JP2019068670A - ブラシホルダ装置及びそれを搭載したブラシ付きモータ - Google Patents

Abstract

【課題】製造時の特別な工程管理を要することなく安価なコストで実施可能とした上で、ブラシの摩耗過程における接点位相角の変化量を確実に縮小して、これに起因する種々の不具合を未然に防止できるブラシホルダ装置及びそれを搭載したブラシ付きモータを提供する。【解決手段】ブラシアーム２１の撓みに伴う弾性によりコミテータ１０の外周面にブラシ２２を摺接させると共に、ブラシ２２の摩耗に伴ってブラシアーム２１を角度変化させながらブラシ２２の摺接を維持する。ブラシ２２の摩耗に伴ってブラシアーム２１が角度変化したときにブラシ２２の軸線基点が移動する円弧軌跡（Ｐ1-Ｐ2）の中心Ｃbを、コミテータ１０に対するブラシ２２の接離方向においてブラシ長さの中点Ｐ01と一致させることにより、コミテータ１０に対するブラシ２２の接線方向での軸線基点の変動幅Ｓ2を低減してブラシ２２の接点位相角の変化量を縮小する。【選択図】図３

Description

本発明は、アーマチャ（電機子）への給電のためにブラシを支持してコミテータ（整流子）の外周面に摺接させるブラシホルダ装置及びそれを搭載したブラシ付きモータに関する。

この種のブラシ付きモータは、ハウジングの内周面にステータを構成する界磁マグネットを固定すると共に、ハウジング内で回転可能に支持された回転軸上にロータを構成するアーマチャ及びコミテータを設けている。ハウジング内にはブラシホルダ装置の一対のブラシベースを固定し、それらのブラシベース上にブラシアームの基端を固定すると共に、各ブラシアームの先端側にブラシを固定している。モータの運転中のブラシはバネ等の弾性体によりブラシアームを介して押圧されコミテータの外周面に摺接し、これによりアーマチャの複数の巻線の内で通電させる巻線や流す電流の向きを連続的に逆転してロータの回転を継続させる。

このような弾性体の押圧力を利用したアーム式のブラシホルダ装置では、ブラシの摩耗に伴ってブラシアームが角度変化し、それに伴いコミテータに対するブラシの角度（以下、接点位相角と称する）が変化する。接点位相角が変化するとコミテータとの通電タイミングにズレが生じ、コミテータとの間に発生する火花が増加してブラシ寿命が短くなる上に、モータの効率や出力を低下させる要因にもなる。この点に着目した技術として特許文献１に記載されたものを挙げることができる。

特許文献１のブラシホルダ装置は、ブラシの摩耗に伴ってブラシアームが角度変化する際に、ブラシが円弧状の軌跡を移動する点に着目した技術である。ブラシの形状を移動軌跡に倣った円弧形状に形成することにより、ブラシの摩耗に関わらず常に同一の接点位相角が保たれるように配慮している。

実開昭６２−０５７５６６号公報

しかしながら、特許文献１の技術により所期の効果を達成するのは、ブラシホルダ装置の製造上の制約から限界があった。即ち、上記のようにブラシの摩耗に関わらず常に同一の接点位相角を保つには、ブラシが移動軌跡に倣った正確な円弧形状であること、及びブラシの向きを正しく取り付け、正規角度（ブラシの軸線を中心とした角度）でブラシアームに取り付けられること等の要件を満足する必要がある。

