JPS5931198B2

JPS5931198B2 - 直流小型モ−タの整流装置

Info

Publication number: JPS5931198B2
Application number: JP16565078A
Authority: JP
Inventors: 恒彦轟; 兵伍広幡; 幸治橋本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-12-28
Filing date: 1978-12-28
Publication date: 1984-07-31
Also published as: JPS5591575A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は直流小型モータにおけるブラシと整流子を組合
せた整流装置に関するもので、耐摩耗性、耐消耗性に優
れた整流装置を提供しようとするものである。

直流小型モータの高性能化、長寿命化において特に問題
となるのはブラシと整流子とを組合せた整流装置である
。

この整流装置はすべ゛り、接触しながら通電する部分で
あり、ブラシの摺動部材となるブラシ材料および整流子
の摺動部材となる整流子材料の摺動摩耗や電気的消耗に
より種々の問題が生じ、モータの回転数変動や起動不良
の原因となる。このため、摩耗や消耗の少ない整流装置
が望まれている。一方、モータのブラシ−整流子組合せ
は種々あり、回転数制御方法や定格負荷電流あるいは要
求寿命などによつて最適な組合せを選ぶのが一般的であ
る。すなわち、大略的に言つて、金属ブラシ材料と金属
整流子材料の組合せと金属一黒鉛系ブラシ材料と金属整
流子材料の組合せに分けられる。前者は接触抵抗は安定
であるが、摩耗、消耗の点から負荷電流の大きい領域で
は使用出来ず、モータヘの入力電流（定格負荷）として
略１５０ｍＡ以下の場合に使用され、それ以上の負荷電
流の場合には後者の組合せカニ使用されるのが一般的で
ある。後者の金属、一黒鉛系ブラシ材料は接触抵抗が変
動しやすいうえに、この複合材料は脆く軟かいため、板
ばねへの点溶接が不可能でありまたクラッド材などにす
ることが出来ず、モータのブラシとして使用する場合に
は導電性接着剤により板ばねに手でもつて接着せねばな
らず自動化が困難であり製造工数の低減の障害となつて
いた。このような背景から、負荷電流が大きい場合にも
（１５０ｍＡ〜３００ｍＡ）使用可能な金属ブラシ材料
（ここでいう金属ブラシ材料とは黒鉛を含まない貴金属
合金ブラシ材料を意味する）が望まれて訃り、また、低
負荷電流のモータと高負荷電流のモータでブラシ一整流
子組合せを変えることは工程管理上非常にわずられしい
ため、全負荷電流にわずられしいため、全負荷電流にわ
たつて使用可能な組合せが望まれている。

本発明はこのような背景にあつてなされたものであり、
整流装置のブラシ材料としてＡｕＡｇＣｄ合金あるいは
ＡｕＡｇＣｄＣｕ合金を使用した耐摩耗性卦よび耐消耗
性に優れた整流装置を提供するものである。

すなわち、ブラシ材料が１０〜３０Ｗｔ％のＡｇ，ｌ〜
５Ｗｔ（Ｌ＜７）Ｃｄ，残りＡｕよりなるＡｕＡｇＣｄ
合金、あるいは１０〜３０Ｗｔ％のＡｇ，ｌ〜５Ｗｔ％
Ｃｄ，５Ｗｔ％以下のＣｕ，残りＡｕよりなるＡｕＡｇ
ＣｄＣｕ合金であれ：ば、他のＡｕ合金に比べて、ブラ
シ材料のみならず対向する整流子材料の摩耗、消耗が低
減され、負荷電流の大きい場合にも実用上充分なる性能
を示すことが明らかになつた。以下、実際に直流小型モ
ータに内蔵させた実施二例により、本発明になる整流装
置の効果を明確にする。

実験に使用したモータは市販の定格１３．２（使用範囲
１０〜１６）、定格回転数２２００＊＋１ｒ．ｐ．ｍ．
の電子制御力式マイクロモータで、回転数制御用の電子
回路部を取りはずしたモータ本体のブラシに、直接に電
圧をかけて回転させる方法を用いた。

