JP6249148B2 - ブラシ付ｄｃモータ - Google Patents

Description

本発明は、ブラシ付ＤＣモータに関するものである。

近年、モータの小型化にともない、各部品も小さくなってきている。ブラシ付ＤＣモータのブラシの小型化においては、インレイ接合よりトップレイ接合した帯状のクラッド材を用いた電気接触片が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−２５８６３７号公報

しかしながら、特許文献１のブラシ付ＤＣモータでは、ブラシの摩耗が進むと、ブラシが整流子セグメントのスリット間を跨いでショートを起こしやすくなるという問題がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ブラシが磨耗しても整流子セグメント間のショートを起こし難いブラシ付ＤＣモータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために提案されたものであり、本発明のブラシ付ＤＣモータは、回転軸と、前記回転軸の周方向に複数設けられた整流子セグメントと、前記整流子セグメントに接触して電流を供給するブラシと、を有し、前記ブラシは、バネ材と、前記整流子セグメントと接触する接点材と、を有し、前記整流子セグメントに対向する前記接点材の表面は、当該整流子セグメントに向かって湾曲した形状を備え、前記整流子セグメントに向かって湾曲した形状は、バネ材に向かって湾曲した形状を備える。

上記発明において、前記接点材が設けられた前記バネ材の部分は湾曲している又は山形状である。
上記発明において、前記接点材が設けられた前記バネ材の部分は直線状である。
上記発明において、前記ブラシを複数備え、前記複数のブラシは、ハの字状に配置されている。

本発明によれば、ブラシが磨耗しても整流子セグメント間のショートを起こし難いブラシ付ＤＣモータを提供することができる。

本発明の実施形態におけるブラシ付ＤＣモータの断面図である。 本発明の実施形態におけるブラシ付ＤＣモータのブラシを説明する図である。 本発明の実施形態におけるブラシ付ＤＣモータにおけるロータ巻線の配線図である。 従来のブラシ付ＤＣモータのブラシを説明する図である。 従来のブラシ付ＤＣモータのブラシが磨耗した状態を示す図である。 本発明の実施形態におけるブラシ付ＤＣモータのブラシが磨耗した状態を説明する図である。 ブラシが整流子セグメント間を跨がない状態の回路図である。 ブラシが整流子セグメント間を跨いでいる場合の回路図である。 本発明の実施形態のブラシ付ＤＣモータのブラシの変形例１を説明する図である。 本発明の実施形態のブラシ付ＤＣモータのブラシの変形例２を説明する図である。 本発明の実施形態のブラシ付ＤＣモータのブラシの変形例３を説明する図である。 本発明の実施形態のブラシ付ＤＣモータのブラシの変形例４を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１は、本発明の実施形態におけるブラシ付ＤＣモータの断面図である。
図１に示すように、ブラシ付直流（ＤＣ）モータ１００は、筒状のフレーム１０と、フレーム１０の内周面に取り付けられ円筒状の駆動マグネット８０と、シャフト２０と、６極の電機子６０、フレーム１０に設けられた焼結軸受２１と、ブラケット３０に設けられた焼結軸受２２とを有する。
シャフト２０は、回転軸となり、焼結軸受２１、２２によって両端を回転自在に支持される。シャフト２０には、シャフト２０の回転に伴って回転する整流子７０が設けられている。ブラシ９０は、整流子７０に摺動して電流を供給する。

図２は、本発明の実施形態におけるブラシ付ＤＣモータのブラシを説明する図である。図２に示すように、整流子７０は、シャフト２０と共に回転する整流子基台７１と、整流子基台７１の周方向に配列される複数の整流子セグメント７２（１）〜７２（６）とを有する。複数の整流子セグメント７２（１）〜７２（６）間にはそれぞれ整流子スリットが形成されている。整流子セグメント７２（１）〜７２（６）は、電機子６０の相コイルの接続点に接続されている。

