專利名稱：Dc電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及DC電動機，尤其是涉及在殼體內(nèi)具備供電用的電刷的電動機。
背景技術(shù)：
從機動車等的電氣安裝設(shè)備或音響、影像設(shè)備、或家電設(shè)備到玩具、模型，DC電動機(以下簡稱為“電動機”)用于各種領(lǐng)域及用途。通常，DC電動機從直流電源經(jīng)由電刷及該電刷所滑動接觸的整流子(commutator)向轉(zhuǎn)子繞組供給電流。另外，伴隨著因自動化而產(chǎn)生的電氣安裝件的增加，要求在一個產(chǎn)品上搭載多個電動機，并且在確保各個電動機的特性的狀態(tài)下實現(xiàn)其小型化。以往，在這種電動機中，其箱體為被稱作圓筒狀的圓形類型、橢圓形的扁平類型、長方形的方形類型的電動機成為主流。扁平類型或方形類型的磁化極數(shù)為兩極，沿其箱體的長度方向?qū)χ玫卦O(shè)置磁鐵。另一方面，當成為四極以上時，為了在保持良好的平衡性的狀態(tài)下配置磁極并減小其收容空間而采用圓形類型。然而，在這樣的圓形類型中，在沿周向相鄰的磁鐵之間會產(chǎn)生多余的空間。另一方面，為了維持作為磁鐵的功能，確保該磁極的中心部的厚度即可。根據(jù)這種情況，提出有一種將箱體的形狀形成為比該圓筒形小的多邊形，以在該多邊形的角部配置磁極的中心的方式設(shè)置磁鐵而實現(xiàn)小型化的技術(shù)(例如，參照專利文獻1)。根據(jù)這樣的形狀，能夠削減相鄰的磁鐵之間的多余的空間。另一方面，雖然磁鐵其本身變小，但在其磁極的中心具有充分的厚度，因此能維持必要的特性。即，能夠維持作為電動機的特性并實現(xiàn)其小型化。專利文獻1國際公開第09/118972號小冊子然而，當將如此實現(xiàn)了小型化的多邊形形狀的電動機安裝在作為安裝對象的裝置或設(shè)備等上并在施加負載的狀態(tài)下反復(fù)進行驅(qū)動時，存在電動機的噪聲逐漸上升的傾向。 而且，電動機的反復(fù)動作引起的噪聲的上升程度存在偏差而未必恒定。因此，在某電動機中，存在到達當初設(shè)想的動作次數(shù)之前噪聲就已超過噪聲上限值的情況。關(guān)于這種噪聲的產(chǎn)生或噪聲的上升產(chǎn)生的主要原因，雖然考慮了各種情況，但本發(fā)明者經(jīng)過刻苦的研究，想到了電刷與刷架(holder)的間隙的尺寸可能是噪聲上升的一個原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這樣的狀況而作出的，其目的在于提供一種高水平地實現(xiàn)小型化和低噪聲性這兩者的DC電動機。為了解決上述課題，本發(fā)明的一形態(tài)的DC電動機具備筒狀的殼體；磁鐵，其沿著殼體的內(nèi)表面設(shè)置且具有在周向上空出間隔的多個磁極；軸，其沿著殼體的軸線穿過；電樞，其固定在軸上且與磁鐵對置配置；整流子，其以與電樞成為同軸的方式安裝在軸上；碳刷，其具有柱狀的主體且其前端面與整流子的外周面滑動接觸；碳刷架，其設(shè)置在殼體上， 將碳刷支承為能夠向整流子側(cè)進行行程工作；施力部件，其配設(shè)在殼體上并對碳刷向整流子側(cè)施力。整流子的直徑小于10mm，在碳刷架與碳刷之間形成有能夠供碳刷向整流子側(cè)進行行程工作的間隙，將碳刷架的與整流子對置的一側(cè)的端部上的間隙的兩端和軸的中心連結(jié)的兩條直線所成的角小于1. 5度。在碳刷與碳刷架之間設(shè)有某種程度的間隙，以便于即使在由于DC電動機的動作而碳刷發(fā)生磨損的情況下，確保與整流子接觸的碳刷也能夠滑動。該間隙是通過考慮碳刷架的加工和組裝的公差而進行設(shè)定的。因此，在碳刷架的加工和組裝的公差大時，需要較大地設(shè)定間隙，以免碳刷因尺寸不均而無法滑動。在截面積大的大型DC電動機的情況下，整流子的直徑也大，因此間隙對電動機相位的影響小。然而，根據(jù)本發(fā)明者們的研討，在要求小型化的截面積狹小的DC電動機的情況下，間隙對電動機相位的影響更為顯著。根據(jù)該形態(tài)，在小型化且截面積小的DC電動機中，尤其在整流子的直徑小于IOmm 的情況下，將碳刷架的與整流子對置的一側(cè)的端部上的間隙的兩端和軸的中心連結(jié)的兩條直線所成的角小于1. 