JP4827429B2 - Rotating electric machine - Google Patents

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Description

本発明は、自動車等の車両に搭載されるモータや発電機などの回転電機に関し、特に、車載電装品の高電圧化に対応し得るブラシを備えた回転電機に関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine such as a motor or a generator mounted on a vehicle such as an automobile, and more particularly to a rotating electrical machine including a brush that can cope with a high voltage of an in-vehicle electrical component.

近年、省燃費や高出力化の観点から、車載電装品の電源電圧を従来の14V系(バッテリ電圧:12V)から42V系(バッテリ電圧:36V)に切り換える検討が進められている。例えば、ワイパ装置やパワースライドドア、パワーウインド、電動パワーステアリング装置等に使用される電動モータに関しても42V駆動化が検討されている。その際、42V駆動のモータでは、14V駆動の場合に比して巻線の発生する誘起電圧を大きくするため、その分コイル径を小さくして巻数を増加させる必要がある。このため、42V駆動のモータでは、ブラシとコンミテータの接触部分で火花が発生し易くなり、ブラシ寿命が低下すると共に電磁ノイズが増大するという問題がある。また、42V仕様ではコンミテータの損傷が激しく、14V仕様と同等のスペックを満足するブラシ選定が難しい。   In recent years, studies are being made to switch the power supply voltage of in-vehicle electrical components from the conventional 14V system (battery voltage: 12V) to the 42V system (battery voltage: 36V) from the viewpoint of fuel efficiency and higher output. For example, 42 V drive is also being studied for electric motors used in wiper devices, power slide doors, power windows, electric power steering devices, and the like. At that time, in the 42V drive motor, in order to increase the induced voltage generated by the winding as compared with the case of 14V drive, it is necessary to decrease the coil diameter and increase the number of turns. For this reason, in the 42V drive motor, there is a problem that sparks are likely to occur at the contact portion between the brush and the commutator, the brush life is reduced, and electromagnetic noise is increased. Further, in the 42V specification, the commutator is severely damaged, and it is difficult to select a brush that satisfies the specifications equivalent to the 14V specification.

特に、図3に示すような並列回路数が2より大きい重巻モータでは、巻線仕様のみを42V対応とした場合、コンミテータ上の皮膜形成状態により、同極ブラシ(正極ブラシ51a,51bや負極ブラシ52a,52b)間で接触状態にアンバランスが生じ易い。このため、巻線のバラツキも相俟って、循環電流が発生し、その電流がブラシを流れることから、ブラシの耐久性低下が懸念される。循環電流への対応策としては、等電位の部位を接続する均圧線が考えられるが、均圧線の設置は煩雑である上、ブラシ通電本数によるスピード切り替えを行うモータの場合、均圧線では循環電流には対応できない。また、アマチュアのコイル数や整流子のセグメント数を多くするなどの対策も取り得るが、その分、工数が増えコストアップの要因となる。   In particular, in the case of a multi-winding motor having more than two parallel circuits as shown in FIG. 3, when only the winding specification is 42V, the same-polarity brush (positive brush 51a, 51b or negative electrode) depends on the film formation state on the commutator. An imbalance is likely to occur in the contact state between the brushes 52a and 52b). For this reason, in combination with the variation of the windings, a circulating current is generated and the current flows through the brush. As a countermeasure against circulating current, a pressure equalization line connecting equipotential parts is conceivable. Then, it cannot cope with circulating current. Although measures such as increasing the number of amateur coils and the number of commutator segments can be taken, the number of man-hours increases and this increases costs.

ここで、ブラシとコンミテータの接触部では、正極ブラシ下においては、コンミテータ表面に黒鉛層の堆積によって皮膜が生成される。このため、黒鉛層の下層に形成される銅の酸化層は、黒鉛層よりも生成速度が劣っても、黒鉛層によって防護される状態にある。これに対し、負極ブラシ下においては、酸化層や黒鉛層の生成よりもそれらの除去の方が勝っており、コンミテータ表面には皮膜が形成されにくい。すなわち、コンミテータ表面では極性によって皮膜状態が異なり、正極ブラシ下では皮膜が形成され易く、負極ブラシ下では皮膜が形成されにくい。   Here, in the contact portion between the brush and the commutator, a film is generated by depositing a graphite layer on the surface of the commutator under the positive brush. For this reason, the copper oxide layer formed in the lower layer of the graphite layer is in a state of being protected by the graphite layer even if the generation rate is inferior to that of the graphite layer. On the other hand, under the negative electrode brush, the removal of the oxide layer and the graphite layer is superior to the generation of the oxide layer and the graphite layer, and a film is hardly formed on the surface of the commutator. That is, the film state differs depending on the polarity on the surface of the commutator, and a film is easily formed under the positive electrode brush, and it is difficult to form a film under the negative electrode brush.

