KR20060039440A - 전기 기계용 브러시 장치 - Google Patents

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KR20060039440A KR1020067000987A KR20067000987A KR20060039440A KR 20060039440 A KR20060039440 A KR 20060039440A KR 1020067000987 A KR1020067000987 A KR 1020067000987A KR 20067000987 A KR20067000987 A KR 20067000987A KR 20060039440 A KR20060039440 A KR 20060039440A
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베른하르트 루프
크리스티안 쉰틀러
밀리 타레크
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 브러시(18, 18', 18") 및 예컨대 정류자와 같은 회전하는 접촉 소자(14)에 대해 상기 적어도 하나의 브러시(18, 18' 18")를 가압하기 위한, 예컨대 코일, 스크롤 또는 보우 스프링과 같은 적어도 하나의 소자(24, 46, 46', 56)를 포함하는 전기 기계(10)용 브러시 장치(16.1, 16.2, 16.3, 16.4, 16.5, 16.6)에 관한 것이다. 상기 적어도 하나의 가압 소자(24, 46, 46', 56)에 추가로, 상기 적어도 하나의 브러시(18, 18' 18")가 상기 접촉 소자(14)로부터 리프팅되는 것을 저지하는, 예컨대 스프링 텅과 같은 적어도 하나의 소자(26.1, 26.2, 26.3, 60)가 제공된다. 이를 위해 스프링 텅은 경사지게 놓이고, 이로 인해 상기 스프링 텅은 접촉 소자(14) 방향으로의 브러시(18, 18', 18")의 이동시 상기 방향과 반대 방향으로 보다 더 약하게 작용한다. 이로 인해 브러시(18, 18', 18")가 트래킹될 수 있지만, 접촉 소자(14)로부터의 리프링은 방지된다. 이로 인해 진동의 위험이 감소된다.
브러시, 접촉 소자, 가압 소자, 스프링 텅.

Description

전기 기계용 브러시 장치{Brush arrangement for an electric machine}
본 발명은 독립 청구항 제 1항의 전제부에 따른 전기 기계용 브러시 장치에 관한 것이다.
상기 형식의 브러시 장치는 적어도 하나의 브러시 및 상기 브러시를 바람직하게 회전하는 접촉 소자에 대한 적어도 하나의 가압 소자를 구비한다. 가압 소자는 일반적으로 코일 스프링 또는 스크롤 스프링(scroll spring)이다. 접촉 소자는 정류자 또는 슬립링(slip ring)일 수 있다. 가압 소자는 브러시를 마모시 트래킹해야 하며 예컨대 접촉 소자의 비원형성(non-circularity)에 의한 리프팅을 방지해야 한다. 가압 소자가 강하게 설계될수록, 리프팅의 위험은 낮아진다. 물론 마모도 증가한다. 마지막으로 가이드 내 브러시의 필요한 유격은 마찰값 변동에 의해 발생되는 바람직하지 않은 진동을 가능하게 한다.
독립 청구항 제 1항의 특징을 포함하는 본 발명에 따른 전기 기계용 브러시 장치는, 접촉 소자로부터 브러시가 리프팅되는 위험이 방지되는 장점을 가진다. 이 경우 브러시의 가압을 위한 스프링이 약하게 설계될 수 있고, 이것은 마모에 긍정적으로 작용한다. 또한 가이드 내 필요한 유격에 의해 진동이 감소될 수 있다. 이로 인해 정확한 브러시 위치 설정이 가능하고, 이것은 결과적으로 정류를 정확하게 하고 소음을 감소시킨다. 이를 위해 브러시 및 상기 브러시를 바람직하게 회전하는 접촉 소자에 대한 적어도 하나의 가압 소자를 구비한 전기 기계용 브러시 장치는 추가 소자를 포함하고, 상기 추가 소자는 접촉 소자로부터 브러시가 리프팅되는 것을 저지한다. 이 경우 적어도 하나의 소자가 바람직하게는 브러시로부터 먼 일 단부에 고정되고 다른 단부는 브러시에 접촉한다. 이 경우 적어도 하나의 소자의 단부 사이에 적어도 하나의 제 1 섹션이 형성되고, 상기 제 1 섹션이 가압 방향으로 보다 강하게 가압 방향과 반대 방향으로 작용한다.
