(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機のブラシが摺動される整流子セグメントをブラシ摺動方向に複数配列してなる整流子において、
前記各整流子セグメントは、少なくとも、セグメント内のブラシ摺動方向中央部に設けられた低抵抗層と、ブラシ摺動方向両端部にそれぞれ設けられ、且つ前記低抵抗層よりも相対的に高い電気抵抗値が設定された高抵抗層とが積層されて形成されると共に、隣り合うセグメントと前記各高抵抗層を介して連続的に形成されていることを特徴とする整流子。
【請求項２】
前記低抵抗層と前記高抵抗層とは、それぞれ銅及びカーボンを所定の配合比率で配合して形成したものであることを特徴とする請求項１に記載の整流子。
【請求項３】
前記低抵抗層は銅を主成分とし、前記高抵抗層はカーボンを主成分とすることを特徴とする請求項２に記載の整流子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機のブラシが摺動される整流子セグメントをブラシ摺動方向に複数配列してなる整流子に関するものであり、特に直線整流に近い整流を行うことによりブラシとの間における火花の発生を防止した整流子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等に用いられる電気駆動モータ等の回転電機の整流子は、ブラシが摺動される複数の整流子セグメントをブラシ摺動方向である回転方向に複数配列して構成されている。この整流子セグメントは、通常、銅やカーボン等の一種類の材質を主成分として形成されている。また、各整流子セグメントの間には切削加工等によってアンダーカットが形成され、各整流子セグメントは互いに物理的に分離される構造となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の整流子においては、ブラシが各整流子セグメントの表面を摺動して、一のセグメントから他のセグメントへアンダーカットを通過して移る際に、電気的にオン・オフされて火花が発生する場合がある。これは、図６の電流波形に示すように、アーマチャコイルのリアクタンス分の影響によりブラシとのオン・オフ時においても比較的大きな電流が流れていることに起因する（図６でハッチングを施した部分を参照）。そして、このブラシとのオン・オフ時における火花の発生により、整流子セグメントに損耗や表面荒れが生じるという問題があった。
【０００４】
また、整流子セグメントの材質を銅、ブラシの材質をカーボンとした場合には、整流子セグメントは寿命に達していないにも拘わらず硬度の低いブラシ側のみが摩耗することによって寿命に達するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した問題点に鑑み、同一の整流子セグメント内で異なる電気抵抗値を設定することによりブラシとのオン・オフ時における電流を低減して火花の発生を防止した整流子を提供することを解決すべき課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の整流子は、回転電機のブラシが摺動される整流子セグメントをブラシ摺動方向に複数配列してなる整流子において、前記各整流子セグメントは、少なくとも、セグメント内のブラシ摺動方向中央部に設けられた低抵抗層と、ブラシ摺動方向両端部にそれぞれ設けられ、且つ前記低抵抗層よりも相対的に高い電気抵抗値が設定された高抵抗層とが積層されて形成されると共に、隣り合うセグメントと前記各高抵抗層を介して連続的に形成されていることを特徴とする。
【０００７】
従って、セグメント内のブラシ摺動方向中央部に設けられた低抵抗層は相対的に低い電気抵抗値が設定されているので、ブラシが低抵抗層に摺接された状態ではブラシ−セグメント間に相対的に大きな電流が流れる。一方、ブラシがセグメントの摺動方向一端側に相対移動して高抵抗層に摺接されると、高抵抗層は低抵抗層よりも相対的に高い電気抵抗値が設定されているので、ブラシ−セグメント間を流れる電流は減少する。更に、ブラシが隣のセグメント側へ相対移動して、このセグメントの摺動方向他端側に設けられた高抵抗層に接触した際、高抵抗層には相対的に高い電気抵抗値が設定されているので、少量の電流しか流れない。よって、アーマチャコイルのリアクタンス分の影響を少なくして、理想とされる直線整流に近い整流を行うことができ、各整流子セグメントとブラシとのオン・オフ時における電流が低減されることにより火花の発生が防止される。そして、火花により整流子セグメントに損耗や表面荒れが生じることが防止され、整流子の長寿命化を図ることができる。
【０００８】
特に、隣り合うセグメントがそれぞれの高抵抗層において連続し、アンダーカットによって分離されていないので、セグメント間にアンダーカットを形成するための切削加工が不要となり、より簡単な工程で整流子を製造することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の整流子は、前記低抵抗層と前記高抵抗層とが、それぞれ銅及びカーボンを所定の配合比率で配合して形成したものであることを特徴とする。
