JP3153646B2 - ブラシ装置 - Google Patents

ブラシ装置

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JP3153646B2
JP3153646B2 JP23523192A JP23523192A JP3153646B2 JP 3153646 B2 JP3153646 B2 JP 3153646B2 JP 23523192 A JP23523192 A JP 23523192A JP 23523192 A JP23523192 A JP 23523192A JP 3153646 B2 JP3153646 B2 JP 3153646B2
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陽至 日野
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はブラシ装置、特に直流機
に使用されるブラシ装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、直流モータや直流発電機などで
は、任意の整流子間がブラシを用いて短絡され、整流が
行われるよう構成されている。しかし、電機子コイルの
インダクタンス等により、整流時の電流変化が非常に遅
れ、整流終了時において電流変化が大きくなるため、短
絡コイルのインダクタンスによって大きなリアクタンス
電圧が発生する。これがブラシと整流子間に火花放電を
発生させ、整流子表面を粗くし、凹凸面を形成する。こ
のため、ブラシ装置の摩耗量が大きくなり、その寿命が
著しく減少すると共に、ブラシ自体の振動音も大きくな
ってしまうという問題が発生する。
【0003】特にモータ等の小型化を実現するために、
高性能マグネットを利用し、マグネットの薄肉化を行う
と、電機子とステータヨーク間の距離が小さくなる。こ
のため、電機子の磁気抵抗が減少し、前記短絡コイルの
インダクタンスが大きくなり、前述した問題がさらに顕
著に表れる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このため、従来より、
無火花整流を行うための各種の方法が行われている。そ
の代表的な一つとして、ブラシの位置を磁気的中心まで
シフトするものがある。しかし、負荷変動の大きいモー
タや、上述したインダクタンスが大きなモータでは、ブ
ラシの最適シフト角が変動してしまい、安定した無火花
整流を行うことができない。
【0005】また、整流子とブラシ間の接触抵抗を大き
くし、良好な整流曲線に沿った抵抗整流を行う方法も存
在するが、接触抵抗が大きくなるため、電機子に印加さ
れる電圧が低下し、モータ性能、特に出力トルクの低下
が避けられないと言う問題がある。
【0006】また、これ以外にも、特開平4−4654
6号公報にかかる提案も知られている。この提案では、
ブラシ前端を低抵抗材料、後端を高抵抗材料を用いて形
成し、火花発生の低減を図っている。
【0007】しかし、この従来技術においても、ロータ
回転位置によって、整流特性は理想的な整流曲線には近
付かず、特に低抵抗材料と高抵抗材料との境界におい
て、電流の変化が急激になるため、火花の発生を完全に
抑制することは難しいという問題があった。
【0008】本発明は、このような従来の課題に鑑みな
されたものであり、その目的は直流機の出力低下などを
引き起こすことなく、良好な無火花整流を行うことがで
きるブラシ装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、ロータ回転方向の上流側から下流側に向
けて次第に狭くなる整流子接触面を有する低抵抗部と、
ロータ回転方向の上流側から下流側に向けて次第に広く
なる整流子接触面を有する高抵抗部と、を含み、ブラシ
抵抗が前記ロータ回転方向の上流側から下流側に向けて
次第に大きくなるブラシ本体と、前記ブラシ本体と接続
されたピッグテールと、を有する
【0010】
【作用】本発明では、ブラシ抵抗がロータ回転方向の上
流側から下流側に向けて次第に大きくなるようブラシ本
体が形成されている。
【0011】したがって、整流の初期に、電機子コイル
によって短絡された整流子間に短絡電流を打ち消すよう
電位差が発生する。したがって、短絡電流に起因する急
激な電流変化がほとんどなくなるため、従来のようなリ
アクタンス電圧に起因する火花の発生を効果的に抑制す
ることができる。
【0012】特に、本発明によれば、ブラシ本体の抵抗
分布を変える事によって無火花整流を行うものであり、
従来の抵抗整流のように、ブラシの接触抵抗を電機子巻
き線の抵抗に比べ大きくするものではないため、ブラシ
と整流子間の電圧低下が最少限に抑さえられ、直流機の
性能低下を引き起こすことはない。
【0013】
【実施例】次に本発明の好適な実施例を図面に基づき詳
細に説明する。第1実施例 次に本発明の好適な実施例を、重ね巻きタイプの一方向
回転型小型直流モータを例にとり説明する。
【0014】図1には、本実施例の直流モータに用いら
れる整流子10と、ブラシ装置20の要部が概略的に示
されている。図2には、前記ブラシ装置20を、整流子
側から見た図が概略的に示されている。
【0015】前記整流子10は、ロータ側に設けられて
いる。そしてこの整流子10は、ロータ回転方向に沿っ
てリング状に整列配置された複数の整流子片12−1、
12−2、12−3、……を含み、隣接する各整流子片
12間は、それぞれ電機子コイル14により短絡接続さ
