JP2009183129A - 回転電機の通電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシが摩耗しても板バネと他相に係るスリップリング部との絶縁を確保することにより、寿命の長い回転電機の通電装置を提供する。
【解決手段】ロータ１の一端部に形成された給電部８には、複数のスリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃ及び整流子片１０が絶縁材１１を介して同心円上に配置され、ステータに設けられた固定部１６ａにおいて一端が固定された板バネ１６の他端にはコイル給電用モータブラシ１７が取り付けられており、電力供給用モータブラシ１３ａ、１３ｂは整流子片１０に接触している通電装置において、絶縁部材１１と固定部１６ａとの軸方向距離において、固定部１６ａから離れるに従って順次小さくなるよう絶縁材１１は階段状に形成されるとともに、各階段には１個ずつスリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃおよび整流子片１０が配置されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転電機の通電装置に関するものであり、例えばロータの一端部に複数のスリップリング部及び整流子片を設けた直流モータの通電装置に関するものである。

従来、ロータと一体に回転する円盤形状の給電部において同一平面上に複数のスリップリング部および整流子片を同心円状に配置されるよう構成し、ロータに対して空隙を介して設けられたステータ側に板バネの一端を固定するとともに、板バネのもう一方の端に取り付けられたブラシをスリップリング部に押付けることにより、整流子片により整流された直流をステータに巻回されたコイルに供給する直流モータの通電装置があった（特許文献１参照）。

特願２００１−５３７８４６号公報

従来の回転電機の通電装置は以上のように構成されていたので、複数のスリップリング部および整流子片が同一平面上にあるため、ブラシが摩耗して高さが低くなるにしたがい、板バネがその固定部に近い側の隣に位置する他相に係るスリップリング部（あるいは整流子片）に接近してしまい、板バネと他相に係るスリップリング部との絶縁を確保できないという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ブラシが摩耗しても板バネと他相に係るスリップリング部との絶縁を確保することにより、寿命の長い回転電機の通電装置を提供することを目的とするものである。

この発明に係る回転電機の通電装置は、ロータに対し空隙を介して配置されるステータと、ロータの軸方向一端部に形成されるとともに、同心円上に配置された複数のリング状の導体路と、固定部において一端が固定されるとともに、リング状の導体路に対して径方向にまたがるようにして設置され、更にその他端がリング状の導体路に押し付けられる板バネとを有し、リング状の導体路と板バネとの間で通電を行うものであって、リング状の導体路と固定部との軸方向距離が、固定部から離れるに従って順次小さくなるようリング状の導体路が階段状に位置するように配置されたものである。

この発明に係る回転電機の通電装置によれば、ロータに対し空隙を介して配置されるステータと、ロータの軸方向一端部に形成されるとともに、同心円上に配置された複数のリング状の導体路と、固定部において一端が固定されるとともに、リング状の導体路に対して径方向にまたがるようにして設置され、更にその他端がリング状の導体路に押し付けられる板バネとを有し、リング状の導体路と板バネとの間で通電を行うものであって、リング状の導体路と固定部との軸方向距離が、固定部から離れるに従って順次小さくなるようリング状の導体路が階段状に位置するように配置されたので、板バネの端部に取り付けられたブラシの高さが摩耗によって低くなった状態でも、板バネと他相に係るリング状の導体路との絶縁に必要な空間距離が確保されるようになるため、ブラシがすり減って無くなるまで回転電機を動かし続けることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による直流モータの通電装置を示す断面図、図２は図１におけるＡ方向から見た平面図、図３，図４は給電部を示す拡大断面図である。図において、ロータ１は軸受２および軸受３によって、ハウジング６に対して回転自在に支持されている。

ロータ１の中央部外周面には８極からなる永久磁石４が固定されており、ロータ１の軸方向一端部には円盤形状の給電部８が固定されている。ハウジング６に固定されたプレート１５には板バネ１６の一端が固定部１６ａにおいて固定されており、板バネ１６のもう一方の端にはコイル給電用モータブラシ１７が取り付けられている。

コイル給電用モータブラシ１７は板バネ１６で付勢されてスリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃに接触している。なお板バネ１６とコイル給電用モータブラシ１７はスリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃと同数個（この例では３個）設けられるが、図１においては、最内周のスリップリング部９ａに接触している板バネ１６及びコイル給電用モータブラシ１７のみを示している。給電部８の表面には複数のスリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃと整流子片１０が絶縁部材１１を介して同心円状に、かつ階段状に位置するようにそれぞれ配置されている。

