(57)【要約】【課題】冷却用液体の特性並びにブラシ及びスリップリングの配置に依らずにスリップリング及びブラシに対する冷却及び電気的導通の維持を可能とするスリップリング装置を提供する。【解決手段】スリップリング装置１０１は、ブラシ４２と、回転しつつブラシ４２と接触する輪状のスリップリング４１と、ブラシ４２及びスリップリング４１を収容するスリップリング収容空間４を含み且つスリップリング収容空間４内にブラシ４２の冷却用液体である潤滑油を含むモータカバー２及びエンドカバー３とを備える。ブラシ４２は、スリップリング４１の回転方向Ｒと向き合う部位に、回転方向Ｒへのブラシ４２に向かう潤滑油の流れをかき分ける掻分端部４２ａを含み、掻分端部４２ａは、スリップリング４１に隣接して位置する。【選択図】図３
2016082711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリップリング装置において、
ブラシと、
回転しつつ前記ブラシと接触する輪状のスリップリングと、
前記ブラシ及び前記スリップリングを収容する収容空間を含み且つ前記収容空間内に前記ブラシを冷却する冷却用液体を含むケースと
を備え、
前記ブラシは、前記スリップリングの回転方向と向き合う部位に、前記回転方向への前記ブラシに向かう前記冷却用液体の流れをかき分ける掻分部を含み、
前記掻分部は、前記スリップリングに隣接して位置するスリップリング装置。
【請求項２】
前記掻分部は、前記ブラシと異なり且つ可撓性又は弾性を生じるような材料から形成される請求項１に記載のスリップリング装置。
【請求項３】
前記掻分部は、前記回転方向に沿って断面積を増加させる形状を有する請求項１または２に記載のスリップリング装置。
【請求項４】
前記掻分部における前記回転方向に沿って断面積を増加させる形状は、前記スリップリングの外周面に対して前記回転方向に沿って前記外周面から離れるように延在して断面積を増加させる部位を含む請求項３に記載のスリップリング装置。
【請求項５】
前記掻分部における前記回転方向に沿って断面積を増加させる形状は、前記回転方向に対して前記スリップリングの回転軸方向へ傾斜するように延在して断面積を増加させる部位を含む請求項３または４に記載のスリップリング装置。
【請求項６】
前記ブラシは、前記スリップリングとの接触面側の前記掻分部を含む第一部位と、前記接触面と反対側に位置して前記掻分部を含まない直方体状の第二部位とを含み、
前記第二部位における前記スリップリングの径方向と垂直な断面は、前記第一部位における前記スリップリングの径方向と垂直な断面を含む形状を有する請求項５に記載のスリップリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ブラシに回転しつつ接触するスリップリングを備えるスリップリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば回転電機では、回転シャフトと共に回転するスリップリングに、外部のインバータ、バッテリ等の電気機器と電気的に接続されたブラシを接触させることによって、外部との間で電力の需給が行われる。ブラシは、電流が流れることによって発熱するほか、回転するスリップリングに対して押圧された状態で摺動するため、摩擦によっても発熱する。しかしながら、ブラシは、その温度が所定の温度以上に上昇すると、耐摩耗性を急激に大きく低下させ摩耗量を劇的に増加させるため、その耐久性が著しく低下する。このため、ブラシを冷却するために空気よりも優れた冷却性能を有する液体を用いた技術が提案されている。しかしながら、ブラシとスリップリングとの接触部に冷却用の液体が浸入して液膜を形成すると、ブラシとスリップリングとの間の電気的導通が不良になるため、この電気的導通の不良を抑える技術も提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１に記載されるスリップリング装置では、収容ケースの密閉された収容室内に、スリップリング及びブラシが配置されており、収容室の内部にはフッ素系液体が封入されている。フッ素系液体は、スリップリングと共に回転する回転軸がその中心軸位置まで浸かる程度の量で封入されている。フッ素系液体は、空気と比較して大きい熱伝導率、比熱及び密度を有し、優れた熱伝達性能を有するため、スリップリング及びブラシを効果的に冷却することができる。さらに、フッ素系液体は、鉱物油系オイルよりも劣る境界潤滑性を有するため、スリップリングとブラシとの接触部に入り込んでも接触部において液膜を形成せず、スリップリング及びブラシの間の電気的導通を維持する。
【０００４】
また、特許文献２に記載されるスリップリング装置では、スリップリングの外周を所定の隙間を保って囲む案内リングが設けられ、ブラシは、案内リングに形成された開口部に挿入されてスリップリングに接触している。スリップリングには、ブラシとの接触領域以外の領域に複数の動圧溝が形成され、複数の動圧溝はスリップリングの周方向に沿って配列されている。スリップリング、ブラシ及び案内リングは、絶縁油で内部が満たされたハウジング内に配置されており、絶縁油によって冷却される。スリップリングの回転時、動圧溝の作用によって、スリップリングと案内リングとの間にある絶縁油は、ブラシが挿入された開口部から離れる方向に押し出されて負圧を発生し、それにより、スリップリングとブラシとの間で油膜切れが発生する。