【００１０】
従って、相対的に電気抵抗値の低い銅と、銅よりも相対的に電気抵抗値の高いカーボンとを所定の配合比で配合して形成することにより、低抵抗層及び高抵抗層をそれぞれ所望の抵抗値に確実に設定することができる。さらに、整流子セグメントが、銅粒子とカーボン粒子とを焼結して製造されるブラシに近い材質により形成されており、ブラシ側の摩耗だけでなく整流子側も摩耗させることによりトータルとして長寿命化を図ることができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の整流子は、前記低抵抗層が銅を主成分とし、前記高抵抗層がカーボンを主成分とすることを特徴とする。
【００１２】
従って、相対的に電気抵抗値の低い銅を主成分として低抵抗層を確実に形成することができ、銅よりも相対的に電気抵抗値の高いカーボンを主成分として高抵抗層を確実に形成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した整流子の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態における端面形整流子（以下、単に整流子と称する）１が取付けられたアーマチャ６の側面図である。図２は、図１のＡ線矢視方向における整流子１の説明図である。図３は、図２における整流子１のＢ−Ｂ線拡大断面図である。
【００１８】
円筒形を有する整流子１は、アーマチャ６と同軸的に配置され、円筒形の端面に設けられた整流面に回転電機であるモータのブラシ５が複数個（図１では２個）摺接するように配置されている。
【００１９】
整流子１は、円筒状のモールド樹脂からなる整流子本体４の端面に、複数個の整流子セグメント２を一体的に固定して構成したものである。各整流子セグメント２は、ブラシ５の摺動方向である周方向に配列され、各整流子セグメント２間にはアンダーカット３が形成されることにより各整流子セグメント２が分離されている。尚、図２では、整流子セグメント２を２個のみ図示し、他の整流子セグメント２を省略している。
【００２０】
整流子セグメント２は、周方向の中央部に設けられ銅を主成分とする低抵抗層２ｂと、周方向の一端部（時計回り前方側）と他端部（時計回り後方側）とにそれぞれ設けられ、カーボンを主成分とする高抵抗層２ａ、２ｃとが、反時計回りに高抵抗層２ａ，低抵抗層２ｂ，高抵抗層２ｃの順に積層して形成されている。ここで、銅は電気抵抗値が低く、カーボンは銅よりも相対的に電気抵抗値が高いので、低抵抗層２ｂは電気抵抗値が相対的に低く設定され、高抵抗層２ａ、２ｃは低抵抗層２ｂよりも電気抵抗値が相対的に高く設定される。また、各整流子セグメント２には、図示しない端子が設けられアーマチャコイルと電気的に接続されている。
【００２１】
尚、図２の例では、高抵抗層２ａ、低抵抗層２ｂ、高抵抗層２ｃの各層の周方向における長さの比率を１：４：１と設定したが、この比率はモータの仕様等に応じて設計段階において適宜設定されるものであり、上述した比率は単なる例示に過ぎない。
【００２２】
整流子セグメント２は、種々の方法により製造することが可能であるが、例えば、焼結による製造方法や接着による製造方法が考えられる。
【００２３】
焼結による製造方法では、低抵抗層２ｂでは銅粒子を主成分とし、高抵抗層２ａ、２ｃではカーボン粒子を主成分として、これらを焼結することにより整流子セグメント２が製造される。
【００２４】
一方、接着による方法では、低抵抗層２ｂを銅片により構成し、且つ高抵抗層２ａ、２ｃをカーボン片により構成してこれらを導電性接着剤により接着することにより整流子セグメント２が製造される。
【００２５】
次に、本実施形態の整流子１の作用について説明する。
【００２６】
アーマチャ６が回転軸を中心に回転すると、ブラシ５と、ブラシ５が摺接される整流子セグメント２との間に電流が流れる。ここで、整流子セグメント２のブラシ摺動方向中央部の低抵抗層２ｂは銅を主成分とするため電気抵抗値が相対的に低く、ブラシ５が低抵抗層２ｂを摺接する間は相対的に大きな電流が流れる。一方、整流子セグメント２のブラシ摺動方向一端部の高抵抗層２ａはカーボンを主成分とするため電気抵抗値が低抵抗層２ｂよりも高く、アーマチャ６の回転によりブラシ５が高抵抗層２ａに摺接されると、ブラシ５との間の電流が減少する。アーマチャ６がさらに回転して、ブラシ５がアンダーカット３を通過すると、隣の整流子セグメント２のブラシ摺動方向他端側に設けられた高抵抗層２ｃに摺接されるが、高抵抗層２ｃは電気抵抗値が高く設定されているため、ブラシ５との間には少量の電流しか流れない。
【００２７】
従って、本実施形態における電流波形は、図４に表されるように、理想とされる直線整流に近い形となっている。すなわち、ブラシ摺動方向端部の高抵抗層２ａ、２ｃに摺接する状態では電流が低減されることにより、アーマチャコイルのリアクタンス分の影響が少なくなり、理想とされる直線整流に近い整流を行うことができる。
【００２８】
このように本実施形態によれば、直線整流に近い整流を行うことができるので、各整流子セグメント２とブラシ５とのオン・オフ時のおける火花の発生が防止され、整流子セグメント２の火花による損耗や表面荒れがなく、整流子１の長寿命化を図ることができる。
