JP2002176750A

JP2002176750A - 回転電機

Info

Publication number: JP2002176750A
Application number: JP2000372816A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kato; 雅浩加藤; Masami Niimi; 正巳新美; Yasuyuki Wakahara; 若原　　康行
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2002-06-21

Abstract

(57)【要約】【課題】積層ブラシ２の効果を発揮でき、整流の改善
を図ることで火花の発生が少なく高性能な回転電機を提
供すること。【解決手段】ブラシ２は、低抵抗ブラシ材２Ａと高抵
抗ブラシ材２Ｂとを積層して構成され、アーマチャの回
転方向に対向して低抵抗ブラシ材２Ａを前端側に配置
し、高抵抗ブラシ材２Ｂを後端側に配置している。ここ
で、整流子１の隣り合うセグメント３間に設定される絶
縁間隔をａ、高抵抗ブラシ材２Ｂの積層方向の幅をｂと
した時に、以下の関係が成立している。ａ＜ｂ………… ｂ／ａ＜４…… 上記及びの関係が成立することにより、高抵抗ブラ
シ材２Ｂが次のセグメント３へ移る時にアンダーカット
４を跨いで前後のセグメント３に接触することができ
る。これにより、積層ブラシ２の効果により整流性能を
改善できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、抵抗率が異なる複
数のブラシ材を積層して構成される積層ブラシを具備し
た回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、例えば特開平９−４９
４７８号公報に記載されたスタータモータがある。この
スタータモータは、整流の改善を図るために、積層ブラ
シを採用している。その積層ブラシは、図７に示す様
に、抵抗率が異なる２種類のブラシ材（低抵抗ブラシ材
１００と高抵抗ブラシ材１１０）を積層して構成され、
且つアーマチャの回転方向に対向して低抵抗ブラシ材１
００を前端側に配置し、高抵抗ブラシ材１１０を後端側
に配置している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、整流子を構
成する各セグメント１２０間のアンダーカット幅ａ（絶
縁間隔）の方が高抵抗ブラシ材１１０の幅ｂより大きい
場合（ａ＞ｂ）は、高抵抗ブラシ材１１０の前端（低抵
抗ブラシ材１００との合わせ面）が次のセグメント１２
０に接触する前に高抵抗ブラシ材１１０の後端が前のセ
グメント１２０から離れてしまう。言い換えると、高抵
抗ブラシ材１１０の後端が前のセグメント１２０から離
れる時点で、未だ高抵抗ブラシ材１１０の前端が次のセ
グメント１２０に接触していないため、積層ブラシの効
果（整流の改善）を発揮できない。また、高抵抗ブラシ
材１１０の幅を闇雲に大きくすると、ブラシ全体の抵抗
が大きくなるため、モータ出力の低下につながってしま
う。

【０００４】近年のスタータは、小型化のために減速比
を大きくする傾向にあり、アーマチャの高回転化によっ
て整流回数が増加するため、整流を良くする必要があ
る。また、アーマチャ電流が大きいため、ブラシが次の
セグメントへ移動する時にブラシに流れる短絡電流も大
きくなる。その結果、ブラシの後端（高抵抗ブラシ材の
後端）がセグメントから離れる時に大きな火花が発生
し、モータ出力の低下を招くと共に、ブラシの寿命が低
下するという問題を生じる。

【０００５】特に、スタータモータの整流子は、回転変
動の差が大きく、且つ短時間に定格電流を流すため、ブ
ラシの摩耗粉によるアンダーカットの目詰まりが起こり
易く、比較的アンダーカット幅を広く設定してあるの
で、上述の問題が発生し易いと言える。本発明は、上記
事情に基づいて成されたもので、その目的は、積層ブラ
シの効果を発揮でき、整流の改善を図ることで火花の発
生が少なく高性能な回転電機を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】（請求項１の手段）アー
マチャの回転方向に対向して低抵抗ブラシ材を前端側に
配置し、高抵抗ブラシ材を後端側に配置する積層ブラシ
を備えた回転電機において、整流子の隣り合うセグメン
ト間に設定される絶縁間隔をａとし、高抵抗ブラシ材の
積層方向の幅をｂとした時に、ａ＜ｂ………… ｂ／ａ＜４…… 上記及びの関係が成立する。

