【解決手段】DCモータのコンミテータと接触するブラシを保持するブラシホルダであって、前記ブラシホルダは、前記DCモータの回転軸の径方向に延び、挿入された前記ブラシを保持可能な保持孔を有し、前記保持孔の軸方向長さは、前記ブラシの軸方向長さよりも長く、前記保持孔の周方向幅は、前記ブラシの軸方向一方側端部の周方向幅よりも軸方向一方側に向かって縮小する領域と、前記ブラシの軸方向他方側端部の周方向幅よりも軸方向他方側に向かって縮小する領域と、を有する。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るブラシホルダについて説明する。ブラシホルダは、ブラシ付きDCモータに設けられ、ブラシを保持する。なお、以下の図面においては、各構成をわかり易くするために、実際の構造と各構造における縮尺及び数等を異ならせる場合がある。
【0012】
また、図面においては、適宜3次元直交座標系としてXYZ座標系を示す。XYZ座標系において、Z軸方向は、
図1に示す中心軸Jの軸方向と平行な方向とする。X軸方向は、中心軸Jに対する径方向のうち
図1に示すブラシホルダ30の中心軸Jに対する周方向中心と中心軸Jとを結ぶ方向と平行な方向とする。Y軸方向は、X軸方向とZ軸方向との両方と直交する方向とする。X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向のいずれにおいても、図中に示す矢印が指す側を+側、反対側を−側とする。
【0013】
また、以下の説明においては、Z軸方向の正の側(+Z側)を「フロント側」又は「一方側」と呼び、Z軸方向の負の側(−Z側)を「リア側」又は「他方側」と呼ぶ。なお、リア側(他方側)及びフロント側(一方側)とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係及び方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Jに平行な方向(Z軸方向)を単に「軸方向」と呼び、中心軸Jを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Jを中心とする周方向、すなわち、中心軸Jの軸周り(θ方向)を単に「周方向」と呼ぶ。径方向において中心軸Jに近づく側を「径方向内側」と呼び、中心軸Jから遠ざかる側を「径方向外側」と呼ぶ。周方向において、
図1の矢印が指す側を+θ側(周方向一方側)、反対側を−θ側(周方向他方側)とする。
【0014】
なお、本明細書において、「軸方向に延びる」とは、厳密に軸方向(Z軸方向)に延びる場合に加えて、軸方向に対して、45°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また、本明細書において、「径方向に延びる」とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向(Z軸方向)に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、45°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。
【0015】
[第1実施形態]
<全体構成>
図1は、本発明の第1実施形態に係るブラシホルダを備えたモータの概略斜視図である。本実施形態のブラシホルダ30及び31は、モータ10に設けられる。
図2は、
図1のモータ10を、ブラシホルダ30の中心軸Jに対する周方向中心と中心軸Jとを結ぶ位置で破断して示す断面図である。
【0016】
モータ10は、
図2に示すように、モータハウジング21と、ロータ50と、モータシャフト41と、ステータ40と、ベアリング55a及び55bと、ブラシホルダ30及び31と、ブラシ45及び46と、コンミテータ52と、カバー部材32と、を有する。モータ10は、ブラシ付きDCモータであり、ロータ50がモータシャフト41の外周面に固定され、ステータ40がロータ50の径方向外側に位置する。ステータ40は、ロータ50と径方向に隙間を介して対向する。また、ベアリング55aは、モータシャフト41のリア側(−Z側)端部に配置され、ベアリング55bは、モータシャフト41のフロント側(+Z側)端部に配置され、ベアリング55a及び55bはモータシャフト41を回転可能に支持する。ベアリング55a及び55bの形状、構造等は、特に限定されず、いかなる公知のベアリングも用いることができる。
