JP2005504423A - 電気機械に用いられるブラシホルダ - Google Patents

Abstract

整流子（１０）を有する電気機械、特に自動車における直流モータに用いられるブラシホルダが挙げられる。このブラシホルダは、ボックス（１５）と、このボックス（１５）内に軸方向で移動可能に収容された、２つのブラシ部分（２１，２２）から形成されたブラシ（１７）と、このブラシ（１７）を負荷する少なくとも１つのブラシ圧着ばね（１６）とを有している。ブラシ（１７）とボックス（１５）との間のその都度の側方の遊びを回避することによって正確な整流を保証するためには、両ブラシ部分（２１，２２）が、ほぼ直方体状に形成されていて、ボックス（１５）内に平行に間隔を置いて、整流子側のボックス縁部（１５１）を越えて張り出して配置されている。間隔を置いて配置されたブラシ部分（２１，２２）の間には拡開手段が係合しており、これによって、両ブラシ部分（２１，２２）の、互いに反対の側の側面（２１２，２２２）が、整流子（１０）の周方向で互いに向かい合って位置するボックス壁（１５２，１５３）に力伝達式に接触する。

Description

【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の、整流子を有する電気機械、特に自動車における直流モータに用いられるブラシホルダから出発する。
【０００２】
たとえば直流モータとして自動車構造に使用されるような整流子機械では、直流モータによって送出されるトルクの僅かなリプルと直流モータの大きな出力帯域幅とを得るために、正確な整流が重要となる。このためには、両回転方向で運転されるモータにおいて、ブラシホルダのボックス内に案内された整流子ブラシ、コレクタブラシ、電流反転器ブラシまたはカーボンブラシ（以下、省略してブラシと呼ぶ）が整流子の回転方向で傾倒し得ないことが必要となる。なぜならば、この傾倒は、理想状態から逸脱した整流のずれを生ぜしめ、電流位相の変化、騒音発生および振動を招くからである。この側方の傾倒を阻止するために、ブラシは、一方では、整流子の両回転方向へのブラシのその都度の側方の運動が阻止され、他方では、ブラシがその長手方向軸線もしくはボックスの長手方向軸線の方向で移動可能なままとなるようにボックス内に案内されなければならない。
【０００３】
冒頭で述べた形式の公知のブラシホルダ（ドイツ連邦共和国特許第１６９９０４号明細書）では、整流子の回転時のブラシの側方の運動を回避するために、ブラシが楔状の２つのブラシ部分から形成されている。両ブラシ部分は、互いに載置する楔面で重なり合ってボックス内に位置している。上側のブラシ部分は端面側でブラシ圧着ばねによって負荷されるのに対して、下側のブラシ部分は、コンタクト面を形成する端面で整流子に載置している。両ブラシ部分の間の楔作用によって、ブラシ圧着ばねの押圧力が、下側のブラシ部分を整流子に押し付ける半径方向の力成分と、下側のブラシ部分を、整流子の回転方向で向かい合って位置する２つのボックス壁の一方に圧着させ、上側のブラシ部分を他方のボックス壁に圧着させる、半径方向の力成分に対して直角な接線方向の力成分とに分解される。この場合、それぞれ一方の側面におけるブラシ部分の、楔形状によって生ぜしめられた短い案内長さが臨界的であると分かった。なぜならば、特に直流モータが逆転可能な回転方向で運転される場合に、下側のブラシ部分の比較的僅かな摩耗後すでに、この短い案内長さに基づき、やはり下側のブラシ部分が傾倒する傾向にあるからである。
【０００４】
発明の利点
