JP6344413B2 - Commutator motor - Google Patents
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Description
本発明は、例えば電気掃除機等の電気機器に用いられ、整流子及びブラシを備えた整流子電動機に関する。 The present invention relates to a commutator motor that is used in an electric device such as a vacuum cleaner, and includes a commutator and a brush.
一般に、整流子電動機においては、外部から回転体(ロータ)に電流を供給するために、ケーシング側に取付けられたブラシと、ロータ側に取付けられた整流子とを互いに接触させる構成が採用されている。ここで、電動機が安定的に作動するためには、適切な荷重(押圧力)でブラシを整流子に押し付けた状態を保持することが要求される。この押圧力が不足した場合には、ロータの回転時にブラシと整流子の接触状態が不安定となり、火花の発生等によりブラシの摩耗が進行し易い。一方、押圧力が過大である場合には、ブラシが摩耗するだけでなく、ロータの回転効率が低下する。従って、ブラシの押圧力は、電動機の寿命まで適切な値(設計時の規定値)に保持されていることが理想である。 Generally, in a commutator motor, a configuration is adopted in which a brush attached to the casing side and a commutator attached to the rotor side are brought into contact with each other in order to supply current to the rotating body (rotor) from the outside. Yes. Here, in order for the electric motor to operate stably, it is required to maintain a state where the brush is pressed against the commutator with an appropriate load (pressing force). When this pressing force is insufficient, the contact state between the brush and the commutator becomes unstable when the rotor rotates, and the wear of the brush is likely to proceed due to the occurrence of sparks. On the other hand, when the pressing force is excessive, the brush not only wears but also the rotational efficiency of the rotor decreases. Therefore, it is ideal that the pressing force of the brush is maintained at an appropriate value (specified value at the time of design) until the life of the electric motor.
しかしながら、ブラシは、圧縮コイルばね、ねじりコイルばね等の線形ばねを用いて整流子に押し付けられている場合が多い。この構成では、ブラシの摩耗によりばねの撓み量が減少すると、撓み量の減少に比例して押圧力が低下する。この問題を解決するために、特許文献1に記載された従来技術では、線形ばね(圧縮コイルばね)の形状を歪ませることで、適切な押圧力を発生するための非線形特性を実現するようにしている。 However, the brush is often pressed against the commutator using a linear spring such as a compression coil spring or a torsion coil spring. In this configuration, when the amount of bending of the spring decreases due to wear of the brush, the pressing force decreases in proportion to the decrease in the amount of bending. In order to solve this problem, the prior art described in Patent Document 1 realizes a nonlinear characteristic for generating an appropriate pressing force by distorting the shape of a linear spring (compression coil spring). ing.
しかしながら、上述した従来技術では、線形ばねの組付け状態、材料のばらつき、電動機の使用状態等に応じて線形ばねの歪み形状が変動し易い。このため、従来技術では、必ずしも一定の歪み形状を再現できず、狙い通りの非線形特性を得るのが難しいという問題がある。 However, in the above-described prior art, the strain shape of the linear spring is likely to vary depending on the assembly state of the linear spring, material variations, usage state of the electric motor, and the like. For this reason, in the prior art, there is a problem that it is not always possible to reproduce a certain distortion shape, and it is difficult to obtain a desired nonlinear characteristic.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ばねの形状が変動しても、ばねの非線形特性を利用して、ブラシに適切な押圧力を与えた状態を安定的に保持することが可能な整流子電動機を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems. Even when the shape of the spring fluctuates, the state in which an appropriate pressing force is applied to the brush is stably obtained by utilizing the non-linear characteristic of the spring. An object of the present invention is to provide a commutator motor that can be held at a distance.
