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技術 電動機、電動送風機、掃除機および電動機用ホルダ

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 藤田克敏
出願日 2017年7月14日 (3年5ヶ月経過) 出願番号 2017-138235
公開日 2020年9月24日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-156120
状態 未査定
技術分野 電気掃除機(1) 電動機,発電機と機械的装置等との結合 回転形集電装置 電動機、発電機の集電
主要キーワード バネ弾性力 外郭筐体 空気出力 バネホルダ 回転対象物 稼動範囲 巻回面 接触アーム
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (14)

課題

ブラシを整流子押し付けるためのブラシバネとしてトーションバネを用いた場合であっても、効率が低下することを抑制できるとともに長寿命かつ小型の電動機等を提供する。

解決手段

電動機2は、回転子10と、回転子10に固定されたシャフト30と、シャフト30に取り付けられた整流子40と、整流子40に摺接可能に配置されたブラシ50と、ブラシ50を整流子40に押し付けるトーションバネ60とを備え、トーションバネ60は、トーションバネ60が有するコイル部61の巻回軸がシャフト30の長手方向と略直交するように配置されている。

概要

背景

家庭用掃除機においては、世の中の省エネルギーの要求に伴う高効率化の実現とともに、掃除機本体の信頼性の向上に対しても要求が強くなってきている。掃除機本体の信頼性を向上させるには、掃除機本体に搭載される電動送風機の信頼性を向上させて電動送風機の長寿命化を図る必要がある。電動送風機の寿命電動機の寿命に直結することになるので、電動送風機を長寿命化するには電動機の長寿命化を図る必要がある。

近年、電動機の長寿命化のために、家庭用の掃除機に使用される電動機としては、従来使用されてきたブラシ付き整流子電動機から、ブラシを用いないブラシレス電動機を使用することが増えてきている。しかしながら、ブラシレス電動機は、その構造上、駆動用電子部品および駆動回路が必要となり、電動機全体では高価になってしまう。そこで、ブラシレス電動機を用いるのではなく、ブラシ付きの整流子電動機を用いて、掃除機の長寿命化を図ることの要望が強くなっている。

ブラシ付きの整流子電動機の寿命は、整流子への給電のために取り付けられるブラシの摩耗時間に相当する。よって、ブラシ付きの整流子電動機の寿命を延ばすには、ブラシの摩耗をできるだけ少なくするような工夫が必要となる。ブラシの摩耗は、ブラシを整流子のセグメント押し付けバネ押圧バネ圧)により左右される。一般的に、ブラシを整流子のセグメントへ押さえ付けるバネの押圧が低下してくると、ブラシと整流子との接触が不安定になってしまい、ブラシと整流子との間で整流火花が発生しやすくなる。そこで、ブラシを整流子のセグメントに押し付ける押圧を安定させることを目的として、最近では、コイルバネよりも、トーションバネを採用する電動機が提案されている(特許文献1等)。

以下、図10および図11を用いて、トーションバネによりブラシが整流子に押し付けられた従来の整流子電動機を説明する。図10は、ブラシバネとしてトーションバネ260を用いた従来の電動機200が内蔵された電動送風機100の半断面図である。図11は、同電動送風機100におけるトーションバネ260の配置位置を示す図である。

図10および図11に示すように、従来の電動送風機100は、電動機200と、電動機200のシャフト230に取り付けられた回転ファン300と、回転ファン300により吸い込んだ空気を整流するエアガイド400とを備える。電動機200は、第1ブラケット500aと第2ブラケット500bとで囲われた空間内に保持される。エアガイド400は、第1ブラケット500aと接している。エアガイド400は、第1ブラケット500aに対して、電動機200が保持される空間とは反対側に位置する。エアガイド400とファンケース300aとで囲われた空間内には、回転ファン300が位置する。外殻を成すハウジング500は、第2ブラケット500bとファンケース300aとで形成される。

また、電動送風機100に用いられる電動機200は、ブラシ付きの整流子電動機であって、回転子210と、回転子210を回転させるための固定子220と回転子210のシャフト230に取り付けられた整流子240と、整流子240に対して摺接可能に配置されたブラシ250と、ブラシ250を整流子240に押し付けるトーションバネ260と、ブラシ250を保持するブラシホルダ270とを備える。

概要

ブラシを整流子に押し付けるためのブラシバネとしてトーションバネを用いた場合であっても、効率が低下することを抑制できるとともに長寿命かつ小型の電動機等を提供する。電動機2は、回転子10と、回転子10に固定されたシャフト30と、シャフト30に取り付けられた整流子40と、整流子40に摺接可能に配置されたブラシ50と、ブラシ50を整流子40に押し付けるトーションバネ60とを備え、トーションバネ60は、トーションバネ60が有するコイル部61の巻回軸がシャフト30の長手方向と略直交するように配置されている。

目的

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、ブラシを整流子に押し付けるためのブラシバネとしてトーションバネを用いた場合であっても、効率が低下することを抑制できるとともに長寿命かつ小型の電動機等を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

回転子と、前記回転子に固定されたシャフトと、前記シャフトに取り付けられた整流子と、前記整流子に摺接可能に配置されたブラシと、前記ブラシを前記整流子に押し付けるとともに、コイル部と、前記コイル部の巻回軸に対して各々がねじれの方向に向かって延伸する、一対のアーム部と、を有するトーションバネと、を備え、前記トーションバネは、当該巻回軸が前記シャフトの長手方向と略直交するように配置されている、電動機。

