JPS585514B2 - コウソクカイテンヨウブラシホジソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高速回転の軸に取付けられたスリップリング或
はコミュテータとブラシの保持装置に関するものである
。

従来、発電機或は、電動機に使用されるブラシ保持装置
は、ブラシを単一のスプリングによって回転軸に取付け
られたスリップリング或はコミュテータ（以後スリップ
リングとコミュテータを総称してスリップリングと称す
る）に押圧している。

加工精度、組立精度、軸の回転振動等があるために、軸
の回転によって、スリップリングは、ラジアル方向に周
期的な変動、即ち振動を生じる。

その振動は、−搬に軸の回転数を基本波とする周波数の
振動であり、発電機成いは電動機の回転数が低い場合に
はスリップリングのラジアル方向の振動の周波数は低い
が、高速の発電機或いは、電動機では軸の回転数が高い
ため、スリップリングのラジアル方向の振動の周波数も
高くなる。

ブラシの摩耗を極力少なくし、かつブラシとスリップリ
ングの導電性能を良好に維持するためには、ブラシがス
リップリングに付いたり、離れたりすることによって生
ずる火花の発生を極力少なくすることが最も重要であり
、又ブラシとスリップリングとの摩擦による摩耗を少な
くするため、ブラシの押圧力を余り太きくしないことも
必要である。

ブラシがスリップリングから離れない様にするには、ブ
ラシがスリップリングのラジアル方向の振動に完全に追
随すればよいが、そのためには、ブラシ保持系の固有振
動数をスリップリングのラジアル方向の振動の基本周波
数より大きくし、かつブラシの押圧力をスリップリング
のラジアル方向の振動によって、ブラシがスリップリン
グから受ける力より太きくしなければならない。

発電機或いは電動機の回転数が低い場合には、スリップ
リングのラジアル方向の振動の周波数が低いのでブラシ
を単一のスプリングでスリップリングに押圧する装置に
ても、比較的小さいバネ定数のスプリングを使用して、
ブラシとスプリングで構成される系の固有振動数をスリ
ップリングのラジアル方向の振動の周波数より大きくす
ることも可能で、ブラシの押圧力も余り強くならない。

しかるに、高速回転する発電気或いは、電動機では、ス
リップリングのラジアル方向の振動の周波数が高いので
、従来の様にブラシを単一のスプリングで、スリップリ
ングに押圧する装置にて、ブラシとスプリングで構成さ
れる系の固有振動数を大きくするため、スプリングのバ
ネ定数を非常に大きくするとブラシの押圧力を余り強く
ならない様に適尚な強さに組付けるには、バネの少しの
長さの変化で押付力が大きく変わるので極めて小さい長
さを管理しなければならず、組付けが極めて困難である
し、又ブラシの少しの摩耗によっても、押圧力が激減し
、押圧力の方がブラシがスリップリングから受ける力よ
りも小さくなって、ブラシはスリップリングに付いたり
離れたりする様になり、火花を発生してブラシの摩耗が
急激に多くなり、又導電性能も著しく低下することにな
って、ブラシの押付力の再調整或いはブラシの交換を頻
繁に行なわなければならない。

その結果、ブラシ抑圧用のスプリングのバネ定数を余り
大きくすることができず、ブラシ保持系の固有振動数は
軸の回転数の周波数以下に設定され、ブラシはスリップ
リングのラジアル方向の振動に追随し得なくなり、スリ
ップリングとブラシの接触部からは火花が発生し、その
ためブラシの摩耗が急激に増加し、かつスリップリング
とブラシ間の接触抵抗が大きくなるばかりか、この接触
抵抗が脈動的に変化して、導電性能を著しく低下させる
欠点があった。

本発明の目的は軸の高速回転に対してもブラシの押圧力
を特に強めることなく、ブラシをスリップリングの振動
に追随させることができる高速回転用ブラシ保持装置を
提供することによって、前記従来の欠点を除去すること
にある。