請求項１の特徴を備えた本発明によるブラシホルダは、互いに間隔を置いて平行に相並んでボックスの軸方向で延びかつ整流子側のボックス縁部を越えて張り出すような、ほぼ直方体状に形成された両ブラシ部分の配置と、両ブラシ部分相互の拡開とによって、電気的に互いに接続された両ブラシ部分が、整流子モータの回転方向と無関係にボックスの壁に遊びなしに強制案内されていて、この場合、ボックス壁に対する大きな案内面を有しているという利点を有している。これによって、正確な整流が、整流子に対するボックスの設定された位置に相応して達成される。遊びなしの案内によって、整流子の回転方向と無関係に両ブラシ部分の端面全体が整流子に対する電気的なコンタクト面として使用されるので、整流が、ボックスの内法幅と整流子片の幅との間の規定された比にわたって正確に行われる。また、公知のブラシホルダにおいて、ボックス内での案内遊びによる摩耗時に生ぜしめられる、ブラシに対する向かい合って位置するすり合わせ箇所も、これによって生ぜしめられる、ブラシの中心から離れてブラシ縁部に向かう電気的なコンタクトのずれも回避される。
【０００５】
別の請求項に記載した手段によって、請求項１に記載した内燃機関の有利な構成および改良形が可能となる。
【０００６】
本発明の有利な構成によれば、拡開手段が、少なくとも１つのブラシ圧着ばねと、間隔を置いて配置された両ブラシ部分との間に配置された力伝達部材を有しており、この力伝達部材が、少なくとも１つのブラシ圧着ばねの押圧力から、整流子の回転方向または周方向で互いに向かい合って位置するボックス壁に向かって方向付けられた力成分を導出する。
【０００７】
本発明の有利な構成によれば、このような力伝達部材が、各ブラシ部分に形成された楔面と、力伝達体、有利にはローラと、有利にはＴ形材として形成されたカップリングエレメントとを有している。楔面は楔切込みによって、ブラシ部分の、互いに向かい合って位置する側面に形成されており、ローラは楔面に載置しており、カップリングエレメントは、一方では、少なくとも１つのブラシ圧着ばねのための支持面を有していて、他方では、間隔を置いて配置された両ブラシ部分の間の中間室内に突入していて、少なくとも１つのブラシ圧着ばねの押圧力下で力伝達体に載置している。たとえば、楔面形成のための楔切込みが側面にほぼ中間で加工成形されており、また、この場合、力伝達体とカップリングエレメントとが、両ブラシ部分の、整流子の軸方向で見た全深さにわたって延びていても有利である。ブラシの内部に深く位置する楔切込みによって、両ブラシ部分がブラシの出口縁部の比較的近くでボックス壁に圧着され、かなり大きな案内面を有しているので、ボックス内でのブラシ部分の完全に遊びなしの軸方向案内が保証されている。
【０００８】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【０００９】
図１に縦断面図で見ることができる、たとえば自動車における電気的なシート調節またはウインドウ操作のための駆動モータとして使用される一般的な電気的な整流子機械に対する実施例としての直流モータに用いられるブラシホルダ１４は、部分的にしか示していない直流モータの電流反転器、コレクタまたは整流子１０に対応して示してある。この整流子１０は直流モータのアーマチュアまたはロータと一緒にアーマチュアシャフトまたはモータシャフト１１に相対回動不能に取り付けられている。符号１２で整流子１０の薄片が示してある。回転方向矢印１３によってシンボリックに示したように、直流モータは正逆の回転方向で運転可能である。アーマチュア内に位置するアーマチュア巻線の極数に応じて、２つのブラシホルダ１４または２の整数倍のブラシホルダ１４が設けられている。これらのブラシホルダ１４は同じ周角度で整流子１０の周面に配置されていて、その長手方向軸線で整流子１０に対して半径方向に方向付けられている。ブラシホルダ１４は、モータハウジング内に位置固定された支持プレートに保持されている。
【００１０】
