专利名称：换向器电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种换向器电动机，特别是涉及具备固定在电动机旋转轴上的整流子、与整流子的周面滑动接触的电刷，和向整流子侧推压电刷的弹簧的换向器电动机(日
文:7 '>乇一夕)。
背景技术：
过去，在电气、电子设备中，多使用向整流子侧推压电刷向线圈通电而进行励磁切换的换向器电动机。对于这样的换向器电动机，要求增大输出，并且要求静音化、提高耐久性。一般情况下，对于静音化，主要是采取使电刷、整流子等部件的精度提高的对策，对于耐久性，采取使要损耗的电刷大型化(长尺寸化)，使磁铁、铁心槽多极化等对策。可是，因为电刷成对安装，所以，即使提高部件精度，在抑制对与对间的电刷的尺寸偏差、向整流子侧分别推压电刷的弹簧之间的推压力的偏差时也存在极限。另外，由向电动机通电的电极差产生的电刷的损耗量一般与+侧相比-侧的电刷变大，所以，随着使用时间的经过而扩大(随之，向整流子侧分别推压电刷的弹簧的推压力的差也扩大。)。并且，如在高输出(高旋转、高转矩)下的使用、起动运行变多，则上述偏差被助长。因此，即使实现部件精度的提高等，也依然存在产生噪声、寿命降低这一问题。为了应对这样的问题，公开了推压电刷的弹簧使用扭力盘形弹簧(以下称为扭力弹簧。)的技术(例如日本特开2003-070203号公报)。另外，还公开了使用扭力弹簧使对成对的电刷施加的推压力(电刷压)均勻化的技术(例如日本特开2006-094647号公报)。然而，在上述以前的技术中，因为是由I个扭力弹簧的两侧的延出部分别对成对(2个)电刷进行推压的构造，所以，构造简单，部件个数变少，但反过来，难以使2个电刷之间不通电(短路)地选定扭力弹簧的材质。为了防止这样的通电，虽然提出有在延出部的前端部实施绝缘涂覆的方案，但如考虑在封装外壳内漂浮的导电性电刷粉的堆积附着，存在2个电刷之间的绝缘性变得不稳定的危险。公知文献1:日本特开2003-070203号公报公知文献2:日本特开2006-094647号公报
发明内容
本发明鉴于上述情况，以提供提高了静音化、耐久性并且确保了电刷之间的绝缘性的换向器电动机为课题。本发明，具备固定在电动机旋转轴上的整流子，与整流子的周面滑动接触的一对电刷，向上述整流子侧分别推压一对电刷的第一、第二弹簧，分别安装了第一、第二弹簧的弹簧安装构件，和对弹簧安装构件进行支承的支承构件；弹簧安装构件被构成为，能够以上述支承构件为中心转动或能够改变由上述支承构件进行支承的位置，从而使由上述第一及第二弹簧产生的对上述一对电刷的推压力分别变得均匀。由此，由第一及第二弹簧产生的对一对电刷的推压力变得均匀，能够实现静音化，并且，因为推压力变得均等，所以，一对电刷之间的损耗量变得没有差别，因此，能够提高耐久性，因为弹簧安装构件的材质为树脂，在弹簧安装构件上分别安装第一及第二弹簧，所以，能够确保一对电刷之间的绝缘性。
图1为可适用本发明的实施方式的换向器电动机的长度方向剖视图。图2为从图1的I1-1I线侧看到的实施方式的换向器电动机的电刷支承结构的正视图。图3为在图2的II1-1II线的支承板的剖视图。图4为表示电刷与扭力弹簧的关系的正视图，(A)表示第一、第二电刷的损耗不均匀的状态，(B)表示为了获得第一、第二扭力弹簧分别对第一、第二电刷进行推压的弹簧压的平衡而使支承板转动了的状态，(C)表示第一、第二电刷的损耗均匀化了的状态。图5为表不电刷压自动调整机构的工作原理的说明图。图6为扭力弹簧的说明图，(A)为关于扭力弹簧的载荷、挠角及载荷作用半径的关系的说明图，(B)为第一、第二扭力弹簧的推压力、挠角及弹簧常数的说明图。
