JP2010166747A - Brush unit of rotating electric machine and rotating electric machine - Google Patents

Brush unit of rotating electric machine and rotating electric machine Download PDF

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Takayuki Ishizeki
隆行 石関
Shuji Uehara
修二 上原
Yasuhiro Takebe
康弘 竹部
Michinori Kojima
理規 小島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent brush wear in a motor using a disk commutator. <P>SOLUTION: A brush member 50 slidably contacting a plurality of sectorial conductor sections 36 radially arranged on the disk commutator 32 is formed so that its sliding surface becomes rectangular, and brushes are arranged so that both long sides of the rectangle become parallel to the diameter of the disk commutator. Since the brush unit is formed in a shape having edges slanting to the boundary line of the plurality of conductor sections, switching to a subsequent conductor section is gradually executed in the brush. Thus, rectification is good and spark at sudden switching is suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ディスクコンミテータを用いた回転電機のブラシ装置に関するものである。   The present invention relates to a brush device for a rotating electrical machine using a disk commutator.

従来、電動モータの給電装置として、ロータの軸線方向端部に取り付けられてロータと一体回転する円板状のディスクコンミテータと、モータハウジング側に固定配置されてディスクコンミテータと摺接するブラシ部材を含むブラシ装置とによるものがある(例えば、特許文献1、2)。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a power supply device for an electric motor, a brush including a disk-shaped disk commutator that is attached to an end portion in the axial direction of a rotor and rotates integrally with the rotor, and a brush member that is fixedly disposed on the motor housing side and slidably contacts the disk commutator There are those depending on the device (for example, Patent Documents 1 and 2).

特開2003−324908号公報JP 2003-324908 A 特開2004−304946号公報JP 2004-304946 A

上述のブラシ装置では、図8に示されるように、ディスクコンミテータ32を構成する複数の扇形状のセグメント36が円板面上で放射状に配設され、ブラシ60が円板面上の各セグメント36に対して順次摺接する。そのようなディスクコンミテータ32におけるブラシ60の摺接面の形状としては図に示されるようにディスクコンミテータ32の軸線方向(図面の表裏方向)から見た平面視で台形状に形成されている。しかしながら、セグメント36間の隙間からなる境界36aをブラシ60の縁が横切ってセグメント36を切り替える時に電流の正負の切り替わりがあり、その切り替わり変化が大きい場合には火花が生じ、それによりブラシ60の摩耗が早くなってしまうという問題がある。   In the brush device described above, as shown in FIG. 8, a plurality of fan-shaped segments 36 constituting the disk commutator 32 are arranged radially on the disk surface, and the brush 60 is provided in each segment 36 on the disk surface. Are slid sequentially. The shape of the sliding contact surface of the brush 60 in such a disc commutator 32 is formed in a trapezoidal shape in a plan view as seen from the axial direction (front and back direction in the drawing) of the disc commutator 32 as shown in the figure. However, when the segment 36 is switched across the border 36a formed by the gap between the segments 36 and the segment 36 is switched, there is a positive / negative switching of the current, and when the switching change is large, a spark is generated, thereby causing wear of the brush 60. There is a problem that becomes faster.

ブラシの磨耗を減らすため、円筒面形状のコンミテータを備えたブラシモータでは、ブラシの接触面をできるだけ広く取り、ブラシ電流密度を下げることが行われている。しかしながら、ブラシの接触面をできるだけ広くとるために、ディスクコンミテータを半径方向外側へ拡張すると、ディスクコンミテータの外側の制約を受け、限界がある。また、ディスクコンミテータを周方向(幅方向)へ拡張すると、導体数の制約を受けてしまうため、ブラシの接触面を広く取ることができない。すなわち、ディスクコンミテータのように扇形状のセグメントが放射状に配設されたものにおいて、ブラシの摺接面を増大させるには限界がある。   In order to reduce brush wear, brush motors equipped with a cylindrical surface commutator take the contact surface of the brush as wide as possible to reduce the brush current density. However, if the disk commutator is expanded radially outward in order to make the contact surface of the brush as wide as possible, there is a limitation due to restrictions on the outside of the disk commutator. Further, when the disk commutator is expanded in the circumferential direction (width direction), the contact number of the brush cannot be widened because the number of conductors is restricted. That is, there is a limit in increasing the sliding surface of the brush in the case where the fan-shaped segments are arranged radially like the disk commutator.

このような課題を解決して、ディスクコンミテータを用いた回転電機において、ブラシの摩耗を抑制し得ることを実現するために本発明に於いては、扇形導電体からなるセグメントを平面上で放射状に配設されたディスクコンミテータの当該複数のセグメントに摺接するブラシを有する回転電機のブラシ装置であって、前記ブラシの摺接面における前記摺接する方向の前側と後側との少なくとも一方の縁が、前記複数のセグメントを分割する境界線上にて当該境界線に対して斜行するように形成されているものとした。   In order to solve such problems and realize that in a rotating electric machine using a disk commutator, it is possible to suppress the wear of the brush, in the present invention, the segments made of fan-shaped conductors are radially formed on a plane. A brush device of a rotating electrical machine having a brush that is in sliding contact with the plurality of segments of the disposed disk commutator, wherein at least one edge of the front side and the rear side in the sliding contact direction of the sliding contact surface of the brush, It was formed so as to be skewed with respect to the boundary line on the boundary line dividing the plurality of segments.

