JP2018007475A - 回転電機および回転電機用ブラシ - Google Patents

Abstract

【課題】電気抵抗が大きくなるのを抑制して、効率が低下するのを抑制することが可能な回転電機を提供する。
【解決手段】この回転電機１００は、整流子１１を含む回転体１と、整流子１１と電気的に接続されるブラシ４と、を備える。ブラシ４は、整流子１１と接触する摺動面４１１を有し、整流子１１と電気的に接続されるブラシ本体４１と、複数の導線から構成され、ブラシ本体４１と電気的に接続された配線４２とを含む。配線４２は、複数の導線が撚られたまたは編み込まれた太線部と、複数の導線に分散され、ブラシ本体４１の摺動面４１１まで分散して延びるように、ブラシ本体４１内部に埋め込まれた細線部４２２とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機および回転電機用ブラシに関する。

従来、整流子と電気的に接続されるブラシを有する回転電機が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、整流子を含む回転体と、整流子と電気的に接続されるブラシとを備える車両用交流発電機（回転電機）が開示されている。この特許文献１の車両用交流発電機では、ブラシに設けられた穴に、ピグテール線の先端がブラシの途中まで差し込まれて固着されている。また、ブラシは、グラファイト粒子および銅粒子の混合材料をプレス成型して形成されている。

特開２０００−２８７４１５号公報

ここで、従来の回転電機では、整流子のブラシに接する面は、微視的に凹凸を有しており、整流子とブラシとは、線接触または点接触により電気的に接続される。これにより、整流子とブラシとの間の電気抵抗が大きくなる。また、上記特許文献１に記載の車両用交流発電機では、ブラシは、グラファイト粒子および銅粒子の混合材料をプレス成型して形成されているため、ブラシに差し込まれたピグテール線の先端から摺動面までは、電子がグラファイト粒子および銅粒子を経由しながら移動するため、粒子同士の境界部の電気抵抗や、銅に比べて電気抵抗率が大きいグラファイト粒子での電気抵抗により、ブラシにおける電気抵抗がさらに大きくなる。このため、ブラシにおいてジュール熱が発生し、効率が低下するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、電気抵抗が大きくなるのを抑制して、効率が低下するのを抑制することが可能な回転電機および回転電機用ブラシを提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における回転電機は、整流子を含む回転体と、整流子と電気的に接続されるブラシと、を備え、ブラシは、整流子と接触する摺動面を有し、整流子と電気的に接続されるブラシ本体と、複数の導線から構成され、ブラシ本体と電気的に接続された配線とを含み、配線は、複数の導線が撚られたまたは編み込まれた太線部と、複数の導線に分散され、ブラシ本体の摺動面まで分散して延びるように、ブラシ本体内部に埋め込まれた細線部とを有する。

この発明の第１の局面による回転電機では、上記のように、複数の導線に分散され、ブラシ本体の摺動面まで分散して延びるように、ブラシ本体内部に埋め込まれた細線部を有する配線を設ける。これにより、細線部が摺動面まで到達するので、導線を整流子に直接接触させることができる。これにより、電流の多くを導線を介して整流子に流すことができる。その結果、ブラシにおける電気抵抗が大きくなるのを抑制することができるので、効率が低下するのを抑制することができる。また、細線部を分散して延びるようにブラシ本体内部に埋め込むことにより、電流が所定の範囲に集中して流れるのを抑制することができるので、ブラシが部分的に火花などにより摩耗するのを抑制することができる。

上記第１の局面による回転電機において、好ましくは、細線部は、摺動面と直交する方向に延びるように、ブラシ本体内部に分散して埋め込まれている。

このように構成すれば、ブラシ本体および細線部が摺動により摩耗した場合でも、細線部の分散状態が保たれるので、細線部と整流子との接触状態を一定の状態とすることができる。これにより、ブラシ本体および細線部が摩耗した場合でもブラシにおける電気抵抗が大きくなるのを確実に抑制することができる。

この場合、好ましくは、細線部は、摺動面と直交する方向から見て、行列状に分散した状態で、ブラシ本体内部に埋め込まれている。

このように構成すれば、細線部のブラシ本体内部における配置を均等になるように分散させることができるので、ブラシが部分的に火花などにより摩耗するのを効果的に抑制することができる。

上記第１の局面による回転電機において、好ましくは、細線部は、ブラシ本体内部において、回転する整流子の回転方向下流側の端部近傍を除く部分に分散して埋め込まれている。