これらの要件を満足するには、ブラシの成型工程及び組付工程でブラシ形状や組み込み方向、取付角度を極めて厳格に管理しなければならず、製造コストを高騰させる要因になる。ブラシの組み込み方向を違えた場合、却って接点位相角のずれが拡大してしまう懸念があり、小型モータの場合はブラシが小さい為、組み込み方向の間違えを目視や画像で判別することが困難である。また、工程管理を厳格に実施したとしても、製造誤差に起因して上記要件を満足できずに接点位相角が変化して不具合を引き起こす場合もあり、対策として確実性に乏しいという問題もある。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、製造時の特別な工程管理を要することなく安価なコストで実施可能とした上で、ブラシの摩耗過程における接点位相角の変化量を確実に縮小して、これに起因する種々の不具合を未然に防止することができるブラシホルダ装置及びそれを搭載したブラシ付きモータを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のブラシホルダ装置は、ブラシベース上にブラシアームの基端が固定されると共に、該ブラシアームの先端側にブラシが固定され、ロータの回転軸と同心に設けられたコミテータの外周面に前記ブラシアームの撓みに伴う弾性により前記ブラシを摺接させると共に、前記ブラシの摩耗に伴って前記ブラシアームを角度変化させながら前記ブラシの摺接を維持可能とされたブラシホルダ装置において、コミテータ中心からブラシの接離方向長さの中心までの距離を100％としたときに 、前記ブラシの摩耗に伴って前記ブラシアームが角度変化したときに該ブラシの軸線基点が移動する軌跡の中心が、前記コミテータに対する前記ブラシの接離方向において該ブラシの長さの中点から±17％以内の距離に設定されていることを特徴とする（請求項１）。

このように構成したブラシホルダ装置によれば、ブラシの摩耗に伴ってブラシアームを角度変化させながらコミテータに対するブラシの摺接が維持され、このときのブラシの接触面の軸線基点は軌跡を辿ってコミテータに接近する。ブラシの長さの中点に対して円弧軌跡の中心が接離方向で±17％以内の距離に設定されているため、ブラシの初期の軸線基点と末期の軸線基点とはコミテータに対するブラシの接線方向で接近する。このため、ブラシの初期から末期までの軸線基点の接線方向の変動幅が減少し、変動幅と相関するブラシの接点位相角の変化量も縮小される。結果として、接点位相角の変化によって発生するブラシとコミテータとの通電タイミングのズレを抑制可能となる。

その他の態様として、前記ブラシの中心軸線が、前記コミテータに対する前記ブラシの接線方向において、摩耗に伴ってブラシの軸線基点が移動する円弧軌跡の中心とブラシの接線方向中心の間の距離を100%としたときに、前記コミテータの回転中心から±2.3％以内の距離に設定されていることが好ましい（請求項２）。
このように構成したブラシホルダ装置によれば、コミテータの回転中心に対するブラシの中心軸線の接線方向の距離Ｙを変化させると、ブラシの接触角度は図６に示すように変化する。接触角度の許容範囲（84〜95°）を満たす距離Ｙとして、図中の（ｂ）に示す接離方向の距離Ｘ＝＋17％の場合には距離Ｙ＝0〜2.3％が求められ、図中の（ｃ）に示す距離Ｘ＝−17％の場合には距離Ｙ＝0〜−2.3％が求められる。結果として距離Ｙを±2.3％以内に設定すれば、ブラシの接触角度を許容範囲内にとどめられる。

また別の態様として、請求項１に記載のブラシホルダ装置を搭載してブラシ付きモータを構成することが望ましい（請求項３）。
このように構成したブラシ付きモータによれば、そのブラシホルダ装置により請求項１または２に記載した作用効果が得られる。

本発明のブラシホルダ装置及びそれを搭載したブラシ付きモータによれば、製造時の特別な工程管理を要することなく安価なコストで実施可能とした上で、ブラシの摩耗過程における接点位相角の変化量を確実に縮小して、これに起因する種々の不具合を未然に防止することができる。

実施形態のブラシ付きモータを示す断面図である。 エンドベル内のブラシホルダ装置をフロント側から見た図である。 実施形態のブラシホルダ装置の摩耗に伴うブラシの移動軌跡を示す模式図である。 実施形態のブラシホルダ装置の仕様及び試験結果を従来技術のものと比較した説明図である。 ブラシの摩耗が進行したときのブラシホルダ装置を示す図３に対応する模式図である。 コミテータの回転中心に対するブラシの中心軸線の接線方向への距離Ｙを変化させたときのブラシの接触角度を求めたシミュレーションによる解析結果を示す図である。 従来技術のブラシホルダ装置の摩耗に伴うブラシの移動軌跡を示す模式図である。

以下、本発明を具体化したブラシホルダ装置、及びそれを搭載したブラシ付きモータの一実施形態を説明する。
図１は本実施形態のブラシ付きモータを示す断面図であり、図中の左方がモータのフロント側に相当し、右方がモータのリア側に相当する。