5度。即，因為對應(yīng)于整流子的小型化而較小地設(shè)定碳刷與碳刷架的間隙，所以能減少間隙對電動機相位的影響，且能抑制噪聲的產(chǎn)生和噪聲的上升。例如，間隙可以為0. Imm以下。由此，在小型化的DC電動機中也能夠?qū)崿F(xiàn)低噪聲。殼體可以具有由相互正交的四個平坦部和將相鄰的平坦部連結(jié)的四個連結(jié)部所構(gòu)成的側(cè)面。磁鐵可以在四個連結(jié)部的內(nèi)側(cè)分別具有磁極。與兩極的磁鐵相比，在四極的磁鐵的情況下，間隙的尺寸對電動機相位的影響大。因此，與磁鐵為兩極的DC電動機相比， 對于磁鐵為四極的DC電動機而言，其抑制噪聲的產(chǎn)生或噪聲的上升的效果更為顯著。碳刷沿著將連結(jié)部連結(jié)的兩條對角線分別各配置一個。由此，與將一對碳刷隔著整流子的中心相互對置的情況相比，例如，在一對碳刷配置成使彼此的長度方向所成的角度為90°的情況下，其抑制噪聲的產(chǎn)生或噪聲的上升的效果更為顯著。還可以具備形成有安裝碳刷架的安裝孔的樹脂制的刷架。碳刷架可以具有將碳刷夾入的一對平坦面。一對平坦面各自的前端可以一體地形成為能夠插入到安裝孔中的插入部。由此，碳刷架的平坦面和插入部構(gòu)成同一面而使加工容易。因此，碳刷架的尺寸精度得到提高，并且能夠?qū)㈤g隙設(shè)定得較小。碳刷架的一對平坦面及插入部通過一次彎曲加工而形成。由此，能夠提高碳刷架的尺寸精度，能夠?qū)㈤g隙設(shè)定得較小。還可以具備金屬板，該金屬板具有供形成在一對平坦面上的各個插入部插入并貫通的多個貫通孔?？梢栽诓迦氩坎迦氩⒇炌ǘ鄠€貫通孔的狀態(tài)下，以使一對平坦面的間隔包含在規(guī)定的范圍內(nèi)的方式加工貫通孔的側(cè)壁。由此，即使假設(shè)碳刷架的加工引起形狀的偏差，由于一對平坦面的間隔包含在規(guī)定的范圍內(nèi)，所以也能夠?qū)㈤g隙設(shè)定得較小。插入部可以分別貫通金屬板上的貫通孔及刷架上的安裝孔，通過將其前端部彼此向外側(cè)折彎而與刷架鉚接。由此，由于插入部被壓緊于金屬板的貫通孔的內(nèi)側(cè)的側(cè)壁，因此一對平坦面的間隔的尺寸精度得到提高。[發(fā)明效果]根據(jù)本發(fā)明，能夠以高水平來實現(xiàn)DC電動機的小型化和低噪聲性這兩者。


圖1是本實施方式的DC電動機的主視圖。
圖2是本實施方式的DC電動機的后視圖。圖3是本實施方式的DC電動機的側(cè)視圖。圖4是用于說明DC電動機的主要的結(jié)構(gòu)部件的分解立體圖。圖5是圖1的A-A向視剖視圖。圖6是圖5的B-B向視剖視圖。圖7是圖5的B-B向視剖視圖。圖8是從圖5的C方向觀察到的在刷架上安裝有連接器的刷架組裝體的向視圖。

圖9(a)是用于說明實施例及比較例的電動機結(jié)構(gòu)中的整流子與碳刷架的位置關(guān)系的示意圖，圖9(b)是將圖9(a)的區(qū)域D放大的圖。圖10是表示整流子的直徑小于IOmm的小型的DC電動機的間隙與壽命周期數(shù)的關(guān)系的曲線圖。圖11是本實施方式的碳刷架的整體立體圖。圖12是本實施方式的金屬板的整體立體圖。圖13是表示隔著金屬板將碳刷架安裝于刷架的情況下的示意圖。圖14是用于說明刷架的安裝孔的尺寸與金屬板的貫通孔的尺寸的關(guān)系的圖。圖15是表示最終將碳刷架固定于刷架的狀態(tài)下的剖視圖。符號說明10 電動機12 殼體14 轉(zhuǎn)子16金屬箱體18 刷架18a 安裝孔20 磁鐵22 軸24 電樞26 整流子30 碳刷31 碳刷架31a 端部31b,31c 平坦面3Ie 腿3 If 前端部60、61、62、63、64 磁極90 金屬板92 貫通孔92a 側(cè)壁
具體實施例方式
5
以下，參照

本發(fā)明的實施方式。需要說明的是，在

