特開 2023-15875 電動機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023015875

(43)【公開日】2023-02-01

(54)【発明の名称】電動機

(51)【国際特許分類】

   H02K 13/00 20060101AFI20230125BHJP

   H01R 39/18 20060101ALI20230125BHJP

【ＦＩ】

H02K13/00 T

H01R39/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021119939

(22)【出願日】2021-07-20

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】浅野 貴洋

(72)【発明者】

【氏名】内田 保治

(72)【発明者】

【氏名】飯塚 祥太

(72)【発明者】

【氏名】荻原 貴紀

【テーマコード（参考）】

5H613

【Ｆターム（参考）】

5H613AA02

5H613AA03

5H613BB04

5H613BB15

5H613BB27

5H613GA13

5H613GA14

(57)【要約】

【課題】整流子に対してブラシが角当たり状態になることを抑制できる電動機を提供する。
【解決手段】電動機１は、軸心方向に延伸する回転軸２１を有する回転子２０と、回転軸２１に取り付けられた整流子４０と、整流子４０に接するブラシ５０と、ブラシ５０を収納するブラシ収納部８１と、を備え、ブラシ５０は、前端面５１と、後端面５２と、第１側面５３と、第２側面５４とを有し、ブラシ収納部８１は、第１側面５３に対面する第１内側面８１ａと、第２側面５４に対面する第２内側面８１ｂとを有し、前端面５１と第１側面５３とのなす角をθ１とし、後端面５２と第２側面５４とのなす角をθ２とし、回転軸２１の軸心Ｃ方向と直交する平面と第１内側面８１ａとのなす角をβとすると、θ１＝α１－β、θ２＝α２－β、θ１＜９０°、θ２＜９０°、θ２≦θ１、０°≦β＜９０°を満たす。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸心方向に延伸する回転軸を有する回転子と、
前記回転軸に取り付けられた整流子と、
前記整流子に接するブラシと、
前記ブラシを収納するブラシ収納部と、を備え、
前記ブラシは、前記整流子に接する面である前端面と、前記前端面とは反対側の面である後端面と、前記軸心方向に対向する第１側面および第２側面とを有し、
前記ブラシ収納部は、前記第１側面に対面する第１内側面と、前記第２側面に対面する第２内側面とを有し、
前記前端面と前記第１側面とのなす角をθ１とし、前記後端面と前記第２側面とのなす角をθ２とし、前記軸心方向と直交する平面と前記第１内側面とのなす角をβとすると、
θ１＝α１－β、θ２＝α２－β、θ１＜９０°、θ２＜９０°、θ２≦θ１、０°≦β＜９０°、α１≠０°、α２≠０°を満たす、
電動機。

【請求項2】

請求項１に記載の電動機のうち、θ１とθ２との関係が、
θ２＝θ１である、
電動機。

【請求項3】

請求項１に記載の電動機のうち、θ１とθ２との関係が、
θ２＜θ１である、
電動機。

【請求項4】

請求項１に記載の電動機のうち、
前記第２内側面は、前記回転軸と直交する径方向において、前記整流子側に位置する第１面と、前記第１面よりも外周側に位置する第２面とを含み、
前記軸心方向に直交する平面と前記第２面とのなす角を９０°－γとすると、
θ１＝θ２＝γ、０°＜９０°－γ＜９０°である、
請求項２に記載の電動機。

【請求項5】

請求項２または４のいずれか１項に記載の電動機のうち、βが、
β＝０°である、
電動機。

【請求項6】

請求項２または４のいずれか１項に記載の電動機のうち、βが、
β≠０°である、
電動機。

【請求項7】

前記第１側面は、前記回転軸の出力軸側の面である、
請求項１～６のいずれか１項に記載の電動機。

【請求項8】

開口部が形成され、前記回転子を収納するフレームと、
前記開口部を覆うように配置され、前記ブラシ収納部を有するブラシホルダと、
前記ブラシホルダの外周端に沿って配置され、前記フレームと前記ブラシホルダとの間の隙間を塞ぐシール部材と、を備える、
請求項７に記載の電動機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電動機に関する。

【背景技術】

【0002】

電動機は、電気掃除機等の家庭用電気機器分野をはじめとして、自動車等の電装分野にも広く用いられている。例えば、自動車においては、ＡＢＳ（Anti lock Brake System）、ＡＢＳに連携するＥＤＳ（Electronic Differential Lock System）、または、電子制御サスペンション（ECS；Electronic Controlled Suspension）等に電動機が用いられている。

【0003】

電動機としては、ブラシを用いる整流子電動機、および、ブラシを用いないブラシレス電動機が知られている。このうち、整流子電動機は、固定子と、回転子と、回転子が有する回転軸に取り付けられた整流子と、整流子に摺動するブラシと、ブラシを収納するブラシ収納部とを備える。ブラシは、整流子に接する前端部（摺動面）が摩耗するにつれて、ブラシ収納部内を整流子側に向かって移動する。

【0004】

整流子電動機においては、ブラシの摺動状態の早期安定化を図るために、ブラシの前端面の形状等が種々検討されている。例えば、ブラシの前端面を尖らせた形状にすることで、初期摺動時にブラシの摩耗を促進させてブラシの摺動状態の早期安定化を図る技術が提案されている（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－４１５７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一般的に、ブラシおよびブラシ収納部は、長尺状であり、整流子に対して垂直または垂直に等しい傾きを持って配置される。このとき、ブラシ収納部内でブラシをスムーズに摺動させるために、ブラシ収納部の内側面とブラシの側面との間には隙間（クリアランス）が存在する。このため、ブラシは、ブラシ収納部内で傾倒した状態で整流子に接触することになる。

【0007】

しかしながら、直方体のブラシが傾倒すると、ブラシの角が整流子に接触して、ブラシが角当たり状態になるおそれがある。また、特許文献１のようにブラシの前端面を尖らせると、ブラシが傾倒しなくても、ブラシが角当たり状態になる。

【0008】

このように、整流子に対してブラシが角当たり状態になると、ブラシと整流子との接触面積が小さくなる。この結果、整流子とブラシとの接触箇所にブラシの押圧が集中し、整流子に対するブラシの面圧が増加してブラシの摩耗速度が増加する。さらに、ブラシと整流子との接触面積が小さくなると、整流子とブラシとの接触箇所で整流子とブラシとの間の電流密度が大きくなり、整流子とブラシとの間のスパークも増大する。この場合も、ブラシの摩耗速度が増加する。

【0009】

このように、整流子に対してブラシが角当たり状態になると、ブラシの摩耗速度が増加することになる。この結果、電動機の寿命が短くなる。

【0010】

また、近年、より高い制御性を得るために、整流子における複数の整流子片に対応する電流波形から回転数を検出して回転子の回転状態を制御する技術が提案されている。しかしながら、整流子に対してブラシが角当たり状態になると、上記のようにブラシの面圧の増加およびスパークの増大によって整流子片の表面が局所的に摩耗し、ブラシと整流子との間の接触状態が悪化する。この結果、従来の電動機では、整流子片の接触抵抗が増加したり、整流子片毎に抵抗のばらつきが発生したりして、所定の電流波形を得ることができず、回転数を誤検出したり検出できなかったりして、回転子の制御性が低下する。

【0011】

本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、整流子に対してブラシが角当たり状態になることを抑制できる電動機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成するために、本開示に係る電動機の一態様は、軸心方向に延伸する回転軸を有する回転子と、前記回転軸に取り付けられた整流子と、前記整流子に接するブラシと、前記ブラシを収納するブラシ収納部と、を備え、前記ブラシは、前記整流子に接する面である前端面と、前記前端面とは反対側の面である後端面と、前記軸心方向に対向する第１側面および第２側面とを有し、前記ブラシ収納部は、前記第１側面に対面する第１内側面と、前記第２側面に対面する第２内側面とを有し、前記前端面と前記第１側面とのなす角をθ１とし、前記後端面と前記第２側面とのなす角をθ２とし、前記軸心方向と直交する平面と前記第１内側面とのなす角をβとすると、θ１＝α１－β、θ２＝α２－β、θ１＜９０°、θ２＜９０°、θ２≦θ１、０°≦β＜９０°、α１≠０°、α２≠０°を満たす。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、整流子に対してブラシが角当たり状態になることを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施の形態１に係る電動機の断面図である。

