JPS6271454A - 回転電機の集電環装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は巻線形３相誘導電動機等の回転電機の集電環装
置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

回転電機例えば巻線形３相誘導電動機においては、２次
側に集電環装■を介して外部抵抗器を接続することによ
り始動トルクを大きくすると同時に始１７１電流を制限
するようにしている。この場合、集電環装置の集電環に
摺接するブラシの温度は、誘導電動機の製作時の仕様、
容量の増減及び使用環境、使用条件の変化等によって変
化するものである。そして、ブラシを集電環上に”安定
して摺接させるためには、集電環の表面に安定した酸化
被膜を形成させる必要があり、酸化被膜の形成にはブラ
シを適正な温度範囲にする必要がある。ところで、一般
に、誘導電動機の製作に当たっては１００％の負荷゛を
想定して集電環装置のブラシの材質選定を行なうように
しているが、前述したような使用条件の変化があり、又
、当初から相手方機械、の負荷に対して余裕を有するよ
うに製作依頼がなされたりするので、実際には軽負荷で
運転される場合が多い。このように軽負荷運転になると
、集電環装置のブラシの電流密度が低下してブラシの温
度が低くなるので、集電環の材料たる銅に対する酸素の
化学反応が少なくなって集電環の表面に酸化被膜が発生
しにくくなるものである。集電環の表面に酸化被膜が円
滑に発生しないと、ブラシが直接集電環の金属（銅）表
面に摺接することになり、集電環の表面に傷を付けたり
或いはブラシが異常摩耗するという不具合が生ずる。

このような不具合を極力解消するために従来では負荷に
応じてブラシの材質を変える等の具体策を実施し、てい
る。

即ち、第１１図は集電環１に金属黒鉛質ブラシ２．３を
摺接させるようにした第１の従来例を示し、第１２図は
集電環４に電気黒鉛質ブラシ５゜６を摺接させるように
した第２の従来例を示している。尚、７は集電ｍ１．４
の回転方向である。

而して、使用条件として、集電環１及び４の周速度を９
．８１１１　／ｓｅｃ　、ブラシ２．３及び５．６の接
触圧力を２００！＋／ｃａｔ、電流密度を５Ａ／ｃｍｒ
とした場合の従来の実験結果を第１３図乃至第１７図に
示している。金属黒鉛質ブラシ２．３を用いた第１の従
来例においては、低電流密度領域では、第１３図（ｂ）
で示すように集電環１の表面がかなり傷付いて凹凸状に
なっており、又、ブラシ２及び３も第１５図（ｂ）の摩
耗量特性折線Ｚ２１）及びＺ３１）で示すように摩耗量
が多くなっている。これは、ブラシ２及び３の温度上昇
が第１４図（ｂ　）の温度上昇特性折線Ｌ２ａ及びＬ３
ａで示すように低くて、集電環１の表面に酸化被膜が形
成されてないためである。これに対して、電気黒鉛質ブ
ラシ５．６を用いた第２の従来例においては、低電流密
度領域では、電気黒鉛質ブラシ５及び６は温度上界が低
くても酸化被膜形成能力をもっているので、第１３図（
ａ　）で示すように来電環４の表面は滑らかであり、ブ
ラシ５及び６の温度上昇は第１４図（ａ　）の温度上昇
特性折線１５ａ及び！、ａで示すように金属黒鉛質ブラ
シ２及び３に比し高くなり、しかも、ブラシ５及び６の
摩耗量は第１５図（ａ　）の摩耗量特性折線り、ｂ及び
ｔ、ｂで示すように金属黒鉛質ブラシ２及び３に比し少
なくなる。一方、高電流密度領域では、電気黒鉛質ブラ
シ５．６を用いた第２の従来例及び金属黒鉛質ブラシ２
，３を用いた第１の従来例ともに集電環４及び１の表面
は第１６図（ａ　）及び（ｂ）で示すように滑らかであ
る。しかしながら、電気黒鉛質ブラシ５の温度上昇が第
１７図の温度上昇特性折線ＬＳＣで示すように温度上弊
特性折＠１２ｃで示す金属黒鉛質ブラシ２に比し大とな
り過ぎて、集電環４の表面への酸化被膜形成が過剰とな
り、接触抵抗が大となって火花が発生し易くなる。

このように、電気黒鉛質ブラシは、摺接特性において潤
滑性能は優れているが、電流密度が高くなると急激に温
度上昇して火花を発生する等問題があり、又、金属黒鉛
質ブラシは、高電流密度領域では酸化被膜を形成し易く
巣？Ｉｆ環の表面が清らかになって良好な摺接特性を示
すが、低電流密度領域になると酸化被膜の形成がうまく
できずに集電環の表面に傷を付ける問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、使用条件に常時適合し得て、ｇＡ電環の表面の損１具
、火花の発生及びブラシの異常摩耗を防止することかで
きる回転電機の集電環装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するために、各相の集電環にブ
ラシを摺接するものにおいて、前記ブラシを、電気黒鉛
質ブラシ材と金属黒鉛質ブラシ材とを接合して形成し、
前記電気黒鉛【ブラシ材が前記集電環の回転方向の入口
側となるように配置する構成に特徴を有し、集電環の表
面に安定した酸化被膜を形成せんとするものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の第１の実施例につぎ第１図乃至第９図を参
照しながら説明する。