【0017】
ロータコア51は、モータシャフト41を軸周り(θ方向)に囲んで、モータシャフト41に固定される。ロータ50は、ロータコア43と、ロータコア43に巻き回されたコイル(不図示)と、を有する。絶縁性の部材である樹脂部材47は、モータシャフト41を軸周りに囲んで、モータシャフト41に固定される。樹脂部材47の外周面には、ロータコア43に巻き回されたコイルに接続されたコンミテータ52が配置される。コンミテータ52は、モータシャフト41の軸回りに配置される。ロータコア43、ロータコア43に巻き回されたコイル、樹脂部材47、及びコンミテータ52は、モータシャフト41とともに回転する。ロータ50は、コンミテータ52を含むものであってもよい。
【0018】
モータハウジング21は、軸方向一方側でベアリング55bを固定する有底の薄肉筒状である。モータハウジング21の内周面は、中心軸Jを中心とする筒形状である。モータハウジング21の内周面にはマグネット44が固定され、ステータ40を構成している。モータハウジング21の軸方向他方側にはカバー部材32が固定される。カバー部材32は、中心軸Jを中心とした板状の部材である。カバー部材32は、中心軸Jを中心とする円筒状であり、軸方向他方側に突出する凸部32aを有する。凸部32aの内周面には、ベアリング55aが固定される。本実施形態においては、円筒形状を挙げているが、これに限らず、角形状等も含む。
【0019】
モータハウジング21は、軸方向他方側の端部に切り欠き部21aを有する。切り欠き部21aは、モータハウジング21の周方向において180°の間隔で2か所に配置されている。カバー部材32は、径方向の端部に切り欠き部32b及び32cを有する。切り欠き部32bと切り欠き部32cとは、周方向において180°の間隔で配置されている。詳しくは後述するが、ブラシホルダ30は切り欠き部32b及び2つの切り欠き部21aの一方に嵌り固定され、ブラシホルダ31は切り欠き部32c及び2つの切り欠き部21aの他方に嵌り固定される。ブラシホルダ30は、ブラシ45を収容し、収容したブラシ45をコンミテータ52に押し付けて保持する。ブラシホルダ31は、ブラシ46を収容し、収容したブラシ46をコンミテータ52の外周面に押し付けて保持する。ブラシホルダ31は、ブラシホルダ30と同じ構造であるため、以下では、ブラシホルダ30について説明し、ブラシホルダ31の説明は省略する場合がある。また、ブラシ46は、ブラシ45と同じ構造である。
【0020】
ブラシホルダ30は、ブラシ45を収容する収容部34を有する。収容部34は、ブラシ45を収容して保持する保持孔36を有する。保持孔36は、径方向内側に開口し、径方向外側に延びる。本実施形態では、保持孔36の延びる方向は、モータシャフト41と直交する方向である。保持孔の延びる方向は、モータシャフト41と直交しない方向であってもよい。
【0021】
ブラシホルダ30は、端子部材35が挿入される保持部33を有する。端子部材35は、不図示のピグテールによってブラシ45と接続される。ブラシ45は、径方向外側の端部に、径方向外側に突出する凸部45bを有する。コイルばねであるばね部材42は、凸部45bに嵌る。ばね部材42は、ブラシ45と端子部材35との間に配置され、ブラシ45を、径方向内側すなわちコンミテータ52側に付勢する。端子部材35に通電すると、ピグテール、ブラシ45、及びコンミテータ52を介してコイルに通電される。
【0022】
図3は、モータ10からモータハウジング21を取り外した状態を+Y側から見た側面図であって、コンミテータ52の近傍を拡大して示す図である。
ブラシホルダ30は、周方向他方側に側孔36aを有する。ブラシ45は、周方向他方側にピグテール接続部45aを有する。保持孔36に収容されたブラシ45のピグテール接続部45aは、側孔36aによって外部に露出し、ピグテール接続部45aと端子部材35とがピグテールによって接続される。