請求項2

前記トーションバネが有する前記コイル部と前記ブラシとは、前記シャフトの長手方向に沿って重なって配置されている、請求項1に記載の電動機。

請求項3

前記一対のアーム部のうち前記ブラシと接する第1アーム部の端部であって前記ブラシと接触する部分には、屈曲部が形成されており、前記ブラシの外表面であって前記第1のアームと接触する部分には、前記屈曲部の少なくとも一部を受ける凹部が形成されている、請求項1又は2に記載の電動機。

請求項4

さらに、前記トーションバネを保持するホルダを備え、前記ホルダは、前記トーションバネが有する前記コイル部に係止する係止爪を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電動機。

請求項5

前記ホルダと前記ブラシとは、前記シャフトの長手方向に沿って重なって配置されている、請求項4に記載の電動機。

請求項6

前記ホルダが複数配置されており、複数の前記ホルダは、一体物で構成されている、請求項4又は5に記載の電動機。

請求項7

前記シャフトは、回転対象物が取り付けられる部位を有し、前記トーションバネは、前記シャフトの長手方向において、前記回転子に対して前記部位が位置する側とは反対側に配置されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電動機。

請求項8

請求項1〜7のいずれか1項に記載の電動機と、前記電動機が備える前記シャフトに取り付けられる回転ファンと、を備える、電動送風機

請求項9

前記トーションバネは、前記シャフトの長手方向において、前記回転子に対して前記回転ファンが位置する側とは反対側に配置されている、請求項8に記載の電動送風機。

請求項10

請求項8又は9に記載の電動送風機と、前記電動送風機を制御する制御部と、を備える、掃除機

請求項11

シャフトに取り付けられた整流子に摺接可能に配置されたブラシを前記整流子に向けて付勢するトーションバネを保持する電動機用ホルダであって、前記トーションバネを収納するバネ収納部と、前記バネ収納部の内面に設けられ、前記トーションバネが有するコイル部の巻回軸が前記シャフトの長手方向と略直交するように前記コイル部を係止する係止爪と、を含む、電動機用ホルダ。

技術分野

0001

本開示は、電動機、電動送風機掃除機および電動機用ホルダに関し、特に、家庭用電気機器等に使用される電動機、この電動機を用いた電動送風機、この電動送風機を用いた掃除機、および、電動機に用いられる電動機用ホルダに関する。

背景技術

0002

家庭用の掃除機においては、世の中の省エネルギーの要求に伴う高効率化の実現とともに、掃除機本体の信頼性の向上に対しても要求が強くなってきている。掃除機本体の信頼性を向上させるには、掃除機本体に搭載される電動送風機の信頼性を向上させて電動送風機の長寿命化を図る必要がある。電動送風機の寿命は電動機の寿命に直結することになるので、電動送風機を長寿命化するには電動機の長寿命化を図る必要がある。

0003

近年、電動機の長寿命化のために、家庭用の掃除機に使用される電動機としては、従来使用されてきたブラシ付き整流子電動機から、ブラシを用いないブラシレス電動機を使用することが増えてきている。しかしながら、ブラシレス電動機は、その構造上、駆動用電子部品および駆動回路が必要となり、電動機全体では高価になってしまう。そこで、ブラシレス電動機を用いるのではなく、ブラシ付きの整流子電動機を用いて、掃除機の長寿命化を図ることの要望が強くなっている。

0004

ブラシ付きの整流子電動機の寿命は、整流子への給電のために取り付けられるブラシの摩耗時間に相当する。よって、ブラシ付きの整流子電動機の寿命を延ばすには、ブラシの摩耗をできるだけ少なくするような工夫が必要となる。ブラシの摩耗は、ブラシを整流子のセグメント押し付けバネ押圧バネ圧)により左右される。一般的に、ブラシを整流子のセグメントへ押さえ付けるバネの押圧が低下してくると、ブラシと整流子との接触が不安定になってしまい、ブラシと整流子との間で整流火花が発生しやすくなる。そこで、ブラシを整流子のセグメントに押し付ける押圧を安定させることを目的として、最近では、コイルバネよりも、トーションバネを採用する電動機が提案されている(特許文献1等)。

0005

以下、図10および図11を用いて、トーションバネによりブラシが整流子に押し付けられた従来の整流子電動機を説明する。図10は、ブラシバネとしてトーションバネ260を用いた従来の電動機200が内蔵された電動送風機100の半断面図である。図11は、同電動送風機100におけるトーションバネ260の配置位置を示す図である。

0006

図10および図11に示すように、従来の電動送風機100は、電動機200と、電動機200のシャフト230に取り付けられた回転ファン300と、回転ファン300により吸い込んだ空気を整流するエアガイド400とを備える。電動機200は、第1ブラケット500aと第2ブラケット500bとで囲われた空間内に保持される。エアガイド400は、第1ブラケット500aと接している。エアガイド400は、第1ブラケット500aに対して、電動機200が保持される空間とは反対側に位置する。エアガイド400とファンケース300aとで囲われた空間内には、回転ファン300が位置する。外殻を成すハウジング500は、第2ブラケット500bとファンケース300aとで形成される。