本発明に係る整流子電動機は、フレームと、フレームの内周側に固定されたステータと、フレーム内に回転可能に支持された回転軸と、回転軸に固定され、ステータと回転軸の径方向で対向するロータと、回転軸に固定された整流子と、フレームに固定され、先端部が整流子に向けて回転軸の径方向に突出し、先端部の一側に切欠きを有し先端部の他側に切欠きを有しないブラシホルダと、ブラシホルダにより回転軸の径方向に変位可能に保持され、整流子と接触するブラシと、ばねの荷重と撓み量との関係を表す荷重−撓み量特性が非線形特性となるばねにより形成され、ブラシに取付けられているばねの先端部でブラシをブラシホルダの一側の切欠きから整流子の方向に引くことで整流子に押し付ける非線形軟化ばねと、を備えている。
The commutator motor according to the present invention includes a frame, a stator fixed to the inner peripheral side of the frame, a rotating shaft rotatably supported in the frame, and a radial direction of the stator and the rotating shaft. in opposite to the rotor, a commutator fixed to the rotary shaft, fixed to the frame, possess protrude in the radial direction of the rotary shaft toward the tip commutator, a notch on one side of the distal tip portion A brush holder that has no notch on the other side , a brush that is held by the brush holder so as to be displaceable in the radial direction of the rotating shaft, and a load that contacts the commutator, and a load-deflection that represents the relationship between the spring load and the amount of deflection A non-linear softening spring that is formed by a spring whose amount characteristic is a non-linear characteristic, and that pushes the brush toward the commutator by pulling the brush from the notch on one side of the brush holder at the tip of the spring attached to the brush; It is equipped with.
本発明によれば、各種の要因により非線形軟化ばねの撓み量が変化しても、その非線形特性を利用して、ブラシに加える押圧力を適切な範囲に安定的に保持することができる。これにより、電動機の使い始めから寿命に至るまで狙い通りの押圧力を実現し、ブラシの摩耗等を抑制することができ、電動機の長寿命化を実現することができる。 According to the present invention, even if the amount of deflection of the nonlinear softening spring changes due to various factors, the pressing force applied to the brush can be stably maintained in an appropriate range by utilizing the nonlinear characteristics. As a result, it is possible to achieve the desired pressing force from the beginning of use of the electric motor to the end of its life, to suppress the wear of the brush and the like, and it is possible to extend the life of the electric motor.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図においては、共通する要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略するものとする。また、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、本発明は、以下の各実施の形態に示す構成のうち、組合わせ可能な構成のあらゆる組合わせを含むものである。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing, common elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the present invention is not limited to the following embodiments, and can be variously modified without departing from the gist of the present invention. Further, the present invention includes all combinations of configurations that can be combined among the configurations shown in the following embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による整流子電動機を示す断面図である。この図では、電動送風機に搭載された整流子電動機を例示している。整流子電動機は、ケーシング1、ステータ2、回転軸3、ロータ6、整流子8、ブラシ機構10等を備えている。ケーシング1は、整流子電動機の外郭及びフレームを構成するもので、段付きの円筒状に形成されている。ケーシング1の一端側には、空気の吸込口1Aが開口し、ケーシング1の他端側には、空気の吐出口(図示せず)が開口している。ケーシング1の内周側には、複数のステータ2が周方向に並んで固定されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a commutator motor according to Embodiment 1 of the present invention. In this figure, the commutator motor mounted on the electric blower is illustrated. The commutator motor includes a casing 1, a
