(57)【要約】【課題】  過負荷運転状態等においてもブラシとブラシホルダが固渋することなく、ブラシの有効活用寸法を十分確保可能とし、かつブラシの座乗性を悪化させない、ブラシとブラシホルダ構造を有する回転機を得ることを目的とする。【解決手段】  回転自在に保持された回転子と、前記回転子の回転軸に一体に設けられたスリップリングと、前記スリップリングに向けて配置されたブラシホルダと、前記ブラシホルダに摺動可能に保持されるブラシと、前記ブラシを前記スリップリングに押圧する押圧部材と、を備える回転機において、前記ブラシホルダは一体部材であり、前記ブラシと前記ブラシホルダと間の距離が他の部分よりも離れている隙間部を、前記スリップリング側に有することを特徴とする回転機。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に保持された回転子と、前記回転子に取り付けられたスリップリングと、押圧部材と、前記押圧部材に押圧されることで前記スリップリングに接触するように配置されたブラシと、前記ブラシを摺動可能に保持するブラシホルダと、を備える回転機において、
前記ブラシホルダは前記ブラシに直接接触することで前記ブラシを保持し、前記ブラシの長さ方向に垂直な方向で、前記ブラシと前記ブラシホルダと間の距離が他の部分よりも離れている隙間部が、前記ブラシの長さ方向で前記スリップリング側に設けられたことを特徴とする回転機。
【請求項２】
前記ブラシホルダが、前記スリップリング側に前記押圧部材側より薄い薄肉部を有することを特徴とする請求項1に記載の回転機。
【請求項３】
前記ブラシホルダが、前記スリップリング側の端部に近づくにつれて、前記ブラシと前記ブラシホルダと間の距離が離れていく形状を有することを特徴とする請求項1に記載の回転機。
【請求項４】
前記ブラシホルダが、前記スリップリング側の端部で前記ブラシと反対側に曲げられた形状を有することを特徴とする請求項３に記載の回転機。
【請求項５】
前記ブラシホルダが、前記スリップリング側の端部に向かって薄肉化する薄肉化部を有することを特徴とする請求項３に記載の回転機。
【請求項６】
前記ブラシが、前記スリップリング側に前記押圧部材側より薄い薄部を有することを特徴とする請求項1に記載の回転機。
【請求項７】
前記ブラシホルダは、断面が矩形の筒状であり、前記隙間部が少なくとも内面二面に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の回転機。
【請求項８】
前記隙間部が前記ブラシホルダの内面四面すべてに設けられたことを特徴とする請求項７に記載の回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機に係り、より詳しくは、回転機内部のスリップリングまたは整流子と摺動するブラシがブラシを保持するブラシホルダに固渋することを防止した回転機に関わる。
【背景技術】
【０００２】
一般的にブラシを有する回転機では、ブラシホルダにブラシを保持しばねでブラシ背面から押圧をかける事で、ブラシとスリップリングまたは整流子を所定の力で接触させている。ブラシは、この状態を保持しながら発電した電力を外部へ出力する、または、回転子に電力を供給し回転子を回転させるなどのために、所定の電流が通電される。ブラシホルダとブラシの構成においては、ブラシがブラシホルダ内で摺動可能でかつ過剰なガタつきが生じないように、ブラシとブラシホルダの間には、通常所定の隙間が設けられている。前記隙間が大きい場合は、ブラシのガタつきが増大しブラシの座乗性が悪化する。一方、前記隙間が小さい場合はブラシの熱膨張により、ブラシがブラシホルダに固渋する可能性が高くなる。
【０００３】
上述のガタつきによる振動や騒音の防止を目的とし、ブラシにブラシホルダと略同一の熱膨張係数を有するブラシ被覆材をブラシの押圧部材側に取り付ける事で、押圧部材側のブラシとブラシホルダ間の隙間を小さくしブラシの座乗性を上げた構造が知られている。（たとえば、特許文献１参照）
また、ブラシホルダの内周にバイメタル構造の弾性部材を設け、ブラシのブラシホルダ内での挙動を制限することで、振動、騒音を防止する構造が知られている。(たとえば、特許文献2参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７４７７０号公報
