JP2011019382A - Motor with brush - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロータが整流子をもつブラシ付きモータに関し、特に整流ノイズの低減及びブラシ寿命の延長が可能なブラシ付きモータに関する。このブラシ付きモータは、ブラシ付きＤＣモータ及びユニバーサルモータを含む。 The present invention relates to a brushed motor having a rotor having a commutator, and more particularly to a brushed motor capable of reducing commutation noise and extending brush life. The brushed motor includes a brushed DC motor and a universal motor.
ブラシ付きDCモータやユニバーサルモータは、ブラシと整流子との接触により通電されるロータコイル（電機子巻線）をもつ。整流子は、周方向所定ピッチで配列されたセグメントを有する。電機子巻線への通電は、ブラシがセグメントに対して接離することにより行われる。ブラシが互いに隣接する２つのセグメントに接することにより、両端がこれら２つのセグメントに接続される電機子巻線の一つの部分コイル（以下、相コイルとも呼ばれる）が短絡される。この短絡により、この相コイルの残留磁気エネルギーは、ブラシの抵抗により消費される。 A DC motor with a brush or a universal motor has a rotor coil (armature winding) that is energized by contact between the brush and the commutator. The commutator has segments arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction. Energization of the armature winding is performed when the brush contacts and separates from the segment. When the brush contacts two adjacent segments, one partial coil (hereinafter also referred to as a phase coil) of the armature winding whose both ends are connected to the two segments is short-circuited. Due to this short circuit, the residual magnetic energy of this phase coil is consumed by the resistance of the brush.
これら２つのセグメントのうちの一つがブラシから離れることにより、この相コイルへの通電が遮断される。この時、相コイルが残留磁気エネルギーを有していると、火花が発生する。この火花は整流火花と呼ばれる。ブラシ摩耗のほとんどは、整流火花により発生することが知られている。更に、この整流火花により発生する電磁波ノイズは、対策を必要とする。 When one of these two segments moves away from the brush, the energization of this phase coil is interrupted. At this time, if the phase coil has residual magnetic energy, a spark is generated. This spark is called a rectifying spark. It is known that most brush wear is caused by rectifying sparks. Furthermore, the electromagnetic noise generated by this rectifying spark requires countermeasures.
関連する従来技術が以下に説明される。以下において、ブラシ及びセグメントの前端部は回転方向の先端部を意味し、ブラシ及びセグメントの後端部は反回転方向の先端部を意味する。 Related prior art is described below. In the following, the front end of the brush and the segment means the front end in the rotational direction, and the rear end of the brush and the segment means the front end in the counter-rotating direction.
特許文献１は、セグメントの後端部に高抵抗部を設けることを提案している。特許文献２は、ブラシの後端部に高抵抗部を設けることを提案している。これらの高抵抗部は、ブラシが高抵抗部から離れる直前の期間において大きな電力消費を発生させる。その結果、火花及びノイズが抑制される。
けれども、高抵抗部をセグメントに設けることは、整流子の実質的なセグメント密度を低下させる。が高密度配置されるセグメントの有効面積を抵抗層この方法は、ブラシの温度上昇と無駄な電力消費とを発生させる。更に、ブラシが高抵抗層をもつ場合、この高抵抗層は、ブラシの低抵抗の本体と異なる熱膨張率をもつ。その結果、ブラシの信頼性が低下する。セグメントの後端部に高抵抗層を設けるのは、容易ではない。
However, providing the high resistance portion in the segment reduces the substantial segment density of the commutator. This method generates an effective area of the segments arranged at high density, and this method generates a brush temperature rise and wasteful power consumption. Further, if the brush has a high resistance layer, this high resistance layer has a different coefficient of thermal expansion than the low resistance body of the brush. As a result, the reliability of the brush decreases. It is not easy to provide a high resistance layer at the rear end of the segment.
特許文献３は、互いに軸方向に隣接する主セグメント及び補助セグメント（導電片）を高抵抗体を通じて接続した構造を持つ整流子を提案している。主セグメント及び補助セグメントは、異なるタイミングでブラシから離れる。このタイミングの違いは、主セグメントに接するブラシ部分と、補助セグメントに接するブラシ部分との周方向幅の変更により実現される。けれども、追加されたセグメント及びブラシは、ＤＣモータの軸方向長を増大させる。
（発明の目的）
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、整流火花及びブラシ摩耗を低減可能なブラシ付きモータを提供することを一つの目的としている。本発明は、整流時に発生する残留磁気エネルギーを有効に回収することをその他の目的としている。
(Object of invention)
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a brushed motor capable of reducing commutation sparks and brush wear. Another object of the present invention is to effectively recover the residual magnetic energy generated during rectification.
（発明の特徴）
この目的を達成するこの発明のブラシ付きモータは、整流子と、この整流子に接触する少なくとも一対のブラシとを有する。ブラシは、周方向へ所定ピッチで回転軸に固定された複数のセグメントを有する。セグメントは、ロータコアに巻かれた電機子巻線に接続される。
この種のブラシ付きモータ及びその整流機構は、周知の構造であるので、説明が省略される。本発明は、ブラシ付きＤＣモータ及びユニバーサルモータの両方に適用することができる。
(Characteristics of the invention)
The brushed motor of the present invention that achieves this object has a commutator and at least a pair of brushes in contact with the commutator. The brush has a plurality of segments fixed to the rotating shaft at a predetermined pitch in the circumferential direction. The segment is connected to an armature winding wound around the rotor core.
Since this type of brushed motor and its rectifying mechanism have a well-known structure, description thereof is omitted. The present invention can be applied to both brushed DC motors and universal motors.
本発明の第１の特徴において、ブラシは、セグメントに接触する導電性の主ブラシ部と、セグメントに接触する導電性の補助ブラシ部と、高抵抗の絶縁層とを有する。補助ブラシ部は、主ブラシ部の回転方向後側の側面に絶縁層を介して接合される。補助ブラシ部は、前記電機子巻線の残留磁気エネルギーを回収するためのダイオード、又は、前記残留磁気エネルギーを蓄積するためのキャパシタ、又は、前記残留磁気エネルギーを消費するための抵抗体に接続されるダイオード又はキャパシタ又は抵抗体に接続される。この発明によれば、ブラシの発熱を抑え、整流火花及び電磁波ノイズを低減することができる。 In the first aspect of the present invention, the brush includes a conductive main brush portion that contacts the segment, a conductive auxiliary brush portion that contacts the segment, and a high-resistance insulating layer. The auxiliary brush portion is joined to the side surface on the rear side in the rotation direction of the main brush portion via an insulating layer. The auxiliary brush portion is connected to a diode for recovering the residual magnetic energy of the armature winding, a capacitor for storing the residual magnetic energy, or a resistor for consuming the residual magnetic energy. Connected to a diode or capacitor or resistor. According to this invention, the heat generation of the brush can be suppressed, and the rectifying spark and electromagnetic noise can be reduced.
好適な態様において、主ブラシ部の回転方向前側の側面に高抵抗の第２の絶縁層を介して接合される第２の補助ブラシ部を有し、
前記第２の補助ブラシ部は、前記電機子巻線の残留磁気エネルギーを回収するためのダイオード、又は、前記残留磁気エネルギーを蓄積するためのキャパシタ、又は、前記残留磁気エネルギーを消費するための抵抗体に接続される。この態様によれば、ブラシの発熱を抑え、整流火花及び電磁波ノイズを低減することができる。
In a preferred aspect, it has a second auxiliary brush portion joined to the side surface on the front side in the rotation direction of the main brush portion via a high-resistance second insulating layer,
The second auxiliary brush unit includes a diode for recovering the residual magnetic energy of the armature winding, a capacitor for storing the residual magnetic energy, or a resistor for consuming the residual magnetic energy. Connected to the body. According to this aspect, heat generation of the brush can be suppressed, and rectifying sparks and electromagnetic noise can be reduced.
好適な態様において、抵抗体は、補助ブラシ部と主ブラシ部とを接続する。これにより、簡素な構造により、ブラシの発熱を抑え、整流火花を抑制することができる。
好適な態様において、補助ブラシ部に接続されるダイオードは、この補助ブラシ部に隣接する主ブラシ部に接続される電源端子と異なる電源端子に接続される。これにより、簡素な構造により、ブラシの発熱を抑え、整流火花を抑制することができる。
In a preferred aspect, the resistor connects the auxiliary brush portion and the main brush portion. Thereby, with a simple structure, the heat generation of the brush can be suppressed and the rectifying spark can be suppressed.
In a preferred aspect, the diode connected to the auxiliary brush portion is connected to a power supply terminal different from the power supply terminal connected to the main brush portion adjacent to the auxiliary brush portion. Thereby, with a simple structure, the heat generation of the brush can be suppressed and the rectifying spark can be suppressed.
好適な態様において、ダイオードは、直流電源から互いに異なる電位が印加される一対のブラシの補助ブラシ部を接続する。これにより、簡素な構造により、ブラシの発熱を抑え、整流火花を抑制することができる。 In a preferred embodiment, the diode connects the auxiliary brush portions of a pair of brushes to which different potentials are applied from a DC power source. Thereby, with a simple structure, the heat generation of the brush can be suppressed and the rectifying spark can be suppressed.
本発明の第２の特徴において、ブラシの接触部及びセグメントの接触部の少なくとも一方は、周方向外側へ突出する複数の凸部を有する。この複数の凸部は、略軸方向又は略径方向へ鋸歯状に分散配置されている。なお、複数の凸部が軸方向へ分散配置される態様は、各セグメントが軸方向へ延在する円筒状整流子に適用される。複数の凸部が径方向へ分散配置される態様は、各セグメントが経方向へ延在する輪板状整流子に適用される。 In the second aspect of the present invention, at least one of the contact portion of the brush and the contact portion of the segment has a plurality of convex portions protruding outward in the circumferential direction. The plurality of convex portions are distributed in a sawtooth shape in a substantially axial direction or a substantially radial direction. In addition, the aspect by which the some convex part is distributedly arranged in an axial direction is applied to the cylindrical commutator in which each segment extends in the axial direction. The aspect in which the plurality of convex portions are distributed in the radial direction is applied to a ring-shaped commutator in which each segment extends in the warp direction.