0007

また、電動送風機100に用いられる電動機200は、ブラシ付きの整流子電動機であって、回転子210と、回転子210を回転させるための固定子220と回転子210のシャフト230に取り付けられた整流子240と、整流子240に対して摺接可能に配置されたブラシ250と、ブラシ250を整流子240に押し付けるトーションバネ260と、ブラシ250を保持するブラシホルダ270とを備える。

先行技術

0008

特開2004−40957号公報

発明が解決しようとする課題

0009

しかしながら、従来の電動機200では、図11に示すように、トーションバネ260が整流子240およびブラシ250と同一平面上に配置されているため、トーションバネ260のアーム部262aが稼動する稼動面は、整流子240およびブラシ250と同一面となる。

0010

よって、ブラシ250には、ブラシ250がシャフト230に向かって移動しようとする力F1と、トーションバネ260のアーム部262aがシャフト230の長手方向と直交する稼動面において、巻回軸Jを回転中心として回動する方向に作用する力F2とを合成した力Fが生じる。したがって、ブラシ250は、トーションバネ260から斜め方向の力F(押圧)を受けることになるので、整流子240とブラシ250との接触が不安定になったりブラシ250が傾いたりして、電動機200の効率が低下したり電動機200の寿命が短くなったりするという課題がある。なお、シャフト230の長手方向は、軸心C方向ともいう。

0011

また、図11に示すように、トーションバネ260が整流子240およびブラシ250と同一平面上に配置される場合、トーションバネ260を回転子210の回転ファン300側に配置することになる。この結果、トーションバネ260を含めてブラシ250およびブラシホルダ270のレイアウトの自由度が小さくなり、小型の電動機を実現することが難しいという課題がある。

0012

しかも、シャフト230の長手方向において、トーションバネ260を回転子210に対して回転ファン300側に配置すると、回転ファン300により吸い込まれてエアガイド400を通って流れる空気の通り道が、トーションバネ260、ブラシ250およびブラシホルダ270によって塞がれることになる。よって、本構成は、電動送風機100の空気出力の低下に繋がる。つまり、電動機200の効率の低下を引き起こすという課題がある。

0013

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、ブラシを整流子に押し付けるためのブラシバネとしてトーションバネを用いた場合であっても、効率が低下することを抑制できるとともに長寿命かつ小型の電動機等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

0014

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、回転子と、前記回転子に固定されたシャフトと、前記シャフトに取り付けられた整流子と、前記整流子に摺接可能に配置されたブラシと、前記ブラシを前記整流子に押し付けるとともに、コイル部と、前記コイル部の巻回軸に対して各々がねじれの方向に向かって延伸する、一対のアーム部と、を有するトーションバネと、を備え、前記トーションバネは、当該巻回軸が前記シャフトの長手方向と略直交するように配置されている。

0015

また、本開示に係る電動送風機の一態様は、上記の電動機と、前記電動機が備える前記シャフトに取り付けられる回転ファンと、を備える。

0016

また、本開示に係る掃除機の一態様は、上記の電動送風機と、前記電動送風機を制御する制御部と、を備える。

0017

また、本開示に係る電動機用ホルダの一態様は、シャフトに取り付けられた整流子に摺接可能に配置されたブラシを前記整流子に向けて付勢するトーションバネを保持する電動機用ホルダであって、前記トーションバネを収納するバネ収納部と、前記バネ収納部の内面に設けられ、前記トーションバネが有するコイル部の巻回軸が前記シャフトの長手方向と略直交するように前記コイル部を係止する係止爪と、を含む。

発明の効果

0018

本開示によれば、ブラシを整流子に押し付けるためのブラシバネとしてトーションバネを用いた場合であっても、効率が低下することを抑制できるとともに長寿命かつ小型の電動機等を実現できる。

図面の簡単な説明

0019

実施の形態に係る電動送風機の外観斜視図である。
実施の形態に係る電動送風機の判断面図である。
実施の形態に係る電動送風機における電動機の要部断面図である。
荷重をかける前のトーションバネの構成を示す図である。
実施の形態に係る電動機におけるホルダを上方から見たときの斜視図である。
実施の形態に係る電動機におけるホルダを下方から見たときの斜視図である。
実施の形態に係る電動機におけるホルダの断面図である。
トーションバネをホルダに収納する方法を説明するための図である。
実施の形態に係る電動機においてブラシの摩耗前後におけるトーションバネの挙動を示す図である。
実施の形態に係る電動送風機を用いた電気掃除機の一例を示す模式図である。
変形例に係る電動機の要部断面図である。
ブラシバネとしてトーションバネを用いた従来の電動機が内蔵された電動送風機の半断面図である。
従来の電動機が内蔵された電動送風機におけるトーションバネの配置位置を示す図である。

実施例

0020

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、いずれも本開示の好ましい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、本開示の最上位概念を示す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。

0021

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。

0022

(実施の形態)
図1図3を用いて、実施の形態に係る電動送風機1および電動送風機1に用いられる電動機2について説明する。図1は、実施の形態に係る電動送風機1の外観斜視図であり、図2は、同電動送風機1の判断面図であり、図3は、同電動送風機1における電動機2の要部断面図である。なお、図2において、矢印は、回転ファン3の回転により吸引した空気の流れを示している。また、図3では、回転子10の巻線コイル12および固定子20については図示していない。

0023

図1図3に示すように、本実施の形態における電動送風機1は、電動機2(モータ)と、回転ファン3と、エアガイド4と、第1ブラケット5と、第2ブラケット6と、ファンケース7とを備える。

