(57)【要約】【課題】ブラシの交換頻度を減らして、保守点検にかかる手間及びコストの低減を図ることができる静止形励磁方式の同期機を提供する。【解決手段】スリップリング１０５Ａ，１０５Ｂに対してブラシ１１２Ａ，１１２Ｂの先端側を当接離反できるようにブラシ１１２Ａ，１１２Ｂを移動可能に保持するブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂと、ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂの基端側に設けられた永久磁石１１４Ａ，１１４Ｂと、ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂの基端側と対向するようにブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂに保持された鉄心１１５Ａ，１１５Ｂと、鉄心１１５Ａ，１１５Ｂに巻き付けられたコイル１１６と、コイル１１６へ直流を給電すると共にブラシ１１２Ａ，１１２Ｂ及びスリップリング１０５Ａ，１０５Ｂを介してロータ１０４のコイル１０４ｂへ直流を給電する直流電源装置１２１とを備える静止形励磁方式のモータ１００とした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータに設けられた界磁巻線にブラシ及びスリップリングを介して直流を給電する静止形励磁方式の同期機において、
前記スリップリングに対して前記ブラシの先端側を当接離反できるように当該ブラシを移動可能に保持するブラシガイドと、
前記ブラシの基端側に設けられた永久磁石と、
前記ブラシの基端側と対向するように前記ブラシガイドに保持された鉄心と、
前記鉄心に巻き付けられたコイルと、
前記コイルへ直流を給電すると共に前記ブラシ及び前記スリップリングを介して前記ロータの前記界磁巻線へ直流を給電する直流給電手段と
を備えていることを特徴とする同期機。
【請求項２】
請求項１に記載の同期機において、
前記直流給電手段が、
前記ブラシと前記コイルとを並列又は直列に接続される単一の直流電源装置である
ことを特徴とする同期機。
【請求項３】
請求項１に記載の同期機において、
前記直流給電手段が、
前記ブラシへ接続する第一の直流電源装置と、
前記コイルへ接続する第二の直流電源装置と、
前記第一の直流電源装置から前記ブラシへの給電と前記第二の直流電源装置からの前記コイルへの給電とを連動させる連動手段と
を備えてなることを特徴とする同期機。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の同期機において、
ロータのロータコアの外周に永久磁石を有する永久磁石アシスト型である
ことを特徴とする同期機。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の同期機において、
ハイブリッド自動車又は電気自動車の走行用のモータである
ことを特徴とする同期機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータに設けられた界磁巻線にブラシ及びスリップリングを介して直流を給電する静止形励磁方式の同期機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータに設けられた界磁巻線に電気を流すことにより励磁させる同期機（ＷＦＳＭ）は、動作領域に対応して界磁電流を調整できることから、ロータに永久磁石を設けた同期機（ＰＭＳＭ）よりも、低トルク域での効率の向上や、高速域での出力や効率の向上を図ることができる。
【０００３】
そして、ロータの界磁巻線に対してスリップリング及びブラシを介して直流を給電する静止形励磁方式の同期機は、回転軸に交流励磁機及び回転整流器を設けてロータの界磁巻線に直流を給電するようにしたブラシレスの同期機よりも制御応答性がよいことから、ハイブリッド自動車や電気自動車の走行用のモータ等に適用されている。
【０００４】
このような静止形励磁方式の同期機は、銅等の金属からなるスリップリングを回転軸に設け、摩擦抵抗を低減したカーボン等からなるブラシをばね等でスリップリングに押し付けることにより、回転する回転軸に対して外部から給電することができるようにしている（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１９１９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したような従来の静止形励磁方式の同期機においては、回転するスリップリングに対してブラシを押し付けていることから、運転するにしたがって、ブラシが摩耗してしまい、規定の運転時間ごとにブラシを交換しなければならないため、保守点検にかかる手間及びコストの増加を招いてしまっていた。
【０００７】