先ず、第１図乃至第３図に従って全体の構成につき述べ
る。１１は回転電機たる巻線形３相誘導電動機の回転軸
であり、これには、果電朋（図示せず）に３相分の集電
環１２が相互にバーリア１３を介在して嵌着固定してな
る集電器１４が燻液め等により装着されている。１５鵠
前記３相分のの各集電環１２に夫々対応する３個のブラ
シ保持器であり、これらは絶縁体１６が交互に存するよ
うにして固定枠１７にスタッド１８により取付は固定さ
れている。これらの各ブラシ保持器１５は角筒状をなす
２個の保持部１５ａ及び１５ｂを有し、これらの保持部
１５ａ及び１５ｂには後述する第１のブラシ１９及び第
２のブラシ２０が上下方向に移動可能に保持されている
。そして、これらのブラシ１９及び２０は保持部ｌ　５
　ａ及び１５ｂの上方部位に装着された定圧ばね２１及
び２２により押圧されて対応する集電環１２の中央部に
適圧で接触するようになっている。この場合、ブラシ１
９及び２０のなす角度θは集電環１２の回転方向２３に
３０度乃至１８０度の範囲（３０゜〈θ＜１８０’）に
なるように設定されている（第３図参照）。そして、ブ
ラシ１９及び２０は、夫々台形状の電気黒鉛質ブラシ材
１９ａ、２０ａと金属黒鉛質ブラシ材１９ｂ、２０ｂと
を各傾斜部分において接着により接合して全体として矩
形柱状に形成されたもので、各接合部には下端から上端
部近傍まで延びるようにスリット１９ｃ、２Ｑｃが形成
されている（第３図乃至第５図参照）。

このように形成されたブラシ１９及び２０は、ブラシ１
９においては正回転方向２３の入口側が電気黒鉛質ブラ
シ材１９ａとなり、ブラシ２０においては正回転方向２
３の出口側が電気黒鉛質ブラシ材２０ａとなるように集
電環１２に対して配置されている（第３図参照）。尚、
本実施例の回転軸１１は正逆回転可能で集電環１２は正
回転方向２３及びこれとは反対の逆回転方向２３′に回
転可能なものであり、従って、ブラシ２０の電気黒鉛質
ブラシ材２０ａは逆回転方向２３′に対してはその回転
方向の入口側となるものである。一方、巻線形３相続導
電ｖＪ機の２次巻線から導出された各相の２次側リード
線２４は集電器１４における各集電環１２に対応する接
続端子２５に接続され、ブラシ１９．２０の金属黒鉛質
ブラシ材１９ｂ。

２０ｂはビックテール線２６．２７を介してブラシ保持
器１５の接続端子２８．２９に接続され、この接続端子
２８．２９に共通に接続された接続端子３０はリード線
３１を介して外部抵抗器（図示せず）に接続されている
。

而して、使用条件として、集電環１２の周速度を１１　
、７ｍ　／ｓｅｃ　、ブラシ１９及び２０の接触圧力を
２００＋Ｊ／ｃｍｓ　、電流密度を５Ａ／Ｃｌ１ｌＩ　
とした場合であって正回転方向２３に回転させた場合の
本発明者の実験結果を第６図乃至第９図に示している。

即ち、集電環１２の表面は第６図に示すように滑らかで
あり、これは集電環１２の表面に酸化被膜が適正に形成
されていることを示している。又、電気黒鉛質ブラシ材
１９ａの温度上昇は第７図の温度上昇特性折線”ｌ！ｌ
ａに示すようになるとともに金属黒鉛質ブラシ材１９ｂ
の温度上昇は同図の温度上昇特性折線Ｌ１．ｂに示すよ
うになり、両者とも低くなっている。更に、正回転方向
２３の入口側の第１のブラシ１９の摩耗損は第８図の摩
耗量特性折線差１．に示すようになるとともに正回転方
向２３の出口側のＭ２のブラシ２０の摩耗量は同図の摩
耗ω特性折線１２Ｑに示すようになり、金属黒鉛質のブ
ラシ２，３を用いた場合の従来の摩耗量特性折線Ｚ２１
）−，１３ｂ−より減少している。そして、接触電圧降
下ハ、本実施例では第９図で示すようになり、これは本
実施例では摺接抵抗が安定していることを示している。

このような本実施例によれば、次のような作用効果を得
ることができる。即ち、集電環１２の正回転方向２３の
入口側に位置する電気黒鉛質ブラシ材１９ａは、摩耗粉
末が集′ＦＸ環１２の表面に付着することなく粘性係数
が大であるので、接触抵抗が極めて良好で、低電流密度
領域でも集電環１２の表面に酸化被膜を形成する能力を
右りる。一方、集′Ｆｉ環１２の正回転方向２３の出口
側に位置する金属黒鉛質ブラシ材１９ｂは、酸化被膜が
過剰になった場合にこれを適当にｒｌｒｌ＠する作用を
有するので、過剰酸化被膜となることを防止し１！７る
。