このように、安定した皮膜をコンミテータ表面に形成することは難しく、そのままではコンミテータ表面の皮膜が不均一となり、皮膜の薄い部分に電流が集中的に流れるおそれがある。このような局部電流が生じると、ブラシ・コンミテータ間に火花が生じ易くなり、特に、同極ブラシが2つ以上あるモータでは火花量にアンバランスが生じ、ブラシの摩耗劣化が促進される。一方、皮膜を積極的に生成する材質にて正負極ブラシを形成すると、皮膜形成が良好でコンミテータの損傷は少なくなる。しかしながら、皮膜が厚くなるため、皮膜厚の制御が困難となり、接触電圧降下の増大につながる。特に、並列回路数が2より大きいモータでは、皮膜の増大により、接触電圧降下が4回路間でアンバランスとなり、ブラシの循環電流が増加し、耐久性が低下する。   As described above, it is difficult to form a stable film on the surface of the commutator. If the film is left as it is, the film on the surface of the commutator becomes non-uniform and current may flow intensively in a thin part of the film. When such a local current is generated, a spark is likely to be generated between the brush and commutator. In particular, in a motor having two or more homopolar brushes, an imbalance occurs in the amount of spark, and the wear deterioration of the brush is promoted. On the other hand, if the positive and negative electrode brushes are formed of a material that actively generates a film, the film formation is good and the commutator is less damaged. However, since the film becomes thick, it is difficult to control the film thickness, leading to an increase in contact voltage drop. In particular, in a motor having more than two parallel circuits, the contact voltage drop is unbalanced among the four circuits due to an increase in the coating, and the circulating current of the brush is increased and the durability is lowered.

そこで、従来より、コンミテータ上の皮膜を正・負両ブラシ下で均一化すべく、特許文献1〜5に示すような種々の方策が提案されている。例えば、特許文献1では、コンミテータ回転方向に沿ってブラシの抵抗値を変化させて皮膜の均一化を図っている。また、特許文献2〜4では、抵抗値を異にする複数種類の材料によって積層ブラシを形成し、特許文献5では、抵抗率を異にする異種材料にて正・負極ブラシを構成することにより、皮膜の均一化を図っている。そして、これらの方策により、ブラシ・コンミテータ間での火花の発生を抑え、ブラシ摩耗量を減らしブラシの高寿命化を図っている。
特開昭61-203843号公報 特開昭63-302744号公報 特開平1-202135号公報 特開平5-15114号公報 特開平2-106150号公報
Therefore, conventionally, various measures as shown in Patent Documents 1 to 5 have been proposed in order to make the film on the commutator uniform under both positive and negative brushes. For example, in patent document 1, the resistance value of a brush is changed along the rotation direction of a commutator, and the film | membrane is made uniform. In Patent Documents 2 to 4, a laminated brush is formed from a plurality of types of materials having different resistance values. In Patent Document 5, positive and negative electrode brushes are formed from different materials having different resistivities. The film is made uniform. By these measures, the occurrence of sparks between the brush and commutator is suppressed, the amount of brush wear is reduced, and the life of the brush is extended.
JP 61-203843 Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-302744 Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-202135 JP-A-5-15114 JP-A-2-106150

しかしながら、特許文献1〜4のように、ブラシ自体の抵抗値を変化させたり、積層ブラシを形成したりする場合、これらのブラシは単一材料のブラシに比して多大な製造工数を要するため、コストアップの要因となる。また、積層ブラシでは、層の境界部分の機械的強度が弱く、摩耗の点では耐久性が向上するが、機械的な面で耐久性に問題がある。さらに、特許文献5では、正・負極ブラシの抵抗率を銅と黒鉛の含有量によって調整しているが、皮膜形成の多寡は単に抵抗率のみによって決定されるものではなく、さらに効果的な対策が求められていた。   However, as in Patent Documents 1 to 4, when the resistance value of the brush itself is changed or a laminated brush is formed, these brushes require a large number of manufacturing steps as compared with a single material brush. This is a factor of cost increase. In the laminated brush, the mechanical strength at the boundary between layers is weak and the durability is improved in terms of wear, but there is a problem in durability in terms of mechanical properties. Furthermore, in Patent Document 5, the resistivity of the positive and negative electrode brushes is adjusted by the contents of copper and graphite. However, the degree of film formation is not determined solely by the resistivity, and is a more effective countermeasure. Was demanded.

本発明の目的は、車載電装品の高電圧化に伴って増大するブラシ・コンミテータ間の火花を抑制、安定化し、ブラシの高寿命化を図り、もって回転電機の耐久性を向上させることにある。   It is an object of the present invention to suppress and stabilize the spark between the brush and commutator that increases with the increase in the voltage of in-vehicle electrical components, to improve the life of the brush, and to improve the durability of the rotating electrical machine. .

