(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記ブラシ粉収容部は、前記導入口から前記集積室を介して前記排出口に前記モータ回転軸の回転により生じた空気を導く通風路を有し、前記通風路は前記集積室で前記空気の流れる向きを偏向するように形成されたことを特徴とする請求項1に記載のモータ。
前記ブラシおよび前記バネは円板状板材に取り付けられており、前記ブラシの両側のそれぞれに設けられた一方の前記ブラシ粉収容部の前記集積室を前記円板状板材の一面側に形成するとともに、他方の前記ブラシ粉収容部の前記集積室を前記円板状板材の他面側に形成したことを特徴とする請求項1に記載のモータ。
【発明を実施するための形態】
【0012】
(構成)
以下、図面を参照して、本発明に係るブラシモータの実施の形態について説明する。
【0013】
<回転子側構成>
図1に示すように、本実施形態のブラシモータ1は、モータ回転軸としてのシャフト3を備えている。本実施形態では、シャフト3の一側(
図1の右側)は切り欠かかれているが、他側(
図1の左側)を切り欠かいてもよい。
【0014】
シャフト3の長手方向中央部を含む左寄りの位置には、磁束の通路となる鉄心(コア)4がシャフト3に固定されている。鉄心4には複数の溝(コアスロット)が形成されており、これらの溝に巻線(コイル)17が多数回巻き付けられている。このため、鉄心4の両側に巻線17が膨らむように配設された構造となる。なお、鉄心4と巻線17との間には両者の絶縁を保つ絶縁層(プラコ)16が介在しており、絶縁層16の材質には例えばエポキシ樹脂が用いられる。
【0015】
また、シャフト3には、鉄心4の一側(
図1の右側)に配された巻線17から若干離間した位置に、巻線17に流れる電流の方向と相を切り替えるための整流子(コミュテータ)9が固定されている。本実施形態では、6片(6セグメント)に分割された整流子9が用いられている(
図2参照)。なお、整流子9の鉄心4側には巻線17と接続するための接続部が設けられている。
【0016】
従って、ブラシモータ1では、シャフト3、鉄心4、巻線17、絶縁層16および整流子9により回転子(ロータ)が構成されている。一方、固定子(ステータ)側は次のように構成されている。
【0017】
<固定子側構成>
回転子を構成する鉄心4および巻線17(巻線部)の外側には、モータ(回転子)のトルク発生に必要な磁束を発生させる2枚の湾曲したマグネット(永久磁石)15が配置されている。それぞれのマグネット15は長手方向の両側にS極、N極の2極が着磁されている。マグネット15はケース2の内周側にそれぞれ等間隔で固定されている。
【0018】
ケース2は、鋼板に深絞り加工を施すことで有底円筒状に形成されており、底側(
図1の左側)中央部にはシャフト3を挿通するための丸穴が形成されている。ケース2に鋼板が用いられる理由は、発生した磁束の通路を構成するとともに、モータ外部への磁束の漏れを防ぐためである。
【0019】
ケース2の開口部側(
図1の右側)はブラケット20で封止されており、ブラケット20の中央部にはシャフト3を挿通するための丸穴が形成されている。ブラケット20の材質にはケース2と同様に鋼板が用いられている。なお、本実施形態では、ケース2とブラケット20とでブラシモータ1の外装ケースを構成している。
【0020】
ケース2の底側中央部に形成された丸穴およびブラケット20の中央部に形成された丸穴にはそれぞれシャフト3を支持する軸受22、23が固定されており、シャフト3はこれらの軸受22、23と摺接するように回転する。
【0021】
図1および
図2に示すように、整流子9の周面には黒鉛を主材料とする第1のブラシ5および第2のブラシ6の一端が圧接されており、これら一対のブラシは整流子9の周面に摺接する構造を有している。ブラシ5、6はそれらの一端が整流子9の周面と直角に当接するようにそれぞれブラシケース24、25内に収容されている。なお、本実施形態では、ブラシ5、6の軸線方向の角度が90°を構成する(直交する)ようにブラシケース24、25が配設されている。また、ブラシ5、6には製造上同一(材質、長さ等が同一)のものが用いられている。
【0022】
