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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bürste und
eine elektrische Drehmaschine, die die Bürste verwendet,
einschließlich Elektromotoren, Wechselstromgeneratoren
und elektrischer Generatoren.
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2. BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN
TECHNIK
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Ein
Motorfahrzeug ist allgemein mit verschiedenen Typen elektrischer
Drehmaschinen, wie Elektromotoren, Wechselstromgeneratoren und elektrischen
Generatoren, ausgestattet. Beispielsweise ist ein Startermotor ein
Elektromotor.
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Die
elektrische Drehmaschine verwendet Bürsten. Diese Bürsten
werden erzwungen auf Schleifringe gedrückt, die an der
Rotationswelle der elektrischen Drehmaschine befestigt sind, um
einen Strom elektrisch zu leiten. Im Allgemeinen sind die Bürsten
aus einem weichen, elektrisch leitfähigen Material, wie
Graphit, mit einer Abriebfestigkeit hergestellt.
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Nebenbei
bemerkt ist es bei einer elektrischen Drehmaschine mit einer hohen
Leistungsabgabe und einem hohen Wirkungsgrad bevorzugt, einen elektrischen
Verlust der Bürsten so weit wie möglich zu verringern,
da der elektrische Verlust in den Bürsten den Gesamtwirkungsgrad
der elektrischen Drehmaschine erheblich beeinträchtigt.
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Eine
bekannte Technik zum Verringern des elektrischen Verlusts der Bürsten
verwendet eine Bürste, die aus Graphit und einem leitfähigen
Metall, wie Kupfer, her gestellt ist. Eine Verwendung eines leitfähigen
Metalls kann den elektrischen Widerstand der Bürste reduzieren.
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In
letzter Zeit neigen Bürsten für einen Startermotor
dazu, eine große Kupfermenge zu enthalten, um eine hohe
Ausgangsleistung zu liefern.
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Umweltprobleme
der letzten Zeit benötigen jedoch eine elektrische Drehmaschine,
die ökonomisch startet. Diese Probleme der letzten Zeit
erfordern, dass die Bürsten eine lange Lebensdauer haben.
Eine Technik, um eine lange Lebensdauer zu erreichen, verringert
die Kupfermenge in der Bürste. Ein Verringern der Kupfermenge
in der Bürste erhöht die Kontaktoberfläche
zwischen dem Kupfer und dem Graphit, so dass der elektrische Verlust
in der Bürste erhöht wird.
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Die
offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr.
JP 2005-198477 offenbart
beispielsweise eine Bürste mit einer Dreischichtstruktur,
die aus einer Schicht mit einem hohen Widerstand (Graphit), einer
Schicht mit einem mittleren Widerstand (Kupfer) und einer Schicht
mit einem niedrigen Widerstand zusammengesetzt ist. Diese Schichten
sind laminiert.
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Eine
Bürstenfläche (oder eine Schleiffläche)
der Bürste, die in der
JP
2005-198477 offenbart ist, ist aus der Schicht mit einem
hohen Widerstand (Graphit) und der Schicht mit einem mittleren Widerstand
(Kupfer) aufgebaut, die laminiert sind, wobei die Bürstenfläche
auf einem Kommutator oder einem Schleifring schleift. Bei der Bürste
ist die Schicht mit einem niedrigen Widerstand mit einem Leitungsdraht
als einem leitfähigen Draht elektrisch verbunden.
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Die
Bürste, die in der
JP
2005-198477 offenbart ist, hat jedoch einen Nachteil aufgrund
einer möglichen Trennung dieser Schichten voneinander und
von Rissen in der Kontaktoberfläche zwischen den Schichten
nach Abschluss einer Wärmebehandlung während der
Herstellung von Bürsten, da diese Schichten unterschiedliche
thermische Ausdehnungskoeffizienten haben. Insbesondere zeigt ein
Erzeugen der Trennung der Kontaktoberfläche zwischen der
Schicht mit einem hohen Widerstand und der Schicht mit einem mittleren
Widerstand das Vorliegen von Rissen in der Bürstenfläche
(oder der Schleiffläche) der Bürste. Dies erhöht
den Gleitwiderstand zwischen der Bürstenfläche
und dem Material, das den Kommutator oder den Schleifring bildet.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bürste
für eine elektrische Drehmaschine mit einer hohen elektrischen
Leitfähigkeit und einer hohen Haltbarkeit zu schaffen.
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Um
die vorhergehenden Zwecke zu erreichen, schafft die vorliegende
Erfindung eine Bürste (1) für eine elektrische
Drehmaschine (6). Die Bürste (1) hat
einen Bürstenhauptteil (2) (oder einen Schleifhauptteil) und
einen Drahttrageteil (3). In dem Bürstenhauptteil
(2) ist Kupfer verteilt. Der Bürstenhauptteil
(2) hat eine Bürstenfläche (1a)
(oder eine Schleiffläche). Die Bürstenfläche
(1a) ist in Kontakt mit einem Kommutator oder einem Schleifring
einer elektrischen Drehmaschine (6), wie eines Startermotors,
wobei die Bürste (1) in die elektrische Drehmaschine
(6) eingebaut ist. Der Drahttrageteil (3) trägt
einen Leitungsdraht (4) als einen leitfähigen
Draht, der aus einem Litzendraht hergestellt ist. Der Drahttrageteil
(3) ist um den Leitungsdraht (4) gebildet. Der
Leitungsdraht (4) ist durch den Drahttrageteil (3)
mit dem Bürstenhauptteil (2) elektrisch verbunden. Der
Drahttrageteil (3) enthält Kupfer, das in demselben
verteilt ist. Insbesondere hat der Drahttrageteil (3) eine Struktur,
die aus einer ersten Pulvermischung, die ein Kupferpulver eines
ersten Gehalts enthält, und einer zweiten Pulvermischung,
die auf der ersten Pulvermischung platziert ist, hergestellt ist.
Die zweite Pulvermischung enthält ein Kupferpulver mit
einem höheren Kupfergehalt als die erste Pulvermischung.
Der Leitungsdraht (4) ist als ein leitfähiger
Draht in die Struktur, die aus der zweiten Pulvermischung und der
ersten Pulvermischung hergestellt ist, eingebettet. Die erste Pulvermischung,
die zweite Pulvermischung und der Leitungsdraht (4) sind
pressgeformt und durch eine Wärmebehandlung bearbeitet.
Eine Dicke (oder eine Tiefe) der zweiten Pulvermischung gemessen
entlang der Richtung, in der der Leitungsdraht (4) eingeführt
ist, ist innerhalb eines Bereichs von 15 bis 50% einer Dicke des
Leitungsdrahts (4), der in die erste Pulvermischung und die
zweite Pulvermischung eingebettet ist.
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Die
Bürste (1) gemäß der vorliegenden
Erfindung hat die Struktur, die durch Pressformen und eine Wärmebehandlung
aus der ersten Pulvermischung und der zweiten Pulvermischung hergestellt
ist. Der Leitungsdraht (4) ist in die zweite Pulvermischung
und die erste Pulvermischung eingeführt. Der Bürstenhauptteil (2),
der die Bürstenfläche (1a) hat, ist aus
der ersten Pulvermischung hergestellt. Der Drahttrageteil (3),
der um die Peripherie des Leitungsdrahts (4) gebildet ist,
ist aus der zweiten Pulvermischung hergestellt. Der Drahttrageteil
(3) hat einen Kupfergehalt, nämlich den Kupfergehalt,
der auf einen spezifischen Wert eingestellt ist, um den Kontaktwiderstand
bei der Kontaktoberfläche zwischen dem Leitungsdraht (4)
und dem Drahttrageteil (3) zu verringern.
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Ferner
kann der eingestellte Kupfergehalt des Drahttrageteils (3)
eine Trennung des Leitungsdrahts (4) von dem Drahttrageteil
(3) im Laufe der Zeit unterdrücken.
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Somit
schafft die vorliegende Erfindung die Bürste (1)
mit einer langen Lebensdauer und mit einer überlegenen
hohen Haltbarkeit. Ferner hat die elektrische Drehmaschine (6),
die die Bürste (1) verwendet, gemäß der
vorliegenden Erfindung eine überlegene elektrische Leitfähigkeit
und eine hohe Haltbarkeit.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Bürste
(1-1, 1-2) für eine elektrische Drehmaschine
(6) geschaffen. Die Bürste (1-1, 1-2)
hat einen Bürstenhauptteil (2) (oder einen Schleifhauptteil) und
einen Drahttrageteil (3). Der Bürstenhauptteil
(2), in dem Kupfer verteilt ist, hat eine Bürstenfläche
(1a) (oder eine Schleiffläche). Der Drahttrageteil
(3) trägt einen Leitungsdraht (4) (oder
einen leitfähigen Draht). Der Leitungsdraht (4)
ist mit dem Bürstenhauptteil (2) elektrisch verbunden.