【００２９】
さらに、ブラシ５は、一般に、銅粒子とカーボン粒子とを主成分とし、微量の銀、スズ、亜鉛、鉛等を加えたものを焼結して製造されるが、整流子セグメント２がブラシ５に近い材質により形成されているため、整流子セグメント２とブラシ５との硬度の差が小さく、ブラシ５側の摩耗だけでなく整流子１側も摩耗させることにより、整流子１及びブラシ５のトータル的な長寿命化を図ることができる。
【００３０】
尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００３１】
例えば、前記実施形態では、整流子セグメント２の低抵抗層２ｂを銅を主成分として、高抵抗層２ａ、２ｃをカーボンを主成分としてそれぞれ形成したが、これには限られない。要するに、低抵抗層２ｂと高抵抗層２ａ，２ｃとを、それぞれ銅及びカーボンを所定の配合比率で配合することにより、各層をそれぞれ所望の抵抗値を有する層として形成すればよいのである。
【００３２】
また、整流子セグメント２の材質は、銅とカーボンとの組み合わせ以外に、銅と黄銅など他の金属との組み合わせでもよい。要するに、整流子セグメント２のブラシ摺動方向の中央部を低抵抗の材質により、端部側を高抵抗の材質によりそれぞれ形成すればよいのである。
【００３３】
また、前記実施形態では、整流子セグメント２を低抵抗層２ｂ、高抵抗層２ａ、２ｃにより形成したが、要するに、アーマチャコイルのリアクタンス分の影響を少なくするように、同一セグメント内で異なる電気抵抗値が設定されればよいのである。
【００３４】
また、前記実施形態では、整流子セグメント２間をアンダーカット３により分離する構成としたが、アンダーカット３を設けない構成とすることも可能である。すなわち、高抵抗層２ａ、２ｃの電気抵抗値を十分に高く設定し、一のセグメントの高抵抗層２ａと隣り合う他のセグメントの高抵抗層２ｃとが、アンダーカットにより分離されずに物理的に連続するように形成してもよい。この場合、セグメント間にアンダーカットを形成するための切削加工が不要となり、より簡単な工程で整流子を製造することができる。
【００３５】
また、前記実施形態では、円筒形の端面を整流面とする端面形整流子に本発明を適用したが、円筒形の周面を整流面とする円筒形整流子に本発明を適用することも勿論可能である。図５は、本発明の変形例としての円筒形整流子１１を示している。整流子１１は、全体が円筒形に形成されて、その周面はブラシ１５が摺接される整流面となっており、複数の整流子セグメント１２が周方向に配列されている。各整流子セグメント１２は、ブラシ１５摺動方向である周方向の中央部に銅を主成分とする低抵抗層１２ｂが、周方向の両端部にカーボンを主成分とする高抵抗層１２ａ、１２ｃがそれぞれ形成され、隣り合う整流子セグメント１２との間にはアンダーカット１３が形成されて分離されている。この変形例においても、上述した実施形態と同様に、直線整流に近い整流を行うことにより、各整流子セグメント１２とブラシ５とのオン・オフ時のおける火花の発生を防止することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の請求項１乃至３のいずれかに記載の整流子によれば、各整流子セグメントが、少なくとも、セグメント内のブラシ摺動方向中央部に設けられた低抵抗層と、ブラシ摺動方向両端部にそれぞれ設けられ、且つ低抵抗層よりも相対的に高い電気抵抗値が設定された高抵抗層とが積層されて形成されることにより、アーマチャコイルのリアクタンス分の影響を少なくして、理想とされる直線整流に近い整流を行うことができ、ブラシとのオン・オフ時における火花の発生を防止することができるという効果を奏する。よって、火花により整流子セグメントに損耗や表面荒れが生じることが防止され、整流子の長寿命化を図ることができるという効果を奏する。さらに、隣り合うセグメントがそれぞれの高抵抗層において連続し、アンダーカットによって分離されていないので、セグメント間にアンダーカットを形成するための切削加工が不要となり、より簡単な工程で整流子を製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態における整流子を取付けたアーマチャの側面図である。
【図２】  図１のＡ線矢視方向における整流子の説明図である。
【図３】  図２における整流子１のＢ−Ｂ線拡大断面図である。
【図４】  本実施形態の電流波形を示す図である。
【図５】  本発明の変形例における整流子の外観斜視図である。
【図６】  従来技術における電流波形を示す図である。
【符号の説明】
１…端面形整流子、２…整流子セグメント、２ｂ…低抵抗層、２ａ、２ｃ…高抵抗層、３…アンダーカット、４…整流子本体、５…ブラシ、１１…円筒形整流子、１２…整流子セグメント、１２ｂ…低抵抗層、１２ａ、１２ｃ…高抵抗層、１３…アンダーカット、１５…ブラシ。
【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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