(57)【要約】【課題】簡素な構造で火花防止が可能なブラシ付きモータの整流装置の実現。【解決手段】ブラシ付きＤＣモータのブラシは、主ブラシ部７１０と補助ブラシ部７１３と絶縁層７１５とをもつ。補助ブラシ部は、絶縁層７１５を挟んで主ブラシ部の側面に接合される。絶縁層７１５は、主ブラシ部及び補助ブラシ部よりも高い比抵抗を有する。  整流子５のセグメント５１が主ブラシ部７１０から離れた後、補助ブラシ部は、セグメント５１に所定時間だけ接触する。相コイルの残留磁気エネルギーは、補助ブラシ部７１３及びセグメントを通じて抵抗体又はダイオードへ電流を流す。抵抗体は、残留磁気エネルギーを消費する。ダイオードは電流を電源に回生する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流子と、この整流子に接触する少なくとも一対のブラシとを有し、
前記整流子は、周方向へ所定ピッチで回転軸に固定された複数のセグメントを有し、
前記セグメントは、ロータコアに巻かれた電機子巻線に接続される導電部材からなるブラシ付きモータの整流装置において、
前記ブラシは、セグメントに接触する導電性の主ブラシ部と、前記セグメントに接触する導電性の補助ブラシ部と、高抵抗の絶縁層とを有し、
前記補助ブラシ部は、前記主ブラシ部の回転方向の側面及び軸方向の側面の少なくとも一方に前記絶縁層を介して接合され、
前記補助ブラシ部は、ダイオード及び抵抗体の少なくとも一方に接続され、
前記補助ブラシ部は、前記セグメントが前記前記主ブラシ部から離れた後の所定期間だけ前記セグメントとの接触を維持する形状又は配置を有することを特徴とするブラシ付きモータの整流装置。
【請求項２】
前記補助ブラシ部は、前記主ブラシ部の回転方向後側の側面に
前記絶縁層を介して接合されている請求項１記載のブラシ付きモータの整流装置。
【請求項３】
前記補助ブラシ部は、前記主ブラシ部の軸方向の側面に前記絶縁層を介して接合されているう請求項１記載のブラシ付きモータの整流装置。
【請求項４】
前記補助ブラシ部は、前記電機子巻線の残留磁気エネルギーを電源へ回収するためのダイオードを含む電力回生回路の一部を構成する請求項１記載のブラシ付きモータの整流装置。
【請求項５】
前記補助ブラシ部は、直流電源の正極に接続される前記主ブラシ部に結合され、
前記補助ブラシ部は、アノードが前記直流電源の負極に接続されるダイオードのカソードに接続される請求項１記載のブラシ付きモータの整流装置。
【請求項６】
前記補助ブラシ部は、直流電源の負極に接続される前記主ブラシ部に結合され、
前記補助ブラシ部は、カソードが前記直流電源の正極に接続されるダイオードのアノードに接続される請求項１記載のブラシ付きモータの整流装置。
【請求項７】
前記補助ブラシ部は、交流電源の一端に接続される前記主ブラシ部に結合され、
前記補助ブラシ部は、カソードが前記交流電源の一端に接続される第１のダイオードのアノードに接続され、
前記補助ブラシ部は、アノードが前記交流電源の他端に接続される第２のダイオードのカソードに接続される請求項１記載のブラシ付きモータの整流装置。
【請求項８】
前記補助ブラシ部は、前記主ブラシ部よりも高い比抵抗を有し、
前記補助ブラシ部は、前記抵抗体を兼ね、
前記補助ブラシ部は、前記主ブラシ部と同一の電源端子に接続される請求項１記載のブラシ付きモータの整流装置。
【請求項９】
前記抵抗体は、前記補助ブラシ部及び前記主ブラシ部の表面に密着する請求項１記載のブラシ付きモータの整流装置。
【請求項１０】
前記主ブラシ部の回転方向前側の側面に高抵抗の第２の絶縁層を介して接合される第２の補助ブラシ部を有し、
前記第２の補助ブラシ部は、ダイオード及び抵抗体の少なくとも一方に接続される請求項１記載のブラシ付きモータ。
【請求項１１】
整流子と、この整流子に接触する少なくとも一対のブラシとを有し、
前記整流子は、周方向へ所定ピッチで回転軸に固定された複数のセグメントを有し、
前記セグメントは、ロータコアに巻かれた電機子巻線に接続される導電部材からなるブラシ付きモータの整流装置において、
前記ブラシは、セグメントに接触する導電性の主ブラシ部と、前記セグメントに接触する導電性の補助ブラシ部とを有し、
前記補助ブラシ部は、前記主ブラシ部に対して軸方向に所定距離だけ離れており、
前記補助ブラシ部は、ダイオード及び抵抗体の少なくとも一方に接続され、
前記セグメントは、前記主ブラシ部に接する主セグメント部と、前記補助ブラシ部に接する補助セグメント部とを有し、
前記補助ブラシ部は、前記主セグメント部よりも狭い周方向幅を有し、
前記整流子は、周方向において互いに隣接する２つの補助セグメント部の間に配置されるフリーセグメントを有し、
前記フリーセグメントは、前記補助ブラシ部に接触しない場合に浮遊電位を有することを特徴とするブラシ付きモータの整流装置。
【請求項１２】
前記補助ブラシ部は、近接する前記主ブラシ部が接続される直流電源の一端とは異なる前記直流電源の他端にダイオードを介して接続される請求項１１記載のブラシ付きモータの整流装置。
【請求項１３】
前記補助ブラシ部は、カソードが交流電源の一端に接続される第１のダイオードのアノードに接続され、
前記補助ブラシ部は、アノードが前記交流電源の他端に接続される第２のダイオードのカソードに接続される請求項１１記載のブラシ付きモータの整流装置。
【請求項１４】
整流子と、この整流子に接触する少なくとも一対のブラシとを有し、
前記整流子は、周方向へ所定ピッチで回転軸に固定された複数のセグメントを有し、
前記セグメントは、ロータコアに巻かれた電機子巻線に接続される導電部材からなるブラシ付きモータの整流装置において、
前記ブラシは、セグメントに接触する金属リード形状の主ブラシと、前記セグメントに接触する金属リード形状の補助ブラシとを有し、
前記補助ブラシ部は、前記主ブラシ部に対して軸方向に所定距離だけ離れており、
前記補助ブラシ部は、ダイオード及び抵抗体の少なくとも一方に接続され、
前記セグメントは、前記主ブラシ部に接する主セグメント部と、前記補助ブラシ部に接する補助セグメント部とを有し、
前記補助ブラシ部は、前記主セグメント部よりも狭い周方向幅を有し、
前記整流子は、周方向において互いに隣接する２つの補助セグメント部の間に配置されるフリーセグメントを有し、
前記フリーセグメントは、前記補助ブラシ部に接触しない場合に浮遊電位を有することを特徴とするブラシ付きモータの整流装置。
【請求項１５】
整流子と、この整流子に接触する少なくとも一対のブラシとを有し、
前記整流子は、周方向へ所定ピッチで回転軸に固定された複数のセグメントを有し、
前記セグメントは、ロータコアに巻かれた電機子巻線に接続される導電部材からなるブラシ付きモータの整流装置において、
前記ブラシ及び前記セグメントの少なくとも一方は、周方向外側へ突出する複数の凸部を有する鋸歯状の周方向側面を有することを特徴とするブラシ付きモータ。
【請求項１６】
前記ブラシ及び前記セグメントの両方は、周方向外側へ突出する複数の凸部を有する鋸歯状の周方向側面を有し、
前記ブラシの凸部及び前記セグメントの凸部は、軸方向に重なる請求項１５記載のブラシ付きモータ。
【請求項１７】
前記複数の凸部を有する鋸歯状の周方向側面は、金属リード形状の前記ブラシから前記セグメントに向けて突出する前記ブラシの接点部に形成されている請求項１５記載のブラシ付きモータ。
【請求項１８】
整流子と、この整流子に接触する少なくとも一対のブラシとを有し、
前記整流子は、周方向へ所定ピッチで回転軸に固定された複数のセグメントを有し、
前記セグメントは、ロータコアに巻かれた電機子巻線に接続される導電部材からなるブラシ付きモータの整流装置において、
前記セグメントの間のギャップは、所定のスキュー角を有して斜設され、
前記ブラシは、軸方向に所定ギャップを隔てて配置された複数のブラシアームを有し、
端部側のブラシアームは、中央部側のブラシアームよりも高い電気抵抗を有して電源に接続されることを特徴とするブラシ付きモータの整流装置。
【請求項１９】
前記端部側のブラシアームは、前記中央部側のブラシアームと平行に延在している請求項１８記載のブラシ付きモータの整流装置。
【請求項２０】
整流子と、この整流子に接触する少なくとも一対のブラシとを有し、
前記整流子は、周方向へ所定ピッチで回転軸に固定された複数のセグメントを有し、
前記セグメントは、ロータコアに巻かれた電機子巻線に接続される導電部材からなるブラシ付きモータの整流装置において、
前記セグメントの周方向前端に所定ギャップを隔てて配置された前側のサブセグメントと、
前記セグメントの周方向後端に所定ギャップを隔てて配置された後側のサブセグメントと、
前記前側のサブセグメント及び後側のサブセグメントを、同相のセグメントに接続する抵抗素子と、
を有することを特徴とするブラシ付きモータ。
【請求項２１】
前記抵抗素子は、周方向に隣接する前記セグメント及び前記サブセグメントの間のギャップに充填された高抵抗素子部により構成される請求項２０記載のブラシ付きモータ。
【請求項２２】
