(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線（１３ａ）と電気的に接続され、回転軸（１１）に周方向（Ｃｉ）に並べて設けられる複数の整流子片（２２ｇ）を含む整流子（２２）と、
前記整流子と接触する一対以上のブラシ（２３）と、
前記整流子と接触する一対以上の整流ブラシ（２１，２１ａ〜２１ｄ）とを有する整流装置（２０）において、
一対の前記ブラシに対して二対の前記整流ブラシを備え、
一対以上の前記ブラシは、直接的または間接的に電力源（Ｅ）と電気的に接続され、
一対の前記ブラシに対応する二対の前記整流ブラシは、一方の一対の前記整流ブラシが前記整流子の正回転方向（ＡＲ１）に対して前記ブラシの後方側に配置されるとともに、前記ブラシの軸方向（Ａｘ）の一方側に配置され、他方の一対の前記整流ブラシが前記整流子の逆回転方向（ＡＲ２）に対して前記ブラシの後方側に配置されるとともに、前記ブラシの軸方向の他方側に配置され、
一対の前記整流ブラシの相互間に電気的に接続されるダイオード（Ｄ，Ｄ１，Ｄ２）を備えることを特徴とする整流装置。
【請求項２】
前記整流子片は、前記ブラシと接触する周方向の第１接触幅（Ｗ１，Ｗ３）と、前記整流ブラシと接触する周方向の第２接触幅（Ｗ２，Ｗ４）とが異なるように設けられることを特徴とする請求項１に記載の整流装置。
【請求項３】
前記整流ブラシは、複数の前記整流子片と同時に接触するのを回避する形状で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の整流装置。
【請求項４】
前記整流子は、前記ブラシと接触する第１接触部位（２２ｄ）と、前記整流ブラシと接触する第２接触部位（２２ｃ）とを有し、
前記整流ブラシの周方向幅（ＷＲ）は、周方向に隣り合う前記第２接触部位の相互間幅（ＷＭ）よりも小さく設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の整流装置。
【請求項５】
前記整流子は、前記整流ブラシと接触しない場合に浮遊電位となる独立整流子片（２２ｆ，２２ｈ）を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の整流装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の整流装置（２０）と、
前記整流子が設けられる前記回転軸（１１）と、
前記回転軸に直接的または間接的に固定される回転子（１３）と、
前記回転子とギャップ（Ｇ）を介して設けられる固定子（１４）と、
を有することを特徴とする回転電機（１０）。
【請求項７】
前記回転子は前記巻線（１３ａ）が設けられることを特徴とする請求項６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、整流子，ブラシ，整流ブラシを有する整流装置と、当該整流装置を含む回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、簡素な構造で火花防止を目的とするブラシ付きモータの整流装置に関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。火花は放電と同義であり、電極間にある気体に持続的に発生する絶縁破壊である。特許文献１の整流装置は、整流子が複数のセグメントを有し、複数のセグメントは主ブラシ部と補助ブラシ部を有し、主ブラシ部と補助ブラシ部との間に絶縁層が接合され、補助ブラシ部はセグメントが主ブラシ部から離れた後の所定期間だけセグメントとの接触を維持する。一対の補助ブラシ部は、電力回生用の２つのダイオードを通じてバッテリの両端に個別に電気的に接続される。また一対の補助ブラシ部は、キャパシタにより接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−００４５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の整流装置では、一対の補助ブラシ部とバッテリとの間に電気的に接続すべきダイオードが２つ必要になる。ダイオードの大きさを一定と仮定すれば、ダイオードの数が増えるにつれて、ダイオードを収容するスペースが大きくなり、ダイオードを電気的に接続するための導電線も増える。そのため、整流装置の体格が大きくならざるを得ないという問題がある。
【０００５】
また、一対の補助ブラシ部の相互間に接続されるキャパシタは、補助ブラシ部の電位変化を抑制するために大容量にする必要がある。容量が大きくなるにつれてキャパシタの体格も大きくなるので、整流装置の体格も大きくならざるを得ないという問題がある。
【０００６】
一方、整流子とブラシとの間に絶縁破壊が生じるのは、所要の電圧（すなわち電位差）が印加される場合である。以下では、整流子とブラシとの間に絶縁破壊が生じる電圧を「絶縁破壊電圧」と呼ぶことにする。ブラシ（例えば主ブラシ部および補助ブラシ部）には直接的または間接的にバッテリに電気的に接続されるため、バッテリの供給電圧（すなわちプラス端子とマイナス端子との電位差）が影響する。
【０００７】
