(57)【要約】  本発明は、電気機器（２）用のカーボンブラシ装置（１）であって、少なくとも２つのカーボンブラシ（３）が設けられていて、これらのカーボンブラシが軸方向で互いに並んで配置されていて、回転可能な対応接触装置（６）と共働する形式のものに関する。このようなカーボンブラシ装置において本発明の構成では、カーボンブラシ（３）が、直に又は間接的に軸方向において相互に支持し合うカーボンブラシ（３）として形成されている。
2010541524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器用のカーボンブラシ装置、特に電気機器用の整流子装置であって、少なくとも２つのカーボンブラシが設けられていて、これらのカーボンブラシが軸方向で互いに並んで配置されていて、回転可能な対応接触装置と共働する形式のものにおいて、カーボンブラシ（３）が、直に又は間接的に軸方向において相互に支持し合うカーボンブラシ（３）として形成されていることを特徴とする、電気機器用のカーボンブラシ装置。
【請求項２】
カーボンブラシ（３）が軸方向において互いに接触接続している、請求項１記載のカーボンブラシ装置。
【請求項３】
カーボンブラシ（３）の間に、カーボンブラシ保持体（１５）の壁（３２）が位置している、請求項１又は２記載のカーボンブラシ装置。
【請求項４】
接触接続しているカーボンブラシ（３）が共働して、形状結合部（２４）を、特に周方向で作用する形状結合部（２４）を形成している、請求項１から３までのいずれか１項記載のカーボンブラシ装置。
【請求項５】
各カーボンブラシ（３）にそれぞれ固有のブラシばね（１３）が、配属もしくは対応配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のカーボンブラシ装置。
【請求項６】
複数のカーボンブラシ（３）が、１つの共通のカーボンブラシ保持体（１５）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のカーボンブラシ装置。
【請求項７】
回転可能な対応接触装置（６）が、整流子（７）の整流子片である、請求項１から６までのいずれか１項記載のカーボンブラシ装置。
【請求項８】
各カーボンブラシ（３）がそれぞれ固有の給電体（１９）を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のカーボンブラシ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の電気機器用のカーボンブラシ装置、すなわち電気機器用のカーボンブラシ装置、特に電気機器用の整流子装置であって、少なくとも２つのカーボンブラシが設けられていて、これらのカーボンブラシが軸方向で互いに並んで配置されていて、回転可能な対応接触装置と共働する形式のものに関する。
【０００２】
従来の技術
電気機器用のカーボンブラシ装置は公知である。カーボンブラシ装置は、ロータに電気エネルギを供給するために働く。カーボンブラシ装置はこの場合、例えばスリップリング又は整流子スリップリングとして形成された対応接触装置に電流を供給するために働く。電流はこの場合単数又は複数のブラシ対を介して電機子巻線に導入され、直流モータでは整流子を介して導入される。これらのブラシ対はこの場合、多くの場合、主として銅成分とグラファイト成分とを有する焼結材料から成るブラシを有している。このようなスリップリング、特に整流子は、運転中に摩耗してしまい、この摩耗の大きな原因は電気侵食による損傷である。特に整流子装置では、大きな電気侵食による損傷は、極めて高い電流密度に起因する火花形成によって生ぜしめられ、このような高い電流密度は、整流子の整流子片がカーボンブラシの下で電動機の運転中に捩れて外れてしまい、その結果、カーボンブラシと対応接触装置との間において導電のために利用できる面積が、この運動によって持続的に小さくなり、最後には、次の整流子片に電流が供給される前にほぼ０になってしまうことによって、発生する。電気機器もしくはそのカーボンブラシ装置の長い耐用寿命を得るためには、電流密度を低減することが望まれており、ひいてはこれによって電気侵食による損傷を減じることができる。これは、カーボンブラシ及びスリップリングもしくは整流子を軸方向において長くすることによって、効果的に達成することができる。