JPH02106150A

JPH02106150A - 回転電機用刷子装置

Info

Publication number: JPH02106150A
Application number: JP25474788A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Hashimoto; 克彦橋本; Yoshinori Fukasaku; 良範深作; Bunji Furuyama; 古山　文治
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-10-12
Filing date: 1988-10-12
Publication date: 1990-04-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は回転電機の刷子装置に係り、特に自動車用エア
コン装置のブロアモータに好適な回転電機用刷子装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来の小型電動機に使用する金属黒鉛ブラシについては
、特公昭５８−１８９７８号記載の様に、耐摩耗性・耐
衝撃性・耐蝕性・低電気損失等の要求に応えた組成物の
金属黒鉛質ブラシを使用することが述べられている。前
記特公昭５８−１８９７８号記載事項は、特に、金属黒
鉛ブラシの材質・成分について、その材質・成分の重量
％、又、その材料成形方法について、述べられている。

一方、刷子装置の騒音レベルを改善するものとしては特
開昭５７−６５２５０号及び、特開昭６２−２３０３４
０号が知られている。

通常電動機は正極ブラシから整流子へ電流が流れ回転電
機子巻線を通り、整流子から負極ブラシへと電流が流れ
る。これを電子の動きからみると上記方向と全く逆方向
の流れを通る。つまり負極ブラシから整流子へ電子は移
動し回転電機子巻線を通り整流子から正極ブラシへと電
子は移動する。

ブラシの電気的極性は境界層生成に関係深い。

正極ブラシ下では酸化は阻止されるが、ブラシ材料がた
い積する極性にあり、負極ブラシ下では導電点の電位傾
度が金属イオンを引き出す方向にあり、銅の酸化は促進
されやすいが、その上層の黒鉛層を含めてブラシの摩擦
によって除去される極性である。つまり、正極ブラシ下
の皮膜は主として黒ｔ（１Ｆ！のたい積で特徴づけられ
、その下層の銅の酸化層は生成速度は劣っても防護され
る状態にあり、負ブラシ下のリング面は酸化と黒鉛層の
生成と除去の平衡がむしろ後者が勝る状態にあるため酸
化層が除去されている。

すなわち正極ブラシが酸化皮膜形成されやすく負極ブラ
シは正極ブラシに比較して酸化皮膜は形成されにくく正
・負極ブラシ間ではアンバランスが生じる。酸化皮膜が
アンバランスに形成されると皮膜の薄い部分に電流が集
中し、局部電流が増大する酸化皮膜はその性質上絶縁物
に近いが、極めて薄いため電圧いかんによって絶縁破壊
を生じる。従って、最初均一な皮膜が生成されてもブラ
シ摺動特性不安定・あるいはその他の原因により電流分
布が不均一になると、皮膜が局部的破壊され不均一とな
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、刷子装置の性質について配慮されてい
ないため、整流子のブラシ摺動面に生じる酸化被膜が局
部的に破壊され、騒音、寿命については依然として改善
されないといった問題があった。

本発明の目的の一つは、低騒音化に好適で、高寿命の回
転電機用刷子装置を提供するにある。

本発明の目的の−っは、正極と負極のブラシの抵抗率に
変化を持たせることによって、整流面の酸化被膜を調整
し得る回転電機用刷子装置を提供するにある。

本発明の目的の一つは、要求特性を容易に満足し得るブ
ラシの成形方法を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的の一つは、正極と負極のブラシを異種材質にて
構成し、正極ブラシの胴欲を負極ブラシに多くすること
により達成される。

上記目的の一つは、正極ブラシの抵抗率を負極ブラシよ
り大きくすることによって達成される。

上記目的の一つは、正極ブラシを金属黒鉛質ブラシを銅
焼鈍軟化前の温度で焼成し、負極ブラシを処理黒鉛粘度
を粗くし、低圧成形によって成形することによって達成
される。

〔作用〕

正極ブラシの抵抗率を負極ブラシの抵抗率より大きくな
るような異種材質の金属ブラシとしである。それによっ
て正極ブラシの酸化皮膜が負極ブラシ並に形成されにく
くなり、均一化されるので、酸化皮膜が局部的に破壊さ
れることなく、ブラシの摺動特性が安定する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図、第２図により説明す
る。第１図は本発明の刷子装置を用いた自動車用ブロア
装置で、外周に取付板１を固定し、内周に界磁磁極２を
固定し、かつ側面にフロントカバー３とリアカバー４を
固定することによって固定子５を形成している。

