KR20060117993A

KR20060117993A - 발전기용 브러쉬 백 및 그 제작 방법

Info

Publication number: KR20060117993A
Application number: KR1020067014865A
Authority: KR
Inventors: 죄르그 스크리페크; 라이너 샤하
Original assignee: 베에스하 보쉬 운트 지멘스 하우스게랫테 게엠베하
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-11-17
Also published as: CN100449886C; US20090021103A1; WO2005074079A1; EP1711985B1; ATE365990T1; ES2288294T3; DE102004004275A1; US7671507B2; EP1711985A1; KR101072149B1; CN1918755A; DE502005000943D1

Abstract

본 발명은 정류기(7)를 포함하는 발전기, 특히 전기 모터를 위한 브러쉬 백(3)과, 브러쉬(11)와, 전류 변환 유닛에 관한 것이다. 상기 전류 변환 유닛은 하나 이상의 브러쉬(11)를 특히 다층 탄소 브러쉬로서 포함하며, 브러쉬 백(3)을 포함한다. 상기 브러쉬 백(3)은 앞쪽 유도 영역에서, 상기 브러쉬(11)와 상기 브러쉬 백(3) 사이의 거리가 뒤쪽 유도 영역에서의 거리(12)보다 더 짧도록 구성된다. 이러한 구성에 따라 상기 브러쉬 백(3) 상으로의 브러쉬(11)의 충돌이 감소되며, 상기 충돌로 인한 노이즈가 방지된다.

Description

발전기용 브러쉬 백 및 그 제작 방법{BRUSH BAG FOR A DYNAMO ELECTRIC MACHINE}

본 발명은 발전기, 특히 정류기를 포함하는 전기 모터의 전류 변환 유닛을 위한 브러쉬 백(brush bag)에 관한 것이며, 이때 특히 금속으로 제작된 브러쉬 백은 세로 방향 확장에 대해 이동 가능한 브러쉬를 유도하기 위한 유도 영역을 가지며, 이는 특히 다층 탄소 브러쉬(carbon brush)로서 구현되고, 상기 유도 영역과 브러쉬 사이에 상기 브러쉬의 세로 방향 확장에 대해 횡단 방향으로 위치하는 공간이 제공된다. 덧붙이자면, 본 발명은 브러쉬 백의 브러쉬에 관한 것이며, 상기 브러쉬 백, 또는 브러쉬를 포함하는 발전기의 전류 변환 유닛에 관한 것이며, 상기 전류 변환 유닛을 포함하는 발전기에 관한 것이다. 그리고 상기 브러쉬 백을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.

전류 변환 유닛은 전력 공급기, 또는 발전기의 외부 연결과 전동자의 권선 간의 전기 접촉을 보장하는 이른바 슬라이딩 콘택트 시스템(sliding contact system)이다. 이러한 목적을 위하여, 종래의 발전기, 가령 전기 모터의 경우, 회전 가능한 정류기와 그라인딩 접촉(grinding contact)되어 있는 공간적으로 고정된 일반적으로 탄소로 구성된 브러쉬를 포함하는 배열(arrangement)이 제공된다. 상기 정류기는 전동기의 권선에 연결되어 있는 전기 전도성 개별 세그먼트로 구성되어 있다. 상기 세그먼트와 브러쉬 간의 전기 접촉을 만들어내기 위하여, 상기 브러쉬는 상기 세그먼트를 따라 미끄러진다.

전류 변환 유닛의 여러 다른 설계가 알려져 있다. 이러한 설계들 중 하나에서, 브러쉬 가이드(brush guide), 또는 브러쉬 슬리브(brush sleeve)로서 설계되는 공간적으로 고정된 브러쉬 백으로 브러쉬가 미끄러지듯이 유도된다. 상기 브러쉬는 스프링을 이용하여 정류기 방향으로, 즉 방사 방향으로 내장된다. 이에 따라, 상기 정류기 상에서의 브러쉬의 충분히 균질한 접촉 압력이 보장된다. 마찬가지로, 스프링력을 이용하여 브러쉬가 브러쉬 백 내부에 고정되어 상기 브러쉬의 마모의 보상을 수행할 수 있다.

특히 AC 모터, 가령, AC 직교류 겸용 모터에서, 이른바 다층 탄소 브러쉬가 종래의 전류 변환 유닛에서 사용된다. 브러쉬 내부에서 분로 전류(shunt current), 또는 누전 전류(short-circuit current)를 감소시키기 위하여, 상기 다층 탄소 브러쉬는 개별 탄소 층 사이에서 고-저항성의, 또는 전기적으로 비-전도성을 띄는 층을 갖는다. 브러쉬가 정류기의 두 개의 인접 세그먼트에 닿아 있을 경우, 또는 전류가 상기 브러쉬를 가로지르게 형성될 수 있는 방식으로, 브러쉬나 브러쉬의 개별 층이 전기 전도성 브러쉬 백에 닿아 있을 경우, 이러한 분로 전류는 발생할 수 있다. 보통 금속으로 제작된 전기 전도성 브러쉬 백이 그 저렴한 제조 비용으로 인하여 발전기에서 사용되는 것이 일반적이다. 브러쉬와 브러쉬 백 간의 접촉 및 그에 따른 분로 전류가 상기 브러쉬에 형성되는 것을 피하기 위하여, 상기 브러쉬 백은 상기 브러쉬와 상기 브러쉬 백 사이에서 비교적 큰 측방 유극을 갖는다. 가령, 세척 머신 AC 직교류 겸용 모터의 탄소 브러쉬는 횡단 방향 확장에서 0.04㎜ 내지 0.05㎜를 가지며, 이는 상기 횡단 방향 확장에서 위치하는 탄소 브러쉬 백의 내부 유도 영역보다 더 좁은 것이다. 탄소 브러쉬가 탄소 브러쉬 백의 중앙에 위치하는 경우에서, 탄소 브러쉬와 탄소 브러쉬 백 사이에서 비교적 큰 유극이, 본 경우에 있어서는 0.02㎜ 내지 0.025㎜의 유극이 양 측부 상에 존재한다.