【図2】図２は、実施の形態１に係る電動機におけるブラシの周辺構造を模式的に示す図である。

【図3】図３は、比較例である従来の電動機におけるブラシの周辺構造を模式的に示す図である。

【図4】図４は、比較例の電動機におけるブラシの形状を模式的に示す図である。

【図5】図５は、比較例の電動機におけるブラシの姿勢を模式的に示す図である。

【図6】図６は、実施の形態１に係る電動機における第１例のブラシの形状（θ２=θ１）および姿勢を模式的に示す図である。

【図7】図７は、実施の形態１に係る電動機における第２例のブラシの形状（θ２＜θ１）および姿勢を模式的に示す図である。

【図8】図８は、実施の形態１に係る電動機におけるブラシの寸法のパラメータを示す図である。

【図9】図９は、実施の形態１の変形例１に係る電動機におけるブラシの形状およびブラシバネを模式的に示す図である。

【図10】図１０は、実施の形態１の変形例２に係る電動機におけるブラシの形状およびブラシバネを模式的に示す図である。

【図11】図１１は、実施の形態１に係る電動機において、ブラシが摩耗したときの様子を模式的に示す図である。

【図12】図１２は、実施の形態１に係る電動機において、摩耗したときの第１例のブラシの形状（θ２=θ１）および姿勢を模式的に示す図である。

【図13】図１３は、実施の形態１に係る電動機において、摩耗したときの第２例のブラシの形状（θ２＜θ１）および姿勢を模式的に示す図である。

【図14】図１４は、実施の形態１に係る電動機において、摩耗したときのブラシの寸法のパラメータを示す図である。

【図15】図１５は、実施の形態１に係る電動機において、ブラシ収納部の後方部分に傾斜を持たせたときのブラシの形状および姿勢を模式的に示す図である。

【図16】図１６は、実施の形態２に係る電動機の断面図である。

【図17】図１７は、実施の形態２に係る電動機におけるブラシの周辺構造とブラシの寸法のパラメータとを模式的に示す図である。

【図18】図１８は、実施の形態２に係る電動機において、摩耗したときのブラシの寸法のパラメータを示す図である。

【図19】図１９は、実施の形態２に係る電動機において、ブラシ収納部の後方部分に傾斜を持たせたときのブラシの形状および姿勢を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

【0016】

なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。また、本明細書において、「上」および「下」という用語は、必ずしも、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）および下方向（鉛直下方）を指すものではない。

【0017】

（実施の形態１）
まず、実施の形態１に係る電動機１の構成について、図１および図２を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る電動機１の断面図である。図１は、回転軸２１の軸心Ｃ方向と平行で且つ回転軸２１およびブラシ５０を通る平面で切断したときの断面を示している。図２は、同電動機１におけるブラシ５０の周辺構造を模式的に示す図である。なお、図２において、ブラシ５０は、断面を示しているが、便宜上ハッチングを施していない。

【0018】

電動機１は、ブラシ付きの整流子電動機であり、図１および図２に示すように、固定子１０と、回転子２０と、第１軸受３１および第２軸受３２と、整流子４０と、ブラシ５０と、ブラシバネ６０と、フレーム７０と、ブラシホルダ８０と、カバープレート９０と、シール部材１００とを備える。

【0019】

本実施の形態における電動機１は、直流により駆動する直流電動機（ＤＣモータ）であり、例えば、自動車に用いられる。一例として、電動機１は、自動車における電子制御サスペンションまたはエアサスペンション等に用いられる。電動機１を設置する場合、例えば、ブラシホルダ８０の外面がアルミブロック等の設置構造物の取付面に接するようにして設置される。以下、電動機１の各構成部材について詳細に説明する。

【0020】

固定子１０（ステータ）は、回転子２０を回転させるために回転子２０に作用する磁力を発生させる。固定子１０は、回転子２０との間にエアギャップを確保するエアギャップ面に磁束を生成する構成になっており、電機子である回転子２０とともに磁気回路を構成している。固定子１０は、回転子２０が有する回転軸２１の周方向に沿って回転子２０と向かい合うようにエアギャップ面にＮ極とＳ極とが交互に存在するように構成されている。固定子１０は、トルクを発生するための磁束を作る界磁であり、本実施の形態では、複数の磁石（マグネット）によって構成されている。固定子１０を構成する磁石は、例えばＳ極およびＮ極を有する永久磁石である。

【0021】

固定子１０を構成する複数の磁石は、周方向においてＮ極とＳ極とが交互に均等に存在するように配置されている。したがって、本実施の形態において、固定子１０（磁石）が発生する主磁束の向きは、回転軸２１が含む軸心Ｃが延伸する方向と直交する方向（つまり径方向）である。本実施の形態において、複数の磁石は、回転子２０の回転子鉄心２２を囲むようにして周方向において等間隔で配置されている。一例として、各磁石は、上面視において厚さが略一定の円弧形状であり、フレーム７０に固定されている。具体的には、各磁石は、フレーム７０の内周面に接着固定されている。

【0022】

回転子２０（ロータ）は、固定子１０に生じる磁力によって回転する。回転子２０は、回転軸２１を有しており、回転軸２１を回転中心として回転する。具体的には、回転子２０は、回転軸２１の軸心Ｃを回転中心として回転する。

【0023】

回転子２０は、電機子であり、回転子鉄心２２と、回転子鉄心２２に巻き回された巻線２３とを備える。

【0024】

回転軸２１は、回転子２０が回転する際の中心となるシャフトである。一例として、回転軸２１は、ＳＵＳ等の金属材料によって構成された金属棒である。回転軸２１は、軸心Ｃ方向である長手方向に延伸している。

【0025】

回転軸２１は、回転子鉄心２２を貫通している。また、回転軸２１は、回転子鉄心２２に固定されている。具体的には、回転軸２１は、回転子鉄心２２の両側に延在するように回転子鉄心２２の中心を貫いた状態で回転子鉄心２２に固定されている。回転軸２１は、回転子鉄心２２に形成された中心孔に圧入したり、焼き嵌めしたりすることで回転子鉄心２２に固定されている。

【0026】

回転軸２１における第１部位２１ａは、回転軸２１の一方の端部であり、第１軸受３１に支持されている。回転軸２１における第１部位２１ａは、回転子鉄心２２の一方側から突出している。具体的には、回転軸２１における第１部位２１ａは、第１軸受３１およびブラシホルダ８０の貫通孔から突出している。回転軸２１における第１部位２１ａは、回転軸２１の出力側の部位（出力軸）である。したがって、ブラシホルダ８０から突出した第１部位２１ａの先端部には、電動機１によって駆動される負荷が取り付けられる。言い換えれば、出力軸とは、回転軸２１のうち、電動機１に取り付けられる負荷が取り付けられる部分、あるいは、電動機１に取り付けられる負荷が取り付けられる側をいう。

【0027】

回転軸２１における第２部位２１ｂは、回転軸２１の他方の端部であり、第２軸受３２に支持されている。回転軸２１における第２部位２１ｂは、回転子鉄心２２の他方から突出している。回転軸２１における第２部位２１ｂは、フレーム７０から突出していない。本実施の形態において、回転軸２１における第２部位２１ｂは、回転軸２１の反出力側の部位（反出力軸）である。言い換えれば、反出力軸とは、回転軸２１において、回転子鉄心２２を基準として出力軸の反対側に位置する部分、あるいは、回転子鉄心２２を基準として出力軸の反対側をいう。

【0028】

第１軸受３１および第２軸受３２は、例えば、回転軸２１を回転自在に支持するベアリングである。このように、回転軸２１は、回転自在な状態で第１軸受３１と第２軸受３２とに支持されている。なお、第１軸受３１は、ブラシホルダ８０に固定されており、第２軸受３２は、フレーム７０に固定されている。

【0029】

回転子鉄心２２（ロータコア）は、巻線２３が巻回される電機子コアである。回転子鉄心２２は、磁性材料によって構成された磁性体である。回転子鉄心２２は、例えば、所定形状に形成された複数の打ち抜き電磁鋼板が回転軸２１の軸心Ｃ方向に積層された積層体である。なお、回転子鉄心２２は、電磁鋼板の積層体に限るものではなく、磁性材料によって構成されたバルク体であってもよい。回転子鉄心２２の外周面と固定子１０との間には微小なエアギャップが存在する。

