(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】ブラシ装置５の極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、この順序で面積が小さくなっている。【選択図】図１
2014030339.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ブラシと、
該ブラシを固定するブラシ固定部と
を備え、
少なくとも１つの前記ブラシ固定部には、空気が通過する開口部が形成され、前記ブラシ固定部のうちの少なくとも１つの前記開口部の面積が、他のブラシ固定部の前記開口部の面積と異なる回転電機。
【請求項２】
前記ブラシ固定部ごとに前記開口部の面積が異なる、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記空気の通過方向に対して各開口部の面積が減少する、請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記空気の通過方向に対して各開口部の面積が増加する、請求項２に記載の回転電機。
【請求項５】
各ブラシ固定部は、前記回転軸が挿入するように形成された穴を設け、前記開口部は、前記回転軸と前記ブラシ固定部との間の隙間である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記開口部は、前記穴の径方向外側に位置するように前記ブラシ固定部に形成された空気通過穴をさらに含む、請求項５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ブラシと、ブラシを固定するブラシ固定部とを備え、少なくとも１つのブラシ固定部には、空気が通過する開口部が形成され、ブラシ固定部のうちの少なくとも１つの開口部の面積が、他のブラシ固定部の開口部の面積と異なる。
ブラシ固定部ごとに開口部の面積が異なってもよい。この場合、空気の通過方向に対して各開口部の面積が減少してもよく、逆に増加してもよい。
ブラシ固定部は、回転軸が挿入するように形成された穴を設け、開口部は、回転軸とブラシ固定部との間の隙間であってもよい。
開口部は、穴の径方向外側に位置するようにブラシ固定部に形成された空気通過穴をさらに含んでもよい。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ブラシ装置の各極の各ブラシ固定部に形成された各開口部の面積のうち少なくとも１つを他のブラシ固定部の開口部の面積と異なるようにすることにより、各極への空気の流れを調整することができるので、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４】実施の形態３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し、この順序で面積が小さくなっている。
【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。図示しないが、他の極５ｂ，５ｃも同様の構成を有している。ただし、穴１０ｂ（図１参照）の内径は穴１０ａの内径よりも小さくなっており、さらに穴１０ｃ（図１参照）の内径は穴１０ｂの内径よりも小さくなっている。すなわち、穴１０ａ，１０ｂ，１０ｃそれぞれの内径の大きさがこの順序で小さくなっていることにより、隙間１１ａ，１１ｂ（図１参照），１１ｃ（図１参照）の面積がこの順序で小さくなっている。
【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。すると、スリップリング６ｂ及びブラシ７ｂを冷却する空気の温度は、スリップリング６ａ及びブラシ７ａを冷却する空気の温度に比べて高くなるので、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６ｃ及びブラシ７ｃの冷却効率はさらに、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。
【００１６】
しかしながら、実施の形態１では、隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃの面積がこの順序で、すなわち空気の通過方向に対して小さくなっている。そうすると、通過する空気の流量は同じでも、隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃを通過する際の空気の速度がこの順序で増大する。空気の速度が大きいほど、空気と空気による冷却対象物との間の熱交換効率、すなわち冷却効率が上昇する。上述したように、極５ａ，５ｂ，５ｃに至る際の空気の温度がこの順序で高くなるので、空気の温度の観点からは空気による冷却効率は低下していくが、極５ａ，５ｂ，５ｃを通過する空気の速度はこの順序で大きくなるので、空気の速度の観点からは空気による冷却効率は上昇していく。これにより、空気の通過方向に対して空気の温度が上昇することによる冷却効率の低下を、空気の通過方向に対して空気の速度が大きくなることによる冷却効率の上昇が補うことにより、各極５ａ，５ｂ，５ｃの空気による冷却効率のバラツキが抑えられる。
【００１７】