전술된 바와 같이, 브러쉬가 사용되는 동안, 상기 브러쉬가 마모를 수행하고 그에 따라 연마된다. 그에 따라 만들어진 브러쉬 먼지가 상기 브러쉬와 상기 브러쉬 백 사이로 들어간다. 상기 브러쉬 먼지로 인하여, 상기 브러쉬가 상기 브러쉬 백으로 삽입되지 않을 수 있으며, 또는 부분적으로 마모되지 않아서 전기 전도성을 띄게 되는 먼지 입자에 의한 어떠한 분로 전류도 상기 브러쉬로 유입되지 않도록, 상기 브러쉬와 브러쉬 백 사이에 커다란 유극이 위치하는 것이 바람직하다. 상기 커다란 유극이 존재할 경우, 상기 브러쉬와 상기 브러쉬 백 사이의 중간 공간으로 유입된 먼지 입자가 쉽게 빠져나올 수 있다.

커다란 유극을 이용하는 것의 단점은, 발전기가 동작하는 동안에 노이즈가 생긴다는 것이다. 상기 브러쉬가 세그먼트 에지에 부딪힐 때, 상기 브러쉬가 상기 백의 내부 벽에 충격을 주게 된다. 이러한 경우에 있어서, 상기 브러쉬는 세그먼트가 받는 충격의 2배를 받게 된다.

노이즈를 피하기 위한 종래의 솔루션은, 이른바 미세 그라인딩(fine grinding)에 의해, 세그먼트가 제공된 정류기의 표면이 추가로 다뤄지는 것이다. 상기 정류기의 이러한 작업이 마쳐지는 동안, 브러쉬의 삽입을 방해하기 때문에, 제거되어야 할 먼지 입자가 다시 형성된다.

다층 탄소 브러쉬에 특히 적합하며, 유도될 탄소 브러쉬를 가로지르는 공간을 갖는 브러쉬 백이 DE 101 57 604 A1에서 설명된다. 상기 브러쉬 백은 주석 도금된 강철 시트로 구성되고, 절연 층으로 코팅되어 있다. 상기 브러쉬 백에 공급된 절연 층이 이용되어 다층 탄소 브러시의 개별 층들 간에서 누전 전류, 또는 분로 전류를 방지할 수 있다. 페놀 수지, 또는 에폭시 수지, 또는 폴리스티렌 바니시 같은 바니시가 절연 층으로서 상기 탄소 브러쉬 백의 강철 시트에 공급된다. 이러한 절연물이 상기 탄소 브러쉬 백과 상기 다층 탄소 브러쉬 사이에서 사용될 때, 상기 브러쉬 백과 상기 탄소 브러쉬 사이의 중간 공간, 또는 유극은 좁은 한계 오차를 갖는다. 이러한 좁은 유극에 의해, 상기 브러쉬 백 상의 탄소 브러쉬의 임의의 충격을 방지할 수 있다. 작은 유극을 이용하는 것에 따른 단점은, 중간 공간으로 유입되는 브러쉬 먼지가 상기 증간 공간에 쌓여, 이에 따라 브러쉬 백으로의 브러쉬 삽입, 또는 상기 브러쉬의 층이 마모되지 않은 브러쉬 먼지에 의해 누전될 수 있다. 덧붙이자면, 순수 금속이 그러듯이, 절연 층은 강한 열과 기계적 부하에 견디지 못한다.

한편으로, US 2 430 279에 따르는 종래 기술에서, 브러쉬에 연결되어 있는 볼-스프링 구성요소를 이용하여, 상기 브러쉬가 브러쉬 홀더 벽 방향으로 측방 선-압력 받는 배열이 제안된다. 그러나 이러한 설계의 단점은 브러쉬를 브러쉬 홀더 내부에 트래킹(tracking)하기 위해 제공되는 상기 스프링이 스프링력을 가져야 한 다는 것이며, 상기 스프링력은 브러쉬와 브러쉬 홀더 사이에 유극을 제공하는 구현에서보다 더 높다. 그러나 브러쉬와 브러쉬 홀더 간의 마찰력을 극복하기 위해 요구되는 스프링력에 의하여, 상기 정류기 상에서 브러쉬의 마모가 초래될 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기 전류 변환 유닛의 브러시에 의해, 상기 브러쉬에 어떠한 노이즈, 어떠한 분로 전류도 형성되지 않도록 하는 방식으로, 탄소 브러쉬 백(또는 탄소 브러쉬)을 구성하는 것이며, 발전기용 최종 전류 변환 유닛을 구성하는 것이다. 덧붙이자면, 이에 대응하는 브러쉬 백을 생성하기 위한 방법이 제공될 것이다. 동시에, 동작 중에 만들어지는 브러쉬 먼지에 의해 어떠한 분로 전류도 브러쉬로 유입되지 않도록, 또는 브러쉬가 상기 브러쉬 백으로 삽입되도록, 상기 전류 변환 유닛이 구성되야만 한다. 한편으로는 상기 전류 변환 유닛, 또는 그 구성요소가 비용 효율적이어야 하며, 제조하기 간편해야 한다.