それというのは、スリップリングを周方向において伸ばすことには、特に整流子片の幅が制限された値である整流子の場合には、原理的に限界があるからである。しかしながら軸方向における延長にも限界がある。それというのは、長くかつ同時にさほど強固ではないカーボンブラシはその材料組織に基づいて不安定になり、プロセス工学的に製造が困難であり、かつ特に必要とされる均一な圧着圧は、カーボンブラシ装置の特別な構造形態によってしか、例えば板状コイルばねの使用によってしか、得ることができないからである。特に、接触面の領域において圧着圧が不良であると、これにより強い火花形成が生じることになり、ひいては極めて強い電気侵食による損傷が発生し、結果としてカーボンブラシの耐用寿命が著しく減じられてしまうことになる。さらに、電流がカーボンブラシ横断面への導入時に、例えばリッツ線のような給電体の近傍において集中させられ、これに対して電流は縁部領域には最適に到達することができない。さらに、別の使用例から、周方向において複数のカーボンを有する整流子系が公知である。ＧＢ２２４４６０３Ａに基づいて公知の直流モータ用のカーボンブラシ装置では、複数のカーボンが小型モータにおいて振動アームを介して互いに並列に接続されて保持されている。しかしながらこのような構成は、高電流使用のため及び振動に関して臨界的な使用のためにはあまり適していない。特に確実な接点形成に関しては、振動アームの形成によって制限されている。
【０００３】
発明の開示
ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式のカーボンブラシ装置を改良して、上に述べた欠点を回避し、かつ確実な運転と共に著しく高められた耐用寿命を保証することができる、カーボンブラシ装置を提供することである。
【０００４】
そのために本発明の構成では、電気機器用のカーボンブラシ装置、特に電気機器用の整流子装置であって、少なくとも２つのカーボンブラシが設けられていて、これらのカーボンブラシが軸方向で互いに並んで配置されていて、回転可能な対応接触装置と共働する形式のものにおいて、カーボンブラシが、直に又は間接的に軸方向において相互に支持し合うカーボンブラシとして形成されているようにした。
【０００５】
カーボンブラシは従って本発明によるカーボンブラシ装置において、カーボンブラシが直に又は間接的に軸方向において相互に支持し合うように構成されている。従ってカーボンブラシは、既に述べたように、不都合な振動を惹起するおそれのある別体の振動アームによって支承されているのではなく、軸方向において互いに接触して支持し合っている。この支持形態は直に行われることができ、つまりカーボンブラシ装置のカーボンブラシは互いに直に接触し合うように形成されていてもよいし、又はカーボンブラシの間に支持部を仲介するエレメントが配置されていてもよい。このように構成されていると、カーボンブラシ装置のカーボンブラシ間における電流を調整することができ、その結果均一な電流密度を対応接触装置への移行部において得ることができ、有利である。
【０００６】
本発明の別の実施形態では、カーボンブラシが軸方向において互いに接触接続している。この構成では、カーボンブラシ装置のカーボンブラシは互いに直に接触しており、従ってカーボンブラシの１つの側壁は、隣接した他のカーボンブラシの他の側壁に接触している。この場合カーボンブラシ間における電流の調整もしくは均一化は、これらの側壁の間において直に行われるので、対応接触装置に対する接触面には、接触面全体にわたって調整された電流密度が生じる。同時にカーボンブラシ装置のカーボンブラシは、軸方向において相互に支持し合うので、互いに無関係に独立して間隔をおいて配置されたカーボンブラシにおけるよりも著しく改善された機械的な安定性が得られる。特に、個々のカーボンブラシに誘導されることがありかつ圧着圧及び／又は通電性を減じることのある振動は、このようにして確実に回避される。
【０００７】