特に、前記摺接面に凹部が設けられ、さらに前記凹部が、前記摺接面における前記摺接する方向に対して中央に設けられていると良く、また、前記摺接面が矩形に形成されていると良い。また、上記構成の回転電機のブラシ装置と、前記ブラシ装置が固定されるハウジングと、前記ハウジングに回転自在に支持される回転子とを有する回転電機であると良い。   In particular, the sliding surface is provided with a recess, and the recess is preferably provided in the center of the sliding surface with respect to the sliding contact direction, and the sliding surface is formed in a rectangular shape. Good to be. Moreover, it is good in the rotary electric machine which has the brush apparatus of the rotary electric machine of the said structure, the housing to which the said brush apparatus is fixed, and the rotor rotatably supported by the said housing.

このように本発明によれば、ディスクコンミテータにおけるブラシの形状を、複数のセグメントの境界線に対して斜行する縁を有する形状に形成したことから、ブラシにおける次のセグメントへの切り替わりが徐々に行われるため、整流性が良く、一気に切り替わった時に起きる火花が生じることを抑制し得る。   As described above, according to the present invention, since the shape of the brush in the disk commutator is formed to have a shape having an oblique line with respect to the boundary lines of the plurality of segments, the switching to the next segment in the brush is gradually performed. Since it is carried out, the rectification is good and it is possible to suppress the occurrence of sparks that occur when switching at a stroke.

また、従来のブラシ形状においては、ブラシの摺接面の一方の端部は、ディスクコンミテータと接触するが、ブラシの摺接面の他方の端部は、ディスクコンミテータと接触しない場合がある。それに対して、本発明のブラシのように、ブラシの摺接面に凹部を形成することによりブラシの摺接面の両端部に、バランスよく接触圧を加えることができ。さらに、ブラシの摺接面における摺接する方向に対して中央に溝を形成することで、通常形状のブラシの接触圧よりも高い圧力を、ブラシの両端部にバランスよく加えることができる。これにより、ブラシの両端部に高い接触圧を発生させることができ、ブラシの両端部はディスクコンミテータと確実に摺接するため、モータの使用の初期段階においてもモータの特性が安定する。   Further, in the conventional brush shape, one end of the slidable contact surface of the brush is in contact with the disk commutator, but the other end of the slidable contact surface of the brush may not be in contact with the disk commutator. On the other hand, like the brush of the present invention, the contact pressure can be applied in a balanced manner to both ends of the sliding surface of the brush by forming a recess on the sliding surface of the brush. Furthermore, by forming the groove in the center with respect to the sliding contact surface of the brush, a pressure higher than the contact pressure of the normal-shaped brush can be applied to both ends of the brush in a balanced manner. As a result, high contact pressure can be generated at both ends of the brush, and both ends of the brush are in sliding contact with the disk commutator, so that the motor characteristics are stabilized even in the initial stage of use of the motor.

また、摺接面が矩形であることにより、ブラシを直方体に形成することができるため加工が容易になると共に、ディスクコンミテータにおける扇形状のセグメントに対して、次のセグメントへの切り替わりの始めと終わりとの両部分で徐々に切り替わることを容易に実現でき、整流性をより一層向上し得る。また、上記したように構成された回転電機のブラシ装置を回転電機に設けることにより、ディスクコンミテータを用いた回転電機のブラシ耐摩耗性を向上し得る。   In addition, since the sliding contact surface is rectangular, the brush can be formed in a rectangular parallelepiped, which facilitates processing, and at the beginning and end of switching to the next segment for the fan-shaped segment in the disk commutator. Thus, it is possible to easily switch gradually at both portions, and to further improve the rectification. Further, by providing the rotating electrical machine with the brush device of the rotating electrical machine configured as described above, it is possible to improve the brush wear resistance of the rotating electrical machine using the disk commutator.

本実施形態の電動モータの全体構成を示す図である。It is a figure showing the whole electric motor composition of this embodiment. 図1の矢印II−II線に沿って見たディスクコンミテータおよびブラシを示す図である。It is a figure which shows the disk commutator and brush seen along the arrow II-II line | wire of FIG. (a)はディスクコンミテータの回転角度に対するブラシの接触面積の変化を示す図であり、(b)は接触抵抗の変化を示す図である。(A) is a figure which shows the change of the contact area of a brush with respect to the rotation angle of a disk commutator, (b) is a figure which shows the change of contact resistance. 整流曲線を示す図である。It is a figure which shows a rectification curve. (a)は従来のディスクコンミテータの回転角度に対するブラシの接触面積の変化を示す図であり、(b)は接触抵抗の変化を示す図である。(A) is a figure which shows the change of the contact area of the brush with respect to the rotation angle of the conventional disc commutator, (b) is a figure which shows the change of contact resistance. 図2の矢印VI−VI線に沿って見たブラシの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the brush seen along the arrow VI-VI line of FIG. (a)はブラシの別の形状を示す図であり、(b)はブラシのさらに別の形状を示す図である。(A) is a figure which shows another shape of a brush, (b) is a figure which shows another shape of a brush. 従来のディスクコンミテータおよびブラシを示す図である。It is a figure which shows the conventional disc commutator and a brush.