このように、ブラシ装置５の各極５ａ，５ｂ，５ｃの各ブラシ固定部８ａ，８ｂ，８ｃに形成された各隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃの面積をこの順序で小さくすることにより、各極５ａ，５ｂ，５ｃへの空気の流れを調整することができるので、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。
【００１８】
実施の形態１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。
【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、各隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃの面積の異なり方を変更したものである。
【００２０】
図３に示されるように、この回転電機はケーシング２１を有し、ケーシング２１には、回転軸４とブラシ装置５とが設けられている。ブラシ装置５の各極５ａ，５ｂ，５ｃの隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、この順序で面積が大きくなっている。各極５ａ，５ｂ，５ｃのブラシ固定部８ａ，８ｂ，８ｃにはそれぞれ、穴１０ａ，１０ｂ，１０ｃと同心円状かつ円環形状のスリット２２ａ，２２ｂ，２２ｃが形成されている。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を通過した空気は、ケーシング２１の半径方向外方に向かって流れた後、スリット２２ｃを通過して、ブラシ固定部８ｂ，８ｃ間に流入し、その後、スリット２２ｂ及び２２ａを順次通過して、回転電機の外部へ排出される。
【００２２】
実施の形態２では、ブラシ固定部８ａ，８ｂ，８ｃのそれぞれにスリット２２ａ，２２ｂ，２２ｃを形成することにより、ケーシング２１内に空気の戻り経路を構成することができるので、ケーシング２１の外部にさらに別のケーシングを設けてそれらの間に空気の戻り経路を構成する必要がなくなり、実施の形態１に比べて回転電機の大きさを小型化することができる。
【００２３】
しかしながら、ブラシ固定部８ａ，８ｂ，８ｃのそれぞれにスリット２２ａ，２２ｂ，２２ｃを形成すると、隙間１１ａを通過した空気の一部がブラシ固定部８ａ，８ｂ間でケーシング２１の半径方向外方に向かって流れた後、スリット２２ａを通過してしまうおそれがある。隙間１１ｂを通過した空気も同様のことが起こり得るので、隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃを通過する空気の流量がこの順序で低下してしまい、各極５ａ，５ｂ，５ｃの冷却効率がこの順序で低下してしまうおそれがある。
【００２４】
空気の流量の低下に起因する冷却効率の低下を抑えるために、実施の形態２では、隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃの面積をこの順序で大きくしている。隙間の面積が大きいほど、空気が通過する際の圧力損失が小さくなるので空気がその隙間を通過し易くなる。このため、隙間１１ｂ，１１ｃを通過しないでケーシング２１の半径方向外方に向かって流れて排出されてしまう空気の量が減り、隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃを順次通過する空気の量の低下を抑えられる。その結果、各極５ａ，５ｂ，５ｃの冷却効率の低下を抑えることができる。
【００２５】
このように、ブラシ固定部８ａ，８ｂ，８ｃのそれぞれにスリット２２ａ，２２ｂ，２２ｃを形成してケーシング２１内に空気の戻り経路を構成した場合には、ブラシ装置５の各極５ａ，５ｂ，５ｃの各ブラシ固定部８ａ，８ｂ，８ｃに形成された各隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃの面積をこの順序で大きくすることにより、各極５ａ，５ｂ，５ｃへの空気の流れを調整することができるので、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。また、ケーシング２１内に空気の戻り経路を構成することにより、回転電機を小型化することもできる。
【００２６】
実施の形態２では、空気の戻り経路を、穴１０ａ，１０ｂ，１０ｃと同心円状かつ円環形状のスリット２２ａ，２２ｂ，２２ｃとしたが、この形態に限定するものではない。任意の形状、サイズ、個数の穴やスリット等をブラシ固定部８ａ，８ｂ，８ｃに設けてもよい。
【００２７】
実施の形態１及び２では、空気が通過する開口部は、回転軸４とブラシ固定部８ａ，８ｂ，８ｃのそれぞれとの間に構成された隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃであったが、この形態に限定するものではない。ブラシ固定部８ａ，８ｂ，８ｃに形成された穴やスリット等を開口部としてもよい。
【００２８】
実施の形態１では、隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃの面積をこの順序で小さくし、実施の形態２では、隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃの面積をこの順序で大きくしたが、この形態に限定するものではない。隣り合う隙間の面積を互い違いに異なるようにしたり、各隙間の面積を各極の特性に応じて個々に決定してもよい。すなわち、各ブラシ固定部のうちの少なくとも１つの開口部の面積が、他のブラシ固定部の開口部の面積と異なるような形態であってもよい。
