特許 7499468 電動機及び電気機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-06

(45)【発行日】2024-06-14

(54)【発明の名称】電動機及び電気機器

(51)【国際特許分類】

   H02K 13/00 20060101AFI20240607BHJP

【ＦＩ】

H02K13/00 X

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021545521

(86)(22)【出願日】2020-09-07

(86)【国際出願番号】 JP2020033756

(87)【国際公開番号】W WO2021049453

(87)【国際公開日】2021-03-18

【審査請求日】2023-07-11

(31)【優先権主張番号】P 2019164801

(32)【優先日】2019-09-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】中野 圭策

(72)【発明者】

【氏名】浅野 貴洋

(72)【発明者】

【氏名】従野 知子

(72)【発明者】

【氏名】遠矢 和雄

【審査官】服部 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０３４７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０５４６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０２２２５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸を有するロータと、
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複数の通電ブラシと、
前記整流子に接する複数の補助ブラシとを備え、
前記整流子は、前記回転軸の周方向に沿って設けられた複数の整流子セグメントを有し、
前記複数の通電ブラシは、第１通電ブラシと第２通電ブラシとを含み、
前記複数の補助ブラシは、第１補助ブラシと第２補助ブラシとを含み、
前記第１補助ブラシと前記第２補助ブラシとは、ダイオードを介して電気的に接続されており、
前記第１補助ブラシは、前記第１通電ブラシが前記複数の整流子セグメントのうちの一の整流子セグメントから離れるときに、前記複数の整流子セグメントのうち当該一の整流子セグメントよりも前記ロータの回転方向の後方に位置する少なくとも２つの整流子セグメントに接するように配置され、
前記第２補助ブラシは、前記第２通電ブラシが前記複数の整流子セグメントのうちの他の整流子セグメントから離れるときに、前記複数の整流子セグメントのうち当該他の整流子セグメントよりも前記ロータの回転方向の後方に位置する少なくとも２つの整流子セグメントに接するように配置されている、
電動機。

【請求項2】

前記第１補助ブラシ及び前記第２補助ブラシの各々は、金属黒鉛質ブラシであり、
前記第１通電ブラシが前記一の整流子セグメントから離れると同時に前記第２通電ブラシが前記他の整流子セグメントから離れるときに、前記第１補助ブラシと前記第２補助ブラシとの電位差が１０Ｖ以下である、
請求項１に記載の電動機。

【請求項3】

前記第１補助ブラシ及び前記第２補助ブラシの各々は、レジン質ブラシであり、
前記第１通電ブラシが前記一の整流子セグメントから離れると同時に前記第２通電ブラシが前記他の整流子セグメントから離れるときに、前記第１補助ブラシと前記第２補助ブラシとの電位差が１５Ｖ以下である、
請求項１に記載の電動機。

【請求項4】

前記第１補助ブラシは、前記第１通電ブラシが前記一の整流子セグメントから離れるときに当該第１補助ブラシに接する前記少なくとも２つの整流子セグメントに跨って配置された１つのブラシであり、
前記第２補助ブラシは、前記第２通電ブラシが前記他の整流子セグメントから離れるときに当該第２補助ブラシに接する前記少なくとも２つの整流子セグメントに跨って配置された１つのブラシである、
請求項１～３のいずれか１項に記載の電動機。

【請求項5】

前記第１通電ブラシが前記一の整流子セグメントから離れるときに前記第１補助ブラシに接する前記少なくとも２つの整流子セグメントは、隣り合う２つの整流子セグメントであり、
前記第２通電ブラシが前記他の整流子セグメントから離れるときに前記第２補助ブラシに接する前記少なくとも２つの整流子セグメントは、隣り合う２つの整流子セグメントである、
請求項４に記載の電動機。

【請求項6】

前記第１通電ブラシが前記一の整流子セグメントから離れるときに前記第１補助ブラシに接する前記少なくとも２つの整流子セグメントは、連続して並ぶ３つ以上の整流子セグメントであり、
前記第２通電ブラシが前記他の整流子セグメントから離れるときに前記第２補助ブラシに接する前記少なくとも２つの整流子セグメントは、連続して並ぶ３つ以上の整流子セグメントである、
請求項４に記載の電動機。

【請求項7】

前記第１補助ブラシは、互いに電気的に接続され且つ分離された一対のブラシであり、
前記第２補助ブラシは、互いに電気的に接続され且つ分離された一対のブラシである、
請求項１～３のいずれか１項に記載の電動機。

