JP2014033611A - 回転デバイス内のノイズ又は電磁雑音を低減する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】改善されたモータ又は発電機を提供する。
【解決手段】回転デバイスにおける電磁雑音（ＥＭＩ）を低減する方法及び装置を開示する。例示的な装置は、複数のブラシ（３０、３０Ｂ、３０Ａ、３０ａ、３０ｂ）と、整流のために複数のブラシに接触して電気的エネルギを機械的エネルギへ又はその反対に変換する複数の整流子板（１２、１２Ａ、１２Ｂ、１３Ｂ）を有する整流子（１０）とを含む。ブラシは、ランダムな電磁雑音を低減するＥＭＩ抑制機構（３０、３８Ａ、３８Ｂ）、又は電磁雑音の全体的レベルを低減するフィルタ回路（４００Ｂ）を含むことができる。ＥＭＩ抑制機構は、ブラシの誘電特性又は機械的特性を利用して電磁雑音を低減するように特別に設計されたブラシを含むことができる。フィルタ回路は、電磁雑音を低減するのにビーズ又はチョークを含まない全コンデンサフィルタ回路を含むことができる。
【選択図】図１

Description

〔関連出願への相互参照〕
本出願は、２０１２年７月３１日出願の中国特許出願番号第２０１２１０２７１２６８．Ｘ号の恩典を請求するものである。この特許出願の内容全体は、これにより全ての目的に対して引用によって組み込まれる。

電気モータにおいて、可動部は、モータの出力シャフトを回転させて機械的パワーを送出する回転子である。ブラシ付きモータでは、回転子は、固定子の磁場と相互作用して出力シャフトを回転させる力又はトルクを発生する電流を流す導体を通常有する。固定子は、巻線又は永久磁石のいずれかを通常含む。巻線は、電流が導通された時に磁極を形成するようにコア（例えば、積層された軟鉄磁気コア）の周りに通常巻かれてコイルになったワイヤである。整流子は、互いに絶縁されたスリップリングセグメント又は整流子板（まとめて１つ又は複数の「整流子板」）を含むあるＡＣ又はＤＣシステムの入力を切り換えるためのモータ出力シャフトと共に回転する機構を含む。

ブラシ付きＤＣモータは、直流電源から作動するように設計された内部整流式電気モータである。ブラシは、固定ワイヤと最も一般的には回転子である可動部との間で電流を流すデバイスである。整流子は、回転子と外部回路の間の電流方向を周期的に反転させるあるタイプの電気モータ又は発電機における回転電気スイッチの可動部である。整流子は、直流回転機械の共通の特徴である。モータは、モータの電機子の可動コイル内の電流方向を反転させることによって回転力又はトルクを生成する。同様に、発電機は、外部回路へのコイルの接続を反転させることによって外部回路へ直流を供給する。

ブラシ付きモータ又は発電機は、ブラシが１つよりも多い整流子板と接触した時の整流中の短絡の発生、２つの隣接する整流子板間の間隙にわたるブラシの振動又は横断に起因するブラシと整流子板の間で電流を流すのに不安定な又は望ましいとは言えない電気接触、又は様々な発生源からの電磁雑音のようないくつかの欠点を示す。振動、電子ノイズ、電磁雑音、又は短絡は、例えば、導電率を変動させる場合があり、それが、次いで、例えば、回転デバイスのいくつかの特性に影響を及ぼすと考えられる。

従って、改善されたモータ又は発電機に対する必要性が存在する。より具体的には、本明細書に説明する様々な実施形態の利点の１つは、モータ又は発電機を電磁雑音から実質的に保護又は遮断し、整流の様々な段階中に短絡が発生する機会を低減又は更に除去し、又は電流を流すのに十分な電気接触を提供することである。

様々な実施形態は、電気的エネルギ（例えば、電流）を機械的エネルギ（例えば、機械的な回転力又はトルク）へ又はその反対に変換する回転デバイスに関する。例示的な回転デバイスは、複数のブラシと、整流のために複数のブラシに接触して電気的エネルギを機械的エネルギへ又はその反対に変換する複数の整流子板を有する整流子とを含むことができる。ブラシは、一部の実施形態において、電磁雑音の第１の部分を低減、抑制、又は除去するＥＭＩ抑制機構を含むことができる。これらの実施形態において、ＥＭＩ抑制機構は、ブラシの誘電特性（抵抗率、誘電強度など）又は機械的特性（薄肉殻理論に基づく幾何学形状、材料の応力−強度関係、材料の降伏強度など）を利用して電磁雑音を低減する特別に設計されたブラシを含むことができる。加えて又は代わりに、ブラシは、一部の実施形態において、電磁雑音の第２の部分を低減するフィルタ回路を含むことができる。例示的なフィルタ回路は、一部の実施形態において、全コンデンサフィルタ回路を含むことができる。これらの実施形態の一部では、フィルタ回路は、電磁雑音を低減、抑制、又は除去するのにいずれのビーズ又はチョークも含まない。

更に、本出願に説明するような回転デバイスは、以下に限定されるものではないが、例えば、整流子とブラシとを含むブラシ付きモータ又は発電機を含むことができる。実施形態の一部において、整流子は、ある角度方向に配置された複数の整流子板又は整流子要素（まとめて、１つ又は複数の複数の板）を含み、ブラシは、導電材料で作られる。一部の実施形態において、ブラシは、実質的な永久変形又は破裂を生じることなく衝撃又は負荷に耐えるように弾力性である幾何学形状を含む。実質的な永久変形は、ブラシが固定ワイヤと可動部（例えば、整流子板）との間で電流を流すその意図する機能をもはや実行ができない程度までその最初の形状が崩れた時に起こることに注意すべきである。一部の実施形態において、ブラシは、例えば衝撃又は負荷に起因する変形の後にその最初の形状又は大きさを回復するように弾力的である幾何学形状を含む。ブラシは、リード又はワイヤがそこへ固定的に取り付けられる第１の端部と、整流子板と接触するのに使用される第２の端部とを含む。

一部の実施形態において、回転デバイスは、ブラシの第２の端部へ作動的に接続されるか又はその分離不能な部分であるＥＭＩ（電磁雑音）抑制機構を含む。一部の実施形態において、ＥＭＩ抑制機構又はブラシの第２の端部は、整流子板から遠ざかる方向に曲がり又は湾曲した弓形の湾曲した又は曲がりくねった（以下、まとめて湾曲した）セグメントを含む。一部の実施形態において、ＥＭＩ抑制機構は、高い抵抗率の材料を含む。ブラシの第２の端部の少なくとも一部は、一部の実施形態では整流子板に接触し、かつこれによりブラシの接触領域又は整流領域（以下、整流領域）と呼ぶ。これらの実施形態の一部において、高い抵抗率の材料を含むＥＭＩ抑制機構は、整流領域の周り又は近くの区域又は近傍に配分される。

一部の実施形態は、フィルタ回路を含む回転デバイスに関する。これらの実施形態の一部において、フィルタ回路は、１つ又はそれよりも多くの接地されたコンデンサ、減結合コンデンサ、スナバコンデンサ、又はバイパスコンデンサ（以下、複数又は１つの減結合コンデンサ）を含む。これらの実施形態において、１つ又はそれよりも多くの回路要素（例えば、ブラシ又は他の回路要素）が発生するノイズは、１つ又はそれよりも多くの減結合コンデンサを通じて分路されてその影響を低減する。

これらの実施形態の一部において、減結合コンデンサは、回路が開いて接触を迂回する時（例えば、ブラシ付きモータ又は発電機においてブラシが整流子から外れる時）の電流の急低下に起因する開回路にわたる電圧低下によって発生するインパルスのための回路経路を生成する。これらの実施形態の一部において、スナバコンデンサは、抵抗器へ作動的に直列に接続されて電磁雑音又は無線周波数雑音（以下ＥＭＩ）を低減し、又はエネルギを消散させることができる。これらの実施形態の一部において、コンデンサ−抵抗器組合せは、減結合コンデンサ要素及び抵抗器要素を含む単一のパッケージである。

一部の実施形態において、ノイズは、自然の発生源又は時々人工的に導入した発生源からの不要な又は不愉快なエネルギの合計である（例えば、ブラシ付きモータ又は発電機において２つの隣接する整流子板間に存在する間隙に起因する整流、ブラシと整流子板の間の接触の変動に起因する導電度の変動など）。他方、電磁雑音は、一部の実施形態において特定の送信機又は発生源からの電波障害、混線、混結合、容量結合、又は他の不要な無線周波雑音を指す。それにも関わらず、用語「ノイズ」及び「電磁雑音」は、他で具体的に説明又は限定しない限り、明細書を通じて同義に使用することができる。

