KR20130097664A

KR20130097664A - 얼터네이터 브러시 홀더

Info

Publication number: KR20130097664A
Application number: KR1020130018531A
Authority: KR
Inventors: 키르크 니트; 스코트 바이처
Original assignee: 레미 테크놀러지스 엘엘씨
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2013-09-03
Also published as: US20150244129A1; CN103296817B; DE102013101759A1; DE102013101759B4; CN103296817A; CN106911213A; CN106911213B; US9077218B2; US9484697B2; US20130221796A1

Abstract

회전축을 갖는 얼터네이터를 위한 브러시 홀더 조립체는 높이 및 폭을 획정하는 접촉면을 각각 구비한 한쌍의 브러시를 포함하며, 이들 브러시 각각으로부터 폭 방향으로 분로 와이어가 측방향으로 연장하고 있다. 브러시 홀더 조립체는 하우징을 포함하며, 이 하우징은 제1 및 제2 브러시 챔버, 캐비티 높이를 각각 획정하는 대응 제1 및 제2 와이어 캐비티, 및 서로 대응하는 챔버와 캐비티 사이에 각각 개재된 제1 및 제2 슬롯을 구비한다. 각각의 분로 와이어는 제1 및 제2 슬롯을 통과한 후에 제1 및 제2 와이어 캐비티를 통과해 연장한다. 캐비티 높이는 각각 브러시 1개의 높이의 적어도 약 0.9배이다. 제1 와이어 캐비티의 높이는 ((A/2) + B)의 약 0.97배보다 작으며, 여기서 A는 브러시 높이이고 B는 브러시들 간의 거리이다.

Description

얼터네이터 브러시 홀더{ALTERNATOR BRUSH HOLDER}

본 발명은 일반적으로는 얼터네이터 브러시 홀더 조립체에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 스프링 타입 브러시 조립체의 신뢰성 개선에 관한 것이다.

제너레이터, 모터 및 자동차 얼터네이터와 같은 회전 전기 기계(dynamo electric machines)는 스피닝 로터와 전기 기계 회로의 기타 구성 요소 간의 통전을 제공하는 브러시를 포함할 수 있다. 브러시는 통상 탄소 및 흑연 재료로 이루어진다. 로터 회로의 부분의 경우에, 브러시는 이 브러시가 로터의 전기 전도성 회전 부분과의 확실한 접촉을 유지하게 하는 스프링을 포함한 브러시 홀더 조립체 내에 수용될 수 있다. 통상의 얼터네이터의 경우에, 2개의 슬립 링이 로터 조립체의 일단부 상에 위치하여, 각각 로터 계자 권선의 양단부에 각각 연결된다. 대응 브러시 쌍이 통상 스프링에 의해 회전 슬립 링에 대해 압박되도록 배치된다.

자동차 얼터네이터의 로터는 통상 벨트-풀리 시스템에 의해 구동되어, 적층된 철 프레임 상에 감긴 스테이터 권선 내에서 회전한다. 스피닝 로터로부터의 자계는 스테이터 권선에 교류 전압을 야기한다. 이 교류 전압(AC)은 이어서 통상 직류 전압(DC)을 하나 이상의 배터리 또는 차량의 전기 장치로 출력하는 다이오드 정류기에 의해 DC 전압으로 전환된다. 관련 장치는 무엇보다도 로터의 계자 권선으로 가는 배터리 전압 및 전류를 모니터링하는 제어기 및 조절기를 포함할 수 있다. DC 출력 전압은 예를 들면 14 볼트로서, 이는 일반적으로 통상의 차량의 배터리 전압, 예를 들면 12.7 볼트보다 적어도 1 볼트 더 클 수 있다. 통상의 자동차 얼터네이터에 대한 계자 권선 전류는 5 내지 8 암페어 정도일 수 있고, 앰뷸런스, 버스, 세미 트랙터 및 다양한 차량은 예를 들면 차량이 공전 중일 때에 공조기, 히터, 라이트, 냉동 유닛 등에 전력을 공급하기 위해 더 많은 전류를 필요로 할 수 있다.

전기 소스와 브러시 사이의 통전은 브러시에 연결된 일단부와 하나 이상의 전기 단자를 통해 전기 소스에 연결된 타단부를 구비한 편조(braided) 또는 트위스트(twisted) 와이어에 의해 제공된다. 그러한 와이어는 종종 당업자들에 의해 분로(shunt) 또는 분로 와이어로 불린다. 몇몇 통상의 브러시는 스프링의 중심을 통해 브러시의 후부로부터 돌출하는 분로 와이어를 구비한다. 이는 브러시 스프링이 압착되는 경우에 분로가 스프링과 엉킬 수 있다는 점에서 문제가 될 수 있다. 엉킨 분로는 브러시가 고착되게 하여, 얼터네이터로부터 계자 전류를 제거할 수 있다. 그러한 경우에, 어떠한 전기적 출력도 얼터네이터에 의해 의해서는 생성되지 않는다. 다른 통상의 브러시는 브러시의 상부/저부로부터 돌출하는 분로를 갖고 있다. 그러나, 각이 진 전방 접촉면을 갖는 브러시와 같은 비대칭 브러시에 있어서, 그 구성은 네거티브 브러시와 포지티브 브러시가 상이한 부분일 필요가 있기 때문에 바람직하지 못하다. 예를 들면, 분로는 네거티브 브러시의 상부 및 포지티브 브러시의 저부로부터 돌출할 수 있다.