【請求項8】

前記第１通電ブラシが前記一の整流子セグメントから離れるときに前記第１補助ブラシに接する前記少なくとも２つの整流子セグメントは、２つ以上離れて配置されており、
前記第２通電ブラシが前記他の整流子セグメントから離れるときに前記第２補助ブラシに接する前記少なくとも２つの整流子セグメントは、２つ以上離れて配置されている、
請求項７に記載の電動機。

【請求項9】

請求項１～７のいずれか１項に記載の電動機を用いた電気機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電動機及び電気機器に関する。

【背景技術】

【0002】

電動機は、電気掃除機に搭載される電動送風機等の種々の製品に用いられている。電動機としては、ブラシと整流子とを用いた整流子電動機（整流子モータ）、又は、ブラシと整流子とを用いないブラシレス電動機が知られている。

【0003】

整流子電動機は、例えば、ステータと、ステータの磁力によって回転するロータと、ロータの回転軸（シャフト）に取り付けられた整流子と、整流子に摺接する通電ブラシとを備える。整流子は、ロータの回転軸の周方向に沿って等間隔に設けられた複数の整流子セグメントを有する。複数の整流子セグメントの各々には、ロータのコアに巻回された複数の巻線コイルが電気的に接続されている。

【0004】

整流子電動機では、通電ブラシと整流子とでロータの複数の巻線コイルの各々に通電を行っている。この場合、整流子の回転によって通電される巻線コイルが切り替わる際に、通電ブラシと整流子セグメントとの間にスパークが発生することがある。このようなスパークが発生すると、通電ブラシの磨耗が早まるので、電動機の寿命が低下する。

【0005】

そこで、従来、スパークを抑制して通電ブラシの長寿命化を図るために、スパークによるアーク電圧を吸収する電子部品が接続された補助ブラシを設ける技術が提案されている（例えば特許文献１、２）。具体的には、特許文献１、２に開示された整流子電動機では、一対の補助ブラシを設けて、一方の補助ブラシと他方の補助ブラシとの間にダイオードを接続している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開平８－９８４８５号公報

【文献】特許第６５１２９８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１、２に開示された構成については、入力電圧が高くて整流子セグメントの数が多い電動機には採用することが難しい。例えば、電気掃除機に搭載される電動機では入力電圧が２０Ｖを超えることがあるが、このような２０Ｖを超える高い入力電圧で駆動する電動機では、ダイオードを介して電気的に接続された一対の補助ブラシを用いてスパークを抑制することが難しい。

【0008】

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、入力電圧が高くて整流子セグメントの数が多い場合であっても、ダイオードを介して電気的に接続された一対の補助ブラシを用いて、通電ブラシと整流子セグメントとの間で発生するスパークを効果的に抑制することができる電動機及びこれを備えた電気機器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】

【0009】

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、回転軸を有するロータと、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複数の通電ブラシと、前記整流子に接する複数の補助ブラシとを備え、前記整流子は、前記回転軸の周方向に沿って設けられた複数の整流子セグメントを有し、前記複数の通電ブラシは、第１通電ブラシと第２通電ブラシとを含み、前記複数の補助ブラシは、第１補助ブラシと第２補助ブラシとを含み、前記第１補助ブラシと前記第２補助ブラシとは、ダイオードを介して電気的に接続されており、前記第１補助ブラシは、前記第１通電ブラシが前記複数の整流子セグメントのうちの一の整流子セグメントから離れるときに、前記複数の整流子セグメントのうち当該一の整流子セグメントよりも前記ロータの回転方向の後方に位置する少なくとも２つの整流子セグメントに接するように配置され、前記第２補助ブラシは、前記第２通電ブラシが前記複数の整流子セグメントのうちの他の整流子セグメントから離れるときに、前記複数の整流子セグメントのうち当該他の整流子セグメントよりも前記ロータの回転方向の後方に位置する少なくとも２つの整流子セグメントに接するように配置されている。

【0010】

また、本開示に係る電気機器の一態様は、上記電動機を用いた電気機器である。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、入力電圧が高くて整流子セグメントの数が多い場合であっても、ダイオードを介して電気的に接続された一対の補助ブラシを用いて、通電ブラシと整流子セグメントとの間で発生するスパークを効果的に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施の形態に係る電動機の断面図である。

