DE102005057063A1

DE102005057063A1 - Bürste, Kommutator und Kommutatorvorrichtung

Info

Publication number: DE102005057063A1
Application number: DE102005057063A
Authority: DE
Inventors: Hirotake Kariya Hamamatsu; Youichi Kariya Murakami; Ryoichi Kariya Honbo; Kenzo Kariya Kiyose; Mitsuo Matsusaka Ikeda; Yoichi Kariya Sakaura; Shinya Kariya Nakagawa; Makoto Kariya Nishio
Original assignee: Tris Inc; Denso Corp
Current assignee: Tris Inc; Denso Corp
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2006-07-06
Also published as: DE102005057063A8; US7586230B2; JP2006187190A; US20060131983A1

Abstract

In einem Kommutator (5) einer rotierenden elektrischen Maschine (1) weist jedes der Kommutatorsegmente (6) eine Niedrigwiderstandsschicht (61), die aus einem Niedrigwiderstandsmaterial hergestellt ist, und eine Hochwiderstandsschicht (62) auf, die aus einem Hochwiderstandsmaterial mit einem spezifischen Widerstandswert hergestellt ist, der höher als derjenige des Niedrigwiderstandsmaterials ist. Das Niedrigwiderstandsmaterial enthält ein Kohlenstoffmaterial und ein Bindemittel. Das Hochwiderstandsmaterial enthält ein Kohlenstoffmaterial, ein Bindemittel und eine anorganische Substanz wie Bor-Nitrid. Ein Mischverhältnis der anorganischen Substanz in dem Hochwiderstandsmaterial beträgt mehr als 20 Gew.-%. Alternativ dazu kann eine Bürste (4), die Kontakt mit den Kommutatorsegmenten (6) herstellt, die Hochwiderstandsschicht (42) und die Niedrigwiderstandsschicht (41) aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bürste, einen Kommutator und eine Kommutatorvorrichtung, die in einer rotierenden elektrischen Maschine wie eine elektrische Maschine und einem Generator verwendet werden.
In einem Generator wie einem Gleichstrommotor ist allgemein ein Paar Bürsten an einem Stator angeordnet und ist ein Kommutator an einem Rotor angeordnet. In dem Rotor ist eine Vielzahl von Ankerwicklungen mit Kommutatorsegmenten des Kommutators jeweils verbunden. Das Bürstenpaar wird aufeinanderfolgend gegen die Kommutatorsegmente gedrückt, um den Ankerwicklungen elektrischen Strom zuzuführen, wodurch der Rotor gedreht wird.
Jedoch berühren sich die Bürsten und die Kommutatorsegmente intermittierend und wiederholt miteinander. Daher ist es wahrscheinlich, dass die Kontaktoberflächen zwischen den Bürsten und den Kommutatorsegmenten zusätzlich zu dem mechanischen Abrieb durch den Press- bzw. Druckkontakt elektrisch durch das intermittierende Leiten abgerieben werden. Dieser elektrische Abrieb resultiert aus einem Entladephänomen (Funken), der auftritt, während die Bürsten wiederholt die Kommutatorsegmente berühren und sich von ihnen trennen.

Zur Verringerung eines derartigen Entladephänomens ist es bekannt, eine geschichtete Bürste zu verwenden, die aus zwei Schichten mit unterschiedlichen Inhalten von Kupfer gegenüber Graphit aufweisen, wie es in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 5-15114 offenbart ist. Insbesondere weist die Bürste einen Abschnitt mit einem hohen Kupferinhalt auf einer führenden bzw. vorlaufenden Seite und einen Abschnitt mit niedrigem Kupferinhalt, der einen Kupferinhalt aufweist, der geringer als derjenige des Abschnitts mit hohem Kupferinhalt ist, auf einer nachlaufenden Seite in Bezug auf die Rotationsrichtung des Kommutators auf. Durch diesen Aufbau wird die Lebensdauer der Bürste ohne Verschlechterung des Leistungsvermögens einer rotierenden elektrischen Maschine verbessert.

Jedoch wird in der vorstehend beschriebenen Bürste das Leistungsvermögen wie die Leitfähigkeit durch den Abschnitt mit hohem Kupferinhalt beibehalten, und der Abriebwiderstandsfähigkeit wird durch den Abschnitt mit niedrigem Kupferinhalt verbessert. Daher ist es schwierig, die Gleichrichtung (Gleichrichtungscharakteristik) und Haltbarkeit der Bürste und des Kommutators weiter zu verbessern.

In einer in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2003-100411 offenbarten Bürste sind Gruppen von Vorsprüngen auf einer Bürstenoberfläche gebildet, die die Kommutatoroberflächen eines Kommutators berührt. Weiterhin sind die Vorsprünge zu unterschiedlichen Phasen gegen die Rotationsrichtung des Kommutators gebildet. Durch diesen Aufbau wird eine anfängliche Vibration unterdrückt, und wird die Haltbarkeit der Bürste verbessert. Außerdem wird die Bürste durch Hinzufügung von 20 Gew.-% oder weniger von Bor-Nitrid als Schmiermittel zu leitende metallischen Pulver wie Kupferpulver, Graphitpulver und einem Bindemittel hergestellt. Jedoch ist diese Bürste durch eine einzelne Schicht aufgebaut. Daher ist es schwierig, die Gleichrichtung und Haltbarkeit weiter zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Dinge gemacht worden, und der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bürste, einen Kommutator und einer Kommutatorvorrichtung mit verbesserter Gleichrichtung und Haltbarkeit anzugeben.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung weist eine Bürste, die Kontakt mit Kommutatorsegmente eines Kommutators herstellt, eine Niedrigwiderstandsschicht, die aus einem Niedrigwiderstandsmaterial hergestellt ist, und eine Hochwiderstandsschicht auf, die aus einem Hochwiderstandsmaterial mit einem spezifischen Widerstandswert hergestellt ist, der höher als derjenige des Niedrigwiderstandsmaterials ist. Weiterhin enthält das Hochwiderstandsmaterial eine anorganische Substanz, die einen spezifischen Widerstandswert aufweist, der größer als derjenige des Niedrigwiderstandsmaterials ist, und mehr als 20 Gew.-% in Bezug auf ein Gesamtgewicht des Hochwiderstandsmaterials aufweist.

Dementsprechend wird die Leitfähigkeit der Bürste absichtlich an der Hochwiderstandsschicht durch Hinzufügen der anorganischen Substanz mit dem hohen spezifischen Widerstand in der Hochwiderstandsschicht verschlechtert, wodurch die Gleichrichtung und Haltbarkeit verbessert wird. Ein elektrischer Strom gelangt nämlich während der Rotation einer rotierenden elektrischen Maschine mit der vorstehend beschriebenen Bürste und dem Kommutator leicht von der Niedrigwiderstandsschicht der Bürste zu einem Kommutatorsegment (ersten Kommutatorsegment), das der Bürste gegenüberliegt.

Dann, wenn die Bürste in Kontakt mit einem zweiten Kommutatorsegment gelangt, der zu dem ersten Kommutatorsegment benachbart ist, liegt die Niedrigwiderstandsschicht dem zweiten Kommutatorsegment gegenüber, und liegt die Hochwiderstandsschicht dem ersten Kommutatorsegment mit einem kleinen Kontaktbereich gegenüber. Da die Leitfähigkeit der Hochwiderstandsschicht verschlechtert ist, gelangt der elektrische Strom leicht zu dem zweiten Kommutatorsegment aus der Niedrigwiderstandsschicht. Demgegenüber ist die Größe des elektrischen Stroms zwischen der Hochwiderstandsschicht und dem ersten Kommutatorsegment verringert. Dadurch wird ein Anstieg in der Spannung zwischen der Hochwiderstandsschicht der Bürste und dem ersten Kommutatorsegment unterdrückt, wodurch das Auftreten des Entladephänomens wie Funken dazwischen verringert wird.

Auf diese Weise werden ein Leitungszustand und ein Nichtleitungszustand zwischen der Bürste und den Kommutatorsegmenten voneinander unterschieden. Somit wird die Gleichrichtung in der rotierenden elektrischen Maschine verbessert. Weiterhin wird die Haltbarkeit der Bürste und des Kommutators verbessert, da das Auftreten des Entladephänomens zwischen der Bürste und den Kommutatorsegmenten unterdrückt wird.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung weist jedes der Kommutatorsegmente, das Kontakt mit einer Bürste herstellt, eine Niedrigwiderstandsschicht und eine Hochwiderstandsschicht auf. Die Niedrigwiderstandsschicht ist aus einem Niedrigwiderstandsmaterial hergestellt, und die Hochwiderstandsschicht ist aus einem Hochwiderstandsmaterial mit einem spezifischen Widerstandswert hergestellt, der höher als derjenige des Niedrigwiderstandsmaterials ist. Weiterhin enthält das Hochwiderstandsmaterial eine anorganische Substanz, die einen spezifischen Widerstandswert aufweist, der größer als derjenige des Niedrigwiderstandsmaterials ist, und mehr als 20 Gew.-% in Bezug auf ein Gesamtgewicht des Hochwiderstandsmaterials aufweist.