In dem Drahttrageteil (3) ist Kupfer verteilt. Der Drahttrageteil
(3) ist um die Peripherie des Leitungsdrahts (4)
gebildet. Insbesondere hat der Drahttrageteil (3) einen
Kupfergehalt von nicht weniger 40 Massen-%, wenn die Gesamtheit
des Drahttrageteils (3) als 100 Massen-% definiert ist.
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Die
Bürste (1-1, 1-2) für eine elektrische
Drehmaschine (6) hat den Drahttrageteil (3), der
zwischen dem Bürstenhauptteil (2) und dem Leitungsdraht
(4) gebildet ist. Insbesondere ist der Kupfergehalt des
Drahttrageteils (3) geeignet eingestellt, um eine Erhöhung
eines Kontaktwiderstands zwischen dem Leitungsdraht (4)
und dem Drahttrageteil (3) zu unterdrücken. Ferner
unterdrückt der eingestellte Kupfergehalt des Drahttrageteils
(39, dass der Leitungsdraht (4) von dem Drahttrageteil
(3) getrennt wird. Dies schafft die Bürste (1-1, 1-2)
mit einer langen Lebensdauer, selbst wenn ein Kupfergehalt des Bürstenhauptteils
(2) verringert ist, um die lange Lebensdauer der Bürste
(1-1, 1-2) zu erhalten. Somit schafft die vorliegende
Erfindung die Bürste (1-1, 1-2), die
eine lange Lebensdauer und eine überlegene hohe Haltbarkeit
hat. Ferner hat die elektrische Drehmaschine (6), die die
Bürste verwendet, gemäß der vorliegenden
Erfindung ebenfalls eine überlegene elektrische Leitfähigkeit
und eine hohe Haltbarkeit.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ein
bevorzugtes, nicht begrenzendes Ausführungsbeispiel wird
anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein
Querschnitt einer Bürste für eine elektrische
Drehmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist, wobei 1 insbesondere
eine Dicke (oder eine Tiefe) einer ersten Pulvermischung und eine
Dicke (oder eine Tiefe) einer zweiten Pulvermischung, die in ein
Formwerkzeug mit einem Hohlraum in der Form einer quadratischen
Säule, die der Form der Bürste entspricht, gepackt
sind, zeigt;
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2 ein
Querschnitt einer Struktur der Bürste für eine
elektrische Drehmaschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist;
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3 eine
grafische Darstellung zeigt, die eine Beziehung zwischen der Größe
eines Spannungsabfalls in jeder Bürste (als eine Auswertungsprobe)
und einem Verhältnis (A/C) der Dicke "A" der zweiten Pulvermischung
zu der Summe "C" der Dicke der ersten Pulvermischung und der Dicke
der zweiten Pulvermischung zeigt;
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4 eine
vergrößerte Fotografie des Leitungsdrahts und
des peripheren Teils desselben in der Bürste, wenn die
Dicke der zweiten Pulvermischung 20% der Summe der ersten Pulvermischung
und der zweiten Pulvermischung ist, gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
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5 eine
vergrößerte Fotografie des Leitungsdrahts und
des peripheren Teils desselben in der Bürste ist, wenn
die Dicke der zweiten Pulvermischung 5% der Summe der ersten Pulvermischung
und der zweiten Pulvermischung ist;
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6 ein
Querschnitt der Struktur einer Bürste für eine
elektrische Drehmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist;
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7 ein
Querschnitt einer herkömmlichen Bürste als ein
Vergleichsbeispiel ist;
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8 Auswertungsresultate
der Bürste gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
und einem Vergleichsbeispiel zeigt;
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9 ein
Querschnitt der Struktur einer Bürste für eine
elektrische Drehmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist;
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10 ein
Querschnitt einer elektrischen Drehmaschine ist, auf die die Bürste
gemäß jedem Ausführungsbeispiel angewandt
ist; und
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11 eine
grafische Darstellung ist, die eine Beziehung zwischen einem Kupfergehaltsverhältnis
und einem spezifischen Widerstand jeder Probe zeigt.
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DETEILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Im
Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung der verschiedenen
Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder
Bezugsziffern gleiche oder äquivalente Einzelteile in den
verschiedenen Diagrammen.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Unter
Bezugnahme auf 1 bis 5 wird eine
Beschreibung der Bürste, die für eine elektrische Drehmaschine,
wie einen Starter, zu verwenden ist, gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angegeben.
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Als
erstes wurden ein elektrolytisches Kupferpulver mit einer mittleren
Teilchengröße von 30 μm („CE-25",
das durch die FOCUDA METAL FOIL & POWDER
Co., LTD hergestellt wird) und Zink mit einer mittleren Teilchengröße
von 30 μm, das als ein Zusatzstoff dient, gemäß dem
Massenverhältnis, das in Tabelle 1 gezeigt ist, abgewogen
und dann durch einen Mischer für mehrere 10 Minuten gemischt,
um eine Kupfer-Zink-Pulvermischung herzustellen.
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Zusätzlich
wurde natürliches Graphit mit eine mittleren Teilchengröße
von 30 μm („CB-150", das durch die NIPPON GRAPHITE
INDUSTRIES, LTD hergestellt wird) gemischt, getrocknet und schließlich
zu einem Graphitpulver mit einer mittleren Teilchengröße
von 150 μm gemahlen. Die erhaltene Kupfer-Zink-Pulvermischung,
das Graphitpulver und ein fester Schmierstoff mit einer mittleren
Teilchengröße von 5 μm wurden gemäß dem
Massenverhältnis, das in Tabelle 1 gezeigt ist, abgewogen.
Diese Pulver wurden dann durch den Mischer für eine Stunde
gemischt, um eine zweite Pulvermischung herzustellen.
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Andererseits
wurden das elektrolytische Kupferpulver, das Graphitpulver und der
feste Schmierstoff, die im Vorhergehenden beschrieben wurden, gemäß dem
Massenverhältnis, das in Tabelle 1 gezeigt ist, abgewogen
und dann durch den Mischer für eine Stunde gemischt, um
eine erste Pulvermischung herzustellen.
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1 ist
ein Querschnitt einer Bürste für eine elektrische
Drehmaschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt 1 die
Tiefe der ersten Pulvermischung und die Tiefe der zweiten Pulvermischung,
die in ein Formwerkzeug mit einem Hohlraum in der Form einer quadratischen
Säule, die der Form der Bürste entspricht, gepackt
wurden.
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Wie
in 1 gezeigt, wird das Formwerkzeug mit einem Hohlraum
in der Form einer quadratischen Säule gemäß der
Form der Bürste mit der ersten Pulvermischung und der zweiten
Pulvermischung jeweils gefüllt, ohne dass ein Druck angewandt
wird. Das heißt, die erste Pulvermischung ist lediglich
bei einem Endteil des Hohlraums in der Form einer quadratischen
Säule in dem Formwerkzeug vorhanden, wenn dasselbe entlang
der axialen Richtung des Hohlraums in der Form einer quadratischen
Säule betrachtet wird. Andererseits ist die zweite Pulvermischung
bei dem anderen Endteil des Hohlraums in der Form einer quadratischen
Säule in dem Formwerkzeug vorhanden, wenn dasselbe entlang
der axialen Richtung des Hohlraums in der Form einer quadratischen
Säule betrachtet wird.
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Bei
den ausgewerteten Proben des ersten Ausführungsbeispiels
hat jede Probe hinsichtlich der gesamten Tiefe der ersten Pulvermischung
und der zweiten Pulvermischung eine unterschiedliche Tiefe (beispielsweise
0, 5, 10, 20, 30, 40, 50 und 60%) der zweiten Pulvermischung.
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Als
Nächstes wurde ein Leitungsdraht (aus einem weichen Kupferlitzendraht
hergestellt) von der Seite der zweiten Pulvermischung eine vorbestimmte
Tiefe eingeführt. Die Tiefe zum Einführen des
Leitungsdrahts war eine vorbestimmte Tiefe, die 90% der Gesamttiefe
der ersten Pulvermischung und der zweiten Pulvermischung ausmacht.
