(57)【要約】【課題】簡単な構成でブラシ装置の各極の冷却効率を向上できる回転電機を提供する。【解決手段】極５ａにおいて、ブラシ固定部８ａは、回転軸４と同心円状に設けられている。ブラシ固定部８ａには、３つのブラシ７ａが、円周方向に等間隔に設けられている。回転軸４の長さ方向に沿ってブラシ装置５を見ると、極５ａの隙間１１ａにおいて、隣り合うブラシ７ａ，７ａの間に、極５ｂのブラシ７ｂ及び極５ｃのブラシ７ｃが、互いに重なり合わずに見えるようになっている。この配置は、極５ａにおけるブラシ７ａの位置に対して、極５ｂにおけるブラシ７ｂの位置を、回転軸４を中心とした円周方向に対してずらすと共に、極５ｃにおける７ｃの位置もさらに、回転軸４を中心とした円周方向に対してずらすことにより可能となる。【選択図】図２
2014014219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
複数の極を有するブラシ装置と
を備え、
該ブラシ装置の各極は、
前記回転軸とともに回転するように設けられたスリップリングと、
該スリップリングに接するように設けられた複数のブラシと、
該複数のブラシを固定するブラシ固定部と
を備え、
各ブラシ固定部には、空気が通過する開口部が形成され、前記回転軸の長さ方向に沿って前記ブラシ装置を見たときに、各極のブラシの位置が、前記回転軸を中心とした円周方向に対してずれている回転電機。
【請求項２】
前記回転軸の長さ方向に沿って前記ブラシ装置を見たときに、前記空気が最初に通過する前記開口部を有する極の隣り合うブラシの間に、他の極のブラシのうち、前記スリップリングと前記ブラシとが噛み合い始める部分が少なくとも見えるようになっている、請求項１に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機に係り、特に、ロータに電力を供給するブラシ装置を備えた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ等の回転電機は一般的に、ケーシングに固定されたステータと、ステータに対して相対回転可能なロータと、ロータに電力を供給するブラシ装置とを有している。ブラシ装置は複数の極から構成されており、各極は、回転軸の外周に設けられたスリップリングと、スリップリングに押し付けられるように設けられたブラシと、ブラシを固定するブラシホルダとから構成されている。ブラシを介してスリップリングに電力を給電することやブラシとスリップリングとの摩擦により、スリップリングやブラシが発熱するので、各極を冷却する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、各極を冷却するための冷却装置が記載されている。この冷却装置は、ブラシ装置を収容したスリップリングカバー内に冷却空気を流入させる複数の通気口にその開度を調整し得るシャッタを設け、スリップリングカバー内に流入した冷却空気によって各極を均等に冷却するために複数の導風板と仕切板とを設けたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６０−１５３６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の冷却装置は、各極を均等に冷却することはできるものの、シャッタと、導風板と、仕切板とを設ける必要があり、部品点数が多くなるといった問題点がった。
【０００６】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、簡単な構成でブラシ装置の各極の冷却効率を向上できる回転電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】