回転軸3は、ケーシング1内で中心軸線上に配置され、軸方向に伸張している。回転軸3の両端側は、それぞれ軸受4により回転可能に支持されている。一端側の軸受4は、ケーシング1内に固定された円板状の固定案内羽根5に取付けられている。また、他端側の軸受4は、ケーシング1内の凹部に嵌合されている。回転軸3の外周側には、ロータ6が固定されている。ロータ6は、回転軸3の径方向で各ステータ2と対向している。また、回転軸3の一端側には、円板状のファン7が固定されている。ファン7は、回転軸3の軸方向で固定案内羽根5と対向している。
The rotating
また、回転軸3の外周側には、金属等の導電性材料により形成された環状の整流子8が固定されている。整流子8の外周面には、後述するブラシ機構10のブラシ12が周方向の複数個所でそれぞれ接触している。ブラシ機構10は、互いに接触するブラシ12と整流子8とを経由して、回転するロータ6に通電するための機構である。
An
このように構成される整流子電動機の作動時には、外部から通電を受けると、ステータ2とロータ6との間に磁気的な回転力が発生することにより、回転軸3が回転する。これにより、回転軸3と共にファン7が回転すると、ケーシング1の吸込口1Aから空気が吸い込まれる。この空気は、ファン7及び固定案内羽根5により案内されつつ、ケーシング1の吹出口から外部に吹き出すようになっている。
When the commutator motor configured as described above is operated, when a current is applied from the outside, a magnetic rotational force is generated between the
次に、図2を参照して、ケーシング1内で整流子8を取囲むように配置された複数のブラシ機構10について説明する。なお、各ブラシ機構10は同様の構成を有しているため、以下の説明では、1つのブラシ機構10を例に挙げて述べる。図2は、図1中のブラシ機構等を拡大して示す断面図である。ブラシ機構10は、図2に示すように、ブラシホルダ11、ブラシ12及びぜんまいばね13を備えている。
Next, with reference to FIG. 2, the
ブラシホルダ11は、例えば金属、樹脂等の材料により形成され、先端部が開口した有底の筒状をなしている。そして、ブラシホルダ11の底部は、ケーシング1の内周側に固定されている。ブラシホルダ11の先端部は、整流子8に向けて回転軸3の径方向に突出している。ブラシホルダ11は、ブラシ12を先端部が整流子8に向いた一定の姿勢に保持しつつ、回転軸3の径方向に対するブラシ12の変位を許すように構成されている。
The
ブラシ12は、従来のブラシと同様のものであり、例えば金属等の導電性材料により円柱状に形成されている。ブラシ12は、ブラシホルダ11により保持された状態で、整流子8に対して近接及び離間するように構成されている。また、ブラシ12の先端部は、ぜんまいばね13のばね力により整流子8の外周面に押し付けられ、整流子8と接触した状態に保持されている。
The
ぜんまいばね13は、例えばばね性を有する鋼板を渦巻状に巻くことにより形成されている。ぜんまいばね13のうち渦巻状に巻かれた本体部分は、例えばケーシング1側に取付けられている。また、ぜんまいばね13の先端部は、ブラシ12の底部側に取付けられている。これにより、ぜんまいばね13は、ブラシ12を支持しつつ、ぜんまいばね13の先端部が渦巻状の本体部分に巻き戻されようとする方向のばね力によりブラシ12を整流子8に押し付けている。ぜんまいばね13がブラシ12を整流子8に押し付けるときの押圧力(ばねの荷重)は、後述のように適切な範囲に保持されている。
The
ぜんまいばね13は、ばねの荷重と撓み量との関係を表す荷重−撓み量特性が非線形特性となるばね、即ち、非線形軟化ばねにより構成されている。図3は、非線形軟化ばね及び線形ばねの荷重−撓み量特性を示す特性線図である。この図中に点線で示すように、コイルばね等のような一般的な線形ばねは、ばねの荷重が増加するほど、荷重に比例して撓み量も増加するので、荷重−撓み量特性が線形特性となる。これに対し、ぜんまいばね13等の非線形軟化ばねは、図3中に実線で示すような非線形特性を有している。この非線形特性では、ばねの荷重と共に撓み量が増加するものの、荷重がある程度増加すると、撓み量の増加量が少なくなる。
The
この非線形特性を利用して、本実施の形態では、ぜんまいばね13によりブラシ12を整流子8に押し付ける構成とした上で、ぜんまいばね13を図3中の荷重安定領域(a)で使用する。即ち、ブラシ12を整流子8に押し付けた状態でのぜんまいばね13の撓み量は、例えば荷重安定領域(a)内の値Aとなるように設定される。ここで、荷重安定領域(a)とは、ぜんまいばね13の荷重−撓み量特性の特性線上において、撓み量の変化に対する荷重の変化が許容範囲に収まる領域として定義される。また、荷重の許容範囲とは、ブラシ12に加える押圧力として適切な荷重の範囲であり、例えば設計時に予め決定されている。
In the present embodiment, the
上記構成によれば、例えばばねの組付け状態、材料のばらつき、電動機の使用状態等が原因でぜんまいばね13の撓み量が変化しても、ぜんまいばね13の荷重を荷重安定領域(a)内で得られる一定の範囲内に保持することができる。即ち、ぜんまいばね13の非線形特性を利用して、ぜんまいばね13がブラシ12に加える押圧力の変動を抑制し、当該押圧力を適切な範囲に安定的に保持することができる。これにより、電動機の使い始めから寿命に至るまで狙い通りの押圧力を実現し、ブラシ12の摩耗等を抑制することができる。また、ブラシ機構10の通電状態を安定させることができる。従って、低コストなぜんまいばね13を使用しながらも、電動機の長寿命化を実現することができる。
According to the above configuration, even if the amount of deflection of the
実施の形態2.