図1は、第1の実施形態の始動用電動機Mの全体構成を示している。始動用電動機Mは、車両のエンジン(不図示)に固定されるモータハウジング(ハウジング)16と、モータハウジング16に回転自在に支持される回転子30とを有している。モータハウジング16は、複数の永久磁石18を備えた円筒形状のヨーク10と、ヨーク10の一方の開口周縁部10aに固定され、給電部Eとブラシ装置40とを有するリアブラケット14と、ヨーク10の他方の開口周縁部10bに固定されるフロントブラケット12とを有している。   FIG. 1 shows the overall configuration of a starter motor M according to the first embodiment. The starter motor M includes a motor housing (housing) 16 fixed to an engine (not shown) of the vehicle, and a rotor 30 that is rotatably supported by the motor housing 16. The motor housing 16 includes a cylindrical yoke 10 having a plurality of permanent magnets 18, a rear bracket 14 that is fixed to one opening peripheral edge portion 10 a of the yoke 10, a power feeding portion E and a brush device 40, and the yoke 10. And a front bracket 12 fixed to the other opening peripheral edge portion 10b.

回転子30は、ブラシ装置40を介して、給電部Eと電気的に接続されるコイル28を有しており、永久磁石18に対向して、モータハウジング16の内部に配されている。そのため、給電部Eからブラシ装置40を介して、コイル28に電流が供給されると、回転子30は励磁される。すなわち、コイル28に電流が供給されると、回転子30には周方向に力が発生し、回転子30が回転し、エンジンは駆動される。   The rotor 30 includes a coil 28 that is electrically connected to the power feeding unit E via the brush device 40, and is disposed inside the motor housing 16 so as to face the permanent magnet 18. Therefore, when a current is supplied from the power supply unit E to the coil 28 via the brush device 40, the rotor 30 is excited. That is, when a current is supplied to the coil 28, a force is generated in the circumferential direction of the rotor 30, the rotor 30 rotates, and the engine is driven.

回転子30は、ロータコア26と、ディスクコンミテータ32と、ロータコア26とディスクコンミテータ32とが圧入されたシャフト24とを有している。回転子30のシャフト24の一方の端部24aは、リアブラケット14に圧入されたオイルレスメタル22に挿入され、回転子30のシャフト24の他方の端部24bは、フロントブラケット12に圧入されたベアリング20に挿入される。   The rotor 30 includes a rotor core 26, a disk commutator 32, and a shaft 24 into which the rotor core 26 and the disk commutator 32 are press-fitted. One end 24 a of the shaft 24 of the rotor 30 is inserted into the oilless metal 22 press-fitted into the rear bracket 14, and the other end 24 b of the shaft 24 of the rotor 30 is press-fitted into the front bracket 12. Inserted into the bearing 20.

回転子30のシャフト24には、ロータコア26とディスクコンミテータ32とが圧入されており、回転子30は、モータハウジング16によって回転自在に支持される。シャフト24の他方の端部24bには、ギヤ24cが形成されており、エンジンのギヤ(不図示)と噛合する。そのため、回転子30の回転に伴って、エンジンは駆動される。   A rotor core 26 and a disk commutator 32 are press-fitted into the shaft 24 of the rotor 30, and the rotor 30 is rotatably supported by the motor housing 16. A gear 24c is formed at the other end 24b of the shaft 24, and meshes with an engine gear (not shown). Therefore, the engine is driven as the rotor 30 rotates.

シャフト24に圧入されるロータコア26は、磁性材料からなる複数のコアプレートを積層形成したものであって、T字状のティース部120を有している。なお、第1の実施形態において、ロータコア26は、整流性を向上させるために、32個のティース部120を有している。ただし、整流性を向上させるためには、ロータコア26は、25個から35個のティース部120を有していれば良い。   The rotor core 26 press-fitted into the shaft 24 is formed by laminating a plurality of core plates made of a magnetic material, and has a T-shaped tooth portion 120. In the first embodiment, the rotor core 26 has 32 tooth portions 120 in order to improve rectification. However, in order to improve the rectification property, the rotor core 26 only needs to have 25 to 35 teeth portions 120.

積層形成されたロータコア26は、絶縁性を確保するためにコーティング材によって被覆されている。コーティング材によって被覆されたロータコア26のティース部120には、コイル28が巻装されており、コイル28は、コーティング材によってロータコア26に固定される。そのため、コイル28同士が接触する恐れはなく、コイル28の絶縁性は確保される。なお、始動用電動機Mの整流性を向上させるために、コイル28は、短節巻で、ロータコア26のティース部120に巻装されている。   The laminated rotor core 26 is covered with a coating material in order to ensure insulation. A coil 28 is wound around the teeth portion 120 of the rotor core 26 covered with the coating material, and the coil 28 is fixed to the rotor core 26 with the coating material. Therefore, there is no fear that the coils 28 are in contact with each other, and the insulation of the coil 28 is ensured. In addition, in order to improve the rectification property of the starting motor M, the coil 28 is wound around the tooth portion 120 of the rotor core 26 with a short-pitch winding.