中，對同一要素標注同一符號，適當省略重復(fù)說明。而且，以下所述的結(jié)構(gòu)是例示，對本發(fā)明的范圍不構(gòu)成任何限定。圖1是本實施方式的DC電動機的主視圖。圖2是本實施方式的DC電動機的后視圖。圖3是本實施方式的DC電動機的側(cè)視圖。圖4是用于說明DC電動機的主要的結(jié)構(gòu)部件的分解立體圖。如圖1至圖4所示，DC電動機(簡稱為“電動機”)10構(gòu)成為在筒狀的殼體12的內(nèi)部收容轉(zhuǎn)子14。殼體12由有底筒狀的金屬箱體16和筒狀的樹脂制的刷架18組裝而成。 金屬箱體16作為形成磁回路的磁軛起作用，在其內(nèi)周面固定有筒狀的勵磁磁鐵(簡稱為 “磁鐵”)20，從而一起構(gòu)成定子。在金屬箱體16的底部中央形成有向外方稍突出的凸起部 17，從而收容后述的軸承。轉(zhuǎn)子14構(gòu)成為在成為旋轉(zhuǎn)軸的軸22的一端側(cè)半部上設(shè)有電樞M、整流子沈、檢測用磁鐵觀等。軸22沿著殼體12的軸線穿過。而且，電樞M固定于軸22，并與磁鐵20 對置配置。刷架18配設(shè)有與整流子沈?qū)χ门渲玫囊粚μ妓?0。刷架18安裝有用于與未圖示的電氣安裝件電連接的可拆裝的連接器32。刷架18安裝成以安裝有連接器32的刷架組裝體的狀態(tài)插入到金屬箱體16中。在金屬箱體16的開口端附近的側(cè)面上設(shè)有切口部34、35，在組裝刷架組裝體時，通過將連接器32及刷架18的規(guī)定部位分別卡止于切口部34、35的各基端部而進行適當?shù)亩ㄎ?。如此，在組裝完刷架組裝體后，通過端板36對金屬箱體16的開口部進行密封。端板36具有與金屬箱體16的開口部大致相同形狀的外形，從穿過并嵌合于該開口部。端板 36在插入到金屬箱體16內(nèi)之后將端板36的開口端向內(nèi)方鉚接，從而固定于金屬箱體16。 在端板36的周緣部設(shè)有向相反側(cè)延伸的一對凸緣部38，各凸緣部38形成向電氣安裝件安裝的安裝部。在端板36的中央形成有向外方稍突出的凸起部39，且被壓入滑動軸承37，該滑動軸承37為環(huán)狀且由浸漬了潤滑用的潤滑油的所謂含油軸承構(gòu)成。在凸起部39的底部設(shè)有與該滑動軸承37同軸狀的穿過孔。軸22的另一端側(cè)半部貫通該穿過孔而向外部露出，并經(jīng)由未圖示的齒輪等與驅(qū)動對象連接。需要說明的是，也可以不在端板36上而在刷架18 上設(shè)置滑動軸承37，但與樹脂相比，利用由金屬構(gòu)成的端板36進行保持的本實施方式的結(jié)構(gòu)的溫度濕度變化強，電動機因其應(yīng)用的溫度濕度環(huán)境變化而引起的體積膨脹收縮小，因此能夠提高軸22的同軸度，從而能夠以高精度將轉(zhuǎn)子14保持成穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。圖5是圖1的A-A向視剖視圖。如圖5所示，以由金屬箱體16、刷架18及連接器 32包圍的方式形成殼體12的內(nèi)部空間。向端板36的凸起部39壓入上述的滑動軸承37， 將軸22所插通的軸孔40附近的部分軸支承為旋轉(zhuǎn)自如。另一方面，在金屬箱體16的凸起部17配置有作為滑動軸承的、外形形狀為球形的球形滑動軸承41同軸狀地內(nèi)插嵌合的有底筒狀的軸承座42。球形滑動軸承41被壓入到軸22的一端部。在軸承座42的底部中央設(shè)有截面為三角形形狀的凸部43，通過使該凸部43與在凸起部17的底部設(shè)置的相同形狀的凹部44嵌合，從而防止軸承座42繞軸線轉(zhuǎn)動。即，通過上述凸部43及凹部44來實施軸承座42的防旋結(jié)構(gòu)。而且，球形滑動軸承41在其外周的曲面部上能夠與軸承座42相對轉(zhuǎn)動。即，構(gòu)成為容許與軸22同軸的球形滑動軸承41的軸線和軸承座42的軸線成為規(guī)定角度的傾斜，通過軸22的旋轉(zhuǎn)而進行自動調(diào)心。電樞M構(gòu)成為包含壓入到軸22上的鐵心46和卷繞在鐵心46上的繞組48，鐵心 46的外周面與磁鐵20的內(nèi)周面隔開規(guī)定的間隙(磁性間隔)而對置配置。關(guān)于這些磁鐵 20及鐵心46的磁極結(jié)構(gòu)的詳細情況將在后面進行敘述。在軸22上的電樞M與滑動軸承37之間，從電樞M側(cè)依次排列設(shè)置有整流子26、 檢測用磁鐵觀、襯套50。整流子沈成為圓筒狀，當將連接器32組裝于金屬箱體16時，在與碳刷30對置配置的位置上壓入到軸22上。