JP2014079109A - Brush abnormality detector for rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、回転電機のブラシ異常検出装置に関する。 The present invention relates to a brush abnormality detection device for a rotating electrical machine.
モータ等の回転電機は一般的に、ケーシングに固定されたステータと、ステータに対して相対回転可能なロータと、ロータに電力を供給するブラシ装置とを有している。ブラシ装置は、回転軸の外周に設けられたスリップリングにブラシを押し付けるように構成されている。ブラシはブラシホルダに固定されているのに対しスリップリングは回転軸とともに回転するので、回転電機の稼働中、ブラシとスリップリングとは擦れ合うこととなる。ブラシは一般的にカーボン製であり、スリップリングは金属であるので、両者が擦れ合うことによりブラシが摩耗する。 A rotating electrical machine such as a motor generally has a stator fixed to a casing, a rotor that can rotate relative to the stator, and a brush device that supplies electric power to the rotor. The brush device is configured to press the brush against a slip ring provided on the outer periphery of the rotating shaft. Since the brush is fixed to the brush holder, the slip ring rotates together with the rotating shaft, so that the brush and the slip ring rub against each other during operation of the rotating electrical machine. Since the brush is generally made of carbon and the slip ring is made of metal, the brush is worn by rubbing the two.
ブラシが摩耗して摩耗限界に達するとブラシが導通しなくなってしまうため、適切なタイミングでブラシの摩耗を検出することが重要である。ブラシの摩耗を検出して警報を発するようにしたモータが特許文献1に記載されている。このモータでは、メインブラシよりも長さの短い第2ブラシを電気的に絶縁して一体的に設けるとともに、メインブラシが摩耗することによって第2ブラシがモータのコミュテータに接触したときにメインブラシが摩耗したと判定して警報を発するようになっている。 It is important to detect the wear of the brush at an appropriate timing because the brush will not conduct when the brush reaches the wear limit. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228867 discloses a motor that detects brush wear and issues an alarm. In this motor, the second brush having a length shorter than that of the main brush is electrically insulated and integrally provided. When the main brush is worn and the second brush comes into contact with the commutator of the motor, the main brush It is determined that the wear has occurred and an alarm is issued.
しかしながら特許文献1のモータでは、メインブラシの摩耗を検出して警報を発するための摩耗検出回路を別途設けなくてはならないといった問題点があった。また、摩耗検出回路を設けた場合には振動や電磁ノイズの影響を受けることがあった。
However, the motor disclosed in
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、既存の電気回路を用いてブラシの摩耗を検出することのできる回転電機のブラシ異常検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a brush abnormality detection device for a rotating electrical machine capable of detecting brush wear using an existing electric circuit.
この発明に係る回転電機のブラシ異常検出装置は、回転電機の回転軸とともに回転するように設けられた少なくとも1つのスリップリングと、スリップリングに接するように設けられた少なくとも1つのブラシと、ブラシを介して回転電機に給電するバッテリと、バッテリとブラシとの間に設けられ、複数のスイッチング素子を有するインバータと、複数のスイッチング素子のいずれかを流れる電流を検出する少なくとも1つの電流計と、ブラシの摩耗状態に基づいて、バッテリと、電流計で電流を検出できるスイッチング素子とをブラシを介して電気的に接続する摩耗検知用接点と、バッテリと摩耗検知用接点との間に設けられたスイッチと、異常判定手段とを備え、異常判定手段は、スイッチと、電流計で電流を検出できるスイッチング素子とをオンさせたときに、電流計が電流を検出した場合にブラシの摩耗を検出する。
摩耗検知用接点は、固定接点と、ブラシに固定されると共にブラシの摩耗に伴いブラシと一緒に固定接点に向かって移動する移動接点とを備えてもよい。
固定接点はスリップリングであってもよい。
ブラシを、スイッチと電気的に接続された第1の部分と、スリップリングと接する第2の部分とに分離するように、ブラシに絶縁体が設けられ、移動接点は第1の部分であり、ブラシが摩耗するとスリップリングによって絶縁体が破壊されて第1の部分がスリップリングに接触してもよい。
摩耗検知用接点は、ブラシに固定された固定接点と、ブラシの摩耗に伴い固定接点に向かって移動する移動接点とを備え、ブラシには、その表面に対して窪んだ切り欠き部が設けられ、移動接点は、弾性部材によって表面に押し付けられた当接部材に固定され、ブラシが摩耗して当接部材が切り欠き部に入り込むことによって、移動接点が固定接点に接触してもよい。
ブラシを複数備え、スイッチとインバータとの間で、各ブラシの摩耗検知用接点を並列に設けてもよい。
A brush abnormality detection device for a rotating electrical machine according to the present invention includes at least one slip ring provided to rotate with a rotating shaft of the rotating electrical machine, at least one brush provided to contact the slip ring, and a brush. A battery for supplying electric power to the rotating electrical machine, an inverter provided between the battery and the brush, an inverter having a plurality of switching elements, at least one ammeter for detecting a current flowing through any of the plurality of switching elements, and a brush Wear detection contact for electrically connecting a battery and a switching element capable of detecting current with an ammeter based on the wear state of the battery via a brush, and a switch provided between the battery and the wear detection contact And an abnormality determination means, the abnormality determination means is a switch and switching that can detect current with an ammeter When turning on the child, for detecting the wear of the brush when the ammeter detects current.
The wear detection contact may include a fixed contact and a moving contact that is fixed to the brush and moves toward the fixed contact together with the brush as the brush wears.
The fixed contact may be a slip ring.
An insulator is provided on the brush to separate the brush into a first part electrically connected to the switch and a second part in contact with the slip ring, and the moving contact is the first part; When the brush is worn, the insulator may be destroyed by the slip ring, and the first portion may contact the slip ring.
The contact for wear detection includes a fixed contact fixed to the brush and a moving contact that moves toward the fixed contact as the brush wears. The brush has a notch that is recessed with respect to its surface. The moving contact may be fixed to the contact member pressed against the surface by the elastic member, and the moving contact may come into contact with the fixed contact when the brush wears and the contact member enters the notch.
