JP2013220018A - 多層ブラシ - Google Patents

Abstract

【課題】アーク放電を抑制し、よってブラシの過熱及び電磁干渉（ＥＭＩ）を低減させる、改良されたブラシを提供する。
【解決手段】電気モータの整流子と摺動接触するための多層ブラシが、本体と分流器とを含む。本体は、第１の導電層と、第２の導電層と、第１の導電層と第２の導電層との間に配置され、第１の導電層及び第２の導電層を電気的に分離する仕切層とを含む。分流器は、第１の導電層に結合される。第１の導電層の厚さは、第２の導電層の厚さより厚く、仕切層は、第１の導電層及び第２の導電層の縦抵抗より大きい横方向漏れ抵抗を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気モータのブラシに関し、具体的には、多層ブラシに関する。

典型的なブラシ付きモータは、固定子、回転子、ブラシ、及び整流子を含む。回転子は、回転子の軸に固定された整流子のセグメントに電気的に接続された巻線を有する。回転子が回転すると、ブラシは整流子の上を通り、整流子のセグメントに順に接触して、整流子を介して電力を巻線に供給する。
従来のブラシは、通常、導電性材料で作製された１つの層のみを有する。整流中、ブラシとセグメントとの間にアーク放電が発生し、結果としてブラシの過熱及び電磁干渉（ＥＭＩ）が生じる。

従って、アーク放電を抑制し、よってＥＭＩを低減させる、改良されたブラシに対する要求がある。

従って、本発明は、１つの態様において、縦抵抗を有する第１の導電層と、縦抵抗を有する第２の導電層と、横方向漏れ抵抗を有し、第１及び第２の導電層との間に配置されて第１の導電層を第２の導電層から電気的に分離する仕切層（ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）とを含む本体と、第１の導電層に結合された分流器とを含み、第１の導電層の厚さは、第２の導電層の厚さより厚く、仕切層の横方向漏れ抵抗は、第１の導電層及び第２の導電層の縦抵抗よりも大きい、電気モータの整流子と摺動接触するための多層ブラシを提供する。

第１の導電層と第２の導電層との間に、電線又はコンダクタが接続されないことが好ましい。
第２の導電層の縦抵抗は、第１の導電層の縦抵抗より大きいことが好ましい。
第２の導電層の厚さは、第１の導電層の厚さの１／３を下回ることが好ましい。
仕切層の横方向漏れ抵抗は、第１の導電層の縦抵抗の１０倍より大きいことが好ましい。
本体は、第１の導電層の両側上に配置された２つの第２の導電層と、それぞれ第１の導電層と第２の導電層との間にそれぞれ挟まれた２つの仕切層とを含むことが好ましい。
第１の導電層と第２の導電層との間に形成された界面は、波構成を有することが好ましい。
コンデンサが、第１の導電層と第２の導電層との間に接続され、かつ、分流器に隣接する本体の端部に埋め込まれることが好ましい。

本発明の別の態様において、本発明は、固定子と、複数の離間配置された導電セグメントを有する整流子を含む回転子と、整流子を介して電力を回転子に供給するためのブラシ歯車とを含み、ブラシ歯車は、上述の整流子のセグメントと摺動接触するように配置された多層ブラシを含む、電気モータを提供する。
第２の導電層の厚さは、整流子の隣接するセグメント間に形成された空間の幅より厚いことが好ましい。

ここで、本発明の好ましい実施形態が、添付図面の図を参照して、単なる例として説明される。図において、１つより多い図に現れる同一の構造体、要素又は部品は、現れる全ての図において全体的に同じ参照記号で表記される。図に示される構成部品及び特徴の寸法は、便宜上及び提示を明確にするために、一般的に選択されたものであり、必ずしも縮尺通りに示されていない。図を以下に列挙する。

本発明の第１の好ましい実施形態によるブラシを示す。 電気モータの整流子及び巻線、並びに図１のブラシを示す。 整流子に対して別の位置に配置されたブラシを示す、図２と類似した図である。 本発明の第２の好ましい実施形態によるブラシを示す。 本発明の第３の好ましい実施形態によるブラシを示す。 本発明の第４の好ましい実施形態によるブラシを示す。 本発明による多層ブラシを組み込む電気モータを示す。

図１乃至図３を参照すると、本発明の第１の好ましい実施形態による多層ブラシが、電気モータの整流子５０のセグメント５１−５３と摺動接触するように構成された本体１０と、本体１０を電気モータの導電端子（図示せず）と接続するように構成された分流器３０とを含む。
本発明において、本体１０は、整流子５０の半径方向と平行な縦方向と、整流子に対して、すなわち層が積層された方向に対して接線方向である横方向とを定める。