このようなことから、本発明は、ブラシの交換頻度を減らして、保守点検にかかる手間及びコストの低減を図ることができる静止形励磁方式の同期機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した課題を解決するための、本発明に係る同期機は、ロータに設けられた界磁巻線にブラシ及びスリップリングを介して直流を給電する静止形励磁方式の同期機において、前記スリップリングに対して前記ブラシの先端側を当接離反できるように当該ブラシを移動可能に保持するブラシガイドと、前記ブラシの基端側に設けられた永久磁石と、前記ブラシの基端側と対向するように前記ブラシガイドに保持された鉄心と、前記鉄心に巻き付けられたコイルと、前記コイルへ直流を給電すると共に前記ブラシ及び前記スリップリングを介して前記ロータの前記界磁巻線へ直流を給電する直流給電手段とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る同期機は、上述した同期機において、前記直流給電手段が、前記ブラシと前記コイルとを並列又は直列に接続される単一の直流電源装置であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る同期機は、上述した同期機において、前記直流給電手段が、前記ブラシへ接続する第一の直流電源装置と、前記コイルへ接続する第二の直流電源装置と、前記第一の直流電源装置から前記ブラシへの給電と前記第二の直流電源装置からの前記コイルへの給電とを連動させる連動手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る同期機は、上述した同期機において、ロータのロータコアの外周に永久磁石を有する永久磁石アシスト型であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る同期機は、上述した同期機において、ハイブリッド自動車又は電気自動車の走行用のモータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る同期機においては、ロータの界磁巻線へ給電するように直流給電手段を作動させると、コイルに電気が流れて鉄心に磁力が発生し、鉄心に対して永久磁石が反発することにより、ブラシがブラシガイド内を移動してスリップリングに当接する一方、ロータの界磁巻線への給電を停止するように直流給電手段の作動を停止させると、コイルへの給電が停止して鉄心の磁力が消滅し、永久磁石が鉄心に引き寄せられることにより、ブラシがブラシガイド内を移動してスリップリングから離反する。
【００１４】
このため、本発明に係る同期機によれば、ブラシの無用な摩耗を防ぐことができるので、ブラシの寿命を延ばして、ブラシの交換頻度を減らすことができ、保守点検にかかる手間及びコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る同期機の第一番目の実施形態のステータ及びロータの径方向断面図である。
【図２】図１の矢線II部の抽出拡大図である。
【図３】図１のモータの要部の概略構成図である。
【図４】図３のモータの作動説明図である。
【図５】本発明に係る同期機の第二番目の実施形態の要部の概略構成図である。
【図６】図５のモータの作動説明図である。
【図７】本発明に係る同期機の他の実施形態のロータの要部の径方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る同期機の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００１７】
〈第一番目の実施形態〉
本発明に係る同期機の第一番目の実施形態を図１〜４に基づいて説明する。
【００１８】
図１に示すように、筒状をなすステータ１０３のステータコア１０３ａのティース部１０３ａａには、コイル１０３ｂが巻き付けられている。ステータコア１０３ａの内側には、筒状をなす突極型のロータ１０４のロータコア１０４ａが同軸をなして配設されている。図１，２に示すように、ロータコア１０４ａの突極部１０４ａａには、界磁巻線であるコイル１０４ｂが巻き付けられている。
【００１９】
図３に示すように、前記ステータ１０３は、前記ステータコア１０３ａの外周がハウジング１０１の内面に固定支持されている。前記ロータ１０４は、前記ロータコア１０４ａの内周が回転軸１０２に同軸をなして固定支持されている。前記回転軸１０２は、その両端側がハウジング１０１にそれぞれ回転可能に支持されている。
【００２０】
前記回転軸１０２の軸方向一方側（図３中、左側）には、銅等の金属からなるスリップリング１０５Ａ，１０５Ｂが軸方向で対をなすように同軸をなして取り付けられている。前記回転軸１０２の内部には、基端側（図３中、左端側）が前記スリップリング１０５Ａ，１０５Ｂに接続し、先端側（図３中、右端側）が前記ロータ１０４のコイルエンド１０４ｂｂの近傍で当該回転軸１０２の外周から露出する銅等の金属からなる帯状の導体１０６Ａ，１０６Ｂが設けられている。前記導体１０６Ａ，１０６Ｂの先端側（図３中、右端側）は、前記ロータ１０４の前記コイルエンド１０４ｂｂに導線１０７Ａ，１０７Ｂで接続されている。
【００２１】
前記スリップリング１０５Ａ，１０５Ｂの上方には、当該スリップリング１０５Ａ，１０５Ｂへ先端（図３中、下端）を向けた角筒形のブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂがそれぞれ配設されており、当該ブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂは、図示しないブラケットに固定支持されている。
【００２２】