ブラシ９０は、整流子セグメント７２に対して略ハ字状に配置されており、整流子セグメント７２に接触して電流を供給する。ブラシ９０は、整流子セグメント７２との接触面が円弧状に形成されている。ブラシ９０は、バネ材９１と、整流子セグメント７２と接触する接点材９２とを有し、接点材９２がバネ材９１にトップレイ接合されている。ブラシ９０は、バネ材９１の接点材９２に対応する箇所が湾曲した円弧状に折り曲げ加工されており、この構成によって整流子セグメント７２との接触面となる接点材９２の表面が湾曲した円弧状に形成されている。このようにブラシ９０は、整流子セグメント７２との接触面が湾曲した形状をしていることにより、ブラシ９０が摩耗しても整流子セグメント７２間でショートを起こし難い構造にしている。

図３は、本発明の実施形態におけるブラシ付ＤＣモータにおけるロータ巻線の配線図である。図３に示すように、電機子６０の突極が６極であって、整流子セグメント７２（１）〜７２（６）も６個設けられており、ブラシ９０は略ハ字状に配置してある。ブラシ９０は、７２（１）−７２（５）、７２（２）−７２（６）、７２（３）−７２（１）、７２（４）−７２（２）、７２（５）−７２（３）・・・・というように回転にともなって、順次整流子セグメント７２と接触する。

図４は、従来のブラシ付ＤＣモータのブラシを説明する図である。図５は、従来のブラシ付ＤＣモータのブラシが磨耗した状態を示す図である。図６は、本発明の実施形態におけるブラシ付ＤＣモータのブラシが磨耗した状態を説明する図である。
図４及び図５に示すように、従来のブラシ１１０は、バネ材１１１と、バネ材に接合された接点材１１２とを備え、整流子セグメント７２（１）〜７２（６）との接触面が直線状に形成されている。図４に示すように、接触面が直線形状に形成された従来のブラシ１１０の場合には磨耗が進むと、図５に示すようになる。
一方、本実施形態のように、接触面が円弧状に形成されたブラシ９０の場合には磨耗が進むと、図６に示すようになる。

ここで、ブラシの摩耗量δが直線状のブラシ１１０と円弧状のブラシ９０とで同じ場合、直線状のブラシ１１０と整流子セグメント７２が接触している円弧の長さをＬ１、円弧状のブラシ９０と整流子セグメント７２が接触している円弧の長さをＬ２とすると、Ｌ１＞Ｌ２の関係となり、接触している円弧の長さは、円弧状のブラシ９０の方が直線状のブラシ１１０よりも反っている分だけ短くなる。すなわち、円弧状のブラシ９０の方が接触している円弧の長さが短いため、ブラシ９０が隣り合う整流子セグメント７２を跨ぐ時間は短くなる。整流子セグメント７２を跨いでいる間は、大電流が流れるため、跨ぐ時間が短ければ、大電流が流れる時間を抑えることができ、これによりブラシの寿命が延びる。

具体的に、図７と図８の回路図を用いて説明する。図７は、ブラシが整流子セグメント間を跨がない状態であって、整流子セグメント７２（１）-７２（５）間に通電している場合の回路図である。図８は、ブラシが整流子セグメント７２（５）と整流子セグメント７２（６）を跨いでおり、整流子セグメント７２（１）-７２（５）と７２（６）間に通電している場合の回路図である。
図７に示すように、ブラシの跨ぎが無い場合、整流子セグメント７２（１）−７２（５）間を流れる電流はＩ＝Ｖ／Ｚ（Ｚ＝４Ｒ／３）となる。
一方、図８に示すように、ブラシが整流子セグメント７２（５）と整流子セグメント７２（６）を跨いでいる場合、整流子セグメント７２（１）-７２（５）と７２（６）間を流れる電流はＩ＝Ｖ／Ｚ（Ｚ＝Ｒ）となる。
したがって、ブラシが整流子セグメント間を跨いでいる場合は、跨いでいない場合よりも抵抗値が下がり電流が上がる。よって、整流子セグメント７２を跨いでいる間は、大電流が流れるため、できるだけブラシは整流子セグメント７２を跨がないほうが望ましく、接触する部分を円弧状にすることで、直線状のものより、ブラシの寿命を延ばすことできる。

