JP2015220924A - Slide contact mechanism, motor, and generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摺動接点機構、電動機及び発電機に関するものである。更に詳細には、本発明は、所定の構造を有するブラシを備えた摺動接点機構、これを適用した電動機及び発電機に関するものである。 The present invention relates to a sliding contact mechanism, an electric motor, and a generator. More specifically, the present invention relates to a sliding contact mechanism including a brush having a predetermined structure, and an electric motor and a generator to which the sliding contact mechanism is applied.
従来、良好な耐摩耗性及び耐酸化性を示すブラシ給電電極による摺動接点機構が提案されている。その摺動接点機構は、ブラシ状に束ねられて導電体に支持された導電性ダイヤモンドライクカーボンで被覆された弾性線材と、導電体上に形成された導電性ホウ素ドープダイヤモンド膜とで構成されている(特許文献1参照。)。 Conventionally, a sliding contact mechanism using a brush feeding electrode exhibiting good wear resistance and oxidation resistance has been proposed. The sliding contact mechanism is composed of an elastic wire covered with conductive diamond-like carbon that is bundled in a brush shape and supported by a conductor, and a conductive boron-doped diamond film formed on the conductor. (See Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載の摺動接点機構にあっては、接触面積が小さいため、導電性ダイヤモンドにおける電流密度が高くなり、電気的摩耗量が多くなるという問題点があった。
However, the sliding contact mechanism described in
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。
そして、本発明は、電流密度を低下させて、電気的摩耗量を少なくし得る摺動接点機構、これを適用した電動機及び発電機を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such problems of the prior art.
Then, an object of the present invention is to provide a sliding contact mechanism that can reduce the amount of electrical wear by reducing the current density, and an electric motor and a generator to which the sliding contact mechanism is applied.
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、正極側及び負極側のいずれか一方のブラシと、ブラシと摺動接触するコミュテータとを備えた摺動接点機構において、ブラシとコミュテータとが複数の部位で接触し、ブラシとコミュテータとの複数の接触部位におけるブラシのコミュテータと対向する面の硬度がコミュテータのブラシと対向する面の硬度よりも高い構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention have made extensive studies in order to achieve the above object. As a result, in the sliding contact mechanism including either the positive electrode side brush or the negative electrode side brush and the commutator that is in sliding contact with the brush, the brush and the commutator come into contact with each other at a plurality of locations. The present invention has been completed by finding that the above object can be achieved by adopting a configuration in which the hardness of the surface facing the commutator of the brush is higher than the hardness of the surface facing the brush of the commutator at a plurality of contact sites.
すなわち、本発明の摺動接点機構は、正極側及び負極側のいずれか一方のブラシと、ブラシと摺動接触するコミュテータとを備え、ブラシとコミュテータとが複数の部位で接触しており、ブラシとコミュテータとの複数の接触部位におけるブラシのコミュテータと対向する面の硬度が、コミュテータのブラシと対向する面の硬度よりも高いものである。 That is, the sliding contact mechanism of the present invention includes either one of the positive electrode side or the negative electrode side brush and a commutator that is in sliding contact with the brush, and the brush and the commutator are in contact at a plurality of sites. The hardness of the surface facing the commutator of the brush is higher than the hardness of the surface facing the brush of the commutator.
また、本発明の電動機又は発電機は、上記本発明の摺動接点機構を具備したものである。 Moreover, the electric motor or generator of the present invention comprises the above-described sliding contact mechanism of the present invention.
本発明によれば、正極側及び負極側のいずれか一方のブラシと、ブラシと摺動接触するコミュテータとを備え、ブラシとコミュテータとが複数の部位で接触しており、ブラシとコミュテータとの複数の接触部位におけるブラシのコミュテータと対向する面の硬度が、コミュテータのブラシと対向する面の硬度よりも高い構成とした。
そのため、電流密度を低下させて、電気的摩耗量を少なくし得る摺動接点機構、これを適用した電動機及び発電機を提供することができる。
According to the present invention, it is provided with either one of the brush on the positive electrode side and the negative electrode side, and a commutator that is in sliding contact with the brush, the brush and the commutator are in contact at a plurality of sites, The hardness of the surface facing the commutator of the brush at the contact portion is higher than the hardness of the surface facing the brush of the commutator.