一部の実施形態は、整流子とブラシとを含む回転デバイスに関する。これらの実施形態の一部において、整流子は、複数の整流子板を含み、各整流子板は、少なくとも１つの凸面を有する３次元形状を有して整流子板とブラシの接触を促進する。これらの実施形態の一部において、整流子は、複数の整流子板を含み、各整流子板は、少なくとも１つの平坦な面を有する３次元形状を有して整流子板とブラシの接触を促進する。一部の実施形態において、整流子は、複数の整流子板を含み、各整流子板は、実質的に直角又は傾いた円筒形状の長さ方向に沿った部分を有する。これらの実施形態の一部において、「凸」面又は実質的に円筒形の面が使用され、ブラシに直接接触して電流を流すことができる。

「実質的に円筒形の形状」などにおける用語「実質的に」又は「実質的な」は、本明細書ではある特徴を示すために使用されるが、完全である（例えば、完全に円筒形である）ように設計又は意図されているにも関わらず、組立上又は製造上の許容誤差、嵌合する様々な構成要素又はアセンブリにおける設計上の許容誤差又は通常の摩耗及び割れに起因する緩み、又はこれらのあらゆる組合せが、設計した完全な特性からの多少の狂いを生じさせる場合があることに注意すべきである。従って、用語「実質的に」又は「実質的な」は、少なくとも組立上又は製造上の許容誤差、嵌合する様々な構成要素又はアセンブリにおける緩み、又はこれらのあらゆる組合せなどを包含するように本明細書で使用していることを当業者は明らかに理解するであろう。一部の実施形態において、整流子は、整流子の外縁に沿ってある角度配列で配置することができる複数の整流子板を含む。これらの実施形態の一部において、これらの複数の整流子板は、整流子の中心に関して軸対称な方式で配置することができる。

ブラシは、ブラシが、不良な電気接触に起因して所定の閾値を超える過剰な量の熱を発生することなく、整流子板に対して十分な接触応力を維持することができるように、実質的に永久変形又は破裂を生じることなく衝撃又は負荷に耐える弾力的材料、例えば、衝撃又は負荷に起因する変形後にその最初の形状又は大きさを回復する弾性材料、又は負荷によるその変形を少なくともいくらか元へ戻せるいずれかの他の材料を含む１つ又はそれよりも多くの材料から作ることができる１つ又はそれよりも多くの特徴部を含むことができる。これらの実施形態において、ブラシは、可撓性のままであるが、ブラシは、負荷が除去された状態で必ずしも最初の形状又はプロフィールを回復する必要はなく、整流子板と接触している時に十分に高い接触応力又は十分に低い接触抵抗を依然として生成する。

加えて又は代わりに、ブラシは、リード又はワイヤがそこへ固定的に取り付けられた第１の端部と、整流子に接触するのに使用される第２の端部とを含む。一部の実施形態において、ブラシは、ブラシと整流子板の間の電気接触が所定量の閾値を超える熱量を発生しないように、整流子板と十分な接触応力又は十分に低い接触抵抗で電気的に接触するために使用する１つ又はそれよりも多くのフィンガ要素を含む。一部の実施形態において、ブラシのフィンガ要素は、回転デバイスの作動中にブラシが隣接する２つの整流子板間の間隙を通過する時に１つよりも多い整流子板が電気的に接触することによって発生する短絡をブラシが発生しないように、高い抵抗率の要素を含む。これらの実施形態の一部において、ブラシのフィンガ要素は、回転デバイス、整流子、又はフィンガ要素が様々な発生源から一部の振動を受ける時でさえもブラシが短絡しないように、整流子板との電気接触を維持するような弾力性、弾性、又は可撓性の形状又は材料を含む。

一部の実施形態において、回転デバイスは、ブラシの第２の端部へ作動的に接続されるか又はその分離不能な部分であるＥＭＩ（電磁雑音）抑制機構を含む。一部の実施形態において、ＥＭＩ抑制機構は、整流子板から遠ざかる方向に曲がる弓形、湾曲、又は曲がりくねったセグメントを含む。これらの実施形態の一部において、ＥＭＩ抑制機構は、高い抵抗率の材料を含む。これらの実施形態の一部において、高い抵抗率の材料を含むＥＭＩ抑制機構は、整流領域の周り又はその近くの区域又は近傍に配分され、ＥＭＩ抑制機構の材料の抵抗率は、ブラシの少なくとも整流領域のそれよりも高くなっている。

一部の実施形態において、ＥＭＩ抑制機構は、整流子板から遠ざかる方向に曲がる弓形、湾曲、又は曲がりくねったセグメントを含む。一部の実施形態において、回転デバイスは、フィルタ回路を含む。これらの実施形態の一部において、フィルタ回路は、１つ又はそれよりも多くのコンデンサと、１つ又はそれよりも多くの相互接続部とを含む。一実施形態において、フィルタ回路は、１つ又はそれよりも多くの接地されたコンデンサを含む。これらの実施形態の一部において、各整流子板は、少なくとも２つの接地されたコンデンサへ電気的に接続され、これらは、並列に接続され、かつ接地に更に接続される。上述の実施形態において、回転デバイスは、周波数に基づくノイズ（例えば、様々な性質のノイズ）又は周波数に基づかないノイズ（例えば、ポップ、クラックル、スナップなど）を抑制又は低減することができるように、様々なノイズ（例えば、ガウスノイズ、ドリフトノイズ、ショットノイズ、これらのいずれかの組合せなど）又は様々な発生源からの電磁雑音から実質的に保護される。一実施形態において、回転デバイス又は回転アセンブリは、フェライトセラミック内の高周波電流を消散させることによって電子回路内の高周波ノイズ又はより高い高周波ノイズを抑制するために多くの場合に使用される受動電子構成要素を含むどのようなフェライトビーズも含まない。他で具体的に説明又は限定しない限り、フェライトビーズは、ブロック、コア、ＥＭＩフィルタ、又はチョークと同義に使用され、これらは全て、低周波又はより低い低周波又はＤＣ電流を流しながら、電気回路内の高周波又はより高い高周波ノイズを阻止する何らかの受動電気構成要素を含むことに注意すべきである。

一部の実施形態は、電気的エネルギと機械的エネルギの間の変換に用いる回転デバイスに関し、回転デバイスは、複数の整流子板を有する整流子と、複数の整流子板の少なくとも一部に接触する複数のブラシとを含み、複数のブラシのうちのブラシは、第１の抵抗率を有する整流領域を含む第１のセグメントと、第２の抵抗率を有する第１の特徴部を含む第２のセグメントとを含む。これらの実施形態の一部において、複数のブラシは、複数の整流子板の少なくとも一部と滑り接触している。これらの実施形態の一部において、回転デバイスは、複数のブラシへ作動的に結合されたフィルタ回路も含むことができる。一部の実施形態において、回転デバイスは、第１のセグメントの整流領域に隣接する第２の特徴部を含む第３のセグメントを更に含むことができる。一部の実施形態において、回転デバイスは、第１の特徴部の第２の抵抗率を有する第２の特徴部を含む第３のセグメントを更に含むことができる。一部の実施形態において、回転デバイスは、第１の抵抗率よりも大きい第３の抵抗率を有する第２の特徴部を含む第３のセグメントを更に含むことができる。一部の実施形態において、複数の整流子板のうちの整流子板は、整流中に複数のブラシのうちのブラシの整流領域の少なくとも一部に接触する幾何学形状を有する整流面を含む。これらの実施形態の一部において、この幾何学形状は、ブラシの整流領域との十分な又は所定のレベルの接触を促進するように構成される。一部の実施形態において、十分な又は所定のレベルの接触は、その接触抵抗率が電気抵抗率の所定値又はそれよりも小さい値である接触を含む。一部の実施形態において、十分な又は所定のレベルの接触は、その接触応力が、ブラシの接触領域の公称降伏応力又は整流子板の公称降伏応力のいずれか含むがこれらに限定されない所定の応力レベル又はこれよりも大きいレベルの接触を含む。一部の実施形態において、幾何学形状は、整流中にブラシの整流領域との十分なレベルの接触を促進する凸面の整流面を含む。一部の実施形態において、幾何学形状は、整流中にブラシの整流領域との十分なレベルの接触を促進する平坦な整流面を含む。

一部の実施形態において、複数のブラシのうちのブラシは、整流領域を含みかつ整流中に複数の整流子板のうちの整流子板の少なくとも一部に接触する幾何学形状を有するブラシ面を含む。一部の実施形態において、複数のブラシのうちのブラシは、整流領域を含みかつ整流中に複数の整流子板との十分な又は所定のレベルの接触を促進する幾何学形状を有するブラシ面を含む。一部の実施形態において、十分な又は所定のレベルの接触は、その接触抵抗率が電気抵抗率の所定値又はこれよりも小さい値である接触を含む。一部の実施形態において、十分な又は所定レベルの接触は、その接触応力が所定の応力レベル又はこれよりも大きいレベルの接触を含み、所定の応力レベルは、ブラシの接触領域の公称降伏応力又は整流子板の公称降伏応力のいずれかを含むが、これらに限定されない。

