特許 7584051 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】2024-11-07

(45)【発行日】2024-11-15

(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 20060101AFI20241108BHJP

【ＦＩ】

H02K13/00 S

H02K13/00 X

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021545520

(86)(22)【出願日】2020-09-07

(86)【国際出願番号】 JP2020033755

(87)【国際公開番号】W WO2021049452

(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 2019164797

(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２００３－２５９５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０３４７４１（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補助ブラシは、前記複数の整流子セグメントのうち前記第１通電ブラシが離れた直後の整流子セグメントと第１電位で同電位となる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、前記複数の整流子セグメントのうち前記第２通電ブラシが離れた直後の整流子セグメントと第２電位で同電位となる整流子セグメントに接するように配置されており、
前記複数の整流子セグメントには、前記第１電位で同電位となる整流子セグメント及び前記第２電位で同電位となる整流子セグメントの各々が３つ以上含まれており、
前記第２補助ブラシは、前記第２電位で同電位となる３つ以上の整流子セグメントのうち、前記第１補助ブラシが接する整流子セグメントと前記ロータの周方向に沿って最短距離となる整流子セグメントに接している、
電動機。

【請求項2】

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いる、
請求項１に記載の電動機。

【請求項3】

前記複数の整流子セグメントには、同電位となる整流子セグメントがｎ個ずつ（ｎは３以上の自然数）含まれている場合、前記複数の通電ブラシの数は、２（ｎ－１）である、
請求項１又は２に記載の電動機。

【請求項4】

請求項１～３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１～３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１３－１７９８０７号公報

【文献】特開２０１１－４５８２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に開示された技術では、補助ブラシと通電ブラシとが近い距離に位置しているので、通電ブラシと補助ブラシとの間にブラシ摩耗粉が堆積し、異常スパークが発生して通電ブラシが摩耗したり、ブラシ摩耗粉が通電ブラシに固着して通電ブラシの移動が阻害されて通電不良になったりするおそれがある。この結果、電動機の長寿命化が阻害されてしまう。また、特許文献１に開示された電動機のように、一対の補助ブラシ同士が離れて配置されていると、一対の補助ブラシに接続される配線の引き回しが複雑になり、電動機の小型化が阻害される。

【0008】

また、特許文献２に開示された技術では、通電ブラシと補助ブラシとが一体に構成されているが、通電ブラシと補助ブラシとの摩耗速度が異なるため、通電ブラシ及び補助ブラシのいずれかが整流子セグメントに接触せずに接触不良が生じるおそれがある。この結果、電動機の長寿命化が阻害されてしまう。

【0009】

また、特許文献３に開示された技術では、補助ブラシと通電ブラシとをシャフトの軸心方向にずらして配置しているので、整流子セグメントがシャフトの軸心方向に長くなる。このため、電動機の小型化が阻害される。

【0010】

このように、補助ブラシを用いた従来の整流子電動機では、長寿命化及び小型化の両立を図ることが難しいという課題がある。

【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、補助ブラシを用いる場合であっても、長寿命化及び小型化の両立を図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】

【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、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補助ブラシは、前記複数の整流子セグメントのうち前記第１通電ブラシが離れた直後の整流子セグメントと第１電位で同電位となる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、前記複数の整流子セグメントのうち前記第２通電ブラシが離れた直後の整流子セグメントと第２電位で同電位となる整流子セグメントに接するように配置されている。

【0013】

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】

【0014】

本開示によれば、補助ブラシを用いた場合であっても、長寿命化及び小型化の両立を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【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、実施の形態に係る電動機において、均圧線による整流子セグメント同士の接続関係と通電ブラシ及び補助ブラシの配置例とを模式的に示す図である。

【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、比較例に係る電動機において、均圧線による整流子セグメント同士の接続関係と通電ブラシ及び補助ブラシの配置例とを模式的に示す図である。

【図5】図５は、変形例に係る電動機において、均圧線による整流子セグメント同士の接続関係と通電ブラシ及び補助ブラシの配置例とを模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

（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、実施の形態に係る電動機１において、均圧線２２ａによる整流子セグメント３１同士の接続関係と通電ブラシ４０及び補助ブラシ５０の配置例とを模式的に示す図である。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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、２４個の整流子セグメント３１を有する。