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Das
Formwerkzeug mit einem Hohlraum in der Form einer quadratischen
Säule, das mit der ersten Pulvermischung, der zweiten Pulvermischung
und dem Leitungsdraht gefüllt wurde, wurde gepresst und
geformt. Die „grüne Bürste" (im Fachjargon),
die durch die vorhergehende Prozedur erhalten wurde, wurde in einer
reduzierenden Atmosphäre platziert. Die grüne
Bürste wurde auf 700°C erhitzt, weiter für
drei Stunden von 700°C auf 1000°C erhitzt und
für eine Stunde bei 1000°C gehalten. Der gesinterte
grüne Körper wurde geformt, um die Form der Bürste
zu haben. Tabelle 1
| | Erste
Pulvermischung | Zweite
Pulvermischung |
| Kupfer
(Massen-%) | 35 | 50 |
| Schmierstoff
(Massen-%) | 3 | - |
| Zusatzstoff
(Massen-%) | Verbleibend | - |
| Graphit
(Massen-%) | 55 | 50 |
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2 ist
ein Querschnitt der Bürste gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
die durch die vorhergehende Erzeugung erzeugt wurde. Wie in 2 gezeigt,
weist die Bürste gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
den Bürstenhauptteil 2, den Leitungsdrahttrageteil 3 und
den Leitungsdraht 4 als einen leitfähigen Draht
auf.
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Der
Bürstenhauptteil 2 bildet den Umriss der Bürste 1 mit
einer Form einer rechteckigen Säule. Die eine Endoberfläche
des Bürstenhauptteils 2 in der axialen Richtung
der Form einer quadratischen Säule bildet eine Bürstenfläche 1a der
Bürste 1.
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Wie
in Tabelle 1 gezeigt, ist Kupferpulver in dem aus Graphit hergestellten
Basismaterial, das den Bürstenhauptteil 2 bildet,
gleichmäßig verteilt. Wie das Kupferpulver ist
der feste Schmierstoff in dem aus Graphit hergestellten Basismaterial,
das den Bürstenhauptteil 2 bildet, gleichmäßig
verteilt.
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Der
Leitungsdraht 4 ist aus einem weichen Kupferlitzendraht
hergestellt. Wie in 2 gezeigt, ist ein Endteil 40 des
Leitungsdrahts 4, der senkrecht zu der axialen Richtung
der Bürste 1 ist, in den anderen Endteil (bei
der rechten Seite in 2) der Bürste 1 eingeführt
und an demselben fixiert.
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Der
Leitungsdrahttrageteil 3 und der Bürstenhauptteil 2 sind
als ein Körper aufgebaut, und diese Teile 3 und 2 sind
bei dem anderen Endteil (der rechten Seite in 2)
der Bürste 1 miteinander kontaktiert. Der Leitungsdrahttrageteil
ist bei dem äußeren peripheren Teil des Endteils 40 der
Bürste 1, in den der Endteil 40 des Leitungsdrahts 4 eingeführt
ist, gebildet. Der Leitungsdrahttrageteil 3 hält
den Endteil 40 des Leitungsdrahts 4 und fixiert
denselben.
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Wie
in Tabelle 1 gezeigt, ist das Kupferpulver in dem aus Graphit hergestellten
Basismaterial gleichmäßig verteilt. Der Kupfergehalt
in dem Leitungsdrahttrageteil 3 ist höher als
der des Bürstenhauptteils 2.
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(Auswertung)
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Nun
wird eine Beschreibung der Auswertungsresultate für die
Bürste 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, die durch die im Vorhergehenden beschriebene
Prozedur erzeugt wurde, angegeben.
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Die
Proben (Bürsten) wurden vorbereitet. Der Auswertungstest
für die Proben wurde wie folgt durchgeführt:
- (a) Ein Strom von 200 A wurde jeder Probe bei
Raumtemperatur zugeführt; und
- (b) nach dem Verstreichen von 10 Sekunden nach der Zufuhr des
Stroms wurde die Größe eines Spannungsabfalls
zwischen der Bürstenfläche 1a und dem
Leitungsdraht 4 bei jeder Probe erfasst.
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3 ist
eine graphische Darstellung, die die Auswertungsresultate der Proben
zeigt. Das heißt, 3 zeigt
die Beziehung zwischen dem Spannungsabfall und dem Dickenverhältnis
(A/C) bei jeder Probe, wobei der Spannungsabfall zwischen der Bürstenfläche 1a und
dem Drahttrageteil 3 erfasst wurde, nachdem nach der Beendigung
der Stromzufuhr 10 Sekunden verstrichen waren, und das
Dickenverhältnis (A/C) ein Verhältnis der Dicke
der zweiten Pulvermischung zu der Gesamtdicke „C" der ersten
Pulvermischung und der zweiten Pulvermischung ist.
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Wie
aus den Auswertungsresultaten, die in 3 gezeigt
sind, deutlich ersichtlich ist, verringert das Vorhandensein der
zweiten Pulvermischung die Größe des Spannungsabfalls
zwischen der Bürstenfläche 1a und dem
Leitungsdraht 2 bei jeder Probe. Zusätzlich zeigen
die Auswertungsresultate deutlich, dass die Größe des
Spannungsabfalls bei der Probe fast gesättigt ist, wenn
die Dicke der zweiten Pulvermischung nicht weniger als 20% der Gesamtdicke
der ersten Pulvermischung und der zweiten Pulvermischung wird.
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4 ist
eine vergrößerte Fotografie eines Leitungsdrahts 4 und
des peripheren Teils desselben bei der Probe (der Bürste 1),
wenn der Prozentsatz der Dicke der zweiten Pulvermischung gerade
20% der Gesamtdicke der ersten Pulvermischung und der zweiten Pulvermischung
ist, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. 4 zeigt
deutlich, dass der Leitungsdrahttrageteil 3 um den äußeren peripheren
Teil des Leitungsdrahts 4 gebildet ist und eine adäquate
Dicke hat.
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5 ist
eine vergrößerte Fotografie des Leitungsdrahts
und des peripheren Teils desselben bei der Probe (der Bürste),
wenn die Dicke der zweiten Pulvermischung 5% der Gesamtdicke der
ersten Pulvermischung und der zweiten Pulvermischung ist. 5 zeigt
deutlich, dass der Leitungsdrahttrageteil 3 kaum um den äußeren
peripheren Teil des Leitungsdrahts 4 gebildet ist und der
Leitungsdraht 4 mit dem Bürstenhauptteil 2 direkt
verbunden ist.
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Anhand
der Auswertungsresultate kann man sagen, dass die Bürste 1,
bei der die Proben (Bürsten 1) eine Dicke der
zweiten Pulvermischung von nicht weniger als 20% der Gesamtdicke
der ersten Pulvermischung und der zweiten Pulvermischung hat, eine überlegene
elektrische Leitfähigkeit und eine lange Lebensdauer hat.
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(Weitere Merkmale und Wirkungen der vorliegenden
Erfindung)
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Die
Bürste gemäß der vorliegenden Erfindung
wird durch Packen der ersten Pulvermischung, die Kupferpulver enthält,
Packen der zweiten Pulvermischung, die Kupferpulver enthält,
auf die erste Pulvermischung ohne Anwenden eines Drucks erzeugt.
Der Kupfergehalt der zweiten Pulvermischung ist höher als
der der ersten Pulvermischung. Der Leitungsdraht (als ein leitfähiger
Draht) wird von der zweiten Pulvermischung in die erste Pulvermischung
eingeführt. Das vorhergehende Mischungspulver und der Leitungsdraht
werden gepresst, um die Form der Bürste zu haben. Schließlich
wird die Wärmebehandlung für die Bürste
durchgeführt.
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Die
Bürste, die durch die vorhergehende Prozedur erzeugt wird,
hat den Bürstenhauptteil und den Drahttrageteil. Der Bürstenhauptteil
bildet die Bürstenfläche, in der Kupfer gleichmäßig
verteilt ist. Der Drahttrageteil ist um die äußere
Peripherie des Leitungsdrahts gebildet, um den Leitungsdraht zu
tragen. Der Leitungsdraht ist durch den Drahttrageteil mit dem Bürstenhauptteil
elektrisch verbunden. In dem Drahttrageteil ist ebenfalls Kupfer
verteilt.
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Wenn
der Leitungsdraht, der aus einem leitfähigen Litzendraht
hergestellt ist, in die zweite Pulvermischung eingeführt
wird, werden der Leitungsdraht und die zweite Pulvermischung zusammen
eingeführt. Das heißt, die zweite Pulvermischung
ist um den Leitungsdraht vorhanden. Die Bürste wird bei
einem hohen Druck geformt und bei der Wärmebehandlung gebrannt.
Dies bildet den Drahttrageteil um die äußere Peripherie
des Leitungsdrahts.
