(57)【要約】  回転電機は、ハウジングと、ハウジングに回転可能に支持された回転軸に同軸に固定される回転子と、回転子を囲繞するようにハウジングに固定される固定子と、回転軸に固定されるスリップリングと、ブラシと、ブラシをスリップリングに付勢する付勢手段と、ブラシの温度に関する情報を取得する温度情報取得手段と、回転軸の回転角度に関する情報を取得する回転情報取得手段と、温度情報取得手段の出力情報を含む温度情報に基づいて上記ブラシの温度を取得するとともに、ブラシの温度を変数とし、ブラシの単位摺動距離当たりの摩耗量として定義される摩耗量関数のブラシの温度に応じた値と回転子の回転速度を含む値の積をブラシの使用開始直後から現在までの時間に亘って積算してブラシの総摩耗量を演算する摩耗量演算部とを備えている。
2012077227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
界磁巻線を有し、上記ハウジングに回転可能に支持された回転軸に同軸に固定される回転子と、
電機子巻線を有し、上記回転子を囲繞するように上記ハウジングに固定される固定子と、
上記回転軸に固定されるスリップリングと、
上記スリップリングに接する位置に配置されるブラシと、
上記ブラシを上記スリップリングに付勢する付勢手段と、
上記ブラシの温度に関する情報を取得する温度情報取得手段と、
上記回転軸の回転角度に関する情報を取得する回転情報取得手段と、
上記温度情報取得手段の出力情報を含む温度情報に基づいて上記ブラシの温度を取得するとともに、上記ブラシの温度を変数とし、上記ブラシの単位摺動距離当たりの摩耗量として定義される摩耗量関数の上記ブラシの温度に応じた値と上記回転子の回転速度を含む値の積を上記ブラシの使用開始直後から現在までの時間に亘って積算して上記ブラシの総摩耗量を演算する摩耗量演算部と
を備えていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
上記摩耗量関数が、上記回転子の回転速度を変数に含む関数として定義され、
上記摩耗量演算部は、上記温度情報取得手段と上記回転情報取得手段の出力に応じた上記摩耗量関数の値と上記回転子の回転速度を含む値の積を上記ブラシの使用開始直後から現在までの時間に亘って積算して上記ブラシの総摩耗量を演算することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
上記界磁巻線に流れる界磁電流の情報を取得する電流情報取得手段を備え、
上記摩耗量関数が、上記界磁電流を変数に含む関数として定義され、
上記摩耗量演算部は上記温度情報取得手段と上記電流情報取得手段の出力に応じた上記摩耗量関数の値と上記回転子の回転速度を含む値の積を上記ブラシの使用開始直後から現在までの時間に亘って積算して上記ブラシの総摩耗量を演算することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
上記界磁巻線に流れる界磁電流の情報を取得する電流情報取得手段を備え、
上記摩耗量関数が、上記界磁電流及び上記回転子の回転速度を変数とする関数として定義され、
上記摩耗量演算部は、上記温度情報取得手段、上記電流情報取得手段、及び上記回転情報取得手段の出力に応じた上記摩耗量関数と上記回転子の回転速度を含む値の積を上記ブラシの使用開始直後から現在までの時間に亘って積算して上記ブラシの総摩耗量を演算することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項５】
バッテリと、
上記バッテリと上記界磁巻線との間の通電のＯＮ／ＯＦＦを行う界磁回路部と、
上記バッテリと上記電機子巻線との間の通電のＯＮ／ＯＦＦを行うパワー回路部と、
上記パワー回路部及び界磁回路部を制御する回路制御部と
を備え、
上記摩耗量演算部が、上記電流情報取得手段を兼ね、上記バッテリの出力電圧と界磁回路部のＤＵＴＹに基づいて上記界磁電流の大きさの情報を取得することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
上記温度情報取得手段は、上記ブラシの外部の所定部の温度を測定することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
上記ブラシを支持するブラシホルダを備え、
上記温度情報取得手段は、上記ブラシホルダの温度を測定することを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
【請求項８】
上記摩耗量演算部は、上記バッテリの出力電圧と界磁回路部のＤＵＴＹに基づいて上記ブラシに印加される電圧を演算し、演算した上記電圧と上記電流情報取得手段により測定される界磁電流とから上記ブラシの抵抗値を電気量換算抵抗値として演算するとともに、上記ブラシの総摩耗量から上記ブラシの現在の長さを演算し、摩耗される前に測定された上記ブラシの抵抗値の情報に基づいて、現在の上記ブラシの抵抗値を摩耗量換算抵抗値として演算し、上記電気量換算抵抗値と摩耗量換算抵抗値との比較結果を上記ブラシの摩耗量の計算に反映させて上記ブラシの総摩耗量を計算することを特徴とする請求項３、請求項４、請求項６、及び請求項７のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項９】
上記付勢手段の付勢力を得るための付勢力検出手段を有し、
上記摩耗量関数が、上記付勢力検出手段が取得する付勢力を変数に含む関数として定義され、
上記摩耗量演算部は、上記付勢手段検出手段の出力を含む情報に応じた上記摩耗量関数の値と上記回転子の回転速度を含む値の積を上記ブラシの使用開始直後から現在までの時間に亘って積算して上記ブラシの総摩耗量を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１０】
上記スリップリングの周囲の大気と同じ環境下にある大気の湿度を測定する湿度計を備え、
上記摩耗量関数が、上記スリップリングの周囲の大気と同じ環境下にある大気の湿度を変数に含む関数として定義され、
上記摩耗量演算部は、上記湿度計の出力情報を含む情報に応じた上記摩耗量関数の値と上記回転子の回転速度を含む値の積を上記ブラシの使用開始直後から現在までの時間に亘って積算して上記ブラシの総摩耗量を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車等に搭載される発電電動機などの回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、発電機などの回転電機は、電機子巻線を有する固定子、界磁巻線を有する回転子、及び界磁巻線の端部に設けられたスリップリングに摺動可能に圧接配置され、バッテリからの励磁電流を界磁巻線に供給するためのブラシとを備えている。【０００３】
ブラシが摩耗されてブラシとスリップリングとの通電が遮断されるとバッテリから界磁巻線への電力供給が停止し、回転電機は運転不能となる。この場合、回転電機の運転再開には、ブラシの交換が必須となる。
回転電機を搭載する装置が稼働しているときに、回転電機が運転不能となると、装置自体が故障してしまう場合がある。特に回転電機が、車両に搭載されている場合には、ブラシの摩耗により回転電機の運転が停止してしまうと、車両に対して、深刻な損傷を負わせることもある。【０００４】
