JP2017034730A - Brush device for rotary electric machine, and rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機のブラシ装置および回転電機に関する。 The present invention relates to a brush device for a rotating electrical machine and a rotating electrical machine.
渦巻きバネの先端部がブラシに当接され、渦巻きバネによりブラシが整流子に付勢されている回転電機が知られている(特許文献1参照)。特許文献1に記載の回転電機では、ブラシの摩耗量を大きくするために、渦巻きバネの先端部が当接されるブラシの端面が、渦巻きバネ側に向かうにしたがって回転子に近づく向きに傾斜した傾斜面とされている。
A rotating electrical machine is known in which the tip of a spiral spring is in contact with a brush, and the brush is biased by a commutator by the spiral spring (see Patent Document 1). In the rotating electrical machine described in
上記特許文献1に記載のブラシのように傾斜面を設けることで、ブラシの有効長さを増加させ、ブラシの使用期間(寿命)を延ばすことができる。しかしながら、使用期間を延長するために、上記特許文献1に記載のブラシにおける回転電機の径方向の長さを、さらに長くすると、たとえば図8に示すように、ブラシが摩耗していない初期状態において、巻きバネの押圧点がブラシの傾斜面から外れる。その結果、巻きバネによる回転電機の径方向へのモーメント分力MBが不足し、整流子に対して必要なブラシの面圧を確保できないおそれがある。
By providing an inclined surface like the brush described in
請求項1に記載の回転電機のブラシ装置は、巻きバネの中心部を固定するバネ固定部と、ブラシを回転電機の径方向に摺動自在に保持するブラシ保持部とを備え、巻きバネの端部をブラシに接触させてブラシを回転電機の整流子に向けて押圧する、回転電機のブラシ装置において、ブラシは、整流子との接触面の反対側に、巻きバネの中心部から離れるにしたがって回転電機の回転軸中心からの距離が長くなるように傾斜する傾斜面を有し、ブラシが摩耗していない初期状態において、ブラシが所定量だけ摩耗した使用限界状態での傾斜面に対する巻きバネの端部の接触点が巻きバネのどの部分よりも回転電機の径方向外側に位置するように、傾斜面が形成されている。
請求項2に記載の回転電機のブラシ装置は、巻きバネの中心部を固定するバネ固定部と、ブラシを回転電機の径方向に摺動自在に保持するブラシ保持部とを備え、巻きバネの端部をブラシに接触させてブラシを回転電機の整流子に向けて押圧する、回転電機のブラシ装置において、ブラシは、整流子との接触面の反対側に、巻きバネの中心部から離れるにしたがって回転電機の回転軸中心からの距離が長くなるように傾斜する傾斜面を有し、ブラシが摩耗していない初期状態での傾斜面における巻きバネの端部の接触点と、巻きバネの中心部とを結ぶ直線よりも回転電機の径方向外側で、巻きバネの端部が傾斜面に接触するように、傾斜面が形成されている。
The brush device for a rotating electrical machine according to
The brush device for a rotating electrical machine according to
本発明によれば、ブラシをさらに長くして、ブラシの使用期間の延長を図ることができ、かつ、整流子に対して十分な面圧を確保することができる。 According to the present invention, the brush can be further lengthened to extend the use period of the brush, and a sufficient surface pressure can be ensured for the commutator.
以下、図面を参照して、本発明による回転電機のブラシ装置の一実施の形態を説明する。
図1は本実施の形態に係るスタータを側面から見た部分断面図である。
Hereinafter, an embodiment of a brush device for a rotating electrical machine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the starter according to the present embodiment as viewed from the side.