本発明の回転電機は、回転軸に固定されたコンミテータと、前記コンミテータに摺接する正極及び負極のブラシと、前記コンミテータに電気的に接続された並列回路の数が2よりも大きい重巻のアーマチュアコイルと、を備える回転電機であって、前記正極及び負極ブラシは、黒鉛を主成分として形成され、前記正極及び負極ブラシの黒鉛が前記コンミテータ上に堆積することによって形成される黒鉛皮膜の堆積生成を前記正極及び負極ブラシの黒鉛粒径によって制御し、前記正極ブラシを前記負極ブラシに比して粒径の大きい黒鉛を用いて形成することにより、前記正極ブラシによって形成される前記黒鉛皮膜を前記負極ブラシによって形成される前記黒鉛皮膜よりも少なくし、前記正負極ブラシ下における前記黒鉛皮膜の膜厚を均等化して、同極ブラシ間における前記ブラシと前記コンミテータの接触状態のアンバランスによって前記アーマチュアコイル内に生じる循環電流を減少させたことを特徴とする。 The rotating electrical machine according to the present invention includes a commutator fixed to a rotating shaft, positive and negative brushes that are in sliding contact with the commutator, and a multi-turn armature in which the number of parallel circuits electrically connected to the commutator is greater than two. And a positive electrode and a negative electrode brush, the positive electrode and the negative electrode brush are formed mainly of graphite, and the graphite film formed by depositing the graphite of the positive electrode and the negative electrode brush on the commutator. Is controlled by the graphite particle size of the positive electrode and the negative electrode brush, and the graphite film formed by the positive electrode brush is formed by using the positive electrode brush using graphite having a particle size larger than that of the negative electrode brush. Less than the graphite film formed by the negative electrode brush, and equalizing the film thickness of the graphite film under the positive and negative electrode brushes , Wherein the reduced circulating current generated in the armature coil by the imbalance of the contact state of the brush and the commutator between the poles brush.

本発明にあっては、コンミテータ表面に黒鉛皮膜が形成され易い正極ブラシに、負極ブラシに比して黒鉛皮膜形成の少ない材質を用いるので、コンミテータ表面の正負極ブラシ下に均等に黒鉛皮膜が形成される。このため、ブラシ・コンミテータ間の火花発生が抑えられ、火花発生によるブラシの摩耗やコンミテータの劣化が抑制される。   In the present invention, since a material with less graphite film formation than the negative electrode brush is used for the positive electrode brush on which the graphite film is easily formed on the commutator surface, the graphite film is evenly formed under the positive and negative electrode brushes on the commutator surface. Is done. For this reason, the occurrence of sparks between the brush and the commutator is suppressed, and the wear of the brush and the deterioration of the commutator due to the occurrence of the spark are suppressed.

前記回転電機において、前記負極ブラシへの被膜調整剤添加量を前記正極ブラシよりも少なく、かつ、前記負極ブラシへの銅粉添加量を前記正極ブラシよりも少なくしても良い。また、前記正極ブラシを20μmを超え80μm以下の平均粒径を有する黒鉛にて形成し、前記負極ブラシを20μm以下の平均粒径を有する黒鉛にて形成すると共に、前記負極ブラシへの被膜調整剤の添加量を0.5wt%以下、銅粉の添加量を0とし、前記正極ブラシへの被膜調整剤の添加量を0.5wt%を超え1.5wt%以下、銅粉の添加量を35wt%以下としても良い。
In the rotating electrical machine, the amount of coating agent added to the negative electrode brush may be less than that of the positive electrode brush, and the amount of copper powder added to the negative electrode brush may be less than that of the positive electrode brush. In addition, the positive electrode brush is formed of graphite having an average particle diameter of more than 20 μm and not more than 80 μm, the negative electrode brush is formed of graphite having an average particle diameter of not more than 20 μm, and a film conditioner for the negative electrode brush The additive amount of copper powder is 0.5 wt% or less, the additive amount of copper powder is 0, the additive amount of the coating agent to the positive electrode brush is more than 0.5 wt% and 1.5 wt% or less, and the additive amount of copper powder is 35 wt% % may be the following.

