專利名稱：電動機的碳刷及碳刷的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于向巻繞到電動機的電樞上的線圏供電的電動機的 碳刷及碳刷的制造方法的技術領域。
背景技術：
一般地，在電動機中，巻繞有線圏的電樞的電樞軸，被可以自由 旋轉地支承在配置有永磁體的磁軛上，同時，在前述電樞軸上，設置 與巻繞在電樞上的線圈電連接的整流子，通過使連接了外部電源的電 刷與前述整流子滑動接觸，向線圏供電，使線圏激磁，借此，使電樞 旋轉。在這種結構中，前述電刷有的是用碳制造的(石墨質(zhì)電刷)，在 這種情況下，存在著當電刷相對于整流子滑動時，與整流子的滑動接 觸面(滑動面)產(chǎn)生電磨損和機械磨損，進而產(chǎn)生由整流性能惡化引 起的火花放電、使耐久性降低的問題，因此，抑制磨損及整流性能惡 化成為需要解決的課題。
對于石墨質(zhì)電刷，借助與整流子滑動接觸部周邊的空氣、存在于 電刷內(nèi)部的氣孔中的空氣等在滑動接觸面上形成碳保護膜，該碳保護 膜成為抑制磨損及整流性能惡化的一個因素，但是已知，前述碳保護 膜的形成狀態(tài)受到電刷與整流子的滑動接觸部處的使用環(huán)境、即溫度 及濕度等的強烈的影響，在滑動接觸部的氣氛溫度成為高溫的情況下， 存在著會損害適當?shù)奶急Ｗo膜的形成，電刷與整流子的滑動接觸狀態(tài) 惡化，增加火花的發(fā)生，耐久性惡化的問題。
因此，考慮能夠與使用環(huán)境相一致地控制碳保護膜的形成狀態(tài)， 以提高電動機的整流性能、耐久性，作為其中的一個方法，提出了這 樣的電刷，即，利用天然石墨作為原材料，添加粘結劑、添加劑、銅， 通過壓力成形、燒結加工形成電刷，在這樣形成的電刷的內(nèi)部生成的 氣孔中，浸漬沸點比水的沸點高的液體。并且，通過這樣的結構，在高溫(滑動接觸部的溫度在ioo度以上)的環(huán)境下，利用浸漬在氣孔
內(nèi)的液體形成碳保護膜，借此，降低在前述高溫度區(qū)域中的電刷、整 流子的磨損，提高耐久性。
專利文獻1:特開2004 - 17348
發(fā)明內(nèi)容
然而，在前述現(xiàn)有的制品中，通過利用天然系石墨進行壓力成形、 燒結加工形成電刷后，浸漬沸點比水的沸點高的液體，從而構成電刷。 因此，不僅存在著增加工序數(shù)而且繁雜的問題，而且還存在著浸漬加 工難，以及由于生產(chǎn)率差導致的成本上升的問題。
另一方面，近年來，像搭載在車輛上的電動機那樣，存在利用多 個電動機構成驅動裝置的情況，在這種情況下，要求將電動機緊湊化， 同時要求高電壓化。這樣，可以設想，在緊湊化及高電壓化的制品中， 由于高電壓作用到緊湊化的電刷與整流子的滑動面上，整流性能惡化， 增加火花的發(fā)生，電刷及整流子的磨損變得更加顯著，為了應對這種 情況，只控制碳保護膜的形成狀態(tài)是不夠的，這些就是本發(fā)明所要解 決的課題。
本發(fā)明是鑒于上述情況，以解決這些課題為目的做出的，方案1 所述的發(fā)明是一種電動機的碳刷，所述碳刷是向巻繞在電動機的轉子 上的線圏供電的電刷，該電刷是利用將人造石墨混合到天然石墨中的 原材料形成的。
方案2所述的發(fā)明，在方案1所述的電動機的碳刷中，至少混合 20 ~ 80重量％的人造石墨。
方案3所述的發(fā)明，在方案1或2所述的電動機碳刷中，混合50 重量％的人造石墨。