この結果、スリップリング及びブラシの間の電気的導通が維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１８３５５９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７７８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のスリップリング装置では、スリップリング及びブラシの間の電気的導通の維持をフッ素系液体の特性に依存しているため、冷却用液体の代替が利かないという問題がある。特許文献２のスリップリング装置では、スリップリングが１つの場合には絶縁油が効果的に押し出されるが、回転軸に沿って複数のスリップリングが一列に配置される場合には、スリップリング同士の間に絶縁油が滞留し、滞留した絶縁油がスリップリングとブラシとの間に侵入して油膜を形成し、この間の電気的導通を不良にするという問題がある。さらに、特許文献２のスリップリング装置において、スリップリングの回転軸方向及び周方向のいずれの方向であってもこれらの方向にブラシの長さが長くなると、ブラシとスリップリングとの接触面の中心付近での油膜の切れが弱くなるため、電気的導通の不良がさらに発生しやすくなる。
【０００７】
この発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、冷却用液体の特性並びにブラシ及びスリップリングの配置に依らずにスリップリング及びブラシに対する冷却及び電気的導通の維持を可能とするスリップリング装置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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、この発明に係るスリップリング装置は、ブラシと、回転しつつブラシと接触する輪状のスリップリングと、ブラシ及びスリップリングを収容する収容空間を含み且つ収容空間内にブラシを冷却する冷却用液体を含むケースとを備え、ブラシは、スリップリングの回転方向と向き合う部位に、上記回転方向へのブラシに向かう冷却用液体の流れをかき分ける掻分部を含み、掻分部は、スリップリングに隣接して位置する。
【０００９】
掻分部は、ブラシと異なり且つ可撓性又は弾性を生じるような材料から形成されてよい。
掻分部は、上記回転方向に沿って断面積を増加させる形状を有してよい。
掻分部における上記回転方向に沿って断面積を増加させる形状は、スリップリングの外周面に対して上記回転方向に沿って外周面から離れるように延在して断面積を増加させる部位を含んでよい。
掻分部における上記回転方向に沿って断面積を増加させる形状は、上記回転方向に対してスリップリングの回転軸方向へ傾斜するように延在して断面積を増加させる部位を含んでよい。
ブラシは、スリップリングとの接触面側の掻分部を含む第一部位と、接触面と反対側に位置して掻分部を含まない直方体状の第二部位とを含み、第二部位におけるスリップリングの径方向と垂直な断面は、第一部位におけるスリップリングの径方向と垂直な断面を含む形状を有してよい。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係るスリップリング装置によれば、冷却用液体の特性並びにブラシ及びスリップリングの配置に依らずにスリップリング及びブラシに対して冷却すること並びにスリップリング及びブラシの間の電気的導通を維持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係るスリップリング装置を備える回転電機の構成を示す模式断面側面図である。
【図２】図１のスリップリング装置におけるブラシアセンブリを示す斜視図である。
【図３】図１のスリップリング装置におけるブラシ及びスリップリングの詳細な構成を示す斜視図である。
【図４】図３のブラシにおけるスリップリングの頂面の平面図である。
【図５】図３のブラシの変形例とスリップリングとの構成を図３と同様にして示す斜視図である。
【図６】図３のブラシの別の変形例におけるスリップリングの径方向に垂直な断面を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係るスリップリング装置におけるブラシ及びスリップリングの構成を図３と同様にして示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係るスリップリング装置におけるブラシ及びスリップリングの構成を図３と同様にして示す斜視図である。
【図９】図８のブラシの変形例とスリップリングとの構成を図８と同様にして示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１に係るスリップリング装置１０１を含む回転電機１００の構成を説明する。なお、以下の実施の形態では、回転電機１００は、ハイブリッド自動車に搭載されるものとして説明する。
【００１３】
図１を参照すると、回転電機１００は、三相交流電力が印加されるダブルロータ型の回転電機を構成している。回転電機１００は、モータハウジング１とモータカバー２とエンドカバー３とを備えている。モータハウジング１は、筒状の形状を有しており、一方の開口端部１ａで開放している。モータカバー２は、開口端部１ａを塞ぐようにモータハウジング１に取り付けられ、その一部が開口端部２ｂ１で開口する筒状の形状を有している。エンドカバー３は、モータカバー２の開口端部２ｂ１を塞ぐようにモータカバー２に取り付けられる。
【００１４】