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Da
der Drahttrageteil einen kupferreichen Bereich hat, ist der Kupfergehalt
desselben höher als der Kupfergehalt des Bürstenhauptteils,
und dies erhöht eine Gesamtmenge des Kontaktbereichs zwischen
dem Kupfer und dem Leitungsdraht. Dies erhöht als ein Resultat
die elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Leitungsdraht
und dem Bürstenhauptteil durch den Drahttrageteil. Außerdem
verringert dies den Kontaktbereich zwischen anderen Materialien
als Kupfer und dem Leitungsdraht. Dies vermeidet, dass der Leitungsdraht
im Laufe der Zeit von der Bürste getrennt wird. Somit schafft
die vorliegende Erfindung die Bürste, die den Drahttrageteil
hat, mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit und einer überlegenen
Haltbarkeit.
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Insbesondere
ist bei der Bürste gemäß der vorliegenden
Erfindung die Dicke oder Tiefe der zweiten Pulvermischung innerhalb
eines Bereichs von 15 bis 50% der Länge des Leitungsdrahts,
der in die erste Pulvermischung und die zweite Pulvermischung eingeführt
ist, entlang der Richtung, die senkrecht zu der axialen Richtung
der Bürste ist. Diese Dicke der zweiten Pulvermischung,
die den im Vorhergehenden spezifizierten Bereich hat, kann den Drahttrageteil
mit einer adäquaten Länge bilden, um den Leitungsdraht
in der Bürste als ein Enderzeugnis zu tragen.
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Die
zweite Pulvermischung, die eine Dicke von weniger als 15% hat, macht
es schwierig, den Drahttrageteil mit einer adäquaten Dicke,
um den Leitungsdraht zu tragen, zu bilden.
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Ferner
stellt die zweite Pulvermischung, die eine Dicke von mehr als 50%
hat, den Drahttrageteil mit einer übermäßigen
Dicke her. Da dies den Bereich des Bürstenhauptteils verringert,
erschwert dies das Bilden des Bürstenhauptteils, der die
Bürstenfläche (oder Schleiffläche) hat,
mit einer effektiven Länge einer Verschleißfunktion.
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Es
ist für die zweite Pulvermischung bevorzugt, eine Dicke
innerhalb eines Bereichs von 20 bis 45% der Länge des Leitungsdrahts,
der in die erste Pulvermischung und die zweite Pulvermischung eingeführt
ist, entlang der Richtung, die senkrecht zu der axialen Richtung
der Bürste ist, zu haben. Es ist stärker bevorzugt, dass
die zweite Pulvermischung eine Dicke innerhalb eines Bereichs von
20 bis 40% hat.
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Bei
der Bürste als einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung
ist die Dicke der zweiten Pulvermischung innerhalb eines Bereichs
von 15 bis 60% einer Gesamtdicke der ersten Pulvermischung und der zweiten
Pulvermischung in der Richtung, in der der Leitungsdraht, der aus
einem Litzendraht hergestellt ist, eingeführt ist.
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Da
die Dicke der zweiten Pulvermischung den im Vorhergehenden spezifizierten
Bereich der Gesamtdicke der ersten Pulvermischung und der zweiten
Pulvermischung hat, ist es möglich, eine Deformation während
einer Wärmebehandlung (oder einem Brennen) bei der Erzeugung
der Bürste zu vermeiden.
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Wenn
die Dicke der zweiten Pulvermischung weniger als 15% der Gesamtdicke
ist, ist es unmöglich, den Drahttrageteil mit einer adäquaten
Dicke herzustellen. Diese Struktur des Drahttrageteils kann den
Leitungsdraht nicht adäquat tragen.
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Andererseits,
wenn die Dicke der zweiten Pulvermischung mehr als 60% der Gesamtdicke
ist, wird die Differenz einer Abmessungsänderung bei der
Kontaktoberflä che zwischen der ersten Pulvermischung und
der zweiten Pulvermischung während einer Wärmebehandlung
(einem Brennen) groß. Dies macht es leicht, den Leitungsdraht
von dem Drahttrageteil zu trennen. Demgemäß ist
es für die zweite Pulvermischung bevorzugt, innerhalb eines
Bereichs von 15 bis 55% der Gesamtdicke der ersten Pulvermischung
und der zweiten Pulvermischung zu sein. Es ist für die
zweite Pulvermischung stärker bevorzugt, innerhalb eines
Bereichs von 20 bis 50% der Gesamtdicke der ersten und zweiten Pulvermischung
zu sein.
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Bei
der Bürste als einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung
sind die erste Pulvermischung und die zweite Pulvermischung, die
auf die erste Pulvermischung gepackt ist, ohne ein Anwenden eines Drucks
in ein Formwerkzeug gepackt.
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Ein
Verwenden des Formwerkzeugs, das mit der ersten Pulvermischung und
der zweiten Pulvermischung gefüllt ist, ermöglicht
es, dass Pressformen ohne weiteres durchzuführen, um die
Form der Bürste zu formen. Zusätzlich können
unter Verwendung des Formwerkzeugs die erste Pulvermischung und
die zweite Pulvermischung ohne weiteres eine spezifizierte Tiefe
oder Dicke haben.
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Der
Bürstenhauptteil, der aus der ersten Pulvermischung hergestellt
ist, hat die Bürstenfläche (oder die Schleiffläche).
Diese Bürstenfläche kontaktiert einen Kommutator
oder einen Schleifring einer elektrischen Drehmaschine. Da in dem
Bürstenhauptteil Kupfer verteilt ist und Kupfer ein gutes
leitfähiges Material ist, ist es möglich, den
elektrischen Verlust zwischen der Bürste gemäß der
vorliegenden Erfindung und dem Kommutator oder dem Schleifring zu
verringern, wenn die elektrische Drehmaschine in Betrieb ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf den Kupfergehalt in der ersten
Pulvermischung, der im Vorhergehenden beschrieben ist, begrenzt.
es ist möglich, dass die erste Pulvermischung einen herkömmlichen
Kupfergehalt hat. Beispielsweise erlaubt die vorliegende Erfindung,
dass der Bürstenhauptteil den Kupfergehalt von annähernd
70 Massen-% hat, wenn die gesamte Masse des Bürstenhauptteils
100 Massen-% ist. Ferner ist es für den Bürstenhauptteil
bevorzugt, den Kupfergehalt innerhalb eines Bereichs von 25 bis
65 Massen-% zu haben. Ferner ist es für den Bürstenhauptteil
stärker bevorzugt, den Kupfergehalt innerhalb eines Bereichs von
30 bis 50 Massen-% zu haben.
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Der
Drahttrageteil, der aus der zweiten Pulvermischung hergestellt ist,
ist um die äußere Peripherie des Leitungsdrahts
gebildet und trägt den Leitungsdraht. Das Tragen des Leitungsdrahts
durch den Drahttrageteil fixiert den Leitungsdraht an der Bürste.
Das heißt, der Drahttrageteil umgibt die äußere
Peripherie des Leitungsdrahts. Dies vermeidet, dass der Leitungsdraht
den Bürstenhauptteil direkt kontaktiert.
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Der
Leitungsdraht in der Bürste, der aus einem Litzendraht
hergestellt ist, ist ein elektrisch leitfähiges Glied,
das mit einer externen Leistungsquelle elektrisch verbunden ist.
Der Leitungsdraht leitet den Strom von der externen Leistungsquelle.
Die elektrische Leistung wird durch den Leistungsdraht in der Bürste
dem Kommutator (oder einem Schleifring) zugeführt. Dieser
Leitungsdraht ist aus einem gut bekannten Material, wie beispielsweise
einem weichen Kupferlitzendraht, hergestellt.
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Die
andere Struktur als die erste Pulvermischung und die zweite Pulvermischung
bei der Bürste gemäß der vorliegenden
Erfindung hat die gleiche, wie die einer Bürste nach dem
Stand der Technik.
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Ferner
ist es möglich, Kupfer in Graphit zu verteilen, um den
Bürstenhauptteil und den Drahttrageteil in der Bürste
zu bilden.
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Die
Bürste gemäß der vorliegenden Erfindung
kann durch verschiedene Verfahren gemäß dem Stand der
Technik erzeugt werden. Beispielsweise wird ein Rohmaterial für
jeden Teil abgewogen, geformt und in einer Wärmebehandlung
gebrannt, um die Bürste zu erzeugen.
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Eine
elektrische Drehmaschine, wie ein Startermotor, kann die Bürste
gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden. Da
die Büste gemäß der vorliegenden Erfindung
eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine überlegene
Haltbarkeit hat, hat die elektrische Drehmaschine, die mit der Bürste
ausgestattet ist, eine überlegene Drehcha rakteristik mit
einer langen Lebensdauer. Die elektrische Drehmaschine hat eine
gleiche Struktur wie eine Drehmaschine nach dem Stand der Technik,
außer dass dieselbe die Bürste der vorliegenden
Erfindung verwendet. Die elektrische Drehmaschine ist cm Startermotor
und dergleichen. Der Startermotor weist eine Feldmagneteneinrichtung,
einen Anker, der eine Ankerspule hat, einen Kommutator (oder einen
Schleifring) und die Bürste gemäß der
vorliegenden Erfindung auf. Die Feldmagneteneinrichtung hat eine
Feldspule, die in der inneren Peripherie eines Jochs platziert ist.
