JP2005516568A - 電気転流機の火花ノイズ除去装置 - Google Patents

Abstract

電機転流機、とりわけ直流モータ（１０）の火花ノイズ除去装置が提案される。この装置はブラシ（１４ａ，１４ｂ）を介して給電されるロータ（１２）とノイズ除去回路（１４ａ，１４ｂ）とを有し、ノイズ除去回路は少なくとも１つのコンデンサと別の構成素子を有する。本発明の装置は、ノイズ除去回路（１６）が一方では個々のノイズ除去素子（５６）からなるノイズ除去リング（２４）を有し、このノイズ除去素子は少なくとも１つのバリスタ（２８）および／または少なくとも１つのコンデンサ（３０）を含み、少なくとも１つの別の外部ノイズ除去コンデンサと共働する。ノイズ除去リング（２４）の個々のノイズ除去素子（５６）は、整流子（３４）の隣接する積層板（３２）間に接続されるか、または１つの端子を以て積層板（３２）に接続されており、それぞれ第２の端子を以て、仮想ゼロ点（３３）の形成のために相互に接続されている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念による、電気転流機、とりわけ直流モータの火花ノイズ除去装置に関する。電気モータに対するこの種のノイズ除去装置は自動車に使用される。

さらにＥＰ０３６９７４６Ａから、直流小型モータが公知である。このモータの整流子にはリング状のバリスタ構成体が火花ノイズを抑圧するための挿入されている。ここでバリスタリングは整流子積層板の数に相応する数の接点によって整流子の積層板と接続されている。バリスタリングの端面を導電性材料により被覆することにより、個々のコレクタ積層板間にキャパシタを形成することができる。バリスタリングは接続ワイヤを介してコレクタ積層板と接続されている。この種の構成は制限的なノイズ除去能力しか有しておらず、対象となる周波数帯域の部分領域でしか有効でない。

ＤＥ１９９５３２３１Ａから火花ノイズ除去ための手段を有する電気モータが公知である。このノイズ除去手段はリング状に構成されており、整流子に直接配置されている。セラミック材料からなるノイズ除去手段は僅かな構造寸法で製作することができ、整流子に直接配置することができるが、セラミック材料と製造方法により決まる電気的値のために制限されたノイズ除去作用しか達成されない。

本発明の課題は、電気転流機、とりわけ直流モータの公知の火花ノイズ除去装置を改善し、満足の行くノイズ除去能力を大きなノイズ周波数領域で達成されるようにすることである。この課題は請求項１記載の構成により解決される。

ノイズ除去リングを、外部コンデンサからなる三角回路と、電気機械の接続端子間で結合してノイズ除去装置を形成すると有利であることが判明した。ここで三角回路の１つの脚部はモータ接続端子間にあり、三角回路の他方の２つの脚部は相互に共通にアースに接続されている。この種の全体装置により、一方ではノイズ除去され、他方ではノイズ除去コンデンサが外部にある場合、所定の周波数帯域をノイズ除去するために所期の容量値を設定することができる。ここでは電気機械の接続端子間に接続された外部ノイズ除去コンデンサが比較的低い障害となる周波数領域で作用する。これはとりわけラジオ放送受信器での長波領域および中波領域である。一方、端子に共通に接続され、アースに印加された２つの他方のコンデンサはとりわけ３０ＭＨｚ以上の周波数領域、とりわけＶＨＦ領域で作用する。ノイズ除去リングを少なくとも１つの別の外部ノイズ除去コンデンサと本発明により組み合わせることにより、すべてのノイズ除去素子の構造寸法を非常に小さくすることができる。このことはノイズ除去素子の構成を、ノイズ発生源である電気モータの領域、すなわち整流子とブラシの領域に直接配置することを可能にする。

スペースを節約したノイズ除去リングを比較的小型の外部コンデンサと本発明により組み合わせることにより、とりわけ有利には後者をＳＭＤ（Surface Mounted Devices）素子として構成することができ、これは導体路基板の上で直接、ブラシホルダ、有利にはブラシ接続接点間に配置することができる。ブラシホルダ自体はここで導体路基板の電気的および機械的支持体として用いられる。このことにより付加的な構成部材を節約できるほかに、有利にはこの構成をノイズ発生源の領域に直接配置することができる。