따라서, 자체적으로 엉키는 일이 없거나 및/또는 분로 와이어 캐비티의 측부와의 접촉으로 인해 굴곡되는 일이 없는 분로 와이어를 갖는 브러시 유지 조립체를 제공함으로써 전술하는 단점들을 방지하는 것이 바람직하다. 중심 샤프트와 동일한 일반적인 방향으로 상부 및 저부로부터 각각의 분로가 나오고 있는 종래의 얼터네이터 브러시 구조체는 해당 브러시 조립체에 원하지 않는 높이를 추가하는 반면, 본 발명의 실시예는 한 쌍의 측부 출구형 브러시를 이용함으로써 전체 브러시 조립체의 높이를 최소화할 수 있다. 그러나, 추가적인 개선점이 없이 측부 출구형 브러시를 이용하면, 분로 와이어가 타이트한 굴곡부를 갖고 자체적으로 엉키게 된다는 문제가 있을 수 있다. 따라서, 분로 와이어가 타이트한 굴곡부를 갖지 않기에 충분한 공간을 제공하는 것이 개시한 실시예에 유리하다. 이 실시예들은 어느 브러시 위치에서든 단일 브러시 스타일을 이용할 수 있는 조립체를 여전히 제공하면서도 분로 와이어 공간을 최대화하기에 충분한 공간을 갖는 인접한 분로 와이어 캐비티를 제공한다. 본 명세서에서 개시하는 실시예는 자동차 얼터네이터의 고장을 야기할 수 있는 분로 와이어의 엉킴, 굴곡, 및 스트레스(인장/비틀림)를 감소 또는 방지한다. 예를 들면, 분로 와이어가 손상되거나, 걸리거나, 굴곡되거나, 및/또는 자체적으로 엉키는 경우에, 그 분로 와이어가 압축되어 압축력을 브러시에 전달할 수 있고, 이에 의해 브러시의 고착을 야기할 수 있다. 개시한 구조를 실현함으로써, 브러시의 그러한 원치 않는 압박 및 분로 와이어의 원치 않는 스트레스가 방지된다.

하나의 실시예에 따르면, 회전축을 갖는 얼터네이터를 위한 브러시 홀더 조립체는 회전축에 대략 평행한 방향으로 연장하는 높이 및 폭을 획정하는 접촉면을 각각 구비한 한쌍의 브러시를 포함하며, 이들 브러시 각각으로부터 폭 방향으로 분로 와이어가 측방향으로 연장하고 있다. 브러시 홀더 조립체는 하우징을 포함하며, 이 하우징은 제1 및 제2 브러시 챔버, 회전축에 실질적으로 평행한 방향으로 연장하는 캐비티 높이를 각각 획정하는 대응 제1 및 제2 와이어 캐비티, 및 서로 대응하는 챔버와 캐비티 사이에 각각 개재된 제1 및 제2 슬롯을 구비한다. 각각의 분로 와이어는 제1 및 제2 슬롯을 통과한 후에 제1 및 제2 와이어 캐비티를 통과해 연장한다. 제1 및 제2 와이어 캐비티의 캐비티 높이는 각각 브러시 1개의 높이의 적어도 약 0.9배이다.

하나의 실시예에 따르면, 제1 와이어 캐비티의 높이는 ((A/2) + B)의 약 0.97배보다 작으며, 여기서 A는 브러시 높이이고 B는 브러시들 간의 거리이다.

하나의 실시예에 따르면, 얼터네이터 브러시 홀더 조립체는 직교하는 y 및 z 축선을 획정하며, z 축선은 얼터네이터의 회전 샤프트에 대해 실질적으로 평행하게 연장한다. 그 브러시 홀더 조립체는 제1 및 제2 브러시와 하우징을 구비하며, 각각의 브러시의 측면으로부터 분로 와이어가 돌출하고 있으며, 하우징은, y 축선에 대해 대략 평행하게 각각 연장하고 내부에 제1 및 제2 브러시가 각각 배치되는 제1 및 제2 브러시 챔버; 브러시 전방 부분에서부터 와이어 출구 부분까지 연장하는 제1 및 제2 와이어 캐비티로서, 제1 와이어 캐비티가 z 축선과 각도 α를 형성하는 방향으로 연장하는 중심선을 획정하는 것인 제1 및 제2 와이어 캐비티; 및 제1 및 제2 와이어 캐비티를 제1 및 제2 브러시 챔버와 각각 연결하는 제1 및 제2 슬롯을 구비한다. 제1 및 제2 분로 와이어는 각각의 제1 및 제2 슬롯을 측방향으로 관통한 후에 해당 제1 및 제2 와이어 캐비티를 통과한다. 제1 와이어 캐비티는 Z의 z 축선 방향 치수를 가져, 제1 와이어 캐비티의 길이는 Z·(secant α)이다.