方案4所述的發(fā)明是一種電動機的碳刷的制造方法，所述碳刷是 向巻繞在電動機的轉子上的線圏供電的電刷，其特征在于，將人造石 墨混合到天然石墨中，然后，進行壓力成形、燒結加工，形成該電刷。
根據(jù)方案1至3的發(fā)明，即使在采用針對高電壓型的電動機的情 況下，也可以在很寬范圍的溫度條件下，保持良好的整流狀態(tài)。根據(jù)方案4所述的發(fā)明，作為原材料，準備將人造石墨混合到天 然石墨中的材料，通過利用通常的電刷成形工藝來形成，可以提高整 流狀態(tài)良好的電刷。


圖1是電動機的部分剖視側視圖。
圖2 (A)、 (B)分別是表示相對于天然類電刷的溫度變化而言、 電刷與整流子的磨損速度的變化的曲線圖，以及表示相對于人造類電 刷的溫度變化而言、電刷與整流子的磨損速度的變化的曲線圖。
圖3 (A)、 (B)分別是表示根據(jù)混合電刷的配合比、電刷的磨損 速度的變化相對于溫度變化所測定的曲線圖，根據(jù)混合電刷的配合比、 整流子的磨損速度的變化相對于溫度變化所測定的曲線圖。
圖4是說明混合電刷的形成步驟的流程圖。
符號說明
1 電動枳j
4 整流子
7刷握撐條
B 電刷
NB 天然類電刷 AB 人造類電刷 Bl 混合電刷
具體實施例方式
下面，根據(jù)

實施本發(fā)明的實施形式。
在圖中，1是構成具有針對高電壓型的電樞的功能的電動機(旋 轉電機)，該電動機l的電動機軸(電樞軸)la的一端經(jīng)由軸承2b支 承在有底筒狀的磁軛2的底部2a，在從磁軛底部2a向外突出的突出 前端部設置負載。并且，電動機軸la的另一端經(jīng)由軸承h支承在覆 蓋磁軛2開口端的端部托架3上。前述電動機軸la位于端部托架3 側，成一整體地外嵌在整流子4上，利用該整流子4，在i茲軛底部2a 側部位外嵌有多個鐵心5，在這些鐵心5的外周巻繞多個線圏5a。前述整流子4在由樹脂材料構成的筒狀的配合部4a的外周面上成一整體 地設置有周向方向的多個導電性的整流子片4b，在這些整流子片4b 的一端側，分別形成向外徑側折回彎曲的豎片4c，通過在這些豎片4c 上分別電連接規(guī)定的線圈5a，形成轉子(電樞)6。順便提及，其中， 對于構成電樞6的4失心5，軸向方向兩端部位的4失心為大直徑的環(huán)形 體，在電動機軸la的外周形成空間，通過將整流子4的配合部4a的 一端配置在該空間內(nèi)，以圖軸長度方向的緊湊化。
7是刷握撐條，該刷握撐條7的外周部7a呈夾持狀被支承用于支 承電動機軸la的另 一端的端部托架3與磁軛2開口端之間。在前述刷 握撐條7的一端側面沿著周向方向形成刷握7b，在這些刷握7b中分 別沿徑向方向可自由滑動地內(nèi)裝有實施了本發(fā)明的電刷B。進而，在 各個刷握7b上分別配置有將電刷B向內(nèi)徑方向(電動才幾軸la的軸心 方向)推壓用的彈簧8，借此，各個電刷B被設定成前端面呈推壓狀 與整流子4的整流子片4b滑動接觸。并且，通過經(jīng)由從電刷B引出 的圖中未示出的柔韌銅辮向電刷B供應外部電源，經(jīng)由整流子4向線 圏5a通電，根據(jù)該通電，線圏5a被激磁，基于此，電樞6相對于由 固定到磁輒2的內(nèi)周面上的永磁體2c形成的磁場旋轉。
并且，對于前述電動機1，如后面所述，使用由混合天然石墨和 人造石墨的原材料形成的混合電刷B,借此，在電動機l驅動的過程 中，在混合電刷B和整流子4 (整流子片4b)的滑動部處的氣氛溫度 在常溫氣氛、高溫氣氛任何一種氣氛下，均抑制磨損速度，成為穩(wěn)定 的整流子狀態(tài)，借此，提高耐久性。