バッテリは、例えば過充電や新品への交換等のような要因によって、供給電圧が定格電圧を超える場合がある。定格電圧を超えてブラシに印加される供給電圧と、ブラシから離れた直後に整流子に生じる逆起電力との和は、絶縁破壊電圧を超え易い。特許文献１の整流装置は、主ブラシ部および補助ブラシ部の双方がバッテリと電気的に接続されているので、キャパシタの容量によっては補助ブラシ部の電位変動を吸収できない場合もある。この場合には、供給電圧と逆起電力との和が絶縁破壊電圧を超えるので、火花が生じる可能性があるという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、体格を小さく抑制しながらも、従来よりも絶縁破壊を防止できる整流装置および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】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、巻線（１３ａ）と電気的に接続され、回転軸（１１）に周方向（Ｃｉ）に並べて設けられる複数の整流子片（２２ｇ）を含む整流子（２２）と、前記整流子と接触する一対以上のブラシ（２３）と、前記整流子と接触する一対以上の整流ブラシ（２１，２１ａ〜２１ｄ）とを有する整流装置（２０）において、一対の前記ブラシに対して二対の前記整流ブラシを備え、一対以上の前記ブラシは、直接的または間接的に電力源（Ｅ）と電気的に接続され、一対の前記ブラシに対応する二対の前記整流ブラシは、一方の一対の前記整流ブラシが前記整流子の正回転方向（ＡＲ１）に対して前記ブラシの後方側に配置されるとともに、前記ブラシの軸方向（Ａｘ）の一方側に配置され、他方の一対の前記整流ブラシが前記整流子の逆回転方向（ＡＲ２）に対して前記ブラシの後方側に配置されるとともに、前記ブラシの軸方向の他方側に配置され、一対の前記整流ブラシの相互間に電気的に接続されるダイオード（Ｄ，Ｄ１，Ｄ２）を備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、一対以上のブラシは電力源と電気的に接続される。一対の整流ブラシの相互間にはダイオードが電気的に接続されるものの、整流ブラシは電力源と電気的に接続されない。一対の整流ブラシの相互間には一のダイオードを電気的に接続すればよいので、ダイオードの数を低減でき、さらに導電線の数も低減できる。したがって、整流装置の体格を小さく抑制することができる。
【００１１】
また、ブラシが離れた直後の整流子片は、対をなす整流ブラシの一方側が接触するので、一対の整流ブラシの相互間に電気的に接続されるダイオードの電圧降下分だけ変化する電圧になる。整流子片の電圧と、電源の電圧との電位差は絶縁破壊電圧未満になるので、従来よりも絶縁破壊を防止することができる。
さらに、整流ブラシとブラシは、軸方向に位置をずらして配置されている。そのため、整流ブラシはブラシとは無関係に形状や大きさ等を設計することができるので、設計の自由度が高まる。
加えて、一対のブラシに対して二対の整流ブラシを備えている。一対のブラシに対応する二対の整流ブラシは、一方の一対の整流ブラシが整流子の正回転方向に対してブラシの後方側に配置されるとともに、他方の一対の整流ブラシが整流子の逆回転方向に対してブラシの後方側に配置される。そのため、回転軸が双方向に回転する回転電機でも、体格を小さく抑制しながらも、従来よりも絶縁破壊を防止できる。
【００１２】
第２の発明は、回転電機（１０）において、請求項１から７のいずれか一項に記載の整流装置（２０）と、前記整流子が設けられる回転軸（１１）と、前記回転軸に直接的または間接的に固定される回転子（１３）と、前記回転子とギャップ（Ｇ）を介して設けられる固定子（１４）とを有することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、体格を小さく抑制しながらも、従来よりも絶縁破壊を防止できる回転電機を提供することができる。
【００１４】
なお、コイルを含む巻線の相数は、三相以上であれば任意である。「電力源」には、電力源（例えばバッテリや商用電源等）自体でもよく、さらに電力を変換して出力する電力変換装置を含めてもよい。「回転電機」は、回転する部材（例えば軸やシャフト等）を有する機器であれば任意である。例えば、発電機，電動機，電動発電機等が該当する。発電機には電動発電機が発電機能機の場合を含み、電動機には電動発電機が電動機の場合を含む。「回転子」は、円形状（円環形状や円筒形状等を含む）に成形される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】回転電機の構成例を模式的に示す一部断面図である。
【図２】整流装置の構成例を模式的に示す斜視図である。
【図３】整流装置の構成例を模式的に示す回路図である。
【図４】ブラシ，整流ブラシ，整流子片の第１配置例を示す周方向展開図である。
【図５】第１配置例における整流子片の電圧変化を示すタイムチャート図である。
【図６】ブラシ，整流ブラシ，整流子片の第２配置例を示す周方向展開図である。
【図７】第２配置例における整流子片の電圧変化を示すタイムチャート図である。
【図８】ブラシ，整流ブラシ，整流子片の第３配置例を示す周方向展開図である。
【図９】ブラシ，整流ブラシ，整流子片の第４配置例を示す周方向展開図である。
【図１０】ブラシ，整流ブラシ，整流子片の第５配置例を示す周方向展開図である。
