(57)【要約】【課題】回転電機においてアーク放電時に生じる電磁ノイズを低コストで低減するのに有効な技術を提供する。【解決手段】  回転電機１は、複数の整流子片３２及び複数のブラシ３５が整流子の回転時における複数の摺接終了部３４，３７を有し、複数の摺接終了部３４，３７の少なくとも１つが炭素含有部３８であり、炭素含有部３８におけるアーク放電時のアークエネルギーがノイズ低減基準値以上であるときに発生する電磁ノイズが、アークエネルギーがノイズ低減基準値を下回るときに発生する電磁ノイズよりも低くなるように構成されている。【選択図】図２
2020162276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸であるシャフト（１０）と、
上記シャフトに固定された回転子（２０）と、
上記回転子の鉄心（２１）に巻かれた電機子コイル（２２）と、
上記シャフトの周方向（Ｚ）に配置され上記電機子コイルに電気的に接続された複数の整流子片（３２）を有する整流子（３１）と、
上記電機子コイルに界磁を与える磁石（４０）と、
電源（６）に電気的に接続され且つ上記整流子の回転に伴って上記複数の整流子片に摺接する複数のブラシ（３５）と、
を備え、
上記複数の整流子片及び上記複数のブラシは、上記整流子の回転時における複数の摺接終了部（３４，３７）を有し、上記複数の摺接終了部の少なくとも１つが炭素含有部（３８）であり、上記炭素含有部におけるアーク放電時のアークエネルギー（Ｅａ）がノイズ低減基準値（Ｔｒ）以上であるときに発生する電磁ノイズが、上記アークエネルギーが上記ノイズ低減基準値を下回るときに発生する電磁ノイズよりも低くなるように構成されている、回転電機（１，１０１，２０１）。
【請求項２】
上記電源の電源電圧（Ｖ）と、上記複数のブラシにおける通電電流（Ｉ）と、上記整流子の回転数（Ｎ）と、を含む複数の制御パラメータ（Ｐ）によって定まる複数の制御モード（Ｍ）のうちのいずれかを選択して実行可能な制御部（５０）を備え、
上記制御部による上記複数の制御モードには、上記炭素含有部におけるアーク放電時のアークエネルギーが上記ノイズ低減基準値以上となるように上記複数の制御パラメータが設定されたノイズ低減モード（Ｍａ）が含まれている、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
上記複数の摺接終了部の全てが上記炭素含有部である、請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
上記炭素含有部における炭素の含有比率が５０重量パーセント以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項５】
上記アークエネルギーの上記ノイズ低減基準値が１０ｍＪである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項６】
回転軸であるシャフト（１０）と、上記シャフトに固定された回転子（２０）と、上記回転子の鉄心（２１）に巻かれた電機子コイル（２２）と、上記シャフトの周方向（Ｚ）に配置され上記電機子コイルに電気的に接続された複数の整流子片（３２）を有する整流子（３１）と、上記電機子コイルに界磁を与える磁石（４０）と、電源（６）に電気的に接続され且つ上記整流子の回転に伴って上記複数の整流子片に摺接する複数のブラシ（３５）と、を備え、上記複数の整流子片及び上記複数のブラシは、上記整流子の回転時における複数の摺接終了部（３４，３７）を有し、上記複数の摺接終了部の少なくとも１つが炭素含有部（３８）である回転電機（１，１０１，２０１）を準備する準備ステップ（Ｓ１０１）と、
上記準備ステップで準備した上記回転電機について、上記炭素含有部におけるアーク放電時のアークエネルギーがノイズ低減基準値（Ｔｒ）以上となるように、上記電源の電源電圧（Ｖ）と、上記複数のブラシにおける通電電流（Ｉ）と、上記整流子の回転数（Ｎ）と、を含む複数の制御パラメータ（Ｐ）が定められたノイズ低減モード（Ｍａ）を実行するノイズ低減ステップ（Ｓ１０３）と、
を有する、回転電機のノイズ低減方法。
【請求項７】
上記回転電機の上記複数の摺接終了部の全てが上記炭素含有部である、請求項６に記載の、回転電機のノイズ低減方法。
【請求項８】
上記回転電機の上記炭素含有部における炭素の含有比率が５０重量パーセント以上である、請求項６または７に記載の、回転電機のノイズ低減方法。
【請求項９】