モータ１のハウジング２は、金属ケース３及び合成樹脂製のエンドベル４により構成されている。金属ケース３はリア側に向けて開口する有底円筒状をなし、その開口部を閉塞するように、エンドベル４を金属ケース３の開口端の段差部に嵌め込み、金属ケース３の開口端の一部を切り曲げすることでエンドベル４をかしめ固定している。

金属ケース３の内周面には２極の界磁マグネット５が金属ケース３の内周面に設けた突起（不図示）とバネ（不図示）により固定され、これらの界磁マグネット５とヨークとして機能する金属ケース３とによりステータ６（固定子）が構成されている。界磁マグネット５の内側にはロータ７（回転子）が配設され、ロータ７は回転軸８、アーマチャ９（電機子）及びコミテータ１０（整流子）から構成されている。なお、界磁マグネット５は、接着剤によって金属ケース３に固定、もしくは突起、バネと接着剤を併用してもよい。

ロータ７の回転軸８のフロント側は金属ケース３内の軸受１２により回転可能に支持され、回転軸８のリア側はエンドベル４内の軸受１３により回転可能に支持され、この回転軸８が金属ケース３からフロント側に突出してモータ１の出力軸として機能する。

アーマチャ９は、回転軸８上に固定されたコア１４に３極の巻線１５を巻回して構成され、コア１４の外周面と界磁マグネット５の内周面との間には磁気ギャップとして所定のクリアランスが形成されている。コミテータ１０はエンドベル４内に位置するように回転軸８上に設けられ、外周面を覆うように円筒状が周方向に３片に分割された導体片を有する。図示はしないが、これらの各導体片は巻線１５の各極に対して電気的に接続されている。

なお、巻線１５の極数、コミテータ１０の導体片数は必ずしも３ではない。巻線１５の極数は２以上の自然数であり、コミテータ１０は巻線１５の極数の０．５倍、または自然数倍を採りうる。
回転軸８上のアーマチャ９とコミテータ１０との間には冷却ファン１６が装着され、回転軸８と共に冷却ファン１６が回転してアーマチャ９や以下に述べるブラシホルダ装置１８を冷却する機能を奏する。

エンドベル４内には、コミテータ１０を内包するようにブラシホルダ装置１８が配設されており、このブラシホルダ装置１８の構成について以下に説明する。
図２はエンドベル４内のブラシホルダ装置１８をフロント側から見た図である。
図１，２に示すように、エンドベル４内のコミテータ１０を中心とした180°対向する位置にはそれぞれ金属製のブラシベース１９が固定され、各ブラシベース１９には端子２０が一体形成または接続されている。各端子２０はエンドベル４内から外部のリア側に向けて突出し、外部電源と接続された図示しない給電ケーブルを接続可能となっている。

各ブラシベース１９上の一側にはブラシアーム２１の固定面２１ａ（基端）がカシメ等により固定され、ブラシベース１９を介してブラシアーム２１は端子２０と電気的に接続されている。固定面２１ａの近傍においてブラシアーム２１には所定の曲率をなすＲ部２１ｂが形成され、このＲ部２１ｂよりもブラシ２２を保持しているブラシアーム２１の先端側には途中１か所、鈍角に屈曲部分が形成されて先端をコミテータ１０側に指向させている。この屈曲部分はブラシ２２とコミテータ１０の接触角度を適切にするために設けるものであり、直線状や曲線状であってもよい。なお、この屈曲部分を設ける場合、エンドベル４内のブラシベース１９、ブラシアーム２１の配置によっては直角、鋭角となってもよい。

各ブラシアーム２１の先端にはカーボン製のブラシ２２が固定され、各ブラシ２２はコミテータ１０を挟んで180°対向して位置している。結果として一対のブラシアーム２１及びブラシ２２は、コミテータ１０を中心として点対称となる互い違いの位置関係に配置されている。なお、端子２０の配置など設計的な事情によっては、一対のブラシアーム２１は、コミテータ１０の中心を通る直線に関して線対称に配置してもよい。

各ブラシアーム２１はベリリウム銅等の弾性に富んだ板材から製作され、その基端側の領域を除いてフロント側及びリア側の端縁２１ｃが直角に折曲されている。これによりブラシアーム２１は基端側の領域には弾性が付与されると共に、それ以外の領域には剛性が付与され、基端側の領域を撓ませて弾性によりそれぞれのブラシ２２をコミテータ１０の外周面に当接させている。