【0030】

なお、回転子鉄心２２は、複数のティースを有する。複数のティースは、回転軸２１が含む軸心Ｃと直交する方向である径方向（ラジアル方向）に突出するように放射状に形成されている。複数のティースは、回転軸２１の回転方向に亘って等間隔に存在している。隣り合う２つのティースの間にはスロットが形成されている。

【0031】

回転子鉄心２２には、巻線２３が巻き回されている。巻線２３を構成する電線は、例えば絶縁被覆線であり、芯線となる銅等の導電材料からなる導電線と、この導電線を被膜する絶縁膜とを有する。

【0032】

巻線２３は、インシュレータ２４を介して回転子鉄心２２に巻回されている。インシュレータ２４は、絶縁樹脂材料等によって構成されており、巻線２３と回転子鉄心２２との間に挿入されている。巻線２３は、回転子鉄心２２のスロットごとに設けられている。

【0033】

巻線２３は、整流子４０と電気的に接続されている。具体的には、巻線２３は、整流子４０が有する整流子片４１と電気的に接続されている。整流子４０を介して巻線２３に電流が流れることで、回転子２０は、固定子１０に作用させる磁力を発生させる。具体的には、巻線２３に電流が流れることで、回転子鉄心２２が固定子１０に作用させる磁力を発生させる。本実施の形態において、回転子２０が発生する主磁束の向きは、回転軸２１を中心とする径方向である。

【0034】

なお、巻線２３は、回転子鉄心２２における複数のティースの各々に巻回される複数の主巻線（本巻線）と、複数の主巻線のうちの少なくとも２つを短絡させる１つ以上の短絡線とを有する。複数の主巻線の各々は、巻線コイルからなる主コイルである。本実施の形態において、主巻線は、集中巻きである。短絡線は、整流子４０が有する少なくとも２つの整流子片４１の相互間を結線して電気的に接続する渡り線である。つまり、短絡線は、少なくとも２つの整流子片４１を短絡させることで複数の主巻線のうちの少なくとも２つを短絡させている。本実施の形態において、短絡線は、主巻線と一体に構成されている。つまり、短絡線と主巻線とは、途中で切断されることなく連続する１本の電線になっている。

【0035】

回転子２０は、インナーロータであり、固定子１０の内側に配置されている。具体的には、回転子２０が有する回転子鉄心２２は、固定子１０との間に微小なエアギャップを介して固定子１０を構成する複数の磁石に囲まれている。

【0036】

回転子２０が有する回転軸２１には、整流子４０が取り付けられている。したがって、整流子４０は、回転軸２１とともに回転する。本実施の形態において、整流子４０は、回転軸２１における回転子鉄心２２と第１軸受３１との間の部位に取り付けられている。

【0037】

整流子４０は、複数の整流子片４１（整流子セグメント）を有する。複数の整流子片４１は、回転軸２１を囲むように円環状に等間隔で配列されている。複数の整流子片４１の各々は、例えば銅等の金属材料によって構成された導電端子であり、回転子２０が有する巻線２３と電気的に接続されている。一例として、整流子４０は、モールド整流子であり、複数の整流子片４１が樹脂モールドされた構成になっている。この場合、複数の整流子片４１は、表面が露出するようにモールド樹脂に埋め込まれる。また、複数の整流子片４１は、互いに絶縁分離されているが、例えば、隣り合う２つの整流子片４１同士は、巻線２３によって接続されている。

【0038】

整流子４０には、ブラシ５０が接している。具体的には、ブラシ５０は、整流子４０が有する整流子片４１に接している。ブラシ５０は、回転子２０の巻線２３に電力を供給する給電ブラシ（通電ブラシ）である。具体的には、ブラシ５０には、電源から供給される電流が流れるピグテール線等の電線が接続されている。ブラシ５０が整流子片４１に接することで、この電線を介してブラシ５０に供給される電流（電機子電流）が、整流子片４１を介して回転子２０の巻線２３に流れる。一例として、ブラシ５０は、カーボンによって構成されたカーボンブラシである。具体的には、ブラシ５０は、銅等の金属を含むカーボンブラシであり、摩耗する前の初期状態において長尺状に形成されている。

【0039】

ブラシ５０は、整流子４０に接する面である前端面５１と、前端面５１とは反対側の面である後端面５２とを有する。前端面５１は、ブラシ５０の長手方向の一方の端部である前端部における端面である。後端面５２は、ブラシ５０の長手方向の他方の端部である後端部における端面である。前端面５１は、整流子４０の整流子片４１に摺接する摺接面である。本実施の形態において、前端面５１および後端面５２は、平面視形状が矩形の平坦面である。

【0040】

ブラシ５０は、さらに、第１側面５３と第２側面５４とを有する。回転軸２１の軸心Ｃ方向において、第１側面５３および第２側面５４は対向している。本実施の形態において、第１側面５３は、回転軸２１に含まれる出力軸側の面である。具体的には、第１側面５３は、第１軸受３１側に位置する面である。一方、第２側面５４は、回転軸２１に含まれる反出力軸側の面である。具体的には、第２側面５４は、第２軸受３２側に位置する面である。

【0041】

なお、ブラシ５０は、さらに、回転軸２１の軸心Ｃ方向と直交する方向に対向する第３側面および第４側面を有する。つまり、ブラシ５０は、胴体部分に４つの側面を有しており、ブラシ５０の中央部では、ブラシ５０の長手方向に直交する断面が略矩形になっている。本実施の形態において、第１側面５３および第２側面５４を含めて４つの側面は、平面視形状が矩形の平坦面である。

【0042】

図２に示すように、ブラシ５０における前端面５１と第１側面５３とのなす角である第１角度をθ１とする。ブラシ５０における後端面５２と第２側面５４とのなす角である第２角度をθ２とする。このとき、ブラシ５０は、θ１＜９０°、θ２＜９０°、θ２≦θ１を満たす形状である。なお、ブラシ５０の形状および姿勢については、後述する。

【0043】

ブラシ５０は、その長手方向が回転軸２１の軸心Ｃと直交する方向（つまり回転軸２１の回転の径方向）となるように配置されている。本実施の形態において、ブラシ５０は、複数配置されている。具体的には、２つのブラシ５０が配置されている。２つのブラシ５０は、整流子４０を挟持するように整流子４０を挟んで対向して配置されている。各ブラシ５０は、整流子４０に摺接している。具体的には、回転軸２１の回転により整流子４０が回転することで、各ブラシ５０の前端面５１は、全ての整流子片４１と順次接触し続ける。

【0044】

なお、ブラシ５０は、２つに限らず、３つまたは４つ以上の複数であってもよい。例えば、ブラシ５０が４つである場合、整流子４０を挟持するように整流子４０を挟んで対向して配置された一対のブラシ５０が２組設けられる。この場合、一対のブラシ５０と他の一対のブラシ５０とのなす角は、例えば、約６０度である。

【0045】

各ブラシ５０は、ブラシバネ６０からの押圧力を受けて、整流子４０と常に接触している。つまり、各ブラシ５０は、ブラシバネ６０によって整流子４０に押し付けられている。一例として、ブラシバネ６０は、圧縮コイルバネである。ブラシバネ６０は、ブラシ５０と一対一に配置されている。ブラシバネ６０の一部は、ブラシ５０の後端面５２に接しており、バネ弾性を利用してブラシ５０に押圧を付与している。ブラシ５０は、ブラシバネ６０からの押圧力を受けて、常にブラシ５０の前端面５１が整流子片４１に接触する状態になっている。

【0046】

フレーム７０（ハウジング）は、固定子１０および回転子２０を収納する筐体（ケース）である。具体的には、フレーム７０は、固定子１０を構成する磁石と、回転子２０における回転子鉄心２２および巻線２３とを収納している。

【0047】

フレーム７０は、開口部７０ａが形成された略有底筒状の筐体である。本実施の形態において、フレーム７０は、略有底円筒状である。フレーム７０は、例えばアルミニウムまたは鉄系材料等の金属材料によって構成された金属フレームである。なお、フレーム７０は、金属材料ではなく、樹脂材料によって構成されていてもよい。