前記抵抗素子は、互いに周方向に隣接する前記セグメント及びサブセグメントの内径側の表面にそれぞれ接する高抵抗層からなる請求項２０記載のブラシ付きモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシ付きモータの整流装置の改良に関する。本発明の整流装置は、DCモータ及び／又はユニバーサルモータに採用される。本明細書で言うモータは発電機を含む。
【背景技術】
【０００２】
ブラシ付きDCモータ及びユニバーサルモータを含むブラシ付きモータは、ブラシ及び整流子からなる回転整流機構をもつ。整流子は、周方向へ配列された複数の導体製のセグメントを有する。各セグメントは、ロータコイルの複数の端子に別々に接続される。ブラシ付きモータが優れた効率と最強の価格競争力をもつことは、広く知られている。
【０００３】
他のモータとの競争におけるブラシ付きモータの最大の弱点は、ブラシがセグメントから離れる時に発生する火花とそれに随伴して発生する電磁波ノイズである。黒鉛材料により形成された整流子及びブラシは、十分に長いブラシ交換周期を実現する。
火花の発生原理が簡単に説明される。周方向に隣接する２つのセグメントが一つのブラシで短絡されている時、両端がこの２つのセグメントに接続されるコイル部分（相コイルと呼ばれる）の残留磁気エネルギーは、主としてブラシの電気抵抗により消費される。残留磁気エネルギーの消費が終了する前に一つのセグメントがブラシから離れる時、残留磁気エネルギーはセグメントとブラシとの間に火花を発生させる。
【０００４】
この火花はブラシ摩耗の主な原因を構成する。残留磁気エネルギーは、ブラシ内で熱に変換されてブラシの温度を上昇させる。更に、残留磁気エネルギーの消費に伴うブラシの温度上昇もブラシ摩耗を促進する。整流火花を抑制又は防止するために、多くの従来技術が提案されている。
【０００５】
特許文献１は、セグメントの後端部がセグメントの中央部よりも高い比抵抗をもつ２層ブラシを開示している。セグメントの後端部に配置された２層ブラシの高抵抗層が、ブラシが高抵抗部から離れる時点の直前に大きな抵抗電力消費を発生させるので、火花及びノイズが抑制される。
【０００６】
しかしながら、従来の２層ブラシは、セグメントの後端部に配置されたブラシの高抵抗層の比抵抗増大量に比べて、セグメントがブラシから離れる直前期間におけるブラシの抵抗増加量が小さいという問題をもつことがわかった。したがって、従来の２層ブラシの火花抑制効果は、その製造コストの増加に比べて大きくない。
【０００７】
この問題が図１を参照して説明される。整流子５は、ギャップ１０００を挟んで隣接する２つのセグメント（５２及び５３）を有している。図略の相コイルの両端がセグメント（５２及び５３）に別々に接続されている。２層ブラシである＋ブラシ７Aは、主ブラシ部７１０と補助ブラシ部７１３とをもつ。＋ブラシ７Aの後端部は、高抵抗層である補助ブラシ部７１３により構成されている。主ブラシ部７１０は補助ブラシ部７１３より小さい比抵抗をもつ。
【０００８】
図１は、セグメント５３の後端が主ブラシ部７１０の後端から離れる瞬間を示す。電流iは、相コイルの残留磁気エネルギーにより流れる電流成分を示す。補助ブラシ部７１３の上端から補助ブラシ部７１３内へ流れ込んだ電流iの一部は、補助ブラシ部７１３内を通過してセグメント５３に達する。この電流経路は、大きな抵抗電力消費を発生する。
【０００９】
しかし、残留磁気エネルギーにより発生する電流iの大部分は、主ブラシ部７１０の上端から主ブラシ部７１０へ流れ込む。この電流iは、主ブラシ部７１０と補助ブラシ部７１３との間の境界面を通過した後、補助ブラシ部７１３を部分的に通過してセグメント５３に達する。この電流経路の多くは、低抵抗の主ブラシ部７１０により構成される。結局、製造上の大きな犠牲を払うことにより高抵抗層（補助ブラシ部７１３）をブラシの後端部に形成しても、セグメントがブラシから離れる直前期間におけるブラシの電力消費の増大効果は大きくない。
【００１０】
更に、二層ブラシは、組成が異なる補助ブラシ部と主ブラシ部との間の熱膨張率の差によりクラックが発生する問題をもつ。更に、高抵抗層からなる補助ブラシ部における大きな電力消費は、補助ブラシ部の局部的な温度上昇を招く。その結果、上記クラック問題は一層深刻となる。
【００１１】
特許文献２及び特許文献３は、主整流機構の電流遮断後にも導通する補助整流機構をもつ。主整流機構は、補助整流機構に対して軸方向に隣接する。主整流機構が電流を遮断した後、この補助整流機構は通電を継続する。補助整流機構を流れる電流は、相コイルの残留磁気エネルギーを消費する抵抗素子を含む短絡回路を構成する。
【００１２】
図２に示される特許文献２は、軸方向に近接する主セグメント１００１と補助セグメント１００２のペアとを記載している。主セグメント１００１及び補助セグメント１００２は、抵抗素子１００３により接続される。ブラシ１００４は、主ブラシ部１００５及び補助ブラシ部１００６をもつ。主セグメント１００１は、狭い幅をもつ主ブラシ部１００５に接する。補助セグメント１００２は、広い幅をもつ補助ブラシ部１００６に接する。図略の相コイルは、主セグメント１００１に接続される。
【００１３】
主セグメント１００１が主ブラシ部１００５から離れた後、補助ブラシ部１００６、補助セグメント１００２、抵抗素子１００３、相コイル、隣りの主セグメント１００１、主ブラシ部１００５及び補助ブラシ部１００６からなる短絡回路が形成される。短絡電流が抵抗素子１００３に流れるので、抵抗素子１００３は相コイルの残留磁気エネルギーを消費する。
【００１４】
特許文献３のセグメントは、主セグメント部及び補助セグメント部をもつセグメントを記載する。補助セグメント部は、主セグメントより狭い幅を有する。補助セグメント部は、主セグメント部より軸方向へ延長される。主セグメント部は主ブラシに接触する。補助セグメント部は補助ブラシに接触する。したがって、補助ブラシは、主ブラシから軸方向に離れて配置されている。補助ブラシは、ダイオード及び抵抗素子を通じて短絡回路を構成している。
【００１５】
主セグメント部が主ブラシから離れた後の所定期間、補助ブラシと補助セグメント部との接触が維持される。その結果、相コイルの残留磁気エネルギーによる電流がダイオードを通じて抵抗素子に流れる。抵抗素子は、残留磁気エネルギーを消費する。しかしながら、特許文献２及び特許文献３の整流機構は、複雑な構造と製造コストの増加を有する。
【００１６】
特許文献（４、５及び６）は、周方向へ電気角π離れている一対の主ブラシの間に配置された補助ブラシを記載する。
特許文献４において、奇数番目の補助ブラシは、ダイオードを介してバッテリの正極に接続される。偶数番目の補助ブラシは、ダイオードを介してバッテリの負極に接続される。補助ブラシが、主ブラシから離れたセグメントに電流を供給するための短絡回路を形成する。ブラシ及び相コイルを流れる短絡電流が相コイルの残留磁気エネルギーを消費する。
【００１７】
図３に示される特許文献５は、周方向へ電気角π離れている一対の主ブラシ（２００１及び２００２）間に配置された補助ブラシ２００３をもつ。補助ブラシ２００３は、ダイオードD1及びダイオードD2を通じて図略のバッテリの正極及び負極に接続される。整流子２００４は、セグメント（２００５、２００６及び２００７）をもつ。相コイルの残留磁気エネルギーは、ダイオードD1及びダイオードD2を通じてバッテリに回収される。
【００１８】
図４に示される特許文献６は、周方向へ電気角π離れている一対の主ブラシ（２００１及び２００２）間に補助ブラシ（２００３A又は２００３B）を有する。整流子２００４は、多数のセグメント（図示せず）からなるセグメント層２００８をもつ。セグメント層２００８は、絶縁層２００９を介して回転軸２０１０の外周面に固定されている。
【００１９】
一対の補助ブラシ（２００３A及び２００３B）は、抵抗素子Rを含む電力消費回路に接続される。残留磁気エネルギーは、この電力消費回路により消費される。けれども、特許文献（４、５及び６）の整流機構は、通常のDCモータの２倍の数のブラシを必要とする。ブラシ数の倍増は、整流機構の複雑化及び大型化を招く。更に、補助ブラシの周方向幅は狭いので、その破損防止は容易ではない。
【００２０】
結局、残留磁気エネルギーをブラシの外部で消費するか、又は、残留磁気エネルギーを電源に回収する特許文献２乃至６の整流火花抑制技術は、複雑な構造、製造費用の増加と、整流装置の大型化を整流装置に要求するので、実用化のハードルを越えることができない。
【００２１】
実用化されている特許文献１の二層ブラシ技術は、ブラシの後端部に設けられた高抵抗層により残留磁気エネルギーの消費を促進する。けれども、高抵抗層を迂回する電流により、ブラシ抵抗増加効果は強く制限される。このため、増加する製造コストが二層ブラシの普及を妨げている。二層ブラシの抵抵抗部（主ブラシ部７１０）と高抵抗層（補助ブラシ部７１３）との間の熱膨脹率の差に起因するクラック問題もその普及を妨げている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００１−１２６８３８