すなわち、この発明は、セグメント及びブラシの前端又は後端が、回転方向と異なる方向（好適には回転方向と略直角方向）へ所定ピッチで配置された複数の凸部を有する。その結果、セグメントがブラシに接触する短絡の初期に、又は、セグメントがブラシから離れる遮断期間の直前において、接触領域の前端又は後端が凸部を通過する。その結果、セグメントとブラシとの間の接触面積は、この期間に小さくなり、電気抵抗が増大する。 That is, according to the present invention, the front end or the rear end of the segment and the brush has a plurality of convex portions arranged at a predetermined pitch in a direction different from the rotation direction (preferably in a direction substantially perpendicular to the rotation direction). As a result, the front end or the rear end of the contact area passes through the convex portion at the beginning of a short circuit in which the segment contacts the brush or immediately before the shut-off period in which the segment leaves the brush. As a result, the contact area between the segment and the brush decreases during this period and the electrical resistance increases.
たとえば、セグメントがブラシに接触する場合、まずセグメントの前端部の凸部がブラシに接触する。その後、凸部とブラシとの接触面積が増大する。最後に、ブラシは、凹部の後端に達する。その結果、セグメントとブラシとの接触期間の初期にセグメントとブラシとの間の接触抵抗は、セグメントの前端部が凹凸を持たない場合と比べて緩慢かつ早期に低下する。このため、このセグメントの接触により生じる部分コイルの短絡電流が急激に増大するのが抑制される。電流の２乗に比例するため、接触時の短絡電流の抵抗損失が低減される。 For example, when the segment contacts the brush, the convex portion at the front end of the segment first contacts the brush. Thereafter, the contact area between the convex portion and the brush increases. Finally, the brush reaches the rear end of the recess. As a result, the contact resistance between the segment and the brush at the beginning of the contact period between the segment and the brush decreases more slowly and earlier than when the front end portion of the segment does not have unevenness. For this reason, it is suppressed that the short circuit current of the partial coil produced by the contact of this segment increases rapidly. Since it is proportional to the square of the current, the resistance loss of the short-circuit current at the time of contact is reduced.
次に、セグメントがブラシから離れる場合、まずセグメントの後端部の凸部の根元がブラシから離れる。その後、凸部とブラシとの接触面積が減少する。最後に、ブラシは、凸部の先端から離れる。その結果、セグメントがブラシから離れる前に、セグメントとブラシとの間の接触抵抗が増大する。その結果、ブラシからこのセグメントを通じては、部分コイルに流れていた電流がこの接触抵抗の増大により低減されるため、セグメントがブラシから離れる直後のサージ電圧を低減することができる。 Next, when the segment moves away from the brush, first, the root of the convex portion at the rear end of the segment moves away from the brush. Thereafter, the contact area between the convex portion and the brush decreases. Finally, the brush moves away from the tip of the convex portion. As a result, the contact resistance between the segment and the brush increases before the segment leaves the brush. As a result, the current flowing in the partial coil from the brush through the segment is reduced by the increase in the contact resistance, so that the surge voltage immediately after the segment leaves the brush can be reduced.
なお、整流火花の抑制効果が相対的に重要であるため、セグメントがブラシに接触する時、言い換えれば短絡期間の初期における凸部は、省略されることができる。すなわち、セグメントの回転方向（周方向）の前端部、及び、ブラシの回転方向（周方向）の後端部に設ける凸部は省略されることができる。これにより、セグメント形状及びブラシ形状を簡素化しつつ、整流火花及びノイズを抑止し、ブラシの摩耗を減らすことができる。 Since the effect of suppressing the rectifying spark is relatively important, the convex portion at the initial stage of the short circuit period can be omitted when the segment contacts the brush. That is, the convex part provided in the front-end part of the rotation direction (circumferential direction) of a segment and the rear-end part of the rotation direction (circumferential direction) of a brush can be abbreviate | omitted. Thereby, while simplifying the segment shape and the brush shape, rectifying sparks and noise can be suppressed, and the wear of the brush can be reduced.
更に、この発明では、軸方向に所定ピッチ離れた複数の凸部が形成されるので、電流がセグメント及びブラシに局部的に集中するのを防止することができる。その結果、セグメントやブラシの局部的な温度上昇を抑止し、それらの局部的な摩耗を抑制することができる。 Further, in the present invention, since a plurality of convex portions separated by a predetermined pitch in the axial direction are formed, it is possible to prevent the current from being concentrated locally on the segment and the brush. As a result, the local temperature rise of the segments and brushes can be suppressed, and the local wear thereof can be suppressed.
好適な態様において、凸部は、周方向先端側に向けて次第に小さくなる軸方向（又は略径方向）の幅を有する。これにより、部分コイルの電流変化を緩慢化しつつ、凸部の機械的強度を向上することができる。 In a preferred aspect, the convex portion has a width in the axial direction (or substantially in the radial direction) that gradually decreases toward the distal end side in the circumferential direction. Thereby, the mechanical strength of a convex part can be improved, slowing down the electric current change of a partial coil.
好適な態様において、ブラシの接触部及びセグメントの接触部の少なくとも一方は、周方向前端及び周方向後端の両方に複数の凸部を有する。これにより、短絡時及び遮断時の両方において、ノイズを減らすことができる。 In a preferred aspect, at least one of the contact portion of the brush and the contact portion of the segment has a plurality of convex portions at both the circumferential front end and the circumferential rear end. Thereby, noise can be reduced both at the time of short circuit and at the time of interruption.
好適な態様において、セグメントの周方向前端の凸部は、周方向後端の凸部と軸方向（又は略径方向）へ半ピッチずれて配置される。これにより、ブラシ及びセグメントの摩耗が局部的に集中するのを防止することができる。更に、セグメントの周方向前端の凸部と、周方向後端の凸部とは、軸方向（又は略径方向）に見てオーバーラップすることができるため、整流子を小型化することができる。また、ブラシの軸方向各部のセグメント接触時間のばらつきを減らせるため、ブラシが局部的に摩耗するのを抑止することができる。 In a preferred aspect, the convex portion at the front end in the circumferential direction of the segment is arranged so as to be shifted from the convex portion at the rear end in the circumferential direction by a half pitch in the axial direction (or substantially radial direction). Thereby, it can prevent that the abrasion of a brush and a segment concentrates locally. Furthermore, the convex part at the circumferential front end and the convex part at the circumferential rear end of the segment can overlap when viewed in the axial direction (or substantially radial direction), and thus the commutator can be miniaturized. . Moreover, since the variation of the segment contact time of each part of an axial direction of a brush can be reduced, it can suppress that a brush wears locally.
また、一つのセグメントの凸部と隣接するセグメントの抵抗値の増大期間と他のセグメントの抵抗値の減少期間とが良好にオーバーラップするので、隣接する２つのセグメント間の円滑な電流切り替えが可能となる。 In addition, since the convexity of one segment and the resistance increase period of the adjacent segment overlap well with the resistance decrease period of the other segment, smooth current switching between two adjacent segments is possible. It becomes.
好適な態様において、セグメントの接触部は複数の凸部を有し、ブラシの接触部は複数の凸部をもたない。これにより、ブラシの製造工数の増大を防止できる。
好適な態様において、ブラシの接触部は複数の凸部を有し、セグメントの接触部は複数の凸部をもたない。これにより、セグメントの製造工数が増大するのを防止することができる。
In a preferred embodiment, the contact portion of the segment has a plurality of protrusions, and the contact portion of the brush does not have a plurality of protrusions. Thereby, the increase in the manufacturing man-hour of a brush can be prevented.
In a preferred embodiment, the contact portion of the brush has a plurality of convex portions, and the contact portion of the segment does not have a plurality of convex portions. Thereby, it can prevent that the manufacturing man-hour of a segment increases.
好適な態様において、ブラシの接触部及びセグメントの接触部の両方は、周方向前端及び周方向後端の両方に複数の凸部を有する。ブラシの凸部及びセグメントの凸部は略軸方向（又は略径方向）にほぼ等しい位置に配置される。これにより、ブラシの凸部の周方向長さ及びセグメントの凸部の周方向長さを減らしつつ、短絡期間初期及び遮断期間初期における抵抗変化を緩慢化することができる。 In a preferred embodiment, both the contact portion of the brush and the contact portion of the segment have a plurality of convex portions at both the circumferential front end and the circumferential rear end. The convex part of the brush and the convex part of the segment are arranged at substantially the same position in the substantially axial direction (or substantially radial direction). Thereby, the resistance change in the initial stage of the short circuit period and the initial period of the cutoff period can be slowed down while reducing the circumferential length of the convex part of the brush and the circumferential length of the convex part of the segment.
好適な態様において、ブラシは、セグメントに接触する接点部がセグメント側へ突出する金属ばね板からなり、上記凸部は、接点部に形成される。これにより、金属ばね板構造のブラシに容易に上記凸部を設けることができる。
好適な態様において、接点部は、金属ばね板を厚さ方向セグメント側へ塑性変形させられることにより突出する。これにより、凸部をもつ接点部を容易に形成することができる。
In a preferred embodiment, the brush comprises a metal spring plate in which a contact portion that contacts the segment protrudes toward the segment side, and the convex portion is formed on the contact portion. Thereby, the said convex part can be easily provided in the brush of a metal spring board structure.
In a preferred embodiment, the contact portion protrudes by plastic deformation of the metal spring plate toward the thickness direction segment side. Thereby, the contact part which has a convex part can be formed easily.
本発明の第３の特徴において、各相コイルとともにロータコアに巻かれて各相コイルと別々に磁気結合する複数の二次コイルが設けられる。複数の二次コイルは、順番に接続されて短絡閉回路を構成する。
すなわち、電機子巻線の相コイルは、トランスの一次コイルを兼ねるので、相コイルは二次コイルに誘導電圧を発生させる。一つの二次コイルは、閉回路に誘導電流を流す。その結果、閉回路は、この誘導電圧により発生する電力を消費したり、又は、他の二次コイルを通じて他の相コイルに電力を送電する。
In the third aspect of the present invention, there are provided a plurality of secondary coils wound around the rotor core together with each phase coil and magnetically coupled separately from each phase coil. The plurality of secondary coils are connected in order to form a short-circuit closed circuit.
That is, since the phase coil of the armature winding also serves as the primary coil of the transformer, the phase coil generates an induced voltage in the secondary coil. One secondary coil passes an induced current through the closed circuit. As a result, the closed circuit consumes electric power generated by this induced voltage, or transmits electric power to other phase coils through other secondary coils.