具体实施例方式下面，参照附图对可适用本发明的实施方式的换向器电动机进行说明。如图1所示，本实施方式的换向器电动机I具备作为电动机旋转轴的轴3。在本实施方式中，轴3的一侧(图1的右侧)形成有切口，成为输出侧，但也可使另一侧(图1的左侦lJ)成为输出侧。在轴3的包含长度方向中央部的靠左的位置，固定成为磁通的通路的圆柱状的铁心4。在铁心4的周部沿长度方向形成有多条槽(铁心槽)，在这些槽中卷绕有许多圈绕组(线圈)17。因此，成为以绕组17向铁心4的两侧鼓起的方式配设的构造。另外，在铁心4与绕组17之间夹装用于保持两者的绝缘的绝缘层(普拉柯(7° 7 ^)) 16，绝缘层16的材质使用例如环氧树脂。另外，在轴3上，在从配置在铁心4的一侧(图1的右侧)的绕组17离开一些的位置，固定用于对流往绕组17的电流的方向和相进行切换的整流子9。在本实施方式中，使用被分割成6片的整流子9 (参照图2)。另外，在整流子9的铁心4侧设置用于与绕组17连接的连接部。因此，在换向器电动机I中，由轴3、铁心4、绕组17、绝缘层16及整流子9构成转子。另一方面，定子侧如以下那样构成。在从铁心4离开的位置，配置截面为圆弧状的、产生电动机的转矩发生所需要的磁通的磁铁(永久磁石)15。磁铁15被固定在外壳2的内侧。另外,在本实施方式中，使用4个分别磁化了 N、S极的磁铁15。外壳2通过对钢板实施深冲加工形成为有底圆筒状，在底侧(图1的左侧)中央部形成用于轴3插通的圆孔。外壳2使用钢板，是为了构成发生了的磁通的通路，并且防止磁通向电动机外部的泄漏。 外壳2的开口部侧由圆板状的托架20封闭，在托架20的中央部形成用于轴3插通的圆孔。托架20的材质与外壳2同样地使用钢板。另外，在本实施方式中，由外壳2和托架20构成换向器电动机I的封装外壳。在形成在外壳2的底侧中央部的圆孔及形成在托架20的中央部的圆孔中分别固定对轴3进行支承的轴承22、23，轴3以与这些轴承22、23滑动接触的方式旋转。如图1及图2所示，在整流子9的周面，压接以石墨为主材料的第一电刷5及第二电刷6 (—对电刷)的一端，这一对电刷具有与整流子9的周面滑动接触的构造。电刷5、6以它们的一端与整流子9的周面成直角地抵接的方式分别收容在电刷盒24、25内。另外，在本实施方式中，以电刷5、6的轴线方向的角度构成90° (正交)的方式配设电刷盒24、25。另外，电刷5、6使用在制造上相同(材质、长度等相同)的电刷。在电刷5、6之间，配置用于分别安装第一扭力弹簧7、第二扭力弹簧8的树脂制的支承板10。在本实施方式中，支承板10呈大体扇状的形状，由板状构件构成，但本发明不限于此。如图3所示，突设从支承板10向磁铁15侧突出(还参照图1)、插通扭力弹簧7、8的盘绕部的圆柱状的定位突起13、14。另外，在支承板10上形成用于将扭力弹簧7、8的各一端卡定的卡定部(空间)。如图2所示，扭力弹簧7、8的另一端以对电刷5、6的各另一端进行推压的方式抵接(压接)。另外，在上述电刷盒24、25上在长度方向形成有切口，构成为，即使电刷5、6损耗也继续确保由扭力弹簧7、8的另一端产生的对电刷5、6的另一端的压接。如图2及图3所示，在支承板10的中央部形成有槽(圆孔)11。在槽11中，插入作为支承构件的螺钉12的前端部，该螺钉12的头部的座部与托架20的外侧抵接，该螺钉12的前端部具有与螺旋设置在托架20上的阴螺纹拧合的螺纹部。在本实施方式中，此槽11的位置形成在与安装了扭力弹簧7、8后的支承板10的重心在平面上一致的位置。另外，螺钉12设在从收容电刷5、6的电刷盒24、25离开相等距离的位置，更具体地说，设在从电刷