一方、前記回転電機を自動車用の42V系車載電装品として使用しても良く、これにより、正極ブラシ間の火花量の差を小さく抑えることができ、しかも、火花量自体も少なくできる。従って、並列回路数が2より大きい重巻の42V仕様モータにおいて、同極ブラシ間のアンバランスによる循環電流を減少させることができ、ブラシやコンミテータの摩耗や劣化が抑えられ、モータの耐久性が向上する。
On the other hand, the rotating electrical machine may be used as a 42V in-vehicle electrical component for automobiles, thereby reducing the difference in the amount of spark between the positive electrode brushes and reducing the amount of spark itself. Therefore, in a 42V motor with multiple windings with more than two parallel circuits, the circulating current due to imbalance between the same-polar brushes can be reduced, and the wear and deterioration of the brush and commutator can be suppressed, and the durability of the motor can be reduced. improves.

本発明の回転電機によれば、回転軸に固定されたコンミテータと、コンミテータに摺接する正極及び負極のブラシを備えてなる回転電機にて、負極ブラシよりもコンミテータ上における黒鉛皮膜形成の少ない材質にて正極ブラシを形成するので、コンミテータ表面の正負極ブラシ下に均等に黒鉛皮膜を形成することが可能となる。従って、ブラシ・コンミテータ間の火花発生を抑えることができ、火花発生によるブラシの摩耗やコンミテータの劣化を抑制し、回転電機の耐久性を向上させることが可能となる。また、ブラシ自体を積層構造とすることなく黒鉛皮膜の均等化が図れるため、製造コストを削減できると共に、機械的強度の向上を図ることも可能となる。   According to the rotating electrical machine of the present invention, in the rotating electrical machine comprising the commutator fixed to the rotating shaft and the positive and negative brushes that are in sliding contact with the commutator, the material of the graphite film formation on the commutator is less than that of the negative brush. Since the positive electrode brush is formed, it is possible to uniformly form a graphite film under the positive and negative electrode brushes on the surface of the commutator. Therefore, the occurrence of sparks between the brush and the commutator can be suppressed, the wear of the brush and the deterioration of the commutator due to the occurrence of sparks can be suppressed, and the durability of the rotating electrical machine can be improved. In addition, since the graphite film can be equalized without the brush itself having a laminated structure, the manufacturing cost can be reduced and the mechanical strength can be improved.

また、本発明の回転電機によれば、回転電機の並列回路数が2よりも大きい場合、コンミテータ表面の正負極ブラシ下に均等に黒鉛皮膜が形成されるので、複数回路間の接触電圧降下によるアンバランスが少なくなり、アーマチュアコイルに発生する循環電流が減少させることが可能となる。従って、ブラシに循環電流が流れるのを抑えることができ、ブラシの劣化防止が図られると共に、整流性が改善され、トルクムラや振れ回り力の低減を図ることが可能となる。   Further, according to the rotating electrical machine of the present invention, when the number of parallel circuits of the rotating electrical machine is larger than 2, the graphite film is uniformly formed under the positive and negative brushes on the surface of the commutator. Unbalance is reduced, and the circulating current generated in the armature coil can be reduced. Therefore, it is possible to suppress the circulating current from flowing through the brush, prevent the brush from being deteriorated, improve the rectification property, and reduce torque unevenness and swinging force.

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施例であるモータ(回転電機)の構成を示す断面図である。モータ1は、自動車用ラジエターファンの駆動源として使用され、図1に示すように、有底円筒形状のモータハウジング2内にアーマチュア3を回動自在に配置した構成となっている。モータハウジング2の内周面には、周方向に二対の永久磁石4が固定されている。この永久磁石4によって、モータ1は4極に構成されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a motor (rotating electrical machine) according to an embodiment of the present invention. The motor 1 is used as a driving source of a radiator fan for automobiles, and has a configuration in which an armature 3 is rotatably disposed in a bottomed cylindrical motor housing 2 as shown in FIG. Two pairs of permanent magnets 4 are fixed to the inner peripheral surface of the motor housing 2 in the circumferential direction. The permanent magnet 4 constitutes the motor 1 with 4 poles.

アーマチュア3は、回転軸5に固定されたアーマチュアコア6と、アーマチュアコア6に巻装されたアーマチュアコイル7とから構成されている。回転軸5の図中左端部は、モータハウジング2に取り付けられた軸受8によって回動自在に支持されており、アーマチュア3はモータハウジング2内に回動自在に内装される。アーマチュアコア6は、リング状の金属板9を複数枚積層して構成されており、回転軸5に固定されている。アーマチュアコア6の外周には、軸方向に沿ってスロット11が凹設されている。スロット11間には巻線12が巻装される。この巻線12によって、アーマチュアコア6の外周にアーマチュアコイル7が形成される。   The armature 3 includes an armature core 6 fixed to the rotating shaft 5 and an armature coil 7 wound around the armature core 6. The left end portion of the rotating shaft 5 in the figure is rotatably supported by a bearing 8 attached to the motor housing 2, and the armature 3 is rotatably mounted in the motor housing 2. The armature core 6 is configured by laminating a plurality of ring-shaped metal plates 9 and is fixed to the rotating shaft 5. A slot 11 is recessed along the axial direction on the outer periphery of the armature core 6. A winding 12 is wound between the slots 11. An armature coil 7 is formed on the outer periphery of the armature core 6 by the winding 12.