A plurality of brushes may be provided, and a contact for wear detection of each brush may be provided in parallel between the switch and the inverter.
また、この発明に係る回転電機のブラシ異常検出装置は、回転電機の回転軸とともに回転するように設けられた少なくとも1つのスリップリングと、スリップリングに接するように設けられた少なくとも1つのブラシと、電源と電流計とを含む異常判定用回路と、異常判定用回路に設けられ、ブラシの摩耗状態に基づいて接続される摩耗検知用接点と、異常判定手段とを備え、摩耗検知用接点は、固定接点と、ブラシの摩耗に伴い固定接点に向かって移動する移動接点とを備え、ブラシには、その表面に対して窪んだ切り欠き部が設けられ、移動接点は、弾性部材によって表面に押し付けられた当接部材に固定され、異常判定手段は、ブラシが摩耗して当接部材が切り欠き部に入り込むことによって移動接点が固定接点に接触することで電流計が電流を検出した場合にブラシの摩耗を検出する。特許文献1に記載のモータでは、メインブラシが摩耗することによって第2ブラシがモータのコミュテータに近づくが、メインブラシの摩耗が限界に達していない場合でも、モータのシャフトの振動により第2ブラシがコミュテータに接触してしまい、誤ってブラシが摩耗したと検出してしまうという問題点があるが、この発明では、振動が原因で当接部材が切り欠き部に入り込むことはないので、誤ってブラシの摩耗を検出してしまうことを防止できる。
ブラシを複数備え、1つの異常判定用回路において、各ブラシの摩耗検知用接点を並列に設けてもよい。
Further, a brush abnormality detection device for a rotating electrical machine according to the present invention includes at least one slip ring provided to rotate together with a rotating shaft of the rotating electrical machine, at least one brush provided to contact the slip ring, An abnormality determination circuit including a power source and an ammeter, provided in the abnormality determination circuit, and provided with a wear detection contact connected based on the wear state of the brush, and an abnormality determination means, the wear detection contact, The brush has a fixed contact and a moving contact that moves toward the fixed contact as the brush wears. The brush is provided with a notch that is recessed with respect to the surface, and the moving contact is pressed against the surface by an elastic member. The anomaly judging means is connected to the fixed contact by the moving contact of the moving contact with the fixed contact as the brush wears and the contact member enters the notch. There detecting the wear of the brush when it detects a current. In the motor described in
A plurality of brushes may be provided, and in one abnormality determination circuit, a contact for wear detection of each brush may be provided in parallel.
さらに、この発明に係る回転電機のブラシ異常検出装置は、回転電機の回転軸とともに回転するように設けられた少なくとも1つのスリップリングと、スリップリングに接するように設けられた少なくとも1つのブラシと、ブラシに固定された光ファイバーと、光ファイバーに光を入射させる発光部と、光ファイバーを伝わった光を受光する受光部と、異常判定手段とを備え、異常判定手段は、ブラシが摩耗してスリップリングによって光ファイバーが破壊されることにより、光ファイバーを伝わる光を受光部が検出しなくなった場合にブラシの摩耗を検出する。特許文献1に記載のモータでは、メインブラシの摩耗を検出して警報を発するための摩耗検出回路を別途設けているので、既存の電気回路の電磁ノイズの影響を受けるおそれがあるが、この発明によれば、ブラシの摩耗の検出に電気回路を用いないので、既存の電気回路の電磁ノイズの影響を排除することができる。
ブラシを複数備え、各ブラシに固定された光ファイバーは直列に接続されてもよい。
Furthermore, the brush abnormality detection device for a rotating electrical machine according to the present invention includes at least one slip ring provided to rotate together with a rotating shaft of the rotating electrical machine, at least one brush provided to contact the slip ring, An optical fiber fixed to the brush, a light emitting unit for making light incident on the optical fiber, a light receiving unit for receiving the light transmitted through the optical fiber, and an abnormality determining unit. Wear of the brush is detected when the light receiving unit stops detecting the light transmitted through the optical fiber due to the destruction of the optical fiber. In the motor described in
An optical fiber provided with a plurality of brushes and fixed to each brush may be connected in series.
