JP2005528072A - 電動モータ用のための整流子 - Google Patents

Abstract

本発明は整流子に関し、該整流子はモータ電機子軸に配置された円筒形のコレクタ（１）及び接触手段（４，５）を備えており、接触手段が、コレクタ（１）の回転中に、コレクタ（１）に設けられた接触片（３）の少なくとも２つに接触して、これによって当該接触片（３）と外部の電流接続部（２１，２２）との間の電気的な結合部を形成するようになっている形式のものである。著しく摩耗の少ない整流子を提供するために本発明では、接触手段が、コレクタ（１）の軸方向で相前後して配置された導電性の少なくとも２つの円筒体（４，５）から成っており、円筒体の縦軸線（６，７）がコレクタ（１）の縦軸線（２，３０）に対して平行に位置しており、かつ少なくとも２つの円筒体（４，５）がコレクタ（１）に対して次のように配置され、かつ次のような直径を有しており、即ち、コレクタ（１）が回転に際して少なくとも２つの円筒体（４，５）の内周面（８）若しくは外周面に沿って転動し、かつその際に、存在する各円筒体（４，５）がそれぞれ常にコレクタ（１）の１つの接触薄片（３）とのみ接触するようになっている。

Description

本発明は、電動モータ用の整流子であって、整流子がモータ電機子軸に配置された円筒形のコレクタ及び接触手段を備えており、接触手段が、コレクタの回転中に、コレクタに設けられた少なくとも２つの接触片に接触して、当該接触片と外部の電流接続部との間の電気的な結合部を形成するようになっている形式のものに関する。

コレクタの接触片をカーボンブラシが摺動して、直流を電機子巻線に伝送する形式の整流子は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７５２６２６Ａ１号明細書によって公知である。カーボンブラシを備えたこの種の整流子は通常、直流電動モータ若しくはユニバーサルモータのために使用される。この形式の整流子は欠点として著しく摩耗を伴い、従ってカーボンブラシを交換しない限り、電動モータの耐用寿命が著しく低下する。カーボンブラシを交換可能にするためには、比較的高い構造経費が必要になる。このように摩耗を伴う機械的な整流子に対する選択的な解決手段として、純粋に電気式に整流される電気的な機器が存在している。しかしながら電気的な整流のために必要な電子回路装置は比較的複雑であり、それに伴ってコスト高になる。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の電動モータ用の整流子を改良して、純粋に機械式に作動するものの、著しく低摩耗の整流子を提供することである。

前記課題が、請求項１の特徴部に記載した構成手段によって解決される。この場合、電動モータのコレクタが接触手段（接触機構）を有しており、接触手段がコレクタの回転中に、該コレクタに設けられた複数の接触片の少なくとも２つに接触し、ひいては当該接触片と外部の電流接続端子との間に電気な結合部を形成する。本発明では接触手段が、コレクタの軸方向で相前後して配置された導電性の少なくとも２つの円筒体から成っており、円筒体の縦軸線がコレクタの縦軸線に対して平行に位置している。少なくとも２つの円筒体はコレクタに対して次のように配置されて、次のような直径を有しており、即ちコレクタがその回転時に少なくとも２つの円筒体の内面又は外面上を転動し、しかもその転動時に、存在する各円筒体が常にそれぞれコレクタの１つの接触片とのみ接触させられるようになっている。コレクタがその接触片で以て円筒体に沿って転動し、かつコレクタと円筒体との間に摺動接触が生じないことによって、整流子に所属する部分の受ける摩耗が、極めて微少になる。このような整流子を装備した電動モータの場合にはその全耐用寿命にわたって、カーボンブラシを装備した整流子の場合のような部品交換の必要がなくなる。さらに本発明の機械式整流子の場合の故障確率は、電気整流式電動モータの場合よりも僅かになる。それというのは整流回路装置の電気的な構成素子は、或る程度の故障確率を免れないからである。

本発明の有利な構成手段及び実施形態が従属請求項に記載してある。

導電性の円筒体の有利な実施形態は、導電性の円筒体がコレクタの縦軸線に対して偏心的に支承されている点にある。

第１実施形態では導電性の円筒体は、それぞれ１つのインナーリングとアウターリングとを有する転がり軸受として構成されている。転がり軸受がコレクタを包囲しており、コレクタを転動させる転がり軸受のインナーリングが回転可能に支承されており、アウターリングが定位置で、即ち位置不動である。第２実施形態では導電性の円筒体が、やはりそれぞれ１つのインナーリングとアウターリングとを有する転がり軸受として構成されている。しかしこの場合には転がり軸受が、コレクタの内部に配置されており、コレクタを転動させる転がり軸受のアウターリングが回転可能に支承されており、インナーリングが定位置である。