本体１０は、第１の導電層１２と、第２の導電層１４と、第１の導電層１２と第２の導電層１４との間に挟まれた仕切層１６とを含む。この実施形態において、第１の導電層１２は、分流器３０に機械的及び電気的に結合された主導電層として機能する。本体１０の横方向における第１の導電層１２の厚さは、第２の導電層１４の厚さより厚い。第１の導電層１２及び第２の導電層１４は、同じ抵抗率をもつ材料又は異なる抵抗率をもつ材料で作製することができる。分流器３０から離れた、縦方向における本体１０の一端は、整流子５０のセグメント５１−５３と摺動接触するように構成される。

本体１０の縦方向における第２の導電層１４の縦抵抗は、第１の導電層１２の縦抵抗より大きいことが好ましい。縦抵抗とは、ブラシの縦方向において測定された抵抗である。第２の導電層１４の厚さは、第１の導電層１２の厚さより薄い。本発明のこの実施形態において、第２の導電層１４の厚さは、第１の導電層１２の厚さの１／３を下回る。厚さ寸法は、図に示されるブラシの横方向において測定され、これは層の積層方向である。

分流器３０は、固定され第１の導電層１２に接続された一端と、電源に電気的に結合されるように構成された電気モータの導電端子に電気的に結合された他端を有する。分流器３０は、電気的絶縁層１６を通らずに延びて第２の導電層１４に入る。本体１０の外側で第２の導電層１４を分流器３０に電気的に接続する線又はコンダクタはない。第１及び第２の導電層１２、１４を電気的に接続するために電気的絶縁層１６を通って延びる線又はコンダクタはない。従って、第２の導電層１４は、モータの導電端子には電気的に結合されない。

仕切層１６は、第１及び第２の導電層１２、１４を電気的に絶縁するための電気的絶縁材料で作製されることが好ましい。従って、本体１０の構造は、コンデンサの構造と同様である。図１の矢印Ｉで示すように、分流器３０から来る電気は、第１の導電層１２を介して本体１０を縦方向に通り抜ける。

図２及び図３は、図１のブラシが２つの異なる位置にある、展開された状態（つまり平らに置かれた）の整流子を示す。整流子５０は、巻線６０に電気的に接続された複数のセグメント（３つのセグメント５１−５３のみが示される）を含む。この実施形態において、電気モータの回転子は、矢印Ｒで示される方向に回転する。従って、各セグメントに対して、第１の導電層１２は、第２の導電層１４より前にセグメントから離れる。図２に示すように、第１の導電層１２は、セグメント５３から部分的に離れ、セグメント５２及び５３の両方に接触する。この段階で、電流は、セグメント５２とセグメント５３との間に接続される巻線６０を通って流れない。回転子が図３に示される位置までさらに回転すると、第１の導電層１２は、セグメント５３から完全に離れ、セグメント５２のみに接触する。第２の導電層１４は、依然としてセグメント５３に接触している。電流ｉは、セグメント５２とセグメント５３との間に接続された巻線６０を通って流れる。回転子が図２の位置から図３の位置に変化した瞬間に、セグメント５２とセグメント５３との間に接続された巻線６０を通って流れる電流が、ゼロからｉに直ちに変化する。従って、対応するセグメント５２、５３を介して、第１及び第２の導電層にそれぞれ接続された巻線６０の２つの端部間に、誘導電圧が発生する。ブラシの本体１０は、コンデンサのように機能し、誘導電圧のための経路を提供し、従って、第１の導電層１２がセグメント５３から離れる瞬間のアーク放電すなわちスパークの発生を回避する。

図２を参照すると、ｔは、第２の導電層１４の厚さを示し、ｗは、隣接するセグメント間に形成された空間の幅を表す。巻線６０に発生した誘導電圧の放散を可能にするのに十分な時間を与えられるように、ｔはｗより大きいことが好ましい。

理解できるように、完全な絶縁仕切層を作製するのは非常に困難である。ブラシの仕切層１６の横方向の漏れ抵抗が十分大きければ、ブラシはスパークを抑制する良好な効果をもたらすことが、多くの試験により証明されている。仕切層１６の横方向漏れ抵抗は、第１の導電層１２の縦抵抗の１０倍より大きいことが好ましい。

図４は、本発明の第２の実施形態によるブラシを示す。ブラシの本体１０は、第１の導電層１２、及び第１の導電層１２の両側上の１対の第２の導電層１４を含む。仕切層１６は、各々の第２の導電層１４と第１の導電層１２との間に配置され、第２の導電層１４を第１の導電層１２から電気的に絶縁する。図４のブラシは、両方向に動作する必要がある電気モータに適している。

図５は、本発明の第３の実施形態によるブラシを示す。第３の実施形態において、仕切層１６と第１及び第２の導電層１２、１４との間に形成された界面は、仕切層１６と第１及び第２の導電層１２、１４との間の接触面積を増やし、それによりブラシの本体１０の電気容量を増やすように波の形状（つまり波状）である。