在刷架18上固定有筒狀的碳刷架31，碳刷 30插入到該碳刷架31內(nèi)而被其支承。而且，碳刷30在該狀態(tài)下被定位成與整流子沈的外周面滑動接觸。檢測用磁鐵觀成為外徑比整流子沈略小的圓筒狀，以沿軸線方向與整流子沈抵接的方式穿過軸22。在連接器32的下表面配設(shè)有霍爾元件52且將連接器32組裝于金屬箱體16時，該霍爾元件52與檢測用磁鐵觀對置配置。檢測用磁鐵觀構(gòu)成為略小于整流子沈，從而在軸22從另一端側(cè)向刷架18插通時防止檢測用磁鐵28與碳刷30發(fā)生干涉。 而且，通過在比整流子沈小的范圍內(nèi)增大檢測用磁鐵28，能夠?qū)z測用磁鐵28與霍爾元件 52接近配置。檢測用磁鐵觀以伴隨著旋轉(zhuǎn)而其外周面上交替出現(xiàn)N極和S極的方式磁化成兩極，霍爾元件52檢測伴隨該檢測用磁鐵觀的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的磁極的切換(邊界)而輸出脈沖信號。通過取得規(guī)定期間中的該脈沖信號的數(shù)目而能夠檢測電動機10的轉(zhuǎn)速。需要說明的是，在本實施例中，對檢測用磁鐵觀進行了兩極磁化，但也可以設(shè)定成例如四極磁化等其他的偶數(shù)極數(shù)。在檢測用磁鐵28的與襯套50的對置面上設(shè)有截面為四邊形形狀的凹部M。另一方面，襯套50形成為具有與該凹部M互補形狀的外形的階梯柱狀。襯套50以其前端部與凹部M嵌合的方式壓入到軸22上，其結(jié)果是，防止檢測用磁鐵觀相對于軸22旋轉(zhuǎn)。襯套 50由鐵等磁性材料形成，作為使檢測用磁鐵觀的磁力穩(wěn)定的背軛而發(fā)揮作用。圖6是圖5的B-B向視剖視圖。圖7也同樣是圖5的B-B向視剖視圖。需要說明的是，在圖6中，為了說明磁鐵20的磁極而省略了其他的部件。而且，在圖7中，表示將電樞插入到金屬箱體中的狀態(tài)，但省略了繞組。構(gòu)成殼體12 —部分的金屬箱體16的側(cè)面具有兩對對置的平坦面16a和將平坦面 16a彼此連結(jié)的四個作為連結(jié)面的曲面16b。需要說明的是，在以下的說明中雖然說明連結(jié)面的一例即曲面的情況，但連結(jié)面也可以是平坦面。即，金屬箱體16具有包括四個平坦面 16a的四邊形形狀的截面，相鄰的平坦面16a通過彎曲狀(R狀)的角部連接。這樣，通過形成為去掉四邊形形狀的角部的形狀，從而實現(xiàn)電動機10整體的小型化。同時，還可維持電動機性能并削減高價的磁鐵的使用量。磁鐵20沿著殼體12的內(nèi)表面設(shè)置，其外周面通過粘結(jié)劑而固定在金屬箱體16的內(nèi)周面，在與金屬箱體16的曲面16b對應(yīng)的位置成為厚壁，在與平坦面16a對應(yīng)的位置成為薄壁。由該磁鐵20的內(nèi)周面形成的假想圓的中心與電樞M的軸中心一致，并以磁鐵20 的厚壁部分為中心而形成有各磁極。即，磁鐵20由沿周向等間隔地設(shè)有磁極60 (N極)、磁極61 (S極)、磁極62 (N極)、 磁極63 (S極)的四極勵磁的偏壁筒狀體構(gòu)成，成為厚壁部的各磁極的中心分別配置在金屬箱體16的四個曲面16b的部分。例如將磁性材料一體成形為偏壁筒形狀而固定于金屬箱體16，之后通過磁場產(chǎn)生裝置從金屬箱體16的外部進行磁化而能夠形成磁鐵20，該磁化技術(shù)由于是公知的技術(shù)，因此省略詳細說明。另一方面，如圖7所示，鐵心46具有從被壓入到軸22上的中央圓筒部呈放射狀地延伸的六個磁極64 69，在各磁極上卷繞有繞組。需要說明的是，在鐵心46與繞組之間施行絕緣用的涂層粉末的涂敷。圖8是從圖5的C方向觀察到的在刷架上安裝有連接器的刷架組裝體的向視圖。 如圖8所示，刷架18成為有底筒狀，與金屬箱體16同樣，四邊形裝的截面的角部形成為彎曲狀。在刷架18的中央沿其軸線方向形成有能夠供整流子沈或檢測用磁鐵觀穿過的圓孔，在其周圍以有效利用空間的方式對各種功能部件進行最佳配置。需要說明的是，刷架18 的軸線方向成為向該刷架18穿過的軸22的長度方向。S卩，在刷架18的圖8的左右下方的角部上以沿周向成為90度的方式固定有一對筒狀的碳刷架31，在其內(nèi)部收容有能夠滑動的碳刷30。