JP2017017940A - Slip ring mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、回転電機のロータに電力を供給するためのスリップリング機構に関する。 The present invention relates to a slip ring mechanism for supplying electric power to a rotor of 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スリップリング機構とを有している。スリップリング機構は通常、複数の極から構成されており、各極は、回転軸の外周に設けられたスリップリングと、スリップリングに押し付けられるように設けられたブラシと、ブラシを固定するブラシホルダとから構成されている。ブラシを介してスリップリングに電力を給電することやブラシとスリップリングとの摩擦により、スリップリングやブラシが発熱するので、各極を冷却する必要がある。特許文献1に記載のスリップリング機構では、磨耗粉の飛散を抑制するとともにスリップリング及びブラシの冷却効率を向上させるために、フッ素系液体が封入された収容室内にスリップリング及びブラシを収容している。
A rotating electrical machine such as a motor generally includes a stator fixed to a casing, a rotor that can rotate relative to the stator, and a slip ring mechanism that supplies electric power to the rotor. The slip ring mechanism is usually composed of a plurality of poles. Each pole has a slip ring provided on the outer periphery of the rotating shaft, a brush provided to be pressed against the slip ring, and a brush holder for fixing the brush. It consists of and. Since power is supplied to the slip ring via the brush or friction between the brush and the slip ring generates heat, the slip ring and the brush generate heat, so that it is necessary to cool each pole. In the slip ring mechanism described in
しかしながら、特許文献1に記載のスリップリング機構では、ブラシとスリップリングとの間に液膜を生じやすくなる。ブラシとスリップリングとの間に液膜が生じると、液膜圧力によりスリップリングに対するブラシの浮きが発生し、ブラシとスリップリングとの接触がなくなってしまう。そうすると、ブラシとスリップリングとの間でアーク放電が発生してブラシの摩耗が促進され、スリップリングを流れる電流が成り行きになることにより回転電機の制御が困難になるといった問題点があった。
However, in the slip ring mechanism described 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、スリップリングに対するブラシの浮きを防止したスリップリング機構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 slip ring mechanism that prevents the brush from floating with respect to the slip ring.
この発明に係るスリップリング機構は、回転軸と一体回転する少なくとも1つのスリップリングと、スリップリングに対して摺動するブラシとを備え、回転軸は中空構造に形成され、回転軸の内部には、軸内通路が設けられ、スリップリングには、ブラシが接するスリップリングの外表面に開口して、軸内通路に連通するとともに回転軸の内表面に開口する貫通孔が設けられ、回転軸の端部には、貫通孔を介して軸内通路に導入される冷却媒体を回転軸の外部に排出する排出口が設けられ、軸内通路には、回転軸が回転することにより、貫通孔を介して軸内通路に冷却媒体を導入するとともに排出口に向かって冷却媒体を排出するフィンが設けられている。
スリップリングは、軸内通路に露出するとともに、軸内通路の一部を構成してもよい。
スリップリングは、軸内通路に全体が露出するとともに、軸内通路の一部を構成し、軸内通路のうち、スリップリングが構成する軸内通路以外の部分にフィンが設けられてもよい。
回転軸には、スリップリング以外の部分に、回転軸の外表面に開口すると共に回転軸の内表面に開口して、軸内通路に連通する第2貫通孔が設けられ、第2貫通孔の内径は、貫通孔の内径よりも大きくてもよい。
フィンと回転軸との間には、回転軸の軸方向に延びる補強部材が設けられてもよい。
A slip ring mechanism according to the present invention includes at least one slip ring that rotates integrally with a rotation shaft, and a brush that slides relative to the slip ring, the rotation shaft formed in a hollow structure, An internal shaft passage is provided, and the slip ring has an opening on the outer surface of the slip ring with which the brush contacts, and a through hole that communicates with the internal shaft passage and opens on the inner surface of the rotation shaft. The end is provided with a discharge port for discharging the cooling medium introduced into the in-shaft passage through the through-hole to the outside of the rotating shaft, and the through-hole is formed in the in-shaft passage by rotating the rotating shaft. And a fin for introducing the cooling medium into the in-shaft passage and discharging the cooling medium toward the discharge port.
The slip ring may be exposed to the in-axis passage and may constitute a part of the in-axis passage.
The slip ring may be entirely exposed to the in-axis passage and may constitute a part of the in-axis passage, and fins may be provided in portions other than the in-axis passage formed by the slip ring in the in-axis passage.
The rotating shaft is provided with a second through hole that opens on the outer surface of the rotating shaft and opens on the inner surface of the rotating shaft and communicates with the in-shaft passage in a portion other than the slip ring. The inner diameter may be larger than the inner diameter of the through hole.
A reinforcing member extending in the axial direction of the rotation shaft may be provided between the fin and the rotation shaft.