【０００７】
この発明に係る回転電機は、回転軸と、複数の極を有するブラシ装置とを備え、ブラシ装置の各極は、回転軸とともに回転するように設けられたスリップリングと、スリップリングに接するように設けられた複数のブラシと、複数のブラシを固定するブラシ固定部とを備え、各ブラシ固定部には、空気が通過する開口部が形成され、回転軸の長さ方向に沿ってブラシ装置を見たときに、各極のブラシの位置が、回転軸を中心とした円周方向に対してずれている。
回転軸の長さ方向に沿ってブラシ装置を見たときに、空気が最初に通過する開口部を有する極の隣り合うブラシの間に、他の極のブラシのうち、スリップリングとブラシとが噛み合い始める部分が少なくとも見えるようになっていてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、回転軸の長さ方向に沿ってブラシ装置を見たときに、各極のブラシの位置が、回転軸を中心とした円周方向に対してずれていることにより、各極のブラシの少なくとも一部には、空気が通過する方向に関して上流側の極でブラシを冷却しなかった空気が直接当たるようになるので、簡単な構成でブラシ装置の各極の冷却効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電機においてブラシ装置が設けられた部分の断面図である。
【図２】実施の形態１に係る回転電機のブラシ装置の平面図である。
【図３】実施の形態２に係る回転電機のブラシ装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態１に係る回転電機においてブラシ装置が設けられた部分の断面図を示す。この回転電機は、外側ケーシング１及び内側ケーシング２を有し、これらの間に、後述する空気が流れる空気通路３が形成されている。内側ケーシング２には、内側ケーシング２と空気通路３とを連通する連通孔２ａが形成されている。また、内側ケーシング２内には、回転軸４が回転可能に設けられ、図示しないロータに電力を供給するブラシ装置５が設けられている。ブラシ装置５は、３つの極５ａ，５ｂ，５ｃを有している。
【００１１】
極５ａ，５ｂ，５ｃはそれぞれ、回転軸４に固定され回転軸４とともに回転可能な円環状のスリップリング６ａ，６ｂ，６ｃと、スリップリング６ａ，６ｂ，６ｃのそれぞれに接触するように設けられたブラシ７ａ，７ｂ，７ｃと、ブラシ７ａ，７ｂ，７ｃのそれぞれが固定された円環状のブラシ固定部８ａ，８ｂ，８ｃとを有している。ブラシ固定部８ａ，８ｂ，８ｃは、内側ケーシング２に固定されたブラシホルダ９を構成する。ブラシ固定部８ａ，８ｂ，８ｃはそれぞれ、回転軸４が挿入される円形状の穴１０ａ，１０ｂ，１０ｃを有しており、回転軸４とブラシ固定部８ａ，８ｂ，８ｃのそれぞれとの間には隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃが構成されている。隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、後述する空気が通過する開口部を構成する。
【００１２】
図２に示されるように、極５ａにおいて、ブラシ固定部８ａは、回転軸４と同心円状に設けられている。ブラシ固定部８ａには、３つのブラシ７ａが、円周方向に等間隔に設けられている。回転軸４の長さ方向に沿ってブラシ装置５を見ると、極５ａの隙間１１ａにおいて、隣り合うブラシ７ａ，７ａの間に、極５ｂ（図１参照）のブラシ７ｂ及び極５ｃ（図１参照）のブラシ７ｃが、互いに重なり合わずに見えるようになっている。この配置は、極５ａにおけるブラシ７ａの位置に対して、極５ｂにおけるブラシ７ｂの位置を、回転軸４を中心とした円周方向に対してずらすと共に、極５ｃにおける７ｃの位置もさらに、回転軸４を中心とした円周方向に対してずらすことにより可能となる。