れている。
【0016】また、前記ブラシ装置20は、ステータ側
に設けられている。そして、このブラシ装置20は、図
示しないブラシホルダーにより整流子片12へ圧着接触
するように保持されたブラシ本体22と、そのブラシ本
体22と電源との間を接続する給電線としてのピッグテ
ール24とを含む。前記ブラシ本体22は、整流子片1
2とほぼ同じ幅の整流子接触面40を有する四角柱形状
に形成されている。
【0017】本発明の特徴は、ブラシ本体22の抵抗
が、ロータ回転方向Wの上流側から下流側に向けて次第
に大きくなるように形成し、整流時に電機子コイル14
に発生する短絡電流を抑制することにある。
【0018】このため、実施例のブラシ本体22は、図
2に示すよう、各整流子接触面が直角二等辺三角形の三
角柱形状をした低抵抗部30および高抵抗部32を一体
的に組合わせて形成されている。ここにおいて、低抵抗
部30は、整流子接触面がロータ回転方向Wの上流側か
ら下流側に向けて次第に狭くなるよう、ロータ回転方向
上流側に配置され、また高抵抗部32は、整流子接触面
がロータ回転方向Wの上流側から下流側に向けて次第に
広くなるよう、回転方向下流側に配置されている。
【0019】前記低抵抗部30は、銅を30〜70wt
%含み、しかも低抵抗部30と高抵抗部32との抵抗比
が5倍以上または接触電圧降下比が5倍以上に設定する
ことが望ましい。実施例の低抵抗部30は、銅を40w
t%含み、低抵抗部30と高抵抗部32との抵抗比が1
0倍となるように設定されている。
【0020】本実施例は以上の構成から成り、次にその
作用を説明する。
【0021】図3(A)、(B)には整流初期における
ブラシ本体22と整流子片12との相対位置および電流
方向が示され、図4(A)、(B)には、整流後期にお
けるブラシ本体22と整流子片12との相対位置および
電流方向が示されている。
【0022】さらに、図3(C)、図4(C)には、整
流初期および整流後期におけるブラシ本体22と整流子
片12との接続状態が等価回路を用いて表わされてい
る。ここにおいて、Ra、Rbは、ブラシ本体22の給
電ポイント(ピッグテール24の接続位置)と、各整流
子片12−1、12−2との間のブラシ抵抗を表わして
いる。
【0023】本実施例のDCモータでは、ピッグテール
24を介しブラシ本体22に電機子電流Iを通電する
と、この電機子電流Iはブラシ本体22と接触する整流
子片12を介し二つに別れ、I/2の電流となって各電
機子巻き線14へ向け供給されることになる。
【0024】ここにおいて、整流子10が図中矢印方向
へ回転駆動され、図3に示すよう整流に突入する整流子
片12−1とブラシ本体22との接触が開始されると、
ブラシ本体22は整流子片12−1の全面との接触を完
了するまでの間(ブラシ本体22が整流子片12−2か
ら完全に離脱するまでの間)が整流周期Tとなる。そし
て、ブラシ本体22で整流子片12−1、12−2が短
絡されると、短絡コイル14、整流子片12−2、ブラ
シ本体22、整流子片12−1の間で短絡回路が形成さ
れ、短絡コイル14の誘導起電力およびリアクタンス電
圧によってiの短絡電流が流れる。このとき短絡コイル
14に流れる電流iは、図5に示すよう、整流初期にお
いてはI/2であるが、整流周期においては−I/2と
なる。このときの理想的な整流曲線は、図5において1
00で示されている。しかし、従来装置では、誘起電圧
の影響を受けて、図中110で示す不足整流となり、整
流終期においてブラシ本体22と整流子片12−2との
間に火花放電が発生してしまう。
【0025】これに対して、本実施例では、ブラシ本体
22のブラシ抵抗が回転方向上流側から下流側に向けて
次第に大きくなるように形成されている。したがって、
図1に示す整流初期の段階で、整流子片12−1に対す
るブラシ抵抗Raが整流子片12−2に対するブラシ抵
抗Rbを下回り、両整流子片12−1、12−2間には
短絡電流iを相殺する方向に電圧が発生する。これに加
えて、ブラシ本体22は上流側から下流側に向けて抵抗
が次第に大きくなるように形成されているため、この面
からも短絡電流iを抑制できる。
【0026】このようにして本実施例では、図5におい
て130で示すような整流曲線に沿って整流が開始され
ることになる。
【0027】そして、図2に示す整流後期の段階では、
整流子片12−1はブラシ本体22の低抵抗部30と十
分接触しており、さらに整流子片12−2はブラシ本体
22の高抵抗部32とわずかな面積で接触しているに過
ぎない。したがって、短絡コイル14内には、整流終了
後に、同短絡コイル14内に流れる電機子電流−I/2
とほぼ同じ等しい電流が流れ、電流変化が非常に小さい
状態で整流が終了することになる。
【0028】特に本実施例によれば、ブラシ抵抗Ra、
Rbが整流の進行と共に、滑らかに変化し、整流の全期
間内において急激な電流変化が発生することはない。し
たがって本実施例によれば、図5に示すよう理想的な整
流曲線100に近い整流曲線130に沿って整流が行わ
れるため、ブラシシフト等の整流対策を施せないような
DCモータにあっても、火花の発生のない良好な整流を
行うことが可能となる。
【0029】これに加えて、本実施例によれば、整流に
突入する整流子片12−1が、低抵抗部30と十分な面
積を以て接触することになるため、ブラシ本体22部分
での電圧低下が少なくなり、出力トルクの低下などと言
った直流機本来の性能を損なうことがない。
【0030】なお、前記整流曲線130は、図7に示す