このため、ブラシの摩耗に起因した回転電機の異常な運転停止が発生しないように、予想される回転電機の使用時間に応じたブラシの摩耗量を鑑みて導き出されるブラシの寿命が、回転電機の性能保証期間に対して十分に長く設定されている。【０００５】
しかし、ブラシの寿命を長くするのには、ブラシの長さを長くする必要があるブラシの長さを長くすると、回転電機を大型化してコストの増加を招いてしまう。【０００６】
上記の問題を鑑み、ブラシの摩耗量を推定してブラシの交換時期の到来を警告する装置を備える各種回転電機が提案されている。【０００７】
従来の車両用発電機のブラシ摩耗検出装置は、発電機のブラシを介して発電機の界磁巻線に流れる電流値を検出する電流検出回路と、発電機の出力電圧値を検出する出力電圧検出回路と、電流検出回路が検出する電流値あるいは出力電圧検出回路が検出する出力電圧値に基づいてブラシの摩耗状態を判定するブラシ摩耗判定回路とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
ブラシは、一対のブラシ（+）とブラシ（-）とを備え、一対のブラシのそれぞれは、コイルばねによりスリップリングに押し付けられるように付勢されている。
従来の車両用発電機のブラシ摩耗検出装置は、エンジンの回転始動時に、界磁巻線に流れる初期励磁電流を検知し、この初期励磁電流に基づいて、ブラシの摩耗状態を判定するようになっている。【０００８】
従来の車両用発電機のブラシ摩耗検出装置では、ブラシ摩耗判定回路の判定結果から、ブラシが摩耗限界に達したことを警告することができるので、ブラシとスリップリングとの通電が遮断される前にブラシを交換することが可能になり、ブラシの摩耗に起因した従来の車両用発電機の異常な運転停止が回避されていた。【０００９】
また、従来の回転電動機のブラシ監視装置は、電機子電流検出値又は電機子電流と相関のある物理的検出値に対するブラシ摩耗量を電流対摩耗量の特性に基づき求める電流対応摩耗量演算手段と、電機子回転数検出値又は電機子回転数と相関のある物理的検出量に対するブラシ摩耗量を回転数対摩耗量の特性に基づき求める回転数対応摩耗量演算手段とを備え、これらの演算手段で演算されたブラシ摩耗量を累積加算した累積摩耗量が、摩耗限界を超過したときに警告を発するように構成されている（例えば、特許文献２参照）。【００１０】
従来の回転電動機のブラシ監視装置では、累積摩耗量が、摩耗限界を超過したときに警告が発せられるので、ブラシとスリップリングとの通電が遮断される前にブラシを交換することが可能になり、ブラシの摩耗に起因した従来の回転電動機の異常な運転停止が回避されていた。【００１１】
また、従来のサーボモータのブラシ摩耗管理装置は、ブラシ付サーボモータの起動回数を計数する起動回数カウンタと、ブラシ付サーボモータの運転時間を計数する運転時間カウンタとを備え、ブラシの摩耗量を、起動回数カウンタ及び運転時間カウンタの一方だけでなく、他方も考慮して算出し、算出したブラシの摩耗量からブラシが寿命に達したと判断すると警告を発するように構成されている（例えば、特許文献３）。【００１２】
従来のサーボモータのブラシ摩耗管理装置では、ブラシが寿命に達したと判断されると警告を発するようになっているので、ブラシとスリップリングとの通電が遮断される前にブラシを交換することが可能になり、ブラシの摩耗に起因した従来のサーボモータの異常な運転停止が回避されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−１６８２１４号公報
【特許文献２】特開平６−１４１５１３号公報
【特許文献３】特開昭６２−１５５７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ブラシの摩耗の進度は、ブラシの温度により異なり、主にブラシの温度が上昇するほどスリップリングとブラシとの摩擦によりブラシが摩耗しやすいことは、周知である。【００１５】
特許文献１に記載の従来の回転電動機のブラシ監視装置は、電流検出回路が検出する電流値あるいは出力電圧検出回路が検出する出力電圧値に基づいてブラシの摩耗状態を判定するので、ブラシの摩耗量の算出時にブラシの温度変動に伴うブラシの摩耗の進度の変動を反映しきれず、正確なブラシの摩耗量を求めることが出来ない。また、エンジンの始動ごとにブラシの摩耗量を判定するため、エンジンが始動された後、エンジンの稼働中は、ブラシの摩耗量を判定できないので、エンジンの稼働中にブラシが摩耗限界に達しても警告できず、従来の回転電機が連続して長時間運転し続ける場合には、ブラシの不具合により運転が停止してしまう場合がある。【００１６】
特許文献２に記載の従来の回転電動機のブラシ監視装置では、電機子電流に応じたブラシ摩耗量と、電機子回転数の応じたブラシ摩耗量とを別々に求めて足し合わせている。【００１７】
上述したように、ブラシの摩耗の進度は、ブラシの温度により左右される。即ち、ブラシのスリップリングに対する単位摺動距離当たりの摩耗量は、ブラシの温度の関数となる。そして、ブラシの温度に応じたブラシの単位摺動距離当たりの摩耗量とスリップリングに対するブラシの摺動距離との積を積算したものが、ブラシの総摩耗量となる。
このとき、電機子回転数に応じたブラシの温度変化と電機子電流に応じたブラシの温度変化が、互いに関わりあっている。【００１８】
このため、電機子電流に応じたブラシ摩耗量と、電機子回転数に応じたブラシ摩耗量とを別々に求めて足し合わせてブラシの総摩耗量を演算する従来の回転電動機のブラシ監視装置では、ブラシの温度変化にともなうブラシの摩耗量の変化分が正確に反映されず、ブラシの摩耗量を正確に求めることができない。【００１９】
特許文献３に記載の従来のサーボモータのブラシ摩耗管理装置では、従来のサーボモータの起動回数と運転時間に基づいてブラシの摩耗量を求めるものである。
例えば、従来のサーボモータは、加工テーブル等の位置決め制御や直線方向または円弧の補完制御を行うものである。従来のサーボモータが安定した温度条件下に設置されていれば、ブラシの摩耗量をおおよそ正確に求めることができる。しかし、従来のサーボモータが、不安定な温度条件下に設置されている場合には、
ブラシの摩耗量の算出時にブラシの温度変化に伴うブラシの摩耗の進行速度の変動を反映しきれず、正確なブラシの摩耗量を求めることはできない。【００２０】
この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、回転軸との間でトルクを伝達する内燃機関の稼働の有無によらずにブラシの摩耗量を演算可能であり、かつブラシの温度変化を正確に反映させて精度よくブラシの摩耗量を演算することができる回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この発明に係る回転電機は、ハウジングと、界磁巻線を有し、ハウジングに回転可能に支持された回転軸に同軸に固定される回転子と、電機子巻線を有し、回転子を囲繞するようにハウジングに固定される固定子と、回転軸７に固定されるスリップリングと、スリップリングに接する位置に配置されるブラシと、ブラシをスリップリングに付勢する付勢手段と、ブラシの温度に関する情報を取得する温度情報取得手段と、回転軸の回転角度に関する情報を取得する回転情報取得手段と、温度情報取得手段の出力情報を含む温度情報に基づいてブラシの温度を取得するとともに、ブラシの温度を変数とし、ブラシの単位摺動距離当たりの摩耗量として定義される摩耗量関数のブラシの温度に応じて決まる値と回転子の回転速度との積をブラシの使用開始直後から現在までの時間に亘って積算した値に基づいてブラシの総摩耗量を演算する摩耗量演算部とを備えている。