0024

電動機2は、回転対象物回転負荷)として回転ファン3を回転させる。電動機2の詳細な構成については後述する。

0025

回転ファン3は、第2ブラケット6とファンケース7とにより構成される外郭筐体(ハウジング)内に空気を吸引する。回転ファン3は、電動機2が有するシャフト30の所定の部位に取り付けられており、シャフト30が回転することで回転する。本実施の形態において、回転ファン3は、第1ブラケット5から突出したシャフト30の先端部に取り付けられている。一例として、回転ファン3は、遠心ファンであり、ファンケース7の吸気口7aから空気を吸い込む。

0026

エアガイド4は、回転ファン3の回転によってファンケース7の吸気口7aから吸引した気体(空気)の流れを整流して、吸引した気体を電動機2側の空間(第2ブラケット6)へと滑らかに流し込む。一例として、エアガイド4は、リング状に形成されており、気体の流れを整流するための複数のガイド板を有する。

0027

第1ブラケット5は、エアガイド4とともに第2ブラケット6の開口部を覆っている。第1ブラケット5は、第1軸受け部81を覆うように配置されている。

0028

第2ブラケット6は、電動機2を収納する第1筐体である。第2ブラケット6の底部には、回転ファン3の回転によって吸引した空気を排出する排気口が形成されている。

0029

ファンケース7は、回転ファン3を収納する第2筐体である。ファンケース7は、回転ファン3、エアガイド4および第1ブラケット5を覆うように第2ブラケット6に固定されている。ファンケース7は、外気を吸引するための吸気口7aを有している。

0030

以下、電動機2の詳細な構成について説明する。本実施の形態における電動機2は、ブラシ付き整流子電動機であって、回転子10と、固定子20と、シャフト30と、整流子40と、ブラシ50と、トーションバネ60と、ホルダ70とを備える。

0031

回転子10(ロータ)は、固定子20による磁力によって回転する。本実施の形態において、回転子10は、インナーロータであり、固定子20の内側に配置されている。具体的には、回転子10は、固定子20との間に微小エアギャップを介して固定子20に囲まれている。

0032

回転子10は、例えば、コア11(ロータコア)と、コア11が有する複数のティースの各々に巻回された巻線コイル12(ロータコイル)とによって構成されている。コア11は、例えば、電磁鋼板が積層された積層体によって構成されているが、磁性材料バルク体であってもよい。コア11が有する各ティースに巻回された巻線コイル12は、整流子40およびブラシ50を介して互いに電気的に接続されている。

0033

固定子20(ステータ)は、回転子10に作用する磁力を発生させる。本実施の形態にいて、固定子20は、回転子10を囲むように配置されている。固定子20は、例えば、S極およびN極を有する永久磁石によって構成されているが、鉄心ステータコア)と巻線コイル(ステータコイル)とによって構成されていてもよい。固定子20は、例えば、第2ブラケット6に固定されている。

0034

シャフト30は、回転子10が回転する際の中心となる回転軸である。シャフト30は、軸心C方向である長手方向に延伸している。シャフト30は、例えば金属棒によって構成される。シャフト30は、回転子10に固定されている。具体的には、シャフト30は、例えば回転子10のコア11の中心を貫いた状態でコア11に固定されている。一例として、シャフト30は、回転子10のコア11に圧入されている。

0035

シャフト30は、回転子10を貫通しており、回転子10の両側に延在するように配置されている。シャフト30が有する一方の端部(回転ファン3側の端部)は、第1軸受け部81に支持されている。一方、シャフト30が有する他方の端部は、第2軸受け部82に支持されている。一例として、第1軸受け部81および第2軸受け部82は、シャフト30を支持するベアリングである。このように、シャフト30は、第1軸受け部81と第2軸受け部82とによって、回転自在となるように両端部が保持されている。

0036

シャフト30が有する一方の端部は、第1軸受け部81から突出するとともに、第1ブラケット5を貫通している。第1ブラケット5から突出したシャフト30の一部分は、回転対象物が取り付けられる部位となる。本実施の形態において、第1ブラケット5から突出したシャフト30の一部分の先端部に、回転対象物として回転ファン3が取り付けられる。

0037

整流子40は、シャフト30に取り付けられている。本実施の形態において、整流子40は、シャフト30における回転子10と第2軸受け部82との間の部分に固定されている。整流子40は、回転子10が有する巻線コイル12と電気的に接続されており、ブラシ50と摺接する。整流子40は、シャフト30の回転方向に互いに絶縁分離された複数のセグメントによって構成されている。

0038

ブラシ50は、整流子40に接触することで回転子10に電力を供給するための給電ブラシである。ブラシ50は、整流子40に接触することで整流子40に電機子電流を供給する。一例として、ブラシ50は、カーボンブラシである。また、ブラシ50は、長尺状の略直方体である。

0039

ブラシ50は、整流子40に摺接可能に配置されている。ブラシ50は、一対設けられており、一対のブラシ50は、整流子40を挟持するように配置されている。具体的には、一対のブラシ50の内側の先端部は、整流子40に当接している。本実施の形態において、ブラシ50の長手方向の内側(シャフト30側)の端面が整流子40との接触面となっている。

0040

また、一対のブラシ50の各々は、トーションバネ60によって整流子40側に付勢された状態で第2ブラケット6内に配置されている。つまり、トーションバネ60も2つ設けられている。各ブラシ50の長手方向の外側に位置する端面が、トーションバネ60との接触面である。

