JPH0614501A - 回転電機の保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ブラシ粉により誤動作しにくく、ブラシ磨耗の
確実な検出が可能な回転電機の保護装置の提供。ブラシ
磨耗及び温度の両方を検出可能であるにも関わらず構成
が簡単で、省スペースも可能な回転電機のブラシ保護装
置の提供。 【構成】ブラシに配設されたマグネット７は、ブラシの
磨耗とともに磁気感応スイッチ６に接近し、マグネット
７の接近により磁気式温度スイッチ６の作動部における
印加磁界は増大する。ブラシの磨耗が所定値となる場合
の上記印加磁界により磁気感応スイッチ６は作動し、電
気信号を出力する。こうすれば非磁性体であるブラシ粉
（主にカーボン）が磁気感応スイッチ６周辺に堆積した
場合でも全く作動に影響されず、ブラシの磨耗を確実に
検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転電機の保護装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】特公平３−１５４１３号公報は、ブラシ
付きの回転電機におけるブラシ磨耗による障害を回避す
るために、ブラシの側面に切上げ溝を設け、この切上げ
溝が触子に触れると常開接点を構成する切上げ溝及び触
子を短絡させ、この短絡を電気的に検出することを開示
している。

【０００３】また、回転電機の内部温度が許容限度を超
えた場合に電気信号を出力する温度検出装置を回転電機
内に内蔵させることは広く知られており、温度検出装置
の一例として、所定温度を超えると透磁率が急減するフ
ェライトを用いてリードスイッチを作動させる磁気式温
度スイッチが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たブラシ磨耗検出方法では、磨耗により発生したブラシ
粉が切上げ溝や触子に付着したり、それらの隙間に溜ま
ったりして、まだブラシが使用限界に達していないにも
かかわらず上記短絡が生じ、偽信号を出力するという欠
点があった。

【０００５】またブラシ付きの回転電機の保護装置は、
上記したように温度検出装置の他にブラシ磨耗検出装置
を設けねばならず、ブラシを持たない回転電機の保護装
置に比べて構成が複雑となり、場所取り、配線の手間も
増大する不具合があった。本発明は上記問題点に鑑みな
されたものであり、その第一の目的は、ブラシ粉により
誤動作しにくく、ブラシ磨耗の確実な検出が可能な回転
電機の保護装置を提供することにある。

【０００６】本発明の第二の目的は、ブラシ磨耗及び温
度の両方を検出可能であるにも関わらず構成が簡単で、
省スペースも可能な回転電機のブラシ保護装置を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の回転電機の保護
装置は、ブラシホルダに一方向移動自在に保持されて先
端面がスプリングにより回転子側の導電部材に押接され
るブラシの磨耗を検出する回転電機の保護装置におい
て、前記ブラシホルダに配設され所定強度以上の磁界下
で作動する磁気感応スイッチと、前記ブラシに配設され
前記ブラシの磨耗により前記磁気感応スイッチに近接す
るマグネットとを備えることを特徴としている。

【０００８】好適な態様において、前記磁気感応スイッ
チは、所定温度以上で作動する磁気式温度スイッチから
なる。

【０００９】

【作用及び発明の効果】ブラシに配設されたマグネット
は、ブラシの磨耗とともに磁気感応スイッチに接近し、
マグネットの接近により磁気式温度スイッチの作動部に
おける印加磁界は増大する。ブラシの磨耗が所定値とな
る場合の上記印加磁界により磁気感応スイッチは作動
し、電気信号を出力する。すなわち本発明は、磁気感応
スイッチによりブラシの磨耗を磁気的原理に基づいて非
接触に検出しているので、非磁性体であるブラシ粉（主
にカーボン）が磁気感応スイッチ周辺に堆積した場合で
も全く作動に影響されず、ブラシの磨耗を確実に検出で
きるという優れた効果を奏し得る。

【００１０】また、この磁気感応スイッチとして磁気式
温度スイッチを用いれば、回転電機の温度も検出するこ
とができ、簡単な構成によりブラシ磨耗検出／温度検出
可能な保護装置を構成することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明について実施例を示す図面に基
づいて詳細に説明する。図１は直流電動機の整流装置部
分の一部拡大平面図であり、図２はその模式斜視図であ
る。ロータ１のエンドにおいて、回転軸２の周囲にコン
ミテータ３が配設されており、コンミテータ３の周方向
所定位置にブラシ装置４が配設されている。

【００１２】ブラシ装置４は、プレート４１、ブラシホ
ルダ４２、ブラシ４３、スプリング４４、ピグテール４
５を備えている。更に詳細に説明すると、不図示のリヤ
カバーの内面にはベークライト製のプレート４１が固定
されており、このプレート４１の第一面に真鍮板からな
るブラシホルダ４２が固定されている。ブラシホルダ４
２は略コ字状の断面を有しており、プレート４１とブラ
シホルダ４２との間のブラシ収容空間には略直方体形状
のブラシ４３が直流電動機の径方向へ移動自在に収容さ
れている。ブラシ４３はスプリング４４によりコンミテ
ータ３へ向けて付勢され、これによりブラシ４３の先端
面がコンミテータ３に押接されている。