본 발명에 따라, 브러쉬 백에 관한 청구항 제 1 항과, 탄소 브러쉬에 관한 청구항 제 10 항과, 전류 변환 유닛에 관한 청구항 제 12 항과, 발전기에 관한 청구항 제 13 항의 특징에 의하여 이러한 목적이 성취된다. 그에 따르는 종속 청구항에 의해 본 발명의 바람직한 실시예가 제시된다.

세로 방향 확장으로 움직이는 브러쉬를 유도하기 위한 유도 영역을 브러쉬 백이 갖도록, 그리고 상기 유도 영역과 브러쉬 사이에서 상기 브러쉬의 세로 방향 확장을 가로지르는 공간이 제공되도록, 정류기를 갖는 발전기의 브러쉬 백을 구성하는 것이 특히 바람직하다. 이때, 상기 정류기를 마주보는 앞쪽 유도 영역에서, 상기 브러쉬를 가로지르게 위치하는 하나 이상의 세로 방향 확장 영역에서의 거리는 상기 정류기를 등지는 뒤쪽 유도 영역에서의 거리보다 더 짧다. 결과적으로, 상기 정류기를 마주보는 영역에서, 상기 브러쉬가 유극으로부터 자유롭게 유도되도록 상기 브러쉬와 상기 브러쉬 백 사이의 유극은 제한될 수 있다. 전류 변환 유닛이 의도되는 바와 같이 사용될 때, 상기 유극기 상기 정류기에 대하여 수직 방향으로 제한될 경우, 브러쉬 백에 대한 브러쉬의 충돌이 방지된다. DIN 43008에 따라 전류 변환 유닛에 특화된 유극이 추가되거나, 제외될 수 있다. 브러쉬의 충돌에 따른 노이즈의 임의의 형태가 효과적으로 방지될 수 있다. 이러한 실시예에서, 동작 중에, 상기 정류기를 등지는 뒤쪽 유도 영역과 탄소 브러쉬 사이에서 커다란 횡단 유극이 브러쉬 백에 대한 브러쉬의 충돌 없이 제공될 수 있다.

임의의 브러쉬 먼지가 축적될 충분한 공간이 제공되는 것이기 때문에, 위쪽 유도 영역에서의 상기 커다란 유극은 바람직하다. 따라서 브러쉬 백으로 브러쉬가 재밍(jammming)되는 것을 효과적으로 제거할 수 있다. 덧붙이자면, 상기 브러쉬 백의 이러한 구성의 결과로서, 브러쉬가 상기 브러쉬 백에 쉽게 삽입됨으로써, 전류 변화 유닛이 쉽게 제작될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 브러쉬 백은 앞쪽 유도 영역에서, 또는 상기 브러쉬와 브러쉬 백 사이의 유극에서, 브러쉬를 유도하기 위한 필수 거리를 가지며, 상기 거리는 브러쉬 백의 앞쪽 유도 영역에서 뒤쪽 유도 영역에서보다 0.005㎜ 더 짧다. 이러한 구성을 이용하여, 앞쪽 유도 영역에서 브러쉬가 유극으로부터 자유롭게 유도되는 동안, 상기 브러쉬 백의 뒤쪽 유도 영역에서, 충분히 큰 유극이 제공될 수 있다. 상기 뒤쪽 유도 영역에서 0.005㎜ 더 큰 유극에 의해, 발전기 동작 중에 브러쉬 백으로의 브러쉬의 재밍(jamming)이 충분히 방지된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 브러쉬 백이 제 1 벽의 앞쪽 유도 영역과 뒤쪽 유도 영역에 의해 형성되는 유도 평면은 제 2 벽의 앞쪽 유도 영역과 뒤쪽 유도 영역에 의해 형성되는 유도 평면에 대하여 기울어져 있으며, 이때 상기 제 2 벽은 상기 제 1 벽을 마주본다. 이러한 구성을 이용하여, 종래의 브러쉬 백에 대한 제작 설치가 여전히 사용될 수 있다. 왜냐하면, 서로에 대하여 평행으로 위치하는 종래의 브러쉬 백의 유도 영역의 벽 부분을 후-압력 가공함으로써, 브러쉬 백의 마주보는 벽에 대한 본 발명에 따르는 경사가 생성될 수 있기 때문이다. 상기 브러쉬 백은 하나의 피스로 제작될 수 있다.

본 발명의 추가적인 실시예에서, 축 방향으로, 또는 정류기의 회전 축에 대해 평행인 방향으로 브러쉬를 유도하는 브러쉬 백의 하나 이상의 벽은, 상기 브러쉬 백의 앞쪽 영역에서 하나 이상의 관통 구멍과 하나 이상의 채널 중 하나 이상을 갖는다. 브러쉬 백에 대한 이러한 실시예를 이용하여, 상기 브러쉬 백의 앞쪽 영역으로 유입되어 축적된 브러쉬 먼지가, 관통 구멍, 또는 채널을 통해 쉽고 완전하게 상기 앞쪽 영역에서 빠져 나온다.