Dementsprechend wird die Leitfähigkeit absichtlich an der Hochwiderstandsschicht des Kommutatorsegments durch Hinzufügen der anorganischen Substanz in dem Hochwiderstandsmaterial verschlechtert. Während der Rotation der rotierenden elektrischen Maschine mit den vorstehend beschriebenen Kommutatorsegmenten und der Bürste gelangt ein elektrischer Strom leicht von der Bürste zu der Niedrigwiderstandsschicht des ersten Kommutatorsegments, das der Bürste gegenüberliegt. Wenn weiterhin die Bürste in Kontakt mit einem zweiten Kommutatorsegment gelangt, der zu dem ersten Kommutatorsegment benachbart ist, liegt die Bürste der Niedrigwiderstandsschicht des zweiten Kommutatorsegments als auch der Hochwiderstandsschicht des ersten Kommutatorsegments mit einem kleinen Kontaktbereich gegenüber.

Da die Leitfähigkeit in der Hochwiderstandsschicht verschlechtert ist, gelangt der elektrische Strom leicht aus der Bürste zu der Niedrigwiderstandsschicht des zweiten Kommutatorsegments. Demgegenüber ist die Größe des zwischen der Bürste und der Hochwiderstandsschicht des ersten Kommutatorsegments fließenden Stroms verringert. Dementsprechend wird das Auftreten eines Entladephänomens zwischen der Bürste und dem ersten Kommutatorsegment reduziert.

Dementsprechend wird die Gleichrichtung verbessert, da der Leitungszustand und der Nichtleitungszustand zwischen den Kommutatorsegmenten und der Bürste voneinander unterschieden werden. Weiterhin wird die Haltbarkeit der Bürste und des Kommutators verbessert, da das Entladephänomen unterdrückt wird.

Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen gleich Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Gleichstrommotors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

2 eine Draufsicht auf einen Kommutator bei Betrachtung entlang einer Rotationsachse des Rotors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

3 eine Querschnittsansicht des Kommutators, die entlang einer Linie III-III von 2 genommen ist,

4 eine schematische Querschnittsansicht einer Bürste und des Kommutators, bei der die Bürste ein erstes Kommutatorsegment berührt, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

5 eine schematische Querschnittsansicht der Bürste und des Kommutators, bei der die Bürste das erste Kommutatorsegment und ein zweites Kommutatorsegment berührt, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

6 eine schematische Querschnittsansicht einer Bürste und eines Kommutators, bei der die Bürste ein erstes Kommutatorsegment berührt, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

7 eine schematische Darstellung der Bürste und des Kommutators, in der die Bürste das erste Kommutatorsegment und ein zweites Kommutatorsegment berührt, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

8 einen Graphen, der das Verhältnis zwischen einem spezifischen Widerstandswert einer Hochwiderstandsschicht und einer Abriebrate einer Bürste gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,

9 einen Graphen, der das Verhältnis zwischen einem Mischverhältnis von hexagonalem Bor-Nitrid und einem spezifischen Widerstandswert einer Hochwiderstandsschicht gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,

10 einen Graphen, der das Verhältnis zwischen dem Mischverhältnis von hexagonalem Bor-Nitrid und einem spezifischen Gewicht der Hochwiderstandsschicht gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,

11 einen Graphen, der das Verhältnis zwischen dem Mischverhältnis von hexagonalem Bor-Nitrid und einer Biegefestigkeit der Hochwiderstandsschicht gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,

12 einen Graphen, der das Verhältnis zwischen dem Mischverhältnis von hexagonalem Bor-Nitrid und der Härte der Hochwiderstandsschicht gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,

13 einen Graphen, der das Verhältnis zwischen einer verstrichenen Zeit und einer Erhöhungsrate eines spezifischen Widerstands der Hochwiderstandsschicht gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,

14 einen Graphen, der das Verhältnis zwischen einer Porosität der Hochwiderstandsschicht und einer Erhöhungsrate eines spezifischen Widerstandswerts der Hochwiderstandsschicht gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und