碳刷架31由導(dǎo)電性金屬構(gòu)成的截面為四邊形形狀的長條筒狀體形成，從刷架18的軸中心沿其徑向延伸配設(shè)。碳刷30成為具有長方形形狀的截面的長條棱柱狀，以可滑動的方式插入到碳刷架31內(nèi)而被其支承。由此，在組裝金屬箱體16、轉(zhuǎn)子14、刷架組裝體時，碳刷30配置成在將刷架18的角部和整流子沈的軸中心連結(jié)的線上延伸。在本實施方式中，將該軸中心和角部連結(jié)的線上是指，將刷架18的平坦部連結(jié)而構(gòu)成的正方形的對角線上，也是在刷架18 內(nèi)的周向位置上的徑向的空間最長的位置。因此，碳刷30配置在能夠確保其長度最長的位置。在刷架18的角部與側(cè)面部之間的空間中配設(shè)有扭力彈簧70。扭力彈簧70的卷繞部71穿過與刷架18的側(cè)面部接近配置的凸起部68而被其支承，從該卷繞部71延伸出的一端部72與碳刷30的后端面抵接。從卷繞部71延伸出的另一端部固定在刷架18的底部。扭力彈簧70在其卷繞部71蓄積作用力，一端部72將該作用力向碳刷30傳遞而向整流子沈側(cè)施力。在碳刷架31的與扭力彈簧70對置的對置面上設(shè)有沿著碳刷30行程方向的狹縫 (參照圖11)。由此，碳刷30即使向整流子沈進行行程工作，扭力彈簧70的一端部72也會經(jīng)由該狹縫進行位移，從而能夠始終對碳刷30施加作用力。S卩，即使碳刷30由于長時間磨損而變短，也能夠保持與整流子沈的穩(wěn)定的接觸狀態(tài)。另一方面，通過將扭力彈簧70的卷繞部71設(shè)置在從碳刷30的行程范圍的延長線上偏離的位置，能夠預(yù)先選擇盡可能長的碳刷30，從而能夠?qū)崿F(xiàn)碳刷30其本身以及電動機10的高壽命化。在刷架18的內(nèi)部空間中還配設(shè)有兩個扼流圈76、印制基板80等。扼流圈76是消除電噪聲元件，分別配置在圖的左右上方的角部。而且，扼流圈76設(shè)置成其軸線與刷架18 的軸線平行，因此節(jié)約刷架18的截面的空間，從而實現(xiàn)小型化。印制基板80具有沿著刷架18的圖的上部空間的矩形的外形，從正面?zhèn)雀采w一對扼流圈76而安裝于刷架18上。在印制基板80上安裝有用于切斷電噪聲的電容器、保護電路用的二極管、霍爾元件52用的電阻等各種電路元件。通過這種結(jié)構(gòu)，即使萬一扼流圈76 的固定松脫，也會防止其與電樞M接觸。連接器32是用于將電動機10與驅(qū)動對象即電氣安裝件直接連接的所謂直接連接器，一體地組裝有一對供電端子82和用于取出霍爾元件52的信號的一對輸出端子84。在連接器32的下表面，除了上述的霍爾元件52之外，還配設(shè)有用于切斷電噪聲的薄膜電容
ο供電端子82的一方經(jīng)由印制基板80、一方的扼流圈76等而與一方的碳刷30電連接。供電端子82的另一方經(jīng)由印制基板80、另一方的扼流圈76等而與另一方的碳刷30 電連接。需要說明的是，上述印制基板80的電連接成為并聯(lián)的電連接。如上所述，本實施方式的電動機10具備筒狀的殼體12 ；磁鐵20，其沿著殼體12 的內(nèi)表面設(shè)置，且具有在周向上隔開間隔的多個磁極61 64 ；軸22，其沿著殼體12的軸線穿過；電樞對，其固定于軸22，且與磁鐵20對置配置；整流子26，其以與電樞M成為同軸的方式安裝于軸22上；碳刷30，其具有柱狀的主體，在殼體中，其主體的長度方向沿著整流子沈的徑向配設(shè)，其前端面與整流子沈的外周面滑動接觸；碳刷架31，其將碳刷30支承為能夠沿著整流子26的徑向進行行程工作；扭力彈簧70，其配設(shè)于殼體，并對碳刷30向整流子側(cè)施力。另外，本實施方式的DC電動機10整體被進行小型化，殼體12的截面積也變小(例如，小于600mm2)。當然，收納于殼體12的整流子的直徑也比以往減小。如此，當驅(qū)動對象的單元的負載由于老化而變高時，與大型的DC電動機相比，上述的整體被小型化的DC電動機產(chǎn)生噪聲或噪聲水平超過規(guī)定的上限值的情況更多。其理由被認為具有情況。在DC電動機中，在碳刷與碳刷架之間設(shè)有某種程度的間隙，從而即使在根據(jù)DC電動機的動作而碳刷發(fā)生磨損的情況下，碳刷也能夠滑動來確保碳刷與整流子的接觸。該間隙是考慮到碳刷架的加工和組裝的公差而設(shè)定的。