【００１３】
次に、この発明の実施の形態１に係る回転電機の動作を図１及び２に基づいて説明する。
図示しない電源から供給された電力がブラシ７ａ，７ｂ，７ｃを介してスリップリング６ａ，６ｂ，６ｃに給電されることにより、回転軸４が矢印Ａの方向に回転する。回転軸４の回転とともにスリップリング６ａ，６ｂ，６ｃも矢印Ａの方向に回転し、スリップリング６ａ，６ｂ，６ｃのそれぞれは、ブラシ７ａ，７ｂ，７ｃと擦れ合う。そうすると、ブラシ７ａ，７ｂ，７ｃを介してスリップリング６ａ，６ｂ，６ｃに電力を給電することやブラシ７ａ，７ｂ，７ｃとスリップリング６ａ，６ｂ，６ｃとの摩擦により、スリップリング６ａ，６ｂ，６ｃやブラシ７ａ，７ｂ，７ｃが発熱する。また、スリップリング６ａ，６ｂ，６ｃとブラシ７ａ，７ｂ，７ｃとが擦れ合うことにより、ブラシ７ａ，７ｂ，７ｃが摩耗してブラシ７ａ，７ｂ，７ｃを形成するカーボンの摩耗粉が発生し、その一部がスリップリング６ａ，６ｂ，６ｃに付着する。
【００１４】
そこで、各極５ａ，５ｂ，５ｃのスリップリング６ａ，６ｂ，６ｃ及びブラシ７ａ，７ｂ，７ｃを冷却することと、スリップリング６ａ，６ｂ，６ｃに付着した摩耗粉を除去することとを目的として、回転軸４に沿って極５ａから極５ｃに向かって空気を流通させる。この空気は、極５ａのスリップリング６ａ及びブラシ７ａを冷却すると共にスリップリング６ａに付着した摩耗粉を吹き飛ばして除去した後、隙間１１ａを通過して、極５ｂに至る。極５ｂに至った空気は、極５ｂでも極５ａと同じ作用を行った後、隙間１１ｂを通過して極５ｃに至る。極５ｃに至った空気は、極５ｃでも、極５ａ及び５ｂと同じ作用を行った後、隙間１１ｃ及び連通孔２ａを順次通過し、空気通路３を流通して回転電機の外部に排出される。
【００１５】
空気は、スリップリング６ａ及びブラシ７ａを冷却すると、温度が上昇する。スリップリング６ａ及びブラシ７ａを冷却することにより温度が上昇した空気がスリップリング６ｂ及びブラシ７ｂを冷却しようとすると、スリップリング６ｂ及びブラシ７ｂの冷却効率は、スリップリング６ａ及びブラシ７ａの冷却効率よりも低くなる。同様の理由で、スリップリング６ｂ及びブラシ７ｂを冷却することにより温度が上昇した空気がスリップリング６ｃ及びブラシ７ｃを冷却しようとすると、スリップリング６ｃ及びブラシ７ｃの冷却効率は、スリップリング６ｂ及びブラシ７ｂの冷却効率よりも低くなる。すなわち、各極５ａ，５ｂ，５ｃの冷却効率にバラツキが生じることとなる。また、極５ａでブラシ７ａに当たった空気は流れが分散するので、極５ｂ，５ｃにおいてスリップリング６ｂ，６ｃに付着した摩耗粉の吹き飛ばし効果が弱まってしまう。
【００１６】
しかしながら、実施の形態１では、回転軸４の長さ方向に沿ってブラシ装置５を見ると、極５ａの隙間１１ａにおいて、隣り合うブラシ７ａ，７ａの間に、極５ｂのブラシ７ｂ及び極５ｃのブラシ７ｃが、互いに重なり合わずに見えるようになっている。そうすると、極５ａにおいてブラシ７ａに当たってブラシ７ａを冷却した空気は、極５ｂでは、隣り合うブラシ７ｂ，７ｂ間の隙間１１ｂを通り抜け、極５ｃでは、隣り合うブラシ７ｃ，７ｃ間の隙間１１ｃを通り抜ける。すなわち、極５ａでブラシ７ａを冷却した空気は、極５ｂ，５ｃにおいてブラシ７ｂ，７ｃを冷却しない。一方、極５ｂのブラシ７ｂは、極５ａにおいて隣り合うブラシ７ａ，７ａ間の隙間１１ａを通り抜けた空気、すなわち極５ａでブラシ７ａを冷却していない空気が主にブラシ７ｂに当たってブラシ７ｂを冷却する。同様に、極５ｃのブラシ７ｃは、極５ａにおいて隣り合うブラシ７ａ，７ａ間の隙間１１ａ及び極５ｂにおいて隣り合うブラシ７ｂ，７ｂ間の隙間１１ｂを通り抜けた空気、すなわち極５ａ，５ｂでブラシ７ａ，７ｂを冷却していない空気が主にブラシ７ｃに当たってブラシ７ｃを冷却する。これにより、ブラシ７ａ，７ｂ，７ｃにはそれぞれ、おおよそ同じ温度の空気が当たるようになるので、各極５ａ，５ｂ，５ｃの冷却効率にバラツキが生じるのを抑えることができる。