【特許文献２】特開２００７−３２５３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１では、ブラシの押圧部材側に被覆部材を取り付けているため、前記ブラシのスリップリングまたは整流子との摺動摩耗による前記ブラシ寸法の減少と共に、前記被覆部材が取り付けられた部分が、前記スリップリングまたは整流子側に接近することで、前記ブラシのブラシホルダへの固渋を防ぐ隙間が十分に確保できなくなる。また、振動や騒音の防止を目的としているため、過負荷運転状態等の加熱によるブラシの熱膨張まで考慮されていない、などの課題があった。上述の特許文献２では、ブラシとブラシホルダ内の挙動を制限するバイメタル構造の弾性部材が、前記ブラシホルダの所定の位置に取り付けられているため、前記弾性部材を取り付けていない構造に対し、前記ブラシのスリップリングまたは整流子との摺動摩耗による前記ブラシ寸法の減少許容量が小さくなるため、前記ブラシの有効活用寸法が減少する課題があった。
【０００６】
本発明では上記事実を考慮し、ブラシのブラシホルダへの固渋を抑制した回転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】
本発明は、回転自在に保持された回転子と、前記回転子に取り付けられたスリップリングと、押圧部材と、前記押圧部材に押圧されることで前記スリップリングに接触するように配置されたブラシと、前記ブラシを摺動可能に保持するブラシホルダと、を備える回転機において、前記ブラシホルダは前記ブラシに直接接触することで前記ブラシを保持し、前記ブラシの長さ方向に垂直な方向で、前記ブラシと前記ブラシホルダと間の距離が他の部分よりも離れている隙間部が、前記ブラシの長さ方向で前記スリップリング側に設けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上述した本発明によれば、ブラシのブラシホルダへの固渋を抑制した回転機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】回転機の構成図の例である。
【図２】図1におけるA-A断面での回転機の横方向断面である。
【図３】ブラシホルダのスリップリング側に段差を設けた場合のブラシとブラシホルダの構造例である。
【図４】図3のブラシホルダの加工面を2面とした場合の構造例である。
【図５】スリップリング側にいくほど薄肉化されているブラシホルダとブラシの構造例である。
【図６】図5のブラシホルダの加工面を2面とした場合の構造例である。
【図７】ブラシホルダのスリップリング側をブラシと反対側に曲げた場合のブラシとブラシホルダの構造例である。
【図８】図7のブラシホルダの加工面を2面とした場合の構造例である。
【図９】スリップリング側のブラシを細くした場合のブラシホルダとブラシの構造例である。
【図１０】図9のブラシの加工面を2面とした場合の構造例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明に係る風力発電装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
各実施例の回転機は、風力用の発電機について説明するが、本発明はこれに限定せず、ブラシを使用するいかなる回転機であってもよい。特に比較的容量が大きくブラシの発熱が大きい回転機に使用すると本発明の効果がより顕著に現れる。
【００１２】
まず、図1を用いて風力用の発電機の概略構成を説明する。図に示すように、発電機は、本体フレーム１の中に回転子２と、この回転子２と所定の間隙を持って対向配置された固定子３から概略構成され、その回転子２は、軸受４で支持されており、回転軸にはスリップリング５が取り付けられている。図1では、スリップリング５は発電した電力を集電するリング3個と接地用のリング１個から構成された例を示す。図示していないがスリップリング５には、ブラシ６が全面接触するようにらせん溝が配置されている場合もある。
【００１３】
図2は図1のA-A断面での発電機の横方向断面図の一例である。スリップリング５の各相にはブラシ６の保持部材として4個のブラシホルダ７が取りつけられた例を示す。ブラシホルダ７は筒状で両端が解放された構造となっており、ブラシ６の収納や取り外しが容易な構造となっている。ブラシ６とブラシホルダ７の間には隙間が設けられており、ブラシ６はブラシホルダ7に対して摺動可能に保持され、押圧ばね９によりスリップリング５に所定の力で押し付けられている。図2の押圧ばね９はブラシ６が摩耗しても荷重が変化しないような巻きばねを使用した例を示しており、ブラシホルダ７の側面で固定されている。なお、押圧ばね９には巻きばね以外にコイルばね等各種ばねを使用してもよい。