Therefore, it is possible to provide a sliding contact mechanism that can reduce the electric wear amount by reducing the current density, and an electric motor and a generator to which the sliding contact mechanism is applied.
以下、本発明の一実施形態に係る摺動接点機構、これを適用した電動機及び発電機について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, a sliding contact mechanism according to an embodiment of the present invention, an electric motor and a generator to which the sliding contact mechanism is applied will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the dimension ratio of drawing is exaggerated on account of description, and may differ from an actual ratio.
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態に係る摺動接点機構について、従来の摺動接点機構と比較して詳細に説明する。図1は、第1の実施形態に係る摺動接点機構を模式的に示す説明図である。
図1に示すように、本実施形態の摺動接点機構1は、正極側及び負極側のいずれか一方のブラシ10と、ブラシ10と摺動接触するコミュテータ20とを備えるものである(なお、図中の20は詳しくはコミュテータの一部である。)。
そして、本実施形態においては、ブラシ10とコミュテータ20とが複数の部位で接触している。図中においては接触している部位に符号aを付して示す。
また、本実施形態においては、ブラシ10とコミュテータ20との複数の接触部位aにおけるブラシ10のコミュテータ20と対向する面10aの硬度が、コミュテータ20のブラシ10と対向する面20aの硬度よりも高い。
なお、図中の矢印Xはコミュテータの摺動方向を示している。
(First embodiment)
First, the sliding contact mechanism according to the first embodiment will be described in detail in comparison with a conventional sliding contact mechanism. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a sliding contact mechanism according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the
In this embodiment, the
Further, in the present embodiment, the hardness of the
In addition, the arrow X in a figure has shown the sliding direction of the commutator.
一方、図2は、従来の摺動接点機構を模式的に示す説明図である。なお、上記の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図2に示すように、従来の摺動接点機構100においては、ブラシ10とコミュテータ20とが1カ所でのみ接触している、つまり、複数の部位で接触していない。
On the other hand, FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a conventional sliding contact mechanism. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in said embodiment, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
As shown in FIG. 2, in the conventional
このようにブラシとコミュテータとからなる摺動接点機構における摺動接触する面において、ブラシの硬度をコミュテータの硬度より高く、且つ、ブラシとコミュテータとが複数の部位で接触する構成とすることによって、電流密度を低下させて、電気的摩耗量を少なくすることができる。従って、長寿命化した摺動接点機構、これを適用した電動機及び発電機を提供することができる。 Thus, on the sliding contact surface in the sliding contact mechanism composed of the brush and the commutator, the brush has a hardness higher than that of the commutator, and the brush and the commutator are in contact with each other at a plurality of sites. A current density can be reduced and the amount of electrical wear can be reduced. Therefore, it is possible to provide a sliding contact mechanism having a long life, and an electric motor and a generator to which the sliding contact mechanism is applied.
以下、各構成について詳細に説明する。 Hereinafter, each configuration will be described in detail.
上記ブラシ10は、コミュテータと複数の部位で接触する構造を有し、接触部位におけるブラシの硬度がコミュテータの硬度より高いものであれば特に限定されるものではない。
The
ここで、「複数の部位で接触する」とは、点接触、線接触、面接触などによる接触部位を2カ所以上有していることを意味する。なお、点接触、線接触、面接触などの接触形式については特に限定されるものではない。また、正極側及び負極側のブラシの少なくとも1つのブラシが複数の部位で接触することを意味するのであって、例えば、通常、正極側ブラシ及び負極側ブラシのそれぞれが1カ所で接触して、全体として2カ所で接触している場合を意味するものではない。 Here, “contact with a plurality of parts” means having two or more contact parts by point contact, line contact, surface contact or the like. It should be noted that contact types such as point contact, line contact, and surface contact are not particularly limited. In addition, it means that at least one brush of the brush on the positive electrode side and the negative electrode side contacts at a plurality of sites, for example, each of the brush on the positive electrode side and the brush on the negative electrode side normally contacts at one place, It does not mean the case where they are in contact at two places as a whole.
