(57)【要約】  本発明は、積層ブラシ（１０）であって、主に黒鉛成分と銅成分とを含有する複合体ならびに層構造を備えており、第１の層（１１）が、高い割合の銅成分を備えており、別の層（１２）が、比較的低い割合の銅成分を備えている。第２の層（１２）の銅成分に対する第１の層（１１）の銅成分の比は、３／２以下である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層ブラシ（１０）であって、
主に黒鉛成分と銅成分とを含有する複合体ならびに層構造を備えており、第１の層（１１）が、高い割合の銅成分を備えており、別の層（１２）が、比較的低い割合の銅成分を備えているものにおいて、
第２の層（１２）の銅成分に対する第１の層（１１）の銅成分の比が、３／２以下であることを特徴とする、積層ブラシ。
【請求項２】
第２の層（１２）は、３２重量パーセント以下の銅成分を有している、請求項１記載の積層ブラシ。
【請求項３】
黒鉛成分と銅成分との複合体は、潤滑剤と混合されている、請求項１または２記載の積層ブラシ。
【請求項４】
第１の層（１１）は、第１の部分ブラシに相当し、第２の層（１２）は、第２の部分ブラシに相当する、請求項１から３までのいずれか１項記載の積層ブラシ。
【請求項５】
第１の層（１１）および第２の層（１２）は、プレス結合部を成している、請求項１から４までのいずれか１項記載の積層ブラシ。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項記載の積層ブラシ（１０）を備えた、直流モータ（１５）。
【請求項７】
請求項６記載の直流モータ（１５）を備えた、始動モータ。
【請求項８】
請求項６記載の直流モータ（１５）および／または請求項７記載の始動モータを備えた、自動車。
【請求項９】
アイドリングストップシステムを備えた、請求項８記載の自動車。
【請求項１０】
アイドリングストップシステムを制御するための制御装置を備えた、請求項９記載の自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載した構成を有する積層ブラシに関する。
【０００２】
背景技術
冒頭で述べたような積層ブラシ、特に積層−カーボンブラシは、概して直流モータの一部として知られている。この直流モータは、機械式に整流されていて、たとえば内燃機関の始動モータとして用いられる。ここでは単数または複数のブラシ対によって切り換えられた電流は、整流子もしくは整流器を介して電機子巻線に供給される。ブラシ対のブラシは、多くの場合主に銅成分と黒鉛成分とを含有する焼結材料から成っている。ブラシのみならず整流子もモータ運転中に摩耗に曝される。ここでは始動モータは、典型的にはモータ始動毎に短時間運転するように設計されていて、３００００〜６００００の切換サイクルに適している。
【０００３】
特に乗用車用の１２Ｖの作動電圧を有する始動モータを高い負荷および長い作動時間に設計しようとすると、たとえば２層ブラシが用いられる。ここでは異なる２つのカーボンブラシがプレスされて１ユニットを成し、２つのカーボンブラシの層は、異なる銅成分を含有しており、したがって異なる固有抵抗を有している。従来両方のカーボンブラシ層の組み合わせでは、始動モータの標準運転に関して主に切換サイクルもしくは切換数を維持するようにされる。したがって銅成分を計量する際に、標準運転で内燃機関を始動するための出力および切換能力に関して必要とされる基準が用いられる。ここでは主に始動モータの出力およびブラシの電気抵抗の低下が鑑みられるので、このようなカーボンブラシでは、単に３００００〜６００００の範囲の切換数が達成される。したがって切換サイクルは、一連の通常の利用範囲内にあり、アイドリング運転のような特別な利用範囲内にはない。
【０００４】
発明の開示
本発明における、請求項１の特徴部に記載した構成を有する積層ブラシによって得られる利点によれば、一般的な３００００〜６００００の数を大幅に超える切換数が達成される。使用されるカーボンブラシの長さ単位（ｍｍ）当たりの切換数の改善は、従来の長さ単位（ｍｍ）当たりの摩耗長さ値の５０％を超えるので、６００００の切換数を超えて、追加的な高い数の内燃機関の始動過程を実現することができる。始動過程には、一方では主としていわゆる再始動または熱間始動が含まれ、他方ではいわゆる冷間始動が含まれる。ここでは第１の層の銅成分は、第２の層の銅成分に対して、３／２以下の比に選択される。
【０００５】
ここでは従来慣用の積層ブラシと比べて極端に高い切換サイクルが認められ、これによってたとえば内燃機関の要求の多い運転形式、たとえばアイドリングストップ運転が実現される。機械式および電気式の火花形成に関する耐摩耗性の改善の他に、提案した構成では、内燃機関の出力が高い切換数でも維持され、しかも有害な、つまり所望されない物質、たとえば鉛を用いる必要はない。ブラシの耐摩耗性の改善によって、始動モータひいては内燃機関の故障リスクが低下する。
【０００６】
有利な別の形態は、従属請求項に記載した構成から得られる。
【０００７】
本発明の好適な形態によれば、第２の層は、３２重量パーセント以下の銅成分を有しており、これによって第１の層に対する最適な比が得られ、これによって積層ブラシの平均以上の耐摩耗性が保証されている。
【０００８】
本発明の好適な形態によれば、黒鉛成分と銅成分とから成る複合体は、潤滑剤と混合されている。潤滑剤は、固体潤滑剤としてもブラシ成分の結合材としても用いられる。
【０００９】
本発明の好適な形態によれば、第１の層は、第１の部分ブラシに相当し、第２の層は、第２の部分ブラシに相当する。これによれば、各層は、個別に大量生産して製作することができ、そのあとで複合体にまとめ合わされる。
【００１０】
本発明の好適な形態によれば、第１の層および第２の層は、プレス結合部を成している。ここでは広く知られた慣用の好適な接合方法が鑑みられる。