【発明の効果】
【００２２】
この発明の回転電機によれば、摩耗量演算部が温度情報取得手段の出力情報を含む温度情報に基づいてブラシの温度を取得し、ブラシの温度に応じた摩耗量関数の値と回転子の回転速度との積をブラシの使用開始直後から現在までの時間に亘って積算した値に基づいてブラシの総摩耗量を演算するので、回転電機のシステムの稼働中に関係なくブラシの摩耗をリアルタイムに演算することが可能であり、かつブラシの温度変化を正確に反映させて、ブラシの摩耗量を正確に演算することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る発電電動機の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る発電電動機のブラシ及び温度計の要部破断断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る発電電動機システム構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る発電電動機によるブラシの摩耗量の計算について説明するフロー図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る発電電動機の断面図である。
【図６】この発明の実施の形態５に係る発電電動機のシステム構成図である。
【図７】この発明の実施の形態６に係る発電電動機のシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００２５】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る発電電動機の断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る発電電動機のブラシ及び温度計の要部破断断面図である。
【００２６】
図１において、回転電機としての発電電動機１Ａは、回転電機本体２と、回転電機本体２に一体に取り付けられる制御ユニット４０とを有する。
【００２７】
回転電機本体２は、ボルト９を用いて一体化されたブラケット４Ａ，４Ｂからなるハウジング３と、ハウジング３に支持された軸受け５，６に、両端をハウジング３から延出させて軸まわりに回転自在に支持された回転軸７と、ハウジング３内で回転軸７に同軸に固定されて回転軸７とともに回転する回転子１０と、回転子１０の外周側を囲繞するようにハウジング３の内周面に固定された固定子１５と、回転軸７の一端に取り付けられ、回転軸７（回転子１０）の回転角度に関する情報を取得する回転情報取得手段としての回転センサ２８と、回転軸７の他端に固定されて図示しないベルトを介してエンジンなどの内燃機関に接続され、回転軸７のトルクを内燃機関に伝達したり、内燃機関のトルクを回転軸７に伝達したりするためのプーリ８とを備える。
回転センサ２８には、例えばレゾルバなどを用いることができる。
【００２８】
また、回転電機本体２は、回転子１０の回転軸７の軸方向の両側面に取り付けられるファン１８ａ，１８ｂと、回転子１０の回転軸７の軸方向の一側で回転軸７に固定され、回転子１０に電流を供給するスリップリング２１とを備えている。さらに、回転電機本体２は、スリップリング２１の外周面に接する位置に配置される一対のブラシ２４、及び一対のブラシ２４をスリップリング２１に付勢する付勢手段としての一対のスプリング２６を有するブラシユニット２３と、図２に示されるように、ブラシ２４に埋設されてブラシ２４の温度に関する情報を得る温度情報取得手段としての温度計２９ａと、ブラシ２４を流れる電流、言い換えれば界磁電流を測定する電流情報取得手段としての電流検出素子（図示せず）を備えている。
【００２９】
制御ユニット４０は、３つのパワー回路モジュール５０Ａと、界磁回路モジュール５０Ｂと、パワー回路モジュール５０Ａ及び界磁回路モジュール５０Ｂが取り付けられ、ハウジング３に支持されるヒートシンク３０と、後述の回路制御部及び摩耗量演算部からなる制御部を有する制御基板６０とを備えている。
なお、制御部は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及び各種制御プログラムが格納されたＲＯＭなどにより構成され、回路制御部および摩耗量演算部の各機能を実現している。
【００３０】
各パワー回路モジュール５０Ａは、固定子１５に供給する電流をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング素子（図示せず）を有している。
また、界磁回路モジュール５０Ｂは、回転子１０に供給する電流をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング素子（図示せず）を有している。
回路制御部は、パワー回路モジュール５０Ａ及び界磁回路モジュール５０Ｂのスイッチング素子の制御信号を出力してパワー回路モジュール５０Ａ及び界磁回路モジュール５０Ｂを制御するように構成されている。
【００３１】
ハウジング３は、軸方向の両端の中央部に内外を連通する穴が形成された概略中空の円柱状をなす。そして、軸受け５，６がハウジング３内に同軸に取り付けられ、回転軸７を支持している。
【００３２】
回転子１０は、電流が流されて磁束を発生する界磁巻線１１と、界磁巻線１１を覆うように設けられ、界磁巻線１１に発生した磁束によって磁極が形成される一対のポールコア体１２とを備えている。一対のポールコア体１２は、例えば、鉄製で、それぞれ、例えば８つの爪状磁極が外周縁に周方向に等角ピッチで軸方向に突設され、爪状磁極をかみ合わせるように対向して回転軸７に固定されている。
【００３３】
固定子１５は、固定子コア１６と、固定子コア１６に巻装された電機子巻線１７とを備えている。電機子巻線１７は、Ｙ結線からなる３相交流巻線により構成されている。
【００３４】
ヒートシンク３０は、平板リング状のベースプレート３１、及びベースプレート３１の裏面から延出される複数の冷却フィン３２を備えている。ベースプレート３１の周方向の一部の範囲から延出される冷却フィン３２の長さは、他の冷却フィン３２の長さより短くなっている。そして、ヒートシンク３０は、回転子１０の軸方向の一側のファン１８ａに冷却フィン３２を向け、ベースプレート３１の軸心を回転軸７の軸心に一致させて回転軸７の一端側が挿通した状態でハウジング３内に固定されている。そして、パワー回路モジュール５０Ａ及び界磁回路モジュール５０Ｂがベースプレート３１のおもて面に取り付けられている。
【００３５】
また、制御基板６０とパワー回路モジュール５０Ａ及び界磁回路モジュール５０Ｂとが、中継基板６５及びコネクタ６７を介して接続されている。これにより、制御基板６０の回路制御部が、制御信号をパワー回路モジュール５０Ａ及び界磁回路モジュール５０Ｂに出力可能になっている。