15 einen Graphen, der das Verhältnis zwischen einer Betriebszeit und Größe von Oberflächenrauhigkeiten (asperities) von Kommutatorsegmenten gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Gemäß 1 und 2 werden eine Bürste 4 und ein Kommutator 5 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem Gleichstrommotor 1 als rotierende elektrische Maschine verwendet.
Der Gleichstrommotor 1 weist einen Stator 2, der mit Permanentmagneten oder einer Feldwicklung versehen ist, und einen Rotor 3 auf, der mit einer Vielzahl von Ankerwicklungen 31 versehen ist. Ein Paar von Bürsten 4 ist an dem Stator 2 zu Zufuhr von Gleichstrom angeordnet. Der Kommutator 5 ist mit einer Rotorwelle 32 des Rotors 3 verbunden. Der Kommutator 5 weist eine Vielzahl von Kommutatorsegmenten 6 auf, die jeweils mit den Ankerwicklungen 31 verbunden sind, wie es in 4 und 5 gezeigt ist.
Wie es in 2 und 3 gezeigt ist, ist der Kommutator 5 von einer flachen Bauart und ist an einer axialen Endoberfläche des Rotors 3 angeordnet, um Kontakt mit den Bürsten 4 herzustellen. Insbesondere sind die Kommutatorsegmente 6 an einem Harzkörperteil 51 mit einer Scheibenform angebracht. Die Kommutatorsegmente 6 sind derart angeordnet, dass sie sich von einem Zentrum 511 des Körperteils 51 in radialer Richtung erstrecken. Weiterhin sind Zwischenräume 60 zwischen den benachbarten Kommutatorsegmenten definiert, um eine Isolierung dazwischen bereitzustellen.
Weiterhin sind, wie es in 3 gezeigt ist, Verbindungsteile 52 zwischen den jeweiligen Kommutatorsegmenten 6 und dem Körperteil 51 vorgesehen. Somit ist jedes Kommutatorsegment 6 mit der Ankerwicklung 31 über das Verbindungsteil 52 verbunden. Die Bürsten 4 werden gegen den Kommutator 5 durch Federn 45 gedrängt. Auf diese Weise stellen die Bürsten 4 Kontakt mit dem Kommutator 5 in axialer Richtung des Kommutators 5 her.
Der Gleichstrommotor 1 wird beispielsweise in einer Kraftstoffpumpe für ein Fahrzeug verwendet. In dem Gleichstrommotor 1 wird der Rotor 3 in einer Richtung R gedreht, wie es in 2, 4 und 5 gezeigt ist. Jedes der Kommutatorsegmente 6 weist zwei Schichten auf. Insbesondere weist das Kommutatorsegment 6 eine Niedrigwiderstandsschicht (Schicht mit niedrigem Widerstand) 61 auf einer führenden bzw. voreilenden Seite und eine Hochwiderstandsschicht (Schicht mit hohem Widerstand) 62 auf einer nachlaufenden Seite in Bezug auf die Rotationsrichtung R auf. Weiterhin ist die Breite der Bürste 4 in Rotationsrichtung R kleiner als eine Breite des Kommutatorsegments 6.
Die Niedrigwiderstandsschicht 61 ist aus einem Material mit niedrigem Widerstand hergestellt. Die Hochwiderstandsschicht 62 ist aus einem Material mit hohem Widerstand hergestellt, das einen spezifischen Widerstandswert aufweist, das höher als derjenige des Materials mit niedrigem Widerstand ist.
Weiterhin enthält das Material mit niedrigem Widerstand ein karbonisches Material (Kohlenstoffmaterial), ein Bindemittel und Bor-Nitrid (BN) als anorganische Substanz. Ein Mischverhältnis des Bor-Nitrid ist größer als 20 Gew.-% gegenüber dem Gesamtgewicht des Hochwiderstandsmaterials.
Genauer wird das Niedrigwiderstandsmaterial durch Hinzufügen von Phenolaldehydharz als das Bindemittel zu dem Kohlenstoffmaterial wie Graphit hergestellt. Das Hochwiderstandsmaterial wird durch Hinzufügen von Phenolaldehydharz als das Bindemittel zu einem gemischten Material einschließlich Bor-Nitrid und dem Kohlenstoffmaterial wie Graphit hergestellt. Dabei ist der Inhalt des Bor-Nitrids in dem gemischten Material in einem Bereich von 65 Gew.-% bis 85 Gew.-%. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird hexagonales Bor-Nitrid (h-BN) als Bor-Nitrid verwendet. Weiterhin wird die Bürste 4 durch Hinzufügen von Phenolaldehydharz als ein Bindemittel zu einem Kohlenstoffmaterial wie Graphit hergestellt.
Dementsprechend wird in dem Kommutator 5 gemäß diesem Ausführungsbeispiel Bor-Nitrid mit einem hohen spezifischen Widerstandswert positiv in dem Hochwiderstandsmaterial der Hochwiderstandsschicht 62 hinzugefügt. Somit wird die Leitfähigkeit der Hochwiderstandsschicht 62 absichtlich verschlechtert, wodurch die Gleichrichtung und Haltbarkeit verbessert wird.
Nachstehend sind die Betriebsbedingungen des Gleichstrommotors 1 und durch den Kommutator 5 erzielte vorteilhafte Effekte beschrieben.
Gemäß 4 wird, wenn jede der Bürsten 4 einem ersten Kommutatorsegment 6A gegenüberliegt, bei dem es sich um eines der Kommutatorsegmente 6 handelt, elektrischer Strom I der Ankerwicklung 31 durch die Bürste 4 und die Niedrigwiderstandsschicht 61 des ersten Kommutatorsegments 6A zugeführt. Daher dreht sich der Rotor 3. Da der elektrische Strom I dabei durch die Niedrigwiderstandsschicht 61 gelangt, dessen spezifischer Widerstandswert niedriger als derjenige der Hochwiderstandsschicht 62 ist, wird die Leitfähigkeit zwischen der Bürste 4 und dem ersten Kommutatorsegment 6A ausreichend beibehalten.
Danach gelangt die Bürste 4 durch die Rotation des Rotors 3 in Kontakt mit einem zweiten Kommutatorsegment 6B, das benachbart zu dem ersten Kommutatorsegment 6A liegt. Während das Kommutatorsegment 6, das der jeweiligen Bürste 4 gegenüberliegt, von dem ersten Kommutatorsegment 6A zu dem zweiten Kommutatorsegment 6B sich verschiebt, liegt die Bürste 4 der Niedrigwiderstandsschicht 62 des zweiten Kommutatorsegments 6B als auch der Hochwiderstandsschicht 62 des ersten Kommutatorsegments mit einem kleinen Kontaktbereich gegenüber, wie es in 5 gezeigt ist.
Da die Leitfähigkeit an der Hochwiderstandsschicht 62 absichtlich verschlechtert ist, fließt der elektrische Strom I leicht zwischen der Bürste 4 und der Niedrigwiderstandsschicht 61 des zweiten Kommutatorsegments 6B. Demgegenüber ist die Größe des elektrischen Stroms I, der zwischen der Bürste 4 und der Hochwiderstandsschicht 62 des ersten Kommutatorsegments 6A fließt, unterdrückt.
Wenn das Kommutatorsegment 6, das der Bürste 4 gegenüberliegt, von dem ersten Kommutatorsegment 6A zu dem zweiten Kommutatorsegment 6B verschoben wird, wird eine Gegenüberliegungsfläche (Kontaktfläche) zwischen der Bürste 4 und dem ersten Kommutatorsegment 6A verringert. Daher steigt der elektrische Widerstandswert dazwischen an. Dabei wird der elektrische Strom I leicht (easily) der Niedrigwiderstandsschicht 61 durch einen Widerstandsunterschied zwischen der Hochwiderstandsschicht 62 und der Niedrigwiderstandsschicht 61 zugeführt. Demgegenüber wird der in der Hochwiderstandsschicht 62 verbleibende elektrische Strom I verringert. Dementsprechend wird eine Beschädigung, die aus dem Entladephänomen resultiert, wie ein Abrieb der Bürsten 4 und der Kommentatorsegmente 6 unterdrückt.
Weiterhin enthält die Hochwiderstandsschicht 62 Bor-Nitrid mit einer hohen Wärmewiderstandsfähigkeit. Daher wird ein Abrieb der Hochwiderstandsschicht 62 wirksam verringert, selbst wenn die Hochwiderstandsschicht 62 des ersten Kommutatorsegments 6A bei Erhöhung einer Spannung zwischen der Bürste 4 und der Hochwiderstandsschicht 62 des ersten Kommutatorsegments 6A stark erhitzt wird.
An dieser Stelle werden das erste Kommutatorsegment 6A und das zweite Kommutatorsegment 6B zur Erleichterung der Beschreibung beschrieben. Die vorstehend beschriebenen vorteilhaften Wirkungen können durch jedes der Kommutatorsegmente 6 erzielt werden.
Dementsprechend werden ein Leitungszustand und ein Nichtleitungszustand zwischen der Bürste 4 und dem Kommutator 5 adäquat voneinander unterschieden. Daher verbessert sich die Gleichrichtung des Gleichstrommotors 1. Weiterhin verbessert sich die Haltbarkeit der Bürsten 4 und des Kommutators 5, da in dem Kommutator 5 das zwischen den Bürsten und den Kommutatorsegmenten 6 auftretende Entladephänomen unterdrückt wird.
In dem Niedrigwiderstandsmaterial der Niedrigwiderstandsschicht 61 ist es vorzuziehen, dass dieses verkupferte Graphitpartikel (Graphitpartikel mit Kupferbeschichtungen (coper plate coatings)) aufweist. In diesem Fall wird der Kontaktwiderstand der Niedrigwiderstandsschicht 61 verringert. Dies wird nachstehend in einem siebten Ausführungsbeispiel ausführlicher beschrieben werden.
In dem Hochwiderstandsmaterial der Hochwiderstandsschicht 62 mit dem Bor-Nitrid ist es vorzuziehen, dass dieses eine Porosität gleich oder niedriger als 30% aufweist. Dies ist vorteilhaft dahingehend, wenn die Bürste 4 und der Kommentator 5 in Flüssigkeit verwendet werden, da ein Anstieg des spezifischen Widerstandswerts der Hochwiderstandsschicht 62 im Verlaufe der Zeit wirksam unterdrückt wird. Dies ist nachstehend in einem achten Ausführungsbeispiel ausführlicher beschrieben.
Bei der mit Graphit und dem Bindemittel hergestellten Bürste 4 ist es vorzuziehen, dass das Graphit Kohlenstofffaser aufweist. In diesem Fall wird das Entladephänomen zwischen den Bürsten 4 und den Kommutatorsegmenten 6 weiter wirksam verringert. Dies ist später ausführlich in einem neunten Ausführungsbeispiel beschrieben. Diese Bürste 4 und der vorstehend beschriebene Kommutator 5 bilden eine Kommutatorvorrichtung.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Gemäß 6 und 7 weist ein Gleichstrommotor 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel das Paar der Bürsten 4, die jeweils mit zwei Widerstandsschichten aufgebaut sind, und den Kommutator 5 mit einer Vielzahl der Kommutatorsegmente 6 auf, die jeweils aus einer einzelnen Schicht aufgebaut sind. Insbesondere weist jede der Bürsten 4 eine Niedrigwiderstandsschicht 41, die aus einem Niedrigwiderstandsmaterial hergestellt ist, und eine Hochwiderstandsschicht 42 auf, die aus einem Hochwiderstandsmaterial mit einem spezifischen Widerstandswert hergestellt ist, die höher als derjenige des Niedrigwiderstandsmaterials ist.
Das Niedrigwiderstandsmaterial enthält ein Kohlenstoffmaterial und ein Bindemittel. Das Hochwiderstandsmaterial enthält ein Kohlenstoffmaterial, ein Bindemittel und Bor-Nitrid (BN) als eine anorganische Substanz. Dabei ist das Mischverhältnis des Bor-Nitrid höher als 20 Gew.-% gegenüber einem Gesamtgewicht des Hochwiderstandsmaterials.
Der Gleichstrommotor 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird in einer Kraftstoffpumpe für ein Fahrzeug verwendet, und ein Rotor 3 des Gleichstrommotors 1 wird in einer (einzigen) Richtung R gedreht. Wie es in 6 und 7 gezeigt ist, weist jede der Bürsten 4 die Hochwiderstandsschicht 42 in Bezug auf die Rotationsrichtung R an einer führenden Seite auf, und weist die Niedrigwiderstandsschicht 41 auf einer nachlaufenden Seite auf. Dabei ist die Breite der Bürste 4 kleiner als die Breite jedes Kommutatorsegments 6 in Bezug auf die Rotationsrichtung R.