접촉 소자의 비원형성이 소정의 잉여 유연성을 필요로 하면, 적어도 제 1 섹션과 고정된 단부 사이에 제 2 섹션이 형성되고, 상기 제 2 섹션은 적어도 제 1 섹션보다 약하게 적어도 가압 방향과 반대 방향으로 작용하며, 바람직하게는 가압 방향으로 그리고 가압 방향과 반대 방향으로 동일하게 탄성적으로 작용한다.
브러시의 가압 소자가 가압 방향에 대해 경사져서 브러시에 작용하면, 가이드 내 브러시는 약간 진동하게 된다.
적어도 하나의 가압 소자를 적어도 하나의 소자와 일체형으로 형성하는 것이 저렴하게 구현하는 것이다.
접촉 소자가 단 하나의 회전 방향을 가지면, 적어도 하나의 소자가 접촉 소자의 회전 방향으로부터 먼 브러시의 측면에 배치되는 것이 바람직하다. 접촉 소자가 2 개의 상이한 회전 방향을 가지면, 적어도 하나의 소자가 브러시의 측면에 접촉하는 것이 바람직하고, 상기 측면은 접촉 소자의 회전 방향과 동일 평면에 놓인다. 그러나 또한 소자는 상기 2 개의 측면에 접촉할 수 있다.
바람직한 실시예에서 적어도 하나의 소자가 스프링 텅이며, 스프링 텅의 에지가 브러시에 접촉되고, 거기에 연결된 섹션은 접촉 소자의 방향으로 기울어진다.
바람직한 개선예에서 적어도 하나의 소자가 스프링 텅이며, 적어도 하나의 가압 수단은 스크롤 스프링이다. 이 경우 스프링 텅으로서 형성된 소자와 접촉 소자에 브리지를 가압하기 위한 스크롤 스프링이 클립을 통해 서로 연결되는 것이 비용면에서 바람직하다.
본 발명에 따른 브러시 장치를 포함하는 전기 기계는, 브러시가 덜 빨리 마모되기 때문에 상기 브러시 장치가 더 오래 유지될 수 있는 장점을 가진다.
추가 장점 및 바람직한 개선예는 종속항 및 상세한 설명으로부터 제시된다.
실시예는 도면에 도시되고 하기의 설명부에서 더 자세히 설명된다.
도 1은 전기 기계 내 제 1 브러시 장치의 횡단면도,
도 2는 제 2 변형된 브러시 장치,
도 3은 제 3 변형된 브러시 장치,
도 4는 제 4 변형된 브러시 장치,
도 5는 제 5 변형된 브러시 장치의 종단면도,
도 6은 제 6 브러시 장치의 종단면도,
도 1에는 전기 기계(10)의 일부가 간단하게 횡단면으로 도시된다. 본 실시 예에서 브러시가 제공된 직류 모터가 사용되고, 상기 직류 모터는 예컨대 차량의 윈도우 리프터, 와이퍼 구동기 등에서 사용될 수 있다. 그러나 또한 제네레이터도 사용될 수 있다.
전기 기계(10)에서, 브러시가 제공된 직류 모터가 사용되는 경우, 샤프트(12) 상에 정류자(14)가 배치된다. 제네레이터의 경우 이것은 슬립링일 수 있다. 그러나 두 경우에, 바람직하게 회전하는 접촉 소자가 사용된다.
또한 브러시 장치(16.1)가 도시된다. 브러시 장치(16.1)는 필요한 개수의 브러시(18)를 가지지만, 적어도 하나의 브러시(18) 또는 적어도 하나의 슬라이딩 접촉부를 가진다. 브러시(18)는 석탄 또는 기타 적합한 재료로 제조된다 : 상기 브러시는 가이드(20) 내에서 유격에 의해 이동될 수 있도록 배치되고, 상기 가이드는 전기 기계(10)의 샤프트(12)를 향해 배치되며, 2 개의 측벽(21.1 및 21.2)에 의해 도시된다. 가이드(20)는 바람직하게는 자세히 도시되지 않은 브러시 홀더의 부분이다. 샤프트(12)를 향하는 화살표에 의해, 도 1에는 가압 방향(22)이 도시된다. 또한 브러시 장치는 코일 스프링(24)을 포함하고, 상기 코일 스프링은 브러시(18)를 정류자(14)의 가압 소자를 나타낸다. 코일 스프링(24)은 정류자(14)로부터 먼 가이드(20)의 단부측 경계부에 지지될 수 있다.