後つて、モータ回転数は電圧、電流によつて変るが、試
験条件は１０Ｖで負荷電流が２５０ｍＡとなるようにモ
ータ回転軸にトルクを加えた．その場合、回転数は２０
００〜２２００ｒｐｍである。モータの回路構成を第１
図に示す。

１は整流子を構成するセグメント、２はブラシ、３は鉄
芯に巻かれた電機子巻線、４は火花消去素子（バリスタ
）である。

整流子は第２図に示す平型であり、１は整流子を構成す
るセグメントで本発明で整流子材料と称するものはこの
セグメントの材質をいう．５はセグメントを分割するス
リツトである。整流子材料の厚さは総厚０．１５１１で
ある。ブラシは第３図に示す双接点ブラシ形状であり、
板ばね１１の先端に検討用ブラシ材料を点溶接で取りつ
けてある。１３は防振ゴムである。

ブラシと整流子を組合せた場合、摺動軌跡の直径は内側
ブラシに対するものが６ｍｍ，外側ブラシに対するもの
が８闘である。実験に使用しこブラシ材料は最終形状０
．２３１１×０．４６ｍｍ断面の線材であり、この線材
を長さ約２ｍｍに切断し、半内側が外例になるよう曲率
半径略４ｍ７１Ｌの円弧状に曲げ、これを第３図に示す
よう点溶接した。

ブラシ材料の最終焼鉄温度、加工率、硬さを表１に示す
。これらの各組合せで整流装置を構成し、モータとし、
（各４台）、１０Ｖ２５０ｍＡの条件で常温５００Ｈｒ
連続回転した後に、モータを分解し、整流子｝よびブラ
シの摩耗、消耗量を測定した。

整流子材料の損傷は本試験条件の２５０ｍＡ負荷電流で
は２ケ所に分けて考える必要がある。損傷の一つは整流
子スリツト近傍に卦ける消耗である。これは電機子巻線
に流れる電流がスリツトで切り変わるためサージ電圧が
生じ、ブラシと開離する側の整流子セグメントが発生ア
ークなどにより電気的に消耗し、大きな凹みを形成する
損傷である。他の損傷は、スリツト近傍以外の摺動跡の
摩耗であり、これは機械的摺動摩耗が主因であり、前者
の消耗より損傷量は少ない。消耗量訃よび摩耗量ぱ長面
粗さ計を用いて測定した各々の深さで比較した。このよ
うに損傷を二つに区分することにより、消耗の大少から
は整流子がモータ定格負荷電流の大きい領域（略１５０
ｍＡ以上）に適用しうるか否か、摩耗の大小からは整流
子がモータ定格負荷電流の小さい領域に適用しうるか否
かを判定出来る。ブラシ材料の損傷は消耗と摩耗を区別
しにくいため、ブラシ損傷の長手方向の長さを測定し、
摩耗・消耗量とした。測定結果を第４図に示す。この図
でＸｆｌ］は整流子では消耗が大きくて整流子材料（厚
さ１５０μ）に穴があいた場合であり、ブラシでは、摩
耗●消耗が進んで、ブラシ材料が切損した状態を示す。
第４図から、整流子消耗が少ない組合せではブラシ摩耗
・消耗が大きい（ＡｇＣｕ合金整流子の場合）．逆にブ
ラシ摩耗・消耗が少ない組合せ（りん青銅整流子の場合
）では整流子消耗量が大いという傾向がみられる。

総合的に見た場合には本発明になるＡｕＡｇＣ姶金をブ
ラシ材料とした組合せＥが最も良い特性を示すことが明
らかである。すなわち、全ての整流子に対し、整流子摩
耗量は少ない。従つて、負荷電流の低い領域で使うモー
タに効果的である．そして、負荷電流の大きい領域で使
うモータでは整流子をクラツド整流子又はりん青銅整流
子とすねｆ整流子消耗が少なく、ブラシ摩耗・消耗量も
比較的少ない．比較例Ａ，Ｂは、整流子摩耗が大きく回
転数変動などの見地から問題を生じやすい。特に従来よ
りこの種の摺動材料として知られているＡｕＡｇＣｕ合
金Ｆと比べて、本発明の効果は明確である。以上は本発
明の代表例の特性を定量的に比較して示したが、ブラシ
材料についていえば、Ａｇが１０〜３０Ｗｔ％、Ｃｄが
１〜５Ｗｔ％の範囲のＡｕＡｇＣｄ合金の各種材料につ
いても検討したが、試験後のブラシ・整流子の損傷状態
を目視で比較したところ、代表例とほと同様の特性であ
つた。