ブラシ10を構成するものとしては、例えば、通電摺動による摩擦係数の低減、耐摩耗性の向上などの観点から導電性ダイヤモンドや導電性ダイヤモンドライクカーボンなどを好適例として挙げることができる。これらは1種を単独で適用してもよく、2種以上を適宜組み合わせて適用してもよい。また、ここで、導電性ダイヤモンドとしては、ホウ素ドープダイヤモンドなど従来公知のものを適用することができる。また、導電性ダイヤモンドライクカーボンとしては、ta−C構造のダイヤモンドライクカーボン(いわゆる水素フリーダイヤモンドライクカーボン)やa−C:H構造のダイヤモンドライクカーボン(いわゆる水素含有ダイヤモンドライクカーボン)、金属元素ドープしたダイヤモンドライクカーボンなど従来公知のものを適用することができる。その中でも、導電性ダイヤモンドは、放熱性が高いという観点から特に好ましい。
As a material constituting the
また、これらに限定されるものではなく、導電性ダイヤモンドや導電性ダイヤモンドライクカーボンに加えて、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ケイ素(Si)、ホウ素(B)、鉄(Fe)、チタン(Ti)などを含むものを挙げることができる。これらは1種を単独で適用してもよく、2種以上を適宜組み合わせて適用してもよい。炭素と反応し易い材料若しくは触媒又は導電助剤を含んでいることが、導電性ダイヤモンド、導電性ダイヤモンドライクカーボンのバルク化又は全体としての電気抵抗低減という観点から好ましい。全体としての電気抵抗を低減することができると、例えば、電動機や発電機の効率をより向上させることができる。なお、炭素と反応しやすい材料若しくは触媒成分の好適例としては、コバルト(Co)、ケイ素(Si)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、ホウ素(B)などを挙げることができる。これらの触媒成分は、導電性ダイヤモンド粒子を用いて造粒体や焼結体を得るためには必要な成分である。また、導電助剤の好適例としては、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)などを挙げることができる。 In addition to these, in addition to conductive diamond and conductive diamond-like carbon, copper (Cu), nickel (Ni), cobalt (Co), silicon (Si), boron (B), iron Examples thereof include (Fe), titanium (Ti), and the like. These may be applied singly or in combination of two or more. From the viewpoint of bulking conductive diamond or conductive diamond-like carbon or reducing the overall electrical resistance, it is preferable to include a material or catalyst that easily reacts with carbon or a conductive additive. If the electrical resistance as a whole can be reduced, for example, the efficiency of an electric motor or a generator can be further improved. In addition, as a suitable example of the material or catalyst component which is easy to react with carbon, cobalt (Co), silicon (Si), nickel (Ni), titanium (Ti), boron (B), etc. can be mentioned. These catalyst components are necessary components for obtaining a granulated body or a sintered body using conductive diamond particles. Moreover, copper (Cu), nickel (Ni), iron (Fe) etc. can be mentioned as a suitable example of a conductive support agent.