図1に示すように、スタータは、スタータモータ1と、マグネットスイッチ2と、クラッチ機構3とを備えている。マグネットスイッチ2は、バッテリ(不図示)とスタータモータ1とを電気的に接続する接続位置と、バッテリ(不図示)とスタータモータ1との電気的な接続を遮断する遮断位置との間で動作するスイッチ装置である。
As shown in FIG. 1, the starter includes a
スタータモータ1は、バッテリ(不図示)からマグネットスイッチ2を介して供給される電流で、回転子7を回転させる直流整流子電動機であり、エンジン(不図示)を始動させるための回転駆動力を発生する。回転電機であるスタータモータ1は、円筒状のヨーク1aと、ヨーク1aの内部に保持された固定子9とを備えている。
The
固定子9の内周側には、回転子7が隙間を介して回転可能に保持されている。回転子7は、外周部にスロット5が複数形成された回転子鉄心と、各スロット5に挿入された回転子巻線6とを備えている。回転子7の一端側(図示左側)には、回転子巻線6に接続された整流子20(コンミテータとも呼ばれる)が設けられている。整流子20は、回転子巻線6に流れる電流を切り替える部材であり、回転子鉄心の端面に沿って配設された回転子巻線6の端部に接合されている。
On the inner peripheral side of the
回転子鉄心および整流子20は、回転軸4に固定されている。回転軸4の両端は、軸受4a,4bによって回転自在に支承されている。回転軸4のクラッチ機構3側の端部には、駆動歯車10が形成されている。回転子巻線6には、ブラシ171および整流子20を介してバッテリから電流が供給される。回転子巻線6に電流が供給されると、回転子7には、周方向に複数の磁極が形成される。回転子7の外周側には、磁気回路を構成する円筒状の固定子9が配置されている。回転子巻線6に電流が通電されると、固定子9に対して回転子7および回転軸4が一体的に回転する。
The rotor core and
クラッチ機構3は、筒状の一方向クラッチ12と、この一方向クラッチ12の内周において回転軸4の中心軸CLrに平行な方向(以下、単に軸方向と記す)に移動可能に設けられたピニオンシャフト13と、エンジンのクランクシャフト(不図示)に動力を伝達するためのリングギヤ14とを備えている。ピニオンシャフト13の先端には、ピニオン15が設けられている。一方向クラッチ12の外周には、スタータモータ1の回転軸4の駆動歯車10に噛み合う従動歯車11が形成されている。クラッチ機構3は、ピニオンシャフト13が軸方向一方に移動すると、ピニオン15がリングギヤ14と噛み合う構成とされている。
The
一方向クラッチ12は、外周に従動歯車11が形成されたアウタークラッチ部12aと、このアウタークラッチ部12aの内側に配置されたインナークラッチ部12bと、アウタークラッチ部12aとインナークラッチ部12bとの間に配置された複数のローラ12cとを備える。一方向クラッチ12は、アウタークラッチ部12aからインナークラッチ部12bへの回転は伝達されるが、インナークラッチ部12bからアウタークラッチ部12aへの回転は伝達されない構成とされている。アウタークラッチ部12aの軸方向両端は、軸受としての一対のボールベアリング16a,16bで回転自在に支持されている。
The one-
インナークラッチ部12bの内周には、ピニオンシャフト13が軸方向に移動可能に配置されている。ピニオンシャフト13の外周には、インナークラッチ部12bの内周に設けられたヘリカルスプライン17aと係合してスタータモータ1の回転駆動力をピニオンシャフト13に伝達するヘリカルスプライン17bが設けられている。ヘリカルスプライン17a,17bは、インナークラッチ部12bの回転速度がピニオンシャフト13の回転速度よりも大きかった場合にピニオンシャフト13がリングギヤ14側に移動し、ピニオンシャフト13の回転速度がインナークラッチ部12bの回転速度よりも大きかった場合にピニオンシャフト13がリングギヤ14と離れる方向に移動するように傾斜している。
A
このため、エンジンを始動させる前の状態では、ピニオンシャフト13がリングギヤ14側に移動してピニオンシャフト13とインナークラッチ部12bは一体的に回転する。エンジンを始動させた後のように、ピニオンシャフト13の回転速度よりもリングギヤ14の回転速度の方が速い場合には、一方向クラッチ12の摺動部に生じるフリクションとヘリカルスプライン17a,17bの作用によってピニオンシャフト13がリングギヤ14から離れる方向にゆっくりと移動する。なお、ピニオンシャフト13は、ピニオンシャフト13の端部に固定された受け部18とインナークラッチ部12bとの間に配置された付勢部材としてのコイルスプリング19によってリングギヤ14から離れる方向に付勢されている。
For this reason, in a state before starting the engine, the
スタータモータ1とマグネットスイッチ2との間には、レバー23が揺動可能に配設されている。後述するように、イグニッションキー24(図3参照)がオンされ、可動鉄心27が固定接点21a,22a(図3参照)側に吸引されると、レバー23が揺動し、レバー23の端部がピニオンシャフト13の受け部18を押圧する。レバー23により受け部18が押圧されると、ピニオンシャフト13が移動し、ピニオン15とリングギヤ14とが係合する。
A
スタータモータ1の一端部(図示左側端部)には、ブラシ装置100が設けられている。図2は、ブラシ装置100を軸方向から見た図であり、図1のII−II線に沿う平面で切断した断面図である。図2に示すように、ブラシ装置100は、正極側のブラシ171pおよび負極側のブラシ171n(総称する場合は、ブラシ171と記す)と、各ブラシ171を整流子20に向けて付勢する渦巻きバネ161と、各ブラシ171および各渦巻きバネ161を保持する保持部材151が固着された保持板153とを備えている。