次に、本発明の実施形態のブラシ付ＤＣモータのブラシの変形例について説明する。図９は、本発明の実施形態のブラシ付ＤＣモータのブラシの変形例１を説明する図である。図９に示すブラシ９０ａは、バネ材９１ａと、接点材９２ａを有し、バネ材９１ａの接点材９２ａに対応する部分を折り曲げ加工して円弧状に形成することにより、整流子セグメント７２との接触面を円弧状に形成している。

図１０は、本発明の実施形態のブラシ付ＤＣモータのブラシの変形例２を説明する図である。図１０に示すブラシ９０ｂは、バネ材９１ｂと、接点材９２ｂを有し、バネ材９１ｂの接点材９２ｂに対応する部分を山形状に形成することにより、整流子セグメント７２との接触面を円弧状に形成している。

図１１は、本発明の実施形態のブラシ付ＤＣモータのブラシの変形例３を説明する図である。図１１に示すブラシ９０ｃは、バネ材９１ｃと、接点材９２ｃを有し、バネ材９１ｃの接点材９２ｃに対応する部分を直線形状に形成し、接点材９２ｃの表面を円弧状に形成することにより、整流子セグメント７２との接触面を円弧状に形成している。

図１２は、本発明の実施形態のブラシ付ＤＣモータのブラシの変形例４を説明する図である。図１２に示すブラシ９０ｄは、バネ材９１ｄと、接点材９２ｄを有し、バネ材９１ｄの接点材９２ｄに対応する部分を山形に形成し、さらに接点材９２ｄの表面を円弧状に形成することにより、整流子セグメント７２との接触面を円弧状に形成している。
本実施形態によれば、整流子セグメント７２との接触面を円弧状に形成することにより、整流子セグメント７２間のショートを起こしにくくできるため、モータ寿命を向上させることができる。
また、従来、整流子セグメント間のショートを防ぐために接点材の幅を極端に短くすると、整流子のスリット間ギャップに接点材が引っ掛かり、動作不良を起こすという問題があったが、本実施形態の整流子セグメントとの接触面を円弧状にしたブラシによれば、接点材の幅を極端に短くする必要が無いため、整流子スリットへのブラシの引っ掛かりが無くなり、動作不良を防止できる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれものである。

１０ フレーム
２０ シャフト
６０ 電機子
７０ 整流子
７１ 整流子基台
７２（１）〜７２（６） 整流子セグメント
８０ 駆動マグネット
９０ ブラシ
９１ バネ材
９２ 接点材
１００ ブラシ付ＤＣモータ

Claims (3)

1. 回転軸と、
   前記回転軸の周方向に複数設けられた整流子セグメントと、
   前記整流子セグメントに接触して電流を供給するブラシと、を有し、
   前記ブラシは、
   前記整流子セグメントと接触する接点材と、
   前記整流子セグメントに向かって湾曲した円弧状に折り曲げられたバネ材と、を有し、
   前記整流子セグメントに対向する前記接点材の表面は、前記整流子セグメントに向かって湾曲した円弧状に折り曲げられたバネ材に沿った、円弧状の形状を備え、
   前記接点材において、前記整流子セグメントに向かって湾曲した形状は、バネ材に向かって湾曲した形状を備え、
   前記ブラシを複数備え、
   前記複数のブラシは、ハの字状に配置され、
   前記複数のブラシはそれぞれ、異なる前記整流子セグメントに接触しているブラシ付きＤＣモータ。
2. 前記接点材に接触した前記整流子セグメントの表面は、前記接点材の表面に沿った円弧状の形状を備える、請求項１に記載のブラシ付きＤＣモータ。
3. 前記複数の整流子セグメントのうち、第１整流子セグメントと、当該第１整流子セグメントに隣接する第２整流子セグメント及び第３整流子セグメントとを備え、
   前記複数のブラシのうち、一方のブラシが跨って接触した前記第１整流子セグメント及び前記第２整流子セグメントと、他方のブラシが接触した前記第３整流子セグメントとの間に流れる電流は、当該一方のブラシが接触した前記第２整流子セグメントと、当該他方のブラシが接触した第３整流子セグメントとの間に流れる電流より大きい、請求項１又は請求項２に記載のブラシ付きＤＣモータ。

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