さらにＣｕを１〜５Ｗｔ（ｆ）加えたＡｕＡｇＣｄＣｕ
合金についても同様の特性が得られた。Ａｕの硬さを高
めて耐摩耗性を向上させるためには１０Ｗｔ０１）Ａｇ
／）柁？てあり、Ａｇは耐摩耗性、耐消耗性の見地から
は６０Ｗｔ％程度まで加えられるがＡｇが３０Ｗｔ％を
こえると硫化等の耐食性の点で問題が生じやすくなる。
Ｃｄの量は１Ｗｔ％以下では効果が低い。５Ｗｔ％以上
にしてもきわだつて特性の改善は得られない。

Ｃｕについては、５Ｗｔ％程度までの添加であれば整流
子消耗に及ぼす害は少なく、耐摩耗性を若干向上させ得
るので添加の効果はある。整流子材料は、低負荷電流の
モータにあつては実施した３種のいずれもが適用出来る
。

高負荷電流のモータにあつてはクラツド整流子あるいは
りん青銅整流子が望ましい。ＡｕＣｕ整流子は代表例と
して９５Ｗｔ％Ａｇ，５Ｗｔ％Ｃｕ合金を使用したが３
〜１０Ｗｔ％ＣｕＯＡｇＣｕ合金であつても良い。クラ
ツド整流子は表面層をＡｕＡｇ合金としたが７０Ｗｔ％
Ａｕ−２７Ｗｔ％Ａｇ−３ＷｔＣｆ１）Ｎｌ合金の場合
にも特性が劣ることはなかつた。このＡｕ合金表面層の
厚さは主にコスト面から決め々・れ１０μ以下であれば
十分である。以上のように、本発明になる整流装置は、
ブラシ材料をＡＵＡｇＣｄ合金あるいはＡｕＡｇＣｄＣ
ｕ合金とすることによつて、ブラシ卦よび整流子の摩耗
・消耗が低くなり、高負荷電流のモータに使用しても実
用上十分な寿命が得られるという優れた特徴を有するも
のであり、実用的効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実用試験に供したモータの回路構成図
、第２図は整流子の斜視図、第３図はブラシの斜視図、
第４図は摩耗Ｌ消耗量の比較図である。

Claims

【特許請求の範囲】１整流子とブラシを備え、ブラシ材料は１０〜３０Ｗ
ｔ％のＡｇ、１〜５Ｗｔ％のＣｄ、残りＡｕより成るＡ
ｕＡｇＣｄ合金であることを特徴とする直流小型モータ
の整流装置。２ブラシ材料が８０Ｗｔ％Ａｕ−１８Ｗｔ％Ａｇ−２
Ｗｔ％Ｃｄ合金であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の直流小型モータの整流装置。３整流装置とブラシを備え、ブラシ材料は１０〜３０
Ｗｔ％のＡｇ、１〜５Ｗｔ％のＣｄ、１〜５Ｗｔ％のＣ
ｕ、残りＡｕより成るＡｕＡｇＣｄＣｕ合金であること
を特徴とする直流小型モータの整流装置。４整流子材料が９５Ｗｔ％Ａｇ−５Ｗｔ％Ｃｕ合金で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項も
しくは第３項記載の直流小型モータの整流装置。５整流子材料が６０Ｗｔ％Ａｕ−４０Ｗｔ％Ａｇ合金
／９５Ｗｔ％Ａｇ−５Ｗｔ％Ｃｕ合金／りん青銅のクラ
ッド材であることを特徴とする特許請求の範囲第１項、
第２項もしくは第３項記載の直流小型モータの整流装置
。６整流子材料がりん青銅であることを特徴とする特許
請求の範囲第１項、第２項もしくは第３項、記載の直流
小型モータの整流装置。