進而，在電刷中，原材料為天然石墨的天然類電刷NB，原材料 為人造類石墨的人造電刷AB兩者是通用的。本發(fā)明者等人，著眼于 作為天然石墨和人造石墨的特性的微晶的形狀、大小、電阻，考察了 將利用各種石墨形成的電刷NB、 AB分別裝入到前述針對高電壓型的 電動機l中的情況下的整流狀態(tài)。
為了將天然類、人造類電刷NB、 AB分別裝入到前述電動機l中、 確認整流狀態(tài)，在天然類電刷NB和整流子4的滑動接觸部、人造類電刷AB和整流子4的滑動接觸部，測定電刷NB、 AB、整流子4各 自的磨損速度()Lim/h)。另外，通過在常溫氣氛(滑動接觸部的氣氛 溫度在20。C左右)和高溫氣氛(在滑動接觸部的氣氛溫度在80。C左右) 的各條件下驅動電動機1,測定磨損速度，測定在各個溫度條件下的 磨損速度。其結果分別示于圖2 (A)、 (B)的曲線圖中。
借此確認，在利用天然類電刷NB的情況下，在常溫氣氛下，與 電樞NB、整流子4一起磨損，在高溫氣氛下，整流子4的磨損速度 增加。另一方面，確認在釆用人造類電刷AB的情況下，在常溫氣氛 下，雖然存在與電樞AB、整流子4 一起的磨損，但是，特別是，電 刷AB的磨損顯著地快，在高溫氣氛下，電樞AB的磨損速度降低。
這被認為是當對于天然電刷NB進行考察時，在常溫氣氛下， 在滑動面上難以形成碳保護膜，而由于微晶的形狀形成鱗狀或者鱗片 狀，滑動性優(yōu)異，從而，可以抑制整流子4的磨損速度。但是，可以 認為，由于天然類電刷NB的電阻率小，因而整流性能差，促進電刷 NB的磨損。與此相對，可以認為，在高溫氣氛下，由于天然石墨的 微晶大，碳保護膜不足，促進了整流子4的磨損。
另一方面，可以認為，當對于人造類電刷AB進行考察時，人造 石墨的微晶小，因此，在常溫氣氛下，與天然類電刷NB相比，更難 形成碳保護膜，所以促進了電刷AB的磨損。與此相對，可以認為， 在高溫氣氛下，容易形成碳保護膜，可以形成與電刷AB、整流子4 一起抑制磨損速度的狀態(tài)。
另一方面，可以認為，對于碳保護膜的形成，當位于碳的微細的 單晶的表面上的水蒸氣等的吸附膜達到臨界溫度時，形成(附著)在 整流子上。因此，微晶大的天然石墨，由于微晶的比表面積小，所以， 在高溫氣氛下難以形成碳保護膜。與此相對，人造石墨微晶小，微晶 的比表面積大，容易形成碳保護膜。
根據(jù)這種研究以及基于前述觀測結果進行的研究，本發(fā)明人等判 斷，通過制成將天然石墨和人造石墨兩者混合起來的混合電刷B，即
使作為被設想為整流狀態(tài)惡化的針對高電壓型的電動機的電刷，也可以形成整流狀態(tài)優(yōu)異的電刷。
并且，準備使它們的混合比例進行各種變化的四種混合電刷Bl、 B2、 B3、 B4，將這些混合電刷Bl、 B2、 B3、 B4分別裝入針對高電 壓型的前述電動機l中，在各個混合電刷B1、 B2、 B3、 B4與整流子 4的滑動接觸部，分別測定混合電刷Bl、 B2、 B3、 B4以及整流子4 處的磨損速度。
另外，通過在常溫氣氛(滑動接觸部的氣氛溫度在20。C左右)和 高溫氣氛(在滑動接觸部的氣氛溫度在80。C左右)的各條件下，驅動 電動機l，測定磨損速度，其結果分別示于圖3 (A)、 (B)的曲線圖 中。
這里，在前述曲線圖中，橫軸表示人造石墨相對于天然石墨的配 合比(重量百分比，wt% )，混合電刷Bl是通過混合75重量百分比 的天然石墨和25重量百分比的人造石墨而形成的，混合電刷B2是通 過混合60重量百分比的天然石墨和40重量百分比的人造石墨而形成 的，混合電刷B3是通過混合50重量百分比的天然石墨和50重量百 分比的人造石墨而形成的，混合電刷B4是通過混合25重量百分比的 天然石墨和75重量百分比的人造石墨而形成的。
