JP2000312457A - 車両内の電気機械用炭素ブラシ - Google Patents
車両内の電気機械用炭素ブラシInfo
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- JP2000312457A JP2000312457A JP2000080549A JP2000080549A JP2000312457A JP 2000312457 A JP2000312457 A JP 2000312457A JP 2000080549 A JP2000080549 A JP 2000080549A JP 2000080549 A JP2000080549 A JP 2000080549A JP 2000312457 A JP2000312457 A JP 2000312457A
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- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
- H01R39/02—Details for dynamo electric machines
- H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
- H01R39/26—Solid sliding contacts, e.g. carbon brush
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
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- H01R39/02—Details for dynamo electric machines
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- H01R39/20—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush characterised by the material thereof
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 車両内の電気機械の整流子または集電器セグ
メントの数を可能な限り最低限にして、しかも良好に整
流を行うことができ、電気機械の電機子を伝わる電気エ
ネルギの損失を低く出来るような炭素ブラシを提供す
る。 【解決手段】 起動モーター内で使用可能な炭素ブラシ
の固有電気抵抗は１０００μΩｃｍよりも大きく、補助
電気モーターまたは交流発電機内で使用可能な炭素ブラ
シの固有電気抵抗は１００００μΩｃｍよりも大きく、
燃料ポンプ・モーター内で使用可能な炭素ブラシの固有
電気抵抗は２００００μΩｃｍよりも大きい。
メントの数を可能な限り最低限にして、しかも良好に整
流を行うことができ、電気機械の電機子を伝わる電気エ
ネルギの損失を低く出来るような炭素ブラシを提供す
る。 【解決手段】 起動モーター内で使用可能な炭素ブラシ
の固有電気抵抗は１０００μΩｃｍよりも大きく、補助
電気モーターまたは交流発電機内で使用可能な炭素ブラ
シの固有電気抵抗は１００００μΩｃｍよりも大きく、
燃料ポンプ・モーター内で使用可能な炭素ブラシの固有
電気抵抗は２００００μΩｃｍよりも大きい。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、車両内で使用する
為の整流子付き電気機械内部で使用される炭素ブラシに
関するものである。
為の整流子付き電気機械内部で使用される炭素ブラシに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在の技術によれば、このタイプの炭素
ブラシは、ブラシ材料、特に銅部品の適切な選択と数値
の決定によって、固有の電気抵抗をもつように構成され
ており、その際に車両の電圧に応じた固有の必要条件が
考慮される。この種の整流子付き電気機械の運転中に、
ブラシが一つの整流子セグメントから次の隣接するセグ
メントに移る時、二つの隣接する整流子セグメントが短
絡することになる。こうして生じる短絡電流の大きさ
は、炭素ブラシの抵抗だけでなく炭素ブラシと集電器セ
グメントとの間の接触抵抗とを合わせたものからなる全
体の抵抗に左右されるが、整流が良好に行われる為に
は、その短絡電流が最小でなければならない。この必要
条件は、炭素ブラシの材料が比較的高い固有抵抗を必要
とすることを示すが、それはまた、もう一つの必要条件
とは矛盾することになる。それというのも、一方では、
炭素ブラシを通じて伝達される電力の電気機械内部での
配線通過中の損失も、できるだけ小さくなければならな
いということである。この問題は、ある動作電圧で設計
された電気機械を、もっと高い動作電圧で運転できるよ
うにしようとして、しかも大幅な設計変更はできるだけ
避けたいというような場合、相当にきつい問題になって
くる。モーターがより高い電圧で動作するように数値決
定されており、その一方で現有の集電器はできるだけそ
のままにしておくということなら、巻きの数を増やす必
要があり、そうすると、その自己誘導係数も自乗の法則