図６は、本発明の第４の実施形態によるブラシを示す。第４の実施形態において、１対のコンデンサ１８が、本体１０内に埋め込まれ、本体１０の電気容量を増やすために、それぞれ第１の導電層１２と第２の導電層１４との間に配置される。各々のコンデンサ１８は、それぞれ第１及び第２の導電層１２、１４に機械的かつ電気的に接続された１対の平行な導電板を有する。コンデンサ１８は、分流器３０に隣接する本体１０の端部に配置されることが好ましい。従って、コンデンサ１８を備えた本体１０は、本体１０が摩耗して長さが短くなっても依然として十分な電気容量を有する。代替的に、コンデンサ１８を本体１０の外部に配置し、平行導電板を、導線を介して、それぞれ第１及び第２の導電層１２、１４に電気的に接続することができる。

図７は、本発明による多層ブラシを組み込んだ電気モータ４０を示す。モータ１０は、ハウジング４２を有する。ハウジングは、内面に固定された少なくとも１つの磁石４３を有する。ハウジング及び磁石は、モータの固定子を形成する。ハウジングは、端部キャップ４４で閉じられた少なくとも１つの開放端を有する。端部キャップは、ナイロン等のような絶縁プラスチック材料で作製され、ブラシ歯車４６を直接支持することが好ましい。回転子は、ハウジング及び端部キャップにそれぞれ固定された軸受４９により回転可能に支持された軸４８と、整流子５０と、軸に固定された回転子コア６２とを含む。巻線６０は、回転子コアの極の周りに巻かれ、整流子のセグメントに接続される。ブラシ歯車は、整流子と摺動接触するように構成された多くのブラシを含む。少なくとも１つのブラシ、しかし好ましくは各ブラシが、本明細書で上述したような、本発明による多層ブラシである。各ブラシは、ブラシを整流子に案内するように構成されたブラシケージ内に摺動可能に配置され、ばね（図示せず）により整流子と摺動接触するように圧迫されることが好ましい。

本出願の説明及び特許請求の範囲において、動詞「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」及び「有する（ｈａｖｅ）」の各々、並びにその変形は、包括的意味で用いられ、記載された項目の存在を特定するが、付加的な項目の存在を排除するものではない。

本発明が１つ又はそれ以上の好ましい実施形態を参照して説明されたが、当業者であれば、様々な変更が可能であることを理解すべきである。従って、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲を参照することにより判断すべきである。

１０：本体
１２：第１の導電層
１４：第２の導電層
１６：仕切層
１８：コンデンサ
３０：分流器
４０：電気モータ
４２：ハウジング
４３：磁石
４４：端部キャップ
４６：ブラシ歯車
４８：軸
４９：軸受
５０：整流子
５１、５２、５３：セグメント
６０：巻線
６２：回転子コア

Claims (10)

1. 電気モータの整流子と摺動接触するための多層ブラシであって、
   縦抵抗を有する第１の導電層と、
   縦抵抗を有する第２の導電層と、
   横方向漏れ抵抗を有し、前記第１の導電層と前記第２の導電層との間に配置されて前記第１の導電層を前記第２の導電層から電気的に分離する仕切層と、
   を含む本体と、
   前記第１の導電層に結合された分流器と、
   を含み、
   前記第１の導電層の厚さは、前記第２の導電層の厚さより厚く、前記仕切層の前記横方向漏れ抵抗は、前記第１の導電層及び前記第２の導電層の前記縦抵抗よりも大きいことを特徴とするブラシ。
2. 前記第１の導電層と前記第２の導電層との間に、電線又はコンダクタが接続されないことを特徴とする、請求項１に記載のブラシ。
3. 前記第２の導電層の前記縦抵抗は、前記第１の導電層の前記縦抵抗より大きいことを特徴とする、請求項１〜請求項２のいずれかに記載のブラシ。
4. 前記第２の導電層の前記厚さは、前記第１の導電層の前記厚さの１／３を下回ることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のブラシ。
5. 前記仕切層の前記横方向漏れ抵抗は、前記第１の導電層の前記縦抵抗の１０倍より大きいことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のブラシ。
6. 前記本体は、前記第１の導電層の両側上に配置された２つの第２の導電層と、それぞれ前記第１の導電層と前記第２の導電層との間に挟まれた２つの仕切層とを含むことを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のブラシ。
7. 前記第１の導電層と前記第２の導電層との間に形成された界面は、波構成を有することを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれかに記載のブラシ。
8. コンデンサが、前記第１の導電層と前記第２の導電層との間に接続され、かつ、前記分流器に隣接する前記本体の端部に埋め込まれることを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれかに記載のブラシ。
9. 固定子と、
   複数の離間配置された導電セグメントを有する整流子を含む回転子と、
   前記整流子を介して、電力を前記回転子に供給するためのブラシ歯車と、
   を含み、
   前記ブラシ歯車は、前記整流子のセグメントと摺動接触するように配置された、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の多層ブラシを含むことを特徴とする電気モータ。
10. 前記第２の導電層の前記厚さは、前記整流子の隣接するセグメント間に形成された空間の幅より厚いことを特徴とする、請求項９に記載の電気モータ。

Images