本発明の別の実施形態では、カーボンブラシの間に、カーボンブラシ保持体の壁が位置している。この構成ではカーボンブラシは、把持されており、つまり例えばカーボンブラシを少なくとも部分的に取り囲むハウジング内において案内されており、カーボンブラシの間には軸方向における支持を仲介するために、カーボンブラシ保持体の壁が位置している。従って、カーボンブラシ装置の一方のカーボンブラシは壁の一方の側に支持されていて、壁の反対側にはカーボンブラシ装置の他方のカーボンブラシが支持されている。特にカーボンブラシ保持体が導電性材料、例えば金属から形成されている場合には、このような構成においても、カーボンブラシ間における電流の特に良好な均一化が保証されており、しかもこの場合、カーボンブラシ装置の個々のカーボンブラシを極めて良好にかつ個々に半径方向において案内することができる。これによってカーボンブラシの摩耗、ひいてはこれに基づく長さ変化を、極めて良好に顧慮することができる。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、接触接続しているカーボンブラシが共働して、形状結合部（Formschluss）を、特に周方向で作用する形状結合部を形成している。従ってこの場合カーボンブラシは、互いに接触する側壁の次のような構成、すなわち側壁が接触接続部においてその形状に基づく形状結合部を形成するような構成を有している。例えば、一方のカーボンブラシの一方の側壁を凹面状に形成し、これに対して他方のカーボンブラシの、前記一方のカーボンブラシと接触している他方の側壁を、形状を合わせて凸面状に形成することが可能である。これによってカーボンブラシの側壁同士は互いに係合し合い、カーボンブラシが周方向において（つまり電気機器もしくはロータの回転方向もしくは回転方向とは逆方向において）相対的にずれることは確実に阻止される。これによって、カーボンブラシは軸方向において常にスリップリングもしくは整流子の同じセグメントを負荷することができ、周方向においてずれが生じることはない。同時に形状結合は組立て補助としても働く。
【０００９】
本発明の別の有利な構成では、各カーボンブラシにそれぞれ固有のブラシばねが、配属もしくは対応配置されている。このように構成されていると、カーボンブラシはそれぞれ他のカーボンブラシとは無関係に半径方向において、それぞれのカーボンブラシに対して直に作用する最適な圧着力を得ることができる。そして各カーボンブラシのために、対応接触装置に対する最適な接触が保証される。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態では、回転可能な対応接触装置が、整流子の整流子片である。既に述べたように、特に直流モータでは整流子を用いて電流密度を減じることが特に望まれている。このようなことは、本発明による配置形式によって極めて効果的に達成することができ、その結果整流子及びカーボンブラシの耐用寿命を著しく延ばすことができる。
【００１１】
本発明のさらに別の有利な実施形態では、各カーボンブラシがそれぞれ固有の給電体を有している。このように構成されていると、この場合もちろんカーボンブラシ装置の個々のカーボンブラシの給電体は互いに電気的に並列に接続されているが、カーボンブラシへの電流導入は、電流の流れに関して及びカーボンブラシ内部における電流の均一化に関して最適化される。カーボンブラシ横断面への電流導入の集中は、従来技術に基づいて公知のように、つまり問題になるほど発生することはなく、逆に回避される。固有の給電体を備えた構成、及び直に又は間接的に軸方向で支持し合う構成によって、カーボンブラシの間においては電流導入部から対応接触装置への移行部における接触面に至るまで、電流は極めて良好に調整もしくは均一化され、横断面の如何なる箇所においても、過剰な電流密度が生じることはない。そして特に整流子のカーボンブラシ及び対応接触装置の耐用寿命は、これによって著しく高めることができる。
【００１２】
次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】軸方向において互いに並んで配置された２つのカーボンブラシを備えたカーボンブラシ装置を示す図である。
【図２】周方向において作用する形状結合部を備えた２つのカーボンブラシを示す図である。
【図３】カーボンブラシを受容するカーボンブラシホルダを備えたカーボンブラシ装置を示す図である。
【００１４】
本発明の実施形態