給電ケーブルから端子２０に給電されると、ブラシアーム２１、ブラシ２２及びコミテータ１０を介しアーマチャ９の巻線１５に電流が流されてコア１４に磁界が発生し、界磁マグネット５の磁界との吸引及び反発作用によりロータ７が回転する。ロータ７の回転に伴って各ブラシ２２がコミテータ１０の外周面に摺接して、アーマチャ９の複数の巻線１５の内で通電させる巻線１５や流す電流の向きを連続的に切り替え、それに伴ってコア１４の磁界が連続的に変化してロータ７が回転し続ける。

ところで、アーム式のブラシホルダ装置では、ブラシの摩耗に伴って接点位相角が変化することにより整流時の火花の増加など種々の不具合が発生するため、その対策として特許文献１の技術では、ブラシを移動軌跡に倣った円弧形状に形成している。しかし、［発明が解決しようとする課題］で述べたように、ブラシ形状やブラシアームへの取付角度を厳格に管理する必要が生じて製造コストが高騰する上に、所期の効果が達成できない場合もあり確実性に乏しい。

図３は本実施形態のブラシホルダ装置１８の摩耗に伴うブラシ２２の移動軌跡を示す模式図であり、詳しくはブラシ２２の軸線基点（ブラシ２２の中心軸線Ｌ上の根元箇所）の移動軌跡を示している。なお、以下の説明では、図中の左右方向をコミテータ１０に対するブラシ２２の接離方向と表現し、図中の上下方向をコミテータ１０に対するブラシ２２の接線方向と表現する。

図に示すブラシ２２が摩耗していない新品時（以下、ブラシ２２の初期と称する）には軸線基点が図中のＰ1に位置し、ブラシ２２の摩耗に伴ってブラシアーム２１を角度変化させながら軸線基点は円弧軌跡を辿ってコミテータ１０に接近し、これによりコミテータ１０に対するブラシ２２の摺接が維持される。

そして、ブラシ２２が全て摩耗した時点（以下、ブラシ２２の末期と称する）で、ブラシ２２の軸線基点はコミテータ１０に最接近したＰ2の位置に達する。Ｐ1からＰ2までの軸線基点の移動距離は、曲線と直線の相違はあるもののブラシ２２の長さ（コミテータ１０に対する接離方向の寸法）と近似し、初期から末期までのブラシ２２の摩耗代とも見なせる。

このブラシ２２の摩耗過程においてアーム式のブラシホルダ装置１８の構造上、接点位相角の変化が避けられず、従来から接点位相角の変化量が小さいほど望ましいことは判っていたが、具体的な設定手法については確立されていないのが現状であった。

以上の特許文献１の不具合及び接点位相角に対する現状の認識を鑑みて、本発明者はブラシ２２の摩耗過程における接点位相角の変化量と、ブラシ２２の軸線基端が円弧軌跡を辿って移動したときのコミテータ１０に対する接線方向の変動幅（図３にＳ2、図７にＳ1で示す）との相関に着目した。

上記のようにブラシ２２の軸線基点は摩耗過程において円弧軌跡を辿って移動し、それに伴いコミテータ１０に対するブラシ２２の接線方向に位置変位（変動）する。このときのブラシ２２の軸線基点の接線方向の変動幅（以下、単に接線方向の変動幅と称する場合もある）は、ブラシ２２の接点位相角の変化量と相関し、接線方向の変動幅が少ないほど接点位相角の変化量も少なくなる。従って、摩耗過程におけるブラシ２２の接線方向の変動幅を可能な限り低減すれば、接点位相角の変化量を最小限にとどめることが可能となる。

以上の知見に基づき本実施形態では、ブラシ２２の接線方向の変動幅を低減すべくブラシアーム２１の各要件を最適設定しており、その詳細を以下に説明する。
ブラシアーム２１の各要件の中で、ブラシ２２の接線方向の変動幅に影響する重要な要件は、摩耗過程でブラシ２２が辿る円弧軌跡の中心位置である。

