JPS6216042A - 回転電機の集電環装置 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は巻線形３相誘導電動機等の回転電機の集電環装
置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点） 回転電機例えば巻線形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に摺接
するブラシの温度は、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、ブラシを集電環上に安定して摺
接させるためには、集電環の表面に安定した酸化被膜を
形成さける必要があり、酸化被膜の形成にはブラシを適
正な温度範囲にする必要がある。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の材質選定を行なうようにしている
が、前述したような使用条件の変化があり、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され
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デ度が低下してブラシの温度が低く
なるので、集電環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の表面に酸化被膜が発生しにくく
なるものである。集電環の表面に酸化被膜が円滑に発生
しないと、ブラシが直接集電環の金属（銅）表面に摺接
することになり、集電環の表面に傷を付けたり或いはブ
ラシ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
応じてブラシの材質を変える等の具体策を実施している
。

即ち、第１１図は集電環１に金属黒鉛質ブラシ２．３を
摺接させるようにした第１の従来例を示し、第１２図は
集電環４に電気黒鉛質ブラシ５゜６を摺接させるように
した第２の従来例を示している。尚、７は集電環１，４
の回転方向である。

金属黒鉛質ブラシ２，３を用いた第１の従来例において
は、低電流密度領域では、第１３図（ｂ　’）で示すよ
うに集電環１の表面がかなり傷付いて凹凸状になってお
り、又、ブラシ２及び３も第１５図（ｂ）の摩耗量特性
折線Ｌ２ｂ及びｆ３ｂで示すように摩耗量が多くなって
いる。これは、ブラシ２及び３の温度上昇が第１４図＜
ｂ＞の温度上昇特性折線Ｌ２ａ及びＬ３ａで示すように
低くて、集電環１の表面に酸化被膜が形成されてないた
めである。これに対して、電気黒鉛質ブラシ５，６を用
いた第２の従来例においては、低電流密度領域では、電
気黒鉛質ブラシ５及び６は温度上背が低くても酸化被膜
形成能力をもっているので、第１３図（ａ　）で示すよ
うに集電環４の表面は滑らかであり、ブラシ５及び６の
温度上昇は第１４図（ａ　）の温度ト昇特性折線ｔ５ａ
及びＬ６ａで示すように金属黒鉛質ブラシ２及び３に比
し高くなり、しかも、ブラシ５及び６のＩｉ耗市は第１
５図（ａ　）の摩耗量特性折線Ｌ５ｂ及びＬ６ｂで示す
ように金属黒鉛質ブラシ２及び３に比し少なくなる。一
方、高電流密度領域では、電気黒鉛質ブラシ５，６を用
いた第２の従来例及び金属黒鉛質ブラシ２，３を用いた
第１の従来例ともに集電環４及び１の表面は第１６図＜
ａ　＞及び（ｂ）で示すように滑らかである。しかしな
がら、電気黒鉛質ブラシ５の温度上昇が第１７図の温度
上背特性折線Ｌ５Ｃで示すように温度上昇特性折線１２
Ｃで示ザ金属黒鉛質ブラシ２に比し大となり過ぎて、集
電環４の表面への酸化被膜形成が過剰となり、接触抵抗
が大となって火花が発生し易くなる。

このように、電気黒鉛質ブラシは、摺接特性において潤
滑性能は秀れているが、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等問題があり、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
ずに集電環の表面に傷を付ける問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、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ができる
回転電機の集電環装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するために、各相の集電環に２
種類のブラシを配設するものにおいて、来電環の回転方
向の入口側に位置するブラシを電気黒鉛質ブラシとし且
つ出口側に位置するブラシを金属黒鉛質ブラシとする構
成とし、集電環の表面に安定した酸化被膜を形成せんと
するものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の第１の実施例につき第１図乃至第７図を参
照しながら説明する。