このように構成すれば、細線部が配置されないブラシの整流子の回転方向下流側の電気抵抗を大きくすることができるので、整流子の回転により電流の向きが変わる際に、火花が発生するのを抑制することができる。これにより、ブラシの整流子の回転方向下流側の摩耗を効果的に抑制することができる。

上記第１の局面による回転電機において、好ましくは、細線部は、整流子の回転軸線方向において、ブラシ本体の一方端近傍から他方端近傍まで、ブラシ本体内部に分散して埋め込まれている。

このように構成すれば、細線部のブラシ本体内部の整流子の回転軸線方向における配置を均等になるように分散させることができるので、ブラシが部分的に火花などにより摩耗するのを効果的に抑制することができる。

上記目的を達成するために、この発明の第２の局面における回転電機用ブラシは、回転体の整流子と接触する摺動面を有し、整流子と電気的に接続されるブラシ本体と、複数の導線から構成され、ブラシ本体と電気的に接続された配線と、を備え、配線は、複数の導線が撚られたまたは編み込まれた太線部と、複数の導線に分散され、ブラシ本体の摺動面まで分散して延びるように、ブラシ本体内部に埋め込まれた細線部とを含む。

この発明の第２の局面による回転電機用ブラシでは、上記のように、複数の導線に分散され、ブラシ本体の摺動面まで分散して延びるように、ブラシ本体内部に埋め込まれた細線部を含む配線を設ける。これにより、細線部が摺動面まで到達するので、導線を整流子に直接接触させることができる。これにより、電流の多くを導線を介して整流子に流すことができる。その結果、回転電機用ブラシにおける電気抵抗が大きくなるのを抑制することができるので、効率が低下するのを抑制することができる。また、細線部を分散して延びるようにブラシ本体内部に埋め込むことにより、電流が所定の範囲に集中して流れるのを抑制することができるので、回転電機用ブラシが部分的に火花などにより摩耗するのを抑制することができる。

［付記項］
なお、本出願では、上記第１の局面による回転電機とは別に、以下のような他の構成も考えられる。

（付記項１）
すなわち、上記第１の局面による回転電機において、細線部は、摺動面の５０％以上の領域において、分散して露出していてもよい。

このように構成すれば、ブラシの摺動面の５０％以上の領域において、細線部が分散されて配置されるので、配線を介して整流子に、安定して電流を流すことができる。

（付記項２）
また、上記細線部がブラシ本体内部において回転する整流子の回転方向下流側の端部近傍を除く部分に分散して埋め込まれている構成において、細線部は、ブラシ本体内部において、回転する整流子の回転方向の両端部近傍を除く部分に分散して埋め込まれていてもよい。

このように構成すれば、回転体が一方方向および一方方向と反対の他方方向の両方に回転可能である場合に、いずれの方向に回転する場合でも回転する整流子の回転方向下流側において火花が発生するのを抑制することができる。

（付記項３）
また、上記細線部が摺動面と直交する方向に延びるようにブラシ本体内部に分散して埋め込まれている構成において、細線部は、摺動面と直交する方向に、摺動面から摩耗想定長さ以上の長さで延びるように分散して埋め込まれていてもよい。

このように構成すれば、ブラシ本体および細線部が摺動により摩耗した場合でも、細線部の分散状態が確実に保たれるので、ブラシ本体および細線部が摩耗した場合でもブラシにおける電気抵抗が大きくなるのをより確実に抑制することができる。

（付記項４）
また、上記第１の局面による回転電機において、太線部は、ブラシ本体内部に埋め込まれた曲げ部を有していてもよい。

このように構成すれば、太線部をブラシ本体内部の摺動面とは反対側の面以外から出すことができるので、ブラシを摺動面と反対側の面から付勢部材により整流子側に容易に付勢することができる。

本発明の第１実施形態による回転電機を模式的に示した断面図である。 本発明の第１実施形態による回転電機のブラシを模式的に示した斜視図である。 本発明の第１実施形態による回転電機のブラシを径方向に見た図である。 本発明の第１実施形態の変形例による回転電機のブラシを模式的に示した斜視図である。 本発明の第２実施形態による回転電機のブラシを径方向に見た図である。 本発明の第２実施形態の変形例による回転電機のブラシを径方向に見た図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図３を参照して、第１実施形態による回転電機１００の構成について説明する。