次に、図4を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態の特徴は、非線形軟化ばねとして空気ばねを用いたことにある。図4は、本発明の実施の形態2による整流子電動機のブラシ機構等を拡大して示す断面図である。この図に示すように、本実施の形態の整流子電動機は、ブラシ機構20を備えている。ブラシ機構20は、実施の形態1と同様に、ブラシホルダ21及びブラシ22を備えているものの、更に、非線形軟化ばねとしての空気ばね23を備えている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The feature of this embodiment is that an air spring is used as the nonlinear softening spring. FIG. 4 is an enlarged sectional view showing a brush mechanism and the like of the commutator motor according to the second embodiment of the present invention. As shown in this figure, the commutator motor of this embodiment includes a
空気ばね23は、密閉空間に封入された空気の弾力性を利用するばねであり、空気ばね23の荷重−撓み量特性は、前記ぜんまいばね13と同様の非線形特性(図3)に設定されている。そして、本実施の形態では、空気ばね23を図3中の荷重安定領域(a)で使用する。このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
The
なお、前記実施の形態1,2では、整流子電動機を電動送風機に搭載する場合を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、単体の整流子電動機、及び、電動送風機以外の各種の機器に搭載される整流子電動機にも適用されるものである。 In the first and second embodiments, the case where the commutator motor is mounted on the electric blower is illustrated. However, the present invention is not limited to this, and is also applicable to a single commutator motor and a commutator motor mounted on various devices other than the electric blower.
1 ケーシング(フレーム)
2 ステータ
3 回転軸
4 軸受
5 固定案内羽根
6 ロータ
7 ファン
8 整流子
10,20 ブラシ機構
11,21 ブラシホルダ
12,22 ブラシ
13 ぜんまいばね(非線形軟化ばね)
23 空気ばね(非線形軟化ばね)
1 Casing (frame)
2
23 Air spring (non-linear softening spring)
Claims (3)
前記フレームの内周側に固定されたステータと、
前記フレーム内に回転可能に支持された回転軸と、
前記回転軸に固定され、前記ステータと前記回転軸の径方向で対向するロータと、
前記回転軸に固定された整流子と、
前記フレームに固定され、先端部が前記整流子に向けて前記回転軸の径方向に突出し、前記先端部の一側に切欠きを有し前記先端部の他側に切欠きを有しないブラシホルダと、
前記ブラシホルダにより前記回転軸の径方向に変位可能に保持され、前記整流子と接触するブラシと、
ばねの荷重と撓み量との関係を表す荷重−撓み量特性が非線形特性となるばねにより形成され、前記ブラシに取付けられているばねの先端部で前記ブラシを前記ブラシホルダの前記一側の切欠きから前記整流子の方向に引くことで前記整流子に押し付ける非線形軟化ばねと、
を備えた整流子電動機。 Frame,
A stator fixed to the inner peripheral side of the frame;
A rotating shaft rotatably supported in the frame;
A rotor fixed to the rotating shaft and facing the stator in the radial direction of the rotating shaft;
A commutator fixed to the rotating shaft;
Fixed to said frame, projecting in the radial direction of the rotating shaft tip toward the commutator, brush holder no-out the other side cutouts have a notch on one side of the front end portion and the distal portion When,
A brush that is held by the brush holder so as to be displaceable in the radial direction of the rotary shaft,
The load-deflection amount characteristic representing the relationship between the spring load and the amount of deflection is formed by a spring having a nonlinear characteristic, and the brush is cut at one end of the brush holder at the tip of the spring attached to the brush. A non-linear softening spring that presses against the commutator by pulling in the direction of the commutator from a notch,
Commutator motor equipped with.
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