各ブラシホルダ１４は、角張った内法横断面を備えた箱もしくはボックス１５を有している。このボックス１５は、図１の実施例では、スリーブとして形成されている。このスリーブは、電流反転器ブラシ、整流子ブラシ、コレクタブラシまたはカーボンブラシ（以下、省略してブラシ１７と呼ぶ）と、２つのブラシ圧着ばね１６（図３参照）との挿入後、概略的にしか示していないカバー１８によって、整流子１０と反対の側のスリーブ端部で閉鎖されるので、ブラシ１７とカバー１８との間に位置する、圧縮ばねとして形成されたブラシ圧着ばね１６がカバー１８に支持されている。ブラシ１７は軸方向に移動可能にボックス１５内でスリーブ壁に案内されていて、整流子側のスリーブ縁部１５１を越えて張り出していて、その端面に形成されたコンタクト面でブラシ圧着ばね１６のばね圧下で整流子１０の整流子片１２に押し付けられている。
【００１１】
モーメントリプルおよび出力帯域幅に課せられる高い要求を伴った直流モータにおいて極めて重要となる正確な整流を得るためには、ブラシ１７の軸方向の案内が、整流子１０の回転方向でブラシ１７とボックス１５との間に遊びを許容してはならない。この遊びは、整流子１０の回転時にボックス１５内の正確に半径方向の位置決め状態からのブラシ１７の傾倒を生ぜしめ、これによって、理想状態から逸脱した整流のずれを結果的に招く恐れがある。しかし、ブラシ１７が軸方向で過度に大きな摩擦抵抗なしにブラシ１７とボックス壁との間で軸方向に移動可能であり続けることが同時に確保されなければならない。この矛盾した要求を満たすためには、ブラシ１７が、ほぼ直方体状の２つのブラシ部分２１，２２から形成されている。両ブラシ部分２１，２２はボックス１５内に平行に相並んでボックス縁部１５１を越えて張り出して配置されていて、その両端面２１３，２２３で整流子１０もしくは整流子１０の整流子片１２に載置している。両ブラシ部分２１，２２は電気的に互いに接続されている。このことは、図１に破線で記入した接続素線１９によって生ぜしめられる。本実施例では、両ブラシ部分２１，２２が同一に形成されていて、同じ寸法を有している。ボックス１５内への両ブラシ部分２１，２２の配置は、ボックス軸線１５６において、両ブラシ部分２１，２２の、互いに向かい合った側の側面２１１，２２１の間で延びる平面が整流子１０の軸線を通って延びているように行われている。両ブラシ部分２１，２２の間には拡開手段が係合しており、これによって、ブラシ部分２１，２２の、互いに反対の側の側面２１２，２２２が、整流子１０の回転方向で互いに向かい合って位置するボックス壁１５２，１５３に力伝達式に当て付けられている。
【００１２】
前述したブラシホルダ１４の実施例では、拡開手段が、ブラシ圧着ばね１６とブラシ部分２１，２２との間に挿入された力伝達部材２０を有している。この力伝達部材２０は、ブラシ圧着ばね１６によって加えられた押圧力から、ボックス壁１５２，１５３に向かって方向付けられた力成分を導出する。以下にさらに詳しく説明する力伝達部材２０は、図２にブラシ部分２１に対して力ベクトルによって図示したように、ブラシ圧着ばね１６によって加えられた押圧力Ｆ_Ｄを、ブラシ部分２１，２２を整流子１０に圧着させる半径方向の１つの力成分Ｆ_Ａと、両ブラシ部分２１，２２を、整流子１０の周方向で互いに向かい合って位置するボックス壁１５２，１５３に圧着させる、半径方向の力成分Ｆ_Ａに対して直角な接線方向の２つの力成分Ｆ_Ｋとに分解する。このためには、力伝達部材２０が、ブラシ部分２１，２２に配置された２つの楔面２３，２４と、ここではローラ２５として形成された１つの力伝達体２６と、ここではＴ形材２７として形成された１つのカップリングエレメント２８とを有している。このカップリングエレメント２８は両ブラシ圧着ばね１６から力伝達体２６への力伝達経路を形成している。