この発明によれば、インバータに設けられた複数のスイッチング素子のいずれかを流れる電流を検出する電流計が電流を検出した場合にブラシの摩耗を検出することにより、既存の電気回路及び電流計を用いてブラシの摩耗を検出することができる。 According to the present invention, when an ammeter that detects a current flowing through any of the plurality of switching elements provided in the inverter detects a current, the wear of the brush is detected, whereby the existing electric circuit and ammeter are It can be used to detect brush wear.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1に、この発明の実施の形態1に係る回転電機のブラシ異常検出装置の概略図を示す。回転電機であるモータ1の回転軸2には、3つの極3a,3b,3cからなるブラシ装置3が設けられている。極3a,3b,3cはそれぞれ、回転軸2に固定され回転軸2とともに回転可能な円環状のスリップリング4a,4b,4cと、スリップリング4a,4b,4cのそれぞれに接触するように設けられたブラシ5a,5b,5cとを有している。ブラシ5a,5b,5cにはそれぞれ、絶縁体6a,6b,6cを介して移動接点7a,7b,7cが固定されている。後述するように、ブラシ5a,5b,5cが摩耗することにより、移動接点7a,7b,7cがそれぞれスリップリング4a,4b,4cに向かって移動し、やがて両者は接触するので、スリップリング4a,4b,4cはそれぞれ、移動接点7a,7b,7cに対する固定接点を構成し、移動接点7a,7b,7cのそれぞれとスリップリング4a,4b,4cのそれぞれとは、摩耗検知用接点を構成する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a schematic diagram of a brush abnormality detection apparatus for a rotating electrical machine according to
ブラシ5a,5b,5cはそれぞれ、インバータ8を介してバッテリ9に電気的に接続されている。インバータ8は、直列に接続された一対のスイッチング素子を三相分有しており、スイッチング素子S1,S4がu相に相当し、スイッチング素子S2,S5がv相に相当し、スイッチング素子S3,S6がw相に相当する。u相、v相、w相それぞれの出力端Pu,Pv,Pwはそれぞれ、ブラシ5a,5b,5cと電気的に接続されている。出力端Puとブラシ5aとの間には電流計11が設けられ、出力端Pwとブラシ5cとの間には電流計12が設けられている。
The
バッテリ9は、導線16を介してスイッチ10と電気的に接続されている。スイッチ10には導線15の一端が接続され、導線15の他端側は3つの導線15a,15b,15cに分岐し、これらが移動接点7a,7b,7cのそれぞれに接続されている。すなわち、スイッチ10は、バッテリ9と摩耗検知用接点との間に設けられている。この形態により、移動接点7a,7b,7cのそれぞれとスリップリング4a,4b,4cのそれぞれとからなる各摩耗検知用接点は、スイッチ10とインバータ8との間で並列に設けられている。
The battery 9 is electrically connected to the
インバータ8と、バッテリ9と、スイッチ10と、電流計11,12とはそれぞれ、制御装置であるECU13に電気的に接続されている。ECU13にはさらに、後述する動作によってブラシ5a,5b,5cの少なくともいずれかが摩耗したことを検知したときに、それを知らせるブザーやランプ等の警報装置14が電気的に接続されている。ここで、ECU13は、ブラシ5a,5b,5cの少なくともいずれかが摩耗したか否かを判定する異常判定手段を構成する。
The
次に、この発明の実施の形態1に係る回転電機のブラシ異常検出装置の動作について説明する。
バッテリ9からインバータ8へ給電が開始されてモータ1が起動されることをECU13が検知したら、ECU13は、スイッチ10及びスイッチング素子S4をオンにする。ブラシ5a,5b,5cのいずれも摩耗してない場合には、移動接点7a,7b,7cのいずれもスリップリング4a,4b,4cに接触していないので、スイッチ10がオンとなっても移動接点7a,7b,7cとスリップリング4a,4b,4cとの間で電流が流れず、電流計11は電流を検知しない。この場合には、ECU13は、ブラシ5a,5b,5cのいずれも摩耗してないと判定する。
Next, the operation of the brush abnormality detection apparatus for a rotating electrical machine according to
When the
これに対し、例えばブラシ5aが摩耗していくと、スリップリング4aからブラシ5aの上面までの距離、すなわちブラシ5aの高さが小さくなるので、ブラシ5aに固定された移動接点7aはスリップリング4aに近づいていき、やがて移動接点7aはスリップリング4aに接触する。この状態でスイッチ10及びスイッチング素子S4をオンにすると、バッテリ9からの電流が、スイッチ10、移動接点7a、スリップリング4a、ブラシ5a、出力端Pu、スイッチング素子S4を順次流れるようになる。すると、この電流を電流計11が検出し、その検出値がECU13に伝送される。ECU13は、電流計11が電流を検出したことに基づいて、ブラシ5a,5b,5cのいずれかが摩耗したと判定し、警報装置14を作動させる。ここではブラシ5aが摩耗したことを想定して説明しているが、ブラシ5a,5b,5cの各摩耗検知用接点は、スイッチ10とインバータ8との間で並列に設けられているので、ECU13はブラシ5a,5b,5cのいずれが摩耗したかを特定することはできず、ブラシ5a,5b,5cのいずれかが摩耗したと判定することになる。続いて、ECU13は警報装置14を作動させ、これにより、ブラシ5a,5b,5cのいずれかが摩耗したことを知らせる。ECU13によるブラシ5a,5b,5cの摩耗の判定が終了したら、速やかにECU13は、スイッチ10をオフにし、バッテリ9からインバータ8を介して各ブラシ5a,5b,5cに電流が給電されてモータ1が起動する。尚、ブラシ5b,5cが摩耗したときも同様の動作によって摩耗が判定される。
On the other hand, for example, as the brush 5a wears, the distance from the slip ring 4a to the upper surface of the brush 5a, that is, the height of the brush 5a decreases, so that the moving contact 7a fixed to the brush 5a is connected to the slip ring 4a. The moving contact 7a eventually comes into contact with the slip ring 4a. When the
このように、インバータ8に設けられたスイッチング素子S4を流れる電流を検出する電流計11が電流を検出した場合にブラシ5a,5b,5cの摩耗を検出する。尚、電流計11はインバータ8に既設されたものであり、ブラシ5a,5b,5cが摩耗したときに電流が流れる電気回路もインバータ8に既設されたものであるため、ブラシ5a,5b,5cの摩耗を検出するための電流計及び電気回路を別途設けることが不要となる。従って、既存の電気回路を用いてブラシ5a,5b,5cの摩耗を検出することができる。
Thus, when the