Das Niedrigwiderstandsmaterial der Niedrigwiderstandsschicht 41 ist dasselbe wie das Niedrigwiderstandsmaterial der Niedrigwiderstandsschicht 61 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Außerdem ist das Hochwiderstandsmaterial der Hochwiderstandsschicht 42 dasselbe wie das Hochwiderstandsmaterial der Hochwiderstandsschicht 62 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Weiterhin sind die Kommutatorsegmente 6 aus demselben Material wie das Material der Bürste 4 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hergestellt.
In der Bürste 4 enthält das Hochwiderstandsmaterial der Hochwiderstandsschicht 42 Bor-Nitrid mit einem spezifischen Widerstandswert, der höher als derjenige des Niedrigwiderstandsmaterials ist. Somit wird die Leitfähigkeit der Hochwiderstandsschicht 42 absichtlich verschlechtert, um dadurch die Gleichrichtung und Haltbarkeit zu verbessern.
Nachstehend ist die Betriebsbedingung des Gleichstrommotors 1 mit den vorstehend beschriebenen Bürsten 4 und durch die Bürsten 4 erzielte vorteilhafte Wirkungen beschrieben.
Wie es in 6 gezeigt ist, wird der elektrische Strom I der Ankerwicklung 31 durch die Niedrigwiderstandsschicht 41 und das erste Kommutatorsegment 6A zugeführt, wenn jede der Bürsten 4 einem ersten Kommutatorsegment 6A gegenüberliegt. Auf diese Weise dreht sich der Rotor 3. Dabei wird die Leitfähigkeit zwischen der Bürste 4 und dem ersten Kommutatorsegment 6A ausreichend beibehalten, da der elektrische Strom I durch die Niedrigwiderstandsschicht 41 mit dem spezifischen Widerstandswert fließt, der höher als derjenige der Hochwiderstandsschicht 42 ist.
Danach liegt jede der Bürsten 4 mit der Rotation des Rotors 3, wie es in 7 gezeigt ist, einem zweiten Kommutatorsegments 6B gegenüber, das benachbart zu dem ersten Kommutatorsegment 6A ist. Während das Kommutatorsegment, das der Bürste 4 gegenüberliegt, von dem ersten Kommutatorsegment 6A sich zu dem zweiten Kommutatorsegment 6B verschiebt, liegt die Hochwiderstandsschicht 42 dem ersten Kommutatorsegment 6A mit einer kleineren Kontaktfläche gegenüber, und liegt die Niedrigwiderstandsschicht 41 dem zweiten Kommutatorsegment 6B gegenüber.
Da die Leitfähigkeit absichtlich in der Hochwiderstandsschicht 42 verringert ist, fließt der elektrische Strom I leicht von der Niedrigwiderstandsschicht 41 zu dem zweiten Kommutatorsegment 6B. Demgegenüber ist die Größe des von der Hochwiderstandsschicht 42 zu dem ersten Kommutatorsegment 6A fließenden elektrischen Stroms I verringert. Das heißt, dass, wenn das der Bürste 4 gegenüberliegende Kommutatorsegment 6 sich von dem ersten Kommutatorsegment 6A zu dem zweiten Kommutatorsegment 6B verschiebt, eine Gegenüberliegungsfläche (Kontaktfläche) zwischen der Hochwiderstandsschicht 42 und dem ersten Kommutatorsegment 6A verringert ist.
Daher steigt der elektrische Widerstandswert zwischen der Bürste 4 und dem ersten Kommutatorsegment 6A an. Dabei wird durch den Widerstandsunterschied (Widerstandslücke, Widerstandsdifferenz) zwischen der Niedrigwiderstandsschicht 41 und der Hochwiderstandsschicht 42 der elektrische Strom I leicht durch die Niedrigwiderstandsschicht 41 zugeführt. Demgegenüber ist der in der Hochwiderstandsschicht 42 verbleibende elektrische Strom I verringert. Daher wird eine Beschädigung aufgrund des Auftretens einer elektrischen Entladung, wie eines Abriebs der Bürste 4 und der Kommutatorsegmente 6, unterdrückt.
Weiterhin enthält die Hochwiderstandsschicht 42 Bor-Nitrid mit einer hohen Wärmewiderstandsfähigkeit. Selbst falls die Hochwiderstandsschicht 42 zu der Zeit, wenn die Spannung zwischen der Hochwiderstandsschicht 42 und dem ersten Kommutatorsegment 6A angehoben wird, hoch erwärmt wird, wird ein Abrieb der Hochwiderstandsschicht 42 wirksam unterdrückt. An dieser Stelle sind das erste Kommutatorsegment 6A und das zweite Kommutatorsegment 6B zur Erleichterung der Beschreibung verwendet.
Dementsprechend werden ein Leitungszustand und ein Nichtleitungszustand zwischen dem Kommutator 5 und der Bürste 4 adäquat durch die Hochwiderstandsschicht 42 und die Niedrigwiderstandsschicht 41 unterschieden. Daher verbessert sich die Gleichrichtung in dem Gleichstrommotor 1. Zusätzlich verbessert sich die Haltbarkeit der Bürsten 4 und der Kommutatorsegmente 6, da das Entladephänomen zwischen der Bürste 4 und den Kommutatorsegmenten 6 unterdrückt wird.
Der Aufbau gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel außer derjenige der Bürste 4 und der Kommutatorsegmente 6 ist ähnlich zu dem Aufbau gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Daher bietet der Gleichstrommotor 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel vorteilhafte Wirkungen, die ähnlich zu denjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind.
Bei dem Gleichstrommotor für die Kraftstoffpumpe ist es sehr wahrscheinlich, dass das Entladephänomen aufgrund des zwischen den Bürsten und Kommutator verbleibenden Kraftstoffs auftritt. Dieses Entladephänomen führt zu einem Abrieb der Bürsten 4 und der Kommutatorsegmente 6. Durch Anwendung der Bürsten 4 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel oder des Kommutators 5 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in den Gleichstrommotor 1 wird das Auftreten des elektrischen Abriebs wirksam verringert. Dieser Kommutator 5 und die vorstehend beschriebenen Bürsten 4 bilden eine Kommutatorvorrichtung.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Nachstehend ist ein Beispiel für das Verfahren zur Herstellung des Kommutators 5 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und der Bürsten 4 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Das Kommutatorsegment 6 und die Bürsten 4 mit den zwei Widerstandsschichten 41 und 42 sowie 61 und 62 werden wie nachstehend beschrieben hergestellt.
Zunächst werden als Verfahren zur Herstellung des Hochwiderstandsmaterials Kohlenstoffpulver (Karbonpulver) wie Graphit (beispielsweise 25 Gew.-% natürliches Graphitpulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 30 μm) und anorganisches Pulver wie Bor-Nitrid (beispielsweise 75 Gew.-% hexagonales Bor-Nitridpulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 10 μm) miteinander vermischt. Dann wird Novolak-Phenol-Aldehyd-Harz (beispielsweise mit einem Gewichtsverhältnis von 15), das in einer Methanollösung (beispielsweise mit einem Gewichtsverhältnis von 30) aufgelöst wird, zu dem gemischten Pulver (Gewichtsverhältnis von 100) als das Bindemittel hinzugefügt. Weiterhin wird die Mischung durch einen Mischer geknetet, um dadurch das gemischte Material herzustellen.
Danach wird das gemischte Material in einem Trockner getrocknet, um Methanol auszudampfen. Auf diese Weise wird ein Block des Hochwiderstandsmaterials erhalten. Weiterhin wird der Block des Hochwiderstandsmaterials durch eine Auflösemaschine (impact grinder) gemahlen und durch ein vorbestimmtes Sieb gesiebt. Auf diese Weise wird das Hochwiderstandsmaterialpulver hergestellt.
Als ein Verfahren zur Herstellung des Niedrigwiderstandsmaterialpulvers wird zunächst Kohlenstoffpulver (Karbonpulver) wie Graphit (beispielsweise natürliches Graphit mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 30 μm, 100 Gew.-%) und Novolak-Phenol-Aldehyd-Harz als Bindemittel, das in einer Methanollösung aufgelöst wird, miteinander vermischt. In ähnlicher Weise wird die Mischung zur Ausdampfung von Methanol getrocknet und wird gemahlen. Dementsprechend wird das Niedrigwiderstandsmaterialpulver hergestellt. Danach wird unter Verwendung von Pulvermetallurgieverdichtung (powder metallurgy compacting) das Niedrigwiderstandsmaterialpulver und das Hochwiderstandsmaterialpulver abwechselnd in einem Formgussstück mit vorbestimmter Form angeordnet und durch eine Presse gepresst. Auf diese Weise wird ein Formteil mit einer vorbestimmten Form hergestellt. Dann wird das Formteil in einen elektrischen Ofen versetzt und in einer Reduktionsatmosphäre auf 900°C erhitzt. Auf diese Weise wird der Binder aufgelöst und durch Karbonisierung verbrannt. Auf diese Weise werden die Bürste 4 und der Kommutator 5 mit zwei Widerstandsschichten 41 und 42 sowie 61 und 62 hergestellt.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
In dem vierten Ausführungsbeispiel ist die Auswahl der anorganischen Substanz beschrieben, die zu dem Hochwiderstandsmaterial der Hochwiderstandsschichten 42 und 62 hinzugefügt wird.
Wie es in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt ist, werden Substanzen, die als die anorganische Substanz verwendet werden können, im Hinblick auf einen spezifischen Widerstandswert (Ω·cm), einem Siedepunkt (°C) und Mohshärte untersucht. Die Mohshärte wird durch 15 Stufen wiedergegeben. Die Stufe 15 gibt die härteste Stufe wieder.
In der Tabelle 1 bezeichnet "+", dass es für die anorganische Substanz geeignet ist. "0" stellt dar, dass es zur Verwendung als anorganische Substanz verfügbar ist. "–" gibt an, dass es weniger als die anorganische Substanz geeignet ist. Weiterhin stellt (CF)_n Kohlenstoff-Fluorid dar.
(Tabelle 1)
Insbesondere wird im Hinblick auf den spezifischen Widerstandswert berücksichtigt, dass die Substanzen außer Kohlenstoff (C) als die anorganische Substanz geeignet sind. Im Hinblick auf den Siedepunkt wird berücksichtigt, dass, je höher der Siedepunkt ist, desto höher der Wärmewiderstandswert ist. Auf dieser Grundlage wird der Siedepunkt jeder Substanz mit drei Stufen untersucht. "+" stellt die höchste Stufe dar, und "–" stellt die niedrigste Stufe dar.
Im Hinblick auf die Mohshärte wird berücksichtigt, dass die Substanz mit einer Mohshärte, die ähnlich zu derjenigen des Niedrigwiderstandsmaterials der Niedrigwiderstandsschichten 41 und 61 ist, eine Abriebsrate aufweist, die ähnlich zu derjenigen des Niedrigwiderstandsmaterials ist. Weiterhin kann eine derartige Substanz das Auftreten des Entladephänomens aufgrund einer Vibration der Bürste unterdrücken. Daher wird eine Substanz mit einer Mohshärte von 1 bis 2, die ähnlich zu der Mohshärte von Kohlenstoff ist, als geeigneter bewertet.
Als Ergebnis der Untersuchung können Molybdän-Disulfid (MoS₂), Wolfram-Disulfid (WS₂), hexagonales Bor-Nitrid (h-BN), Kaolin und Talkum als die anorganische Substanz verwendet werden.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
In dem fünften Ausführungsbeispiel wird die Abriebsrate der Hochwiderstandsschicht 62 untersucht. Dabei enthält die Hochwiderstandsschicht MoS₂, WS₂, h-BN, Kaolin oder Talkum als anorganische Substanz. In der Untersuchung werden die Hochwiderstandsschichten der Kommutatorsegmente aus den nachstehenden Hochwiderstandsmaterialien I bis VII hergestellt.