【特許文献２】特開２００１−１２６８３８
【特許文献３】特開平８ー９８４８５
【特許文献４】特開２００１−２８６１０４
【特許文献５】USP（Re）３２６７４
【特許文献６】USP５９２９５７９
【発明の概要】
【００２３】
（発明の目的）
本発明は、簡素な構造を有する火花低減機能付きのブラシ付きモータの整流装置を提供することを第１の目的としている。
本発明は、機械的強度に優れたコンパクトな火花防止機能付きのブラシ付きモータの整流装置を提供することを第２の目的としている。
本発明は、製造が容易なブラシ付きモータの整流装置を提供することをその第３の目的としている。
【００２４】
（発明の特徴）
この目的を達成するこの発明のブラシ付きモータは、整流子と、この整流子に接触する少なくとも一対のブラシとを有する。整流子は、周方向へ所定ピッチで回転軸に固定された複数のセグメントを有する。セグメントは、ロータコアに巻かれた電機子巻線に接続される導電部材からなる。この種のブラシ付きモータの整流装置は周知である。本発明は、ブラシ付きＤＣモータ及びユニバーサルモータの両方に適用することができる。
【００２５】
（本発明の第１の特徴）
本発明の第１の特徴において、ブラシは、セグメントに接触する導電性の主ブラシ部と、セグメントに接触する導電性の補助ブラシ部と、高抵抗の絶縁層とを有する。補助ブラシ部は、主ブラシ部の回転方向の側面及び軸方向の側面の少なくとも一方に絶縁層を介して接合される。補助ブラシ部は、ダイオード及び抵抗体の少なくとも一方に接続される。補助ブラシ部は、セグメントが主ブラシ部から離れた後の所定期間だけ前記セグメントとの接触を維持する形状又は配置を有する。電機子コイルは、複数の相コイルにより構成される。相コイルの両端は、周方向に隣接する２つのセグメントに別々に接続される。
【００２６】
この整流装置は、コンパクトな構成により整流火花及び電磁波ノイズを抑制することができる。すなわち、セグメントが主ブラシ部から離れる時、この主ブラシ部に隣接する補助ブラシ部は、残留磁気エネルギー解消用の電流をセグメントに流す。この電流は、ダイオードを通じて電源に回生される。もしくは、この電流は、補助ブラシ部に接続された抵抗体により消費される。
【００２７】
これにより、主ブラシ部及び補助ブラシ部は、一個のブラシを構成するため、ブラシスプリング及びブラシホルダの必要数が半減する。ブラシ配置スペースも節約される。細い補助ブラシ部の破損も防止される。補助ブラシ部と主ブラシ部との間の絶縁層は、主ブラシ部から補助ブラシ部に流れ込む漏れ電流を低減する。
【００２８】
好適態様において、補助ブラシ部は、主ブラシ部の回転方向後側の側面に絶縁層を介して接合されている。これにより、整流装置をコンパクトに構成することができる。
好適態様において、補助ブラシ部は、主ブラシ部の軸方向の側面に絶縁層を介して接合されている。その結果、整流装置をコンパクトに構成することができる。
【００２９】
好適態様において、補助ブラシ部は、電機子巻線の残留磁気エネルギーを電源へ回収するためのダイオードを含む電力回生回路の一部を構成する。その結果、モータ効率を向上することができる。抵抗体を省略することもできる。
【００３０】
好適態様において、補助ブラシ部は、直流電源の負極に接続される前記主ブラシ部に結合される。補助ブラシ部は、カソードが直流電源の正極に接続されるダイオードのアノードに接続される。その結果、相コイルの残留磁気エネルギーをバッテリに回収することができる。
【００３１】
好適態様において、補助ブラシ部は、交流電源の一端に接続される前記主ブラシ部に結合される。補助ブラシ部は、カソードが交流電源の一端に接続される第１のダイオードのアノードに接続される。補助ブラシ部は、アノードが交流電源の他端に接続される第２のダイオードのカソードに接続される。その結果、相コイルの残留磁気エネルギーをバッテリに回収することができる。
【００３２】
好適態様において、補助ブラシ部は、前記主ブラシ部よりも高い比抵抗を有する。補助ブラシ部は、前記抵抗体を兼ねる。補助ブラシ部は、主ブラシ部と同一の電源端子に接続される。その結果、相コイルの残留磁気エネルギーをバッテリに回収することができる。
【００３３】
好適態様において、抵抗体は、補助ブラシ部及び主ブラシ部の表面に密着する。これにより、コンパクトな火花防止付き整流装置を実現することができる。
好適態様において、ブラシは、第２の絶縁層と第２の補助ブラシ部とをもつ。第２の補助ブラシ部は、主ブラシ部の回転方向前側の側面に高抵抗の第２の絶縁層を介して接合される。第２の補助ブラシ部は、抵抗体に接続される。これにより、セグメントが主ブラシ部に接触する直前の残留磁気エネルギーを抵抗体により消費することができる。
【００３４】
（本発明の第２の特徴）
本発明の第２の特徴において、ブラシは、セグメントに接触する導電性の主ブラシ部と、セグメントに接触する導電性の補助ブラシ部とを有する。補助ブラシ部は、主ブラシ部に対して軸方向に所定距離だけ離れている。補助ブラシ部は、ダイオード及び抵抗体の少なくとも一方に接続される。セグメントは、主ブラシ部に接する主セグメント部と、補助ブラシ部に接する補助セグメント部とを有する。主ブラシ部は、補助ブラシ部に接続される。補助ブラシ部は、主セグメント部よりも狭い周方向幅を有する。整流子は、周方向において互いに隣接する２つの補助セグメント部の間に配置されるフリーセグメントを有する。フリーセグメントは、補助ブラシ部に接触しない場合に浮遊電位を有する。
【００３５】
その結果、主セグメント部が主ブラシ部から離れた後、相コイルは、補助ブラシ部から補助セグメント部を通じて給電されるので、火花を防止することができる。更に、周方向幅が狭い補助セグメント部と補助セグメント部との間に配置されたフリーセグメントは、補助ブラシ部の振動を抑制する。
【００３６】
好適態様において、補助ブラシ部は、近接する主ブラシ部が接続される直流電源の一端とは異なる直流電源の他端にダイオードを介して接続される。その結果、相コイルの残留磁気エネルギーをダイオードを通じて電源に回収することができる。
【００３７】
好適態様において、補助ブラシ部は、カソードが交流電源の一端に接続される第１のダイオードのアノードに接続される。補助ブラシ部は、アノードが交流電源の他端に接続される第２のダイオードのカソードに接続される。これにより、簡素でコンパクトな整流装置により、ユニバーサルモータの火花を抑制することができる。
【００３８】
（本発明の第３の特徴）
本発明の第３の特徴において、ブラシ及びセグメントの少なくとも一方は、周方向外側へ突出する複数の凸部を有する鋸歯状の周方向側面を有する。セグメントがブラシから離れる直前において、ブラシ及びセグメントの一方は、複数の凸部を通じて他方に接触する。狭い接触面積をもつ凸部の接触電気抵抗は大きいため、残留磁気エネルギーの消費が増大する。したがって、簡素な構成により、火花を抑制することができる。
【００３９】
好適態様において、ブラシ及びセグメントの両方は、周方向外側へ突出する複数の凸部を有する鋸歯状の周方向側面を有する。ブラシの凸部とセグメントの凸部は軸方向に重なる。その結果、セグメントがブラシから離れる直前に、セグメントとブラシとの接触抵抗は、２つの凸部の重なりにより増大する。したがって、簡素な構成により、火花を抑制することができる。
【００４０】
好適態様において、複数の凸部を有する鋸歯状の周方向側面は、金属リード形状の前記ブラシからセグメントに向けて突出する前記ブラシの接点部に形成されている。その結果、簡素な構成により、火花を抑制することができる。
【００４１】
（本発明の第４の特徴）
本発明の第４の特徴において、セグメントの間のギャップは、所定のスキュー角を有して斜設される。ブラシは、軸方向に所定ギャップを隔てて配置された複数のブラシアームを有する。端部側のブラシアームは、中央部側のブラシアームよりも高い電気抵抗を有して電源に接続される。その結果、セグメントが中央部側のブラシアームから離れた後、セグメントと高抵抗の端部側のブラシアームとの接触が維持される。したがって、簡素な構成により、火花を抑制することができる。
【００４２】
好適態様において、端部側のブラシアームは、前記中央部側のブラシアームと平行に延在している。その結果、簡素な構成により、火花を抑制することができる。
【００４３】
（本発明の第５の特徴）
本発明の第５の特徴において、整流子は、セグメントの他に、前側のサブセグメントと、後側のサブセグメントと、抵抗素子とを有する。前側のサブセグメントは、セグメントの周方向前端に所定ギャップを隔てて配置される。後側のサブセグメントは、セグメントの周方向後端に所定ギャップを隔てて配置される。抵抗素子は、前側のサブセグメント及び後側のサブセグメントを、隣接するセグメントに接続する。
【００４４】
その結果、セグメントがブラシから離れた後、サブセグメントとブラシとの接続が維持される。サブセグメントがブラシに接続されると、相コイルの残留磁気エネルギーは、抵抗素子、サブセグメントを通じてブラシに流れるので、抵抗素子は残留磁気エネルギーを消費する。したがって、火花抑制機能をもつ整流装置をコンパクトに実現することができる。