更に、ブラシ10を構成するものとして、これらに限定されるものではなく、導電性ダイヤモンドや導電性ダイヤモンドライクカーボンに代えて又は加えて、導電性セラミックを適用することもできる。導電性セラミックとしては、例えば、炭化ケイ素(SiC)、炭化タングステン(WC)、炭化モリブデン(Mo2C)、炭化チタン(TiC)、炭化タンタル(TaC)、炭化ニオブ(NbC)、炭化バナジウム(VC)、炭化ジルコニウム(ZrC)などを挙げることができる。これらは1種を単独で適用してもよく、2種以上を適宜組み合わせて適用してもよい。
Further, the
上記コミュテータ20は、接触部位におけるコミュテータの硬度がブラシの硬度より低いものであれば特に限定されるものではない。
The
コミュテータ20を構成するものとしては、例えば、銅や銅合金などの金属材料等のコミュテータに適用される従来公知の導電部材を適宜用いることができる。
As what constitutes the
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る摺動接点機構について詳細に説明する。なお、上記の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図3は、第2の実施形態に係る摺動接点機構を模式的に示す説明図である。
図3に示すように、本実施形態の摺動接点機構1Aは、ブラシ10が、コミュテータ20の軸方向に対して垂直な断面においてV字形状を有する基部11とその表面に形成された表面部12とから構成されており、ブラシ10の表面部12とコミュテータ20とが複数の部位で接触しており、ブラシ10の表面部12とコミュテータ20との複数の接触部位aにおける表面部12のコミュテータ20と対向する面12aの硬度が、コミュテータ20の表面部12と対向する面20aの硬度よりも高い構成が、上記第1の実施形態に係る摺動接点機構と相違している。
(Second Embodiment)
Next, the sliding contact mechanism according to the second embodiment will be described in detail. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in said embodiment, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing a sliding contact mechanism according to the second embodiment.
As shown in FIG. 3, the sliding
このようにブラシが基部と表面部とからなる構成であっても、表面部とコミュテータとの摺動接触する面において、表面部の硬度をコミュテータの硬度より高く、且つ、表面部とコミュテータとが複数の部位で接触する構成とすることによって、電流密度を低下させて、電気的摩耗量を少なくすることができる。従って、長寿命化した摺動接点機構、これを適用した電動機及び発電機を提供することができる。 In this way, even if the brush is composed of a base portion and a surface portion, the hardness of the surface portion is higher than the hardness of the commutator on the surface where the surface portion and the commutator are in sliding contact, and the surface portion and the commutator are By adopting a configuration in which contact is made at a plurality of sites, the current density can be reduced and the amount of electrical wear can be reduced. Therefore, it is possible to provide a sliding contact mechanism having a long life, and an electric motor and a generator to which the sliding contact mechanism is applied.
上記基部11としては、特に限定されるものではないが、例えば、銅や銅合金などの金属材料、カーボンなどの炭素材料などのブラシ等に適用される従来公知の導電部材を適宜用いることができる。
The
また、上記表面部12としては、第1の実施形態において述べたブラシを構成するものを適宜用いることができる。
Further, as the
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態に係る摺動接点機構について詳細に説明する。なお、上記の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図4は、第3の実施形態に係る摺動接点機構を模式的に示す説明図である。
図4に示すように、本実施形態の摺動接点機構1Bは、ブラシ10が、コミュテータ20の軸方向に対して垂直な断面においてV字形状を有する基部11とその表面に形成された複数の表面部12(12A,12B)とから構成されており、ブラシ10の表面部12とコミュテータ20とが複数の部位で接触しており、ブラシ10の表面部12A,12Bとコミュテータ20との複数の接触部位aにおける表面部12A,12Bのコミュテータ20と対向する面12aの硬度が、コミュテータ20の表面部12と対向する面20aの硬度よりも高い構成が、上記第1の実施形態に係る摺動接点機構と相違している。
(Third embodiment)
Next, the sliding contact mechanism according to the third embodiment will be described in detail. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in said embodiment, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
FIG. 4 is an explanatory view schematically showing a sliding contact mechanism according to the third embodiment.
As shown in FIG. 4, the sliding
このようにブラシが基部と複数の表面部とからなる構成であっても、表面部とコミュテータとの摺動接触する面において、表面部の硬度をコミュテータの硬度より高く、且つ、表面部とコミュテータとが複数の部位で接触する構成とすることによって、電流密度を低下させて、電気的摩耗量を少なくすることができる。従って、長寿命化した摺動接点機構、これを適用した電動機及び発電機を提供することができる。 In this way, even if the brush is composed of a base portion and a plurality of surface portions, the surface portion has a surface hardness higher than the commutator hardness on the surface where the surface portion and the commutator are in sliding contact, and the surface portion and the commutator. By making it the structure which contacts with several site | parts, a current density can be reduced and the amount of electrical wear can be decreased. Therefore, it is possible to provide a sliding contact mechanism having a long life, and an electric motor and a generator to which the sliding contact mechanism is applied.