I: Hochwiderstandsmaterial, das das gemischte Pulver (Mischmaterial), das durch Mischen von 95 Gew.-% MoS₂ und 5 Gew.-% Kohlenstoffmaterial erhalten wird, und das Bindemittel enthält.
II: Hochwiderstandsmaterial, das das gemischte Pulver (Mischmaterial), das durch Mischen von 95 Gew.-% WS₂ und 5 Gew.-% Kohlenstoffmaterial erhalten wird, und das Bindemittel enthält.
III: Hochwiderstandsmaterial, das das gemischte Pulver (Mischmaterial), das durch Mischen von 65 Gew.-% h-BN und 35 Gew.-% Kohlenstoffmaterial erhalten wird, und das Bindemittel enthält.
IV: Hochwiderstandsmaterial, das das gemischte Pulver (Mischmaterial), das durch Mischen von 75 Gew.-% h-BN und 25 Gew.-% Kohlenstoffmaterial erhalten wird, und das Bindemittel enthält.
V: Hochwiderstandsmaterial, das das gemischte Pulver (Mischmaterial), das durch Mischen von 75 Gew.-% Kaolin und 35 Gew.-% Kohlenstoffmaterial erhalten wird, und das Bindemittel enthält.
VI: Hochwiderstandsmaterial, das das gemischte Pulver (Mischmaterial), das durch Mischen von 55 Gew.-% Talkum und 45 Gew.-% Kohlenstoffmaterial erhalten wird, und das Bindemittel enthält.
VII: Hochwiderstandsmaterial, das das gemischte Pulver (Mischmaterial), das durch Mischen von 75 Gew.-% Talkum und 25 Gew.-% Kohlenstoffmaterial erhalten wird, und das Bindemittel enthält.