【0031】

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。

【0032】

また、複数の整流子セグメント３１は、互いに絶縁分離されているが、複数の整流子セグメント３１同士は、電気的に接続されている。例えば、図２には図示されていないが、隣り合う２つの整流子セグメント３１同士（セグメント間）は、巻線コイル２２によって接続されている。さらに、本実施の形態では、複数の整流子セグメント３１のうちの少なくとも２つの整流子セグメント３１は、均圧線２２ａ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る。具体的には、複数の整流子セグメント３１には、均圧線２２ａによって同電位になっている３つ以上の整流子セグメント３１が複数組存在している。本実施の形態において、整流子３０には２４個の整流子セグメント３１が設けられており、均圧線２２ａによって互いに同電位にされた３つの整流子セグメント３１が８組存在している。図２において、整流子セグメント３１で囲まれた領域内に示される直線が均圧線２２ａを示しており、本実施の形態では、８個置きに配置された３つの整流子セグメント３１同士が均圧線２２ａによって同電位となるように接続されている。具体的には、２４個の整流子セグメント３１において、ある１つの整流子セグメント３１は、均圧線２２ａによって、８つ隣りの整流子セグメント３１と１６個隣りの整流子セグメント３１とに接続されている。

【0033】

一例として、図２に示すように、２４個の整流子セグメント３１を整流子３０の回転方向に沿って順に１番から２４番の番号を付したときに、１番の整流子セグメント３１と９番の整流子セグメント３１とが均圧線２２ａによって接続されており、９番の整流子セグメント３１と１７番の整流子セグメント３１とが均圧線２２ａによって接続されている。また、２番の整流子セグメント３１と１８番の整流子セグメント３１とが均圧線２２ａとが接続されており、１０番の整流子セグメント３１と１８番の整流子セグメント３１とが均圧線２２ａによって接続されている。また、３番の整流子セグメント３１と１１番の整流子セグメント３１とが均圧線２２ａによって接続されており、３番の整流子セグメント３１と１９番の整流子セグメント３１とが均圧線２２ａによって接続されている。なお、その他の整流子セグメント３１についても同様である。

【0034】

均圧線２２ａは、ロータ２０のスロットごとに設けられた巻線コイル２２（本巻線）と一体に構成されている。つまり、均圧線２２ａと巻線コイル２２とは、途中でカットされることなく連続する１本の導電線である。この場合、均圧線２２ａは、１本の導電線のうち、２つの巻線コイル２２同士を接続する部分（渡り線）の一部であってもよいし、巻線コイル２２を巻き始める前の部分であってもよいし、巻線コイル２２を巻き終わった後の部分であってもよい。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

例えば、図３の（ａ）に示すように、１番と２番の隣り合う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、２番の整流子セグメント３１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１番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、１番の整流子セグメント３１と２番の整流子セグメント３１と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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

補助ブラシ５０は、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と同電位（均圧）になっている別の整流子セグメント３１に接するように配置されている。

【0045】

具体的には、第１補助ブラシ５１は、複数の整流子セグメント３１のうち複数の通電ブラシ４０に含まれる第１通電ブラシ４１が離れた直後の整流子セグメント３１と第１電位で同電位となる整流子セグメント３１（均圧セグメント）に接するように配置されている。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が離れた直後の整流子セグメント３１と同電位になってい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。

【0046】

例えば、図２に示すように、第１通電ブラシ４１が２番の整流子セグメント３１から切り離されて１番の整流子セグメント３１のみに接している状態において、第１補助ブラシ５１は、第１通電ブラシ４１が切り離された直後の２番の整流子セグメント３１と同電位になっている１０番の整流子セグメント３１に接するように配置されている。

【0047】

同様に、第２補助ブラシ５２は、複数の整流子セグメント３１のうち複数の通電ブラシ４０に含まれる第２通電ブラシ４２が離れた直後の整流子セグメント３１と第２電位で同電位となる整流子セグメント３１に接するように配置されている。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が離れた直後の整流子セグメント３１と同電位になってい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】

例えば、図２に示すように、第２通電ブラシ４２が１４番の整流子セグメント３１から切り離されて１３番の整流子セグメント３１のみに接している状態において、第２補助ブラシ５２は、第２通電ブラシ４２が切り離された直後の１４番の整流子セグメント３１と同電位となっている６番の整流子セグメント３１に接するように配置されている。

【0049】

本実施の形態では、第１通電ブラシ４１が１つの整流子セグメント３１のみに接すると同時に第２通電ブラシ４２が１つの整流子セグメント３１のみに接している場合に、第１補助ブラシ５１は、第１通電ブラシ４１が切り離された直後の整流子セグメント３１と同電位になっている整流子セグメント３１のみに接すると同時に、第２補助ブラシ５２は、第２通電ブラシ４２が切り離された直後の整流子セグメント３１と同電位になっている整流子セグメント３１のみに接している。