【図2】図２は、図１のII－II線における実施の形態に係る電動機の断面図である。

【図3】図３は、整流子の回転により通電ブラシと整流子セグメントとが摺接する様子を説明するための図である。

【図4】図４は、比較例の電動機において、通電ブラシ及び補助ブラシを通る平面で切断したときの断面図である。

【図5】図５は、変形例１に係る電動機において、通電ブラシ及び補助ブラシを通る平面で切断したときの断面図である。

【図6】図６は、変形例２に係る電動機において、通電ブラシ及び補助ブラシを通る平面で切断したときの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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及び接続形態等は、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。

【0014】

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又は簡略化する。

【0015】

（実施の形態）
まず、実施の形態に係る電動機１の全体の構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、実施の形態に係る電動機１の断面図である。図２は、図１のII－II線における同電動機１の断面図であり、通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０を通る平面で切断したときの断面を示している。

【0016】

電動機１は、整流子電動機であり、図１及び図２に示すように、ステータ１０と、ステータ１０の磁力により回転するロータ２０と、ロータ２０のシャフト２１に取り付けられた整流子３０と、整流子３０に接する通電ブラシ４０と、整流子３０に接する補助ブラシ５０と、ステータ１０及びロータ２０を収納するフレーム６０とを備える。

【0017】

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、ステータ１０として磁石１１が用いられているとともに、ロータ２０として巻線コイル２２を有する電機子が用いられている。

【0018】

なお、本実施の形態における電動機１は、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、電気掃除機又はエアタオル等に搭載される電動送風機に用いることができる。また、電動機１は、自動車に搭載される電装機器又は電動工具等に用いることもできる。以下、電動機１の各構成部材について詳細に説明する。

【0019】

ステータ１０（固定子）は、ロータ２０に作用する磁力を発生させる。ステータ１０は、周方向に沿ってロータ２０とのエアギャップ面にＮ極とＳ極とが交互に存在するように構成されている。本実施の形態において、ステータ１０は、複数の磁石１１（マグネット）によって構成されている。磁石１１は、トルクを発生するための磁束を作る界磁石であり、例えばＳ極及びＮ極を有する永久磁石である。複数の磁石１１の各々は、上面視において、厚さが略一定の円弧形状である。複数の磁石１１は、フレーム６０に固定されている。

【0020】

ステータ１０を構成する複数の磁石１１は、周方向に沿って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、ステータ１０（磁石１１）が発生する主磁束の向きは、シャフト２１の軸心Ｃの方向と交差する方向である。本実施の形態において、複数の磁石１１は、ロータ２０を囲むようにして周方向に沿って等間隔で配置されており、ロータ２０におけるロータコア２３の径方向の外周側に位置している。具体的には、Ｎ極及びＳ極が着磁された複数の磁石１１が、Ｎ極の磁極中心とＳ極の磁極中心とが周方向に沿って等間隔となるように配置されている。

【0021】

ロータ２０（回転子）は、ステータ１０に作用する磁力を発生させる。本実施の形態において、ロータ２０が発生する主磁束の向きは、シャフト２１の軸心Ｃの方向と交差する方向である。ロータ２０は、回転軸であるシャフト２１を有する。また、ロータ２０は、電機子であり、巻線コイル２２及びロータコア２３を有する。本実施の形態において、ロータ２０は、インナーロータであり、ステータ１０の内側に配置されている。具体的には、ロータ２０は、ステータ１０を構成する複数の磁石１１に囲まれている。また、ロータ２０は、ステータ１０とエアギャップを介して配置されている。具体的には、ロータ２０（ロータコア２３）の外周面と各磁石１１の内面との間には微小なエアギャップが存在する。

【0022】

シャフト２１は、軸心Ｃを有する回転軸であり、ロータ２０が回転する際の中心となる長尺状の棒状部材である。シャフト２１の長手方向（延伸方向）は、軸心Ｃの方向（軸心方向）である。シャフト２１は、ベアリング等の軸受けによって回転自在に保持されている。詳細は図示されていないが、例えば、シャフト２１の一方の端部である第１端部２１ａは、フレーム６０に固定されたブラケットに保持又はフレーム６０に直接保持された第１軸受けに支持され、シャフト２１の他方の端部である第２端部２１ｂは、フレーム６０に固定されたブラケットに保持又はフレーム６０に直接保持された第２軸受けに支持されている。ブラケットは、例えば、フレーム６０の開口部を覆うようにしてフレーム６０に固定される。