Die Bürste schleift auf dem sich drehenden Kommutator (oder
dem Schleifring), um den Strom zu leiten.
-
Zweites Ausführungsbeispiel
-
Unter
Bezugnahme auf 6 bis 8 wird eine
Beschreibung der Bürste für eine elektrische Drehmaschine
gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung angegeben.
-
Als
Erstes wurden ein elektrolytisches Kupferpulver mit einer mittleren
Teilchengröße von 30 μm („CE-25",
das durch FUKUDA METAL FOIL & POWDER
Co., LTD hergestellt wird) und Zink mit einer mittleren Teilchengröße
von 30 μm als einem Zusatzstoff gemäß Massenverhältnissen,
die in Tabelle 1 gezeigt sind, abgewogen und dann für mehrere
10 Minuten durch den Mischer gemischt, um die Kupfer-Zink-Pulvermischung herzustellen.
-
Zusätzlich
wurde natürliches Graphit mit einer mittleren Teilchengröße
von 30 μm („CB-150", das durch die NIPPON GRAPHITE
INDUSTRIES, LTD erzeugt wird) gemischt, getrocknet und zu einem
Graphitpulver mit einer mittleren Teilchengröße
von 150 μm gemahlen. Die erhaltene Kupfer-Zink-Pulvermischung, das
Graphitpulver und ein fester Schmierstoff mit einer mittleren Teilchengrüße
von 5 μm wurden gemäß dem Massenverhältnis,
das in Tabelle 2 gezeigt ist, abgewogen und dann für eine
Stunde durch den Mischer gemischt, um die zweite Pulvermischung
herzustellen.
-
Danach
wurden das elektrolytische Kupferpulver, das Graphitpulver und der
feste Schmierstoff, die im Vorhergehenden beschrieben wurden, gemäß dem
Massen verhältnis, das in Tabelle 1 gezeigt ist, abgewogen und
dann für eine Stunde durch den Mischer gemischt, um eine
kupferreiche Pulvermischung herzustellen.
-
Andererseits
wurden das elektrolytische Kupferpulver, das Graphitpulver und der
feste Schmierstoff, die im Vorhergehenden beschrieben wurden, gemäß dem
Massenverhältnis, das in Tabelle 2 gezeigt ist, abgewogen
und dann durch den Mischer für eine Stunde gemischt, um
eine Pulvermischung mit einem niedrigen Kupfergehalt herzustellen. Tabelle 2
| | Kupferreiche
Pulvermischung | Pulvermischung
mit niedrigem Kupfergehalt |
| Kupfer
(Massen-%) | 45 | 35 |
| Schmierstoff
(Massen-%) | 3,3 | 3,3 |
| Zusatzstoff
(Massen-%) | Verbleibend | Verbleibend |
| Graphit
(Massen-%) | 45 | 55 |
-
Ein
Formwerkzeug für ein Pulverformen wurde mit der kupferreichen
Pulvermischung und der Pulvermischung mit einem niedrigen Kupfergehalt
gemäß einer jeweiligen Position und Menge, ohne
Anwenden eines Drucks und gemäß der Form der Bürste
gefüllt. Der Leitungsdraht (beispielsweise aus einem Litzendraht hergestellt)
wurde dann bei einer vorbestimmten Position in die kupferreiche
Pulvermischung in der Bürste eingeführt und platziert.
Die Bürste wurde bei 392 MPa gepresst, um die Bürste
zu formen.
-
Die
Bürste wurde bei 392 MPa gepresst, um die Bürste
zu formen. Die Bürste wurde dann für 3 Stunden
in einer reduzierenden Atmosphäre auf 700°C erhitzt.
Die Bürste wurde für eine Stunde bei 700°C
in einer reduzierenden Atmosphäre platziert, um die Bürste
zu brennen. Die gesinterte Bürste wurde dann geformt, um eine
gewünschte Form zu haben. Die Erzeugung der Bürste 1-1 gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel wurde abgeschlossen.
-
6 ist
ein Querschnitt der Struktur der Bürste 1-1 für
eine elektrische Drehmaschine gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
-
Die
Bürste 1-1 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel besteht aus dem Bürstenhauptteil 2,
dem Leitungsdrahttrageteil 3 und dem Leitungsdraht 4.
-
Der
Bürstenhauptteil 2 bildet den Hauptteil, der den äußeren
Teil der Bürste 1-1 mit einer Form einer quadratischen
Säule aufweist. Die eine Endoberfläche des Bürstenhauptteils 2 ist
eine Bürstenfläche 1a in der axialen
Richtung der Bürste 1-1 mit einer Form einer quadratischen
Säule.
-
Wie
in Tabelle 2 gezeigt, ist Kupferpulver in dem aus Graphit hergestellten
Basismaterial, das den Bürstenhauptteil 2 bildet,
gleichmäßig verteilt. Wie das Kupferpulver ist
der feste Schmierstoff in dem aus Graphit hergestellten Basismaterial,
das den Bürstenhauptteil 2 bildet, gleichmäßig
verteilt.
-
Der
Leitungsdraht 4 ist beispielsweise aus einem weichen Litzendraht
hergestellt. Wie in 6 gezeigt, ist der eine Endteil 40 des
Leitungsdrahts 4, der senkrecht zu der axialen Richtung
der Bürste 1-1 ist, in den anderen Endteil (bei
der rechten Seite in 6) der Bürste 1-1 eingeführt
und an demselben fixiert.
-
Der
Leitungsdrahttrageteil 3 und der Bürstenhauptteil 2 sind
bei dem anderen Endteil (der rechten Seite in 6)
der Bürste 1-1 als ein Körper aufgebaut.
Der Leitungsdrahttrageteil ist bei dem anderen Endteil der Bürste 1-1,
in den der eine Endteil 40 des Leitungsdrahts 4 eingeführt
ist, gebildet. Der Leitungsdrahttrageteil 3 hält
und fixiert den Endteil 40 des Leitungsdrahts 4.
-
Wie
in Tabelle 2 gezeigt, ist Kupferpulver in dem aus Graphit hergestellten
Basismaterial gleichmäßig verteilt. Der Kupfergehalt
des Leitungsdrahttrageteils 3 ist höher als der
des Bürstenhauptteils 2.
-
Bei
der Bürste 1-1 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel ist der Kupfergehalt des Bürstenhauptteils 2 35
Massen-% und der Kupfergehalt des Leitungsdrahttrageteils 3 ist
45 Massen-%. Der Unterschied hinsichtlich des Kupfergehalts zwischen
dem Leitungsdrahttrageteil 3 und dem Bürstenhauptteil 2 ist
daher 10 Massen-%.
-
(Vergleichsprobe)
-
Es
wurde die Auswertung für die Bürste 1-1 gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel und eine Bürste (als
eine Vergleichsprobe) mit einer herkömmlichen Struktur
durchgeführt. Die herkömmliche Bürste
hat den Bürstenhauptteil und den Leitungsdraht, hat jedoch
keinen Leitungsdrahttrageteil. 7 ist ein
Querschnitt der herkömmlichen Bürste als das Vergleichsbeispiel
bei dem Auswertungstest. Wie in 7 gezeigt,
trägt bei der herkömmlichen Bürste der
Bürstenhauptteil den Endteil des Leitungsdrahts.
-
(Auswertungsresultat)
-
Nun
wird eine Beschreibung der Auswertungsresultate der Bürste 1-1 gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
angegeben.
-
8 zeigt
die Auswertungsresultate der Bürste gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel und des Vergleichsbeispiels.
-
Bei
der Auswertung wurde die Lebensdauer jeder Probe durch die folgende
Prozedur untersucht. Wie in 8 gezeigt,
wurde jede Probe (Bürste) an einem Starter, der in eine
Verbrennungsmaschine eines Motorfahrzeugs eingebaut war, angebracht.
Der Starter wurde für 1 bis 3 Sekunden angetrieben. Der
Startbetrieb für jede Probe für 1 bis 3 Sekunden
wurde viele Male wiederholt.
-
Wie
die Auswertungsresultate in 8 deutlich
zeigen, hat die Bürste 1-1 gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
im Vergleich zu der Lebensdauer der herkömmlichen Bürste
eine überlegene lange Lebensdauer. Das heißt,
die herkömmliche Bürste hat eine kurze Lebensdauer
von annähernd 100 Tausend Mal, um den Startbetrieb des
Starters zu wiederholen. Andererseits hat die Bürste 1-1 gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel eine lange Lebensdauer von
annähernd 380 Tausend Malen, um den Startbetrieb des Starters
zu wiederholen.