【0048】

また、フレーム７０は、第２軸受３２を保持するブラケットでもある。したがって、フレーム７０には、第２軸受３２を保持する軸受保持部が設けられている。本実施の形態において、第２軸受３２は、フレーム７０の内側に配置されている。

【0049】

ブラシホルダ８０は、ブラシ５０を保持する保持部材である。ブラシホルダ８０は、ブラシ５０を収納するブラシ収納部８１を有する。ブラシ収納部８１は、ブラシ５０を収納するブラシボックス（ブラシ箱）である。ブラシ収納部８１は、ブラシホルダ８０の内側に設けられている。ブラシ収納部８１は、ブラシ５０と同様に、長尺状の筒状体である。一例として、ブラシ収納部８１は、略角筒形状である。ブラシ収納部８１は、ブラシ５０ごとに設けられている。つまり、ブラシホルダ８０には、複数のブラシ収納部８１が設けられている。

【0050】

また、各ブラシ収納部８１は、回転軸２１の軸心Ｃ方向と直交する方向を長手方向としている。つまり、各ブラシ収納部８１は、回転軸２１の径方向に沿って延在している。これにより、ブラシホルダ８０の強度を大きくすることができる。また、本実施の形態では、２つのブラシ収納部８１が回転軸２１を挟んで対向して配置されている。これにより、ブラシホルダ８０の強度をより大きくすることができる。

【0051】

ブラシ収納部８１は、ブラシホルダ８０の一部とカバープレート９０とによって構成されている。つまり、ブラシ収納部８１は、ブラシホルダ８０とカバープレート９０とで囲まれる空間領域を含む筒状体である。

【0052】

カバープレート９０は、例えば、金属板によって構成された金属カバーであり、ブラシ５０を覆っている。カバープレート９０には係止爪が設けられており、この係止爪をブラシホルダに形成された係止穴に挿入することで、カバープレート９０をブラシホルダ８０に固定することができる。

【0053】

ブラシ収納部８１は、ブラシ５０の第１側面５３に対面する第１内側面８１ａと、ブラシ５０の第２側面５４に対面する第２内側面８１ｂとを有する。ブラシ収納部８１において、第１内側面８１ａおよび第２内側面８１ｂは、回転軸２１の軸心Ｃ方向に対向する一対の面である。第１内側面８１ａは、出力軸側に位置する面であり、第２内側面８１ｂは、反出力軸側に位置する面である。本実施の形態において、ブラシ収納部８１における第１内側面８１ａは、ブラシホルダ８０の内面であり、ブラシ収納部８１における第２内側面８１ｂは、カバープレート９０の内面である。

【0054】

また、回転軸２１の軸心Ｃ方向と直交する平面とブラシ収納部８１の第１内側面８１ａとのなす角をβとすると、本実施の形態では、β＝０°である。つまり、ブラシ収納部８１の第１内側面８１ａは、回転軸２１の軸心Ｃ方向と直交する平面と平行である。また、ブラシ収納部８１の第２内側面８１ｂも、回転軸２１の軸心Ｃ方向と直交する平面と平行である。つまり、ブラシ収納部８１において、第１内側面８１ａと第２内側面８１ｂとは、ブラシ収納部８１の全域において平行である。また、ブラシ収納部８１の長手方向は、回転軸２１の軸心Ｃ方向と直交する方向と平行であり、ブラシ収納部８１は、整流子４０に垂直に設けられており、整流子４０に対して傾斜していない。

【0055】

ブラシ収納部８１には、ブラシ５０とともにブラシバネ６０が収納されている。したがって、ブラシ収納部８１の長手方向の長さは、ブラシ５０の長さよりも長くなっている。ブラシ収納部８１に収納されたブラシ５０は、ブラシバネ６０によって押し付けられることでブラシ収納部８１内を摺動する。なお、ブラシ５０がブラシ収納部８１をスムーズに摺動できるように、ブラシ収納部８１とブラシ５０との間には適度な隙間（クリアランス）が設けられている。一例として、ブラシ収納部８１とブラシ５０との間の隙間は、０．１ｍｍ程度である。ブラシバネ６０に押し付けられたブラシ５０は、ブラシ５０の前端面５１が摩耗するにつれて、ブラシ収納部８１内を整流子４０に向かって移動していく。具体的には、ブラシ５０は、回転軸２１の軸心Ｃと直交する方向に移動する。

【0056】

また、ブラシホルダ８０は、第１軸受３１を保持するブラケットとしても機能する。第１軸受３１は、ブラシホルダ８０に固定されている。本実施の形態において、第１軸受３１は、ブラシホルダ８０の外側の面に配置されている。

【0057】

本実施の形態において、ブラシホルダ８０は、フレーム７０の開口部７０ａを覆うように配置されている。言い換えれば、ブラシホルダ８０は、フレーム７０の開口部７０ａに蓋をするように配置されている。つまり、ブラシホルダ８０は、フレーム７０の開口部７０ａを塞ぐようにしてフレーム７０の開口部７０ａを覆っている。ブラシホルダ８０は、フレーム７０の開口端部に固定されている。具体的には、ブラシホルダ８０は、フレーム７０の開口端部に嵌め込まれている。本実施の形態において、ブラシホルダ８０は、圧入によってフレーム７０の開口端部に嵌め込まれている。なお、ブラシホルダ８０には、回転軸２１が貫通する貫通孔が設けられている。

【0058】

ブラシホルダ８０は、樹脂材料によって構成された樹脂製の樹脂プレートである。一例として、ブラシホルダ８０は、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）または６ナイロン等によって構成されている。ブラシホルダ８０は、樹脂材料によって一体に構成された樹脂成型品である。

【0059】

なお、本実施の形態において、ブラシ収納部８１は、ブラシホルダ８０の一部とカバープレート９０とによって構成されていたが、これに限らない。例えば、ブラシ収納部８１は、ブラシホルダ８０の一部のみによって構成されていてもよい。つまり、ブラシ収納部８１全体が樹脂製であってもよい。また、ブラシ収納部８１は、ブラシホルダ８０とは別体の部品で構成されていてもよい。この場合、ブラシホルダ８０は、ブラシを保持する機能を有さず、第１軸受３１を保持するブラケットまたはフレーム７０の開口部７０ａを塞ぐ蓋体として機能する。

【0060】

フレーム７０およびブラシホルダ８０は、電動機１の外郭筐体を構成している。フレーム７０およびブラシホルダ８０で構成される外郭筐体には、固定子１０および回転子２０だけではなく、整流子４０およびブラシ５０等の電動機１を構成するその他の部品も収納されている。

【0061】

本実施の形態において、フレーム７０とブラシホルダ８０とは、シール部材１００によってシールされている。シール部材１００は、フレーム７０とブラシホルダ８０との間の隙間を塞いでいる。言い換えれば、シール部材１００は、フレーム７０とブラシホルダ８０との間の隙間をシールしている。シール部材１００は、ブラシホルダ８０の外周端に沿って配置されている。具体的には、シール部材１００は、円環状のシールリングであり、ブラシホルダ８０の外周端の全周にわたって、ブラシホルダ８０の外周端とフレーム７０の開口端部との間に配置されている。シール部材１００を設けることで、フレーム７０内を気密封止することができる。このように、シール部材１００を配置することで、電動機１の外部から電動機１の内部に水が浸入することを防ぐことができる。

【0062】

シール部材１００は、ブラシホルダ８０の外周端部に設けられた段差部の段差上面（乗り面）に配置されている。この場合、シール部材１００は、ブラシホルダ８０の段差部の段差側周面とフレーム７０の開口端部の内面との間の隙間をシールしている。

【0063】

シール部材１００は、樹脂材料によって構成されている。具体的には、シール部材１００は、弾性復元力を有するエラストマーによって構成されている。一例として、シール部材１００は、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマー）である。

【0064】

以上のように構成される電動機１では、ブラシ５０に供給される電流が電機子電流（駆動電流）として整流子４０を介して回転子２０の巻線２３に流れることで、回転子２０に磁束が発生する。そして、この回転子２０に生じた磁束と固定子１０から生じる磁束との相互作用によって生成された磁気力が回転子２０を回転させるトルクとなる。このとき、整流子片４１とブラシ５０とが接する際の位置関係によって、電流が流れる方向が切り替えられる。このように、電流が流れる方向が切り替えられることで、固定子１０と回転子２０との間に発生する磁力の反発力と吸引力とで一定方向の回転力が生成され、回転子２０が回転軸２１を中心として回転する。