［回転電機の構成］
図１に示すように、回転電機１００は、回転体１と、回転軸２と、ステータ３と、ブラシ４（回転電機用ブラシの一例）と、ブラシ押圧部５と、ベアリング６ａおよび６ｂとを備える。

なお、本明細書では、単に「回転軸方向」および「軸方向」と記載した場合は、回転電機１００の回転軸方向を意味し、図１中の矢印Ａ方向に平行な方向を意味する。単に「径方向」と記載した場合には、回転電機１００の径方向を意味し、図１中の矢印Ｒ方向に平行な方向を意味する。また、単に「回転方向」と記載した場合には、回転電機１００の回転体１および回転軸２の回転方向を意味し、図２中の矢印Ｂ方向を意味する。

また、回転電機１００は、たとえば、モータとして構成されている。具体的には、回転電機１００は、たとえば、車両（自動車）に用いられるモータ（ブラシ付きモータ）として構成されている。

回転体１は、整流子１１を含んでいる。また、回転体１は、コアとコイルとを含んでいる。コアは、回転軸２の外周面に固定されている。また、コイルは、コアに巻回されている。そして、回転軸２とコアとコイルとは、一体的に、ステータ３に対して回転可能に構成されている。整流子１１は、ブラシ４を介してコイルに電力を供給するように構成されている。また、整流子１１は、回転軸２とともに回転されることにより、接触するブラシ４が切り替えられ、コイルに供給する電流の向きを切り替えるように構成されている。

回転軸２は、回転軸線Ａ１を中心に回転体１を回転可能に支持している。回転軸２は、ベアリング６ａおよび６ｂにより、回転可能に支持されている。

ステータ３は、複数の永久磁石を含み、回転体１の径方向外側に固定されている。また、ステータ３は、回転体１の径方向外側に対向する位置に配置されている。すなわち、回転電機１００は、インナーロータ型のモータとして構成されている。そして、回転体１のコイルに電力が供給されることにより生じる電磁石による磁力と、ステータ３の永久磁石による磁力とにより、回転体１と回転軸２とが回転するように構成されている。

ブラシ４は、整流子１１に電力を供給するように構成されている。また、ブラシ４は、複数設けられている。また、ブラシ４は、回転軸２および整流子１１に対して径方向外側に対向するように配置されている。また、ブラシ４は、ブラシ押圧部５により、整流子１１側に押圧されるように構成されている。

［ブラシの構成］
ここで、第１実施形態では、図２に示すように、ブラシ４は、ブラシ本体４１と、配線４２とを含んでいる。ブラシ本体４１は、整流子１１と接触する摺動面４１１を有し、整流子１１と電気的に接続されるように構成されている。また、配線４２は、複数の導線から構成され、ブラシ本体４１と電気的に接続されている。また、配線４２は、複数の導線が撚られたまたは編み込まれた太線部４２１と、複数の導線に分散され、ブラシ本体４１の摺動面４１１まで分散して延びるように、ブラシ本体４１内部に埋め込まれた細線部４２２とを有している。

ブラシ本体４１は、グラファイト粒子を含む材料をプレス成型して形成されている。ブラシ本体４１の摺動面４１１は、整流子１１と接触しやすいように、整流子１１の回転方向（Ｂ方向）に沿って湾曲して形成されている。

配線４２は、一方端側が外部の直流電力源に接続され、他方端側がブラシ本体４１に接続されている。配線４２は、ブラシ本体４１の摺動面４１１と対向する面からブラシ本体４１に接続されている。配線４２は、直径０．０５ｍｍ程度の複数の導線を撚ったり、編み込んだりして形成されている。配線４２は、導電性の優れた金属により形成されている。

太線部４２１は、配線４２の全ての導線が束ねられた状態の部分である。また、太線部４２１は、径方向（Ｒ方向）に延びるように配置されている。

また、第１実施形態では、細線部４２２は、摺動面４１１と直交する方向（Ｒ方向）に延びるように、ブラシ本体４１内部に分散して埋め込まれている。たとえば、細線部４２２は、摺動面４１１と直交する方向（Ｒ方向）に、摺動面４１１から摩耗想定長さ以上の長さで延びるように分散して埋め込まれている。また、細線部４２２は、図３に示すように、摺動面４１１と直交する方向（Ｒ方向）から見て、行列状に分散した状態で、ブラシ本体４１内部に埋め込まれている。