図７はブラシ２２の接線方向の変動幅に着目していない従来技術のブラシホルダ装置３１の摩耗に伴うブラシ２２の移動軌跡を示す模式図である。
図７に示すブラシ２２の初期状態において、ブラシ２２の軸線基点はコミテータ１０の回転中心Ｃcに対し接線方向で一致するＰ1に位置し、摩耗に伴ってブラシ２２の軸線基点が移動する円弧軌跡の中心Ｃbは、ブラシ２２の長さの中点Ｐ01に対し接離方向で距離Ｘ（この例では、後述のように1.373mm）だけコミテータ１０側にずれている。

ブラシ２２の摩耗に伴って軸線基点は円弧軌跡を辿ってコミテータ１０に接近し、ブラシ２２の末期には軸線基点がコミテータ１０に最接近したＰ2に達する。

ブラシ２２の長さの中点Ｐ01に対して円弧軌跡の中心Ｃbがコミテータ１０側にずれているため、ブラシ２２の初期のＰ1に対して末期のＰ2はコミテータ１０に対する接線方向でブラシアーム２１の先端側に位置変位する。結果として、Ｐ1からＰ2まで移動する過程で軸線基点は接線方向にＳ1だけ変動する。
なお、初期状態のブラシ２２の軸線基点Ｐ1をコミテータ１０の回転中心Ｃcに接線方向で一致させても一致させなくても、接線方向の変動幅Ｓ1はほとんど変化しない。

そして、このときのブラシ２２の接点位相角（コミテータ１０に対するブラシ２２の角度）は、ブラシ２２の軸線基端の接線方向の変動幅Ｓ1に相関した値となる。ブラシ２２の軸線基端が円弧軌跡を辿って移動したときに接線方向に大きく変動するには、その際にブラシ２２が大きく角度変化する必要があり、結果として接点位相角の変化量が大になることから、両者の間に相関関係が成立するためである。

一方、図３に示す本実施形態のブラシホルダ装置１８は、円弧軌跡の中心Ｃbが接離方向でブラシ２２の長さの中点Ｐ01に対してずれることなく一致している点（距離Ｘ＝0mm）が相違する。
本実施形態の円弧軌跡の中心Ｃbは、曲率半径Ｒをなすブラシアーム２１のＲ部２１ｂの中心と一致している。このため、Ｒ部２１ｂの湾曲形状から円弧軌跡の中心Ｃbを特定することができる。

そして、ブラシ２２の摩耗に伴って軸線基点は円弧軌跡を辿ってコミテータ１０に接近し、ブラシ２２の末期にはＰ2に達する。ブラシ２２の長さの中点Ｐ01に対して円弧軌跡の中心Ｃbが接離方向で一致しているため、ブラシ２２の初期のＰ1に対して末期のＰ2は接線方向で一致し、結果としてＰ1からＰ2まで移動する過程で軸線基点は接線方向にＳ2だけ変動する。

Ｐ1に対してＰ2がブラシアーム２１の先端側に位置変位する従来技術に比較し、本実施形態はＰ1に対してＰ2が接線方向で一致する。このためＰ2が位置変位しない分だけ、本実施形態の軸線基点の接線方向の変動幅Ｓ2は従来技術の変動幅Ｓ1に比較して減少し、結果としてブラシ２２の接点位相角の変化量も従来技術に比較して縮小される。幾何学的な見地から、同一の円弧軌跡（中心Ｃbからの半径及びブラシ長さが同一）において本実施形態の変動幅Ｓ2が最小値となることから、接点位相角の変化量も最小限にとどめることができる。

従って、本実施形態のブラシホルダ装置１８によれば、ブラシ２２の摩耗過程における接点位相角の変化量を確実に低減でき、これによりコミテータ１０との通電タイミングのズレを抑制できる。よって、通電タイミングのズレに起因する種々の不具合、例えばコミテータ１０との間に発生する火花によるブラシ寿命の短縮化、或いはモータの効率や出力の低下等を未然に防止することができる。

そして、以上の作用効果を得るためには、摩耗に伴ってブラシ２２の軸線基点が移動する円弧軌跡の中心Ｃbを、接離方向においてブラシ２２の長さの中点Ｐ01に一致させるだけであり、ブラシアーム２１の他の要件（例えば、ブラシアーム２１の長さ、撓み領域の長さ、板厚、板幅等）は、例えば図７の従来技術のブラシホルダ装置３１と全く相違ない。