-
Ferner
ist, da die Bürste 1-1 gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel bei dem Starter als der elektrischen
Drehmaschine ordnungsgemäß arbeitet, erkennbar,
dass dieselbe die Reduzierung der elektrischen Leitfähigkeit
bei der Bürste 1-1 vermeiden kann.
-
Als
ein Resultat hat die Bürste 1-1 für eine
elektrische Drehmaschine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiels
eine überlegene elektrische Leitfähigkeit und
eine lange Lebensdauer.
-
Drittes Ausführungsbeispiel
-
Unter
Bezugnahme auf 9 wird eine Beschreibung der
Bürste 1-2 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angegeben.
-
9 ist
ein Querschnitt der Struktur der Bürste 1-2 für
eine elektrische Drehmaschine gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
-
Bei
dem dritten Ausführungsbeispiel werden ähnlich
zu den Rohmaterialien der Bürste
1-1 gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel elektrolytisches Kupferpulver,
ein Zusatzstoff, Graphitpulver und ein fester Schmierstoff vorbereitet
und gemäß dem Massenverhältnis, das in
der folgenden Tabelle 3 gezeigt ist, abgewogen. Wie bei der Prozedur
des zweiten Ausführungsbeispiels wurden diese durch den
Mischer für eine Stunde gemischt, um eine kupferreiche
Pulvermischung, eine Pulvermischung mit einem mittleren Kupfergehalt und
eine Kupfermischung mit einem niedrigen Kupfergehalt herzustellen. Tabelle 3
| | Kupferreiche
Pulvermischung | Pulvermischung
mit mittlerem Kupfergehalt | Pulvermischung
mit niedrigem Kupfergehalt |
| Kupfer
(Massen-%) | 45 | 40 | 35 |
| Schmierstoff
(Massen-%) | 3,3 | 3,3 | 3,3 |
| Zusatzstoff
(Massen-%) | Verbleibend | Verbleibend | verbleibend |
| Graphit
(Massen-%) | 45 | 50 | 55 |
-
Das
Formwerkzeug wird mit der kupferreichen Pulvermischung, der Pulvermischung
mit einem mittleren Kupfergehalt und der Pulvermischung mit einem
niedrigen Kupfergehalt gemäß der gewünschten
Form der Bürste mit einer jeweiligen vorbestimmten Tiefe
derselben gefüllt. Der Leitungsdraht. der aus einem leitfähigen Litzendraht
hergestellt ist, wurde in eine vorbestimmte Position in der kupferreichen
Pulvermischung eingeführt. Die Bürste wurde bei
392 MPa gepresst, um die Bürste zu formen. Die Bürste
wurde allmählich über drei Stunden unter einer
reduzierenden Atmosphäre auf 700°C erhitzt. Als
Nächstes wurde die Temperatur der Bürste unter
einer reduzierenden Atmosphäre für eine Stunde
bei 1.000°C gehalten. Die gesinterte Bürste wurde
dann geformt, um eine gewünschte Form zu haben. Die Erzeugung
der Bürste 1-2 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel wurde abgeschlossen.
-
9 zeigt
die Struktur der Bürste 1-2 gemäß dem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 9 gezeigt, besteht die Bürste 1-2 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel aus dem Bürstenhauptteil 2,
dem Leitungsdrahttrageteil 3, dem Leitungsdraht 4 und
dem Mittelschichtteil 5.
-
Der
Bürstenhauptteil 2 bildet den Hauptteil, der den
Umriss der Bürste 1-2 mit einer Form einer quadratischen
Säule aufweist. Die eine Endoberfläche des Bürstenhauptteils 2 bildet
die Bürstenfläche 1a (oder die Schleiffläche)
der Bürste 1-2 in der axialen Richtung der Form
einer quadratischen Säule.
-
Wie
in Tabelle 3 gezeigt, ist bei dem Bürstenhauptteil 2 in
dem aus Graphit hergestellten Basismaterial Kupferpulver gleichmäßig
verteilt. Wie das Kupferpulver ist in dem aus Graphit hergestellten
Basismaterial, das den Bürstenhauptteil 2 bildet,
der feste Schmierstoff gleichmäßig verteilt.
-
Der
Leitungsdraht 4 ist beispielsweise aus einem weichen Litzendraht
hergestellt. Wie in 9 gezeigt, ist der eine Endteil 40 des
Leitungsdrahts 4, der senkrecht zu der axialen Richtung
der Bürste 1-2 ist, in den anderen Endteil (bei
der rechten Seite in 9) der Bürste 1-2 eingeführt
und an demselben fixiert.
-
Der
Leitungsdrahttrageteil 3 ist bei dem anderen Endteil der
Bürste 1-2 gebildet. Das heißt, der Leitungsdrahttrageteil 3 ist
um die äußere Peripherie des einen Endteils 40 des
Leitungsdrahts 4 gebildet. Der Leitungsdrahttrageteil 3 hält
den Endteil 40 des Leitungsdrahts 4 und fixiert
denselben.
-
In
dem Leitungsdrahttrageteil ist, wie in Tabelle 3 gezeigt, in dem
aus Graphit hergestellten Basismaterial Kupferpulver gleichmäßig
verteilt. Der Kupfergehalt des Leitungsdrahttrageteils 3 ist
höher als der des Bürstenhauptteils 2.
-
Der
Mittelschichtteil 5 und der Bürstenhauptteil 2 sind
bei dem anderen Endteil (bei der rechten Seite in 9)
der Bürste 1-2 als ein Körper aufgebaut.
Der Mittelschichtteil 5 ist um die äußere
Peripherie des Leitungsdrahttrageteils 3 gebildet, um den
Leitungsdrahttrageteil zu fixieren. In dem Mittelschichtteil 5 ist,
wie in Tabelle 3 gezeigt, in dem aus Graphit hergestellten Basismaterial,
das den Bürstenhauptteiler 2 bil det, Kupferpulver
gleichmäßig verteilt. Der Kupfergehalt des Mittelschichtteils 5 ist
höher als der des Bürstenhauptteils 2, jedoch
niedriger als der des Leitungsdrahttrageteils 3.
-
Die
Bürste 1-2 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel, die in 9 gezeigt
ist, hat die gleichen Wirkungen wie die Bürste 1-1 gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel, das in 6 gezeigt
ist.
-
Viertes Ausführungsbeispiel
-
Es
wird eine Beschreibung der Bürste gemäß dem
vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
angegeben. Da der Umriss der Bürste gemäß dem
vierten Ausführungsbeispiel der gleiche wie der der Bürste 1-2 gemäß dem
dritten Ausführungsbeispiel ist, ist die Bürste
des vierten Ausführungsbeispiels aus den Zeichnungen weggelassen.
-
Die
Bürste gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel
hat die gleiche Struktur wie die Bürste gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel, außer dass der Kupfergehalt
des Mittelschichtteils allmählich verringert ist.
-
Der
Mittelschichtteil bei der Bürste gemäß dem
vierten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Leitungsdrahttrageteil 3 und
dem Bürstenhauptteil 2 platziert, wobei der Leitungsdrahttrageteil 3 einen
kupferreichen Gehalt hat und der Bürstenhauptteil 2 einen
niedrigen Gehalt an Kupfer hat. Insbesondere ist der Kupfergehalt
von dem Leitungsdrahttrageteil 3 durch den Mittelschichtteil
zu dem Bürstenhauptteil 2 entlang der axialen
Richtung der Bürste allmählich verringert.
-
Die
Bürste gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel
hat die gleichen Wirkungen wie die Bürste 1-2 gemäß dem
dritten Ausführungsbeispiel, das in 9 gezeigt
ist.
-
(Elektrische Drehmaschine)
-
Nun
wird unter Bezugnahme auf 10 eine
Beschreibung der elektrischen Drehmaschine gemäß der
vorliegenden Erfindung angegeben.
-
10 ist
ein Querschnitt der elektrischen Drehmaschine, in die die Bürsten
gemäß den ersten bis vierten Ausführungsbeispielen
eingebaut sind.
-
Die
Bürsten gemäß den ersten bis vierten
Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden
Erfindung können auf elektrische Drehmaschinen angewandt
sein. 10 zeigt die Struktur eines
Startermotors 6 als der elektrischen Drehmaschine. Der
Startermotor 6 weist eine Feldmagneteneinrichtung, einen
Anker 64, der eine Ankerspule 63 hat, einen Kommutator 65 (oder
einen Schleifring), der an dem Anker 64 angebracht ist, und
die Bürste auf. Die Feldmagneteneinrichtung hat eine Feldspule 61,
die in der inneren peripheren Oberfläche eines Jochs 60 platziert
ist. Die Bürste entspricht einer der Bürsten 1, 1-1 und 1-2 gemäß dem
ersten bis vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung. Die Bürste kontaktiert den Kommutator 65,
so dass die Bürstenfläche auf dem Kommutator 65 gleitet.