【００１３】ブラシ４３は炭素又は黒鉛からなり、その
基端部には通電用のピグテール４５の先端部がかしめら
れている。また、ブラシの側面には後述するブラシ内蔵
マグネット（本発明でいうマグネット）が埋設されてい
る。プレート４１の第二面にはブラシ４３と背中合わせ
の位置に樹脂厚板状のプロテクタ５がかしめ固定されて
いる。プロテクタ５のプレート４１側の表面中央部には
図２及び図３に示すように長方形の収容溝５１が凹設さ
れており、収容溝５１にはサーモセンサ（本発明でいう
磁気式温度スイッチ）６が収容されている。

【００１４】サーモセンサ６は直方体形状の樹脂モール
ド部６１と、その両端から外延するリード６２とを備え
る。リード６２は収容溝５１の両端に固定されたターミ
ナル５２に半田付けされている。一対のターミナル５２
は図４に示すように直流電源Ｅ及び警報ランプＬと直列
接続されている。次にサーモセンサ６について図５〜図
７を参照して説明する。

【００１５】サーモセンサ６は上記樹脂モールド部６１
（図３参照、図６〜図７では図示省略）の内部に密閉空
間Ｓを有し、この密閉空間Ｓ中に低温時には一対のリー
ド６２の両端が離れ（図６参照）、高温時には一対のリ
ード６２の両端が密着している（図７参照）。リード６
２は高透磁性をもつ軟磁性材料を素材として形成されて
いる。また、樹脂モールド部６１にはリード６２に近接
してリード６２の延設方向へ順番にマグネット６３、ヨ
ーク６４、スペーサ６５、ヨーク６４、マグネット６３
からなる磁束発生部Ｍが固定されている。両マグネット
６３の残留磁化方向は同じである。両ヨーク６４は、例
えばキュリー点が摂氏１２０度の感温フェライト（商品
名 サーモライト、株式会社トーキン製）からなり、温
度がこのキュリー点より低ければ高透磁率を有し、キュ
リー点を超えると透磁率が急減してほとんど常磁性体と
なる。ヨーク６４、６４に挟持されるスペーサ６５は非
磁性材料（ここでは樹脂）からなり、ヨーク６４、６４
間に所定幅の狭ギャップを形成する。

【００１６】次にこのサーモセンサ６の作動を説明す
る。図６は低温時を示す。ヨーク６４は強磁性体とな
り、マグネット６３の磁束は磁気抵抗が小さいヨーク６
４中に集中する。その結果、スペーサ６５を挟むヨーク
６４、６４の端面に磁極Ｓ，Ｎが生じ、疑似的にマグネ
ット６３とヨーク６４とが一体となった１対の棒磁石が
スペーサ６５を挟んで対峙する構成となり、スペーサ６
５に強磁界が生じる。このヨーク６４、６４の端面の磁
極により図６に実線で示す磁束が生じ、スペーサ６５に
近接する図中上側のリード６２はスペーサ６５へすなわ
ち下側のリード６２から離れる方向へ吸引され、これに
より両リード６２が離れる。なお、左側のマグネット６
３のＮ極から右側のマグネット６３のＳ極に達する磁路
を流れる磁束の一部は図６に破線で示すように両リード
６２中を流れ、そのために両リード６２の先端部間のギ
ャップに磁極が形成され、このために両リード６２は吸
引しあう。しかし、スペーサ６５近傍の上記磁界が強い
ために上側のリード６２は強くスペーサ６５側へ吸引さ
れ、両リード６２は離れ、スイッチは接点開となる。

【００１７】図７はヨーク６４のキュリー点を超える高
温時を示す。ヨーク６４は常磁性体となり、スペーサ６
５を挟む両ヨーク６４の端面の磁極が消失し、擬似的に
スペーサ６５と両ヨーク６４の広距離だけ離れて一対の
マグネット６３が対峙する構成となる。その結果、各マ
グネット６３の磁束は図７に破線で示すようにそれぞれ
別のリード６２中を通る閉磁路中を流れることが多くな
り、両マグネット６３は両リード６２をほぼ等しい力で
個別に吸引し、その結果、両リード６２の先端部は主に
自己の弾性力により復帰し、スイッチは接点閉となる。

【００１８】なお、図６、図７ではマグネット６３、ヨ
ーク６４、スペーサ６５はリード６２の一方側に偏在す
るように図示しているが、これらマグネット６３、ヨー
ク６４、スペーサ６５がリード６２を囲む円筒形状とし
ても同じである。すなわちこの場合、低温時に、スペー
サ６５近傍の強磁界により各リード６２はそれぞれ反対
方向に吸引されてスイッチが開き、高温時にはこのスペ
ーサ６５近傍の強磁界の消滅により各リード６２はその
弾性力により復帰する。