従って、ブラシ２２の成型工程では通常の形状にブラシ２２を成型し、組付工程では通常のようにブラシアーム２１にブラシ２２を固定（例えば、ブラシアーム２１の保持孔内にブラシ２２の基端を挿入・保持）するだけでよく、特許文献１に技術のようにブラシ形状や取付角度を厳格に管理する必要は一切ない。このため、各工程での厳格な管理に起因する製造コストの高騰を未然に防止でき、非常に安価なコストで実施することができる。

また、ブラシホルダ装置１８の製造時において、軸線基点の円弧軌跡の中心Ｃbとブラシ２２の長さの中点Ｐ01とを正規の位置関係に保てば、上記作用効果は必ず達成でき、対策として非常に高い確実性を実現することができる。

なお、以上のように軸線基点の円弧軌跡の中心Ｃbとブラシ２２の長さの中点Ｐ01とを正規の位置関係に設定しているのであるが、ある程度の製造誤差は現実的に避けられない。そこで本実施形態では、誤差の許容範囲を設定している。
具体的には、ブラシ長さの中点Ｐ01を基準として円弧軌跡の中心Ｃbが接離方向に±1.0mmの範囲内に位置していれば望ましい製品寿命(実働時間)を得られる 。この許容範囲内であれば、ブラシ長さの中点Ｐ01と円弧軌跡の中心Ｃbとが一致（誤差＝0mm）している場合に比較して、接点位相角の変化量はほとんど増加しないとの知見に基づく。

図４は本実施形態のブラシホルダ装置１８の仕様及び試験結果を図７の従来技術のものと比較した説明図である。
なお、実施形態と従来技術とは、ブラシ長さの中点Ｐ01に対する円弧軌跡の中心Ｃbの距離Ｘだけが相違し、それ以外は同一仕様である。例えば、コミテータ外径は共にφ8.6mmに設定され、ブラシアーム２１の各要件についても同一設定されている。そして、ブラシホルダ装置１８，３１が組み込まれたモータ１の仕様も同一であり、例えば外径はφ35.8mmに設定されている。

従来技術では、ブラシ長さの中点Ｐ01に対する円弧軌跡の中心Ｃbの距離Ｘが1.373mm（＋はコミテータ１０側へのズレを意味する）であり、許容範囲の±1.0mmを逸脱している。これに対して実施形態では、製造誤差により円弧軌跡の中心Ｃbがブラシ長さの中点Ｐ01と一致してないものの、その距離Ｘは0.873mmであるため±1.0mmの許容範囲の条件を満たしている。

本発明者は、実施形態と従来技術のブラシホルダ装置１８，３１の寿命試験を実施し、それぞれについて初期から末期までの実働時間を複数回計測した。図４中に示すように、従来技術に比較して実施形態では実働時間が大幅に延長化されており、上記距離Ｘに関する許容範囲の設定が適切であることの証左と見なせる。
よって本実施形態では、円弧軌跡の中心Ｃbを接離方向でブラシ２２の長さの中点Ｐ01に一致させたが、必ずしも一致させる必要はない。寿命試験の結果から明らかなように、中点Ｐ01に対する円弧軌跡の中心Ｃbの接離方向での距離Ｘを±1.0mm以内に設定すれば、ブラシ２２の初期の軸線基点と末期の軸線基点とがブラシ２２の接線方向で接近して接線方向の変動幅が減少することから、接点位相角の変化量を十分に低減できる。本発明は、このような中心Ｃbの位置設定も本発明は含むものとする。

ところで、本実施形態では、ブラシアーム２１のＲ部２１ｂの中心が軸線基端の円弧軌跡の中心Ｃbと一致しているため、Ｒ部２１ｂの湾曲形状から中心Ｃbを特定可能であったが、両者が一致してないブラシアームも存在する。そして上記説明から明らかなように、ブラシ長さの中点Ｐ01に一致させるべきは、その位置を仮想的にしか特定できない円弧軌跡の中心Ｃbである。