前記ブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂの内部には、摩擦抵抗を低減したカーボン等からなる角柱形のブラシ１１２Ａ，１１２Ｂが当該ブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂの軸方向に沿って摺動移動可能にそれぞれ差し込まれており、当該ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂは、前記スリップリング１０５Ａ，１０５Ｂに対して先端側を当接離反できるように当該ブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂにそれぞれ保持されている。
【００２３】
前記ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂの基端側（図３中、上端側）には、銅等の金属からなる角柱形のブラシホルダ１１３Ａ，１１３Ｂの先端側（図３中、下端側）がそれぞれ着脱可能に取り付けられている。前記ブラシホルダ１１３Ａ，１１３Ｂの基端側（図３中、上端側）には、永久磁石１１４Ａ，１１４Ｂがそれぞれ取り付けられている。
【００２４】
前記ブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂの基端側（図３中、上端側）には、角柱形の鉄心１１５Ａ，１１５Ｂの一端側（図３中、下端側）が前記永久磁石１１４Ａ，１１４Ｂと対向するようにそれぞれ嵌合しており、当該鉄心１１５Ａ，１１５Ｂは、当該ブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂを介して前記ブラケットに固定保持されている。
【００２５】
前記ブラシホルダ１１３Ａは、直流給電手段である直流電源装置１２１の一方の極に導線１１７Ａを介して接続している。前記ブラシホルダ１１３Ｂは、直流電源装置１２１の他方の極に導線１１７Ｂを介して接続している。前記鉄心１１５Ａ，１１５Ｂには、コイル１１６が直列に巻き付けられている。前記コイル１１６は、一端が、前記直流電源装置１２１の一方の極に接続し、他端が、前記直流電源装置１２１の他方の極に接続している。
【００２６】
つまり、前記直流電源装置１２１は、前記ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂと前記コイル１１６とが並列に接続されているのである。
【００２７】
このような本実施形態に係る同期機である静止形励磁方式のモータ１００においては、前記直流電源装置１２１を作動させると、前記コイル１１６へ直流が給電されることにより、前記鉄心１１５Ａ，１１５Ｂが電磁石となり、前記永久磁石１１４Ａ，１１４Ｂが反発して、前記ブラシホルダ１１３Ａ，１１３Ｂを介して前記ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂが前記ブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂ内を摺動移動し、当該ブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂの先端が前記スリップリング１０５Ａ，１０５Ｂに押し付けられて当接する（図３参照）。
【００２８】
これにより、前記直流電源装置１２１からの電気は、前記導体１０６Ａ，１０６Ｂ及び前記導線１０７Ａ，１０７Ｂを介して前記ロータ１０４の前記コイル１０４ｂを流れ、これに併せて、前記ステータ１０３の前記コイル１０３ｂに電気が流れると、回転軸１０２が回転する。
【００２９】
他方、前記直流電源装置１２１の作動を停止させると、前記コイル１１６への給電が停止し、前記鉄心１１５Ａ，１１５Ｂの磁力が消滅して、当該鉄心１１５Ａ，１１５Ｂに前記永久磁石１１４Ａ，１１４Ｂが引き寄せられ、前記ブラシホルダ１１３Ａ，１１３Ｂを介して前記ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂが前記ブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂ内を摺動移動し、当該ブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂの先端が前記スリップリング１０５Ａ，１０５Ｂから引き離される（図４参照）。
【００３０】
これにより、前記直流電源装置１２１からの電気を前記ステータ１０３の前記コイル１０３ｂに流さないときには、前記ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂを前記スリップリング１０５Ａ，１０５Ｂから離反させて前記ブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂ内に退避させることができる。
【００３１】
このため、例えば、ハイブリッド自動車の走行用に上記モータ１００を利用した場合には、当該モータ１００による動力を使用せずにエンジンの動力や慣性力だけで走行しているときに（回転軸１０２が連れ回り状態のときに）、前記ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂを前記スリップリング１０５Ａ，１０５Ｂから離反させて当該ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂの無用な摩耗を防ぐことができる。
【００３２】