A
保持板153は、環状の板であり、図1および図2に示す有底円筒状のリヤブラケット41の底部にねじ止め固定されている。なお、本実施形態のスタータモータ1では、図1に示すように、リヤブラケット41の開口部とヨーク1aの一端の開口部とが係合され、フロントブラケット42の一端の開口部とヨーク1aの他端の開口部が係合され、リヤブラケット41とフロントブラケット42とがボルトで締結されている。これにより、リヤブラケット41、ヨーク1aおよびフロントブラケット42が連結されている。
The holding
図2に示すように、保持板153には、周方向に等間隔となるように4つの保持部材151が取り付けられている。正極側の2つのブラシ171pのそれぞれを保持する保持部材151は、絶縁材152を介して保持板153に取り付けられ、負極側の2つのブラシ171nのそれぞれを保持する保持部材151は、直接、保持板153に取り付けられている。保持部材151は、断面形状がパルス波形状の板材であって、保持板153に固着される一対の取付片151aと、各取付片151aから固定子9側に90度屈曲した側板151b,151cと、側板151b,151cの端部で他方の側板151b,151cに向かって90度屈曲し、一対の側板151b,151c同士を連結する連結板(不図示)とを備えている。
As shown in FIG. 2, four holding
保持部材151は、一対の側板151b,151cと、連結板(不図示)と、保持板153とでブラシ171を収容する立方空間を画成している。この空間にはブラシ171が配置され、保持板153、一対の側板151b,151c、および、連結板(不図示)により、ブラシ171が、スタータモータ1の周方向(以下、単に周方向と記す)へ移動すること、および、軸方向へ移動することが規制される。一方、ブラシ171がスタータモータ1の径方向(以下、単に径方向と記す)へ移動することは許容される。つまり、保持部材151は、ブラシ171を径方向に摺動自在に保持している。なお、一対の側板151b,151cのうちの一方の側板151cには、後述するピグテール181が径方向に移動できるように、径方向外側が開放され、径方向内側が底面とされたU字状の溝が形成されている。
The holding
ブラシ171は、導電性を有するカーボンを主成分とする直方体状の部材であり、バッテリから供給された電流を整流子20に供給する。ブラシ171は、回転軸4側の端面が整流子20に接触する接触面179とされ、接触面179とは反対側の端面が渦巻きバネ161の押圧部163によって押圧される押圧面とされている。押圧面の形状の詳細は後述する。
The
渦巻きバネ161は、薄板を渦巻き状に巻いた機械要素であり、一端に平板状の固着部162が設けられ、固着部162を中心に渦巻き状に巻かれ、他端がブラシ171側に凸になる半円弧状の押圧部163とされている。円弧状の押圧部163は、外周面がブラシ171に接触する面とされている。一対の取付片151aのうちの一方の端部には、軸方向に平行に固定子9に向かって突出する平板部151dが設けられている。平板部151dは、渦巻きバネ161の中心開口部に配置され、平板部151dの一面に渦巻きバネ161の固着部162が固着されている。つまり、平板部151dは、渦巻きバネ161の中心部を固定する固定部材である。このように、渦巻きバネ161の一端を保持板153に対して固定し、渦巻きバネ161の他端をブラシ171の押圧面に接触させる構成とすることで、渦巻きバネ161の弾性力によりブラシ171が整流子20に向かって押圧される。
The
図3は、スタータの電気回路図である。図3に示すように、マグネットスイッチ2は、バッテリBに電気的に接続される外部入力端子22と、正極側のリード線31pを介して正極側のブラシ171pに電気的に接続されるMターミナル21とを備えている。図示しないが、正極側のリード線31pの一端に設けられた端子部はMターミナル21にねじ止め固定されている。マグネットスイッチ2は、可動鉄心27と、可動鉄心27を駆動させるコイル26とを有するソレノイド25を備えている。可動鉄心27には、Mターミナル21と外部入力端子22とを接続または遮断可能な可動接点27aが設けられている。
FIG. 3 is an electric circuit diagram of the starter. As shown in FIG. 3, the
図2に示すように、リヤブラケット41には貫通孔が設けられ、貫通孔には絶縁性を有するブッシュ35が装着されている。正極側のリード線31pは、ブッシュ35を介して、リヤブラケット41の外側からリヤブラケット41内に挿通される。図示しないが、正極側のリード線31pは正極側のピグテール181pに接続されている。図2に示すように、正極側のピグテール181pは正極側のブラシ171pに固着されている。負極側のブラシ171nには負極側のピグテール181nが固着され、負極側のピグテール181nは保持板153を介してリヤブラケット41(アース)に電気的に接続されている。なお、正極側のピグテール181pおよび負極側のピグテール181nについて、総称する場合には、ピグテール181として説明する。
As shown in FIG. 2, the
図3を参照して、スタータの動作について説明する。
図3に示すように、イグニッションキー24がオンされると、バッテリBからソレノイド25のコイル26に電流が通電され、可動鉄心27がMターミナル21の固定接点21aおよび外部端子22の固定接点22a側に吸引される。可動鉄心27が固定接点21a,22a側に吸引され、可動接点27aがバッテリ側の固定接点22aとモータ側の固定接点21aに接触すると、バッテリ側の固定接点22aとモータ側の固定接点21aとが可動接点27aを介して導通状態となる。