하나의 실시예에 따르면, 회전축을 갖는 얼터네이터를 위한 브러시 홀더 조립체는 회전축에 대략 평행한 방향으로 연장하는 높이 및 폭을 획정하는 접촉면을 각각 구비한 한쌍의 브러시를 포함하며, 이들 브러시 각각으로부터 폭 방향으로 분로 와이어가 연장하고 있다. 브러시 홀더 조립체는 하우징을 포함하며, 이 하우징은 제1 및 제2 브러시 챔버, 회전축에 실질적으로 평행한 방향으로 연장하는 캐비티 높이를 각각 획정하는 대응 제1 및 제2 와이어 캐비티, 및 서로 대응하는 챔버와 캐비티 사이에 각각 개재된 제1 및 제2 슬롯을 구비한다. 브러시 홀더 조립체는 해당 브러시 챔버 내에 배치되어 브러시를 해당 접촉면을 향해 압박하는 한쌍의 스프링을 포함한다. 각각의 분로 와이어는 제1 및 제2 슬롯을 통과한 후에 제1 및 제2 와이어 캐비티를 통과해 연장하며, 제1 및 제2 와이어 캐비티의 캐비티 높이는 각각 브러시 1개의 높이의 적어도 약 0.9배이며, 제1 와이어 캐비티의 높이는 ((A/2) + B)의 약 0.97배보다 작으며, 여기서 A는 브러시 높이이고 B는 브러시들 간의 거리이며, 거리 B는 브러시 1개의 높이와 대략 동일하다.

전술한 개요가 첨부된 청구의 범위에 의해 정해지는 본 발명을 제한하진 않는다. 마찬가지로, 발명의 명칭 또는 요약서가 청구된 발명의 보호 범위를 어떠한 식으로든 한정하는 것으로 고려되어서는 안될 것이다.

예시적인 실시예의 전술한 양태들은 첨부 도면과 함께 고려되는 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 보다 명백해지고 보다 잘 이해할 것이다.
도 1은 브러시 조립체를 포함하는 종래의 차량용 얼터네이터의 일부분의 개략도이며,
도 2는 측면 배출 분로 와이어를 갖는 브러시의 평면도이고,
도 3은 브러시 홀더 조립체의 사시도이며,
도 4는 예시적인 실시예에 따른 브러시 홀더 조립체의 사시도이고,
도 5는 예시적인 실시예에 따른 브러시 홀더 조립체의 사시도이며,
도 6은 도 5의 브러시 홀더 조립체의 절개 사시도이고,
도 7은 도 5의 브러시 홀더 조립체의 다른 절개 사시도이며,
도 8은 예시적인 실시예에 따른 브러시 홀더의 확대 정면도이다.

아래에서 설명하는 실시예들은 철저히 규명하고자 한다거나 개시한 정확한 형태로 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다. 오히려, 그 실시예들은 당업자들이 그러한 교시의 원리 및 실시를 인식하고 이해할 수 있도록 선택되고 기술된다.

도 1은 브러시 조립체(1)를 포함하는 종래의 차량용 얼터네이터의 일부분이 개략적 확대 단면도이다. 이 브러시 조립체(2)는 열경화성 수지로 이루어지고 해당 브러시(5, 6)를 내부에 수용하는 2개의 별개의 챔버(3, 4)를 구비하도록 형성된 하우징(2)을 포함하다. 정하중 스프링(constant force spring)(7, 8)이 브러시(5, 6)를 외측으로 압박하여 브러시 접촉 단부(21, 22)가 샤프트(28)에 동심으로 부착된 슬립 링(118, 119)과 맞닿게 되도록 챔버(3, 4) 내부에 각각 배치되어 있다. 슬립 링(118, 119)은 얼터네이터의 로터 코일(도시 생략)의 양단부에 전기적으로 연결된다. 브러시(6)는 이에 전기적으로 연결된 제1 분로 와이어(9)를 구비하며, 이 제1 분로 와이어는 분로 연결 지점(18)으로부터 브러시 바닥면(23)을 따라 연장하여 슬롯(19)을 통과해 와이어 캐비티(20) 내로 연장한다. 마찬가지로, 브러시(5)는 이에 전기적으로 연결된 제2 분로 와이어(도시 생략)를 구비하며, 이 제2 분로 와이어는 분로 연결 지점(24)에서 브러시 상면(25)을 따라 연장하여, 와이어 캐비티(20)와는 별개의 와이어 캐비티(도시 생략) 내로 나온다. 밀봉 부재(26)가 브러시 조립체(1)의 오염을 방지하도록 선택된 위치에 마련될 수 있다. 브러시(5, 6)의 마모에 의해 생성된 분진 및 분말을 배기하기 위해, 얼터네이터가 차량에 설치된 경우에 브러시 조립체의 다양한 내부 부분들이 젖게 되는 것을 여전히 방지할 수 있는 위치에서 하우징(2)에 배기공(27)이 마련될 수 있다. 본 발명자들은 와이어 캐비티(20)에 충분한 공간이 없는 경우에 분로 와이어(9)가 엉키거나 및/또는 굴곡될 수 있음을 확인하였다. 게다가, 브러시(5, 6)는 각각 2개의 별개의 브러시를 보관할 것을 필요로 하는 상부 및 저부 분로 구성을 갖고 있다. 또한, 브러시(5, 6)의 설치는 각각의 브러시의 배향이 다르기 때문에 어려울 수 있다.