そして、金属黒鉛質ブラシ材′１９ｂは、固有抵抗と接
触抵抗とが小であるので、接触電圧降下が小さく、温度
上昇も低いものであり、高電流密度領域まで使用するこ
とができる。この結果、低電流密度領域では集電環の表
面を損傷しブラシが異常摩耗するという第１の従来例の
不具合を除去し得且つ高電流密度領域では温度上昇して
火花が発生するという第２の従来例の不具合を除去し１
するもので、低電流密度領域から高電流密度流域まで適
用することができる。しかも、ブラシ１９及び２０の各
電気黒鉛質ブラシ材１９ａ、２０ａと金属黒鉛質ブラシ
材１９ｂ、２０ｂとの接合面にスリット”１７０．２０
Ｇを形成するようにしたので、これらのスリット１９ｃ
、２０ｃは、ブラシ１９及び２０の冷Ｗ及び摩耗粉末の
除去の作用を有するとともに、接合のための接着剤によ
る集電環１２表面の損傷を防止する利点もある。

尚、上記実施例では説明の便宜上集電環１２を正回転方
向２３に回転させるようにしたが、逆回転方向２３−に
回転さμた場合にはブラシ１９゜２０の上記特性は互い
に置換される関係になるものであり、勿論、集電環１２
が正回転方向２３及び逆回転方向２３′の双方に交互に
回転され゛る場合でも同様である。

第１０図は本発明の第２の実施例を示すもので、前記第
１の実施例と異なるところは各相の集電環１２に対して
第１のブラシ１９．１９及び第２のブラシ２０．２０の
各２個計４個が設けられた点にあり、特に、集電環１２
の正回転方向２３に沿ってブラシ１９．２０．１９及び
２０の順に配置しており、この場合でも角度θは３０度
乃至１８０度を越えない範囲に設定されている。

従って、この第２の実施例によっても前記第１の実施例
同様の作用効果が得られる。

尚、本発明は上記し且つ図面に示す各実施例にのみ限定
されるものではなく、例えば谷線形３相誘導電動機に叢
らず集電環装置を必要とする回転電機全般に適用し得る
等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変形して実施し得る
ことは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明の回転電機の集電環装置は以上説明したように、
集電環の回転方向の入口側に位置して電気黒鉛質ブラシ
材及び出口側に位置して金属黒鉛質ブラシ材を接合して
ブラシを構成するようにしたので、使用条件に適合し得
て、集電環の表面の損傷、火花の発生及びブラシの異常
摩耗を防止する。おが、きるという優れた効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第９図は本発明の第１の実施例を示し、第１
図は正面図、第２図は一部断面して示す側面図、第３図
はブラシの取付は配置図、第４図はブラシの側面図、第
５図は同底面図、第６図は集電環の表面の損傷を示す図
、第７図は温度上界特性図、第８図は摩耗層特性図、第
９図は接触電圧降下特性図であり、第１０図は本発明の
第２の実施例を示す第３図相当図であり、第１１図乃至
第１７図は従来例を示し、第１１図及び第１２図は夫々
異なる例の第３図相当図、第１３図（ａ）及び（ｂ）、
第１４図（ａ　）及び（ｂ）並びに第１５図（ａ　）及
び（ｂ）は低電流密度領域における第６図、第７図並び
に第８図相当図、第１６図＜ａ　＞及び（ｂ）並びに第
１７図は高電流密度流域における第６図並びに第７図相
当図である。 図面中、１２は集電環、１５はブラシ保持器、１５ａ及
び１５ｂは保持部、１９及び２０は第１及び第２のブラ
シ、１９ａ及び２０ａは電気黒鉛質ブラシ材、１９ｂ及
び２０ｂは金属黒鉛質ブラシ材、１９ｃ及び２０ｃはス
リットを示す。 出願人　　株式会社　　東　　芝 第　１　図 ｙＩＡＺ　　図 第３図 第　４　口　　　　　　　　ｊＰ、５　　図′ｊｆ、６
　　口 第　７　図 １２ｂ′ 不　８　図 ｊＰ！９　　図 ｊＰ、　　１０　　図 ｐＨ１図　　　　　　　　第１２閉 ％　１３　　図 （ａ）（ｂ） 兜　１４　　図 第１５図 第　１６　　図 ｊＰ、　　１７　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転電機の各相の集電環に摺接するものであつて、
   電気黒鉛質ブラシ材と金属黒鉛質ブラシ材とを接合して
   形成され、前記電気黒鉛質ブラシ材が前記集電環の回転
   方向の入口側となるように配置されたブラシを備えたこ
   とを特徴とする回転電機の集電環装置。 ２、ブラシの電気黒鉛質ブラシ材と金属黒鉛質ブラシ材
   との接合部にはスリットが形成されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の回転電機の集電環装
   置。