アーマチュアコア6の一端側には、コンミテータ(整流子)13が隣接して配置されている。コンミテータ13は、回転軸5に外嵌固定されている。コンミテータ13の外周面には、導電材にて形成されたコンミテータ片14が複数枚取り付けられている。コンミテータ片14は軸方向に長い板状の金属片からなり、互いに絶縁された状態で周方向に沿って並列状に固定される。各コンミテータ片14のアーマチュアコア6側の端部には、ライザ15が形成されている。ライザ15には、アーマチュアコイル7の巻き始め端部と巻き終り端部となる巻線12が懸回され、フュージングにより固定されている。これにより、コンミテータ片14とこれに対応するアーマチュアコイル7とが電気的に接続される。   A commutator (commutator) 13 is disposed adjacent to one end side of the armature core 6. The commutator 13 is externally fixed to the rotating shaft 5. A plurality of commutator pieces 14 made of a conductive material are attached to the outer peripheral surface of the commutator 13. The commutator piece 14 is made of a plate-like metal piece that is long in the axial direction, and is fixed in parallel along the circumferential direction while being insulated from each other. A riser 15 is formed at the end of each commutator piece 14 on the armature core 6 side. A winding 12 serving as a winding start end and a winding end end of the armature coil 7 is suspended around the riser 15 and fixed by fusing. Thereby, the commutator piece 14 and the armature coil 7 corresponding to this are electrically connected.

モータハウジング2の開口端にはブラケット16が設けられており、このブラケット16の内側にはホルダステー17が取り付けられている。ホルダステー17には周方向4箇所に2対のブラシホルダ18が対向形成されており、モータ1は図3のような4並列回路4ブラシ構成となっている。ブラシホルダ18にはそれぞれブラシ19が出没自在に内装されている。ブラシ19の突出先端部(内径側先端部)はコンミテータ13に摺接しており、ブラシ19はスプリング21によってコンミテータ13に押接されている。ブラシ19にはピグテール22が取り付けられており、ピグテール22を介して図示しない電源と電気的に接続されている。コンミテータ13には、ピグテール22,ブラシ19を介して外部電源から電力が供給される。   A bracket 16 is provided at the open end of the motor housing 2, and a holder stay 17 is attached to the inside of the bracket 16. Two pairs of brush holders 18 are formed facing the holder stay 17 at four locations in the circumferential direction, and the motor 1 has a 4-parallel circuit 4-brush configuration as shown in FIG. Each brush holder 18 is internally provided with a brush 19 that can be moved up and down. The protruding tip (inner diameter side tip) of the brush 19 is in sliding contact with the commutator 13, and the brush 19 is pressed against the commutator 13 by a spring 21. A pigtail 22 is attached to the brush 19 and is electrically connected to a power source (not shown) via the pigtail 22. Electric power is supplied to the commutator 13 from an external power source via the pigtail 22 and the brush 19.

一方、このような構成を備えた当該モータ1では、コンミテータ13上の皮膜を各ブラシ下で均一化すべく、正極と負極でブラシ19の材質を異ならせている。前述のように、コンミテータ表面には、正極ブラシ下では皮膜が形成され易く、負極ブラシ下では皮膜が形成されにくい。そこで、本発明によるモータ1では、正極側のブラシ19(以下、正極ブラシと言う)には黒鉛皮膜形成の少ない材質、具体的には、原料黒鉛粒径の大きい(例えば、平均粒径20μmを超え80μm以下、好ましくは平均粒径40〜60μm程度)材質のものを使用する。また、負極側のブラシ19(以下、負極ブラシと言う)には黒鉛皮膜形成の積極的な材質、すなわち、正極ブラシよりも原料黒鉛粒径の小さい(例えば、平均粒径20μm以下、好ましくは平均粒径5〜10μm程度)材質のものを使用する。   On the other hand, in the motor 1 having such a configuration, the material of the brush 19 is made different between the positive electrode and the negative electrode in order to make the coating on the commutator 13 uniform under each brush. As described above, a film is easily formed on the surface of the commutator under the positive brush, and a film is difficult to be formed under the negative brush. Therefore, in the motor 1 according to the present invention, the brush 19 on the positive electrode side (hereinafter referred to as the positive electrode brush) has a material with little graphite film formation, specifically, a large raw material graphite particle size (for example, an average particle size of 20 μm). More than 80 [mu] m, preferably an average particle size of about 40-60 [mu] m). Further, the negative electrode side brush 19 (hereinafter referred to as negative electrode brush) is an active material for forming a graphite film, that is, the raw material graphite particle size is smaller than that of the positive electrode brush (for example, the average particle size is 20 μm or less, preferably the average particle size). A material having a particle size of about 5 to 10 μm is used.