코일 스프링(24)에 추가로 스프링 텅(26.1)이 제공되고, 상기 스프링 텅은 측면으로 브러시(18)에 접촉하며, 정류자(14)로부터 브러시(18)가 리프팅되는 것을 저지한다. 이를 위해 스프링 텅(26.1)은 브러시(18)로부터 먼 일 단부(28)에 고정된다. 일 단부(28)는 예컨대 자세히 도시되지 않은 브러시 홀더와 일체형으로 플 라스틱 사출 성형 방법으로 제조될 수 있다. 그러나 또한 스프링 텅(26.1)은 플라스틱으로 사출 성형된 금속 부분일 수 있거나 또는 간단하게 프레스 피팅될 수 있다. 다른 단부(30) 또는 거기에 있는 에지에 의해 스프링 텅(26.1)은 브러시(18)에 접촉된다. 단부(30) 또는 거기에 있는 에지에 연결되는 스프링 텅(26.1)의 섹션(32)은 정류자(14)의 방향 또는 가압 방향(22)으로 기울어진다. 즉, 섹션(32)은 가압 방향(22)으로 보다 강하게 가압 방향(22)과 반대 방향으로 작용한다. 가압 방향(22)과 섹션(32) 사이의 경사각(α)은 90°보다 작고 0°보다 크다. 바람직하게 상기 각은 60°내지 80°이고, 70°가 매우 바람직하다. 그러나 이 경우 수 도(°)의 통상적인 제조 공차가 고려될 수 있다.
마지막으로, 스프링 텅(26.1)은 도 1에서 화살표로 표시된 정류자(14)의 회전 방향(34)으로부터 먼 브러시(18)의 측면(36)에 배치된다. 이로 인해 브러시(18)는 회전시 정류자(14)의 이동 및 스프링 텅(26.1)에 의해 측벽(21,2)에 대해 가압된다. 스프링 텅(26.1)은 도 1에서, 가압 방향(22)과 반대 방향으로의 브러시(18)의 이동이 불가능하도록 구현되는데, 그 이유는 스프링 텅(26.1)의 경사에 의해 상기 스프링 텅이 가압 방향(22)과 반대 방향으로 피해갈 수 없기 때문이다. 바람직하게 스프링 텅(26.1)은 가압 방향과 반대 방향으로의 브러시(18)의 이동을 저지 또는 방지한다. 그러나 이러한 저지는 소정의 잉여 탄성율을 포함할 수 있다. 스프링 텅(26.1)은 여전히 접촉할 수 있음에도 불구하고, 마모된 브러시(18)의 트래킹시 코일 스프링(24)에 의해 브러시(18)로부터 약간 떨어져서 선회할 수 있다. 이 경우 코일 스프링(24)은 스프링 텅(26.1)에 의해 발생된 스프링력 및 가 이드(20) 내 마찰이 극복되도록 설계되는 것이 주의된다.
도 2에는 변형된 스프링 텅(26.2)이 도시된다. 기타 부품들은 도 1과 동일하며 동일한 도면 부호를 가지는데, 그 이유는 이와 관련하여 도 1이 참조되기 때문이다. 스프링 텅(26.2)의 제 1 섹션(32)과 고정된 단부(28) 사이에 제 2 섹션(38)이 형성되고, 상기 제 2 섹션은 실질적으로 가압 방향(22)에 대해 수직으로 연장된다. 이를 위해 스프링 텅(26)은 2 개의 섹션(32와 38) 사이에서 휘어진다. 이로 인해 제 2 섹션(38)은 적어도 제 1 섹션(32)보다 약하게 가압 방향(22)과 반대 방향으로 작용하고, 따라서 바람직하게는 가압 방향(22)으로 그리고 가압 방향(22)과 반대 방향으로 동일하게 탄성적으로 작용한다. 또한 제 2 섹션(38)은 도시된 위치에 대해 기울어질 수 있다. 제 2 섹션(38)의 길이(40)에 의해 마찬가지로 스프링 텅(26.2)의 강도 또는 탄성 특성이 영향을 받을 수 있다. 정류자(14)가 매우 비원형인 경우, 스프링 텅(26.2)의 탄성 특성에 의해 바람직한 소정의 잉여 탄성율이 발생한다.