In den vorstehend beschriebenen Testmustern I bis VII beträgt das Gewichtsverhältnis des Bindemittels in Bezug auf das Gewichtsverhältnis 100 des gemischten Pulvers 15. Das Bindemittel ist Novolak-Phenol-Aldehyd-Harz.
In dem Abriebtest werden Gleichstrommotoren, die Kommutatorsegmente aufweisen, bei denen die Hochwiderstandsschichten aus den jeweiligen Hochwiderstandsmaterialien I bis VII hergestellt sind, für eine vorbestimmte Zeitdauer gedreht. Die Abriebsrate der Bürsten 4 der jeweiligen Gleichstrommotoren wird gemessen, wie es in 8 gezeigt ist. In 8 stellt eine horizontale Achse einen spezifischen Widerstandswert (10⁹ μΩcm) der Hochwiderstandsschicht 62 dar, und stellt eine vertikale Achse die Abriebsrate der Bürste 4 dar (Abriebsgröße pro Zeiteinheit) (mm/kStd).
Wie es in 8 gezeigt ist, ist bei den Testmustern III, IV, V und VII die Abriebsrate der Bürste 4 niedrig. Daher wird erachtet, dass die in den Testmustern III, IV, V und VII enthaltenen anorganischen Substanzen geeignet zur Verwendung als anorganische Substanz in dem Hochwiderstandsmaterial sind. Demgegenüber ist die Abriebsrate der Bürste 4 bei den Testmustern I, II und VI relativ hoch. Daher sind einige Umstände (contrivance) erforderlich, um die in den Testmustern I, II und VI enthaltenen anorganischen Substanzen als das Hochwiderstandsmaterial zu verwenden.
(Sechstes Ausführungsbeispiel)
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde berücksichtigt, dass hexagonales Bor-Nitrid zur Verwendung als anorganische Substanz des Hochwiderstandsmaterials geeignet ist. Gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel werden daher ein spezifischer Widerstandswert, eine relative Dichte (spezifische Dichte), eine Biegefestigkeit und Härte des hexagonalen Bor-Nitrid und Kohlenstoffmaterial enthaltenen Hochwiderstandsschichten 42 und 62 gemessen. Ein Mischverhältnis des hexagonalen Bor-Nitrids zu dem Kohlenstoffmaterial wird geändert, wie es in 9 bis 12 gezeigt ist.
In den Hochwiderstandsschichten 42 und 62 ist das Hochwiderstandsmaterial durch Hinzufügung von Novolak-Phenol-Aldehyd-Harz (Gewichtsverhältnis 15) als das Bindemittel zu dem gemischten Material (Gewichtsverhältnis 100) hergestellt, das hexagonales Bor-Nitrid und Kohlenstoffmaterial enthält. Das Mischverhältnis des hexagonalen Bor-Nitrids zu dem gemischten Material wird in einem Bereich zwischen 45 Gew.-% und 100 Gew.-% geändert. Beispielsweise ist, wenn das Mischverhältnis von hexagonalem Bor-Nitrid 45 Gew.-% ist, das Verhältnis des Kohlenstoffmaterials 55 Gew.-%. Wenn das Mischverhältnis des hexagonalen Bor-Nitrids 100 Gew.-% beträgt, ist kein Kohlenstoffmaterial enthalten.
In 9 stellt die horizontale Achse das Mischverhältnis (Gew.-%) von hexagonalem Bor-Nitrid dar. Die vertikale Achse stellt den spezifischen Widerstandswert (μΩ·cm) der Hochwiderstandsschicht 42 und 62 dar. Die Änderung des spezifischen Widerstandswerts entsprechend der Änderung des Mischverhältnisses des hexagonalen Bor-Nitrids wird gemessen. Wie es in 9 gezeigt ist, steigt der spezifische Widerstandswert der Hochwiderstandsschicht 42 und 62 stark an, wenn das Mischverhältnis des hexagonalen Bor-Nitrids ansteigt.
In 10 zeigt die horizontale Achse das Mischverhältnis (Gew.-%) des hexagonalen Bor-Nitrids. Die vertikale Achse stellt das spezifische Gewicht der Hochwiderstandsschicht 42 und 62 dar. Die Änderung des spezifischen Gewichts entsprechend der Änderung des Mischverhältnisses des hexagonalen Bor-Nitrids wird gemessen. Wie es in 10 gezeigt ist, verringert sich das spezifische Gewicht der Hochwiderstandsschicht 42 und 62 mit der Erhöhung des Mischverhältnisses des hexagonalen Bor-Nitrids.
In 11 stellt die horizontale Achse das Mischverhältnis (Gew.-%) des hexagonalen Bor-Nitrids dar, und stellt die vertikale Achse die Biegefestigkeit (MPa) der Hochwiderstandsschichten 42 und 62 dar. Die Änderung der Biegefestigkeit entsprechend der Änderung des Mischverhältnisses des hexagonalen Bor-Nitrids wird gemessen. Wie es 11 gezeigt ist, verringert sich die Biegefestigkeit der Hochwiderstandsschicht 42, 62 mit dem Anstieg des Mischverhältnisses des hexagonalen Bor-Nitrids.
In 12 stellt die horizontale Achse das Mischverhältnis (Gew.-%) des hexagonalen Bor-Nitrids dar, und stellt die vertikale Achse die Härte (HsC) der Hochwiderstandsschicht 42, 62 dar. Die Änderung der Härte entsprechend der Änderung des Mischverhältnisses des hexagonalen Bor-Nitrids wird gemessen. Wie es in 12 gezeigt ist, steigt die Härte der Hochwiderstandsschicht 42, 62 mit dem Anstieg des Mischverhältnisses des hexagonalen Bor-Nitrids an.
Dementsprechend ändert sich der spezifische Widerstandswert stark entsprechend der Änderung des Mischverhältnisses, obwohl das spezifische Gewicht, die Biegefestigkeit und die Härte sich nicht deutlich ändern. Daher beeinträchtigt bzw. beeinflusst der spezifische Widerstandswert deutlich das Auftreten des Entladephänomens zwischen der Bürste 4 und den Kommutatorsegmenten 5. Es ist vorzuziehen, das Mischverhältnis von hexagonalem Bor-Nitrid derart festzulegen, dass der spezifische Widerstandswert sich innerhalb eines geeigneten Bereichs befindet. Insbesondere ist es vorzuziehen, dass der spezifische Widerstandswert der Hochwiderstandsschicht sich innerhalb eines Bereichs zwischen 20 × 10⁴ μΩ·cm (2 × 10^–3Ω·m) und 30 × 10⁴ μΩ·cm (3 × 10^–3Ω·m) befindet, und dass das Mischverhältnis des hexagonalen Bor-Nitrids zu dem gemischten Material sich in einem Bereich von 65 Gew.-% und 85 Gew.-% befindet.
(Siebtes Ausführungsbeispiel)
Gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel wird eine Wirkung, die von dem verkupferte Graphitpartikel (Graphitpartikel mit Kupferbeschichtungen) aufweisenden Niedrigwiderstandsmaterial erhalten wird, in der nachstehenden Weise verifiziert.
In einer Überprüfung wird ein Gleichstrommotor (rotierende elektrische Maschine) 10 mit dem Kommutator 5 und dem Bürstenpaar 4 verwendet. Ein Kontaktwiderstandswert zwischen den Bürsten 4 und dem Kommutator 5 wird gemessen, wenn der Gleichstrommotor 10 in Luft betrieben wird, und wenn er in Benzin als Flüssigkeitsbedingung betrieben wird.
Insbesondere wird die Spannung (V) des von einer Bürste 4 zu einer anderen Bürste 4 durch den Kommutator 5 und der Ankerwicklung gelangenden elektrischen Stroms gemessen. Es wird berücksichtigt, dass, je höher die Spannung ist, desto höher der Kontaktwiderstandswert ist. Dabei werden spezifische Widerstandswerte der Bürsten 4 und des Kommutators 5 nicht berücksichtigt, da die spezifischen Widerstandswerte dieser Teile im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen Kontaktwiderstandswert ausreichend klein sind.
In dem Gleichstrommotor 10 ist jedes der Kommutatorsegmente 6 durch eine einzelne Schicht aus dem Niedrigwiderstandsmaterial hergestellt. Weiterhin enthält das Niedrigwiderstandsmaterial verkupferte Graphitpartikel (Graphitpartikel mit Kupferbeschichtungen). Der Inhalt des Kupfers beträgt 65 Gew.-% in den Graphitpartikeln. Die Bürsten 4 enthalten Graphit und das Bindemittel, das aus Phenol-Aldehyd-Harz hergestellt ist.
Als Referenz wird der Kontaktwiderstandswert (Spannung) eines Referenz-Gleichstrommotors gemessen. In dem Referenz-Gleichstrommotor ist jedes der Kommutatorsegmente durch eine einzelne Schicht aus dem Niedrigwiderstandsmaterial aufgebaut, das Graphitpartikel ohne Kupferbeschichtungen (nichtverkupferte Graphitpartikel) aufweist.
Der Gleichstrommotor 10 und der Referenzmotor werden in Luft und in Benzin versetzt. Die Kontaktwiderstandswerte werden gemessen, wenn der Gleichstrommotor sich in Ruhe befindet, und wenn der Gleichstrommotor sich in Betrieb befindet. Als die Betriebsbedingung der jeweiligen Gleichstrommotoren während des Betriebs beträgt der Laststrom (Strom, der von einer Bürste 4 zu einer anderen Bürste 4 durch den Kommutator 5 und die Ankerwicklungen geführt wird) 5A und beträgt die Drehzahl 6000 μ/min. Testergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
(Tabelle 2)
Wie es in Tabelle 2 gezeigt ist, ist in allen Testbedingungen der Kontaktwiderstandswert des Gleichstrommotors 10 kleiner als derjenige des Referenzmotors. Insbesondere ist im Bezug auf den Referenzgleichstrommotor der Kontaktwiderstandwert während des Betriebs in Benzin wesentlich höher als derjenige in Luft. Demgegenüber ist im Bezug auf den Gleichstrommotor 10 der Kontaktwiderstandwert während des Betriebs in Benzin niedriger als derjenige in Luft.
Dementsprechend wird, wenn das Niedrigwiderstandmaterial der Niedrigwiderstandsschicht 61 verkupferte Graphitpartikel enthält, der Kontaktwiderstandswert zwischen den Bürsten 4 und dem Kommutator 5 bei Betrieb in Benzin signifikant verringert. Ähnliche Ergebnisse können erhalten werden, wenn die Bürsten 4 durch die Niedrigwiderstandsschicht 41 und die Hochwiderstandsschicht 42 aufgebaut sind.
(Achtes Ausführungsbeispiel)
Ein Verhältnis zwischen einer Porosität (%) des Hochwiderstandsmaterials für die Hochwiderstandsschicht 42, 62 und ein spezifischer Widerstandswert (%) wird untersucht, um die durch die Hochwiderstandsschicht 42, 62 erhaltenen Wirkungen zu verifizieren, wenn die Porosität verringert wird.
Ein Testmuster der Hochwiderstandsschicht 42, 62 wird durch Hinzufügen des Bindemittels aus Phenol-Aldehyd-Harz zu dem gemischten Material hergestellt, das 75 Gew.-% hexagonales Bor-Nitrid und 25 % Graphit enthält. Weiterhin werden mehrere Muster mit unterschiedlicher Porosität vorbereitet. Jedes Muster wird in Benzin eingetaucht und es wird ein elektrischer Strom (0,1 A) zugeführt. Unter dieser Bedingung wird die Änderung des spezifischen Widerstandswerts jedes Musters im Verlaufe der Zeit gemessen.
13 zeigt einen Graphen, der den Anstieg des spezifischen Widerstandswerts des Musters mit 22 Porosität darstellt. Die horizontale Achse gibt die verstrichene Zeit (Std.), und die vertikale Achse stellt die Erhöhung (%) des spezifischen Widerstandswerts dar. Dabei ist der anfängliche spezifische Widerstandswert des Musters bei einem anfänglichen Zustand 100 %. Die Erhöhung (%) in dem spezifischen Widerstandswert wird auf der Grundlage einer Erhöhungsrate (%) des spezifischen Widerstandswerts in Bezug auf den anfänglichen spezifischen Widerstandswert mit verstreichender Zeit gemessen.
Entsprechend dem in 13 gezeigten Graphen erhöht sich die Erhöhungsrate des spezifischen Widerstandswerts mit der verstrichenen Zeit. Jedoch wird nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit die Erhöhungsrate stabilisiert. Der spezifische Widerstandswert erhöht sich nämlich, während Benzin in die Poren des Musters gefüllt wird. Wenn die Poren mit Benzin gesättigt werden, wird der Anstieg des spezifischen Widerstandswerts flach.
Auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Ergebnisse ist das Verhältnis zwischen der Porosität (%) und dem Anstieg (%) des spezifischen Widerstandswerts in einem Graphen in 14 gezeigt. Die horizontale Achse stellt die Porosität (%) des Musters dar. Die vertikale Achse stellt die Anstiegsrate des spezifischen Widerstandswerts des Musters zu einer Zeit dar, wenn 250 Std. nach Eintauchen in Benzin verstrichen sind. Gemäß diesem Graphen steigt der spezifische Widerstandswert mit dem Anstieg der Porosität an.
Bei der Verwendung eines Gleichstrommotors ist, falls der spezifische Widerstandswert der Hochwiderstandsschicht 42, 62 stark ansteigt (beispielsweise die Anstiegsrate gleich oder größer als 60 % ist), es sehr wahrscheinlich, dass ein Einfluss auf die Gleichrichtung ausgeübt wird. Daher ist es vorzuziehen, die Porosität der Hochwiderstandsschicht 42, 62 auf gleich oder niedriger als 30 % einzustellen. Weiterhin ist es vorzuziehen, die Anstiegsrate des spezifischen Widerstandswerts auf gleich oder niedriger als 20 % einzustellen. Daher ist es weiter vorzuziehen, die Porosität der Hochwiderstandsschicht 42, 62 gleich oder niedriger als 20 % einzustellen.
Falls die Porosität 30 % übersteigt, ist es wahrscheinlich, dass die Festigkeit der Hochwiderstandsschicht 42, 62 unzureichend ist. Jedoch ist es schwierig, die Hochwiderstandsschicht 42, 62 mit einer ausreichend kleinen Porosität herzustellen. Daher ist es vorzuziehen, die Porosität auf gleich oder größer als 15 % einzustellen. Dabei wird die Porosität leicht durch Erhöhung des Formdrucks bei Formen der Hochwiderstandsschicht 42, 62 verringert.
(Neuntes Ausführungsbeispiel)