モータカバー２は、モータハウジング１の開口端部１ａに固定され且つ筒状のモータハウジング１に対して垂直に延在し且つ中心付近に円状の開口部２ａ１を有する板状のフランジ部２ａと、フランジ部２ａに対して垂直に且つ開口部２ａ１からモータハウジング１内に向かって延在する略円筒状の小径筒部２ｃと、フランジ部２ａから小径筒部２ｃと反対側に且つ開口部２ａ１よりも径方向外側の位置から延在する大径筒部２ｂとを備えている。大径筒部２ｂの端部は、エンドカバー３が固定される開口端部２ｂ１を構成している。開口端部２ｂ１は、エンドカバー３によって気密に塞がれる。これにより、エンドカバー３と大径筒部２ｂと小径筒部２ｃとによって囲まれるスリップリング収容空間４が区画形成される。また、モータハウジング１内では、スリップリング収容空間４を除いたモータハウジング１及びモータカバー２によって囲まれるモータ収容空間５が区画形成される。
ここで、モータカバー２及びエンドカバー３は、スリップリング収容空間４のケースを構成している。
【００１５】
さらに、回転電機１００は、スリップリング収容空間４を大径筒部２ｂ及び小径筒部２ｃの円筒軸方向に沿って通りモータ収容空間５にまで延在する金属製の回転軸６と、回転軸６におけるエンドカバー３と反対側の端部６ａに一体回転可能に連結された金属製の第一ロータ支持部材２１ｃとを備えている。第一ロータ支持部材２１ｃは、モータ収容空間５内で回転軸６と同軸上に配置されている。
【００１６】
第一ロータ支持部材２１ｃは、回転軸６と反対側に突出する円筒状の入力軸部２１ｃａと、小径筒部２ｃを外側から囲むように延在する円筒状の第一ロータ支持部２１ｃｂと、回転軸６の径方向に延在して入力軸部２１ｃａを第一ロータ支持部２１ｃｂに連結する連結部２１ｃｃとが一体成形された構成を有している。
入力軸部２１ｃａの内周面にはスプライン等の嵌合溝が形成されている。そして、エンジン等の駆動装置の回転軸に機械的に連結された駆動軸が、入力軸部２１ｃａの内側に挿入されてスプラインと嵌合することで回転駆動力を伝達できるように構成されている。
【００１７】
第一ロータ支持部２１ｃｂは、その外周に設けられる第一ロータ２１の円筒状の第一ロータコア２１ａを支持しこれと一体に回転する。第一ロータ２１は、第一ロータコア２１ａに周方向に沿って配置された三相巻線２１ｂを含む。
また、第一ロータコア２１ａよりもモータカバー２のフランジ部２ａ側に突出する第一ロータ支持部２１ｃｂの端部は、その外周側に設けられた内側ボールベアリング３１を介してフランジ部２ａによって回転自在に支持されている。
【００１８】
また、モータ収容空間５内において、第一ロータコア２１ａの外周を囲むようにして第二ロータ２２の円筒状の第二ロータコア２２ａが設けられている。第二ロータコア２２ａは、その内部に、周方向に沿って配置された永久磁石２２ｂを有している。
【００１９】
第二ロータコア２２ａは、その円筒軸方向の両側から第二ロータコア２２ａを挟むように設けられた第二ロータ支持部材２２ｃ及び２２ｄによって支持されている。第二ロータコア２２ａに対して、第二ロータ支持部材２２ｄはフランジ部２ａ側に位置し、第二ロータ支持部材２２ｃは第二ロータ支持部材２２ｄと反対側に位置する。
【００２０】
第二ロータ支持部材２２ｃは、有底円筒状の形状を有し、第二ロータコア２２ａに一体回転可能に連結されている。そして、第二ロータ支持部材２２ｃは、その内周側に設けられたボールベアリング３２を介して、入力軸部２１ｃａの外周面によって回転自在に支持されている。さらに、第二ロータ支持部材２２ｃは、その底部の中心に入力軸部２１ｃａと同方向に延びる円筒状の出力軸部２２ｃ１を一体成形によって含んでいる。出力軸部２２ｃ１は、入力軸部２１ｃａ及び回転軸６と同軸に配置されており、その外周面にギヤ歯を有している。
第二ロータ支持部材２２ｄは、筒状の形状を有し、第二ロータコア２２ａに一体回転可能に連結されている。第二ロータ支持部材２２ｄにおけるフランジ部２ａ側の端部は、その外周側に設けられた外側ボールベアリング３３を介してフランジ部２ａによって回転自在に支持されている。
【００２１】
よって、第二ロータ２２と第二ロータ支持部材２２ｃ及び２２ｄとは一体となって、入力軸部２１ｃａに対して、つまり、回転軸６及び第一ロータ２１に対して相対回転することができる。そして、第二ロータ支持部材２２ｃの出力軸部２２ｃ１は、その外周面のギヤ歯に係合する車両の駆動機構等に回転駆動力を出力することができる。
【００２２】
さらに、モータ収容空間５内では、第二ロータコア２２ａの外周を囲むようにして円筒状のステータ２３が設けられている。ステータ２３は、モータハウジング１に固定されている。さらに、ステータ２３は、その内部に、周方向に沿って配置された三相巻線２３ａを含んでいる。
従って、回転電機１００は、第一ロータ２１、第二ロータ２２及びステータ２３を備えたダブルロータ型の回転電機を構成している。
【００２３】
また、モータカバー２において、小径筒部２ｃにおける大径筒部２ｂと反対側の端部の内周面と回転軸６の外周面との間は、環状のシール部材７によって気密に封止されている。シール部材７は、スリップリング収容空間４をモータ収容空間５に対して気密に封止し、それにより、スリップリング収容空間４は、密閉された空間を形成している。
【００２４】
図１及び図２をあわせて参照すると、スリップリング収容空間４内において、回転軸６の周りに３つの輪状のスリップリング４１が一体に回転するように設けられている。３つのスリップリング４１は、回転軸６の軸方向に沿って一列に並べて配置されている。さらに、各スリップリング４１には、３つの柱状のブラシ４２が接触するようにして配設されている。３つのブラシ４２は、１つのスリップリング４１に対して周方向に沿って等間隔に配置されている、つまり、１つのスリップリング４１に対して互いに１２０°の中心角を形成するように配置されている。スリップリング４１及びブラシ４２は、導電性を有する材料から形成されている。
【００２５】
さらに、ブラシ４２の全ては、スリップリング収容空間４内に配設されるブラシアセンブリ４０内で保持されている。