0041

トーションバネ60は、ブラシ50を整流子40に押し付ける弾性部材である。つまり、トーションバネ60は、ブラシ50を整流子40に向けて付勢している。具体的には、トーションバネ60は、荷重がかけられることによるバネ弾性力(バネ復元力)によってブラシ50に押圧(バネ圧)を付与して、ブラシ50を整流子40に押し付けている。

0042

トーションバネ60は、ブラシ50の個数に応じて配置されている。本実施の形態において、2つのブラシ50が配置されているので、トーションバネ60も2つ配置されている。2つのトーションバネ60は、シャフト30を挟んで対向する位置に配置されている。

0043

ここで、トーションバネ60の具体的な構成について、図4を用いて説明する。図4は、荷重をかける前(弾性変形する前)のトーションバネ60の構成を示す図である。

0044

図4に示すように、トーションバネ60は、金属線材によって構成されており、金属線材が巻回された部分であるコイル部61と、コイル部61から直線状に延在する部分である、一対のアーム部62とを有する。コイル部61からは2つのアーム部62が異なる方向に延在している。言い換えれば、一対のアーム部62は、コイル部61の巻回軸Jに対して、その各々がねじれの方向に向かって延伸している。詳細は後述するが、アーム部62に荷重をかけてトーションバネ60を変形させることによって、アーム部62によるバネ弾性力をブラシ50に付与することができる。

0045

また、トーションバネ60のブラシ50と接触する部分の端部には、屈曲部62aが形成されている。本実施の形態において、屈曲部62aは、2つのアーム部62のうちの一方のアーム部62である第1アーム部62bの先端部に形成されている。一例として、屈曲部62aは、アーム部62の先端部を円弧状に湾曲させた形状である。なお、屈曲部62aは、2つのアーム部62のそれぞれに形成されていてもよい。

0046

トーションバネ60は、ブラシ50の長手方向の外側に位置する端面に押圧(バネ圧)を付与することで、ブラシ50を整流子40に押し付ける。具体的には、コイル部61の巻回方向とは逆方向に生じる反発力によるバネ弾性力を利用することで、トーションバネ60は、アーム部62によってブラシ50に押圧を付与している。

0047

トーションバネ60は、コイル部61の巻回軸Jがシャフト30の長手方向と略直交するように配置されている。つまり、トーションバネ60は、シャフト30の長手方向に対して縦置きの姿勢で配置されており、コイル部61の巻回面(すなわち、2つのアーム部62に平行な面)がシャフト30の長手方向と略平行となるように配置されている。言い換えれば、トーションバネ60は、巻回軸Jとシャフト30の軸心方向Cとが交差するように配置されている。

0048

これにより、トーションバネ60が有するアーム部62は、シャフト30の長手方向を含む平面内で移動することになる。つまり、トーションバネ60が有するアーム部62が稼動する稼動面は、シャフト30の長手方向を含む平面となる。

0049

また、本実施の形態において、トーションバネ60が有するコイル部61とブラシ50とは、シャフト30の長手方向に沿って重なって配置されている。つまり、第2軸受け部82側からシャフト30の長手方向に沿って見たときに、トーションバネ60が有するコイル部61は、ブラシ50に隠れて見えない。

0050

2つのトーションバネ60の各々は、ホルダ70に保持されている。ホルダ70は、トーションバネ60を保持するバネホルダである。本実施の形態において、ホルダ70は、2つのトーションバネ60の配置位置にあわせて配置されている。具体的には、2つのホルダ70は、シャフト30を挟んで対向する位置に配置されている。

0051

ここで、ホルダ70の詳細な構成について、図5A図5Bを用いて説明する。図5Aは、ホルダ70を上方から見たときの斜視図であり、図5Bは、ホルダ70を下方から見たときの斜視図であり、図5Cは、ホルダ70の断面図である。

0052

図5A図5Cに示すように、ホルダ70は、トーションバネ60を収納するバネ収納部71(第1収納部)と、トーションバネ60が有するコイル部61に係止する係止爪72とを有する。係止爪72は、コイル部61の巻回軸Jがシャフト30の長手方向と略直交するようにコイル部61を係止する。ホルダ70は、例えば絶縁樹脂材料によって構成された樹脂成型品による一体物である。なお、ホルダ70を成す材質は、樹脂材料に限るものではないし、ホルダ70は複数の部品によって構成されていてもよい。

0053

バネ収納部71は、開口部71aと、開口部71aと対向する位置にある底部71bとを有する。トーションバネ60は、開口部71aから挿入されてバネ収納部71に収納される。底部71bは、バネ収納部71の底面を構成している。

0054

係止爪72は、バネ収納部71の内面に形成されている。具体的には、係止爪72は、バネ収納部71の底部71b近傍に設けられている。また、係止爪72は、バネ収納部71の対向する2つの側面の各々に設けられている。トーションバネ60のコイル部61は、一対の係止爪72によって挟まれている。

0055

また、ホルダ70は、ブラシ50を保持するブラシホルダとしても機能する。ブラシ50、トーションバネ60およびホルダ70は、ブラシ保持器組立体として電動機2に配置されている。

0056

具体的には、ホルダ70は、ブラシ50を収納するブラシ収納部73(第2収納部)を有する。ブラシ収納部73には、ブラシ50をブラシ収納部73に挿入するための開口部73aが形成されている。