バネ１２で付勢された＋側の電力供給用モータブラシ１３ａ、−側の電力供給用モータブラシ１３ｂが整流子片１０に接触しており、ロータ１の回転と共に整流子片１０と接触しながら直流電流を供給する。ここで直流モータの使用に伴って減少する電力供給用モータブラシ１３ａ、１３ｂとコイル給電用モータブラシ１７の長さ（磨耗量）を比較すると、電力供給用モータブラシ１３ａ、１３ｂの方がコイル給電用モータブラシ１７よりもはるかに大きなものであることから、電力供給用モータブラシ１３ａ、１３ｂを付勢するためには板バネを使用せず、スプリング状のバネ１２を使用している。

永久磁石４の外側に空隙を介して配置されたステータ鉄心５は、絶縁材料から構成されるハウジング６に一体成型などの方法により固定されている。ステータ鉄心５の各ティース（図示しない）にはステータコイル７が巻回されており、ステータコイル７の所定の端末部が端子１４と接続されている。

給電部８の上方には、プレート１５がハウジング６に固定されており、プレート１５の一部に端子１４が接続されている。そしてこれらステータ鉄心５、ステータコイル７、プレート１５等によりステータが構成される。

整流子片１０はロータ１の回転角度に応じて各スリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃに流す電流を切り換えるために周方向に多分割され、各分割片は対応する各相のスリップリング９ａ、９ｂ、９ｃと給電部８の内部で接続されている。整流子片１０により、ロータ１の回転角度に応じて切り換えられた電流は、スリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃ、コイル給電用モータブラシ１７、板バネ１６、プレート１５、端子１４を介してステータコイル７に流れ、ステータ鉄心５の各ティース（図示せず）に巻回されたステータコイル７にロータ１の回転角度に応じた磁束を発生させる。

ステータコイル７により発生した磁束と永久磁石４との相互作用によりロータ１に回転トルクが発生する。図１及び図２においては、ロータ１には８極からなる永久磁石４が設けられるとともに、ステータ鉄心５には、９個のティースが設けられた場合を示している。この組み合わせの場合、ステータ鉄心５に設けられた９個のティースに巻かれたステータコイル７を、順にＵ相、Ｕ１相、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ１相、Ｖ相、Ｗ相、Ｗ１相、Ｗ相となるようにＹ結線（Ｕ１はＵと巻き方向が反対）し、ロータ１が永久磁石４の２極分（９０°）回転する間に１周期分の交流電流をステータコイル７に供給すれば回転トルクが得られることとなる。

Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相におけるそれぞれのステータコイル７のリード線を端子１４に接続し、電力供給用モータブラシ１３ａ、１３ｂの相対的位置関係（角度）を４５°（１３５°、２２５°、３１５°でも構わない）に設定しておけば、上記のような交流電流をステータコイル７に発生させることができる。なお、上記例に示したもの以外にも、回転トルクが得られる極数・ティース数・結線の組み合わせはいくつか存在する。

本発明においては、絶縁部材１１の端面と板バネ１６の固定部１６ａとの軸方向距離（図３における距離Ｂ）において、固定部１６ａに近い側が最も大きく、固定部１６ａから離れるに従って順次小さくなるよう絶縁部材１１は階段状に形成されており、各階段には１個ずつスリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃおよび整流子片１０が配置されているようになっている。

このように各スリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃおよび整流子片１０の端面と固定部１６ａとの軸方向距離は、板バネ１６の固定部１６ａに近い側が最も大きく、板バネ１６の固定部１６ａから離れるにしたがって順次小さくなるよう階段状に設置されている。

図３はコイル給電用モータブラシ１７が摩耗する前の状態を示すとともに、図４はコイル給電用モータブラシ１７が摩耗した状態を示している。本発明においては、各スリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃおよび整流子片１０の端面と固定部１６ａとの軸方向距離は、板バネ１６の固定部１６ａに近い側が最も大きく、板バネ１６の固定部１６ａから離れるにしたがって順次小さくなるよう階段状に配置されているので、図４に示すように、コイル給電用モータブラシ１７が摩耗することによりすり減っても、板バネ１６と当該板バネ１６とは他相に係るスリップリング部９ｂ、９ｃ及び整流子片１０との間に、階段の段差分以上の隙間が存在し、絶縁するために必要な空間距離が確保されるため、コイル給電用モータブラシ１７がすり減るまで直流モータを動かし続けることができるようになる。