先ず、第１図乃至第３図に従って全体の構成につき述べ
る。１１は回転電機たる巻線形３相誘導電動機の回転軸
であり、これには、集電器（図示せず）に３相分の集電
環１２が相互にバーリア１３を介在して嵌着固定してな
る集電器１４が燻液め等により装着されている。１５は
前記３相分のの各集電環１２に夫々対応する３個のブラ
シ保持器であり、これらは絶縁体１６が交互に存するよ
うにして固定枠１７にスタッド１８により取付は固定さ
れている。これらの各ブラシ保持器１５は角筒状をなす
２個の保持部１５ａ及び１５ｂを有し、これらの保持部
１５ａ及び１５ｂには２種類のブラシたる第１のブラシ
１つ及び第２のブラシ２０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１９及び２ｏは保
持部１５ａ及び１５ｂの上方部位に装着された定圧ばね
２１及び２２により押圧されて対応する集電環１２の中
央部に適圧で接触するようになっている。この場合、ブ
ラシ１つ及び２０のなす角度θは集電環１２の回転方向
２３に３０度乃至１８０度の範囲（３０°〈θ＜１８０
’）になるように設定されており（第３図参照）、そし
て、前記回転方向２３の入口側に位置する第１のブラシ
１９は電気黒鉛質ブラシで形成され且つ出口側に位置す
る第２のブラシ２０は金属黒鉛質ブラシで形成されてい
る、尚、巻線形３相誘導電ａ改の２次巻線から導出され
た各相の２次側リード線２４は集電器１４における各集
電環１２に対応する接続端子２５に接続され、ブラシ１
９．２０はビックテール線２６．２７を介してブラシ保
持器１５の接続端子２８．２９に接続され、この接続端
子２８．２９に共通に接続された接続端子３０はリード
１３１を介して外部抵抗器（図示せず）に接続されてい
る。

而して、使用条件として、集電環１２の周速度を１０ｍ
／ｓｅｃ、ブラシ１９及び２０の接触圧力を２００１１
１　／Ｃｍ’　、　ｍ流畜度を５Ａ／ｃｍ２．角度θを
９０°とした場合の本発明者の実験結果を第４図乃至第
７図に示している。即ち、集電環１２の表面は第４図に
示すように滑らかであり、これは集電環１２の表面に酸
化被膜が適正に形成されていることを示している。又、
電気黒鉛質の第１のブラシ１９の温度上界は第５図の温
度上界特性折線Ｌｒ９８に示すようになるとともに金属
黒鉛質の第２のブラシ２０の温度上昇は同図の温度上昇
特性折線／−２０８に示すようになり、両者とも低くな
っている。更に、電気黒鉛質の第１のブラシ１９の摩耗
量は第６図の摩耗ｍ特性折線１１ｓｂに示すようになる
とともに金属黒鉛質の第２のブラシ２０の摩耗量は同図
の摩耗ｍ特性折線Ｌ２゜ｂに示すようになり、金属黒鉛
質の第２のブラシ２０の摩耗量も従来より減少している
。そして、接触電圧部下は、２個の電気黒鉛質ブラシ５
，６を用いた第２の従来例では第７図（ａ　）で示すよ
うに高く、又、２個の金属黒鉛質ブラシ２，３を用いた
第１の従来例では同図（１１）で示すように低くなって
いるが、電気黒鉛質の第１のブラシ１９と金属黒鉛質の
第２のブラシ２０とを用いた本実施例では同図（Ｃ）で
示すように金属黒鉛質ブラシ２，３を用いた第１の従来
例と同等であり、これは本実施例では摺接抵抗が安定し
ていることを示している。

このような本実施例によれば、次のような作用効果を１
９ることができる。即ち、集電環１２の回転方向２３の
入口側に位置する電気黒鉛質の第１のブラシ１つは、摩
耗粉末が集電環１２の表面に付着することなく粘性係数
が大であるので、接触抵抗が極めて良好で、低電流密度
領域でも集電環１２の表面に酸化被膜を形成する能力を
有する。