このように、正極ブラシに黒鉛皮膜形成の少ない材質、負極ブラシに黒鉛皮膜形成の多い材質を用いると、正負極ブラシ下に均等に黒鉛皮膜が形成され、コンミテータ13の皮膜の形成・除去も2回路間で安定して行われる。このため、ブラシ・コンミテータ間の火花発生が抑えられると共に、同極ブラシ間の接触電圧降下の差によるアンバランスも少なくなる。従って、火花発生によるブラシ19の摩耗やコンミテータ13の劣化が抑制され、モータ1の耐久性も向上する。また、アーマチュアコイル7に発生する循環電流も減少し、整流性が改善され、トルクムラや振れ回り力も低減する。さらに、ブラシ19自体も積層構造となっておらず、製造が容易でコスト的にも有利であり、機械的強度も改善される。   Thus, when a material with little graphite film formation is used for the positive electrode brush and a material with much graphite film formation is used for the negative electrode brush, the graphite film is formed evenly under the positive and negative electrode brushes, and the film formation / removal of the commutator 13 is also 2 It is performed stably between circuits. For this reason, the occurrence of sparks between the brush and commutator is suppressed, and unbalance due to the difference in contact voltage drop between the brushes of the same polarity is reduced. Therefore, the wear of the brush 19 and the deterioration of the commutator 13 due to the occurrence of sparks are suppressed, and the durability of the motor 1 is also improved. Further, the circulating current generated in the armature coil 7 is also reduced, the rectification is improved, and the torque unevenness and the swinging force are also reduced. Further, the brush 19 itself does not have a laminated structure, is easy to manufacture and advantageous in terms of cost, and mechanical strength is improved.

黒鉛皮膜形成の多寡は、原料黒鉛粒径の大小のみならず、研削作用のある材料の添加量の多少や、銅粉の含有量の多少によっても調整できる。すなわち、研削作用を有する被膜調整剤(例えば、SiO2等の金属酸化物)の添加量を少なくすれば、形成された皮膜が除去されにくくなり、その結果、皮膜が形成され易くなるため、負極ブラシへの被膜調整剤添加量を正極ブラシよりも少なくする。例えば、負極ブラシには被膜調整剤の添加量を0.5wt%以下とし、極ブラシでは0.5wt%を超え1.5wt%以下とする。また、銅粉の含有量を少なくすると皮膜が形成され易くなるため、負極ブラシへの銅粉添加量を正極ブラシよりも少なくする。例えば、負極ブラシには銅粉を加えず(0wt%)、極ブラシには銅粉を35wt%以下程度添加する。なお、原料黒鉛粒径の調整と被膜調整剤や銅粉の添加量の調整を併用しても良い。 The amount of graphite film formation can be adjusted not only by the size of the raw graphite particle size, but also by the amount of material with grinding action and the amount of copper powder. That is, if the amount of a film adjusting agent having a grinding action (for example, a metal oxide such as SiO 2 ) is reduced, the formed film is difficult to remove, and as a result, the film is easily formed. The amount of film modifier added to the brush is less than that of the positive brush. For example, the negative electrode brush the amount of coating modifier and less 0.5 wt%, the positive electrode brush or less 1.5 wt% exceed 0.5 wt%. Moreover, since a film | membrane will be easy to be formed when content of copper powder is decreased, the amount of copper powder addition to a negative electrode brush is made less than a positive electrode brush. For example, the negative electrode brush without added copper powder (0 wt%), the positive electrode brush added degree of copper powder below 35 wt%. In addition, you may use together adjustment of the raw material graphite particle size, and adjustment of the addition amount of a film regulator and copper powder.