【００１１】
更に、アイドリングストップシステムもしくはアイドリングストップ機能を有する自動車の直流モータ、特に始動モータに積層ブラシを用いると好適である。アイドリングストップ機能によって、内燃機関は、アイドリングストップ運転、つまり低燃費であるが材料に負荷を掛ける運転形式で運転される。アイドリングストップ機能は、車両の停止状態で内燃機関を停止して、燃費を低減するために用いられる。特に制御装置に関して、たとえば組み込まれたスタータジェネレータによって、運転形式を快適に切り換えることができる。ここでは制御装置は、独立した装置としてアイドリングストップシステムの制御を行うことができる。たとえば自動車の既存の制御装置にこの機能を組み込むこともできる。
【００１２】
次に、図示した実施の形態に関して、請求項１に記載した形態ならびに請求項２以下に記載した好適な形態を詳説する。記載した形態は、本発明を制限するものではなく、請求項に記載した範囲内で実現されるあらゆる変化形および別の態様を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】直流モータの、積層ブラシと整流子とを備えた部分配置構造を示す原理図である。
【図２】出力層の銅成分と整流層の銅成分との比に関する、カーボンブラシ摩耗当たりの正規化されたモータ始動数を示す線図である。
【００１４】
図１には、積層ブラシ１０の構造原理を示した。積層ブラシ１０は、主に黒鉛成分と銅成分とを含有する複合体から成っている。さらに積層ブラシ１０は層構造を有しており、ここでは第１の層１１は、高い割合の銅成分を有し、第２の層１２は、低い割合の銅成分を有している。第１の層１１は、出力層として用いられ、これに対して第２の層１２は、整流層として用いられる。出力層は、切り換えられた電流の主要部分を受容し、したがって比較的小さな抵抗を有している。第１の層１１は、いわゆる整流子片の、先行側に位置しており、したがって整流子の回転時に、はじめに、つまり第２の層１２よりまえに、別の整流子片と接触する。
【００１５】
この層の低い抵抗は、カーボンブラシにおける比較的高い割合の銅成分によって形成される。低オームの出力層と比べて、整流層（第２の層と呼ばれる）は、比較的高い電気抵抗を有しており、高い電気抵抗は、各整流子片が接触回転する際に電流密度最高値を低下させ、したがって考慮すべき大きな整流損失が生じないようにするように働く。第２の層１２は、第１の層１１と比べて僅かな銅を含有している。
【００１６】
給電のために、積層ブラシ１０の１端部に導電性のリッツワイヤ１３が配置されている。積層ブラシ１０の、リッツワイヤの配置された端部とは反対側の別の端部に、回転可能に支承された整流子１４の１区分が配置されており、この区分は、積層ブラシ１０と電気機械式に作用接続されている。整流子１４の回転方向は、時計回り方向である。積層ブラシ１０と整流子１４とから成るユニットは、直流モータ１５の一部である。直流モータ１５は、特に始動モータとして用いられる。
【００１７】
ここで主要点を述べると、第２の層１２の銅成分に対する第１の層１１の銅成分の比は、３／２以下である。追加的な前提条件として、第２の層１２は、３２重量パーセント以下の銅成分を有するように、形成することができる。計量に基づいて、整流層の銅成分に対する出力層の銅成分の間の比は、決定的な要因であると認められる。したがって成分比は、通常始動における６００００までの一般的な切換（モータのオンオフ）数を超えて、再始動、特に内燃機関の熱間始動の追加的な高い数を確実に達成するために決定的な要因を占める。銅成分の、提供されかつ最適化された成分比によって、追加的に内燃機関の冷間始動における数も高まる。
【００１８】
内燃機関の頻繁な再始動もしくは熱間始動による運転形式、有利にはアイドリングストップ運転に基づいて、特に前述した、１２Ｖの供給電圧に接続された始動モータの必要な切換数が高まると、これと共に高まる、改善された材料混合に関する、カーボンブラシ層における銅成分の所望のバリエーションによる材料要求が鑑みられる。この場合達成される、使用されるカーボンブラシのｍｍ当たりの切換数改善は、摩耗長さｍｍ当たりの従来の値の５０％を超え得る。
【００１９】
図２には、線図１６で、各層１１，１２における銅成分の比に関するカーボンブラシ摩耗当たりの正規化された切換数を示した。縦座標には、評価基準として、カーボンブラシ摩耗当たりの、モータ始動、特に急速始動の正規化された数を記載した。横座標には、出力層もしくは整流層の銅成分の比を記載した。線図１６の縦軸には、２〜４の帯幅で値を記録し、線図１６の横軸には、１．５〜１．７の値を記録した。個々の測定点から得られる曲線１７は、カーボンブラシ摩耗ｍｍ毎の急速始動の数を表した。第２の層１２の銅成分に対する第１の層１１の銅成分の比が３／２以下である場合、最大切換数が認められる。換言すると、カーボンブラシ摩耗は、指数３／２未満で最小である。更なる最適化のために、第２の層１２は、３２重量パーセント以下の銅成分を有するように、形成されている。成分比もしくはその結果として得られる値は、比較可能なカーボンブラシの測定結果に従ったものでしかなく、単に考えられる最適化の一部を表しているに過ぎない。
【００２０】
総括すると、本発明による構造は、積層ブラシ１０、特に２成分カーボンブラシの銅比を含むものであり、積層ブラシ１０は、主に黒鉛成分と銅成分との複合体ならびに層構造を有しており、第１の層１１は、高い割合の銅成分を備えており、第２の層１２は、比較的低い割合の銅成分を備えている。第１の層１１の銅成分は、第２の層１２の銅成分に対して、３／２以下に相当する比を有している。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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