【０００７】この構成によれば、高抵抗ブラシ材が次の
セグメントへ移動する時、高抵抗ブラシ材の後端が前の
セグメントから離れる前に、既に高抵抗ブラシ材の前端
が次のセグメントに接触しているので、積層ブラシによ
る整流の改善効果を得ることができ、出力向上を図るこ
とが可能である。また、高抵抗ブラシ材によってブラシ
に流れる短絡電流を低く抑えることができるので、火花
の発生を少なくでき、ブラシ寿命を延ばすことが可能で
ある。

【０００８】（請求項２の手段）アーマチャの回転方向
に対向して低抵抗ブラシ材を前端側に配置し、高抵抗ブ
ラシ材を後端側に配置する積層ブラシを備えた回転電機
において、高抵抗ブラシ材は、次のセグメントへ移動す
る時に、高抵抗ブラシ材の少なくとも一部が、アンダー
カットを跨いで前後のセグメントに接触できる。この構
成においても、請求項１の場合と同様に、積層ブラシに
よる整流の改善効果を得ることができ、出力向上を図る
ことが可能である。また、ブラシに流れる短絡電流を低
く抑えることができるので、火花の発生を少なくでき、
ブラシ寿命を延ばすことが可能である。

【０００９】（請求項３の手段）請求項２に記載した回
転電機において、整流子は、アーマチャの回転軸と直交
してアーマチャの端面に設けられ、且つセグメントの外
径端と内径端の位置が周方向にずれて設けられている。
この構成では、セグメントの表面形状が異形（矩形では
ない）であるため、隣り合うセグメント間に設けられる
アンダーカットが若干湾曲して設けられる。この場合、
仮にアンダーカットの幅（請求項１の絶縁間隔ａ）より
高抵抗ブラシ材の幅の方が小さくても、高抵抗ブラシ材
とアンダーカットとが斜めに交差することで、高抵抗ブ
ラシ材の少なくとも一部がアンダーカットを跨いで両方
のセグメントに接触できる。

【００１０】（請求項４の手段）本発明のスタータは、
請求項１〜３に記載した何れかの回転電機をエンジン始
動用の直流モータとして使用する。スタータに使用され
る直流モータ（スタータモータ）は、ブラシの摩耗粉に
よるアンダーカットの目詰まりを低減するために、比較
的アンダーカットの幅が広く設定してある。この場合、
請求項１〜３に記載した何れかの回転電機をスタータモ
ータとして使用することで、積層ブラシの効果を発揮で
き、スタータモータの出力低下を防止できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。（第１実施例）図１はセグメントとブラシの関係を示す
整流子の展開図である。本実施例の回転電機（図示しな
い）は、例えばエンジン始動用のスタータモータとして
用いられるもので、アーマチャに設けられる整流子１上
にブラシ２を配置し、このブラシ２を通じてアーマチャ
にモータ電流が供給される。整流子１は、複数のセグメ
ント３が一定の絶縁間隔を保って円筒状に配置され、各
セグメント３がアーマチャに巻装されるアーマチャコイ
ル（図示しない）に接続されている。

【００１２】ブラシ２は、抵抗率が異なる低抵抗ブラシ
材２Ａと高抵抗ブラシ材２Ｂとを積層して構成され、図
１に示す様に、アーマチャの回転方向（矢印方向）に対
向して低抵抗ブラシ材２Ａを前端側に配置し、高抵抗ブ
ラシ材２Ｂを後端側に配置している。ここで、整流子１
の隣り合うセグメント３間に設定される絶縁間隔（アン
ダーカット４と呼ぶ）をａ、高抵抗ブラシ材２Ｂの積層
方向の幅をｂとした時に、以下の関係が成立している。ａ＜ｂ………… ｂ／ａ＜４……