【0023】
コンミテータ52は、複数の金属片を周方向に配置して構成される。本実施形態では、
図4〜
図7に示すように、コンミテータ52は、金属片52a、52b、52c、52d、52e、52f、及び52gの7つの金属片から構成される。
図4は、コンミテータ52、ブラシ45、及びブラシ46の配置状態を+Y側から見た側面図である。
図5は、コンミテータ52、ブラシ45、及びブラシ46の配置状態を−X側から見た側面図である。
図6は、コンミテータ52、ブラシ45、及びブラシ46の配置状態を−Y側から見た側面図である。
図7は、コンミテータ52、ブラシ45、及びブラシ46の配置状態を+X側から見た側面図である。
【0024】
金属片52a、52b、52c、52d、52e、52f、及び52gのそれぞれと、これらの金属片との間には、溝部53が設けられている。溝部53は、隣接する金属片同士を電気的に絶縁する絶縁部として機能する。本実施形態では、溝部53は空間である。溝部53は、空間であるものに限られず、例えば、樹脂部材47が溝部53の位置で径方向外側に突出し、隣接する金属片同士の間を埋め、樹脂部材47により金属片同士の絶縁を確保するものであってもよい。また、樹脂部材47以外の絶縁部材によって、隣接する金属片同士の間である溝部53を埋めるようにしてもよい。本実施形態では、溝部53は軸方向と平行に延びているが、溝部53は軸方向と平行ではない方向に延びるものであってもよい。溝部53は、曲線や折れ曲がった線などでもよく、直線でなくてもよい。
【0025】
コンミテータ52の外周面に押し付けられたブラシ45及び46は、ロータ50の回転に伴い、溝部53を乗り越えながら、金属片52a、52b、52c、52d、52e、52f、及び52gに順に接する。
【0026】
図8は、モータハウジング21の斜視図である。
図8では、内周面にマグネット44が固定された状態のモータハウジング21を示している。
図9は、ブラシホルダ30の斜視図である。
図10は、カバー部材32の斜視図である。
ブラシホルダ30の収容部34は、径方向に延びる挿入溝34aを有する。カバー部材32の切り欠き部32bの縁部が挿入溝34aに挿入されることで、ブラシホルダ30とカバー部材32とが固定される。
【0027】
ブラシホルダ30の保持部33は、モータハウジング21の切り欠き部21aに嵌る側面部33aを有する。また、保持部33は、端子部材35を軸方向に挿入する挿入孔34bを有する。
ブラシホルダ30をモータ10に取付ける際には、切り欠き部32bの縁部を挿入溝34aに圧入してブラシホルダ30とカバー部材32とを固定した状態で、側面部33aを切り欠き部21aに圧入する。また、カバー部材32の凸部32aの内周面にはベアリング55aが固定され、これにより、保持孔36に収容したブラシ45とコンミテータ52との位置決めがされる。
【0028】
図11は、
図9に示したブラシホルダ30を、
図9とは異なる向きから見た斜視図である。
図11は、ブラシホルダ30の保持孔36が見える向きでブラシホルダ30を示している。
保持孔36の周方向断面の形状は、周方向での中心線(
図11の線K)を対象軸とした線対称であることが望ましい。中心線である線Kは、絶縁部である溝部53が延びる方向と平行である。また、保持孔36の周方向断面の形状は、
図11に示す頂点36e、36f、36g、36h、36i、36j、36k及び36mを有する八角形である。なお、保持孔36の周方向断面の形状は、十角形以上の画数の形状でもよいが、より単純有形状である八角形が望ましい。
【0029】
図12は、ブラシ45の斜視図である。本実施形態では、ブラシ45の周方向断面の形状は、
図12に示す頂点45e、45f、45g、45h、45i、45j、45k及び45mを有する八角形であるが、これに限られるものではない。
保持孔36の軸方向長さ(
図11の長さA1)は、ブラシ45の軸方向長さ(
図12の長さA2)よりも長い。
【0030】
保持孔36は、ブラシ45の軸方向一方側端部の周方向幅(