実施の形態1では、スイッチング素子S4をオンにしたが、スイッチング素子S6をオンにしてもよい。この場合には、ブラシ5aが摩耗して移動接点7aがスリップリング4aに接触すると、バッテリ9からの電流が、スイッチ10、移動接点7a、スリップリング4a、ブラシ5a、出力端Pw、スイッチング素子S6を順次流れるようになり、この電流を電流計12が検出する。すなわち、流れる電流を電流計で検出できるスイッチング素子をオンにすればよい。尚、電流計11と同様に、電流計12もインバータ8に既設されたものであるので、この場合でも、ブラシ5a,5b,5cの摩耗を検出するための電流計及び電気回路を別途設けることが不要となる。また、出力端Pvとブラシ5bとの間には電流計が設けられていないが、これは、電流計11,12による検出値に基づいてブラシ5bへの電流値が推測可能である。このため、2つの電流計を設ける個所は、出力端Pu,Pv,Pwのそれぞれとブラシ5a,5b,5cのそれぞれとの間のいずれでもよい。また、出力端Pu,Pv,Pwのそれぞれとブラシ5a,5b,5cのそれぞれとの間のいずれにも電流計を設けて3つの電流計としてもよい。
In
実施の形態1では、回転軸2に3つのスリップリング4a,4b,4cを設けると共にこれらに接するようにブラシ5a,5b,5cが設けられていたが、この形態に限定するものではない。図2に示されるように、回転軸2に1つのスリップリング4を設けると共にこれに接するようにブラシ5a,5b,5cが設けられた形態でもよい。図2においても、移動接点7a,7b,7cのそれぞれとスリップリング4とからなる各摩耗検知用接点は、スイッチ10とインバータ8(図1参照)との間で並列に設けられているので、ブラシ5a,5b,5cのいずれかが摩耗したと判定されることになる。
In the first embodiment, the
実施の形態1において、図1及び2のいずれの形態も、各摩耗検知用接点は、スイッチ10とインバータ8との間で並列に設けられていたが、この形態に限定するものではない。バッテリ9と移動接点7a,7b,7cのそれぞれとを別々に電気的に接続し、それぞれにスイッチを設けて、それぞれのスイッチを順番にオンすることで、ブラシ5a,5b,5cのどれが摩耗したかを検知できるようにしてもよい。
In the first embodiment, the wear detection contacts are provided in parallel between the
実施の形態1では、モータ1の起動時に、スイッチ10及びスイッチング素子S4をオンにした場合に、バッテリ9からの電流が、スイッチ10、移動接点7a、スリップリング4a、ブラシ5a、出力端Pu、スイッチング素子S4を順次流れ、この電流を電流計11が検出することにより、ブラシ5a,5b,5cの摩耗を検出していたが、この形態に限定するものではない。モータ1の起動時に、スイッチ10及びスイッチング素子S6をオンにしてもよい。この場合には、バッテリ9からの電流が、スイッチ10、移動接点7a、スリップリング4aを順次流れた後、モータ1の回転子17内のコイルを流れ(図3参照)、さらにその後、スリップリング4c、ブラシ5c、出力端Pw、スイッチング素子S6を順次流れ、この電流を電流計12が検出することにより、ブラシ5a,5b,5cの摩耗を検出してもよい。いずれの場合でも、移動接点7aがスリップリング4aに接触することにより、バッテリ9と、スイッチング素子S4またはS6のいずれかとが、ブラシ5aまたは5cを介して電気的に接続されることになる。
In the first embodiment, when the
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2に係る回転電機のブラシ異常検出装置について説明する。尚、以下の実施の形態において、図1〜3の参照符号と同一の符号は、同一又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。
この発明の実施の形態2に係る回転電機のブラシ異常検出装置は、実施の形態1に対して、摩耗検知用接点の形態を変更したものである。
Next, a brush abnormality detection apparatus for a rotating electrical machine according to
The brush abnormality detection device for a rotating electrical machine according to
図4に示されるように、ブラシ5aの内部には、薄い板状の絶縁体20が設けられ、絶縁体20は、ブラシ5aを第1の部分21及び第2の部分22に分離している。第1の部分21には、導線15aの端部15a1が接続され、第2の部分22は、スリップリング4aに接している。絶縁体20により、導線15aの端部15a1とスリップリング4aとは、電気的に絶縁されている。尚、図4には示されていないが、ブラシ5b及び5c(図1参照)もブラシ5aと同様の形態を有している。その他の構成は、実施の形態1と同じである。
As shown in FIG. 4, a thin plate-
ブラシ5aの第2の部分22がスリップリング4aに接しているので、第2の部分22がスリップリング4aとの擦れ合いで削れていくことにより、ブラシ5aが摩耗していく。第2の部分22が削れていくことに伴い、第1の部分21及び絶縁体20が徐々にスリップリング4aに近づいていく。やがて、絶縁体20がスリップリング4aと接触するようになり、絶縁体20とスリップリング4aとが擦れ合って、絶縁体20が破壊される。すると、第1の部分21がスリップリング4aに接触するようになる。この状態で、実施の形態1と同様の動作を行うと、バッテリ9からの電流が、スイッチ10、第1の部分21、スリップリング4a、第2の部分22、出力端Pu、スイッチング素子S4(図1参照)を順次流れるようになるので、ECU13は、ブラシ5a,5b,5cのいずれかが摩耗したと判定する。ブラシ5b,5cが摩耗したときも同様の動作によって摩耗が判定される。尚、ブラシ5aの摩耗により絶縁体20が破壊されて第1の部分21とスリップリング4aとが接触するようになり、その結果、バッテリ9からの電流が上述のように流れるようになるので、第1の部分21が移動接点を構成すると共にスリップリング4aが固定接点を構成し、これらが摩耗検知用接点を構成する。
Since the
このように、ブラシ5a,5b,5cを、スイッチ10と電気的に接続された第1の部分21と、スリップリング4a,4b,4cと接する第2の部分22とに分離するように、ブラシ5a,5b,5cに絶縁体20を設け、第1の部分21とスリップリング4a,4b,4cとから摩耗検知用接点を構成しても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
Thus, the
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3に係る回転電機のブラシ異常検出装置について説明する。
この発明の実施の形態3に係る回転電機のブラシ異常検出装置は、実施の形態1に対して、摩耗検知用接点の形態を変更したものである。
図5に示されるように、導電性材料からなる支持棒36がブラシ5aの上面5a1に設けられ、その先端に設けられた移動接点37が上面5a1の外側に位置している。支持棒36を介して、移動接点37とブラシ5aとが電気的に接続されている。移動接点37の鉛直方向下方に向かって移動接点37と所定距離だけ離れた位置に、固定接点38が設けられている。固定接点38は、スイッチ10と電気的に接続されている。尚、図5には示されていないが、ブラシ5b及び5c(図1参照)もブラシ5aと同様の形態を有している。その他の構成は、実施の形態1と同じである。
Next, a brush abnormality detection apparatus for a rotating electrical machine according to
The brush abnormality detection device for a rotating electrical machine according to the third embodiment of the present invention is obtained by changing the form of the contact for wear detection with respect to the first embodiment.