본 발명에 따르는 또 다른 실시예에서, 상기 브러쉬 백의 앞쪽 영역에서의 관통 구멍이 상기 정류기 측부 상의 끝 부분에서 열려져 있는 슬롯으로서 구축된다. 이는 축적된 브러쉬 먼지가 추가적으로 빠져 나오게 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 브러쉬 백의 관통 구멍은 격자 형태로서 구성된다. 이러한 구성의 결과로서, 브러쉬 백에서, 매우 커다란 구멍 영역이 다수의 관통 구멍을 이용하여 얻어질 수 있으며, 이때 상기 관통 구멍들 사이에 웨브(web)를 유지하기 때문에, 상기 관통 구멍에 의해 브러쉬 백의 안정성은 제한받지 않는다. 브러쉬 백의 이러한 구성이 브러쉬 먼지가 신속하게 빠져 나가도록 사용된다.

본 발명에 따르는 또 다른 실시예에서, 상기 앞쪽 영역이 상기 브러쉬 쪽을 향하는 브러쉬 백의 하나 이상의 형상에 의해 형성되는 것이 특히 효율적이다. 이러한 종류의 브러쉬 백 구성에서, 상기 브러쉬가 브러쉬 백의 유도 영역에 점의 형태, 또는 선의 형태로만 닿을 수 있기 때문에, 상기 브러쉬 백의 작은 유도 표면만 획득되어진다. 상기 브러쉬와 상기 브러쉬 백 사이의 마찰력이 감소하여, 작은 스프링력이 상기 브러쉬를 이동시키기 위해 요구된다. 동시에 더 작은 스프링력이 브러쉬의 마모를 감소시킬 수 있다.

또 다른 실시예의 이점에 따라, 상기 앞쪽 유도 영역의 내부로 향하는 형상이 하나 이상의 구슬, 또는 하나 이상의 돌기의 형태로 구축된다. 이러한 구성은, 예를 들자면 엠보스 가공을 통해 간편하게 제작될 수 있다. 상기 브러쉬 백의 앞쪽 유도 영역의 외부에서, 브러쉬 백의 이러한 실시예에서, 브러쉬와 브러쉬 백 사이에서 비교적 큰 유극, 또는 긴 거리가 형성될 수 있다. 결과적으로, 브러쉬와 브러쉬 백 사이로 유입되는 브러쉬 먼지 입자가 쉽게 빠져 나갈 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 앞쪽 유도 영역에서, 브러쉬 백은 고-정항성의, 전기적으로 비-전도성을 띄는 층을 갖는다. 이러한 층에 의하여, 브러쉬의 분로 전류의 어떠한 형태도 방지될 수 있다. 이에 따라 발전기가 동작하는 중에 브러쉬 마모가 감소하며, 그에 따라 브러쉬의 수명이 연장될 수 있다. 종래의 절연 브러쉬 백에서, 이러한 층은 브러쉬 백의 전체 유도 영역에 걸쳐 뻗어 간다. 이와 대조적으로, 본 발명의 실시예에 따르는 브러쉬 백은 종래의 브러쉬 백보다 더 비용-효율적으로 제조된다. 왜냐하면, 오직 브러쉬 백의 앞쪽 유도 영역만 전기적으로 비-전도성을 띄는 층을 갖기 때문이다.

또한 본 발명은 본 발명에 따르는 브러쉬 백에서 사용되는 브러쉬에 관한 것이다. 브러쉬의 바람직한 실시예에 따라, 발전기를 동작시키기 위해 의도되는 사용 중에, 앞쪽 유도 영역과 접촉하게 되는 브러쉬의 영역이 고-저항성의, 또는 전기적으로 비-전도성을 띄는 층을 갖는다. 상기 층에 따라서, 분로 전류의 형성이 방지될 수 있다. 브러쉬의 부분 영역에서만 전기적으로 비-전도성을 띄는 층을 가질 필요가 있기 때문에, 전체 영역이 코팅된 브러쉬의 경우와 비교하여, 절연 물질이 절약될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 전기적으로 비-전도성을 띄는 층은 절연 바니시(insulating varnish)로 구성된다. 이러한 바니시는 상기 브러쉬로 간단하게 공급될 수 있으며, 이는 상기 브러쉬를 제작하는 비용에 약간만 더 추가할 뿐이다.

본 발명은 본 발명에 따르는 하나 이상의 브러쉬 백과 하나 이상의 브러쉬 중 하나 이상을 포함하는 전류 변환 유닛에 관한 것이다. 또한 본 발명은 전류 변환 유닛과, 브러쉬 백과, 브러쉬 중 하나 이상을 포함하는 발전기에 관한 것이다. 상기 전류 변환 유닛, 또는 AC 직교류 모터의 형태로 되어 있는 상기 발전기는 세척 기계에서 특히 바람직할 수 있다. 왜냐하면 상기 장치들이 낮은 노이즈로 동작하기 때문이며, 그 구성요소가 가능한 저렴하기 때문이다. 가령 본 발명에 따르는 전류 변환 유닛을 포함하는 드라이브 모터가 상기 세척 기계를 제어하기 위해 사용된다.

본 발명은 본 발명에 따르는 브러쉬 백을 제작하기 위한 방법에 관한 것이며, 이때 브러쉬 백을 제작하기 위한 단계에 추가적으로, 상기 방법은 다른 단계들을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 추가적인 단계에서, 브러쉬 백은 앞쪽 유도 영역에서 후-압력 가공, 또는 엠보스 가공되어, 상기 브러쉬에 횡단 방향으로 위치하는 하나 이상의 세로 방향 확장 영역에서 유도될 브러쉬로부터의 거리가 상기 브러쉬 백의 앞쪽 유도 영역에서가 뒤쪽 유도 영역에서보다 더 짧은 브러쉬 백을 형성할 수 있다.

