JPH0690548A - 回転電機のブラシ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ブラシの抵抗損失及び発熱を少なく抑え、か
つ、スパークの発生を少なくする。 【構成】カーボンブラシ４１の電気導体４４の主電流方
向に垂直な断面積形状について、整流子１５の回転方向
に沿う電気導体４４の幅Ｗを、整流子片１５ｂ間の絶縁
幅より小さく形成し、整流子１５の軸方向に沿う電気導
体４４の長さＨを長く形成したもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、整流子電動機又は発
電機等の回転電機に使用され、その回転される整流子に
摺動接触するブラシに関する。

【０００２】

【従来の技術】整流子電動機等に使用されるブラシは、
カーボン系のものと貴金属系のものとに大別され、カー
ボン系のブラシが一般的である。カーボン系ブラシは、
カーボンを主成分として粘結剤を用いて圧縮固化し、高
温で焼いて形成されており、粘結剤には合成樹脂が通常
採用されている。

【０００３】ところで、カーボン系ブラシと整流子の整
流子片との摺動接触に伴ってスパークが発生することが
知られており、このスパークの発生を少なくするため、
従来カーボン系ブラシの主成分をなすカーボンには一般
的に１平方ｃｍあたり３万μΩ以上の高い抵抗値を持つ
カーボンを採用して、整流子片間の抵抗整流を大きく
し、ブラシにより短絡する整流子片間に流れる電流の量
を小さくしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のカーボン系ブラシでは抵抗損失が大きく、発熱量も大
きいかった。すなわち、抵抗損失が大きいということは
電流の流れが悪いということであり、発熱量が大きいと
いうことは電気エネルギーがその分だけ熱エネルギーに
変換してしまったので、電動機としてのエネルギー効率
が悪いという問題があった。さらに、発熱量が大きいた
めブラシが高温になるので、磨耗が激しくなり、ブラシ
の寿命が短くなるという問題があった。

【０００５】そこで本発明者は、ブラシ主部を成した材
料の抵抗率よりも抵抗率が低い粉末を固めて形成される
電気導体を、前記ブラシ主部にその主電流方向に延ばし
て埋め込んだカーボンブラシを提案した。

【０００６】例えば、図５に示すように、このカーボン
ブラシ１０１において、前記ブラシ主部１０１ａはカー
ボンが採用され、前記電気導体１０１ｂは低抵抗の銅粉
末からなり、この粉末は主電流方向に延びてブラシ主部
１０１ａの穿った穴に詰め込んで固められている。この
カーボンブラシ１０１によれば、その全電気抵抗を小さ
くできるため抵抗損失及び発熱を少なくすることができ
る。

【０００７】整流子１０２は、ロータ軸１０３と一体に
回転する合成樹脂製のボス部１０４と、このボス部１０
４の外周に周方向に間隔を存して設けられた多数の整流
子片１０５ａと、これらの整流子片１０５ａ相互を絶縁
する絶縁物１０５ｂとを備えている。各整流子片１０５
ａにはロータ巻線の端末が電気的に接続されている。こ
の整流子１０２に向かって突出して、筒状のブラシガイ
ド１０６が設けられており、このブラシガイド１０６の
内部にカーボンブラシ１０１が収納されている。整流子
１０２に対するカーボンブラシ１０１の反対側面には圧
縮形のコイルばね１０７が設けられ、このコイルばね１
０７によりカーボンブラシ１０１は常に整流子１０２に
向けて付勢されている。従って、カーボンブラシ１０１
の整流子側端部がブラシガイド１０６から突出されて、
整流子１０２の外周面に摺動可能に押し付けられてい
る。また整流子１０２に対するカーボンブラシ１０１の
反対側面にはピッグテール１０８が電気的に接続されて
いる。

【０００８】なお、図６に前記カーボンブラシ１０１の
整流子１０２に接触している面の図を示す。整流子１０
２の整流子片１０５ａの配置位置の一例を破線により示
す。

【０００９】このようなカーボンブラシで、抵抗損失及
び発熱をより少なくするためには、カーボンブラシの主
電流方向に垂直な断面において、電気導体１０１ｂの断
面積を大きくすれば良い。