As shown in FIG. 5, a
ブラシ5aとスリップリング4aとの擦れ合いによってブラシ5aが摩耗しブラシ5aの高さが小さくなるに伴い、移動接点37は鉛直方向下方に向かって、すなわち固定接点38に向かって徐々に移動し、やがて、移動接点37と固定接点38とが接触するようになる。この状態で、実施の形態1と同様の動作を行うと、バッテリ9からの電流が、スイッチ10、固定接点38、移動接点37、ブラシ5a、出力端Pu、スイッチング素子S4(図1参照)を順次流れるようになるので、ECU13は、ブラシ5a,5b,5cのいずれかが摩耗したと判定する。ブラシ5b,5cが摩耗したときも同様の動作によって摩耗が判定される。
As the brush 5a wears due to friction between the brush 5a and the slip ring 4a and the height of the brush 5a decreases, the moving
このように、ブラシ5a,5b,5cの上面に設けられた導電性材料からなる支持棒36の先端に当該上面の外側に位置するように設けられた移動接点37と、移動接点37の鉛直方向下方に向かって移動接点37と所定距離だけ離れて設けられた固定接点38とから摩耗検知用接点を構成しても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
As described above, the moving
実施の形態3では、ブラシ5a,5b,5cの上面に支持棒36を設けていたが、この形態に限定するものではない。移動接点37の鉛直方向下方に向かって移動接点37と所定距離だけ離れて固定接点38を設けた形態であれば、ブラシ5a,5b,5cのいずれに設けてもよい。例えば、ブラシ5a,5b,5cの側面に支持棒36を設けてもよい。
In the third embodiment, the
実施の形態4.
次に、この発明の実施の形態4に係る回転電機のブラシ異常検出装置について説明する。
この発明の実施の形態4に係る回転電機のブラシ異常検出装置は、実施の形態1に対して、摩耗検知用接点の形態を変更したものである。
図6(a)に示されるように、ブラシ5aの表面、例えば側面5a2に、側面5a2に対して窪んだ切り欠き部40が形成されている。切り欠き部40が形成された側面5a2に、弾性部材であるばね41によって当接部材42が当接されている。ブラシ5aが摩耗する前には、当接部材42は、切り欠き部40に対して鉛直方向下方の位置に当接されている。ブラシ5aには、導電性材料からなる支持棒49が設けられ、支持棒49の先端に固定接点48が設けられている。支持棒49を介して、固定接点48とブラシ5aとが電気的に接続されている。当接部材42には、導線45を介してスイッチ10と電気的に接続された導電性材料からなる支持棒46が固定されている。支持棒46には移動接点47が設けられ、移動接点47は、固定接点48に対して切り欠き部40とは水平方向反対側に所定距離だけ離れて位置している。尚、図6(a)には示されていないが、ブラシ5b及び5c(図1参照)もブラシ5aと同様の形態を有している。その他の構成は、実施の形態1と同じである。
Next, a description will be given of a brush abnormality detection apparatus for a rotating electrical machine according to
The brush abnormality detection device for a rotating electrical machine according to
As shown in FIG. 6A, a
ブラシ5aとスリップリング4aとの擦れ合いによってブラシ5aが摩耗しブラシ5aの高さが小さくなるに伴い、切り欠き部40が鉛直方向下方にずれていく。これに伴い、当接部材42が側面5a2上をスライドし、やがて、図6(b)に示されるように、当接部材42が切り欠き部40に入り込む。すると、当接部材42と共に、当接部材42に固定された支持棒46と、支持棒46に設けられた移動接点47とが固定接点48に向かって移動し、これにより、移動接点47が固定接点48に接触するようになる。この状態で、実施の形態1と同様の動作を行うと、バッテリ9からの電流が、スイッチ10、移動接点47、固定接点48、ブラシ5a、出力端Pu、スイッチング素子S4(図1参照)を順次流れるようになるので、ECU13は、ブラシ5a,5b,5cのいずれかが摩耗したと判定する。ブラシ5b,5cが摩耗したときも同様の動作によって摩耗が判定される。
As the brush 5a wears due to friction between the brush 5a and the slip ring 4a and the height of the brush 5a decreases, the
このように、ブラシ5a,5b,5cの表面に対して窪んだ切り欠き部40を設け、ばね41によってブラシ5a,5b,5cの表面に押し付けられた当接部材42に移動接点47を設け、ブラシ5a,5b,5cが摩耗して当接部材42が切り欠き部40に入り込むことによって、移動接点47が固定接点48に接触するように摩耗検知用接点を構成しても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態1及び3のように、ブラシ5a,5b,5cの摩耗に伴い移動接点が固定接点に向かって徐々に近づく形態では、移動接点と固定接点との距離が短くなると、回転軸2の振動により瞬間的に両者が接触してしまい、ブラシ5a,5b,5cの摩耗の誤検出のおそれがあったが、実施の形態4では、当接部材42が切り欠き部40に入り込むことによって、移動接点47が固定接点48に向かって移動して両者が接触するので、回転軸2の振動の影響を受けにくくなり、ブラシ5a,5b,5cの摩耗の検出精度を向上することができる。
In this way, the
実施の形態4では、移動接点47がスイッチ10と電気的に接続されると共に固定接点48がブラシ5a,5b,5cと電気的に接続されていたが、この形態に限定するものではない。移動接点47がブラシ5a,5b,5cと電気的に接続されると共に固定接点48がスイッチ10と電気的に接続されてもよい。
In the fourth embodiment, the moving
実施の形態5.