【００３６】
また、電機子巻線１７を構成する各３相交流巻線の口出し線９２の端部が中継ベース９１及び接続ターミナル９０を介してパワー回路モジュール５０Ａに電気的に接続されている。
また、ブラシ２４と界磁回路モジュール５０Ｂとが、図示しない接続ターミナルを介して電気的に接続されている。
【００３７】
ブラシユニット２３は、一面が開口し、当該開口面に直交する方向に所定の奥行きを有する箱状のブラシホルダ２５と、それぞれが一端部をブラシホルダ２５の開口から延出させて奥行き方向に延在するように、互いに平行にブラシホルダ２５に収納されたブラシ２４と、ブラシ２４の他端部をブラシホルダ２５から延出する方向に付勢する付勢手段としてスプリング２６とを備えている。
ブラシ２４は黒鉛と銅を主材料として作製されている。
また、スプリング２６は、ブラシホルダ２５の底部とブラシ２４との間に縮設されている。
【００３８】
ブラシユニット２３は、ベースプレート３１からの冷却フィン３２の延出部を短くして確保したスペースを利用して配置されている。このとき、ブラシユニット２３は、ブラシホルダ２５の開口部をスリップリング２１に向け、ブラシホルダ２５の開口部から延出されるブラシ２４の端部が、スリップリング２１に接するようにブラシホルダ２５をハウジング３に固定して配置されている。これにより、ブラシ２４が、スプリング２６の付勢力によりスリップリング２１に付勢されて、ブラシ２４の一端部がスリップリング２１に加圧状態に当接する。
【００３９】
また、通風口３ａが、おおよそヒートシンク３０、ブラシユニット２３、及び一方のファン１８ａの外側に位置するハウジング３の外周部の所定部位に形成されている。通風口３ａのうち、ファン１８ａと離れた側が吸気部となり、ファン１８ａに近い側が排気部となっている。吸気部から吸入された空気は、ヒートシンク３０の熱を奪いつつ冷却フィン３１を通過した後、ファン１８ａの中心側に導かれ、次いで、ファン１８ａの表面に沿ってファン１８ａの外周部に導かれて排気部から排出される。
【００４０】
また、制御ユニット４０には、図示しない外部制御装置と通信を行うためのコネクタ７９が設けられている。外部制御装置は、パワー回路モジュール５０Ａ及び界磁回路モジュール５０Ｂの制御指令を送信する機能を有している。そして、外部制御装置の信号出力ケーブルの端部には、図示しないコネクタが設けられ、当該コネクタとコネクタ７９とが嵌合され、外部制御装置と制御基板６０との間で信号の授受が可能になっている。
【００４１】
次いで、発電電動機１Ａのシステム構成について図面を参照しつつ説明する。
図３はこの発明の実施の形態１に係る発電電動機のシステム構成図である。
【００４２】
図３において、発電電動機１Ａのシステムは、Ｙ結線された３相交流巻線からなる電機子巻線１７と、界磁巻線１１と、電機子巻線１７と界磁巻線１１の電流を制御するための制御信号を出力する回路制御部６２、及びブラシ２４の摩耗量を演算する摩耗量演算部６３を備え、制御基板６０に組み込まれた制御部６１とを備えている。
【００４３】
また、発電電動機１Ａのシステムは、電機子巻線１７に接続され、回路制御部６２から出力される制御信号に応じて電機子巻線１７に電力を供給したり、電機子巻線１７の出力電流を整流したりするインバータユニット１００と、回路制御部６２からの制御信号に応じて界磁巻線１１に電力を供給する界磁回路部１１０と、インバータユニット１００を介して電機子巻線１７から供給される電力により充電されるバッテリ１２０とを備える。
さらに、発電電動機１Ａのシステムは、図示しないブラシを流れる電流、言い換えれば、界磁巻線１１に流れる電流を検出する電流検出素子１３を備えている。
【００４４】
インバータユニット１００は、パワー回路モジュール５０Ａを構成するスイッチング素子１０３及びダイオード１０４を有するパワー回路部１０１を３つ並列に接続して構成される。
【００４５】
各パワー回路部１０１は、上アーム１０２ａ及び下アーム１０２ｂにより構成されている。
そして、上アーム１０２ａ及び下アーム１０２ｂのそれぞれは、パワー回路モジュール５０Ａを構成するスイッチング素子１０３及びダイオード１０４を並列に接続したもので構成されている。
上アーム１０３ａと下アーム１０３ｂは、スイッチング素子１０３が直列となるように接続されている。このとき、上アーム１０３ａが、バッテリ１２０の高電位側に接続され、下アーム１０３ｂがバッテリ１２０の低電位側に接続されている。
各パワー回路部１０１の上アーム１０３ａ及び下アーム１０３ｂの接続部（中間電位端子）と電機子巻線１７の各相巻線のコイルエンドとが、配線を介して接続されている。また、スイッチングのＯＮ／ＯＦＦを制御するためのスイッチング素子１０３の端子と回路制御部６２とが電気的に接続されている。
【００４６】
また、界磁回路部１１０は、界磁回路モジュール５０Ｂを構成するスイッチング素子１０３とダイオード１０４を直列に接続したもので構成されている。そして、バッテリ１２０の高電位側にスイッチング素子１０３が接続され、バッテリ１２０の低電位側にダイオード１０４が接続されている。また、直列に接続された電流検出素子１３及び界磁巻線１１がダイオード１０４に並列に接続されている。スイッチングのＯＮ／ＯＦＦを制御するためのスイッチング素子１０３の端子と回路制御部６２とが電気的に接続されている。
【００４７】
パワー回路部１０１及び界磁回路部１１０のスイッチング素子１０３のＯＮ／ＯＦＦに応じて、固定子１５及び回転子１０からバッテリ１２０またはバッテリ１２０から固定子１５及び回転子１０への電力供給のＯＮ／ＯＦＦが切り替わる。
即ち、パワー回路部１０１は、バッテリ１２０と固定子１５の電機子巻線１７との間の通電のＯＮ／ＯＦＦを行い、界磁回路部１１０は、バッテリ１２０と回転子１０の界磁巻線１１との間の通電のＯＮ／ＯＦＦを行う。
【００４８】
また、詳細には図示しないが、電流検出素子１３は、制御部６１に接続され、摩耗量演算部６３が、電流検出素子１３の出力に基づいて界磁電流の大きさを認識可能になっている。
また、バッテリ１２０には、出力電圧（入出力端子間の電圧）を検出するための図示しない出力電圧取得手段が内蔵されており、バッテリ１２０の出力電圧情報出力用の端子が制御部６１に接続されている。そして、摩耗量演算部６３が、バッテリ１２０の出力電圧を認識可能になっている。
【００４９】
また、温度計２９ａが、摩耗量演算部６３に電気的に接続され、摩耗量演算部６３には、温度計２９ａの情報が入力される。摩耗量演算部６３は温度計２９ａの出力をそのままブラシ２４の温度として認識する。
また、回転センサ２８が、摩耗量演算部６３に電気的に接続され、摩耗量演算部６３には、回転軸７の回転角度に関する情報が入力される。そして、摩耗量演算部６３は、回転軸７の回転角度の時間変化から回転軸７の回転速度、言い換えれば回転子１０の回転速度を演算可能である。
また、外部制御装置１３０と制御部６１とが通信可能に接続されている。
【００５０】
以上のように構成された発電電動機１Ａでは、電動機と発電機の両方の機能を併せ持つ。