しかしながら、ブラシアーム２１の撓みの基端に位置するＲ部２１ｂは、形状が異なる種々のブラシアーム２１の何れにおいても円弧軌跡の中心Ｃbのごく近接に位置する。このため、近似的にＲ部２１ｂの中心を円弧軌跡の中心Ｃbと見なして、接離方向でブラシ長さの中点Ｐ01に一致させてもよい。
結果として、円弧軌跡の中心Ｃbもブラシ長さの中点Ｐ01にごく近接することから、この場合でも軸線基端の接線方向の変動幅、ひいては接点位相角の変化量を十分に縮小でき、実施形態と遜色のない作用効果が得られる。本発明では、このようにＲ部２１ｂの中心をブラシ長さの中点Ｐ01に一致させる場合も含むものとする。

なお、本実施例のコミテータ１０の外径は直径7.55mm、ブラシ２２の接離方向の長さは4.3mmである。中点Ｐ01に対する円弧軌跡の中心Ｃbの接離方向での距離Ｘの最適寸法はモータの大きさによって変化する。ブラシ２２の接離方向位置は、コミテータ１０の径とブラシ２２の接離方向寸法に依存することから、中点Ｐ01に対する円弧軌跡の中心Ｃbの接離方向での距離Ｘの最適寸法は、コミテータ１０の中心Ｃcとブラシ中心の距離（図３のＡ寸法）に対する比率として捉えればよい。本実施例では、コミテータ１０の中心Ｃcとブラシ中心の距離は7.55/2＋4.3/2＝5.925mmであるから、許容範囲±1.0mmはコミテータ１０の中心Ｃcとブラシ中心の距離の±17％となる。

一方、以上の説明では、初期及び末期のブラシ２２の中心軸線Ｌとコミテータ１０の回転中心Ｃcとの接線方向の位置関係について言及しなかったが、上記接離方向の距離Ｘの場合と同様に許容範囲が存在する。
例えば、コミテータ１０の回転角度＝90°で整流する条件の下に、図３に示すブラシ２２の初期状態において、接離方向でブラシ２２の長さの中点Ｐ01に対して円弧軌跡の中心Ｃbを一致（距離Ｘ＝0mm）させ、且つ接線方向でコミテータ１０の回転中心Ｃcに対してブラシ２２の中心軸線Ｌを一致（距離Ｙ＝0mm）させた場合を想定する。

ブラシ２２の摩耗が次第に進行すると、それに伴い例えば図５に示すように、コミテータ１０の外周面に対するブラシ２２の接触角度（基準角度0°からのコミテータ１０の回転角度を意味し、図中のブラシ中心軸線Ｌ上のＰ2位置）が進角側に変化する。ブラシ２２の接触角度の変化状況は距離Ｘ，Ｙの設定に応じて異なるものの、ブラシ２２の初期から末期までの全ての期間に亘ってブラシ２２の接触角度を目標値の90°付近にとどめる必要がある。

そこで、距離Ｘ，Ｙを変化させてブラシ２２の初期から末期までのコミテータ１０に対する接触角度の変化をシミュレーションにより解析した。
上記したように距離Ｘの許容範囲は±1.0mm（コミテータ側を＋、反コミテータ側を−）であるため、距離Ｘ＝0mm，＋1.0mm，−1.0mmの３種の条件の下で、それぞれ距離Ｙを変化させたシミュレーションを実施した。目標値を90°とした場合に許容できるブラシ２２の接触角度として84〜95°を定め、ブラシ２２の初期から末期までにおいて接触角度が許容範囲内を逸脱しない距離Ｙ（ブラシアーム２１の先端側を＋、基端側を−）を求めた。

図６の解析結果に示すように、各距離Ｘの設定で共通する傾向として、ブラシ２２の摩耗進行と共に変化するブラシアーム２１の角度に応じて、ブラシ２２の接触角度は進角側への変化後に遅角側に変化しており、図中の（ａ）に示す接離方向の最適値である距離Ｘ＝0mmに比較して、図中の（ｂ）に示す距離Ｘ＝＋1.0mm及び（ｃ）に示す−1.0mmでは、共に接触角度の変化が大きい。距離Ｘ＝＋1.0mmでは、上記接触角度の許容範囲（84〜95°）を満たす距離Ｙとして、Ｙ＝0〜＋0.3mmが求められ、距離Ｘ＝−1.0mmでは、接触角度の許容範囲を満たす距離Ｙとして、Ｙ＝0〜−0.3mmが求められる。