シャフト24に圧入されるディスクコンミテータ32は、回転子30と一体に回転する。ディスクコンミテータ32は、複数の扇状の導電部(セグメント)36を有しており、円盤状に形成された絶縁性のベース部材34は、扇状に形成された導電部36を含んで、インサート成形されている。なお、ディスクコンミテータ32には、コイル28がヒュージングによって接続される。このため、ディスクコンミテータ32は、ロータコア26に巻装されたコイル28と電気的に接続される。   The disk commutator 32 press-fitted into the shaft 24 rotates integrally with the rotor 30. The disk commutator 32 has a plurality of fan-shaped conductive portions (segments) 36, and the insulating base member 34 formed in a disk shape includes the conductive portions 36 formed in a fan shape and is insert-molded. ing. The coil 28 is connected to the disk commutator 32 by fusing. For this reason, the disk commutator 32 is electrically connected to the coil 28 wound around the rotor core 26.

モータハウジング16は、円筒状に形成されたヨーク10と、ヨーク10の一方の開口周縁部10aとインロー嵌合するリアブラケット14と、ヨーク10の他方の開口周縁部10bとインロー嵌合するフロントブラケット12とを有している。始動用電動機Mは、リアブラケット14に形成された脚部14kを介して、ボルト(不図示)などによって、エンジンに固定される。   The motor housing 16 includes a yoke 10 formed in a cylindrical shape, a rear bracket 14 that fits in one opening peripheral portion 10a of the yoke 10, and a front bracket that fits in another opening peripheral portion 10b of the yoke 10. 12. The starting electric motor M is fixed to the engine by a bolt (not shown) or the like via a leg portion 14k formed on the rear bracket 14.

ヨーク10は、鉄などの磁性材によって円筒状に形成されており、ヨーク10には、複数の永久磁石18が磁極を交互にして配設されている。ヨーク10の一方の開口周縁部10aは、リアブラケット14とインロー嵌合し、ヨーク10の他方の開口周縁部10bは、フロントブラケット12とインロー嵌合する。そのため、ヨーク10の開口周縁部10a、10bは、肉薄に形成されている。   The yoke 10 is formed in a cylindrical shape by a magnetic material such as iron, and a plurality of permanent magnets 18 are alternately arranged on the yoke 10 with magnetic poles. One opening peripheral edge portion 10a of the yoke 10 is inlay-fitted with the rear bracket 14, and the other opening peripheral edge portion 10b of the yoke 10 is inlay-fitted with the front bracket 12. Therefore, the opening peripheral portions 10a and 10b of the yoke 10 are formed thin.

ヨーク10の他方の開口周縁部10bにインロー嵌合されたフロントブラケット12には、ボルト114が挿入される。ボルト114は、ヨーク10を介して、リアブラケット14に形成されたボルト孔(図示せず)に螺入される。すなわち、ヨーク10と、リアブラケット14と、フロントブラケット12とは、ボルト114によって一体化され、始動用電動機Mを構成する。なお、ヨーク10の一方の開口周縁部10aとリアブラケット14の開口周縁部14aとの間には、ゴム製の角リング116が配されており、ヨーク10の他方の開口周縁部10bとフロントブラケット12の開口周縁部12aとの間には、ゴム製の角リング116が配されている。すなわち、角リング116によって、ヨーク10とリアブラケット14の間はシールされ、ヨーク10とフロントブラケット12との間は、シールされる。そのため、モータハウジング16の内部には、外部から水等が浸入することはない。   Bolts 114 are inserted into the front bracket 12 that is inlay-fitted to the other opening peripheral edge portion 10 b of the yoke 10. The bolt 114 is screwed into a bolt hole (not shown) formed in the rear bracket 14 via the yoke 10. That is, the yoke 10, the rear bracket 14, and the front bracket 12 are integrated by the bolts 114 to constitute the starter motor M. A rubber-made square ring 116 is disposed between one opening peripheral portion 10a of the yoke 10 and the opening peripheral portion 14a of the rear bracket 14, and the other opening peripheral portion 10b of the yoke 10 and the front bracket. A rubber square ring 116 is disposed between the twelve opening peripheral edges 12a. That is, the square ring 116 seals between the yoke 10 and the rear bracket 14, and seals between the yoke 10 and the front bracket 12. Therefore, water or the like does not enter the motor housing 16 from the outside.