The operation of the starter will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 3, when the
バッテリBからスタータ内に導入された電流は、マグネットスイッチ2のMターミナル21→正極側のリード線31p→正極側のピグテール181p→正極側のブラシ171p→整流子20のうち正極側のブラシ171pに接するセグメント→回転子巻線6(図3において不図示)へ流れる。回転子巻線6に導入された電流は、整流子20のうち負極側のブラシ171nに接するセグメント→負極側のブラシ171n→負極側のピグテール181n→リヤブラケット41(アース)へ流れる。
The current introduced from the battery B into the starter is transferred from the
これにより図1に示す回転子7に回転力が発生し、発生した回転力は回転軸4を介してピニオン15に伝達され、エンジンが始動する。エンジンが始動した後はイグニッションキー24を戻すことでマグネットスイッチ2の接点が開き、電流が遮断されてスタータは停止する。
Thereby, a rotational force is generated in the
図4(a)は、ブラシ171がセットされた状態を示す図であり、ブラシ171が磨耗していない初期状態を示している。図4(b)はブラシ171を示す図であり、図4(c)はブラシ171と渦巻きバネ161との位置関係を示す図である。図4(a)および図4(c)は、図2の部分拡大図である。なお、正極側の構成と負極側の構成とはほぼ同じであるため、正極側の構成について代表して説明し、負極側の構成については説明を省略する。
FIG. 4A is a diagram illustrating a state where the
ブラシ171は、径方向に延在して配置される。以下、説明の便宜上、図4(a)に示されるブラシ171の長さ方向をy軸方向、回転軸4の中心軸CLr(図1参照)に平行な方向をz軸方向、y軸方向およびz軸方向のそれぞれに直交する方向をx軸方向として説明する。
The
図4に示すように、ブラシ171はyz平面に平行な一対の側面175a,175bを有し、径方向内側の面が整流子20に接触する接触面179とされ、この接触面179の反対側には径方向外側へ突出する突出部178が設けられている。
As shown in FIG. 4, the
ブラシ171は、整流子20に接触する接触面179の反対側に、xz平面に平行な内側平面172と、xz平面から角度αだけ傾斜した傾斜面173と、xz平面に平行な外側平面174とを有している。つまり、上記した突出部178は、傾斜面173と外側平面174とを有している。内側平面172は、側面175aにおけるリヤブラケット41の周壁に近い側の端部から傾斜面173に向かって延在している。傾斜面173は、内側平面172から外側平面174に向かって延在し、内側平面172から離れるにしたがってリヤブラケット41の周壁に近づくように傾斜している。
The
渦巻きバネ161の中心点をO1、回転軸4の中心点をO2、傾斜面173における任意の位置をTとしたとき、傾斜面173は、渦巻きバネ161の中心点O1から任意の位置Tまでの距離O1Tが長くなるにしたがって、すなわち中心点O1から離れるにしたがって、回転軸4の中心点O2から位置Tまでの距離O2Tが長くなるように傾斜している。外側平面174は、傾斜面173におけるリヤブラケット41の周壁に近い側の端部から側面175bに向かって延在している。
When the center point of the
ブラシ171が摩耗していない初期状態において、押圧部163は、内側平面172とQ点で接触し、傾斜面173とP点で接触している。つまり、内側平面172および傾斜面173は、渦巻きバネ161の押圧部163が接する押圧面とされている。本実施の形態では、渦巻きバネ161の押圧部163をブラシ171に対して2点で接触させることで渦巻きバネ161を安定して配置させることができ、初期位置への位置決めを容易に行うことができる。
In the initial state where the
ピグテール181は、ブラシ171の側面175bに接続されている。ピグテール181は、ブラシ171内で固着される固着部182と、固着部182からブラシ171の外側に延在する露出部183とを有する。ピグテール181の固着部182は、突出部178に配置されている。
The
図5を参照して、ブラシ171が摩耗していく様子を説明する。図5(a)はブラシ171が摩耗していない初期状態を示している。図5(c)はブラシ171が所定量だけ摩耗した使用限界状態を示している。図5(b)は、初期状態と使用限界状態との間の状態を示している。
The manner in which the
図示するようにブラシ171は、渦巻きバネ161の押圧部163により整流子20に向かって押圧され、整流子20との接触により摩耗し、徐々に径方向長さが短くなっていく。図5(a)に示すように、渦巻きバネ161の押圧部163は、初期状態において内側平面172と傾斜面173とに接している(Q点、P点)が、図5(b)に示すように摩耗が進行すると渦巻きバネ161の押圧部163は傾斜面173のみに接する(P点)。同様に、図5(c)に示すように、使用限界状態では、渦巻きバネ161の押圧部163は傾斜面173にのみ接触し、内側平面172には接触していない。
As shown in the figure, the
傾斜面173上における渦巻きバネ161の接触点Pは、初期状態からブラシ171の摩耗が進行するにしたがって、渦巻きバネ161の中心点O1に対向する側面175a側から側面175aの反対側の側面175b側に向かって移動する。
The contact point P of the
図5(a)に示すように、初期状態において、ピグテール181における固着部182と露出部183との境界断面181bは、傾斜面173に対する渦巻きバネ161の押圧部163の接触点Pを通るxz平面に平行な仮想平面V上に位置している。