【0023】

シャフト２１は、ロータ２０の中心に固定されている。シャフト２１は、例えば金属棒であり、ロータコア２３を貫通する状態でロータコア２３に固定されている。例えば、シャフト２１は、ロータコア２３の中心孔に圧入したり焼き嵌めしたりすることでロータコア２３に固定されている。

【0024】

巻線コイル２２（ロータコイル）は、電流が流れることでステータ１０に作用する磁力を発生するように巻回されている。巻線コイル２２は、インシュレータ２４を介してロータコア２３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、巻線コイル２２とロータコア２３とを電気的に絶縁する。巻線コイル２２は、ロータ２０のスロットごとに設けられており、整流子３０と電気的に接続されている。具体的には、巻線コイル２２は、整流子３０の整流子セグメント３１と電気的に接続される。

【0025】

ロータコア２３は、複数の電磁鋼板がシャフト２１の長手方向に積層された積層体である。ロータコア２３は、例えば、複数のティースを有する。複数のティースの各々に巻線コイル２２が巻き回されている。つまり、巻線コイル２２は、複数設けられている。なお、ロータコア２３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。

【0026】

整流子３０は、シャフト２１に取り付けられている。したがって、整流子３０は、ロータ２０が回転することでシャフト２１とともに回転する。本実施の形態において、整流子３０は、シャフト２１の第１端部２１ａに取り付けられている。

【0027】

図２に示すように、整流子３０は、複数の整流子セグメント３１を有する。複数の整流子セグメント３１は、シャフト２１の周方向に沿って設けられている。具体的には、複数の整流子セグメント３１は、シャフト２１を囲むように円環状に等間隔で配列されている。本実施の形態において、整流子３０は、１２個の整流子セグメント３１を有する。

【0028】

図１に示すように、複数の整流子セグメント３１の各々は、シャフト２１の長手方向に延在する整流子片である。複数の整流子セグメント３１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、ロータ２０の巻線コイル２２と電気的に接続されている。一例として、整流子３０は、モールド整流子であり、複数の整流子セグメント３１が樹脂モールドされた構成になっている。この場合、複数の整流子セグメント３１は、表面が露出するようにモールド樹脂３２に埋め込まれている。なお、複数の整流子セグメント３１同士は、均圧線によって互いに同電位（均圧）となるように電気的に接続されていてもよい。

【0029】

整流子３０には、通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０が接している。具体的には、通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０は、整流子３０の整流子セグメント３１に摺接する。図示されていないが、通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０は、ブラシホルダによって保持されている。例えば、通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０は、ブラシホルダに収納されている。この場合、通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０は、ブラシホルダの内部を摺動する。また、図示されていないが、電動機１には、通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０を整流子３０に押し当てるためにコイルバネ又はトーションバネ等のブラシバネが設けられている。ブラシバネは、バネ弾性を利用して通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０に押圧を付与する。通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０の各々は、ブラシバネからの押圧力を受けて常に先端部の表面が整流子３０の整流子セグメント３１に接触する状態になっている。通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０の各々と整流子セグメント３１とが摺れ合う面は摺動面となる。なお、ブラシバネは、１つの通電ブラシ４０ごと及び１つの補助ブラシ５０ごとに設けられているが、これに限らない。

【0030】

通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０は、導電性を有する導電体である。一例として、通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０は、カーボンによって構成された長尺状の略直方体のカーボンブラシである。具体的には、通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０は、銅等の金属を含むカーボンブラシである。例えば、通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０は、黒鉛粉と銅紛とバインダー樹脂と硬化剤とを混錬した混錬物を粉砕して直方体に圧縮成形して焼成することで作製することができる。この場合、通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０は、銅等の金属成分が多く含まれる（例えば金属成分が３０％で炭素成分が７０％）金属黒鉛質ブラシであってもよいし、ゴム弾性を有する樹脂の特性が残っている（例えば樹脂成分が２０％で炭素成分が８０％）レジン質ブラシであってもよい。

【0031】

通電ブラシ４０は、整流子３０に接することでロータ２０に電力を供給する給電ブラシである。具体的には、通電ブラシ４０の先端部分が整流子３０の整流子セグメント３１に接する。したがって、通電ブラシ４０には、電源７０から供給される電流が流れる電線が接続されている。例えば、通電ブラシ４０は、ピグテール線等の電線を介して、電源７０からの電力を受電する電極端子と電気的に接続されている。具体的には、一方の端部が電極端子に接続されたピグテール線の他方の端部が通電ブラシ４０の後端部に接続されており、通電ブラシ４０が整流子セグメント３１に接触することで、ピグテール線を介して通電ブラシ４０に供給される電機子電流が整流子セグメント３１を介してロータ２０の各巻線コイル２２に流れる。