-
Der
Startermotor 6 und ein elektromagnetischer Schalter 67 sind
an einem vorderen Gehäuse 67 angebracht. Wenn
ein Hauptschalter (nicht gezeigt), der in einer Motorschaltung platziert
ist, durch den elektromagnetischen Schalter 68 ein- oder
ausgeschaltet wird, wird die elektrische Leistung, die in einer
Fahrzeugbatterie gespeichert ist, dem Anker 64 zugeführt,
um den Startermotor zu drehen. Das Ausgangsdrehmoment des Startermotors
wird auf ein Ritzel übertragen, das an dem Startermotor
fixiert ist.
-
Die
Feldspule 61 ist auf die Peripherie eines Feldkerns 70,
der an der inneren peripheren Oberfläche des Jochs 60 fixiert
ist, gewickelt. Ein Ende der Feldspule 61 ist mit einem
Motoranschluss des elektromagnetischen Schalters 68 durch
einen Motorleitungsdraht 71 elektrisch verbunden. Das andere
Ende der Feldspule ist mit der Bürste als einer Seite einer
positiven Elektrode des Startermotors elektrisch verbunden.
-
Die
Ankerspule 63 ist mehrmals übereinander an dem
Ankerkern 72 mit nicht weniger als vier Polen gewickelt.
Beide Enden der Ankerspule 63 sind mit Segmenten 65a,
die den Kommutator 65 bilden, elektrisch verbunden.
-
Der
Kommutator 65 ist bei der Endseite einer Ankerwelle 73,
an der der Ankerkern fixiert ist, platziert. Bei dem Kommutator 65 ist
eine Mehrzahl der Segmente 65a in einem zylindrischen Muster
um die Ankerwelle 73 durch ein Isolierglied 74 platziert.
-
(Weitere Merkmale und Wirkungen der vorliegenden
Erfindung)
-
Die
Bürste gemäß der vorliegenden Erfindung
hat den Bürstenhauptteil mit der Bürstenfläche
(oder einer Schleiffläche), den Drahttrageteil und den
Leitungsdraht als einen leitfähigen Draht. In dem Bürstenhauptteil
ist Kupfer verteilt. Der Drahttrageteil ist um die äußere
Peripherie des Leitungsdrahts, die mit dem Bürstenhauptteil
elektrisch verbunden ist, gebildet. In dem Drahttrageteil ist ebenfalls
Kupfer verteilt.
-
Wenn
der Gesamtgehalt des Drahttrageteils 100 Massen-% ist, ist der Kupfergehalt
des Drahttrageteils nicht weniger als 40 Massen-%. Ein Kupfergehalt
von nicht weniger als 37 Massen-% erhöht den Kontaktbereich
des Leitungsdrahts mit dem Kupfer in dem Drahttrageteil und dem
Bürstenhauptteil. Dies erhöht die elektrische
Leitfähigkeit der Bürste. Ferner kann, aufgrund
des Verringerns des Kontaktbereichs des Leitungsdrahts mit dem anderen
Material als Kupfer, die Struktur der Bürste gemäß der
vorliegenden Erfindung vermeiden, dass sich der Leitungsdraht im
Laufe der Zeit von dem Drahttrageteil trennt. Somit hat die Bürste
gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe elektrische
Leitfähigkeit und eine überlegene Haltbarkeit
und kann auf elektrische Drehmaschinen, wie einen Startermotor,
angewandt sein. Insbesondere ist es für den Drahttrageteil
stärker bevorzugt, einen Kupfergehalt von nicht weniger
als 45 Masse-% zu haben.
-
Nun
wird eine Beschreibung der Beziehung zwischen dem Kupfergehalt des
Drahttrageteils und dem spezifischen Widerstand angegeben.
-
Als
Erstes werden Bürstenproben 1 bis 8, die verschiedene Mischungszusammensetzungen,
die in Tabelle 4 gezeigt sind, haben, vorbereitet. Die Rohmaterialien
dieser Bürstenproben 1 bis 8 sind die gleichen wie die
Rohmaterialien, die bei den zweiten bis vierten Ausführungsbeispielen
verwendet wurden.
-
Als
Nächstes wird ein Pulverformwerkzeug gemäß der
Form der Bürste mit den Pulvermischungen gefüllt.
Der Leitungsdraht (der aus einem weichen Kupferlitzendraht hergestellt
ist) wird bei einem spezifizierten Druck von 392 MPa eine spezifizierte
Tiefe in die Pulvermischung eingeführt. Die Bürste
wird unter einer Reduktionsatmosphäre für drei
Stunden auf annähernd 700°C erhitzt. Die Bürste
wird für eine Stunde bei 100°C gebrannt. Anschließend
wird die Bürste in eine spezifizierte Form geformt, um
die Bürstenproben zu erzeugen. Tabelle 4
| | Proben |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Kupfer
(Massen-%) | 25 | 30 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 65 |
| Schmierstoff (Massen-%) | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 3,3 |
| Zusatzstoff
(Massen-%) | * | * | * | * | * | * | * | * |
| | * verbleibend |
| Graphit
(Massen-%) | 65 | 60 | 55 | 45 | 40 | 35 | 30 | 25 |
-
Der
elektrische Widerstand zwischen dem Leitungsdraht und dem Bürstenhauptkörper
bei jeder der Bürstenproben 1 bis 8 wurde erfasst, um den
spezifischen Widerstand derselben zu erhalten.
-
1 zeigt
eine Beziehung zwischen dem Kupfergehaltsverhältnis und
dem Wert des spezifischen Widerstands für jede der Bürstenproben
1 bis 8.
-
Wie
in 11 gezeigt, haben die Bürstenproben mit
einem Kupfergehalt von nicht weniger als 37 Massen-% einen kleinen
spezifischen Widerstand. Dies bedeutet, dass der elektrische Verlust
unterdrückt ist, wenn die Bürstenprobe als eine
Bürste in eine elektrische Drehmaschine eingebaut ist. 11 zeigt
deutlich, dass die Bürstenproben mit einem Kupfergehalt
von nicht weniger als 40 Massen-% einen äußerst
kleinen spezifischen Widerstand haben. Insbesondere kann man sagen,
dass bei den Bürstenproben mit einem Kupfergehalt von nicht
weniger als 60 Massen-% fast kein elektrischer Verlust vorliegt.
-
Ein
Kupfergehalt von nicht weniger als 37 Massen-% in dem Drahttrageteil,
der den Leitungsdraht kontaktiert, kann den elektrischen Verlust
bei dem Kontaktbereich zwischen dem Leitungsdraht und dem Drahttrageteil
unterdrücken.
-
Wenn
bei der Bürste zwei benachbarte Teile, die den Bürstenhauptteil
und den Drahttrageteil aufweisen, vorliegen, ist es bevorzugt, dass
die benachbarten zwei Teile einen Unterschied hinsichtlich des Kupfergehalts
von nicht mehr als 50 Massen-% haben. Je mehr der Unterschied zwischen
den benachbarten zwei Teilen erhöht ist, umso mehr ist
der elektrische Verlust bei dem Kontaktbereich zwischen den zwei
benachbarten Teilen erhöht. Das heißt, ein Unterschied
hinsichtlich eines Kupfergehalts von nicht weniger als 50 Massen-%
zwischen den benachbarten zwei Teilen kann den elektrischen Verlust
so weit wie möglich verringern.
-
Wenn
die Bürste die zwei Teile, wie den Bürstenhauptteil
und den Drahttrageteil, hat, ist es bevorzugt, dass der Unterschied
hinsichtlich eines Kupfergehalts nicht mehr als 50 Massen-% zwischen
dem Bürstenhauptteil und dem Drahttrageteil ist.
-
Wenn
bei der Bürste zwischen dem Bürstenhauptteil und
dem Drahttrageteil ein Mittelteil gebildet ist, ist es bevorzugt,
dass ein Unterschied hinsichtlich eines Kupfergehalts zwischen dem
Bürstenhauptteil und dem Mittelteil nicht mehr als 50 Massen-%
ist, und ein Unterschied hinsichtlich eines Kupfergehalts zwischen dem
Mittelteil und dem Drahttrageteil nicht mehr als 50 Massen-% ist.
