JPH09201016A - 回転電機用ブラシ保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ブラシが回転方向や軸方向に傾斜してもブラシ
保持装置の金属質保持器に接触しないようにすると共に
ブラシが異常摩耗しないように構成した回転電機用ブラ
シ保持装置を提供する． 【解決手段】ブラシ２の導電層４と保持器箱１０の内側
とが接触しないように、ブラシ２の頭部に第１の絶縁板
６を設けると共に保持器箱１０の下部に第２の絶縁板１
１を設け、ブラシ２の頭部に設けられた第１の絶縁板６
がブラシ２の摩耗と共に保持器箱１０の下部の方向に移
動し、ブラシ２が摩耗限度になると、第１の絶縁板６が
保持器箱１０の下部に装着された第２の絶縁板１１に接
触し、該接触することによりブラシ２が係止するように
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機に適用さ
れる回転電機用ブラシ保持装置で、特に電動工具及び電
気掃除機などの交流整流子電動機に適用される回転電機
用ブラシ保持装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の省エネルギ−化に対応して電動工
具や電気掃除機などに用いる交流整流子電動機は高効
率、高出力化が要求されている。交流整流子電動機は一
般に整流作用をコントロ−ルする補極を有していないた
め整流が悪い。そこで、これらの電動機のブラシには、
主原料に黒鉛、結合材に樹脂を用いた樹脂質ブラシや黒
鉛炭素質ブラシが用いられおり、抵抗整流を行うため比
抵抗は10,000μΩ-cm以上と高抵抗のものがほとんどで
ある。

【０００３】そのため、電動機に供給される電流がこの
ブラシを通過するとき、発生する電圧降下が大きくなる
ため、ブラシの電気損が大きくなり、電動機効率が低い
要因の一つになっている。

【０００４】この解決策として、特開昭６２−１７１４
３４号公報に記載されているように、ブラシ本体の抵抗
損を低減するブラシの構成が提案されている。その特徴
は、高抵抗のブラシ本体の表面（すり表面を除く面）に
銅、銀などのペイントを塗布して乾燥させることにより
低抵抗導電層を形成し、リ−ド線とブラシ本体との間及
びブラシ本体の電圧降下を、ブラシと整流子との接触部
分の電圧降下の２５％以下にしたものである。従って、
ブラシの電圧降下は当然小さく電動機の電気損失が低減
するので、電動機の効率は向上する。

【０００５】しかしながら、この種のブラシは、ブラシ
頭部の金属キャップ部やリ−ド線から電流が流れ、しか
も、ブラシが回転方向や軸方向に傾斜することにより導
電層（銅、銀、ペイント）と保持器とが接触してその接
触部を介して電流が流れる。そのため、その接触部が電
触等により損傷をおこしたり固渋してブラシの良好な接
触を阻害し火花を発生して異常摩耗や電動機が回転不能
になる場合がある。これらの対策には、ブラシ頭部の金
属キャップ部と保持器の金属部が接触しないように両者
間にすきまを設け通電しないようにしているが、接触を
完全に防止するまでにはなっていない。

【０００６】また、特開平５−１８２７３３号公報に記
載されているように、ブラシの周囲に低抵抗層を設ける
具体的な手法が提案されている。その特徴は、ブラシ基
材の周囲全面（すり表面を除く）に、無電解メッキ法に
より電気良導電性金属被覆を施したもので、ブラシ全体
の電気抵抗（電圧降下）を減じ、前述の特開昭６２−１
７１４３４号公報に記載されているものと同じく電気損
を小さくして電動機効率を向上するものである。

【０００７】この場合は、ブラシのすり表面を除く他の
面すべてが低抵抗層であるので、前記のブラシより電
触、固渋等はさらに発生しやすい。そのため、異常摩耗
が短時間に発生し、その対策が望まれているが、現状は
上記と同様な対策方法で行なっているため、接触を完全
に防止しきれてはいない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ブラ
シ頭部の金属キャップ部と保持器の金属部が接触して保
持器側とブラシ本体とに電流が分流（ブラシ本体に流れ
る電流、保持器の金属部に流れる隘路電流）するとブラ
シ表面に設けた導電層（銅、銀、ペイント）と保持器と
の接触部が損傷（電触）して、ブラシを固渋させブラシ
の異常摩耗や通電不良により電動機が回転不能となる場
合がある。この対策として、ブラシ頭部の金属キャップ
部と保持器の金属部が接触しないように両者間にすきま
を設け電流通路を変更して保持器への電流（隘路電流）
を低減している。