【0050】

なお、第１補助ブラシ５１が接している整流子セグメント３１の第１電位と、第２補助ブラシ５２が接している整流子セグメント３１の第２電位とは、異なっていてもよいし、同じであってもよい。

【0051】

また、本実施の形態では、第１電位で同電位となる整流子セグメント３１及び第２電位で同電位となる整流子セグメント３１は、それぞれ３つである。この場合、第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２とが近い位置に配置されるように、第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２が整流子セグメント３１に接している。

【0052】

具体的には、第２補助ブラシ５２は、第２電位で同電位となる３つの整流子セグメント３１のうち、第１補助ブラシ５１が接する整流子セグメント３１とロータ２０の周方向に沿って最短距離となる整流子セグメント３１に接している。また、第１補助ブラシ５１は、第１電位で同電位となる３つの整流子セグメント３１のうち、第２補助ブラシ５２が接する整流子セグメント３１とロータ２０の周方向に沿って最短距離となる整流子セグメント３１に接している。

【0053】

例えば、図２において、第１通電ブラシ４１が離れた直後の２番の整流子セグメント３１と同電位になっている整流子セグメント３１は、１０番の整流子セグメント３１と１８番の整流子セグメント３１とが存在し、また、第２通電ブラシ４２が離れた直後の１４番の整流子セグメント３１と同電位になっている整流子セグメント３１は、６番の整流子セグメント３１と２２番の整流子セグメント３１とが存在しているが、第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２との周方向の距離が最短となるように、第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２が整流子セグメント３１に接している。つまり、第１補助ブラシ５１は、１８番の整流子セグメント３１ではなく１０番の整流子セグメント３１に接しており、第２補助ブラシ５２は、２２番の整流子セグメント３１ではなく６番の整流子セグメント３１に接している。

【0054】

なお、第１補助ブラシ５１が１８番の整流子セグメント３１に接し、かつ、第２補助ブラシ５２が２２番の整流子セグメント３１に接するように、第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２を配置しても、第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２は最短距離となる。

【0055】

このように構成される通電ブラシ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。

【0056】

フレーム６０は、ステータ１０及びロータ２０等の電動機１を構成する部品を収納する筐体（ケース）である。フレーム６０は、例えば、円筒形状の円筒部を有する。フレーム６０は、例えば、アルミニウム等の金属材料によって構成されている。ステータ１０（磁石１１）は、フレーム６０の内周面に沿ってフレーム６０に取り付けられている。なお、フレーム６０は、底部を有する有底円筒形状であってもよい。

【0057】

以上のように構成される電動機１では、通電ブラシ４０に供給される電流が電機子電流（駆動電流）として整流子３０を介してロータ２０の巻線コイル２２に流れることで、ロータ２０に磁束が発生する。そして、このロータ２０に生じた磁束とステータ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ロータ２０を回転させるトルクとなる。このとき、整流子セグメント３１と通電ブラシ４０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。つまり、転流が生じる。このように、電流が流れる方向が切り替えられることで、ステータ１０とロータ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る。これにより、ロータ２０は、シャフト２１を回転中心として回転する。

【0058】

次に、本実施の形態に係る電動機１の特徴について、本開示の技術に至った経緯も含めて説明する。

【0059】

整流子電動機では、通電ブラシと整流子セグメントとの間に発生する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、通電ブラシとは別に補助ブラシを配置して、この補助ブラシに、スパークによるアーク電圧を吸収する電子部品を電気的に接続することが行われている。

【0060】

例えば、図４に示される比較例の電動機１Ｘでは、通電ブラシ４０と整流子セグメント３１との間に発生するスパークを抑制するために、ダイオード８０が接続された一対の補助ブラシ５０を設けている。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、通電ブラシ４０が離れた直後の整流子セグメント３１に接するように配置されている。

【0061】

しかしながら、図４に示される比較例の電動機１Ｘの構成では、通電ブラシ４０と補助ブラシ５０とが近接して配置されているので、通電ブラシ４０と補助ブラシ５０との間にブラシ摩耗粉が堆積し、異常スパークが発生して通電ブラシ４０が摩耗したり、ブラシ摩耗粉が通電ブラシ４０に固着して通電ブラシ４０の移動が阻害されて通電不良になったりするおそれがある。この結果、電動機１Ｘの長寿命化が阻害されてしまう。また、図４に示される比較例の電動機１Ｘでは、一対の補助ブラシ５０が離れて配置されている。つまり、第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２とが離れて配置されている。このため、第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２に接続される配線の引き回しが複雑になり、電動機１Ｘの小型化が阻害される。