ブラシ5、6の間には、第1の捩りコイルバネ7、第2の捩りコイルバネ8がそれぞれ取り付けられた樹脂製の支持プレート10が配置されている。支持プレート10は概ね扇状の形状を呈しており板状部材で構成されている。支持プレート10からはマグネット15側に突出し、捩りコイルバネ7、8のコイル部が挿通された円柱状の位置決め突起13、14が突設されている。また、支持プレート10には捩りコイルバネ7、8のそれぞれの一端を係止するための係止部(空間)が形成されている。
【0023】
図2に示すように、捩りコイルバネ7、8の他端はブラシ5、6のそれぞれの他端を押圧するように当接している。なお、上述したブラシケース24、25には長手方向に切り欠きが形成されており、ブラシ5、6が損耗しても捩りコイルバネ7、8の他端によるブラシ5、6の他端への圧接が継続して確保されるように構成されている。
【0024】
なお、本実施形態では、ブラシ5、6を覆うブラシケース24、25が円板状板材11に取り付けられている。また、ブラシ5、6を押圧する捩りコイルバネ7、8が取り付けられた支持プレート10はネジ12を介して円板状板材11と一体化するように配設されている。
【0025】
図1および
図2に示すように、ブラシモータ1は電源と接続するためのリード線18を有している。リード線18は、電源のマイナス(−)側に接続されるリード線18aと、プラス(+)側に接続されるリード線18bとで構成されており、リード線18の端部には電源接続用のコネクタが設けられている。なお、リード線18はブラケット20に形成された孔を介して外装ケース内に導入されている。
【0026】
すなわち、リード線18aは断面コ字状の金属製接続片19aの一側に接続されており、接続片19aの他側は接続線21aを介して第1のブラシ5に接続されている。同様に、リード線18bは断面コ字状の金属製接続片19bの一側に接続されており、接続片19bの他側は接続線21bを介して第2のブラシ6に接続されている。なお、
図2では、後述するブラシ粉収容部等を捨象して表している。
【0027】
<ブラシ粉収容部>
次に、第1のブラシ5および第2のブラシ6と整流子9との摺接により生じるブラシ粉を収容するブラシ粉収容部について説明する。
【0028】
図3(A)、(B)に示すように、ブラシ粉収容部は第1のブラシ5および第2のブラシ6の両側にそれぞれ設けられており、本実施形態では、全体として4つのブラシ粉収容部を有している。すなわち、第1のブラシ5の両側にブラシ粉収容部33a(
図3(A)参照)、ブラシ粉収容部37a(
図3(B)参照)が設けられており、第2のブラシ6の両側にブラシ粉収容部33b(
図3(A)参照)、ブラシ粉収容部37b(
図3(B)参照)が設けられている。ブラシ粉収容部33aおよびブラシ粉収容部33bは円板状板材11の
図1のII−II線から見た正面側(一面側)に形成されており、ブラシ粉収容部37aおよびブラシ粉収容部37bはその背面側(他面側)に形成されている。
【0029】
ブラシ粉収容部33a、33b、37a、37bは、それぞれ、シャフト3の回転により生じた空気を導入するための導入口と、導入口に連通し空気に含有されたブラシ粉を集積するための集積室と、集積室に連通し集積室から空気を排出するための排出口とを有し、導入口から集積室を介して排出口に空気を導く通風路が形成されている。
【0030】
すなわち、ブラシ粉収容部33bは、第2のブラシ6と整流子9(のセグメント)とが摺接する整流子9の周面の接線方向の整流子9から離間した位置(
図3(A)の左側)に、シャフト3の回転により生じた空気を導入するための導入口34bと、導入口34bに連通しシャフト3の回転により生じた空気に含有されたブラシ粉を集積するための集積室と、この集積室に連通し集積室に導入された空気を排出するための排出口35bとを有している。また、排出口35bは導入口34bより上部側に形成されており、排出口35bは整流子9より上部側に配置されている。
【0031】
上述した接続片19bは断面が略直線状の接続片取付壁32bに取り付けられており、上述したブラシケース25の四隅は、ブラシケース25の位置決め固定を行うための位置決め壁27bと嵌合している。接続片取付壁32bおよび位置決め壁27bは円板状板材11と一体に構成されている。ブラシ粉収容部33bの集積室は、接続片取付壁32b、位置決め壁27bおよびブラシケース25で壁面が構成されている。すなわち、集積室は、導入口34bから導入された空気が集積室を構成する壁面にあたった後、方向を変えて排出口35bから排出されるように集積室の壁面が画定されており、導入口34bから集積室を介して排出口35bに至る通風路は集積室で空気の流れが偏向するように形成されている。また、導入口34bの開口面積は排出口35bの開口面積より大きく設定されている。