도 1은 서로의 방향으로 기울어져 있는 유도 영역을 갖는 발전기 전류 변환 유닛과 정류기를 통한 단면도이다.

도 2는 앞쪽 유도 영역에서의 전류 변환 유닛의 A-A로의 횡단 단면도이다.

도 3은 뒤쪽 유도 영역에서의 전류 변환 유닛의 B-B로의 횡단 단면도이다.

도 4는 앞쪽 유도 영역을 형성하기 위하여, 브러쉬 쪽을 향하는 브러쉬 백의 형상을 갖는 전류 변환 유닛을 통한 단면도이다.

도 5는 도 4의 전류 변환 유닛의 C-C를 따른 횡단 단면도이다.

도 6은 앞쪽 유도 영역을 형성하기 위하여, 브러쉬 쪽을 향하는 브러쉬 백의 형상을 갖는 전류 변환 유닛의 측면도 및 정류기의 측면도이다.

도 7은 브러쉬 백이 전기적으로 비-전도성을 띄는 층을 갖는 앞쪽 유도 영역에서의 전류 변환 유닛의 C'-C'를 따른 횡단 단면도이다.

도 8 및 9는 층방 관통 구멍이 제공된 브러쉬 백을 갖는 전류 변환 유닛의 측면도 및 정류기를 통한 단면도이다.

도 10은 관통 구멍을 갖는 브러쉬 백을 포함하는 전류 변환 유닛을 통한 횡단 단면도이다.

도 11은 채널을 갖는 브러쉬 백을 포함하는 전류 변환 유닛을 통한 횡단 단면도이다.

도 12는 외부 영역 상에 전기적으로 비-전도성을 띄는 층을 포함하는 브러쉬를 갖는 전류 변환 유닛의 단면도이다.

도 13은 D-D를 따른 외부 영역 상에 전기적으로 비-전도성을 띄는 층을 포함하는 브러쉬를 갖는 전류 변환 유닛의 횡단 단면도이다.

세탁물 처리 기구에 회전 가능하게 장착된 드럼을 구동시키기 위하여 사용되는 AC 직교류 겸용 모터의 응용예를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 서술한다. 그러나 본 발명은 발전기의 이러한 특수 설계와 세탁물 처리 장치에서의 기계 사용으로 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명은 기계적 정류기를 갖는 발전기에 서 사용될 수 있는 전류 변환 유닛, 또는 브러쉬 백 및 브러쉬까지로 확장된다.

도 1은 AC 직교류 겸용 모터(이하 모터)의 전류 변환 유닛과 정류기(7)를 통한 부분을 나타낸다. 전류 변환 유닛은 연결 리드(1)와, 두 개의 전기 전도성 층(5, 8)을 포함하는 다층 탄소 브러쉬(11)와, 상기 층들 사이에 위치하는 고-저항성의, 또는 전기적으로 비-전도성을 띄는 층(9)과, 스프링(2)과, 고정 브러쉬 백(3)을 포함한다. 적합한 공용 접촉 포인트에 의해, 상기 연결 리드(1)는 다층 탄소 브러쉬(11)의 층(5, 8) 모두에게 연결되어 있다. 간편성을 위해, 다층 탄소 브러쉬(11)가 브러쉬(11)로 일컬어질 것이다. 브러쉬 백(3)에서, 상기 브러쉬(11)는 세로 방향 확장, 즉 X 방향으로 이동할 수 있다. 스프링(2)이 만들어내는 힘에 의하여, 상기 브러쉬는 정류기(7)에 대하여, 또는 상기 정류기 상에 위치하는 세그먼트(6)에 대하여 압력을 받는다. 덧붙이자면, 스프링(2)에 의해, 브러쉬(11)의 동작으로 인한 마모에 따르는 X 방향으로, 상기 브러쉬(11)가 이동할 수 있다. 모터의 로터에 고정적으로 연결되어 있는 정류기(7)가 회전하는 D 동안, 상기 브러쉬(11)가 상기 로터의 개별 권선에 연결되어 있는 세그먼트(6) 위로 미끄러진다. 따라서 상기 브러쉬(11)와 세그먼트(6)(또는 로터의 권선) 간의 전기 접촉이 형성된다.