-
Es
ist bevorzugt, einen Unterschied von nicht mehr als 50 Massen-%
hinsichtlich eines Kupfergehalts zwischen dem Drahttrageteil und
dem Bürstenhauptteil zu haben, wenn die Gesamtheit des
Drahttrageteils 100 Massen-% ist und die Gesamtheit des Bürstenhauptteils
100 Massen-% ist.
-
Je
mehr der Unterschied hinsichtlich eines Kupfergehalts zwischen dem
Drahttrageteil und dem Bürstenhauptteil erhöht
ist, umso mehr ist der elektrische Verlust zwischen denselben erhöht.
Das heißt, ein Unterschied von nicht mehr als 50 Massen-%
hinsichtlich eines Kupfergehalts zwischen dem Drahttrageteil und
dem Bürstenhauptteil kann den elektrischen Verlust so weit
wie möglich verringern.
-
Ferner
kann sich, wenn der Bürstenhauptteil benachbart zu dem
Drahttrageteil platziert ist, das Auftreten eines Trennens des Drahttrageteils
von dem Bürstenhauptteil umso leichter erhöhen,
je mehr sich der Unterschied hinsichtlich eines Kupfergehalts zwischen
dem Drahttrageteil und dem Bürstenhauptteil erhöht.
-
Ein
Unterschied von nicht mehr als 50 Massen-% hinsichtlich eines Kupfergehalts
zwischen dem Drahttrageteil und dem Bürstenhauptteil erschwert
es, den Drahttrageteil während der Erzeugung der Bürste von
dem Bürstenhauptteil zu trennen, selbst wenn der Drahttrageteil
benachbart zu dem Bürstenhauptteil platziert ist.
-
Es
ist bevorzugt, einen Unterschied von nicht mehr als 50 Massen-%
hinsichtlich eines Kupfergehalts zwischen dem Drahttrageteil und
dem Bürstenhauptteil zu haben.
-
Ferner
ist es bevorzugt, dass ein Mittelschichtteil, in dem Kupfer verteilt
ist, zwischen dem Bürstenhauptteil und dem Drahttrageteil
gebildet ist, und der Mittelschichtteil einen Wert eines Kupfergehalts
zwischen dem Bürstenhauptteil und dem Drahttrageteil hat.
-
Ein
Bilden des Bürstenhauptteils und des Drahttrageteils, zwischen
denen der Mittelteil mit dem eingestellten Kupfergehalt gebildet
ist, kann den Unterschied hinsichtlich eines Kupfergehalts bei dem
Kontaktbereich zwischen dem Bürstenhauptteil und dem Mittelteil
und bei dem Kontaktbereich zwischen dem Mittelteil und dem Drahttrageteil
verringern.
-
Als
ein Resultat kann dies den elektrischen Verlust und die Trennung
der Kontaktoberfläche während des Schritts zum
Bilden der Bürste unterdrücken, wenn die Bürste
zwischen den benachbarten Teilen einen großen Unterschied
hinsichtlich eines Kupfergehalts hat. Ein Verwenden der Bürste
gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Verschlechterung
einer elektrischen Leitfähigkeit und einer Haltbarkeit
der Bürste, die in die elektrische Drehmaschine eingebaut
ist, unterdrücken.
-
Es
ist möglich, dass der Mittelteil aus entweder einer einzigen
Schicht oder einer Mehrzahl von Schichten zusammengesetzt ist. Wenn
der Mittelteil aus einer einzigen Schicht zusammengesetzt ist, ist
es möglich, den Kupfergehalt von einem Ende zu dem anderen
Ende in dem Mittelteil allmählich zu ändern. Die
Dicke des Mittellteils wird gemäß dem Typ der
elektrischen Drehmaschine geändert.
-
Der
Bürstenhauptteil hat die Bürstenfläche
(oder eine Schleiffläche). Die Bürstenfläche
ist in Kontakt mit dem Kommutator, wenn die Bürste in die
elektrische Drehmaschine eingebaut ist. Die Bürstenfläche
schleift auf dem Drehkommutator. Das Kupfer mit einer überlegenen
elektrischen Leitfähigkeit ist in dem Bürstenhauptteil
verteilt. Die Verteilung von Kupfer kann den elektrischen Verlust
zwischen der Bürste und dem Kommutator in der elektrischen
Drehmaschine verringern.
-
Das
Konzept der vorliegenden Erfindung ist nicht durch die Menge eines
Kupfergehalts, die in dem Bürstenhauptteil verteilt ist,
begrenzt. Es ist ebenfalls möglich, einen Kupfergehalt
zu haben, der bei einer herkömmlichen Bürste verwendet
wird. Beispielsweise ist es, wenn die Gesamtmasse des Bürstenhauptteils
100 Massen-% ist, möglich einen Kupfergehalt von annähernd
70 Massen-% zu haben. Ferner ist es ebenfalls bevorzugt, einen Kupfergehalt
innerhalb eines Bereichs von 25 bis 65 Massen-% zu haben. Es ist
stärker bevorzugt, den Kupfergehalt innerhalb eines Bereichs
von 40 bis 50 Massen-% zu haben.
-
Der
Drahttrageteil ist um die äußere Peripherie des
Leitungsdrahts gebildet, um den Leitungsdraht zu tragen. Ein Tragen
des Leitungsdrahts durch den Drahttrageteil fixiert den Leitungsdraht
an der Bürste. Da der Drahttrageteil um die äußere
Peripherie des Leitungsdrahts gebildet ist, umgibt der Drahttrageteil
die äußere Peripherie des Leitungsdrahts. Dies
vermeidet, dass der Leitungsdraht mit dem Bürstenhauptteil
direkt verbunden ist.
-
Der
Leitungsdraht ist ein Glied mit einer elektrischen Leitfähigkeit,
durch das die Bürste mit äußeren Vorrichtungen
(oder Schaltungen), wie einer äußeren Leistungsquelle,
elektrisch verbunden ist. Durch den Leitungsdraht in der Bürste
wird die elektrische Leistung dem Kommutator zugeführt.
Der Leitungsdraht ist aus einem bekannten Material, wie beispielsweise
einem einzigen Draht oder einem Litzendraht, hergestellt.
-
Die
andere Struktur als die vorhergehende Struktur bei der Bürste
gemäß der vorliegenden Erfindung hat die gleiche
Struktur, wie die einer Bürste nach dem Stand der Technik.
Das heißt, die Bürste gemäß der vorliegenden
Erfindung kann unter Verwendung bekannter Materialien zusätzlich
zu der im Vorhergehenden beschriebenen Struktur erzeugt werden.
-
Ferner
ist es möglich, Kupfer in Graphit zu verteilen, um den
Bürstenhauptteil, den Mittelteil und den Drahttrageteil
in der Bürste zu bilden. Es ist ebenfalls möglich,
einen festen Schmierstoff zu verwenden, um den Bürstenhauptteil,
den Mittelteil und den Drahttrageteil in der Bürste zu
bilden.
-
Die
Bürste gemäß der vorliegenden Erfindung
kann durch verschiedene Techniken gemäß dem Stand der
Technik erzeugt werden. Beispielsweise wird ein Rohmaterial für
jeden Teil abgewogen, geformt und in einer Wärmebehandlung
gebrannt, um die Bürste zu erzeugen.
-
Eine
elektrische Drehmaschine, wie ein Startermotor, kann die Bürste
gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden. Da
die Bürste gemäß der vorliegenden Erfindung
eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine überlegene
Haltbarkeit hat, hat die elektrische Drehmaschine, die mit der Bürste
ausgestattet ist, eine überlegene Drehcharakteristik mit
einer langen Lebensdauer. Die elektrische Drehmaschine hat eine
gleiche Struktur wie eine Drehmaschine nach dem Stand der Technik,
ausgenommen die Bürste der vorliegenden Erfindung. Die
elektrische Drehmaschine ist ein Startermotor und dergleichen. Der
Startermotor besteht aus einer Feldmagneteneinrichtung, einem Anker,
der eine Ankerspule hat, einem Kommutator und der Bürste
gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Feldmagneteneinrichtung
hat eine Feldspule, die in der inneren Peripherie eines Jochs platziert
ist. Die Bürste gleitet auf dem Kommutator.
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Während
spezifische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
im Detail beschrieben wurden, ist für Fachleute offensichtlich,
dass verschiedene Modifikationen und Alternativen zu diesen Details
im Lichte der gesamten Lehren der Offenbarung entwickelt werden
können. Demgemäß sind die speziellen
Anordnungen, die offenbart sind, beabsichtigt, um lediglich darstellend
zu sein und den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, der durch
den vollen Umfang der folgenden Ansprüche und aller Äquivalente
derselben gegeben ist, nicht zu begrenzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2005-198477 [0008, 0009, 0010]