因此，在碳刷架的加工和組裝的公差大時，需要較大地設(shè)定間隙，以免碳刷因尺寸不均而無法滑動。對于截面積大的大型DC電動機而言，整流子的直徑也大，因此間隙對電動機相位的影響小。然而， 根據(jù)本發(fā)明者們的研討，對于要求小型化的截面積狹小的DC電動機而言，間隙對電動機相位的影響更為顯著。圖9(a)是用于說明實施例及比較例的電動機結(jié)構(gòu)中的整流子與碳刷架的位置關(guān)系的示意圖，圖9(b)是將圖9(a)的區(qū)域D放大的圖。首先，使用圖9(a)、圖9(b)的右半部分，說明比較例的電動機結(jié)構(gòu)。比較例的整流子沈的直徑為9mm，在碳刷架31與碳刷30之間形成有能夠供碳刷30沿整流子沈的徑向進行行程工作的間隙G1。在比較例的情況下，間隙Gl為0.17mm。而且，碳刷架31的與整流子沈?qū)χ玫囊粋?cè)的端部31和整流子沈的距離d為0. 5mm左右。在這種結(jié)構(gòu)中，將間隙 Gl的兩端P1、P2和軸的中心(環(huán)狀的整流子的中心)連結(jié)的兩根直線所成的角為1.77°。圖10是表示整流子的直徑小于IOmm的小型的DC電動機的間隙與壽命周期數(shù)的關(guān)系的曲線圖。在圖10所示的曲線圖中，橫軸表示碳刷與碳刷架的間隙，縱軸表示噪聲從初始水平增大至規(guī)定量的DC電動機的壽命周期數(shù)。而且，曲線圖中的三條曲線對應(yīng)于動作時的負載為停電轉(zhuǎn)矩Ts的1/2(最大負載)、1/4(中負載)、1/6(低負載)的情況。如圖10所示， 比較例的DC電動機的低負載時的壽命周期數(shù)為3400次左右。接下來，使用圖9(a)、圖9(b)的左半部分，說明實施例的DC電動機的情況。在電動機10中，整流子沈的直徑為9mm，間隙G2設(shè)定為0. 08mm。需要說明的是，碳刷30的寬度只要在1.8mm 2mm左右的范圍內(nèi)選擇即可。在這樣的結(jié)構(gòu)中，將間隙Gl的兩端P3、P4 和軸的中心連結(jié)的兩條直線所成的角為0. 84°。因此，如圖10所示，實施例的DC電動機 10的低負載時的壽命周期數(shù)為4400次左右，從而能高水平地實現(xiàn)DC電動機的小型化和低噪聲性，且能實現(xiàn)長壽命化。如此可知，即使在電動機的截面積小、整流子的直徑小的情況下，只要通過將間隙減小某種程度，就能夠?qū)崿F(xiàn)電動機的低噪音化和長壽命化。需要說明的是，經(jīng)過進一步的研究，作為影響電動機相位的主要原因，與其說是間隙其本身的尺寸，不如說是伴隨間隙產(chǎn)生的碳刷向整流子周向的偏移量。即，將間隙的兩端和軸的中心連結(jié)的兩條直線所成的角作為間隙引起的碳刷的偏移，能夠更直接地表現(xiàn)出對電動機相位的影響。因此，本發(fā)明者們經(jīng)過仔細研究的結(jié)果是，在本實施方式的DC電動機10中，對于直徑小于IOmm的整流子而言，將碳刷架的與整流子對置的一側(cè)的端部的間隙的兩端和軸的中心連結(jié)的兩條直線所成的角小于1. 5度。如此，對應(yīng)于整流子沈的小型化而較小地設(shè)定碳刷30與碳刷架31的間隙，因此能減少間隙對電動機相位的影響，從而能夠抑制噪聲的產(chǎn)生和噪聲的上升。間隙只要設(shè)定為0. 15mm以下即可，優(yōu)選設(shè)定為0. Imm以下。由此，在小型化的電動機10中也能夠?qū)崿F(xiàn)低噪聲。另外，與兩極的磁鐵相比，在如本實施方式的電動機10那樣具備四極的磁鐵20的情況下，間隙的尺寸對電動機相位的影響更大。換言之，與兩極的磁鐵相比，在本實施方式的電動機10的結(jié)構(gòu)中，噪聲的產(chǎn)生或噪聲的上升更容易發(fā)生，因此對它們進行抑制的效果更為顯著。而且，本實施方式的電動機10將一對碳刷30配置成使彼此的長度方向所成的角度為90°。即，一對碳刷30沿著將四個連結(jié)面連結(jié)的兩條對角線分別各配置一個。由此， 與將一對碳刷隔著整流子的中心相互對置的情況相比，更容易發(fā)生噪聲的產(chǎn)生或噪聲的上升，因此對它們進行抑制的效果更為顯著。接下來，說明在不妨礙碳刷的滑動的范圍內(nèi)減小碳刷30與碳刷架31的間隙的結(jié)構(gòu)。