フロントブラケット12は、アルミダイキャストによって碗状に形成されており、ヨーク10の一方の開口周縁部10bとインロー嵌合する。そのため、フロントブラケット12の開口周縁部12aは、肉薄に形成されている。フロントブラケット12には、筒形状のボス部12bが形成されており、ボス部12bには、Oリング112が固定されている。そのため、エンジンに取り付けられた始動用電動機Mは、Oリング112によってシールされる。   The front bracket 12 is formed in a bowl shape by aluminum die-casting, and is fitted in-slot with one opening peripheral edge portion 10 b of the yoke 10. Therefore, the opening peripheral edge portion 12a of the front bracket 12 is formed thin. The front bracket 12 is formed with a cylindrical boss portion 12b, and an O-ring 112 is fixed to the boss portion 12b. Therefore, the starting electric motor M attached to the engine is sealed by the O-ring 112.

フロントブラケット12には、ベアリング20とオイルシール109とが圧入されている。そのため、モータハウジング16の内部には、エンジンオイルが浸入することはない。また、フロントブラケット12に圧入されたベアリング20には、回転子30のシャフト24の他方の端部24bが挿入される。そのため、回転子30は、フロントブラケット12によって回転自在に支持される。   A bearing 20 and an oil seal 109 are press-fitted into the front bracket 12. Therefore, engine oil does not enter the motor housing 16. The other end 24 b of the shaft 24 of the rotor 30 is inserted into the bearing 20 press-fitted into the front bracket 12. Therefore, the rotor 30 is rotatably supported by the front bracket 12.

リアブラケット14は、アルミダイキャストによって碗状に形成されており、ヨーク10の一方の開口周縁部10aとインロー嵌合する。そのため、リアブラケット14の開口周縁部14aは、肉薄に形成されている。なお、第1の実施形態において、リアブラケット14は、小型に形成されている。具体的には、リアブラケット14の外径は、60mmから68mmの範囲内に設定されている。   The rear bracket 14 is formed in a bowl shape by aluminum die-casting, and is inlay-fitted with one opening peripheral edge portion 10 a of the yoke 10. Therefore, the opening peripheral edge portion 14a of the rear bracket 14 is formed thin. In the first embodiment, the rear bracket 14 is formed in a small size. Specifically, the outer diameter of the rear bracket 14 is set within a range of 60 mm to 68 mm.

リアブラケット14は、回転子30と電気的に接続される給電部Eと、ブラシ装置40とを有している。給電部Eは、リアブラケット14に固定されたターミナルボルト100を有しており、ターミナルボルト100は、不図示の外部電源と接続される。ブラシ装置40は、ブラシホルダ42と、ブラシホルダ42上に形成された複数のブラシ収容部48とを有しており、ブラシ収容部48に収容された複数のブラシ部材50は、ディスクコンミテータ32の導電部36と摺接する。   The rear bracket 14 includes a power feeding unit E that is electrically connected to the rotor 30 and a brush device 40. The power feeding unit E has a terminal bolt 100 fixed to the rear bracket 14, and the terminal bolt 100 is connected to an external power source (not shown). The brush device 40 includes a brush holder 42 and a plurality of brush accommodating portions 48 formed on the brush holder 42, and the plurality of brush members 50 accommodated in the brush accommodating portion 48 are included in the disk commutator 32. It is in sliding contact with the conductive portion 36.

給電部Eは、ターミナルボルト100を有している。ターミナルボルト100は、リアブラケット14の内側からブラシ装置40を介して、リアブラケット14に形成された貫通孔106に挿入される。貫通孔106に挿入されたターミナルボルト100には、リアブラケット14の外側からナット108が螺入される。したがって、ターミナルボルト100は、ナット108によってリアブラケット14に固定される。   The power feeding unit E has a terminal bolt 100. The terminal bolt 100 is inserted into the through hole 106 formed in the rear bracket 14 through the brush device 40 from the inside of the rear bracket 14. A nut 108 is screwed into the terminal bolt 100 inserted into the through hole 106 from the outside of the rear bracket 14. Accordingly, the terminal bolt 100 is fixed to the rear bracket 14 by the nut 108.

リアブラケット14の中央には、円筒形状のボス部14bが突出形成されており、ボス部14bには、オイルレスメタル22が圧入されている。ボス部14bに圧入されたオイルレスメタル22には、回転子30のシャフト24の一方の端部24aが挿入される。すなわち、回転子30は、リアブラケット14によって回転自在に支持される。   At the center of the rear bracket 14, a cylindrical boss portion 14b is formed to protrude, and an oilless metal 22 is press-fitted into the boss portion 14b. One end portion 24a of the shaft 24 of the rotor 30 is inserted into the oilless metal 22 press-fitted into the boss portion 14b. That is, the rotor 30 is rotatably supported by the rear bracket 14.