次に、この発明の実施の形態5に係る回転電機のブラシ異常検出装置について説明する。
この発明の実施の形態5に係る回転電機のブラシ異常検出装置は、実施の形態4に対して、インバータ8に既設された電流計11,12を使用しないでブラシの摩耗を検出するようにしたものである。
図7に示されるように、ブラシ5aの表面、例えば側面5a2に、側面5a2に対して窪んだ切り欠き部40が形成されている。切り欠き部40が形成された側面5a2に、弾性部材であるばね41によって当接部材42が当接されている。ブラシ5aが摩耗する前には、当接部材42は、切り欠き部40に対して鉛直方向下方の位置に当接されている。ブラシ5aには、絶縁性材料からなる支持棒59が設けられ、支持棒59の先端に固定接点48が設けられている。当接部材42には、導線45を介してスイッチ10と電気的に接続された導電性材料からなる支持棒46が固定されている。支持棒46には移動接点47が設けられ、移動接点47は、固定接点48に対して切り欠き部40とは水平方向反対側に所定距離だけ離れて位置している。尚、ブラシ5b及び5cもブラシ5aと同様の形態を有している。
Next, a brush abnormality detection apparatus for a rotary electric machine according to
The brush abnormality detection apparatus for a rotating electrical machine according to
As shown in FIG. 7, a
ブラシ5a,5b,5cそれぞれの移動接点47及び固定接点48からなる各摩耗検知用接点が並列に配置された異常判定用回路50が設けられている。異常判定用回路50には、電源51と、電流計52とが設けられている。尚、電源51としてバッテリ9(図6参照)を用いてもよく、バッテリ9とは別の電源を用いてもよい。電流計52はECU13と電気的に接続されており、ECU13にはさらに、警報装置14が電気的に接続されている。
There is provided an
ブラシ5aとスリップリング4aとの擦れ合いによってブラシ5aが摩耗しブラシ5aの高さが小さくなると、実施の形態4と同様の動作で当接部材42が切り欠き部40に入り込み、これによって、移動接点47が固定接点48に接触するようになる。すると、異常判定用回路50に電流が流れるようになる。この電流を電流計52が検出して、その検出値がECU13に伝送されることにより、ECU13は、ブラシ5a,5b,5cのいずれかが摩耗したと判定し、警報装置14を作動させる。ブラシ5b,5cが摩耗したときも同様の動作によって摩耗が判定される。
When the brush 5a is worn due to friction between the brush 5a and the slip ring 4a and the height of the brush 5a is reduced, the
このように、ブラシ5a,5b,5cの表面に対して窪んだ切り欠き部40を設け、ばね41によってブラシ5a,5b,5cの表面に押し付けられた当接部材42に移動接点47を設け、ブラシ5a,5b,5cが摩耗して当接部材42が切り欠き部40に入り込むことによって、移動接点47が固定接点48に接触するように摩耗検知用接点を構成し、各摩耗検知用接点を並列に配置した異常判定用回路50に流れる電流を、異常判定用回路50に設けた電流計52によって検出することにより、ブラシ5a,5b,5cの摩耗を検出することができる。この実施の形態5においても、実施の形態4と同様に、回転軸2の振動の影響を受けにくいため、ブラシ5a,5b,5cの摩耗の検出精度を向上することができる。
In this way, the
実施の形態5では、1つの異常判定用回路50に、ブラシ5a,5b,5cそれぞれの摩耗検知用接点が並列に配置されていたが、この形態に限定するものではない。各ブラシの各摩耗検知用接点を1つ含む異常判定用回路を3つ設けてもよい。この場合には、ブラシ5a,5b,5cのいずれが摩耗したかを特定することができる。
In the fifth embodiment, the contact for detecting wear of each of the
実施の形態5において、電源51としてバッテリ9を用いる場合には、異常判定用回路50にスイッチを設けることが好ましい。スイッチがない場合、ブラシ5a,5b,5cが摩耗して移動接点47と固定接点48とが接触すると、異常判定用回路50に電流が流れ続けてしまい、モータ1への給電に支障がでる可能性がある。これに対し、異常判定用回路50を流れるスイッチを設けておけば、ブラシ5a,5b,5cの摩耗を確認する一瞬だけ、スイッチをオンにすればよいので、モータ1への給電についての支障を最小限に抑えることができる。
In the fifth embodiment, when battery 9 is used as
実施の形態6.
次に、この発明の実施の形態6に係る回転電機のブラシ異常検出装置について説明する。
この発明の実施の形態6に係る回転電機のブラシ異常検出装置は、ブラシに設けた光ファイバーを光が通るか否かによってブラシの摩耗を検出するようにしたものである。
図8に示されるように、回転軸2には、3つのスリップリング4a,4b,4cが設けられ、スリップリング4a,4b,4cのそれぞれに接するようにブラシ5a,5b,5cが設けられている。ブラシ5a,5b,5cのそれぞれの内部に、光ファイバー60a,60b,60cが設けられている。光ファイバー60a,60b,60cは、この順序で直列に接続されている。光ファイバー60aの端部には、光を発する発光部61が設けられ、光ファイバー60cの端部には、光ファイバー60cを伝わる光を受光する受光部62が設けられている。発光部61及び受光部62はそれぞれECU13と電気的に接続されており、ECU13にはさらに、警報装置14が電気的に接続されている。
Next, a brush abnormality detection apparatus for a rotary electric machine according to
The brush abnormality detection apparatus for a rotating electrical machine according to
As shown in FIG. 8, the
ブラシ5aとスリップリング4aとの擦れ合いによってブラシ5aが摩耗しブラシ5aの高さが小さくなると、ブラシ5aの内部に設けられた光ファイバー60aが徐々にスリップリング4aに近づいていく。やがて、光ファイバー60aがスリップリング4aと接触するようになり、光ファイバー60aとスリップリング4aとが擦れ合って、光ファイバー60aが破壊される。光ファイバー60aが破壊される前には、発光部61から発せられた光は光ファイバー60a,60b,60cを順次伝わり、その光を受光部62が受光し、受光部62が受光したことを表す信号がECU13に伝送される。この場合には、ECU13は、ブラシ5a,5b,5cのいずれも摩耗していないと判定する。一方、上述のようにして光ファイバー60aが破壊されると、発光部61から発せられた光は受光部62まで到達しないので、受光部62が光を受光しなかったことを表す信号がECU13に伝送されて、ECU13は、ブラシ5a,5b,5cのいずれかが摩耗したと判定し、警報装置14を作動させる。ブラシ5b,5cが摩耗したときも同様の動作によって摩耗が判定される。
When the brush 5a is worn due to friction between the brush 5a and the slip ring 4a and the height of the brush 5a is reduced, the optical fiber 60a provided inside the brush 5a gradually approaches the slip ring 4a. Eventually, the optical fiber 60a comes into contact with the slip ring 4a, the optical fiber 60a and the slip ring 4a rub against each other, and the optical fiber 60a is broken. Before the optical fiber 60a is destroyed, the light emitted from the
