(57)【要約】【課題】軽負荷時であっても、ブラシに流す電流密度を最適にして、ブラシを最適に発熱させて、ブラシのうちスリップリングに摺接する面に、酸化被膜を生成させて、異状摩耗を防止する。【解決手段】定格負荷時には、スリップリングＳＲには、ブラシホルダーＢＨ１で保持されたブラシＢ１と、ブラシホルダーＢＨ２で保持されたブラシＢ２が摺接する。軽負荷時には、ブラシホルダーＢＨ１が、駆動軸Ｓ１を中心として揺動して、ブラシＢ１がスリップリングＳＲから離反し、電流は一方のブラシＢ２のみを通じて流れる。従って、ブラシＢ２に流れる電流密度は、定格時と略同等な値となり、ブラシＢ２に酸化被膜が適切に生成され、軽負荷時においても安定した運転が可能となる。【選択図】図１
2007189847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つのスリップリングに、複数のブラシホルダーにて個別に保持された複数のブラシが摺接するようになっている巻線形誘導電動機において、
前記複数のブラシホルダーの少なくとも１つを支持すると共に、そのブラシホルダーを揺動させて当該ブラシホルダーが保持しているブラシを前記スリップリングに対して接離させる揺動構造と、
前記誘導電動機の二次巻線から外部の抵抗器に流れる電流を検出する電流センサと、
前記電流センサで検出した検出電流値と、予め決めた基準電流値とを比較し、前記検出電流値が前記基準電流値以上であるときには、前記揺動機構を揺動させて揺動するブラシホルダーで保持したブラシを前記スリップリングに接触させ、前記検出電流値が前記基準電流値未満になると、前記揺動機構を揺動させて揺動するブラシホルダーで保持したブラシを前記スリップリングから離反させるように前記揺動構造による揺動を制御する制御器と、
を有することを特徴とする巻線形誘導電動機のブラシ機構。
【請求項２】
ブラシホルダーにて保持されたブラシがスリップリングに摺接するようになっている巻線形誘導電動機において、
前記ブラシを加熱するために前記ブラシホルダーに備えられたヒータと、
前記誘導電動機の二次巻線から外部の抵抗器に流れる電流を検出する電流センサと、
前記電流センサで検出した検出電流値と、予め決めた基準電流値とを比較し、前記検出電流値と前記基準電流値との偏差に反比例した値の電流を前記ヒータに流す電流供給手段と、
を有することを特徴とする巻線形誘導電動機のブラシ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は巻線形誘導電動機のブラシ機構に関するものであり、負荷変動してもブラシの表面に、酸化被膜が適切に生成されるように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
巻線形誘導電動機では、固定子巻線と同じ極数となる回転子巻線を回転子鉄心に施している。そして、回転子巻線の各相の巻線に個別に接続された３個のスリップリングを回転軸に備えている。３個のスリップリングには、それぞれブラシが摺接し、このブラシを介して始動用や速度調整用の抵抗器が接続される。
【０００３】
このような、巻線形誘導電動機の運用に当たって、ブラシは２次巻線（回転子巻線）の給電のため重要な要素であり、運用に当たりブラシに流す電流の電流密度によって、採用するブラシ材質、ブラシの配置個数を適当に選定する必要がある。
【０００４】
更に詳述すると、ブラシに流す電流の電流密度を最適に設定することにより、ブラシとスリップリングとの接触抵抗と、ブラシのオーム損により、ブラシを発熱させて適切なブラシ温度とし、これによりブラシの表面に酸化被膜を生成させている。
このように、ブラシ温度を適切な温度としてブラシ表面（スリップリングに摺接する面）に酸化被膜を生成させることにより、ブラシやスリップリングの異状摩耗を防止して、良好な運転が確保できるのである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ブラシの材質、個数は、ブラシに流れる電流の電流密度に応じて選定することになる。一般的には電動機の定格電流あるいは最も運用頻度の高い負荷電流に基づいて決定する。つまり、定格電流（または運用頻度の高い負荷電流）による発熱によって、ブラシ表面に酸化被膜が適切に生成されるような、ブラシ材料やブラシ個数を選定している。
【０００６】
しかしながら実際には、計画負荷に満たない軽負荷運転となるケースもあり、この際には、電流密度が小さくなってブラシの表面に酸化被膜が形成されず、この結果、ブラシやスリップリングに異状摩耗が生じる虞がある。このような異状摩耗は、２次巻線焼損の要因となる可能性がある。