【００４５】
好適態様において、抵抗素子は、周方向に隣接するセグメント及び前記サブセグメントの間のギャップに充填された高抵抗素子部により構成される。これにより、火花抑制機能をもつ整流装置をコンパクトに実現することができる。
【００４６】
好適態様において、抵抗素子は、互いに周方向に隣接する前記セグメント及びサブセグメントの内径側の表面にそれぞれ接する高抵抗層からなる。これにより、火花抑制機能をもつ整流装置をコンパクトに実現することができる。
【００４７】
（変形態様）
上記において、本発明が円筒状の整流子を例として説明された。本発明はディスク状の整流子にも適用できることは当然である。上記説明における軸方向を径方向に変更することにより、上記説明は、ディスク状の整流子に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】従来の二層ブラシをもつ整流装置を示す模式部分断面図である。
【図２】従来の整流装置を示す模式周方向部分展開図である。
【図３】従来の整流装置を示す模式部分断面図である。
【図４】従来の整流装置を示す模式部分断面図である。
【図５】実施例１のDCモータを示す模式軸方向断面図である。
【図６】実施例１の整流装置を示す回路図である。
【図７】実施例１の変形態様を示す整流装置の回路図である。
【図８】実施例１の変形態様を示す整流装置の回路図である。図８（A）は、補助ブラシ部が主ブラシの両側に設けられている例を示す整流構造及び回路を示す模式図である。図８（B）は、図８（A）において、キャパシタが省略された例を示す模式図である。
【図９】実施例１の変形態様を示す整流装置の回路図である。
【図１０】実施例１の変形態様を示す整流装置の回路図である。
【図１１】実施例２の整流装置の模式径方向断面図である。
【図１２】図１１に示す整流装置の模式周方向部分展開図である。
【図１３】図１１に示す整流装置の模式周方向部分展開図である。
【図１４】図１１に示す整流子の製造例を示す模式周方向部分展開図である。
【図１５】実施例２の整流装置の変形態様を示す模式周方向部分展開図である。
【図１６】実施例２の整流装置の変形態様を示す模式周方向部分展開図である。
【図１７】実施例３の整流装置の模式部分径方向断面図である。
【図１８】実施例３の整流装置の変形態様を示す模式径方向部分断面図である。
【図１９】実施例３の整流装置の変形態様を示す模式径方向部分断面図である。
【図２０】実施例３の整流装置の変形態様を示す模式径方向部分断面図である。
【図２１】実施例３の整流装置の変形態様を示す模式径方向部分断面図である。
【図２２】実施例３の整流装置の変形態様を示す模式部分横断面図である。
【図２３】実施例３の整流装置の変形態様を示す模式径方向部分断面図である。
【図２４】実施例３の整流装置の変形態様を示す模式径方向部分断面図である。
【図２５】実施例３の整流装置の変形態様を示す模式部分横断面図である。
【図２６】実施例４の整流装置を示す模式部分径方向断面図である。
【図２７】図２６に示されるセグメントの形状を示す模式周方向部分展開図である。
【図２８】実施例４の整流装置の変形態様を示す模式周方向部分展開図である。
【図２９】図２８の整流装置の模式径方向部分断面図である。
【図３０】図２８の整流装置の変形態様を示す模式径方向部分側面図である。
【図３１】図２８の整流装置の変形態様を示す模式径方向部分断面図である。
【図３２】実施例５の整流装置のブラシ近傍を示す模式平面図である。
【図３３】図３２に示されるブラシの側面図である。
【図３４】図３３に示されるブラシの基部を示す正面図である。
【図３５】実施例６の整流装置を示す模式径方向断面図である。
【図３６】実施例６の整流装置の変形態様を示す模式径方向部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本発明のブラシ付きモータの整流装置に関する好適な実施形態が以下に説明される。図面において、AXは軸方向を示す。RAは径方向を示す。PHは周方向を示す。
【００５０】
（実施例１）
（全体構造）
実施例１が図１を参照して説明される。図１は、DCモータの全体構造を示す模式図である。
ロータコア３０１が回転軸３０３に固定されている。回転軸３０３は軸受け３０８を通じてモータハウジング３０５及びブラケット３０６に回転自在に支持されている。電機子コイル３がロータコア３０１に巻かれている。バックコアをなすモータハウジング３０５の内周面に永久磁石からなる磁極３０４が固定されている。整流子５が回転軸３０３に固定されている。ブラシ７００Aがブラケット３０６に固定されている。
【００５１】
（整流装置）
整流装置が図６を参照して説明される。図６は、図５に示されるDCモータの模式回路図である。整流装置は、整流子と一対のブラシとにより構成されている。
ＤＣモータは、電機子巻線３と整流子５と正ブラシ７００Aと負ブラシ７００Bとをもつ。電機子巻線３は、６つの相コイル（３１乃至３６）を有している。整流子５は、６つのセグメント（５１乃至５６）を有している。導体片からなるセグメント（５１乃至５６）は、相コイル（３１乃至３６）の接続点に接続されている。
【００５２】
通常の円筒型整流子である整流子５は、円盤型整流子に変更されることができる。セグメント（５１乃至５６）は、ギャップ又は絶縁スペーサを挟んで周方向へ順番に配列されている。セグメント（５１乃至５６）は、黒鉛及び／又は銅合金材料により製造されている。セグメント（５１乃至５６）は、筒状の樹脂ホルダ（図示せず）に支持されている。樹脂ホルダは、ブラケット３０６に固定されている。
【００５３】
整流装置は、整流子５の外周面に接触する正ブラシ７００A及び負ブラシ７００Bを有している。正ブラシ７００Ａ及び負ブラシ７００Ｂはそれぞれ、低抵抗の主ブラシ部７１０、高抵抗の絶縁層７１５及び低抵抗の補助ブラシ部７１３を有している。絶縁層７１５は絶縁膜からなる。主ブラシ部７１０、絶縁層７１５及び補助ブラシ部７１３は、互いに密着して周方向へ配列されている。主ブラシ部７１０、絶縁層７１５及び補助ブラシ部７１３は、一体化されている。
【００５４】
主ブラシ部７１０及び補助ブラシ部７１３の主成分は、銅粉が混合された黒鉛である。主ブラシ部７１０及び補助ブラシ部７１３は、大きな比抵抗と小さい周方向厚さとをもつ。絶縁層７１５の主成分は、樹脂材料又は無機材料である。絶縁層７１５は、絶縁粉末が混入された黒鉛材料により構成されることができる。絶縁層７１５は、主ブラシ部よりも格段に大きな比抵抗と小さい周方向厚さとをもつ。主ブラシ部７１０は、一対のブラシ（７００Ａ及び７００Ｂ）の後端部に配置された補助ブラシ部７１３よりも大きな周方向厚さをもつ。
【００５５】
主ブラシ部７１０と補助ブラシ部７１３との間の電流漏れを抑制できる範囲で、絶縁層７１５の厚さはできるだけ小さくされる。補助ブラシ部７１３の周方向幅は、セグメント（５１乃至５６）の間のギャップの周方向幅にほぼ等しくされることが好適である。
【００５６】
正ブラシ７００Ａの主ブラシ部７１０は、バッテリ１００の＋端子に接続されている。負ブラシ７００Ｂの主ブラシ部７１０は、バッテリ１００の−端子に接続されている。正ブラシ７００Ａの補助ブラシ部７１３は、ダイオード２００のカソードに接続されている。ダイオード２００のアノードは、バッテリ１００の−端子に接続されている。負ブラシ７００Ｂの補助ブラシ部７１３は、ダイオード２０１のアノードに接続されている。ダイオード２０１のカソードは、バッテリ１００の＋端子に接続されている。キャパシタ４００は、２つの補助ブラシ部７１３を交流的に接続している。この整流機構は、次の特徴をもつ。
【００５７】
（１）  正ブラシ７００Ａ及び負ブラシ７００Ｂは、補助ブラシ部７１３をもつ。補助ブラシ部７１３は、主ブラシ部７１０の後端部に絶縁層７１５を挟んで一体に形成されている。
（２）  一対の補助ブラシ部７１３は、電力回生用のダイオード２００及ダイオード３００を通じてバッテリ１００の両端に個別に接続されている。
（３）  一対の補助ブラシ部７１３は、キャパシタ４００により接続されている。キャパシタ４００は、補助ブラシ部７１３の電位変化を抑制するための回路素子である。
【００５８】
（整流動作）
この整流装置の動作が以下に説明される。
（１）抵抗短絡動作
互いに周方向に隣接する第１セグメント及び第２セグメントの両方が正ブラシ７００Ａの主ブラシ部７１０及び負ブラシ７００Ｂの主ブラシ部７１０のどちらか一つにより短絡される時、両端がこれら第１セグメント及び第２セグメントに個別に接続される相コイルは、短絡される。この短絡により、この相コイルの残留磁気エネルギーは、主ブラシ部７１０の電気抵抗により消費される。
【００５９】
（２）電力回生動作
図６に示される電流iは、一つのセグメントが主ブラシ部７１０から離れる時に残留磁気エネルギーが発生する電流を示す。