ブラシアセンブリ４０は、ブラシ４２それぞれを内部で摺動可能に保持するブラシホルダ４３と、３つのブラシホルダ４３がそれぞれの表面４４ａ上に固定される３つの円環板状のベースプレート４４と、各ベースプレート４４の表面４４ａ上に固定されてブラシ４２それぞれをスリップリング４１に向かって押圧する巻きバネ４５と、各ベースプレート４４の表面４４ａ上に固定されてブラシ４２それぞれを各ベースプレート４４に電気的に接続する電気接続部４６と、３つのベースプレート４４を内側で保持する円筒状のカバー部材４７とを含んでいる。カバー部材４７は、同軸上に位置する小径部４７ａ及び大径部４７ｂによって構成されている。ベースプレート４４は、スペーサ部材４８によって互いに等間隔に離されて保持された状態で小径部４７ａ内に配置及び固定されている。
【００２６】
各ベースプレート４４は、導電性を有する材料から形成されており、その外周縁に一体に成形されたブラシ用バスバー４４ｂをカバー部材４７の外部に突出させている。各ブラシ用バスバー４４ｂには、外部からスリップリング収容空間４内に延びる電線が接続され、これにより、各ブラシ４２は、電線に電気的に接続された外部のインバータ、バッテリ等の電気機器に電気的に接続される。
ブラシアセンブリ４０は、各ベースプレート４４の中心に形成された開口部４４ｃ内に、回転軸６及びスリップリング４１を通すようにして、配置される。このとき、各ブラシ４２が、スリップリング４１と対向する位置に位置し、巻きバネ４５の付勢力によってスリップリング４１の外周面に押しつけられる。押しつけられている各ブラシ４２は、ブラシホルダ４３及びベースプレート４４からベースプレート４４の開口部４４ｃ内に突出している。
ここで、ブラシアセンブリ４０及びスリップリング４１は、スリップリング装置１０１を構成している。
【００２７】
また、回転軸６の外周面は、樹脂等からなる円筒状の絶縁部材５１によって覆われている。各スリップリング４１は、絶縁部材５１に埋め込まれ、絶縁部材５１の外周面からその外周面を露出させて突出している。そして、各スリップリング４１は、絶縁部材５１によって、回転軸６及び他のスリップリング４１から絶縁されている。
さらに、絶縁部材５１の内部には、回転軸６の軸方向に沿って延在する３つのバスバー５２が埋め込まれている。３つのバスバー５２は、絶縁部材５１によって互いから及び回転軸６から絶縁され、互いに異なる１つのスリップリング４１にのみ電気的に接続されている。各バスバー５２は、周囲が絶縁部材５１によって囲まれた状態で、第一ロータ支持部材２１ｃを貫通して入力軸部２１ｃａの近傍に突出している。この各バスバー５２の突出部分は、第一ロータ２１の互いに異なる各相の巻線２１ｂに電気的に接続されている。
【００２８】
また、スリップリング収容空間４内において、エンドカバー３の内表面３ａ上に流入口３ｂ及び流出口３ｃが開口している。流入口３ｂは、流出口３ｃよりも回転軸６の径方向で内側に位置している。そして、ブラシアセンブリ４０のカバー部材４７の大径部４７ｂが、流入口３ｂよりも径方向外側且つ流出口３ｃよりも径方向内側となる位置で、内表面３ａ上に固定して配設されている。これにより、スリップリング収容空間４内では、流入口３ｂを入口とし且つ流出口３ｃを出口としたカバー部材４７の内外を通る往復流路が形成される。
流入口３ｂには、回転電機１００の外部のポンプ６１の吐出口から延びる第一流路６３が連通し、流出口３ｃには、ポンプ６１の吸入口に延びる第二流路６４が連通している。第一流路６３の途中には、空冷式又は液冷式のクーラ６２が設けられている。
スリップリング収容空間４の全体、並びに流路６３及び６４は、冷却用液体である潤滑油で満たされている。ポンプ６１が稼働することによって、潤滑油は、スリップリング収容空間４並びに流路６３及び６４を循環して流れ、その過程でクーラ６２によって冷却される。なお、潤滑油は、冷却用液体としてだけでなく、回転軸６の周囲等の摺動部分に対する潤滑作用も奏する。
【００２９】
ここで、ブラシ４２及びスリップリング４１の詳細な構成を説明する。図３を参照すると、１つのスリップリング４１と、このスリップリング４１に配設された３つのブラシ４２とが示されている。
スリップリング４１は、紙面上で時計回りの方向である回転方向Ｒに回転する。各ブラシ４２は、スリップリング４１の外周面４１ａの形状にならう湾曲した形状をした底面４２ｂを有している。各ブラシ４２は、底面４２ｂに対向する頂面４２ｃで巻きバネ４５（図２参照）の付勢力を受けて、底面４２ｂを外周面４１ａに接触させて押しつけている。このとき、底面４２ｂは、外周面４１ａの中に収まっている。
【００３０】
柱状のブラシ４２は、直方体に似た外形を有しているが、回転方向Ｒと反対側の端部４２ａが、スリップリング４１の円筒軸方向での幅を回転方向Ｒと反対方向に向かうに従って先細にする凸状の平面形状を有している。ここで、端部４２ａは、掻分端部を構成している。
具体的には、ブラシ４２は、底面４２ｂと、底面４２ｂに対向する平坦な頂面４２ｃと、底面４２ｂ及び頂面４２ｃに隣り合う側面４２ｄ、４２ｅ及び４２ｆとを有している。
頂面４２ｃは、スリップリング４１の径方向に対して垂直に延在する、つまりスリップリング４１の外周面４１ａの接平面に平行に延在する。側面４２ｄ、４２ｅ及び４２ｆは、頂面４２ｃに垂直に且つスリップリング４１の径方向に平行に延在する。
【００３１】
図４に示すように、頂面４２ｃでは、スリップリング４１の外周面４１ａの縁部４１ａ１及び４１ａ２（図３参照）に沿う互いに平行な側部４２ｃ１及び４２ｃ２は、回転方向Ｒと反対側の端部において、回転方向Ｒと反対方向に向かうに従って互いに接近するように湾曲し、側部４２ｃ１及び４２ｃ２の中間に位置する先端部４２ｃ４において結合している。さらに、先端部４２ｃ４と反対側では、直線状の側部４２ｃ３を介して側部４２ｃ１及び４２ｃ２が連結している。側部４２ｃ３は、側部４２ｃ１及び４２ｃ２に対して垂直である。よって、頂面４２ｃは、先端部４２ｃ４の近傍において先端部４２ｃ４の両側が回転方向Ｒに対して傾斜した先細の形状を有している。