As shown in FIG. 5A, in the initial state, the
摩耗が進行すると、図5(b)に示すように、ピグテール181は、側板151bに設けられたU字状の溝に沿って整流子20側に向かって移動する。図5(c)に示すように、U字状の溝の底面にピグテール181が当接すると、それ以上径方向内側に向かってブラシ171が移動することが規制される。この状態を使用限界状態と定義する。つまり、U字状の溝によって、ブラシ171の摩耗量が所定量に規制される。使用限界状態において、ピグテール181の境界断面181bは、傾斜面173に対する渦巻きバネ161の押圧部163の接触点Pよりも径方向内側に位置している。つまり、仮想平面Vよりも径方向内側にピグテール181の境界断面181bが位置している。
As wear progresses, as shown in FIG. 5B, the
図6は、傾斜面173上における渦巻きバネ161の接触点Pが、初期状態から使用限界状態までの間に移動する領域、すなわち渦巻きバネ161の接触領域173aを示す図である。図6(b)は、図6(a)のD部を拡大した図である。図6において、Psは初期状態における傾斜面173に対する押圧部163の接触点Pであり、Peは使用限界状態における傾斜面173に対する押圧部163の接触点Pである。なお、図6ではピグテール181の図示、ならびにブラシ171の断面を示すハッチングの図示を省略している。
FIG. 6 is a diagram showing a region where the contact point P of the
図6において太線で模式的に示すように、傾斜面173における接触領域173aは、渦巻きバネ161の中心点O1と初期状態における接触点Psとを結ぶ直線Nsよりも径方向外側に位置している。換言すれば、直線Nsよりも径方向外側で、渦巻きバネ161の押圧部163が傾斜面173に接触するように、傾斜面173のxz平面に対する角度αが定められており、傾斜角度αは、直線Nsとxz平面とのなす角θsよりも大きい(α>θs)。
As schematically shown by a thick line in FIG. 6, the
使用限界状態における接触点Peは、傾斜面173の最頂部であり、傾斜面173と外側平面174とが交差する点である。本実施の形態では、初期状態において、使用限界状態での傾斜面173に対する渦巻きバネ161の押圧部163の接触点Peが渦巻きバネ161のどの部分よりも径方向外側に位置するように、傾斜面173が形成されている。つまり、図示するように、渦巻きバネ161の全体が、回転軸4の中心点O2を中心とした円Cの内側に位置している。
The contact point Pe in the use limit state is the top of the
図7(a)は渦巻きバネ161によるモーメントMと、径方向のモーメント分力MBを説明するための模式図であり、図7(b)は図7(a)に示すバネ角度θと、モーメントMおよびモーメント分力MBとの関係を示す図である。バネ角度θは、渦巻きバネ161の中心点O1と傾斜面173上の接触点Pとを結ぶ直線Nと、xz平面とのなす角である。なお、バネ角度θは、渦巻きバネ161によるモーメントMとyz平面とのなす角とも定義することができる。モーメント分力MBは、モーメントMのy成分である。
FIG. 7A is a schematic diagram for explaining the moment M by the
渦巻きバネ161によってブラシ171を整流子20に向けて押圧するブラシ装置では、バネ角度θが90度に近づきすぎると、すなわちバネ角度θが大きすぎると、モーメント分力MBが小さくなり、整流子20の接触面におけるブラシ171の面圧(以下、単に面圧とも記す)が不足する。一方、モーメントMは、バネ角度θの減少にしたがって小さくなるため、バネ角度θが小さすぎる場合にもブラシ171の面圧が不足する。
In the brush device that presses the
本実施の形態では、ブラシ171の面圧が初期状態から使用限界状態まで、ほぼ一定となるように、バネ角度θの範囲が設定されている。初期状態において、バネ角度θは、θs(たとえば、約39度)であり、使用限界状態において、バネ角度θは、θe(たとえば、約16度)である。初期状態から使用限界状態の間におけるモーメント分力MBの最小値は、バネ角度θがθsのときの値Mmin1であり、最大値はバネ角度θがθxのときの値Mmaxである。Mmin1は、十分な整流効果を得ることのできる面圧を発生させることのできるモーメント分力よりも大きい値である。ブラシの面圧は、大きすぎると回転子7の回転抵抗が増加し、回転に必要な電力が増加してしまう。このため、Mmaxは、回転抵抗が所定値よりも小さくなるように設定されている。本実施の形態では、MmaxとMmin1との差が小さく、初期状態から使用限界状態にかけて、面圧をほぼ一定に保つことができる。
In the present embodiment, the range of the spring angle θ is set so that the surface pressure of the
図8は、特許文献1に記載の技術(以下、従来技術と記す)に係るブラシの径方向長さを本実施の形態と同程度まで延長させたブラシ971を示しており、初期状態において側面175bの径方向長さが、本実施の形態と同じ長さに設定されている。
FIG. 8 shows a