上記アークエネルギーの上記ノイズ低減基準値が１０ｍＪである、請求項６〜８のいずれか一項に記載の、回転電機のノイズ低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機において、整流子片とブラシ間で発生するアーク放電に伴う電磁ノイズを低減させるための種々の技術が提案されている。例えば、下記の特許文献１には、ブラシを三層構造にして無火花整流を行うことによって、アーク放電時のアークエネルギーを下げようとする技術が開示されている。この技術において、ブラシは、１つの低抵抗部と、低抵抗部の両側に２つの高抵抗部と、を備えており、低抵抗部の幅がブラシ全体の幅の４５％以下となるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３５１７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示の技術を用いる場合には、ブラシが多層化することにより構造が複雑になるため、回転電機の製品コストが高くなるという問題が生じ得る。従って、この種の回転電機の設計に際しては、低コストで電磁ノイズの低減効果を得ることが可能な技術が望まれている。
【０００５】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、回転電機においてアーク放電時に生じる電磁ノイズを低コストで低減するのに有効な技術を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、
回転軸であるシャフト（１０）と、
上記シャフトに固定された回転子（２０）と、
上記回転子の鉄心（２１）に巻かれた電機子コイル（２２）と、
上記シャフトの周方向（Ｚ）に配置され上記電機子コイルに電気的に接続された複数の整流子片（３２）を有する整流子（３１）と、
上記電機子コイルに界磁を与える磁石（４０）と、
電源（６）に電気的に接続され且つ上記整流子の回転に伴って上記複数の整流子片に摺接する複数のブラシ（３５）と、
を備え、
上記複数の整流子片及び上記複数のブラシは、上記整流子の回転時における複数の摺接終了部（３４，３７）を有し、上記複数の摺接終了部の少なくとも１つが炭素含有部（３８）であり、上記炭素含有部におけるアーク放電時のアークエネルギー（Ｅａ）がノイズ低減基準値（Ｔｒ）以上であるときに発生する電磁ノイズが、上記アークエネルギーが上記ノイズ低減基準値を下回るときに発生する電磁ノイズよりも低くなるように構成されている、回転電機（１，１０１，２０１）、
にある。
【０００７】
本発明の別態様は、
回転軸であるシャフト（１０）と、上記シャフトに固定された回転子（２０）と、上記回転子の鉄心（２１）に巻かれた電機子コイル（２２）と、上記シャフトの周方向（Ｚ）に配置され上記電機子コイルに電気的に接続された複数の整流子片（３２）を有する整流子（３１）と、上記電機子コイルに界磁を与える磁石（４０）と、電源（６）に電気的に接続され且つ上記整流子の回転に伴って上記複数の整流子片に摺接する複数のブラシ（３５）と、を備え、上記複数の整流子片及び上記複数のブラシは、上記整流子の回転時における複数の摺接終了部（３４，３７）を有し、上記複数の摺接終了部の少なくとも１つが炭素含有部（３８）である回転電機（１，１０１，２０１）を準備する準備ステップ（Ｓ１０１）と、
上記準備ステップで準備した上記回転電機について、上記炭素含有部におけるアーク放電時のアークエネルギーがノイズ低減基準値（Ｔｒ）以上となるように、上記電源の電源電圧（Ｖ）と、上記複数のブラシにおける通電電流（Ｉ）と、上記整流子の回転数（Ｎ）と、を含む複数の制御パラメータ（Ｐ）が定められたノイズ低減モード（Ｍａ）を実行するノイズ低減ステップ（Ｓ１０３）と、
を有する、回転電機のノイズ低減方法、
にある。
【発明の効果】
【０００８】
上記一態様の回転電機は、複数の整流子片及び複数のブラシにおいて整流子の回転時の複数の摺接終了部の少なくとも１つが、炭素を含む炭素含有部になっている。この回転電機について、本発明者は、摺接開始部に比べて電磁ノイズが問題になり易い摺接終了部に着目し、この摺接終了部を炭素含有部としたうえで、アーク放電時のアークエネルギーを管理することについて鋭意検討した。その結果、本発明者は、炭素含有部におけるアーク放電時のアークエネルギーがノイズ低減基準値以上になることにより、発生する電磁ノイズを低下させることができることを見出した。このとき、発生する電磁ノイズは、アークエネルギーがノイズ低減基準値を下回るときに発生する電磁ノイズよりも低くなる。