도 2에서는 본체부(31) 및 분로 와이어(32)를 구비하고 이 분로 와이어가 분로 연결 지점(33)에서 측부 에지(34)를 따라 부착되어 있는 브러시(30)를 도시하고 있다. 예를 들면, 브러시(30)는 흑연 및/또는 탄소로 이루어질 수 있고, 내마모성 재료를 함유할 수 있다. 분로 와이어(32)는 통상 직조된 구리 브레이드(woven copper braid)로 이루어진다. 스프링 맞물림부(36)가 브러시(30)의 후단부(37)에 형성되어, 브러시(30)가 브러시 홀더 조립 내에 설치될 때에 스프링과 지속적으로 맞물리게 한다. 분로 와이어(32)의 말단부(35)는 차량 배터리와 같은 전기 공급원과의 통전을 위해 단자 또는 커넥터(도시 생략)로 끝날 수 있다. 브러시(50)는 각이 지거나 및/또는 만곡된 전방 접촉면(38)을 구비하여, 이 접촉면(38)이 회전 슬립 링과 접촉할 때에 발생할 수 있었던 달각거림을 감소시킬 수 있다. 브러시(30)는 얼터네이터의 브러시(30)와 슬립 링 간에 마찰을 감소 및/또는 개선시키도록 윤활제(도시 생략)를 포함할 수 있다. 그러한 마찰에 의해 생성된 분말과 분진은 작동 중에 브러시 앞의 공간에서 배출될 수 있다. 자동차 얼터네이터의 작동 중에, 브러시(30)는 매우 천천히 마모되고 이에 상응하게 매우 천천히 이동하여, 분로 와이어(32)가 천천히 연장되어, 통상의 온도 조건 하에서 피로를 통상 겪지 않을 것으로 여겨진다.

도 3에서는 브러시(30)를 설치하기 전의 예시적 브러시 홀더 조립체(10)를 도시하고 있다. 브러시 조립체(10)는 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 충전재로서 20 내지 40%의 활석을 포함한 폴리프로필렌, 및/또는 에폭시, 폴리이미드, 폴리에스테르와 같은 열경화성 폴리머 및/또는 나일론을 비롯한 기타 플라스틱 또는 코폴리머 또는 그 혼합물 등으로 이루어진 본체부(11)를 구비한다. 브러시 조립체(10)에서 비교적 적은 열이 내부적으로 생성되기 때문에, 본체(11)의 플라스틱 또는 기타 재료는 통상 예를 들면 정류기 다이오드와 같은 부속 부품으로부터 생성된 열에 견디도록 설계된다. 한쌍의 브러시 챔버(12, 13)가 그 내에 상응하는 쌍의 브러시(도 3에서는 도시 생략)를 수용하도록 마련된다. 브러시 챔버(12, 13)는 각각 슬롯(16, 17)을 통해 와이어 캐비티(14, 15)에 연결된다. 캐비티(14, 15)는 각각 예를 들면 슬롯(16)의 중심에 상응하는 분로 연결부(33)의 중심선(39)에서부터 엔드 라인(41)으로서 도 3에 도시한 캐비티(14)의 일단부(40)까지 측정된 3.7 ㎜의 캐비티 높이를 갖는 대칭적 프로파일을 구비한다. 이 경우, 각 캐비티(14, 15)의 상부 단부(42)와 저부 단부(43) 간의 거리는 통상 7.4 ㎜이다. 이러한 대칭적 형태에서, 캐비티(15)의 상부 단부(42)와 저부 단부(43)는 각각 중심선(39)으로부터 등거리에 위치한다. 조립되는 경우, 브러시 조립체(10)는 2개의 브러시 부분(30)을 구비하고, 이들 브러시 부분은 각각 브러시의 측면으로부터 돌출하여 슬롯(16, 17)을 통해 분로 와이어 캐비티(14, 15) 내로 측방향으로 연장하는 분로 와이어(32)를 구비한다. 각 브러시 부분에 있어서, 슬롯과 캐비티의 높이는 브러시의 측면에 대한 분로 와이어 연결부의 중심선에 중심이 맞춰진다. 그러한 구조는 동일한 "측부 에지 분로" 형태의 브러시(30)가 두 캐비티(14, 15) 모두에 이용될 수 있게 하고 스프링과의 엉킴의 문제가 없지만, 브러시 조립체(10)는 분로 와이어(32) 그 자체의 엉킴 및/또는 굴곡으로 인한 고장을 여전히 겪을 수 있다. 그러한 엉킴 및/또는 굴곡은 자동차 얼터네이터의 환경에서 발생할 수 있는 극심한 진동에 의해 야기될 수 있고, 그 진동은 브러시(30) 및 분로 와이어(32)가 튀게 할 수 있다. 이러한 동적 진동의 영향으로 분로 와이어(32)가 튀거나 꼬이거나 혹은 다른 방식으로 구속되는 경우에 브러시(30)의 비틀림을 증가시킬 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 폭 치수 및 측방향 또는 횡방향은 브러시(30)의 X 축선과 관련이 있고, 그 깊이 치수는 브러시(30)의 Y축선과 관련이 있다. 높이 치수는 도 1에 예로서 도시한 바와 같이 얼터네이터 샤프트(28)의 중심축에 대해 평행한 Z 축선과 관련이 있다. 통상적으로, 분로 와이어 캐비티의 길이는 단면도에서 최장 치수 또는 그 부분을 가리킨다.