図2は、(A)正負ブラシ共に皮膜形成の積極的な材料を使用した場合、(B)正負ブラシ共に皮膜形成の少ない材料を使用した場合、(C)正極ブラシに皮膜形成の少ない材料、負極ブラシに皮膜形成の多い(積極的な)材料を使用した場合(本発明の構成)における実験結果を示す表である。図2の実験では、皮膜形成の積極的な材料としては、原料黒鉛の平均粒径を20μmとし、被膜調整剤を0.2wt%を添加し、銅粉は添加しない(0wt%)ものを使用した。また、皮膜形成の少ない材料としては、原料黒鉛の平均粒径を50μmとし、被膜調整剤を1.0wt%、銅粉を35wt%を添加したものを使用した。印加電圧は何れも42Vであり、モータも42V仕様である。なお、本実験で火花状態の観察を正極ブラシで行っているのは、被膜の形成し易い側のブラシで火花を観察した方が、本発明の効果をより明確に確認できるためである。   Fig. 2 shows (A) when positive and negative brush materials are used for film formation, (B) when positive and negative brush materials are used with less film formation, (C) positive electrode brush materials with less film formation, It is a table | surface which shows the experimental result in the case (material) with much film formation is used for a negative electrode brush (structure of this invention). In the experiment shown in FIG. 2, as an active material for film formation, a material graphite having an average particle diameter of 20 μm, a film conditioner of 0.2 wt% added, and copper powder not added (0 wt%) is used. did. Further, as a material with little film formation, a material graphite having an average particle diameter of 50 μm, a film conditioner added at 1.0 wt%, and copper powder at 35 wt% was used. The applied voltage is 42V in all cases, and the motor is also in the 42V specification. In this experiment, the spark state is observed with the positive electrode brush because the effect of the present invention can be confirmed more clearly by observing the spark with the brush on the side where the coating is easily formed.

図2の表から分かるように、ブラシ摩耗速度が(A)(B)よりも明らかに(C)の方が小さくなっている。また、コンミテータの摩耗速度(コンミテータ片周方向中央部の通常摺動部での摩耗速度)は、(B)は皮膜形成が少ないため多く、(A)(C)はほぼ同等である。一方、(A)(B)では、2つの正極ブラシ間の火花量に差異が見られ、両者はアンバランスな状態となっている。特に、(B)の場合には、火花量の差が大きくアンバランスが顕著であると共に、火花発生量も大きい。これに対し、(C)では、2つの正極ブラシ間で火花量の差が小さく、バランスが良いと共に、火花量自体も少ない。   As can be seen from the table in FIG. 2, the brush wear rate is clearly smaller in (C) than in (A) and (B). Further, the wear rate of the commutator (the wear rate at the normal sliding portion at the central portion in the circumferential direction of the commutator) is large because (B) has little film formation, and (A) and (C) are almost the same. On the other hand, in (A) and (B), there is a difference in the amount of spark between the two positive brushes, and both are in an unbalanced state. In particular, in the case of (B), the difference in the amount of sparks is large and the imbalance is remarkable, and the amount of sparks generated is also large. On the other hand, in (C), the difference in spark amount between the two positive brushes is small, the balance is good, and the spark amount itself is small.

このように、正極ブラシに皮膜形成の少ない材料、負極ブラシに皮膜形成の多い材料を使用すると、モータ1を42V仕様としても、(C)の結果から明らかなように、正極ブラシ間の火花量の差を小さく抑えることができ、しかも、火花量自体も少ない。従って、本発明による構成(C)を採用することにより、42V仕様のモータ、特に、並列回路数が2より大きい重巻のモータにおいて、同極ブラシ間のアンバランスによる循環電流を減少させることができ、ブラシやコンミテータの摩耗や劣化が抑えられ、モータの耐久性が向上する。   As described above, when a material with little film formation is used for the positive electrode brush and a material with much film formation is used for the negative electrode brush, the amount of sparks between the positive electrode brushes can be clearly understood from the result of (C) even if the motor 1 is 42V specification. Difference can be kept small, and the amount of sparks is small. Therefore, by adopting the configuration (C) according to the present invention, it is possible to reduce the circulating current due to imbalance between the same-polarity brushes in a motor of 42V specification, particularly a multi-winding motor having more than two parallel circuits. The wear and deterioration of the brush and commutator are suppressed, and the durability of the motor is improved.

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、本発明のモータをラジエターファンの駆動源として使用した例を示したが、その用途はこれには限定されず、パワースライドドアやパワーウインド、ワイパ装置、電動パワーステアリングなどの車載電装製品の駆動源や、その他の電気製品に使用されるモータとして使用することも可能である。また、前述の実施例にて示した原料黒鉛粒径や、被膜調整剤・銅粉の添加比率はあくまでも一例であり、本発明はその値のみに限定されるものではない。
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
For example, in the above-described embodiment, an example in which the motor of the present invention is used as a drive source for a radiator fan is shown. However, the application is not limited to this, and a power slide door, a power window, a wiper device, and an electric power steering are used. It can also be used as a drive source for in-vehicle electrical products such as motors and motors used in other electrical products. Further, the raw material graphite particle size and the coating agent / copper powder addition ratio shown in the above-described examples are merely examples, and the present invention is not limited to only those values.

本発明の一実施例であるモータの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the motor which is one Example of this invention. 本発明による構成とその比較例の実験結果を示す表である。It is a table | surface which shows the experimental result of the structure by this invention, and its comparative example. 並列回路数が複数ある重巻モータの巻線回路構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the winding circuit structure of the double winding motor with two or more parallel circuits.