従来技術のブラシを本実施形態のブラシ171と同じ長さにすると、図8に示すように、初期状態において渦巻きバネ161の接触点Pがブラシ971の傾斜面973から外れてしまう。このとき、バネ角度θはθcs(たとえば、約53度)であり、図7(b)に示すように、モーメント分力MBはMmin2となる。Mmin2は、Mmin1よりも小さく、MmaxとMmin1との差(Mmax−Mmin1)をΔMBとしたとき、MmaxとMmin2との差(Mmax−Mmin2)はΔMBの約4.6倍となった。Mmin2によって得られる面圧は、本実施の形態に比べて非常に小さいため、整流効果が大きく悪化する。
When the brush of the prior art has the same length as the
このように、従来技術のブラシの径方向長さを延長させた場合、初期状態において、渦巻きバネ161によるモーメント分力MBが不足し、整流子20に対して必要な面圧を確保できない。
As described above, when the radial length of the conventional brush is extended, the moment component MB by the
上述した本実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)ブラシ171は、整流子20との接触面の反対側に、渦巻きバネ161の中心点O1から離れるにしたがって回転軸4の中心点O2からの距離が長くなるように傾斜する傾斜面173を有している。ブラシ171が摩耗していない初期状態において、ブラシ171が所定量だけ摩耗した使用限界状態での傾斜面173に対する渦巻きバネ161の端部の接触点Peが渦巻きバネ161のどの部分よりも径方向外側に位置するように、傾斜面173の角度αが設定されている。また、傾斜面173における初期状態での渦巻きバネ161の端部の接触点Psと、渦巻きバネ161の中心点O1とを結ぶ直線Nsよりも径方向外側で、渦巻きバネ161の端部が傾斜面173に接触するように、傾斜面173の角度αが設定されている。
このようにして、xz平面と傾斜面173とのなす角αを従来技術に比べて大きく設定することで、初期状態において、渦巻きバネ161のバネ角度θを図8に示すブラシ971に比べて小さくすることができる。その結果、特許文献1に記載のブラシ装置に比べて、ブラシの有効長(すなわち、初期状態から使用限界状態までに摩耗する部分の長さ)を増加させることができ、かつ、初期状態から使用限界状態まで、整流子20とブラシ171との間の面圧をほぼ一定に保つことができる。つまり、本実施の形態によれば、特許文献1に記載のブラシ装置に比べて、使用期間を延長することができ、かつ、長期間に亘って安定した整流効果を得ることができる。
また、本実施の形態によれば、ブラシ装置100以外の構成部品(たとえば、ヨーク1aやリヤブラケット41等)を変更することなく、ブラシ171の有効長を延長することができる。
According to this embodiment described above, the following operational effects can be obtained.
(1) The
In this way, by setting the angle α formed by the xz plane and the
Further, according to the present embodiment, the effective length of the
(2)ブラシ171は、整流子20との接触面の反対側に、内側平面172と、内側平面172に対して傾斜する傾斜面173とを有している。初期状態では、渦巻きバネ161の端部が内側平面172および傾斜面173のそれぞれに接触し、使用限界状態では、渦巻きバネ161の端部が傾斜面173には接触し、内側平面172には接触しないように、内側平面172および傾斜面173が形成されている。
渦巻きバネ161の端部をブラシ171に対して2点で接触させることで渦巻きバネ161を安定して配置させることができ、初期位置への位置決めを容易に行うことができる。その結果、組立作業性を向上することができ、作業工数、生産コストの低減を図ることができる。
(2) The
By bringing the end of the
(3)傾斜面173を有する突出部178にピグテール181を固着した。ピグテール181における固着部182と露出部183との境界断面181bは、初期状態において、傾斜面173に対する渦巻きバネ161の端部の接触点Psを通るブラシ171の長さ方向に直交する仮想平面V上に位置している。突出部178は、整流子20に接触する部分ではない、すなわち摩耗する部分ではないため、突出部178にピグテール181を固着すれば、ブラシ171の有効長に影響を与えることがない。つまり、突出部178にピグテール181を固着する本実施の形態によれば、突出部178よりも径方向内側でピグテール181を固着する場合に比べて、リヤブラケット41の径を大きくすることなく、ブラシ171の有効長を長く設定することができる。
(3) The
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
(変形例1)
上述した実施の形態では、押圧面が内側平面172と傾斜面173とで構成される例(図4(b)参照)について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図9に示すように、内側平面172を形成せずに、側面175aの端部から外側平面174に亘って傾斜面273を形成してもよい。なお、傾斜面273のxz平面に対する傾斜角度は、上述した傾斜面173の傾斜角度αと同じである。
The following modifications are also within the scope of the present invention, and one or a plurality of modifications can be combined with the above-described embodiment.