このように、ブラシ5a,5b,5cに光ファイバー60a,60b,60cを固定し、ブラシ5a,5b,5cが摩耗してスリップリング4a,4b,4cによって光ファイバー60a,60b,60cが破壊されることにより、光ファイバー60a,60b,60cを伝わる光を受光部62が検出しなくなった場合にブラシ5a,5b,5cの摩耗を検出するので、ブラシ5a,5b,5cの摩耗の検出に電気回路を用いず、既存の電気回路の電磁ノイズの影響を排除することができる。その結果、ブラシ5a,5b,5cの摩耗の検出精度を向上することができる。
In this way, the
実施の形態6では、ブラシ5a,5b,5cの内部に光ファイバー60a,60b,60cを固定していたが、この形態に限定するものではない。ブラシ5a,5b,5cの側面に固定しても、ブラシ5a,5b,5cが摩耗して光ファイバー60a,60b,60cとスリップリング4a,4b,4cとが擦れ合って光ファイバー60a,60b,60cが破壊されるようであればよい。
In the sixth embodiment, the
実施の形態6では、光ファイバー60a,60b,60cが直列に接続されていたが、この形態に限定するものではない。光ファイバー60a,60b,60cのそれぞれの一端に発光部61を設けると共に他端に受光部62を設けてもよい。この場合には、ブラシ5a,5b,5cのいずれが摩耗したかを特定することができる。
In the sixth embodiment, the
実施の形態1〜6では、三相交流モータを用いていたが、これに限定するものではない。単相交流モータでもよい。また、ブラシの数も3個に限定するものではなく、1個や2個の場合でも、4個以上の場合でもよい。 In Embodiment 1-6, although the three-phase alternating current motor was used, it is not limited to this. A single-phase AC motor may be used. Further, the number of brushes is not limited to three, and may be one, two, or four or more.
1 モータ(回転電機)、2 回転軸、4,4a,4b,4c スリップリング(固定接点,摩耗検知用接点)、5a,5b,5c ブラシ、5a2 (ブラシ5aの)側面(表面)、7a,7b,7c,37,47 移動接点(摩耗検知用接点)、8 インバータ、9 バッテリ、10 スイッチ、11,12 電流計、13 ECU(異常判定手段)、21 (ブラシの)第1の部分(移動接点,摩耗検知用接点)、38,48 固定接点(摩耗検知用接点)、40 切り欠き部、41 ばね(弾性部材)、42 当接部材、50 異常判定用回路、51 電源、52 電流計、60a,60b,60c 光ファイバー、61 発光部、62 受光部、S1〜S6 スイッチング素子。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記回転電機の回転軸とともに回転するように設けられた少なくとも1つのスリップリングと、
該スリップリングに接するように設けられた少なくとも1つのブラシと、
該ブラシを介して前記回転電機に給電するバッテリと、
該バッテリと前記ブラシとの間に設けられ、複数のスイッチング素子を有するインバータと、
前記複数のスイッチング素子のいずれかを流れる電流を検出する少なくとも1つの電流計と、
前記ブラシの摩耗状態に基づいて、前記バッテリと、前記電流計で電流を検出できる前記スイッチング素子とを前記ブラシを介して電気的に接続する摩耗検知用接点と、
前記バッテリと前記摩耗検知用接点との間に設けられたスイッチと、
異常判定手段と
を備え、
該異常判定手段は、前記スイッチと、前記電流計で電流を検出できる前記スイッチング素子とをオンさせたときに、前記電流計が電流を検出した場合に前記ブラシの摩耗を検出する、回転電機のブラシ異常検出装置。 A brush abnormality detection device for a rotating electrical machine,
At least one slip ring provided to rotate together with the rotating shaft of the rotating electrical machine;
At least one brush provided in contact with the slip ring;
A battery for supplying electric power to the rotating electrical machine via the brush;
An inverter provided between the battery and the brush and having a plurality of switching elements;
At least one ammeter for detecting a current flowing through any of the plurality of switching elements;
Based on the state of wear of the brush, a contact for wear detection that electrically connects the battery and the switching element capable of detecting current with the ammeter through the brush;
A switch provided between the battery and the wear detection contact;
An abnormality determination means,
The abnormality determining means detects the wear of the brush when the ammeter detects current when the switch and the switching element capable of detecting current with the ammeter are turned on. Brush abnormality detection device.
固定接点と、
前記ブラシに固定されると共に前記ブラシの摩耗に伴い前記固定接点に向かって移動する移動接点と
を備える、請求項1に記載の回転電機のブラシ異常検出装置。 The contact for wear detection is
A fixed contact;
The brush abnormality detection device for a rotating electrical machine according to claim 1, further comprising a moving contact that is fixed to the brush and moves toward the fixed contact as the brush is worn.
前記スイッチと電気的に接続された第1の部分と、
前記スリップリングと接する第2の部分と
に分離するように、前記ブラシに絶縁体が設けられ、
前記移動接点は前記第1の部分であり、前記ブラシが摩耗すると前記スリップリングによって前記絶縁体が破壊されて前記第1の部分が前記スリップリングに接触する、請求項3に記載の回転電機のブラシ異常検出装置。 The brush,
A first portion electrically connected to the switch;
An insulator is provided on the brush so as to be separated from the second portion in contact with the slip ring,
4. The rotating electrical machine according to claim 3, wherein the moving contact is the first portion, and when the brush is worn, the insulator is broken by the slip ring and the first portion contacts the slip ring. Brush abnormality detection device.
