JPH07274448A - High-speed dc motor-generator - Google Patents

High-speed dc motor-generator

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Publication number
JPH07274448A
JPH07274448A JP7931094A JP7931094A JPH07274448A JP H07274448 A JPH07274448 A JP H07274448A JP 7931094 A JP7931094 A JP 7931094A JP 7931094 A JP7931094 A JP 7931094A JP H07274448 A JPH07274448 A JP H07274448A
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JP
Japan
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commutator
rotor
speed
brush
motor generator
Prior art date
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Pending
Application number
JP7931094A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideo Kawamura
英男 河村
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd filed Critical Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority to JP7931094A priority Critical patent/JPH07274448A/en
Publication of JPH07274448A publication Critical patent/JPH07274448A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a high-speed DC motor-generator, in which a decrease in driving force and a loss in abrasion are prevented, by reducing an abrasion loss between a commutator and a brush. CONSTITUTION:A commutator 4 is put in a place adjacent to a rotor 2 and fixed to a rotating shaft 1, and a brush 5 is in slide contact with an outer face of the commutator 4. The commutator 4 is made of one ceramic material out of Si3N4, SiC and Al2O3. In addition, the commutator 4 includes a non- conductive member 8 made up of a closely formed ceramic ring part and a plurality of tooth parts 13, and a conductive member 15 made of porous ceramic impregnated with copper alloy between the tooth parts 14. In addition, the rotor 2 and the commutator 4 are electrically connected to each other with wires 6 and 16. The brush is made of mixed powder of graphite, MgP2, and copper.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、整流子とブラシとの
間の摺接面を低摩擦に構成した高速直流電動発電機に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-speed DC motor / generator in which a sliding contact surface between a commutator and a brush has a low friction.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、直流電動発電機では、回転子にコ
イルを配設し、そのコイルに電流を流してステータに配
置された電磁石との作用により駆動力を得ている。ま
た、永久磁石を回転子とした発電機或いは電動機は、高
い出力と構造の簡単さという特徴を有することから、最
近、工業用機器に多く使用されるようになった。ところ
が、発電機における回転子のトルクと回転の上昇を制御
するために、ステータコイルに周波数と電圧及び電流を
変化させ、それらの回転とトルクを適正に制御するた
め、インバータを設ける必要があり、構造が大変複雑に
なるという欠点がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a DC motor generator, a coil is arranged in a rotor, and a current is passed through the coil to obtain a driving force by the action of an electromagnet arranged in a stator. In addition, since a generator or an electric motor using a permanent magnet as a rotor has features of high output and simple structure, it has recently been widely used for industrial equipment. However, in order to control the increase in the torque and rotation of the rotor in the generator, it is necessary to change the frequency, voltage and current in the stator coil, and to properly control the rotation and torque thereof, it is necessary to provide an inverter, It has a drawback that the structure becomes very complicated.

【0003】そこで、発電機に組み込まれている永久磁
石の磁束密度を変換する方法が種々に考えられている。
例えば、発電機において、永久磁石の回転子とステータ
コアの間に大きな隙間を形成し、この隙間に磁力の良く
通る材料を置き、回転子を軸方向に引き抜く方法が知ら
れている。例えば、実開平2−146975号公報に開
示された小型発電機は、ガバナウエイトを一対のリンク
で軸支したガバナ機構を介して主軸とロータが連結され
ており、主軸の回転数に応じてガバナウエイトを遠心力
で主軸から離間してリンク間の角度を縮小させ、ロータ
をステータから抜け出る方向に移動させるものである。
Therefore, various methods for converting the magnetic flux density of the permanent magnet incorporated in the generator have been considered.
For example, in a generator, a method is known in which a large gap is formed between a rotor of a permanent magnet and a stator core, a material having a good magnetic force is placed in this gap, and the rotor is pulled out in the axial direction. For example, in the small generator disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 2-146975, a main shaft and a rotor are connected via a governor mechanism in which a governor weight is pivotally supported by a pair of links. The weight is separated from the main shaft by a centrifugal force to reduce the angle between the links, and the rotor is moved in the direction of coming out of the stator.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
発電機のような誘導発電機は、制御装置が大型になると
共に、制御が複雑になるという問題がある。また、従
来、直流電動発電機も数多く開発されているが、整流子
とブラシとの摩擦が大きく、また摩耗が大きいという問
題がある。
However, the induction generator such as the conventional generator has a problem that the control device becomes large and the control becomes complicated. Further, although many DC motor generators have been conventionally developed, there are problems that the friction between the commutator and the brush is large and the wear is large.