二次コイルに誘導される電圧は、磁気結合する相コイルに流れる電流の周波数に比例するので、相コイルに流れる交流電流のうちの高周波成分が選択的に二次コイルにより吸収される。たとえば、電機子巻線の各相コイルに生じる基本交流電圧成分に対してその５倍高調波電圧成分は基本交流電圧成分の５倍となる。二次コイルを含む短絡閉回路のインダクタンスが比較的小さければ、相コイルに発生する高周波電力の多くをこの短絡閉回路で多く消費することができる。 Since the voltage induced in the secondary coil is proportional to the frequency of the current flowing in the phase coil that is magnetically coupled, the high frequency component of the alternating current flowing in the phase coil is selectively absorbed by the secondary coil. For example, the harmonic voltage component that is five times higher than the basic AC voltage component generated in each phase coil of the armature winding is five times the basic AC voltage component. If the short-circuit closed circuit including the secondary coil has a relatively small inductance, much of the high-frequency power generated in the phase coil can be consumed by this short-circuit closed circuit.
たとえば、セグメントがブラシから離れることにより相コイルの電流が急減すると、二次コイルは、この電流急減による磁束変化を抑制しようとして誘導電流を流す。その結果、この相コイル及び二次コイルが巻かれた磁気回路の磁束変化率が減少する。その結果、部分コイルの誘導電圧が減少し、整流火花が抑制される。 For example, when the current of the phase coil suddenly decreases due to the segment being separated from the brush, the secondary coil passes an induced current in an attempt to suppress a change in magnetic flux due to this sudden decrease in current. As a result, the magnetic flux change rate of the magnetic circuit around which the phase coil and the secondary coil are wound is reduced. As a result, the induced voltage of the partial coil is reduced and the rectifying spark is suppressed.
各二次コイルは、直列接続される。各二次コイルは、それらのEMF電圧（界磁束による発電電圧）の和が０となる向きに直列接続される。また、第１の二次コイルに流れる電流が、第２の二次コイルと磁気結合する相コイルの電流が形成する磁束変化を促進する向きに接続されることが好ましい。相コイルは二次コイルとできるだけ良好に電磁結合することが好ましい。これにより、短絡閉回路の漏れインダクタンスを低減することができる。その結果、短絡閉回路に流れる誘導電流の変化がこの漏れインダクタンスにより抑制されるのを防止することができる。 Each secondary coil is connected in series. Each secondary coil is connected in series in such a direction that the sum of their EMF voltages (generated voltage due to the field flux) becomes zero. Moreover, it is preferable that the electric current which flows into a 1st secondary coil is connected in the direction which accelerates | stimulates the magnetic flux change which the electric current of the phase coil magnetically coupled with a 2nd secondary coil forms. The phase coil is preferably electromagnetically coupled with the secondary coil as well as possible. Thereby, the leakage inductance of a short circuit closed circuit can be reduced. As a result, it is possible to prevent a change in the induced current flowing through the short circuit closed circuit from being suppressed by this leakage inductance.
本発明の第４の特徴において、セグメントの間のギャップは所定のスキュー角を有して斜設される。ブラシは、軸方向に所定ギャップを隔てて配置された複数のブラシアームを有する。端部側のブラシアームは、中央部側のブラシアームよりも高い電気抵抗を有して電源に接続される。これにより、上記説明した理由により、整流火花及びノイズを低減することができる。 In the fourth aspect of the present invention, the gap between the segments is obliquely provided with a predetermined skew angle. The brush has a plurality of brush arms arranged with a predetermined gap in the axial direction. The brush arm on the end side has a higher electrical resistance than the brush arm on the center side and is connected to a power source. Thereby, rectification sparks and noise can be reduced for the reason described above.
（実施例１）
実施例１を図１を参照して説明する。図１は、一対のブラシを有するＤＣモータの整流機構を示す模式径方向断面図である。
（構成）
このＤＣモータは、電機子巻線３と整流子５と正ブラシ７００Aと負ブラシ７００Bとをもつ。電機子巻線３は、６つの相コイル（３１乃至３６）を有している。整流子５は、６つのセグメント（５１乃至５６）を有している。セグメント（５１乃至５６）は、相コイル（３１乃至３６）の接続点に接続されている。
Example 1
A first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic radial sectional view showing a rectifying mechanism of a DC motor having a pair of brushes.
(Constitution)
This DC motor has an armature winding 3, a
整流子５は、円筒状に配置された多数のセグメント（図略）により構成されている通常の円筒型整流子である。整流子５を円盤型整流子とすることは容易である。各セグメントは、ギャップを挟んで周方向へ配列されている。各セグメントは、黒鉛及び／又は銅合金材料により製造されている。各セグメントは、円筒形状の樹脂ホルダ（図示せず）に支持されている。樹脂ホルダは、直流モータの回転軸（図示せず）に固定されている。
The
整流機構は、整流子５の外周面に接触する正ブラシ７００A及び負ブラシ７００Bを有している。正ブラシ７００Ａ及び負ブラシ７００Ｂはそれぞれ、低抵抗の主ブラシ部７１０、高抵抗の絶縁層７１５及び低抵抗の補助ブラシ部７１３を有している。
主ブラシ部７１０、絶縁層７１５及び補助ブラシ部７１３は、互いに密着して周方向へ配列されている。主ブラシ部７１０、絶縁層７１５及び補助ブラシ部７１３は、一体化されている。
The rectifying mechanism includes a
The
主ブラシ部７１０及び補助ブラシ部７１３の主成分は、銅粉が混合された黒鉛である。主ブラシ部７１０及び補助ブラシ部７１３は、大きな比抵抗と小さい周方向厚さとをもつ。絶縁層７１５の主成分は、樹脂材料又は無機材料である。絶縁層７１５は、大きな比抵抗と小さい周方向厚さとをもつ。主ブラシ部７１０は、一対のブラシ（７００Ａ及び７００Ｂ）の後端部に配置された補助ブラシ部７１３よりも大きな周方向厚さをもつ。
The main component of the
主ブラシ部７１０と補助ブラシ部７１３との間の電流漏れを抑制できる範囲で、絶縁層７１５の厚さはできるだけ小さくされる。補助ブラシ部７１３の周方向幅は、セグメント（５１乃至５６）の間のギャップの周方向幅にほぼ等しくされることが好適である。
The thickness of the insulating
正ブラシ７００Ａの主ブラシ部７１０は、バッテリ１００の＋端子に接続されている。負ブラシ７００Ｂの主ブラシ部７１０は、バッテリ１００の−端子に接続されている。正ブラシ７００Ａの補助ブラシ部７１３は、ダイオード２００のカソードに接続されている。ダイオード２００のアノードは、バッテリ１００の−端子に接続されている。負ブラシ７００Ｂの補助ブラシ部７１３は、ダイオード２０１のアノードに接続されている。ダイオード２０１のカソードは、バッテリ１００の＋端子に接続されている。キャパシタ４００は、２つの補助ブラシ部７１３を交流的に接続している。この整流機構は、次の特徴をもつ。
The
（１） 正ブラシ７００Ａ及び負ブラシ７００Ｂは、主ブラシ部７１０の後端部に絶縁層７１５を挟んで一体に形成された補助ブラシ部７１３をそれぞれもつ。
（２） 一対の補助ブラシ部７１３は、電力回生用のダイオード２００及ダイオード３００を通じてバッテリ１００の両端に個別に接続されている。
（３） 一対の補助ブラシ部７１３は、キャパシタ４００により接続されている。キャパシタ４００は、補助ブラシ部７１３の電位変化を抑制するための回路素子である。
(1) Each of the
(2) The pair of
(3) The pair of
変形態様において、一端が補助ブラシ部７１３に接続されたキャパシタ４００の他端は、他の部位に接続されることができる。たとえば、キャパシタ４００は、ダイオード２００と並列接続されるキャパシタと、ダイオード３００と並列接続されるキャパシタとにより置換されることができる。
In a modified embodiment, the other end of the
（整流動作）
この整流機構の整流動作が以下に説明される。
（１）抵抗短絡動作
互いに周方向に隣接する第１セグメント及び第２セグメントの両方が正ブラシ７００Ａの主ブラシ部７１０又は負ブラシ７００Ｂの主ブラシ部７１０により短絡される時、両端がこれら第１セグメント及び第２セグメントに個別に接続される相コイルが短絡される。この短絡により、この相コイルの残留磁気エネルギーは、ブラシの抵抗により消費される。
(Rectifying operation)
The rectifying operation of this rectifying mechanism will be described below.