ブラシホルダ42は、正極ターミナルプレート70と負極ターミナルプレート(図示せず)の双方を含んで、インサート成形されている。なお、実施形態では、正極ターミナルプレート70および負極ターミナルプレートは、プレス加工によって形成された金属板である。また、ブラシホルダ42は、リアブラケット14に形成されたボス部14bを外嵌する円筒部44と、円筒部44の一方の端部に形成され、リアブラケット14の底面に当接するフランジ部46と、円筒部44を囲んでフランジ部46上に形成された複数のブラシ収容部48とを有している。ブラシ収容部48には、正極ブラシ部材50と負極ブラシ部材(図示せず)とが交互に収容されており、正極ブラシ部材50および負極ブラシ部材は、カーボン材等によってそれぞれ同一の形状に形成されている。なお、正極ブラシ部材50および負極ブラシ部材は、ブラシ収容部48に収容された圧縮コイルばね62(図3参照)によって付勢され、ディスクコンミテータ32の導電部36に摺接する。ターミナルボルト100の頭部102には、正極ブラシ部材50のピグテールが接続されている。   The brush holder 42 is insert-molded including both the positive terminal plate 70 and the negative terminal plate (not shown). In the embodiment, the positive terminal plate 70 and the negative terminal plate are metal plates formed by pressing. Further, the brush holder 42 includes a cylindrical portion 44 that externally fits the boss portion 14 b formed on the rear bracket 14, and a flange portion 46 that is formed at one end of the cylindrical portion 44 and contacts the bottom surface of the rear bracket 14. And a plurality of brush accommodating portions 48 formed on the flange portion 46 so as to surround the cylindrical portion 44. In the brush accommodating portion 48, positive brush members 50 and negative brush members (not shown) are alternately accommodated, and the positive brush members 50 and the negative brush members are respectively formed in the same shape by a carbon material or the like. ing. The positive brush member 50 and the negative brush member are urged by a compression coil spring 62 (see FIG. 3) accommodated in the brush accommodating portion 48 and are in sliding contact with the conductive portion 36 of the disk commutator 32. A pigtail of the positive brush member 50 is connected to the head 102 of the terminal bolt 100.

図2に示されるように、導電部36は、ディスクコンミテータ32の中心(ロータ軸24の軸心)側が狭く半径方向外側が広い扇形に形成されている。そして、ディスクコンミテータ32の軸線方向端面に放射状かつ周方向に等角度間隔で複数の導電部36が配設されている。   As shown in FIG. 2, the conductive portion 36 is formed in a fan shape that is narrow on the center side (axial center of the rotor shaft 24) side of the disk commutator 32 and wide on the outside in the radial direction. A plurality of conductive portions 36 are arranged on the end face in the axial direction of the disk commutator 32 in a radial manner and at equal angular intervals in the circumferential direction.

ブラシ部材50は、全体として直方体に形成されており、図2ではブラシ部材50の摺接面50aは図における裏面側であるが、摺接面50aの形状である外形は、図示の通りであり、図に示されるように矩形である。その矩形における両長辺がディスクコンミテータ32の直径に平行するようにブラシ部材50が配設されている。これにより、例えばディスクコンミテータ32が図の矢印Nに示されるように回転する場合に、導電部36の移動において各導電部36に対する切り替わり時に摺接面50aの前側となる一方の長辺に相当する縁50bと後側となる他方の長辺に相当する縁50cとは、各導電部36を分割する境界(隙間)36aに対してディスクコンミテータ32の軸線方向から見た平面視(図2の状態)で導電部36の切り替わり状態で斜行する。   The brush member 50 is formed in a rectangular parallelepiped as a whole. In FIG. 2, the slidable contact surface 50a of the brush member 50 is the back surface side in the figure, but the outer shape that is the shape of the slidable contact surface 50a is as illustrated. , Is rectangular as shown in the figure. The brush member 50 is disposed so that both long sides of the rectangle are parallel to the diameter of the disk commutator 32. Thus, for example, when the disk commutator 32 rotates as indicated by the arrow N in the figure, it corresponds to one long side that becomes the front side of the sliding contact surface 50a when the conductive portion 36 is moved and switched to each conductive portion 36. The edge 50b and the edge 50c corresponding to the other long side on the rear side are a plan view as viewed from the axial direction of the disk commutator 32 with respect to a boundary (gap) 36a dividing each conductive portion 36 (state in FIG. 2) ) In the state where the conductive portion 36 is switched.

したがって、前側の縁50bが各導電部36の次のものに移り始める場合にディスクコンミテータ32の半径方向内側から移り始める。また、後側の縁50cは各導電部36の次のものに移り終わる場合にディスクコンミテータ32の半径方向外側から移り終わる。このようにして、ブラシ部材50の次の導電部36への切り替わりが徐々に行われて、図の矢印Aに示されるブラシ部材50のように隣り合う2つの導電部36に跨ってそれらに整合している状態になり、ディスクコンミテータ32の回転に伴ってそれを繰り返す。   Therefore, when the front edge 50 b starts to move to the next of the conductive portions 36, it starts to move from the radially inner side of the disk commutator 32. Further, when the rear edge 50c finishes moving to the next one of the conductive portions 36, the rear edge 50c finishes moving from the outside in the radial direction of the disk commutator 32. In this way, the switching of the brush member 50 to the next conductive portion 36 is performed gradually, and the two conductive portions 36 adjacent to each other as shown by the arrow A in FIG. This is repeated as the disk commutator 32 rotates.