一方ロータ６は、前記フロントカバー３を貫通しリアカ
バー４に回転自在に支承される回転軸７と、該回転軸５
に固着され巻線を備える電機子鉄心８と、前記回転軸７
に固着され、前記巻線と接続される整流子９とから構成
されている。

１０は合成樹脂からなるシロッコファンで、中心ボス部
１０Ａを前記回転軸７に１１（合固定している。１１は
、正極ブラシ１２．負極ブラシ１３を備えた刷子装置で
、第２図に詳細を示すとおり、夫々ブラシはベース１４
の対象位置に固定されたブラシホルダー１５．１６によ
りそれぞれスライド自在に保持されている６１７はブラ
シへの給電コネクタである。

前記正極ブラシ１０と負極ブラシ１１の材料・成分・物
性の一実施例を表１に示す。正極ブラシの成分は、銅量
（Ｃｕ）を３４重量％、黒鉛量（Ｃ）を６３重量％、そ
の他成分を３重量％とじた混合物である。負極ブラシの
成分は、銅量（Ｃｕ）を４０重量％、黒鉛Ｊｌ　（Ｃ）
を５９重量％、その他の成分を１重量％とじた混合物を
用いたブラシとした。上記ブラシによる物性値は、下記
の通りである。まず正極ブラシの見掛密度は２．５２〜
２．６０　（ｇ／ａＩ？）＋硬度は１１〜１６（Ｈｓ）
、抵抗率は３７０〜４６０　（μΩ・引）、曲げ強さは
１１５〜１４０　（ｋｇ／１−ｎ）　、弾性率は１１２
０〜１２９０　（ｋｇ／ｍ１１２）である。一方負極ブ
ラシの物性値は見掛密度が、２．５７〜２．６３（ｇ／
ｃＸｊ）、硬度を１６〜２０　（Ｈｓ）、抵抗率を４０
５〜５２５（μΩ・■）１曲げ強さは１３０〜１５０（
ｋｇ／ａ＋ｆ）　、弾性率を１３００　（ｋｇ／　ｍｎ
＋２）としたブラシを使用する。

表　　１表　　２上記ブラシを形成した製造方法について述べる。

負極ブラシは、現行のブラシ（表１の下段）を基本に、
処理黒鉛粘度を粗くし、更に、低圧成形によって弾性率
を抑えた。又、正極ブラシは、銅焼鈍軟化前の旦度（牛
３００℃）でブラシを焼成することにより、硬度の低下
を抑えた。通常焼鈍温度に対してのＣｕ軟化曲線は、広
く知られているとおり、３００℃近辺で、銅が急激に軟
化する。

そこで、正極ブラシを３００℃で、銅の硬度の低下を抑
え、硬度１６〜２０Ｈｓのブラシを成形した。

以」ユの正極ブラシと負極ブラシを兼ね備えた、小型電
動機の動作原理について説明する。

まず、整流子面粗さと、騒音の関係を、第３図にて説明
する。この実験は、整流子の面粗さを故意的に変え、ス
リップリングにより、単体の騒音を測定した結果である
。これによると、整流子の而ｔｅｌさが変動すると、騒
音は変化するというデータである。逆に言えば、常に、
整流子の面粗れを６μｍに保っていれば、常に騒音は、
低い値で維持する事が可能である。これが後述する、抵
抗率の異なる正、負のブラシを使用する大きな理由の１
つである。

一方、整流子およびブラシ摺動表面には一般に微少なお
うとつがあり、整流子４表面には酸化膜および黒鉛微粉
層が、またブラシ面には摩耗により析出した黒鉛および
酸化膜の周辺に水が吸着されて水膜を形成し、潤滑性を
与えている。銅片を切削すると数秒後にはうすいＣ１１
２０の皮膜ができ、数時間後には褐色のＣｕｚＯになり
、さらに酸化が進むと墨色（ＣａＯ）になるといわれて
いる。整流子表面皮膜は電流方向によって異なり、正極
ブラシ（電流方向はブラシ→整流子）の場合は厚く、負
極ブラシ（電流方向は整流子→ブラシ）の場合はうすく
生成される。このアンバランス現象が生じる事により、
皮膜の不均一が生じ、それにより皮膜の薄い部分に電流
が集中し、局部電流が増大し皮膜の絶縁破壊が生じる。