即ち、このような軽負荷運転では、ブラシに流れる電流密度が小さくなり、したがってブラシの発熱温度が低く、酸化被膜が適切に生成されず、ブラシやスリップリングが異状摩耗してしまう可能性が生じるのである。
【０００７】
また、巻線形電動機の用途には、送風機、ポンプなどの２乗逓減トルク特性をもった負荷が多く、速度制御を行う場合、減速することで非常な軽負荷運転となる場合もあり、このような軽負荷運転時には、ブラシに流れる電流密度が小さくなり、同様な問題を発生する虞がある。
【０００８】
本発明は上記従来技術に鑑み、負荷が変動しても、ブラシに流れる電流密度を、ブラシ表面に酸化被膜を適切に生成することができる最適な値の電流密度に調整する、巻線形誘導電動機のブラシ機構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本発明の構成は、
１つのスリップリングに、複数のブラシホルダーにて個別に保持された複数のブラシが摺接するようになっている巻線形誘導電動機において、
前記複数のブラシホルダーの少なくとも１つを支持すると共に、そのブラシホルダーを揺動させて当該ブラシホルダーが保持しているブラシを前記スリップリングに対して接離させる揺動構造と、
前記誘導電動機の二次巻線から外部の抵抗器に流れる電流を検出する電流センサと、
前記電流センサで検出した検出電流値と、予め決めた基準電流値とを比較し、前記検出電流値が前記基準電流値以上であるときには、前記揺動機構を揺動させて揺動するブラシホルダーで保持したブラシを前記スリップリングに接触させ、前記検出電流値が前記基準電流値未満になると、前記揺動機構を揺動させて揺動するブラシホルダーで保持したブラシを前記スリップリングから離反させるように前記揺動構造による揺動を制御する制御器と、
を有することを特徴とする。
【００１０】
また本発明の構成は、
ブラシホルダーにて保持されたブラシがスリップリングに摺接するようになっている巻線形誘導電動機において、
前記ブラシを加熱するために前記ブラシホルダーに備えられたヒータと、
前記誘導電動機の二次巻線から外部の抵抗器に流れる電流を検出する電流センサと、
前記電流センサで検出した検出電流値と、予め決めた基準電流値とを比較し、前記検出電流値と前記基準電流値との偏差に反比例した値の電流を前記ヒータに流す電流供給手段と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軽負荷運転となり二次巻線に流れる総電流値が小さくなったときには、スリップリングに摺接するブラシの数を減らすようにしたので、個々のブラシに流れる電流密度は、定格負荷の時と略同等な電流密度となり、スリップリングに摺接しているブラシの発熱によりブラシ表面に酸化被膜が適正に生成され、この酸化被膜により良好な運転を確保することができる。
【００１２】
また本発明によれば、軽負荷運転となり二次巻線に流れる総電流値が小さくなったときには、ブラシをヒータにより加熱することにより、ブラシの温度を確保してブラシ表面に酸化被膜を適正に生成させ、この酸化被膜により良好な運転を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の実施例１に係る、巻線形誘導電動機のブラシ機構の要部を示す構成図であり、図２は実施例１の制御系を示す構成図である。
【００１５】
図１に示すように、スリップリングＳＲは、巻線形誘導電動機の回転子と共に回転する。図１では１つのスリップリングＳＲのみを示すが、実際には、各相に対応して配置されており、合計で３個のスリップリングがある。
【００１６】
１つのスリップリングＳＲに対しては、第１のブラシホルダーＢＨ１にて保持されたブラシＢ１と、第２のブラシホルダーＢＨ２にて保持されたブラシＢ２が摺接するようになっている。
【００１７】
第１のブラシホルダーＢＨ１は、揺動自在に電動機ケーシング（図示省略）に支持されており、揺動することにより、ブラシＢ１が、スリップリングＳＲに対して接触したり離反したりする。
第２のブラシホルダーＢＨ２は、固定状態で電動機ケーシングに配置されており、このブラシホルダーＢＨ２で保持されたブラシＢ２は、常時、スリップリングＳＲに摺接する。
【００１８】
ここで、第１のブラシホルダーＢＨ１の揺動構造について説明する。
駆動軸Ｓ１は、電動機ケーシングに回転自在に支持されている。この駆動軸Ｓ１には、ギアＧ１が固定されると共に、ブラシホルダーＢＨ１が固定されている。ギアＧ１には、ギアＧ２が噛合しており、ギアＧ２はモータｍにより回転されるようになっている。
【００１９】