【0005】従来の直流電動発電機では、回転子の回転
数が大きくなると、回転子のコイルに流す電流が大きく
なる程、整流子とブラシとの間に発生する放電等が増大
し、ブラシ部の摩耗が増大し、ブラシの耐久性が大きな
問題になった。言い換えれば、直流電動発電機について
の最大の欠点は、ブラシと整流子とのフリクションと両
者間の接点の摩耗等のトラブルの発生にある。
In the conventional DC motor generator, as the number of rotations of the rotor increases, the larger the current flowing in the coil of the rotor, the more the electric discharge and the like generated between the commutator and the brush, and the brush portion. The wear of the brush increased, and the durability of the brush became a big problem. In other words, the biggest drawback of the DC motor generator is the occurrence of troubles such as friction between the brush and the commutator and wear of the contact points between the two.

【0006】そこで、この発明の目的は、直流電動発電
機における整流子とブラシとの間の摺接面を低摩擦係数
に構成すると共に、ブラシと整流子間での気中放電の発
生を防止すること、又は放電によって発生する摩耗を抑
制することであり、整流子に対するブラシの摩擦係数を
小さくし、ブラシの摩耗を低減し、ブラシと整流子との
間の電流の流れをスムースにするため、ブラシと整流子
との材質を最適材料に選定して適正化を図ると共に、整
流子とブラシとの間の構造を低摩擦に構成し、ブラシと
整流子との材質を最適組み合わせに選定することによっ
て耐摩耗性、耐腐食性、耐久性を向上させた高速直流電
動発電機を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to configure a sliding contact surface between a commutator and a brush in a DC motor generator to have a low friction coefficient and to prevent the occurrence of air discharge between the brush and the commutator. In order to reduce the friction coefficient of the brush against the commutator, reduce the wear of the brush, and smooth the flow of current between the brush and the commutator. , The material of the brush and the commutator is selected as the optimum material for optimization, and the structure between the commutator and the brush is configured to have low friction, and the material of the brush and the commutator is selected for the optimum combination. Thus, a high-speed DC motor generator having improved wear resistance, corrosion resistance, and durability is provided.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するため、次のように構成されている。即ち、こ
の発明は、機台に回転可能に支持された回転軸、該回転
軸に取り付けられた外周に導線を配置した回転子、該回
転子の外周に配設されたステータコアとステータコイル
からなるステータ、前記回転子に隣接して前記回転軸に
固定された整流子、及び該整流子の外周面に摺接して配
置されているブラシを有する高速直流電動発電機におい
て、前記整流子は緻密質セラミックスから作製されたリ
ング部と該リング部から外向きに延びる複数の歯部とか
ら成る非導電性部材及び前記歯部間に配設された多孔質
セラミックスに金属を含浸させた導電性部材を有し、前
記緻密質セラミックスと前記多孔質セラミックスとは交
互に積層され且つ同一材料からなり、前記回転子の前記
導線と前記整流子の前記導電性部材とはそれぞれの線と
歯部の導電部材が電気的に接続され、一対のブラシ間に
通電された電流が流れるようにし、前記多孔質セラミッ
クスに含浸した金属からから成る前記整流子と接触する
ブラシは少なくともグラファイトとMgP2 を高温で反
応させて合成した粉末から構成されていることを特徴と
する高速直流電動発電機に関する。
In order to achieve the above object, the present invention is constructed as follows. That is, the present invention comprises a rotating shaft rotatably supported by a machine base, a rotor having conductors arranged on the outer periphery attached to the rotating shaft, a stator core and a stator coil arranged on the outer periphery of the rotor. In a high-speed DC motor generator having a stator, a commutator fixed to the rotating shaft adjacent to the rotor, and a brush arranged in sliding contact with an outer peripheral surface of the commutator, the commutator is dense. A non-conductive member composed of a ring portion made of ceramics and a plurality of tooth portions extending outward from the ring portion, and a conductive member obtained by impregnating porous ceramics disposed between the tooth portions with a metal are provided. The dense ceramics and the porous ceramics are alternately laminated and made of the same material, and the conductor wire of the rotor and the conductive member of the commutator are conductors of respective wires and teeth. Member is electrically connected, as energized current flows between a pair of brushes, brushes in contact with the commutator made of metal impregnated on the porous ceramics least reacting graphite and MgP 2 at high temperatures The present invention relates to a high-speed DC motor / generator, which is composed of powder synthesized by the above method.