また、例えば、電気自動車の走行用に上記モータ１００を利用した場合には、定速時や減速時等の略ゼロトルクの状態で走行しているときに、前記ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂを前記スリップリング１０５Ａ，１０５Ｂから離反させて当該ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂの無用な摩耗を防ぐことができる。
【００３３】
したがって、本実施形態に係るモータ１００によれば、前記ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂの寿命を延ばすことができるので、当該ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂの交換頻度を減らして、保守点検にかかる手間及びコストの低減を図ることができる。
【００３４】
なお、本実施形態においては、前記直流電源装置１２１に前記ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂと前記コイル１１６とを並列に接続したが、前記直流電源装置１２１に前記ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂと前記コイル１１６とを直列に接続するようにしてもよい。
【００３５】
〈第二番目の実施形態〉
本発明に係る同期機の第二番目の実施形態を図５，６に基づいて説明する。ただし、前述した実施形態の場合と同様な部分については、前述した実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００３６】
図５に示すように、ブラシホルダ１１３Ａは、第一の直流電源装置２２１の一方の極に、接続や切断を行う第一のスイッチ２１８Ａを有する導線２１７Ａを介して接続している。ブラシホルダ１１３Ｂは、第一の直流電源装置２２１の他方の極に導線２１７Ｂを介して接続している。コイル１１６は、一端が、第二の直流電源装置２２２の一方の極に、接続や切断を行う第二のスイッチ２１８Ｂを介して接続し、他端が、第二の直流電源装置２２２の他方の極に接続している。
【００３７】
第一のスイッチ２１８Ａと第二のスイッチ２１８Ｂとは、第一のスイッチ２１８Ａが接続状態になると、第二のスイッチ２１８Ｂも接続状態となり、第一のスイッチ２１８Ａが切断状態になると、第二のスイッチ２１８Ｂも切断状態となるように連動する連動手段である二連スイッチ２１８となっている。
【００３８】
つまり、二連スイッチ２１８は、第一の直流電源装置２２１からブラシ１１２Ａ，１１２Ｂへの給電と第二の直流電源装置２２２からコイル１１６への給電とを連動させることができるようになっているのである。
【００３９】
なお、本実施形態においては、前記第一の直流電源装置２２１、前記第二の直流電源装置２２２、前記二連スイッチ２１８等により、直流給電手段を構成している。
【００４０】
このような本実施形態に係る同期機である静止形励磁方式のモータ２００においては、前記直流電源装置２２１，２２２を作動させて、前記二連スイッチ２１８を接続状態（ＯＮ）にすると、前述した実施形態の場合と同様に、前記コイル１１６へ直流が給電されることにより、前記鉄心１１５Ａ，１１５Ｂが電磁石となり、前記永久磁石１１４Ａ，１１４Ｂが反発して、前記ブラシホルダ１１３Ａ，１１３Ｂを介して前記ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂが前記ブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂ内を摺動移動し、当該ブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂの先端が前記スリップリング１０５Ａ，１０５Ｂに押し付けられて当接する（図５参照）。
【００４１】
これにより、前記直流電源装置２２１からの電気は、前述した実施形態の場合と同様に、前記導体１０６Ａ，１０６Ｂ及び前記導線１０７Ａ，１０７Ｂを介して前記ロータ１０４の前記コイル１０４ｂを流れる。
【００４２】
他方、前記二連スイッチ２１８を切断状態（ＯＦＦ）にすると、前述した実施形態の場合と同様に、前記コイル１１６への給電が停止し、前記鉄心１１５Ａ，１１５Ｂの磁力が消滅して、当該鉄心１１５Ａ，１１５Ｂに前記永久磁石１１４Ａ，１１４Ｂが引き寄せられ、前記ブラシホルダ１１３Ａ，１１３Ｂを介して前記ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂが前記ブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂ内を摺動移動し、当該ブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂの先端が前記スリップリング１０５Ａ，１０５Ｂから引き離される（図６参照）。
【００４３】
これにより、前記直流電源装置２２１からの電気を前記ステータ１０３の前記コイル１０３ｂに流さないときには、前述した実施形態の場合と同様に、前記ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂを前記スリップリング１０５Ａ，１０５Ｂから離反させて前記ブラシガイド１１１Ａ，１１１Ｂ内に退避させることができる。
【００４４】