【００１７】
また、ブラシ７ｂ，７ｃとスリップリング６ｂ，６ｃとが接触する部分全体に、極５ａ，５ｂにおいて流れが分散しなかった空気が直接当たるようになるので、スリップリング６ｂ，６ｃに付着した摩耗粉を吹き飛ばして、摩耗粉がブラシ７ｂ，７ｃとスリップリング６ｂ，６ｃとの間に噛み込まれるのを防ぐ効果が悪化するのを防ぐことができる。
【００１８】
このように、回転軸４の長さ方向に沿ってブラシ装置５を見たときに、各極５ａ，５ｂ，５ｃのブラシ７ａ，７ｂ，７ｃの位置が、回転軸４を中心とした円周方向に対してずれていることにより、各極５ａ，５ｂ，５ｃのブラシ７ａ，７ｂ，７ｃには、空気が通過する方向に関して上流側の極でブラシを冷却しなかった空気が直接当たるようになるので、簡単な構成でブラシ装置５の各極５ａ，５ｂ，５ｃの冷却効率を向上することができる。
【００１９】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る回転電機について説明する。尚、実施の形態２において、図１及び２の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る回転電機は、実施の形態１に対して、極５ａの隙間１１ａにおいて、隣り合うブラシ７ａ，７ａの間に見える極５ｂ，５ｃのブラシ７ｂ，７ｃが部分的に重なって配置されるようにしたものである。
【００２０】
図３に示されるように、ブラシ装置１５は、各極５ａ，５ｂ，５ｃにおいて、ブラシ固定部８ａ，８ｂ，８ｃのそれぞれに、４個のブラシ７ａ，７ｂ，７ｃが円周方向に等間隔に設けられている。この実施の形態２では、ブラシ固定部８ａ，８ｂ，８ｃのそれぞれに、４個のブラシ７ａ，７ｂ，７ｃが設けられているので、実施の形態１のように、極５ａの隙間１１ａにおいて、隣り合うブラシ７ａ，７ａの間に、極５ｂのブラシ７ｂ及び極５ｃのブラシ７ｃが、互いに重なり合わずに見えるように配置することができない。そこで、極５ａの隙間１１ａにおいて、隣り合うブラシ７ａ，７ａの間に、ブラシ７ｂ，７ｃに対してスリップリング６ｂ，６ｃ（図１参照）が矢印Ａの方向に回転する際に両者が噛み合い始める部分（図３において破線の円で囲まれた部分）が少なくとも見えるように配置されている。この配置により、極５ａの隙間１１ａにおいて、ブラシ７ａ，７ｃ間に、隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃが連通する部分が構成される。その他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００２１】
次に、この発明の実施の形態２に係る回転電機の動作を図３に基づいて説明する。
回転軸４が回転する動作は、実施の形態１と同じである。また、スリップリング６ａ，６ｂ，６ｃやブラシ７ａ，７ｂ，７ｃが発熱すること、及び、ブラシ７ａ，７ｂ，７ｃを形成するカーボンの摩耗粉が発生することも実施の形態１と同じであり、このため、実施の形態２でも、回転軸４に沿って極５ａから極５ｃに向かって空気を流通させる。この空気は、実施の形態１と同様に、各極５ａ，５ｂ，５ｃのスリップリング６ａ，６ｂ，６ｃ及びブラシ７ａ，７ｂ，７ｃを冷却すると共にスリップリング６ａ，６ｂ，６ｃに付着した摩耗粉を吹き飛ばして除去しながら、隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃを通過する。隙間１１ｃを通過した後の空気の動作は、実施の形態１と同じである。