両楔面２３，２４は、ボックス軸線１５６に対して横方向に方向付けられた基準面に対して鋭角の傾角αを成して延びていて、互いに向き合わされている。それぞれ１つの楔面２３；２４が楔切込み２９；３０よって一方のブラシ部分２１，２２に実現されている。楔切込み２９，３０は、両ブラシ部分２１，２２の、互いに向かい合った側の側面２１１，２２１にほぼ中間で切り込まれていて、この場合、たとえば両ブラシ部分２１，２２の、整流子１０の軸方向で見た全長にわたって延びている（図３参照）。同じくブラシ部分２１，２２の全長にわたって延びる力伝達体２６、ここではローラ２５は両楔切込み２９，３０内に位置していて、カップリングエレメント２８を介して楔面２３，２４に押し付けられるので、力伝達体２６は両ブラシ圧着ばね１６の押圧力を両ブラシ部分２１，２２に伝達する。
【００１３】
図２から知ることができるように、ブラシ部分２１，２２をその端面２１３，２２３で整流子１０にかつ側面２１２，２２２でボックス壁１５２，１５３に圧着させる力成分Ｆ_Ａ，Ｆ_Ｋは楔面２３，２４の傾角αに関連しているので、この傾角αの適宜な選択によって、力成分Ｆ_Ａ，Ｆ_Ｋの比に影響を与えることができる。傾角αは、楔面２３；２４がボックス軸線１５６と共に成す傾角βを９０゜から減じた角度である（α＝９０゜−β）。
【００１４】
図４には、力伝達部材２０が、ブラシ１７の両ブラシ部分２１，２２と両ブラシ圧着ばね１６とに相俟って分解図で示してある。ローラ２５はブラシ部分２１，２２の楔切込み２９，３０内に位置していて、楔面２３，２４に支持されている。Ｔ形材２７はそのウェブ部分２７１で、間隔を置いて配置された両ブラシ部分２１，２２の間の中間室内に突入し、その自由端部でローラ２５に載置する。Ｔ形材２７の横方向部分２７２は、ブラシ部分２１，２２の、ブラシ圧着ばね１６に向かい合った側の端面を間隔を置いてカバーしていて、ブラシ圧着ばね１６のための圧着面を形成している（図３も参照）。
【００１５】
ブラシ１７の質量減少のためには、各ブラシ部分２１，２２に、Ｔ形材２７の横方向部分２７２に向かい合った側の端面から切欠き３１，３２が加工成形されていてよい。この切欠き３１，３２は、楔切込み２９，３０の上方の領域に存在し続ける程度しか深く形成されていない。切欠き３１，３２は、整流子軸線の方向でのブラシ部分２１，２２の長さに関してほぼ中間に加工成形されているので、図４に見ることができるブラシ部分２１，２２の前方のかつ後方の端部には、直方体状のブラシ部分２１，２２の完全な高さが維持し続けられ、これによって、ブラシ部分２１，２２におけるより大きな案内面により、整流子１０の軸方向で見た前方のボックス壁１５４と後方のボックス壁１５５（図３参照）とに対する良好な案内も保証されている。
【００１６】
図５に両ブラシ部分２１，２２に相俟って示した力伝達部材は、同じくほぼＴ字形のカップリングエレメント２８と力伝達体２６とが一体にまとめられて、プラスチックから成る成形部材３３が形成されているように変更されている。この成形部材３３はカップリングエレメント２８から力伝達体２６への移行領域に曲げ弾性的な区分３３１を有している。成形部材３３の、力伝達体２６を形成する部分は、少なくとも両ブラシ部分２１，２２の楔切込み２９，３０に設けられた楔面２３，２４に対する支持の領域で円筒状に湾曲させられているので、図２に示したように、同じくブラシ圧着ばね１６によって成形部材３３に加えられた押圧力Ｆ_Ｄが楔面２３，２４で半径方向の力成分Ｆ_Ａと接線方向の力成分Ｆ_Ｋとを形成し、これによって、この接線方向の力成分Ｆ_Ｋがブラシ部分２１；２２をボックス壁の方向に押圧する。曲げ弾性的な区分３３１は、たとえば均一でない摩耗がブラシ部分２１，２２に生ぜしめられる場合でも、ブラシ圧着ばね１６によって形成された圧着圧を両ブラシ部分２１，２２に均等に分配するために働く。