도 4에서는 본체부(11)에 대해 전술한 재료로 이루어진 본체부(44)를 갖는 예시적인 브러시 홀더 조립체(50)를 브러시의 설치 전의 상태로 도시하고 있다. 한쌍의 브러시 챔버(45, 46)가 그 내에 상응하는 쌍의 브러시(도 4에서는 도시 생략)를 수용하도록 마련된다. 브러시 챔버(45, 46)는 각각 슬롯(28, 29)을 통해 와이어 캐비티(47, 48)에 연결된다. 와이어 캐비티(47)는 슬롯(28)의 중심에 상응하는 분로 연결부(33)의 중심선(51)에서부터 엔드 라인(49)으로서 도 4에 도시한 캐비티(47)의 상부 단부(53)까지 측정된 적어도 7.5 ㎜의 캐비티 높이를 갖는 비대칭적 프로파일을 구비한다. 와이어 캐비티(48)는 슬롯(29)의 중심에 상응하는 분로 연결부(33)의 중심선(52)에서부터 엔드 라인(55)으로서 도 4에 도시한 캐비티(48)의 상부 단부(54)까지 측정된 적어도 7.5 ㎜의 캐비티 높이를 갖는 비대칭적 프로파일을 구비한다. 와이어 캐비티(47, 48)들이 동일한 높이를 갖는 경우, 예를 들면 캐비티(47)의 상부 단부(54)와 저부 단부(56) 사이와 캐비티(48)의 상부 단부(53)와 저부 단부(57) 사이의 거리는 각각 통상 8.5 ㎜이다. 조립되는 경우, 브러시 조립체(50)는 2개의 브러시 부분을 구비하고, 이들 브러시 부분은 각각 브러시의 측면으로부터 돌출하여 슬롯(28, 29)을 통해 분로 와이어 캐비티(47, 48) 내로 측방향으로 연장하는 분로 와이어(32)를 구비한다. 비대칭적 캐비티 구성에 의해 제공되는 여분의 공간은 환경 테스트에서 드러난 바와 같이 진동의 동적 영향을 현저히 감소시킨다.

도 5에서는 각각의 브러시 챔버(58, 59)에 수용된 브러시(30)를 갖는 브러시 조립체(60)를 도시하고 있다. 각각의 브러시 챔버(58, 59)는 라운드진 상부(61) 및 라운드진 저부(62)(예를 들면, 도 6 참조)를 구비하여, 스프링(69, 70)이 브러시(30)의 설치 전에 설치될 수 있게 한다. 각각의 브러시(30)의 접촉면(38)들은 각이 지거나 및/또는 만곡되며(예를 들면, 도 2 참조), 하우징(64)의 외면(63)은 그러한 접촉면(38)의 형상에 대응하게 각이 지거나 및/또는 만곡될 수 있다. 스프링은 브러시(30)를 외측으로 압박하여 얼터네이터의 슬립 링과 맞물리게 하며, 브러시 챔버(58, 59)는 브러시(30)가 마찰로 인해 마모됨에 따라 외면(63)의 외측으로 용이하게 미끄럼 이동할 수 있도록 형성된다. 브러시(30)의 분로 와이어(32)는 각각의 슬롯(65, 66)을 통해 해당 와이어 캐비티(67, 68) 내로 측방향으로 연장한다. 와이어 캐비티(67, 68)가 각각 브러시 챔버(58, 59)의 폭 방향 일측에 배치되어 있기 때문에, 각이 진 접촉면을 갖는 브러시(30)는 어느 브러시 챔버에든지 이용될 수 있어, 2개의 별개의 브러시를 보관하고 설치할 필요성을 제거한다. 각각의 와이어 캐비티(67, 68)는 본질적으로 단지 한쪽 높이 방향으로만 연장하여, 하우징(64)의 높이를 최소화하면서도 해당 분로 와이어(32)의 엉킴을 감소시킨다. 분로 와이어(32)는 일변형 캐비티(one-sided cavities)(67, 68)에서 보다 용이하게 이동하여, 브러시의 이동 중에 해당 분로 와이어(32)의 효율적 패킹(packing)을 가능하게 한다. 이에 따른 분로 와이어(32) 상에서 묶임(binding) 및 인장에서의 감소는 또한 브러시(30)에 가해지는 측방향 힘을 감소시키기 때문에 브러시(30)의 매끄러운 이동을 촉진시킨다. 도 6에 예로서 도시한 바와 같이, 상부 브러시(30)의 분로 와이어(32)는 하우징(64)의 상부에서 빠져나오는 한편, 저부 브러시(30)의 분로 와이어(32)는 하우징(64)의 저부에서 빠져나온다.