(1) Resistance short-circuit operation When both the first segment and the second segment adjacent to each other in the circumferential direction are short-circuited by the
（２）電力回生動作
図１において、矢印で示される電流iは、セグメントが主ブラシ部７１０から離れる時、残留磁気エネルギーが発生する電流の方向を示す。
第１セグメントが主ブラシ部７１０及び補助ブラシ部７１３の両方に接触し、かつ、第１のセグメントの後側に存在する第２セグメントが主ブラシ部７１０に接触している状態から、第１セグメントの後端が主ブラシ部７１０の前端から離れた状態に移行する時、第１セグメント及び第２セグメントに接続された相コイルの残留磁気エネルギーは、正ブラシ７００Ａの補助ブラシ部７１３から電流を吸収し、負ブラシ７００Ｂの補助ブラシ部７１３へ電流を流す。
(2) Power regeneration operation In FIG. 1, a current i indicated by an arrow indicates a direction of a current in which residual magnetic energy is generated when the segment is separated from the
From the state in which the first segment is in contact with both the
正ブラシ７００Ａの補助ブラシ部７１３は、ダイオード２００を通じてバッテリ１００の負極端から電流を吸収し、正ブラシ７００Ａの主ブラシ部７１０からバッテリ１００の正極端へ電流を流す。つまり、相コイルの残留磁気エネルギーは、バッテリ１００を充電する。
同様に、負ブラシ７００Ｂの補助ブラシ部７１３は、ダイオード３００を通じてバッテリ１００の正極端へ電流を流し、負ブラシ７００Ｂの主ブラシ部７１０を通じてバッテリ１００の負極端から電流を吸収する。つまり、相コイルの残留磁気エネルギーは、バッテリ１００を充電する。
The
Similarly, the
この電力回生動作は、前側の第１セグメントが補助ブラシ部７１３から離れる時、もしくは、後側の第２セグメントが補助ブラシ部７１３に接触する時、終了する。相コイルの残留磁気エネルギーは、大きな電圧をもつバッテリ１００の充電動作により、急速に減衰する。
後側の第２セグメントが補助ブラシ部７１３に接触した時、第１セグメントが補助ブラシ部７１３に接触している場合には、上記電力回生動作の後で、補助ブラシ部７１３による抵抗短絡動作が実施される。
This power regeneration operation is ended when the first segment on the front side moves away from the
When the second segment on the rear side is in contact with the
（３）キャパシタ４００の動作
セグメント５１の後端が正ブラシ７００Ａの主ブラシ部７１０の前端から離れる瞬間に、相コイル３１の残留磁気エネルギーは、セグメント５１の電位を急速に低下させる。同様に、セグメント５４の後端が負ブラシ７００Ｂの主ブラシ部７１０の前端から離れる瞬間に、相コイル３４の残留磁気エネルギーは、セグメント５４の電位を急速に増大させる。
(3) Operation of
キャパシタ４００は、セグメント５１が正ブラシ７００Ａの主ブラシ部７１０から離れる時、及び、セグメント５４が負ブラシ７００Ｂの主ブラシ部７１０から離れる時、キャパシタ４００がセグメント５１又はセグメント５４の電位の急速な変化を抑制する。セグメントの後端が主ブラシ部７１０の前端から離れた直後にキャパシタ４００に蓄電された電荷は、次のセグメントの前端が補助ブラシ部７１３に接触した後、放電される。
この実施例では、補助ブラシ部７１３が、主ブラシ部７１０と同一の比抵抗をもつ低抵抗体により構成される時、補助ブラシ部７１３及び主ブラシ部７１０は、同一材料により形成されることができる。補助ブラシ部７１３と主ブラシ部７１０との間の熱膨張率の差が無いため、正ブラシ７００Ａ及び負ブラシ７００Ｂの機械的接合強度が向上する。更に、正ブラシ７００Ａ及び負ブラシ７００Ｂの抵抗発熱が減るので、ブラシ温度の低下が実現する。
In this embodiment, when the
（製造方法）
主ブラシ部７１０、補助ブラシ部７１３及び絶縁層７１５は、一体に製造されることができる。たとえば、予め製造された絶縁層７１５の両側に黒鉛粒子を充填した後、それらを成形することにより、正ブラシ７００Ａ及び負ブラシ７００Ｂを製造することができる。
別々に製造された正ブラシ７００Ａ及び負ブラシ７００Ｂを絶縁層７１５を挟んで接着して、正ブラシ７００Ａ及び負ブラシ７００Ｂを製造することも可能である。
(Production method)
The
It is also possible to manufacture the
（変形態様１）
補助ブラシ部７１３は、主ブラシ部７１０よりも大きな比抵抗をもつことができる。その結果、セグメントの残留磁気エネルギーは、補助ブラシ部７１３の電気抵抗による電力消費と、バッテリによる電力回収の両方により急速に減衰する。
(Modification 1)
The
（変形態様２）
ダイオード２００又はダイオード３００と直列に抵抗素子を接続してもよい。その結果、セグメントの残留磁気エネルギーは、抵抗素子の電気抵抗による電力消費と、バッテリによる電力回収の両方により急速に減衰する。
(Modification 2)
A resistance element may be connected in series with the
（変形態様３）
キャパシタ４００の省略は、可能である。
（変形態様４）
図１は、一対のブラシをもすＤＣモータを示す。この実施例の整流機構は、多対のブラシをもつＤＣモータにも適用することができる。図２は、２対のブラシをもつＤＣモータに採用された整流機構を示す。２つの正ブラシ７００Ａと２つの負ブラシ７００Ｂとが整流子５に接触している。ブラシ間隔は９０度である。キャパシタ４００、ダイオード２００及びダイオード３００は共用されている。整流子５は、電気絶縁性のブラシホルダ（図示せず）を介して回転軸２に固定されている。
(Modification 3)
The
(Modification 4)
FIG. 1 shows a DC motor having a pair of brushes. The rectifying mechanism of this embodiment can also be applied to a DC motor having many pairs of brushes. FIG. 2 shows a rectifying mechanism employed in a DC motor having two pairs of brushes. Two
（変形態様５）
電力回生のための補助ブラシ部７１３は、主ブラシ部７１０の前端側に設けられることができる。図３（A）は、第１の補助ブラシ部７１３及び第２の補助ブラシ部７１２をもつ整流機構を示す径方向模式断面図である。補助ブラシ部７１３は、絶縁層７１５を介して主ブラシ部７１０の周方向後方後端側に接合されている。第２の補助ブラシ部７１２は、絶縁層７１５を挟んで主ブラシ部７１０の周方向前端側に接合されている。
(Modification 5)
The
第２の補助ブラシ部７１２に電流を流すダイオードのペア及びキャパシタは、第１の補助ブラシ部７１３に電流を流すダイオードのペア及びキャパシタとは別に設けられている。その結果、ＤＣモータは、反対方向へ回転する時に相コイルの残留磁気エネルギーを回生することができる。
図３（A）の整流機構の変形態様が図３（B）に示されている。図３（B）において、図３（A）の整流機構のキャパシタが省略されている。
The diode pair and the capacitor for supplying current to the second
A modification of the rectifying mechanism of FIG. 3A is shown in FIG. In FIG. 3 (B), the capacitor of the rectifying mechanism of FIG. 3 (A) is omitted.
（実施例２）
実施例２の整流機構が図４（A）、図４（B）及び図４（C）を参照して説明される。整流子５は、３つのセグメント５A、５B及び５Cをもつ。実施例１（図１）に示されたダイオード２００及びダイオード３００は、省略されている。キャパシタ４００は、正ブラシ７００Ａの補助ブラシ部７１３と負ブラシ７００Ｂの補助ブラシ部７１３とを接続している。
(Example 2)
The rectifying mechanism of
（キャパシタ４００の動作）
図４（A）は、セグメント５Aの前端が正ブラシ７００Ａの補助ブラシ部７１３に接触した瞬間を示す。正ブラシ７００Ａの主ブラシ部７１０は、補助ブラシ部７１３を通じてキャパシタ４００を充電する。
図４（B）は、セグメント５Aの後端が正ブラシ７００Ａの主ブラシ部７１０から離れる瞬間を示す。キャパシタ４００は、正ブラシ７００Ａの補助ブラシ部７１３を通じてセグメント５Aに放電する。その後、キャパシタ４００は、逆方向に充電される。
この逆充電は、セグメント５（A）の後端が正ブラシ７００Ａの補助ブラシ部７１３から離れる時点（図４（C））まで続く。この逆充電は、次のセグメント５Cの前端が正ブラシ７００Ａの補助ブラシ部７１３に接触することにより、解消される。
(Operation of the capacitor 400)
FIG. 4A shows a moment when the front end of the segment 5A comes into contact with the
FIG. 4B shows a moment when the rear end of the segment 5A leaves the
This reverse charging continues until the rear end of the segment 5 (A) is separated from the
図５（A）、図５（B）及び図５（C）は、キャパシタ４００がセグメント５Aと負ブラシ７００Ｂとの接触により充放電する状態を示す。図５（A）は、図４（A）に相当する。図５（B）は、図４（B）に相当する。図５（C）は図４（C）に相当する。
FIGS. 5A, 5B, and 5C show a state where the
（実施例３）
実施例３の整流機構が図６を参照して説明される。図６は、この整流機構を示す模式径方向断面図である。
(Example 3)
A rectifying mechanism of
整流子５は、円筒状に配列された多数のセグメントにより構成されている。各セグメントは、黒鉛粉末を含む銅粉末により製造されている。小さい周方向隙間（セグメントギャップ）が各セグメントの間に設けられている。各セグメントは、円筒形状の樹脂ホルダ５０により機械的に支持されている。樹脂ホルダ５０は、ＤＣモータの回転軸２に嵌められている。
The
整流機構は、ブラシ装置７A及びブラシ装置７Ｂをもつ。ブラシ装置７A及びブラシ装置７Ｂは、互いに周方向に１８０度離れている。ブラシ装置７A及びブラシ装置７Ｂはそれぞれ、ブラシ７００、ブラシホルダ７０１及びスプリング７０２を有している。黒鉛材料からなるブラシ７００は、樹脂製のブラシホルダ７０１に収容されている。スプリング７０２は、ブラシ７００を整流子５に押しつけている。ブラシ装置７Aのブラシ７００は電源の＋端子に接続されている。ブラシ装置７Ｂのブラシ７００は電源の−端子に接続されている。このブラシ装置７A及びブラシ装置７Ｂは、通常のブラシ装置と基本的に同じである。
The rectifying mechanism has a
（ブラシ７００の構造）
ブラシ７００は、周方向（接線方向を言う）へ順次積層された低抵抗の補助ブラシ部７１２、高抵抗の絶縁層７１４、低抵抗の主ブラシ部７１０、高抵抗の絶縁層７１５及び低抵抗の補助ブラシ部７１３をもつ。
(Brush 700 structure)
The
補助ブラシ部７１２、主ブラシ部７１０及び補助ブラシ部７１３は、焼結黒鉛に混入する銅粉含有率を増大して構成されている。絶縁層７１４及絶縁層７１５は、焼結黒鉛に混入する電気絶縁粉末の含有率を大幅に増大して構成されている。電気絶縁粉末は、窒化物及び酸化物を採用することができる。電気絶縁粉末は、アルミナ又はシリカの微粉末を採用することができる。絶縁層７１４及び絶縁層７１５は、有機絶縁材料により形成されることができる。
The
周方向中央部に配置される主ブラシ部７１０は、周方向両側の補助ブラシ部７１２及び補助ブラシ部７１３よりも大きな周方向厚さをもつ。絶縁層は、補助ブラシ部及び主ブラシ部よりも大きな電気抵抗を確保できる範囲でできるだけ薄く形成されている。たとえば、一つの補助ブラシ部の周方向厚さはブラシ７００の全周方向厚さの２０％とされる。
The
たとえば、絶縁層７１５の周方向厚さは、ブラシ７００の全周方向厚さの５５％以上とされる。たとえば、絶縁層の周方向厚さは、ブラシ７００の全周方向厚さの２．５％以下とされる。たとえば、絶縁層は、補助ブラシ部及び主ブラシ部よりも１０倍以上、更に好適には２０倍以上大きな比抵抗をもつ。
For example, the circumferential thickness of the insulating
主ブラシ部及び補助ブラシ部は、等しい比抵抗をもつことが好ましい。主ブラシ部７１０の上端面は、図略のピグテールにより電源に接続されている。補助ブラシ部の上端面は、図略の抵抗素子ｒを通じて中央の低抵抗層７１０の上端面又は電源に接続されている。
The main brush portion and the auxiliary brush portion preferably have equal specific resistance. The upper end surface of the
この整流機構の動作が図７を参照して以下に説明される。
整流子５のセグメント５２が主ブラシ部７１０に接触している。整流子５のセグメント５１が補助ブラシ部７１２に接触を開始した後、両端がセグメント５１及び５２に接続される相コイルＬ１は、主ブラシ部７１０、セグメント５２、相コイルＬ１、セグメント５１、補助ブラシ部７１２及び抵抗素子ｒにより短絡される。
The operation of this rectifying mechanism will be described below with reference to FIG.