モータｍの駆動により、ギアＧ２が正方向または逆方向に回転すると、ギヤＧ１が正方向または逆方向に回転して、ブラシホルダーＢＨ１は駆動軸Ｓ１を揺動中心として正方向または逆方向に揺動する。このブラシホルダーＢＨ１が正方向に揺動することにより、このブラシホルダーＢＨ１に保持されているブラシＢ１がスリップリングＳＲに摺接し、ブラシホルダーＢＨ１が逆方向に揺動することにより、このブラシホルダーＢＨ１に保持されているブラシＢ１がスリップリングＳＲから離反する。
ギアＧ１の回転方向及び回転量はリミットスイッチＬＳ１，ＬＳ２により検出されるようになっている。このギアＧ１の回転方向及び回転量から、スリップリングＳＲに対するブラシＢ１の接離状態を判定することができる。
【００２０】
なお図１に示す構造は、他の２相においても同じ構成となっている。
【００２１】
図２に示すように、実施例１を適用した巻線形誘導電動機ＩＭには、電源部１１から三相交流電力が供給され、巻線形誘導電動機ＩＭの二次側には、接続線１３を介して抵抗器１２が接続される。この接続線１３には、巻線形誘導電動機ＩＭの二次巻線（回転子巻線）からスリップリング及びブラシを介して抵抗器１２に流れ込む電流が流れる。
この接続線１３には、この接続線１３に流れる電流を検出するホールＣＴ等の電流センサ１４が備えられている。
【００２２】
電流センサ１４で検出した検出電流値ａは、制御器１５に送られる。制御器１５は、検出電流値ａに応じて、ギアＧ２を正逆回転させるモータｍの制御をする。
【００２３】
ここで制御器１５による制御について説明する。この制御器１５には、基準電流値ｂが設定されている。この基準電流値ｂの値は、この値（ｂの値）の電流が２つのブラシＢ１，Ｂ２を通して流れることにより２つのブラシＢ１，Ｂ２が発熱して、ブラシＢ１，Ｂ２の表面に酸化被膜が生成されるような値としている。
【００２４】
そして、制御器１５は、検出電流値ａと基準電流値ｂとを比較し、検出電流値ａが基準電流値ｂ以上であるときには、モータｍを正転させ、これによりブラシホルダーＢＨ１を正方向に揺動させてブラシＢ１をスリップリングＳＲに摺接させる。なお、ブラシホルダーＢＨ１の揺動量は、リミットスイッチＬＳ１，ＬＳ２の検出信号を基に判定している。
【００２５】
このような制御をしているため、ａ≧ｂのときには、２つのブラシＢ１，Ｂ２がスリップリングＳＲに摺接する。このとき、各ブラシＢ１，Ｂ２に流れる電流密度は、ブラシＢ１，Ｂ２を発熱させて、ブラシ表面に酸化被膜が生成される最適な電流密度となっている。
したがって、定格負荷や運用頻度の高い負荷時には、スリップリングＳＲに摺接するブラシＢ１，Ｂ２の表面に酸化被膜が生成され、異状摩耗を生ずることなく良好な運転ができる。
【００２６】
一方、制御器１５は、検出電流値ａと基準電流値ｂとを比較して、検出電流値ａが基準電流値ｂ未満になったときには、モータｍを逆転させ、これによりブラシホルダーＢＨ１を逆方向に揺動させてブラシＢ１をスリップリングＳＲから離反させる。なお、ブラシホルダーＢＨ１の揺動量は、リミットスイッチＬＳ１，ＬＳ２の検出信号を基に判定している。
【００２７】
このような制御をしているため、ａ＜ｂのときには、１つのブラシＢ２のみがスリップリングＳＲに摺接する。このように一方のブラシＢ２のみに電流が流れるため、総電流値は小さくなっても、ブラシＢ２に流れる電流密度は、ブラシＢ２を発熱させて、ブラシ表面に酸化被膜が生成される最適な電流密度とすることができる。
したがって、軽負荷時においても、スリップリングＳＲに摺接する１つのブラシＢ２の表面に酸化被膜が生成され、異状摩耗を生ずることなく良好な運転ができる。
【００２８】
なお上記実施例１では、ブラシホルダーＢＨ１，ＢＨ２のうち、一方のブラシホルダーのみが揺動するようにしていたが、両方とも揺動する構成とすることもできる。
ブラシホルダーＢＨ１，ＢＨ２の両方が揺動する場合には、定格負荷時には両方のブラシホルダーで保持したブラシをスリップリングに摺接させ、軽負荷時には一方のブラシホルダーで保持したブラシをスリップリングから離反させるように制御をする。
勿論、３個以上のブラシホルダーを備え、そのうち、少なくとも、１つのブラシホルダーを揺動自在に設置し、軽負荷時には揺動するブラシホルダーで保持したブラシをスリップリングから離反させるように制御をしてもよい。
【実施例２】
【００２９】
図３は本発明の実施例２に係る、巻線形誘導電動機のブラシ機構の要部を示す構成図であり、図４，図５はブラシ部分を示す斜視図であり、図６は実施例２の制御系を示す構成図である。
【００３０】
図３に示すように、実施例２に係るブラシ機構では、ブラシホルダーＢＨ３は従来技術と同様に、固定配置されており、ブラシＢ３を保持して、このブラシＢ３をスリップリング（図３では図示省略している）に摺接させるものである。