0057

また、図2図3に示すように、ホルダ70には、ブラシ50を支持する支持板90が取り付けられている。ブラシ50は、ブラシ収納部73と支持板90との間に形成される空間領域に収納される。このように、ブラシ50はホルダ70に収納されているので、ホルダ70とブラシ50とは、シャフト30の長手方向に沿って重なって配置されることになる。

0058

本実施の形態において、図2に示すように、ブラシ50、トーションバネ60およびホルダ70(ブラシ保持器組立体)は、シャフト30の長手方向において、回転子10に対して回転ファン3が位置する側とは反対側に配置されている。具体的には、ブラシ50、トーションバネ60およびホルダ70は、回転子10と第2軸受け部82との間に配置されている。

0059

ここで、トーションバネ60をホルダ70に収納する方法について、図6を用いて説明する。図6は、トーションバネ60をホルダ70に収納する方法を説明するための図である。

0060

まず、図6(a)に示すように、トーションバネ60を準備し、次に、図6(b)に示すように、アーム部62に荷重をかけてアーム部62の根元を軸にしてアーム部62をコイル部61に巻き込む方向に移動させることでトーションバネ60を弾性変形させる。

0061

なお、コイル部61に巻き込む方向にアーム部62を移動させるように荷重をかけるのではなく、コイル部61を巻き戻す方向にアーム部62を移動させるように荷重をかけてもよい。

0062

次に、図6(c)に示すように、弾性変形させた状態のトーションバネ60をホルダ70の開口部71aから挿入して、ホルダ70のバネ収納部71にトーションバネ60を収納する。このとき、図6(d)に示すように、コイル部61をバネ収納部71の奥に押し込んで、バネ収納部71の内面に形成された係止爪72をコイル部61に係止させる。

0063

これにより、トーションバネ60が弾性変形した状態でトーションバネ60をホルダ70に収納させることができる。つまり、トーションバネ60は、アーム部62に荷重がかけられた状態でホルダ70に保持されている。

0064

ホルダ70に保持されたトーションバネ60の一方のアーム部62は、支持アームとなり、バネ収納部71の内面に付勢された状態でバネ収納部71に支持される。また、トーションバネ60の他方のアーム部62は、ブラシ接触アームとなり、バネ収納部71からはみ出した状態となる。これにより、ホルダ70にブラシ50を挿入することで、トーションバネ60の他方のアーム部62(ブラシ接触アーム)によってブラシ50に押圧を付与することができる。

0065

図2に示すように、このように構成された電動送風機1では、電動機2に電力が供給されると、電機子電流が整流子40およびブラシ50を介して回転子10の各巻線コイル12に流れる。これにより、固定子20と回転子10との間でトルクが発生して回転子10が回転する。回転子10が回転すると、これに伴って回転ファン3が回転する。

0066

そして、回転ファン3が回転することによって、ファンケース7の吸気口7aからファンケース7の内部に空気が吸引され、ファンケース7の内部に吸入された空気は、ファンケース7の外周部へと導かれてエアガイド4とファンケース7との空隙部で旋回流となり、第2ブラケット6の排気口から電動送風機1の外に排出される。

0067

このとき、図7(a)に示すように、電動送風機1(電動機2)の駆動時において、ブラシ50は、トーションバネ60による押圧によって整流子40に押し付けられている。ブラシ50の長手方向の内側(図7(a)中、右側)に位置する端面50bは、整流子40に摺接している。

0068

そして、ブラシ50の長手方向の内側の端面50b(整流子40との接触面)は、回転子10の回転によって整流子40と摺接し続けることで摩耗していく。さらに、図7(b)に示すように、トーションバネ60による押圧によって回転子10と接触し続ける。つまり、ブラシ50の長手方向の内側に位置する端面50bの摩耗にともなって、ブラシ50の長手方向の外側に位置する端面50cの位置が、内側に移動していく。

0069

次に、本実施の形態に係る電動機2を用いた電動送風機1の作用効果について、本開示に至った経緯も含めて説明する。

0070

上述のように、図11に示すように、従来の電動機200では、トーションバネ260が整流子240およびブラシ250と同一平面上に配置されている。つまり、トーションバネ260は横向きの姿勢で配置されており、トーションバネ260が有するコイル部261の巻回軸Jが、回転子210が有するシャフト230の長手方向と平行になっている。

0071

このため、トーションバネ260が有するアーム部262aが稼動する平面は、整流子240およびブラシ250と同一の平面となる。つまり、トーションバネ260が有するアーム部262aは、シャフト230の長手方向を法線とする平面に対して平行な面内で移動することになる。

0072

これにより、トーションバネ260は、アーム部262aによってブラシ250を整流子240に向けて傾斜させた方向に押し付けることになる。よって、ブラシ250は、トーションバネ260から斜め方向の押圧(力F)を受けることになる。

0073

この結果、整流子240とブラシ250との接触が不安定になったりブラシ250が傾いたりするため、電動機200は、回転子210の回転方向が制限されるという課題がある。

0074

特に、トーションバネ260の押圧方向と回転子210の回転方向とが相反した場合には、整流子240とブラシ250との接触が不安定になりやすく、また、ブラシ250が傾きやすくなる。これにより、電動機200の効率が一層低下したり電動機200の寿命がさらに短くなったりする。このため、回転子210の回転方向にあわせてトーションバネ260の配置を変更する必要がある。