第１セグメントが主ブラシ部７１０及び補助ブラシ部７１３の両方に接触し、かつ、第１のセグメントの後側に存在する第２セグメントが主ブラシ部７１０に接触している状態から、第１セグメントの後端が主ブラシ部７１０の前端から離れた状態に移行する時、第１セグメント及び第２セグメントに接続された相コイルの残留磁気エネルギーは、正ブラシ７００Ａの補助ブラシ部７１３から電流を吸収し、負ブラシ７００Ｂの補助ブラシ部７１３へ電流を流す。
【００６０】
正ブラシ７００Ａの補助ブラシ部７１３は、ダイオード２００を通じてバッテリ１００の負極端から電流を吸収し、正ブラシ７００Ａの主ブラシ部７１０からバッテリ１００の正極端へ電流を流す。つまり、相コイルの残留磁気エネルギーは、バッテリ１００を充電する。
同様に、負ブラシ７００Ｂの補助ブラシ部７１３は、ダイオード３００を通じてバッテリ１００の正極端へ電流を流し、負ブラシ７００Ｂの主ブラシ部７１０を通じてバッテリ１００の負極端から電流を吸収する。つまり、相コイルの残留磁気エネルギーは、バッテリ１００を充電する。
【００６１】
この電力回生動作は、前側の第１セグメントが補助ブラシ部７１３から離れる時、もしくは、後側の第２セグメントが補助ブラシ部７１３に接触する時、終了する。相コイルの残留磁気エネルギーは、大きな電圧をもつバッテリ１００の充電動作により、急速に減衰する。
後側の第２セグメントが補助ブラシ部７１３に接触した時、第１セグメントが補助ブラシ部７１３に接触している場合には、上記電力回生動作の後で、補助ブラシ部７１３による抵抗短絡動作が実施される。
【００６２】
（３）キャパシタ４００の動作
セグメント５１の後端が正ブラシ７００Ａの主ブラシ部７１０の前端から離れる瞬間に、相コイル３１の残留磁気エネルギーは、セグメント５１の電位を急速に低下させる。同様に、セグメント５４の後端が負ブラシ７００Ｂの主ブラシ部７１０の前端から離れる瞬間に、相コイル３４の残留磁気エネルギーは、セグメント５４の電位を急速に増大させる。
【００６３】
キャパシタ４００は、セグメント５１が正ブラシ７００Ａの主ブラシ部７１０から離れる時、及び、セグメント５４が負ブラシ７００Ｂの主ブラシ部７１０から離れる時、キャパシタ４００がセグメント５１又はセグメント５４の電位の急速な変化を抑制する。セグメントの後端が主ブラシ部７１０の前端から離れた直後にキャパシタ４００に蓄電された電荷は、次のセグメントの前端が補助ブラシ部７１３に接触した後、放電される。
【００６４】
この実施例では、補助ブラシ部７１３が、主ブラシ部７１０と同一の比抵抗をもつ低抵抗体により構成されることができる。すなわち、補助ブラシ部７１３及び主ブラシ部７１０は、同一材料により形成されることができる。その結果、補助ブラシ部７１３と主ブラシ部７１０が等しい熱膨張率をもつので、正ブラシ７００Ａと負ブラシ７００Ｂとの間の機械的接合強度が向上する。更に、正ブラシ７００Ａ及び負ブラシ７００Ｂの発熱量が減るので、ブラシ温度の低下が実現する。
【００６５】
この実施例の整流装置は、正の主ブラシと負の主ブラシとの間に補助ブラシをもつ従来技術に比べて、補助ブラシが主ブラシと一体化されている。その結果、ブラシを付勢するブラシスプリング及びブラシを保持するブラシホルダの数を減らすことができる。周方向幅が狭い補助ブラシの機械的強度は増大する。更に、ブラシの数の増大を防止できるため、整流装置の大型化を防止することもできる。
【００６６】
（製造方法）
主ブラシ部７１０、補助ブラシ部７１３及び絶縁層７１５は、一体に形成される。一例において、予め製造された絶縁層７１５の両側に黒鉛粒子を充填した後、それらを成形することにより、正ブラシ７００Ａ及び負ブラシ７００Ｂを製造することができる。他例において、別々に製造された正ブラシ７００Ａ及び負ブラシ７００Ｂが絶縁層７１５を挟んで接着される。
【００６７】
（変形態様１）
補助ブラシ部７１３は、主ブラシ部７１０よりも大きな比抵抗をもつことができる。セグメントの残留磁気エネルギーは、補助ブラシ部７１３の電気抵抗による電力消費と、バッテリによる電力回収の両方により急速に減衰する。
【００６８】
（変形態様２）
ダイオード２００又はダイオード３００と直列に抵抗素子を接続してもよい。その結果、セグメントの残留磁気エネルギーは、抵抗素子の電気抵抗による電力消費と、バッテリによる電力回収の両方により急速に減衰する。
【００６９】
（変形態様３）
キャパシタ４００は、省略されることができる。
（変形態様４）
図６は、一対のブラシをもつＤＣモータを示す。この実施例の整流機構は、多対のブラシをもつＤＣモータにも適用することができる。図７は、２対のブラシをもつＤＣモータに採用された整流機構を示す。２つの正ブラシ７００Ａと２つの負ブラシ７００Ｂとが整流子５に接触している。ブラシ間隔は９０度である。キャパシタ４００、ダイオード２００及びダイオード３００は共用されている。整流子５は、電気絶縁性のブラシホルダ（図示せず）を介して回転軸２に固定されている。
【００７０】
（変形態様５）
電力回生のための補助ブラシ部７１３は、主ブラシ部７１０の前端側に設けられることができる。図８（A）は、第１の補助ブラシ部７１３及び第２の補助ブラシ部７１２をもつ整流装置を示す径方向模式断面図である。補助ブラシ部７１３は、絶縁層７１５を介して主ブラシ部７１０の周方向後方後端側に接合されている。第２の補助ブラシ部７１２は、絶縁層７１５を挟んで主ブラシ部７１０の周方向前端側に接合されている。
第２の補助ブラシ部７１２に電流を流すダイオードのペア及びキャパシタは、第１の補助ブラシ部７１３に電流を流すダイオードのペア及びキャパシタとは別に設けられている。その結果、ＤＣモータは、反対方向へ回転する時に相コイルの残留磁気エネルギーを回生することができる。
図８（B）は、図８（A）の整流装置の変形態様を示す。図８（B）において、図８（A）の整流装置のキャパシタが省略されている。
【００７１】
（変形態様６）
一端が補助ブラシ部７１３に接続されたキャパシタ４００の他端は、他の部位に接続されることができる。たとえば、キャパシタ４００は、ダイオード２００と並列接続されるキャパシタと、ダイオード３００と並列接続されるキャパシタとにより置換されることができる。
【００７２】
（変形態様７）
ダイオード２００のアノードは、負ブラシ７００Ｂの補助ブラシ部７１３に接続されることができる。ダイオード３００のカソードは、正ブラシ７００Ａの補助ブラシ部７１３に接続されることができる。
【００７３】
（変形態様８）
変形態様が図９に示される。キャパシタ４００Aがダイオード２００と並列に接続されている。キャパシタ４００Bがダイオード３００と並列に接続されている。これらのキャパシタは、セグメントが主ブラシ部７１０から離れた直後における補助ブラシ部７１３の電位変化を抑制する。
【００７４】
（変形態様９）
変形態様が図１０に示される。図１０の回路は、図６に示す回路において、ダイオード２００Aとダイオード３００Aとを追加した点にそのその特徴を有する。キャパシタ４００は省略されている。ダイオード２００Aのアノードは、バッテリ１００の負極端に接続されている。ダイオード３００Aのカソードは、バッテリ１００の正極端に接続されている。
【００７５】
整流装置は、ブラシ装置７A及びブラシ装置７Ｂをもつ。ブラシ装置７A及びブラシ装置７Ｂは、互いに周方向に１８０度離れている。ブラシ装置７A及びブラシ装置７Ｂはそれぞれ、ブラシ７００、ブラシホルダ７０１及びスプリング７０２を有している。黒鉛材料からなるブラシ７００は、樹脂製のブラシホルダ７０１に収容されている。スプリング７０２は、ブラシ７００A及びブラシ７００Bを整流子５に押しつけている。
この変形態様の特徴は、バッテリ１００を交流電源に変更することができる点にある。すなわち、正ブラシ７００Ａの補助ブラシ部７１３は、ダイオード３００A及びダイオード２００からなるハーフブリッジ回路を通じて交流電源の両端に接続される。負ブラシ７００Ｂの補助ブラシ部７１３は、ダイオード３００及びダイオード２００Aからなるハーフブリッジ回路を通じて交流電源の両端に接続される。
したがって、この変形態様の回路は、ユニバーサルモータの火花を防止することができる。
【００７６】
（実施例２）
実施例２の整流装置が図１１を参照して説明される。
（構造説明）
図１１は、整流装置を示す側面図である。整流装置は、整流子５と正ブラシ７００Aと負ブラシ７００Bとをもつ。円筒状の整流子５は、樹脂筒製の整流子ホルダ５０を介して回転軸２に固定されている。整流子５は、多数のセグメントを有している。
正ブラシ７００Ａは、主ブラシ７２１と補助ブラシ７２３とにより構成されている。負ブラシ７００Ｂは、主ブラシ７２２と補助ブラシ７２４とにより構成されている。
【００７７】
４つのブラシ（７２１、７２２、７２３及び７２４）は、銅合金製の平板により構成されている。すなわち、４つのブラシはそれぞれリード形状をもつ。ブラシ７２１及びブラシ７２２は、平行に配置されている。ブラシ７２３及びブラシ７２４は、平行に配置されている。