【０００９】
上記別態様の、回転電機のノイズ低減方法では、制御部は、準備ステップで準備した回転電機について、電源の電源電圧と、複数のブラシにおける通電電流と、整流子の回転数と、を含む複数の制御パラメータによって定まる複数の制御モードのうちのいずれかを選択して実行可能である。ノイズ低減ステップでは、これら複数の制御モードの中からノイズ低減モードが実行される。ノイズ低減モードは、炭素含有部におけるアーク放電時のアークエネルギーがノイズ低減基準値以上となるように複数の制御パラメータが設定された制御モードである。
このため、制御部が複数の制御モードの中からノイズ低減モードを選択して実行することにより、炭素含有部におけるアーク放電時に発生する電磁ノイズを、アークエネルギーがノイズ低減基準値を下回るときに発生する電磁ノイズよりも低下させることができる。
【００１０】
以上のごとく、上記の各態様によれば、回転電機においてアーク放電時に生じる電磁ノイズを低減するために、例えばブラシを多層化する等の複雑な構造を採用する必要がなく、電磁ノイズを低コストで低減することが可能になる。
【００１１】
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１の回転電機についてシャフトの軸方向に沿った断面図。
【図２】図１中の電気接点装置を模式的に示す断面図。
【図３】図２の電気接点装置について整流子の複数の整流子片を平面状に展開して示す展開図。
【図４】図３においてアーク放電時の様子を示す展開図。
【図５】図３において２つの整流子片の間の短絡が開始されるときの様子を示す部分展開図。
【図６】図５の状態の後でブラシと整流子片との間でのアーク放電の発生開始時の様子を示す部分展開図。
【図７】図６の状態の後でブラシと整流子片との間でのアーク放電中の様子を示す部分展開図。
【図８】図５から図７までの間で電機子コイルに流れる電流の経時変化を示すグラフ。
【図９】実施形態１の回転電機を模したテストベンチで計測されたアーク電圧及び電磁ノイズの経時変化を示すグラフ。
【図１０】実施形態１の、回転電機のノイズ低減方法に係るフローチャート。
【図１１】実施形態２の回転電機について図２に対応した断面図。
【図１２】実施形態３の回転電機について図２に対応した断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、回転電機の実施形態、及び回転電機のノイズ低減方法の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
（実施形態１）
図１に示されるように、実施形態１の回転電機１は、インナーロータ型のモータとして構成されている。この回転電機１は、車載装置の駆動用モータ、家庭用電気の駆動用モータ、一般産業用機械の駆動用モータをはじめ、各種の機器の駆動用モータに使用可能である。このとき、回転電機１は、電動機として構成されてもよいし、或いは電動機と発電機の２つの機能を併せ持つ電動発電機として構成されてもよい。
【００１５】
この実施形態１では、特に断わらない限り、回転電機１を構成するシャフト１０の軸方向を矢印Ｘで示し、このシャフト１０の径方向を矢印Ｙで示し、このシャフト１０の周方向を矢印Ｚで示すものとする。また、周方向Ｚのうちの一方向である回転方向を矢印Ｚａで示すものとする。
【００１６】
回転電機１は、回転軸である円柱状のシャフト１０を備え、電源電圧Ｖの電源６から供給される電力によってこのシャフト１０が回転駆動されるように構成されている。この回転電機１は、ケース３とカバー４とによって構成されたハウジング２と、シャフト１０を回転駆動するためにハウジング２内に収容された複数の構成要素と、運転を制御するための制御部５０と、を備えている。
【００１７】
複数の構成要素には、シャフト１０を回転可能に支持する複数の支持部５と、ロータとしての回転子２０と、電気接点装置３０と、ステーターとしての磁石４０と、が含まれている。
【００１８】
回転子２０は、シャフト１０に固定されている。回転子２０は、複数の電磁鋼板が積層されてなる鉄心２１と、電機子コイル２２と、を有し、鉄心２１に電機子コイル２２が巻かれている。
【００１９】
磁石４０は、ハウジング２を構成するケース３の内面に回転子２０との間に隙間を隔てて固定されている。この磁石４０は、電機子コイル２２に界磁を与える機能を有するものであり、互いに極性の異なる界磁用の永久磁石（Ｓ極及びＮ極）として構成されている。
【００２０】
電気接点装置３０は、整流子３１と、２つのブラシ３５と、によって構成されている。