ノイズ除去リングは有利には整流子に直接配置され、そこに電気的かつ機械的に固定される。ここでのノイズ除去リングを整流子支持体に組み込むか、または直接これに固定することができる。これによりノイズ除去リングをノイズ発生源の領域に直接配置し、そこで抑圧することができる。

ノイズ除去リングの構造と接続の点からは、２つの変形例が有利であると判明した。ここではノイズ除去リングの個々の素子をそれぞれの端子を以て整流子積層板と接触接続することができる。またノイズ除去素子の別の端子を相互に接続し、これにより仮想ゼロ点を形成する。ノイズ除去リングの個々の素子の別の有利な接続手段では、これらの素子をその２つの端子を以て隣接するコレクタ積層板と接続する。ノイズ除去素子のコレクタ積層板を介した直列回路はさらに素子に相互に並列に直接接続することができる。

本発明のさらなる詳細および改善形態は図面に基づく実施例の説明から明かとなる。
図１は、電気転流機の本発明による火花ノイズ除去装置の基本回路図である。
図２は、転流機械の火花ノイズ除去回路装置の第１実施例を示し、ノイズ除去リングの個別素子は仮想ゼロ点に統合接続されている。
図３は、転流機械の火花ノイズ除去回路装置の第２実施例を示し、ノイズ除去リングの個別素子は隣接する整流子積層板と接続されている。
図４は、本発明の火花ノイズ除去装置を有する直流モータの縦断面図である。
図５は、ＳＭＤ構造のノイズ除去コンデンサを有する導体路基板の回路図である。

図１は、直流モータ１０を火花ノイズ除去するための本発明の装置の基本回路を示す。直流モータ１０のロータ１２はブラシ１４ａと１４ｂを介して直流電源と接続されている。破線により囲まれた直流モータ１０用のノイズ除去回路１６は外部ノイズ除去コンデンサ１８，２０ａおよび２０ｂを有する。ここでコンデンサ１８はＣｘとして、コンデンサ２０ａと２０ｂはＣｙとして示されている。コンデンサ１８は直流電源網の接続端子２２ａと２２ｂとの間に接続されており、コンデンサ２０ａと２０ｂは直列に、同様に接続端子２２ａと２２ｂとの間に接続されている。ここでコンデンサ２０ａと２０ｂの接続点はアース端子２６に接続されている。従って外部ノイズ除去コンデンサ１８、並びに２０ａと２０ｂは三角回路を形成し、それらのコーナ点のうち２つがモータの接続端子２２ａと２２ｂに、第３のコーナ点がアース２６と接続されている。

さらなるノイズ除去手段としてノイズ除去回路１６はノイズ除去リング２４を有する。このノイズ除去リングの構造と接続を以下に詳細に説明する。ノイズ除去リング２４はディスクとして構成することもできる。このノイズ除去リングはロータ１２のブラシ１４ａ，１４ｂ、すなわちモータのノイズ源に直接配属されている。このことは外部ノイズ除去コンデンサ１８および２０ａ，２０ｂにも当てはまる。このことを以降の図面に基づいて詳細に説明する。従来の電気モータ用火花ノイズ除去回路は通常、外部ノイズ除去フィルタの構造により実現されるが、これとは異なり本発明の装置により空間的および構造的に最適のノイズ除去装置が得られる。これによりノイズ除去素子をノイズ源の領域に直接組み込むことができる。すなわち整流子とブラシからなる転流システムに直接組み込むことができる。本発明のノイズ除去装置は、転流システムへのこの組み込み可能性に基づきモータ給電線路でのインダクタンスがなくても大丈夫である。このインダクタンスは従来の回路ではモータ端子線路にそれを配置するため、全モータ電流に対して設計しなければならず、従って大きな構造寸法を有し、高いコストの原因となっていた。