ブラシ７２１及びブラシ７２２は、ブラシ７２３及びブラシ７２４に対して斜めに配置されている。その結果、ブラシ７２１のトラック（接触面）５０１及びブラシ７２２のトラック（接触面）５０３は、ブラシ７２３のトラック（接触面）５０２及びブラシ７２４のトラック（接触面）５０４に対して、回転方向前方へ所定距離だけ離れている。
【００７８】
補助ブラシ７２３は、ダイオード２００を通じてバッテリの負極端に接続されている。補助ブラシ７２４は、ダイオード３００を通じてバッテリの正極端に接続されている。
整流子５のセグメントが図１２を参照して説明される。図１２は、セグメントの周方向展開図である。多数のセグメントがギャップｇを挟んで周方向（PH）に配列されている。けれども、図１２は、セグメント（５１、５２及び５３）だけを示す。各セグメントの後端部は、軸方向一方側へ突出する補助セグメント部５０を有している。各セグメントのうち、補助セグメント部５０を除く部分は、主セグメント部と呼ばれる。
【００７９】
補助セグメント部５０の周方向幅は、セグメントの周方向幅の１／３以下に設定されている。したがって、周方向に隣接する２つの補助セグメント部５０の間に広いギャップが形成される。この広いギャップを減らすために、フリーセグメント５６が２つの補助セグメント部５０の間に配置されている。フリーセグメント５６の前端Xは、セグメント（５１、５２及び５３）の前端Yと一致している。フリーセグメント５６の後端と補助セグメント部５０の前端との間にギャップｇ１が形成されている。更に、L字形のギャップｇ１は、フリーセグメント５６をセグメント（５１、５２及び５３）から軸方向に分離している。
【００８０】
主ブラシ７２１のトラック（接触面）５０１及び主ブラシ７２２のトラック（接触面）５０３は、セグメント（５１、５２及び５３）の主セグメント部に接触する。補助ブラシ７２３のトラック（接触面）５０２及び補助ブラシ７２４のトラック（接触面）５０４は、セグメント（５１、５２及び５３）の補助セグメント部５０及びフリーセグメント５６に接触する。フリーセグメント５６は、相コイルに接続されていないので、補助ブラシ７２３又は補助ブラシ７２４に接触しない時に浮遊電位状態を保持している。
【００８１】
（動作説明）
この整流装置の動作が以下に説明される。図１２は、セグメント５２の主セグメント部が、主ブラシ７２１から離れる瞬間を示す。補助ブラシ７２３は、セグメント５２の補助セグメント部５０に接触している。このため、セグメント５２に接続された相コイル（図示せず）は、主ブラシ７２１から供給された電流が遮断された後、ダイオード２００及び補助ブラシ７２３を通じてバッテリ（図示せず）の負極端から供給される。
【００８２】
図１３は、セグメント５２の主セグメント部が、主ブラシ７２１から離れる瞬間を示す。補助ブラシ７２４は、セグメント５２の補助セグメント部５０に接触している。このため、セグメント５２に接続された相コイル（図示せず）は、主ブラシ７２１へ流す電流が遮断された後、ダイオード３００及び補助ブラシ７２４を通じてバッテリ（図示せず）の正極端へ電流を流す。
【００８３】
結局、この実施例によれば、既に説明した実施例１と同様に火花の発生を抑制することができる。また、この実施例の整流装置は、残留磁気エネルギーを消費する抵抗素子をもたないので、製造コストの低減と電力効率の向上とを実現することができる。更に、この実施例では、周方向幅が狭い補助セグメント部５０の間に、フリーセグメント５６を配置しているので、補助ブラシ７２３及び補助ブラシ７２４の振動を抑制することができる。
【００８４】
（セグメントの製造方法）
セグメント（５１、５２及び５３）の製造方法が図１４を参照して説明される。
セグメントホルダ５０に固定された円筒部材５００は予めL字形の溝を有している。円筒部材５００は銅合金により形成されている。セグメントホルダ５０は、樹脂筒により形成されている。セグメントホルダ５０が回転軸２に固定された後、ギャップｇの部分（図１４に示されるハッチング部分）が除去される。その結果、セグメント（５１、５２及び５３）及びフリーセグメント５６が完成される。
【００８５】
（変形態様１）
変形態様１が図１５を参照して説明される。図１５に示される整流装置は、図１２に示される整流装置において、周方向に隣接する各セグメントの間のギャップｇが斜めに形成されている点にその特徴がある。更に、主ブラシ７２１のトラック（接触面）５０１の後端Z１は、補助ブラシ７２３のトラック（接触面）５０２の後端Z２と、周方向等しい位置に設定されている。
【００８６】
ギャップｇが斜めに形成されているため、主ブラシ７２１がセグメント５２の後端Z１から離れた時、補助ブラシ７２３はまだセグメント５２の補助セグメント部５０に接触している。
すなわち、整流子５のセグメントの後端面に接するギャップｇを斜めに設置することにより、主ブラシ７２１と補助ブラシ７２３とを周方向等しい位置に配置することが可能となる。これは、図１１に示される主ブラシ７２１及び補助ブラシ７２３が平行に配置できることを意味する。
【００８７】
その結果、ブラシ構造が簡素となる。たとえば、主ブラシ７２１及び補助ブラシ７２３を黒鉛ブロックにより構成する場合、主ブラシ７２１及び補助ブラシ７２３を絶縁部材を介して一体に結合することができる。その結果、ブラシスプリング及びブラシホルダを共通化することができるので、ブラシ構造が大幅に簡素となる。
【００８８】
（変形態様２）
変形態様２が図１６を参照して説明される。図１６に示される整流機構は、図１２に示される整流機構において、セグメント（５１、５２及び５３）の補助セグメント部５０がセグメント（５１、５２及び５３）の主セグメント部よりも後方に突出している点にその特徴がある。更に、主ブラシ７２１のトラック（接触面）５０１の後端Z１は、補助ブラシ７２３のトラック（接触面）５０２の後端Z２と、周方向等しい位置に設定されている。
【００８９】
ギャップｇがL字形に形成されているため、主ブラシ７２１がセグメント５２の後端Z１から離れた時、補助ブラシ７２３はまだセグメント５２の補助セグメント部５０に接触している。
すなわち、整流子５のセグメントの後端面に接するギャップｇをL字形に形成することにより、主ブラシ７２１と補助ブラシ７２３とを周方向等しい位置に配置することが可能となる。
主ブラシ７２１及び補助ブラシ７２３は、絶縁部材７２０を介して一体に結合される。その結果、ブラシスプリング及びブラシホルダを共通化することができるので、ブラシ構造が大幅に簡素となる。
【００９０】
（実施例３）
実施例３の整流装置が図１７を参照して説明される。図１７は、この実施例の整流装置を示す模式径方向部分断面図である。
この実施形態は、図６に示される実施例１の整流装置において、補助ブラシ部７１３が高抵抗領域により構成されている点にその特徴がある。ダイオード２００、ダイオード３００及びキャパシタ４００は、省略されている。高抵抗の補助ブラシ部７１３が低抵抗の主ブラシ部７１０の後端部に固定されている点において、このブラシは、従来の２層ブラシと同じである。しかし、この実施例のブラシは、補助ブラシ部７１３と主ブラシ部７１０との間にほぼ絶縁材料により形成された絶縁層７１５が設けられている。
【００９１】
したがって、この実施例のブラシは、図１に示される従来の二層ブラシに比べて、主ブラシ部７１０から補助ブラシ部７１３に流れる漏れ電流を大幅に低減する。その結果、補助ブラシ部７１３の比抵抗を大幅に増大することなく、セグメント（５１、５２及び５３）が主ブラシ部７１０から離れた後の残留磁気エネルギーを補助ブラシ部７１３により良好に消費することができる。
【００９２】
図１７は、セグメント５３が主ブラシ部７１０から離れる時点を示す。補助ブラシ部７１３は、主ブラシ部７１０の代わりに相コイル（図示せず）に電流を供給する。その結果、補助ブラシ部７１３の高い電気抵抗により残留磁気エネルギーが消費される。
【００９３】
主ブラシ部７１０、絶縁層７１５及び補助ブラシ部７１３の形成は、順次実施されるブラシ粉の堆積工程における成分変更により実現されることができる。その他、２つの低抵抗ブラシの少なくとも一方の表面に絶縁層７１５を形成した後、それらを接着して作製することもできる。
【００９４】
たとえば、主ブラシ部７１０及び補助ブラシ部７１３は、焼結黒鉛に混入する銅粉含有率を増大して構成されている。絶縁層７１４及絶縁層７１５は、焼結黒鉛に混入する電気絶縁粉末の含有率を大幅に増大して構成されている。電気絶縁粉末として、窒化物及び酸化物が採用される。電気絶縁粉末は、アルミナ又はシリカの微粉末を採用することができる。絶縁層７１４及び絶縁層７１５は、有機絶縁材料により形成されることができる。
【００９５】
主ブラシ部７１０は、補助ブラシ部７１３よりも大きな周方向厚さをもつ。絶縁層７１５は、補助ブラシ７１３部及び主ブラシ部７１０よりも大きな電気抵抗を確保できる範囲でできるだけ薄く形成されている。たとえば、一つの補助ブラシ部７１３の周方向厚さは主ブラシ部７１０の周方向厚さの３０％以下とされる。
【００９６】
たとえば、絶縁層７１５の周方向厚さは、主ブラシ部７１０の厚さの３％以下とされる。たとえば、絶縁層７１５は、主ブラシ部７１０よりも１０倍以上大きな比抵抗をもつ。