【0008】また、この高速直流電動発電機において、
前記整流子を構成する緻密質セラミックスと多孔質セラ
ミックスとは窒化ケイ素、炭化ケイ素及びアルミナのい
ずれかであり、前記多孔質セラミックスに含浸された前
記金属は銅を主成分とする合金であり、前記合金にはS
n,Znを含有している。場合によっては、前記合金に
グラファイト又はカーボンを混合して前記多孔質セラミ
ックスに含浸されている。
In this high-speed DC motor generator,
The dense ceramics and the porous ceramics constituting the commutator are any one of silicon nitride, silicon carbide and alumina, and the metal impregnated in the porous ceramics is an alloy containing copper as a main component, S for alloy
It contains n and Zn. In some cases, the alloy is mixed with graphite or carbon to impregnate the porous ceramics.

【0009】また、この高速直流電動発電機において、
前記ブラシは、グラファイトとMgP2 とを含む混合粉
末と銅粉末とを混練し、加熱して焼き固められている。
Further, in this high-speed DC motor generator,
The brush is kneaded with a mixed powder containing graphite and MgP 2 and a copper powder, heated, and baked to solidify.

【0010】又は、この高速直流電動発電機において、
前記ブラシはグラファイトとMgP2 とを含む混合粉末
とB4 Cとを混練し、加圧焼結して作製する方法もあ
る。
Alternatively, in this high-speed DC motor generator,
There is also a method in which the brush is produced by kneading a mixed powder containing graphite and MgP 2 and B 4 C and sintering the mixture under pressure.

【0011】また、この高速直流電動発電機において、
前記回転子は積層した珪素鋼板の外側に導線を配置し、
その外周を補強筒体で補強され、前記導電部材は前記珪
素鋼板の外周部に周方向に隔置して穿孔された孔にそれ
ぞれ配置されている。
In this high speed DC motor generator,
The rotor has conductors arranged outside the laminated silicon steel plates,
The outer circumference of the silicon steel plate is reinforced by a reinforcing cylinder, and the conductive members are respectively arranged in holes formed in the outer circumference of the silicon steel plate so as to be circumferentially spaced.

【0012】[0012]

【作用】この発明による高速直流電動発電機は、上記の
ように構成されており、次のように作用する。即ち、こ
の高速直流電動発電機は、回転子に隣接して整流子を回
転軸に固定し、該整流子の外周面に摺接してブラシを配
置し、前記整流子を同一材料のセラミックスで作製する
と共に前記整流子を緻密質セラミックからなる非導電性
部材の歯部間に多孔質セラミックスに金属を含浸させた
導電性部材を配置して構成し、前記ブラシを少なくとも
グラファイトとMgP2 とで高温で反応合成した粉末か
ら構成したので、グラファイトとMgP2 は導電体と固
体潤滑剤とを兼ね備え機能を有し、前記整流子の高速回
転に対して良好な潤滑を行うことができる。即ち、グラ
ファイトとMgP2 から成る固体潤滑剤は、その摩擦係
数が常温で0.08であり、高温で0.04と小さくな
り、高温即ち高速回転時に良好な潤滑を行うことがで
き、整流子とブラシとの間に発生する摩擦を低減し、該
摩擦による回転軸の回転力即ち駆動力の損失を低減で
き、摩耗が低減できる。
The high speed DC motor generator according to the present invention is constructed as described above and operates as follows. That is, in this high-speed DC motor generator, a commutator is fixed to a rotating shaft adjacent to a rotor, a brush is arranged in sliding contact with the outer peripheral surface of the commutator, and the commutator is made of ceramics of the same material. In addition, the commutator is constructed by disposing a conductive member in which porous ceramics are impregnated with metal between the teeth of a non-conductive member made of dense ceramic, and the brush is made of high temperature at least graphite and MgP 2. Since graphite and MgP 2 have a function as a conductor and a solid lubricant because they are composed of the powder synthesized by the reaction in step 2, they can perform good lubrication against the high speed rotation of the commutator. That is, the solid lubricant composed of graphite and MgP 2 has a friction coefficient of 0.08 at room temperature and a small 0.04 at high temperature, and can perform good lubrication at high temperature, that is, high speed rotation, and The friction generated between the brush and the brush can be reduced, the loss of the rotational force of the rotary shaft, that is, the driving force, due to the friction can be reduced, and the wear can be reduced.