まず、電動機としての動作を説明する。図示しないエンジンの始動時には、直流電力がバッテリ１２０からインバータユニット１００に供給される。外部制御装置１３０から指令を受けた回路制御部６２が、各インバータユニット１００のスイッチング素子１０３をＯＮ／ＯＦＦ制御し、バッテリ１２０からインバータユニット１００に入力された直流電流が３相交流電流に変換されて電機子巻線１７に供給される。
【００５１】
また、回路制御部６２の制御信号に応じた電流が供給されている界磁巻線１１の周囲に回転磁界が発生し、回転子１０（図１参照）が回転される。回転子１０の回転力が、プーリ８（図１参照）から図示しないベルトを介してエンジンに伝達されてエンジンが始動される。
【００５２】
次いで、発電機としての動作を説明する。
回路制御部６２が、外部制御装置１３０からの指令に従って、バッテリ１２０の出力に応じた界磁電流が流れるように界磁回路部１１０を構成するスイッチング素子１０３のスイッチング制御を行う。
【００５３】
エンジンが始動されると、エンジンの回転力が図示しないクランク軸、ベルト及びプーリ８を介して回転軸７に伝達される。これにより、回転子１０が回転され、電機子巻線１７に３相交流電圧が誘起される。
【００５４】
また、回路制御部６２が相間電圧を読み取り、例えば、バッテリ１２０の定格電圧を超えた場合に、パワー回路部１０１のスイッチング素子１０３をＯＦＦに切り替えるようにスイッチング素子１０３の制御を行う。
これにより、電機子巻線１７に誘起された３相交流電力が直流電力に変換され（整流され）、この直流電力によりバッテリ１２０が充電される。
【００５５】
以上のように、発電電動機１Ａでは、運転時に界磁電流を流して回転子１０を励磁する必要があるため、バッテリ１２０は、常時、ブラシ２４及びスリップリング２１を介して界磁巻線１１に界磁電流を供給している。従って、ブラシ２４の温度が界磁電流によって高温になる。このとき、ブラシ２４の温度が高温になるほどブラシ２４を構成する黒鉛や銅の粒子が剥がれやすくなるので、スリップリング２１と接触するブラシ２４の表面の黒鉛や銅の粒子の離脱量が多くなる。
【００５６】
発電電動機１Ａは、ブラシ２４の温度と回転子１０の回転速度に基づいてブラシ２４の摩耗量を計算する。
ここで、スリップリング２１に対するブラシ２４の単位摺動距離当たりの摩耗量は、ブラシ２４の温度によって変動し、これは予め既知である。
スリップリングに対する単位摺動距離当たりのブラシ２４の摩耗量（単位摺動摩耗量）を表す関数（摩耗量関数）ｆ（θ）が、ブラシ２４の温度θの関数として定義されて摩耗量演算部６３に格納されている。
【００５７】
スリップリング２１の直径をＤ、時間ｔでの回転速度（ｒ／ｍｉｎ）をＮ（ｔ）とすると、ブラシ２４のスリップリング２１に対する合計の摺動距離Ｌは以下の数１により表される。
【００５８】
【数１】
2012077227.tif 000003
【００５９】
数１は、πＤＮ（ｔ）を、時間ｔが０から現在の時間に至るまで積分した値に相当する。
【００６０】
また、ブラシ２４の総摩耗量Ｆは、各時間でのブラシ２４の温度をθ（ｔ）としたとき、以下の数２により表される。
【００６１】
【数２】
2012077227.tif 000004
【００６２】
このように、ブラシ２４の総摩耗量Ｆは、摩耗量関数のブラシ２４の温度に応じて決まる値とブラシ２４の温度を認定したときの回転子１０の回転速度を含む積をブラシ２４の使用開始直後から現在までの時間ｔに亘り積算して演算される。
【００６３】
そして、摩耗量演算部６３は、数２に基づいて、ブラシ２４の総摩耗量Ｆを演算するように構成されている。
摩耗量演算部６３は、リアルタイムに測定されるブラシ２４の温度を把握し、ブラシ２４の温度に応じた単位摺動摩耗量を採用して、ブラシ２４の総摩耗量を演算する。従って、演算されたブラシ２４の総摩耗量Ｆには、ブラシ２の温度変化が適切に反映され、摩耗量演算部６３により演算される総摩耗量Ｆは、実際のブラシ２４の摩耗量に対して誤差の少ない正確な値となる。
【００６４】
次いで、摩耗量演算部６３によるブラシ２４の総摩耗量Ｆの演算動作について図面を参照しつつ説明する。
図４はこの発明の実施の形態１に係る発電電動機の摩耗量演算部によるブラシの摩耗量の演算動作を説明するフロー図である。
なお、図４では説明の便宜上、ステップ１０１〜ステップ１０６をＳ１０１〜Ｓ１０６と記載する。
【００６５】
初期状態として、発電電動機１Ａは新規のものが用意されているものとする。即ち、ブラシ２４ユニットのブラシ２４は摩耗されていないものとし、摩耗量演算部６３内の記憶領域には、総摩耗量Ｆｎの初期値が０として格納されている。
【００６６】
図４のステップ１０１では、摩耗量演算部６３は、入力される温度計２９ａの出力、回転センサ２８の出力など、各種出力を読み取る。
ステップ１０２で、摩耗量演算部６３は、摩耗量関数ｆ（θ（ｔ））に、温度計２９ａの出力値を入力し、温度計２９ａの出力に対応する、言い換えれば、現在のブラシ２４の温度に応じて決まる摩耗量関数の値（単位摺動摩耗量）を計算する。
【００６７】
さらに、ステップ１０３で、摩耗量演算部６３は、単位摺動摩耗量ｆ（θ（ｔ））と回転軸７の現在の回転速度Ｎ（ｔ）（ｒ／ｍｉｎ）から、単位時間当たりのブラシ２４の摩耗量ｆ（θ（ｔ））×πＤＮ（ｔ）を計算する。
さらに、ステップ１０４で、摩耗量演算部６３は、計算した単位時間当たりのブラシ２４の摩耗量を、現在のＦｎの値に加えた結果を新たにＦｎとする。即ち、Ｆｎ＝Ｆｎ＋ｆ（θ（ｔ））×πＤＮ（ｔ）の演算を行う。なお、この計算は、単位時間が経過するごとに連続して行われる。
【００６８】
次いで、ステップ１０５で、摩耗量演算部６３は、Ｆｎの値が、ブラシ２４の限界摩耗量Ｆｌｉｍより大きくなったか否かを判定する。
なお、ブラシ２４の限界摩耗量Ｆｌｉｍは、ブラシ２４の機能を失われるものを意味するものではなく、ブラシ２４の交換時期の到来したことの目安値として設定される。
【００６９】
ステップ１０５で、摩耗量演算部６３は、ＦｎがＦｌｉｍより大きくなっていないと判断すると、ステップ１０２に戻り、ＦｎがＦｌｉｍより大きくなったと判断すると、外部制御装置１３０に警告を発する（ステップ１０６）。
【００７０】
詳細には、図示しないが、発電電動機１Ａが搭載される車両などの製品には、ブラシ２４の摩耗が摩耗限界になったことを報知するための報知手段が設けられている。外部制御装置１３０は、Ｆｎ＞Ｆｌｉｍの警告を受信すると、報知手段を制御して、ブラシ２４が摩耗限界に達したことの警告を報知するようになっている。
【００７１】
この実施の形態１に係る発電電動機１Ａによれば、摩耗量演算部６３が、ブラシの単位摺動距離当たりの摩耗量として定義される摩耗量関数のブラシ２４の温度に応じて決定される値と回転子１０の回転速度を含む積をブラシ２４の使用開始直後から現在までの時間に亘って積算してブラシ２４の総摩耗量を演算している。
従って、発電電動機１Ａによれば、システムの稼働中にブラシ２４の摩耗をリアルタイムに演算することが可能であり、かつブラシ２４の摩耗量を演算するのに、ブラシ２４の温度変化が正確に反映される。これにより、ブラシ２４の総摩耗量が正確に演算され、ブラシ２４の総摩耗量が限界摩耗量に達したことを適切な時期に警報できるようになる。つまり、不必要に発電電動機を損傷させることを回避できる。
【００７２】
実施の形態２．
この実施の形態２に係る発電電動機の構成は、実施の形態１と同様である。