【００１３】次に、本実施例の作用及び効果を図２に基
づいて説明する。なお、図２は整流子１（セグメント
３）とブラシ２との位置関係を模式的に示した図面であ
る。アーマチャの回転に伴って整流子１上をブラシ２が
摺接する時、図２（ａ）〜（ｃ）に示す様に、セグメン
ト３とブラシ２との相対位置が順次変化する。ここで、
高抵抗ブラシ材２Ｂが次のセグメント３へ移る時、つま
り図２（ａ）から（ｃ）の状態へ移る時に、上記の関
係が成立することにより、高抵抗ブラシ材２Ｂがアンダ
ーカット４を跨いで前後のセグメント３に接触すること
ができる（図２（ｂ）参照）。

【００１４】この場合、高抵抗ブラシ材２Ｂの後端が前
のセグメント３から離れる前に、既に高抵抗ブラシ材２
Ｂの前端が次のセグメント３に接触しているので、高抵
抗ブラシ材２Ｂを有する積層ブラシ２の効果により整流
性能を改善できる。その結果、出力向上を図ることがで
き、且つブラシ２の寿命を延ばすことができる。また、
高抵抗ブラシ材２Ｂを通じて短絡電流が流れるので、短
絡電流を低く抑えることができ、火花の発生を少なくで
きる。

【００１５】但し、隣り合うセグメント３間の絶縁間隔
ａに対し高抵抗ブラシ材２Ｂの幅ｂを大きくする程、ブ
ラシ２全体の抵抗が増加するため、図３に示す様に、一
旦出力が上昇した後、次第に出力が低下する傾向を示
す。そこで、ｂ／ａ＝１の時、つまりａ＝ｂの時の出力
を基準として、この基準値以上の出力が得られる範囲を
設定すると、上記の関係が得られる。従って、上記
及びの関係を満足すれば、積層ブラシ２による整流改
善の効果を得ることができ、且つブラシ２の抵抗増加に
よる出力低下を防止できる。

【００１６】（第２実施例）図４は回転電機の断面図で
ある。本実施例の回転電機は、図４（ａ）に示す様に、
予め略コの字状に成形された複数の下層コイル辺５と上
層コイル辺６とをコア７に組付けて、両コイル辺５、６
の端部を順番に結合してアーマチャコイルを形成し、各
上層コイル辺６のコイル端部６ａをそれぞれセグメント
３としてサーフェイス形整流子を構成している。このサ
ーフェイス形整流子は、各セグメント３（上層コイル辺
６のコイル端部６ａ）がアーマチャ８の回転軸９と直交
して設けられるもので、各セグメント３に対しブラシ２
が軸方向から当接している。但し、アーマチャ８の回転
方向に対向して低抵抗ブラシ材２Ａを前端側に配置し、
高抵抗ブラシ材２Ｂを後端側に配置することは第１実施
例と同じである（図４（ｂ）参照）。

【００１７】この回転電機においても、第１実施例と同
様に、隣り合うセグメント３間に設定される絶縁間隔ａ
と、高抵抗ブラシ材２Ｂの積層方向の幅ｂとの間に、以
下の関係が成立している。ａ＜ｂ………… ｂ／ａ＜４…… これにより、積層ブラシ２による整流改善の効果を得る
ことができ、且つブラシ２の抵抗増加による出力低下を
防止できる。

【００１８】（第３実施例）図５はサーフェイス形整流
子とブラシ２の軸方向正面図である。本実施例の回転電
機は、第２実施例と同様に、上層コイル辺のコイル端部
６ａをセグメント３とするサーフェイス形整流子を有す
るもので、ブラシ２の高抵抗ブラシ材２Ｂが次のセグメ
ント３へ移動する時に、高抵抗ブラシ材２Ｂの少なくと
も一部が、アンダーカット４を跨いで前後のセグメント
３に接触できるように構成されている。

【００１９】つまり、上層コイル辺のコイル端部６ａ
（セグメント３）は、図５に示す様に、外径端と内径端
の位置が周方向にずれて設けられ、且つアーマチャ８の
半径方向に対し緩やかに湾曲しながら傾いている。この
場合、アーマチャ８の回転に伴って高抵抗ブラシ材２Ｂ
が次のセグメント３へ移動する時に、高抵抗ブラシ材２
Ｂの内径側と外径側とでアンダーカット４に対する位置
がずれているため、高抵抗ブラシ材２Ｂの内径端から外
径端までがアンダーカット４を跨いで前後のセグメント
３に接触するためには、高抵抗ブラシ材２Ｂの幅をかな
り大きくする必要が生じる。