【００２１】
整流子３１は、複数の整流子片３２を有し、電機子コイル２２に電気的に接続されている。図２に示されるように、この整流子３１において複数の整流子片３２はシャフト１０の周方向Ｚに並べて配置されている。隣接する２つの整流子片３２，３２は、周方向Ｚに互いに離間しており、且つ電機子コイル２２によって互いに電気的に接続されている。
【００２２】
なお、整流子片３２の数は限定されるものではなく、この整流子片３２の数を必要に応じて適宜の値に設定することができる。図２では、説明の便宜上、３つの整流子片３２を記載している。
【００２３】
２つのブラシ３５はいずれも、電源６に電気的に接続され且つ整流子３１の回転に伴って複数の整流子片３２に摺接する略矩形のブラシである。２つのブラシ３５は、互いに周方向Ｚに１８０°ずれた位置に配置されている。
【００２４】
２つのブラシ３５のうちの一方である第１ブラシ３５Ａは、電源６の正極端子に電気的に接続されている。２つのブラシ３５のうちの他方である第２ブラシ３５Ｂは、電源６の負極端子に電気的に接続されて第１ブラシ３５Ａと対をなすように構成されている。このため、第１ブラシ３５Ａを「正ブラシ」といい、第２ブラシ３５Ｂを「負ブラシ」ということもできる。
【００２５】
第１ブラシ３５Ａは、複数の整流子片３２に対して接触及び開離が可能であり、接触或いは開離するときに、低電位側接点となる複数の整流子片３２に対して相対的に電位が高い高電位側接点となる。第２ブラシ３５Ｂは、複数の整流子片３２に対して接触及び開離が可能であり、接触或いは開離するときに、高電位側接点となる複数の整流子片３２に対して相対的に電位が低い低電位側接点となる。このように、複数の整流子片３２のそれぞれは、２つのブラシ３５との摺接関係に応じて高電位側接点或いは低電位側接点に成り得る。この場合、高電位側接点及び低電位側接点が、複数の整流子片３２と、２つのブラシ３５と、によって構成されている。
【００２６】
なお、ブラシ３５の数は２つに限定されるものではなく、ブラシ３５の数を必要に応じて３つ以上の複数に設定することもできる。
【００２７】
制御部５０は、回転電機１を制御するためのものであり、既知のＥＣＵによって構成されている。この演算部５１と、記憶部５２と、制御モード選択部５３と、を有する。
【００２８】
演算部５１は、回転電機１の制御に関する演算を行う。記憶部５２は、演算部５１による演算結果、演算部５１による演算で使用するデータをはじめ、回転電機１の制御に係る制御パラメータＰによって定まる複数の制御モードＭを記憶する。これら複数の制御モードＭには、後述のノイズ低減モードＭａが含まれている。制御モード選択部５３は、記憶部５２に記憶されている複数の制御モードＭのうちのいずれか１つの制御モードＭを選択して実行可能に構成されている。制御モードＭの選択はユーザの指示によって行なわれるのが好ましい。
【００２９】
ここで、複数の制御パラメータＰには、電源６の電源電圧Ｖと、２つのブラシ３５における通電電流Ｉと、整流子３１の回転数Ｎと、が含まれている。即ち、複数の制御パラメータＰは、電源電圧Ｖと通電電流Ｉと回転数Ｎの３つのパラメータによって構成されてもよいし、或いはこれら３のパラメータに１または複数の別のパラメータを追加することによって構成されてもよい。
【００３０】
図２に示されるように、各整流子片３２は、整流子３１の回転時において２つのブラシ３５のそれぞれに対する摺接開始部３３及び摺接終了部３４を有する。
【００３１】
摺接開始部３３は、整流子３１の回転時に整流子片３２が最初にブラシ３５と摺接する部位である。即ち、摺接開始部３３は、整流子片３２においてブラシ３５との接触を開始する部位である。これに対して、摺接終了部３４は、整流子３１の回転時に整流子片３２がブラシ３５との摺接を解除する部位である。即ち、摺接終了部３４は、整流子片３２においてブラシ３５との接触を終了する開離接点に相当する部位である。
【００３２】
図２では、各整流子片３２のうち回転方向Ｚａの前端部３２ａによって摺接開始部３３が構成され、各整流子片３２のうち回転方向Ｚａの後端部３２ｂによって摺接終了部３４が構成されている。
【００３３】
各ブラシ３５は、整流子３１の回転時において複数の整流子片３２のそれぞれに対する摺接開始部３６及び摺接終了部３７を有する。
【００３４】