【００７３】
摩耗量演算部６３によるブラシ２４の総摩耗量の演算動作について説明する。
摩耗量演算部６３は、ブラシ２４の総摩耗量を計算するのに、温度計２９ａが測定した温度τ（ｔ）、回転速度Ｎ（ｔ）の他、界磁電流Ｉｆ（ｔ）を鑑みて計算する。
【００７４】
ここで、温度計２９ａにより温度を測定されるブラシ２４の部位は、スリップリング２１に対するブラシ２４の摺動面から離れている。このため、摩耗されるブラシ２４の摺動面の実際の温度に温度計２９ａが測定する温度が追随出来ず、摩耗されるブラシ２４の摺動面の実際の温度と温度計２９ａが測定する温度との間に温度差が生じる。
【００７５】
界磁電流の大きさに応じて、温度計２９ａが測定する温度とブラシ２４の摺動面の実際の温度との温度差が小さくなる方向に補正することは可能であり、ブラシ２４の摺動面の温度を、温度計２９ａのみで測定するものに比べてより正確に推定することが可能である。
【００７６】
摩耗量演算部６３は、時間ｔでのブラシ２４の摺動面の温度θ（ｔ）を、温度計２９ａにより測定された温度τ（ｔ）と界磁電流Ｉｆ（ｔ）に基づいて演算する。即ち、摩耗量関数ｆ（θ（ｔ））を、温度計２９ａにより測定された温度τ（ｔ）と界磁電流Ｉｆ（ｔ）の関数として定義しておき、ブラシ２４の総摩耗量Ｆを以下の数３から算出することで、ブラシ２４の総摩耗量の計算をより正確に行うことができる。
【００７７】
【数３】
2012077227.tif 000005
【００７８】
これは、温度計２９ａの出力、及び回転センサ２８の出力に応じた摩耗量関数の値と回転子１０の回転速度を含む値の積をブラシの稼働開始から現在までの時間に亘って積算してブラシ２４の総摩耗量を演算することに相当している。
【００７９】
この実施の形態２によれば、摩耗量演算部６３が、界磁電流Ｉｆの大きさも鑑みて、温度計２９ａが測定する温度τとブラシ２４の摺動面の実際の温度との温度差が小さくなる方向に補正している。このため、実施の形態２の発電電動機では、温度計２９ａの温度をブラシ２４の摺動面の温度として見なすものに比べ、より正確にブラシ２４の総摩耗量を推定することが可能である。従って、この実施の形態２の発電電動機によれば、ブラシ２４の総摩耗量が限界摩耗量に達したことをより一層適切な時期に警報できるようになり、不必要に発電電動機を損傷させることを回避できる。
【００８０】
なお、以上の説明では、電流情報取得手段としての電流検出素子１３により直接検出される界磁電流Ｉｆを用いて、ブラシ２４の総摩耗量を計算するものとして説明したが、界磁電流Ｉｆは、電流検出素子１３により検出するものによらず、摩耗量演算部６３が演算により界磁電流を求めるものでもよい。即ち、電流情報取得手段は摩耗量演算部６３が兼ねてもよい。
【００８１】
摩耗量演算部６３は、バッテリ１２０の出力電圧と以下に説明する界磁回路部１１０のＤＵＴＹ比に基づいて求める。回路制御部６２は、界磁回路部１１０内のスイッチング素子１０３を周期的にＯＮ／ＯＦＦして、界磁電流を所定の電流に制御している。界磁回路部１１０のＤＵＴＹ比は、スイッチング素子１０３をＯＮ／ＯＦＦする周期に対して、スイッチング素子１０３がＯＮとなっている時間の割合で定義される。
これにより、バッテリ１２０の出力電圧と界磁回路部１１０のＤＵＴＹ比からブラシ２４に印加される電圧を演算することが可能である。
【００８２】
ブラシ２４の抵抗値は、ブラシ２４の長さと温度に基づいて演算可能である。ブラシ２４の長さは、これまでのブラシ２の総摩耗量に基づいて演算可能であるので、摩耗量演算部６３は、ブラシ２４の抵抗値を演算して、界磁電流を演算することができる。
摩耗量演算部６３は、このように導出した界磁電流を、上記と同様に、摩耗量関数ｆの変数となっている界磁電流の値に代入した単位摺動摩耗量からブラシ２４の総摩耗量を演算することで、ブラシ２４の総摩耗量を正確に推定することが可能となる。
【００８３】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３に係る発電電動機の断面図である。
なお、図５において、上記実施の形態１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００８４】
図５において、発電電動機１Ｂは、温度計２９ａが省略され、温度計２９ｂがブラシホルダ２５の外面に取り付けられている他は発電電動機１Ａと同様に構成されている。
【００８５】
まず、ブラシ２４の摩耗量は、上述の通りブラシ２４の温度と深く関係する。ブラシホルダ２５に取り付けた温度計２９ｂが測定する温度とブラシ２４の摺動面の実際の温度との相関関係は、界磁電流や回転子１０の回転速度が安定していれば、発電電動機１Ｂの構造が既知であるので推定可能である。一方、温度計２９ｂがブラシ２４と異なる箇所に配置されているので、ブラシ２４の摺動面の実際の温度に温度計２９ｂが測定する温度が追随出来ず、摩耗されるブラシ２４の摺動面の実際の温度と温度計２９ｂが測定する温度との間に温度差が生じる。
【００８６】
以上をふまえ、摩耗量演算部６３によるブラシ２４の摩耗量の演算動作について説明する。
温度計２９ｂが測定する温度とブラシ２４の摺動面の実際の温度との相関関係のみならず、界磁電流と回転速度を考慮することで、リアルタイムに、ブラシ２４の温度を推定することは可能である。
【００８７】
温度計２９ｂにより測定される温度をτ（ｔ）、界磁電流をＩｆ（ｔ）とすると、ブラシ２４の温度θは、温度τ、界磁電流Ｉｆ、回転速度Ｎの関数として、θ（τ（ｔ）、界磁電流Ｉｆ（ｔ）、Ｎ（ｔ））と表すことができる。即ち、摩耗量関数（θ（ｔ））は、温度τ（ｔ）、界磁電流Ｉｆ（ｔ）、及び回転速度Ｎ（ｔ）を変数とする関数となる。
なお、ブラシ２４の温度θには、温度計２９ｂが測定する温度とブラシ２４の摺動面の温度との相関関係を補完する係数が組み込まれている。
【００８８】
摩耗量演算部６３は、逐次入力される温度τ（ｔ）、界磁電流Ｉｆ（ｔ）、回転速度Ｎ（ｔ）の情報からリアルタイムに予測されるブラシ２４の温度θ（ｔ）を演算し、ブラシ２４の温度θ（ｔ）に応じた摩耗量関数ｆ（θ（ｔ））と回転速度Ｎ（ｔ）とから、ブラシ２４の総摩耗量Ｆを以下の数４に基づいて演算することができる。
【００８９】
【数４】
2012077227.tif 000006
【００９０】
なお、摩耗量演算部６３は、上記で図４のフロー図を用いて説明したのと同様にブラシ２４の総摩耗量Ｆｎを求め、ブラシ２４の総摩耗量が限界摩耗量に達したか否かを判断し、判断結果により警報を出すか否かを判断する。
【００９１】
従って、摩耗量演算部６３は、求めたブラシ２４の総摩耗量Ｆｎと限界摩耗量Ｆｌｉｍとを比較し、ＦｎがＦｌｉｍより大きくなったと判断すると、外部制御装置１３０に警告を発する。
【００９２】
この実施の形態３によれば、ブラシ２４の外部の発電電動機１Ｂの所定部位に設けられた温度計２９ｂが測定される温度と、界磁電流と、回転子１０の回転速度に基づいてブラシ２４の温度を推定し、推定したブラシ２４の温度に応じたブラシ２４の単位摺動距離当たりの摩耗量を定義する摩耗量関数と回転子の回転速度を含む値の積を上記ブラシ２４の稼働開始から現在までの時間に亘って積算してブラシ２４の総摩耗量を演算している。
【００９３】