【0032】
ブラシ粉収容部33aは、
図3(A)に示すように、シャフト3の軸芯を通る上下方向の仮想直線に対してブラシ粉収容部33bと左右対称に構成されており、ブラシ粉収容部33b側と同様の構成のため、その説明を省略する。整流子9の下側で整流子9から離間した外周位置には、断面が円弧状でブラシ粉の飛散を防止するための飛散防止壁31が、円板状板材11と一体に形成されている。なお、本例では、飛散防止壁31の両端部が、上述した集積室の壁面の一部を構成している。
【0033】
一方、
図3(B)に示すように、ブラシ粉収容部37bは、第2のブラシ6と整流子9とが摺接する整流子9の周面の接線方向の整流子9から離間した位置に、シャフト3の回転により生じた空気を導入するための導入口38と、導入口38に連通しシャフト3の回転により生じた空気に含有されたブラシ粉を集積するための集積室と、この集積室に連通し集積室に導入された空気を排出するための排出口39bとを有している。円板状板材11の導入口38近傍は
図3(A)に示す正面側から
図3(B)に示す背面側にかけてテーパ状に形成されており、シャフト3の回転により生じた空気を
図3(B)に示す背面側に案内する機能を有している。
【0034】
ブラシ粉収容部37bの集積室は、円板状板材11の外周部に形成された断面円弧状の壁、ブラシケース25の位置決め固定を行うための位置決め壁27b、ブラシケース25およびネジ12の着座箇所の周部に形成された壁で壁面が構成されている。なお、ブラシ粉収容部37bの集積室は排出口39bの部分を除いて覆われている。ブラシ粉収容部37bの集積室も、ブラシ粉収容部33bの集積室と同様に、導入口38から導入された空気が集積室を構成する壁面にあたった後、方向を変えて排出口39bから排出されるように集積室の壁面が画定されており、導入口38から集積室を介して排出口39bに至る通風路は集積室で空気の流れが偏向するように形成されている。また、導入口38の(開口)面積は排出口39bの面積より大きく設定されている。また、導入口38は整流子9より上部側に配置されており、排出口39bは導入口38よりさらに上部側に形成されている。
【0035】
ブラシ粉収容部37aは、
図3(B)に示すように、シャフト3の軸芯を通る上下方向の仮想直線に対してブラシ粉収容部37bと左右対称に構成されており、ブラシ粉収容部37b側と同様の構成のため、その説明を省略する。一対のブラシ5、6間に配設されたブラシ粉収容部37a、37bは、導入口38が連通しており(共通の導入口38を有しており)、このため集積室も連通している。
【0036】
第2のブラシ6の両側に配設されたブラシ粉収容部33b、37bの導入口34b、38は、整流子9の周面の接線方向に形成されているため、それらの高さ位置は異なっている。このことは、第1のブラシ5の両側に配設されたブラシ粉収容部33a、37aの導入口34a、38についても同じである。
【0037】
(動作)
次に、本実施形態のブラシモータ1において、ブラシ粉がブラシ粉収容部に収容される動作について説明する。
【0038】
図4(A)に示すように、ブラシモータ1が正転(矢印CW方向に回転)すると、第2のブラシ6と整流子9のセグメントとの摺接により第2のブラシ6が摩耗してブラシ粉30が発生し、矢印A方向に排出される。また、シャフト3の回転により空気の流れが発生し、その方向も矢印A方向である。
図4(B)に示すように、発生したブラシ粉30は空気の流れに乗って、整流子9の接線方向に形成された導入口34bを介してブラシ粉収容部33bの集積室に案内される。ブラシ粉30を含有した空気は集積室を構成する壁面に当たった後、方向を変えて導入口34bより開口面積が小さい排出口35bから排出される。
図4(C)はブラシモータ1(の正転)が停止し、ブラシ粉収容部33bの集積室にブラシ粉30が堆積した状態を示したものである。
【0039】
また、
図5(A)に示すように、ブラシモータ1が正転すると、第2のブラシ6が摩耗してブラシ粉30が発生し、矢印C方向に排出される。シャフト3の回転により空気の流れが発生し、その方向も矢印C方向である。