符号の説明Explanation of symbols

1 モータ
2 モータハウジング
3 アーマチュア
4 永久磁石
5 回転軸
6 アーマチュアコア
7 アーマチュアコイル
8 軸受
9 金属板
11 スロット
12 巻線
13 コンミテータ
14 コンミテータ片
15 ライザ
16 ブラケット
17 ホルダステー
18 ブラシホルダ
19 ブラシ
21 スプリング
22 ピグテール
51a,51b 正極ブラシ
52a,52b 負極ブラシ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor 2 Motor housing 3 Armature 4 Permanent magnet 5 Rotating shaft 6 Armature core 7 Armature coil 8 Bearing 9 Metal plate 11 Slot 12 Winding 13 Commutator 14 Commutator piece 15 Riser 16 Bracket 17 Holder stay 18 Brush holder 19 Brush 21 Spring 22 Pigtail 51a , 51b Positive electrode brush 52a, 52b Negative electrode brush

Claims (4)

回転軸に固定されたコンミテータと、前記コンミテータに摺接する正極及び負極のブラシと、前記コンミテータに電気的に接続された並列回路の数が2よりも大きい重巻のアーマチュアコイルと、を備える回転電機であって、
前記正極及び負極ブラシは、黒鉛を主成分として形成され、
前記正極及び負極ブラシの黒鉛が前記コンミテータ上に堆積することによって形成される黒鉛皮膜の堆積生成を前記正極及び負極ブラシの黒鉛粒径によって制御し、
前記正極ブラシを前記負極ブラシに比して粒径の大きい黒鉛を用いて形成することにより、前記正極ブラシによって形成される前記黒鉛皮膜を前記負極ブラシによって形成される前記黒鉛皮膜よりも少なくし、前記正負極ブラシ下における前記黒鉛皮膜の膜厚を均等化して、同極ブラシ間における前記ブラシと前記コンミテータの接触状態のアンバランスによって前記アーマチュアコイル内に生じる循環電流を減少させたことを特徴とする回転電機。
A rotating electrical machine comprising: a commutator fixed to a rotating shaft; positive and negative brushes in sliding contact with the commutator; and a multi-turn armature coil having more than two parallel circuits electrically connected to the commutator. Because
The positive electrode and the negative electrode brush are formed mainly of graphite,
The graphite film of the positive electrode and the negative electrode brush is controlled by the graphite particle size of the positive electrode and the negative electrode brush.
By forming the positive electrode brush using graphite having a larger particle diameter than the negative electrode brush, the graphite film formed by the positive electrode brush is less than the graphite film formed by the negative electrode brush, The film thickness of the graphite film under the positive and negative electrode brushes is equalized, and the circulating current generated in the armature coil due to the imbalance of the contact state between the brush and the commutator between homopolar brushes is reduced. Rotating electric machine.
請求項1記載の回転電機において、前記負極ブラシへの被膜調整剤添加量を前記正極ブラシよりも少なく、かつ、前記負極ブラシへの銅粉添加量を前記正極ブラシよりも少なくしたことを特徴とする回転電機。   2. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein a coating agent addition amount to the negative electrode brush is smaller than that of the positive electrode brush, and a copper powder addition amount to the negative electrode brush is smaller than that of the positive electrode brush. Rotating electric machine. 請求項1又は2記載の回転電機において、前記正極ブラシは、20μmを超え80μm以下の平均粒径を有する黒鉛にて形成され、前記負極ブラシは、20μm以下の平均粒径を有する黒鉛にて形成されると共に、
前記負極ブラシは、被膜調整剤の添加量が0.5wt%以下で、かつ、銅粉の添加量が0であり、
前記正極ブラシは、被膜調整剤の添加量が0.5wt%を超え1.5wt%以下で、かつ、銅粉の添加量が35wt%以下であることを特徴とする回転電機。
3. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the positive electrode brush is formed of graphite having an average particle diameter of more than 20 μm and not more than 80 μm, and the negative electrode brush is formed of graphite having an average particle diameter of not more than 20 μm. As
The negative electrode brush has an addition amount of a film modifier of 0.5 wt% or less and an addition amount of copper powder of 0,
The positive electrode brush is a rotating electrical machine characterized in that the amount of coating agent added is more than 0.5 wt% and not more than 1.5 wt%, and the amount of copper powder added is not more than 35 wt%.
請求項1〜3の何れか1項に記載の回転電機において、当該回転電機は、自動車用の42V系車載電装品として使用されることを特徴とする回転電機。
The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the rotating electrical machine is used as a 42V in-vehicle electrical component for an automobile.
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