一部の実施形態において、幾何学形状は、整流領域を含む平坦なブラシ面を含む。一部の実施形態において、幾何学形状は、整流領域を含む凸面のブラシ面を含む。一部の実施形態において、ブラシは、整流中にブラシの整流領域が複数の整流子板の少なくとも１つへ作動的に結合された時に整流領域と所定レベルで接触する多次元形状（例えば、３次元形状）を含む。一部の実施形態において、ブラシは、ブラシの整流領域が複数の整流子板の少なくとも１つと接触した時に所定レベルの接触を発生させる多次元形状（例えば、３次元形状）を含む。これらの実施形態の一部において、所定レベルの接触は、接触応力が、接触している２つの構成要素のいずれかの降伏応力のようなあるレベルの応力又はこれを超えるレベルの応力である２つの構成要素間の接触を含む。

これらの実施形態の一部において、所定レベルの接触は、接触抵抗が電気抵抗の所定値又はこれよりも小さい値である２つの構成要素間の接触を含む。一部の実施形態において、複数の整流子板のうちの２つ又はそれよりも多くの整流子板は、ブラシの第１のセグメントの少なくとも一部に同時に接触するよりもむしろ、ブラシの第２のセグメントの第１の特徴部だけに同時に接触するように構成される。一部の実施形態において、回転デバイスは、複数の整流子板のうちの高々１つの整流子板が、２つ又はそれよりも多くの整流子板の電橋が起こらないことになるように整流領域と接触するように構成される。一部の実施形態において、フィルタ回路は、ブラシと電気接地の間に並列に電気的に接続した少なくとも２つのコンデンサを含む。

一部の実施形態において、フィルタ回路は、複数のブラシへ作動的に接続した第１のコンデンサを含む。一部の実施形態において、フィルタ回路は、複数のコンデンサ及び１つ又はそれよりも多くの相互接続部から構成され、どのようなビーズも含まない。一部の実施形態において、フィルタ回路は、どのようなチョークも含まない。一部の実施形態において、フィルタ回路は、どのような誘導子も含まない。一部の実施形態において、第２のセグメントの第１の特徴部は、第１のセグメント及び第２のセグメントの長さ方向に沿った断面プロフィールにおいて第１セグメントの整流領域を取り囲む。一部の実施形態において、ブラシは、電磁雑音抑制機構を更に含み、電磁雑音抑制機構は、第２のセグメントの第１の特徴部を含む。一部の実施形態において、ブラシの電磁雑音抑制機構は、ブラシの少なくとも一部分の幾何学構成を更に含む。

一部の実施形態は、回転デバイスにおける電磁雑音を低減する方法に関し、本方法は、回転デバイスの複数のブラシを識別する段階と、回転デバイスへ電力を供給し、複数のブラシと複数の整流子板との接触を通じて回転デバイス内の少なくとも整流子を駆動し、整流子が複数の整流子板を含む段階とを含む。本方法は、複数のブラシのうちのブラシの少なくとも一部分を少なくとも使用することによって電磁雑音（ＥＭＩ）の少なくとも第１の部分を低減する段階を更に含むことができる。一部の実施形態において、電磁雑音の少なくとも第１の部分を低減するために使用するブラシの部分は、ＥＭＩ抑制機構を含み、電磁雑音の少なくとも第１の部分は、ランダムな電磁雑音に対応する。

一部の実施形態において、ＥＭＩ抑制機構は、可撓性セグメント及び第１の抵抗率を有する第２のセグメントのうちの少なくとも一方を含み、可撓性セグメントは、整流のために複数の整流子板のうちの単一の整流子板だけに接触し、第１の抵抗率を有する第２のセグメントは、１つよりも多い整流子板を電橋することなく１つよりも多い整流子板に接触する。一部の実施形態において、本方法は、電磁雑音の第２の部分を少なくともフィルタ回路を使用することにより低減する段階を含むことができる。これらの実施形態の一部において、フィルタ回路は、ブラシ及び電気接地へ並列に電気接続した少なくとも２つのコンデンサを含み、電磁雑音の第２の部分は、全体的ノイズレベルを含む。すぐ前の実施形態の一部において、フィルタ回路は、複数のブラシへ電気的に接続した第１のコンデンサを含む。本方法が電磁雑音（ＥＭＩ）の少なくとも第１の部分を低減する行為を含む一部の実施形態において、電磁雑音（ＥＭＩ）の少なくとも第１の部分を低減する行為は、ブラシの少なくともその部分を複数の整流子板のうちの整流子板に接触させて、接触の第１の所定レベルを満たすレベルの接触を生成する段階を含む。一部の実施形態において、接触の第１の所定レベルは、電気接触抵抗が電気抵抗の所定値よりも小さくなるような２つの構成要素（例えば、ブラシと整流子板）間の接触を含む。一部の実施形態において、接触の第１の所定レベルは、接触応力が応力の所定のレベル又は所定の値よりも大きくなるような２つの構成要素（例えば、ブラシと整流子板）間の接触を含む。例えば、接触応力の所定レベル又は所定値は、ブラシの整流領域の降伏応力又は整流子板の降伏応力を含むことができる。

改善された羽根車に関する詳細は、添付した図１から図６Ｃを参照して「発明を実施するための形態」に説明する。

同様の要素が共通の参照番号で言及される図面は、実施形態の設計及び効用を例示している。これらの図面は、必ずしも正確な縮尺で表示されていない。上述の利点、並びに他の利点及び目的がどのように得られるかをより良く理解するために、実施形態のより具体的な説明が添付図面に例示されている。これらの図面は、例示的な実施形態を表現するのみであり、従って、特許請求の範囲を限定するようには考えないものとする。

一部の実施形態における例示的な回転デバイスの簡略化した概略図である。 一部の実施形態においてある時点における例示的な回転デバイスのブラシと整流子の間の相互関係の平面概略図である。 一部の実施形態において別の時点における図２Ａに例示した例示的な回転デバイスのブラシと整流子の間の相互関係をより詳細を例示する平面概略図である。 一部の実施形態においてある時点における例示的な回転デバイスのブラシと整流子の間の相互関係の平面概略図である。 一部の実施形態においてある時点における例示的な回転デバイスのブラシの平面概略図である。 一部の実施形態におけるベンチマークフィルタ回路の概略図である。 一部の実施形態における例示的なフィルタ回路図である。 一部の実施形態における例示的な回転デバイスの周波数に関するベンチマーク電子ノイズのプロフィールを例示する図である。 一部の実施形態における例示的な回転デバイスの周波数に関する改善された電子ノイズプロフィールを例示する図である。 一部の実施形態における１つ又はそれよりも多くの例示的な回転デバイスの周波数（ＭＨｚ）に関する電子ノイズプロフィールを例示する図である。 一部の実施形態における１つ又はそれよりも多くの例示的な回転デバイスの周波数（ＭＨｚ）に関する電子ノイズプロフィールを例示する図である。 一部の実施形態における１つ又はそれよりも多くの例示的な回転デバイスの周波数（ＭＨｚ）に関する電子ノイズプロフィールを例示する図である。

以下において、様々な特徴を図面を参照して説明する。図面は必ずしも正確な縮尺で描かれないこと、及び同様な構造又は機能の要素は図面を通じて同じ参照番号で表されることに注意すべきである。１つ又はそれよりも多くの特定の実施形態において又は１つ又はそれよりも多くの特定の特許請求の範囲において具体的に説明又は限定されていなければ、図は、例示及び説明の目的で特徴の記載を容易にすることのみが想定されることに注意すべきである。作図及びここに説明された様々な実施形態は、他の実施形態の網羅的な例示又は記載であること、又は特許請求の範囲又は他の一部の実施形態の範囲の限定であることを意図しておらず、そのことは、当業者には、本出願に説明するような実施形態を考慮すれば明らかである。更に、図示の実施形態は、図示した全ての態様又は利点を有する必要はない。

特定の実施形態と結びつけて説明する１つの態様又は特徴は、その実施形態に必ずしも限定する必要はなく、いずれかの他の実施形態において、たとえそのように例示されておらず又は明らかに説明されてなくても実施することができる。また、この明細書を通じて「一部の実施形態」又は「他の実施形態」への言及は、実施形態と結びつけて説明した特定の特徴、構造、材料、工程、又は特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、この明細書を通じて様々な場所に現れる語句「一部の実施形態では」、「１つ又はそれよりも多くの実施形態では」、又は「他の実施形態では」は、必ずしも同じ１つ又は複数の実施形態を指すものではない。

様々な実施形態は、電気的エネルギ（例えば、電流）を機械的エネルギ（例えば、機械的な回転力又はトルク）へ又はその反対に変換する回転デバイスに関する。回転デバイスは、例えば、電気的エネルギを機械的な回転エネルギへ変換するブラシ付きモータ、又は機械的エネルギを電気的エネルギ（例えば、電位、起電力等）へ変換する発電機を含み、電気モータ及び発電機は、整流子及びブラシを含む。一部の実施形態において、整流子は、角度方向に配置された複数の整流子板又は整流子要素（まとめて、複数又は１つの板）を含み、ブラシの各々は、１つ又はそれよりも多くの導電材料で作られた１つ又はそれよりも多くの特徴部を含む。