によって増大することになる。この電圧の増大によっ
て、整流子の滑り接触には余計に負荷がかかることにな
る。
ブラシは、ブラシ材料、特に銅部品の適切な選択と数値
の決定によって、固有の電気抵抗をもつように構成され
ており、その際に車両の電圧に応じた固有の必要条件が
考慮される。この種の整流子付き電気機械の運転中に、
ブラシが一つの整流子セグメントから次の隣接するセグ
メントに移る時、二つの隣接する整流子セグメントが短
絡することになる。こうして生じる短絡電流の大きさ
は、炭素ブラシの抵抗だけでなく炭素ブラシと集電器セ
グメントとの間の接触抵抗とを合わせたものからなる全
体の抵抗に左右されるが、整流が良好に行われる為に
は、その短絡電流が最小でなければならない。この必要
条件は、炭素ブラシの材料が比較的高い固有抵抗を必要
とすることを示すが、それはまた、もう一つの必要条件
とは矛盾することになる。それというのも、一方では、
炭素ブラシを通じて伝達される電力の電気機械内部での
配線通過中の損失も、できるだけ小さくなければならな
いということである。この問題は、ある動作電圧で設計
された電気機械を、もっと高い動作電圧で運転できるよ
うにしようとして、しかも大幅な設計変更はできるだけ
避けたいというような場合、相当にきつい問題になって
くる。モーターがより高い電圧で動作するように数値決
定されており、その一方で現有の集電器はできるだけそ
のままにしておくということなら、巻きの数を増やす必
要があり、そうすると、その自己誘導係数も自乗の法則
によって増大することになる。この電圧の増大によっ
て、整流子の滑り接触には余計に負荷がかかることにな
る。
【０００３】そういうわけで、電気機械をより高い電圧
で動作するようにする時には、整流子セグメントを増や
すか、集電器セグメントを増やすのが普通である。しか
しながら、こうすると仕事量が相当に増えることになっ
てしまう。車両に適用されるモーターには普通三つから
２４個のセグメントがある。
で動作するようにする時には、整流子セグメントを増や
すか、集電器セグメントを増やすのが普通である。しか
しながら、こうすると仕事量が相当に増えることになっ
てしまう。車両に適用されるモーターには普通三つから
２４個のセグメントがある。
【０００４】実際に使われている炭素ブラシ材料は、車
両の電気系統に相応しい動作電圧に適した次のような固
有の抵抗値を有している。１２ボルト電気系統の車両で
使われる炭素ブラシの固有抵抗は、その炭素ブラシが起
動モーター用なら１００μΩｃｍ未満、補助モーターや
交流発電機用なら５０から１０００μΩｃｍの範囲、そ
して、燃料ポンプ用のモーターの特別な場合には数千μ
Ωｃｍまでのものである。２４ボルト電気系統の車両で
使われる炭素ブラシの固有抵抗は、起動モーター用なら
２０から１００μΩｃｍの間、補助モーター用なら２５
０から４０００μΩｃｍの範囲、そして、燃料ポンプ用
のモーターの炭素ブラシには７０００μΩｃｍまでであ
る。４８ボルト電気系統を用いるフォーク・リフトトラ
ック用には、５００から２５００μΩｃｍの間の固有抵
抗の炭素ブラシ材料の使用がこれまでのところ旨くいっ
ている。１００００μΩｃｍ近い固有抵抗の炭素ブラシ
材料も使われたことはあるが、個別の事例においてのみ
であり、取り分け、整流子に特に高度の要求が課される
反転モーターで使われたに過ぎない。１１０から２３０
ボルトで作動する家庭電化製品や携帯用の電気器具等の
全く異なった適用分野では、２５０００から２００００
０μΩｃｍの間の固有抵抗の炭素ブラシも使われている
ことがある。
両の電気系統に相応しい動作電圧に適した次のような固
有の抵抗値を有している。１２ボルト電気系統の車両で
使われる炭素ブラシの固有抵抗は、その炭素ブラシが起
動モーター用なら１００μΩｃｍ未満、補助モーターや
交流発電機用なら５０から１０００μΩｃｍの範囲、そ
して、燃料ポンプ用のモーターの特別な場合には数千μ
Ωｃｍまでのものである。２４ボルト電気系統の車両で
使われる炭素ブラシの固有抵抗は、起動モーター用なら
２０から１００μΩｃｍの間、補助モーター用なら２５
０から４０００μΩｃｍの範囲、そして、燃料ポンプ用
のモーターの炭素ブラシには７０００μΩｃｍまでであ
る。４８ボルト電気系統を用いるフォーク・リフトトラ
ック用には、５００から２５００μΩｃｍの間の固有抵
抗の炭素ブラシ材料の使用がこれまでのところ旨くいっ
ている。１００００μΩｃｍ近い固有抵抗の炭素ブラシ
材料も使われたことはあるが、個別の事例においてのみ
であり、取り分け、整流子に特に高度の要求が課される
反転モーターで使われたに過ぎない。１１０から２３０
ボルトで作動する家庭電化製品や携帯用の電気器具等の
全く異なった適用分野では、２５０００から２００００
０μΩｃｍの間の固有抵抗の炭素ブラシも使われている
ことがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、車両電気系
統用に適した炭素ブラシを新たに作りだすことを目的と
し、それを更に発展する過程において、車両バッテリー
用には４２ボルトの充電電圧、そしてそのような車両電
気系統の交流発電機用には約３６ボルトの動作電圧を示
す。こういう車両電気系統では電気が消費され、より高