図５は円盤形状の給電部８において、同一平面上に複数のスリップリング部及び整流子片を配置した構造を有する直流モータの通電装置を示す断面図である。即ち図５において、ロータ１に固定された円盤形状の給電部８において、その上端の同一平面上に複数のスリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃと整流子片１０が絶縁部材１１を介して同心円状に配置されている。

このような構成では、複数のスリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃおよび整流子片１０が同一平面上にあるため、コイル給電用モータブラシ１７が摩耗して高さが低くなるにしたがい、板バネ１６がその固定部１６ａに近い側の隣に位置する他相に係るスリップリング部９ｂに接近してしまい、板バネ１６とスリップリング部９ｂとの絶縁を確保できなくなる。

図６、図７は給電部８を示す拡大断面図であり、図７はコイル給電用モータブラシ１７が摩耗した状態を示している。板バネ１６と当該板バネ１６とは他相に係るスリップリング９ｂ、９ｃあるいは整流子片１０とは、絶縁のために一定の空間距離を確保しなければならず、コイル給電用モータブラシ１７の高さを所定以上に設定する必要がある。

その結果図７に示すように、コイル給電用モータブラシ１７が所定の高さまで摩耗した時点で当該直流モータを使用することができなくなり、直流モータの寿命が短くなってしまう。ここで通常コイル給電用モータブラシ１７は板バネ１６にあけた穴に圧入されたり、あるいは導電性接着剤を用いて固着されているため、コイル給電用モータブラシ１７のみを交換することは非常に困難である。

これに対して本発明においては、前述したように、絶縁部材１１の端面と板バネ１６の固定部１６ａとの軸方向距離において、固定部１６ａに近い側が最も大きく、固定部１６ａから離れるに従って順次小さくなるよう絶縁部材１１は階段状に形成されており、各階段には１個ずつスリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃおよび整流子片１０が配置されているようになっているので、コイル給電用モータブラシ１７が摩耗することによりすり減っても、板バネ１６と当該板バネ１６とは他相に係るスリップリング部９ｂ、９ｃ及び整流子片１０との間に、階段の段差分以上の隙間が存在し、絶縁するために必要な空間距離が確保されるため、コイル給電用モータブラシ１７がすり減るまで直流モータを動かし続けることができるようになる。

実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２による直流モータの通電装置を示す断面図、図９，図１０は給電部８を示す拡大断面図である。本実施形態においては、スリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃおよび整流子片１０の間において、スリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃにおける径方向外方側面９ａ１、９ｂ１、９ｃ１が絶縁材１１に覆われずに露出するように、即ち径方向外方側面９ａ１、９ｂ１、９ｃ１自体が階段の段部を形成するように構成したものである。この場合絶縁部材１１が段部を構成しなくなる。

図９はコイル給電用モータブラシ１７が摩耗する前の状態を示す拡大断面図、図１０はコイル給電用モータブラシ１７が摩耗した状態を示す拡大断面図である。上記のように構成することにより、直流モータの寿命を長くするためにコイル給電用モータブラシ１７の初期高さを高く設定した場合に、コイル給電用モータブラシ１７の摩耗が進んで、図１０に示すようにコイル給電用モータブラシ１７がスリップリング部９ａの外側にはみ出ても、コイル給電用モータブラシ１７が絶縁部材１１の上に乗り上げることはないので、電気導通が無くなることがないという効果がある。

図１１は円盤形状の給電部８において、同一平面上に複数のスリップリング部及び整流子片を配置し、コイル給電用モータブラシ１７の高さを図６の場合よりも高く構成した場合を示す拡大断面図、図１２はコイル給電用モータブラシ１７が摩耗した状態を示す拡大断面図である。図１２に示すように、コイル給電用モータブラシ１７が摩耗していくに従い、板バネ１６の先端はその固定部１６ａを中心に略円弧状に位置を変えるので、コイル給電用モータブラシ１７とスリップリング部９ａの接触位置は板バネ１６の固定部１６ａ側に移っていく。

直流モータの寿命を長くするために、図１１に示すようにコイル給電用モータブラシ１７の初期高さをより高く設定しておいた場合、コイル給電用モータブラシ１７とスリップリング部９ａとの接触位置の移動量は図６，図７に示した場合と比べてより大きくなる。