【００９７】
（変形態様１）
絶縁層７１５は、主ブラシ部７１０及び補助ブラシ部７１３よりも変形性に優れた材料により構成されることが好ましい。変形性に優れた材料としては、ポリイミド樹脂又はエポキシ樹脂などの樹脂材料を採用することができる。このブラシは、従来の二層ブラシに比べて、低抵抗の主ブラシ部７１０と、高抵抗の補助ブラシ部７１３との間の熱膨張率の差による機械的ストレスを減らすことができる。
【００９８】
（変形態様２）
絶縁層７１５は、主ブラシ部７１０の熱膨張率と補助ブラシ部７１３の熱膨張率との中間の熱膨張率とをもつことが好ましい。このブラシは、従来の二層ブラシに比べて、低抵抗の主ブラシ部７１０と、高抵抗の補助ブラシ部７１３との間の熱膨張率の差による機械的ストレスを減らすことができる。
【００９９】
（変形態様３）
残留磁気エネルギーを消費する抵抗素子ｒはブラシ７００の外部に設けられることができる（図１８参照）。
（変形態様４）
抵抗素子ｒはブラシ７００の上端面に固定されることができる（図１９参照）。輪板状の中抵抗層７１６により形成された抵抗素子ｒがブラシ７００の上端面に設けられている。中抵抗層７１６は、低抵抗層７１０、７１２及び７１３より高く、かつ、高抵抗層７１４及び７１５より低い電気抵抗をもつ。
【０１００】
ブラシ７００の上端面に固定された中抵抗層７１６は優れた放熱性をもつ。中抵抗層７１６は、ブラシ７００の内部発熱を減らす。中抵抗層７１６は、黒鉛粒子に電気絶縁粉末を混合して成形されることができる。中抵抗層７１６は、抵抗粉末液を塗布し、焼成して形成されることができる。
【０１０１】
（変形態様５）
図２０は、補助ブラシ部７１２の前側面及び補助ブラシ部７１３の後側面に非常に抵抗値が小さい極小抵抗層７１８を設けた例を示す。この極小抵抗層７１８は、たとえば銅箔により構成される。これらの極小抵抗層７１８は、補助ブラシ部７１２及び補助ブラシ部７１３内の発熱を減少させる。
【０１０２】
（変形態様６）
図２１は、輪板状の中抵抗層７１６からなる抵抗素子ｒがブラシ７００の上端面に接触している例を示す。中抵抗層７１６は、主ブラシ部７１０及び補助ブラシ部より高く、かつ、絶縁層より低い電気抵抗をもつ。中抵抗層７１６は、ピグテール７１７に接触している。
【０１０３】
（変形態様７）
図２２は、ブラシ７００の全側面に中抵抗相７１６を設けた例を示す。
（変形態様８）
図２３は、前側の補助ブラシ部７１２、絶縁層７１４及び抵抗素子ｒを省略した例を示す。主ブラシ部７１０に通電するピグテール７１７は、回転方向の上流方向へ伸びている。抵抗素子ｒをなす中抵抗層７１６がブラシ７００の上端面に固定されている。
【０１０４】
（変形態様９）
図２４は、下流側の抵抗素子ｒをダイオードDに変更した例を示す。主ブラシ部７１０は直流電源の＋端子に接続されている。ダイオードDのアノードは直流電源の−端子に接続されている。ダイオードDのカソードは補助ブラシ部７１３の上部に接続されている。
【０１０５】
セグメント５３が主ブラシ部７１０から離れ始めると、セグメント５３に接触する補助ブラシ部７１３の電位が低下する。この電位低下により、直流電源の−端子からダイオードD、補助ブラシ部７１３及びセグメント５３を通じてロータコイルに通電が行われる。これにより電力が回収される。
【０１０６】
（変形態様１０）
図２５は、下流側の抵抗素子ｒをダイオードDに変更した例を示す。主ブラシ部７１０は直流電源の−端子に接続されている。ダイオードDのカソードは直流電源の＋端子に接続されている。ダイオードDのアノードは補助ブラシ部７１３の上部に接続されている。
【０１０７】
セグメント５３が主ブラシ部７１０から離れ始めると、セグメント５３に接触する補助ブラシ部７１３の電位が上昇する。この電位上昇により、ロータコイルの残留磁気エネルギーがセグメント５３、補助ブラシ部７１３、ダイオードDを通じて直流電源の＋端子に回収される。
【０１０８】
（実施例４）
実施例４の整流装置が図２６及び図２７を参照して説明される。図２６は、整流装置を示す模式径方向断面図である。図２７は、整流子５のセグメントの形状を示す周方向部分展開図である。
樹脂筒からなる整流子ホルダ５０が回転軸２に嵌められている。セグメント（５１、５２及び５３）が整流子ホルダ５０の外周面に固定されている。図２６において、セグメント５３の図示は省略されている。
【０１０９】
整流子５は、整流子ホルダ５０及びセグメント（５１、５２及び５３）を有している。ブラシ７は、導体ばね板７１と、この導体ばね板７１に接合された貴金属からなる接点部７２とを有する。ブラシ７は、図略のブラシホルダに固定されている。セグメント（５１、５２及び５３）の前端及び後端は、鋸歯状に形成されて軸方向（AX）に延在している。PHは周方向である。
【０１１０】
５１１はセグメント５１の後端である。５１２はセグメント５１の前端である。５２２はセグメント５５２の前端である。５３１はセグメント５３の後端である。Wbはブラシ７の接点部７２の軸方向幅である。セグメント５１の前端５１１は、軸方向へ所定ピッチで配列された４つの凸部５４をもつ。各凸部５４は所定ピッチで周方向前方へ突出している。Rは回転方向を示す。セグメント５１の後端５１２は４つの凸部５４をもつ。軸方向へ所定ピッチで配列された４つの凸部５４は所定ピッチで周方向後方へ突出している。
【０１１１】
セグメント５２の後端５２２は４つの凸部５４をもつ。軸方向へ所定ピッチで配列された４つの凸部５４は所定ピッチで周方向後方へ突出している。セグメント５３の前端５３１は、軸方向へ所定ピッチで配列された４つの凸部５４をもつ。各凸部５４は所定ピッチで周方向前方へ突出している。各セグメント５１、５２及び５３の前端部及び後端部は鋸歯状のエッジをもつ。
【０１１２】
互いに隣接する２つのセグメントの凸部５４は軸方向へ半ピッチずれて配置されている。これにより、互いに隣接する２つのセグメントの凸部５４は軸方向に見てオーバーラップしている。すなわち、それらは所定ギャップを隔てて噛み合っている。凸部５４は、周方向先端側へ向けて先細形状となっている。
【０１１３】
（凸部５４）
凸部５４の機能が以下に説明される。セグメント５１、５２及び５３がブラシ７の接点部７２に接触するタイミング、及び、ブラシ７の接点部７２から離れるタイミングにて、電流は凸部５４の電気抵抗値Δｒによる抵抗損失が生じる。このため、整流火花やノイズが低減される。
【０１１４】
（変形態様１）
変形態様１が図２８及び図２９を参照して説明される。図２８は、ブラシ７の模式部分平面図である。図２９は、ブラシ７の模式部分径方向断面図である。ブラシ７は、ブロック状の黒鉛からなる。ブラシ７は、ブロック状の中央部７３をもつ。ブラシ７の周方向前端部は周方向前方へ突出する３つの凸部７４をもつ。３つの凸部７４は軸方向AXへ所定ピッチで配列されている。ブラシ７の周方向後端部は周方向前方へ突出する３つの凸部７５をもつ。３つの凸部７５は軸方向AXへ所定ピッチで配列されている。すなわち、ブラシ７の前端部及び後端部は、鋸歯状に形成されて軸方向へ延在している。
【０１１５】
ブラシ７の凸部７４及び凸部７５は、セグメント５１の凸部５４と軸方向等しい位置に配置されている。セグメント５２及び５３の凸部５４も同じく、ブラシ７の凸部７４及び凸部７５と重なる位置に配置されている。したがって、セグメントがブラシ７と接離する時に、凸部７４及び７５の電気抵抗と凸部５４の電気抵抗とが追加されるので、抵抗損失が増大する。その結果、整流火花及びノイズが低減される。
【０１１６】
（変形態様２）
変形態様２が図３０を参照して説明される。図３０はリード形状のブラシ７の側面図である。ブラシ７は、金属ばね板７１と、金属ばね板７１に固定された接点部７２を有している。接点部７２は、回転方向後方へ突出する凸部７４と、回転方向前方に突出する凸部７５とをもつ。
【０１１７】
図２８のブラシ７と同じく、凸部７４及び凸部７５は、セグメント５１の凸部５４と接触する。これにより、図２８と同様に、セグメントがブラシ７と接触した直後、及び、セグメントがブラシ７から離れる直前におけるセグメントとブラシとの間の接触抵抗を増大することができる。その結果、これらの期間における残留磁気エネルギーの消費を増大することができる。
【０１１８】
（変形態様３）
変形態様３が図３１を参照して説明される。この変形態様は、ブラシ７の凸部７４及び７５を、金属ばね板７１を打ち出し成形することにより形成することをその特徴としている。金属ばね板７１は銅合金であり、比較的容易に塑性変形することができる。
【０１１９】
（実施例５）
実施例５の整流装置が図３２乃至図３４を参照して説明される。図３２は、この整流装置のブラシ７近傍を示す模式平面図である。図３３はこの整流装置のブラシ７の側面図である。図３４はブラシ７の基部を示す正面図である。ブラシ７は、ブラシ付きＤＣモータの一対のブラシの一つである。たとえば＋ブラシであるブラシ７は、L字形の銅合金板に図略の接点部を接合して構成されている。図３２において、回転軸２の一部、整流子５及びセグメント５１、５２が図示されている。セグメント５３は図３２において隠れている。
