JPH10257722A - 回転電機の集電環装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転電機の集電環装置で使用する電気黒鉛質
ブラシは摺接特性の潤滑性能は優れているが、高電流密
度になると急激に温度上昇し火花を発生する。又、金属
黒鉛質ブラシは高電流密度領域では酸化被膜を形成し易
く集電環の表面は滑らかで良好な摺接特性を示すが、低
電流密度領域になると酸化被膜の形成がうまくできずに
集電環の表面に傷を付ける問題がある。 【解決手段】 スタッドにより固定枠に固定された先端
に保持部を有するブラシ保持器と、前記保持部内に収納
されると共にバネにて押圧されピックテル線を有するブ
ラシと、このブラシの下端面と摺動し回転軸に嵌合され
た集電器の一部を構成する集電環を有する集電環装置
で、前記ブラシ上部に磁石を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、巻線形３相誘導電
動機である回転電機の集電環装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の回転電機の集電環装置を図５，６
に示す。図において、１は巻線形３相誘導電動機である
回転電機の回転軸で、これには図示しない集電胴に３相
分の集電環２が相互にバーリア３を介在させて嵌着固定
してなる集電器４が焼嵌めにより装着されている。５は
前記３相分の各集電環２に夫々対応する３個のブラシ保
持器で、これらは絶縁体６が交互に存するようにして固
定枠７にスタット８により取付け固定されている。

【０００３】これらの各ブラシ保持器５は角筒状をなす
２個の保持部５ａ，５ｂには２種類のブラシたる第１の
ブラシ９及び第２のブラシ１０が上下方向に移動可能に
保持されている。そして、これらのブラシ９，１０は保
持部５ａ，５ｂの上方部位に装着された定圧バネ１１，
１２により押圧されて対応する集電環２の中央部に適圧
で接触するようになっている。

【０００４】尚、巻線形３相誘導電動機の２次巻線から
導出された各相の２次側リード線１４は集電器４におけ
る各集電環２に対応する接続端子１５に接続され、ブラ
シ９，１０はピックテル線１６，１７を介してブラシ保
持器５の接続端子１８，１９に接続され、この接続端子
１８，１９に接続された接続端子２０はリード線２１を
介して外部抵抗器（図示せず）に接続されている。

【０００５】この種構造の巻線形３相誘導電動機におい
ては、２次側に集電環装置を介して外部抵抗器を接続す
ることにより始動トルクを大きくすると同時に始動電流
を制限するようにしている。この場合、集電環装置の集
電環２に摺接するブラシ９，１０の温度は、誘導電動機
の製作時の仕様，容量の増減及び使用環境，使用条件の
変化等によって変化するものである。そして、ブラシ
９，１０を集電環２上に安定して摺接させるためには、
集電環２の表面に安定した酸化被膜を形成させる必要が
あり、酸化被膜の形成にはブラシ９，１０を適正な温度
範囲にする必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、誘
導電動機の製作に当たっては１００％の負荷を想定して
集電環装置のブラシ９，１０の材質選定を行うようにし
ているが、前述のような使用条件の変化がある。又、当
初から相手方機械の負荷に対して余裕を有するように製
作依頼がなされたりするので、実際には軽負荷で運転す
る場合が多い。このように軽負荷運転になると集電環装
置のブラシの電流密度が低下してブラシ９，１０の温度
が低くなるので、集電環２の材料たる銅に対する酸素の
化学反応が少なくなって集電環２の表面に酸化被膜が発
生しにくくなるものである。

【０００７】この集電環２の表面に酸化被膜が円滑に発
生しないと、ブラシ９，１０が直接集電環２の金属
（銅）表面に摺接することになり、集電環２の表面に傷
を付けたり或いはブラシ９，１０が異常摩耗するという
不具合が生ずる。このような不具合を極力解消するため
に、従来では負荷に応じてブラシ９，１０材質の変える
ことを実施している。従来、ブラシ９，１０には電気黒
鉛質ブラシが用いられる。

【０００８】しかしながら、電気黒鉛質ブラシは摺接特
性において潤滑性能は優れているが、電流密度が高くな
ると急激に温度上昇して火花を発生する問題がある。
又、金属黒鉛質ブラシは高電流密度領域では酸化被膜を
形成し易く集電環２の表面が滑らかになって良好な摺接
特性を示すが、低電流密度領域になると酸化被膜の形成
がうまくできずに集電環２の表面に傷を付ける問題があ
る。

【０００９】本発明は上述の事情に鑑みて成されたもの
で、その目的は、使用条件に常時適合し得て、集電環の
表面の損傷，火花の発生及びブラシの異常摩耗を防止す
ることのできる回転電機の集電環装置を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明における回転電機
の集電環装置は、スタッドにより固定枠に固定された先
端に保持部を有するブラシ保持器と、前記保持部内に収
納されると共にバネにて押圧されピックテル線を有する
ブラシと、このブラシの下端面と摺動し回転軸に嵌合さ
れた集電器の一部を構成する集電環を有する回転電機の
集電環装置に於いて、前記ブラシ上部に磁石を設けるこ
とを特徴とする。

【００１１】このように構成すると、後述するように、
金属の摩耗に関して磁場はシビア摩耗からマイルド摩耗
への遷移を促進することが知られており、そのマイルド
摩耗への遷移により、ブラシでの酸素の吸着及び酸化を
促進し酸化被膜を生成する。従って、使用条件に常時適
合し得て、集電環の損傷，火花の発生及びブラシの異常
摩耗を防止することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本発明の第１実施例について
図１を参照して説明する。尚、従来構成と同じものは同
じ符号を使用して詳細な説明は省略し、従来と異なる構
成のみを説明する。