一部の実施形態において、ブラシは、実質的な永久変形又は破裂を生じることなく衝撃又は負荷に耐える弾力的な幾何学形状を含む。実質的な永久変形は、ブラシが意図するリード又はワイヤと可動部（例えば、整流子板）との間で電流を流す機能をもはや実行ができない程度までブラシの最初の形状が崩れた場合に起こることに注意すべきである。一部の実施形態において、ブラシは、例えば、衝撃又は負荷に起因する変形の後にブラシの最初の形状又は大きさを回復させる弾力的な幾何学形状を含む。一部の実施形態において、ブラシは、リード又はワイヤがそこへ固定的に取り付けられた第１の端部と整流子板と接触するのに使用される第２の端部とを含む。

一部の実施形態において、ブラシの第２の端部は、整流子板と滑り接触しており、滑りは、各整流子板が回転子と共に回転し又は回っている第２の端部の少なくとも一部に接触している間、ブラシの第２の端部は空間内で実質的に静止したままであるという意味であり、滑り接触により、ブラシの第２の端部と整流子板の間に十分なレベルの電気接触（例えば、十分に高い接触応力又は十分に低い接触抵抗）が整流の期間内で促進される。従って、ブラシの第２の端部は、それが各整流子板の少なくとも一部の上を滑っているように見えるが、実際に回転し又は回っているのは整流子板である。ブラシの第２の端部は空間内で実質的に静止したままであるとの上述の記載は、第２の端部が、第２の端部が整流子板へ電気的に接続されて電気を流す時に積極的に動くように設計されていないとの意味であることに注意すべきである。それにも関わらず、そのような記載は、ブラシの第２の端部が、例えば、振動によって少し動くことを排除しない。更に、そのような記載は、ブラシの第２の端部が２つの隣接する整流子板間の間隙を横切った場合に、ブラシの第２の端部がそれにも関わらず少し動き得ることを排除しない。

一部の実施形態において、回転デバイスは、ＥＭＩ（電磁雑音）抑制機構又は特徴部（まとめてＥＭＩ抑制機構）を含み、ＥＭＩ抑制機構は、ブラシの第２の端部へ作動的に接続され、又はブラシの第２の端部の分離不能な部分である。例えば、ＥＭＩ抑制機構は、ブラシの第２の端部と共に形成することができ、第２の端部のＥＭＩ抑制機構は、一部の実施形態において、以下に限定されるものではないが、例えば、プレス加工、曲げ加工、又は機械加工などによる一体的な特徴部であり、かつ加熱工程及び急冷工程を伴っても伴わなくてもよい。他の一部の実施形態において、ＥＭＩ抑制機構は、２つの構成要素を互いに結合するあらゆる適切な工程によってブラシの第２の端部へ別々に取り付けることができ、適切な工程は、以下に限定されるものではないが、例えば、溶接、機械的手段、ろう付け、溶射、紛体塗装、焼結、共焼結、接着、拡散結合などを含む。

これらの実施形態の一部において、ＥＭＩ抑制機構又はブラシの第２の端部は、整流子板から遠ざかる方向に曲がり又は湾曲する弓形、湾曲、又は曲がりくねったセグメントを含む。これに加えて又は代わりに、ブラシのＥＭＩ抑制機構は、ＥＭＩ抑制機構と対応する整流子板の間の接触応力がＥＭＩ抑制機構と整流子板の間に十分な電気接触を保証する応力のレベル又はこれを超えるレベルになるように構成又は設計することができる。例えば、ＥＭＩ抑制機構は、一部の実施形態において、接触応力が、ＥＭＩ抑制機構及び整流子板のうちのより弱い方（より低い降伏応力を有する構成要素）の降伏応力になるように又はこれを超えるように、ＥＭＩ抑制機構がそこへ取り付けられるブラシの設計又は整流子板の設計などに少なくとも部分的に基づいて設計することができる。

一部の実施形態において、ＥＭＩ抑制機構は、高い抵抗率の材料を含む。これらの実施形態において、ＥＭＩ抑制機構は、整流子が回転するか又はスピンする時の整流中における複数の整流子の電橋を防止するように構成又は設計される。一部の実施形態において、ブラシの第２の端部又はＥＭＩ抑制機構の少なくとも一部は、整流子板に接触し、ブラシの接触領域又は整流領域（以下、整流領域）と呼ぶ。これらの実施形態の一部において、ＥＭＩ抑制機構は、高い抵抗率の材料を含み、ブラシの整流領域又はＥＭＩ抑制機構の周り又は近くの区域又は近傍に配分される。

一部の実施形態は、電子ノイズの様々な発生源を更に抑制し又は低下させるフィルタ回路を含む回転デバイスに関する。これらの実施形態の一部において、フィルタ回路は、１つ又はそれよりも多くの接地されたコンデンサ、減結合コンデンサ、スナバコンデンサ、バイパスコンデンサ（以下、まとめて複数又は１つの減結合コンデンサ）を含む。これらの実施形態において、１つ又はそれよりも多くの回路要素又は他の発生源（ブラシ又は他の回路要素）が発生するノイズは、１つ又はそれよりも多くの減結合コンデンサを通じて分路されてノイズの影響を低減することができる。これらの実施形態の一部において、減結合コンデンサは、回路が開いて接触を迂回する時（例えば、ブラシ付きモータ又は発電機において、ブラシが整流子から外れる時）の電流の急低下に起因する開回路にわたる電圧低下によって発生するインパルスのための回路経路を形成する。これらの実施形態の一部において、スナバコンデンサは、抵抗器へ作動的に直列に接続されて、電磁雑音又は無線周波雑音（以下ＥＭＩ）を低減し又はエネルギを消散させる。

これらの実施形態の一部において、コンデンサと抵抗器の組合せは、減結合コンデンサ要素及び抵抗器要素の両方を含む単一パッケージ又は構成要素を包含する。一部の実施形態において、自然な発生源又は人工的に導入した発生源からのノイズは、不要な又は不愉快なエネルギの形態の２つ又はそれよりも多くの合計を含む（例えば、２つの隣接する整流子板間に存在する間隙に起因するブラシ付きモータ又は発電機における整流、ブラシと整流子板の間の接触の変動に起因する導電度の変動など）。他方、一部の実施形態において、電磁雑音は、一部の実施形態における特定の送信機又は発生源からの電波障害、混線、混結合、容量結合、又は他の不要な無線周波雑音を指す。それにも関わらず、用語「ノイズ」及び「電磁雑音」は、他で具体的に説明又は限定しない限り、明細書を通じて同義に使用することができる。

一部の実施形態は、整流子とブラシとを含む回転デバイスに関する。これらの実施形態の一部において、整流子は、複数の整流子板を含み、各整流子板は、少なくとも１つの凸面を有する３次元形状を有し、ブラシ又はその一部に接触する。一部の実施形態において、整流子は、複数の整流子板を含み、各整流子板は、実質的に直角又は傾いた円筒形状の長さ方向に沿った部分を有する。これらの実施形態の一部において、「凸」面又は実質的に円筒形の面が使用され、ブラシ又はその一部に直接に接触して電流を流すことができる。「実質的に円筒形の形状」などにおける用語「実質的に」又は「実質的な」は、完全である（例えば、完全に円筒形である）ように設計又は意図しているにも関わらず、組立上又は製造上の許容誤差、嵌合する様々な構成要素又はアセンブリにおける設計上の許容誤差、又は通常の摩耗及び割れに起因する緩み、又はこれらのあらゆる組合せが、設計した完全な特性からの多少の狂いを生じさせるある特徴を示すために本明細書では使用されることに注意すべきである。従って、用語「実質的に」又は「実質的な」は、少なくとも組立上又は製造上の許容誤差、嵌合する様々な構成要素又はアセンブリにおける緩み、又はこれらのあらゆる組合せなどを包含するように本明細書で使用していることを当業者は明らかに理解するであろう。

一部の実施形態において、整流子は、整流子の外縁に沿ってある角度配列に配置された複数の整流子板を含む。一部の実施形態において、これらの複数の整流子板は、整流子の中心に関して軸対称な方式で配置することができる。ブラシは、ブラシが、不良な電気接触に起因して所定の閾値を超える過剰な量の熱を発生することなく整流子板に向けて十分な接触応力を維持するように、実質的に永久変形又は破裂を生じることなく衝撃又は負荷に耐える弾力性材料、例えば、衝撃又は負荷に起因する変形後にその最初の形状又は大きさを回復する弾性材料、又は負荷によるその変形を少なくともいくらか元へ戻せるいずれかの他の材料で作ることができる。これらの実施形態において、ブラシは可撓性のままであるが、ブラシは、負荷が除去された状態で必ずしも最初の形状又はプロフィールを回復する必要はない。