摺接開始部３６は、整流子３１の回転時にブラシ３５が最初に整流子片３２と摺接する部位である。即ち、摺接開始部３６は、ブラシ３５において整流子片３２との接触を開始する部位である。これに対して、摺接終了部３７は、整流子３１の回転時にブラシ３５が整流子片３２と摺接を解除する部位である。即ち、摺接終了部３７は、ブラシ３５において整流子片３２との接触を終了する部位である。
【００３５】
図２では、各ブラシ３５のうち回転方向Ｚａの後端部３５ａによって摺接開始部３６が構成され、各ブラシ３５のうち回転方向Ｚａの前端部３５ｂによって摺接終了部３７が構成されている。
【００３６】
本実施形態では、複数の整流子片３２及び２つのブラシ３５は、整流子３１の回転時における複数の摺接終了部３４，３７を有する。そして、複数の摺接終了部３４，３７の全てが炭素を含む炭素含有部３８となるように構成されている。
【００３７】
図２には、３つの整流子片３２の３つの摺接終了部３４と、２つのブラシ３５の２つの摺接終了部３７と、の５つの摺接終了部の全てが炭素含有部３８である実施形態が記載されている。即ち、３つの整流子片３２及び２つのブラシ３５はいずれも、その全体が炭素含有部３８であり、炭素を主体として含む銅材料からなる。この炭素含有部３８には、炭素及び銅に加えて、亜鉛や別の要素が微量成分や不純物として含まれていてもよい。
【００３８】
この場合、炭素含有部３８における炭素の含有比率は、５０重量パーセント以上であるのが好ましく、特に好ましくは、炭素の含有比率を７５重量パーセント以上とする。これにより、炭素含有部３８におけるアーク放電時に生じる電磁ノイズを低減できるノイズ低減モードＭａの発生確率を高めることができる。
【００３９】
ここで、図３及び図４を参照しつつ、アーク放電時の様子について説明する。なお、これらの図面では、説明の便宜上、図面の左右方向が周方向Ｚとなるように、整流子３１の複数の整流子片３２を平面状に展開した状態で示している。
【００４０】
図３に示されるように、第１ブラシ３５Ａ及び第２ブラシ３５Ｂは、周方向Ｚのブラシ幅はいずれもＷｂとなるように構成されている。また、整流子３１は、互いに隣接する２つの整流子片３２の周方向Ｚの隙間Ｗｇが一定となるように構成されている。
【００４１】
隣接する２つの整流子片３２Ａ，３２Ｂがともに第１ブラシ３５Ａに摺接した状態では、これら２つの整流子片３２Ａ，３２Ｂの電位は電源６の正極端子の電位に一致する。また、隣接する２つの整流子片３２Ｃ，３２Ｄがともに第２ブラシ３５Ｂに摺接した状態では、これら２つの整流子片３２Ｃ，３２Ｄの電位は電源６の負極端子の電位に一致する。
【００４２】
その後、図４に示されるように、整流子３１の回転方向Ｚａの回転によって、摺接していた２つの整流子片３２Ａ，３２Ｂのうちの一方の整流子片３２Ａが第１ブラシ３５Ａから開離するとき、整流子片３２Ａと第１ブラシ３５Ａとの間にアークＡが生じる。このアークＡについては、第１ブラシ３５Ａが陽極となり、整流子片３２Ａが陰極となる。このため、第１ブラシ３５Ａが陽極ブラシ３９Ｐとなる。
【００４３】
また、整流子３１の回転方向Ｚａの回転によって、摺接していた２つの整流子片３２Ｃ，３２Ｄのうちの一方の整流子片３２Ｃが第２ブラシ３５Ｂから開離するとき、整流子片３２Ｃと第２ブラシ３５Ｂとの間にアークＡが生じる。このアークＡについては、第２ブラシ３５Ｂが陰極となり、整流子片３２Ｃが陽極となる。このため、第２ブラシ３５Ｂが陰極ブラシ３９Ｎとなる。
【００４４】
次に、図５〜図８を参照しながら、第１ブラシ３５Ａが２つの整流子片３２Ａ，３２Ｂのそれぞれに摺接するときの様子について詳細に説明する。
【００４５】
図５に示されるように、整流子３１の回転方向Ｚａの角速度をωとしたとき、既に整流子片３２Ａに摺接している第１ブラシ３５Ａが整流子片３２Ｂとの摺接を開始する時刻であるｔ＝０に、第１ブラシ３５Ａを介して２つの整流子片３２Ａ，３２Ｂの間での短絡が開始される。このとき、電機子コイル２２に流れる電流Ｉ０の値は、電源６から供給される電流Ｉａｌｌ（ブラシ３５における通電電流Ｉ）となる。即ち、図８に示されるように、時刻ｔ＝０で、Ｉ０＝Ｉａｌｌの関係が成り立つ。
【００４６】
図６に示されるように、互いに摺接していた第１ブラシ３５Ａが整流子片３２Ｂから離間する時刻であるｔ＝ｔ１に、第１ブラシ３５Ａと整流子片３２Ｂとの間でのアーク放電の発生が開始される。図８に示されるように、電機子コイル２２に流れる電流は、時刻ｔ１で電流Ｉ１まで低下する。このとき、ｔ１＝（Ｗｂ−Ｗｇ）／ωの関係が成り立つ。
【００４７】
図７及び図８に示されるように、アーク放電の発生開始時である時刻ｔ１から、アーク放電の終了時である時刻ｔ２までアークＡの発生が継続される。このとき、電機子コイル２２に流れる電流は、時刻ｔ２で最小アーク電流Ｉ２まで低下する。