図２には直流モータのロータ１２がブラシ１４ａ，１４ｂの領域で詳細に示されている。コンデンサ１８並びに２０ａ，２０ｂは図１に基づきすでに説明したが、図２の構成でも変化はない。ノイズ除去リング２４の個々の素子には図２では参照符号５６が付してある。図示の実施形態でこれらの構成素子はそれぞれ１つのバリスタ２８とコンデンサ３０を有する。ここでバリスタ２８はオーム抵抗により置換またはこれを補充することができる。３２により整流子３４の積層板が示されており、これらとは個々のノイズ除去素子５６が端子を以て接続されている。ブラシ１４３ａ，１４ｂと整流子３４の積層板３２との間の移行抵抗は４０により示されている。ノイズ除去素子５６の積層板３２とは反対側の端部は図２の構成では、相互にリング状に接続されており、仮想ゼロ点３３を形成している。

ロータ１２の巻線は図２にそれぞれ巻線抵抗４２と巻線インダクタンス４４とにより２つのコレクタ積層板３２の間に示されており、整流子にある巻線端子は５０により示されている。

モータの動作中には各転流の際に火花が発生する。なぜならブラシ１４ａ，１４ｂが一方の積層板３２から次の積層板へスライドするときに相応の巻線インダクタンス４４が巻線抵抗４２とブラシ移行抵抗４０を介して短絡するからである。しかし巻線インダクタンス４４に蓄積されたエネルギーは、ブラシ１４ａないし１４ｂを介する短絡が終了し、巻線インダクタンス４４に蓄積されたエネルギーが巻線抵抗４２で熱として放出されても完全には消滅しない。この場合、ブラシ１４と積層板３２の後続端部との間で火花放電が形成される。この火花放電は一方ではモータの寿命を短縮し、他方では火花ノイズの原因となる。このことが提案された手段により抑圧されるか、またはＥＭＣの点で許容される程度まで低減される。ここでの重点は、長波、中波、および短波領域での線路に結び付いた不要輻射にある。

本発明では火花ノイズ除去が効果的かつ経済的に、ノイズ除去リング２４を少なくとも１つの外部コンデンサ１８と結合することにより達成される。ここでノイズ除去リング２４の各素子は有利にはバリスタ２８およびコンデンサ３０を有する。このノイズ除去リング２４は約３０ＭＨｚから１２０ＭＨｚの周波数領域、すなわちＶＨＦ領域で作用する。外部コンデンサ１８はそれより下の周波数領域、すなわち長波、中波、短波のラジオ周波数領域で作用する。ここで外部コンデンサ１８は１５０ｎＦから数μＦの間の容量値を有する。外部ノイズ除去コンデンサ２０ａと２０ｂがこれに加えられ、これらはそれぞれコンデンサ１８の容量値の約１／１０を有している。これによりフィルタコンデンサ１８，２０ａおよび２０ｂからなる三角回路の作用は約１０ｋＨｚから約５０ＭＨｚに及ぶ。２つのノイズ除去手段を組み合わせることにより、全体で対象となるノイズ電圧、周波数領域が網羅され、線路に結び付かないＶＨＦ領域でのノイズ電界強度も抑圧される。ここでは端部がアースに接続された外部ノイズ除去コンデンサ２０ａと２０ｂがノイズ除去リング２４の作用を支援し、ノイズ除去リングの個別素子５６は仮想ゼロ点３３への統合接続によって類似の作用を示す。ここで構成素子５６のコンデンサ３０の容量値は約１ｎＦから３００ｎＦの間であり、バリスタ２８は１０ｍＡの電流が流れるとき約１Ｖから１００Ｖの電圧降下を引き起こす。ノイズ除去素子５６のバリスタ２８および／またはコンデンサ３０に直列、または場合により並列な付加的なオーム抵抗は約１Ωから１００ｋオームの間の値を有することができる。ノイズ除去素子５６の容量成分はその構造に起因している。なぜならセラミック材料から作製されるノイズ除去素子５６は所定の容量を有しているからであり、この容量は製造手段により限界へ変化することができる。