【００１７】
本発明によるブラシホルダは、ここで説明したように、ドラム型整流子に使用可能であるだけでなく、ディスク型整流子または板型整流子にも同じく有利に適している。一種の使用事例では、両ブラシ部分２１，２２によって形成されたブラシ１７を圧着させるために１つのブラシ圧着ばね１６で十分である。この場合、このブラシ圧着ばね１６は、たとえば楕円形のばね形状を備えた圧縮コイルばねとして形成される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】部分的に図示した整流子に対応したブラシホルダの概略的な縦断面図である。
【００１９】
【図２】図１に示した部分ＩＩの拡大図である。
【００２０】
【図３】側面図で部分的に示した整流子に対応した、図１に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ったブラシホルダの断面図である。
【００２１】
【図４】図１〜図３に示したブラシホルダ内のブラシと拡開手段との斜視的な分解図である。
【００２２】
【図５】別の実施例によるブラシホルダ内の力伝達部材の拡大図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０ 整流子、 １１ モータシャフト、 １２ 整流子片、 １３ 回転方向矢印、 １４ ブラシホルダ、 １５ ボックス、 １６ ブラシ圧着ばね、 １７ ブラシ、 １８ カバー、 １９ 接続素線、 ２０ 力伝達部材、 ２１，２２ ブラシ部分、 ２３，２４ 楔面、 ２５ ローラ、 ２６ 力伝達体、 ２７ Ｔ形材、 ２８ カップリングエレメント、 ２９，３０ 楔切込み、 ３１，３２ 切欠き、 ３３ 成形部材、 １５１ ボックス縁部、 １５２，１５３，１５４，１５５ ボックス壁、 １５６ ボックス軸線、 ２１１，２１２ 側面、 ２１３ 端面、 ２２１，２２２ 側面、 ２２３ 端面、 ２７１ ウェブ部分、 ２７２ 横方向部分、 ３３１ 区分、 Ｆ_Ａ 力成分、 Ｆ_Ｄ 押圧力、 Ｆ_Ｋ 力成分、 α 傾角、 β 傾角

Claims (14)

1. 整流子（１０）を有する電気機械、特に自動車における直流モータに用いられるブラシホルダであって、角張った内法横断面を有するボックス（１５）と、該ボックス（１５）内にボックス軸線（１５６）に沿って移動可能に収容されたブラシ（１７）とが設けられており、該ブラシ（１７）が、互いに電気的にコンタクティングされた２つのブラシ部分（２１，２２）から形成されており、ブラシ（１７）をボックス（１５）からの押出しのためにボックス軸線（１５６）の方向で負荷する少なくとも１つのブラシ圧着ばね（１６）が設けられている形式のものにおいて、両ブラシ部分（２１，２２）が、ほぼ直方体状に形成されていて、ボックス（１５）内に相並んで平行に間隔を置いて配置されていて、整流子側のボックス縁部（１５１）を越えて張り出して配置されており、両ブラシ部分（２１，２２）の間に拡開手段が係合しており、これによって、両ブラシ部分（２１，２２）の、互いに反対の側の側面（２１２，２２２）が、整流子（１０）の周方向で互いに向かい合って位置するボックス壁（１５２，１５３）に力伝達式に当て付けられていることを特徴とする、電気機械に用いられるブラシホルダ。
2. 拡開手段が、少なくとも１つのブラシ圧着ばね（１６）と、ブラシ部分（２１，２２）との間に配置された力伝達部材（２０）を有しており、該力伝達部材（２０）が、少なくとも１つのブラシ圧着ばね（１６）の押圧力（Ｆ_Ｄ）から、ボックス壁（１５２，１５３）に向かって方向付けられた力成分（Ｆ_Ｋ）を導出するようになっている、請求項１記載のブラシホルダ。