A
絶縁層７１４の抵抗値が高いため、絶縁層７１４を通じて流れるブラシ７００内の短絡電流は、十分に小さい。その結果、相コイルＬ１の蓄積エネルギーのほとんどは、抵抗素子ｒにより消費される。この電力消費により、火花発生が防止される。更に、ブラシ７００の温度上昇が低減される。
Since the resistance value of the insulating
セグメント５２が主ブラシ部７１０に接触し、セグメント５３が補助ブラシ部７１３から離れた後、相コイルＬ２は、補助ブラシ部７１３、セグメント５３、相コイルＬ２、セグメント５２、主ブラシ部７１０及び抵抗素子ｒにより短絡される。絶縁層７１５の抵抗値が高いため、絶縁層７１５を通じて流れるブラシ７００内の短絡電流は、十分に小さい。その結果、相コイルＬ２の残留磁気エネルギーは、抵抗素子ｒによる電力消費により消費される。この電力消費により、火花発生が防止される。更に、ブラシ７００の温度上昇が低減される。
After the
主ブラシ部７１０、絶縁層７１５及び補助ブラシ部７１３の形成は、順次実施されるブラシ粉の堆積工程における成分変更により実現されることができる。その他、２つの低抵抗ブラシの少なくとも一方の表面に絶縁層７１５を形成した後、それらを接着して作製することもできる。
The formation of the
（変形態様１）
抵抗素子ｒはブラシ７００の上端面に固定されることができる。図８において、輪板状の中抵抗層７１６により形成された抵抗素子ｒがブラシ７００の上端面に設けられている。中抵抗層７１６は、低抵抗層７１０、７１２及び７１３より高く、かつ、高抵抗層７１４及び７１５より低い電気抵抗をもつ。中抵抗層７１６の放熱性は優秀である。中抵抗層７１６は、ブラシ７００の内部発熱を減らす。中抵抗層７１６は、黒鉛粒子に電気絶縁粉末を混合して成形することができる他、抵抗粉末液を塗布し、焼成して形成することもできる。
(Modification 1)
The resistance element r can be fixed to the upper end surface of the
（変形態様２）
図９は、補助ブラシ部７１２の前側面及び補助ブラシ部７１３の後側面に非常に抵抗値が小さい極小抵抗層７１８を設けた例を示す。この極小抵抗層７１８は、たとえば銅箔により構成される。これらの極小抵抗層７１８は、補助ブラシ部７１２及び補助ブラシ部７１３内の発熱を減少させる。
(Modification 2)
FIG. 9 shows an example in which a
（変形態様３）
図１０は、輪板状の中抵抗層７１６からなる抵抗素子ｒをブラシ７００の上端面に接触させた例を示す。中抵抗層７１６は、主ブラシ部７１０及び補助ブラシ部より高く、かつ、絶縁層より低い電気抵抗をもつ。中抵抗層７１６は、ピグテール７１７に接触している。
(Modification 3)
FIG. 10 shows an example in which a resistance element r composed of a ring-shaped
（変形態様４）
図１１は、ブラシ７００の全側面に中抵抗相７１６を設けた例を示す。
（変形態様５）
図１２は、前側の補助ブラシ部７１２、絶縁層７１４及び抵抗素子ｒを省略した例を示す。主ブラシ部７１０に通電するピグテール７１７は、回転方向の上流方向へ伸びている。抵抗素子ｒをなす中抵抗層７１６がブラシ７００の上端面に固定されている。
(Modification 4)
FIG. 11 shows an example in which a
(Modification 5)
FIG. 12 shows an example in which the front
（変形態様６）
図１３は、下流側の抵抗素子ｒをダイオードDに変更した例を示す。主ブラシ部７１０は直流電源の＋端子に接続されている。ダイオードDのアノードは直流電源の−端子に接続されている。ダイオードDのカソードは補助ブラシ部７１３の上部に接続されている。
セグメント５３が主ブラシ部７１０から離れ始めると、セグメント５３に接触する補助ブラシ部７１３の電位が低下する。この電位低下により、直流電源の−端子からダイオードD、補助ブラシ部７１３及びセグメント５３を通じてロータコイルに通電が行われる。これにより電力が回収される。
(Deformation mode 6)
FIG. 13 shows an example in which the downstream resistance element r is changed to a diode D. The
When the
（変形態様７）
図１４は、下流側の抵抗素子ｒをダイオードDに変更した例を示す。主ブラシ部７１０は直流電源の−端子に接続されている。ダイオードDのカソードは直流電源の＋端子に接続されている。ダイオードDのアノードは補助ブラシ部７１３の上部に接続されている。
セグメント５３が主ブラシ部７１０から離れ始めると、セグメント５３に接触する補助ブラシ部７１３の電位が上昇する。この電位上昇により、ロータコイルの残留磁気エネルギーがセグメント５３、補助ブラシ部７１３、ダイオードDを通じて直流電源の＋端子に回収される。
(Deformation mode 7)
FIG. 14 shows an example in which the downstream resistance element r is changed to a diode D. The
When the
（実施例４）
実施例４の整流機構が図１５及び図１６を参照して説明される。図１５は、整流機構を示す模式径方向断面図である。図１６は、整流子５のセグメントの形状を示す周方向部分展開図である。
樹脂筒からなる整流子ホルダ５０が回転軸２に嵌められている。セグメント（５１、５２及び５３）が整流子ホルダ５０の外周面に固定されている。図５において、セグメント５３の図示は省略されている。
Example 4
A rectifying mechanism of
A
整流子５は、整流子ホルダ５０及びセグメント（５１、５２及び５３）を有している。ブラシ７は、導体ばね板７１と、この導体ばね板７１に接合された貴金属からなる接点部７２とを有する。ブラシ７は、図略のブラシホルダに固定されている。セグメント（５１、５２及び５３）の前端及び後端は、鋸歯状に形成されて軸方向（AX）に延在している。PHは周方向である。
The
５１１はセグメント５１の後端である。５１２はセグメント５１の前端である。５２２はセグメント５５２の前端である。５３１はセグメント５３の後端である。Wbはブラシ７の接点部７２の軸方向幅である。セグメント５１の前端５１１は、軸方向へ所定ピッチで配列された４つの凸部５４をもつ。各凸部５４は所定ピッチで周方向前方へ突出している。Rは回転方向を示す。セグメント５１の後端５１２は４つの凸部５４をもつ。軸方向へ所定ピッチで配列された４つの凸部５４は所定ピッチで周方向後方へ突出している。
Reference numeral 511 denotes the rear end of the
セグメント５２の後端５２２は４つの凸部５４をもつ。軸方向へ所定ピッチで配列された４つの凸部５４は所定ピッチで周方向後方へ突出している。セグメント５３の前端５３１は、軸方向へ所定ピッチで配列された４つの凸部５４をもつ。各凸部５４は所定ピッチで周方向前方へ突出している。各セグメント５１、５２及び５３の前端部及び後端部は鋸歯状のエッジをもつ。
The
互いに隣接する２つのセグメントの凸部５４は軸方向へ半ピッチずれて配置されている。これにより、互いに隣接する２つのセグメントの凸部５４は軸方向に見てオーバーラップしている。すなわち、それらは所定ギャップを隔てて噛み合っている。凸部５４は、周方向先端側へ向けて先細形状となっている。
The
（凸部５４）
凸部５４の機能が以下に説明される。セグメント５１、５２及び５３がブラシ７の接点部７２に接触するタイミング、及び、ブラシ７の接点部７２から離れるタイミングにて、電流は凸部５４の電気抵抗値Δｒによる抵抗損失が生じる。このため、整流火花やノイズを低減することができる。
(Convex part 54)
The function of the
（変形態様１）
変形態様１が図１７及び図１８を参照して説明される。図１７は、ブラシ７の模式平面図である。図１８は、ブラシ７の部分径方向断面図である。ブラシ７は、ブロック状の黒鉛からなる。ブラシ７は、ブロック状の中央部７３をもつ。ブラシ７の周方向前端部は周方向前方へ突出する３つの凸部７４をもつ。３つの凸部７４は軸方向AXへ所定ピッチで配列されている。ブラシ７の周方向後端部は周方向前方へ突出する３つの凸部７５をもつ。３つの凸部７５は軸方向AXへ所定ピッチで配列されている。すなわち、ブラシ７の前端部及び後端部は、鋸歯状に形成されて軸方向へ延在している。
(Modification 1)
ブラシ７の凸部７４及び凸部７５は、セグメント５１の凸部５４と軸方向等しい位置に配置されている。セグメント５２及び５３の凸部５４も同じく、ブラシ７の凸部７４及び凸部７５と重なる位置に配置されている。したがって、セグメントがブラシ７と接離する時に、凸部７４及び７５の電気抵抗と凸部５４の電気抵抗とが追加されるので、抵抗損失が増大する。その結果、整流火花及びノイズが低減される。
The
（変形態様２）
変形態様２が図１９及び図２０を参照して説明される。図１９はリード形状のブラシ７の部分平面図である。図２０は、リード形状のブラシ７の側面図である。ブラシ７の凸部７４及び凸部７５は、ブラシ７の金属ばね板７１に固定された接点部７２により構成されている。接点部７２は金属ばね板７１に接合されている。貴金属材料でできた接点部７２の周方向前端部には凸部７４が設けられている。同様に、接点部７２の周方向後端部には凸部７５が設けられている。このようにすれば、バネ板形状のブラシ７にも凸部７４及び７５を簡単に形成することができる。
(Modification 2)
The deformation |
（変形態様３）
変形態様３が図２１を参照して説明される。この変形態様は、ブラシ７の凸部７４及び７５を、金属ばね板７１を打ち出し成形することにより形成することをその特徴としている。金属ばね板７１は銅合金であり、比較的容易に塑性変形することができる。
(Modification 3)
The
（変形態様４）
変形態様４が図２２を参照して説明される。図２２は、整流子５の正面図である。この変形態様では、整流子８が輪板状に形成されている。整流子８は、回転軸２に嵌着、固定されている。整流子８は、回転対称配置された扇状のセグメント５１、５２及び５３をもつ。＋ブラシ９１及び−ブラシ９２は、黒鉛ブロックにより形成されている。＋ブラシ９１及び−ブラシ９２は、セグメント５１、５２及び５３に接している。＋ブラシ９１及び−ブラシ９２の周方向前端部は、２つの凸部７４をもつ。＋ブラシ９１及び−ブラシ９２の周方向後端部は、２つの凸部７５をもつ。これにより、既述された凸部７４及び７５による整流火花抑制効果を実現することができる。
(Modification 4)
図２２において、セグメント５１、５２及び５３は凸部５４をもつことができることは当然である。図２２のセグメント５１、５２及び５３の周方向前端部及び周方向後端部は径方向に延在しているが、斜めに延在することもできる。
In FIG. 22, it is natural that the
（実施例５）
実施例５の整流機構が図２３乃至図２５を参照して説明される。図２３は、この整流機構のブラシ７近傍を示す模式平面図である。図２４はこの整流機構のブラシ７の側面図である。図２５はブラシ７の基部を示す正面図である。ブラシ７は、ブラシ付きＤＣモータの一対のブラシの一つである。たとえば＋ブラシであるブラシ７は、L字形の銅合金板に図略の接点部を接合して構成されている。図２３において、回転軸２の一部、整流子５及びセグメント５１、５２が図示されている。セグメント５３は図１３において隠れている。
(Example 5)
A rectifying mechanism according to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 23 is a schematic plan view showing the vicinity of the
ブラシ７は、ブラシアーム（７X、７Y及び７Z）、ベースアーム（７９X、７９Y及び７９Z）、及び、ベース板７００により構成されている。ブラシアーム（７X、７Y及び７Z）は、回転軸２と略直角方向へ互いに平行に延在する（図２３参照）。平板状のブラシアーム（７X、７Y及び７Z）は、それぞれセグメント（５１、５２及び５３）に摺接する。ブラシアーム７Ｘは、平板状のベースアーム７９Xの先端から直角に延在している。