図３の回路装置は図２の回路装置に相応し、同じ部材には同じ参照符号が付してあり、再度説明を繰り返さない。図２の回路装置と異なる点は、ノイズ除去素子５６がその１つの端子だけを以てコレクタ積層板３２と接続されており、個々のノイズ除去素子５６は図３の構成ではその２つの端子を以て隣接する積層板３２に接続されている。従って隣接するノイズ除去素子５６は積層板３２を介して相互に接続されている。付加的にこれらはその端子間の接続を介して直接相互に接触接続しており、ノイズ除去リングを形成している。これとは異なり、図２の接続リング３３のコンタクト面は電気的低周波接続を有しておらず、リング３３と共に仮想ゼロ点を形成している。図３の回路構成では、ノイズ除去素子５６の全体ユニットが直列に接続されており、従って電気的に結合している。巻線インダクタンス４４に蓄積された転流エネルギーはここではそれぞれ１つのノイズ除去素子５６により吸収される。この回路は離散的構成素子によっても例えばＳＭＤ構成で実現することができる。この場合、回路素子は積層板３２の間の整流子３４に配置される。

図２の構成では、ノイズ電圧パルスの減衰が２つの直列に接続された少なくとも２つのノイズ除去素子５６により行われる。これらのノイズ除去素子は共に、モータ端子に対して並列なノイズ除去ユニットを形成し、このノイズ除去ユニットは転流ブラシ火花の他に搭載電源でのノイズパルスも減衰する。

これに対して図３の構成では、ノイズ電圧パルスの減衰が個々のノイズ除去素子５６を介して行われる。このノイズ除去素子５６はその端子を以て、負荷スイッチとして作用するカーボンブラシと整流子積層板からなる結合体に接触接続している。このようにしてノイズ除去素子５６をノイズ源にできるだけ接近させることにより、最適のノイズ除去が実現される。

図４は直流モータ１０の縦断面図を示す。ここでも同じ部材には図１から図３と同じ参照符号が付してある。ここにはモータの上側部分が断面で示されている。下側部分は切断図であり、ブラシ１４と積層板３２の表面が見える。図４の上部の断面図から分るように、ノイズ除去リング２４は整流子基体５８と一体になっており、整流子積層板３４の端子フック３６の下方にある。択一的に例えばノイズ除去リング２４を直接または間接的に、整流子基体５８の外側端面に固定することもできる。

端子フック３６には電機子巻線６２が整流子接続ワイヤ６４を介して固定されている。ここでこの固定点は図２および図３の巻線端子５０に相応する。整流子積層板３２には１１４の付されたブラシが載置されており、このブラシはブラシホルダ４６に保持され、プレッシャスプリング５３により整流子３４に押圧されている。ブラシホルダ４６はさらにソケット端子４８ａ，４８ｂを有し、これらのソケット端子は図２および図３の接続端子２２ａと２２ｂに相応する。これらのソケット端子４８ａ，４８ｂに導体路基板５２が機械的かつ電気的に固定されている。導体路基板の構造は図５に詳細に示されている。

最後に図４ではステータマグネット６６ａと６６ｂが示されており、これらは永久磁石として構成されている。ロータ１２は整流子２４も含めてロータシャフト６８に座しており、それ以上の構造的詳細は図示されていない。重要なことは火花ノイズ除去のための装置の全体ユニットがブラシホルダおよび整流子の領域に集中していることである。これによりノイズを直接その発生個所で抑圧することができ、線路接続をほぼ回避できる。

図５には、コンデンサ１８並びに２０ａと２０ｂを有する導体路基板５２が示されている。ブラシホルダ４６のソケット端子４８ａ，４８ｂからモータ１０のブラシへ至る導体路には５４と５５が付してある。この導体路５４と５５によりＳＭＤ素子として構成されたコンデンサ１８，２０ａ，２０ｂが金属化端子２１を介して直接接触接続される。さらなる接続は、アース２６に接続された導体路基板５８ヘのものである。ここでもコンデンサ２０ａと２０ｂのそれぞれの端子は相応に図２と図３の回路構成体に接触接続されている。