도 6 및 도 7에서는 예시적인 브러시 조립체(60)의 절개도를 도시하고 있다. 정하중 스프링(69, 70)이 각각의 브러시 챔버(58, 59) 내에 장착되어, 그 내에서 팽창 및 수축하도록 되어 있다. 스프링(69, 70)의 직경은 통상 얼터네이터의 작동 중에 진동 또는 의도하지 않은 운동을 최소화하면서도 스프링의 자유로운 이동을 보장하도록 선택된다. 스프링(69, 70)은 브러시(30)의 스프링 맞물림부(36)(예를 들면, 도 2 참조)와 맞물려, 브러시(30)를 슬립 링과 맞물리게 압박한다. 슬롯(65, 66) 각각의 폭(71, 72)은 해당 분로 와이어(32)가 그 슬롯을 따라 미끄럼 운동하기에는 충분하지만, 분로 와이어(32)가 노출 스프링 부분(73, 74)과 접촉할 가능성을 제공할 정도로 넓지는 않다. 설치 중에, 분로 와이어(32)의 각각의 단부(35)는 출구 구멍(77, 78) 내로 삽입되고, 해당 굴곡 지점(75, 76)에서 부드럽게 걸릴 수 있어, 그 굴곡부(75, 76)가 미리 정해진 위치에 배치되는 경우에 캐비티(67, 68)를 통한 와이어의 안내의 균일성을 보장한다. 굴곡부(75, 76)는 통상 꼬임을 피하도록 그 형상이 점진적으로 형성되며, 미리 형성될 수 있다. 와이어 캐비티(67)는 슬롯(65)의 중심에 상응하는 분로 연결부(33)의 중심선(79)에서부터 엔드 라인(80)으로서 도 7에 도시한 캐비티(67)의 상부 단부(53)까지 측정된 적어도 7.5 ㎜의 캐비티 높이를 갖는 비대칭적 프로파일을 구비한다. 와이어 캐비티(68)는 슬롯(66)의 중심에 상응하는 분로 연결부(33)의 중심선(82)에서부터 엔드 라인(83)으로서 도 7에 도시한 캐비티(68)의 상부 단부(84)까지 측정된 적어도 7.5 ㎜의 캐비티 높이를 갖는 비대칭적 프로파일을 구비한다. 캐비티(67)의 상부 단부(81)와 저부 단부(85) 사이와 캐비티(68)의 상부 단부(84)와 저부 단부(86) 사이의 거리는 각각 통상 8.5 ㎜이다. 테이퍼 부분(114, 115)이 조립 중에 2개의 분로 와이어 단부(35) 각각을 분로 출구 구멍(77, 78) 쪽으로 안내하는 것을 돕는다. 따라서, 분로 캐비티의 길이는 캐비티가 해당 와이어 출구 포트에 접근함에 따라 감소하는 캐비티 길이를 그러한 테이퍼 부분이 갖기 때문에 공칭값이라고 할 수 있다. 이용 가능한 캐비티 공간을 최대화하기 위해, 캐비티(67, 68)들 사이의 본체부(44)가 통상 최소화된다.

브러시 조립체(60)의 실시예는 본질적으로 일측부만을 갖는 비대칭적 와이어 캐비티(67, 68) 한쌍을 구비하고 이들 각각이 브러시(30)의 z 축선 방향 길이의 적어도 0.9배인 z 축선 방향 높이(예를 들면, 분로-브러시 연결부(33)의 중심선(79)에서부터 캐비티(81)의 장변측 단부까지 측정)를 갖는 것으로서 일반적으로 설명할 수 있다. 저부 캐비티(68)가 상부 캐비티(67)와 합쳐지지 않도록 하기 위해, 저부 캐비티(68)의 높이(z 축선에 대해 평행하게 연장하는 저부 와이어 캐비티의 경우)는 통상 0.97배[브러시(30)의 z 축선 방향 높이의 절반 + 두 브러시(30)들 간의 z 축선 방향 높이)보다 작다. 두 브러시(30)들 간에 대략 브러시 1개의 높이의 거리를 유지하는 것이 바람직하기 때문에, 저부 와이어 캐비티(68)(z 축선에 대해 평행하게 연장하는 경우)의 높이의 상한은 브러시(30)의 높이의 1.45배가 된다.