【００３２】
図３に戻り、底面４２ｂは、頂面４２ｃと同様の平面形状を有しており、頂面４２ｃを外周面４１ａ上に投影した形状を有している。
そして、掻分端部４２ａに対向する位置の側面４２ｄは、長方形状の平坦な面を形成し、頂面４２ｃの側部４２ｃ３に隣接する。側面４２ｄの両側に隣接する側面４２ｅ及び４２ｆはそれぞれ、頂面４２ｃの側部４２ｃ１及び４２ｃ２に隣接して位置し、掻分端部４２ａに向かって、外周面４１ａの縁部４１ａ１及び４１ａ２に沿うように延在したあと、掻分端部４２ａ付近で互いに接近するように湾曲したのちに結合する。
よって、ブラシ４２は、スリップリング４１の円筒軸方向での中央に先細の頂点を有し且つスリップリング４１の円筒軸方向での幅を回転方向Ｒと反対方向に向かうに従って先細にする掻分端部４２ａを有している。そして、掻分端部４２ａは、底面４２ｂ及びスリップリング４１の外周面４１ａに隣接して位置する。
【００３３】
次いで、回転電機１００の動作を説明する。
図１及び図２をあわせて参照すると、回転電機１００において、図示しない電気機器からブラシ用バスバー４４ｂを介して各ブラシ４２に三相交流電流が供給されると、供給された電流は、各スリップリング４１及び各バスバー５２を通って、第一ロータ２１の三相巻線２１ｂに供給される。三相巻線２１ｂを流れる電流は回転磁界を発生し、この回転磁界が永久磁石２２ｂに作用して第二ロータ２２を回転駆動する。これにより、第二ロータ２２は出力軸部２２ｃ１に機械的に接続された機構を回転駆動する。
【００３４】
また、回転軸６が入力軸部２１ｃａを介して図示しない駆動装置から回転駆動力を受けると第一ロータ２１と共に回転し、それに伴い、第一ロータ２１の三相巻線２１ｂには、第二ロータ２２の永久磁石２２ｂが発生する磁界の作用によって誘導電流が発生する。発生した誘導電流は、各バスバー５２及び各スリップリング４１を通って、各ブラシ４２に供給され、さらにブラシ４２に電気的に接続された電気機器に供給される。
また、ステータ２３の三相巻線２３ａに図示しない外部の電気機器から三相交流電流が供給されると、三相巻線２３ａを流れる電流が発生する回転磁界が、永久磁石２２ｂに作用して第二ロータ２２を回転駆動し、出力軸部２２ｃ１が回転駆動される。
【００３５】
上述のような回転電機１００の動作が開始されると、ポンプ６１が起動される。ポンプ６１は、第二流路６４から第一流路６３に向かう方向に潤滑油を圧送する。これにより、第一流路６３（クーラ６２を含む）、流入口３ｂ、スリップリング収容空間４内におけるカバー部材４７の内側、カバー部材４７の外側、流出口３ｃ、第二流路６４及びポンプ６１を順次通って循環する潤滑油の流れが形成される。潤滑油は、スリップリング収容空間４内において、スリップリング４１、ブラシ４２、ブラシホルダ４３、ベースプレート４４及び電気接続部４６と接触し、これらを冷却する。冷却後の昇温した潤滑油は、クーラ６２によって冷却され、冷却された潤滑油が流入口３ｂに供給される。そして、潤滑油によって冷却される上記の要素は、熱交換を行った後の潤滑油と再び接触することがなく、ポンプ６１によって供給される新しい潤滑油と接触するため、効果的に冷却される。
【００３６】
図３を参照すると、回転軸６と共にスリップリング４１が回転方向Ｒに回転しているとき、スリップリング４１の外周面４１ａ及び回転軸６の外周面との間の摩擦力によって、外周面４１ａ近傍の潤滑油は回転方向Ｒに向かって流れる。ブラシ４２に向かって回転方向Ｒへ流れる潤滑油は、ブラシ４２の掻分端部４２ａの先端に衝突するが、その大部分が、掻分端部４２ａの両側にかき分けられて分岐させられ、側面４２ｅ及び４２ｆに沿って流れる。底面４２ｂと外周面４１ａとの間には、潤滑油はほとんど侵入しない。これにより、ブラシ４２とスリップリング４１との間には油膜圧力が発生せず、ブラシ４２は、スリップリング４１に対して摺動しつつ直接的な接触状態及び電気的な導通を維持する。
一方、ブラシ４２の掻分端部４２ａが、側面４２ｄに平行な平坦な面である場合、つまりブラシ４２が直方体形状である場合、回転方向Ｒへの潤滑油の流れがブラシによって遮られることになるため、ブラシと外周面４１ａとの間に侵入する潤滑油の量が多くなり、油膜が形成される。これにより、ブラシと外周面４１ａとの間に発生する潤滑油の油膜圧力が、ブラシを外周面４１ａから引き離すように作用し、ブラシとスリップリング４１との電気的導通を遮断することになる。電気的導通が遮断されると、ブラシとスリップリング４１との間にアーク放電が発生し、ブラシの摩耗が促進される。
【００３７】
このように、この発明の実施の形態１に係るスリップリング装置１０１は、ブラシ４２と、回転しつつブラシ４２と接触する輪状のスリップリング４１と、ブラシ４２及びスリップリング４１を収容するスリップリング収容空間４を含み且つスリップリング収容空間４内にブラシ４２を冷却する冷却用液体である潤滑油を含むモータカバー２及びエンドカバー３とを備える。ブラシ４２は、スリップリング４１の回転方向Ｒと向き合う部位に、回転方向Ｒへのブラシ４２に向かう潤滑油の流れをかき分ける掻分部としての掻分端部４２ａを含み、掻分端部４２ａは、スリップリング４１に隣接して位置する。
【００３８】