【００４８】
従って、電機子コイル２２に流れる電流Ｉ（ｔ）は、以下の式（１）〜（３）で示される。
【００４９】
【数１】
2020162276.tif 000003
【数２】
2020162276.tif 000004
【数３】
2020162276.tif 000005
【００５０】
上式において、Ｖｍは、アーク電圧Ｖａの最小値である。抵抗Ｒは、電機子コイル２２のコイル抵抗をＲ１とし、第１ブラシ３５Ａと整流子片３２Ｂとの間に生じる電気的な接触抵抗をＲ２としたとき、コイル抵抗Ｒ１と接触抵抗Ｒ２との和である。τは、電機子コイル２２の一相分のインダクタンスをＬとしたき、Ｌ／Ｒである。
【００５１】
ここで、本発明者は、上記回転電機１を模したテストベンチを使用して、アークＡの発生時の様子について確認した。このとき、上記制御パラメータＰとしての、電源電圧Ｖ、通電電流Ｉ及び回転数Ｎのそれぞれを適宜に設定した状態で、そのときに発生した電磁ノイズ［ｄＢ］をアーク電圧Ｖａとともに計測した（図９参照）。また、特に図示しないものの、電機子コイル２２に流れる電流Ｉ（ｔ）と、積分値がアークエネルギーとなるアーク電力についても同時に計測した。電源電圧Ｖ、通電電流Ｉ及び回転数Ｎのそれぞれの値を変化させた複数のケースについて、これらの計測を実施した。
【００５２】
図９に示されるように、その計測結果として、電磁ノイズは、時刻ｔ１のアーク放電の発生開始時にｎ１からｎ２まで上昇するが、その後の時刻ｔｎから時刻ｔ２までの計測区間で、アークエネルギーＥａがノイズ低減基準値Ｔｒ以上の値まで上昇したときには、アーク放電中のもかかわらずアーク放電発生前のレベルまで低下する傾向があることが確認された。また、アーク放電中のアーク電力が概ね一定であり、ノイズ低減状態の発生傾向との関係性は低いことが確認された。
【００５３】
なお、アークエネルギーＥａは、アーク電圧Ｖａと電流Ｉ（ｔ）との積として定まるアーク電力の積算値として導出される。このとき、アーク電力は常時に変動するため、計測区間で積算されたアーク電力の平均値をアークエネルギーＥａとして導出するのが好ましい。
【００５４】
上述の計測結果に基づいて、発明者は、アークエネルギーＥａを下側の閾値となるノイズ低減基準値Ｔｒ以上にすることによって、回転電機１において、炭素含有部３８におけるアーク放電時に発生する電磁ノイズを下げるノイズ低減モードＭａが実現できることを見出すことに成功した。このノイズ低減モードＭａは、発生する電磁ノイズを暗ノイズ以下に抑えることができる制御モードであり、このノイズ低減モードＭａを「暗ノイズモードＭａ」ということもできる。
【００５５】
ノイズ低減モードＭａは、アークエネルギーＥａとノイズ低減基準値Ｔｒとの関係について以下の式（４）を満足する条件として定まる。この式（４）を満足するように、電源６の電源電圧Ｖと、複数のブラシ３５における通電電流Ｉと、整流子３１の回転数Ｎと、を含む複数の制御パラメータＰのそれぞれが設定される。なお、この式（４）では、アーク電圧Ｖａを便宜的にその最小値Ｖｍに置き換えている。
【００５６】
【数４】
2020162276.tif 000006
【００５７】
なお、式（４）において、アークエネルギーＥａの単位をｍＪとしたとき、ノイズ低減基準値Ｔｒは１０ｍＪであるのが好ましい。この条件に基づいて、アークエネルギーＥａが１０ｍＪ以上であるときに、ノイズ低減モードＭａの発生確率が高まることが確認された。
【００５８】
上記のテストベンチを使用した計測結果に基づいた場合、回転電機１のノイズ低減方法を図１０のフローチャートにしたがって実行することができる。なお、必要に応じて、このフローチャートに１または複数のステップが追加されたり、各ステップが複数に分割されたり、複数のステップが纒らたりしてもよい。
【００５９】
図１０において、第１ステップＳ１０１は、上記の回転電機１を準備する準備ステップである。この第１ステップＳ１０１によれば、複数の整流子片３２及び複数のブラシ３５において複数の摺接終了部３４，３７の全てが炭素含有部３８とされた回転電機１が準備される。
【００６０】
第２ステップＳ１０２は、第１ステップＳ１０１で準備した回転電機１の運転条件を設定するステップである。この第２ステップＳ１０２によれば、制御部５０において回転電機１の運転条件が設定される。
【００６１】