【0062】

また、通電ブラシと補助ブラシとを一体した電動機も提案されているが、通電ブラシと補助ブラシとでは摩耗速度が異なるため、通電ブラシと補助ブラシとを一体にすると、通電ブラシ及び補助ブラシのいずれかが整流子セグメントに接触せずに接触不良が生じるおそれがある。この結果、電動機の長寿命化が阻害されてしまう。

【0063】

また、補助ブラシと通電ブラシとをシャフトの軸心方向にずらして配置する電動機も提案されているが、このような構成では、整流子セグメントがシャフトの軸心方向に長くなる。このため、電動機の小型化が阻害されてしまう。

【0064】

このように、これまでの技術では、補助ブラシを用いた整流子電動機の長寿命化及び小型化の両立を図ることが難しかった。

【0065】

そこで、本願発明者らが鋭意検討した結果、補助ブラシの配置を工夫することによって、補助ブラシを用いた整流子電動機であっても、長寿命化及び小型化の両立を図ることができることを見出した。

【0066】

具体的には、本実施の形態に係る電動機１では、図２に示すように、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と同電位（均圧）になっている別の整流子セグメント３１に接するように補助ブラシ５０を配置している。

【0067】

より具体的には、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と同電位となる整流子セグメント３１に接するように配置されている。同様に、第２補助ブラシ５２は、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と同電位となる整流子セグメント３１に接するように配置されている。

【0068】

この構成により、通電ブラシ４０が切り離された直後の整流子セグメント３１と通電ブラシ４０との間にスパークが発生したときに、通電ブラシ４０が切り離された直後の整流子セグメント３１と同電位になっている整流子セグメント３１に補助ブラシ５０が接しているので、この補助ブラシ５０によってスパークを抑制することができる。つまり、スパークによるアーク電圧を、補助ブラシ５０に接続されたダイオード８０で吸収することができる。

【0069】

具体的には、第１通電ブラシ４１と整流子セグメント３１との間に発生するスパークについては、第１通電ブラシ４１が切り離された直後の整流子セグメント３１と同電位になっている整流子セグメント３１に接する第１補助ブラシ５１によって抑制することができる。また、第２通電ブラシ４２と整流子セグメント３１との間に発生するスパークについては、第２通電ブラシ４２が切り離された直後の整流子セグメント３１と同電位になっている整流子セグメント３１に接する第２補助ブラシ５２によって抑制することができる。

【0070】

しかも、本実施の形態に係る電動機１では、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と同電位になっている別の整流子セグメント３１に接する補助ブラシ５０を用いてスパークを吸収しているので、通電ブラシ４０と補助ブラシ５０との距離を離すことができる。具体的には、第１通電ブラシ４１と第１補助ブラシ５１との距離を離すことができるとともに、第２通電ブラシ４２と第２補助ブラシ５２との距離を離すことができる。

【0071】

このように、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との間に発生するスパークを抑制しつつ、通電ブラシ４０と補助ブラシ５０との距離を離して通電ブラシ４０と補助ブラシ５０とを遠ざけることができる。

【0072】

これにより、通電ブラシ４０と補助ブラシ５０との間にブラシ摩耗粉が堆積して異常スパークが発生したりブラシ摩耗粉の目詰まりが発生したりすることを回避できるとともに、ブラシ摩耗粉が通電ブラシ４０に固着して通電ブラシ４０の移動が阻害されて通電不良が発生することを回避できる。また、通電ブラシ４０のスパークによって補助ブラシ５０が摩耗することも回避できる。したがって、電動機１の長寿命化が阻害されてしまうことを抑制できる。

【0073】

さらに、第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２とを近づけて配置することができるので、第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２に接続される配線の引き回しを簡素化することができる。これにより、電動機１の小型化を図ることができる。

【0074】

以上、本実施の形態に係る電動機１によれば、補助ブラシ５０を用いた場合であっても、長寿命化及び小型化の両立を図ることができる。

【0075】

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。

【0076】

この構成により、通電ブラシ４０と整流子セグメント３１との間に発生するスパークによるアーク電圧をダイオード８０で吸収することができる。これにより、スパークによって通電ブラシ４０が摩耗することを効果的に抑制できるので、通電ブラシ４０の寿命が低下することを抑制できる。したがって、さらに電動機１の長寿命化を図ることができる。

【0077】

また、本実施の形態に係る電動機１において、第２補助ブラシ５２は、第２電位で同電位となる３つの整流子セグメント３１のうち、第１補助ブラシ５１が接する整流子セグメント３１とロータ２０の周方向に沿って最短距離となる整流子セグメント３１に接している。同様に、第１補助ブラシ５１は、第１電位で同電位となる３つの整流子セグメント３１のうち、第２補助ブラシ５２が接する整流子セグメント３１とロータ２０の周方向に沿って最短距離となる整流子セグメント３１に接している。