この場合のブラシ部材50における導電部36との相対移動量(ディスクコンミテータ32の回転角度)に対する導電部36への接触面積の変化を図3(a)に示し、同様に相対移動量に対するブラシ部材50と導電部36との間の接触抵抗の変化を図3(b)に示す。両図においてブラシ部材50が最初に接触し始める導電部36に対する変化が実線で、次に接触し始める導電部36が二点鎖線で示されている。図に示されるように、最初の導電部36にブラシ部材50が接触し始めると、上記したように徐々に接触面積が増え、それに合わせて接触抵抗も緩やかに低減する。最初の導電部36からの離脱においても同様に緩やかな変化となる。また、2番目の導電部36に対しても同様である。   FIG. 3A shows a change in the contact area to the conductive portion 36 with respect to the relative movement amount (rotation angle of the disk commutator 32) with the conductive portion 36 in the brush member 50 in this case, and similarly, the brush member with respect to the relative movement amount. FIG. 3B shows a change in the contact resistance between 50 and the conductive portion 36. In both figures, the change with respect to the conductive portion 36 where the brush member 50 first comes into contact is indicated by a solid line, and the conductive portion 36 where the brush member 50 starts to come into contact is indicated by a two-dot chain line. As shown in the figure, when the brush member 50 starts to contact the first conductive portion 36, the contact area gradually increases as described above, and the contact resistance gradually decreases accordingly. Similarly, the gradual change occurs in the first separation from the conductive portion 36. The same applies to the second conductive portion 36.

このように接触面積及び接触抵抗の変化が緩やかになることにより、整流曲線が図4の実線に示されるように、例えば正電流が流れている状態から負電流が流れる状態に移行する傾斜部分がほぼ直線状になる。この正負の移り変わり傾斜部分は直線に近ければ近いほど整流性が良く、傾斜がほぼ一定であるため大きく変化する部分がなく、火花が生じることを防止し得る。   As the change in the contact area and the contact resistance becomes gentle in this way, as shown in the solid line of FIG. 4, for example, an inclined portion that shifts from a state in which a positive current flows to a state in which a negative current flows is obtained. Almost straight. The closer the slope of the positive / negative transition slope is, the better the rectification is, and since the slope is almost constant, there is no part that changes greatly, and it is possible to prevent the occurrence of sparks.

それに対して従来の台形ブラシの場合を、図3(a)に対応する図5(a)、図3(b)に対応する図5(b)を参照して説明する。なお、それぞれ上記と同様にブラシ部材50が最初に接触し始める導電部36に対する変化が実線で、次に接触し始める導電部36が二点鎖線で示されている。   On the other hand, the case of a conventional trapezoidal brush will be described with reference to FIG. 5A corresponding to FIG. 3A and FIG. 5B corresponding to FIG. In addition, the change with respect to the electroconductive part 36 which the brush member 50 begins to contact first similarly to the above is shown as the continuous line, and the electroconductive part 36 which begins to contact next is shown with the dashed-two dotted line.

図5に示されるように、接触し始めや離脱時に急激な変化となっている。これは、上記したように台形であり、それにより導電部36の境界36aに対してブラシの縁が揃った状態で移り、一気に切り替わるためである。この従来の台形ブラシの場合の整流曲線は図4に二点鎖線で示されるように大きく波打つ傾斜曲線となる。その場合には正電流の一定状態から負側に移り始める時、およびその逆の場合も同様に傾斜が急になり、それにより大きく変化するため火花が生じ易い。   As shown in FIG. 5, the change is abrupt when the contact starts or leaves. This is because it is trapezoidal as described above, so that the edge of the brush is aligned with the boundary 36a of the conductive portion 36 and is switched at once. The rectification curve in the case of this conventional trapezoidal brush is an inclined curve that undulates as shown by a two-dot chain line in FIG. In that case, when the positive current starts to move from the constant state to the negative side, and vice versa, the slope becomes steep, and as a result, the spark is likely to be generated due to a large change.

本発明では上記したように整流曲線がほぼ直線に近いため、一定の傾斜で変化し、火花も生じなく、火花発生による摩耗が防止されるため、良好な整流特性が長期に亘って安定する。   In the present invention, since the rectification curve is almost a straight line as described above, it changes with a constant slope, no sparks are generated, and wear due to the occurrence of sparks is prevented, so that a good rectification characteristic is stable over a long period of time.

また、図1および図6に併せて示されるように、ブラシ部材50の摺接面50aには凹部として図示例では矩形における両長辺と平行な1本の溝50dが、摺接面50aにおける摺接する方向に対して中央となる位置に形成されている。これにより、通常形状のブラシの接触圧よりも高い圧力を、ブラシ部材50の両端部(摺接方向前後端部)にバランスよく加えることができるため、ブラシ部材50の両端部に高い接触圧を発生させることができ、ブラシ部材50の両端部はディスクコンミテータ32と確実に摺接するため、モータの使用の初期段階においてもモータの特性が安定化する。なお、凹部としては溝50dに限られるものではなく、また溝50dの場合の延在方向も図示例に限られるものではない。   In addition, as shown in FIGS. 1 and 6, the sliding contact surface 50a of the brush member 50 has a groove 50d parallel to both long sides in the illustrated example as a recess in the sliding contact surface 50a. It is formed at a center position with respect to the sliding contact direction. As a result, a pressure higher than the contact pressure of the normal-shaped brush can be applied to both end portions (front and rear end portions in the sliding contact direction) of the brush member 50 in a balanced manner. Therefore, a high contact pressure is applied to both end portions of the brush member 50. Since both ends of the brush member 50 are in sliding contact with the disk commutator 32 with certainty, the characteristics of the motor are stabilized even in the initial stage of use of the motor. The concave portion is not limited to the groove 50d, and the extending direction in the case of the groove 50d is not limited to the illustrated example.