Nachstehend wird die Haltbarkeit der Bürsten 4 verifiziert, die die Kommutatorsegmente 6 berühren, die die Niedrigwiderstandsschicht 61 und die Hochwiderstandsschicht 62 aufweisen. Die Bürsten 4 sind durch Hinzufügen des Bindemittels aus Phenol-Aldehyd-Harz zu Graphit hergestellt, die Kohlenstofffaser (CF) enthalten. Die Änderung der Schroffheit bzw. Rauhigkeit (Vorsprünge oder Vertiefungen) (mm), die in den Oberflächen der Kommutatorsegmente 6 im Verlaufe der Betriebszeit (Std.) eines Gleichstrommotors gebildet werden, wird gemessen.
Als Testmuster werden Gleichstrommotoren S1 bis S3 vorbereitet. Jeder Motor weist die Bürsten 4 auf, die durch Hinzufügen des Bindemittels aus Phenol-Aldehyd-Harz zu dem gemischten Material hergestellt werden, das Kohlenstofffasern und Graphit enthält. Dabei enthält in dem Motor S1 das gemischte Material 1 Gew.-% Kohlenstofffaser und 99 Gew.-% Graphit. In dem Motor S2 enthält das gemischte Material 2 Gew.-% Kohlenstofffaser und 98 Gew.-% Graphit. In dem Motor S3 enthält das gemischte Material 3 Gew.-% Kohlenstofffaser und 97 Gew.-% Graphit. Die Länge jeder Faser der Kohlenstofffasern bewegt sich in einem Bereich von 30 μm bis 300 μm. Der Durchmesser jeder Faser liegt in einem Bereich zwischen 5 μm und 15 μm.
Das Niedrigwiderstandsmaterial der Niedrigwiderstandsschicht 61 wird durch Hinzufügen des Bindemittels aus Phenol-Aldeyd-Harz zu Graphit hergestellt. Das Hochwiderstandsmaterial der Hochwiderstandsschicht 62 wird durch Hinzufügen des Bindemittels aus Phenol-Rldehyd-Harz zu dem gemischten Material hergestellt, das 75 hexagonales Bor-Nitrid und 25 Gew.-% Graphit enthält.
Die Änderung der Oberflächenrauhigkeit, die in den vorstehend beschriebenen Kommutatorsegmenten 6 erzeugt wird, wird gemessen und ist in dem Graphen gemäß 15 gezeigt. In dem Test werden zwei Muster für jeweils die Motoren S1 bis S3 verwendet.
Gemäß dem Ergebnis wird, obwohl die Oberflächenrauhigkeit im Verlaufe der Zeit für die Mustermotoren S1 bis S3 erhöht wird, die Oberflächenrauhigkeit nicht signifikant erhöht. Daher wird berücksichtigt, dass die Oberflächen der Kommutatorsegmente 6 glatt beibehalten werden, selbst falls der Motor für eine lange Zeit verwendet wird.
Insbesondere ist die Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit des Motors S2 kleiner als diejenige des Motors S1. Weiterhin ist die Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit des Motors S3 kleiner als diejenige des Motors S2. Daher wird erachtet, dass die Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit mit Erhöhung des Inhalts von Kohlenstofffasern unterdrückt wird.
Insbesondere ändert sich bei dem Motor S3 die Oberflächenrauhigkeit selbst bei einer überlangen Verwendungsdauer allgemein nicht.
In den Motoren S1 bis S3 wird das Entladephänomen zwischen den Bürsten 4 und den Kommutatorsegmenten 6 weiter wirksam verringert, da der Anstieg der Oberflächenrauhigkeit unterdrückt wird. Daher wird die Haltbarkeit der Bürsten 4 und der Kommutatorsegmente 6 verbessert.
Falls der Inhalt (Anteil) von Kohlenstofffaser stark erhöht wird, ist es wahrscheinlich, dass die Oberflächen der Kommutatorsegmente 6 stärker als notwendig abgerieben werden. Daher ist es vorzuziehen, dass der Inhalt (Anteil) von Kohlenstofffaser gleich oder niedriger als 10 Gew.-% ist.
Der Anstieg der Oberflächenrauhigkeit der Motoren S1 bis S3 wird aus den nachstehenden Gründen unterdrückt. Da Kohlenstofffaser mit einer hohen Härte in den Bürsten 4 enthalten ist, werden die Oberflächen der Kommutatorsegmente 6, die die Hochwiderstandsschichten 62 und die Niedrigwiderstandsschichten 61 aufweisen, absichtlich etwas abgerieben, wenn der Motor betrieben wird. Die Niedrigwiderstandsschicht 61 ist aus dem Niedrigwiderstandsmaterial hergestellt, das Graphit als Hauptsubstanz enthält, und die Hochwiderstandsschicht 62 ist aus dem Hochwiderstandsmaterial hergestellt, das hexagonales Bor-Nitrid und Graphit als Hauptsubstanzen enthält. Die Niedrigwiderstandsschicht 61 und die Hochwiderstandsschicht 62 weisen eine ähnliche Bearbeitbarkeit oder Abriebverhalten (d.h. Grad des Abriebs) auf. Daher werden, wenn die Kommutatorsegmente 6 durch die Bürsten 4 etwas abgerieben werden, die Hochwiderstandsschicht 62 und die Niedrigwiderstandsschicht 61 allgemein gleich abgerieben. Dementsprechend können die Oberflächen des Kommutators 6 allgemein glatt behalten werden. Die Bearbeitbarkeit wird auf der Grundlage der Mohshärte und der Spalte (cleavage) bestimmt.
Außerdem können in dem Gleichstrommotor, in dem jede Bürste 4 durch die Hochwiderstandsschicht 42 und die Niedrigwiderstandsschicht 41 aufgebaut ist und die Kommutatorsegmente 6 durch Hinzufügen des Bindemittels zu dem Graphit hergestellt sind, die Kohlenstofffaser enthalten, ähnliche Effekte erhalten werden.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es, falls ein Inhalt der anorganischen Substanz des Hochwiderstandsmaterials gleich oder niedriger als 20 Gew.-% ist, schwierig, den spezifischen Widerstandswert der Hochwiderstandsschicht ausreichend höher als den spezifischen Widerstandswert der Niedrigwiderstandsschicht zu erhöhen. Daher kann es schwierig sein, die Gleichrichtung und Haltbarkeit zu verbessern. Falls demgegenüber der Inhalt der anorganischen Substanz des Hochwiderstandsmaterials sehr stark erhöht wird, kann die Hochwiderstandsschicht in eine Bedingung gelangen, in der sie isoliert. Daher ist es vorzuziehen, dass der Inhalt der anorganischen Substanz des Hochwiderstandsmaterials gleich oder niedriger als 90 Gew.-% ist.
Als die anorganische Substanz ist es vorzuziehen, dass der spezifische Widerstandswert gleich oder größer als 1 × 10^–2 Ω·m (1 Ω·cm) ist, dass der Siedepunkt gleich oder größer als 1000°C ist, und dass die Mohshärte in einem Bereich von Stufe 1 bis Stufe 2 liegt, die ähnlich zu der Mohshärte des Niedrigwiderstandsmaterials ist.
Wenn der spezifische Widerstandswert der anorganischen Substanz gleich oder größer als 1 × 10^–2 Ω·m ist, wird das Entladephänomen zwischen den Bürsten 4 und den Kommutatorsegmenten 6 wirksam unterdrückt. Wenn der Siedepunkt gleich oder größer als 2000°C ist, werden Haltbarkeit, wie Wärmewiderstandsfähigkeit und Abriebswiderstandsfähigkeit der Bürsten 4 und des Kommutators 5 wirksam verbessert. Wenn weiterhin die Mohshärte der anorganischen Substanz in einem Bereich zwischen Stufe 1 bis Stufe 2 liegt, d.h., wenn die Mohshärte der anorganischen Substanz ähnlich zu derjenigen des Niedrigwiderstandsmaterials ist, werden die Niedrigwiderstandsschicht und die Hochwiderstandsschicht gleichmäßig abgerieben, wenn die Bürsten 4 gleiten und in Kontakt mit den Kommutatorsegmenten 6 treten. Daher wird das Auftreten des Entladephänomens (d.h. Funken) aufgrund der Vibration der Bürsten 4 verringert, da die Oberflächen der Bürsten 4 und der Kommutatorsegmente 6 glatt gehalten werden.
Da das Niedrigwiderstandsmaterial und das Hochwiderstandsmaterial das Kohlenstoffmaterial wie Graphit enthalten, werden Leitfähigkeit und Haltbarkeit der Bürsten 4 und des Kommutators 5 weiter verbessert. Als das Bindemittel wird ein synthetisches Harz wie Phenol-Aldehyd-Harz verwendet.
Wenn das Niedrigwiderstandsmaterial verkupferte Graphitpartikel enthält, wird der Kontaktwiderstandswert der Niedrigwiderstandsschicht verringert. In einem Fall, in dem die Bürste und der Kommutator in Flüssigkeit verwendet werden, ist der vorstehend beschriebene Effekt hervorragend. In diesem Fall wird die Gleichrichtung in dem Gleichstrommotor weiter verbessert, da die Lücke des Kontaktwiderstandswerts zwischen der Niedrigwiderstandsschicht und der Hochwiderstandsschicht erhöht wird. Dabei wird ein verkupfertes Graphitpartikel (Graphitpartikel mit der Kupferbeschichtung) durch Beschichtung der Oberfläche des Graphitpartikels mit Kupfer hergestellt.
Vorzugsweise wird als die anorganische Substanz Bor-Nitrid verwendet. In diesem Fall werden Haltbarkeit und Leitfähigkeit der Bürsten 4 und des Kommutators 5 wirksam verbessert. Weiterhin können Molybdän-Disulfid, Wolfram-Disulfid und Minerale wie Kaolin und Talkum als anorganische Substanz verwendet werden.
Das Hochwiderstandsmaterial wird vorzugsweise durch Hinzufügen des Bindemittels zu dem gemischten Material hergestellt, das hexagonales Bor-Nitrid (65 Gew.-% bis 85 Gew.-%) und das Kohlenstoffmaterial (35 Gew.-% bis 15 Gew.-%) enthält. In diesem Fall werden Leitfähigkeit und Haltbarkeit der Bürste 4 und des Kommutators 5 wirksam verbessert.
Wenn der Inhalt von. Bor-Nitrid in dem gemischten Material kleiner als 65 Gew.-% ist, wird der spezifische Widerstandswert der Hochwiderstandsschicht verringert. In diesem Fall kann es schwierig sein, die Gleichrichtung und Haltbarkeit der Bürsten 4 und des Kommutators 5 ausreichend beizubehalten. Wenn demgegenüber der Inhalt von Bor-Nitrid 85 Gew.-% in dem gemischten Material übersteigt, wird der spezifische Widerstandswert der Hochwiderstandsschicht mehr als erforderlich erhöht. Dies kann zu einer Situation führen, in dem die Hochwiderstandsschicht mit einem Isolator versehen ist. Daher ist es wahrscheinlich, dass ein Entladephänomen an der Grenze zwischen der Niedrigwiderstandsschicht und der Hochwiderstandsschicht bewirkt wird.
In der Hochwiderstandsschicht, die aus dem Bor-Nitrid enthaltenen Hochwiderstandsmaterial hergestellt ist, ist es vorzuziehen, dass eine Porosität gleich oder kleiner als 30 vorhanden ist. Wenn die Bürsten 4 und der Kommutator 5 in Flüssigkeit verwendet werden, wird der Anstieg des spezifischen Widerstandswerts der Hochwiderstandsschicht im Verlaufe der Zeit wirksam unterdrückt. Die Porosität ist ein Verhältnis von Volumen von Poren zu dem Gesamtvolumen der Hochwiderstandsschicht.
Im Allgemeinen vibrieren die Bürsten 4 auf den Oberflächen der Kommutatorsegmente 6, falls die Oberflächen der Bürsten 4 und der Kommutatorsegmente 6 nicht glatt sind. Dies führt zu einer Verschlechterung der Lebensdauer der Bürsten 4 und der Kommutatorsegmente 6. Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen enthalten die Kommutatorsegmente 6 Kohlenstofffaser, die eine ausreichende Härte bereitstellen. Daher wird die Oberfläche der Bürste 4 mit der Hochwiderstandsschicht 42 und der Niedrigwiderstandsschicht 41 absichtlich etwas durch die Kommutatorsegmente 6 abgerieben. Alternativ dazu enthält die Bürste 4 Kohlenstofffaser. In diesem Fall werden die Oberflächen der Kommutatorsegmente 6 mit der Hochwiderstandsschicht 62 und der Niedrigwiderstandsschicht 61 absichtlich etwas durch die Bürste 4 abgerieben. Dementsprechend werden die Oberflächen der Kommutatorsegmente 6 glatt beibehalten. Als Ergebnis wird das Auftreten des Entladephänomens zwischen den Bürsten 4 und den Kommutatorsegmenten 6 wirksam unterdrückt. Weiterhin ist es vorzuziehen, dass die Hochwiderstandsschicht und die Niedrigwiderstandsschicht ähnliche Bearbeitbarkeit aufweisen, um diese Oberflächen glatt beizubehalten.
Weiterhin ist es vorzuziehen, dass der Inhalt von Kohlenstofffaser sich nahe dem Bereich von 1 Gew.-% bis 10 Gew.-% im Bezug auf das gemischte Material bewegt, das Graphit und Kohlenstofffaser enthält. In diesem Fall werden die Oberflächen der Bürsten 4 und der Kommutatorsegmente 6 weiter glatt beibehalten. Falls der Inhalt der Kohlenstofffaser kleiner als 1 Gew.-% ist, kann es schwierig sein, die Oberflächen der Kommutatorsegmente 6 und der Bürsten 4 glatt zu behalten, da der Inhalt der Kohlenstofffaser sehr gering ist. Falls demgegenüber der Inhalt der Kohlenstofffaser 10 Gew.-% übersteigt, ist es wahrscheinlich, dass die Oberfläche der Bürsten 4 oder der Kommutatorsegmente 6 stärker als erforderlich abgerieben werden, da der Inhalt der Kohlenstofffaser sehr hoch ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann in andererlei Weise ohne Abweichen von dem Umfang der Erfindung implementiert werden.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, weist in einem Kommutator 5 einer rotierenden elektrischen Maschine 1 jedes der Kommutatorsegmente 6 eine Niedrigwiderstandsschicht 61, die aus einem Niedrigwiderstandsmaterial hergestellt ist, und eine Hochwiderstandsschicht 62 auf, die aus einem Hochwiderstandsmaterial mit einem spezifischen Widerstandswert hergestellt ist, der höher als derjenige des Niedrigwiderstandsmaterials ist. Das Niedrigwiderstandsmaterial enthält ein Kohlenstoffmaterial und ein Bindemittel. Das Hochwiderstandsmaterial enthält ein Kohlenstoffmaterial, ein Bindemittel und eine anorganische Substanz wie Bor-Nitrid. Ein Mischverhältnis der anorganischen Substanz in dem Hochwiderstandsmaterial beträgt mehr als 20 Gew.-%. Alternativ dazu kann eine Bürste 4, die Kontakt mit den Kommutatorsegmenten 6 herstellt, die Hochwiderstandsschicht 42 und die Niedrigwiderstandsschicht 41 aufweisen.