【0013】また、前記整流子は、緻密質セラミックと
多孔質セラミックスとは窒化ケイ素、炭化ケイ素及びア
ルミナのいずれかであり、前記多孔質セラミックスに含
浸された金属は銅を主成分とするので、前記整流子と前
記ブラシとの間に気中放電が発生しても、耐熱性が優れ
ており、耐摩耗性、耐腐食性を向上できる。また、Cu
は導電性が良く、融点も比較的に低いので、多孔質セラ
ミックスの気孔に含浸し易い。更に、前記整流子を構成
する基材は窒化ケイ素であり、その多孔質部にCuが含
浸されているので、前記ブラシに対する前記整流子の摺
動によって多孔質部からCuが一部脱落しても、そこに
前記ブラシを構成するグラファイトが埋まる。従って、
前記整流子は、摩擦係数が極めて小さく、電気抵抗が小
さく構成される。
In the commutator, the dense ceramic and the porous ceramic are any one of silicon nitride, silicon carbide and alumina, and the metal impregnated in the porous ceramic has copper as a main component. Even if an air discharge is generated between the commutator and the brush, the heat resistance is excellent and the wear resistance and the corrosion resistance can be improved. Also, Cu
Has good conductivity and has a relatively low melting point, so that it is easy to impregnate the pores of the porous ceramics. Furthermore, since the base material forming the commutator is silicon nitride and Cu is impregnated in the porous portion, Cu is partially dropped from the porous portion due to sliding of the commutator with respect to the brush. Also, the graphite forming the brush is embedded therein. Therefore,
The commutator has a very low friction coefficient and a low electric resistance.

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による高速
直流電動発電機の実施例を説明する。図1はこの発明に
よる高速直流電動発電機の一実施例を示す断面図、図2
は図1の線A−Aにおける断面図、及び図3は図1の線
B−Bにおける断面図である。
Embodiments of the high-speed DC motor generator according to the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a sectional view showing an embodiment of a high-speed DC motor generator according to the present invention, FIG.
1 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view taken along the line BB of FIG.

【0015】この高速直流電動発電機については、図示
していないが、ハウジングに軸受を介して回転軸1が回
転可能に支持されており、例えば、ターボチャージャ、
エネルギー回収装置、エンジン、コジェネレーション型
エンジン等に組み込まれて回転を電気エネルギーに変換
したり、或いは回転軸1に回転力を与えたりする回転電
機に適用できるものである。
Although not shown in the drawings, the high-speed DC motor generator has a rotating shaft 1 rotatably supported by a housing through a bearing. For example, a turbocharger,
The present invention can be applied to a rotary electric machine that is incorporated in an energy recovery device, an engine, a cogeneration engine, or the like to convert rotation into electric energy or to apply a rotating force to the rotating shaft 1.

【0016】この高速直流電動発電機は、回転軸1に取
り付けられたロータ即ち回転子2、該回転子2の外周に
配置されたハウジング、ベース、支持体等の機台(図示
せず)に固定された固定子即ちステータ3、回転子2に
隣接して回転軸1に固定された整流子4、及び該整流子
4の外周面に摺接して配置されているブラシ5を有して
いる。回転子2と整流子4とは、回転軸1に固定された
緻密質セラミックスから成るスリーブ17によって連結
され、一体的に回転するように構成されている。また、
回転子2と整流子4との外側端面にはナット11が回転
軸1に螺入され、回転子2と整流子4とが軸方向に相対
的に移動して分解しないように、回転子2と整流子4と
は軸方向に固定されている。
This high-speed DC motor generator is mounted on a rotor (rotor 2) attached to a rotary shaft 1, a machine base (not shown) such as a housing, a base, and a support arranged on the outer periphery of the rotor 2. It has a fixed stator or stator 3, a commutator 4 fixed to the rotary shaft 1 adjacent to the rotor 2, and a brush 5 arranged in sliding contact with the outer peripheral surface of the commutator 4. . The rotor 2 and the commutator 4 are connected by a sleeve 17 made of dense ceramics, which is fixed to the rotating shaft 1, so as to rotate integrally. Also,
A nut 11 is screwed into the rotating shaft 1 on the outer end surfaces of the rotor 2 and the commutator 4, so that the rotor 2 and the commutator 4 do not move relative to each other in the axial direction and disassemble. And the commutator 4 are fixed in the axial direction.