【図１１】ブラシ，整流ブラシ，整流子片の第６配置例を示す周方向展開図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。
【００１７】
英数字の連続符号は記号「〜」を用いて略記する。例えば、「コイルＬ１〜Ｌ６」は「コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６」を意味する。符号の英文字は大文字と小文字とで別の要素を意味する。例えば、図４に示す整流子２２Ａと整流子片２２ａは別の要素である。部材間の固定方法は問わない。磁性材は、主に軟磁性材であるが、磁束が流れることを条件として材料や構成などを問わない。
【００１８】
〔参考の形態１〕
参考の形態１は図１〜図７を参照しながら説明する。図１に示す回転電機１０は、インナーロータ型の一例である。この回転電機１０は、回転軸１１，回転子１３，固定子１４，整流装置２０などをハウジング１２内に有する。
【００１９】
ハウジング１２は、「フレーム」や「筐体」などとも呼ばれ、上述した要素を収容できれば任意の形状で成形してよい。図示しないが、プーリ，回転角検出センサ，半導体素子等のうちで一以上を収容する構成としてもよい。
【００２０】
「シャフト」とも呼ばれる回転軸１１は、図示しない軸受を介してハウジング１２に回転自在に支持される。回転子１３は、直接的または間接的に回転軸１１に固定される。すなわち、回転軸１１と回転子１３は一体に回転する。回転子１３は、巻線１３ａや回転子鉄心１３ｂなどを有する。巻線１３ａは、三相以上の巻線であり、回転子鉄心１３ｂに巻き付けられる。回転子鉄心１３ｂは主に磁性材で成形される。
【００２１】
固定子１４は、ハウジング１２に固定される。固定子１４の構成は任意であり、複数の磁石を含めてもよい。例えば、回転子１３と対面する径方向端面は、Ｎ極とＳ極の極性が交互になるように周方向に配置して構成する。固定子１４と回転子１３の間は、径方向ＲａにギャップＧが設けられる。
【００２２】
整流装置２０は、一対以上の整流ブラシ２１，整流子２２，一対以上のブラシ２３，ダイオードＤなどを有する。整流ブラシ２１とブラシ２３は、それぞれ図示しない絶縁性のブラシホルダに収容される。ブラシホルダはハウジング１２に設けられ、整流ブラシ２１とブラシ２３がそれぞれ整流子２２に接触するように弾性部材（例えばバネやゴム等）によって付勢される。整流子２２は、図２に示すように回転軸１１に設けられる。整流子２２の構成例については後述する（図２，図３等を参照）。
【００２３】
一対の整流ブラシ２１は、例えば整流ブラシ２１ａと整流ブラシ２１ｂが該当する。整流ブラシ２１ａと整流ブラシ２１ｂの間には、回転方向ＡＲの先端側（すなわち整流ブラシ２１ａ側）がカソードとなるように、ダイオードＤが接続される。一対のブラシ２３は、例えば正極ブラシ２３ａと負極ブラシ２３ｂが該当する。正極ブラシ２３ａは電力源Ｅのプラス端子に接続され、負極ブラシ２３ｂは電力源Ｅのマイナス端子に接続される。電力源Ｅは、回転電機１０を稼働（すなわち回転や停止等）する電力を供給できれば任意であり、例えば二次電池，燃料電池，太陽電池などが該当する。回生ブレーキ等によって回転電機１０で発電した電力を充電するには、二次電池が望ましい。
【００２４】
回転電機１０（具体的にはブラシ２３）と電力源Ｅの間には、二点鎖線で示す電力変換装置ＩＮＶを介在させてもよい。電力変換装置ＩＮＶは、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）などにより、電力源Ｅから供給される電力を変換して回転電機１０に出力する制御を行う。電力変換装置ＩＮＶは、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）やコンピュータなどが該当する。電力変換装置ＩＮＶが行う電力変換制御によって、回転軸１１の回転速度やトルクなどを制御できる。
【００２５】
図２に示す整流子２２は、回転方向ＡＲに回転する回転軸１１に固定される。この整流子２２は、図示するように周方向Ｃｉに並べて設けられる複数の整流子片２２ａを有する。整流子２２を構成する整流子片２２ａの数は任意に設定してよく、図３では６つの整流子片２２ａを設定した例を示す。周方向Ｃｉに隣り合う整流子片２２ａの相互間は、絶縁が確保される。例えば図３に示すように整流子片２２ａの相互間に空隙を設けてもよく、整流子片２２ａの相互間を絶縁部材で埋めてもよい。
【００２６】
一対の整流ブラシ２１は、整流子２２Ａの回転方向ＡＲ（図２では右回転）に対して、一対のブラシ２３の後方側に配置される。すなわち整流ブラシ２１ａは、整流子２２Ａの回転方向ＡＲに対して、対応する正極ブラシ２３ａの後方側（図２では左側）に配置される。同様にして整流ブラシ２１ｂは、整流子２２Ａの回転方向ＡＲに対して、対応する負極ブラシ２３ｂの後方側（図２では左側）に配置される。
【００２７】
また、周方向Ｃｉに隣り合う整流子片２２ａの相互間は、図３に一点鎖線で示す巻線１３ａで接続される。巻線１３ａに含まれるコイルの数は任意に設定してよく、図３では６つのコイルＬ１〜Ｌ６で設定した例を示す。コイルＬ１〜Ｌ６の各コイルは、周方向Ｃｉに隣り合う整流子片２２ａの相互間に接続される。なお図３では、図１に示す電力変換装置ＩＮＶや回転軸１１等の図示を省略している。
【００２８】