如上所述，在單純地減小間隙的情況下，若碳刷架的加工或組裝的公差大時，即使在公差的范圍內(nèi)，碳刷也可能無法滑動。因此，為了減小間隙的目標設(shè)計值，優(yōu)選能夠減小碳刷架的加工或組裝的公差本身的結(jié)構(gòu)。圖11是本實施方式的碳刷架31的整體立體圖。圖12是本實施方式的金屬板的整體立體圖。圖13是隔著金屬板將碳刷架安裝于刷架18的情況的示意圖。首先，本實施方式的碳刷架31具有將碳刷30夾入的一對平坦面31b、31c。碳刷架 31被彎曲加工成使一對平坦面31b、31c相互平行。如上所述，在平坦面31b上形成有狹縫 31d,以使扭力彈簧70的一端部72能夠進入并位移。一對平坦面31b、31c各自的前端一體地形成作為能夠插入到形成在刷架18上的安裝孔18a中的兩個腿31e (插入部)。由此，碳刷架31的平坦面31b(31c)和腿31e構(gòu)成同一面，因此加工容易。因此， 由于通過加工而制作的碳刷架31的尺寸精度提高且公差減小，所以其結(jié)果是能夠?qū)㈤g隙設(shè)定得小。另外，碳刷架31通過一對平坦面31b、31c及腿31e的一次彎曲加工而形成。由此， 與多次的彎曲加工而制作碳刷架的情況相比，能夠提高碳刷架31的尺寸精度并減小公差，因此能夠?qū)㈤g隙設(shè)定得小。圖12所示的金屬板90在其平坦的面91上形成有供碳刷架31的四個腿31e插入并貫通的四個貫通孔92。金屬板90由黃銅形成，厚度優(yōu)選為為0.3mm 約1.0mm。貫通孔 92成為狹縫形狀，以使碳刷架31的一對平坦面31b、31c&間隔包含在規(guī)定的范圍內(nèi)的方式加工接近平坦的面91中央的一側(cè)的側(cè)壁92a。即，能抑制與一對平坦面31b、31c的間隔對應(yīng)的貫通孔92的側(cè)壁9 彼此的間隔H的偏差。在此，規(guī)定的范圍是根據(jù)以下的觀點進行設(shè)定的。規(guī)定的范圍的下限值是能夠確保由碳刷架31支承的碳刷30至少能夠進行行程工作這種程度的間隙。本實施方式的下限值是至少比碳刷30的整流子周向的寬度大0. Olmm的值以上。而且，規(guī)定的范圍的上限值是考慮上述的間隙對電動機相位帶來的影響而設(shè)定的間隔。本實施方式的上限值是比碳刷 30的整流子周向的寬度大0. 15mm的值以下。并且，在本實施方式中，包含在規(guī)定的范圍內(nèi)是指一對平坦面的間隔成為從上述的下限值到上限值中的任一值。并且，如圖13所示，通過將腿31e插入到金屬板90的貫通孔92中，并且，插入到刷架18的安裝孔18a中，從而將碳刷架31固定于刷架18。因此，通過金屬板90上的高尺寸精度的貫通孔92的側(cè)壁9 來定位一對平坦面31b、31c。因此，即使假設(shè)碳刷架31的加工引起形狀的偏差，也能利用金屬板90來矯正一對平坦面31b、31c的間隔。S卩，通過對平坦的面進行沖孔加工而形成的高尺寸精度的貫通孔92來決定一對平坦面31b、31c的間隔， 因此公差減小且能夠?qū)⑻妓?0與碳刷架31的間隙設(shè)定得較小。圖14是用于說明刷架18的安裝孔18a的尺寸與金屬板90的貫通孔92的尺寸的關(guān)系的圖。與金屬板90相比，樹脂制的刷架18的加工精度差。其結(jié)果是，當將碳刷架31 的腿31e定位成與刷架18的安裝孔18a接觸的狀態(tài)時，一對平坦面31b、31c的間隔依賴于安裝孔18a的加工精度，從而公差變大。因此，不優(yōu)選將間隙設(shè)定得較小。因此，如圖14所示，在本實施方式的電動機10中，為了使腿31e更可靠地與貫通孔92的側(cè)壁9 抵接，從而使安裝孔18a的寬度W2大于貫通孔92的寬度Wl。圖15是表示最終將碳刷架31固定于刷架18上的狀態(tài)的剖視圖。碳刷架31的腿 31e分別貫通金屬板90的貫通孔92及刷架18的安裝孔18a，通過將其前端部31f彼此向外側(cè)折彎而緊固在刷架18上。由此，如圖15的箭頭所示，腿31e被壓緊于金屬板90的貫通孔92的內(nèi)側(cè)的側(cè)壁92a，因此一對平坦面31b、31c的間隔的尺寸精度得到提高。