それ故、整流子面の面粗さに変化ができ、上記面粗さと
騒音の関係より、騒音が一定しない。いいかえれば、騒
音の増加となる。

前記したブラシの正極には皮膜がつき易く、負極には皮
膜がつきにくい。この問題点を解消するために、前記に
書いた正極用ブラシと負極用ブラシの異種材質ブラシを
使用するに敗った。この原理は金属黒鉛質ブラシの銅量
を少なくし黒鉛質を多くした方が、皮膜が生成し易いこ
とを利用したもので、正極には、銅量４０重量％から５
５重量％とじ、負極には銅量３０重量％から４０重量％
未謂の金属黒鉛質を用いる。本実施例は、先に述べた通
り、正極ブラシの銅量は３４重量％、負極ブラシは銅量
４０重量％を利用した一例である。

ここで銅量を３０重量％から５５重量％の範囲で規定し
た理由を説明する。

銅量が多くなると、組織の結合力が弱くなる為耐摩耗性
が悪くなり寿命が短くなる。一方、銅量が少なすぎると
耐摩耗性には優れるが、逆に騒音性からみると、悪くな
る。以上の理由から適正な銅量を、試料品から求め３０
重量％がら５５重量％とじた。

次に本実施例の小型電動機の使用する金属黒鉛質ブラシ
の製造・成形方法について述べる。

正極ブラシは、先に述べた通り、Ｃｕ軟化前の温度でブ
ラシを焼成し、硬度の低下を抑えた（１６〜２０Ｈｓ）
。すなわちＣｕ量の重量％を増やし、黒鉛量を少なくし
硬度低下を防いでいる。

負極ブラシは、黒鉛を多くし、処理黒鉛粘度を粗くし、
更に低圧成形によって弾性率を抑えている（１１２０〜
１２９０　ｋｇ／　ｍ＋”）。この弾性率を抑える理由
は、安定した摺動特性を得るためであり、整流性能等良
くなる理由からである。

現在使用されている整流子の硬度の主流は２５〜３０°
Ｈｓであり、正極側ブラシの方が摩耗が早いため、正極
側のブラシ硬度を高くすればよい。

そのためには、Ｃｕの焼鈍温度について考えなければな
らない。

黒鉛は半金属であり、ブラシをメタルコンポジットとし
てとらえて、同じ硬さの金属の間に軟い潤滑性のある金
属薄膜が存在することが、初期状態を維持していく上で
重要である。それをふまえて、Ｃｕ焼鈍温度３００℃前
後において焼成することにより整流子の硬度近くに持っ
ていくことが可能となる。

一方、負極側ブラシは黒鉛粘度を粗くすることにより比
重を小さくし、低圧状態で成形しやすくすることにより
弾性率を抑えている。

以上の正極ブラシと負極ブラシを使用した６小型電動機
の実機に於ける騒音周波数特性（３（Ｏｃｔ）の騒音周
波数）の測定結果を示す。

測定方法は小型電動機を電源にて駆動し、回転数を１５
０Ｏｒｐｍにセットし、小型電動機の後部端から１００
ｍｍ１ｌれた位置にマイクロホンをセットし、騒音周波
数を分析し測定した。その結果を第５図に示す。（Ａ）
曲線を従来の材料を正極と負極に使用した場合で、（Ｂ
）曲線は正極ブラシと負極ブラシに異種材質を利用した
場合の騒音周波数分析である。

この周波数分析から、ＩＫ（Ｈｚ）から１６Ｋ［Ｈｚ　
］で顕著に効果が現われている。

本発明品と、従来品との比較を行うとオーバーオール値
（０・Ａ）で４（ｄＢ）本発明品の騒音が低い結果とな
った６又、人間の耳に特に耳ざわすな２Ｋ（Ｈｚ）近辺
の騒音低減が見こまれる事が判る。