第３ステップＳ１０３は、回転電機１をノイズ低減モードで運転するノイズ低減ステップである。この第３ステップＳ１０３によれば、第１ステップＳ１０１で準備した回転電機１について、炭素含有部３８におけるアーク放電時のアークエネルギーがノイズ低減基準値Ｔｒ以上となるように、電源６の電源電圧Ｖと、複数のブラシ３５における通電電流Ｉと、整流子３１の回転数Ｎと、を含む複数の制御パラメータＰが定められたノイズ低減モードＭａが実行される。このノイズ低減モードＭａの実行によって、発生する電磁ノイズを低く抑えることができる。
【００６２】
ここで、本発明者によれば、炭素含有部３８が銅よりも沸点が高い材料である炭素を主体として構成されているため、この炭素含有部３８におけるアーク放電が熱電子放出性の放電であると推測される。この場合、アーク放電時に形成されるアーク柱の根元部分が安定することで、この根元部分の近傍で生じる局所的な絶縁破壊が減るため、電流の変動が抑えられる。その結果、発生する電磁ノイズを低く抑えることが可能になる。
【００６３】
上述の実施形態１によれば、以下のような作用効果を奏する。
【００６４】
上記の回転電機１について、本発明者は、摺接開始部３３，３６に比べて電磁ノイズが問題になり易い摺接終了部３４，３７に着目し、この摺接終了部３４，３７を炭素含有部３８としたうえで、アーク放電時のアークエネルギーＥａを管理することについて鋭意検討した。その結果、本発明者は、炭素含有部３８におけるアーク放電時のアークエネルギーＥａがノイズ低減基準値Ｔｒ以上になることにより、発生する電磁ノイズを低下させることができることを見出した。このとき、発生する電磁ノイズは、アークエネルギーＥａがノイズ低減基準値Ｔｒを下回るときに発生する電磁ノイズよりも低くなる。
【００６５】
従って、この回転電機１は、炭素含有部３８におけるアーク放電時のアークエネルギーＥａがノイズ低減基準値Ｔｒ以上であるときに発生する電磁ノイズが、アークエネルギーＥａがノイズ低減基準値Ｔｒを下回るときに発生する電磁ノイズよりも低くなるように構成されている。
【００６６】
回転電機１において制御部５０がノイズ低減モードＭａを選択して実行することにより、炭素含有部３８におけるアークエネルギーＥａがノイズ低減基準値Ｔｒ以上の値まで上昇したときには、アーク放電中のもかかわらず、発生する電磁ノイズをアーク放電発生前のレベルまで下げることが可能である。
【００６７】
上記の回転電機１によれば、複数の摺接終了部３４,３７の全てが炭素含有部３８であり、炭素含有部３８における炭素の含有比率が５０重量パーセント以上であり、アークエネルギーＥａのノイズ低減基準値Ｔｒを１０ｍＪとすることによって、炭素含有部３８におけるアーク放電時に生じる電磁ノイズを低減できるノイズ低減モードＭａの発生確率を高めることができる。
【００６８】
なお、この回転電機１において、電磁ノイズの低減について所望の効果が得られる場合には、「複数の摺接終了部３４,３７の全てを炭素含有部３８する。」という第１の限定条件と、「炭素含有部３８における炭素の含有比率を５０重量パーセント以上にする。」という第２の限定条件と、「アークエネルギーＥａのノイズ低減基準値Ｔｒを１０ｍＪにする。」という第３の限定条件のうちの少なくとも１つの限定条件が成立する構成を採用することができる。
【００６９】
この場合、例えば、第１の限定条件や第２の限定条件が成立しているときには、ノイズ低減基準値Ｔｒを、１０ｍＪを下回る値に設定することもできる。また、例えば、第１の限定条件や第３の限定条件が成立しているときには、炭素含有部３８における炭素の含有比率を、５０重量パーセントを下回る値に設定することもできる。
【００７０】
以下、上述の実施形態１に関連するその他の実施形態について図面を参照しつつ説明する。他の実施形態において、上述の実施形態１の要素と同一の要素には同一の符号を付しており、当該同一の要素についての説明は省略する。
【００７１】
（実施形態２）
図１１に示されるように、実施形態２の回転電機１０１は、電気接点装置１３０の構造が実施形態１の電気接点装置３０のものと相違している。本実施形態では、３つの整流子片３２の３つの摺接終了部３４と、２つのブラシ３５の２つの摺接終了部３７と、の５つの摺接終了部の中で、一方のブラシ３５である第１ブラシ３５Ａの摺接終了部３７である１つの摺接終了部のみが炭素含有部３８として構成されている。即ち、第１ブラシ３５Ａは、摺接終了部３７が炭素を含む銅材料からなる一方で、摺接開始部３６が炭素を含まない銅材料からなる。第２ブラシ３５Ｂ及び各整流子片３２は、その全体が炭素を含まない銅材料からなる。
【００７２】
その他の構成は、実施形態１と同様である。
【００７３】
