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JP3354336B2 - 回転機器用カーボンブラシ - Google Patents

回転機器用カーボンブラシ

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Publication number
JP3354336B2
JP3354336B2 JP04314795A JP4314795A JP3354336B2 JP 3354336 B2 JP3354336 B2 JP 3354336B2 JP 04314795 A JP04314795 A JP 04314795A JP 4314795 A JP4314795 A JP 4314795A JP 3354336 B2 JP3354336 B2 JP 3354336B2
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JP
Japan
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carbon brush
commutator
end surface
view
base material
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JP04314795A
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裕司 高橋
秀一 尾高
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Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd
Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、発電機及び電動機等
の回転機器に使用されるカーボンブラシに関し、特に抵
抗損失が少なく、寿命及び整流性を含めた耐久性能に優
れた回転機器用カーボンブラシに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年の電動機は、小型・大容量化の傾向
を示し、それに使用されるカーボンブラシに求められる
性能課題も小型化・低抵抗化・低摩耗化・大容量化に伴
う高温対策等と厳しくなってきており、それに用いられ
るカーボンブラシは、小型ながら抵抗損が小さく、かつ
摩耗の少ないものが要求されるようになった。そこで、
最近では上記課題を解決するため、回転する整流子に接
触する接触面を除く、カーボンブラシ基材の周面に、例
えば金、銀、銅等の電気良導性の金属被膜を施すことに
よって、カーボンブラシ基材の抵抗は高くても、カーボ
ンブラシ基材の周面に設けた金属被膜の作用でみかけの
抵抗を下げて全体の電気抵抗を低減し、またその結果、
抵抗発熱によるカーボンブラシの温度上昇を抑える事が
可能となった。
【0003】図14は、例えば特開平5−182733
号公報に示された従来のカーボンブラシを示す斜視図、
図15はカーボンブラシを整流子に圧接させた状態を示
す上面図、図16はその側面図である。図において、1
はカーボンブラシ基材、2はカーボンブラシに電流を導
く役目のリード線、3は整流子6の銅片に摺動接触する
カーボンブラシの先端面、4はカーボンブラシ基材1の
周面を覆う電気良導性の金属被膜、5はカーボンブラシ
が整流子6へ良好に摺動接触するためのコイル状のば
ね、7は整流子の銅片、8は整流子6の回転軸、Aは整
流子6の回転方向を示す矢印である。
【0004】次に動作について説明する。カーボンブラ
シは回転体である整流子6との間で電流通電を行い、発
電機あるいは電動機においては、カーボンブラシによっ
て短絡されているコイルの電流が、接触期間中に電気的
に180℃反転する際に流れる短絡電流を抑える作用を
行なっている。
【0005】しかしながら、カーボンブラシ全面に金属
被膜を施すと整流が悪くなる傾向にある。これは、抵抗
の低い金属被膜に負荷電流が集中するためで、特に整流
子の回転方向と直交する接触面では短絡電流の急激集中
により磁束の変化の遅れが火花を発生させる要因の一つ
となっている。
【0006】通常、カーボンブラシと整流子との間で負
荷電流が適当に分散していれば、火花の発生する機会は
生じないが、寿命末期でのカーボンブラシと整流子の接