いエネルギーを必要とすることから、このような高電圧
が望まれている。この炭素ブラシには、取り分け、配線
通過時の損失が比較的少ないという利点もある（フォー
カス誌１９９９年第６号、１７６ページ等参照）。
統用に適した炭素ブラシを新たに作りだすことを目的と
し、それを更に発展する過程において、車両バッテリー
用には４２ボルトの充電電圧、そしてそのような車両電
気系統の交流発電機用には約３６ボルトの動作電圧を示
す。こういう車両電気系統では電気が消費され、より高
いエネルギーを必要とすることから、このような高電圧
が望まれている。この炭素ブラシには、取り分け、配線
通過時の損失が比較的少ないという利点もある（フォー
カス誌１９９９年第６号、１７６ページ等参照）。
【０００６】本発明は、車両内の電気機械の整流子また
は集電器セグメントの数を可能な限り最低限にして、し
かも良好に整流を行うことができ、電気機械の電機子を
伝わる電気エネルギーの損失を低く出来るような炭素ブ
ラシを作りだす。
は集電器セグメントの数を可能な限り最低限にして、し
かも良好に整流を行うことができ、電気機械の電機子を
伝わる電気エネルギーの損失を低く出来るような炭素ブ
ラシを作りだす。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題を、以下に述べ
る炭素ブラシにより、解決することが出来る。すなわ
ち、以下に示す固有の電気抵抗のブラシ材料を用いるこ
とによって、車両に適用する様々な適用形態の炭素ブラ
シを達成する。第一に、起動モーターで使用可能な炭素
ブラシの固有電気抵抗が１０００μΩｃｍよりも大きい
ことを特徴とする、３６ボルト電気系統の車両内の整流
子付き電気機械用炭素ブラシ。第二に、補助電気モータ
ーまたは交流発電機で使用可能な炭素ブラシの固有電気
抵抗が１００００μΩｃｍよりも大きいことを特徴とす
る、３６ボルト電気系統の車両内の整流子付き電気機械
用炭素ブラシ。第三に、燃料ポンプ・モーターで使用可
能な炭素ブラシの固有電気抵抗が２００００μΩｃｍよ
りも大きいことを特徴とする、３６ボルト電気系統の車
両内の整流子付き電気機械用炭素ブラシ。
る炭素ブラシにより、解決することが出来る。すなわ
ち、以下に示す固有の電気抵抗のブラシ材料を用いるこ
とによって、車両に適用する様々な適用形態の炭素ブラ
シを達成する。第一に、起動モーターで使用可能な炭素
ブラシの固有電気抵抗が１０００μΩｃｍよりも大きい
ことを特徴とする、３６ボルト電気系統の車両内の整流
子付き電気機械用炭素ブラシ。第二に、補助電気モータ
ーまたは交流発電機で使用可能な炭素ブラシの固有電気
抵抗が１００００μΩｃｍよりも大きいことを特徴とす
る、３６ボルト電気系統の車両内の整流子付き電気機械
用炭素ブラシ。第三に、燃料ポンプ・モーターで使用可
能な炭素ブラシの固有電気抵抗が２００００μΩｃｍよ
りも大きいことを特徴とする、３６ボルト電気系統の車
両内の整流子付き電気機械用炭素ブラシ。
【０００８】これらの適用形態に適合させる固有の電気
抵抗の数値決定には様々あるが、共通しているのは、そ
の場合の固有抵抗は、１２ボルトの車両電気系統に対応
して適用される炭素ブラシの固有抵抗よりも、１０倍
か、好ましくは３０から６０倍も大きい方がよいという
ことである。そうすることによって、その固有抵抗は、
４８ボルトの電気系統のフォーク・リフトトラックで普
通に適用されるものよりも大きくすることさえ可能とな
る。
抵抗の数値決定には様々あるが、共通しているのは、そ
の場合の固有抵抗は、１２ボルトの車両電気系統に対応
して適用される炭素ブラシの固有抵抗よりも、１０倍
か、好ましくは３０から６０倍も大きい方がよいという
ことである。そうすることによって、その固有抵抗は、
４８ボルトの電気系統のフォーク・リフトトラックで普
通に適用されるものよりも大きくすることさえ可能とな
る。
【０００９】本発明によって炭素ブラシ材料の数値を決
定することにより、少ない数の整流子セグメントまたは
集電器セグメントを備えた整流子と接続して使うことが
できるようになった。実際、その数は、１２ボルトの車
両電気系統に適用される場合に必要とされる数よりも大
きくはない。にもかかわらず、炭素ブラシの整流は良好
に行われ、寿命も長い。そのようなわけで、１２ボルト
での動作用に設計された電気機械の相当な部品が、集電
器やブラシ・ホルダも含めて、使用可能なのである。こ
のようなことは、実際には、電機子の巻き線におけるワ
イヤの断面に制限されており、それは１／３にまで縮小
しなければならない。また、本発明による比較的高い抵
抗の炭素ブラシを使う場合には、巻きの数は３倍とな
る。
定することにより、少ない数の整流子セグメントまたは
集電器セグメントを備えた整流子と接続して使うことが
できるようになった。実際、その数は、１２ボルトの車
両電気系統に適用される場合に必要とされる数よりも大
きくはない。にもかかわらず、炭素ブラシの整流は良好
に行われ、寿命も長い。そのようなわけで、１２ボルト
での動作用に設計された電気機械の相当な部品が、集電
器やブラシ・ホルダも含めて、使用可能なのである。こ
のようなことは、実際には、電機子の巻き線におけるワ
イヤの断面に制限されており、それは１／３にまで縮小