【００２０】しかし、積層ブラシ２の効果を得るために
は、必ずしも高抵抗ブラシ材２Ｂの内径端から外径端ま
でが前後のセグメント３に接触している必要はなく、例
えば図５に示す場合は、高抵抗ブラシ材２Ｂの外径側が
前のセグメント３に接触し、内径側が次のセグメント３
に接触していても良い。従って、本実施例では、第１実
施例及び第２実施例で設定した及びの条件を満足し
なくても、積層ブラシ２による整流改善の効果を得るこ
とができる。

【００２１】なお、図５に示すブラシ２は、セグメント
３の形状に対応して周方向の前端面及び後端面が傾斜し
て設けられているが、例えば図６（ａ）に示す様に、外
径側から内径側へ向かって周方向の幅が次第に小さくな
る様な台形状でも良い。また、セグメント３は、図６
（ｂ）に示す様に、回転中心から放射状に拡がる様な形
状でも良い。このセグメント３に対するブラシ２は、周
方向の両側面が外側へ湾曲した形状でも良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】セグメントとブラシの関係を示す整流子の展開
図である（第１実施例）。

【図２】セグメントとブラシの位置関係を模式的に示し
た図面である。

【図３】本発明の効果を示すグラフである。

【図４】回転電機の断面図（ａ）と整流子の正面図
（ｂ）である（第２実施例）。

【図５】サーフェイス形整流子とブラシの軸方向正面図
である（第３実施例）。

【図６】サーフェイス形整流子とブラシの軸方向正面図
である（第３実施例）。

【図７】セグメントとブラシの位置関係を模式的に示し
た図面である（従来技術）。

【符号の説明】

１整流子２積層ブラシ２Ａ低抵抗ブラシ材２Ｂ高抵抗ブラシ材３セグメント４アンダーカット８アーマチャ（第２実施例）９アーマチャの回転軸（第２実施例）ａ絶縁間隔ｂ高抵抗ブラシ材の幅

フロントページの続き (72)発明者若原康行愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 5H607 AA00 BB01 BB04 BB14 CC05 FF22 5H613 AA03 BB04 BB07 BB12 BB15 BB21 BB35 BB37 GA09 GB01 GB05 GB08 GB09 GB12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のセグメントで構成される整流子を具
備するアーマチャと、抵抗率が異なる低抵抗ブラシ材と高抵抗ブラシ材とを積
層して構成され、前記アーマチャの回転方向に対向して
前記低抵抗ブラシ材を前端側に配置し、前記高抵抗ブラ
シ材を後端側に配置して前記整流子に摺接する積層ブラ
シとを備えた回転電機において、前記整流子の隣り合うセグメント間に設定される絶縁間
隔をａとし、前記高抵抗ブラシ材の積層方向の幅をｂと
した時に、ａ＜ｂ………… ｂ／ａ＜４…… 上記及びの関係が成立することを特徴とする回転電
機。
【請求項２】複数のセグメントで構成される整流子を具
備するアーマチャと、抵抗率が異なる低抵抗ブラシ材と高抵抗ブラシ材とを積
層して構成され、前記アーマチャの回転方向に対向して
前記低抵抗ブラシ材を前端側に配置し、前記高抵抗ブラ
シ材を後端側に配置して前記整流子に摺接する積層ブラ
シとを備えた回転電機において、前記整流子の隣り合うセグメント間に設定される絶縁間
隔をアンダーカットと呼ぶ時に、前記高抵抗ブラシ材は、次のセグメントへ移動する時
に、前記高抵抗ブラシ材の少なくとも一部が、前記アン
ダーカットを跨いで前後のセグメントに接触できること
を特徴とする回転電機。
【請求項３】請求項２に記載した回転電機において、前記整流子は、前記アーマチャの回転軸と直交して前記
アーマチャの端面に設けられ、且つ前記セグメントの外
径端と内径端の位置が周方向にずれて設けられているこ
とを特徴とする回転電機。
【請求項４】請求項１〜３に記載した何れかの回転電機
をエンジン始動用の直流モータとして使用するスター
タ。