【0017】この高速直流電動発電機において、ステー
タ3は、ハウジング、ベース、支持体等の機台(図示せ
ず)に固定されたステータコア12と該ステータコア1
2の界磁コア20に巻き付けられたステータコイル13
とから構成されている。回転子2は、積層された多数の
珪素鋼板7を有する。これらの珪素鋼板7は両側の珪素
鋼板7に配置されたプレート9,18によって固定され
ている。積層された珪素鋼板7の外周面には、カーボン
ファイバー、高張力綱等の磁性材から成る補強円筒体1
9で補強されている。また、積層された珪素鋼板7の外
周部には周方向に隔置して多数の孔が貫通して穿孔され
ており、これらの孔には導電部材としての導線16を構
成するため、銅或いはアルミニウム合金がそれぞれ流し
込まれている。
In this high-speed DC motor generator, the stator 3 has a stator core 12 fixed to a machine base (not shown) such as a housing, a base and a support, and the stator core 1.
Stator coil 13 wound around the second field core 20
It consists of and. The rotor 2 has a large number of laminated silicon steel plates 7. These silicon steel plates 7 are fixed by plates 9 and 18 arranged on the silicon steel plates 7 on both sides. On the outer peripheral surface of the laminated silicon steel plates 7, a reinforcing cylindrical body 1 made of a magnetic material such as carbon fiber or high tensile steel
It is reinforced with 9. In addition, a large number of holes are pierced in the outer peripheral portion of the laminated silicon steel plates 7 so as to be spaced apart in the circumferential direction, and the conductor 16 as a conductive member is formed in these holes. Aluminum alloys are poured respectively.

【0018】この高速直流電動発電機において、整流子
4は、非導電性部材8と導電性部材15とから成る分割
機能を有し、同一材料のセラミックスから作製された円
筒体に形成されている。非導電性部材8は、緻密質セラ
ミックからなるリング部21と該リング部21から周方
向に隔置して外向きに延びる歯部14から構成されてい
る。また、リング部21は、回転軸1に固定されたスリ
ーブ17と一体構造に構成されている。導電性部材15
は、歯部14間に配設された多孔質セラミックスに金属
を含浸させて構成され、弧の長さが短い扇型の断面を有
している。言い換えれば、整流子4は、歯部14を形成
する緻密質成形体と断面扇型の導電性部材15を構成す
る多孔質成形体を交互に重ねて円筒体成形体に構成し、
該円筒体成形体を焼成して円筒焼結体を作製し、次い
で、円筒焼結体の多孔質部に金属を流し込んで円筒複合
体を作製する。その後、円筒複合体の外面を研削加工し
て面粗度を整えて表面粗度の良好な円筒複合体が作製さ
れる。
In this high-speed DC motor generator, the commutator 4 has a dividing function composed of the non-conductive member 8 and the conductive member 15, and is formed in a cylindrical body made of ceramics of the same material. . The non-conductive member 8 is composed of a ring portion 21 made of dense ceramic and a tooth portion 14 which is spaced from the ring portion 21 in the circumferential direction and extends outward. Further, the ring portion 21 is configured integrally with the sleeve 17 fixed to the rotating shaft 1. Conductive member 15
Is formed by impregnating the porous ceramics disposed between the teeth 14 with a metal, and has a fan-shaped cross section with a short arc length. In other words, the commutator 4 is formed into a cylindrical molded body by alternately stacking the dense molded body forming the tooth portion 14 and the porous molded body forming the conductive member 15 having a fan-shaped cross section.
The cylindrical compact is fired to produce a cylindrical sintered body, and then a metal is poured into the porous portion of the cylindrical sintered body to produce a cylindrical composite. Then, the outer surface of the cylindrical composite body is ground to adjust the surface roughness, and a cylindrical composite body having a good surface roughness is manufactured.