The
ブラシアーム７Ｙは、平板状のベースアーム７９Yの先端から直角に延在している。ブラシアーム７Zは、平板状のベースアーム７９Zの先端から直角に延在している。ベースアーム（７９X、７９Ｙ及び７９Ｚ）は、幅広い平板状のベース板７００から延在している。この種の３アーム型の金属板ブラシは、周知の構造である。細幅のベースアーム（７９Ｘ及び７９Ｚはブラシホルダ７８）に支持される。図略の−ブラシも上記と同様の構造を有する。
The
この実施形態の特徴は、両側のベースアーム７９X及び７９Ｚが、中央部のベースアーム７９Ｙよりも狭く形成されている点にその特徴がある。したがって、両側のベースアーム（７９X及び７９Ｚ）は、中央部のベースアーム７９Ｙよりも大きな電気抵抗値をもつ。セグメント（５１、５２及び５３）の間のギャップｇが、軸方向に対して斜めに延在している（すなわちスキュー角をもつ）点にその特徴がある。
The feature of this embodiment is that the base arms 79X and 79Z on both sides are formed narrower than the
この実施例の整流構造の効果が以下に説明される。この実施例では、セグメント（５１、５２及び５３）の前端及び後端の周方向位置がずれている。したって、ブラシ７のブラシアーム（７Ｘ、７Ｙ及び７Ｚ）が、セグメントに接続されるタイミング、及び、セグメントから離れるタイミングが異なる。たとえば、図２３において、回転軸２がCCW方向へ回転していると仮定される時、ブラシアーム７Ｚは、ブラシアーム７Ｙよりも遅くセグメント５１から離れる。同様に、ブラシアーム７Ｘはブラシアーム７Ｙよりも早くセグメント５５２に接触する。
The effect of the rectifying structure of this embodiment will be described below. In this embodiment, the circumferential positions of the front and rear ends of the segments (51, 52 and 53) are shifted. Therefore, the timing at which the brush arms (7X, 7Y and 7Z) of the
ブラシアーム（７Ｘ及び７Ｚ）につながるベースアーム（７９X及び７９Ｚ）はブラシアーム７７Ｙよりも幅が狭く形成されている。なお、ブラシアーム（７Ｘ及び７Ｚ）がブラシアーム７Ｙよりも狭い幅をもつことも当然可能である。したがって、セグメント５１がブラシ７から離れる直前において、ブラシ７の電気抵抗が増大する。
Base arms (79X and 79Z) connected to the brush arms (7X and 7Z) are formed narrower than the brush arm 77Y. Of course, the brush arms (7X and 7Z) may have a narrower width than the
同様に、セグメント５２がブラシ７に接触した直後において、ブラシ７の電気抵抗が増大する。セグメント（５１、５２及び５３）の間に接続される部分コイルの磁気エネルギーはブラシの大きな電気抵抗により急速に消費される。その結果、ブラシとセグメントとの接触時及び離脱時の部分コイルの電流変化が抑制され、整流火花やノイズが抑制される。
Similarly, immediately after the
（変形態様１）
ブラシアーム７Ｘ及びベースアーム７９Ｘ（前アームと呼ばれる）、並びに、ブラシアーム７Z及びベースアーム７９Z（後アームと呼ばれる）は、ブラシアーム７Ｙ及びベースアーム７９Ｙ（中央アームと呼ばれる）よりも薄くされたり、固有抵抗（比抵抗）が大きい材料を用いて形成されることができる。
(Modification 1)
The
（変形態様２）
前アーム及び後アームのどちらかを省略したり、あるいは前アーム及び後アームをそれぞれ複数設けてもよい。
（変形態様３）
上記実施例では、ブラシ７の前アーム及び後アームを中央アームよりも狭幅として、前アーム及び後アームの抵抗値を高めていた。図２６に示されるこの変形態様では、角孔７０１がベースアーム７９Ｘ及び７９Ｚに設けられる。その結果、ベースアーム（７９Ｘ、７９Ｙ及び７９Ｚ）の抵抗値が増大する。角孔７０１はブラシアーム７Ｘ及び７Ｚに設けられてもよい。
(Modification 2)
Either the front arm or the rear arm may be omitted, or a plurality of front arms and rear arms may be provided.
(Modification 3)
In the above embodiment, the front arm and the rear arm of the
（実施例６）
実施例６のブラシ付きモータの整流機構が図面を参照して説明される。
（全体構造）
図２７は、この実施例のＤＣモータの全体構造を示す模式径方向断面図である。ブラシ及びモータハウジングの図示は省略されている。
(Example 6)
A rectifying mechanism of a brushed motor according to Embodiment 6 will be described with reference to the drawings.
(Overall structure)
FIG. 27 is a schematic radial cross-sectional view showing the overall structure of the DC motor of this embodiment. The brush and the motor housing are not shown.
積層軟磁性鋼板からなるロータコア１が回転軸２に固定されている。回転軸２は軸受けを通じて図略のモータハウジングに回転自在に支持されている。ロータコア１は３つの磁極部（１１A、１２A及び１３A）をもつ。磁極部（１１Ａ、１２Ａ及び１３Ａ）は、径外方向へ回転対称に突出している。相コイル（３１、３２及び３３）が磁極部（１１A、１２A及び１３A）に別々に集中巻きされている。
A
相コイル（３１、３２及び３３）は電機子巻線３を構成する。３相の磁極部（１１A、１２A及び１３A）は、界磁極（４１及び４２）の先端部に対して径方向に対面している。界磁極（４１及び４２）の根元部は、円筒状のヨーク部４３により磁気的に連結されている。界磁極（４１及び４２）はヨーク部４３とともにステータ４を構成する。この実施例では、界磁極（４１及び４２）は、永久磁石により構成されている。もちろん、界磁極（４１及び４２）は、界磁コイルにより励磁される磁性部材により構成されることができる。
The phase coils (31, 32 and 33) constitute the armature winding 3. The three-phase magnetic pole portions (11A, 12A, and 13A) face the tip portions of the field magnetic poles (41 and 42) in the radial direction. The base portions of the field poles (41 and 42) are magnetically connected by a
整流子５は、回転対称に配置された３つのセグメント（５１、５２及び５３）をもつ。セグメント（５１、５２及び５３）は、樹脂筒形状の整流子ホルダ（図示せず）の外周面に固定されている。整流子ホルダは、回転軸２に嵌着、固定されている。セグメント（５１、５２及び５３）は、回転対称に配置されている。Δ接続された３つの相コイル（３１、３２及び３３）の３つの接続点は、セグメント（５１、５２及び５３）に別々に接続されている。上記説明した２極３相型のブラシ付きＤＣモータは周知であるため、これ以上の説明は省略される。
The
この実施例の特徴は、二次コイル（３１A、３２A及び３３A）が相コイル（３１、３２及び３３）の上に巻かれている点にある。二次コイル（３１A、３２A及び３３A）はシート状の銅板により構成されている。二次コイル（３１A、３２A及び３３A）のターン数は１より大きいが、相コイル（３１、３２及び３３）よりも小さい。けれども、二次コイル（３１A、３２A及び３３A）の断面積は、相コイル（３１、３２及び３３）の断面積よりも格段に大きい。 This embodiment is characterized in that the secondary coils (31A, 32A and 33A) are wound on the phase coils (31, 32 and 33). The secondary coils (31A, 32A and 33A) are composed of sheet-like copper plates. The number of turns of the secondary coils (31A, 32A and 33A) is larger than 1, but smaller than that of the phase coils (31, 32 and 33). However, the cross-sectional areas of the secondary coils (31A, 32A, and 33A) are much larger than the cross-sectional areas of the phase coils (31, 32, and 33).
（ロータ回路）
二次コイル（３１Ａ、３２Ａ及び３３Ａ）は、図２８に示すようにΔ接続されて短絡閉回路を構成している。図２８は、図２７の電機子巻線及び短絡閉回路を示す等価回路である。Uは相コイル３１である。Vは相コイル３２である。Wは相コイル３３である。USは二次コイル３１Ａである。VSは二次コイル３２Ａである。WSは二次コイル３３Ａである。端子aはセグメント５３に接続される。端子bはセグメント５１に接続される。端子ｃはセグメント５２に接続される。
(Rotor circuit)
The secondary coils (31A, 32A, and 33A) are Δ-connected as shown in FIG. 28 to form a short-circuit closed circuit. FIG. 28 is an equivalent circuit showing the armature winding and the short-circuit closed circuit of FIG. U is a
二次コイル（３１Ａ、３２Ａ及び３３Ａ）の動作が図２９を参照して詳しく説明される。図２９は二次コイル（３１Ａ、３２Ａ及び３３Ａ）及び相コイル（３１、３２及び３３）の等価回路図である。相コイルU及び二次コイルUSはU相のトランスを構成している。相コイルV及び二次コイルVSはV相のトランスを構成している。相コイルW及び二次コイルWSはW相のトランスを構成している。 The operation of the secondary coils (31A, 32A and 33A) will be described in detail with reference to FIG. FIG. 29 is an equivalent circuit diagram of the secondary coil (31A, 32A and 33A) and the phase coil (31, 32 and 33). The phase coil U and the secondary coil US constitute a U-phase transformer. The phase coil V and the secondary coil VS constitute a V-phase transformer. The phase coil W and the secondary coil WS constitute a W-phase transformer.