上述した整流装置２０による整流作用について、図４〜図７を参照しながら説明する。正極ブラシ２３ａが整流子片２２ａから離れる例を図４，図５に示し、負極ブラシ２３ｂが整流子片２２ａから離れる例を図６，図７に示す。説明の都合により、図４，図６では、接触していた正極ブラシ２３ａや負極ブラシ２３ｂから離れる整流子片２２ａにはハッチ線を付すとともに、コイルＬ６の図示を省略する。図４，図６に示すダイオードＤ１は、図１〜図３に示すダイオードＤに相当する。
【００２９】
ハッチ線を付した整流子片２２ａは、以下では便宜的に「離脱整流子片２２ａｘ」と呼ぶことにする。図１，図３に示す電力源Ｅのマイナス端子の電位を基準（以下では単に「基準電位」と呼ぶ。）とし、図５，図７では０[Ｖ]として示す。ただし、基準電位は、接地電位（いわゆるアース）と同じ電位とは限らない。よって、離脱整流子片２２ａｘの整流子片電圧Ｖ２２ａは、基準電位との間の電位差である。なお、厳密にはブラシ，整流ブラシ，導電線の各抵抗による電圧降下が生じるが、これらの要素は従来と変わらないので、以下では考慮しない。導電線は、要素間を接続する「接続線」に相当し、巻線の一部を利用する場合を含む。
【００３０】
図４において、正極ブラシ２３ａが離脱整流子片２２ａｘから離れる際には、コイルＬ２に生じる逆起電力によって矢印で示すアーク放電Ａ１（すなわち絶縁破壊）が生じる可能性がある。すなわち、正極ブラシ２３ａと離脱整流子片２２ａｘとの間に絶縁破壊電圧Ｖthが生じた場合である。整流子片電圧Ｖ２２ａは、例えば図５のように変化する。
【００３１】
図５において、整流子片電圧Ｖ２２ａは、離脱整流子片２２ａｘは正極ブラシ２３ａと接触している時刻ｔ１１まで電源電圧Ｖｅ（つまり電力源Ｅのプラス端子の電位）と同じである。離脱整流子片２２ａｘが正極ブラシ２３ａから離れたとき、コイルＬ２による逆起電力が生じて、二点鎖線で示す電圧Ｖ１３（ただしＶ１３＜０）になり得る。電圧Ｖ１３が０[Ｖ]を下回るのは、コイルＬ２による逆起電力に加えて、整流ブラシ２１ａ，ダイオードＤ１，整流ブラシ２１ｂ，整流子片２２ａ，負極ブラシ２３ｂを介して電力源Ｅのマイナス端子（つまり基準電位の０[Ｖ]）に接続されているためである。電源電圧Ｖｅと電圧Ｖ１３の電位差である電圧Ｖ１５が絶縁破壊電圧Ｖth以上（Ｖ１５≧Ｖth）になると、アーク放電Ａ１が生じる。
【００３２】
ここで、正極ブラシ２３ａから離れたときの離脱整流子片２２ａｘは、上述したように整流ブラシ２１ａ，ダイオードＤ１，整流ブラシ２１ｂ，整流子片２２ａ，負極ブラシ２３ｂを介して電力源Ｅのマイナス端子に接続される。すなわち、整流子片電圧Ｖ２２ａは０[Ｖ]（つまり基準電位）からダイオードＤ１の電圧降下分だけ低い電圧Ｖ１２（例えば−０．７[Ｖ]）になる。電圧Ｖ１２はダイオードＤ１のカソード側電圧でもある。よって、電源電圧Ｖｅと電圧Ｖ１２の電位差である電圧Ｖ１４は絶縁破壊電圧Ｖth未満（Ｖ１４＜Ｖth）になり、アーク放電Ａ１の発生を抑えることができる。電圧Ｖ１２は、電源電圧Ｖｅの変動とは無関係に維持されるので、電圧Ｖ１４が絶縁破壊電圧Ｖth以上になる事態を抑制できる。
【００３３】
その後、コイルＬ２による逆起電力が収まる時刻ｔ１２には、整流子片電圧Ｖ２２ａが電圧Ｖ１１になる。電圧Ｖ１１は、図２に示すコイルＬ１〜Ｌ６において、コイルＬ２に印加される分圧である。回転軸１１に固定された整流子２２が１回転し、再び離脱整流子片２２ａｘが正極ブラシ２３ａに接触する時刻ｔ１３には、電源電圧Ｖｅと同じになる。
【００３４】
図６において、負極ブラシ２３ｂが離脱整流子片２２ａｘから離れる際には、コイルＬ４に生じる逆起電力によって矢印で示すアーク放電Ａ２（すなわち絶縁破壊）が生じる可能性がある。すなわち、負極ブラシ２３ｂと離脱整流子片２２ａｘとの間に絶縁破壊電圧Ｖthが生じた場合である。整流子片電圧Ｖ２２ａは、例えば図７のように変化する。
【００３５】
図７において、整流子片電圧Ｖ２２ａは、離脱整流子片２２ａｘは負極ブラシ２３ｂと接触している時刻ｔ２１まで０[Ｖ]（つまり基準電位）と同じである。離脱整流子片２２ａｘが負極ブラシ２３ｂから離れたとき、コイルＬ４による逆起電力が生じて、二点鎖線で示す電圧Ｖ２１（ただしＶ２１＞Ｖｅ）になり得る。電圧Ｖ２１が電源電圧Ｖｅを超えるのは、コイルＬ４による逆起電力に加えて、離脱整流子片２２ａｘが整流ブラシ２１ｂ，ダイオードＤ１，整流ブラシ２１ａ，整流子片２２ａ，正極ブラシ２３ａを介して電力源Ｅのプラス端子に接続されているためである。０[Ｖ]と電圧Ｖ２１の電位差である電圧Ｖ２５が絶縁破壊電圧Ｖth以上（Ｖ２５≧Ｖth）になると、アーク放電Ａ２が生じる。
【００３６】
ここで、負極ブラシ２３ｂから離れたときの離脱整流子片２２ａｘは、上述したように整流ブラシ２１ｂ，ダイオードＤ１，整流ブラシ２１ａ，整流子片２２ａ，正極ブラシ２３ａを介して電力源Ｅのプラス端子に接続される。すなわち、整流子片電圧Ｖ２２ａは電源電圧Ｖｅ（つまり電力源Ｅのプラス端子の電位）からダイオードＤ１の電圧降下分だけ高い電圧Ｖ２２（例えば１２．７[Ｖ]）になる。電圧Ｖ２２はダイオードＤ１のカソード側電圧でもある。よって、０[Ｖ]と電圧Ｖ２２の電位差である電圧Ｖ２４は絶縁破壊電圧Ｖth未満（Ｖ２４＜Ｖth）になり、アーク放電Ａ２の発生を抑えることができる。電圧Ｖ２２は、電源電圧Ｖｅの変動とは無関係に維持されるので、電圧Ｖ２４が絶縁破壊電圧Ｖth以上になる事態を抑制できる。
【００３７】