一方、集電環１２の回転方向２３の出口側に位置する金
属黒鉛質の第２のブラシ２０は、酸化被膜が過剰になっ
た場合にこれを適当に研磨する作用を有するので、過剰
酸化被膜となることを防止し１ｑる。そして、金属黒鉛
質の第２のブラシ２０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ことができる。こ
の結果、低電流密度領域では集電環の表面を＠傷しブラ
シが異常摩耗するという第１の従来例の不具合を除去し
得且つ高電流密度領域では温度上昇して火花が発生する
という第２の従来例の不具合を除去し得るもので、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。

第８図、第９図及び第１０図は夫々本発明の第２、第３
及び第４の実施例を示すもので、前記第１の実施例と異
なるところは各相の集電環１２に対して２種類のブラシ
として電気黒鉛質ブラシからなる第１のブラシ１９．１
９及び金属黒鉛質ブラシからなる第２のブラシ２０．２
０の各２個計４個が設けられた点にある。そして、第８
図に示す第２の実施例では、集電環１２の回転方向２３
に沿ってブラシ１９，２０．１９及び２０の順に等間隔
に配置され、第９図に示す第３の実施例では、集電環１
２の回転方向２３に沿ってブラシ１９．１９．２０及び
２０の順に等間隔に配置され、第１０図に示ず第４図の
実施例では、集電環１２の回転方向２３に沿ってブラシ
１９．２０．２０及び１９の順に等間隔に配置されてお
り、いずれの場合でも角度θは３０度乃至１８０度を越
えない範囲に設定されている。

従って、これらの第２乃至第４の実施例によっても前記
第１の実施例同様の作用効果が得られる。

尚、本発明は上記し且つ図面に示す各実施例にのみ限定
されるものではなく、例えば巻線形３相誘導筒ｅ機に限
らず集電環装置を必要とする回転電機全般に適用し得る
等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変形して実施し得る
ことは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明の回転電機の集電環装置は以上説明したように、
集電環の回転方向の入口側に位置して電気黒鉛質ブラシ
を及び出口側に位置して金屑黒鉛質ブラシを配設するよ
うにしたので、使用条件に適合し得て、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】

第１図乃至第７図は本発明の第１の実施例を示し、第１
図は正面図、第２図は一部断面して示す側面図、第３図
はブラシの取付は配置図、第４図は集電環の表面の損傷
を示す図、第５図は温度上昇特性図、第６図は摩耗量特
性図、第７図＜ａ　＞乃至（Ｃ）は従来例と比較して示
す接触電圧降下特性図であり、第８図、第９図及び第１
０図は夫々本発明の第２．第３及び第４の実施例を示す
第３図相当図であり、第１１図乃至第１７図は従来例を
示し、第１１図及び第１２図は夫々異なる例の第３図相
当図、第１３図（ａ　）及び（ｂ）、第１４図（ａ　）
及び（ｂ）並びに第１５図（ａ　）及び（ｂ　）は低電
流密度領域における第４図、第５図並びに第６図相当図
、第１６図（ａ）及び（ｂ　）並びに第１７図は高電流
密度流域における第４図並びに第５図相当図である。 図面中、１２は集電環、１５はブラシ保持器、１５ａ及
び１５ｂは保持部、１９は第１のブラシ（電気黒鉛質ブ
ラシ）、２０は第２のブラシ（金属黒鉛質ブラシ）を示
す。 第　１　図 ンｂ 第　２　図 第　３　図 ｚ ｌＡｔ＋　　図 第　５　図 第　６　図 （ｂ） （Ｃ） 第　７　図 第８図 第９図 第１０図 第　１１　　図 第　１２　　図 第　１３　　図 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）＠Ｉ
／Ｉ　　Ｆ ？！、　　Ｉｓ　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、回転電機における各相の集電環にその回転方向に角
   度３０度乃至１８０度を越えない範囲で２種類のブラシ
   を配設するものであつて、回転方向の入口側に位置する
   ブラシを電気黒鉛質ブラシとし出口側に位置するブラシ
   を金属黒鉛質ブラシとしたことを特徴とする回転電機の
   集電環装置。