【０００９】しかしながら、上記技術でも、ブラシが回
転方向や軸方向に傾斜した場合には、導電層（銅、銀、
ペイント）と保持器とが接触し、その接触部を介して電
流は流れる。そのため、その接触部が電触等により損傷
を発生して固渋し、上述と同様、ブラシの異常摩耗や通
電不良による電動機の回転不能等の弊害が発生してい
る。

【００１０】本発明の目的は、ブラシが回転方向や軸方
向に傾斜してもブラシ保持装置の金属質保持器に接触し
ないようにすると共にブラシが異常摩耗しないように構
成した回転電機用ブラシ保持装置を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、整流子との摺動面を除く表面に導電層を
持つブラシと、前記ブラシを保持する保持器箱と、該保
持器箱内に配置され前記ブラシを押圧し前記ブラシの前
記摺動面を前記整流子のすり表面に接触させる加圧バネ
を有する回転電機用ブラシ保持装置において、前記ブラ
シの前記導電層と前記保持器箱の内側とが接触しないよ
うに、前記ブラシの頭部に第１の絶縁板を設け、かつ前
記保持器箱の下部に第２の絶縁板を設けたことを特徴と
する。

【００１２】また、本発明の他の特徴は、整流子との摺
動面を除く表面に導電層を持つブラシと、前記ブラシを
保持する保持器箱と、該保持器箱内に配置され前記ブラ
シを押圧し前記ブラシの前記摺動面を前記整流子のすり
表面に接触させる加圧バネを有する回転電機用ブラシ保
持装置において、前記ブラシの前記導電層と前記保持器
箱の内側とが接触しないように、前記ブラシの頭部に第
１の絶縁板を設けると共に前記保持器箱の下部に第２の
絶縁板を設け、前記ブラシの頭部に設けられた前記第１
の絶縁板が前記ブラシの摩耗と共に前記保持器箱の下部
の方向に移動し、前記ブラシが摩耗限度になると、前記
第１の絶縁板が前記保持器箱の下部に装着された第２の
絶縁板に接触し、該接触することにより前記ブラシが係
止するように構成されたことにある。

【００１３】本発明によれば、第１の絶縁板をブラシ頭
部に設け、第２の絶縁板を保持器箱の下部に設ける。ま
た、ブラシの頭部に設けられた前記第１の絶縁板がブラ
シの摩耗と共に保持器箱の下部の方向に移動し、ブラシ
が摩耗限度になると、第１の絶縁板が保持器箱の下部に
装着された第２の絶縁板に接触して、ブラシが係止す
る。

【００１４】これにより、ブラシが回転力等により傾斜
しても保持器箱の金属部との接触を防止でき、ブラシへ
隘路電流が流れないようにすることができる。また、ブ
ラシが摩耗限度になると、ブラシ頭部の第１の絶縁板が
保持器箱の下部の第２の絶縁板に接触してストッパとな
り、ブラシの摩耗を停止させることができる。その結
果、リ−ド線や金具は整流子に接触しないので、リ−ド
線や金具の損傷を防止することができる。また、絶縁板
に吸振性を有する材料を用いることにより、ブラシの振
動を抑制しすり特性を改善し、ブラシの電触、固渋及び
異常摩耗を防止することができる。

【００１５】すなわち、回転電機を運転当初から高効率
でしかも整流性能を安定に保持しながらブラシ寿命を向
上させることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例に係る回
転電機用ブラシ保持装置及び回転電機用ブラシを、図を
用いて説明する。

【００１７】図１は、本発明の一実施例に係る回転電機
用ブラシ保持装置の全体構成を示す。回転電機用ブラシ
保持装置は、整流子１との摺動面を除くブラシ本体３の
表面に導電層（例えば、銅、銀、導電性ペイント等の）
４を持つブラシ２と、ブラシ２と金属キャップ９を通電
させるリ−ド線５と、ブラシ頭部に設けられた第１の絶
縁板６と、絶縁板６の上部からブラシ２を押圧しブラシ
２の摺動面（すり表面）を整流子１のすり表面に接触さ
せる加圧バネ７と、ブラシ２のリ−ド線５を接続した金
属キャップ９と金属質の保持器箱１０からなるブラシ保
持器８と、ブラシ保持器８の保持器箱１０の下部に設け
られた第２の絶縁板１１とで構成されている。

【００１８】第１の絶縁板６及び第２の絶縁板１１は、
絶縁性と弾性を兼ね備えた材料で形成されており、例え
ば、ゴム、テフロン及びべ−クライト等が良好な材料で
ある。また、絶縁性と弾性を兼ね備えた材料であるた
め、回転方向のブラシ振動や整流子側からの振動が吸収
でき、ブラシのすり特性が改善され、ブラシの異常摩耗
や整流性能に対し良好な影響を与える。