その後、コイルＬ４による逆起電力が収まる時刻ｔ２２には、整流子片電圧Ｖ２２ａが電圧Ｖ２３になる。電圧Ｖ２３は、図２に示すコイルＬ１〜Ｌ６において、コイルＬ４に印加される分圧である。回転軸１１に固定された整流子２２が１回転して、再び離脱整流子片２２ａｘが負極ブラシ２３ｂに接触する時刻ｔ２３には、０[Ｖ]と同じになる。
【００３８】
上述した参考の形態１によれば、以下に示す各作用効果を得ることができる。
【００３９】
（１）整流装置２０において、一対のブラシ２３（すなわち正極ブラシ２３ａと負極ブラシ２３ｂ）は電力源Ｅと接続され、一対の整流ブラシ２１（すなわち整流ブラシ２１ａ，２１ｂ）は整流子２２Ａの回転方向ＡＲに対してブラシ２３の後方側に配置され、一対の整流ブラシ２１の相互間に接続されるダイオードＤ１を備える構成とした（図１〜図４，図６を参照）。この構成によれば、一対のブラシ２３は電力源Ｅと接続される。一対の整流ブラシ２１の相互間にはダイオードＤ１が接続されるものの、整流ブラシ２１は電力源Ｅと接続されない。一対の整流ブラシ２１の相互間には一のダイオードＤ１を接続すればよいので、ダイオードＤ１の数を低減でき、さらに導電線の数も低減できる。したがって、整流装置２０の体格を小さく抑制することができる。図示を省略するが、二対以上のブラシ２３を電力源Ｅと接続してもよく、この場合も同様の作用効果が得られる。
【００４０】
また、ブラシ２３が離れた直後の整流子片２２ａ（すなわち離脱整流子片２２ａｘ）は、対をなす整流ブラシ２１の一方側（図４では整流ブラシ２１ａ、図６では整流ブラシ２１ｂ）が接触するので、一対の整流ブラシ２１ａ，２１ｂの相互間に電気的に接続されるダイオードＤ１の電圧降下分だけ変化する電圧Ｖ１２，Ｖ２２になる。整流子片２２ａの電圧Ｖ１２，Ｖ２２と、電力源Ｅの電源電圧Ｖｅとの電位差は絶縁破壊電圧Ｖth未満になる（図５，図７を参照）。こうしてダイオードＤ１のカソード側電圧である電圧Ｖ１２，Ｖ２２が高められ、従来よりも絶縁破壊を防止することができる。
【００４１】
（８）回転電機１０は、整流装置２０と、整流子２２Ａが設けられる回転軸１１と、回転軸１１に直接的または間接的に固定される回転子１３と、回転子１３とギャップＧを介して設けられる固定子１４とを有する構成とした（図１を参照）。この構成によれば、体格を小さく抑制しながらも、従来よりも絶縁破壊を防止できる回転電機１０を提供することができる。
【００４２】
（９）回転電機１０の回転子１３は、コイルＬ１〜Ｌ６を含む巻線１３ａが設けられる構成とした（図１，図３を参照）。この構成によれば、巻線１３ａが設けられる回転子１３を有する回転電機１０でも、体格を小さく抑制しながらも、従来よりも絶縁破壊を防止できる回転電機１０を提供することができる。
【００４３】
〔参考の形態２〕
参考の形態２は図８を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、参考の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、参考の形態１と相違する点を中心に説明する。
【００４４】
図８には、整流子２２の一例であるとともに、整流子２２Ａの変形例である整流子２２Ｂを示す。この整流子２２Ｂは、整流子２２Ａと同様に、複数の整流子片２２ｂを有する。整流子２２Ｂが整流子２２Ａと異なるのは、各整流子片２２ｂの外周面形状である。
【００４５】
整流子２２Ｂの各整流子片２２ｂは、第１接触部位２２ｄと第２接触部位２２ｃとを有する。第１接触部位２２ｄは、ブラシ２３（すなわち正極ブラシ２３ａや負極ブラシ２３ｂ）と接触する部位であり、周方向Ｃｉの幅を第１接触幅Ｗ１とする。第２接触部位２２ｃは、整流ブラシ２１と接触する部位であり、周方向Ｃｉの幅を第２接触幅Ｗ２とする。第２接触幅Ｗ２は第１接触幅Ｗ１と異ならせて設定し、図示するように第２接触幅Ｗ２は第１接触幅Ｗ１よりも小さく設定するとよい（Ｗ２＜Ｗ１）。
【００４６】
整流ブラシ２１（すなわち整流ブラシ２１ａ，２１ｂ）は、それぞれ複数の整流子片２２ｂと同時に接触するのを回避する形状で形成される。図８の構成例では、整流ブラシ２１ａ，２１ｂの周方向Ｃｉの幅を周方向幅ＷＲとし、周方向Ｃｉに隣り合う第２接触部位２２ｃの間隔を相互間幅ＷＭとするとき、周方向幅ＷＲは相互間幅ＷＭよりも小さく設定する（ＷＲ＜ＷＭ）。
【００４７】
整流ブラシ２１ａは、整流子２２Ｂの回転方向ＡＲに対して、対応する正極ブラシ２３ａの後方側（図８では左側）に配置される。整流ブラシ２１ａの前方側端面と正極ブラシ２３ａの後方側端面は、図示する境界線Ｂ１に合わせてもよい。
【００４８】
整流ブラシ２１ｂは、整流子２２Ｂの回転方向ＡＲに対して、対応する負極ブラシ２３ｂの後方側（図８では左側）に配置される。整流ブラシ２１ｃの前方側端面と負極ブラシ２３ｂの後方側端面は、図示する境界線Ｂ２に合わせてもよい。
【００４９】
図８に示すブラシ２３（すなわち正極ブラシ２３ａや負極ブラシ２３ｂ）と整流ブラシ２１（すなわち整流ブラシ２１ａ，２１ｂ）は、参考の形態１（図４，図６を参照）と比べて位置が異なる。すなわちブラシ２３と整流ブラシ２１は、軸方向Ａｘに位置をずらして配置される。言い換えると、ブラシ２３は整流子片２２ｂの第１接触部位２２ｄに限って接触し、整流ブラシ２１は整流子片２２ｂの第２接触部位２２ｃに限って接触する。
【００５０】