図1、図3及び図4に示すようなブラシは、例えばパウダーデポジション法などのコールドスプレー法や、焼結法、CVD法などによって形成することができる。特に、パウダーデポジション法によると、より容易に形成することができる。 The brushes shown in FIGS. 1, 3, and 4 can be formed by a cold spray method such as a powder deposition method, a sintering method, a CVD method, or the like. In particular, according to the powder deposition method, it can be formed more easily.
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態に係る電動機について詳細に説明する。
図5は、本発明の第4の実施形態に係る電動機、具体的には、直流電動機(直流モータ)を説明する断面図である。
図5に示すように、直流モータMは、モータケース51の内側に、ベアリング52により回転自在に保持した電機子53と、電機子53のコイル54に対抗するマグネット55を備えている。そして、モータケース51側に、複数のブラシ56を備えている。各ブラシ56は、電機子53に同軸状に設けたコミュテータ57に対して摺動接触しながら通電をする。なお、直流発電機にあっても同様の構成である。
(Fourth embodiment)
Next, the electric motor according to the fourth embodiment will be described in detail.
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining an electric motor according to the fourth embodiment of the present invention, specifically, a DC electric motor (DC motor).
As shown in FIG. 5, the DC motor M includes an
上記の各実施形態で説明した摺動接点機構は、図5に示す直流モータにおいて、ブラシ56とコミュテータ57を構成する。これにより、直流モータの部品の長寿命化や性能向上を実現することができる。
The sliding contact mechanism described in each of the above embodiments constitutes a
以上、本発明を若干の実施形態によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated by some embodiment, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this invention.
上述した各実施形態に記載した構成は、各実施形態に限定されるものではなく、例えば、ブラシやコミュテータの構成の細部を変更したり、各実施形態の構成を上述した各実施形態以外の組み合わせにしたりすることができる。 The configuration described in each embodiment described above is not limited to each embodiment. For example, the details of the configuration of a brush or a commutator are changed, or the configuration of each embodiment is a combination other than each embodiment described above. Can be.
また、上述した各形態においては、摺動接点部材を利用するものとして、直流モータを例示したが、これに限定されるものではなく、直流発電機に適用することもできる。 Moreover, in each form mentioned above, although the DC motor was illustrated as what uses a sliding contact member, it is not limited to this, It can also apply to a DC generator.
1,1A,1B,100 摺動接点機構
10 ブラシ
10a 面
11 基部
12,12A,12B 表面部
12a 面
20 コミュテータ
20a 面
51 モータケース
52 ベアリング
53 電機子
54 コイル
55 マグネット
56 ブラシ
57 コミュテータ
a 接触部位
M 直流モータ
1, 1A, 1B, 100 Sliding
Claims (7)
上記ブラシと上記コミュテータとが複数の部位で接触しており、
上記ブラシと上記コミュテータとの複数の接触部位における上記ブラシの上記コミュテータと対向する面の硬度が、上記コミュテータの上記ブラシと対向する面の硬度よりも高い
ことを特徴とする摺動接点機構。 A brush on either the positive electrode side or the negative electrode side, and a commutator in sliding contact with the brush,
The brush and the commutator are in contact at a plurality of sites,
A sliding contact mechanism, wherein a hardness of a surface of the brush facing the commutator at a plurality of contact portions between the brush and the commutator is higher than a hardness of a surface of the commutator facing the brush.
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JP2014104558A JP2015220924A (en) | 2014-05-20 | 2014-05-20 | Slide contact mechanism, motor, and generator |
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