0075

また、図11に示すように、トーションバネ260が整流子240およびブラシ250と同一平面上に配置されていると、ブラシ250、トーションバネ260およびブラシホルダ270を配置する際のハウジング500内のスペースとしては、シャフト230の長手方向を法線とする平面(水平面)内において、ブラシ250の摺動範囲とトーションバネ260のアーム部262aの稼動範囲とを含めた分の面積が必要になる。

0076

このため、トーションバネ260、ブラシ250およびブラシホルダ270を、回転子210の回転ファン300側(つまり回転子210と回転ファン300との間)に配置しなければならない。つまり、トーションバネ260、ブラシ250およびブラシホルダ270のレイアウトの自由度が小さい。この結果、小型の電動機を実現することが難しいという課題がある。

0077

しかも、トーションバネ260、ブラシ250およびブラシホルダ270を、回転子210の回転ファン300側に配置すると、回転ファン300により吸い込まれてエアガイド400を通って流れる空気の通り道が、トーションバネ260、ブラシ250およびブラシホルダ270によって塞がれることになり、電動送風機100の空気出力の低下に繋がる。つまり、電動機200の効率の低下を引き起こすという課題がある。

0078

本開示は、このような知見に基づいてなされたものであり、本発明者らが鋭意検討した結果、ブラシを整流子に押し付けるためのブラシバネとしてトーションバネを用いた場合であっても、トーションバネの配置の姿勢を変更することで、効率が低下することを抑制できるとともに長寿命かつ小型の電動機等を実現できることを見出した。

0079

具体的には、図2図3に示すように、本実施の形態に係る電動機2では、ブラシ50を整流子40に押し付けるトーションバネ60が、コイル部61の巻回軸(J)がシャフト30の長手方向と略直交するように配置されている。つまり、トーションバネ60は、シャフト30の長手方向に対して縦置きの姿勢で配置されている。

0080

この構成により、トーションバネ60のアーム部62は、シャフト30の長手方向を含む平面内で移動することになる。つまり、トーションバネ60のアーム部62が稼動する稼動面は、シャフト30の長手方向を含む平面となる。

0081

これにより、ブラシ50は、トーションバネ60から斜め方向の押圧を受けるのではなく、トーションバネ60からブラシ50の長手方向の押圧を受けることになる。したがって、整流子40とブラシ50との接触が不安定になったりブラシ50が傾いたりすることを抑制することができるので、本実施の形態における電動機2は、回転子10の回転方向に制限されることを抑制できる。

0082

しかも、トーションバネ60が有するアーム部62の稼動面は、回転子10の径方向と同じになる。よって、トーションバネ60の押圧方向は、回転子10の回転方向に依存しない。これにより、回転子10の回転方向にあわせてトーションバネ60の配置を変更する必要もなくなる。つまり、トーションバネ60のレイアウトの自由度が大きくなる。

0083

また、コイル部61の巻回軸(J)がシャフト30の長手方向と略直交するように配置されていることで、トーションバネ60が有するアーム部62の稼動面と、整流子40およびブラシ50の平面とが平行にならない。これにより、ブラシ50、トーションバネ60およびホルダ70を配置する際の第2ブラケット6内のスペースとしては、シャフト30の長手方向に直交する方向(径方向)におけるブラシ50の摺動範囲と、シャフト30の長手方向(鉛直方向)におけるトーションバネ60のアーム部62の稼動範囲とを含めた分の面積だけを確保すればよい。

0084

このため、トーションバネ60、ブラシ50およびホルダ70のレイアウトの自由度が大きくなり、トーションバネ60、ブラシ50およびホルダ70を、回転子10の回転ファン3側に配置しなくてもよく、本実施の形態のように、回転子10の回転ファン3側とは反対側に配置することが可能となる。これにより、小型の電動機2を容易に実現することができる。

0085

また、シャフト30の長手方向において、トーションバネ60、ブラシ50およびホルダ70を、回転子10に対して回転ファン3が位置する側とは反対側に配置する。本構成とすれば、回転ファン3により吸い込まれてエアガイド4に対してを通って流れる空気の通り道が、トーションバネ60、ブラシ50およびホルダ70によって塞がれることを抑制できる。

0086

これにより、電動機2の効率の低下を抑制することができ、電動送風機1の空気出力の低下を抑制することができる。

0087

以上のように、本実施の形態における電動機2および電動送風機1によれば、ブラシ50を整流子40に押し付けるためのブラシバネとしてトーションバネ60を用いた場合であっても、効率が低下することを抑制できるとともに長寿命かつ小型の電動機および電動送風機を実現することができる。

0088

また、本実施の形態に係る電動機2および電動送風機1において、トーションバネ60が有するコイル部61とブラシ50とは、シャフト30の長手方向に沿って重なって配置されている。

0089

この構成により、より小型の電動機および電動送風機を実現できる。また、トーションバネ60およびブラシ50によって空気の通り道が塞がれることをさらに抑制することができるので、効率が低下すること一層抑制することができる。

0090

また、本実施の形態に係る電動機2および電動送風機1において、トーションバネ60を保持するホルダ70は、トーションバネ60が有するコイル部61に係止する係止爪72を有する。