【００１９】ここで、ブラシ頭部の第１の絶縁板６は、
図２、図３に示すように、その形状はブラシ頭部と同じ
ような形状にできており、その中央部にはリ−ド線５を
通す穴１２とブラシ頭部に第１の絶縁板６が装着できる
ように、ブラシ頭部とほぼ同寸法で、かつほぼ同形状な
凹部１３を設けている。ブラシ頭部にこの凹部１３を嵌
めることにより、第１の絶縁板６がブラシ頭部に固定で
き位置ずれが生じないため良好なすり特性を維持するこ
とができる。

【００２０】第１の絶縁板６の幅ａ、厚さｂは、ブラシ
２の外側寸法の幅、厚さの寸法より大きく、しかも、保
持器箱１０の内側寸法の幅、厚さより小さくし、ブラシ
の摺動を阻害しない寸法に決定する。

【００２１】例えば、図６（ａ）に示すように、ブラシ
２の寸法が幅１０ｍｍ，厚さ７ｍｍ（図示せず），長さ
２０ｍｍの場合について、第１の絶縁板６の寸法の取り
方の一例を以下に説明する。

【００２２】ブラシ２の実際に加工した寸法が幅９.７
ｍｍ、厚さ６.８ｍｍの場合、第１の絶縁板６の厚みｔ
を０.３ｍｍとすると第１の絶縁板６の幅は１０.３ｍｍ
となり、厚みは７.４ｍｍとなる。保持器箱１０の内側
と第１の絶縁板６とのすき間を幅０.１５ｍｍ、厚さ０.
１ｍｍにすると保持器箱１０の内側の幅は１０.４５ｍ
ｍ、厚さは７.５ｍｍとなり、従来のブラシ２だけを保
持器箱１０に挿入した場合と同じにできる。

【００２３】すなわち、第１の絶縁板６の外側寸法がブ
ラシ２の外側寸法より、幅や厚みが０.３ｍｍ大きいた
めブラシが傾斜しても導電層４が保持器箱１０の金属部
に接触しない。また、図２の第１の絶縁板６の長さＣ
は、後述するブラシ摩耗限度をどのくらいにするかによ
り決定する。

【００２４】保持器箱１０の下部に取り付けられる第２
の絶縁板１１は、図４、図５に示すように、保持器箱１
０の端部に挿入できるように第２の絶縁板１１の上面に
溝１４を設ける。保持器箱１０の端部に溝１４を挿入す
ることにより、第２の絶縁板１１は保持器箱１０に固定
でき、位置決めができる。

【００２５】内側の幅ｄ、ｅは、従来の保持器箱１０内
側寸法とブラシ外側寸法に対応した公称のギャップを持
つ寸法とし、第１の絶縁板６の寸法に対応して決定され
る。

【００２６】長さｆは、図６（ｂ）のブラシの摩耗限度
ｈ'を何ｍｍにするかによってブラシ頭部の第１の絶縁
板６の長さＣとの間で決定される。

【００２７】例えば、図６（ａ）に示すように、ブラシ
の長さが２０ｍｍで、ブラシが摩耗して良い寸法を１２
ｍｍ、摩耗して悪い寸法を８ｍｍ（摩耗限度）とした場
合、ブラシ頭部の第１の絶縁板６の深さｇを３ｍｍ、保
持器箱１０の下部の第２の絶縁板１１の取付け位置を整
流子１表面からの距離ｊを５ｍｍすると、ｇ（３ｍｍ）
＋ｊ（５ｍｍ）＝ｈ’（８ｍｍ）となり、図６（ｂ）に
示すように、ブラシの摩耗限度８ｍｍと同じ寸法になる
ためブラシを係止して異常摩耗を防止することができ
る。

【００２８】上述した回転電機用ブラシ保持装置の構成
は、標準的なものであるが、電流容量や機械の振動が小
さい小形機や低価格品には以下の構成を提案する。

【００２９】図７に示すように、第３の絶縁板６'は、
ブラシ頭部の第１の絶縁板６の形状を、シンプル化して
一枚の板に成形したものである。リード線を通す穴１２
は図２と同じであるが図２で設けたブラシへの挿入凹部
を省略して平板とした。このようにした場合はブラシ２
と第３の絶縁板６'が固着できないため、両者を接着剤
で接着することにより固着し、図２の場合と同様の効果
を得ることができる。