【0065】

次に、整流子４０に接するブラシ５０の形状および姿勢等について、本開示の技術に至った経緯を含めて詳細に説明する。

【0066】

図３は、比較例である従来の電動機１Ｘにおけるブラシ５０Ｘの周辺構造を模式的に示す図である。図３において、ブラシ５０Ｘは、直方体であり、前端面５１側の第１角度θ１と後端面５２側の第２角度θ２とは、θ１＝θ２＝９０°である。

【0067】

図３に示すように、比較例である従来の電動機１Ｘにおいて、ブラシ５０Ｘおよびブラシ収納部８１（ブラシボックス）は、長尺状であり、整流子４０に対して長手方向が垂直となるように配置される。また、ブラシ５０Ｘを整流子４０に押し付けるために、ブラシ５０Ｘの後端面５２にはブラシバネ６０によって荷重が加えられる。このとき、ブラシバネ６０がブラシ５０Ｘに付与する荷重は、ブラシ５０Ｘの後端面５２に垂直な方向に発生するため、ブラシ５０Ｘの理想的な姿勢は、図３の（ａ）に示される状態である。

【0068】

しかしながら、実際には、ブラシ収納部８１内でブラシ５０Ｘをスムーズに摺動させるために、ブラシ収納部８１の第１内側面８１ａとブラシ５０Ｘの第１側面５３との間および／またはブラシ収納部８１の第２内側面８１ｂとブラシ５０Ｘの第２側面５４との間には、隙間（クリアランス）が存在する。また、ブラシ５０Ｘの形状にばらつきがあったり、ブラシ５０Ｘへの荷重方向にばらつきがあったり、ブラシ５０Ｘとブラシバネ６０とブラシ収納部８１との位置のばらつきがあったりする。

【0069】

このため、図３の（ｂ）に示すように、ブラシ５０Ｘは、ブラシ収納部８１内で回転軸２１の軸心Ｃ方向に傾倒した状態で整流子４０に接触することになる。この場合、ブラシ５０Ｘが傾倒する方向は一義的に定まらず、ブラシ５０Ｘは、回転軸２１の軸心Ｃ方向のどちらに傾くのかが分からない。例えば、ブラシ５０Ｘは、前端面５１が出力軸側寄りで且つ後端面５２が反出力軸側寄りに移動するように傾いたり、逆に、前端面５１が反出力軸側寄りで且つ後端面５２が出力軸側寄りに移動するように傾いたりする。

【0070】

このように、直方体のブラシ５０Ｘが傾倒すると、ブラシ５０Ｘの角が整流子４０に接触して、ブラシ５０Ｘが角当たり状態になるおそれがある。整流子４０に対してブラシ５０Ｘが角当たり状態になると、ブラシ５０Ｘと整流子４０との接触面積が小さくなる。この結果、整流子４０とブラシ５０Ｘとの接触箇所にブラシ５０Ｘの押圧が集中し、整流子４０に対するブラシ５０Ｘの面圧が増加してブラシ５０Ｘの摩耗速度が増加する。さらに、ブラシ５０Ｘと整流子４０との接触面積が小さくなると、整流子４０とブラシ５０Ｘとの接触箇所で整流子４０とブラシ５０Ｘとの間の電流密度が大きくなり、整流子４０とブラシ５０Ｘとの間のスパークも増大する。この場合も、ブラシ５０Ｘの摩耗速度が増加する。

【0071】

このように、整流子４０に対してブラシ５０Ｘが角当たり状態になると、ブラシ５０Ｘの摩耗速度が増加することになる。この結果、電動機１Ｘの寿命が短くなる。

【0072】

そこで、ブラシ５０Ｘが角当たり状態にならないように、意図的にブラシ５０Ｘを決まった方向に傾倒させることが考えられる。具体的には、図４に示すように、ブラシ５０Ｙにおける前端面５１と第１側面５３とのなす角θ１（第１角度）を９０°未満にして、ブラシ５０Ｙの前端面５１に傾斜を付けることが考えられる。

【0073】

このように、ブラシ５０Ｙの前端面５１側の第１角度θ１を９０°未満にすることで、ブラシバネ６０からの荷重Ｆによってブラシ５０Ｙにモーメントが作用し、図５に示すように、前端面５１の傾斜にしたがってブラシ５０Ｙを決まった方向に傾倒させることができる。図５では、ブラシ５０Ｙは、前端面５１が出力軸側（第１内側面８１ａ側）に傾くように傾倒している。つまり、後端面５２が反出力軸側（第２内側面８１ｂ側）に傾くようにブラシ５０Ｙが傾倒している。このように、ブラシ５０Ｙを決まった方向に意図的に傾倒させることで、ブラシ５０Ｙの前端面５１が整流子４０に面接触し続けるので、ブラシ５０Ｙが角当たり状態になることを抑制できる。

【0074】

しかしながら、図５に示すように、ブラシ５０Ｙの前端面５１側の第１角度θ１のみを９０°未満にしてブラシ５０Ｙを傾倒させただけでは、ブラシ５０Ｙの後端面５２側の第２角度θ２が９０°であるので（θ２＝９０°）、ブラシ５０Ｙが傾倒することに伴って後端面５２に荷重Ｆを付与するブラシバネ６０も傾くことになる。これにより、ブラシ５０Ｙが傾倒したときに、ブラシバネ６０による荷重Ｆによって、ブラシ５０Ｙが傾倒した方向とは逆側の方向にブラシ５０Ｙを傾倒させる荷重成分Ｆ１が発生し、この荷重成分Ｆ１がブラシ５０Ｙに作用することになる。図５では、後端面５２が反出力軸側に傾くようにブラシ５０Ｙが傾倒しているが、荷重成分Ｆ１のベクトルは、反出力軸側方向ではなく、出力軸側方向になっている。

【0075】

この結果、前端面５１を傾斜面にしてブラシ５０Ｙを傾倒させることが阻害され、ブラシ５０Ｙを決まった方向に傾倒させることができなくなるおそれがある。このように、ブラシ５０Ｙの前端面５１側の第１角度θ１のみを９０°未満にするだけでは、ブラシ５０Ｙが傾倒する状態を維持することができなくなるおそれがある。

【0076】

そこで、本願発明者らは、ブラシの形状についてさらに検討した。その結果、図６に示すように、ブラシ５０の前端面５１側の第１角度θ１を９０°未満にすることに加えて、ブラシ５０の後端面５２側の第２角度θ２を９０°未満にすることで、ブラシ５０が傾倒する状態を安定して維持させることができることを見出した。

【0077】

図６は、実施の形態１に係る電動機１におけるブラシ５０の周辺構造を模式的に示す図である。なお、図６において、ブラシ５０は、回転軸２１の軸心Ｃ方向と平行で且つ回転軸２１およびブラシ５０を通る平面で切断したときの断面を示しているが、便宜上ハッチングを施していない。このことは、以下の図７および図８等においても同様である。

【0078】

図６において、第１角度θ１および第２角度θ２は、θ２＝θ１である。つまり、ブラシ５０は、θ１＜９０°、θ２＜９０°、θ２＝θ１を満たすように構成されている。

【0079】

このように、ブラシ５０において、θ１＜９０°、θ２＜９０°、θ２＝θ１とすることで、ブラシ５０を決まった方向に意図的に傾倒させてブラシ５０の前端面５１を整流子４０に面接触させてブラシ５０が角当たり状態になることを抑制できるとともに、ブラシバネ６０がブラシ５０に付与する荷重Ｆの方向を、回転軸２１の軸心Ｃ方向に直交する方向にすることができる。つまり、ブラシバネ６０による荷重Ｆの方向を整流子４０に対して垂直にすることができる。これにより、安定してブラシ５０が傾倒した状態を維持することができる。