つまり、前述した実施形態に係るモータ１００では、前記ロータ１０４の前記コイル１０４ｂへ電気を流す前記直流電源装置１２１から前記コイル１１６にも電気を流すようにしたが、本実施形態に係るモータ２００では、前記直流電源源装置２２１から前記二連スイッチ２１８の前記スイッチ２１８Ａを介して前記ロータ１０４の前記コイル１０４ｂへ電気を流すと共に、当該直流電源装置２２１と個別の前記直流電源装置２２２から前記二連スイッチ２１８の前記スイッチ２１８Ｂを介して前記コイル１１６に電気を流すようにしたのである。
【００４５】
このため、本実施形態に係るモータ２００においては、界磁電流の大きさに関係なく前記鉄心１１５Ａ，１１５Ｂによる磁力を調整することができる。
【００４６】
したがって、本実施形態に係るモータ２００によれば、前述した実施形態に係るモータ１００と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前記スリップリング１０５Ａ，１０５Ｂに対する前記ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂの押圧力（付勢力）を運転出力に関係なく常に一定値にすることができるので、エネルギ損失を大きく抑制することができると共に、運転に伴って前記ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂが摩耗して次第に短くなっても、界磁電流を変化させることなく前記鉄心１１５Ａ，１１５Ｂによる磁力のみを増強して、前記スリップリング１０５Ａ，１０５Ｂに対する前記ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂの押圧力（付勢力）を一定値にすることができるので、当該ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂの利用可能範囲を増やすことができ、保守点検にかかる手間及びコストの更なる低減を図ることができる。
【００４７】
〈他の実施形態〉
なお、例えば、電気自動車の走行用に、前述した実施形態のような静止形励磁方式のモータ１００，２００を利用すると、定速時や減速時等の略ゼロトルクの状態で走行しているときにおいて、界磁電流を供給する必要がなくなり、前記ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂを前記スリップリング１０５Ａ，１０５Ｂから離反させて当該ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂの無用な摩耗を防止できるようになるが、例えば、図７に示すように、ロータコア１０４ａの外周にアシスト用の永久磁石３０８を周方向に沿って複数設けた磁石アシスト型とした静止形励磁方式のモータを利用すると、略ゼロトルクの状態だけでなく、低トルクから中トルクの領域で走行しているときにおいても、界磁電流を供給する必要がなくなり、前記ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂを前記スリップリング１０５Ａ，１０５Ｂから離反させて当該ブラシ１１２Ａ，１１２Ｂの無用な摩耗を防止できるようになるので、上述した効果をさらに顕著に得ることができて非常に好ましい。
【００４８】
また、前述した実施形態においては、ハイブリッド自動車や電気自動車の走行用のモータに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ロータに設けられた界磁巻線にブラシ及びスリップリングを介して直流を給電する静止形励磁方式の同期機であれば、前述した実施形態の場合と同様に適用して、前述した実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明に係る同期機は、ブラシの無用な摩耗を防ぐことができることから、ブラシの寿命を延ばして、ブラシの交換頻度を減らすことができ、保守点検にかかる手間及びコストの低減を図ることができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１００  モータ
１０１  ハウジング
１０２  回転軸
１０３  ステータ
１０３ａ  ステータコア
１０３ａａ  ティース部
１０３ｂ  コイル
１０３ｂｂ  コイルエンド
１０４  ロータ
１０４ａ  ロータコア
１０４ａａ  突極部
１０４ｂ  コイル
１０４ｂｂ  コイルエンド
１０５Ａ，１０５Ｂ  スリップリング
１０６Ａ，１０６Ｂ  導体
１０７Ａ，１０７Ｂ  導線
１１１Ａ，１１１Ｂ  ブラシガイド
１１２Ａ，１１２Ｂ  ブラシ
１１３Ａ，１１３Ｂ  ブラシホルダ
１１４Ａ，１１４Ｂ  永久磁石
１１５Ａ，１１５Ｂ  鉄心
１１６  コイル
１１７Ａ，１１７Ｂ  導線
１２１  直流電源装置
２００  モータ
２１７Ａ，２１７Ｂ  導線
２１８  二連スイッチ
２１８Ａ  第一のスイッチ
２１８Ｂ  第二のスイッチ
２２１  第一の直流電源装置
２２２  第二の直流電源装置
３０８  永久磁石
【図１】
2020145901.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2020145901.tif 000006
【図５】
2020145901.tif 000007
【図６】
2020145901.tif 000008
【図７】
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