない製造が可能となる。この方法では、減衰スリーブを軸線方向に固定するために両面に設けられる上述のフランジもまた、射出成形によって容易にかつあまり費用をかけずに付加することができる。さらに、本発明に従って準備される減衰スリーブは、その後しっかりとブラシカバー又はレバーブラシに接続されるので、ブラシカバーの組立てのために準備すべき追加の部品はない。その結果、容易かつ迅速に組み立てられる。

本発明の、別の好ましい実施形態では、減衰スリーブもまたボルトにしっかりと取り付けられる。ここで、同じ利点がこのアセンブリにも得られる。例えば、減衰スリーブはボルト上に加硫処理されても射出成形されてもよく、あるいはボルト上に接着されてもよい。

本発明の、さらなる特に好ましい実施形態では、減衰スリーブの壁部は、０．３〜０．７ｍｍの厚さを有する。これらの壁部の厚さがあれば、比較的少ない材料で最適な振動減衰を達成できることが明らかになった。

本発明はさらに、本発明に係るブラシカバーを備える電動機を提供する。電動機は、永久磁石によって励起される直流電動機であってもよいし、電気的に励起される直流電動機であってもよい。

本発明の一実施形態が、さらに以下において図面を参照して詳しく説明される。

本発明に係るブラシカバーを有する電動機を通る長手方向断面図である。 図１の切断線ＩＩにおける電動機の軸線に垂直な断面図である。 図１のブラシカバーの分解組立図である。

以下の説明において、同等の部分には同等の参照番号を付す。もし、図面に、その図面に関する説明において明確に述べられない参照番号が含まれている場合には、その前の図面の説明を参照されたい。

図１は、本発明に係るブラシカバー２を有する電動機１を通る長手方向断面図を示す。電動機１は、右側のブラシカバー２によって閉じられるハウジング１８を備える。電動機１は、回転子アセンブリと、図１には示されていない固定子とをさらに備える。回転子アセンブリは、回転子軸１３と、回転子軸１３と同軸に配置される中空円筒回転子巻線１６と、回転子軸１３上に配置されるコレクタ１４と、から成る。回転子軸１３は、回動可能に、それぞれ対応するボールベアリング１９を介してハウジング１８内又はブラシカバー２内に設けられる。回転子アセンブリの巻線１６は、数本のコイルを含み、これらのコイルの接続点１７はそれぞれコレクタ１４のセグメント１５に電気的に接続されている。

図２の断面図から分かるように、ブラシカバー２は、２つのレバーブラシ３を備える。レバーブラシ３は、図１に示すように、回転子軸１３と平行に延びる軸線５を中心として回動可能にブラシカバー２に設けられる。２つのレバーブラシはそれぞれ、ヘッド領域３１と、隣接する曲線状フック３２とを備える。曲線状フック３２は一定の半径で軸線５へと延び、レバーブラシ３が軸線５を中心として回動可能にブラシカバーに設けられる。特に図２から分かるように、レバーブラシのヘッド領域３１は穴８を有し、この穴８内にベアリングボルト４が受容され、このベアリングボルト４の軸線は回転軸線５に対応する。レバーブラシ３はばね１２によって予め張力がかけられているので、曲線状フック３２の自由端３３はコレクタ１４のセグメント１５に対して連続的に押圧される。ヘッド領域３１において、２つのレバーブラシが電動機１の２つの電気的接続点２０に電気的に接続されている。２つのレバーブラシは、グラファイトブラシである。

ブラシカバー２におけるレバーブラシ３の設置の正確な態様が図１及び図３から分かる。レバーブラシを回動可能に設置するためのボルト４は、第１部分４１と第２部分４２とを備える。第１部分４１と第２部分４２との間に、フランジ状に形成される円板１１がボルト４から半径方向に突出している。ボルト４の第１部分４１がレバーブラシ３のヘッド領域３１の穴８内に固定される一方、ボルト４の第２部分４２はブラシカバー２の穴７内に受容される。ここで、穴７の壁部とボルト４の円筒形の第２部分４２との間に、エラストマーの減衰スリーブが配置されている。減衰スリーブは、図１において参照符号６が付されている。特に図３に示すように、減衰スリーブ６は中空円筒に設計されているので、ブラシカバー２の穴７の壁部にぴったり合い、かつボルト４の第２部分４２の外周にぴったり合うように配置されている。半径方向外側に突出しているフランジ状のリブ９１、９２が減衰スリーブ６の両端に形成され、減衰スリーブ６が長手方向軸線５の方向にずれるのを防止している。減衰スリーブ６の左側のフランジ９１が、ブラシカバー２の内側向きの側面にぴったり合うように配置される。図３で右側に示すフランジ９２が、ブラシカバーの反対側面上の段付き溝１０に受容される。回動するコレクタ１４からレバーブラシ３に伝達され、したがって、レバーブラシに接続されるベアリングボルト４に伝達される振動がほとんど吸収されるように、減衰スリーブ６が処理する。したがって、振動がブラシカバーや電動機のハウジング１８に、さらに伝達されることはほとんどない。