【0080】

なお、本実施の形態において、ブラシ５０は、前端面５１が出力軸側（第１内側面８１ａ側）に傾くように傾倒している。つまり、後端面５２が反出力軸側（第２内側面８１ｂ側）に傾くようにブラシ５０が傾倒している。この場合、ブラシ５０は、ブラシ収納部８１における第１支持点Ｐ１と第２支持点Ｐ２とで支持される。第１支持点Ｐ１は、ブラシ５０における後端面５２の第２側面５４側の角部とブラシ収納部８１の第２内側面８１ｂとが接触する箇所である。また、第２支持点Ｐ２は、ブラシ５０の第１側面５３とブラシ収納部８１の第１内側面８１ａにおける整流子４０側の端縁とが接触する箇所である。

【0081】

また、図６では、θ２＝θ１としたが、図７に示すように、θ２＜θ１であってもよい。この場合、ブラシバネ６０がブラシ５０に付与する荷重Ｆについて、回転軸２１の軸心Ｃ方向と直交する方向とは異なる荷重成分Ｆ１が発生することになるが、この荷重成分Ｆ１のベクトルは、ブラシ５０が傾倒した方向と同じ側の方向となる。このため、前端面５１を傾斜させてブラシ５０を傾倒させることを阻害せず、むしろ、前端面５１を傾斜面にしてブラシ５０を傾倒させることを補強することができる。したがって、より安定してブラシ５０が傾倒した状態を維持することができる。

【0082】

ここで、図８に示すように、第１角度θ１をα１（α１≠０°）とすると、α１は、以下の（式１）で表すことができる。

【0083】

【数1】

【0084】

（式１）において、Ｈｒは、ブラシ収納部８１の高さであり、Ｈｂは、ブラシ５０の高さであり、Ｌは、整流子４０の表面から第１支持点Ｐ１までの距離（つまり、摩耗する前のブラシ５０の初期の長さ）であり、Ｓは、整流子４０の表面から第２支持点Ｐ２までの距離（つまり、整流子４０とブラシ収納部８１の先端との距離）である。

【0085】

なお、本実施の形態において、ブラシ５０の後端面５２は、平坦面であったが、ブラシバネ６０の荷重を支持する面を後端面５２として第２角度θ２がθ２≦９０°であれば、ブラシ５０の後端面５２は平坦面に限らない。例えば、図９に示すように、ブラシ５０Ａの後端部に凹部５２ａを形成し、凹部５２ａの底面を後端面５２としてもよい。つまり、ブラシ５０Ａの後端部が傾斜していても、凹部５２ａの底面（後端面５２）によってθ２を規定することができる。なお、この場合、ブラシバネ６０は、凹部５２ａに配置される。

【0086】

また、本実施の形態では、ブラシバネ６０として、圧縮コイルバネを用いたが、これに限らない。例えば、図１０に示すように、ブラシバネ６０Ａとして、トーションバネを用いてもよい。この場合、図１０に示すように、トーションバネであるブラシバネ６０Ａの一方の端部をブラシ５０Ａの凹部５２ａに配置する。なお、ブラシバネ６０Ａとしてトーションバネを用いる場合、後端部に凹部５２ａを有するブラシ５０Ａではなく、図６～図８に示されるブラシ５０であってもよい。この場合、トーションバネであるブラシバネ６０Ａの一方の端部は、ブラシ５０の平坦面である後端面５２に接触する。

【0087】

ここで、ブラシ５０が摩耗したときについて、さらに検討する。電動機１を駆動させると、整流子４０とブラシ５０とが摺動することでブラシ５０が摩耗していく。このとき、図１１に示すように、ブラシ５０の前端面５１においては、ブラシ５０が傾倒する側とは反対側の部分の方が、ブラシ５０が傾倒する側の部分よりも摩耗速度が速い。図１１では、ブラシ５０の前端面５１が出力軸側に傾いているので、ブラシ５０の前端面５１における反出力軸側（第２内側面８１ｂ側）の部分の方が、摩耗速度が速くなる。

【0088】

このように、ブラシ５０を傾けると、前端面５１の場所によって摩耗速度に差が生じるので、ブラシ５０の摩耗の進行とともに、ブラシ５０が傾倒する角度が大きくなっていく。つまり、摩耗後のブラシ５０において、第１側面５３の長さＬ１と第２側面５４の長さＬ２とは、Ｌ１＞Ｌ２になる。

【0089】

これにより、ブラシバネ６０による荷重Ｆにおいて、ブラシ５０が傾倒した方向とは逆側の方向にブラシ５０を傾倒させる荷重成分Ｆ１が発生し、この荷重成分Ｆ１がブラシ５０に作用することになる。つまり、前端面５１を傾斜面にしてブラシ５０を傾倒させることが阻害されてしまう。

【0090】

そこで、図１２および図１３に示すように、ブラシ５０の後端面５２側の第２角度θ２については、ブラシ５０が摩耗していった場合にブラシ５０が傾倒した方向とは逆側の方向にブラシ５０を傾倒させる荷重成分Ｆ１が発生しないような角度で設定するとよい。これにより、ブラシ５０が摩耗する前の状態または磨耗初期状態の場合だけではなく、ブラシ５０が摩耗していった場合でも、安定してブラシ５０が傾倒した状態を維持することができる。

【0091】

なお、図１２は、θ２＝θ１のブラシ５０を用いたときに、ブラシ５０が摩耗していった場合でも、ブラシバネ６０がブラシ５０に付与する荷重Ｆの方向が回転軸２１の軸心Ｃ方向と直交する方向になっている状態を示している。また、図１３は、θ２＜θ１のブラシを用いたときに、ブラシ５０が摩耗していった場合に、ブラシバネ６０の荷重Ｆによって回転軸２１の軸心Ｃ方向と直交する方向とは異なる荷重成分Ｆ１が発生しても、この荷重成分Ｆ１のベクトルが、ブラシ５０が傾倒した方向と同じ側の方向になっている状態を示している。

【0092】

ここで、図１４に示すように、第２角度θ２をα２（α２≠０°）とすると、α２は、以下の（式２）で表すことができる。なお、図１４では、θ２＝θ１である。つまり、θ２＝θ１＝α２である。

【0093】

【数2】

【0094】

（式２）において、Ｌ_Ｅは、ブラシ５０の摩耗によるブラシ寿命を考慮したときのブラシ５０の最小長さを示している。なお、（式２）において、Ｈｒ、Ｈｂ、Ｌ、Ｓは、上記の（式１）と同じである。

【0095】

以上説明したように、本実施の形態における電動機１によれば、回転軸２１の軸心Ｃ方向と直交する平面とブラシ収納部８１の第１内側面８１ａとのなす角をβとし、β＝０°のときのθ１、θ２をそれぞれα１、α２とすると、θ１＝α１－β、θ２＝α２－β、θ１＜９０°、θ２＜９０°、θ２≦θ１、０°≦β＜９０°の関係を満たしている。なお、本実施の形態では、上記のように、β＝０°である。つまり、回転軸２１の軸心Ｃ方向と直交する平面とブラシ収納部８１の第１内側面８１ａとは平行である。

【0096】

このような関係を満たすことで、ブラシ５０が摩耗していっても、ブラシバネ６０による荷重によってブラシ５０を傾倒させることを阻害させることなく、ブラシ５０を決まった方向に意図的に傾倒させることができる。これにより、ブラシ５０が摩耗していっても、ブラシ５０の前端面５１が整流子４０に面接触し続けるので、ブラシ５０が角当たり状態になることを抑制できる。これにより、安定してブラシ５０が傾倒した状態を維持することができる。

【0097】

これにより、整流子４０に対してブラシ５０が角当たり状態になってブラシ５０と整流子４０との接触面積が小さくなることを抑制できるので、整流子４０に対するブラシ５０の面圧が増加したり、整流子４０とブラシ５０との間の電流密度が大きくなったりしてブラシ５０の摩耗速度が増加することを抑制できる。したがって電動機１の寿命が短くなることを抑制できる。

【0098】

さらに、整流子４０に対するブラシ５０が角当たり状態を抑制することで、整流子４０における整流子片４１の表面が局所的に摩耗してブラシ５０と整流子４０との間の接触状態が悪化することを抑制することもできる。これにより、整流子片４１に対応する電流波形から回転数を検出して回転子２０の回転状態を制御する場合に、整流子片４１の接触抵抗が増加したり整流子片４１毎に抵抗のばらつきが発生したりして電流波形に乱れが生じることを抑制できるので、回転数の誤検出等を抑制することができる。したがって、回転子２０の制御性が低下することを抑制できる。