以下、本発明一実施例の構成を図面によって説明する。

ガスタービンエンジン等の高速回転機関に直結された発
電機１の端面には合成樹脂等の絶縁材で形成された枠体
２が取付けられ、該枠体２には発電機１の軸３に対して
放射状等間隔に筒状のホルダ４がゴム或は合成樹脂製の
摩擦材５を介してネジ６によって押付けられた状態で取
付けられ、ホルダ４内には発電機１の軸３に取付けられ
たスリップリンタフに接触するブラシ８と、溝９に嵌め
たＯ（オー）リング１０を介してホルダ４内面と接触す
るウェイト１１とが軸３に対してラジアル方向移動可能
に取付けられ、ブラシ８とウェイト１１との間にはブラ
シ８とスプリング１２とで構成される系の固有振動数を
軸３の回転数の周波数より大きくしたバネ定数の大きい
スプリング１２が挿入され、ウェイト１１とホルダ４後
端にネジ嵌合された蓋体１３との間にはバネ定数が小さ
く、かつ排量の大きいスプリング１４が挿入され、ブラ
シ８からのリード線１５は各スプリング１２，１４、ウ
ェイト１１、蓋体１３の中心を貫通した状態でホルダ４
後面の端子１６に取付けられている。

このように構成された高速回転用ブラシ保持装置におい
て、蓋体１３のネジ込み量を変えることによってスプリ
ング１４によるブラシ８の押圧力を調整する。

次にこの状態でガスタービンエンジン等の高速回転機関
を駆動させると、発電機１の軸３が高速回転しスリップ
リンタフは加工精度、組立精度、軸の振動等のため軸３
の回転数の周波数を基本波とした振動数で振動するが、
ウェイト１１の質量をブラシ８の質量より十分大きく設
定し、かつウェイト１１とホルダ４間にＯ（オー）リン
グ１０を介して振動減衰作用を持たせているため、ブラ
シ８とスプリング１２の振動に対してはウェイト１１を
固定として扱うことができ、従ってブラシ８とスプリン
グ１２とで構成される系の固有振動数は軸３の回転数の
周波数より大きくしであるので、ブラシ８はスリップリ
ンタフの振動に追随することができる。

その結果ブラシ８はスリップリンタフから離れることが
なくブラシ８とスリップリンタフの間に従来のように火
花が発生することはない。

なお、プラン８′のリード線１５′は第３図のようにホ
ルダ４′先端部の側面を貫通させた状態で端子１６′に
取付けることができ、又ホルダ４内面とウェイト１１間
に設けたＯ（オー）リング１０は振動減衰作用を持った
任意の材料とすることができる。

次に、本発明の特徴を更に明瞭にするためＯリング１０
の効果について述べる。

本発明のブラシ保持装置を振動系として考えると第４図
のようになり、第４図において、本発明のブラシ８は小
さい質量ｍに相当、ウェイト１１は大きい質量Ｍに相当
、スプリング１２はバネＫに相当、スプリング１４はバ
ネｋに相当する。

又、ウェイト１１とホルダ４の間に設けたＯリング１０
はウェイト１１とホルダ４の間に振動減衰作用を有する
ダッシュポットＣに相当する。

即ち、Ｏリング１０を設けたためにウェイト１０とホル
ダ４の間に振動減衰作用が生じ、第４図の振動モデルに
おいてダッシュポットＣが附加されたことになる。

次に、このダッシュポットＣの効果について述べる。

軸３の回転によって、スリップリング７はラジアル方向
に振動を生じるが、ブラシ８とスプリング１２とで構成
される系の固有振動数を軸３の回転数の周波数より大き
くしであるので、ブラシ８はスリップリング７のラジア
ル方向の振動に追随する。

したがって、ウェイト１１にはスプリング１２を通して
、スリップリング７の振動による周期的な力が作用する
。

今、軸３の回転の角速度をω（オメガ）とするとブラシ
８、スプリング１２を通して、ウェイト１１に作用する
力はＦｃｏｓωｔで表わされる周期的な力となる。

ただしＦは定数、ｔは時間を表わす。

即ち、第５図に示す様に、振動系は質量Ｍ１バネに１ダ
ツシユポツトＣで構成される系に、外力Ｆｃｏｓωｔが
作用する。

いま、質量Ｍ１バネｋ、ダッシュポットＣで構成される
系の固有振動数をω。

とすると、質量Ｍの変位χはダッシュポットＣの減衰作
用の大きさによって、第６図の様になる。

そのためダッシュポットＣが無ければω＝ωｎで共振し
、質量Ｍの変位χは極めて大きくなりω／ωｎが１を越
して、大きくなるとχは小さくなっていくが、ダッシュ
ポットＣがあればω＝ωｎにおけるχは小さくなり、ω
／ωｎが大きくなったときＣ＝０の場合より若干χは小
さくなる。