図5(B)に示すように、発生したブラシ粉30は空気の流れに沿って、整流子9の接線方向に形成された導入口38を介してブラシ粉収容部37bの集積室に案内される。円板状板材11の導入口38近傍はテーパ状に形成されているため、ブラシ粉30を含有した空気は正面側から背面側に案内される。ブラシ粉30を含有した空気は集積室を構成する壁面に当たった後、方向を変えて導入口38より開口面積が小さい排出口39bから排出される。
図5(C)はブラシモータ1(の正転)が停止し、ブラシ粉収容部37bの集積室にブラシ粉30が堆積した状態を示したものである。
【0040】
上記ではブラシモータ1が正転する場合についてブラシ粉の収容動作を説明したが、
図6(A)、(B)は、ブラシモータ1が逆転(矢印CCW方向に回転)する場合について、正転する場合と併せて纏めた説明図である。
図6(A)に示すように、逆転する場合には、円板状板材11の正面側では、空気は
図4(B)の矢印B方向とは対称の矢印B’方向に流れブラシ粉30はブラシ粉収容部33aの集積室に収容され、円板状板材11の背面側では、空気は
図5(B)の矢印D方向とは対称の矢印D’方向に流れブラシ粉30はブラシ粉収容部37aの集積室に収容される。
【0041】
(作用効果等)
次に、本実施形態のブラシモータ1の作用効果等について説明する。
【0042】
本実施形態のブラシモータ1では、ブラシ5、6の両側にそれぞれブラシ粉収容部33a、37a、ブラシ粉収容部33b、37bが配設されている。このため、ブラシ粉の収容容積を確保することができる。また、これらのブラシ粉収容部を円板状板材11の正面側(一面側)および背面側(他面側)に2つずつ配設したので、ブラシ粉の収容容積を大きく確保することができる。
【0043】
また、本実施形態のブラシモータ1では、ブラシ粉収容部33a、37aの導入口34a、38およびブラシ粉収容部33b、37bの導入口34b、38が、ブラシ5、6と整流子9とが摺接する整流子の周面の接線方向に形成されている。このため、シャフト3の回転により生じた空気に乗せてブラシ粉を飛散させずに各集積室に案内することができる。
【0044】
さらに、本実施形態のブラシモータ1では、導入口34a、34b、38から導入された空気が集積室で方向を変え、排出口35a、35b、39a、39bから排出されるようにブラシ粉収容部33a、33b、37a、37bの集積室を構成する壁が画定されている。このため、ブラシ粉を含有した空気は集積室を構成する壁に当たった後、方向を変えて各排出口から排出される。また、排出口35a、35b、39a、39bの開口は対応する導入口34a、34b、38の開口より小さく設定されている。このため、ブラシ粉を含有した空気は各集積室で滞留し各集積室にブラシ粉を効率よく集積することができる。また、各集積室にそれぞれ排出口を設けたので、ブラシ粉の散乱を防止することができる。
【0045】
なお、本実施形態では、ブラシ5、6をそれぞれ押圧する捩りコイルバネ7、8を例示したが、本発明はこれに制限されず、複数対のブラシとこれらのブラシをそれぞれ押圧するバネを有するブラシモータにも適用可能である。また、本実施形態では、ブラシ5、6を押圧するバネに捩りバネを例示したが、本発明はこれに限らず、例えば、板バネやうず巻バネを用いるようにしてもよい。
【0046】
また、本実施形態では、各ブラシ粉収容部の集積室を比較的単純な形状として例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、集積室を構成する壁の形状を変更して、集積室を穴状としたり、集積室に収容されたブラシ粉が空気の流れに逆流して移動しないように逆流防止壁を設けたりして、一旦集積室に収容されたブラシ粉が排出しない構造とするようにしてもよい。
【0047】
さらに、本実施形態では、本実施形態では、捩りコイルバネ7、8によるブラシ5、6への押圧力が均等となるように、捩りコイルバネ7、8が取り付けられた支持プレート10がネジ12を介して円板状板材11と一体化した例を示したが、本発明はこれに制限されず、支持プレートをなくし円板状板材11に捩りコイルバネ7、8を固定するようにしてもよい。
【0048】
そして、本実施形態において各構成の形態および使用される材質或いは部材の数等は、コストや相互の関係などによって変更されるべきもので本実施形態に限定されるべきものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で、さらに公知技術を組み合わせて変更可能である。