なお、上記実施例は自動車用ブロア装置の直流機の刷子
装置について述へであるが、自動車用交流発電機の集電
環装置等でも同じ様なことが言え、本発明を採用するこ
とによって、騒音低下に貢献できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、正極と負極のブラシを異種材質の金属
黒鉛ブラシで構成し、整流子のブラシ摺動面に生じる酸
化被膜を正極、負極側と均一化することができるので、
整流時の低騒音化、ブラシの高寿命化の効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明回転電機用刷子装置の実施例を示すもので
、第１図は自動車用ブロア装置の半縦断面図、第２図は
第１図のブラシ’Ａ’ｆｔの拡大斜視図、第３図は整流
面粗さと騒音の関係を示す特性図、第４図はブラシ銅量
に対する騒音とブラシ摩耗量の関係を示す特性図、第５
図は本発明と従来例における騒音周波数比較図である。５１１．固定子、６・・・ロータ、９・・・整流子、１
１・・・刷子装置、１２・・・正極ブラシ、１３・・・
負極ブラシ。〕ンミタ月粗面唱ｌ二（μ重）＝４！Ａ配合量（ｙ、）

Claims

【特許請求の範囲】１、回転電機子巻線あるいは回転界磁巻線の一端に接合
され、かつ回転軸に固定的に配設された整流子と、該整
流子と摺動接触する正極と負極のブラシとを備えた回転
電機用刷子装置において、前記ブラシの正極と負極が、
異種材質にて構成されていることを特徴とした回転電機
用刷子装置。２、請求項１において、ブラシはそれぞれ金属黒鉛質か
らなり、正極側ブラシが負極側ブラシより銅量を多く含
んでいることを特徴とした回転電機用刷子装置。３、請求項２において、正極ブラシの銅量を４０から５
０重量％、負極ブラシの銅量を３０から４０重量％の範
囲で使用することを特徴とした回転電機用刷子装置。４、請求項１において、正極ブラシは銅量を４０から５
０重量％含んだ金属黒鉛ブラシであることを特徴とした
回転電機用刷子装置。５、回転電機子巻線あるいは回転界磁巻線の一端に接合
され、かつ回転軸に固定的に配設された整流子と、該整
流子と摺動接触する正極と負極のブラシとを備えた回転
電機用刷子装置において、前記正極ブラシの硬度を負極
ブラシの硬度より高い金属黒鉛ブラシとしたことを特徴
とした回転電機用刷子装置。６、請求項５において、正極ブラシは硬度を１６〜２０
ＨＳ、弾性率を１３００ｋｇ／ｍｍ＾２以上とし、負極
ブラシは硬度１１〜１６ＨＳ、弾性率を１１２０〜１２
９０ｋｇ／ｍｍ以上としたことを特徴とした回転電機用
刷子装置。７、回転電機子巻線あるいは回転界磁巻線の一端に接合
され、かつ回転軸に固定的に配設された整流子と、該整
流子と摺動接触する正極と負極のブラシとを備えた回転
電機用刷子装置において、前記正極ブラシは少なくとも
負極ブラシより抵抗値を大きく設定してあることを特徴
とした回転電機用刷子装置。８、請求項７において、ブラシのそれぞれは金属黒鉛ブ
ラシからなり、抵抗率は正極ブラシが４０５〜５２５、
負極ブラシが３７０〜４６０μΩ−ｃｍの範囲であるこ
とを特徴とした回転電機用刷子装置。９、回転電機子巻線あるいは回転界磁巻線の一端に接合
され、かつ回転軸に固定的に配設された整流子と、該整
流子と摺動接触する正極と負極のブラシとを備えた回転
電機用刷子装置において、前記正極と負極のブラシの抵
抗率に変化をもたせ、整流子の整流面に生じる酸化被膜
を調整することを特徴とした回転電機用刷子装置。１０、ブラシの成形方法において、金属黒鉛質ブラシの
銅焼鈍軟化前の温度（約３００℃）でブラシを焼成し、
硬度を１６〜２０ＨＳ、弾性率を１３００ｋｇ／ｍｍ＾
２以上の正極ブラシを得ることを特徴としたブラシの成
形方法。１１、ブラシの成形方法において、金属黒鉛質ブラシの
処理黒鉛粘度を粗くし、低圧成形によつて硬度を１１〜
１６ＨＳ、弾性率を１１２０〜１２９０ｋｇ／ｍｍ＾２
の負極ブラシを得ることを特徴としたブラシの成形方法
。