摩耗量演算部６３が、温度計２９ｂの出力と、界磁電流と、回転子１０の回転速度から予測されるブラシ２４の温度を的確に反映してブラシ２４の摩耗量を演算しているので、ブラシ２４の摩耗量を正確に演算することができる。これにより、ブラシ２４の摩耗量が限界摩耗量に達したことを適切な時期に警報できるようになる。
【００９４】
また、発電電動機１Ａのように、ブラシ２４の温度を温度計２９ａで直接測定する場合、ブラシ２４に温度計２９ｂを埋設するなどする必要がある。発電電動機１Ａの動作中では、常時ブラシ２４に界磁電流が流れるので、ブラシ２４の温度が非常に高温となる。非常に高温な温度を測定範囲に有する温度計２９ａを用いる必要があることから、高価な温度計を用いる必要ある。また、温度計２９ａが、ブラシ２４の内部に取り付けられるために、寸法的にも制約が多く、ブラシ２４に温度計を組みこむ製造工程が複雑となる。
【００９５】
一方、発電電動機１Ｂでは、温度計２９ｂをブラシ２４の外部のブラシホルダ２５に設ける構成としたため、ブラシ２４に温度計を直接取り付けるものに比べて、温度計２９ｂに要求される測定温度が低下するので、安価な温度計２９ｂで対応可能となり、製造コストを削減できる。
【００９６】
また、温度計２９ｂがブラシホルダ２５に取り付けることで、温度計２９ｂにより測定される温度は、ブラシ２９ｂの温度変化に対して大きく遅れることなく追従するので、ブラシ２４の温度を温度計２９ｂの出力に基づいて求めるときの誤差を小さくできる。
【００９７】
なお、この実施の形態３では、温度計２９ｂはブラシホルダ２５の外面に設けられるものとして説明したが、温度計２９ｂは、ブラシ２４以外の発電電動機１Ｂの構成部品のいずれの所定部位に取り付けられていても上記と同様の効果が得られる。
【００９８】
例えば、温度計は、熱的に損傷されやすく、熱的に保護を必要とする部品に取り付けてもよい。この場合、部品の加熱保護に用いるための温度測定と、ブラシ２４の摩耗量推定に用いるための温度測定を一つの温度計で行うことができ、発電電動機１Ｂ全体のコストを削減できる。
【００９９】
また、温度計２９ｂは、通風口３ａの吸気部側から吸入される空気の温度を検出可能にハウジング３に取り付けてもよい。吸気される空気の温度は、発電電動機の各部品の温度と大きく関係することが多く、温度計２９ｂは、ブラシ２４の摩耗量の演算用に用いられるだけでなく、様々の部品の過熱保護用などにも利用できる。従って、一つの温度計２９ｂを発電電動機に多様な機能をもたせるための用途に用いることができ、コストを抑制しつつ発電電動機の機能性の向上を実現できる。
【０１００】
なお、この実施の形態３では、摩耗量関数は、温度計２９ａの測定温度、界磁電流、及び回転子１０の回転速度を変数とする関数で定義するものとして説明したが、例えば、温度計２９ａの測定温度と回転子１０の回転速度の２つを変数としてもよい。この場合、摩耗量演算部６３は、温度計２９ａの出力と回転センサ２８の出力に応じた摩耗量関数の値と回転子１０の回転速度を含む値の積をブラシ２４の使用開始直後から現在までの時間に亘って積算してブラシ２４の総摩耗量を演算すればよい。
但し、界磁電流を摩耗量関数の変数に含めることで、一層ブラシ２４の総摩耗量を精度よく演算できる。
【０１０１】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る発電電動機の構成は発電電動機１Ａと同様に構成されている。
【０１０２】
次いで、発電電動機の摩耗量演算部６３によるブラシ２４の摩耗量の演算について説明する。
ここで、各ブラシ２４とスリップリング２１との間の抵抗は、ブラシ２４とスリップリング２１の接触面間の圧力により変化し、ブラシ２４とスリップリング２１の接触面間の圧力が高い方がブラシ２４とスリップリング２１との間の抵抗は小さくなる。このため、ブラシ２４が短くなるほど、スプリング２６が伸びて、スプリング２６の付勢力が低下するので、ブラシ２４とスリップリング２１の接触面間の圧力が低下し、ブラシ２４とスリップリング２１の間の抵抗が大きくなる。
【０１０３】
摩耗量演算部６３は、バッテリ１２０の出力電圧と界磁回路のＤＵＴＹ比を用いてブラシ２４に印加される電圧を演算し、演算した電圧と電流検出素子１３が検出する界磁電流とから、ブラシ２４の抵抗値を演算するように構成されている。以下、この手法で、摩耗量演算部６３により演算されたブラシ２４の抵抗値を電気量換算抵抗値とする。
【０１０４】
また、摩耗量演算部６３には、ブラシ２４の製造時（使用前）の所定温度での抵抗値が格納されている。ブラシ２４の抵抗値は、ブラシ２４の温度に応じて変動するものである。摩耗量演算部６３は、ブラシ２４が摩耗された場合でも、ブラシ２４の総摩耗量から摩耗後のブラシ２４の長さが分かるので、使用前に測定したブラシ２４の抵抗値から、所定温度の環境下に現状のブラシ２４が置かれたときの抵抗値を演算することも可能である。以下、ブラシ２４の総摩耗量と摩耗前のブラシ２４の抵抗値とから演算される抵抗値を摩耗量換算抵抗値とする。
【０１０５】
摩耗量演算部６３は、ブラシ２４の単位摺動当たりのブラシ２４の摩耗量を計算する際、電気量換算抵抗値と摩耗量換算抵抗値の比較結果を、摩耗量関数に反映させて、ブラシ２４の総摩耗量を演算することで、ブラシ２４の単位摺動当たりの摩耗量の計算をより正確に行うことができる。
なお、摩耗量演算部６３は、上記で図４のフロー図を用いて説明したのと同様にブラシ２４の総摩耗量Ｆｎを求め、ブラシ２４の総摩耗量が限界摩耗量に達したか否かを判断し、判断結果により警報を出すか否かを判断する。
【０１０６】
以上のように、この実施の形態４の発電電動機によれば、摩耗量演算部６３は、これまでの総摩耗量と摩耗前の所定温度でのブラシ２４の抵抗値の情報に基づいて演算される摩耗量換算抵抗値とバッテリ１２０の出力電圧と界磁回路部１１０のＤＵＴＹとから演算される電気量換算抵抗値とを比較することで、現状のブラシ２４の温度を精度よく推定することが可能になる。
従って、この実施の形態４の発電電動機は、ブラシ２４の総摩耗量の計算を実施の形態１のものに比べてより正確に行うことができる。これにより、ブラシ２４の摩耗量が限界摩耗量に達したことを、より一層適切な時期に警報できるようになり、不必要に発電電動機を損傷させることを回避できる。
【０１０７】
実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５に係る発電電動機のシステム構成図である。
なお、図６において、上記実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【０１０８】
図６において、発電電動機１Ｃは、スプリング２６の付勢力を測定するための付勢力検出手段としての圧力センサ３５を有している。
詳細には図示しないが、圧力センサ３５は、例えば、ブラシ２４に一端が当接されるスプリング２６の他端とブラシホルダ２５の間に介装され、スプリング２６の他端がブラシホルダ２５を押圧する圧力を検出する。
【０１０９】
スプリング２６の他端がブラシホルダ２５を付勢する力は、スプリング２６の一端がブラシ２４を付勢する力に相当する。
そして、圧力センサ３５は、摩耗量演算部６３に接続され、摩耗量演算部６３は圧力センサ３５の出力を読み取り可能である。
【０１１０】