上述の構成によって、スリップリング４１の回転時、スリップリング４１に沿ってブラシ４２に向かって回転方向Ｒへと流れる潤滑油は、ブラシ４２の掻分端部４２ａによって掻き分けられて掻分端部４２ａの両側の側面４２ｅ及び４２ｆに沿って流れる。このため、ブラシ４２の底面４２ｂとスリップリング４１との間への潤滑油の侵入が大きく抑制される。この潤滑油の侵入の抑制は、潤滑油が他の液体であっても、複数のスリップリング４１が回転軸６に沿って一列に配置されていても、ブラシ４２の長さがスリップリング４１の外周面４１ａに沿う方向及び回転軸６の軸方向のいずれに長くなっていても、達成される。よって、ブラシ４２及びスリップリング４１は、冷却用液体の特性並びにブラシ４２及びスリップリング４１の配置に依らずに、冷却されること及び互いの間の電気的導通を維持することができる。
【００３９】
また、スリップリング装置１０１において、ブラシ４２の掻分端部４２ａは、スリップリング４１の回転方向Ｒに沿って断面積を増加させる形状を有し、さらに、この形状は、回転方向Ｒに対してスリップリング４１の回転軸６の軸方向へ傾斜するように延在して断面積を増加させる部位を側面４２ｅ及び４２ｆに有している。よって、スリップリング４１の回転時、スリップリング４１に沿ってブラシ４２に向かって回転方向Ｒへと流れる潤滑油は、掻分端部４２ａによって両側の側面４２ｅ及び４２ｆへと効果的に掻き分けられる。
【００４０】
また、スリップリング装置１０１のブラシ４２では、底面４２ｂから頂面４２ｃにわたる全体に先細の掻分端部４２ａが形成されていたが、これに限定されるものでない。図５に示すブラシ４２０のように、底面４２０ｂ側の一部分にのみ掻分端部４２ａと同様の形状をした先細の掻分端部４２０ａを形成し、頂面４２０ｃ側の部分を直方体形状としてもよい。これにより、角筒状のブラシホルダ４３内でブラシ４２０の周囲全体ががたつきを生じることなく安定して保持される。一方、ブラシ４２の場合、掻分端部４２ａの先端と、側面４２ｄ、側面４２ｅの一部及び側面４２ｆの一部が接触した状態でブラシホルダ４３内で保持されることになる。
さらに、上述の構成において、頂面４２０ｃの矩形状の形状は、頂面４２０ｃから底面４２０ｂに向かって頂面４２０ｃをスリップリング４１の外周面４１ａに投影したときに底面４２０ｂをその内部に含むようなものであることが好ましい。つまり、ブラシ４２０では、直方体状の頂面４２０ｃ側の部分におけるスリップリング４１の径方向と垂直な断面が、掻分端部４２０ａが形成された底面４２０ｂ側の部分におけるスリップリング４１の径方向と垂直な断面を含む形状を有するように構成されていることが好ましい。これにより、ブラシ４２０における掻分端部４２０ａが形成された部分も角筒状のブラシホルダ４３内に収まるようにすることができるため、ブラシホルダ４３をスリップリング４１に接近させて配置することができる。その結果、ブラシホルダ４３は、ブラシ４２０の未使用時から掻分端部４２０ａが形成された部分の全てが摩耗するような摩耗限界に至るまで、ブラシ４２０を安定して保持することができる。
【００４１】
また、スリップリング装置１０１のブラシ４２では、先細の掻分端部４２ａは、掻分端部４２ａの先端の両側が、回転方向Ｒに対してスリップリング４１の回転軸６の軸方向へ傾斜し且つ湾曲した形状を有していたが、これに限定されるものでない。図６の６（ａ）に示すように、掻分端部４２１ａの先端を挟む一方の側のみが回転方向Ｒに対して傾斜し且つ湾曲し他方の側はスリップリング４１の縁部４１ａ１と平行な直線状である掻分端部４２１ａを含むブラシ４２１であってもよい。又は、図６の６（ｂ）に示すように、円の一部を形成する掻分端部４２２ａを含むブラシ４２２であってもよく、楕円の一部を形成する掻分端部を含むブラシであってもよい。又は、図６の６（ｃ）に示すように、掻分端部４２３ａの先端の両側が回転方向Ｒに対して直線状に傾斜する三角形の一部を形成する掻分端部４２３ａを含むブラシ４２３であってもよい。又は、図６の６（ｄ）に示すように、掻分端部４２４ａの先端を挟む一方の側のみが回転方向Ｒに対して直線状に傾斜し他方の側はスリップリング４１の縁部４１ａ１と平行な直線状である掻分端部４２４ａを含むブラシ４２４であってもよい。
よい。
【００４２】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るスリップリング装置は、実施の形態１に係るスリップリング装置に対して、ブラシの掻分端部の構成を変更したものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一また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。
【００４３】
図７を参照すると、実施の形態２に係るスリップリング装置のブラシ２４２は、略直方体状の形状を有している。ブラシ２４２は、スリップリング４１の外周面４１ａの形状にならう湾曲形状を有し且つ外周面４１ａに接触する底面２４２ｂと、底面２４２ｂに対向する平坦な頂面２４２ｃと、底面２４２ｂ及び頂面２４２ｃに隣り合う平坦な側面２４２ａ、２４２ｄ、２４２ｅ及び２４２ｆとを有している。頂面２４２ｃは、スリップリング４１の径方向に対して垂直に延在し、側面２４２ａ、２４２ｄ、２４２ｅ及び２４２ｆは、頂面２４２ｃに垂直に且つスリップリング４１の径方向に平行に延在する。側面２４２ａは、スリップリング４１の回転方向Ｒに対して向き合う位置にあり、側面２４２ｄは、側面２４２ａに対向する位置にあり、側面２４２ｅ及び２４２ｆは、互いに対向し且つ側面２４２ａ及び２４２ｄに隣り合う位置にある。そして、頂面２４２ｃと側面２４２ａ、２４２ｄ、２４２ｅ及び２４２ｆとによって、直方体の一部が形成される。
【００４４】
ブラシ２４２は、側面２４２ａ側において底面２４２ｂ側の一部が切り欠かれた切欠部２４２ｇを含んでいる。切欠部２４２ｇは、略直方体状に切り欠かれたものであり、側面２４２ｅ、側面２４２ｆ及び底面２４２ｂに至っている。