【実施例１】
【００１４】
本発明のブラシを有する回転機の第1の実施例について、図3を参照して詳細に説明する。本実施例は、ブラシホルダが、スリップリング側に押圧部材側より薄い薄肉部を有する例である。図3に本実施例におけるブラシ６とブラシホルダ７Aの構造例を示す。本実施例では、図3(a)に示すように、スリップリング５側のブラシ６とブラシホルダ７Aの隙間を押圧ばね９側より小さくし、ブラシ６とブラシホルダ７Aの固渋を防ぐために、ブラシホルダ７Aのスリップリング５側を押圧ばね９側より薄くした構造としている。ブラシホルダ７Aの内周面に段差を設けることによりブラシ６との隙間を広くしている。
【００１５】
本実施例では、図3(b)に示すように、段差はブラシホルダ７Aの内周面4面全てに設けている。ブラシホルダ７Aの材料には砲金を用いた場合を想定しているが、所定の厚さを有する別部材を用いても良い。ブラシ６は摺動面における通電による発熱及び摺動摩擦熱により、温度が上昇する。スリップリング５側の方が押圧ばね９側よりブラシ６の温度は高くなるので、スリップリング５側の方がブラシ６の熱膨張が大きい。そのため、スリップリング５側のブラシホルダ７A部材を薄くする事により、ブラシ６とブラシホルダ７Aの距離を広くすることができ、ブラシ６がブラシホルダ７Aに固渋する事を防ぐ事ができる。ブラシホルダ７Aの薄い部分の長さは、電流や回転速度等の使用条件で決まる発熱量とブラシ６の温度勾配や膨張量を基に決定すれば良い。また、ブラシホルダ７Aのスリップリング５側は、ブラシ６が衝撃を受け破損などが生じた際に、他のブラシ６へ飛んでいき摺動面にかみこむ事を防ぐ効果などがある。押圧ばね９側のブラシ６の温度上昇はスリップリング５側よりも小さくブラシ６の熱膨張が小さいため、押圧ばね側のブラシ６とブラシホルダ7Aの隙間を狭くしてもブラシ６のブラシホルダ7Aへの固渋は発生しない。そのため、ブラシ６とブラシホルダ７Aの適度な摺動を妨げることなくブラシ６の座乗性を確保する事ができる。
【００１６】
本実施例により、ブラシ６の熱膨張によるブラシホルダ７Aへの固渋を防ぐ事ができ、かつブラシ６の座乗性を良好に維持したままブラシ６をスリップリング５に摺動させる事ができる。
【００１７】
本実施例は、回転自在に保持された回転子２と、回転子２に取り付けられたスリップリング５と、押圧部材である押圧ばね９と、押圧ばね９に押圧されることでスリップリング５に接触するように配置されたブラシ６と、ブラシ６を摺動可能に保持するブラシホルダ７と、を備える回転機において、ブラシホルダ７はブラシ６に直接接触することでブラシ６を保持し、ブラシ６の長さ方向に垂直な方向で、ブラシ６と前記ブラシホルダ７と間の距離が他の部分よりも離れている隙間部が、ブラシ６の長さ方向でスリップリング５側に設けられている。このように隙間部を設けることで、ブラシ６の座乗性を良好に維持したまま、過負荷運転などのため定常運転時よりもブラシ６の発熱量が増加し、熱膨張量が増加しても、ブラシ６がブラシホルダ７に固渋する事を防ぐ事ができる。そのため、ブラシ６のブラシホルダ７への固渋を原因として発生する異常アークと、異常アークにより引き起こされるブラシ６及びスリップリング７の損傷を防止でき、これら要因に伴う運転停止をなくす事ができる。過負荷運転状態等においてもブラシがブラシホルダに固渋することなく、ブラシの有効活用寸法を十分確保可能とし、かつブラシの座乗性を悪化させない、ブラシとブラシホルダ構造である。
【００１８】
ここで、ブラシホルダ７はブラシ６に直接接触する、を別の表現で表すと、一体部材で構成されたブラシホルダ７にブラシ６が設けられている、ということになる。すなわち特許文献２で紹介されている、ブラシホルダの内周にバイメタル構造の弾性部材を設けたようなものは、ここでいう「直接接触」には該当しない。
【００１９】
なおこの隙間部は、ブラシホルダ７側の形状を工夫することにより設けても、ブラシ側の形状を変更することにより設けても構わない。どちらであっても固渋抑制効果を得ることができる。
【００２０】