Ｃの値が大きい程この傾向は大きくなる。

以上の第６図の効果を具体的に示すと以下の様になる。

（１）ウェイト１１とスプリング１４で構成される系の
固有振動数（＝ωｎ）は小さいので、定常運転時におい
ては、軸３の回転の角速度ωとの比包／ωｎは１より十
分大きい。

従って、軸３の回転によってスリップリング７がラジア
ル方向に振動する場合、このスリップリング７の振動に
よるウェイト１１の動きは、Ｏリング１０を設けてウェ
イト１１とホルダ４の間に減衰作用を持たせた場合の方
が小さい。

すなわち、ブラシ８とスプリング１２で構成される系に
対して、厳密にはウェイト１１を固定として扱うことは
出来ないが、ウェイト１１とホルダ４の間に減衰作用を
持たせることによって、減衰作用がない場合よりより一
層ウェイト１１の動きを小さくすることができるのでブ
ラシ８とスプリング１２で構成される系のスリップリン
グ７の振動に対する追随性能は向上する。

（２）発電機１に直結されたガスタービンエンジンを定
常運転から減速する場合を考える。

この場合回転体の慣性モーメントの影響で、回転は急速
には下らず、徐々に下がる。

しかしながら、ブラシ８に通電すると、回転体にブレー
キ作用が働らき、回転を急速に下げることができる。

この場合、軸３の回転の角速度ωと、ウェイト１１、ス
プリング１４で構成される系の固有振動数ωｎの比ω／
ωｎは、軸３の回転数の降下に伴い、小さくなってくる
。

このときウェイト１１とホルダ４の間に減衰作用がなけ
れば、第６図に示す様にウェイト１１の変位は、軸３の
回転の降下と共に、急激に大きくなり、しかも、ウェイ
ト１１の変位は軸３の振動と同一位相ではないので如何
にブラシ８とスプリング１２で構成される系の固有振動
数を大きくしても、ウェイト１１が大きく動いてしまう
ので、ブラシ８はスリップリング７の振動に追随できな
い。

ところが、ウェイト１１とホルダ４の間にＯリング１０
を設けて減衰作用を持たせると、第６図に示す様に、ウ
ェイト１１の変位を小さくすることができるので、急速
に回転を下げるためにブラシ８に通電して、ブレーキ作
用させる減速時においても、ブラシ８をスリップリング
７の振動に追随させることができる。

このように、本発明はスリップリング７の振動に対して
はバネ定数の大きいスプリング１２とブラシ８とで構成
される系によってブラシ８を追随させ、ブラシ８とスリ
ップリング１の間の火花の発生を防止してブラシ８の摩
耗を著しく減少させることができ、かつ導電性能を著し
く向上させる効果があり、さらにウェイト１１をバネ定
数の小さいたわみ量の大きいスプリング１４で押し付け
ているため、ブラシの摩耗による押付力の変化をほとん
どなくす効果があり、又ホルダ４の内面とウェイト１１
との間に振動減衰作用を持った例えばＯ（オー）リング
１０を介することによって、前記スリップリング７の振
動に対するブラシ８の追随性能を一層向上させることが
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の破断側面図、第２図はその破
断正面図、第３図は第２図に対応した本実施例の別態様
の破断正面図、第４図と第５図は本実施例の振動系を示
す説明図、第６図は本実施例の振動特性を示す特性図で
ある。 ３・・・・・・軸、４，４′・・・・・・ホルダ、７・
・・・・・スリップリング、８，８′・・・・・・ブラ
シ、１０・・・・・・Ｃリング、１１．１１′・・・・
・・ウェイト、１２，１２′・・・・・・スプリング、
１４・・・・・・スプリング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転軸に取付けられたスリップリング或はコミュテ
   ータに押圧された状態で接触状態を保持し該抑圧方向に
   移動可能にホルダに取付けられたブラシにおいて、該ブ
   ラシの後面にバネ定数の大きいスプリングを介してウェ
   イトを前記ブラシの抑圧方向に移動可能に設け、かつ該
   ウェイトと前記ホルダとの間に前記ブラシを押圧するバ
   ネ定数の小さいスプリングを設け、更に前記ウェイトと
   前記ホルダとの間に前記ウェイトとバネ定数の小さいス
   プリングとで構成される振動系の固有振動数と回転軸の
   回転数とが一致若しくは近づいたときの共振時の振動を
   減衰させるための弾性体として０リングを介在させるこ
   とを特徴とする高速回転用ブラシ保持装置。