【0019】整流子4を構成する緻密質セラミック及び
多孔質セラミックスは、窒化ケイ素Si3 4 、炭化ケ
イ素SiC及びアルミナAl2 3 のいずれかである。
多孔質セラミックスに含浸された金属は、銅を主成分と
して、Sn,Zn等を含有する合金である。又は、合金
については、Cuはグラファイト又はカーボンとのなじ
み性が良好であるので、Cuにグラファイト又はカーボ
ンを混合して多孔質セラミックスに含浸させることもで
きる。導電性部材15を構成する多孔質セラミックス
は、その多孔質部に合金を含浸させることによって、緻
密質の複合材に構成される。また、回転子2の導電性部
材の導線16と整流子4の導電性部材の導線6とは、導
電部材22によって電気的に接続されている。
The dense ceramics and porous ceramics constituting the commutator 4 are any one of silicon nitride Si 3 N 4 , silicon carbide SiC and alumina Al 2 O 3 .
The metal impregnated in the porous ceramics is an alloy containing copper, Sn, Zn and the like as a main component. Alternatively, with respect to the alloy, since Cu has good compatibility with graphite or carbon, it is possible to mix Cu with graphite or carbon to impregnate the porous ceramics. The porous ceramics forming the conductive member 15 is made into a dense composite material by impregnating the porous portion with an alloy. The conductive wire 16 of the conductive member of the rotor 2 and the conductive wire 6 of the conductive member of the commutator 4 are electrically connected by the conductive member 22.

【0020】この高速直流電動発電機において、ブラシ
5は機台に固定されたエンドブラケット10に固定され
ている。ブラシ5は、グラファイトとMgP2 とを、8
00℃〜1000度の高温で反応させて合成した粉末
を、銅粉末等の他の材料で混練して補強し、焼き固めて
作製されている。この時、ブラシ成分は、グラファイト
を50〜60wt%、Cuを40〜30wt%及びMg
2 を10%混合して焼結されている。或いは、ブラシ
5は、銅粉末を用いずに、グラファイトとMgP2 とを
含む混合粉末とB4 Cとを混練し、加圧焼結法によって
焼結して作動することもできる。
In this high-speed DC motor generator, the brush 5 is fixed to the end bracket 10 fixed to the machine base. The brush 5 contains graphite and MgP 2
The powder synthesized by reacting at a high temperature of 00 ° C. to 1000 ° C. is kneaded and reinforced with another material such as copper powder, and baked and solidified. At this time, the brush component is 50 to 60 wt% graphite, 40 to 30 wt% Cu, and Mg.
It is sintered by mixing P 2 with 10%. Alternatively, the brush 5 can be operated by kneading a mixed powder containing graphite and MgP 2 and B 4 C without using the copper powder and sintering the mixture by a pressure sintering method.

【0021】グラファイトとMgP2 との混合材は、固
体潤滑剤としての機能を有しており、高温で摩擦係数が
低下するので、高速回転して温度上昇するものには最適
である。即ち、グラファイトとMgP2 との混合材は、
常温では摩擦係数が0.08であるのに対し、温度上昇
して高温になると、摩擦係数が0.04に低下し、流体
潤滑と同等の摩擦係数値になる。従って、グラファイト
とMgP2 との混合材を相対回転する整流子4とブラシ
5との間の摺接面に適用すると、摩擦係数が低下し、摩
擦による整流子4の駆動力の損失を低減でき、しかも、
摩耗が極めて少なくなる。
The mixed material of graphite and MgP 2 has a function as a solid lubricant and has a low friction coefficient at a high temperature. Therefore, it is most suitable for a material which rotates at a high speed to raise a temperature. That is, the mixed material of graphite and MgP 2 is
The friction coefficient is 0.08 at room temperature, but when the temperature rises and becomes high, the friction coefficient decreases to 0.04, which is the same as that of fluid lubrication. Therefore, when a mixed material of graphite and MgP 2 is applied to the sliding contact surface between the commutator 4 and the brush 5 which rotate relative to each other, the coefficient of friction decreases, and the loss of the driving force of the commutator 4 due to friction can be reduced. And moreover,
Very little wear.