【００１０】しかし、電気導体１０１ｂの断面形状が円
形状でその半径を大きくすると、それだけ直接整流子片
１０５ａと電気導体１０１ｂとの接触する面積が大きく
なって整流子片間の抵抗整流が小さくなり、従って、整
流子片１０５ａ間に流れる電流の量が大きくなってスパ
ークの発生が多くなるという問題があった。

【００１１】そこでこの発明は、ブラシの抵抗損失及び
発熱を少なく抑え、かつ、スパークの発生を少なくする
ことができる回転電機のブラシを提供することを目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、回転
される整流子の互いに絶縁された複数の整流子片に接し
て磨耗する部分の略全長が、主電流方向に延びて抵抗率
が異なる２種以上の材料で形成される回転電機のブラシ
において、ブラシの主部を成した材料の材質よりも低い
抵抗率の材質で形成される電気導体の整流子の回転方向
に沿う幅を狭く形成すると共に、電気導体の整流子の軸
方向に沿う長さを電気導体の幅より長く形成したもので
ある。

【００１３】請求項２の発明は、回転される整流子の互
いに絶縁された複数の整流子片に接して磨耗する部分の
略全長が、主電流方向に延びて抵抗率が異なる２種以上
の材料で形成される回転電機のブラシにおいて、ブラシ
の主部を成した材料の材質よりも低い抵抗率の材質で形
成される電気導体の整流子の回転方向に沿う幅を整流子
片間の絶縁幅よりも狭く形成すると共に、電気導体の整
流子の軸方向に沿う長さを電気導体の幅より長く形成し
たものである。

【００１４】

【作用】請求項１の発明においては、ブラシの主部の材
料の材質よりも低い抵抗率の材質で形成される電気導体
の整流子の回転方向に沿う幅を狭く形成したことによ
り、整流子片間の抵抗整流を大きくすることができる。
また、電気導体の整流子の軸方向に沿う長さを電気導体
の幅より長く形成したことにより、ブラシ全体の抵抗値
を小さくできる。

【００１５】請求項２の発明においては、ブラシの主部
の材料の材質よりも低い抵抗率の材質で形成される電気
導体の整流子の回転方向に沿う幅を、整流子片間の絶縁
幅より狭く形成したことにより、整流子片間の抵抗整流
をより大きくすることができ、スパークの発生を防止す
ることができる。また、電気導体の整流子の軸方向に沿
う長さを電気導体の幅より長く形成したことにより、ブ
ラシ全体の抵抗値を小さくすることができる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。なおこの実施例は本発明を適用したカーボン
ブラシを使用した整流子電動機で、図１はこの整流子電
動機の側面の一部断面の側面図である。

【００１７】１は金属製の電動機ケースで、これはケー
ス本体２とケース端板３とから形成されている。

【００１８】ケース本体２は、底４ａ付きの円筒部４の
前記底４ａの反対側を開口し、この開口の終縁部に取付
部５を一体に設けて形成されている。取付部５は、環状
平面部６と、筒部７と、突縁８とで形成されている。環
状平面部６はケース本体２の開口縁から一体にこの本体
２の外側方向にはり出して形成され、筒部７は環状平面
部６の外周から底４ａ側に向けて折れ曲がってケース本
体２と平行に形成され、かつ、突縁８は筒部７の先端か
ら外側方向に直角に折れ曲がって形成されている。円筒
部４の底４ａ側には排気孔９が設けられていると共に、
底４ａにも図示しない排気孔が設けられている。底４ａ
の中央部には軸受け１０を収納した軸受取付部１１が形
成されている。

【００１９】ケース側板３は、ケース本体２の一端開口
を径方向に横断するように、例えば平面形状が前記径方
向に延びる略帯板状をなし、その中央部軸受け１２を収
納した軸受取付部１３を一体に設けて形成されている。
このケース側板３の両端部は環状平面部６にねじ止めさ
れている。このため、ケース本体２の一端開口は、完全
に塞がれることなく部分的に開口されている。