界磁束と鎖交することにより、相コイルUは電圧EmfU1を発電する。同様に、相コイルVは電圧EmfV1を発電し、相コイルWは電圧EmfW1を発電する。同様に、二次コイルＵＳは電圧EmfU２を発電し、二次コイルVSは電圧EmfV２を発電し、二次コイルWＳは電圧EmfW２を発電する。電圧の合計（EmfU1＋EmfV1＋EmfW1）は略０と見なされる。同様に、電圧の合計（EmfU２＋EmfV２＋EmfW２）は略０と見なされる。 By interlinking with the field flux, the phase coil U generates a voltage EmfU1. Similarly, phase coil V generates voltage EmfV1, and phase coil W generates voltage EmfW1. Similarly, the secondary coil US generates the voltage EmfU2, the secondary coil VS generates the voltage EmfV2, and the secondary coil WS generates the voltage EmfW2. The total voltage (EmfU1 + EmfV1 + EmfW1) is considered to be approximately zero. Similarly, the sum of the voltages (EmfU2 + EmfV2 + EmfW2) is considered to be approximately zero.
＋ブラシ及び−ブラシのペアとセグメント５１、５２及び５３との接離は、３つのハーフブリッジ回路６１、６２及び６３からなる３相インバータにより等価される。ブラシとセグメントとの間の電気抵抗は、可変抵抗素子ｒ１、ｒ２及びｒ３により等価される。二次コイルUS（二次コイル３３A）、二次コイルVS（二次コイル３１A）及び二次コイルWS（二次コイル３２A）は、相コイル３１、３２及び３３と磁極部１１Ａ、１２Ａ及び１３Ａとの間に巻かれることもできる。
The contact / separation between the pair of + brush and −brush and the
このＤＣモータの動作が説明される。図２９は、セグメント５３が＋ブラシから離れるタイミングを示している。セグメント５３が＋ブラシから離れる期間に、相コイルWに流れているW相電流が急減する。その結果、二次コイルWＳに誘導電圧Viが発生する。その結果、誘導電流すなわち二次電流が二次コイルWＳが巻かれた磁極部１３Aの磁束変化を抑制する向きに流れる。その結果、相コイルWに蓄積された磁気エネルギーは急速に消耗し、整流火花及びノイズを抑制することができる。
The operation of this DC motor will be described. FIG. 29 shows the timing at which the
更に、二次コイルWＳに流れる電流は、二次コイルＵＳ及びVSを通じて循環する。二次コイルＵＳ及びVSは、相コイルU及びVと磁気結合することにより、トランスを構成している。したがって、このトランスを理想トランスと見なせば、相コイルU及びVの電流は、二次コイルＵＳ及びVSの電流に応じて変化する。 Furthermore, the current flowing through the secondary coil WS circulates through the secondary coils US and VS. Secondary coils US and VS constitute a transformer by magnetically coupling with phase coils U and V. Therefore, if this transformer is regarded as an ideal transformer, the currents of the phase coils U and V change according to the currents of the secondary coils US and VS.
この実施例では、二次コイルWＳの誘導電圧により、相コイルUが巻かれた磁極の磁束形成が促進される。つまり、セグメント５３が＋ブラシから離れる前には、相コイルUの両端は＋Vであり、電流は０である。セグメント５３が＋ブラシから離れることにより、セグメント５３の電位が低下して、相コイルUの電流が増大する。
In this embodiment, the magnetic flux formation of the magnetic pole around which the phase coil U is wound is promoted by the induced voltage of the secondary coil WS. That is, before the
相コイルUの電流増加は相コイルUのインダクタンスにより遅れる。この遅れは、二次コイルＵＳに流れる電流により補償されるので、相コイルUの電流増加が促進される。 The current increase in the phase coil U is delayed by the inductance of the phase coil U. Since this delay is compensated by the current flowing through the secondary coil US, the current increase in the phase coil U is promoted.
すなわち、一つの相コイルの磁気エネルギーを消滅させる期間にこの相コイルとともに巻かれた二次コイルに流れる誘導電流は、この一つの相コイルの電流消滅を促進し、他の相コイルの電流増大を加速する。結局、二次コイル（US、VS及びWS）は整流火花を抑制する。
上記トランス作用が、図３０に示すタイミングチャートを参照して更に詳しく説明される。図３０において、時点（ｔ１８〜ｔ１８）は、ロータの１回転期間を示す。この期間に、交流電圧（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ）が３相電機子コイルの３つの端子に印加される。
That is, the induced current flowing in the secondary coil wound together with this phase coil during the period when the magnetic energy of one phase coil is extinguished promotes the current disappearance of this one phase coil and increases the current of the other phase coil. To accelerate. Eventually, the secondary coils (US, VS and WS) suppress rectifying sparks.
The transformer action will be described in more detail with reference to the timing chart shown in FIG. In FIG. 30, a time point (t18 to t18) indicates one rotation period of the rotor. During this period, alternating voltages (Va, Vb, Vc) are applied to the three terminals of the three-phase armature coil.
交流電圧Ｖａは、期間（ｔ２〜ｔ９）に正電位となり、期間（ｔ１１〜ｔ１８）に負電位となる。期間（ｔ１８〜ｔ２）と期間（ｔ９〜ｔ１１）とは、端子aに電位が印加されていない期間である。電位が端子aに印加されていない期間は、たとえば通常の直流モータにおいて端子aに接続されるセグメントが＋電位ブラシにも−電位ブラシにも接触していない期間である。 The AC voltage Va has a positive potential during the period (t2 to t9) and a negative potential during the period (t11 to t18). The period (t18 to t2) and the period (t9 to t11) are periods in which no potential is applied to the terminal a. The period in which the potential is not applied to the terminal a is, for example, a period in which a segment connected to the terminal a in a normal DC motor is not in contact with either the + potential brush or the −potential brush.
同じく、交流電圧Ｖｂは、期間（ｔ８〜ｔ１５）に正電位となり、期間（ｔ１７〜ｔ６）に負電位となる。期間（ｔ６〜ｔ８）及び期間（ｔ１５〜ｔ１７）は、電位が端子ｂに印加されていない期間である。同じく、交流電圧Ｖｃは、期間（ｔ１４〜ｔ３）に正電位となり、期間（ｔ５〜ｔ１２）に負電位となる。期間（ｔ３〜ｔ５）及び期間（ｔ１２〜ｔ１４）は、電位が端子ｃに印加されていない期間である。 Similarly, the AC voltage Vb becomes a positive potential during the period (t8 to t15) and becomes a negative potential during the period (t17 to t6). The periods (t6 to t8) and the periods (t15 to t17) are periods in which no potential is applied to the terminal b. Similarly, the AC voltage Vc becomes a positive potential during the period (t14 to t3) and becomes a negative potential during the period (t5 to t12). The periods (t3 to t5) and the periods (t12 to t14) are periods in which no potential is applied to the terminal c.
その結果、相コイルＵ、Ｖ、Ｗに印加される相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗ）は図４に記載される波形となる。期間Ｄにおいて、電源電圧は相コイルに全面的に印加される。期間Ｅにおいて、電源電圧は、直列接続された２つの相コイルに均等に印加される。期間（Ｘ及びＹ）は、ブラシにより一つの相コイルが短絡されている期間である。 As a result, the phase voltages (Vu, Vv, and Vw) applied to the phase coils U, V, and W have the waveforms shown in FIG. In period D, the power supply voltage is applied to the entire phase coil. In the period E, the power supply voltage is equally applied to the two phase coils connected in series. The period (X and Y) is a period in which one phase coil is short-circuited by the brush.
期間Ｘにおいて、相コイルに正方向に蓄積された磁気エネルギーが放出される。電流が、この相コイルと同じロータ極に巻かれた短絡コイルのコイルに正方向へ流れる。期間Ｙにおいて、相コイルの負方向に蓄積された磁気エネルギーが放出される。電流が、この相コイルと同じロータ極に巻かれた短絡コイルのコイルに負方向へ流れる。短絡コイルを構成するコイル（Ｕｓ、Ｖｓ及びＷｓ）はリング状に形成されているため、外部から与えられる電圧に対する逆起電圧の合計は０となる。これは、期間（Ｘ、Ｙ）においても同じである。 In period X, magnetic energy stored in the positive direction in the phase coil is released. Current flows in the positive direction through a coil of a short circuit coil wound around the same rotor pole as this phase coil. In period Y, the magnetic energy accumulated in the negative direction of the phase coil is released. Current flows in the negative direction through a coil of a short circuit coil wound around the same rotor pole as this phase coil. Since the coils (Us, Vs, and Ws) constituting the short-circuited coil are formed in a ring shape, the total of the back electromotive force with respect to the voltage applied from the outside is zero. The same applies to the period (X, Y).
たとえば期間Ｘにおいて、相コイルＷの磁気エネルギーの消滅のために電流が二次コイルＷSに正方向へ流れる期間（期間ｔ２〜ｔ３）に、この電流は、二次コイルＵSに正方向に流れて相コイルＵの正方向電流の増加をアシストする。かつ、二次コイルＶSに正方向へ流れて相コイルＶの負方向電流の減少をアシストする。 For example, in the period X, during the period in which the current flows in the positive direction to the secondary coil WS (period t2 to t3) due to the disappearance of the magnetic energy of the phase coil W, this current flows in the positive direction in the secondary coil US. Assist in increasing the positive current of the phase coil U. In addition, it flows to the secondary coil VS in the positive direction and assists in reducing the negative direction current of the phase coil V.