【００１９】次に、本実施例の特徴をなすブラシ内蔵マ
グネット７について図８及び図９を参照して説明する。
なお、図８及び図９は模式図であり、ブラシホルダ４２
の図示を省略し、ブラシ４３は紙面と直角方向中央部に
おける軸方向断面を示す。図示するようにブラシ４３の
プロテクタ５側の表面にはブラシ内蔵マグネット７が埋
設されている。ブラシ内蔵マグネット７は、ブラシ４３
の使用初期にはプロテクタ５内のサーモセンサ６から充
分離れて位置しており、ブラシ４３の磨耗とともにサー
モセンサ６に近接し、最終的にはプレート４１を挟んで
サーモセンサ６の直裏に達する。

【００２０】次にこのブラシ内蔵マグネット７によるサ
ーモセンサ６の作動を図１０及び図１１を参照して説明
する。図１０はブラシ内蔵マグネット７の表面がＮ極の
場合であり、図１１はブラシ内蔵マグネット７の表面が
Ｓ極の場合である。なお、ブラシ内蔵マグネット７はブ
ラシ４３の磨耗方向と直角方向に磁化されている。図１
０について説明すると、ブラシ内蔵マグネット７が右方
向からサーモセンサ６のマグネット６３に接近してくる
と、磁束分布が変化し、ブラシ内蔵マグネット７が図１
０の位置に達すると、ブラシ内蔵マグネット７の強力な
磁界によりマグネット６３の磁束は図１０の点線のよう
に流れ、その結果、スペーサ６５を貫通する磁束が減少
し、スペーサ６５を挟むヨーク６４の端面の磁極（スペ
ーサ６５近傍の磁界）が弱くなり、リード６２はそれほ
どスペーサ６５側へ吸引されず、両リード６２の先端部
は接触する。これによりスイッチが閉じ、電流が流れ、
警報ランプＬ（図４参照）が点灯する。図１１の場合も
磁束分布が多少変わるが同じ原理によりブラシ４３の磨
耗が許容限界に達した場合に両リード６２が接触し、警
報信号を出力する。

【００２１】すなわち、サーモセンサ６にブラシ内蔵マ
グネット７を近接させることによりスペーサ６５近傍の
磁界を弱め、それにより両リード６２を復帰、接触させ
て、警報信号を出力すればよい。他の変形態様を図１２
に示す。この場合には、ブラシ内蔵マグネット７は横向
きに配設されている。ただし、ブラシ内蔵マグネット７
とマグネット６３との磁化方向は同じである。このブラ
シ内蔵マグネット７がサーモセンサ６に接近してきて、
図１２の位置に達すると、図１２に示すように両マグネ
ット６３の磁束はヨーク６４を経由してスペーサ６５内
及びその近傍を流れるより、ブラシ内蔵マグネット７内
を流れるので、スペーサ６５内及びその近傍の磁界が弱
くなり、両リード６２は接触し、警報信号が出力され
る。

【００２２】以上説明した保護装置によれば、単一のセ
ンサによりブラシ４３の磨耗と温度とを判別できるの
で、構成が簡単となり、その上、ブラシ粉による作動障
害が無いので、高い信頼性をもつ。なお、この保護装置
は直流機の他、交流整流子機その他、ブラシを必要とす
る全ての回転電機に適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の保護装置を有する直流機の要部拡大
平面図、

【図２】 図１の要部斜視図、

【図３】 図１のサーモセンサの斜視図、

【図４】 図１の保護装置の電機回路図、

【図５】 図１のサーモセンサの斜視図、

【図６】 図１のサーモセンサの模式動作説明図、

【図７】 図１のサーモセンサの模式動作説明図、

【図８】 図１の保護装置の動作説明のための要部拡大
平面図、

【図９】 図１の保護装置の動作説明のための要部拡大
平面図、

【図１０】 図１の保護装置の動作説明のための模式動
作説明図、

【図１１】 図１の保護装置の動作説明のための模式動
作説明図、

【図１２】 他の態様の保護装置の動作説明のための模
式動作説明図、

【符号の説明】

４２はブラシホルダ、４３はブラシ、４４はスプリン
グ、６はサーモセンサ（磁気感応スイッチ）、７はブラ
シ内蔵マグネット（マグネット）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブラシホルダに一方向移動自在に保持され
   て先端面がスプリングにより回転子側の導電部材に押接
   されるブラシの磨耗を検出する回転電機の保護装置にお
   いて、 前記ブラシホルダに配設され所定強度以上の磁界下で作
   動する磁気感応スイッチと、前記ブラシに配設され前記
   ブラシの磨耗により前記磁気感応スイッチに近接するマ
   グネットとを備えることを特徴とする回転電機の保護装
   置。
2. 【請求項２】前記磁気感応スイッチは、所定温度以上で
   作動する磁気式温度スイッチからなる請求項１記載の回
   転電機の保護装置。