【００２２】
この実施の形態２では、回転軸４の長さ方向に沿ってブラシ装置５を見ると、極５ａの隙間１１ａにおいて、隣り合うブラシ７ａ，７ａの間に、極５ｂのブラシ７ｂの一部がブラシ７ａに重なっており、また、極５ｃのブラシ７ｃの一部がブラシ７ｂに重なっている。しかしながら、ブラシ７ａに重なっていないブラシ７ｂの他の部分と、ブラシ７ｂに重なっていないブラシ７ｃの他の部分とにはそれぞれ、実施の形態１と同じように、ブラシ７ａを冷却しなかった空気と、ブラシ７ａ及び７ｂを冷却しなかった空気とが直接当たるようになるので、各極５ａ，５ｂ，５ｃの冷却効率にバラツキが生じるのを抑えることができる。
【００２３】
また、極５ａの隙間１１ａにおいて、隣り合うブラシ７ａ，７ａの間に、ブラシ７ｂ，７ｃに対してスリップリング６ｂ，６ｃが回転する際に両者が噛み合い始める部分が見えるようになっていることにより、少なくともこれらの部分には、流れが分散していない空気が直接当たるようになるので、スリップリング６ｂ，６ｃに付着した摩耗粉を吹き飛ばして、摩耗粉がブラシ７ｂ，７ｃとスリップリング６ｂ，６ｃとの間に噛み込まれるのを防ぐ効果が悪化するのを防ぐことができる。
【００２４】
実施の形態１及び２では、外側ケーシング１と内側ケーシング２との間に、回転電機の外部へ空気を排出する空気通路３を構成していたが、この形態に限定するものではない。１つのケーシングを設け、そのケーシングの内部に空気通路を形成したり、ケーシングの内部に連通する配管を設けたりしてもよい。
【００２５】
実施の形態１では、各ブラシ固定部８ａ，８ｂ，８ｃにそれぞれ３つのブラシが固定され、実施の形態２では、各ブラシ固定部８ａ，８ｂ，８ｃにそれぞれ４つのブラシが固定されていたが、これらの個数の形態に限定するものではない。２つ又は４つ以上のブラシが固定されていてもよい。また、各ブラシ固定部に固定されるブラシの数を同一にする必要もなく、各ブラシ固定部に任意の数のブラシが固定されていてもよい。
【００２６】
尚、実施の形態１のように、隣り合うブラシ７ａ，７ａの間にブラシ７ｂ及び７ｃが互いに重なり合わずに見えるようになるか、実施の形態２のように、隣り合うブラシ７ａ，７ａの間にブラシ７ｂ及び７ｃが部分的に重なるに見えるようになるかは、各ブラシ固定部に固定されるブラシの個数のみに依存するものではなく、回転軸４及びスリップリング６ａ，６ｂ，６ｃの直径とブラシ７ａ，７ｂ，７ｃとの相対的な大きさの関係にも依存する。可能であるならば、実施の形態１のような配置にすることが好ましいが、どうしても下流側の極のブラシが部分的に重なるようにしか配置できない場合には、実施の形態２のように、各極におけるブラシとスリップリングとが噛み合い始める部分が少なくとも見えるような配置にすることが好ましい。
【００２７】
実施の形態１及び２では、ブラシ装置５が３つの極５ａ，５ｂ，５ｃを有していたが、３つに限定するものではない。複数の極を有していればいくつであってもよく、２つの極からなるブラシ装置や、４つ以上の極からなるブラシ装置であってもよい。
【符号の説明】
【００２８】
４  回転軸、５，１５  ブラシ装置、５ａ，５ｂ，５ｃ  極、６ａ，６ｂ，６ｃ  スリップリング、７ａ，７ｂ，７ｃ  ブラシ、８ａ，８ｂ，８ｃ  ブラシ固定部、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  穴、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  隙間（開口部）。
【図１】
2014014219.tif 000003
【図２】
2014014219.tif 000004
【図３】
2014014219.tif 000005