図12の長さB4)よりも軸方向一方側に向かって周方向幅が縮小する領域を有する。この領域は、保持孔36の周方向幅がブラシ45の軸方向一方側端部の周方向幅(長さB4)と等しくなる保持孔36の軸方向位置よりも軸方向一方側の領域である。保持孔36の軸方向中央部の周方向幅(
図11の長さB5)は、ブラシ45の軸方向一方側端部の周方向幅(長さB4)よりも長く、保持孔36の軸方向一方側端部の周方向幅(
図11の長さB2)は、ブラシ45の軸方向一方側端部の周方向幅(長さB4)よりも短い。
【0031】
保持孔36は、ブラシ45の軸方向他方側端部の周方向幅(
図12の長さB3)よりも軸方向他方側に向かって周方向幅が縮小する領域を有する。この領域は、保持孔36の周方向幅がブラシ45の軸方向他方側端部の周方向幅(長さB3)と等しくなる保持孔36の軸方向位置よりも軸方向他方側の領域である。保持孔36の軸方向中央部の周方向幅(
図11の長さB5)は、ブラシ45の軸方向他方側端部の周方向幅(長さB3)よりも長く、保持孔36の軸方向他方側端部の周方向幅(
図11の長さB1)は、ブラシ45の軸方向他方側端部の周方向幅(長さB3)よりも短い。
【0032】
図13は、
図2に示したモータ10の断面図のブラシ45の近傍を拡大して示す図である。
ブラシ45の軸方向他方側端部の径方向長さ(長さC1)は、ブラシ45の軸方向一方側端部の径方向長さ(長さC2)よりも長い。したがって、ブラシ45の面のうちコンミテータ52側の面(
図13の面F1)は、コンミテータ52側の面の反対側の面(
図13の面F2)と平行ではない。ブラシ45の面のうちコンミテータ52側の面(面F1)は、軸方向と平行ではない。本実施形態では、ブラシ45の面のうちコンミテータ52側の面の反対側の面(面F2)は、軸方向と平行ではない。別の例としてブラシ45の面のうちコンミテータ52側の面の反対側の面(面F2)は、軸方向と平行であってもよい。
【0033】
径方向内側すなわちコンミテータ52側において、保持孔36の内壁とブラシ45の軸方向他方側端部との距離(
図13の距離E1)は、保持孔36の内壁とブラシ45の軸方向一方側端部との距離(
図13の距離E2)よりも短い。径方向外側すなわちばね部材42側において、保持孔36の内壁とブラシ45の軸方向他方側端部との距離(
図13の距離D1)は、保持孔36の内壁とブラシ45の軸方向一方側端部との距離(
図13の距離D2)よりも長い。
【0034】
図13の例では、ばね部材42の付勢により、ブラシ45は、保持孔36内で傾き、径方向内側において軸方向他方側で保持孔36の内壁と接し、径方向外側において軸方向一方側で保持孔36の内壁と接する。別の例として、ばね部材42の付勢により、ブラシ45は、保持孔36内で傾き、径方向内側において軸方向一方側で保持孔36の内壁と接し、径方向外側において軸方向他方側で保持孔36の内壁と接してもよい。本実施形態では、ブラシ45の面F1が軸方向一方側よりも軸方向他方側でコンミテータ52に近いテーパを有するので、ブラシ45は、径方向内側において軸方向他方側で保持孔36の内壁と接しやすくなる。本実施形態では、ブラシ45の頂点45eが、保持孔36の頂点36eと頂点36fとの間の辺に接し、ブラシ45の頂点45mが、保持孔36の頂点36mと頂点36kとの間の辺に接する。このようにブラシ45の径方向内側端部において、ブラシ45の2つの頂点が保持孔36の2つの辺に接することで、ブラシ45の径方向内側端部の軸方向他方側への移動を制限し、ブラシ45の径方向内側端部の周方向への移動を制限し、ブラシ45を保持孔36内で固定することができる。
【0035】
<ブラシホルダの作用・効果>
次に、ブラシホルダ30の作用・効果について説明する。
【0036】
上述の実施形態に係る発明においては、DCモータのコンミテータと接触するブラシを保持するブラシホルダであって、前記ブラシホルダは、前記DCモータの回転軸の径方向に延び、挿入された前記ブラシを保持可能な保持孔を有し、前記保持孔の軸方向長さは、前記ブラシの軸方向長さよりも長く、前記保持孔の周方向幅は、前記ブラシの軸方向一方側端部の周方向幅よりも軸方向一方側に向かって縮小する領域と、前記ブラシの軸方向他方側端部の周方向幅よりも軸方向他方側に向かって縮小する領域と、を有する、