転がり軸受の定位置のインナーリング若しくは定位置のアウターリングと外部の電流接続子との間に電気結合部を形成する手段が設けられている。その場合、転がり軸受の定位置のアウターリング若しくは定位置のインナーリングと外部の電流接続子との間を電気結合する手段は、殊に有利にはスタッド若しくはピンから成っており、スタッド若しくはピンが、アウターリング若しくはインナーリングを位置決めする単数又は複数の受容部を通して外部から螺合されて、スタッド若しくはピンの端部がアウターリング若しくはインナーリングに当接している。

導電性の円筒体が半径方向で、円筒体の縦軸線に対して弾性的に支承されていることによって、コレクタの製作誤差に基づく非対称が簡単に補償される。

有利には、導電性円筒体のアウターリング若しくはインナーリングに当接して電気的接点を形成するスタッドが、円筒体をコレクタに圧着し、これによってスタッドが電気的機能と機械的機能とを同時に果たすようになっている。

次に図示の複数の実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。

図１は、電動モータ（例えば、直流電動モータ若しくはユニバーサル電動モータ）の整流子の縦断面図である。整流子は、縦軸線２を中心として回転可能に軸支されたコレクタ１を有し、縦軸線が、電動モータの複数の電機子巻線（図示せず）を装備したロータの回転軸線と合致している。コレクタ１は周知のようにその外周に複数の接触片３を有し、該接触片（薄片）は電機子巻線と電気的に結合されており、接触片を介して電機子巻線に電流が供給される。どのような手段でコレクタ１の単数又は複数の接触片３に電流を導入し、かつコレクタ１の別の単数又は複数の接触片３から電流を導出するかは、次に説明する通りである。電流を導入及び導出する接触手段が、整流子の図１の断面図によって推測されるものであり、接触手段の構成が、矢印Ａの方向に見た図２の正面図及び矢印Ｂの方向に見た図３の背面図でも示してある。

接触手段は、コレクタ１の軸方向で相前後して配置された導電性の２つの円筒体４，５から成っている。導電性円筒体４が縦軸線６を中心として回転可能に支承され、また導電性円筒体５が縦軸線７を中心として回転可能に支承されており、しかも円筒体４，５の両方の縦軸線６，７がコレクタ１の縦軸線２に対して偏心的に位置している。円筒体４，５の両方の縦軸線６，７は、コレクタ１の縦軸線２に対して互いに同じ距離だけずらされている。

導電性円筒体４は、各１つのインナーリング８及びアウターリング９を有する転がり軸受として構成されており、インナーリング８とアウターリング９との間に転動体１０、例えばボール、ころ又はニードルを配置してあり、転動体が、共通の縦軸線６を中心としたインナーリング８とアウターリング９との相対的な回動を可能にする。導電性円筒体４と同じ形式で導電性円筒体５も構成されており、導電性円筒体５も同じく、インナーリング１１、アウターリング１２及び、両者間に介在して支承された転動体１３、即ちボール、ころ又はニードルから成っている。

軸方向で相前後して配置された両方の円筒体４，５は、コレクタ１を同心的に包囲する１つのケーシング１４によって保持されている。ケーシング１４が有利には電気絶縁性材料から成っている。両方の円筒体４，５のアウターリング９，１２がケーシング１４内に定位置（定置）に取り付けられている。円筒体４，５はケーシング１４内に半径方向で縦軸線６，７に対して弾性的に支承されている。両方の円筒体４，５の弾性的な支承が、例えば円筒体４，５のアウターリング９，１２とケーシング１４の内壁との間に挿嵌されたゴムリング１５，１６によって行われてよい。弾性リング１５，１６が、ゴムに代えて別の弾性材料から成っていてよい。有利には導電性円筒体４，５の各アウターリング９，１２と、該アウターリングを包囲するゴム弾性リング１５，１６との間に、導電性材料から成る接触リング１７，１８を挿入してある。

次に説明するように、両方の円筒体４，５のアウターリング９，１２に接触する接触リング１７，１８が、電流導入若しくは電流導出の接触スタッド１９，２０を導電性円筒体４，５と電気的に接続するために役立っている。接触スタッド１９が、導電性円筒体４の縦軸線６に対して垂直に外部からケーシング１４内に螺入される。接触スタッドの、ケーシング１４から突出する端部が、接触片（接触端子）２１として構成されていて、電流源からの導線に接続される。接触スタッド１９の、ケーシング１４の内部寄り端部は、減径された段部２３として形成され、該減径段部が接触リング１７を貫通されて導電性円筒体４のアウターリング９に当接している。従って電流が接触スタッド１９、アウターリング９及び転動体１０を経て導電性円筒体４のインナーリング８にまで流れるようになっている。他方の接触スタッド２０も、接触スタッド１９と同じ形式で形成されている。接触スタッド２０は、ケーシング１４から突出した端部に接触片２２を有し、かつ接触スタッド２０の、ケーシング１４内へ突入した端部に減径された段部２４を有し、該段部が接触リング１８を貫通されて導電性円筒体５のアウターリング１２に当接している。