【0032】

通電ブラシ４０は、隣接する２つの整流子セグメント３１を跨って接触する状態が存在するように構成されている。つまり、ロータ２０の回転方向における通電ブラシ４０の幅の長さは、隣接する２つの整流子セグメント３１の間隔の長さよりも大きくなっている。これにより、通電ブラシ４０は、２つの整流子セグメント３１の間に接続された巻線コイル２２を短絡させることができる。

【0033】

例えば、図３の（ａ）に示すように、隣り合う２つの整流子セグメント３１の両方に１つの通電ブラシ４０が接している状態からロータ２０の回転により整流子３０の回転が進むと、図３の（ｂ）に示すように、通電ブラシ４０は、隣り合う２つの整流子セグメント３１の一方から切り離されて、隣り合う２つの整流子セグメント３１のうち回転方向の後方に位置する他方の整流子セグメント３１のみに接する状態になる。この結果、隣り合う２つの整流子セグメント３１の間の配線経路に接続された巻線コイル２２を短絡させることができる。

【0034】

図２に示すように、本実施の形態において、通電ブラシ４０は、複数設けられている。複数の通電ブラシ４０の各々が整流子３０に接している。具体的には、複数の通電ブラシ４０は、一対の通電ブラシ４０として、第１通電ブラシ４１と第２通電ブラシ４２とを含んでいる。第１通電ブラシ４１と第２通電ブラシ４２とは、整流子３０を挟持するように対向して配置される。つまり、第１通電ブラシ４１と第２通電ブラシ４２とは、シャフト２１の軸心Ｃを中心に線対称に配置されている。第１通電ブラシ４１及び第２通電ブラシ４２の各々は、シャフト２１の軸心Ｃと直交する方向（ラジアル方向）で整流子３０の整流子セグメント３１に接している。第１通電ブラシ４１及び第２通電ブラシ４２は、電源７０に接続されている。本実施の形態において、電源７０は、直流電源である。一例として、第１通電ブラシ４１は、陽極側ブラシであり、第２通電ブラシ４２は、陰極側ブラシである。

【0035】

補助ブラシ５０は、通電ブラシ４０と整流子セグメント３１とが切り離されて発生するスパークを抑制するためのスパーク抑制ブラシである。本実施の形態において、補助ブラシ５０には、電源７０から供給される電流が流れる電線が接続されていない。つまり、補助ブラシ５０には、電源７０から供給される電流が直接流れることはなく、通電ブラシ４０及び整流子セグメント３１を介して電源７０から供給される電流の一部が流れる。

【0036】

補助ブラシ５０は、通電ブラシ４０と同様に、隣接する２つの整流子セグメント３１を跨って接触する状態が存在するように構成されている。つまり、ロータ２０の回転方向における補助ブラシ５０の幅の長さは、隣接する２つの整流子セグメント３１の間隔の長さよりも大きくなっている。これにより、隣接する２つの整流子セグメント３１の間の巻線コイル２２を短絡させることができる。

【0037】

本実施の形態において、補助ブラシ５０は、複数設けられている。複数の補助ブラシ５０の各々が整流子３０に接している。具体的には、複数の補助ブラシ５０は、一対の補助ブラシ５０として、第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２とを含んでいる。第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２の各々が整流子３０に接している。

【0038】

第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２とは、ダイオード８０を介して電気的に接続されている。つまり、第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２との間の配線経路に、ダイオード８０が挿入されている。具体的には、ダイオード８０の一方の端子は、第１補助ブラシ５１に接続されており、ダイオード８０の他方の端子は、第２補助ブラシ５２に接続されている。第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２の各々とダイオード８０とは、例えば導電線等の配線によって接続されている。

【0039】

第１補助ブラシ５１は、第１通電ブラシ４１が複数の整流子セグメント３１のうちの一の整流子セグメント３１から離れるときに、当該一の整流子セグメント３１よりもロータ２０の回転方向の後方に位置する少なくとも２つの整流子セグメント３１に接するように配置されている。