本發(fā)明并未限定為上述的實施方式，可以基于本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識對實施方式施加各種設(shè)計變更等變形，施加了這樣的變形后的實施方式也包含在本發(fā)明的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種DC電動機，其特征在于，具備 筒狀的殼體；磁鐵，其沿著所述殼體的內(nèi)表面設(shè)置且具有在周向上空出間隔的多個磁極；軸，其沿著所述殼體的軸線穿過；電樞，其固定在所述軸上且與所述磁鐵對置配置；整流子，其以與所述電樞成為同軸的方式安裝在所述軸上；碳刷，其具有柱狀的主體且其前端面與所述整流子的外周面滑動接觸；碳刷架，其設(shè)置在所述殼體上，將所述碳刷支承為能夠向所述整流子側(cè)進行行程工作；施力部件，其配設(shè)在所述殼體上，并對所述碳刷向所述整流子側(cè)施力， 所述整流子的直徑小于10mm，在所述碳刷架與所述碳刷之間形成有能夠供所述碳刷向所述整流子側(cè)進行行程工作的間隙，將所述碳刷架的與所述整流子對置的一側(cè)的端部上的所述間隙的兩端和所述軸的中心連結(jié)的兩條直線所成的角小于1. 5度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC電動機，其特征在于， 所述間隙為0. Imm以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的DC電動機，其特征在于，所述殼體具有由相互正交的四個平坦部和將相鄰的所述平坦部連結(jié)的四個連結(jié)部構(gòu)成的側(cè)面，所述磁鐵在所述四個連結(jié)部的內(nèi)側(cè)分別具有磁極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的DC電動機，其特征在于，沿著將所述連結(jié)部連結(jié)的兩條對角線分別各配置一個所述碳刷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的DC電動機，其特征在于，還具備樹脂制的刷架，該樹脂制的刷架形成有安裝所述碳刷架的安裝孔， 所述碳刷架具有將所述碳刷夾入的一對平坦面，所述一對平坦面各自的前端一體地形成為能夠插入到所述安裝孔中的插入部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的DC電動機，其特征在于，所述碳刷架的所述一對平坦面及所述插入部通過一次彎曲加工而形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的DC電動機，其特征在于，還具備金屬板，該金屬板具有供形成在所述一對平坦面上的各個所述插入部插入并貫通的多個貫通孔，在所述插入部插入并貫通所述多個貫通孔的狀態(tài)下，以使所述一對平坦面的間隔包含在規(guī)定范圍內(nèi)的方式加工所述貫通孔的側(cè)壁。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的DC電動機，其特征在于，所述插入部分別貫通所述金屬板上的貫通孔及所述刷架上的安裝孔，通過將其前端部彼此向外側(cè)折彎而與所述樹脂制的刷架鉚接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種以高水平來實現(xiàn)小型化和低噪聲性這兩者的DC電動機。DC電動機具備殼體；整流子(26)，其以與電樞成為同軸的方式安裝于軸上；碳刷(30)，其前端面與整流子(26)的外周面滑動接觸；碳刷架(31)，其將碳刷(30)支承為能夠向整流子(26)側(cè)進行行程工作。整流子(26)的直徑小于10mm，在碳刷架(31)與碳刷(30)之間形成有能夠供碳刷(30)向整流子(26)側(cè)進行行程的間隙(G2)，將碳刷架(31)的與整流子(26)對置的一側(cè)的端部(31a)上的間隙的兩端(P3、P4)和整流子的中心連結(jié)的兩條直線所成的角小于1.5度。
文檔編號H02K5/14GK102403859SQ201110261959
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者中尾至, 吉田太郎, 青柳崇 申請人:馬淵馬達株式會社