【0022】[0022]

【発明の効果】この発明による高速直流電動発電機は、
上記のように構成されており、次のような効果を有す
る。即ち、この高速直流電動発電機は、上記のように、
整流子のリング部と歯部とを緻密質セラミックスと前記
歯部間に配設された導電性部材をCuを主成分とする合
金を含浸させた多孔質セラミックスとで構成し、ブラシ
を少なくともグラファイトとMgP2 を合成した粉末か
ら構成したので、前記ブラシと前記整流子との間の摩擦
を低減でき、前記整流子の駆動力の損失を低減し、しか
も摩耗を低減でき、耐久性を向上させることができる。
The high-speed DC motor generator according to the present invention is
It is configured as described above and has the following effects. That is, this high-speed DC motor generator, as described above,
The commutator ring portion and the tooth portion are made of dense ceramics and the conductive member disposed between the tooth portions is made of porous ceramics impregnated with an alloy containing Cu as a main component, and the brush is made of at least graphite. Since it is composed of a powder obtained by synthesizing MgP 2 and MgP 2 , the friction between the brush and the commutator can be reduced, the loss of the driving force of the commutator can be reduced, and the wear can be reduced to improve the durability. be able to.

【0023】従って、この高速直流電動発電機は、ター
ボチャージャ、エネルギー回収装置、エンジン、コジェ
ネレーション型エンジン等に組み込んで、回転軸の回転
を電気エネルギーに変換したり、或いは電気エネルギー
を回転軸の回転に変換する回転電機として極めて好まし
いものである。しかも、この高速直流電動発電機は、直
流回転電機であるので、交流機のように制御装置が大型
化することがなく、また容易に制御することができると
共に、速度制御を容易に行うことができる。
Therefore, this high-speed DC motor generator is incorporated in a turbocharger, an energy recovery device, an engine, a cogeneration engine or the like to convert the rotation of the rotary shaft into electric energy or to convert the electric energy of the rotary shaft into electric energy. It is extremely preferable as a rotary electric machine that converts into rotation. Moreover, since this high-speed DC motor generator is a DC rotating electric machine, the control device does not have to be upsized as with an AC machine, and it can be easily controlled and the speed can be easily controlled. it can.

【0024】また、この高速直流電動発電機において、
前記整流子は、Si3 4 、SiC又はAl2 3 から
なる緻密質と多孔質とのセラミックスとその多孔質部に
含浸された銅合金で構成されているので、前記整流子と
前記ブラシとの間で気中放電が発生することがなく、耐
摩耗性、耐腐食性、耐久性を更に向上させることができ
る。更に、前記ブラシは、グラファイトとMgP2 とを
含む混合粉末と銅粉末とを混練し、加熱して焼き固めら
れているので、前記ブラシが固体潤滑剤で作製されてい
ることになり、前記整流子が高速回転して高温になった
としても、前記整流子と前記ブラシとの摺接間の摩擦が
大きくなることはなく、摩擦係数が低減することにな
り、高速回転電機に極めて好ましいものとなる。
In this high speed DC motor generator,
Since the commutator is composed of dense and porous ceramics made of Si 3 N 4 , SiC or Al 2 O 3 and a copper alloy impregnated in the porous portion, the commutator and the brush No air discharge occurs between and, and wear resistance, corrosion resistance, and durability can be further improved. Furthermore, since the brush is kneaded with a mixed powder containing graphite and MgP 2 and a copper powder, and heated and baked, the brush is made of a solid lubricant. Even if the child rotates at high speed and becomes high temperature, the friction between the sliding contact between the commutator and the brush does not increase, and the friction coefficient decreases, which is extremely preferable for the high-speed rotating electric machine. Become.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明による高速直流電動発電機の一実施例
を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a high-speed DC motor generator according to the present invention.

【図2】図1の線A−Aにおける断面図である。2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.

【図3】図1の線B−Bにおける断面図である。3 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 回転軸 2 回転子 3 ステータ 4 整流子 5 ブラシ 6,16 導線 7 珪素鋼板 8 非導電性部材 12 ステータコア 13 ステータコイル 14 歯部 15 導電性部材 19 補強円筒体 21 リング部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 rotating shaft 2 rotor 3 stator 4 commutator 5 brush 6,16 conducting wire 7 silicon steel plate 8 non-conductive member 12 stator core 13 stator coil 14 tooth portion 15 conductive member 19 reinforcing cylindrical body 21 ring portion