도 8의 브러시 챔버(87, 88) 내에 브러시 및 스프링을 설치하기 전의 예시적인 브러시 홀더 조립체(90)의 정면도이다. 브러시 챔버(87, 88)는 각각 슬롯(93, 94)을 통해 와이어 캐비티(91, 92)에 연결된다. 와이어 캐비티(91, 92)는 각각 적어도 z 축선(98)에 대해 경사지도록 형성된다. 도시한 바와 같이, 와이어 캐비티(91)는 z 축선(98)으로부터 각도 α로 벌어지게 연장하는 중심선(89)을 구비한다. 와이어 캐비티(92)는 z 축선(98)으로부터 각도 β로 벌어지게 연장하는 중심선(103)을 구비한다. 각각의 와이어 캐비티(91, 92)는 캐비티 공간을 격리시키는 본체부(97)와 일체로 형성된 주변의 재료 체적에 의해 획정되며, 그러한 주변의 재료는 예를 들면 와이어 캐비티(91)의 단부(99)에 형성된 배리어(100)를 포함한다. 와이어 캐비티(91)를 각도 α로 경사지게 형성함으로써, 와이어 캐비티(91)의 말단부(104)는 z 축선 위치(101)에 유지되지만[쇄선 부분(105)으로서 도시한 도 5의 실시예 참조], 와이어 캐비티 길이는 z 축선 방향 치수(106)에서 경사진 와이어 캐비티 길이(107)로 증가하다. 예를 들면, 분로-브러시 연결부(33)(예를 들면, 도 2 참조)의 중심선(102)(x 축선으로서 도시)에서 z 축선 위치(101)까지 측정된 길이(106)가 Z인 경우, z 축선(98)과 x 축선(102)의 교차점에서 와이어 캐비티(91)의 말단(104)까지의 경사진 캐비티 길이(107)는 (Z·(secant α)이다. 이에 의해, 각도 α만큼 와이어 캐비티(91)를 경사지게 하면 그 길이를 실질적으로 더 증가시키게 된다. 예를 들면, Z = 7.5 ㎜이고 α = 30°인 경우, 경사진 캐비티 길이(107)는 (7.5·(secant 30) = 8.7 ㎜가 된다. 동일한 일반적 분석이 캐비티(92)의 중심선(103)을 각도 β로 z 축선(98)으로부터 벌어지게 하는 데에 적용된다. 본체부(97)는 와이어 캐비티(91)에 인접한 본체부(108)를 경사지게 하고 와이어 캐비티(92)에 인접한 본체부(109)를 경사지게 하여, 상당한 본체 재료를 제거하고 관련 비용 및 공간 절약을 제공하도록 수정될 수 있다. 저부 분로 와이어 출구 포트(96)는 본체부(97)의 바닥면(110)에 인접하게 위치한다. 상부 분로 와이어 출구 포트(95)는 와이어 캐비티(92)의 경사 및 이와 관련된 본체부(109)의 경사에 의해 제공된 중간 표면(112)을 따라 위치할 수 있다. 이러한 경우, 브러시 챔버(87)의 브러시와의 통전을 위한 전기 단자(113)가 와이어 출구 포트(95)에 근접하여 중간 표면(112)을 따라 위치할 수 있다. 대안적으로, 와이어 출구 포트(95)는 본체부(108)를 따라 또는 본체 상면(111)에 근접하여 위치할 수 있다. 전술한 원리에 의해, 당업자는 브러시 챔버(87)를 위한 분로 와이어 출구를 와이어 출구 포트(94)의 방향과 동일한 방향으로 또는 대체로 반대 방향으로 제공하도록 선택할 수 있다.

다양한 실시예들은 유리하게는 본체부의 브러시 접촉 단부를 따라 개방되었었을 와이어 캐비티 및 슬롯의 부분을 에워쌀 수 있다. 예를 들면, 브러시(30)를 설치하고, 분로 와이어 단부(32)를 와이어 출구 밖으로 빼내며, 그리고 분로 와이어(32)를 와이어 캐비티 내에 적절히 배치하고 난 후에, 브러시 접촉 단부를 향해 개방된 와이어 캐비티 및 슬롯은 시일, 에폭시, 또는 기타 재료를 설치하는 등에 의해 막힐 수 있다. 이러한 막음은 슬립 링과의 브러시(30)의 마찰에 의해 생성되는 원치 않는 분말이나 기타 부스러기가 와이어 캐비티 내로 들어가는 것을 방지할 수 있다. 대안적으로, 본체부는 브러시 근처의 와이어 캐비티의 노출을 방지하기 위해 그 외부 개구를 제거하도록 몰딩될 수 있다.

예시적인 브러시 조립체(50, 60, 90)의 다양한 특징 및 구조는 도시한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 주어진 용례에 적합하도록 선택적으로 조합될 수 있다. 주어진 용례에 대한 브러시 조립체는 전체적으로 또는 부분적으로 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다.

본 발명을 채용하고 있는 다양한 실시예를 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 다른 수정 및 변경이 당업자들에 의해 이루어질 수 있다. 그러나, 그러한 수정 및 변경이 본 발명의 사상 및 범위 내에 있다는 점을 확실히 이해할 것이다.