【0078】

つまり、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整流子セグメント３１と同電位になっている別の整流子セグメント３１に接するように第１補助ブラシ５１及び第２補助ブラシ５２が配置されているという条件を満たしつつ、第１補助ブラシ５１が接する整流子セグメント３１と第２補助ブラシ５２が接する整流子セグメント３１とが最短距離となる位置に配置されている。

【0079】

これにより、第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２とを接続する配線の引き回しを少なくすることができる。したがって、さらに電動機１の小型化を図ることができ、コンパクトなモータを実現することができる。また、本実施の形態における電動機１では、第１補助ブラシ５１と第２補助ブラシ５２との間の配線が、通電ブラシ４０と電源７０との間の配線（電源線）を跨がなくてすむので、配線間ショートのリスクを軽減することができる。

【0080】

（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。

【0081】

例えば、上記実施の形態では、１つの整流子３０において、均圧線２２ａにより同電位になっている整流子セグメントの数は３つであったが、これに限らない。具体的には、同電位になっている整流子セグメントの数は２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。つまり、同電位になっている整流子セグメントの数は複数であればよい。

【0082】

また、上記実施の形態では、通電ブラシ４０が２つで、補助ブラシ５０が２つであったが、これに限らない。例えば、図５に示される電動機１Ａのように、２つの補助ブラシ５０に対して、４つの通電ブラシ４０を設けてもよい。具体的には、図５に示される電動機１Ａでは、陽極側ブラシである第１通電ブラシ４１が第１の第１通電ブラシ４１ａと第２の第１通電ブラシ４１ｂとによって構成されており、陰極側ブラシである第２通電ブラシ４２が第１の第２通電ブラシ４２ａと第２の第２通電ブラシ４２ｂとによって構成されている。図５に示される電動機１Ａは、図２に示される電動機１に対して、第２の第１通電ブラシ４１ｂと第２の第２通電ブラシ４２ｂとが追加された構成になっている。なお、通電ブラシ４０の数は、４つに限らず、５つ以上であってもよい。

【0083】

このように、通電ブラシ４０が４本以上の場合であっても、補助ブラシ５０の数を２つで構成することができる。つまり、本開示の技術を用いることで、通電ブラシ４０の数が補助ブラシ５０の数よりも多くすることができる。以下、このことについて説明する。

【0084】

通電ブラシの数を倍にすると１つの通電ブラシで発生するスパークが半減するので、通電ブラシの寿命が飛躍的に伸びる。しかしながら、補助ブラシを用いた従来の電動機の構成では、通電ブラシの数が増えると、補助ブラシ及びダイオードの数も増やさないといけなければならなかった。これに対して、図５に示される電動機１Ａは、一対の補助ブラシ５０の間にダイオード８０を接続する構成ではあるが、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と同電位になっている別の整流子セグメント３１に接するように補助ブラシ５０を配置しているので、長寿命化のために通電ブラシ４０の数を増やしたとしても、補助ブラシ５０及びダイオード８０の数は増やさなくてもよい。これにより、補助ブラシ５０及びダイオード８０の数の増加に伴って電動機が大型化することを抑制できる。つまり、さらに長寿命化を図りつつも、小型の電動機を実現することができる。

【0085】

なお、通電ブラシ４０の数と補助ブラシ５０の数との組み合わせについては、図５に示される場合に限らない。具体的には、複数の整流子セグメント３１に同電位となる整流子セグメントがｎ個ずつ（ｎは２以上の自然数）含まれている場合、複数の通電ブラシ４０の数は、２（ｎ－１）であればよい。この場合、ｎは、３以上であるとよい（ｎ≧３）。つまり、同電位となる整流子セグメント３１は、３つ以上であるとよい。この場合、通電ブラシ４０の数が２（ｎ－１）としても、補助ブラシ５０の数は２である方がよい。つまり、通電ブラシ４０が増えても（ｎが増加しても）、補助ブラシ５０は２本のみとした方がよい（増えない方がよい）。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

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】

【0089】

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】

【0090】

１、１Ａ 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
２２ａ 均圧線
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
４１ａ 第１の第１通電ブラシ
４１ｂ 第２の第１通電ブラシ
４２ 第２通電ブラシ
４２ａ 第１の第２通電ブラシ
４２ｂ 第２の第２通電ブラシ
５０ 補助ブラシ
５１ 第１補助ブラシ
５２ 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】