図１には、部分的に示された電気機器２のためのカーボンブラシ装置１が示されている。カーボンブラシ装置１は２つのカーボンブラシ３を有しており、両カーボンブラシ３は、軸方向において、つまり電気機器２の例えばロータ５の回転軸線４に対して平行に、互いに並んで配置されていて、回転可能な対応接触装置６、例えば整流子７と共働する。カーボンブラシ３はこの共働のために、回転可能な対応接触装置６に向けられた接触面８で、回転可能な対応接触装置６の周囲表面１０の対応接触面９に当接しており、その結果カーボンブラシ３は対応接触面９と互いに接触している。接触面８はカーボンブラシ３の下側面１１に形成されている。カーボンブラシ３の、該カーボンブラシ３の下側面１１とは反対側の上側面１２には、各カーボンブラシ３のために少なくとも１つのブラシばね１２が、例えば圧縮コイルばね１４として設けられており、この圧縮コイルばね１４はカーボンブラシ３の上側面１２にばね力を負荷している。ブラシばね１３は一方ではカーボンブラシ３の上側面１２に支持され、かつ他方ではカーボンブラシ保持体１５に支持されており、このカーボンブラシ保持体１５は例えば逆さまのＵ字形、湾曲部材１６の形、又はその他の適宜な形式で形成されていることができ、この場合単に、カーボンブラシ保持体１５がカーボンブラシ３を適宜に案内できること、つまりカーボンブラシ３の十分な軸方向案内及び／又は半径方向案内を保証することが、確保されていればよい。同時にカーボンブラシ保持体１５は既に述べたように、カーボンブラシ１３の上側面１２に対してばね力を作用するためのブラシばね１３を支持するために働く。従ってカーボンブラシ３は、その接触面８で力を負荷されて、回転可能な対応接触装置６の対応接触面９に接触している。カーボンブラシ保持体１５を介してはさらに、特に、カーボンブラシ保持体１５が全体的に又は少なくとも部分的に導電性材料１７、特に金属１８から成っている場合には、カーボンブラシ３への給電を行うことができる。この場合有利な構成では、各カーボンブラシ３が固有の給電体１９を有していて、これらの給電体１９がそれぞれ給電ケーブル２０に接続されている。カーボンブラシ３への給電はこの場合給電体１９によって上側で、つまり各カーボンブラシ３の上側面１２において行われる。カーボンブラシ３はこの場合電気的に並列に接続されており、図示されたカーボンブラシ装置１は従って単極である。そしてこのようなカーボンブラシ装置１は、電気機器２のそれぞれ別の必要な極のために繰り返される。給電体１９はこの場合上側において、例えば接触プレート２１を用いてカーボンブラシ３に連結されたリッツ線２２を介して形成されている。カーボンブラシ３の上側面１２において接触プレート２１を介して電流が導入される、つまり給電されることによって、カーボンブラシ３への電流導入時に既に、電流は小さな領域に集中することがなくなす。それというのはこの場合、従来技術において汎用のようにリッツ線２２がカーボンブラシ３と接続されているのではなく、接触プレート２１の領域を介してカーボンブラシ３と接続されているからである。カーボンブラシ３は軸方向において次のように、すなわちカーボンブラシ３が互いに向かい合っている側壁２３で互いに支持し合うように、つまり両カーボンブラシ３の互いに向かい合っている側壁２３が互いに接触しているように、配置されている。このように構成されていると、電流は両カーボンブラシ３の間においても側壁２３を介して、電流が回転可能な対応接触装置６への伝達のためにカーボンブラシ３の下側面１１における接触面８に達するまで、均一に分配される。そしてこの場合、回転可能な対応接触装置６への電流の伝達のために、カーボンブラシ３における極めて大きな接触面８と、該接触面８に対応する、回転可能な対応接触装置６における対応接触面９とを利用することができ、これによって接触面８から対応接触面９への伝達時における電流密度は有利に減じられる。カーボンブラシ３及び回転可能な対応接触装置６における電気侵食による摩耗は、これにより極めて有利な形式で著しく減じられ、ひいては耐用寿命が著しく高められる。
【００１５】