火花ノイズ除去のための装置全体が小型の構造を有するのは、ノイズ除去リング２４をノイズ除去コンデンサ１８，２０ａ，２０ｂの形態の離散的ノイズ除去素子と組み合わせているからである。ここでノイズ除去コンデンサは所要の容量値が比較的小さいのでＳＭＤ素子としてとりわけスペースを節約するように構成することができる。このことでノイズ除去リング２４の場合と同じように、ノイズ源の直接近傍でノイズを阻止することができる。高価で面倒なノイズ除去インダクタンスも省略することができ、完全のモータノイズ除去が配線された構成素子なしでも可能である。このことによりさらに寄生的な線路配線が低減される。最後にブラシホルダ４６をより小型かつより軽量に構成することができる。なぜならブラシホルダが大きな離散的構成素子を収容する必要がないからである。

図１は、電気転流機の本発明による火花ノイズ除去装置の基本回路図である。

図２は、転流機械の火花ノイズ除去回路装置の第１実施例を示し、ノイズ除去リングの個別素子は仮想ゼロ点に統合接続されている。

図３は、転流機械の火花ノイズ除去回路装置の第２実施例を示し、ノイズ除去リングの個別素子は隣接する整流子積層板と接続されている。

図４は、本発明の火花ノイズ除去装置を有する直流モータの縦断面図である。

図５は、ＳＭＤ構造のノイズ除去コンデンサを有する導体路基板の回路図である。

Claims (11)

1. 電機転流機、とりわけ直流モータの火花ノイズ除去装置であって、
   ブラシを介して給電されるロータと、ノイズ除去回路とを有し、
   該ノイズ除去回路は少なくとも１つのコンデンサおよび有利には別のノイズ除去素子を有する形式の火花ノイズ除去装置において、
   ノイズ除去回路（１６）は一方でノイズ除去リング（２４）またはノイズ除去ディスクと、他方で少なくとも１つの別の外部ノイズ除去コンデンサ（１８，２０）を有し、
   前記ノイズ除去リング（２４）またはノイズ除去ディスクは少なくとも１つのバリスタ（２８）または抵抗および／または少なくとも１つのコンデンサ（３０）を有する、
   ことを特徴とするノイズ除去装置。
2. ノイズ除去リング（２４）は少なくとも１つの外部ノイズ除去コンデンサ（１８，２０）と、電気機械（１０）の接続端子（２２ａ，２２ｂ）間で結合されている、請求項１記載のノイズ除去装置。
3. ノイズ除去リング（２４）は、外部コンデンサ（１８；２０ａ，２０ｂ）からなる三角回路と結合されており、
   該三角回路は一方ではモータ接続端子（２２ａ，２２ｂ）間に、他方ではアース（２６）に接続されている、請求項１または２記載のノイズ除去装置。
4. 外部コンデンサ（１８；２０ａ，２０ｂ）および／またはノイズ除去リング（２４）は構造的にノイズ源（３４，３８）と密に接続されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のノイズ除去装置。
5. 外部コンデンサ（１８；２０ａ，２０ｂ）は導体路基板（５２）に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のノイズ除去装置。
6. 導体路基板（５２）はブラシホルダ（４６）に電気的かつ機械的に固定されている、請求項５記載のノイズ除去装置。
7. 別のノイズ除去コンデンサ（１８；２０ａ，２０ｂ）はＳＭＤ素子として構成されており、導体路基板（５２）上で有利にはブラシホルダ（４６）に配置されている、請求項１から６までノイズか１項記載のノイズ除去装置。
8. ノイズ除去リング（２４）は整流子（３４）に電気的かつ機械的に固定されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のノイズ除去装置。
9. 隣接する巻線端子（５０）間のノイズ除去リング（２４）は整流子（３４）に、ノイズ除去素子としてそれぞれ少なくとも１つのバリスタ（２８）およびコンデンサ（３０）を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載のノイズ除去装置。
10. ノイズ除去リング（２４）の個々の素子（２８，３０）は一方ではそれぞれ端子を以て整流子積層板（３２）と接触接続しており、他方ではそれぞれ２つの端子を以て相互に接続されており、仮想ゼロ点（３３）を形成している、請求項１から９までのいずれか１項記載のノイズ除去装置。
11. ノイズ除去リング（２４）の個々の素子（２８，３０）はその２つの端子を以て隣接するコレクタ積層板（３２）とおよび／または相互に直接接続されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のノイズ除去装置。

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