図１２に示すように、コイル給電用モータブラシ１７が摩耗するに従って、コイル給電用モータブラシ１７がスリップリング部９ａの外側にはみ出ることにより、絶縁材１１の上に乗り上げ、電気導通が無くなる場合がある。従って直流モータの寿命を長くするために、図１１に示すようにコイル給電用モータブラシ１７の初期高さを高く設定しておいても、スリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃの径方向の幅を長く設定しなければならなくなる。

これに対して本実施形態においては、図９に示すように、スリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃおよび整流子片１０の間において、スリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃにおける径方向外方側面９ａ１、９ｂ１、９ｃ１が絶縁材１１に覆われずに露出するように、即ち径方向外方側面９ａ１、９ｂ１、９ｃ１自体が階段の段部を形成するように構成したので、コイル給電用モータブラシ１７の摩耗が進んで、コイル給電用モータブラシ１７がスリップリング部９ａの外側にはみ出ても、図１０に示すように、コイル給電用モータブラシ１７が絶縁部材１１の上に乗り上げることはないので、電気導通が無くなることがない。

尚上記実施の形態１，２においては、整流子片１０を最外周に配置した場合を示したが、最内周に設けるようにしても良い。又スリップリング部を３個設けた場合について説明したが、３個以外の複数個を設けるようにしても良い。

又上記実施の形態１，２においては、直流モータについて説明したが、巻線形回転子を有する誘導電動機に上記構成を採用しても良い。即ち巻線形回転子を有する誘導電動機においては、巻線の端子はスリップリング部、ブラシを通して外部に出してあるので、このような誘導電動機においても上記構成を採用することできる。更には上記実施の形態１，２においては、直流モータとして使用する場合について説明したが、同じ構成で発電機としても使用することができ、ロータの一端に複数のスリップリング部が同心円上に配置された回転電機一般に上記構成を採用することができる。

又上記説明においては、板バネ１６の固定部１６ａをロータ１の径方向外側であって、ステータを構成するプレート１５に設けるようにしたが、ロータ１の径方向内側であって、回転電機を構成するフレームに固定部を設けて板バネ１６がスリップリング部９ａ、９ｂ、９ｃを径方向にまたがるようにしても良い。

以上要するに、ロータの一端部に形成されるとともに、同心円上に配置された複数のリング状の導体路と、固定部において一端が固定されるとともに、リング状の導体路に対して径方向にまたがるようにして設置され、更にその他端がリング状の導体路に押し付けられる板バネとを有し、リング状の導体路と板バネとの間で通電する回転電機の通電装置に上記構成を適用することができ、リング状の導体路と固定部との軸方向距離が、固定部から離れるに従って順次小さくなるようリング状の導体路が階段状に位置するように配置されることになるのである。

この発明の実施の形態１による直流モータの通電装置を示す断面図である。 図１のＡ方向から見た平面図である。 給電部を示す拡大断面図である。 給電部を示す拡大断面図である。 円盤形状の給電部において、同一平面上に複数のスリップリング部及び整流子片を配置した構造を有する直流モータの通電装置を示す断面図である。 給電部を示す拡大断面図である。 給電部を示す拡大断面図である。 この発明の実施の形態２による直流モータの通電装置を示す断面図である。 給電部を示す拡大断面図である。 給電部を示す拡大断面図である。 給電部を示す拡大断面図である。 給電部を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ ロータ、９ａ，９ｂ，９ｃ スリップリング部、１０ 整流子片、１６ 板バネ、１６ａ 固定部。

Claims (4)

1. ロータに対し空隙を介して配置されるステータと、上記ロータの軸方向一端部に形成されるとともに、同心円上に配置された複数のリング状の導体路と、固定部において一端が固定されるとともに、上記リング状の導体路に対して径方向にまたがるようにして設置され、更にその他端が上記リング状の導体路に押し付けられる板バネとを有し、上記リング状の導体路と上記板バネとの間で通電を行う回転電機の通電装置において、上記リング状の導体路と上記固定部との軸方向距離が、上記固定部から離れるに従って順次小さくなるよう上記リング状の導体路が階段状に位置するように配置されたことを特徴とする回転電機の通電装置。
2. 上記リング状の導体路における径方向側面が上記階段の段部を形成するように構成したことを特徴とする請求項１記載の回転電機の通電装置。
3. 上記リング状の導体路はスリップリング部で構成するとともに、上記スリップリング部と同心円状に整流子片を配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転電機の通電装置。
4. 上記固定部は上記ロータの径方向外側に設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の通電装置。

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