加えて又は代わりに、ブラシは、リード又はワイヤがそこへ固定的に取り付けられた第１の端部と、整流子に接触するのに使用される第２の端部とを含む。一部の実施形態において、ブラシは、ブラシと整流子板の間の電気接触が所定の閾値を超える量の熱を発生しないように、十分な接触応力又は十分に低い接触抵抗で整流子板と電気的に接触するために使用する１つ又はそれよりも多くのフィンガ要素を含む。一部の実施形態において、ブラシのフィンガ要素は、回転デバイスの作動中にブラシが隣接する２つの整流子板間の間隙を通過する時に１つより多い整流子板が電気的に接触することによって発生する短絡をブラシが発生しないように高い抵抗率の要素を含む。一部の実施形態において、ブラシのフィンガ要素は、回転デバイス、整流子、又はフィンガ要素が様々な発生源から振動を受ける時でもブラシが短絡を生じないように、整流子板との電気接触を維持するような弾力性、弾性、又は可撓性の形状又は材料を含む。一部の典型的な例示的振動源は、例えば、隣接する２つの整流子板間の間隙を横断することに起因する振動、回転デバイス内の他の移動構成要素又は回転デバイスによって駆動されるか又はこれを駆動する他のデバイスに起因する振動、全ての他の振動源（例えば、ファンのブレード又はベーン、発電機のための回転駆動機構など）、又は他の全ての振動源を含むことができる。

一部の実施形態において、回転デバイスは、ブラシの第２の端部へ作動的に接続されるか又はブラシの第２の端部の分離不能な部分であるＥＭＩ（電磁雑音）抑制機構を含む。これらの実施形態の一部において、ＥＭＩ抑制機構は、整流子板から遠ざかる方向に湾曲した弓形、湾曲、又は曲がりくねったセグメントを含む。これらの実施形態の一部において、ＥＭＩ抑制機構は、高い抵抗率の材料を含む。これらの実施形態の一部において、高い抵抗率の材料を含むＥＭＩ抑制機構は、整流領域の周り又は近くの区域又は近傍に配分され、ＥＭＩ抑制機構の抵抗率は、ブラシの少なくとも整流領域のそれよりも高くなっている。

一部の実施形態において、ＥＭＩ抑制機構は、整流子板から遠ざかる方向に曲がる弓形、湾曲、又は曲がりくねったセグメントを含む。一部の実施形態において、回転デバイスはフィルタ回路を含む。これらの実施形態の一部において、フィルタ回路は、１つ又はそれよりも多くのコンデンサと、１つ又はそれよりも多くの相互接続部とを含む。一実施形態において、フィルタ回路は、１つ又はそれよりも多くの接地したコンデンサを含む。これらの実施形態の一部において、各整流子板は、並列に接続されかつ接地された少なくとも２つの接地されたコンデンサへ電気的に接続される。

上述の実施形態において、回転デバイスは、周波数に基づくノイズ（例えば、様々な性質のノイズ）又は周波数に基づかないノイズ（ポップ、クラックル、スナップなど）が抑制又は低減するように、様々なノイズ（例えば、ガウスノイズ、ドリフトノイズ、ショットノイズ、これらのいずれかの組合せなど）、又は様々な発生源からの電磁雑音から実質的に保護される。一実施形態において、回転デバイス又は回転アセンブリは、電子回路でフェライトセラミック内の高周波電流を消散することによって高周波ノイズ又はより高い高周波ノイズを抑制するためによく使用される受動電子構成要素を含むどのようなフェライトビーズも含まない。他で特に説明又は限定しない限り、フェライトビーズは、ブロック、コア、ＥＭＩフィルタ、又はチョークと同義に使用され、これらは全て、低周波又はより低い低周波又はＤＣ電流を流しながら電気回路内の高周波ノイズ又はより高い高周波ノイズを阻止する何らかの受動電気構成要素を含む。

図１は、一部の実施形態での例示的な回転デバイスの簡略化した概略図である。より具体的には、図１は、固定子１、回転子２、複数の整流子板を有する整流子１０、固定子内の磁石アセンブリ３、及び回転子２内の巻線４を含む電気モータ又は発電機のような回転デバイスの概略説明の例示である。ブラシは、作動中に、整流子１０内の対応する整流子板と接触する。実際の例として、回転デバイスに電力が供給されると、回転子２の周りに磁場が形成される。回転子２のうち例えばＮ極に近い一方の側は、磁石アセンブリ３に反発してこれから離れ、他方の側に向けて引きつけられ、回転子２が回転され又はスピンされる。

電流が巻線４（例えば、軟鉄コアの周りに巻かれたコイル）を流れる時に、磁石アセンブリ３の磁場が巻線４にトルクを加え、巻線４に回転効果を発生させ、巻線４を回転又はスピンさせる。回転デバイスを一方向に回転又はスピンさせるためにＤＣ整流子が使用され、電流の方向を半周期毎（例えば、２極モータにおいて）に反転させることができ、こうして回転デバイスは同じ方向に回転され続ける。他方、回転デバイスのシャフトが外力によって回転されると、回転デバイスは、発電機のように作用して起電力（ＥＭＦ）を発生する。

図２Ａは、一部の実施形態での例示的な回転デバイスのブラシと整流子の間のある時点における相互関係の平面概略図である。より具体的には、図２Ａは、整流子１０と、整流子１０と接触した２つのブラシ３０とを示している。図２Ａに例示した例示的な回転デバイスでは、整流子１０は、整流子１０の外径に沿ってある角度方式で配置された複数の整流子板１２を含む。図２Ａに示す一部の実施形態において、これらの複数の整流子板は、整流子の中心に対して軸対称な方式で配置することができる。これらの実施形態の一部において、整流子は、複数の整流子板を含み、各整流子板は、少なくとも１つの凸面を有する３次元形状を有する。

一部の実施形態において、整流子は複数の整流子板を含み、各整流子板は、実質的に直角又は傾いた円筒形状の長さ方向に沿った部分を有する。これらの実施形態の一部において、「凸」面又は実質的に円筒形の面が使用され、ブラシに接触して電流を流すことができる。「実質的に円筒形の形状」などにおける用語「実質的に」又は「実質的な」は、完全である（例えば、完全に円筒形である）ように設計又は意図しているにも関わらず、組立上又は製造上の許容誤差、設計上の許容誤差又は通常の摩耗及び割れに起因する嵌合する様々な構成要素又はアセンブリにおける緩み、又はこれらのあらゆる組合せが、設計した完全な特性からの一部の狂いを生じさせる特徴を示すために本明細書で使用されることに注意すべきである。従って、少なくとも組立上又は製造上の許容誤差、嵌合する様々な構成要素又はアセンブリにおける緩み、又はこれらのあらゆる組合せなどを包含するように本明細書で用語「実質的に」又は「実質的な」を使用していることを当業者は明らかに理解するであろう。

図２Ａに例示したこれらの実施形態において、２つのブラシ３０は、電源（例えば、ＤＣ電源）の正極及び負極へそれぞれ接続され、各ブラシは、電源に接続することができる（例えば、リード又はワイヤを通じて）第１の端部３２と、例示的な回転デバイスの作動中に少なくともその一部分が整流のために整流子に接触する第２の端部３４とを含む。ブラシ３０は、ブラシが、不良な電気接触に起因する所定の閾値を超える過剰な熱量を発生することなく整流子板１２に向けて十分な接触応力（例えば、ブラシ３０の少なくとも一部の変形に起因する応力）を維持するように、実質的な永久変形又は破裂なくして衝撃又は負荷に耐える弾力性材料、例えば、衝撃又は負荷に起因する変形後にその最初の形状又は大きさを回復する弾性材料、又は負荷によるその変形を少なくともいくらか元へ戻せるいずれかの他の材料のうちの１つ又はそれよりも多くから作ることができる。

これらの実施形態において、ブラシ３０は可撓性を有するが、ブラシは、負荷が除去された状態で必ずしも最初の形状又は大きさに回復する必要はない。一部の実施形態において、ブラシ３０は、フィンガ要素と整流子板１２の間の電気接触が所定の閾値を超える熱量を発生しないように、十分な接触応力（例えば、ブラシ３０又はフィンガ要素の少なくとも一部分の変形に起因する応力）又は十分に低い接触抵抗で整流子板１２と電気的に接触するのに使用される１つ又はそれよりも多くのフィンガ要素を含む。例えば、ブラシ３０又は整流子板１２は、それらの間の接触応力が、弱い方（より低い降伏応力を有する構成要素）又は強い方（より高い降伏応力を有する構成要素）の降伏応力か又はこれを超えるように構成又は設計することができる。一部の実施形態において、接触応力は、より高い接触抵抗に起因する発熱が受容可能又は許容可能である限り、ブラシ３０（又はフィンガ要素）及び整流子板１２の両方の降伏応力よりも小さくすることができる。一部の実施形態において、ブラシと整流子板の組合せにおける接触応力は、分析により、計算により、又は実験を通じて決定することができる。