スリップリング側のブラシとブラシホルダ間の隙間を他の部分よりも距離を大きくする方法として、前記ブラシホルダのスリップリング側の構造を変更する方法と、前記ブラシの前記スリップリング側の摩耗代部分の構造を変更する方法等がある。前記回転機では、前記ブラシと前記スリップリングの摺動面近傍の前記ブラシ温度が通電や摺動摩擦の発熱により最も高くなっており、押圧部材側になるほど前記ブラシの温度は低くなっている。そのため、高温側である前記スリップリング側の前記ブラシと前記ブラシホルダの間隔を前記発熱により発生する熱膨張や酸化膨張量より広くする事により、前記ブラシの前記ブラシホルダへの固渋を防ぐ事ができる。また、前記ブラシの前記押圧部材側は前記スリップリング側より低温となるため、前記ブラシと前記ブラシホルダの間隔を前記スリップリング側に比べ距離を狭くすることができるため、前記ブラシを前記ブラシホルダにガタつきを少なく保持する事ができ座乗性を向上させる事が可能となる。
【実施例２】
【００２１】
本発明のブラシを有する回転機の第２の実施例について、図4を参照して詳細に説明する。本実施例は、ブラシホルダが、断面が矩形の筒状であり、隙間部が少なくとも内面二面に設けられた例である。本実施例によるブラシ６とブラシホルダ７Bの構造では、図4に示すように、熱膨張による寸法変化が大きいブラシ6の長尺側に対向したブラシホルダ７Bの内周面の2面のみに段差を設け薄肉化している。なお、薄肉化する面に付いては、使用条件等々によって任意に2面を選択して良い。
【００２２】
本実施例によっても、スリップリング５側のブラシ６とブラシホルダ７Bの隙間をブラシ６が熱膨張しやすい面を選択的に広くできるため、ブラシ６のブラシホルダ7Bへの固渋を防ぐ事ができる。また、ブラシ６をブラシホルダ7Bで隙間が小さい状態で保持する面が増えるため、実施例1よりも座乗性を良好にできる。
【実施例３】
【００２３】
本発明のブラシを有する回転機の第３の実施例について、図5を参照して詳細に説明する。本実施例は、ブラシホルダが、スリップリング側の端部に近づくにつれて、ブラシとブラシホルダと間の距離が離れていく形状を有する例である。より具体的には、ブラシホルダが、スリップリング側の端部に向かって薄肉化する薄肉化部を有する例である。
【００２４】
実施例３によるブラシ６とブラシホルダ７Cの構造では、図5(a)に示すように、スリップリング５側のブラシ６とブラシホルダ7Cの隙間を押圧ばね９側に比べ距離を広くするため、ブラシホルダ7Cがスリップリング５側に向かって徐々に薄肉となる構造としている。図5(b)に示すように、薄肉にする部位はブラシホルダ７C内周面の4面としている。
【００２５】
本実施例によっても、スリップリング５側のブラシ６とブラシホルダ７Cの隙間を押圧ばね９側に比べ広くする事ができるので、ブラシ６の熱膨張によるブラシホルダ7Cへの固渋を防ぐ事ができる。実施例1に比べ徐々に薄肉化しているため、ブラシ６の膨張量に応じたブラシホルダ７Cの形状とすることができ、ブラシ６の座乗性を上げる事ができる。ブラシホルダ７Cの薄肉化の方法は、本実施例では直線的に薄肉化しているが、曲率を設けて薄肉化しても良い。
【実施例４】
【００２６】
本発明のブラシを有する回転機の第４の実施例について、図6を参照して詳細に説明する。実施例４によるブラシ６とブラシホルダ７Dの構造は、図6に示すように、ブラシ６が熱膨張により寸法変化が大きくなる長尺面に対向した、ブラシホルダ7Dの内周面の2面を選択的に薄肉化する構造である。
【００２７】
本実施例によっても、ブラシ６が熱膨張しやすい面のスリップリング５側のブラシ６とブラシホルダ７Dの隙間を押圧ばね９側に比べ選択的に広くできるため、ブラシ６のブラシホルダ７Dへの固渋を防ぐ事ができる。また、ブラシ６をブラシホルダ7Dで隙間が小さい状態で保持する面が増えるため、実施例３よりも座乗性を良好にできる。
【実施例５】
【００２８】
本発明のブラシを有する回転機の第５の実施例について、図7を参照して詳細に説明する。本実施例も、ブラシホルダが、スリップリング側の端部に近づくにつれて、ブラシとブラシホルダと間の距離が離れていく形状を有する例である。より具体的には、ブラシホルダが、前記スリップリング側の端部で前記ブラシと反対側に曲げられた形状を有する例である。
【００２９】