另外，在前述曲線圖中，人造石墨配合比為0重量百分比的電刷 是天然類電刷NB，人造石墨配合比為100重量百分比的電刷是人造 類電刷AB，對于這些電刷NB、 AB分別示出前述同樣的測定值。
從前述圖3(A)的曲線圖確認電刷的磨損狀態(tài)為通過制成混合 天然石墨和人造石墨的混合電刷Bl、 B2、 B3、 B4，在常溫氣氛、高 溫氣氛兩種氣氛下，磨損速度得到了抑制。特別是判斷出人造石墨 相對于天然石墨的配合比為50重量百分比的電刷B3的抑制率更加優(yōu)異。
另一方面，從圖3(B)的曲線圖確認整流子4的磨損狀態(tài)為通 過使用混合天然石墨和人造石墨的電刷Bl、 B2、 B3、 B4，在常溫氣 氛、高溫氣氛兩種氣氛下，磨損速度受到抑制，但是觀測到整流子4 的磨損特別是在高溫下的抑制率下降顯著。從這些觀測結果可以認為在常溫氣氛下，出現(xiàn)天然石墨具有的 滑動性的優(yōu)越性，同時，與天然類電刷NB的電阻率相比，混合電刷 Bl、 B2、 B3、 B4的電阻率上升，從而，可以抑制混合電刷Bl、 B2、 B3、 B4的磨損。
與此相對，可以認為，在高溫氣氛下，由于人造石墨的微晶小， 在高溫下容易生成碳保護膜，可以抑制混合電刷B1、 B2、 B3、 B4的 磨損，進而抑制整流子4的磨損。由此，在天然石墨中混合人造石墨 的混合電刷Bl、 B2、 B3、 B4，即，通過4吏用相對于天然石墨混合20 ~ 80重量百分比的人造石墨的材料作為原材料的電刷Bl、 B2、 B3、 B4， 特別優(yōu)選地，通過使用混合50重量百分比的混合電刷B3，在針對高 電壓型的電動機l中，可以制成在從常溫氣氛到高溫氣氛的很寬的溫 度范圍內(nèi)，混合電刷B1、 B2、 B3、 B4及整流子4的磨損速度受到抑 制的整流狀態(tài)良好的電動機l，借此，判斷出耐久性的提高。
其次，根據(jù)圖4流程圖，說明對于以天然石墨和人造石墨的混合 物作為原材料的混合電刷的形成步驟。
作為混合電刷的原料，將微晶的形狀為鱗狀或者鱗片狀、平均粒 徑為20~200微米(pm)、優(yōu)選為100nm的天然石墨，以及微晶的形 狀為薄片狀、平均粒徑10~100nm、優(yōu)選為50|Lim的人造石墨，以適 當?shù)谋壤?，在本實施形式中，混合?0重量百分比，添加相對于天然 石墨和人造石墨的總重量為10~50重量百分比、優(yōu)選為30重量百分 比的粘結劑(酚醛樹脂或者環(huán)氧樹脂等熱固化性樹脂)，將其在20~ 80度、優(yōu)選為50度的溫度條件下混煉1小時。
接著，將前述混煉的材料干燥、粉碎，通過粒度分選，制成粒徑 10~ 400nm、優(yōu)選為20(Hirn的石墨粒子，向其中添加保護膜調(diào)整用的 添加劑。這里，添加劑由鉬(Mo)、鎢(W)、硅(Si)、鋁(Al)等 的化合物構成，平均粒徑為2~50pm，優(yōu)選約為10pm，添加相對于 前述粒度分選的石墨的總重量為0.1~5重量百分比、優(yōu)選為2重量百 分比的粘結劑。進而，為了調(diào)整電刷的電阻，添加平均粒徑為10~ 50nm、優(yōu)選為30pm的電解銅粉，電解銅粉，相對于前述粒度分選的石墨的總重量添加1~50重量百分比的粘結劑，將這些石墨粒子、添 加劑、電解銅粉很好地混和。