(Modification 1)
In the above-described embodiment, the example in which the pressing surface is configured by the inner
この変形例1によれば、上述の実施の形態で説明した(1)および(3)と同様の作用効果を奏する。なお、上述した実施の形態のように、内側平面172を設けることで、初期位置の設定を容易に行うことができるため、内側平面172を設けることが好ましい。さらに、図9(b)に示すように、変形例1に係るブラシ271では、使用限界状態において、ブラシ271の側面175aの端部が保持部材151の側板151bから外れ、使用中にがたつきが発生するおそれがある。したがって、変形例1では、側板151cのU字状の溝の底面の高さを、上述した実施の形態よりも径方向外側に位置させることが好ましい。
According to the first modification, the same operational effects as (1) and (3) described in the above embodiment can be obtained. Note that, since the initial position can be easily set by providing the inner
(変形例2)
整流子20に接触する接触面179の反対側の面は、上述した実施の形態や変形例1の形状に限定されない。図10(a)に示すように、内側平面172および外側平面174を省略して、側面175aから側面175bに亘って傾斜面373を形成してもよい。なお、上述した実施の形態の外側平面174を形成することにより、使用限界状態での渦巻きバネ161の端部の接触点Peよりも径方向外側に突出する部分を取り除くことによって、リヤブラケット41の径を小さくすることができる。すなわち、スタータモータ1のコンパクト化を図ることができる。
(変形例3)
図4に示すxz平面に平行な内側平面172に代えて、図10(b)に示すように、xz平面に対して傾斜する内側平面472を設けてもよい。初期状態において、渦巻きバネ161の端部が、内側平面472とQ点で接触し、傾斜面173とP点で接触する構成とすることで、初期位置の設定を容易に行うことができる。
(変形例4)
図4に示すxz平面に平行な内側平面172に代えて、図10(c)に示すように、径方向外側に膨らむ湾曲面572を設けてもよい。
初期状態において、渦巻きバネ161の端部が、湾曲面572とQ点で接触し、傾斜面173とP点で接触する構成とすることで、初期位置の設定を容易に行うことができる。
(Modification 2)
The surface on the opposite side of the
(Modification 3)
Instead of the
(Modification 4)
Instead of the
In the initial state, the end position of the
(変形例5)
図4に示す傾斜面173に代えて、たとえば、図11(a)に示すように、径方向外側に膨らむ湾曲面673を設けてもよい。
(変形例6)
図4に示す傾斜面173に代えて、たとえば、図11(b)に示すように、径方向内側に凹む湾曲面773を設けてもよい。
(Modification 5)
Instead of the
(Modification 6)
Instead of the
(変形例7)
上述した実施の形態では、初期状態において渦巻きバネ161が接する内側平面172と傾斜面173とが連続する例(図4参照)について説明したが、本発明はこれに限定されない。図11(c)に示すように、初期状態において渦巻きバネ161が接する第1平面872と第2平面873との間に渦巻きバネ161が接しない中間部877を設けるようにしてもよい。また、図示しないが、初期状態において渦巻きバネ161の端部を3点以上で接触させるようにしてもよく、たとえば、初期状態において渦巻きバネ161の端部を第1平面872および第2平面873および中間部877のそれぞれに接触させてもよい。
(Modification 7)
In the above-described embodiment, the example in which the
(変形例8)
上述した実施の形態では、ブラシ171を押圧する巻きバネとして、渦巻きバネ161を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。巻きバネは、バネ中心のまわりに回転モーメントを発生させることのできる弾性体であればよく、渦巻きバネの他、たとえば、ねじりコイルばね(トーションバーばね)であってもよい。
(Modification 8)
In the embodiment described above, the
(変形例9)
上述した実施の形態では、ブラシ装置が適用される回転電機としてスタータモータ1を採用した例について説明したが本発明はこれに限定されない。また、直流整流子電動機に限定されることもなく、交流整流子電動機に本発明を適用してもよい。
(Modification 9)
In the above-described embodiment, the example in which the
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。 As long as the characteristics of the present invention are not impaired, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention. .
1 スタータモータ、1a ヨーク、2 マグネットスイッチ、3 クラッチ機構、4 回転軸、7 回転子、9 固定子、20 整流子、31p リード線、41 リヤブラケット、100 ブラシ装置、151 保持部材、151a 取付片、151b,151c 側板、151d 平板部、152 絶縁材、153 保持板、161 渦巻きバネ、162 固着部、163 押圧部、171 ブラシ、172 内側平面、173 傾斜面、174 外側平面、175a,175b 側面、178 突出部、179 接触面、181 ピグテール、182 固着部、183 露出部、271 ブラシ、273 傾斜面、373 傾斜面、472 内側平面、572 湾曲面、673 湾曲面、773 湾曲面、872 第1平面、873 第2平面、877 中間部、971 ブラシ、973 傾斜面
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ブラシは、前記整流子との接触面の反対側に、前記巻きバネの中心部から離れるにしたがって前記回転電機の回転軸中心からの距離が長くなるように傾斜する傾斜面を有し、
前記ブラシが摩耗していない初期状態において、前記ブラシが所定量だけ摩耗した使用限界状態での前記傾斜面に対する前記巻きバネの端部の接触点が前記巻きバネのどの部分よりも前記回転電機の径方向外側に位置するように、前記傾斜面が形成されている回転電機のブラシ装置。 A spring fixing portion that fixes a central portion of the winding spring; and a brush holding portion that holds the brush in a slidable manner in the radial direction of the rotating electrical machine. In the brush device of the rotating electrical machine that is pressed toward the commutator of the rotating electrical machine,
The brush has, on the opposite side of the contact surface with the commutator, an inclined surface that is inclined so that the distance from the rotation axis center of the rotating electrical machine becomes longer as the distance from the central portion of the winding spring increases.