브러쉬(11)가 브러쉬 백(3)의 두 개의 마주보는 내부 벽에 의해 유도되며, 그와 동시에, 상기 브러쉬(11)와 상기 브러쉬 백(3)의 내부 벽 사이의 공간이, 상기 브러쉬를 가로질러 위치하는 하나의 확장 영역에서 제공된다. 내부 벽, 또는 브러쉬 백(3)의 내부 벽의 영역은 이른바 유도 영역이라는 것을 형성한다. 도 1 ~ 3에서 나타내는 바람직한 실시예에서, 브러쉬 백(3)의 벽(4, 10)이 형성되어, 브러 쉬 백(3)의 앞쪽 유도 영역에서, 상기 브러쉬(11)와 벽의 부분(4a, 10a) 사이의 거리(11)는, 뒤쪽 유도 영역에서, 상기 브러쉬(11)와 벽의 부분(4b, 10b) 사이의 거리(12)보다 더 짧으며, 이때 벽의 부분(4a, 4b)은 유도 평면(12)을 형성하고, 벽의 부분(10a, 10b)은 유도 평면(14)을 형성한다. 브러쉬 백(3)의 상기 앞쪽 유도 영역은 정류기(7)를 마주보고, 평면 A-A에 위치한다. 따라서 브러쉬 백(3)의 상기 뒤쪽 유도 영역은 상기 정류기(7)를 등지고, 평면 B-B에 위치한다. 브러쉬 백(3)을 통과하고, 브러쉬(11)를 통과하는 평면 A-A이 도 2에서 나타나며, 평면 B-B의 부분이 도 3에서 나타난다. 브러쉬(11)와 브러쉬 백(3) 사이의 거리, 또는 유극이 축소됨에 따른 결과로서, 브러쉬 백(3)에 대한 브러쉬(1)의 충돌이 감소하며, 브러쉬 백(3)의 앞쪽 유도 영역의 유극이 충분히 축소되는 것이 바람직하다. 본 발명은 이러한 브러쉬 백(3)의 특수 구성, 즉 앞쪽 유도 영역에서 상기 브러쉬(11)와 브러쉬 백(3) 사이의 Y 방향으로의 거리(11)가 뒤쪽 유도 영역에서 거리(12)보다 짧은 구성으로 제한되지 않는다. 앞쪽 유도 영역에서 상기 브러쉬(11)와 브러쉬 백(3) 사이의, 브러쉬(11)의 세로 방향 확장 영역을 가로지르게 위치하는 축 방향(Z 방향)으로의 거리가 또한 뒤쪽 유도 영역에서의 거리보다 짧을 수 있다.

본 실시예에서, 발전기의 모터의 탄소 브러쉬(11)는 (Y 방향의) 5㎜의 폭을 갖는다. 유도를 위한 상기 브러쉬 백(3)의 구멍 폭이, 앞쪽 유도 영역에서 5.03㎜이며, 이 값이 상기 뒤쪽 유도 영역에서보다 0.02㎜ 만큼 작도록, 탄소 브러쉬(11)의 브러쉬 백(3)을 구성하는 것이 특히 바람직하다. 따라서 상기 앞쪽 유도 영역에서 거리(11)는 브러쉬 백(3)의 중앙에 위치하는 브러쉬(11)의 양 측부 상에서 0.015㎜이며, 뒤쪽 유도 영역에서 거리(12)는 양 측부에서 0.025㎜이다. 세척 머신의 직교류 겸용 모터의 동작 중에, 앞쪽 유도 영역의 브러쉬(11)의 유도를 위한 거리(11)가, 뒤쪽 유도 영역에서의 거리(12)와 비교하여, 0.005㎜ 만큼 감소할 경우, 상기 브러쉬(11)가 상기 브러쉬 백에 대해 덜 충돌하는 것이 명백하다.

브러쉬 백(3)의 바람직한 실시예에서, 앞쪽/뒤쪽 유도 영역에 의해 형성된 브러쉬 백(3)의 벽의 평면(12)이, 브러쉬 백(3)의 마주보는 벽의 앞쪽/뒤쪽 유도 영역에 의해 형성되는 반대편 평면(14) 방향으로 기울어져 있다. 도 1에서 나타낸 브러쉬 백(3)의 경우에서, 반대편 벽(4, 10)은 직선으로서 구현되어, 상기 벽(4, 10)이 서로에 대하여 기울어져 있게 된다.

도 8 및 도 9는 두 개의 서로 다른 바람직한 실시예로서, 브러쉬 백(3)의 측면도이며, 이때 정류기(7)의 부분 영역이 단면도로서 나타난다. 도 10은 브러쉬 백(3)의 앞쪽 영역, 또는 정류기 측 영역에서, 브러쉬 백(3)을 통하는 부분을 도식한다. 이러한 실시예에서, 관통 구멍(17, 19)이 브러쉬 백(3)의 벽(21, 22)의 정류기 측 영역에서 제공된다. 상기 관통 구멍(17, 19)은 브러쉬(11)를 측방으로, 또는 축 방향으로 유도하면서 Y 방향으로 놓여 있는 마주보는 벽에 삽입되는 것이 바람직하다. 브러쉬(11)와 브러쉬 백(3) 사이로 유입되는 브러쉬 먼지가 상기 관통 구멍(17, 19)을 통해 빠져 나갈 수 있다. 이는 브러쉬(11)의 브러쉬 백(3)으로의 임의의 삽입의 먼지에 의한 방해에 효율적이다. 또 다른 실시예에서, 관통 구멍(17, 19)은 브러쉬 백(3)의 또 다른 벽에 제공될 수 있다. 도 8 및 도 9에서 도식된 실시예에서, 브러쉬 백(3)의 상기 관통 구멍(19)은 슬롯 형태이며, 상기 정규기 측부 의 끝에서 열려 있다. 상기 구멍 영역을 더 확대하기 위하여, 관통 구멍(17)이 브러쉬 백(3)의 앞쪽 영역에서, 관통 구멍(17)과 관통 구멍(19) 사이를 유지하는 웨브(18)를 이용하여 격자 형태로 내장된다. 상기 웨브(18)를 사용함에 따라, 상기 브러쉬 백(3)이 충분히 견고하게 유지된다.