上述した構成においても、第１接触部位２２ｄ（離脱整流子片２２ａｘに相当する整流子片２２ｂ）から正極ブラシ２３ａが離れる際には図５のように電位が変化し、同じく第１接触部位２２ｄから負極ブラシ２３ｂが離れる際には図７のように電位が変化する。
【００５１】
上述した参考の形態２によれば、参考の形態１に示す作用効果のほかに、以下に示す各作用効果を得ることができる。
【００５２】
（２）整流ブラシ２１（すなわち整流ブラシ２１ａ，２１ｂ）とブラシ２３（すなわち正極ブラシ２３ａと負極ブラシ２３ｂ）は、軸方向Ａｘに位置をずらして配置される構成とした（図８を参照）。この構成によれば、整流ブラシ２１はブラシ２３とは無関係に形状や大きさ等を設計することができるので、設計の自由度が高まる。
【００５３】
（３）整流子片２２ｂは、ブラシ２３と接触する周方向Ｃｉの第１接触幅Ｗ１と、整流ブラシ２１と接触する周方向Ｃｉの第２接触幅Ｗ２とが異なるように設けられる構成とした（図８を参照）。この構成によれば、ブラシ２３と接触するタイミングと、整流ブラシ２１と接触するタイミングとをきめ細かく設計できる。そのため、設計の自由度が高まるとともに、短絡電流の発生を確実に防止し、絶縁破壊によるアーク放電Ａ１，Ａ２（図４，図６を参照）を抑制することができる。
【００５４】
（４）整流ブラシ２１ａ，２１ｂは、それぞれ複数の整流子片２２ｂ（具体的には第２接触部位２２ｃ）と同時に接触するのを回避する形状で形成される構成とした（図８を参照）。この構成によれば、整流ブラシ２１は複数の整流子片２２ｂと同時に接触しないので、さらに短絡電流の発生を確実に防止できる。
【００５５】
（５）整流子２２Ｂはブラシ２３と接触する第１接触部位２２ｄと整流ブラシ２１と接触する第２接触部位２２ｃとを有し、整流ブラシ２１の周方向幅ＷＲは周方向Ｃｉに隣り合う第２接触部位２２ｃの相互間幅ＷＭよりも小さく設定される構成とした（ＷＲ＜ＷＭ；図８を参照）。この構成によれば、周方向幅ＷＲは相互間幅ＷＭよりも小さいので、整流ブラシ２１は複数の整流子片２２ｂ（具体的には第２接触部位２２ｃ）と同時に接触することがない。よって、さらに短絡電流の発生を確実に防止できる。
【００５６】
〔参考の形態３〕
参考の形態３は図９を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、参考の形態１，２で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、参考の形態１，２と相違する点を中心に説明する。
【００５７】
図９には、整流子２２の一例であるとともに、整流子２２Ａの変形例である整流子２２Ｃを示す。この整流子２２Ｃは、複数の整流子片２２ｅや、複数の独立整流子片２２ｆなどを有する。整流子片２２ｅの数と、複数の独立整流子片２２ｆの数は、いずれも任意に設定してよい。本形態では、整流子片２２ｅの数と独立整流子片２２ｆの数が一致する。
【００５８】
整流子片２２ｅは、図８に示す整流子片２２ｂと同様に、第１接触部位２２ｄと第２接触部位２２ｃを有する。整流子片２２ｅは、図８に示す整流子片２２ｂとは形状が異なり、例えばＬ字形状に成形される。整流子片２２ｅについて、第１接触部位２２ｄにかかる周方向Ｃｉの幅を第１接触幅Ｗ３とし、第２接触部位２２ｃにかかる周方向Ｃｉの幅を第２接触幅Ｗ４とする。第２接触幅Ｗ４は第１接触幅Ｗ３と異ならせて設定し、図示するように第２接触幅Ｗ４は第１接触幅Ｗ３よりも小さく設定するとよい（Ｗ４＜Ｗ３）。
【００５９】
独立整流子片２２ｆは、整流子片２２ｅの第２接触部位２２ｃに相当する位置に配置され、巻線１３ａを含めて他の要素と接続されない。よって、独立整流子片２２ｆは整流ブラシ２１ａ，２１ｂと接触しない場合に浮遊電位となる。
【００６０】
上述した構成においても、第１接触部位２２ｄ（離脱整流子片２２ａｘに相当する整流子片２２ｅ）から正極ブラシ２３ａが離れる際には図５のように電位が変化し、同じく第１接触部位２２ｄから負極ブラシ２３ｂが離れる際には図７のように電位が変化する。
【００６１】
上述した参考の形態３によれば、参考の形態１，２に示す作用効果のほかに、下記の作用効果を得ることができる。
【００６２】
（６）整流子２２Ｃは、整流ブラシ２１と接触しない場合に浮遊電位となる独立整流子片２２ｆを含む構成とした（図９を参照）。この構成によれば、独立整流子片２２ｆは巻線１３ａに接続されないので、ブラシ２３や整流ブラシ２１と接触しない時に浮遊電位状態が保持される。よって、ブラシ２３や整流ブラシ２１との間で絶縁破壊電圧Ｖth以上にはならず、さらに絶縁破壊によるアーク放電Ａ１，Ａ２（図４，図６を参照）を抑制することができる。
【００６３】
〔参考の形態４〕
参考の形態４は、参考の形態２（図８を参照）の変形例であり、図１０を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、参考の形態１〜３で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、参考の形態１〜３と相違する点を中心に説明する。
【００６４】
図１０に示す構成は、さらに整流ブラシ２１ｃ，２１ｄとダイオードＤ２を備える点で、図８に示す構成と相違する。整流ブラシ２１ｃ，２１ｄは、整流ブラシ２１ａ，２１ｂと同様に、一対の整流ブラシ２１に相当する。整流ブラシ２１ａ〜２１ｄは、ブラシ２３と軸方向Ａｘに位置をずらして配置される。図１０に示す正回転方向ＡＲ１は、図８に示す回転方向ＡＲに相当する。逆回転方向ＡＲ２は正回転方向ＡＲ１と逆方向である。