In the initial state where the brush is not worn, the contact point of the end of the winding spring with respect to the inclined surface in the use limit state where the brush is worn by a predetermined amount is more than that of any part of the winding spring. A brush device for a rotating electrical machine in which the inclined surface is formed so as to be positioned radially outward.
前記ブラシは、前記整流子との接触面の反対側に、前記巻きバネの中心部から離れるにしたがって前記回転電機の回転軸中心からの距離が長くなるように傾斜する傾斜面を有し、
前記ブラシが摩耗していない初期状態での前記傾斜面における前記巻きバネの端部の接触点と、前記巻きバネの中心部とを結ぶ直線よりも前記回転電機の径方向外側で、前記巻きバネの端部が前記傾斜面に接触するように、前記傾斜面が形成されている回転電機のブラシ装置。 A spring fixing portion that fixes a central portion of the winding spring; and a brush holding portion that holds the brush in a slidable manner in the radial direction of the rotating electrical machine. In the brush device of the rotating electrical machine that is pressed toward the commutator of the rotating electrical machine,
The brush has, on the opposite side of the contact surface with the commutator, an inclined surface that is inclined so that the distance from the rotation axis center of the rotating electrical machine becomes longer as the distance from the central portion of the winding spring increases.
In the initial state where the brush is not worn, the winding spring is located radially outside the rotating electrical machine with respect to a straight line connecting a contact point of the end portion of the winding spring on the inclined surface and a center portion of the winding spring. A brush device for a rotating electrical machine in which the inclined surface is formed such that the end portion of the rotating device comes into contact with the inclined surface.
前記ブラシは、前記整流子との接触面の反対側に、少なくとも第1の面と、前記第1の面に対して傾斜する第2の面とを有し、
前記第2の面は、前記傾斜面であり、
前記初期状態では、前記巻きバネの端部が前記第1の面および前記第2の面のそれぞれに接触し、
前記ブラシが所定量だけ摩耗した使用限界状態では、前記巻きバネの端部が前記第2の面には接触し、前記第1の面には接触しないように、前記第1の面および前記第2の面が形成されている回転電機のブラシ装置。 In the brush apparatus of the rotary electric machine according to claim 1 or 2,
The brush has at least a first surface and a second surface inclined with respect to the first surface on the opposite side of the contact surface with the commutator,
The second surface is the inclined surface;
In the initial state, the end of the winding spring is in contact with each of the first surface and the second surface,
In the use limit state in which the brush is worn by a predetermined amount, the end of the winding spring is in contact with the second surface and is not in contact with the first surface. The brush apparatus of the rotary electric machine in which 2 surfaces are formed.
前記ブラシの側部には、前記ブラシ内で固着される固着部と、前記固着部から前記ブラシの外側に延在する露出部とを有するピグテールが接続され、
前記ピグテールにおける前記固着部と前記露出部との境界断面は、前記初期状態において、前記傾斜面に対する前記巻きバネの端部の接触点を通る前記ブラシの長さ方向に直交する仮想平面上に位置している回転電機のブラシ装置。 In the brush apparatus of the rotary electric machine according to claim 1 or 2,
The side of the brush is connected to a pigtail having a fixed portion fixed in the brush and an exposed portion extending from the fixed portion to the outside of the brush,
In the initial state, a boundary cross section between the fixing portion and the exposed portion in the pigtail is located on a virtual plane orthogonal to the length direction of the brush passing through a contact point of the end of the winding spring with respect to the inclined surface. The rotating electrical brush device.
前記ピグテールにおける前記固着部と前記露出部との境界断面は、前記ブラシが所定量だけ摩耗した使用限界状態において、前記傾斜面に対する前記巻きバネの端部の接触点よりも前記回転電機の径方向内側に位置している回転電機のブラシ装置。 The brush device for a rotating electrical machine according to claim 4,
The boundary cross section between the fixed portion and the exposed portion in the pigtail is in a radial direction of the rotating electrical machine more than a contact point of an end portion of the winding spring with respect to the inclined surface in a use limit state where the brush is worn by a predetermined amount. A brush device for a rotating electrical machine located inside.
前記整流子を備えた回転子と、
前記回転子の外周側に配置された固定子と、
前記固定子を保持する筒状のヨークと、
前記バネ固定部および前記ブラシ保持部が固定される有底筒状のブラケットとを備え、
前記ブラケットの開口部と前記ヨークの一端の開口部とが連結されている回転電機。
A brush device for a rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
A rotor including the commutator;
A stator disposed on the outer peripheral side of the rotor;
A cylindrical yoke for holding the stator;
A bottomed cylindrical bracket to which the spring fixing portion and the brush holding portion are fixed;
A rotating electrical machine in which an opening of the bracket and an opening of one end of the yoke are connected.
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