브러쉬 백(3)의 또 다른 실시예가 도 11에서 도식되며, 하나의 채널(20)이 상기 브러쉬 백(3)의 앞쪽 영역, 또는 정류기 측 영역에서, 마주보는 벽(21, 22)에서 형성된다. 본 실시예에서, 도 11은 정류기를 마주보는 평면에서, 브러쉬(11)와 브러쉬 백(3)을 통과하는 단면을 나타낸다. 상기 채널(20)이 브러쉬(11)를 축 방향으로 유도하며, Y 방향으로 놓여진 벽에 내장되는 것이 바람직하다. 축적된 브러쉬 먼지가 상기 채널을 통해, 상기 브러쉬(11)와 상기 브러쉬 백 사이의 공간으로부터 빠져 나올 수 있다.

도 4 ~ 6에서 나타난 브러쉬 백(3)의 실시예에서, 브러쉬 백(3)의 측부에 의치하는 정류기 상의 영역은 브러쉬 백(3)의 마주보는 벽(4', 10') 상에서 브러쉬(11)를 향하는 형상(13, 15)을 가진다. 상기 형상(13, 15)의 내부 영역은 브러쉬(11)의 앞쪽 유도 표면(또는 유도 영역)을 형성한다. 브러쉬 백(3)의 벽(4')의 뒤쪽 유도 영역을 이용하여 상기 형상(13)은 유도 평면(12)을 형성하고, 형상(15)은 대응하는 반대쪽 벽(10')의 뒤쪽 유도 영역을 이용하여 유도 평면(14)을 형성한다.

본 실시예에서, 브러쉬 백(3)의 마주보는 벽들이 충분하게 평행인 것이 특히 바람직하며, 이때 형상(13, 15)에 의하여, 상기 브러쉬(11)와 상기 브러쉬 백(3)의 앞쪽 유도 영역 사이의 거리(11)는, 상기 브러쉬(11)와 상기 브러쉬 백(3)의 뒤쪽 유도 영역 사이의 거리(12)보다 짧다.

도 4 및 5에서 나타내는 바와 같이, 브러쉬 백(3)의 형상(13, 15)이 돌기 형태이도록, 상기 브러쉬 백(3)은 제작된다. 브러쉬 백(3)의 형상에 관한 또 다른 실시예, 가령, 하나 이상의 구슬이 앞쪽 유도 영역을 형성하기 위해 또한 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 상기 앞쪽 유도 영역에서, 상기 브러쉬 백(3)은 브러쉬(11)를 마주보는 고-저항성의, 또는 전기적으로 비-전도성을 띄는 층(16)을 갖는다. 도 6에서 도식된 바람직한 실시예에서, 절연성 바니시가, 브러쉬(11)를 향하는 브러쉬 백의 형상(13, 15)의 표면에 제공된다.

도 12 및 13은 본 발명에 따르는 브러쉬 백(3)을 갖는 전류 변환 유닛을 도식하며, 이때 상기 브러쉬 백(3)은 앞쪽 유도 영역에서가 뒤쪽 유도 영역에서보다 더 짧은 상기 브러쉬(11)로부터의 거리를 가지며, 고-저항성의, 또는 전기적으로 비-전도성을 띄는 층(23), 또는 절연 층(23)을 갖는 브러쉬(11)를 포함한다. 상기 전기적으로 비-전도성을 띄는 층(23)은 상기 브러쉬 백(3)의 앞쪽 유도 영역에 닿는 브러쉬(11)의 영역으로 제한된다. 바람직한 실시예에서, 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리스티렌 수지로 구성되어 있으며, 상기 절연 층(23)을 형성하는 절연성 바니시가, 상기 정류기에 충분히 수직으로 위치하는 방향 Y로 상기 브러쉬 백(3)과 접촉할 상기 브러쉬(11)의 영역에 공급된다. 브러쉬(11)의 또 다른 실시예에서, 절연성 층(23)이 또 다른 방향으로 상기 앞쪽 유도 영역에 접촉할 영역에 공급될 수 있다. 브러쉬(11)의 또 다른 실시예에서, 상기 절연성 층(23)은 또 다른 종류의 물질일 수 있다.

본원에서 서술된 브러쉬 백(3) 및 브러쉬(11)의 실시예가 AC 직교류 겸용 모터의 전류 변환 유닛에서 단독으로, 또는 조합하여 사용될 수 있다. 한편 이러한 실시예들은 기계적 정류기, 또는 슬라이딩 콘택트 시스템을 갖는 다른 발전기에서도 사용될 수 있다.

본 발명에 따르는 브러쉬 백(3)은 금속 시트로 만들어진 반-가공된 제품에 관통 구멍(17, 19) 같은 오목부를 형성하기 위한 스탬핑(stamping)을 수행함으로써 만들어질 수 있다. 충분히 평행인 벽을 갖는 브러쉬 백을 형성하기 위해 이러한 반-가공 제품이 휘어진다. 상기 반-가공 제품의 두 개의 단부는 도브테일 접합(dovetail joint)을 이용하여 고정적으로 상호 연결된다. 추가적인 제조 단계에서, 브러쉬(11)를 가로지르게 위치하는 세로 방향으로 유도될 브러쉬(11)로부터의 거리가 브러쉬 백(3)의 앞쪽 유도 영역에서가 뒤쪽 유도 영역에서보다 더 짧도록, 생성된 브러쉬 백의 앞쪽 영역이 변형된다. 이러한 목적을 위하여, 브러쉬 백의 두 개의 평행하는 마주보는 벽이 압력을 받거나, 앞쪽 영역에서 압력을 받는다. 이러한 제조 단계를 이용하여, 상기 벽이 변형되어, 서로의 방향으로 기울어진 벽을 갖는 브러쉬 백(3)이 제조될 수 있다(도 1 참조). 도 4에서 도식된 바와 같이, 이와 같은 제조 단계를 이용하여, 상기 브러쉬(11)쪽을 향하는 형상이 또한 브러쉬 백으로 내장될 수 있다.