【０１２０】
ブラシ７は、ブラシアーム（７X、７Y及び７Z）、ベースアーム（７９X、７９Y及び７９Z）、及び、ベース板７００により構成されている。ブラシアーム（７X、７Y及び７Z）は、回転軸２と略直角方向へ互いに平行に延在する（図３２参照）。平板状のブラシアーム（７X、７Y及び７Z）は、それぞれセグメント（５１、５２及び５３）に摺接する。ブラシアーム７Ｘは、平板状のベースアーム７９Xの先端から直角に延在している。
【０１２１】
ブラシアーム７Ｙは、平板状のベースアーム７９Yの先端から直角に延在している。ブラシアーム７Zは、平板状のベースアーム７９Zの先端から直角に延在している。ベースアーム（７９X、７９Ｙ及び７９Ｚ）は、幅広い平板状のベース板７００から延在している。この種の３アーム型の金属板ブラシは、周知の構造である。細幅のベースアーム（７９Ｘ及び７９Ｚはブラシホルダ７８）に支持される。図略の−ブラシも上記と同様の構造を有する。
【０１２２】
この実施形態の特徴は、両側のベースアーム７９X及び７９Ｚが、中央部のベースアーム７９Ｙよりも狭く形成されている点にその特徴がある。したがって、両側のベースアーム（７９X及び７９Ｚ）は、中央部のベースアーム７９Ｙよりも大きな電気抵抗値をもつ。セグメント（５１、５２及び５３）の間のギャップｇが、軸方向に対して斜めに延在している（すなわちスキュー角をもつ）点にその特徴がある。
【０１２３】
この実施例では、セグメント（５１、５２及び５３）の前端及び後端の周方向位置がずれている。したって、ブラシ７のブラシアーム（７Ｘ、７Ｙ及び７Ｚ）が、セグメントに接続されるタイミング、及び、セグメントから離れるタイミングが異なる。たとえば、図３２において、回転軸２がCCW方向へ回転していると仮定される時、ブラシアーム７Ｚは、ブラシアーム７Ｙよりも遅くセグメント５１から離れる。同様に、ブラシアーム７Ｘはブラシアーム７Ｙよりも早くセグメント５５２に接触する。
【０１２４】
ブラシアーム（７Ｘ及び７Ｚ）につながるベースアーム（７９X及び７９Ｚ）はブラシアーム７７Ｙよりも幅が狭く形成されている。なお、ブラシアーム（７Ｘ及び７Ｚ）がブラシアーム７Ｙよりも狭い幅をもつことも当然可能である。したがって、セグメント５１がブラシ７から離れる直前において、ブラシ７の電気抵抗が増大する。
【０１２５】
同様に、セグメント５２がブラシ７に接触した直後において、ブラシ７の電気抵抗が増大する。セグメント（５１、５２及び５３）の間に接続される部分コイルの磁気エネルギーはブラシの大きな電気抵抗により急速に消費される。その結果、ブラシとセグメントとの接触時及び離脱時の部分コイルの電流変化が抑制され、整流火花やノイズが抑制される。
【０１２６】
（変形態様１）
ブラシアーム７Ｘ及びベースアーム７９Ｘ（前アームと呼ばれる）、並びに、ブラシアーム７Z及びベースアーム７９Z（後アームと呼ばれる）は、ブラシアーム７Ｙ及びベースアーム７９Ｙ（中央アームと呼ばれる）よりも薄くされたり、固有抵抗（比抵抗）が大きい材料を用いて形成されることができる。
【０１２７】
（変形態様２）
前アーム及び後アームのどちらかを省略したり、あるいは前アーム及び後アームをそれぞれ複数設けてもよい。
【０１２８】
（実施例６）
実施例６のブラシ付きモータの整流装置が図３５及び図３６を参照して説明される。この整流装置は、Δ接続型のブラシ付きＤＣモータに採用される。図３５は、この整流装置を示す模式径方向断面図である。
【０１２９】
サブセグメント５１A及び５１Bが、セグメント５１の周方向両側に別々に形成されている。サブセグメント５２A及び５２Bが、セグメント５２の周方向両側に別々に形成されている。サブセグメント５３A及び５３Bが、セグメント５３の周方向両側に別々に形成されている。＋ブラシ７A及び−ブラシ７Bは、リード形状を有する。
【０１３０】
サブセグメント５１A及び５１Bは抵抗素子ｒを通じてセグメント５１に接続される。サブセグメント５２A及び５２Bは抵抗素子ｒを通じてセグメント５２に接続される。サブセグメント５３A及び５３Bは抵抗素子ｒを通じてセグメント５３に接続される。セグメント５１、５２及び５３及び各サブセグメントの間のギャップｇは、斜めに形成されることができる。
【０１３１】
整流動作が説明される。回転軸は、CCW方向に回転している。前側のサブセグメント（たとえば５１B）はセグメント５１よりも先に＋ブラシ７A及び−ブラシ７Bに接触する。後側のサブセグメント（たとえば５１A）はセグメント５１よりも後で＋ブラシ７A及び−ブラシ７Bから離れる。
【０１３２】
その結果、前側のサブセグメントはセグメント５１、５２及び５３がブラシに接触する際の電流変化を抑制する。後側のサブセグメントはセグメント５１、５２及び５３がブラシから離れる際の電流変化を抑制する。これにより、整流火花及びノイズを低減することができる。
【０１３３】
抵抗素子ｒの配置例が図３５を参照して説明される。図３５において、ｇは互いに相が異なる２つサブセグメントの間のギャップである。ｇaは互いに接続されるセグメントと後側のサブセグメントとの間のギャップである。ｇaは後側のサブギャップと呼ばれる。ｇbは互いに接続されるセグメントと前側のサブセグメントとの間のギャップである。以下、ｇbは前側のサブギャップと呼ばれる。
サブギャップｇa及びサブギャップｇbに形成された高抵抗領域により、抵抗素子ｒが構成される。
【０１３４】
（変形態様）
変形態様が図３６を参照して説明される。樹脂円筒製のセグメントホルダ５０が回転軸２に嵌められて固定されている。円弧状の高抵抗部５０A、５０B及び５０Cがセグメントホルダ５０の上に回転対称に固定されている。高抵抗部５０A、５０B及び５０Cの間にギャップｇが設けられている。高抵抗部５０Ａ、５０Ｂ及び５０Ｃは、たとえば黒鉛含有の樹脂筒をギャップｇで切断するなどの種々の方法により作成されることができる。
【０１３５】
高抵抗部５０Ａ、５０Ｂ及び５０Ｃの上にセグメント５１、５２及び５３及びサブセグメント５１A及び５１B、５２A及び５２B、並びに、５３A及び５３Bが配置されている。各セグメント及びサブセグメントの配置は図３６と同じである。
【０１３６】
高抵抗部５０Cは、セグメント５１とサブセグメント５１A及び５１Bを接続する。高抵抗部５０Aは、セグメント５２とサブセグメント５２A及び５２Bを接続する。高抵抗部５０Bは、セグメント５３とサブセグメント５３A及び５３Bを接続する。適当な比抵抗をもつ高抵抗部５０Ａ、５０Ｂ及び５０Ｃは、抵抗素子ｒを構成することができる。
【符号の説明】
【０１３７】
５は整流子、１００はバッテリ、２００はダイオード、３００はダイオード、４００はキャパシタである。
【図１】
2011004582.tif 000003
【図２】
2011004582.tif 000004
【図３】
2011004582.tif 000005
【図４】
2011004582.tif 000006
【図５】
2011004582.tif 000007
【図６】
2011004582.tif 000008
【図７】
2011004582.tif 000009
【図８】
2011004582.tif 000010
【図９】
2011004582.tif 000011
【図１０】
2011004582.tif 000012
【図１１】
2011004582.tif 000013
【図１２】
2011004582.tif 000014
【図１３】
2011004582.tif 000015
【図１４】
2011004582.tif 000016
【図１５】
2011004582.tif 000017
【図１６】
2011004582.tif 000018
【図１７】
2011004582.tif 000019
【図１８】
2011004582.tif 000020
【図１９】
2011004582.tif 000021
【図２０】
2011004582.tif 000022
【図２１】
2011004582.tif 000023
【図２２】
2011004582.tif 000024
【図２３】
2011004582.tif 000025
【図２４】
2011004582.tif 000026
【図２５】
2011004582.tif 000027
【図２６】
2011004582.tif 000028
【図２７】
2011004582.tif 000029
【図２８】
2011004582.tif 000030
【図２９】
2011004582.tif 000031
【図３０】
2011004582.tif 000032
【図３１】
2011004582.tif 000033
【図３２】
2011004582.tif 000034
【図３３】
2011004582.tif 000035
【図３４】
2011004582.tif 000036
【図３５】
2011004582.tif 000037
【図３６】
2011004582.tif 000038