次いで、発電電動機１Ｃの摩耗量演算部６３によるブラシ２４の摩耗量の演算について説明する。
ここで、ブラシ２４の摩耗の進行速度は、ブラシ２４をスリップリング２１に押し付けるスプリング２６の付勢力が大きいほど早い。ブラシ２４の摩耗が進むにつれて、縮設されていたスプリング２６が伸長するので、スプリング２６の付勢力が低下し、ブラシ２４の摩耗の進行速度は遅くなる。
【０１１１】
そこで、摩耗量演算部６３では、スプリング２６の付勢力Ｐ（ｔ）をブラシ２４の摩耗量の計算に反映させてブラシ２４の総摩耗量を求める。即ち、摩耗量関数ｆを温度計２９ａに測定された温度τ（ｔ）とスプリング２６の付勢力Ｐ（ｔ）の関数としてブラシ２４の摩耗量を計算する。
例えば、スプリング２６の付勢力Ｐ（ｔ）の低下に応じたブラシ２４の摩耗速度の遅速化の度合いを示す係数ｐ（ｔ）を定義しておく。このとき、摩耗量関数ｆ（θ（ｔ），Ｐ（ｔ））＝ｆ（θ（ｔ））×ｐ（ｔ）とすることができる。
【０１１２】
そして、ブラシ２４の総摩耗量Ｆは、以下の数５により表される。
【０１１３】
【数５】
2012077227.tif 000007
【０１１４】
即ち、摩耗量演算部６３は、圧力センサ３５の出力と温度計２９ａの出力を含む情報応じて決まる摩耗量関数の値と回転子１０の回転速度を含む値の積をブラシ２４の使用開始直後から現在までの時間に亘って積算してブラシ２４の総摩耗量を演算する。
なお、摩耗量演算部６３は、上記で図４のフロー図を用いて説明したのと同様にブラシ２４の総摩耗量Ｆｎを求め、ブラシ２４の総摩耗量が限界摩耗量に達したか否かを判断し、判断結果により警報を出すか否かを判断する。
【０１１５】
以上のように、摩耗量演算部６３が、ブラシ２４の総摩耗量Ｆを演算するのに、ブラシ２４の温度だけでなくスプリング２６の付勢力を考慮に入れて演算するので、演算されたブラシ２４の摩耗量は、現実のブラシ２４の摩耗量に対して誤差の小さいものとなる。
このため、摩耗量演算部６３は、より適切な時期に、ブラシ２４の摩耗量が限界摩耗量に達したことの警報をできるので、不必要に発電電動機を損傷させることを回避できる。
【０１１６】
なお、付勢力検出手段は、圧力センサ３５であるものとして説明したが、付勢力検出手段は摩耗量演算部６３が兼ねていてもよい。
即ち、摩耗量演算部６３のＲＯＭには、スプリング２６のばね定数と初期状態のスプリング２６の縮み量が格納されている。
【０１１７】
スプリング２６の付勢力は、ばね定数とスプリング２６の縮み量とから演算することが可能である。スプリング２６の縮み量は、ブラシ２４の総摩耗量に応じて変化するが、ブラシ２４の総摩耗量からブラシ２４の長さの短縮量が分かるので、摩耗量演算部６３は、ブラシ２４の総摩耗量に応じたスプリング２６の縮み量を演算可能である。即ち、摩耗量演算部６３は、リアルタイムにスプリング２６の付勢力を演算できる。
【０１１８】
以上のように、計算によりスプリング２６の付勢力Ｐ（ｔ）を演算する摩耗量演算部６３の機能を付勢力検出手段として用いることで、圧力センサ３５によりスプリング２６の付勢力Ｐ（ｔ）を演算するものと同様の効果が得られる。
【０１１９】
実施の形態６．
図７はこの発明の実施の形態６に係る発電電動機のシステム構成図である。
なお、図７において、上記実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【０１２０】
図７において、発電電動機１Ｄは、スリップリング２１の周囲の大気と同じ環境下にある大気の湿度を測定する湿度計３８を有している。
他の構成は、発電電動機１Ａと同様に構成されている。
【０１２１】
大気中の水蒸気がスリップリンの表面及びブラシ２４の摺動面に作る水膜の状態に応じてブラシ２４とスリップリング２１の間の摩擦の大きさが変動する。
湿度が高くなると、水膜が厚くなるので、ブラシ２４とスリップリング２１の間の摩擦が小さくなって、ブラシ２４が滑りやすくなり、湿度が低くなると水膜が薄くなるので、ブラシ２４とスリップリング２１の間の摩擦が大きくなって、ブラシ２４が滑りにくくなる。
【０１２２】
例えば、夏と冬の間で湿度の変化が大きい日本で、発電電動機を用いる場合、夏と冬とで顕著にブラシ２４の摩耗量が異なる。
【０１２３】
そこで、摩耗量演算部６３では、湿度計３８が測定する湿度Ｈ（ｔ）をブラシ２４の摩耗量の計算に反映させてブラシ２４の総摩耗量を求める。即ち、摩耗量関数ｆは温度計２９ａが出力する温度τ（ｔ）と湿度計３８が出力する湿度Ｈ（ｔ）を変数に有する関数として用意する。
【０１２４】
例えば、湿度の変化に対応するブラシ２４の摩耗速度の変化の度合いを表す係数ｈ（ｔ）を定義しておく。このとき、このとき、摩耗量関数ｆ（θ（ｔ），Ｈ（ｔ））＝ｆ（θ（ｔ））×ｈ（ｔ）とすることができる。
【０１２５】
そして、ブラシ２４の総摩耗量Ｆは、以下の数６により表される。
【０１２６】
【数６】
2012077227.tif 000008
【０１２７】
即ち、摩耗量演算部６３は、湿度計３８の出力と温度計２９ａの出力を含む情報応じて決まる摩耗量関数の値と回転子１０の回転速度を含む値の積をブラシ２４の使用開始直後から現在までの時間に亘って積算してブラシ２４の総摩耗量Ｆを演算する。
なお、摩耗量演算部６３は、上記で図４のフロー図を用いて説明したのと同様にブラシ２４の総摩耗量Ｆｎを求め、ブラシ２４の総摩耗量が限界摩耗量に達したか否かを判断し、判断結果により警報を出すか否かを判断している。
【０１２８】
以上のように摩耗量演算部６３が、ブラシ２４の総摩耗量Ｆを演算するのに、ブラシ２４の温度だけでなく湿度を考慮に入れて演算するので、演算されたブラシ２４の総摩耗量は、現実のブラシ２４の総摩耗量に対して誤差の小さいものとなる。
このため、摩耗量演算部６３は、より一層適切な時期に、ブラシ２４の摩耗量が限界摩耗量に達したことの警報をでき、これにより不必要に発電電動機を損傷させることを回避できる。
【０１２９】
なお、実施の形態６において、摩耗量関数ｆは、温度計２９ａが測定した温度τ及び湿度計３８が測定した湿度Ｈ（ｔ）を変数に有するものとして説明したがこのものに限定されず、これらの変数に加え、実施の形態４と同様、圧力センサ３５の測定圧力Ｐ（ｔ）を変数に有する摩耗量関数ｆや、回転子１０の回転速度Ｎ（ｔ）を変数に有する摩耗量関数を用いてもよい。
【０１３０】
また、各実施の形態では、回転電機は発電電動機であるものとして説明したが、回転電機は発電電動機と同様の構成を有する電動機や発電機であってもよい。
【符号の説明】
【０１３１】
３  ハウジング、７  回転軸、１０  回転子、１１  界磁巻線、１３  電流検出素子（電流情報取得手段）、１５  固定子、１７  電機子巻線、２１  スリップリング、２４  ブラシ、２５  ブラシホルダ、２６  スプリング（付勢手段）、２８  回転センサ（回転情報取得手段）、２９ａ，２９ｂ  温度計、３５  圧力センサ（付勢力検出手）、３８  湿度計、６２  回路制御部、６３  摩耗量演算部、１０１  パワー回路部、１１０  界磁回路部、１２０  バッテリ。
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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