Claims

Bürste (4), die Kontakt mit Kommutatorsegmente (6) eines Kommutators (5) herstellt, mit einer Niedrigwiderstandsschicht (41), die aus einem Niedrigwiderstandsmaterial hergestellt ist, einer Hochwiderstandsschicht (42), die aus einem Hochwiderstandsmaterial mit einem spezifischen Widerstandswert hergestellt ist, der höher als derjenige des Niedrigwiderstandsmaterials ist, wobei das Hochwiderstandsmaterial eine anorganische Substanz enthält, die einen spezifischen Widerstandswert aufweist, der größer als derjenige des Niedrigwiderstandsmaterials ist, und mehr als 20 Gew.-% in Bezug auf ein Gesamtgewicht des Hochwiderstandsmaterials aufweist.
Bürste nach Anspruch 1, wobei das Niedrigwiderstandsmaterial ein Kohlenstoffmaterial und ein Bindemittel enthält, und das Hochwiderstandsmaterial ein Kohlenstoffmaterial, ein Bindemittel und die anorganische Substanz enthält.
Bürste nach Anspruch 1, wobei das Niedrigwiderstandsmaterial verkupferte Graphitpartikel enthält.
Bürste nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die anorganische Substanz Bor-Nitrid aufweist.
Bürste nach Anspruch 4, wobei das Hochwiderstandsmaterial aus einem gemischten Material und einem Bindemittel zusammengesetzt ist, und das gemischte Material Bor-Nitrid in einem Bereich von 65 Gew.-% bis 85 Gew.-% sowie ein Kohlenstoffmaterial aufweist.
Bürste nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Hochwiderstandsschicht (42) eine Porosität aufweist, die gleich oder niedriger als 30 % ist.
Kommutator (5), der eine Vielzahl von Kommutatorsegmenten (6) aufweist, die Kontakt mit einer Bürste (4) herstellen, wobei jedes der Kommutatorsegmente (6) aufweist: eine Niedrigwiderstandsschicht (61), die aus einem Niedrigwiderstandsmaterial hergestellt ist, eine Hochwiderstandsschicht (62), die aus einem Hochwiderstandsmaterial mit einem spezifischen Widerstandswert hergestellt ist, der höher als derjenige des Niedrigwiderstandsmaterials ist, wobei das Hochwiderstandsmaterial eine anorganische Substanz enthält, die einen spezifischen Widerstandswert aufweist, der größer als derjenige des Niedrigwiderstandsmaterials ist, und mehr als 20 Gew.-% in Bezug auf ein Gesamtgewicht des Hochwiderstandsmaterials aufweist.
Kommutator nach Anspruch 7, wobei das Niedrigwiderstandsmaterial ein Kohlenstoffmaterial und ein Bindemittel enthält, und das Hochwiderstandsmaterial ein Kohlenstoffmaterial, ein Bindemittel und die anorganische Substanz enthält.
Kommutator nach Anspruch 7, wobei das Niedrigwiderstandsmaterial verkupferte Graphitpartikel enthält.
Kommutator nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die anorganische Substanz Bor-Nitrid aufweist.
Kommutator nach Anspruch 10, wobei das Hochwiderstandsmaterial aus einem gemischten Material und einem Bindemittel zusammengesetzt ist, und das gemischte Material Bor-Nitrid in einem Bereich von 65 Gew.-% bis 85 Gew.-% sowie ein Kohlenstoffmaterial aufweist.
Kommutator nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Hochwiderstandsschicht (62) eine Porosität aufweist, die gleich oder niedriger als 30 % ist.
Kommutatorvorrichtung mit einem Kommutator (5), der eine Vielzahl von Kommutatorsegmenten (6) aufweist, und eingerichtet ist, in einer Richtung (R) bei Betrieb zu rotieren, und einem Paar Bürsten (4), die angeordnet sind, Kontakt mit den Kommutatorsegmenten (6) herzustellen, wobei entweder die Vielzahl der Kommutatorsegmente (6) aus einem Graphit und Kohlenstofffaser enthaltendem Material hergestellt ist und das Paar der Bürsten (4) aus einer Niedrigwiderstandsschicht (41, 61) und einer Hochwiderstandsschicht (42, 62) aufgebaut ist, oder das Paar der Bürsten (4) aus dem Graphit und Kohlenstofffaser enthaltenden Material hergestellt ist, und die Vielzahl der Kommutatorsegmente (6) aus einer Niedrigwiderstandsschicht (41, 61) und einer Hochwiderstandsschicht (42, 62) aufgebaut ist, wobei die Niedrigwiderstandsschicht (41, 61) aus einem Niedrigwiderstandsmaterial hergestellt ist, und die Hochwiderstandsschicht (42, 62) aus einem Hochwiderstandsmaterial hergestellt ist, und das Hochwiderstandsmaterial eine anorganische Substanz mit mehr als 20 Gew.-% darin enthält und einen spezifischen Widerstandswert aufweist, der höher als derjenige des Niedrigwiderstandsmaterials ist.
Kommutatorvorrichtung nach Anspruch 13, wobei jedes Kommutatorsegment (6) die Niedrigwiderstandsschicht (61) auf einer führenden Seite aufweist und die Hochwiderstandsschicht (62) auf einer nachlaufenden Seite davon in Bezug auf die Rotationsrichtung (R) aufweist.
Kommutatorvorrichtung nach Anspruch 13, wobei jede Bürste (4) die Hochwiderstandsschicht (42) auf einer führenden Seite aufweist und die Niedrigwiderstandsschicht (41) auf einer nachlaufenden Seite davon in Bezug auf die Rotationsrichtung (R) des Kommutators (5) aufweist.