Claims

회전축을 갖는 얼터네이터를 위한 브러시 홀더 조립체로서:
상기 회전축에 대략 평행한 방향으로 연장하는 높이 및 폭을 획정하는 접촉면을 각각 구비하는 한편, 분로 와이어(shunt wire)가 각각으로부터 측방향으로 폭 방향으로 연장하고 있는 한쌍의 브러시; 및
제1 및 제2 브러시 챔버, 상기 회전축에 실질적으로 평행한 방향으로 연장하는 캐비티 높이를 각각 획정하는 대응 제1 및 제2 와이어 캐비티, 및 서로 대응하는 챔버와 캐비티 사이에 각각 개재된 제1 및 제2 슬롯을 구비한 하우징
을 포함하며, 각각의 분로 와이어는 제1 및 제2 슬롯을 통과한 후에 제1 및 제2 와이어 캐비티를 통과해 연장하며,
상기 제1 및 제2 와이어 캐비티의 캐비티 높이는 각각 브러시 1개의 높이의 적어도 약 0.9배인 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
제1항에 있어서, 상기 제1 와이어 캐비티의 높이는 ((A/2) + B)의 약 0.97배보다 작으며, 여기서 A는 브러시 높이이고 B는 브러시들 간의 거리인 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
제2항에 있어서, 상기 제1 와이어 캐비티에 있어서 서로 대향한 표면들 간의 최대 거리는 브러시의 높이의 약 1.45배인 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 와이어 캐비티는 대략 동일한 높이를 갖는 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
제4항에 있어서, 상기 브러시 챔버들 간의 거리는 브러시 1개의 높이와 대략 동일한 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
제1항에 있어서, 브러시를 해당 접촉면을 향해 압박하도록 브러시 챔버들 각각에 배치된 한쌍의 스프링을 더 포함하는 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
제1항에 있어서, 분로 와이어와 브러시 간의 연결부의 중심선에서부터 측정한 제1 및 제2 와이어 캐비티의 각각의 높이는 약 7.5 ㎜인 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 와이어 캐비티 각각의 높이는 해당 슬롯으로부터 멀어지게 한쪽 높이 방향으로만 주로 연장하는 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
직교하는 y 및 z 축선을 획정하며, z 축선이 얼터네이터의 회전 샤프트에 대해 실질적으로 평행하게 연장하고 있는 얼터네이터 브러시 홀더 조립체로서:
분로 와이어가 측면으로부터 각각 돌출하고 있는 제1 및 제2 브러시; 및
하우징
을 포함하며, 상기 하우징은,
y 축선에 대해 대략 평행하게 각각 연장하고 내부에 상기 제1 및 제2 브러시가 각각 배치되는 제1 및 제2 브러시 챔버;
브러시 전방 부분에서부터 와이어 출구 부분까지 연장하는 제1 및 제2 와이어 캐비티로서, 제1 와이어 캐비티가 z 축선에 대해 각도 α를 형성하는 방향으로 연장하는 중심선을 획정하는 것인 제1 및 제2 와이어 캐비티; 및
상기 제1 및 제2 와이어 캐비티를 제1 및 제2 브러시 챔버와 각각 연결하는 제1 및 제2 슬롯
을 포함하며, 상기 제1 및 제2 분로 와이어는 각각의 제1 및 제2 슬롯을 측방향으로 관통한 후에 해당 제1 및 제2 와이어 캐비티를 통과하며,
상기 제1 와이어 캐비티는 Z의 z 축선 방향 치수를 가져, 제1 와이어 캐비티의 길이는 Z·(secant α)인 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
제9항에 있어서, 브러시를 y 축선 방향으로 압박하도록 브러시 챔버들 각각에 배치된 한쌍의 스프링을 더 포함하는 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 와이어 캐비티 각각의 z 축선 방향 치수는 해당 제1 및 2 브러시의 높이(z 축선 방향 치수)의 적어도 0.9배이며, 상기 제1 와이어 캐비티의 z 축선 방향 치수는 ((A/2) + B)의 약 0.97배보다 작으며, 여기서 A는 브러시 높이이고 B는 브러시들 간의 거리인 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
제9항에 있어서, 상기 제1 와이어 캐비티에 있어서 최대 z 축선 방향 치수는 제1 브러시의 높이의 약 1.45배인 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
제9항에 있어서, 상기 제2 와이어 캐비티는 z 축선에 대해 각도 β를 형성하는 방향으로 연장하는 중심선을 획정하며, 상기 제2 외이어 캐비티의 길이는 Z·(secant β)인 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
제9항에 있어서, 각각의 외이어 캐비티는 한쪽의 길이 방향으로만 주로 연장하는 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
제14항에 있어서, 각각의 와이어 캐비티는 해당 브러시/분로 와이어 연결부의 중심선으로부터 z 축선을 따라 측정되는 약 7.5 ㎜의 z 축선 방향 치수를 갖는 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
제9항에 있어서, 경사진 와이어 캐비티에 인접한 경사진 외부 하우징 부분은 제1 와이어 캐비티와 제2 와이어 캐비티 사이에 외부 공간을 생성하도록 대략 경사각 α를 따르는 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
제16항에 있어서, 상기 제1 와이어 캐비티와 제2 와이어 캐비티 사이의 외부 공간에 전기 단자가 배치되는 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 브러시의 분로 와이어는 해당 제1 및 제2 와이어 캐비티를 통해 대략 동일한 루트(route)를 통해 안내되는 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 와이어 캐비티는 대략 동일한 길이를 가지며, 상기 제1 및 제2 브러시는 동일한 치수를 가지며, 브러시들 사이의 거리는 브러시 1개의 높이와 대략 동일한 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.
회전축을 갖는 얼터네이터를 위한 브러시 홀더 조립체로서:
상기 회전축에 대략 평행한 방향으로 연장하는 높이 및 폭을 획정하는 접촉면을 각각 구비하는 한편, 분로 와이어가 각각으로부터 폭 방향으로 연장하고 있는 한쌍의 브러시;
제1 및 제2 브러시 챔버, 상기 회전축에 실질적으로 평행한 방향으로 연장하는 캐비티 높이를 각각 획정하는 대응 제1 및 제2 와이어 캐비티, 및 서로 대응하는 챔버와 캐비티 사이에 각각 개재된 제1 및 제2 슬롯을 구비한 하우징; 및
각각의 브러시 챔버 내에 배치되어 브러시를 해당 접촉면을 향해 압박하는 한쌍의 스프링
을 포함하며, 각각의 분로 와이어는 제1 및 제2 슬롯을 통과한 후에 제1 및 제2 와이어 캐비티를 통과해 연장하며,
상기 제1 및 제2 와이어 캐비티의 캐비티 높이는 각각 브러시 1개의 높이의 적어도 약 0.9배이며,
상기 제1 와이어 캐비티의 높이는 ((A/2) + B)의 약 0.97배보다 작으며, 여기서 A는 브러시 높이이고 B는 브러시들 간의 거리이며,
상기 거리 B는 브러시 1개의 높이와 대략 동일한 것인 얼터네이터 브러시 홀더 조립체.