【００１３】従来の図６に示された回転電機の集電環部
のブラシ保持器５の保持部５ａ，５ｂ内に、図１に示す
ような例えば保持部５ａ内にはブラシ９ａとその上部に
永久磁石２２を挿入し、保持部５ｂ内にはブラシ１０ａ
とその上部に永久磁石２３を挿入する。尚、ブラシ９
ａ，１０ａの材質は金属黒鉛質ブラシである。

【００１４】以上のように構成された集電環部におい
て、永久磁石２２，２３の磁気２４により図１に矢印２
４で示すように磁石２２（２３）→ブラシ９ａ（１０
ａ）→集電環２→磁石２２（２３）の磁気回路を形成
し、集電環２とブラシ９ａ，１０ａの接触面に磁力が作
用して酸素の吸着を促進することによりブラシ９ａ，１
０ａの表面に酸化被膜を生成する。これにより、低電流
密度領域でも酸化被膜をブラシ９ａ，１０ａの表面に形
成できるので集電環２の表面を損傷し、ブラシ９ａ，１
０ａが異常摩耗することを防止することができる。そし
て、金属黒鉛質ブラシは、固有抵抗と接触抵抗とが小で
あるので、接触電圧降下が小さく温度上昇も低いもので
あり、高電流密度領域まで使用する事ができ、温度上昇
により火花が発生することも防止できる。

【００１５】これについて詳述すると、電子軌道に空孔
のある遷移金属或いは遷移金属が主成分である強磁性
体、例えば鉄鋼材料は化学的に非平衡状態にあり他の元
素と結合し易い。このような材料から成る摺動部材に磁
気を作用させると、他の元素との結合（イオン結合或い
は共有結合）作用が活発化され、酸素の吸着が促進され
て酸化膜が形成される。この酸化膜が摩擦面に介在する
ことにより、新生面同士の接触，凝着が少なくなり、摩
耗粉が微粉化されて早期にマイルド摩耗粉が作り出され
る。

【００１６】又、磁場はその吸引力によってマイルド摩
耗粉を摩擦面に保持し、マイルド摩耗粉が摩擦面に堆積
される。これによって摩擦面にマイルド摩耗面が形成さ
れ、接触面の摩耗が減少される。図４にはこのことを表
しており、（ａ）における摺動体Ｂが集電環２に相当
し、摺動体Ｃがブラシ９ａ，１０ａに相当する。又、そ
れらの接触面の状態を、磁気なしの場合（ｂ）と磁気あ
りの場合（ｃ）とで夫々表している。

【００１７】これらをまとめると、 （１）磁場はマイルド摩耗粉を摩擦の初期から作り出
す。 （２）磁場はマイルド摩耗粉を摩擦面から逃さず、マイ
ルド摩耗面の生成を容易にする。

【００１８】これらの２つの作用によってシビア摩耗か
らマイルド摩耗への遷移が促進され、このマイルド摩耗
への遷移により摩擦面の摩耗が減少する。尚、このメカ
ニズムは「トライボロジスト」の第３巻・第６号（１９
８９）の４３０〜４３６頁に記載されている。

【００１９】次に第２実施例について図２を参照して説
明すると、磁石２２，２３による磁気２４を誘導するヨ
ーク２５，２６を設けることにより、集電環２とブラシ
９ａ，１０ａの接触面に磁気２４を集中させることによ
り酸化被膜の形成を向上させることができる。

【００２０】続いて第３実施例を図３を参照して説明す
ると、ブラシ９ａ，１０ａの材質を金属黒鉛質ブラシと
し、ブラシ９ａ，１０ａの両側に永久磁石２２ａ，２３
ａを設けることにより、磁気２４を集電環２とブラシ９
ａ，１０ａの接触面に作用させる。これにより接触面に
酸化被膜を形成し、低電流密度領域から高電流密度領域
まで適用することができる。

【００２１】尚、本発明は上記し且つ図示した実施例に
のみ限定されるものではなく、例えば、巻線形３相誘導
電動機に限らず集電環装置を必要とする回転機全般に適
用し得る等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実
施できることは勿論である。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、使用条件
に常時適合し得て、集電環の表面の損傷，火花の発生及
びブラシの異常摩耗を防止することができるという優れ
た効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す集電環装置の磁石配置
図、

【図２】本発明の他の実施例を示す図２相当図、

【図３】本発明の他の実施例を示す図２相当図、

【図４】作用説明図、

【図５】従来の集電環装置の正面図、

【図６】従来の集電環装置の一部断面して示す側面図。

【符号の説明】

１…回転軸、 ２…集電環、 ４…集
電器、５…ブラシ保持器、 ７…固定枠、
８…スタット、9,9a,10,10a …ブラシ、。11,12 …定圧
バネ、 16,17 …ピックテール線、22,23 …永久磁石、
25,26 …ヨーク。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スタッドにより固定枠に固定された先端
   に保持部を有するブラシ保持器と、前記保持部内に収納
   されると共にバネにて押圧されピックテル線を有するブ
   ラシと、このブラシの下端面と摺動し回転軸に嵌合され
   た集電器の一部を構成する集電環を有する回転電機の集
   電環装置に於いて、前記ブラシ上部に磁石を設けること
   を特徴とする回転電機の集電環装置。
2. 【請求項２】 前記磁石を載置したブラシの周囲に磁気
   を誘導するヨークを設けた請求項１記載の回転電機の集
   電環装置。
3. 【請求項３】 前記ブラシの両側に磁石を設けた請求項
   １記載の回転電機の集電環装置。