しなければならない。また、本発明による比較的高い抵
抗の炭素ブラシを使う場合には、巻きの数は３倍とな
る。
【００１０】３６ボルト系統用の固有電気抵抗を決定す
る為の値の範囲は、他の電圧の車両電気系統用には経験
上適切と思われている範囲を越えてはいるが、本発明に
より数値決定されたブラシは電気機械の電力損失を驚く
程低く抑えることができる。これは、固有の電気抵抗の
低い炭素ブラシを使用した場合と比べて、炭素ブラシで
失われる電力が増加するのを補って余りある程、整流が
改善されていることから来るのかも知れない。
る為の値の範囲は、他の電圧の車両電気系統用には経験
上適切と思われている範囲を越えてはいるが、本発明に
より数値決定されたブラシは電気機械の電力損失を驚く
程低く抑えることができる。これは、固有の電気抵抗の
低い炭素ブラシを使用した場合と比べて、炭素ブラシで
失われる電力が増加するのを補って余りある程、整流が
改善されていることから来るのかも知れない。
【００１１】更に重要な利点は、本発明により数値決定
された炭素ブラシからは、電磁的干渉の発生が少なくな
っているということである。
された炭素ブラシからは、電磁的干渉の発生が少なくな
っているということである。
【００１２】少なくとも１５％の銅を含浸させた、この
ような高い抵抗の材料を使用することは、ブラシと整流
子の境界面での電圧の低下を減少させる為にも更に有利
である。
ような高い抵抗の材料を使用することは、ブラシと整流
子の境界面での電圧の低下を減少させる為にも更に有利
である。
【００１３】
【実施例】１２ボルトのワイパー・モーターは電機子の
ワイヤの厚さを減じることによって、および３の係数で
スロット毎に巻き線の数を増やすことによって、４２ボ
ルトに適合されてきた。標準１２ボルト級のブラシは、
試験の結果、激しい整流の為、急速に摩滅することが分
かった。抵抗率が表面で（すなわち圧縮方向に直角に）
１０００μΩｃｍ以上になるように、銅含有量を減らす
ことによっても改善されるが、１２ボルトにおける摩滅
率ほどの低さは生じなかった。銅の結合された網状組織
がもはや存在しなくなるような量に銅含有量を減じるこ
とによって、抵抗率を簡単にはるかに増加出来ることが
分かった。そのような場合、表面の抵抗率は４５００μ
Ωｃｍよりも増加し、表面と反対で（すなわち圧縮方向
に沿って）の抵抗率は９０００μΩｃｍよりも増加し
た。これらのブラシは整流を良好にし、１２ボルトの場
合と等しい寿命を示した。
ワイヤの厚さを減じることによって、および３の係数で
スロット毎に巻き線の数を増やすことによって、４２ボ
ルトに適合されてきた。標準１２ボルト級のブラシは、
試験の結果、激しい整流の為、急速に摩滅することが分
かった。抵抗率が表面で（すなわち圧縮方向に直角に）
１０００μΩｃｍ以上になるように、銅含有量を減らす
ことによっても改善されるが、１２ボルトにおける摩滅
率ほどの低さは生じなかった。銅の結合された網状組織
がもはや存在しなくなるような量に銅含有量を減じるこ
とによって、抵抗率を簡単にはるかに増加出来ることが
分かった。そのような場合、表面の抵抗率は４５００μ
Ωｃｍよりも増加し、表面と反対で（すなわち圧縮方向
に沿って）の抵抗率は９０００μΩｃｍよりも増加し
た。これらのブラシは整流を良好にし、１２ボルトの場
合と等しい寿命を示した。
【００１４】
【発明の効果】本発明により、車両内の電気機械の整流
子または集電器セグメントの数を可能な限り最低限にし
て、しかも良好に整流を行うことができ、電気機械の電
機子を伝わる電気エネルギーの損失を低くできる。
子または集電器セグメントの数を可能な限り最低限にし
て、しかも良好に整流を行うことができ、電気機械の電
機子を伝わる電気エネルギーの損失を低くできる。
Claims (3)
- 【請求項１】 起動モーターで使用可能な炭素ブラシの
固有電気抵抗が１０００μΩｃｍよりも大きいことを特
徴とする、３６ボルト電気系統の車両内の整流子付き電
気機械用炭素ブラシ。 - 【請求項２】 補助電気モーターまたは交流発電機で使
用可能な炭素ブラシの固有電気抵抗が１００００μΩｃ
ｍよりも大きいことを特徴とする、３６ボルト電気系統
の車両内の整流子付き電気機械用炭素ブラシ。 - 【請求項３】 燃料ポンプ・モーターで使用可能な炭素
ブラシの固有電気抵抗が２００００μΩｃｍよりも大き
いことを特徴とする、３６ボルト電気系統の車両内の整
流子付き電気機械用炭素ブラシ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29905433.0 | 1999-03-24 | ||
| DE29905433U DE29905433U1 (de) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | Kohlebürste für eine elektrische Maschine in einem Kraftfahrzeug |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000312457A true JP2000312457A (ja) | 2000-11-07 |
Family