【００６５】
整流ブラシ２１ｃは、整流子２２Ｂの逆回転方向ＡＲ２に対して、対応する正極ブラシ２３ａの後方側（図１０では右側）に配置される。整流ブラシ２１ｃの前方側端面と正極ブラシ２３ａの後方側端面は、図示する境界線Ｂ３に合わせてもよい。
【００６６】
整流ブラシ２１ｄは、整流子２２Ｂの逆回転方向ＡＲ２に対して、対応する負極ブラシ２３ｂの後方側（図１０では右側）に配置される。整流ブラシ２１ｄの前方側端面と負極ブラシ２３ｂの後方側端面は、図示する境界線Ｂ４に合わせてもよい。
【００６７】
整流ブラシ２１ｃ，２１ｄの周方向Ｃｉの幅を周方向幅ＷＲとし、周方向Ｃｉに隣り合う第２接触部位２２ｃの間隔を相互間幅ＷＭとするとき、周方向幅ＷＲは相互間幅ＷＭよりも小さく設定する（ＷＲ＜ＷＭ）。
【００６８】
ダイオードＤ２は、図１〜図３に示すダイオードＤに相当する。このダイオードＤ２は、回転方向ＡＲ２の先端側（すなわち整流ブラシ２１ｄ側）がカソードとなるように、整流ブラシ２１ｃと整流ブラシ２１ｄの間に接続される。言い換えると、ダイオードＤ１，Ｄ２は図示するように互いに逆方向となるように接続される。
【００６９】
回転軸１１の回転に伴って整流子２２Ｂが正回転方向ＡＲ１に回転するときは、参考の形態２と同様に、整流ブラシ２１ａ，２１ｂとダイオードＤ１を用いる。この場合は、第１接触部位２２ｄ（離脱整流子片２２ａｘに相当する整流子片２２ｂ）から正極ブラシ２３ａが離れる際には図５のように電位が変化し、同じく第１接触部位２２ｄから負極ブラシ２３ｂが離れる際には図７のように電位が変化する。
【００７０】
回転軸１１の回転に伴って整流子２２Ｂが逆回転方向ＡＲ２に回転するときは、整流ブラシ２１ｃ，２１ｄとダイオードＤ２を用いる。この場合も、第１接触部位２２ｄ（離脱整流子片２２ａｘに相当する整流子片２２ｂ）から正極ブラシ２３ａが離れる際には図５のように電位が変化し、同じく第１接触部位２２ｄから負極ブラシ２３ｂが離れる際には図７のように電位が変化する。
【００７１】
上述した参考の形態４によれば、参考の形態１，２に示す作用効果のほかに、下記の作用効果を得ることができる。
【００７２】
（７）一対のブラシ２３に対して二対の整流ブラシ２１（すなわち整流ブラシ２１ａ，２１ｂと整流ブラシ２１ｃ，２１ｄ）を備える構成とした。二対の整流ブラシ２１は、一方の一対の整流ブラシ２１（すなわち整流ブラシ２１ａ，２１ｂ）が整流子２２Ｂの正回転方向ＡＲ１に対してブラシ２３の後方側に配置されるとともに、他方の一対の整流ブラシ２１（すなわち整流ブラシ２１ｃ，２１ｄ）が整流子２２Ｂの逆回転方向ＡＲ２に対してブラシ２３の後方側に配置される（図１０を参照）。この構成によれば、回転軸１１が双方向に回転する回転電機１０でも、体格を小さく抑制しながらも、従来よりも絶縁破壊を防止できる。
【００７３】
〔実施の形態〕
実施の形態は、参考の形態３（図９を参照）の変形例であり、図１１を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、参考の形態１〜４で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、参考の形態１〜４と相違する点を中心に説明する。
【００７４】
図１１に示す構成は、次の点で図９に示す構成と相違する。第１に、さらに整流ブラシ２１ｃ，２１ｄとダイオードＤ２を備える。第２に、軸方向Ａｘの一方側（図１１では上側）に設けられる独立整流子片２２ｆに加えて、軸方向Ａｘの他方側（図１１では下側）に設けられる独立整流子片２２ｈを備える。第３に、独立整流子片２２ｈに設けるに伴って、複数の整流子片２２ｇの形状を変える。
【００７５】
図１１には、整流子２２の一例であるとともに、整流子２２Ｃの変形例である整流子２２Ｄを示す。この整流子２２Ｄは、複数の整流子片２２ｇや、複数の独立整流子片２２ｆ、複数の独立整流子片２２ｈなどを有する。整流子片２２ｇの数と、複数の独立整流子片２２ｆの数と、複数の独立整流子片２２ｈの数は、いずれも任意に設定してよい。本形態では、整流子片２２ｅ，独立整流子片２２ｆ，独立整流子片２２ｈの数が一致する。
【００７６】
整流子片２２ｇは、第１接触部位２２ｄや、軸方向Ａｘにおける第１接触部位２２ｄの両側に設けられる第２接触部位２２ｃなどを有する。軸方向Ａｘの一方側に設けられる第２接触部位２２ｃは、整流ブラシ２１ａ，２１ｂが接触可能である。軸方向Ａｘの他方側に設けられる第２接触部位２２ｃは、整流ブラシ２１ｃ，２１ｄが接触可能である。
【００７７】
整流ブラシ２１ｃ，２１ｄは、ブラシ２３（すなわち正極ブラシ２３ａと負極ブラシ２３ｂ）だけでなく、整流ブラシ２１ａ，２１ｂに対しても、軸方向Ａｘに位置をずらして配置される。整流ブラシ２１ａ，２１ｂは、軸方向Ａｘの一方側に配置される独立整流子片２２ｆに対応する位置に設けられる。整流ブラシ２１ｃ，２１ｄは、軸方向Ａｘの他方側に設けられる独立整流子片２２ｈに対応する位置に設けられる。
【００７８】
独立整流子片２２ｈは、独立整流子片２２ｆと同様に、巻線１３ａを含めて他の要素と接続されない。よって、独立整流子片２２ｈは整流ブラシ２１ｃ，２１ｄと接触しない場合に浮遊電位となる。