【0099】

また、ブラシ５０を傾倒させると、上記のように、前端面５１の場所によって摩耗速度に差が生じる。このため、図１１に示すように、ブラシ５０が摩耗していくと、ブラシ５０の前端面５１における第２側面５４側（反出力軸側）の部分の摩耗の進行が早くなる。このとき、整流子４０における第２側面５４側部分の摩耗の進行も早くなるため、ブラシ５０と整流子４０との接触状態を悪化させることになる。

【0100】

そこで、ブラシ５０については、θ１＜９０°、θ２＜９０°、θ２≦θ１の関係を満たすとともに、ブラシ収納部８１については、整流子４０側とは反対側の部分（後方部分）に傾斜を付けるとよい。

【0101】

具体的には、図１５に示すように、ブラシ収納部８１の第２内側面８１ｂは、整流子４０側に位置する第１面８１ｂ１と、第１面８１ｂ１よりも回転軸２１の回転の径方向の外周側に位置する第２面８１ｂ２とを含んでいる。本構成において、回転軸２１の軸心Ｃ方向と直交する平面と第２面８１ｂ２とのなす角を９０°－γとしたときに、θ１＝θ２＝γ、０°＜９０°－γ＜９０°であるとよい。

【0102】

本実施の形態において、第１面８１ｂ１は、回転軸２１の軸心Ｃ方向と直交する平面と平行な面である。第２面８１ｂ２は、第１面８１ｂ１に対して傾斜する面である。第２面８１ｂ２におけるブラシ収納部８１の高さは、第１面８１ｂ１におけるブラシ収納部８１の高さよりも高くなっている。また、第２面８１ｂ２におけるブラシ収納部８１の高さは、後方に向かって漸次大きくなっている。

【0103】

このとき、γは、以下の（式３）で表すことができる。

【0104】

【数3】

【0105】

（式３）において、Ａは、整流子４０の表面とブラシ収納部８１における傾斜開始点（つまり、第２内側面８１ｂにおける第１面８１ｂ１と第２面８１ｂ２との境界点）との距離である。なお、（式３）において、Ｈｒ、Ｈｂ、Ｌ、Ｌ_Ｅ、Ｓは、上記の（式２）と同じである。

【0106】

このように、θ１＜９０°、θ２＜９０°、θ２≦θ１の関係を満たすとともに、θ１＝θ２＝γ、０°＜９０°－γ＜９０°の関係を満たすことで、ブラシ５０と整流子４０とは、出力軸側も反出力軸側も均一に摩耗する。これにより、安定してブラシ５０が傾倒した状態を維持することができるだけではなく、ブラシ５０が摩耗していっても、ブラシ５０と整流子４０との間の良い接触状態を維持することができる。

【0107】

また、本実施の形態に係る電動機１において、ブラシ５０における第１側面５３は、回転軸２１の出力軸側の面である。

【0108】

これにより、図６～図８に示すように、ブラシ５０は、前端面５１が出力軸側寄りで且つ後端面５２が反出力軸側寄りに移動するように傾いている。つまり、ブラシ５０は、前端面５１が出力軸側（第１内側面８１ａ側）に傾くように傾倒している。

【0109】

これにより、フレーム７０とブラシホルダ８０との隙間がシール部材１００でシールされた構造を備える電動機１において、シール部材１００による気密性を確保しつつ、回転軸２１の軸心Ｃ方向におけるブラシホルダ８０の寸法拡大を抑制することができる。つまり、電動機１の気密性と薄型化との両立を図ることができる。この点について、以下説明する。

【0110】

図３に示すように、比較例である従来の電動機１Ｘでは、ブラシ５０Ｘおよびブラシ収納部８１（ブラシボックス）は、整流子４０に対して垂直に配置される。しかしながら、ブラシ５０Ｘおよびブラシ収納部８１をこのように配置すると、電動機１Ｘの内部空間を有効活用することができず、電動機１Ｘは、回転軸２１の軸心Ｃ方向の長さが長くなる。つまり、電動機１Ｘの高さが高くなる。

【0111】

特に、本実施の形態における電動機１と同様に、電動機１Ｘは、フレーム７０とブラシホルダ８０との隙間をシール部材１００でシールすることで、外部から電動機１の内部に水が浸入することを防ぐ構造を備える。電動機１Ｘは、所望の気密性を確保するために、ブラシホルダ８０におけるシール部材１００が配置される段差部には一定の厚みが必要になる。この結果、ブラシホルダ８０の全体の厚みが厚くなり、電動機１Ｘの回転軸２１の軸心Ｃ方向の長さが長くなる。

【0112】

これに対して、本実施の形態における電動機１では、前端面５１が出力軸側に傾くようにブラシ５０が傾倒している。この構成により、電動機１の内部空間において、ブラシ５０における第１側面５３の前端面５１側の領域を有効活用することができる。これにより、ブラシホルダ８０におけるシール部材１００が配置される段差部の厚みを薄くしなくても、電動機１の回転軸２１の軸心Ｃ方向の長さを短くすることが可能になる。したがって、ブラシホルダ８０の段差部に配置されたシール部材１００によって電動機１の気密性を確保しつつ、回転軸２１の軸心Ｃ方向におけるブラシホルダ８０の寸法拡大を抑制できる。つまり、電動機１の気密性と薄型化との両立を図ることができる。

【0113】

（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る電動機１Ａについて、図１６～図１８を用いて説明する。図１６は、実施の形態２に係る電動機１Ａの断面図である。図１７および図１８は、同電動機１Ａにおけるブラシ５０の周辺構造を模式的に示す図である。なお、図１７および図１８は、ブラシの寸法のパラメータを示している。また、図１８は、摩耗したときのブラシ５０の寸法のパラメータも示している。

【0114】

上記実施の形態１に係る電動機１では、ブラシホルダ８０におけるブラシ収納部８１は、整流子４０に対して垂直に配置されていたが、図１６～図１８に示すように、本実施の形態における電動機１Ａでは、ブラシホルダ８０Ａにおけるブラシ収納部８１Ａは、整流子４０に対して傾斜している。

【0115】

具体的には、図１７および図１８に示すように、ブラシ収納部８１Ａにおける第１内側面８１ａおよび第２内側面８１ｂは、回転軸２１の軸心Ｃ方向と直交する平面に対して傾斜する傾斜面である。本実施の形態において、ブラシ収納部８１Ａは、整流子４０側の前方部分が出力軸側寄りで且つ整流子４０側とは反対側の後方部分が反出力軸側寄りとなるように傾斜している。したがって、ブラシ収納部８１Ａにおける第１内側面８１ａおよび第２内側面８１ｂは、整流子４０から離れるにしたがって反出力軸寄りとなるように傾斜している。なお、図１７および図１８において、第１内側面８１ａと第２内側面８１ｂとは、ブラシ収納部８１Ａの全域において平行である。

【0116】

そして、本実施の形態における電動機１Ａでは、ブラシ５０の前端面５１側の第１角度θ１とブラシ５０の後端面５２側の第２角度θ２とについては、回転軸２１の軸心Ｃ方向に直交する平面とブラシ収納部８１Ａの第１内側面８１ａとのなす角をβとし、β＝０°のときのθ１、θ２をそれぞれα１（α１≠０°）、α２（α２≠０°）としたときに、θ１＝α１－β、θ２＝α２－β、θ１＜９０°、θ２＜９０°、θ２≦θ１、０°＜β＜９０°の関係を満たしている。

【0117】

つまり、上記実施の形態１では、β＝０°であったが、本実施の形態では、０°＜β＜９０°である。そして、本実施の形態においても、ブラシ５０の形状および姿勢は、ブラシ５０が摩耗した場合も考慮して、上記実施の形態１と同様の関係を満たしている。つまり、図１７において、α１は、上記の（式１）で表され、図１８において、α２は、上記の（式２）で表される。

【0118】

したがって、本実施の形態でも、上記実施の形態１と同様の効果を奏する。つまり、上記関係を満たすことで、ブラシ５０が摩耗していっても、ブラシバネ６０による荷重によってブラシ５０を傾倒させることを阻害させることなく、ブラシ５０を決まった方向に意図的に傾倒させることができる。これにより、ブラシ５０が摩耗していっても、ブラシ５０の前端面５１が整流子４０に面接触し続けるので、ブラシ５０が角当たり状態になることを抑制できる。これにより、安定してブラシ５０が傾倒した状態を維持することができる。