【0040】

本実施の形態において、第１補助ブラシ５１は、第１通電ブラシ４１が複数の整流子セグメント３１のうちの一の整流子セグメント３１から離れるときに第１補助ブラシ５１に接する少なくとも２つの整流子セグメント３１に跨って配置された１つのブラシである。この場合、第１補助ブラシ５１に接する少なくとも２つの整流子セグメント３１は、隣り合う２つの整流子セグメント３１になっている。

【0041】

つまり、本実施の形態において、第１補助ブラシ５１は、複数の整流子セグメント３１のうち第１通電ブラシ４１が離れた直後の整流子セグメント３１（つまり、第１通電ブラシ４１が切り離されてスパークが発生する整流子セグメント３１）とこの整流子セグメント３１に隣接する整流子セグメント３１とに跨って接するように配置されている。

【0042】

同様に、第２補助ブラシ５２は、第２通電ブラシ４２が複数の整流子セグメント３１のうちの他の整流子セグメント３１から離れるときに、当該他の整流子セグメント３１よりもロータ２０の回転方向の後方に位置する少なくとも２つの整流子セグメント３１に接するように配置されている。

【0043】

本実施の形態において、第２補助ブラシ５２は、第２通電ブラシ４２が複数の整流子セグメント３１のうちの他の整流子セグメント３１から離れるときに第２補助ブラシ５２に接する少なくとも２つの整流子セグメント３１に跨って配置された１つのブラシである。この場合、第２補助ブラシ５２に接する少なくとも２つの整流子セグメント３１は、隣り合う２つの整流子セグメント３１になっている。

【0044】

つまり、本実施の形態においては、第２補助ブラシ５２は、第１補助ブラシ５１と同様に、複数の整流子セグメント３１のうち第２通電ブラシ４２が離れた直後の整流子セグメント３１（つまり、第２通電ブラシ４２が切り離されてスパークが発生する整流子セグメント３１）とこの整流子セグメント３１に隣接する整流子セグメント３１とに跨って接するように配置されている。

【0045】

なお、通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０は、同一平面上に配置されている。具体的には、通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０は、シャフト２１の軸心Ｃの方向と直交する同一平面上に配置されている。本実施の形態では、第１通電ブラシ４１、第２通電ブラシ４２、第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２が、フレーム６０内において、シャフト２１の軸心Ｃの方向にずれることなく、同一平面上に配置されている。

【0046】

次に、本実施の形態に係る電動機１の作用効果について、比較例の電動機１Ｘと比較して説明する。図４は、比較例の電動機１Ｘにおける通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０を通る平面で切断したときの断面図である。

【0047】

図４に示される比較例の電動機１Ｘと上記実施の形態に係る電動機１とは、補助ブラシ５０の配置のみが異なる。具体的には、比較例の電動機１Ｘでは、補助ブラシ５０は、複数の整流子セグメント３１のうち通電ブラシ４０が離れた直後の整流子セグメント３１（つまり、通電ブラシ４０が切り離されてスパークが発生する整流子セグメント３１）のみに接するように配置されている。

【0048】

しかしながら、図４に示される比較例の電動機１Ｘの構成は、入力電圧が高くて整流子セグメントの数が多い電動機に採用することが難しい。例えば、図４に示される比較例の電動機１Ｘのように、第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２からなる一対の補助ブラシ５０を設けて、第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２との間にダイオード８０を接続する場合、スパークが発生する前の状態において、アーク電圧（例えば金属黒鉛質ブラシの場合は約１５Ｖ）＞第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２との間の電位差、という条件を満たす必要がある。

【0049】

第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２との間の電位差は、入力電圧となる電源電圧－２×隣接する整流子セグメント間電圧として表されるので、例えば、図４に示される比較例の電動機１Ｘでは、整流子セグメント３１の総数が１２であるので、電源７０の電圧が２５Ｖである場合、第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２との間の電位差は１６．７Ｖになる。このため、図４に示される比較例の電動機１Ｘでは、スパークによるアーク電圧を吸収することが難しい場合がある。

【0050】

このように、入力電圧が高くて整流子セグメントの数が多い電動機については、スパークを抑制して通電ブラシの長寿命化を図ることが難しい。

【0051】

そこで、本願発明者らが鋭意検討した結果、入力電圧が高くて整流子セグメントの数が多い電動機であっても、ダイオードが接続された一対の補助ブラシの配置を工夫することで、スパークによるアーク電圧を効果的に吸収できることを見出した。