触状態のように、カーボンブラシの抵抗が著しく低くな
った場合は(初期から末期に向かってカーボンブラシの
長さが短くなった分、抵抗値も低くなる)、負荷電流は
電機子コイルのインダクタンスがあるため急に減少する
ことが難しく、電流密度は極めて過大なものとなる。す
ると、カーボンブラシと整流子の温度は急激に上昇し、
ついには接触部分である整流子の銅片は融点に達し溶融
を始め、接触部分から引き出されて溶融橋絡を形成す
る。この溶融橋絡の開離現象が連続しておこれば、回転
方向に向ってその長さが伸びて最終的には、これを支え
きれず気化して、カーボンブラシとの接触端部(図15
に示す矢印Bあたり)より火花が発生してしまう。この
現象は、金属被膜の抵抗とカーボンブラシの抵抗との差
が10000Ω以上ある場合におこりやすい。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来のカーボンブラシ
は以上のように構成されているので、火花の発生、整流
不良による摩耗等によって、安定な整流が得られない、
カーボンブラシの寿命が短くなる等の問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、カーボンブラシの低抵抗化・大容量化に伴う
高温対策ができるとともに、安定整流に伴う低摩耗化・
入力の安定化をより精度良く得られることを目的として
いる。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明に係るカーボン
ブラシは、回転する整流子に先端面を接触させたカーボ
ンブラシ基材の周面に電気良導性の金属被膜を形成する
とともに該カーボンブラシ基材の前記整流子の回転方向
に平行な表面に形成された金属被膜をその先端面側から
後端面側にわたって帯状に除去しブラシ基材を露出した
ものである。
【0009】また、回転する整流子に先端面を接触させ
たカーボンブラシ基材の整流子の回転方向に平行な表面
にその先端面側から後端面側にわたって凹部を形成し、
該凹部内に電気良導性金属を埋設したものである。
【0010】
【作用】この発明におけるカーボンブラシは、整流子の
回転方向に対して平行に設けられて表面に形成された金
属被膜を除去することにより、電気良導性の金属被膜で
形成された低抵抗部分とカーボン基材で形成された高抵
抗部分とに分離され、カーボンブラシの表面に負荷電流
が集中することを防ぐ。
【0011】また、整流子の回転方向に平行な表面にそ
の先端面側から後端面側にわたって凹部を形成し、該凹
部内に電気良導性金属を埋設したことにより、低抵抗部
分と高抵抗部分とに分離され、カーボンブラシ表面に負
荷電流が集中することを防ぐとともに、抵抗損失が少な
く、温度上昇が小さくて電流密度を高くできる。
【0012】
【実施例】
実施例1.以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1はこの発明の一実施例を示すカーボンブラシ
の斜視図、図2はその断面図、図3はカーボンブラシを
例えば電気掃除機用の電動機に組み込んだ状態を示す側
部断面図である。また、図4はカーボンブラシ保持部の
構成を示す側面図、図5はその断面図である。図におい
て、1はカーボンブラシ基材、2はカーボンブラシに電
流を導くリード線、3は整流子に摺動接触するカーボン
ブラシの先端面、4は電気良導性の金属被膜、9は整流
子6の回転方向に平行に設けられ整流子6の複数の金属
片7と接触する上部表面または下部表面、10は整流子
6の回転方向に直交に設けられた回転方向側の側部表面
である。また、11は上部表面と下部表面に各々設けら
れた溝部であり、先端面側から後端面側にわたって帯状
に設けられている。また、12は電動機の回転体である
電機子、13は整流子6と摺動接触するカーボンブラシ
をバネにより加圧し、静止体と回転体との間に安定した
電力を伝達するカーボンブラシ保持器であり、電動機の
フレームにねじ等により固定されている。14はカーボ
ンブラシ保持器のカーボンブラシとの接続部に設けた凸
部で、凹部形状を持つカーボンブラシと嵌合すること
で、カーボンブラシの遊び及びチャタリングを防止し、
さらに安定した整流環境を確保することができる。
【0013】次に動作について説明する。カーボンブラ
シは回転体である電機子の整流子6との間で電流通電を
行い、発電機あるいは電動機においてはカーボンブラシ