【0119】

また、ブラシ５０を傾倒させると、上記のように、前端面５１の場所によって摩耗速度に差が生じてブラシ５０と整流子４０との接触状態を悪化させることになる。そこで、本実施の形態においても、図１９に示すように、ブラシ収納部８１Ａにおける整流子４０側とは反対側の部分（後方部分）に傾斜を付けるとよい。

【0120】

具体的には、図１９に示すように、ブラシ収納部８１Ａの第２内側面８１ｂは、整流子４０側に位置する第１面８１ｂ１と、第１面８１ｂ１よりも回転軸２１の径方向の外周側に位置する第２面８１ｂ２とを含んでおり、回転軸２１の軸心Ｃ方向と直交する平面と第２面８１ｂ２とのなす角を９０°－γとしたときに、θ１＝θ２＝γ、０°＜９０°－γ＜９０°であるとよい。このとき、γは、上記の（式３）で表すことができる。

【0121】

このように、θ１＝α１－β、θ２＝α２－β、θ１＜９０°、θ２＜９０°、θ２≦θ１、０°＜β＜９０°の関係を満たすとともに、θ１＝θ２＝γ、０°＜９０°－γ＜９０°の関係を満たすことで、ブラシ５０と整流子４０とは、出力軸側も反出力軸側も均一に摩耗することになる。これにより、安定してブラシ５０が傾倒した状態を維持することができるだけではなく、ブラシ５０が摩耗していっても、ブラシ５０と整流子４０との間の良い接触状態を維持することができる。

【0122】

また、本実施の形態に係る電動機１Ａにおいても、上記実施の形態１と同様に、ブラシ５０は、前端面５１が出力軸側（第１内側面８１ａ側）に傾くように傾倒している。しかも、本実施の形態では、ブラシ５０だけではなく、ブラシ収納部８１Ａも、整流子４０側の前方部分が出力軸側に傾いている。

【0123】

この構成により、電動機１Ａの内部空間において、ブラシ収納部８１Ａの整流子４０側の前方部分の領域を広くすることができるので、この部分を有効活用することができる。これにより、電動機１Ａの回転軸２１の軸心Ｃ方向の長さを短くすることが可能になる。したがって、ブラシホルダ８０Ａにおけるシール部材１００が配置される段差部の厚みを薄くしなくても、電動機１Ａの気密性を確保しつつ、回転軸２１の軸心Ｃ方向におけるブラシホルダ８０Ａの寸法拡大を一層抑制することができる。つまり、電動機１Ａの気密性を確保しつつ、上記実施の形態１よりも、電動機１Ａの薄型化を図ることができる。

【0124】

また、本実施の形態のように、ブラシ収納部８１Ａを傾斜させることによって、電動機１Ａを設置構造物に設置したときに第１軸受３１が空転することを抑制できる。この点について、以下説明する。

【0125】

電動機１Ａを設置構造物に設置したときに、第１軸受３１は、ブラシホルダ８０Ａの外面と設置構造物とに挟持された状態になる。この場合、設置構造物から第１軸受３１に対して力が加えられるので、ブラシホルダ８０Ａから第１軸受３１に対して反力が加えられる。

【0126】

そして、電動機１Ａが設置された設置構造物から第１軸受３１を介してブラシホルダ８０Ａに力が加わることで、ブラシホルダ８０Ａからフレーム７０に力が加わる。このブラシホルダ８０Ａからフレーム７０に加わる力は、フレーム７０を回転軸２１の径方向外向きに押し広げる向きの力である。一方、フレーム７０にブラシホルダ８０Ａが圧入されているため、フレーム７０からブラシホルダ８０Ａに力が加わり、この力によってブラシホルダ８０Ａから第１軸受３１に力が加わることになる。

【0127】

ここで、ブラシホルダ８０Ａの全体形状は平板状であるので、ブラシホルダ８０Ａの外面および内面は、回転軸２１の軸心Ｃ方向に直交する平面に対して平行である。このような形状のブラシホルダ８０Ａでは、電動機１Ａが設置された設置構造物から第１軸受３１を介してブラシホルダ８０Ａに加わる力の向きと、ブラシホルダ８０Ａからフレーム７０に加わる力の向きとが互いに直交することになる。このとき、ブラシ収納部８１Ａが整流子４０に対して傾斜せずに垂直であると、ブラシホルダ８０Ａから第１軸受３１に加わる反力が不十分となり、第１軸受３１が空転するおそれがある。

【0128】

これに対して、本実施の形態では、ブラシ収納部８１Ａが整流子４０に対して傾斜している。つまり、ブラシ収納部８１Ａは、回転軸２１の軸心Ｃ方向に直交する平面に対して傾斜している。具体的には、ブラシ収納部８１Ａにおいて、第１内側面８１ａ、第２内側面８１ｂ、第１内側面８１ａに背向する第１外側面、および、第２内側面８１ｂに背向する第２外側面は、回転軸２１の軸心Ｃ方向と直交する平面に対して傾斜する傾斜面になっている。

【0129】

ブラシ収納部８１Ａをこのような形状にすることで、ブラシホルダ８０Ａから第１軸受３１に加わる力が比較的大きくなる。これにより、第１軸受３１が空転する可能性を低減することができる。

【0130】

しかも、ブラシ収納部８１Ａが整流子４０に対して傾斜していることで、フレーム７０からの力（径方向の力）によってブラシホルダ８０Ａが変形しやすくなっている（反りやすい）。このため、ブラシホルダ８０Ａが変形することで、ブラシホルダ８０Ａから第１軸受３１に加わる力を比較的大きくすることができる。

【0131】

（変形例）
以上、本開示に係る電動機について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。

【0132】

例えば、上記実施の形態において、固定子１０は、磁石によって構成されていたが、これに限らない。具体的には、固定子１０は、固定子鉄心と、この固定子鉄心に巻回された巻線とによって構成されていてもよい。

【0133】

また、上記実施の形態において、電動機１は、自動車に用いられる場合について説明したが、これに限らない。つまり、上記実施の形態における電動機１は、自動車に搭載される電装機器に限らず、種々の電気機器に用いることができる。例えば、電動機１は、家庭用電気機器に用いられてもよいし、電動工具等に用いられてもよい。

【0134】

また、ブラシ５０およびブラシ収納部８１Ａにおける整流子４０側の部分（前方部分）を出力軸側に傾けることで電動機の気密性と薄型化との両立を図ることができる効果については、ブラシ５０における前端面５１および後端面５２に傾斜を持たせなくてもよい。つまり、ブラシ５０の形状を、θ１＜９０°、θ２＜９０°、θ２≦θ１の関係を満たすようにしなくても、ブラシ５０およびブラシ収納部８１Ａを整流子４０に対して傾斜させることで、ブラシ収納部８１Ａの整流子４０側の前方部分の領域を有効活用でき、ブラシホルダ８０Ａにおけるシール部材１００が配置される段差部の厚みを薄くしなくても電動機の回転軸２１の軸心Ｃ方向の長さを短くすることができる。

【0135】

なお、その他、上記実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0136】

本開示は、自動車等をはじめとして、電動機が搭載される種々の製品に利用することができる。

【符号の説明】

【0137】

１、１Ａ 電動機
１０ 固定子
２０ 回転子
２１ 回転軸
２１ａ 第１部位
２１ｂ 第２部位
２２ 回転子鉄心
２３ 巻線
２４ インシュレータ
３１ 第１軸受
３２ 第２軸受
４０ 整流子
４１ 整流子片
５０、５０Ａ ブラシ
５１ 前端面
５２ 後端面
５２ａ 凹部
５３ 第１側面
５４ 第２側面
６０、６０Ａ ブラシバネ
７０ フレーム
７０ａ 開口部
８０、８０Ａ ブラシホルダ
８１、８１Ａ ブラシ収納部
８１ａ 第１内側面
８１ｂ 第２内側面
８１ｂ１ 第１面
８１ｂ２ 第２面
９０ カバープレート
１００ シール部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】