도 3에는 변형된 브러시(18')를 포함하는 브러시 장치(16.3)가 도시된다. 기타 부품들은 도 1에서와 동일하며 동일한 도면 부호를 가지는데, 그 이유는 이와 관련하여 도 1이 참조되기 때문이다. 정류자(14)로부터 먼 브러시(18')의 단부측(42)은 경사면(44)을 가진다. 상기 경사면에 예컨대 스크롤 스프링(46)이 작용한다. 이로 인해 스프링력이 가압 방향(22)에 대해 경사지거나 또는 브러시(18')로 경사져서 작용하며, 이로 인해 가이드(20) 내 브러시(18')의 추가 안정성이 발생한다. 스프링력은 정류자(14)의 회전 방향(34)의 방향으로 작용한다.
도 4에는 브러시 장치(16.4)가 도시된다. 도 3의 장치와의 몇 가지 차이점은, 브러시(18')가 종축을 중심으로 180°회전된다는 것이다. 이로 인해 스크롤 스프링(46)의 스프링력은 정류자(14)의 회전 방향(34)과 반대 방향으로 작용하고, 이로 인해 가이드(20) 내 브러시(18')가 안정화된다.
도 5에는 매우 저렴한 브러시 장치(16.5)가 도시된다. 이 경우 스프링 텅(26.3)과 스크롤 스프링(46')이 일체형으로 형성된다. 스프링 텅(26.3)은 클립(48)을 통해 스크롤 스프링(46')에 연결된다. 클립(48)은 제 1 섹션(48.1)을 포함하고, 상기 제 1 섹션은 스크롤 스프링(46')에 연결되며, 가이드(20)의 측벽(21.3)에 대해 평행하게 연장한다. 제 1 섹션(48.1)에는 제 2 섹션(48.2)이 연결되고, 상기 제 2 섹션은 제 1 섹션(48.1)의 평면으로부터 돌출하고 측벽(21)의 측면 리세스(50) 내에 배치된다. 제 2 섹션(48.2)에는 아크형 제 3 섹션(48.3)을 통해 스프링 텅(26.3)이 연결되고, 상기 스프링 텅은 브러시(18')를 향해 배치된다. 따라서 제 2 섹션(48.2) 및 스프링 텅(26.3)은 V-형태를 가지며, 상기 V-형태는 측벽(26.3)의 마찬가지로 V-형으로 형성된 리세스(50) 내에 배치된다. 정류자(14)에 인접하는 가이드(20)의 단부에 형성된 리세스(50)의 섹션(52)은 측벽(21.3)의 나머지 영역보다 더 멀리 브러시(18')로부터 이격된다. 이로 인해 브러시 장치(16.5)의 조립이 간단해진다. 물론, 리세스가 간단한 측벽 개구 등으로서 형성될 수도 있다.
도 5에 따른 브러시 장치의 추가 실시예에서, 스프링 텅(26.3)은 브러시(18')의 측면(54)에 접촉하고, 상기 측면은 정류자(14)의 회전 방향과 동일 평면에 놓인다. 이것은 리버스(reverse)되는 전기 기계(10)에서도 바람직하다. 물론, 스프링 텅(26)이 상기 측면(54)과 측면(36)(도 1)에 접촉되게 형성되거나 배치되는 것도 가능하다.
도 6에는 보우 스프링(bow spring)(56) 및 해머 브러시로서 형성된 브러시(18")를 구비한 브러시 장치(16.6)가 도시된다. 브러시(18")의 리프팅을 저지하는 소자로서, 보우 스프링(56)의 가압 방향(22)에 대해 평행하게 배치된 표면(58)에 강모(bristle)(60)가 배치되고, 상기 강모는 가압 방향(22)에 대해 경사져서 연장하여 보우 스프링(56)에 접촉한다. 이로 인해 보우 스프링(56)이 가압 방향(22)으로 이동될 수 있지만, 가압 방향(22)과 반대 방향으로의 이동은 방지되며, 적어도 이것이 어려워진다. 따라서 강모(60)는 간접적으로 보우 스프링(56)을 통해 브러시(18")의 리프팅을 저지한다. 강모(60)는 보우 스프링(56)의 양측에 배치될 수도 있다; 상기 강모는 금속 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 강모(60) 대신에 예컨대 톱니 구조가 제공될 수 있거나 또는 다수의 스프링 텅이 제공될 수 있다.