3. 力伝達部材（２０）が、ボックス軸線（１５６）に対して傾角（β）を成して延びる２つの楔面（２３，２４）と、両楔面（２３，２４）に載置する１つの力伝達体（２６）とを有しており、それぞれ１つの楔面（２３，２４）が、一方のブラシ部分（２１，２２）に設けられており、楔面（２３，２４）が互いに向き合わされており、力伝達体（２６）が、少なくとも１つのブラシ圧着ばね（１６）の押圧力によってボックス軸線（１５６）の方向で負荷されている、請求項２記載のブラシホルダ。
4. 楔面（２３，２４）が、ブラシ部分（２１，２２）に楔切込み（２９，３０）によって形成されており、該楔切込み（２９，３０）が、ブラシ部分（２１，２２）の、互いに向かい合った側の側面（２１１，２２１）に加工成形されており、力伝達体（２６）が、楔切込み（２９，３０）内に収容されており、力伝達部材（２０）が、カップリングエレメント（２８）を有しており、該カップリングエレメント（２８）が、一方では、少なくとも１つのブラシ圧着ばね（１６）のための支持面を形成していて、他方では、間隔を置いて配置された両ブラシ部分（２１，２２）の間の中間室内に突入していて、少なくとも１つのブラシ圧着ばね（１６）の押圧力下で力伝達体（２６）に力伝達式に接触している、請求項３記載のブラシホルダ。
5. 楔切込み（２９，３０）が、両ブラシ部分（２１，２２）の側面（２１１，２２１）にほぼ中間で加工成形されており、有利には、楔切込み（２９，３０）と、力伝達体（２６）と、カップリングエレメント（２８）とが、それぞれ両ブラシ部分（２１，２２）の、整流子（１０）の軸方向で見た全長にわたって延びている、請求項４記載のブラシホルダ。
6. 力伝達体（２６）がローラ（２５）である、請求項３から５までのいずれか１項記載のブラシホルダ。
7. カップリングエレメント（２８）がＴ形材（２７）である、請求項４から６までのいずれか１項記載のブラシホルダ。
8. カップリングエレメント（２８）と力伝達体（２６）とが、部分的に曲げ弾性的な一体の成形部材（３３）によって形成されている、請求項４または５記載のブラシホルダ。
9. 成形部材（３３）が、カップリングエレメント（２８）と力伝達体（２６）との移行領域に曲げ弾性的な区分（３３１）を有している、請求項８記載のブラシホルダ。
10. 力伝達体（２６）が、少なくとも楔面（２３，２４）に対する支持面の領域に、円筒状に湾曲させられた外側輪郭を有している、請求項８または９記載のブラシホルダ。
11. 各ブラシ部分（２１，２２）が、楔切込み（２９，３０）の上方の領域に、ブラシ部分（２１，２２）の、整流子（１０）の軸方向で見た長さに関してほぼ中間の切欠き（３１，３２）を有している、請求項４から１０までのいずれか１項記載のブラシホルダ。
12. 両ブラシ部分（２１，２２）が、同一の寸法を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載のブラシホルダ。
13. 両ブラシ部分（２１，２２）が、電気的な線路（１９）によって互いに接続されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載のブラシホルダ。
14. ボックス軸線（１５６）に沿って、ブラシ部分（２１，２２）の、互いに向かい合った側の側面（２１１，２２１）の間で延びる平面が、整流子（１０）の軸線を通って延びており、かつ両ブラシ部分（２１，２２）が、少なくとも１つのブラシ圧着ばね（１６）のばね圧下で、ボックス（１５）を越えて張り出した端面（２１３，２２３）で整流子（１０）に押し付けられるように、当該ブラシホルダが、整流子（１０）に配置されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載のブラシホルダ。