上述の実施形態２によれば、実施形態１に比べて電磁ノイズの低減効果は下がるものの、炭素含有部３８の数を減らすことによって回転電機１０１の製品コストを下げることが可能になる。
【００７４】
この実施形態２に鑑みた場合、複数の摺接終了部３４，３７の少なくとも１つが炭素含有部３８であれば足りる。
【００７５】
その他、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
【００７６】
なお、実施形態２の電気接点装置１３０に特に関連する変更例として、第１ブラシ３５Ａの摺接終了部３７に代えて或いは加えて第２ブラシ３５Ｂの摺接終了部３７を炭素含有部３８とした構造、各ブラシ３５の全体を炭素含有部３８とした構造、各整流子片３２の全体或いは摺接終了部３７のみを炭素含有部３８とした構造、各整流子片３２の摺接終了部３４のみを炭素含有部３８とした構造などを採用することもできる。
【００７７】
（実施形態３）
図１２に示されるように、実施形態３の回転電機２０１は、電気接点装置２３０の構造が実施形態１の電気接点装置３０のものと相違している。この電気接点装置２３０において、各整流子片３２は、後端部３２ｂの径方向の長さが後端面に向かうにつれて漸減するように構成されている。このため、各整流子片３２の摺接終了部３４が後端部３２ｂよりも前端部３２ａ側に移動した位置に配置されている。
【００７８】
本実施形態では、実施形態１の場合と同様に、３つの整流子片３２の３つの摺接終了部３４と、２つのブラシ３５の２つの摺接終了部３７と、の５つの摺接終了部の全てが炭素含有部３８として構成されている。これに対して、本実施形態では、実施形態１の場合と異なり、各炭素含有部３８の大きさが小さく抑えられている。
【００７９】
上述の実施形態３によれば、実施形態１の場合と同様の、電磁ノイズの低減効果を維持できるうえに、各炭素含有部３８を小さくすることによって回転電機２０１の製品コストを下げることが可能になる。
【００８０】
また、整流子片３２及びブラシ３５のそれぞれにおいて、摺接終了部３４，３７以外の部位の材質に導電性の高い銅を使用することによって、回転電機２０１の通電性能を向上によって効率を高めることができる。
【００８１】
その他の構成は、実施形態１と同様である。
【００８２】
なお、実施形態３の電気接点装置２３０に特に関連する変更例として、各ブラシ３５の全体を炭素含有部３８とした構造、各整流子片３２の全体或を炭素含有部３８とした構造などを採用することもできる。
【００８３】
本発明は、上述の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変形が考えられる。例えば、上述の実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
【００８４】
上述の実施形態では、ノイズ低減モードＭａを定めるための制御パラメータＰとして、電源電圧Ｖと通電電流Ｉと回転数Ｎを使用する場合について例示したが、これらの制御パラメータＰの全部または一部に代えて、或いは加えて、上記のインダクタンスＬや抵抗Ｒを用いることもできる。
【００８５】
上述の実施形態では、制御部５０がノイズ低減モードＭａを選択して実行する場合について例示したが、上記の式（４）を満足するように複数の制御パラメータＰが予め設定された回転電機を使用する場合には、制御部５０がノイズ低減モードＭａを選択する制御を省略することもできる。
【００８６】
上述の実施形態では、インナーロータ型のモータである回転電機について例示したが、この回転電機におけるブラシ配置構造を、アウターロータ型のモータに適用することもできる。
【符号の説明】
【００８７】
１，１０１，２０１  回転電機
６  電源
１０  シャフト
２０  回転子
２１  鉄心
２２  電機子コイル  
３１  整流子
３２  整流子片
３４  摺接終了部
３５  ブラシ
３７  摺接終了部
３８  炭素含有部
４０  磁石
５０  制御部
Ｅａ  アークエネルギー
Ｉ  通電電流
Ｍ  制御モード
Ｍａ  ノイズ低減モード
Ｎ  回転数
Ｐ  制御パラメータ
Ｓ１０１  第１ステップ（準備ステップ）
Ｓ１０３  第３ステップ（ノイズ低減ステップ）
Ｔｒ  ノイズ低減基準値  
Ｖ  電源電圧
Ｚ  周方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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