브러시(18, 18', 18")의 리프팅을 저지하는 상기 모든 소자(26.1, 26.2, 26.3, 60)에서, 상기 소자들이 가압 방향(22)과 반대 방향으로 보다 가압 방향(22)으로 덜 강하게 작용한다. 바람직하게 상기 소자들은 가압 방향과 반대 방향으로 심지어 스프링(24, 46, 46' 및 56) 보다 더 강한 특성을 가진다.

Claims (13)

  1. 적어도 하나의 브러시(18, 18', 18") 및 회전하는 접촉 소자(14)에 대해 상기 적어도 하나의 브러시(18, 18' 18")를 가압하기 위한 적어도 하나의 소자(24, 46, 46', 56)를 포함하는 전기 기계(10)용 브러시 장치(16.1, 16.2, 16.3, 16.4, 16.5, 16.6)에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가압 소자(24, 46, 46', 56)에 추가로, 상기 적어도 하나의 브러시(18, 18' 18")가 상기 접촉 소자(14)로부터 리프팅되는 것을 저지하는 적어도 하나의 소자(26.1, 26.2, 26.3, 60)가 제공되는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 브러시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소자(24, 46, 46', 56)가 가압 방향(22)과 반대 방향으로 보다 상기 가압 방향(22)으로 덜 강하게 작용하는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 브러시 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소자(26.1, 26.2, 26.3, 60)의 2 개의 단부(28, 30) 사이에 적어도 하나의 제 1 섹션(32)이 형성되고, 상기 제 1 섹션은 상기 가압 방향(22)으로 보다 상기 가압 방향(22)과 반대 방향으로 더 강하게 작용하는 것을 특징 으로 하는 전기 기계용 브러시 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소자(26.1, 26.2, 26.3, 60)가 상기 적어도 하나의 브러시(18, 18' 18")로부터 먼 일 단부(28)에 고정되고, 다른 단부(30)는 상기 적어도 하나의 브러시(18, 18' 18") 또는 상기 가압 소자(24, 46, 46', 56)에 접촉하는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 브러시 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소자(26.1, 26.2, 26.3, 60)가 상기 적어도 하나의 브러시(18, 18' 18")를 그 가이드(20) 측벽(21.2)으로 가압하는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 브러시 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소자(26.1, 26.3, 60)가 상기 가압 방향(22)과 반대 방향으로의 상기 적어도 하나의 브러시(18, 18' 18")의 이동을 저지하는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 브러시 장치.
  7. 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 제 1 섹션(32)과 상기 고정된 단부(28) 사이에 제 2 섹션(38)이 형성되고, 상기 제 2 섹션은 적어도 상기 제 1 섹션(32)보다 약하게 상기 가압 방향(22)과 반대 방향으로 작용하는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 브러시 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가압 소자(24, 46, 46', 56)가 상기 적어도 하나의 소자(26.1, 26.2, 26.3, 60)와 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 브러시 장치.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소자(26.1, 26.2)가 상기 접촉 소자(14)의 회전 방향(34)으로부터 먼 상기 적어도 하나의 브러시(18, 18', 18")의 측면(36)에 배치되고 및/또는 상기 적어도 하나의 소자(26.3)가 상기 적어도 하나의 브러시(18, 18', 18")의 측면(54)에 접촉되고, 상기 측면은 상기 접촉 소자(14)의 회전 방향(34)과 동일 평면에 놓이는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 브러시 장치.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 브러시(18, 18', 18")의 상기 가압 소자(24, 46, 46', 56)가 상기 가압 방향(22)에 대해 경사져서 상기 적어도 하나의 브러시(18, 18', 18")에 작용하는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 브러시 장치.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소자(26.1, 26.2, 26.3, 60)가 스프링 텅이고, 상기 스프링 텅의 적어도 하나의 에지(30)가 상기 적어도 하나의 브러시(18, 18', 18")에 접촉하고, 거기 연결된 상기 스프링 텅의 상기 제 1 섹션(32)이 바람직하게는 상기 접촉 소자(14)의 방향으로 기울어지는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 브러시 장치.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소자(26.1, 26.2, 26.3, 60)가 스프링 텅이고, 상기 적어도 하나의 가압 소자(46, 46')가 스크롤 스프링이며, 상기 스프링 텅과 상기 스크롤 스프링은 클립(48)을 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 기계용 브러시 장치.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 브러시 장치(16.1, 16.2, 16.3, 16.4, 16.5, 16.6)를 포함하는 전기 기계(10).
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