【００３１】
更に、図３及び図４に示すように、ブラシホルダーＢＨ３で保持されたブラシＢ３には、このブラシＢ３の周囲を包む状態で、シートヒータ２０が備えられている。
【００３２】
なお図４に示すようにブラシＢ３の周囲にシートヒータ２０を備えるのみならず、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、シートヒータ２０をブラシＢ３中に埋め込んだり、シートヒータ２０をブラシＢ３の周面に張り付けたり、シートヒータ２０をブラシＢ３の上面に貼り付けたりするようにしてもよい。
いずれにしろ、シートヒータ２０はブラシホルダーＢＨ３に備えられており、通電されると発熱してブラシＢ３を加熱する。
【００３３】
図６に示すように、実施例２を適用した巻線形誘導電動機ＩＭには、電源部２１から三相交流電力が供給され、巻線形誘導電動機ＩＭの二次側には、接続線２３を介して抵抗器２２が接続される。この接続線２３には、巻線形誘導電動機ＩＭの二次巻線（回転子巻線）からスリップリング及びブラシを介して抵抗器２２に流れ込む電流が流れる。
この接続線２３には、この接続線２３に流れる電流を検出するホールＣＴ等の電流センサ２４が備えられている。
【００３４】
電流センサ２４で検出した検出電流値ｄは、比較器２５に送られる。この比較器２５には、基準電流値ｅが設定されている。この基準電流値ｅの値は、この値（ｅの値）の電流がブラシＢ３を通して流れることによりブラシＢ３が発熱して、ブラシＢ３の表面に酸化被膜が生成されるような値としている。
【００３５】
そして、比較器２５は、検出電流値ｄと基準電流値ｅとを比較して偏差信号ｆを出力する。この偏差信号ｆの値は、偏差（ｄ−ｅ）が大きくなると小さくなり、偏差（ｄ−ｅ）が小さくなると大きくなる。つまり、偏差信号ｆは、偏差（ｄ−ｅ）を反転させた値（反比例した値）となっている。
【００３６】
増幅器２６は、偏差信号ｆの大きさに応じた（増幅した）電圧値でシートヒータ２０に電圧を印加する。
このため、定格負荷や運用頻度の高い負荷時には、検出電流値ｄが大きいため偏差信号ｆが小さくなり、増幅器２６からシートヒータ２０には電圧供給がされないが（または、小電圧のみが供給されるが）、ブラシＢ３に流れる電流密度が高いため、ブラシ表面に酸化被膜が生成され、異状摩耗が生ずることなく良好な運転ができる。
【００３７】
一方、軽負荷時には、検出電流値ｄが小さいため偏差信号ｆが大きくなり、増幅器２６からシートヒータ２０に大きな電圧値の電圧が印加され、シートヒータ２０に電流が流れて発熱する。このシートヒータ２０の発熱により、ブラシＢ３の温度が上昇して、ブラシ表面に酸化被膜が生成され、異状摩耗が生ずることなく良好な運転ができる。
つまり、ブラシＢ３に流れる電流密度が小さいときであっても、シートヒータ２０に流す電流を調整することによりブラシＢ３の加熱を調整し、酸化被膜生成に適正なブラシ温度とすることができる。
【００３８】
なお、実施例２では接続線に流れる電流を検出して、シートヒータ２０に流す電流調整をしているが、ブラシＢ３の温度を検出して、この温度が酸化被膜生成に適正な温度となるように、シートヒータ２０に流す電流を調整するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例１に係る、巻線形誘導電動機のブラシ機構の要部を示す構成図。
【図２】本発明の実施例１の制御系を示すブロック図。
【図３】本発明の実施例２に係る、巻線形誘導電動機のブラシ機構の要部を示す構成図。
【図４】本発明の実施例２のブラシ部分を示す斜視図。
【図５】本発明の実施例２のブラシ部分を示す斜視図。
【図６】本発明の実施例２の制御系を示すブロック図。
【符号の説明】
【００４０】
１１，２１  電源部
１２，２２  抵抗器
１３，２３  接続線
１４，２４  電流センサ
１５  制御器
２０  シートヒータ
２５  比較器
２６  増幅器
ＢＨ１，ＢＨ２，ＢＨ３  ブラシホルダー
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３  ブラシ
ＳＲ  スリップリング
Ｇ１，Ｇ２  ギア
ｍ  モータ
ＬＳ１，ＬＳ２  リミットスイッチ
Ｓ１  駆動軸
【図１】
2007189847.tif 000003
【図２】
2007189847.tif 000004
【図３】
2007189847.tif 000005
【図４】
2007189847.tif 000006
【図５】
2007189847.tif 000007
【図６】
2007189847.tif 000008