5、6的轴线离开相等距离的位置。因此，支承板10由螺钉12枢支，以能够将螺钉12作为中心转动的方式构成。S卩，如图4 (A)所示，在电刷5、6的损耗变得不均匀的情况下，在由第一扭力弹簧7产生的对第一电刷5的推压力(弹性力)Fl和由第二扭力弹簧8产生的对第二电刷6的推压力F2产生差。在如现有技术部分说明的那样第一电刷5与电源的-侧连接，第二电刷6与+侧连接的情况下，一般随着时间经过第一电刷5的损耗变得比第二电刷6的损耗更大(第一电刷5变得比第二电刷6短)，推压力F2变得比推压力Fl大。此时，在本实施方式中，如图4 (B)所示，支承板10为了获得推压力Fl及F2的平衡(为了推压力Fl与F2成为相同大小)而以螺钉12为转动中心进行转动。其原理在后面说明(参照“电刷压自动调整机构”)。如图1及图2所示，换向器电动机I具有用于与电源连接的导线18。导线18由与电源的-侧连接的导线18a和与+侧连接的导线18b构成，在导线18的端部设置电源连接用的连接器。另外，导线18经形成在托架20上的孔导入封装外壳内。S卩，导线18a与截面口字状的金属制连接片19a的一侧连接，连接片19a的另一侧经连接线21a与电刷5连接。同样，导线18b与截面-字状的金属制连接片19b的一侧连接，连接片19b的另一侧经连接线21b与电刷6连接。如图6 (A)所示，如设弹簧常数为k，挠角为Λ Θ，从盘绕部的中心到载荷作用点的载荷作用半径为L，则由扭力弹簧产生的载荷F由载荷F (N)=弹簧常数kX挠角Λ Θ(deg) +载荷作用半径L表示。在本实施方式中，如上述那样，扭力弹簧7、8使用相同构件，所以，在电刷5、6的损耗变得不均匀的状态下，在由第一扭力弹簧7产生的对第一电刷5的推压力(载荷)F1和由第二扭力弹簧8产生的对第二电刷6的推压力F2产生差。即，关于第一扭力弹簧7的挠角Δ Θ I和第二扭力弹簧8的挠角Δ Θ2,由Δ Θ 2 > Δ Θ1>0...式(I)所表不的关系式成立。另外，在推压力F1、F2、挠角Λ Θ1、Λ θ 2及弹簧常数k之间，由图4 (B)表示的关系(Fl < F2)成立。将以上作为前提，图5为模式地表示图4 (A)所示状态的图，将第一电刷5的轴线配置在X轴上，将第二电刷6的轴线配置在y轴上。另外，在图5中，为了容易理解地对电刷压自动调整机构的原理进行说明，由长孔11'替代槽11进行表示，Θ0表示挠角0°的位置。第一扭力弹簧7对第一电刷5的推压力Fl及第二扭力弹簧8对第二电刷6的推压力F2的X、y成分分别如下式(2) (5)那样表示。另外，在下式(2) (5)中，例如如Flx那样末尾为X的附图标记表示推压力Fl的X成分，如F2y那样末尾为y的附图标记表示推压力F2的y成分。Flx= I Fl I cos Δ Θ1 …式(2)-Fly = I Fl I sin Δ Θ1 …式(3)F2x = I F2 I sin Δ Θ2…式(4)-F2y = I F2 I cos Δ Θ2…式(5)按照式(2) (5) ，在轴3的中心O的推压力Fl及F2的χ方向成分的绝对值IFx I及y方向成分的绝对值I Fy I分别由下式表示。I Fx I = Fix + F2x = I Fl I cos Δ θ I + | F2 I sin Δ θ 2I Fy I = Fly + F2y = I Fl I sin Δ Θ I + | F2 I cos Δ Θ 2根据式(I)及图4 (B)所示关系(Fl < F2)，成为I Fy I > I Fx I，推压力Fl及F2的合成推压力在轴3的轴心O作用的方向由图5所示F表示。