図２には、カーボンブラシ３の幾何学的な構成の２つの変化実施形態が、カーボンブラシ３の横断面図で、つまり図示されていない回転可能な対応接触装置６の回転軸線４に対して半径方向で見た図で示されている。図示されていない対応接触装置６（図１参照）は、回転軸線４を中心にして回転し、これによって回転方向もしくは周方向Ｒにおいて力がカーボンブラシ３に対して作用し、このような力によって、周方向Ｒにおいて作用するずれ、特に図示されていない回転可能な対応接触装置６から接線方向に逸らされる、半径方向に対するずれの生じることがある。従ってカーボンブラシ３は、カーボンブラシ３がその側壁２５で軸方向において互いに支持し合っている場合に、それぞれ隣接した２つのカーボンブラシ３の間に形状結合部２４が生じるような、幾何学形状を有している。側壁２５はそのために次のように形成されている。すなわちこの場合、それぞれ左側の側壁２６の形状が、同じカーボンブラシ３において反対側に位置している右側の側壁２７の形状に適合するように形成されている。例えば図２において変化実施形態ａに示されているように、左側の側壁２６が凹面形状２８に形成されているのに対して、それとは反対側に位置する右側の側壁２７は、凹面形状２８に対応する凸面形状２９に形成されている。そして１つのカーボンブラシ３の左側の側壁２６が他のカーボンブラシ３の右側の側壁２７に支持されると、凸面形状２９は支持部の領域において凹面形状２８に係合し、その結果カーボンブラシ３の間において形状結合部２４が形成される。これによってカーボンブラシ３が相互にずれを有することは回避される。同時に、カーボンブラシ３において特に周方向Ｒにおいて作用する形状安定性が得られる。左側の側壁２６と右側の側壁２７とはこの場合、相応な形状結合部のために有利なすべての幾何学形状をもって形成されることができ、例えば図２の変化実施形態ｂに示されているように、カーボンブラシ３の一方の側壁２５に溝形の階段状の凹部３０が設けられていて、それに対応する階段状のレール３１が、カーボンブラシ３の対応する側壁２５に設けられているような構成が可能である。もちろん、図示はされていないが、互いに係合し合うピンと凹部とから成る構成も可能であり、しかしながらこの場合には、カーボンブラシ３の半径方向において連続するジオメトリとしての構成が、カーボンブラシ３の摩耗を考慮した場合、かつカーボンブラシ３の摩耗が進行した場合でも確実な形状結合部２４を形成するために、有利である。
【００１６】
図３に示された電気機器２のカーボンブラシ装置１では、既に述べたように２つのカーボンブラシ３が、回転可能な対応接触装置６、例えば整流子７と共働する。カーボンブラシ３はカーボンブラシ保持体１５において半径方向で案内されており、この場合でも各カーボンブラシ３の上側面１２とカーボンブラシ保持体１５との間には、回転可能な対応接触装置６の回転軸線４に向かって半径方向でカーボンブラシ３に力を負荷するために、各カーボンブラシ３は各１つのブラシばね１３によって力を負荷される。図１に示された実施例とは異なり、カーボンブラシ３の間には、カーボンブラシ保持体１５の壁３２が配置されており、この壁３２に両カーボンブラシ３は軸方向で支持されている。図１に示された実施例とは異なり、この実施例ではカーボンブラシ３は互いに直に支持し合っているのではなく、カーボンブラシ保持体１５の壁３２を介して間接的に支持し合っている。この実施例では既に述べた利点に加えて次のような利点が得られる。すなわちこの実施例では、各カーボンブラシ３は個々に半径方向において案内されているので、例えばカーボンブラシ３のちょっとした材料の相違（Materialinkonsestenzen）によって惹起される異なった摩耗を、ひいては時間の経過と共に異なった強さで生じるカーボンブラシ３の長さ変化を、良好に補償することができる。接触面８から対応接触面９への移行部における電流密度の低減は、これとは無関係に、図１に示された実施例におけるように達成される。ここには図示されていない給電体１９（図１参照）による給電後に両カーボンブラシ３の間において電流を調整もしくは均衡させるために、壁３２は有利には導電性の材料１７，特に金属１８から成っている。
【図１】
2010541524.tif 000003
【図２ａ）】
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【図２ｂ）】
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【図３】
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【国際調査報告】
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