【0052】

具体的には、本実施の形態における電動機１では、ダイオード８０を介して電気的に接続された第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２とについて、第１補助ブラシ５１は、第１通電ブラシ４１が複数の整流子セグメント３１のうちの一の整流子セグメントから離れるときに、当該一の整流子セグメント３１よりもロータ２０の回転方向の後方に位置する少なくとも２つの整流子セグメント３１に接するように配置されており、また、第２補助ブラシ５２は、第２通電ブラシ４２が複数の整流子セグメント３１のうちの他の整流子セグメントから離れるときに、当該他の整流子セグメント３１よりもロータ２０の回転方向の後方に位置する少なくとも２つの整流子セグメント３１に接するように配置されている。

【0053】

つまり、第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２の各々は、第１通電ブラシ４１及び第２通電ブラシ４２が切り離されてスパークが発生するタイミングで、複数の整流子セグメント３１に跨って接している。

【0054】

この構成により、第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２との間の電位差をスパーク発生直前でのアーク電圧以下にすることができる。例えば、図２に示される実施の形態に係る電動機１では、整流子セグメント３１の総数が１２で、第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２の各々が跨ぐ整流子セグメント３１が２つであるので、電源７０の電圧が２５Ｖである場合、第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２との間の電位差は１２．６Ｖになり、図４に示される比較例の電動機１Ｘの場合と比べて、第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２との間の電位差を小さくすることができる。したがって、スパークが発生する前の状態において、アーク電圧（例えば金属黒鉛質ブラシの場合は約１５Ｖ）＞第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２との間の電位差、という条件を満たすことができる。

【0055】

例えば、第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２の各々が金属黒鉛質ブラシである場合には、第１通電ブラシ４１が複数の整流子セグメント３１のうちの一の整流子セグメント３１から離れると同時に第２通電ブラシ４２が他の整流子セグメントから離れるときに、第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２との電位差が１０Ｖ以下であるとよい。

【0056】

また、第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２の各々がレジン質ブラシである場合には、第１通電ブラシ４１が複数の整流子セグメント３１のうちの一の整流子セグメント３１から離れると同時に第２通電ブラシ４２が他の整流子セグメントから離れるときに、第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２との電位差が１５Ｖ以下であるとよい。

【0057】

このように、本実施の形態に係る電動機１によれば、入力電圧が高くて（例えば２０Ｖ以上）整流子セグメント３１の数が多い場合であっても、ダイオード８０を介して電気的に接続された一対の補助ブラシ５０を用いて、通電ブラシ４０と整流子セグメント３１との間で発生するスパークを効果的に抑制することができる。これにより、高出力かつ長寿命の電動機を実現することができる。

【0058】

また、本実施の形態に係る電動機１において、第１補助ブラシ５１は、第１通電ブラシ４１が複数の整流子セグメント３１のうちの一の整流子セグメント３１から離れるときに第１補助ブラシ５１に接する少なくとも２つの整流子セグメント３１に跨って配置された１つのブラシであり、第２補助ブラシ５２は、第２通電ブラシ４２が複数の整流子セグメント３１のうちの他の整流子セグメント３１から離れるときに第２補助ブラシ５２に接する少なくとも２つの整流子セグメント３１に跨って配置された１つのブラシである。つまり、一体物である１つの第１補助ブラシ５１が複数の整流子セグメント３１に跨って接しているとともに、一体物である１つの第２補助ブラシ５２が複数の整流子セグメント３１に跨って接している。

【0059】

これにより、第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２の構成を複雑にすることなく簡単な構成で、１つの補助ブラシ５０で複数の整流子セグメント３１に同時に接触させることができる。

【0060】

また、本実施の形態に係る電動機１では、第１通電ブラシ４１が複数の整流子セグメント３１のうちの一の整流子セグメント３１から離れるときに第１補助ブラシ５１に接する少なくとも２つの整流子セグメント３１は、隣り合う２つの整流子セグメント３１になっている。同様に、第２通電ブラシ４２が複数の整流子セグメント３１のうちの他の整流子セグメント３１から離れるときに第２補助ブラシ５２に接する少なくとも２つの整流子セグメント３１は、隣り合う２つの整流子セグメント３１になっている。つまり、１つの第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２の各々は、隣り合う２つの整流子セグメント３１に跨っている。

【0061】

これにより、第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２をあまり大きくすることなく、スパークを効果的に抑制することができる。