また、細線部４２２は、整流子１１の回転軸線Ａ１方向（Ａ方向）において、ブラシ本体４１の一方端近傍から他方端近傍まで、ブラシ本体内部に分散して埋め込まれている。また、細線部４２２は、整流子１１の回転方向（Ｂ方向）において、ブラシ本体４１の一方端近傍から他方端近傍まで、ブラシ本体内部に分散して埋め込まれている。

また、細線部４２２は、摺動面４１１の分散領域４１２において、分散して埋め込まれている。また、細線部４２２は、摺動面４１１の５０％以上の分散領域４１２において、分散して露出されている。

［第１実施形態の効果］
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１本実施形態では、上記のように、複数の導線に分散され、ブラシ本体４１の摺動面４１１まで分散して延びるように、ブラシ本体４１内部に埋め込まれた細線部４２２を有する配線４２を設ける。これにより、細線部４２２が摺動面４１１まで到達するので、導線を整流子１１に直接接触させることができる。その結果、電流の多くを導線を介して整流子１１に流すことができる。これにより、ブラシ４における電気抵抗が大きくなるのを抑制することができるので、モータの効率が低下するのを抑制することができる。また、細線部４２２を分散して延びるようにブラシ本体４１内部に埋め込むことにより、供給する電流が所定の範囲に集中して流れるのを抑制することができるので、ブラシ４が部分的に火花などにより摩耗するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、細線部４２２を、摺動面４１１と直交する方向（Ｒ方向）に延びるように、ブラシ本体４１内部に分散して埋め込む。これにより、ブラシ本体４１および細線部４２２が摺動により摩耗した場合でも、細線部４２２の分散状態が保たれるので、細線部４２２と整流子１１との接触状態を一定の状態とすることができる。これにより、ブラシ本体４１および細線部４２２が摩耗した場合でもブラシ４における電気抵抗が大きくなるのを確実に抑制することができる。

また、第１実施形態では、細線部４２２を、摺動面４１１と直交する方向（Ｒ方向）から見て、行列状に分散した状態で、ブラシ本体４１内部に埋め込む。これにより、細線部４２２のブラシ本体４１内部における配置を均等になるように分散させることができるので、ブラシ４が部分的に火花などにより摩耗するのを効果的に抑制することができる。

また、第１実施形態では、細線部４２２を、整流子１１の回転軸線Ａ１方向（Ａ方向）において、ブラシ本体４１の一方端近傍から他方端近傍まで、ブラシ本体４１内部に分散して埋め込む。これにより、細線部４２２のブラシ本体４１内部の整流子１１の回転軸線Ａ１方向における配置を均等になるように分散させることができるので、ブラシ４が部分的に火花などにより摩耗するのを効果的に抑制することができる。

［第１実施形態の変形例］
次に、図４を参照して、本発明の第１実施形態の変形例によるブラシ４ａについて説明する。この第１実施形態の変形例では、配線の太線部がブラシ本体内部に埋め込まれた曲げ部を有する例について説明する。

すなわち、図４に示すように、ブラシ４ａ（回転電機用ブラシの一例）では、配線４２の太線部４２１がブラシ本体４１内部において曲げられて配置されている。つまり、配線４２は、ブラシ本体４１の摺動面４１１と交差する面からブラシ本体４１に接続されている。これにより、太線部４２１をブラシ本体４１内部の摺動面４１１とは反対側の面以外から出すことができるので、ブラシ４ａを摺動面４１１と反対側の面からブラシ押圧部５により整流子１１側に容易に付勢することができる。

（第２実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態によるブラシ４ｂについて説明する。この第２実施形態では、細線部４２２のブラシ本体４１内部の分散状態を上記第１実施形態の場合と異ならせた例について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成の部分には、同一の符号を付している。

ここで、第２実施形態では、図５に示すように、ブラシ４ｂは、複数の導線に分散され、ブラシ本体４１の摺動面４１１まで分散して延びるように、ブラシ本体４１内部に埋め込まれた細線部４２２を有する配線４２を含んでいる。また、細線部４２２は、ブラシ本体４１内部において、回転する整流子１１の回転方向（Ｂ方向）下流側の端部近傍を除く部分に分散して埋め込まれている。つまり、細線部４２２は、ブラシ本体４１における下流領域４１３を除く、分散領域４１２において、ブラシ本体４１に分散して埋め込まれている。なお、ブラシ４ｂのその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