【００２９】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る回転電機について説明する。
この発明の実施の形態３に係る回転電機は、実施の形態１に対して、空気が通る部分として、隙間１１ａ〜１１ｃの他に、空気が通過する空気通過穴をブラシ固定部に設けたものである。
【００３０】
図４（ａ）に示されるように、ブラシ固定部８ａには、穴１０ａを取り囲むように（すなわち、穴１０ａの径方向外側に位置するように）、かつ、穴１０の周方向に沿って等間隔に３つの空気通過穴１２ａが設けられている。図４（ｂ）に示されるように、ブラシ固定部８ｂにも、穴１０ｂを取り囲むように、かつ、穴１０ｂの周方向に沿って等間隔に３つの空気通過穴１２ｂが設けられている。後述するように、回転軸４に沿って極５ａから極５ｃに向かって流通する空気は空気通過穴１２ａ及び１２ｂも通過するので、空気通過穴１２ａ及び１２ｂも、空気が通過する開口部を構成する。空気通過穴１２ｂの直径は、空気通過穴１２ａの直径よりも小さい。これにより、空気通過穴１２ｂの面積の合計は、空気通過穴１２ａの面積の合計よりも小さくなるので、空気通過穴１２ａ，１２ｂ及び隙間１１ａ，１１ｂ，１１ｃによって構成される開口部の面積は、実施の形態１と同じように、極５ａ，５ｂ，５ｃの順、すなわち空気の通過方向に対して減少する。その他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００３１】
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とで、ブラシ装置５の各極５ａ，５ｂ，５ｃが冷却される動作は、実施の形態１と同じである。しかし、実施の形態３では、その空気の一部は、極５ａにおいて隣り合うブラシ７ａ，７ａ間で空気通過穴１２ａを通過して極５ｂに至る。隙間１１ａを介して極５ｂに至った空気は、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高くなっているので、冷却に寄与しない空気通過穴１２ａを通過した空気よりも温度が高い。極５ｂでは、隙間１１ａを通過した空気と空気通過穴１２ａを通過した空気とが混合することにより、極５ｂに至る空気の温度は、隙間１１ａを通過した空気よりも低くなる。また、極５ｃに至る過程で、空気の一部は空気通過穴１２ｂを通過する。同様の理由で、極５ｃに至る空気の温度は、隙間１１ｂを通過した空気よりも低くなる。その結果、実施の形態１に比べて、極５ａ，５ｂ，５ｃそれぞれに至る空気の温度のばらつきが小さくなる。
【００３２】
このように、空気が通過可能な空気通過穴１２ａ及び１２ｂをブラシ固定部８ａ及び８ｂに設けることにより、極５ａ及び５ｂの冷却に寄与しない空気が、極５ａ及び５ｂの冷却に寄与した空気と混合して極５ｂ及び５ｃに至るようになるので、各極に至る空気の温度のばらつきを小さくすることができる。
【００３３】
実施の形態３では、空気通過穴及び隙間の両方が開口部を構成していたが、この形態に限定するものではない。各極を空気が通過する通路は、ブラシ固定部に形成された空気通過穴のみであってもよい。この場合、各極の開口部の面積は、各ブラシ固定部に形成された空気通過穴の面積の合計となる。
【００３４】
実施の形態３では、ブラシ固定部８ａ及び８ｂのそれぞれに設けた空気通過穴１２ａ及び１２ｂの個数は３個であり、空気通過穴１２ａの直径は空気通過穴１２ｂの直径よりも大きくなっていたが、この形態に限定するものではない。空気通過穴の個数及び直径を任意に調整することにより、各ブラシ固定部の開口部の面積を、空気の通過方向に対して増加させたり、減少させたり、あるいは任意に異なるようにしたりしてもよい。また、空気通過穴は円形状に限定するものではなく、楕円形、多角形、スリット形状等、任意の形状であってもよい。
【００３５】
実施の形態３では、極５ｃのブラシ固定部８ｃには空気通過穴を設けていないが、各極のブラシ固定部のすべてに空気通過穴を設けてもよい。また、極が２つしかない回転電機では、各極の各ブラシ固定部に空気通過穴を設けてもよく、空気の通過方向に対して上流側の極のブラシ固定部にのみ空気通過穴を設けてもよい。後者の場合で、かつ、開口部が空気通過穴のみから構成される場合でも、下流側の極のブラシ固定部には空気通過穴が形成されていないことから、開口部の面積はゼロとなり、上流側のブラシ固定部の開口部の面積と異なることとなる。
【００３６】
実施の形態１〜３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。また、実施の形態１〜３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ていたが、３つに限定するものではない。１つや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。
【符号の説明】
【００３７】
４  回転軸、５  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）、１２ａ，１２ｂ  空気通過穴（開口部）。
【図１】
2014030339.tif 000003
【図２】
2014030339.tif 000004
【図３】
2014030339.tif 000005
【図４】
2014030339.tif 000006