整流子の矢印Ａ及び矢印Ｂの方向に見た図２及び図３から推測され得るように、コレクタ１の直径に対して両方の円筒体４，５のインナーリング８，１１の直径は、円筒体４，５のインナーリング８，１１がそれぞれコレクタ１の１つの接触片としか接触していないように選ばれている。しかも両方の円筒体４，５のインナーリング８，１１が、互いにコレクタ１の直径方向で対置する接触片に接触するようになっている。両方の円筒体４，５のうちの一方の円筒体を介してコレクタ１の１つの接触片３に電流が給電され、かつ両方の円筒体４，５のうちの他方の円筒体を介してコレクタ１の別の１つの接触片から電流が導出される。接触スタッド１９，２０をケーシング１４内へ、程度の差こそあれ深く螺入することによって、導電性円筒体４，５を、ゴム製弾性リング１５，１６によって発生されたばね力に抗してコレクタ１の接触片３に圧着することが可能である。電動モータのロータと結合されたコレクタがその縦軸線２を中心として回転すると、接触片３が、偏心的に配置された両方の円筒体４，５のインナーリング８，１１上を転動する。インナーリング８，１１が円筒体４，５のアウターリング９，１２に対して縦軸線６，７を中心として回転させられるので、インナーリング８，１１に沿ったコレクタ１の接触片３の前述の転動運動が生ぜしめられ、これによって摺動接触（カーボンブラシ接触の場合）に対比して著しく低摩耗の転動式接点接触が行われる。

図示の実施例ではコレクタ１のその都度２つの接触片しか円筒体４，５によって接触されず、即ち一方の接触片が給電のために接触され、かつ他方の接触片が電流導出のために接触されるものであるが、相前後に配置された２つよりも多くの導電性の円筒体を設けて、給電及び電流導出のためにコレクタの複数の接触片を設けることもできる。

図１、図２及び図３に示す実施例の整流子の場合には、コレクタ１が、両方の円筒体４，５のインナーリング８，１１に沿って転動するようになっており、即ち、両方の円筒体４，５がコレクタ１よりも大きな直径を有しており、その結果、円筒体４，５がコレクタ１を包囲している。図４から明らかなように、前述の実施例とは反対に、コレクタ２５が導電性の円筒体２６，２７を包囲していてよい。図４の正面図には、内部に配置された導電性の２つの円筒体２６，２７を備えるコレクタ２５が示されており、図示されており、円筒体の縦軸線２８，２９が、コレクタ２５の縦軸線３０に対して平行に、かつ該縦軸線に対して偏心的にずらされて延びている。図面を見易くするために図４では、整流子のケーシング、導電性の両方の円筒体２６，２７のための支承部及び接触手段が図示を省かれている。前述の実施例の場合と全く同様に導電性の円筒体２６が、インナーリング３１、アウターリング３２及び、両者間に支承された転動体３３、例えばボール、ころ又はニードルから成っており、かつ導電性の円筒体２７が、インナーリング３４、アウターリング３５及び、両者間に支承された転動体３６、例えばボール、ころ又はニードルから成っている。導電性の両方の円筒体２６，２７の各インナーリング３１，３４が定位置であり、かつアウターリング３２，３５がインナーリング３１，３４に対して円筒体２６，２７の縦軸線２８，２９を中心として回転可能である。コレクタ２５の接触片３７が、整流子の本実施例では両方の円筒体２６，２７のアウターリング３２，３５上を転動するようになっている。両方の円筒体２６，２７への給電及び該円筒体からの電流導出は、図４には図示していないが、やはり接触スタッドによって行われ、該接触スタッドが、導電性の円筒体２６，２７の定位置のインナーリング３１，３４に接続される。

両方の円筒体４，５；２６，２７に対する電流の流れ方向を変換することによって、モータの左周りと右回りとが切り換えられる。さらに導電性の円筒体４，５；２６，２７を備えた電動モータは簡単に制動することができ、即ちコレクタ１，２５の接触片３，３７に沿って転動するアウターリング９，１２若しくはインナーリング３１，３４が制動され、或いは異なった方向に回転させられる。

コレクタを包囲する２つの円筒体を備えた整流子の縦断面図 図１に示した整流子の正面図 図１に示した整流子の背面図 コレクタの内部に配置された２つの円筒体を備えた整流子の正面図