その結果、相コイルＵの正方向電流通電期間の初期において、正方向電流が増大する。更に、相コイルＶの負方向電流減少期間の終期において、負方向電流が減衰する。結局、期間（ｔ２〜ｔ３）において、Ｗ相磁極部の磁気エネルギーは、二次コイルＷSに正電流を流す。更に、この正電流がＵ相磁極部の磁束量の増加と、Ｖ相磁極部の磁束量の減少とをアシストする。 As a result, the positive current increases in the initial period of the positive current conduction period of the phase coil U. Further, at the end of the negative current decrease period of the phase coil V, the negative current is attenuated. Eventually, in the period (t2 to t3), the magnetic energy of the W-phase magnetic pole portion causes a positive current to flow through the secondary coil WS. Further, this positive current assists in increasing the amount of magnetic flux in the U-phase magnetic pole portion and decreasing the amount of magnetic flux in the V-phase magnetic pole portion.
（各実施例の関係）
図１から図３に示される第１実施例は、主ブラシ部の後端側に高抵抗層（絶縁層）を挟んで接合された補助ブラシ部をダイオードを通じて電源に接続することにより、相コイルが主ブラシ部から離れる時の残留磁気エネルギーを電源に回収する技術を開示する。
(Relationship between each example)
In the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the auxiliary brush part joined to the rear end side of the main brush part with a high resistance layer (insulating layer) interposed therebetween is connected to a power source through a diode, whereby a phase coil is obtained. Discloses a technique for recovering the residual magnetic energy when leaving the main brush portion to the power source.
図４から図５に示される第２実施例は、主ブラシ部の後端側に高抵抗層（絶縁層）を挟んで接合された補助ブラシ部をキャパシタに接続することにより、相コイルが主ブラシ部から離れる時の残留磁気エネルギーをキャパシタに回収する技術を開示する。 In the second embodiment shown in FIGS. 4 to 5, the auxiliary brush part joined with the high resistance layer (insulating layer) sandwiched between the rear end side of the main brush part is connected to the capacitor, so that the phase coil is the main one. Disclosed is a technique for recovering residual magnetic energy in a capacitor when moving away from a brush portion.
図６から図１４に示される第３実施例は、主ブラシ部の後端側又は前端側に高抵抗層（絶縁層）を挟んで接合された補助ブラシ部を抵抗体に接続することにより、相コイルが主ブラシ部から離れる時の残留磁気エネルギーを抵抗体により消費する技術を開示する。 In the third embodiment shown in FIG. 6 to FIG. 14, by connecting the auxiliary brush portion joined with the high resistance layer (insulating layer) sandwiched between the rear end side or the front end side of the main brush portion to the resistor, Disclosed is a technique for consuming residual magnetic energy by a resistor when a phase coil leaves a main brush portion.
抵抗体は、電源ラインに接続することができる（図７、図９、図１０、図１２）。抵抗体は、主ブラシ部に接続することができる（図８、図１１）。抵抗体は、補助ブラシ部により構成されることもできる。主ブラシ部の前端側に高抵抗層（絶縁層）を挟んで接合された補助ブラシ部を抵抗体に接続することにより、セグメントが主ブラシ部に接触する際のセグメント電圧変化に伴うブラシ発熱を抑制することができる。 The resistor can be connected to the power supply line (FIGS. 7, 9, 10, and 12). The resistor can be connected to the main brush portion (FIGS. 8 and 11). The resistor can also be constituted by an auxiliary brush part. By connecting the auxiliary brush part, which is joined to the front end side of the main brush part with a high resistance layer (insulating layer) sandwiched between the resistors, the brush heat generated by the segment voltage change when the segment contacts the main brush part Can be suppressed.
図１５から図２２に示される第４実施例は、ブラシ又はセグメントの形状を変更するという非常に簡単な構成により、相コイルが主ブラシ部から離れる時の残留磁気エネルギーを、ブラシ又はセグメントの高抵抗部分で消費させる。 The fourth embodiment shown in FIGS. 15 to 22 has a very simple configuration in which the shape of the brush or segment is changed, so that the residual magnetic energy when the phase coil moves away from the main brush portion is increased. Consume at the resistance part.
図２３から図２６に示される第５実施例は、金属リード片により構成されたブラシの形状を変更するという非常に簡単な構成により、相コイルが主ブラシ部から離れる時の残留磁気エネルギーを、このリード形のブラシの高抵抗部分で消費させる。 The fifth embodiment shown in FIGS. 23 to 26 has a very simple configuration in which the shape of the brush constituted by the metal lead piece is changed, and thereby the residual magnetic energy when the phase coil is separated from the main brush portion, It is consumed at the high resistance part of this lead type brush.
図２７から図３０に示される第６実施例は、ブラシ付きモータのロータコイルの各相コイルに二次コイルを磁気結合させ、各二次コイルを直列接続して短絡回路を構成する。
主ブラシ部から離れる時の残留磁気エネルギーがこの短絡回路の一つの相コイルに誘導電圧を発生させると、この誘導電圧は、他の相コイルの電流変化を促進する。
上記各実施例は、一緒に実施されることもでき、ユニバーサルモータに利用されることもできる。
In the sixth embodiment shown in FIGS. 27 to 30, a secondary coil is magnetically coupled to each phase coil of a rotor coil of a brushed motor, and each secondary coil is connected in series to constitute a short circuit.
When the residual magnetic energy when leaving the main brush portion generates an induced voltage in one phase coil of the short circuit, this induced voltage promotes a current change in the other phase coil.
The above embodiments can be implemented together or used for a universal motor.
３は電機子巻線、５は整流子、１００はバッテリ、２００はダイオード、３００はダイオード、４００はキャパシタである。 3 is an armature winding, 5 is a commutator, 100 is a battery, 200 is a diode, 300 is a diode, and 400 is a capacitor.
Claims (12)
前記ブラシは、周方向へ所定ピッチで回転軸に固定された複数のセグメントを有し、
前記セグメントは、ロータコアに巻かれた電機子巻線に接続されるブラシ付きモータにおいて、
前記ブラシは、セグメントに接触する導電性の主ブラシ部と、セグメントに接触する導電性の補助ブラシ部と、高抵抗の絶縁層とを有し、
前記補助ブラシ部は、前記主ブラシ部の回転方向後側の側面に前記絶縁層を介して接合され、
前記補助ブラシ部は、前記電機子巻線の残留磁気エネルギーを回収するためのダイオード、又は、前記残留磁気エネルギーを蓄積するためのキャパシタ、又は、前記残留磁気エネルギーを消費するための抵抗体に接続されることを特徴とするブラシ付きモータ。 A commutator and at least a pair of brushes in contact with the commutator;
The brush has a plurality of segments fixed to the rotating shaft at a predetermined pitch in the circumferential direction,
The segment is a brushed motor connected to an armature winding wound around a rotor core.
The brush has a conductive main brush portion that contacts the segment, a conductive auxiliary brush portion that contacts the segment, and a high-resistance insulating layer,
The auxiliary brush portion is joined to the side surface on the rear side in the rotation direction of the main brush portion via the insulating layer,
The auxiliary brush part is connected to a diode for recovering the residual magnetic energy of the armature winding, a capacitor for storing the residual magnetic energy, or a resistor for consuming the residual magnetic energy. A motor with a brush.
前記第２の補助ブラシ部は、前記電機子巻線の残留磁気エネルギーを回収するためのダイオード、又は、前記残留磁気エネルギーを蓄積するためのキャパシタ、又は、前記残留磁気エネルギーを消費するための抵抗体に接続される請求項１記載のブラシ付きモータ。 A second auxiliary brush portion joined to the side surface of the main brush portion in the rotational direction front side through a high-resistance second insulating layer;
The second auxiliary brush unit includes a diode for recovering the residual magnetic energy of the armature winding, a capacitor for storing the residual magnetic energy, or a resistor for consuming the residual magnetic energy. The brushed motor according to claim 1 connected to a body.
前記ブラシは、周方向へ所定ピッチで回転軸に固定された複数のセグメントを有し、
前記セグメントは、ロータコアに巻かれた電機子巻線に接続されるブラシ付きモータにおいて、
前記ブラシの接触部及び前記セグメントの接触部の少なくとも一方は、周方向外側へ突出する複数の凸部を有し、
前記複数の凸部は、略軸方向（又は略径方向）へ鋸歯状に分散配置されていることを特徴とするブラシ付きモータ。 A commutator and at least a pair of brushes in contact with the commutator;
The brush has a plurality of segments fixed to the rotating shaft at a predetermined pitch in the circumferential direction,
The segment is a brushed motor connected to an armature winding wound around a rotor core.
At least one of the contact portion of the brush and the contact portion of the segment has a plurality of convex portions protruding outward in the circumferential direction,
The motor with brush, wherein the plurality of convex portions are arranged in a sawtooth shape in a substantially axial direction (or a substantially radial direction).
前記ブラシの接触部は、前記複数の凸部をもたない請求項３記載のブラシ付きモータ。 The contact portion of the segment has the plurality of convex portions,
The brushed motor according to claim 3, wherein a contact portion of the brush does not have the plurality of convex portions.
前記セグメントの接触部は、前記複数の凸部をもたない請求項３記載のブラシ付きモータ。 The contact portion of the brush has the plurality of convex portions,
The brushed motor according to claim 3, wherein the contact portion of the segment does not have the plurality of convex portions.
前記ブラシの凸部及び前記セグメントの凸部は、軸方向又は径方向にほぼ等しい位置に配置される請求項３記載のブラシ付きモータ。 Both the contact portion of the brush and the contact portion of the segment have the plurality of convex portions,
The brushed motor according to claim 3, wherein the convex part of the brush and the convex part of the segment are arranged at substantially the same position in the axial direction or the radial direction.
前記凸部は、前記接点部に形成される請求項３記載のブラシ付きモータ。 The brush comprises a metal spring plate with a contact portion that contacts the segment protruding toward the segment side,
The brush motor according to claim 3, wherein the convex portion is formed at the contact portion.
前記ブラシは、周方向へ所定ピッチで回転軸に固定された複数のセグメントを有し、
前記セグメントは、ロータコアに巻かれた電機子巻線に接続されるブラシ付きモータにおいて、
電機子巻線を構成する複数の相コイルとともにロータコアに巻かれて前記各相コイルと別々に磁気結合する複数の二次コイルを有し、
前記複数の二次コイルは、順番に接続されて短絡閉回路を構成することを特徴とするブラシ付きモータ。 A commutator and at least a pair of brushes in contact with the commutator;
The brush has a plurality of segments fixed to the rotating shaft at a predetermined pitch in the circumferential direction,
The segment is a brushed motor connected to an armature winding wound around a rotor core.
A plurality of secondary coils wound around the rotor core together with a plurality of phase coils constituting the armature winding and magnetically coupled separately from the respective phase coils,
The brush motor, wherein the plurality of secondary coils are connected in order to form a short-circuit closed circuit.
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2009
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