然后，將前述混合的材料移入到規(guī)定的成形用型箱，作用l平方 毫米100 300牛頓、優(yōu)選為200牛頓(N/mm2)的成形壓力，進行壓 力成形，將該壓力成形的制品，在200~ 800度、優(yōu)選500度的溫度條 件下，通過2小時的燒結，獲得燒結體，通過將該燒結體加工成適當 的形狀，形成混合電刷(B3)。
這樣，混合電刷的形成步驟，除作為原材料混合天然石墨和人造 石墨之外，其余全部根據(jù)形成通用的石墨電刷的步驟進行，從而，無 需增加特別的工序，即使在用于針對高電壓型的電動機時，也能夠形 成在很寬的溫度范圍內(nèi)保持良好的整流狀態(tài)的混合電刷。
在前面所述的結構的本形式中，經(jīng)由整流子4從電刷B向電動才幾 1的轉子6的線圏5a供應外部電源，在這種情況下，作為與整流子滑 動接觸的電刷B，設置將天然石墨和人造石墨混合的石墨作為原材料 的混合電刷B。因此，在常溫氣氛、高溫氣氛的兩種條件下，可以降 低電刷B或者整流子4的磨損速度，即使應用于針對高電壓型的電動 機l，也可以形成良好的整流狀態(tài)，可以提高耐久性。
而且，其中，在形成混合電刷B的情況下，作為原材料，只通過 將人造石墨混合到天然石墨中，就可以根據(jù)現(xiàn)有技術中通用的形成步 驟形成混合電刷B，不需要任何復雜的工序，在避免成本增加的狀態(tài) 下，可以提供能夠適用于針對高電壓的電動機l的電刷B。
另外，不言而喻，本發(fā)明并不局限于前述實施形式，即使在將混 合電刷應用于通用的電動機的情況下，在從常溫氣氛到高溫氣氛的很 寬的溫度范圍內(nèi)，可以形成良好的整流狀態(tài)。
工業(yè)上的利用可能性
本發(fā)明對于用于向巻繞到電動機的電樞上的線圏供電的電動機的 碳刷及碳刷的制造方法是有用的，采用將人造石墨混合到天然石墨中
的原材料的碳刷，可以利用通常的碳刷成形工藝形成，進而，在只用 天然石墨形成的碳刷中，即使在應用于磨損及整流性能的惡化顯著的針對高電壓型的電動機中的情況下，也能夠在很寬范圍的溫度條件下 抑制磨損，形成良好的整流狀態(tài)，所以，可以提高耐久性。
權利要求
1.一種電動機的碳刷，是用于向卷繞在電動機的轉子上的線圈供電的電刷，其中，該電刷是利用將人造石墨混合到天然石墨中的原材料形成的。
2. 如權利要求1所述的電動機的碳刷，其特征在于，至少混合有 20 ~ 80重量％的人造石墨。
3. 如權利要求1或2所述的電動機的碳刷，其特征在于，混合有 50重量％的人造石墨。
4. 一種電動機的碳刷的制造方法，是用于向巻繞在電動機的轉子 上的線圏供電的電刷的制造方法，其中，將人造石墨混合到天然石墨 中，然后，進行壓力成形、燒結加工，形成該電刷。
全文摘要
即使在將電刷應用于針對高電壓型的電動機的情況下，也形成良好的整流狀態(tài)。利用將人造石墨混合到天然石墨中的原材料，通過壓力成形、燒結加工形成電刷(B)，混合到天然石墨中的人造石墨的量至少為20～80重量百分比，特別優(yōu)選地，混合50重量百分比，在將該電刷裝入到針對高電壓型的電動機(1)中時，在從常溫氣氛到高溫氣氛的很寬的溫度條件下，抑制電刷(B)及整流子(4)的磨損速度，形成良好的整流狀態(tài)。
文檔編號H01R43/12GK101297462SQ20068003988
公開日2008年10月29日 申請日期2006年11月6日 優(yōu)先權日2005年11月10日
發(fā)明者柳澤巖 申請人:株式會社美姿把;國光碳素工業(yè)株式會社