一部の実施形態において、ブラシ１２のフィンガ要素又はブラシ３０自体の一部分は、回転デバイスの作動中にブラシが隣接する２つの整流子板１２間の間隙を通過する時に１つより多い整流子板が電気的に接触することによって発生する短絡をブラシが発生しないように高い抵抗率の要素を含む。これらの実施形態の一部において、ブラシ３０のフィンガ要素又はブラシ３０自体の一部分は、回転デバイス、整流子、又はフィンガ要素が様々な発生源から振動を受ける時でさえもブラシ３０が短絡を発生しないように、整流子板１２との電気接触を維持する弾力性、弾性、又は可撓性の形状又は材料を含む。材料の抵抗率は、材料の１つ又はそれよりも多くの特性の変動に起因していくらか変動する実際の抵抗率よりもむしろ、その材料のある温度（例えば、２０℃又は２９３Ｋ）における電気抵抗の公称値を指すことに注意すべきである。

これらの実施形態において、振動は、電気接触抵抗の変化、及び従って例えば発熱、電気インダクタンスの変化に起因するノイズ、電子ノイズ、又は電磁雑音（まとめてＥＭＩ）における対応する変化を発生させる。一部の実施形態において、図２Ａに例示した回転デバイスは、ブラシ３０の第２の端部３４へ作動的に接続されるか又はその分離不能な部分であるＥＭＩ（電磁雑音）抑制機構を含む。図２Ａに例示した実施形態において、ＥＭＩ抑制機構は、整流子板１２から遠ざかる方向に曲がる真っ直ぐな弓形、湾曲、又は曲がりくねったセグメント３６を含む。これらの実施形態の一部において、ＥＭＩ抑制機構は、高い抵抗率の材料を含む１つ又はそれよりも多くの材料で作られた１つ又はそれよりも多くの特徴部を含む。

これらの実施形態の一部において、高い抵抗率の材料を含むＥＭＩ抑制機構は、ブラシ３０又はその一部分が整流子板１２に接触する整流領域の周り又は近くの区域又は近傍に配分され、ＥＭＩ抑制機構の材料の抵抗率は、ブラシ３０の少なくとも整流領域の材料のそれよりも高い。これらの実施形態の一部において、ＥＭＩ抑制機構は、例えば、２つの構成要素を互いに結合するあらゆる適切な工程でブラシの第２の端部へ分離可能に取り付けることができ、適切な工程は、溶接、機械的手段、ろう付け、溶射、紛体塗装、焼結、共焼結、接着、拡散結合などを含むが、これらに限定されない。

図２Ｂは、一部の実施形態での図２Ａに例示した例示的な回転デバイスのブラシと整流子の間の別の時点における相互関係の平面概略図のより詳細を例示している。より具体的には、図２Ｂは、図２Ａのブラシ３０と実質的に類似であり、かつ電源に接続することができる第１の端部３２Ｂと、第２の端部３４Ｂとを含むブラシ３０Ｂを例示している。図２Ｂに示す実施形態において、ブラシ３０Ｂは、整流子板１２Ｂ及び整流子板１３Ｂから遠ざかるように曲がる湾曲、弓形、又は曲がりくねったセグメントを含む。ブラシ３０Ｂは、整流子板（１２Ｂ又は１３Ｂ）に接触する整流領域３５Ｂを含む。整流中における特定の瞬間又は期間中に、整流子、従って、整流子板１２Ｂ及び整流子板１３Ｂは、方向１３Ｂに回転又はスピンし、ブラシ３０Ｂは、整流子板１２Ｂに場所３０２Ｂで、かつ整流子板１３Ｂに場所３０４Ｂで同時に接触する。

これらの実施形態において、場所３０２Ｂ及び場所３０４Ｂを取り囲む領域は、ブラシ３０Ｂと２つの整流子板（１２Ｂ及び１３Ｂ）の間の同時接触が短絡を生じないように、高い抵抗率の材料で作られた１つ又はそれよりも多くの特徴部３８Ｂを含む。ここに例示かつ説明する場所３０２Ｂ及び場所３０４Ｂを取り囲む領域の正確な寸法、又は回転デバイスの他の部分の正確な寸法は、１つ又はそれよりも多くの重み付けしたファクタ又は重み付けしないファクタ、又はこれらの設計の設計に影響するいずれかの他のファクタに少なくとも部分的に基づいて判断することができ、ここで、重み付けした又はしないファクタは、回転デバイス内の様々な構成要素の設計（例えば、整流子板１２Ｂ又は整流子板１３Ｂの幾何学的寸法、ブラシ３０Ｂの厚み又はプロフィールなど）、回転デバイス内の利用可能な空間、回転デバイスの様々な構成要素を作るための製造工程（例えば、特定の材料のある厚みについて推奨される曲げ半径、回転デバイス内の様々な構成要素に関する材料の選択、回転デバイスの作動的要件（例えば、回転速度）、電力の出力上又は入力上の要件）、又はこれらのあらゆる組合せを含む。

従って、第１の端部３２Ｂを含むセグメントは、図２Ｂに参照番号３２Ｂに示すような異なるプロフィールを有することができる。高い抵抗率の材料は、２つの整流子板（１２Ｂ及び１３Ｂ）の電橋の防止に加えて、電気インダクタンス、様々な発生源からの振動、又は様々な発生源（例えば、間欠的な電気接触又は接触応力の変動を伴う電気接触など）からの振動に起因するインダクタンス変化の変動を低減又は抑制することができ、低減又は抑制は、特に、ブラシがまさに一方の整流子板（１２Ｂ）に関する整流を完了し、別の整流子板（１３Ｂ）に関する新たな整流を開始しようとする期間中に行うことができ、その理由は、ブラシ３０Ｂ内のそのように高い抵抗率の材料が、ブラシ３０Ｂと対応する整流子板（例えば、１２Ｂ又は１３Ｂ）の間の電流を低減又は除去もするからである。ブラシ３０Ｂは、低い抵抗率を有する材料又は導電性の材料を含みかつ整流子板に接触してブラシ３０Ｂを通じて電力を供給する整流領域３５Ｂも含む。整流領域３５Ｂを含むセグメントが弓形、湾曲、又は曲がりくねった形状を含む一部の実施形態において、セグメントの曲率、又はブラシ３０Ｂのうち場所３０２Ｂと場所３０４Ｂの間にある部分の曲率は、対応する整流子板（１２Ｂ又は１３Ｂ）の曲率の２０倍よりも小さく又はこれと等しくなるように構成又は設計することができる。

図３Ａは、一部の実施形態での例示的な回転デバイスのブラシと整流子の間のある時点における相互関係の平面概略図である。より具体的には、図３Ａは、整流子が回転又はスピンしている間に２つの整流子板１２Ａに接触するブラシ３０Ａを例示している。ブラシ３０Ａは、電力源に接続することができる（例えば、リード又はワイヤを通じて）第１の端部３２Ａと、例示的な回転デバイスの作動中に少なくともその一部分が整流のために整流子に接触する第２の端部３４Ａとを含む。更に、図３Ａに示す実施形態において、ブラシ３０Ａの第２の端部３４Ａ又はブラシ３０Ａのうちの第２の端部３４Ａにより近い部分は、導電材料を含む整流領域３５Ａと、その抵抗率が整流領域３５Ａの材料のそれよりも高い材料を含む隣接領域又は複数の離散領域３８Ａとを有する。

一部の実施形態において、隣接領域又は複数の離散領域３８Ａは、様々な発生源からの電磁雑音を抑制又は低減するために使用することができるＥＭＩ抑制機構としての目的を果たすことができる。一部の実施形態において、ブラシ３０Ａ自体の幾何学構成は、ブラシ３０Ａの弾力性、弾性、又は可撓性を利用することによってＥＭＩ抑制機構としての目的を果たし、ブラシ３０Ａと整流子板１２Ａの間の十分な電気接触を保証する。一部の実施形態において、ブラシ３０Ａの弾力性、弾性、又は可撓性の特性が更に利用されて、様々な発生源からの振動の悪影響を低減又は更に除去することができる。

例えば、ブラシ３０Ａは、十分に低い接触抵抗又は十分に高い接触応力を保証するように構成又は設計することができ、ある程度の振動が電気インダクタンスへ及ぼす悪影響は多少低減され又は無視可能なレベルにもなり、このレベルは、電気インダクタンスの変動に起因する電磁雑音を低減するものである。一部の実施形態において、ブラシ３０Ａは、整流子板１２Ａに対して所定の角度で配置された全体的に直線形状を含むことができる。他の一部の実施形態において、ブラシ３０Ａは、ある場所においてある角度で曲がった形状を含むことができる。ここに説明する様々な角度の実価又は場所は、重み付けしたファクタ又は重み付けしないファクタ、又はこれらの設計のうちのその設計に影響するいずれかの他のファクタに少なくとも部分的に基づいて判断することができ、重み付けした又はしないファクタは、回転デバイス内の様々な構成要素の設計（例えば、整流子板１２Ａの幾何学的寸法、ブラシ３０Ａの厚み又はプロフィールなど）、回転デバイス内の利用可能な空間、回転デバイスの様々な構成要素を作るための製造工程（例えば、特定の材料のある厚みについて推奨される曲げ半径、回転デバイス内の様々な構成要素に関する材料の選択、回転デバイスの作動的要件（例えば、回転速度）、電力の出力上又は入力上の要件）、コスト、又はこれらのあらゆる組合せを含む。