【００３０】また、保持器箱１０下部に取り付けられる
第４の絶縁板１１’は、図８に示すように、保持器箱１
０の２つの端部に相当する部分のみをＵ形として、その
絶縁板の溝の幅は保持器箱１０の板厚と同じか若干狭く
して挿入固着する。固着方法は接着剤か内溝の公差を小
さくして圧入することによって可能であり、位置決めが
できると共に取付性が容易になる。第４の絶縁板１１’
の形状寸法は前述した方法と同方法で求める。

【００３１】また、図２の第１の絶縁板６と図８の第４
の絶縁板１１’、図７の第３の絶縁板６'と図４の第２
の絶縁板１１との組合を任意に行なっても、上述した効
果と同じ効果を得ることができる。

【００３２】本実施例の効果を確認するために、図９に
示すように第１の絶縁板６，第２の絶縁板１１を設けな
い場合と、図１０に示すように第１の絶縁板６，第２の
絶縁板１１を設けた場合について、ブラシ側面の電触の
発生状況及びブラシの寿命特性を測定した。

【００３３】その結果、絶縁板を設けない場合は、電動
機が回転すると、図９に示するように、ブラシ２が傾斜
してブラシの導電層４が保持器箱１０に接触し、図７の
イからロを経てハ，ニの保持器箱１０からホを経てへに
通電される。ここで、ロとホ部はブラシの導電部４と保
持器箱１０が接触する場所である。

【００３４】ここで、ブラシのすり状態を示すブラシと
整流子間の電圧降下の変動値（値が大きいとブラシのす
り状態が悪いことを示す）とブラシの寿命試験を１ｋＷ
級交流整流子電動機で行なった。その結果を図１１及び
図１２に示す。

【００３５】図１１に示すように、従来方式（絶縁板
無）の場合、運転時間１００時間頃から電圧降下の変動
値が大きくなり、また図１２に示すように、ブラシ寿命
も短くなり、約２００時間では電動機が停止した。この
時のブラシ側面を観察したところ図９のア，カに示すよ
うに接触部に電触を発生していた。すなわち、ブラシ表
面に凸状の部分が相手保持器箱１０内側に固着して良好
な摺動を阻害して火花を発生して損耗し電動機が停止し
た。

【００３６】次に、本実施例による絶縁板を装着した装
置を用いて、同様にブラシの寿命試験を行なった。図１
１，図１２にその結果を示すように、本実施例によるブ
ラシ寿命は時間経過による整流子等の条件悪化による電
圧降下変動のみで、ブラシ寿命も悪くならない。試験後
のブラシ側面を観察しても、図１０のウ，エに示すよう
な損傷部はなく保持器箱１０内での摺動性も初期と変化
無かった。

【００３７】また、ブラシ寿命が良いもう一つの理由
は、ブラシ頭部の絶縁板６と保持器箱１０下部の絶縁板
１１の材質がブラシ２の振動を吸振するためすり特性が
著しく改善されたためと考えられる。

【００３８】本実施例のもう一つの大きな効果は、従来
方式ではブラシ２が異常摩耗するとブラシ摩耗限度以上
に摩耗するためリ−ド線５等が整流子１に直接摺動する
ため段摩耗や短絡事故を起こし焼損する。そこで、本実
施例では、前述したように適正な長さの第１の絶縁板
６，第２の絶縁板１１を用いることにより、図６（ｂ）
に示すように、ブラシ磨滅を停止でき、ブラシ２の異常
摩耗と電動機の焼損等を防止することができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、ブラシやブラシ保持装
置にながれる隘路電流を抑止すると共にブラシ表面の電
蝕やブラシの異常摩耗を防止することができるので、ブ
ラシ寿命の向上を図ることができ、しいては、回転電機
の信頼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る回転電機用ブラシ保持
装置の全体構成図である。