［第２実施形態の効果］
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、上記第１実施形態と同様に、複数の導線に分散され、ブラシ本体４１の摺動面４１１まで分散して延びるように、ブラシ本体４１内部に埋め込まれた細線部４２２を有する配線４２を設ける。これにより、ブラシ４ｂにおける電気抵抗が大きくなるのを抑制することができるので、モータの効率が低下するのを抑制することができる。

また、第２実施形態では、細線部４２２を、ブラシ本体４１内部において、回転する整流子１１の回転方向下流側の端部近傍を除く部分に分散して埋め込む。これにより、細線部４２２が配置されないブラシ４ｂの整流子１１の回転方向下流側の電気抵抗を大きくすることができるので、整流子１１の回転により電流の向きが変わる際に、火花が発生するのを抑制することができる。その結果、ブラシ４ｂの整流子の回転方向下流側の摩耗を効果的に抑制することができる。なお、その他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［第２実施形態の変形例］
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態の変形例によるブラシ４ｃについて説明する。この第２実施形態の変形例では、細線部４２２のブラシ本体４１内部の分散状態を上記第２実施形態の場合とはさらに異ならせた例について説明する。

すなわち、図６に示すように、ブラシ４ｃ（回転電機用ブラシの一例）では、細線部４２２は、ブラシ本体４１内部において、回転する整流子１１の回転方向の両端部近傍を除く部分に分散して埋め込まれている。つまり、第２実施形態の変形例では、回転電機１００の回転体１は、Ｂ１方向およびＢ２方向の両方に回転可能である。そして、細線部４２２は、ブラシ本体４１内部において、いずれの回転方向においても回転する整流子１１の回転方向下流側の端部近傍を除く部分に分散して埋め込まれている。これにより、回転体１がＢ１方向およびＢ２方向の両方に回転可能である場合に、いずれの方向に回転する場合でも回転する整流子１１の回転方向下流側において火花が発生するのを抑制することができる。

（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、回転電機をモータとして構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、回転電機を発電機として構成してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、細線部がブラシ本体内部に行列状に分散して配置されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、細線部をブラシ本体内部に千鳥配置して分散して配置してもよいし、細線部をブラシ本体内部にランダムに分散して配置してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、回転電機が車両（自動車）に用いられるモータの構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、回転電機は車両以外に用いられるモータであってもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、細線部が摺動面と直交する方向に延びるようにブラシ本体内部に埋め込まれている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、細線部が摺動面と直交以外の交差する方向に延びるようにブラシ本体内部に埋め込まれていてもよい。

１ 回転体
４、４ａ、４ｂ、４ｃ ブラシ（回転電機用ブラシ）
１１ 整流子
４１ ブラシ本体
４２ 配線
１００ 回転電機
４１１ 摺動面
４２１ 太線部
４２２ 細線部

Claims (6)

1. 整流子を含む回転体と、
   前記整流子と電気的に接続されるブラシと、を備え、
   前記ブラシは、前記整流子と接触する摺動面を有し、前記整流子と電気的に接続されるブラシ本体と、複数の導線から構成され、前記ブラシ本体と電気的に接続された配線とを含み、
   前記配線は、前記複数の導線が撚られたまたは編み込まれた太線部と、前記複数の導線に分散され、前記ブラシ本体の前記摺動面まで分散して延びるように、前記ブラシ本体内部に埋め込まれた細線部とを有する、回転電機。
2. 前記細線部は、前記摺動面と直交する方向に延びるように、前記ブラシ本体内部に分散して埋め込まれている、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記細線部は、前記摺動面と直交する方向から見て、行列状に分散した状態で、前記ブラシ本体内部に埋め込まれている、請求項２に記載の回転電機。
4. 前記細線部は、前記ブラシ本体内部において、回転する前記整流子の回転方向下流側の端部近傍を除く部分に分散して埋め込まれている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 前記細線部は、前記整流子の回転軸線方向において、前記ブラシ本体の一方端近傍から他方端近傍まで、前記ブラシ本体内部に分散して埋め込まれている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 回転体の整流子と接触する摺動面を有し、前記整流子と電気的に接続されるブラシ本体と、
   複数の導線から構成され、前記ブラシ本体と電気的に接続された配線と、を備え、
   前記配線は、前記複数の導線が撚られたまたは編み込まれた太線部と、前記複数の導線に分散され、前記ブラシ本体の前記摺動面まで分散して延びるように、前記ブラシ本体内部に埋め込まれた細線部とを含む、回転電機用ブラシ。

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