【００７９】
回転軸１１の回転に伴って整流子２２Ｄが正回転方向ＡＲ１に回転するときは、参考の形態２と同様に、整流ブラシ２１ａ，２１ｂとダイオードＤ１を用いる。この場合は、第１接触部位２２ｄ（離脱整流子片２２ａｘに相当する整流子片２２ｇ）から正極ブラシ２３ａが離れる際には図５のように電位が変化し、同じく第１接触部位２２ｄから負極ブラシ２３ｂが離れる際には図７のように電位が変化する。
【００８０】
回転軸１１の回転に伴って整流子２２Ｄが逆回転方向ＡＲ２に回転するときは、整流ブラシ２１ｃ，２１ｄとダイオードＤ２を用いる。この場合も、第１接触部位２２ｄ（離脱整流子片２２ａｘに相当する整流子片２２ｇ）から正極ブラシ２３ａが離れる際には図５のように電位が変化し、同じく第１接触部位２２ｄから負極ブラシ２３ｂが離れる際には図７のように電位が変化する。
【００８１】
上述した実施の形態によれば、参考の形態１，２，４に示す作用効果を得ることができる。また、ダイオードＤ１とダイオードＤ２が軸方向Ａｘに位置をずらして配置されるので、一箇所に部品や線材等が集中するのを回避できる。
【００８２】
〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について参考の形態１〜４および実施の形態に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
【００８３】
上述した参考の形態１〜３では、一対の整流ブラシ２１と一対のブラシ２３を備える構成とした（図２〜図４，図６，図８，図９を参照）。この形態に代えて、二対以上の整流ブラシ２１を備える構成としてもよく、二対以上のブラシ２３を備える構成としてもよい。整流ブラシ２１やブラシ２３の対数が相違するに過ぎず、図５や図７に示す特性が得られるので、参考の形態１〜４および実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００８４】
上述した参考の形態１〜４および実施の形態では、一対の整流ブラシ２１（整流ブラシ２１ａ，２１ｂや整流ブラシ２１ｃ，２１ｄ）の相互間にダイオードＤ（Ｄ１，Ｄ２）を接続する構成とした（図１〜図４，図６，図８〜図１１を参照）。この形態に代えて、整流作用をする半導体素子（例えばトランジスタやサイリスタ等）を接続してもよく、ダイオードＤの端子間電圧に相当する電位差が生じる抵抗器を接続してもよい。これらの場合でも、図５や図７に示す特性が得られるので、参考の形態１〜４および実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００８５】
上述した参考の形態１〜４および実施の形態では、固定子１４を周方向に複数の磁石を配置して構成した（図１を参照）。この形態に代えて、主に磁性材で成形される固定子鉄心や、当該固定子鉄心に巻き付けられる固定子巻線などを有する構成としてもよい。さらには固定子鉄心に磁石を埋め込む構成としてもよい。固定子１４の構成が相違するに過ぎず、図５や図７に示す特性が得られるので、参考の形態１〜４および実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００８６】
上述した参考の形態１〜４および実施の形態では、回転電機１０とは別体に電力変換装置ＩＮＶを備える構成とした（図１を参照）。この形態に代えて、回転電機１０と一体に電力変換装置ＩＮＶを備える構成としてもよい。すなわち回転電機１０の内部に電力変換装置ＩＮＶを備えてもよく、回転電機１０の外部に電力変換装置ＩＮＶを固定して備えてもよい。電力変換装置ＩＮＶの形態が相違するに過ぎず、図５や図７に示す特性が得られるので、参考の形態１〜４および実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００８７】
上述した参考の形態１〜４および実施の形態では、インナーロータ型の回転電機１０に適用する構成とした（図１を参照）。この形態に代えて、アウターロータ型の回転電機１０に適用する構成としてもよい。回転子１３と固定子１４の位置が相違するに過ぎず、図５や図７に示す特性が得られるので、参考の形態１〜４および実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【符号の説明】
【００８８】
１０  回転電機
１１  回転軸
１３ａ  巻線
２０  整流装置
２１（２１ａ〜２１ｄ）  整流ブラシ
２２（２２Ａ〜２２Ｄ）  整流子
２２ａ，２２ｂ，２２ｅ，２２ｇ  整流子片
２３  ブラシ
２３ａ  正極ブラシ
２３ｂ  負極ブラシ
Ｄ（Ｄ１，Ｄ２）  ダイオード
【図１】
0006512981.tif 000002
【図２】
0006512981.tif 000003
【図３】
0006512981.tif 000004
【図４】
0006512981.tif 000005
【図５】
0006512981.tif 000006
【図６】
0006512981.tif 000007
【図７】
0006512981.tif 000008
【図８】
0006512981.tif 000009
【図９】
0006512981.tif 000010
【図１０】
0006512981.tif 000011
【図１１】
0006512981.tif 000012