【００２０】ケース本体２内には、ステータ１４と、こ
のステータ１４の内側に配設される整流子１５付きのロ
ータ１６とがそれぞれ収納されている。ステータ１４が
有するステータコアは、軸方向から見た外径形状が略四
角形状であって、その面取りされた４つの角部を円筒部
４の内面に密接させてケース本体２に固定されている。
この固定により、円筒部４の内面と前記ステータコアの
外面との間には４つの風路１９がそれぞれ形成されてい
る。ロータ１６はそのロータ軸１７を前記軸受け１０，
１２に支持されて回転自在に設けられていると共に、ロ
ータ軸１７は軸受け１２及び軸受取付部１３を貫通して
いる。

【００２１】整流子１５は、軸受け１０側に位置してロ
ータ軸１７に固定されている。この整流子１５は、図３
に示すように、ロータ軸１７と一体に回転する合成樹脂
製のボス部１５ａと、このボス部１５ａの外周に周方向
に間隔を存して設けられた多数の整流子片１５ｂと、こ
れらの整流子片１５ｂ相互を絶縁する絶縁物１５ｃとを
備えている。整流子片１５ｂには、ロータ巻線の端末が
電気的に接続されている。

【００２２】ケース本体２の円筒部４には、整流子１５
を挟んで正極側と負極側のブラシ装置１８がそれぞれ取
付けられており、図２（ａ）のブラシ装置１８の断面
図、図２（ｂ）のブラシ装置１８の正面図に示すよう
に、ブラシ装置１８が備えるブラシホルダ２１は、合成
樹脂製等の電気絶縁材料で形成され、その本体部２２は
挿通穴２３を有して略四角筒状をなしている。本体部２
２にケース本体２の外面に重なる支持片２４が一体に突
設されている。なおブラシホルダ２１は図１に示すよう
に、本体２２を円筒部４に開口する装着部４ｂに挿通
し、支持片２４をねじ２６で円筒部４に締付ける事で、
ケース本体２に固定されている。

【００２３】ブラシホルダ２１の挿通孔２３には、金属
製のブラシガイド２７が嵌合されている。ブラシガイド
２７は、互いに平行な上下一対のガイド側壁２７ａ，２
７ｂと、これらの側壁２７ａ，２７ｂの一端間を繋ぐと
共に中間部に外側に膨出する湾曲部を有したガイド側壁
２７ｃと、この側壁２７ｃと平行でガイド側壁２７ａ，
２７ｂの他端間を繋ぐと共に中間部に外側に膨出する湾
曲部を有したガイド側壁２７ｄとにより、筒状をなして
いて、本体部２２から整流子１５に向かって突出されて
いる。

【００２４】このブラシガイド２７は図３に示すよう
に、その先端開口を整流子１５の周面と対向して、整流
子１５の径方向に設けられていると共に、そのガイド側
壁２７ｃは、図中矢印Ｐで示される整流子１５の回転方
向前側に位置され、ガイド側壁２７ｄは整流子１５の回
転方向後側に位置されている。

【００２５】ブラシガイド２７の整流子１５と反対側の
端部には挿通孔２３の開口縁に引っ掛かる抜け止め片２
８が折曲げられていると共に、本体部２２から突出する
ブラシガイド２７の付け根部分には、本体部２２の端面
に引掛かる切り起こし片２５が形成されている。この切
り起こし片２５は、抜け止め片２８との間に本体部２２
を挟んで、ブラシホルダ２１にブラシガイド２７を固定
している。

【００２６】ブラシホルダ２１の本体部２２は端子取付
孔２９を有し、この取付孔２９は、挿通孔２３と略平行
に設けられていると共に、その内部には電流供給用の端
子金具３０が取付けられている。

【００２７】端子金具３０は板金製であり、挿通孔２３
の開口端を覆うキャップ片３１と、端子取付孔２９に挿
入される抜け止め片３２とを一体に有している。抜け止
め片３２には、断面円弧状に湾曲された凸部３３と、こ
の凸部３３に連続して山形状に折曲げられた弾性変形可
能な屈曲部３４とが形成されており、これらの凸部３３
と屈曲部３４の頂部は端子取付孔２９の内面に押し付け
られている。

【００２８】屈曲部３４の先端部は、端子取付孔２９か
ら本体ケース２の内側に突出され、その突出部分３４ａ
には本体部２２の端面に引掛かる係止片３５が一体に切
り起こされている。この係止片３５は、キャップ片３１
との間で本体部２２を挟んで、端子取付孔２９からの端
子金具３０の抜け止めをしている。突出部分３４ａは前
記ステータ１４のステータコアに取付けた端子台３６の
接続端子（図示せず）に差し込まれて、この端子を介し
てステータ巻線に接続されるようになっている。