このように摺接面50aに溝50dを設けることにより、摺接面50aのディスクコンミテータ32への接触面積が減少するため、同じ(ばね定数などが同一)付勢力のばね51を用いた場合にブラシ部材50の導電部36への単位面積当たりの荷重を上げることができる。さらに、接触圧が上がることにより、ディスクコンミテータ32とブラシ部材50との初期馴染みが早く済み、モータの初期特性が早期に安定化し得る。   By providing the groove 50d in the sliding contact surface 50a in this manner, the contact area of the sliding contact surface 50a with the disk commutator 32 is reduced, so that when the spring 51 having the same urging force (same spring constant etc.) is used. The load per unit area on the conductive portion 36 of the brush member 50 can be increased. Furthermore, by increasing the contact pressure, the initial familiarity between the disk commutator 32 and the brush member 50 can be shortened, and the initial characteristics of the motor can be stabilized at an early stage.

また、ディスクコンミテータ32の軸線方向から見た平面視でのブラシ部材50(摺接面50a)の形状は、図1の矩形に限られるものではなく、その他の例の一部を図7に示す。図7(a)はブラシ部材50の導電部36に対する相対的な前進方向となる前側の縁50bは上記図示例と同じであるが、相反する側となる後側の縁50cが、ブラシ部材50が隣り合う2つの導電部に36に整合している状態で境界36aに一致する斜辺となるように形成されている。また、図7(b)は図7(a)とは逆に後側の縁50cが境界36aに一致する斜辺となるように形成されている。これらの場合にも、摺接面50aが次の導電部36に切り替わる時に徐々に移行するため、上記した作用効果が得られる。   Further, the shape of the brush member 50 (sliding contact surface 50a) in a plan view as viewed from the axial direction of the disk commutator 32 is not limited to the rectangle in FIG. 1, and some other examples are shown in FIG. . In FIG. 7A, the front edge 50b, which is a forward direction relative to the conductive portion 36 of the brush member 50, is the same as that in the illustrated example, but the rear edge 50c, which is the opposite side, is the brush member 50. Is formed so as to have a hypotenuse coincident with the boundary 36a in a state where it is aligned with two adjacent conductive portions 36. Further, in FIG. 7B, the rear edge 50c is formed to be a hypotenuse that coincides with the boundary 36a, contrary to FIG. 7A. Also in these cases, since the sliding contact surface 50a is gradually shifted when the next conductive portion 36 is switched, the above-described operation and effect can be obtained.

32 ディスクコンミテータ
36 導電部
40 ブラシ装置
42 ブラシホルダ
48 ブラシ保持部
50 ブラシ
50a 摺接面
50b・50c 縁
50d 溝
32 Disc commutator 36 Conductive portion 40 Brush device 42 Brush holder 48 Brush holding portion 50 Brush 50a Sliding contact surface 50b / 50c Edge 50d Groove

Claims (5)

扇形導電体からなるセグメントを平面上で放射状に配設されたディスクコンミテータの当該複数のセグメントに摺接するブラシを有する回転電機のブラシ装置であって、
前記ブラシの摺接面における前記摺接する方向の前側と後側との少なくとも一方の縁が、
前記複数のセグメントを分割する境界線上にて当該境界線に対して斜行するように形成されている回転電機のブラシ装置。
A brush device of a rotating electrical machine having a brush that is in sliding contact with a plurality of segments of a disk commutator in which segments made of a fan-shaped conductor are arranged radially on a plane,
At least one edge of the front side and the rear side in the sliding contact direction on the sliding contact surface of the brush,
A brush device for a rotating electrical machine formed so as to be skewed with respect to the boundary line on a boundary line dividing the plurality of segments.
前記摺接面に凹部が設けられている請求項1に記載の回転電機のブラシ装置。   The brush device for a rotating electrical machine according to claim 1, wherein a concave portion is provided on the sliding surface. 前記凹部が、前記摺接面における前記摺接する方向に対して中央に設けられている請求項2に記載の回転電機のブラシ装置。   The brush device for a rotating electrical machine according to claim 2, wherein the concave portion is provided in the center with respect to the sliding contact direction on the sliding contact surface. 前記摺接面が矩形に形成されている請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の回転電機のブラシ装置。   The brush device for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the sliding surface is formed in a rectangular shape. 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の前記回転電機のブラシ装置と、前記ブラシ装置が固定されるハウジングと、前記ハウジングに回転自在に支持される回転子とを有する回転電機。   5. A rotating electrical machine comprising: the brush device of the rotating electrical machine according to claim 1; a housing to which the brush device is fixed; and a rotor that is rotatably supported by the housing.
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