図３Ｂは、一部の実施形態によるある時点における例示的な回転デバイスのブラシの平面概略図である。より具体的には、図３Ｂは、導電材料を含む整流領域３５Ａと、その抵抗率が整流領域３５Ａの材料のそれよりも高い材料を含む隣接領域又は複数の離散領域３８Ａとを有するブラシ３０Ａを例示している。図３Ｂでは、隣接領域又は複数の離散領域３８Ａは、整流領域３５Ａを取り囲むように見える。より高い抵抗率の高い領域３８Ａを使用して、２つの整流子板（例えば、図３Ａに１２Ａに示す）が一緒に電橋するのを防止することができる。それにも関わらず、図３Ｂの例示は、より高い抵抗率の材料から作られた異なる領域を有する他の実施例が同じか又は実質的に類似な目的を果たす限り、その実施例の範囲を限定することを意図しない。

図３Ｂにおける様々な要素は、例示及び説明を容易にするだけのために四角な形状で表現されることに注意すべきである。それにも関わらず、図３Ｂでの四角形状の使用は、ブラシが異なる幾何学形状を有する他の様々な実施形態の範囲を限定するように想定されるものではない。一部の実施形態において、図２Ａから２Ｂ及び図３Ａから３Ｂの１つ又はそれよりも多くを参照して説明した１つ又はそれよりも多くの特徴は、ランダムな電子ノイズ又はランダムな電磁雑音を低減、抑制、又は除去するために使用することができる。図２Ａから２Ｂ及び図３Ａから３Ｂの１つ又はそれよりも多くを参照して説明した１つ又はそれよりも多くの特徴を含む例示的な回転デバイスのノイズレベルプロットが図６Ｂに示されている。図２Ａの参照番号３０、図２Ｂの参照番号３０Ｂ、図３Ａから図３Ｂの参照番号３０Ａのような参照番号は、「ブラシ」又は「複数のブラシ」として説明しているが、これらの参照番号のうちのいずれか１つは、一部の実施形態において、ブラシの本体へ分離可能に取り付けられ又は分離不能に取り付けられ、又は本体上に形成された特徴部を指すためにも使用されることに注意すべきである。例えば、上述の参照番号のいずれか１つは、一部の実施形態において、様々な幾何学構成のストリップの形態と、ブラシの本体へ分離可能に又は分離不能に取り付けられたフィンガ要素とを含む。

図４Ａは、一部の実施形態におけるベンチマークフィルタ回路の概略を例示している。より具体的には、ベンチマークフィルタ回路は、接地された２つの１μＦコンデンサ要素及び接地された２つの４．７μＦコンデンサ要素を含み、これらはモータへ並列に接続される。ベンチマークフィルタ回路は、フェライトビーズも含み、かつ従来の多くのモータ及び発電機の設計に見出すことができる。図４Ａに例示した例示的ベンチマークフィルタ回路を有する回転デバイスの一部の例示的な性能特性が、以下の段落において図５Ａ及び図６Ａを参照して説明される。

図４Ｂは、一部の実施形態における例示的なフィルタ回路４００Ｂの概略を示している。より具体的には、例示的なフィルタ回路を含む回転デバイス４０２Ｂは、ブラシ（３０ａ及び３０ｂで概略的に示す）へ作動的に接続した整流子１０を含み、ブラシは、結果的に電源へ作動的に接続される。図４Ｂに例示した例示的なフィルタ回路は、各ブラシ（３０ａ又は３０ｂ）と接地の間に少なくとも２つのコンデンサ要素５２Ａ及び５４Ａ、又はコンデンサ要素５６Ａ及び５８Ａを含む。少なくとも２つのコンデンサ要素は、並列に接続されて整流中のある時点において接地へのバイパス通路を提供し、バイパス通路は、電子ノイズ又は電磁雑音を抑制、低減、又は除去する。少なくとも２つのコンデンサ要素は、結果的に接地に接続される。

この例示的なフィルタ回路を含む一部の実施形態において、コンデンサ要素５２Ａ及び５６Ａは、それぞれ容量１ｎＦから１００ｎＦを有し、コンデンサ要素５４Ａ及び５８Ａは、それぞれ容量１０ｎＦから１００ｎＦのコンデンサである。一部の実施形態において、任意的に、容量０．４７ｎＦから２０ｎＦでありかつ電子ノイズ及び電磁雑音（例えば、差動モード雑音）を低減、抑制、又は除去するために使用するコンデンサを更に含むことができる。これらの実施形態の一部において、コンデンサ要素５４は、容量８ｎＦから１２ｎＦのコンデンサを含む。これらの実施形態の一部において、コンデンサ要素５２Ａ及び５６Ａは、容量８ｎＦから１２ｎＦのコンデンサをそれぞれ含む。一部の実施形態において、コンデンサ要素５４Ａ及び５８Ａは、それぞれ容量６５ｎＦから７０ｎＦを有する。

一部の実施形態において、フィルタ回路内のコンデンサ要素は、フィルタ回路の共振周波数に少なくとも部分的に基づいて判断され、望ましい又は要求される線質係数（Ｑファクタ）をフィルタ回路が示すようにすることができる。これらの実施形態の一部において、フィルタ回路内のコンデンサ要素は、フィルタ回路が共振することができるように判断される。これらの実施形態の一部において、どのような誘導子も使用することなく、共振するコンデンサ要素を含めることができる。図４Ｂに例示した例示的なフィルタ回路は、受動フィルタ回路を提供するが、受動フィルタ回路を例示することは、ここに説明した回転デバイスのための増幅部（例えば、オペアンプによる増幅）を有する能動形フィルタ回路を有する選択肢を排除することにならない。

一部の実施形態において、図４Ｂに例示した例示的なフィルタ回路は、回転デバイスのノイズレベル（例えば、二乗平均平方根電圧又はＲＭＳ電圧、ノイズ標準偏差など）全体を低下又は抑制するために使用することができる。一部の実施形態において、図４Ｂを参照して説明した１つ又はそれよりも多くの特徴は、電子ノイズ又はランダム電磁雑音の全体のレベルを低下又は抑制するために使用することができる。図４Ｂを参照して説明した１つ又はそれよりも多くの特徴を含む例示的な回転デバイスのノイズレベルプロットが図６Ｃに示されている。図６Ｃを発生する例示的な回転デバイスも、１つ又はそれよりも多くの特徴を含み、その特徴は、図２Ａから２Ｂ及び図３Ａから３Ｂの１つ又はそれよりも多くを参照して説明したランダム電子ノイズ又はランダム電磁雑音を低減、抑制、又は除去することに注意すべきである。この例示的なフィルタ回路を例示及び説明しても、他のフィルタ（例えば、線形フィルタ又は非線形フィルタ、アナログフィルタ又はデジタルフィルタ、広域フィルタ、ローパスフィルタ、帯域通過フィルタ、帯域阻止フィルタ、全域通過フィルタなど）の使用は排除しないことにも注意すべきである。

図４Ｂに例示した実施形態において、例示的なフィルタ回路は、どのような電子チョーク又は電子ビーズ（例えば、フェライトビーズ）も使用することなく設計及び構成されることに注意すべきである。ビーズは、電子回路においてノイズ（高周波ノイズ）を抑制するために多くの場合に使用される受動電子構成要素を含む。チョークは、電気回路内の高周波ＡＣ（ＡＣ）を低周波のＡＣ又はＤＣを流しながら、阻止又は除去するための受動電子構成要素（例えば、誘導子）を含む。そのような例示的なフィルタ回路の利点の１つは、どのようなビーズも存在しないので、フィルタ回路のコスト又は及び例示的なフィルタ回路を含む回転デバイスのコストが結果として安くなることである。

図５Ａは、一部の実施形態における図４Ａに示すベンチマークフィルタ回路を有する例示的な回転デバイスの周波数に関するベンチマーク電子ノイズプロフィールを例示している。図５Ａは、ベンチマークフィルタ回路の周波数に関する標準的な又は許容可能なノイズレベル５０２Ａ及びノイズレベルプロット５０４Ａを示している。図５Ａに示すように、ノイズレベルプロット５０４Ａは、特に７０ＭＨｚよりも低い周波数範囲において、大きさが約５ｄＢμＶから１５ｄＢμＶの非常に多くのランダムなスパイクを示している。