【００２９】ブラシガイド２７の内部には、軸直角方向
の断面が全体として略四角形をなす棒状のカーボン系ブ
ラシ４１が、軸方向に移動可能に嵌合支持されている。
このブラシ４１の主部４２は、カーボン粉末を主成分と
して、この粉末を合成樹脂の粘結剤と共に圧縮成形した
ものを焼結することにより形成された、いわゆる樹脂バ
インドタイプのものである。

【００３０】このブラシ主部４２の例えば中心部には軸
方向略全長にわたる（すなわち、ブラシ主部４２の主電
流方向に略全長にわたって延びる）穴４３が、その穴４
３の前記整流子１５の回転方向に沿う幅Ｗを整流子片１
５ｂ間の絶縁物の幅（約０．６ｍｍ）より狭く（例えば
０．５ｍｍ）、またその穴４３の整流子１５の軸方向の
長さＨを長くして設けられている。すなわちこの穴４３
は、図４に示すように、略楕円形状に形成されており、
この穴４３には電気導体４４が充填されている。この電
気導体４４は、ブラシ主部４２を形成する導電材料より
も低効率の低い粉末材料、例えば銅の粉末を穴４３に詰
め込み、かつ、突き固めて形成されたものである。従っ
て、電気導体４４はブラシ主部４２に直接密接してい
る。なお、本実施例においては電気導体４４の抵抗率を
より小さくするために、前記銅粉末には銀メッキを施し
たものを使用している。

【００３１】このカーボンブラシ４１の整流子１５側の
側面は、整流子１５の周面に適応した凹面で形成されて
いて、整流子片１５ｂに摺接されている。さらに、ブラ
シ４１の反整流子１５側の端面４１ａには、ピッグテー
ル４５の一端部が接続されている。すなわち、ピッグテ
ール４５の一端部は、ブラシ４１に形成された穴４３に
挿入され、その周囲に詰められた銅粉末により固定され
ている。なお、この固定を確実にするために、ピッグテ
ール４５の一端部を囲んだ銅粉末部分は、液状接着剤を
染み込ませて硬化されている。ピッグテール４５の他端
は前記挿通孔２３の開口端を覆うキャップ片３１にスポ
ット溶接されている。

【００３２】ブラシ４１の反整流子１５側の端面４１ａ
とキャップ片３１との間には、圧縮形のコイルばね４６
が介在されている。このコイルばね４６は、ブラシ４１
を整流子１５との間に挟んで、このブラシ４１を常に整
流子１５に向けて付勢することにより、ブラシ４１の整
流子１５側端部がブラシガイド２７から突出されて、整
流子１５の外周面に摺動可能に押し付けられている。

【００３３】さらにカーボンブラシ４１の整流子１５側
の摺動面の形状寸法について説明すれば、図４に示すよ
うに、整流子片１５ｂはその幅が２．５ｍｍ、長さが１
５ｍｍであり、整流子片１５ｂ間の絶縁幅が０．６ｍｍ
となっている。この整流子片１５ｂに対して、カーボン
ブラシ４１（ブラシ主部４２）の整流子１５の回転方向
に沿う幅が６．４ｍｍ、整流子１５の軸方向に沿う長さ
が９．５ｍｍであり、カーボンブラシ４１の電気導体４
４の整流子１５の回転方向に沿う幅が０．６ｍｍ未満
（例えば０．５ｍｍ）となっている。またカーボンブラ
シ４１の一端は、整流子片１５ｂの長手方向の一端から
１ｍｍの位置に配置するようになっており、完全にカー
ボンブラシ４１の全面が、整流子１５の回転により各整
流子片１５ｂに接触するようになっている。

【００３４】以上説明した電動機ケース１、軸受け１
０，１２、ステータ１４、ロータ１６、及びブラシ装置
１８により、電気掃除機に用いられる整流子電動機が形
成されている。