減衰スリーブ６は、熱可塑性エラストマーから成ることが好ましい。減衰スリーブ６は、ブラシカバー２の製造の際、２色射出成形加工においてブラシカバーの対応する穴７内に射出成形される。減衰スリーブ６とブラシカバー２との間の良好な整合性（ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）が確保されるように、ブラシカバー２は熱可塑性物質から成ることが好ましい。

すでに上述したように、減衰スリーブは、別個の部品として製造されてもよいことが分かっている。減衰スリーブはまた、ブラシカバーに接着されてもよい。減衰スリーブをベアリングボルト４にしっかりと接続することもできる。

図１に示すように、ベアリングボルト４の円板１１は半径方向外側に突出し、レバーブラシと、ブラシカバー又は減衰スリーブ６のそれぞれとの間のワッシャーとして機能する。減衰スリーブ６の左側のフランジ９１は、ベアリングボルト４の円板１１に対して平らに配置される。このように、円板１１は軸線方向のずれに対抗してベアリングボルト４を固定するという役割も果たす。

１…電動機、２…ブラシカバー、３…レバーブラシ、４…ベアリングボルト、５…軸線、６…減衰スリーブ、７…穴、８…穴、１０…段付き溝、１１…円板、１２…ばね、１３…回転子軸、１４…コレクタ、１５…セグメント、１６…巻線、１７…接続点、１８…ハウジング、１９…ボールベアリング、２０…電気的接続点、３１…ヘッド領域、３２…曲線状フック、３３…自由端、４１…第１部分、４２…第２部分、９１，９２…リブ。

Claims (10)

1. ブラシ整流電動機（１）のブラシカバー（２）であって、
   ボルト（４）によって当該ブラシカバー（２）に、軸線（５）を中心として回動可能に取り付けられた少なくとも１つのレバーブラシ（３）を有し、前記ボルト（４）が、少なくとも１つのエラストマーの減衰スリーブ（６）によって少なくとも部分的に囲まれた、ブラシカバー（２）において、
   前記ボルトが、前記ブラシカバーの凹部（７）、好ましくは穴に受容され、
   前記減衰スリーブが、前記ブラシカバーの前記凹部の壁部と前記ボルトとの間に配置されることを特徴とする、ブラシカバー（２）。
2. 前記ボルトが、前記レバーブラシの穴（８）内に受容され、
   前記減衰スリーブが、前記穴の前記壁部と前記ボルトとの間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のブラシカバー（２）。
3. 前記減衰スリーブが、確実に固定を行うことができる軸線方向のポジティブ固定部材（９１、９２）を備え、前記ポジティブ部材が、前記ボルト及び／若しくはハウジングカバー又は前記ボルト及び／若しくは前記レバーブラシにおける対応の軸線方向のポジティブ固定部材（１０、１１）と係合することを特徴とする請求項１又は２に記載のブラシカバー（２）。
4. 前記ボルトが、第１部分（４１）と第２部分（４２）とを備え、
   前記第１部分が前記ブラシカバーの前記凹部（７）に設けられ、前記第２部分が前記レバーブラシの前記穴（８）内に設けられ、
   前記ボルトが、前記第１部分と前記第２部分との間に半径方向に突出しているフランジ状の円板（１１）を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシカバー（２）。
5. 前記エラストマーの硬さはショアＡで７０〜８５であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のブラシカバー（２）。
6. 前記エラストマーが熱可塑性物質であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のブラシカバー（２）。
7. 前記減衰スリーブが、前記ブラシカバーの前記凹部内、又は前記レバーブラシの前記穴内に２色射出成形加工によって射出成形されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のブラシカバー（２）。
8. 前記減衰スリーブが、前記ボルトに確実に取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のブラシカバー（２）。
9. 前記減衰スリーブの壁部が、０．３〜０．７ｍｍの厚さを有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のブラシカバー（２）。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のブラシカバー（２）を備える電動機（１）。