図５Ｂは、一部の実施形態における例示的な回転デバイスの周波数に関する改善された電子ノイズプロフィールを例示している。図５Ｂでは、標準的な又は許容可能なノイズレベル５０２Ｂは同じであるが、周波数に関するノイズレベルプロット５０４Ｂは、スパイクの大きさが小さく、遥かに滑らかな分布を示している。図５Ｂを発生する例示的な回転デバイスは、図５Ａを発生する例示的な回転デバイスとは異なっており、従って、図５Ｂでは全体的ノイズレベルがより高く見える。図５Ｂでは、全体的ノイズレベルがより高くなっているが、ここに説明した様々な実施形態の回転デバイスが発生するノイズレベルは、高くなっていない。

より具体的には、図５Ａを発生する例示的な回転デバイスは、図２Ａに示すブラシと、図４Ａに示すフィルタ回路とを含む。図５Ｂを発生する例示的な回転デバイスは、図３Ａに示すブラシと、図４Ａに示すフィルタ回路とを含む。図５Ａから図５Ｂによれば、両方の回転デバイスのノイズ性能は許容可能であり、その理由は、両方のノイズレベルプロットは標準的な又は許容可能なノイズレベル（それぞれ５０２Ａ及び５０２Ｂ）よりも小さいように低下するからである。ＥＭＩ抑制機構を含む一部の実施形態において、ノイズ性能は、図６Ａから図６Ｃに例示して以下に説明するように更に改善される。

図６Ａから図６Ｃは、一部の実施形態における１つ又はそれよりも多くの例示的な回転デバイスの周波数（ＭＨｚ）に関する電子ノイズプロフィールを例示している。より具体的には、図６Ａは、従来のフィルタ回路を有する従来の回転デバイスを例示している。図６Ａから分るように、ノイズレベルプロット６０２Ａは、相当な大きさの非常に多くのランダムなスパイクを含み、かつ１つ又はそれよりも多くの周波数帯において標準的な又は許容可能なレベル６０４Ａを超える。図６Ｂから図６Ｃは、ここに説明したブラシ設計、ＥＭＩ抑制機構、又はフィルタ回路のような特徴の１つ又はそれよりも多くを有する回転デバイスの改善したノイズ性能を例示している。例えば、図６Ｂの６０２Ｂは、図６Ａの６０２Ａに示すランダムなスパイクが実質的に抑制又は低減されたことを示すが、図６Ｂは、ノイズレベルが、周波数の遥かに狭い範囲内で依然として標準的な又は許容可能なレベル６０４Ｂを超えること、及び６０２Ｂに示す全体的ノイズレベルが６０２Ａに示す全体的ノイズレベルにより近いままであることを示している。

一部の実施形態において、図６Ｂを発生する回転デバイスは、先行する段落でブラシに対して説明した１つ又はそれよりも多くの特徴を含むが、図４Ｂに例示したフィルタ回路は含まない。図６Ｃは、上述のブラシ設計、ＥＭＩ抑制機構、及びフィルタ回路を含む回転デバイスのノイズ性能に関する更なる改善を示している。より具体的には、図６Ｃのノイズレベルプロット６０２Ｃは、ランダムなスパイクが実質的に低減、抑制、又は除去されることを示すのみならず、全体のノイズレベルが約２０ｄＢμＶだけ低下することを示している。６０２Ｃに示すノイズ性能は、従って、標準的な又は許容可能なレベル６０４Ｃを満たす。一部の実施形態において、図６Ｃを発生する回転デバイスは、図２Ａから２Ｂ及び図３Ａから３Ｂの１つ又はそれよりも多くを参照して上述した１つ又はそれよりも多くのブラシに加えて、図４Ｂに関連して説明したフィルタ回路も含む。

以上の明細書において、本発明をその特定の実施形態を参照して説明した。しかし、本発明の広範な精神及び範囲を逸脱することなく、それに対して様々な変形及び変更を行うことができることは明らかである。例えば、上述の処理流れは、処理アクションの特定の順序に関連して説明された。しかし、説明した処理アクションの多くの順序は、本発明の範囲又は作動に影響することなく変更することができる。従って、本明細書及び図面は、限定的な意味よりもむしろ例示と見なされるものとする。

１ 固定子
２ 回転子
３ 磁石アセンブリ
４ 巻線
１０ 整流子

Claims (20)

1. 電気エネルギと機械エネルギ間で変換するための回転デバイスであって、
   複数の整流子板を含む整流子と、
   前記複数の整流子板のうちの少なくとも一部と滑り接触する複数のブラシと、
   を含み、
   前記複数のブラシのうちのブラシが、
   第１の抵抗率を有する整流領域を含む第１のセグメントと、
   第２の抵抗率を有する第１の特徴部を含む第２のセグメントと、
   を含む、
   ことを特徴とする回転デバイス。
2. 前記複数のブラシへ作動的に接続したフィルタ回路を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の回転デバイス。
3. 前記第１のセグメントの前記整流領域に隣接するが、前記第２のセグメントに隣接しない第２の特徴部を含む第３のセグメント、
   を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の回転デバイス。
4. 前記複数の整流子板のうちの整流子板が、整流中に前記整流領域の少なくとも一部に接触する幾何学形状を有する整流面を含むことを特徴とする請求項１に記載の回転デバイス。
5. 前記複数のブラシのうちの前記ブラシは、前記整流領域を含みかつ整流中に前記複数の整流子板のうちの整流子板の少なくとも一部に接触する幾何学形状を有するブラシ面を含むことを特徴とする請求項１に記載の回転デバイス。
6. 前記ブラシは、該ブラシの前記整流領域が、整流中に前記複数の整流子板のうちの整流子板の少なくとも一部へ作動的に結合された時に、該複数の整流子板のうちの該整流子板の該少なくとも一部と所定レベルで接触する３次元形状を含むことを特徴とする請求項１に記載の回転デバイス。
7. 前記複数の整流子板のうちの２つ又はそれよりも多くの整流子板が、前記ブラシの前記第２のセグメントの前記第１の特徴部だけに同時に接触するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の回転デバイス。
8. 前記フィルタ回路は、前記ブラシと電気接地との間に並列に作動的に接続した少なくとも２つのコンデンサと、前記複数のブラシへ作動的に接続した第１のコンデンサとを含むことを特徴とする請求項２に記載の回転デバイス。
9. 前記フィルタ回路は、複数のコンデンサ及び１つ又はそれよりも多くの相互接続部で構成されることを特徴とする請求項８に記載の回転デバイス。
10. 前記第２のセグメントの前記第１の特徴部は、長さ方向に沿った前記第１のセグメント及び該第２のセグメントの断面プロフィール内で該第１のセグメント内の前記整流領域を取り囲むことを特徴とする請求項１に記載の回転デバイス。
11. 前記ブラシは、前記第２のセグメントの前記第１の特徴部を有する電磁雑音抑制機構を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の回転デバイス。
12. 前記電磁雑音抑制機構は、前記ブラシの少なくとも一部分の幾何学構成を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の回転デバイス。
13. 回転デバイス内の電磁雑音を低減する方法であって、
    前記回転デバイスの複数のブラシを識別する段階と、
    前記回転デバイスへ電力を供給し、前記複数のブラシと複数の整流子板間の接触を通じて該回転デバイス内で該複数の整流子板を含む少なくとも整流子を駆動する段階と、
    前記複数のブラシのうちのブラシの少なくとも一部分を少なくとも使用することにより、電磁雑音（ＥＭＩ）の少なくとも第１の部分を低減する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
14. 電磁雑音の前記少なくとも前記第１の部分を低減するために使用する前記ブラシの前記部分は、ＥＭＩ抑制機構を含み、
    前記電磁雑音の前記少なくとも前記第１の部分は、ランダム電磁雑音に対応する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の電磁雑音を低減する方法。
15. 前記ＥＭＩ抑制機構は、可撓性セグメント及び第１の抵抗率を有する第２のセグメントのうちの少なくとも一方を含み、
    前記可撓性セグメントは、整流のために前記複数の整流子板のうちの単一の整流子板だけに接触し、
    前記第１の抵抗率を有する前記第２のセグメントは、１つよりも多い整流子板に該１つよりも多い整流子板を電橋することなく接触する、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の電磁雑音を低減する方法。
16. 少なくともフィルタ回路を使用することによって前記電磁雑音の少なくとも第２の部分を低減する段階、
    を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
17. 前記フィルタ回路は、前記ブラシ及び接地へ並列に電気的に接続した少なくとも２つのコンデンサを含み、
    前記電磁雑音の前記第２の部分は、全体的ノイズレベルを含む、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記フィルタ回路は、前記複数のブラシへ電気的に接続した第１のコンデンサを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記フィルタ回路は、ビーズを含まないことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
20. 電磁雑音（ＥＭＩ）の前記少なくとも前記第１の部分を低減する行為が、
    前記ブラシの前記少なくとも前記部分を前記複数の整流子板のうちの整流子板に接触させて、接触の第１の所定レベルを満たす所定レベルの接触を生成する段階、
    を含む、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。