このため、保持孔は、周方向幅がブラシの周方向幅よりも縮小する領域を有するので、ブラシが周方向で保持孔の内壁に接触して固定され、騒音を低減することが出来る。
【0037】
また、前記保持孔は、軸方向一方側の内壁及び軸方向他方側の内壁が前記ブラシと接触する。
このため、保持孔の内壁のうち、軸方向一方側の周方向両側、及び軸方向他方側の周方向両側にブラシが接触するので、ブラシが周方向で固定され、騒音を低減することが出来る。
【0038】
また、前記ブラシを前記コンミテータに接触可能な方向に付勢するバネを有し、前記ブラシの前記コンミテータ側は、前記保持孔の軸方向一方側の内壁と接触し、前記ブラシの前記バネ側は、前記保持孔の軸方向他方側の内壁と接触する。
【0039】
このため、保持孔の内壁のうち、軸方向他方側にブラシのコンミテータ側が接触し、軸方向一方側にブラシのバネ側が接触するので、ブラシが周方向で固定され、騒音を低減することが出来る。
【0040】
また、前記保持孔の周方向断面の形状は、周方向での中心線を対象軸とした線対称である。
このため、ブラシを、保持孔の周方向での中心位置に固定することから、モータの回転方向が変わってもブラシが周方向で固定され、騒音を低減することが出来る。
【0041】
また、前記コンミテータは複数の金属片を周方向に配置して構成され、前記複数の金属片のうちの第1金属片と、該第1金属片と隣接する前記複数の金属片のうちの第2金属片との間に絶縁部を有し、前記中心線は、前記絶縁部が延びる方向と平行である。
このため、コンミテータに対してブラシを均等に接触させることが出来、ブラシが周方向で固定され、騒音を低減することが出来る。
【0042】
また、前記保持孔の周方向断面の形状は、八角形である。
このため、ブラシの断面積を大きくして寿命を延ばしながら、挿入されたブラシを固定して騒音を低減することが出来る。
【0043】
また、前記保持孔の延びる方向は、前記回転軸と直交する方向である。
このため、保持孔の中で斜めになったブラシをコンミテータに接触させることが出来、ブラシが周方向で保持孔の内壁に接触して固定され、騒音を低減することが出来る。
【0044】
また、前記保持孔の延びる方向は、前記回転軸と直交しない方向である。
このため、保持孔の中で斜めになったブラシをコンミテータに接触させることが出来、ブラシが周方向で保持孔の内壁に接触して固定され、騒音を低減することが出来る。
【0045】
また、モータにおいて、前記回転軸と前記回転軸の軸回りに配置された前記コンミテータとを有するロータと、前記ロータと径方向に隙間を介して対向するステータと、前記ブラシと、前記ブラシを前記保持孔に保持した上記(1)から(9)のいずれか1項に記載のブラシホルダと、を有する。
このため、モータにおいて、コンミテータに接触したブラシが周方向で保持孔の内壁に接触して固定され、騒音を低減することが出来る。
【0046】
また、モータにおいて、前記ブラシの径方向外側の面は、軸方向と角度を持っている。
このため、バネによって付勢されたブラシが保持孔内で傾き、ブラシが周方向で保持孔の内壁に接触して固定され、騒音を低減することが出来る。
【0047】
また、モータにおいて、前記ブラシの径方向内側面と、径方向外側面は、角度を持っている。
このため、バネによって付勢されたブラシが保持孔内で傾き、ブラシが周方向で保持孔の内壁に接触して固定され、騒音を低減することが出来る。
【0048】
上述した実施形態のブラシホルダの用途は、特に限定されない。上述した実施形態のブラシホルダは、例えば、ブラシ付きDCモータに設けられる。また、上述した各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。
【0049】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。これらの実施形態及びその変形は、発明の範囲及び要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。