0091

この構成により、トーションバネ60の稼動中に、ホルダ70に収納したトーションバネ60がホルダ70から飛び出すことを抑制することができる。また、ホルダ70にトーションバネ60を設置する際の作業性を簡略化することもできる。例えば、本実施の形態では、係止爪72はバネ収納部71に設けられているので、トーションバネ60が有するコイル部61をバネ収納部71に押し込むだけでスナップインによりコイル部61を係止爪72に係止させることができ、トーションバネ60をホルダ70に容易に保持させることができる。

0092

また、本実施の形態に係る電動機2および電動送風機1において、ホルダ70とブラシ50とは、シャフト30の長手方向に沿って重なって配置されている。

0093

この構成により、より小型の電動機および電動送風機を実現できる。また、トーションバネ60およびブラシ50だけではなくホルダ70によっても空気の通り道が塞がれることを抑制することができるので、効率が低下することを一層抑制することができる。

0094

また、本実施の形態におけるホルダ70は、電動機用ホルダとして、他の電動機に用いることもできる。この場合、ホルダ70は、トーションバネ60を収納するバネ収納部71と、バネ収納部71の内面に設けられ、トーションバネ60が有するコイル部61に係止する係止爪72を有するとよい。

0095

これにより、バネ収納部71に収納したトーションバネ60がバネ収納部71から飛び出すことを抑制することができる。

0096

また、このように構成される電動送風機1は、例えば家庭用の電気掃除機に用いられる。以下、電動送風機1が用いられる電気掃除機8について、図8を用いて説明する。図8は、実施の形態に係る電動送風機1を用いた電気掃除機8の一例を示す模式図である。

0097

図8に示すように、電気掃除機8は、電動機2を用いた電動送風機1と、電動送風機1(電動機2)を制御する制御部8aとを備えている。電気掃除機8では、電動送風機1によって吸引して清掃する。制御部8aは、電動送風機1(電動機2)を制御する。例えば、制御部8aは、電動送風機1による吸引を停止したり開始したり吸引量を調整したりする。

0098

このように、本実施の形態における電気掃除機8は、上記実施の形態における電動送風機1を用いているので、高い吸引力を有するとともに長寿命かつ小型の電気掃除機を実現することができる。

0099

(変形例)
以上、本開示に係る電動機、電動送風機、電気掃除機および電動機用ホルダ等について、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。

0100

例えば、上記実施の形態では、ブラシ50のトーションバネ60と接触する面、つまり、ブラシ50の長手方向の外側の端面が、平面であったが、これに限らない。具体的には、図9に示すように、ブラシ50が有するトーションバネ60と接触する面に、トーションバネ60が有するアーム部62に形成された屈曲部62aの少なくとも一部を受ける凹部50aが形成されていてもよい。すなわち、一対のアーム部62のうちブラシ50と接する第1アーム部62bの端部であってブラシ50と接触する部分には、屈曲部62aが形成されている。ブラシ50の外表面であって第1アーム部62bと接触する部分には、屈曲部62aの少なくとも一部を受ける凹部50aが形成されている。この場合、凹部50aは、屈曲部62aの形状に沿った形状であるとよい。上記実施の形態では、屈曲部62aは円弧状に湾曲する形状であるので、図9において、凹部50aは、断面形状が半円形横溝である。このように、ブラシ50に凹部50aを形成し、トーションバネ60が有するアーム部62に形成された屈曲部62aが凹部50aに嵌まるようにすることによって、トーションバネ60による押圧を安定してブラシ50に付与することができる。

0101

また、上記実施の形態において、2つのホルダ70は、それぞれ独立した構造であって、分離されて配置されていたが、これに限らない。例えば、複数のホルダ70は、一体物(一体構造)で構成されていてもよい。このようにホルダ70を一体物にすることで、ホルダ70の取り付け作業を簡素化することができる。なお、ホルダ70の取り付け作業の観点では、複数のホルダ70を一体物にする場合は、偶数個のホルダ70を一体物にするとよい。

0102

また、上記実施の形態では、電動機2を電動送風機1に用いた例を説明したので、シャフト30に取り付けられる回転対象物は回転ファン3であったが、これに限るものではない。例えば、電動機2のシャフト30に取り付けられる回転対象物としては、回転ファン3に限るものではなく、プーリ等であってもよい。

0103

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。

0104

本開示の技術は、電動機、電動送風機および電気掃除機等の種々の電気機器に利用することができ、特に、高速回転運転される電気掃除機または自動車用機器に搭載される電動送風機等に有用である。

0105

1電動送風機
2電動機
3回転ファン
4エアガイド
5 第1ブラケット
6 第2ブラケット
7ファンケース
7a吸気口
8電気掃除機
8a 制御部
10回転子
11コア
12巻線コイル
20固定子
30シャフト
40整流子
50ブラシ
50a 凹部
50b、50c 端面
60トーションバネ
61コイル部
62アーム部
62a屈曲部
62b 第1アーム部
70ホルダ
71バネ収納部
71a 開口部
71b 底部
72係止爪
73 ブラシ収納部
73a 開口部
81 第1軸受け部
82 第2軸受け部
90 支持板
100 電動送風機
200 電動機
210 回転子
220 固定子
230 シャフト
240 整流子
250 ブラシ
260 トーションバネ
261 コイル部
262a アーム部
270ブラシホルダ
300 回転ファン
300a ファンケース
400 エアガイド
500ハウジング
500a 第1ブラケット
500b 第2ブラケット

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