另一方面，在电刷5、6的损耗均勻的情况下，由第一扭力弹簧7产生的对第一电刷5的推压力Fl和由第二扭力弹簧8产生的对第二电刷6的推压力F2的绝对值相同，推压力Fl及F2的合成推压力在轴3的轴心O作用的方向，成为从χ轴、y轴离开相等角度的(分别离开45°的)线E上的方向。螺钉12位于此方向的延长线上。换言之，螺钉12的位置，被设定在从螺钉12的轴心到向χ轴作出的垂线的足的长度与从螺钉12的轴心到向y轴作出的垂线的足的长度相同的位置，即，被设定在从一对电刷的轴线离开相等距离的位置。作为上述合成推压力F的反力，支承板10沿长孔11'朝图5的箭头S方向移动。由此，第二扭力弹簧8的挠角Λ Θ 2减少，第一扭力弹簧7的挠角Λ Θ I增加，在获得了反力的平衡的地方稳定。反过来说，推压力Fl及F2的合成推压力在轴3的轴心O作用的方向成为从χ轴、y轴离开相等角度的方向。因此，由电刷压自动调整机构，以使得由第一扭力弹簧7产生的对第一电刷5的推压力Fl与由第二扭力弹簧8产生的对第二电刷6的推压力F2变得均匀的方式进行调整。另外，在图5的例中，长孔11'在支承板10上在与上述线E交叉的方向形成。在以上的说明中，虽然表示了通过相对于插入了形成在支承板10上的长孔1Γ中的螺钉12使支承板10朝箭头S方向移动获得平衡，能够改变由螺钉12进行支承的位置的例，但也可作为其替代方案，在上述实施方式中，通过相对于插入了形成在支承板10上的槽(圆孔)11中对支承板10进行枢支的螺钉12使支承板10转动，获得平衡。图4 (C)为表不由本实施方式的电刷压自动调整机构使第一电刷5及第二电刷6的损耗量均勻化了的状态的图。下面，对本实施方式的换向器电动机I的作用效果等进行说明。在本实施方式的换向器电动机I中，支承板10，由于为了使由第一扭力弹簧7及第二扭力弹簧8产生的对一对电刷5、6的推压力分别变得均匀能够以螺钉12为中心转动地(图4)或能够改变由螺钉12进行支承的位置(图5)地构成(具有电刷压自动调整机构)，所以，能够使得由2个扭力弹簧7、8产生的对一对电刷5、6的推压力变得均匀，实现静音化。另外，因为由扭力弹簧7、8产生的推压力变得均等，一对电刷5、6的损耗量变得没有差别，所以，能够提高耐久性。并且，因为支承板10的材质为树脂，在支承板10上分别安装有2个扭力弹簧7、8，所以，能够确保一对电刷5、6之间的绝缘性。另外，在本实施方式的换向器电动机I中，由于支承板10被配置在一对电刷5、6之间，所以，能够缩短对电刷5、6进行推压的扭力弹簧7、8的另一端的长度，进而能够减小电刷压自动调整机构的尺寸。并且，在本实施方式的换向器电动机I中，螺钉12被固定(安装)在构成封装外壳的托架20上，从托架20侧插入被形成在支承板10上的槽11中，所以，装配变得简单，能够减少装配工时。另外，在本实施方式的换向器电动机I中，由于在支承板10上突设了插通扭力弹簧7、8的盘绕部的定位突起13、14，所以，即使由上述电刷压自动调整机构从电刷5、6作用反力，扭力弹簧7、8也不会翘曲变形，能够发挥弹簧本来的功能。另外，在本实施方式中，虽然表示了将支承板10形成为扇形的一构件的例，但本发明不限于此。例如也可由用于分别安装扭力弹簧7、8的2个构件和用于连接这2个构件的连接构件构成，将槽12形成在连接构件上。此时，为了确保连接构件的强度，也可增大槽形成位置的近旁。因此，用于安装弹簧的构件也不限于板状的构件。并且，在本实施方式中，虽然作为支承构件例示了螺钉12，但本发明不限于此，例如也可为销状的构件。