従って、実施形態で述べた距離Ｘに関する条件に加えて、コミテータ１０の回転中心Ｃcに対するブラシ２２の中心軸線Ｌの接線方向への距離Ｙを±0.3mm以内に設定すれば、ブラシ２２の初期から末期までの全ての期間に亘ってブラシ２２の接触角度が許容範囲内にとどめられる。よって、コミテータ１０との通電タイミングのズレを抑制でき、重複する説明はしないが、通電タイミングのズレに起因する種々の不具合をより確実に防止することができる。

なお、本実施例のブラシ２２の接線方向の長さは3.7mm、摩耗に伴ってブラシ２２の軸線基点が移動する円弧軌跡の中心Ｃbとブラシ２２の接線方向中心までの距離は13.28mmである。コミテータ１０の回転中心Ｃcに対するブラシ２２の中心軸線Ｌの接線方向への距離の最適寸法はモータの大きさによって変化する。ブラシ２２の接線方向位置は、摩耗に伴ってブラシ２２の軸線基点が移動する円弧軌跡の中心Ｃbとブラシ２２の接線方向中心までの距離に依存することから、コミテータ１０の回転中心Ｃcに対するブラシ２２の中心軸線Ｌの接線方向への距離の最適寸法範囲は、摩耗に伴ってブラシ２２の軸線基点が移動する円弧軌跡の中心Ｃbとブラシ２２の接線方向中心までの距離（図３のＢ寸法）に対する比率として捉えればよい。したがって±1.0mmは±17％となる。コミテータ１０の回転中心Ｃcに対するブラシ２２の中心軸線Ｌの接線方向への距離Ｙの許容範囲±0.3mmは、摩耗に伴ってブラシ２２の軸線基点が移動する円弧軌跡の中心Ｃbとブラシ２２の接線方向中心までの距離の±2.3％となる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態及び別例では、ステータ６を２極、アーマチャ９を３極としたブラシ付きモータ１及び当該モータ１に搭載されるブラシホルダ装置１８に具体化した。しかし、ブラシ付きモータであれば仕様は上記実施形態に限定されるものではなく、その極数等を任意に変更可能である。

また、上記実施形態及び別例のブラシホルダ装置１８，３１の仕様は任意に変更可能であり、例えばブラシアーム２１の形状や各要件、或いはブラシ２２の材質等を変更してもよい。

７ ロータ
８ 回転軸
１０ コミテータ
１８ ブラシホルダ装置
１９ ブラシベース
２１ ブラシアーム
２１ａ 固定面（基端）
２２ ブラシ
Ｌ 中心軸線
Ｐ1,Ｐ2 軸線基点
Ｐ01,Ｐ02 中点

Claims (3)

1. ブラシベース上にブラシアームの基端が固定されると共に、該ブラシアームの先端側にブラシが固定され、ロータの回転軸と同心に設けられたコミテータの外周面に前記ブラシアームの撓みに伴う弾性により前記ブラシを摺接させると共に、前記ブラシの摩耗に伴って前記ブラシアームを角度変化させながら前記ブラシの摺接を維持可能とされたブラシホルダ装置において、
   コミテータ中心からブラシの接離方向長さの中心までの距離を100％としたときに、前記ブラシの摩耗に伴って前記ブラシアームが角度変化したときに該ブラシの軸線基点が移動する軌跡の中心が、前記コミテータに対する前記ブラシの接離方向において該ブラシの長さの中点から±17％以内の距離に設定された
   ことを特徴とするブラシホルダ装置。
2. 摩耗に伴ってブラシの軸線基点が移動する円弧軌跡の中心とブラシの接線方向中心の間の距離を100%としたときに、前記ブラシの中心軸線が、前記コミテータに対する前記ブラシの接線方向において前記コミテータの回転中心から±2.3％以内の距離に設定された
   ことを特徴とする請求項１に記載のブラシホルダ装置。
3. 請求項１または２に記載のブラシホルダ装置を搭載したブラシ付きモータ。

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