よう、ブラシ本体22に対するピッグテール24の取付
位置や取付深さl1 :l2 の調整によっても変化させる
ことができる。さらに図9に示すように低抵抗部30
と、高抵抗部32との間の境界を、34−2の基準位置
から、例えば34−1側へずらすことによっても、また
34−3側にずらすことによっても、整流曲線130を
任意に変化させることができる。
【0031】参考例 なお、本願発明とは異なるが 、図8に示すよう、高抵抗
部32の領域を切欠いて、低抵抗部30のみを用いてブ
ラシ本体22を形成することもできる。この場合には、
高抵抗部32に相当する部分が、空気からなる高抵抗部
に置き換えられたものとして考えることができる。
【0032】また、前記各実施例は、いずれも片回転用
のブラシ装置20を例にとり説明したが、本発明はこれ
に限らず、双方向回転用のブラシ装置に対しても、適用
することができる。
【0033】例えば図10に示すよう、ブラシ本体22
を、整流子接触面が正転方向上流側から下流側に向けて
次第に狭くなるよう正転方向上流側に設けられた三角柱
形状をした第1の低抵抗部30−1と、整流子接触面が
ロータ逆転方向の上流側から下流側に向けて次第に狭く
なるよう逆転方向上流側に位置して設けられた三角柱形
状の第2の低抵抗部30−2と、前記第1および第2の
低抵抗部30−1、30−2の間に位置するよう形成さ
れた三角柱形状の高抵抗部32とを一体的に組み合わせ
て形成すればよい。ここにおいて、前記第1および第2
の低抵抗部30−1、30−2は、その整流子接触面が
ほぼ面対称な直角三角形状となるように形成され、ま
た、前記高抵抗部32は、整流子接触面がほぼ二等辺三
角形となるように形成されている。
【0034】以上の構成とすることにより、ロータを正
転する場合でも、逆転する場合でも図5の整流曲線13
0に沿った良好な整流動作を行うことが可能となる。
【0035】なお、本発明は前記各実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨の範囲内で各種の変形実施
が可能である。
【0036】たとえば、前記実施例では、本発明を通常
の重ね巻きタイプの直流機に適用した場合を例にとり説
明したが、本発明はこれに限らず、これ以外にも、例え
ば二重重ね巻きタイプの直流機に対しても適用可能であ
る。また、整流子接触面も二等辺三角形に限らず、台形
等にも適用可能である。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、直
流機本来の性能を損なうことなく、火花放電のない良好
な整流を実現し、ブラシ寿命の向上、振動の低減および
電磁ノイズの低減を図ることが可能なブラシ装置を提供
することができる。
【0038】なお、本発明を適用して、ロータを双方向
に回転させた場合でも良好な整流を行うことが可能なブ
ラシ装置を得ることできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一方向回転型の小型直流モータに用いられる整
流子およびブラシ装置の概略斜視説明図である。
【図2】図1に示すブラシ装置を整流子側から見た概略
説明図である。
【図3】整流初期におけるブラシ本体と整流子片との相
対位置および電流の流れる方向を示す概略説明図であ
る。
【図4】整流後期におけるブラシ本体と整流子片との相
対位置および流れる電流を示す概略説明図である。
【図5】整流曲線の説明図である。
【図6】本実施例に用いられるブラシ装置との各整流子
片との間のブラシ抵抗の変化を示す説明図である。
【図7】ブラシ本体に対するピッグテールの取付状態の
説明図である。
【図8】ブラシ本体の変形例の説明図である。
【図9】ブラシ本体の他の変形例の説明図である。
【図10】双方向型のブラシ装置に用いられるブラシ本
体の説明図である。
【符号の説明】
10 整流子 12 整流子片 14 電機子コイル 20 ブラシ装置 22 ブラシ本体 30 低抵抗部 32 高抵抗部 34 境界 40 整流子接触面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 13/00 H01R 39/18

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロータ回転方向の上流側から下流側に向
    けて次第に狭くなる整流子接触面を有する低抵抗部と、
    ロータ回転方向の上流側から下流側に向けて次第に広く
    なる整流子接触面を有する高抵抗部と、を含み、ブラシ
    抵抗が前記ロータ回転方向の上流側から下流側に向けて
    次第に大きくなるブラシ本体と、 前記ブラシ本体と接続されたピッグテールと、 を有する ブラシ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のブラシ装置において、 前記ピッグテールは、前記ブラシ本体の前記低抵抗部及
    び前記高抵抗部の両方を通って形成された ブラシ装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2記載のブラシ装置
    において、 前記前記ブラシ本体の前記低抵抗部及び前記高抵抗部の
    前記整流子接触面は、いずれも三角形であり、前記ブラ
    シ本体の全体的な整流子接触面は、前記三角形を組み合
    わせた四角形である ブラシ装置。
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