前記ブラシに固定された固定接点と、
前記ブラシの摩耗に伴い前記固定接点に向かって移動する移動接点と
を備え、
前記ブラシには、その表面に対して窪んだ切り欠き部が設けられ、
前記移動接点は、弾性部材によって前記表面に押し付けられた当接部材に固定され、
前記ブラシが摩耗して前記当接部材が前記切り欠き部に入り込むことによって、前記移動接点が前記固定接点に接触する、請求項1に記載の回転電機のブラシ異常検出装置。 The contact for wear detection is
A fixed contact fixed to the brush;
A moving contact that moves toward the fixed contact with wear of the brush,
The brush is provided with a notch that is recessed with respect to its surface,
The moving contact is fixed to an abutting member pressed against the surface by an elastic member,
The brush abnormality detection device for a rotating electrical machine according to claim 1, wherein the moving contact contacts the fixed contact when the brush is worn and the contact member enters the notch.
前記スイッチと前記インバータとの間で、各ブラシの前記摩耗検知用接点が並列に設けられている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の回転電機のブラシ異常検出装置。 A plurality of the brushes;
The brush abnormality detection device for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the wear detection contact of each brush is provided in parallel between the switch and the inverter.
前記回転電機の回転軸とともに回転するように設けられた少なくとも1つのスリップリングと、
該スリップリングに接するように設けられた少なくとも1つのブラシと、
電源と電流計とを含む異常判定用回路と、
該異常判定用回路に設けられ、前記ブラシの摩耗状態に基づいて接続される摩耗検知用接点と、
異常判定手段と
を備え、
前記摩耗検知用接点は、
固定接点と、
前記ブラシの摩耗に伴い前記固定接点に向かって移動する移動接点と
を備え、
前記ブラシには、その表面に対して窪んだ切り欠き部が設けられ、
前記移動接点は、弾性部材によって前記表面に押し付けられた当接部材に固定され、
前記異常判定手段は、前記ブラシが摩耗して前記当接部材が前記切り欠き部に入り込むことによって前記移動接点が前記固定接点に接触することで前記電流計が電流を検出した場合に前記ブラシの摩耗を検出する、回転電機のブラシ異常検出装置。 A brush abnormality detection device for a rotating electrical machine,
At least one slip ring provided to rotate together with the rotating shaft of the rotating electrical machine;
At least one brush provided in contact with the slip ring;
An abnormality determination circuit including a power source and an ammeter;
A contact for wear detection provided in the abnormality determination circuit and connected based on a wear state of the brush;
An abnormality determination means,
The contact for wear detection is
A fixed contact;
A moving contact that moves toward the fixed contact with wear of the brush,
The brush is provided with a notch that is recessed with respect to its surface,
The moving contact is fixed to an abutting member pressed against the surface by an elastic member,
The abnormality determination unit is configured to detect the current when the ammeter detects a current when the moving contact comes into contact with the fixed contact due to wear of the brush and the contact member entering the notch. A brush abnormality detection device for rotating electrical machines that detects wear.
1つの前記異常判定用回路において、各ブラシの前記摩耗検知用接点が並列に設けられている、請求項7に記載の回転電機のブラシ異常検出装置。 A plurality of the brushes;
The brush abnormality detection device for a rotating electrical machine according to claim 7, wherein the wear detection contact of each brush is provided in parallel in one of the abnormality determination circuits.
前記回転電機の回転軸とともに回転するように設けられた少なくとも1つのスリップリングと、
該スリップリングに接するように設けられた少なくとも1つのブラシと、
該ブラシに固定された光ファイバーと、
該光ファイバーに光を入射させる発光部と、
前記光ファイバーを伝わった光を受光する受光部と、
異常判定手段と
を備え、
該異常判定手段は、前記ブラシが摩耗して前記スリップリングによって前記光ファイバーが破壊されることにより、前記光ファイバーを伝わる光を前記受光部が検出しなくなった場合に前記ブラシの摩耗を検出する、回転電機のブラシ異常検出装置。 A brush abnormality detection device for a rotating electrical machine,
At least one slip ring provided to rotate together with the rotating shaft of the rotating electrical machine;
At least one brush provided in contact with the slip ring;
An optical fiber fixed to the brush;
A light emitting unit for making light incident on the optical fiber;
A light receiving portion for receiving light transmitted through the optical fiber;
An abnormality determination means,
The abnormality determining means detects the wear of the brush when the brush is worn and the optical fiber is broken by the slip ring, so that the light receiving unit no longer detects the light transmitted through the optical fiber. Electric brush abnormality detection device.
各ブラシに固定された光ファイバーは直列に接続されている、請求項9に記載の回転電機のブラシ異常検出装置。 A plurality of the brushes;
The brush abnormality detection device for a rotating electrical machine according to claim 9, wherein the optical fibers fixed to the brushes are connected in series.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012225938A JP2014079109A (en) | 2012-10-11 | 2012-10-11 | Brush abnormality detector for rotary electric machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016007127A (en) * | 2014-06-10 | 2016-01-14 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | Brush holder apparatus and system |
KR20220093772A (en) * | 2020-12-28 | 2022-07-05 | (주)케이엠트론 | Voltage regulator capable of predicting and notifying the remaining life of vehicle generator |
-
2012
- 2012-10-11 JP JP2012225938A patent/JP2014079109A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
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JP2016007127A (en) * | 2014-06-10 | 2016-01-14 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | Brush holder apparatus and system |
KR20220093772A (en) * | 2020-12-28 | 2022-07-05 | (주)케이엠트론 | Voltage regulator capable of predicting and notifying the remaining life of vehicle generator |
KR102479872B1 (en) * | 2020-12-28 | 2022-12-21 | (주)케이엠트론 | Voltage regulator capable of predicting and notifying the remaining life of vehicle generator |
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