符号の説明

１ コレクタ、 ２ 縦軸線、 ３ 接触片、 ４，５ 円筒体、 ６，７ 縦軸線、 ８ インナーリング、 ９ アウターリング、 １０ 転動体、 １１ インナーリング、 １２ アウターリング、 １３ 転動体、 １４ ケーシング、 １５，１６ ゴムリング、 １７，１８ 接触リング、 １９，２０ 接触スタッド、 ２１，２２ 接触片、 ２３，２４ 段部、 ２５ コレクタ、 ２６，２７ 円筒体、 ２８，２９ 縦軸線、 ３０ 縦軸線、 ３１ インナーリング、 ３２ アウターリング、 ３３ 転動体、 ３４ インナーリング、 ３５ アウターリング、 ３６ 転動体、 ３７ 接触片

Claims (9)

1. 電動モータ用の整流子であって、該整流子はモータ電機子軸に配置された円筒形のコレクタ（１，２５）及び接触手段（４，５，２６，２７）を備えており、接触手段が、コレクタ（１，２５）の回転中に、コレクタ（１，２５）に設けられた少なくとも２つの接触片（３，３７）に接触して、当該接触片（３，３７）と外部の電流接続部（２１，２２）との間の電気的な結合部を形成するようになっている形式のものにおいて、接触手段が、コレクタ（１，２５）の軸方向で相前後して配置された導電性の少なくとも２つの円筒体（４，５，２６，２７）から成っており、円筒体の縦軸線（６，７，２８，２９）がコレクタ（１，２５）の縦軸線（２，３０）に対して平行に位置しており、かつ少なくとも２つの円筒体（４，５，２６，２７）がコレクタ（１，２５）に対して次のように配置され、かつ次のような直径を有しており、即ち、コレクタ（１，２５）が回転に際して少なくとも２つの円筒体（４，５，２６，２７）の内面（８，１１）若しくは外面（９，１２）に沿って転動し、かつその際に、存在する各円筒体（４，５，２６，２７）がそれぞれ常にコレクタ（１，２５）の１つの接触片（３，３７）とのみ接触するようになっていることを特徴とする、電動モータ用の整流子。
2. 導電性の円筒体（４，５，２６，２７）が、コレクタ（１，２５）の縦軸線（２，３０）に対して偏心的に支承されている請求項１記載の整流子。
3. 導電性の円筒体（４，５）が、それぞれ１つのインナーリング（８，１１）とアウターリング（９，１２）とを有する転がり軸受として構成されており、円筒体（４，５）がコレクタ（１）を包囲し、かつコレクタ（１）を転動させる円筒体（４，５）のインナーリング（８，１１）が、回転可能に支承されており、かつアウターリング（９，１２）が定位置である請求項１又は２記載の整流子。
4. 導電性の円筒体（２６，２７）が、それぞれ１つのインナーリング（３１，３４）とアウターリング（３２，３５）とを有する転がり軸受として構成されており、円筒体（２６，２７）がコレクタ（２５）の内部に配置されており、かつコレクタ（２５）を転動させる円筒体（２６，２７）のアウターリング（３２，３５）が回転可能に支承されており、かつインナーリング（３１，３４）が定位置である請求項１又は２記載の整流子。
5. 円筒体（４，５，２６，２７）の定位置のインナーリング（８，１１）若しくは定位置のアウターリング（３２，３５）と外部の電流接続子（２１，２２）との間に電気的な結合部を形成する手段（１９，２０）が設けられている請求項３又は４記載の整流子。
6. 円筒体（４，５）の定位置のアウターリング若しくは定位置のインナーリング（９，１２）と外部の電流接続子（２１，２２）との間を電気的に結合する手段が、スタッド（１９，２０）から成っており、スタッドが、アウターリング若しくはインナーリング（９，１２）を位置決めする単数又は複数の受容部（１４，１７，１８）を通して外部から螺合されており、スタッド端部（２３，２４）がアウターリング若しくはインナーリング（９，１２）に当接している請求項５記載の整流子。
7. 導電性の円筒体（４，５）が半径方向で、円筒体の縦軸線（６，７）に対してばね弾性的に支承されている請求項１から６までのいずれか１項記載の整流子。
8. 導電性の円筒体（４，５）をコレクタ（１）に圧着する手段（１９，２０）が設けられている請求項１から７までのいずれか１項記載の整流子。
9. 導電性の円筒体（４，５）のアウターリング若しくはインナーリング（９，１２）に当接して電気的的な接触を生ぜしめるスタッド（１９，２０）が、円筒体（４，５）をコレクタ（１）に圧着するようになっている請求項６又は８記載の整流子。

Images