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 機台に回転可能に支持された回転軸、該
回転軸に取り付けられた外周に導線を配置した回転子、
該回転子の外周に配設されたステータコアとステータコ
イルからなるステータ、前記回転子に隣接して前記回転
軸に固定された整流子、及び該整流子の外周面に摺接し
て配置されているブラシを有する高速直流電動発電機に
おいて、前記整流子は緻密質セラミックスから作製され
たリング部と該リング部から外向きに延びる複数の歯部
とから成る非導電性部材及び前記歯部間に配設された多
孔質セラミックスに金属を含浸させた導電性部材を有
し、前記緻密質セラミックスと前記多孔質セラミックス
とは交互に積層され且つ同一材料からなり、前記回転子
の前記導線と前記整流子の前記導電性部材とはそれぞれ
の線と歯部の導電部材が電気的に接続され、前記多孔質
セラミックスに含浸した金属からから成る前記整流子と
接触するブラシは少なくともグラファイトとMgP2
高温で反応させて合成した粉末から構成されていること
を特徴とする高速直流電動発電機。
1. A rotating shaft rotatably supported by a machine base, a rotor having a conductor attached to the outer periphery of the rotating shaft,
A stator including a stator core and a stator coil arranged on the outer circumference of the rotor, a commutator fixed to the rotary shaft adjacent to the rotor, and a sliding contact with the outer peripheral surface of the commutator. In a high-speed DC motor generator having a brush, the commutator is a non-conductive member composed of a ring portion made of dense ceramics and a plurality of teeth extending outward from the ring portion, and a non-conductive member disposed between the teeth. A conductive member in which a provided porous ceramic is impregnated with a metal, wherein the dense ceramics and the porous ceramics are alternately laminated and are made of the same material; and the conductor wire of the rotor and the commutator. The conductive member is electrically connected to the conductive member of the tooth portion, and the number of brushes contacting the commutator made of the metal impregnated in the porous ceramics is small. Fast DC motor generator, characterized by being composed of Kutomo graphite and MgP 2 from synthesized powders by reacting at elevated temperature.
【請求項2】 前記整流子を構成する緻密質セラミック
スと多孔質セラミックスとは窒化ケイ素、炭化ケイ素及
びアルミナのいずれかであり、前記多孔質セラミックス
に含浸された前記金属は銅を主成分とするSn,Znを
含有した合金であることを特徴とする請求項1に記載の
高速直流電動発電機。
2. The dense ceramics and the porous ceramics forming the commutator are any one of silicon nitride, silicon carbide and alumina, and the metal impregnated in the porous ceramics has copper as a main component. The high-speed DC motor generator according to claim 1, which is an alloy containing Sn and Zn.
【請求項3】 前記合金にグラファイト又はカーボンを
混合して前記多孔質セラミックスに含浸されていること
を特徴とする請求項2又は3に記載の高速直流電動発電
機。
3. The high-speed DC motor generator according to claim 2, wherein graphite or carbon is mixed with the alloy to impregnate the porous ceramics.
【請求項4】 前記ブラシは、グラファイトとMgP2
とを含む混合粉末と銅粉末とを混練し、加熱して焼き固
められていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか
に記載の高速直流電動発電機。
4. The brush comprises graphite and MgP 2
The high-speed DC motor / generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the mixed powder containing and is kneaded, heated and baked.
【請求項5】 前記ブラシは、グラファイトとMgP2
とを含む混合粉末とB4 Cとを混練し、加圧焼結して作
動されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか
に記載の高速直流電動発電機。
5. The brush comprises graphite and MgP 2
Fast DC motor generator according to claim 1, preparative kneading the mixed powder and B 4 and C containing, characterized in that it is actuated by pressure sintering.
【請求項6】 前記回転子は積層した珪素鋼板の外周を
補強筒体で補強されており、前記導電部材が前記珪素鋼
板の外周部に周方向に隔置して穿孔された孔にそれぞれ
配置されたそれぞれの線と前記整流子の導電性の前記歯
部とが接続されていることを特徴とする請求項1〜5の
いずれかに記載の高速直流電動発電機。
6. The rotor is reinforced by reinforcing cylinders on the outer periphery of laminated silicon steel plates, and the conductive members are respectively arranged in holes formed in the outer peripheral portion of the silicon steel plates in a circumferentially spaced manner. The high-speed DC motor generator according to any one of claims 1 to 5, wherein each of the formed wires is connected to the conductive tooth portion of the commutator.
JP7931094A 1994-03-28 1994-03-28 High-speed dc motor-generator Pending JPH07274448A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111799958A (en) * 2019-04-01 2020-10-20 株式会社电装 DC motor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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