【００３５】なお、図１に示したように前記ロータ軸１
７の電動機ケース１より外に突出した端部にはナット５
１を介してロータ軸１７と一体に回転する遠心ファン５
２が取付けられている。このファン５２は、中央部に吸
込口５３を有すると共に、周部に吐出口５４を有してい
る。遠心ファン５２はファンカバー５５で覆われてい
る。このカバー５５は本体ケース２の取付部５に嵌合し
て取付けられていると共に、ファンカバー５５は空気を
吸込むための開口部５６を有している。開口部５６は吸
込口５３に入り込んでいる。

【００３６】従って、遠心ファン５２が回転されると、
開口部５６を通して空気が吸込まれ、この吸込み空気は
遠心ファン５２の吐出口５４から吐出される。遠心ファ
ン５２と取付部５との間には、遠心ファン５２から吐出
された空気を電動機ケース１内に導く整流板５７が設け
られている。整流板５７は、遠心ファン５２から吐出さ
れた空気を整流しつつ、この整流過程で空気の圧力を動
圧から静圧化するものであって、前記フレーム端板３に
ねじ止めされている。この整流板５７によって整流され
た空気は、電動機ケース１内に流入され、前記風路１９
を流通した後に、排気口９から電動機ケース１の外部に
排出される。

【００３７】このように本実施例によれば、カーボンブ
ラシ４１の電気導体４４の主電流方向に垂直な断面積形
状について、整流子１５の回転方向に沿う電気導体４４
の幅Ｗを、整流子片１５ｂ間の絶縁幅より小さく形成
し、整流子１５の軸方向に沿う電気導体４４の長さＨを
長く形成したことにより、整流子片１５ｂ間を整流子片
１５ｂ間の抵抗整流を大きくすることができ、さらに抵
抗率の低い電気導体４４で互いに隣接する整流子片１５
ｂを短絡させることがないので、スパークの発生を防止
することができる。また、長さＨが大であることによ
り、幅Ｗが小さくても電気導体４４に大きな断面積を確
保してカーボンブラシ４１に流れる電流の電流密度を低
くすることができると共に、カーボンブラシ４１の全体
の抵抗値を小さくすることができるので、抵抗損失及び
発熱量をより小さく抑えることができる。さらに発熱量
が小さいため、カーボンブラシ４１の寿命を延ばすこと
ができる。

【００３８】なおこの実施例においては、電気導体の形
状を略楕円形にしたものについて説明したが、この発明
はこれに限定されるものではなく、例えば長方形等にし
たものについても適用できるものである。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
ブラシの抵抗損失及び発熱を少なく抑え、かつ、スパー
クの発生を少なくすることができる回転電機のブラシを
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す一部断面の側面図。

【図２】同実施例のブラシ装置を示す断面図及び正面
図。

【図３】同実施例のカーボンブラシと整流子との摺動状
態の一例を示す図。

【図４】同実施例のカーボンブラシの整流子側の摺動面
を示す図。

【図５】従来例のカーボンブラシと整流子との摺動状態
の一例を示す図。

【図６】従来例のカーボンブラシの整流子側の摺動面を
示す図。

【符号の説明】

４１…カーボンブラシ、４２…ブラシ主部、４４…電気
導体、１５ｂ…整流子片。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転される整流子の互いに絶縁された複
   数の整流子片に接して磨耗する部分の略全長が、主電流
   方向に延びて抵抗率が異なる２種以上の材料で形成され
   る回転電機のブラシにおいて、前記ブラシの主部を成し
   た材料の材質よりも低い抵抗率の材質で形成される電気
   導体の前記整流子の回転方向に沿う幅を狭く形成すると
   共に、前記電気導体の前記整流子の軸方向に沿う長さを
   前記電気導体の前記幅より長く形成したことを特徴とす
   る回転電機のブラシ。
2. 【請求項２】 回転される整流子の互いに絶縁された複
   数の整流子片に接して磨耗する部分の略全長が、主電流
   方向に延びて抵抗率が異なる２種以上の材料で形成され
   る回転電機のブラシにおいて、前記ブラシの主部を成し
   た材料の材質よりも低い抵抗率の材質で形成される電気
   導体の前記整流子の回転方向に沿う幅を前記整流子片間
   の絶縁幅よりも狭く形成すると共に、前記電気導体の前
   記整流子の軸方向に沿う長さを前記電気導体の前記幅よ
   り長く形成したことを特徴とする回転電機のブラシ。