実施例5によるブラシ６とブラシホルダ７Eの構造は、板金等の薄板構造のブラシホルダ７Eに対応した構造である。薄板構造のブラシホルダ７Eでは、ブラシホルダ7Eの一部を選択的に薄肉化する事が難しいので、図7(a)に示すように、ブラシホルダ７Eのスリップリング５側をブラシ６と反対側に曲げ、押圧ばね9側に比べブラシ６とブラシホルダ７Eの隙間の距離を広くできる構造である。図7(b)に示すように、ブラシホルダ７Eのスリップリング側を広げるために曲げる面は4面としている。
【００３０】
本実施例によっても、ブラシ６が熱膨張しやすい、スリップリング５側のブラシ６とブラシホルダ７Eの隙間を広くできるため、ブラシ６の固渋を防ぐ事ができる。
【実施例６】
【００３１】
本発明のブラシを有する回転機の第６の実施例について、図8を参照して詳細に説明する。実施例６によるブラシ６とブラシホルダ７Fの構造は、図8に示すように、ブラシ６が熱膨張により寸法変化が大きくなる長尺面に対向した、ブラシホルダ7Fのスリップリング５側の2面を選択的に外側に曲げた構造である。
【００３２】
本実施例によっても、ブラシ６が熱膨張しやすい面のスリップリング５側のブラシ６とブラシホルダ７Fの隙間を押圧ばね９側に比べ選択的に広くできるため、ブラシ６のブラシホルダ7Fへの固渋を防ぐ事ができる。また、ブラシ６をブラシホルダ7Fで隙間が小さい状態で保持する面が増えるため、実施例５よりも座乗性を良好にできる。
【実施例７】
【００３３】
本発明のブラシを有する回転機の第７の実施例について、図9を参照して詳細に説明する。本実施例は、ブラシが、スリップリング側に前記押圧部材側より薄い薄部を有する例である。
【００３４】
実施例７によるブラシ６Aとブラシホルダ７の構造は、図9(a)に示すように、ブラシホルダ７は直線形状とし、ブラシ６Aのスリップリング５側を押圧ばね９側に比べ細くした構造である。図9(b)に示すようにブラシ６Aを細くする面はブラシホルダ７に対向した4面としている。ブラシ６Aの細くする部分の長さは、ブラシ６Aが寿命直前まで摩耗した場合にも、ブラシ６Aとブラシホルダ７の隙間がスリップリング5側が押圧ばね９側に比べ広くなるようにブラシ６Aの許容摩耗代より長くする。ブラシ６Aの細くする部分の厚さは、ブラシ６Aの使用電流密度や熱膨張を考慮し、ブラシホルダ７にブラシ６Aが固渋しない厚さとする。これにより、本実施例においてもスリップリング５側のブラシ６Aとブラシホルダ７の隙間を押圧ばね９側よりも広くする事ができ、ブラシ６Aのブラシホルダ7への固渋を防ぐ事ができる。また、ブラシ６Aのスリップリング５側の一部の形状を変更するだけであり、現在取り付けられているブラシホルダ７を変更する事なく、ブラシの交換などが可能である。
【実施例８】
【００３５】
本発明のブラシを有する回転機の第８の実施例について、図10を参照して詳細に説明する。実施例８によるブラシ６Bとブラシホルダ７の構造は、図10に示すように、ブラシ6Bのスリップリング側の一部を細くする面を、ブラシ６Bが熱膨張により寸法変化が大きくなる長尺面2面を選択的に細くした構造である。
【００３６】
本実施例によっても、ブラシ６Bが熱膨張により寸法変化が大きくなる２面のスリップリング５側のブラシ６Bとブラシホルダ７の隙間を押圧ばね９側に比べ広くできるため、ブラシ６Bのブラシホルダ7への固渋を防ぐ事ができ、ブラシ６Bをブラシホルダ7で隙間が小さい状態で保持する面が増えるため、実施例７よりも座乗性を良好にできる。また、ブラシ６Bとスリップリング５の摺動面積を大きくできるため使用時の電流密度を低くする事ができ、熱膨張を抑えることができる。
【００３７】
なお、図2のようにブラシ６とスリップリング５機構の上部に取り付けられた冷却ファン８により冷却風を取り込みブラシ６は冷却されている。上述の実施例1〜8では、ブラシ（6、6A、６B)とブラシホルダ（7、７A〜7F）の隙間が広くなっているため冷却風が通りやすく冷却に有利な構造となっている。
【００３８】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１      本体フレーム
２      回転子
３      固定子
４      軸受
５      スリップリング
６、６A、６B      ブラシ
７、７A、７B、７C、７D、７E、７F      ブラシホルダ
８      冷却ファン
９      押圧ばね
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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