によって短絡されている電機子コイルの電流が、接触期
間中に電気的に電流取出し方向を180度反転する際に
流れる短絡電流を抑える作用を行っている。これは、例
えば電機子の各コイルが1回転ごとに2回カーボンブラ
シで短絡され、その都度コイル内の電流は+Iから−I
へ、次には−Iから+Iへと方向を反転させているため
で、その時間は電機子コイルがカーボンブラシで短絡さ
れた瞬間から始まり、短絡が解除される時に終るもの
で、極めて短時間である。
【0014】本実施例におけるカーボンブラシは、整流
子6の回転方向に平行に設けられたカーボンブラシ基材
1の上下表面9に施した金属被膜4を先端面側から後端
面側にわたって帯状に除去し、カーボンブラシ基材を露
出させた構成となっている。これにより、上下表面9が
低抵抗部分と高抵抗部分に分離・層別され、回転方向成
分に負荷電流が集中することを防ぎ、短絡電流を小さく
し、磁束の変化に遅れないようにすることができ、整流
作用を改善することができる。
【0015】また、上下表面は、例えばカーボンブラシ
全周面に金属被膜を被覆した後、次の工程で先端面のみ
被覆を切削等にて取り除き、その次の工程で回転方向に
対して平行に設けられた上下表面に施した金属被膜を先
端面側から終端面側にわたって帯状に除去しカーボンブ
ラシ基材を露出させて形成する方法がある。しかし、こ
れに限ったものではなく、カーボンブラシ基材を露出さ
せる部分に予めマスキングして金属被膜を施すことで、
カーボンブラシ基材を露出してもよい。なお、削除幅に
ついては、あまり削除すると金属被膜によるみかけの抵
抗値を下げてしまい、モータ効率まで低下してしまう恐
れがあるので、例えば、削除幅を上下接触面のそれぞれ
の表面積の1/2以下にすることが図13のグラフより
実験的に検証されており望ましい。また、除去する金属
被膜の長さは、カーボンブラシの先端から後端の全長に
わったて除去されなくても、カーボンブラシが実際に使
用される部分の金属被膜が削除されていればよい。
【0016】実施例2.図6は実施例2のカーボンブラ
シを示す断面図、図7はカーボンブラシ保持部の構成を
示す側面図、図8はその断面図である。15はカーボン
ブラシ基材1の上下表面9の両端部に施した金属被膜を
先端面側から終端面側に向けて除去した切り欠き部であ
る。この構成により、実施例1と同等の効果を得ること
ができる。16はカーボンブラシ保持器13のカーボン
ブラシ1との接続部に設けた突部で、カーボンブラシ1
の上下接触面9の切り欠き部15と嵌合することで、カ
ーボンブラシ1の遊び及びチャタリングを防止し、さら
に安定した整流環境を確保することができる。なお、削
除幅については実施例1同様、両端部の切り欠き部を合
わせて上下接触面全面の略1/2以下にすることが望ま
しい。
【0017】実施例3.図9は実施例3のカーボンブラ
シを示す断面図である。17はカーボンブラシ基材1の
上下接触面9に施した金属被膜を先端面側から後端面側
にわたって略1/3面を除去した切り欠き部であり、実
施例1、2と同等の効果を得ることができる。また、カ
ーボンブラシ保持器の形状に関しては上記実施例1、2
同様、カーボンブラシ保持器に凸部を設け、カーボンブ
ラシの切り欠き部17と嵌合さすることでカーボンブラ
シ1の遊び及びチャタリングを防止し、さらに安定した
整流環境を確保することができる。なお、削除幅につい
ては実施例1同様、両端部の切り欠き部を合わせて上下
接触面全面の略1/2以下にすることが望ましい。
【0018】実施例4.図10は、実施例4のカーボン
ブラシを示す断面図である。図11はカーボンブラシ保
持器の構成を示す側面図、図12はその断面図である。
図において、18はカーボンブラシ基材の上下表面の先
端面側から終端面側にわたって設けた凹部、19は電気
良導性の金属であり、金属19を凹部18内に埋設して
カーボンブラシを形成する。これにより、上下表面は、
金属部分の低抵抗部と、カーボンブラシ基材の高抵抗部
に分離させることにより、整流作用が改善され、さら
に、抵抗損失が少なく、温度上昇が小さくて電流密度を
高くできるカーボンブラシを形成することができる。
【0019】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、回転
する整流子に先端面を接触させたカーボンブラシ基材の
周面に電気良導性の金属被膜を形成するとともに該カー
ボンブラシ基材の前記整流子の回転方向に平行な表面に