さらに、ブラシ２４２は、切欠部２４２ｇを埋めるように設けられた別部材である掻取部材２４２ｈを備えている。掻取部材２４２ｈは、ブラシ２４２に固定して配置されている。
掻取部材２４２ｈは、ブラシ２４２の側面２４２ａに連続して延在し且つ湾曲した部分を含む側面２４２ｈａと、ブラシ２４２の側面２４２ｅ及び２４２ｆそれぞれに対して連続して延在し且つ同一平面を形成する側面と、ブラシ２４２の底面２４２ｂに連続して延在し且つ外周面４１ａにならう湾曲形状をした底面２４２ｈｂと、切欠部２４２ｇでブラシ２４２に当接し且つ整合する形状をした頂面及び側面とを含んでいる。掻取部材２４２ｈは、ブラシ２４２の底面２４２ｂと共に底面２４２ｈｂをスリップリング４１の外周面４１ａに接触させる。
【００４５】
掻取部材２４２ｈは、底面２４２ｈｂに隣接する位置にブラシ２４２の側面２４２ａよりも回転方向Ｒと反対方向に突出する掻取部２４２ｈ１を一体成形されたかたちで含んでいる。掻取部材２４２ｈにおいて、側面２４２ｈａは、スリップリング４１に向かって側面２４２ａと平行に延在した後に側面２４２ａよりも回転方向Ｒと反対方向に突出するように湾曲し、側面２４２ａよりも回転方向Ｒと反対方向に突出して延在する底面２４２ｈｂと結合し、掻取部２４２ｈ１を形成する。このとき、側面２４２ｈａは回転方向Ｒへの窪みを形成するように湾曲している。よって、掻取部２４２ｈ１は、外周面４１ａにならう湾曲形状の底面２４２ｈｂと外周面４１ａに対して鋭角を形成するように傾斜した側面２４２ｈａとによって形成され且つ平坦な先端をもつ平楔状の形状を有している。
【００４６】
さらに、掻取部材２４２ｈは、掻取部２４２ｈ１が可撓性又は弾性を有するような材料から形成されている。この場合、掻取部材２４２ｈは、ブラシ２４２よりも柔らかい材料から形成されることができ、例えば、ゴム、樹脂等から形成されることができる。また、掻取部２４２ｈ１におけるスリップリング４１の径方向の厚さが薄いため、掻取部材２４２ｈは、掻取部２４２ｈ１が可撓性を有することができるような硬度の金属等からも形成されることができる。
【００４７】
上述のような構成を有するブラシ２４２を含む回転電機の動作時、回転するスリップリング４１と共にスリップリング４１の外周面４１ａの近傍で回転方向Ｒへと流れる潤滑油は、ブラシ２４２に到達すると、掻取部材２４２ｈの掻取部２４２ｈ１によって外周面４１ａから離れる方向に掻き上げられる。このとき、潤滑油は、滑らかに連続して延在する側面２４２ｈａ及び２４２ａによる抵抗を受けずにこれらの面上に沿って掻き上げられる。さらに、掻取部２４２ｈ１は、可撓性又は弾性を有するため、ダストリップのような機能を奏することができ、これにより、巻きバネ４５（図２参照）によるブラシ２４２への付勢力が低くても、掻取部２４２ｈ１は、スリップリング４１の外周面４１ａ上及びその近傍の潤滑油を効果的に掻き上げ、掻取部材２４２ｈの底面２４２ｂと外周面４１ａとの間に侵入する潤滑油量を低く抑える。
よって、ブラシ２４２とスリップリング４１との間には潤滑油力がほとんど侵入せず、ブラシ２４２は、スリップリング４１に対して摺動しつつ直接的な接触状態及び電気的な導通を維持する。
また、この発明の実施の形態２に係るスリップリング装置のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００４８】
そして、この発明の実施の形態２に係るスリップリング装置によれば、実施の形態１のスリップリング装置１０１と同様の効果が得られる。
また、実施の形態２のスリップリング装置では、ブラシ２４２における掻分部である掻取部材２４２ｈの掻取部２４２ｈ１は、ブラシ２４２と異なり且つ可撓性又は弾性を生じるような材料から形成されている。さらに、掻取部２４２ｈ１は、スリップリング４１の回転方向Ｒに沿って断面積を増加させる形状を有し、この形状は、スリップリング４１の外周面４１ａに対して回転方向Ｒに向かうに従って外周面４１ａから離れるように延在する部位である側面２４２ｈａを有する。この構成において、スリップリング４１の回転時、掻取部２４２ｈ１は、スリップリング４１の外周面４１ａの形状にならって変形しつつ外周面４１ａと密に接触する。よって、掻取部２４２ｈ１は、ブラシ２４２に向かって流れてくる潤滑油を外周面４１ａから掻き取るようにしつつ効果的に掻き上げると共に掻取部材２４２ｈと外周面４１ａとの間への潤滑油の浸入を防ぐ。
【００４９】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るスリップリング装置は、実施の形態２に係るスリップリング装置のブラシに対して、ブラシの掻分端部の形状を変更したものである。
図８を参照すると、実施の形態３に係るスリップリング装置のブラシ３４２は、実施の形態２のスリップリング装置のブラシ２４２において掻取部材２４２ｈをブラシ２４２と同一材料で一体成形したような形状を有している。
【００５０】
ブラシ３４２は、スリップリング４１の外周面４１ａの形状にならう湾曲形状を有し且つ外周面４１ａと接触する底面３４２ｂと、底面３４２ｂに対向する平坦な頂面３４２ｃと、底面３４２ｂ及び頂面３４２ｃに隣り合う平坦な側面３４２ｄ、３４２ｅ及び３４２ｆと、底面３４２ｂ及び頂面３４２ｃに隣り合い且つスリップリング４１の回転方向Ｒに向き合う位置にある湾曲した側面３４２ａとを有している。頂面３４２ｃは、スリップリング４１の径方向に対して垂直に延在し、側面３４２ｄ、３４２ｅ及び３４２ｆは、頂面３４２ｃに垂直に且つスリップリング４１の径方向に平行に延在する。側面３４２ｄは、側面３４２ａに対向する位置にあり、側面３４２ｅ及び３４２ｆは、互いに対向し且つ側面３４２ａ及び３４２ｄに隣り合う位置にある。