另外，在本实施方式中，虽然表示了将支承板10 (弹簧安装构件)和螺钉12 (支承构件)做成分别的构件的例，但也可使弹簧安装构件和支承构件为一体，将支承构件插入被设在封装外壳上或从封装外壳朝封装外壳内延出的地方或固定在封装外壳上的别的构件上的槽等中进行枢支。另外，在本实施方式中，虽然表示了将螺钉12插入槽11中的例，但也可如在图5中也表示的那样，使得螺钉贯通槽或长孔。另外，在本实施方式中，虽然表示了将螺钉12配置在支承板10的重心位置的例，但如在图5中表示的那样，本发明不限于此。在这样的结构中，为了避免支承板的摇动(例如以在图5所示支承板的右上和左下在纸面方向的高度不同的方式移动)，也可设置摇动限制构件。作为那样的摇动限制构件，也可使用导向构件、销或螺钉状构件。另外，在如本实施方式那样将螺钉12配置在了支承板10的重心位置的情况下也可根据需要设置这样的摇动限制构件。并且，在本实施方式中，虽然作为对电刷5、6进行推压的弹簧例示了扭力弹簧，但本发明不限于此，例如也可使用板簧、螺旋弹簧。附图标记说明:I换向器电动机2 外壳3 轴4 铁心5第一电刷6第二电刷7第一扭力弹簧8第二扭力弹簧
9整流子10支承板11 槽11’ 长孔12 螺钉13定位突起14定位突起15磁铁(永久磁石)16绝缘层(普拉柯(7° 9 ^))17绕组(线圈)18 导线(存在 a、b)19连接片(存在a、b)20 托架21连接线(存在a、b)22 轴承23 轴承24电刷盒25电刷盒
权利要求
1.一种换向器电动机，具备固定在旋转轴上的整流子和与上述整流子的周面滑动接触的一对电刷,其特征在于: 设有向上述整流子侧分别推压上述一对电刷的第一、第二弹簧，分别安装了上述第一、第二弹簧的弹簧安装构件，和对上述弹簧安装构件进行支承的支承构件； 上述弹簧安装构件被构成为，能够以上述支承构件为中心转动或能够改变由上述支承构件进行支承的位置，从而使由上述第一及第二弹簧产生的对上述一对电刷的推压力分别变得均匀。
2.根据权利要求1所述的换向器电动机，其特征在于:上述弹簧安装构件被配置在上述一对电刷之间。
3.根据权利要求1所述的换向器电动机，其特征在于:上述支承构件被配置在从上述一对电刷各自的轴线离开相等距离的位置。
4.根据权利要求1所述的换向器电动机，其特征在于:上述弹簧安装构件枢支在上述支承构件上，以上述支承构件为中心进行转动。
5.根据权利要求1所述的换向器电动机，其特征在于:上述支承构件为螺钉或销状构件，在上述弹簧安装构件上形成上述螺钉或销状构件插入的槽。
6.根据权利要求1所述的换向器电动机，其特征在于:上述弹簧为扭力盘形弹簧，上述扭力盘形弹簧的一端被固定在上述弹簧安装构件上，另一端对上述电刷进行推压。
7.根据权利要求1所述的换向器电动机，其特征在于:上述弹簧安装构件具有插通上述扭力盘形弹簧的盘绕部的突起。
全文摘要
换向器电动机，具备被固定在轴上的整流子，与整流子的周面滑动接触的一对电刷，分别向整流子侧推压一对电刷的第一、第二扭力弹簧，用于分别安装弹簧的支承板，和对支承板进行支承的螺钉。支承板(10)，为了使由弹簧产生的对一对电刷的推压力分别变得均匀，以螺钉为中心能够转动或能够改变由螺钉进行支承的位置地构成。由此，能够确保静音化、提高耐久性并且确保电刷之间的绝缘性。
文档编号H02K5/14GK103187822SQ20121058477
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者早川幸彦 申请人:立志凯株式会社