形成された金属被膜をその先端面側から後端面側にわた
って帯状に除去しブラシ基材を露出したので、表面に負
荷電流が集中することを防ぎ、磁束の変化に遅れのない
ようにすることができるので整流作用を改善できる。よ
って、安定整流に伴うカーボンブラシの低摩耗化及び耐
久性の向上、また、電動機入力の安定化をより良く得ら
れる効果がある。
【0020】また、回転する整流子に先端面を接触させ
たカーボンブラシ基材の前記整流子の回転方向に平行な
表面にその先端面側から後端面側にわたって凹部を形成
し、該凹部内に電気良導性金属を埋設したので、上記と
同様の効果があるととに、抵抗損失が少なく、温度上昇
が小さくで電流密度を高くできるカーボンブラシを形成
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1によるカーボンブラシを示
す斜視図である。
【図2】この発明の実施例1によるカーボンブラシを示
す断面図である。
【図3】この発明の実施例1によるカーボンブラシを組
み込んだ状態を示す側部断面図である。
【図4】この発明の実施例1によるカーボンブラシ保持
部の側面図である。
【図5】この発明の実施例1によるカーボンブラシ保持
部の断面図である。
【図6】この発明の実施例2によるカーボンブラシを示
す断面図である。
【図7】この発明の実施例2によるカーボンブラシ保持
部の側面図である。
【図8】この発明の実施例2によるカーボンブラシ保持
部の断面図である。
【図9】この発明の実施例3によるカーボンブラシを示
す断面図である。
【図10】この発明の実施例4によるカーボンブラシを
示す断面図である。
【図11】この発明の実施例4によるカーボンブラシ保
持部の側面図である。
【図12】この発明の実施例4によるカーボンブラシ保
持部の断面図である。
【図13】この発明の実施例によるカーボンブラシの効
率対比グラフである。
【図14】この発明の従来技術を示すカーボンブラシの
斜視図である。
【図15】この発明の従来技術を示すカーボンブラシと
整流子の上面図である。
【図16】この発明の従来技術を示すカーボンブラシと
整流子の断面図である。
【符号の説明】
1 カーボンブラシ基材 2 リード線 3 カーボンブラシの先端面 4 金属被膜 5 ばね 6 整流子 7 銅片 8 回転軸 9 上下表面 10 側部表面 11 溝部 12 電機子 13 カーボンブラシ保持器 14 凸部 15 切り欠き部 16 突部 17 切り欠き部 18 凹部 19 金属
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−182733(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 13/00 - 13/14 H01R 39/00 - 39/64

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転する整流子に先端面を接触させたカ
    ーボンブラシ基材の周面に電気良導性の金属被膜を形成
    するとともに該カーボンブラシ基材の前記整流子の回転
    方向に平行な表面に形成された金属被膜をその先端面側
    から後端面側にわたって帯状に除去しブラシ基材を露出
    したことを特徴とする回転機器用カーボンブラシ。
  2. 【請求項2】 回転する整流子に先端面を接触させたカ
    ーボンブラシ基材の前記整流子の回転方向に平行な表面
    にその先端面側から後端面側にわたって凹部を形成し、
    該凹部内に電気良導性金属を埋設したことを特徴とする
    回転機器用カーボンブラシ。
JP04314795A 1995-03-02 1995-03-02 回転機器用カーボンブラシ Expired - Fee Related JP3354336B2 (ja)

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JP2004312921A (ja) 2003-04-09 2004-11-04 Totan Kako Kk 金属被覆カーボンブラシ
CN104362490B (zh) * 2014-12-02 2016-06-01 湖南省华京粉体材料有限公司 电机碳刷用二硫化钨复合材料的制备方法

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