【図２】図１の回転電機用ブラシ保持装置のブラシ頭部
の絶縁板の構成図である。

【図３】図２の絶縁板のＸ−Ｘの断面図である。

【図４】図１の回転電機用ブラシ保持装置のブラシ保持
箱下部に取り付ける絶縁板の構成図である。

【図５】図４の絶縁板のＹ−Ｙの断面図である。

【図６】図１の回転電機用ブラシ保持装置の寸法構成の
説明図である。

【図７】ブラシ頭部の絶縁板の構成図で、他の実施例を
示す図である。

【図８】保持器箱１０下部の絶縁板の構成図で、他の実
施例を示す図である。

【図９】従来方式による回転電機用ブラシの電触状態を
示す図である。

【図１０】本発明方式による回転電機用ブラシの電触状
態を示す図である。

【図１１】従来方式と本発明方式によるブラシ電圧降下
の変動試験結果を示す図である。

【図１２】従来方式と本発明方式によるブラシ寿命試験
結果を示す図である。

【符号の説明】

１…整流子、２…ブラシ、３…ブラシ本体、４…導電
層、５…リ−ド線、６…第１の絶縁板、６’…第３の絶
縁板、１１…第２の絶縁板、１１’…第４の絶縁板、７
…加圧バネ、８…ブラシ保持器、９…金属キャップ、１
０…保持器箱、１２…リ−ド線通し穴、１３…凹部、１
４…溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 身佳 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 斎藤 雄次 茨城県日立市鮎川町３丁目３番１号 日立 化成工業株式会社山崎工場内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】整流子との摺動面を除く表面に導電層を持
   つブラシと、前記ブラシを保持する保持器箱と、該保持
   器箱内に配置され前記ブラシを押圧し前記ブラシの前記
   摺動面を前記整流子のすり表面に接触させる加圧バネを
   有する回転電機用ブラシ保持装置において、 前記ブラシの前記導電層と前記保持器箱の内側とが接触
   しないように、前記ブラシの頭部に第１の絶縁板を設
   け、かつ前記保持器箱の下部に第２の絶縁板を設けたこ
   とを特徴とする回転電機用ブラシ保持装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記ブラシの頭部に設
   けられた前記第１の絶縁板が、前記ブラシの摩耗と共に
   前記保持器箱の下部の方向に移動し、前記ブラシが摩耗
   限度になると、前記第１の絶縁板が前記保持器箱の下部
   に設けられた第２の絶縁板に接触し、該接触することに
   より前記ブラシが係止するように構成されたことを特徴
   とする回転電機用ブラシ保持装置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、前記第
   １の絶縁板は、厚さと幅と長さを有する板状であり、前
   記厚さと幅の寸法は、前記ブラシの厚さと幅の寸法より
   大きく、かつ前記ブラシ保持器箱の内側の厚さと幅より
   小さい寸法を有することを特徴とする回転電機用ブラシ
   保持装置。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３において、前記第
   １の絶縁板は、該第１の絶縁板を前記ブラシの頭部に装
   着できるように前記第１の絶縁板の下面に凹部を設けた
   ことを特徴とする回転電機用ブラシ保持装置。
5. 【請求項５】請求項１または請求項２において、前記第
   ２の絶縁板は、厚さと幅と長さを有する角筒状であり、
   前記第２の絶縁板の内側の厚さと幅の寸法は、前記ブラ
   シの厚さと幅の寸法より大きく、かつ前記保持器箱の内
   側の厚さと幅より小さい寸法を有することを特徴とする
   回転電機用ブラシ保持装置。
6. 【請求項６】請求項１または請求項２または請求項５に
   おいて、前記第２の絶縁板は、該第２の絶縁板を前記保
   持器箱の下部に装着できるように前記第２の絶縁板の上
   面に溝を有したことを特徴とする回転電機用ブラシ保持
   装置。
7. 【請求項７】請求項１ないし請求項３または請求項５に
   おいて、前記第１の絶縁板の長さと前記第２の絶縁板の
   長さは、前記ブラシの摩耗限度の範囲内で前記ブラシが
   係止できる寸法に設定することを特徴とする回転電機用
   ブラシ保持装置。
8. 【請求項８】請求項１ないし請求項７において、前記第
   １の絶縁板及び前記第２の絶縁板は、絶縁性と弾性を兼
   ね備えた材料であることを特徴とした回転電機用ブラシ
   保持装置。
9. 【請求項９】整流子との摺動面を除く表面に導電層を持
   つブラシと、前記ブラシを保持する保持器箱と、該保持
   器箱内に配置され前記ブラシを押圧し前記ブラシの前記
   摺動面を前記整流子のすり表面に接触させる加圧バネを
   有する回転電機用ブラシ保持装置において、 前記ブラシの前記導電層と前記保持器箱の内側とが接触
   しないように、前記ブラシの頭部に第１の絶縁板を設け
   ると共に前記保持器箱の下部に第２の絶縁板を設け、前
   記ブラシの頭部に設けられた前記第１の絶縁板が前記ブ
   ラシの摩耗と共に前記保持器箱の下部の方向に移動し、
   前記ブラシが摩耗限度になると、前記第１の絶縁板が前
   記保持器箱の下部に装着された第２の絶縁板に接触し、
   該接触することにより前記ブラシが係止するように構成
   されたことを特徴とする回転電機用ブラシ保持装置。