【００５１】
側面３４２ａは、頂面３４２ｃ側の部位では側面３４２ｄと平行に延在し、底面３４２ｂ側の部位では頂面３４２ｃ側の部位よりも回転方向Ｒと反対方向に突出するように湾曲している。このとき、側面３４２ａの湾曲した部位は、回転方向Ｒへの窪みを形成するように湾曲している。よって、外周面４１ａに対して鋭角を形成するように傾斜した側面３４２ａの湾曲した部位と底面３４２ｂとは、平坦な先端をもつ平楔状の形状をした掻分端部３４２ｈを形成する。
【００５２】
そして、回転電機の動作時、回転するスリップリング４１と共にスリップリング４１の外周面４１ａの近傍で回転方向Ｒへと流れる潤滑油は、ブラシ３４２に到達すると、ブラシ３４２の掻分端部３４２ｈによって外周面４１ａから離れる方向に掻き上げられる。これにより、ブラシ３４２の底面３４２ｂと外周面４１ａとの間では、侵入する潤滑油量が低く抑えられ、ブラシ３４２は、スリップリング４１に対して摺動しつつ直接的な接触状態及び電気的な導通を維持する。
また、この発明の実施の形態３に係るスリップリング装置のその他の構成及び動作は、実施の形態２と同様であるため、説明を省略する。
そして、この発明の実施の形態３に係るスリップリング装置によれば、実施の形態２のスリップリング装置と同様の効果が得られる。
【００５３】
また、実施の形態３に係るスリップリング装置のブラシ３４２では、スリップリング４１の回転方向Ｒに向き合う位置にある側面３４２ａは、湾曲形状を有していたが、これに限定されるものでない。図９に示すブラシ３４２０のように、回転方向Ｒに向き合う位置にある側面３４２０ａが、途中で屈折する形状であってもよい。このとき、側面３４２０ａの頂面３４２０ｃ側の部位では側面３４２０ｄと平行に延在し、側面３４２０ａの底面３４２０ｂ側の部位では頂面３４２０ｃ側の部位よりも回転方向Ｒと反対方向に突出し且つスリップリング４１の外周面４１ａと鋭角を形成するように平面状に延在している。この場合も、側面３４２０ａの底面３４２０ｂ側に形成される掻分端部３４２０ｈが掻分部として機能する。或いは、ブラシにおける回転方向Ｒに向き合う位置にある側面に屈折部を設けずにこの側面全体をスリップリング４１の外周面４１ａと鋭角を形成するように傾斜させてもよく、この場合もブラシの回転方向Ｒに向き合う側に掻分端部が形成される。
【００５４】
また、実施の形態１〜３のスリップリング装置では、冷却用液体として潤滑油を使用していたが、これに限定されるものでない。冷却用液体は、空気よりも優れた冷却性能を有するものであればよく、有機媒体、ＡＴＦ（回転電機が自動車に搭載される場合）、水等であってもよい。冷却用液体として、導電性を有しない液体がより好ましい。
また、実施の形態１〜３のスリップリング装置では、スリップリング収容空間４内の全体が冷却用液体としての潤滑油で満たされていたが、冷却用液体は、スリップリング収容空間４内の一部を満たすような量で封入されていてもよい。スリップリング収容空間４の上部から冷却用液体が噴射される構成であれば、スリップリング収容空間４内に溜められる冷却用液体の量の下限に制限がない。スリップリング収容空間４の上部から冷却用液体が噴射される構成でない場合、スリップリング４１等の回転する構成要素によって掻き上げられるような量で、冷却用液体がスリップリング収容空間４内に溜められていればよい。
【００５５】
また、実施の形態１でのブラシ４２の掻分端部４２ａ及びその変形例における回転方向Ｒに対してスリップリング４１の回転軸６の軸方向へ傾斜した形状と、実施の形態２及び３でのブラシ２４２，３４２の掻取部２４２ｈ１及び掻分端部３４２ｈにおける回転方向Ｒに対してスリップリング４１の外周面４１ａから離れるように傾斜した形状とを組み合わせてもよい。
【００５６】
また、実施の形態１〜３のスリップリング装置では、３つのスリップリング４１が設けられていたが、これに限定されるものでなく、スリップリングは、２つ以下であっても、４つ以上であってもよい。さらに、各スリップリングに接触するブラシも３つに限定されるものでなく、２つ以下であっても、４つ以上であってもよい。
また、実施の形態１〜３のスリップリング装置は、ダブルロータ型の回転電機１００に設けられていたが、これに限定されるものでなく、いかなる装置のスリップリング装置として設けられてもよい。回転電機１００も、ハイブリッド自動車に限らず、いかなる機械に搭載されてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
２  モータカバー（ケース）、３  エンドカバー（ケース）、４  スリップリング収容空間、４１  スリップリング、４１ａ  外周面、４２，４２０，２４２，３４２，３４２０  ブラシ、４２ａ，４２０ａ，３４２ｈ，３４２０ｈ  掻分端部（掻分部）、４２ｂ，４２０ｂ，２４２ｂ，３４２ｂ，３４２０ｂ  底面（接触面）、２４２ｈ  掻取部材、２４２ｈ１  掻取部（掻分部）、１００  回転電機、１０１  スリップリング装置、Ｒ  回転方向。
【図１】
2016082711.tif 000003
【図２】
2016082711.tif 000004
【図３】
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【図４】
2016082711.tif 000006
【図５】
2016082711.tif 000007
【図６】
2016082711.tif 000008
【図７】
2016082711.tif 000009
【図８】
2016082711.tif 000010
【図９】
2016082711.tif 000011