Claims

발전기의 전류 변환 유닛을 위한 브러쉬 백(brush bag)에 있어서, 이때 상기 발전기는 정류기를 포함하는 전기 모터이며,

이때 금속으로 제작된 브러쉬 백(3)은 세로 방향 확장 부분에 대하여 이동 가능한 브러쉬(11)를 유도하기 위한 유도 영역을 가지며, 이때 상기 브러쉬(11)는 다층 탄소 브러쉬(multi-layer carbon brush)(11)로서 구축되며, 상기 유도 영역과 상기 브러쉬(11) 사이에서 상기 브러쉬(11)의 세로 방향 확장 부분을 가로지르는 공간이 제공되며,

상기 정류기(7)를 마주보는 상기 브러쉬 백(3)의 앞쪽 유도 영역에서, 상기 브러쉬를 가로지르게 위치하는 하나 이상의 세로 방향 확장 영역 부분의 거리(11)는, 상기 정류기를 등지고 있는 브러쉬 백(3)의 뒤쪽 유도 영역에서의 거리(12)보다 짧은 것을 특징으로 하는 브러쉬 백.
제 1 항에 있어서, 상기 앞쪽 유도 영역에서, 브러쉬(11)를 유도하기 위한 필수 거리(11)는 상기 뒤쪽 유도 영역에서의 거리(12)보다 0.005㎜ 이상 짧은 것을 특징으로 하는 브러쉬 백.
제 2 항에 있어서, 브러쉬 백(3)의 제 1 벽(4, 4')의 앞쪽과 뒤쪽 유도 영역에 의해 형성되는 유도 평면(12)은, 제 2 벽(10, 10')의 앞쪽과 뒤쪽 유도 영역에 의해 형성되는 유도 평면(14)에 대하여 기울어져 있으며, 이때 상기 제 2 벽(10, 10')이 상기 제 1 벽(4)을 마주보고 있음을 특징으로 하는 브러쉬 백.
제 2 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정류기(7)를 마주보는 브러쉬 백(3)의 앞쪽 영역에서, 브러쉬(11)를 축 방향으로 유도하는 브러쉬 백(3)의 벽(21, 22) 중 하나 이상의 벽은 하나 이상의 관통 구멍(17, 19), 또는 하나 이상의 채널(20)을 갖는 것을 특징으로 하는 브러쉬 백.
제 4 항에 있어서, 상기 관통 구멍(9)은 슬롯(slot)으로서 구축되며, 상기 슬롯은 상기 정류기 측부의 끝부분에서 열려 있음을 특징으로 하는 브러쉬 백.
제 4 항에 있어서, 상기 관통 구멍(17, 19)은 격자 형태로서 구축되는 것을 특징으로 하는 브러쉬 백.
제 3 항에 있어서, 상기 앞쪽 유도 영역은, 상기 브러쉬(11) 쪽을 향하는, 상기 브러쉬 백(3)의 하나 이상의 형상(13, 15)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 브러쉬 백.
제 7 항에 있어서, 상기 형상(13, 15) 중 하나 이상은 하나 이상의 구슬, 또는 하나 이상의 돌기의 형태로 구축됨을 특징으로 하는 브러쉬 백.
제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 앞쪽 유도 영역 부분에서, 상기 브러쉬 백(3)은 전기 절연성 층(16)을 가짐을 특징으로 하는 브러쉬 백.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따르는 브러쉬 백(3)용 브러쉬(11)에 있어서, 발전기를 작동시키기 위하여 사용하는 중에, 상기 앞쪽 유도 영역과 접촉할 브러쉬(11)의 영역이 전기적으로 비-전도성을 띄는 층(23)을 가지는 것을 특징으로 하는 브러쉬.
제 10 항에 있어서, 상기 전기적으로 비-전도성을 띄는 층(23)은 절연성 바니시(insulating varnish)로 이뤄져 있음을 특징으로 하는 브러쉬.
전류 변환 유닛에 있어서, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따르는 하나 이상의 브러쉬 백(3)과, 제 10 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따르는 하나 이상의 브러쉬(11) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 변환 유닛.
발전기에 있어서, 이때 상기 발전기는 전기 모터이며, 제 12 항에 따르는 전류 변환 유닛과, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항을 따르는 브러쉬 백(3)과, 제 10 항 또는 제 11 항에 따르는 브러쉬(11) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따르는 발전기의 전류 변환 유닛용 브러쉬 백(3)을 제조하기 위한 방법에 있어서, 이때 상기 발전기는 전기 모터이며, 상기 방법은

브러쉬 백(3)을 제작하는 단계,

상기 브러쉬(11)를 가로지르게 위치하는 세로 방향 확장 부분에서 유도될 브러쉬(11)로부터의 거리가, 상기 브러쉬 백(3)의 앞쪽 유도 영역에서 뒤쪽 유도 영역에서보다 더 짧은 브러쉬 백(3)을 형성하도록 상기 앞쪽 유도 영역에서, 상기 브러쉬 백(3)을 후-압력 가공(after-pressing)하거나 엠보스 가공(embossing)하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러쉬 백을 제조하기 위한 방법.