【0062】

（変形例）
以上、本開示に係る電動機１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。

【0063】

例えば、上記実施の形態では、第１通電ブラシ４１が整流子セグメント３１から離れるときに第１補助ブラシ５１に接する整流子セグメント３１は、隣り合う２つの整流子セグメント３１であったが、これに限らない。同様に、第２通電ブラシ４２が整流子セグメント３１から離れるときに第２補助ブラシ５２に接する整流子セグメント３１は、隣り合う２つの整流子セグメント３１であったが、これに限らない。

【0064】

具体的には、図５に示される変形例１に係る電動機１Ａのように、第１通電ブラシ４１が整流子セグメント３１から離れるときに第１補助ブラシ５１Ａに接する整流子セグメント３１は、連続して並ぶ３つの整流子セグメント３１であってもよい。また、第２通電ブラシ４２が整流子セグメント３１から離れるときに第２補助ブラシ５２Ａに接する整流子セグメント３１は、連続して並ぶ３つの整流子セグメント３１であってもよい。つまり、一体物である１つの第１補助ブラシ５１Ａが３つの整流子セグメント３１に跨って接するとともに、一体物である１つの第２補助ブラシ５２Ａが３つの整流子セグメント３１に跨って接していてもよい。なお、第１補助ブラシ５１Ａ及び第２補助ブラシ５２Ａに接する整流子セグメント３１は、３つに限らず、３つ以上であってもよい。

【0065】

また、上記実施の形態では、１つの第１補助ブラシ５１が複数の整流子セグメント３１に跨って接するとともに、１つの第２補助ブラシ５２が複数の整流子セグメント３１に跨って接していたが、これに限らない。具体的には、図６に示される電動機１Ｂのように、第１補助ブラシ５１Ｂは、互いに電気的に接続され且つ分離された一対のブラシであり、また、第２補助ブラシ５２Ｂは、互いに電気的に接続され且つ分離された一対のブラシであってもよい。

【0066】

この構成により、補助ブラシ５０全体の数は増えてしまうものの、複数の補助ブラシ５０の各々と整流子セグメント３１との接触面積を小さくすることができるので、補助ブラシ５０と整流子セグメント３１と摺動ロスを低減することができる。なお、図６では、第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２の各々を２つに分割したが、３つ以上の複数に分割してもよいし、第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２の一方のみを複数に分割してもよい。

【0067】

また、図６に示される変形例２に係る電動機１Ｂにおいて、第１通電ブラシ４１が複数の整流子セグメント３１のうちの一の整流子セグメントから離れるときに第１補助ブラシ５１に接する少なくとも２つの整流子セグメント３１は、２つ以上離れて配置されているとよい。同様に、第２通電ブラシ４２が複数の整流子セグメント３１のうちの他の整流子セグメント３１から離れるときに第２補助ブラシ５２に接する少なくとも２つの整流子セグメント３１は、２つ以上離れて配置されているとよい。なお、図６では、第１補助ブラシ５１に接する２つの整流子セグメント３１は、２つ離れて配置されており、第２補助ブラシ５２に接する２つの整流子セグメント３１は、２つ離れて配置されている。

【0068】

また、上記実施の形態において、ステータ１０は、磁石１１によって構成されていたが、これに限らない。例えば、ステータ１０は、ステータコアとステータコアに巻回された巻線コイルとによって構成されていてもよい。

【0069】

また、上記実施の形態において、ロータ２０は、コアを有していたが、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、コアを有さないコアレスモータに適用することもできる。例えば、上記実施の形態における電動機１は、ステータ１０及びロータ２０の磁束がシャフト２１の軸心Ｃの方向に発生する扁平型のフラットモータであるコアレスモータに適用することができる。

【0070】

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及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】

【0071】

本開示は、電気掃除機又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】

【0072】

１、１Ａ、１Ｂ 電動機
１０ ステータ
１１ 磁石
２０ ロータ
２１ シャフト
２１ａ 第１端部
２１ｂ 第２端部
２２ 巻線コイル
２３ ロータコア
２４ インシュレータ
３０ 整流子
３１ 整流子セグメント
３２ モールド樹脂
４０ 通電ブラシ
４１ 第１通電ブラシ
４２ 第２通電ブラシ
５０ 補助ブラシ
５１、５１Ａ、５１Ｂ 第１補助ブラシ
５２、５２Ａ、５２Ｂ 第２補助ブラシ
６０ フレーム
７０ 電源
８０ ダイオード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】