ID=8071352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000080549A Pending JP2000312457A (ja) | 1999-03-24 | 2000-03-22 | 車両内の電気機械用炭素ブラシ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6268679B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000312457A (ja) |
| DE (1) | DE29905433U1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002001700A1 (fr) * | 2000-06-28 | 2002-01-03 | Totankako Co., Ltd. | Balai au carbone pour machine electrique |
| DE10156320A1 (de) * | 2001-11-19 | 2003-06-05 | Schunk Kohlenstofftechnik Gmbh | Harzgebundener Graphitwerkstoff, Verfahren zur Herstellung eines harzgebundenen Graphitwerkstoffes sowie Verwendung dieses |
| JP4512318B2 (ja) * | 2003-02-04 | 2010-07-28 | 日立化成工業株式会社 | 積層ブラシ |
| DE10317594A1 (de) * | 2003-04-16 | 2004-10-28 | Siemens Ag | Kraftstoffpumpe mit einem Elektromotor |
| DE102012204197A1 (de) * | 2012-03-16 | 2013-09-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektrische Maschine mit Phasentrenner |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01185197A (ja) * | 1988-01-18 | 1989-07-24 | Hitachi Ltd | 車両用電源装置 |
| JPH0633853A (ja) * | 1992-07-16 | 1994-02-08 | Hitachi Ltd | スタータ |
| JPH08205482A (ja) * | 1995-01-31 | 1996-08-09 | Hitachi Ltd | 単相交流整流子モータ用ブラシ |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3714482A (en) * | 1971-10-27 | 1973-01-30 | Motorola Inc | Brush wear inhibitor for dynamoelectric machines |
| US4220884A (en) * | 1978-05-01 | 1980-09-02 | Trw Inc. | Carbon brush for motors and method of making the same |
| JPH05226047A (ja) * | 1991-03-18 | 1993-09-03 | Hitachi Ltd | コンデンサ内蔵整流子及びその製造方法 |
-
1999
- 1999-03-24 DE DE29905433U patent/DE29905433U1/de not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-02-28 US US09/514,373 patent/US6268679B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-03-22 JP JP2000080549A patent/JP2000312457A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01185197A (ja) * | 1988-01-18 | 1989-07-24 | Hitachi Ltd | 車両用電源装置 |
| JPH0633853A (ja) * | 1992-07-16 | 1994-02-08 | Hitachi Ltd | スタータ |
| JPH08205482A (ja) * | 1995-01-31 | 1996-08-09 | Hitachi Ltd | 単相交流整流子モータ用ブラシ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6268679B1 (en) | 2001-07-31 |
| DE29905433U1 (de) | 1999-06-10 |
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