この発明によれば、スリップリングに、ブラシが接する外表面に開口するとともに回転軸の内表面に開口する貫通孔を設けることにより、ブラシとスリップリングとの間の冷却媒体が貫通孔を通って回転軸の内部に流入し、それによりブラシがスリップリングに吸い付けられるので、スリップリングに対するブラシの浮きを防止することができる。 According to this invention, the cooling medium between the brush and the slip ring passes through the through-hole by providing the slip ring with a through-hole that opens on the outer surface in contact with the brush and opens on the inner surface of the rotating shaft. Since the brush flows into the inside of the rotating shaft and is thereby attracted to the slip ring, it is possible to prevent the brush from floating with respect to the slip ring.
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。
図1に示されるように、スリップリング機構1は、図示しないロータのブラケット2に設けられている。ブラケット2は、略円柱形状の構造体3と、円筒形状の回転軸4とを備えている。スリップリング機構1は、回転軸4と一体回転可能に設けられたリング状の3つのスリップリング11と、各スリップリング11に接するように設けられたブラシ12とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, the
回転軸4の内表面4aには、樹脂製の略円筒形状の土台部分14bの内表面に形成された樹脂製の螺旋状のフィン14aが設けられている。フィン14aは、内表面4a全体に設けられているのではなく、土台部分14bに部分的に開口した窓部13が形成された部分以外に形成されている。窓部13からは、内表面4aが露出している。窓部13から露出した内表面4aの一部からは、スリップリング11の内表面11aの一部が露出している。露出した内表面11aは、回転軸4の内表面4aの一部を構成する。土台部分14bの一端は構造体3に固定されており、他端は、回転軸4の端部に開口した排出口4cに位置している。
The
スリップリング11には、その内表面11a及び外表面11bのそれぞれに開口した複数の貫通孔21が形成されている。回転軸4には、構造体3と回転軸4との接続部分付近に、回転軸4の内表面4a及び外表面4bのそれぞれに開口した第2貫通孔22が形成されている。第2貫通孔22の内径は、貫通孔21の内径よりも大きい。この実施の形態では、第2貫通孔22は1つであるが、複数設けられていてもよい。また、設ける位置も、スリップリング11以外の部分であればどこでもよい。
The
次に、この発明の実施の形態に係るスリップリング機構1の動作について説明する。
図示しないロータが回転すると、ロータとともにブラケット2も回転し、その結果回転軸4も回転する。回転軸4が回転するとスリップリング11も回転するが、ブラシ12は回転軸4とともに回転しないので、ブラシ12はスリップリング11に対して摺動する、すなわち、ブラシ12とスリップリング11とが接触しながらスリップリング11のみ回転する。すると、ブラシ12とスリップリング11との間の摺動面で摩擦熱が発生し、ブラシ12及びスリップリング11の温度が上温する。そこで、ブラシ12及びスリップリング11を冷却するために、オイル等の冷却媒体がスリップリング11の外表面11b上に供給される。
Next, the operation of the
When a rotor (not shown) rotates, the
図2に示されるように、スリップリング11の外表面11b上に供給された冷却媒体は、スリップリング11の回転にともない、ブラシ12とスリップリング11との間に流入する。冷却媒体は、ブラシ12とスリップリング11との摺動面を冷却しながら、その一部が貫通孔21を通って、回転軸4の内部の略円柱形状の軸内通路10内に流入する。冷却媒体が貫通孔21を流通することによりブラシ12がスリップリング11に吸い付けられるので、冷却媒体がブラシ12とスリップリング11との間の摺動面に流入しても、スリップリング11に対するブラシ12の浮きを防止することができる。
As shown in FIG. 2, the cooling medium supplied on the
ただし、貫通孔21の内径が小さい場合には、冷却媒体が貫通孔21内で滞留してしまい、軸内通路10へ流入しなくなってしまう場合がある。この場合には、スリップリング11に対するブラシ12の浮きが発生するおそれがある。しかしながら、この実施の形態では、図1に示されるように、回転軸4の内表面4aに螺旋状のフィン14aが設けられているので、貫通孔21を通って内表面4aの開口から流出した冷却媒体は、回転軸4の回転にともないフィン14aに沿って排出口4cに向かって移動する。これにより、冷却媒体が貫通孔21を流通することが促進され、冷却媒体の貫通孔21内の滞留が防止される。排出口4cに至った冷却媒体は、排出口4cを介して軸内通路10から排出される。
However, when the inner diameter of the
尚、フィン14aが提供する効果と同じ効果を得るために、回転軸4の外部から排出口4cを介して、軸内通路10内の冷却媒体を吸引する装置を設けることもできるが、この場合には、当該装置の分だけスリップリング機構が大型化してしまう。これに対し、この実施の形態に係るスリップリング機構1では、回転軸4の内部にフィン14aが設けられることにより、スリップリング機構1がコンパクトになる。
In order to obtain the same effect as that provided by the
また、図示しないロータが回転する際、第2貫通孔22を介して冷却媒体が軸内通路10内に流入する。第2貫通孔22を介して軸内通路10内に流入した冷却媒体も、同様の原理で排出口4cに向かって移動するが、窓部13を介して軸内通路10に露出するスリップリング11に接触する。この接触によりスリップリング11が冷却されるので、スリップリング11の冷却が促進される。
Further, when the rotor (not shown) rotates, the cooling medium flows into the in-
このように、スリップリング11に、ブラシ12が接する外表面11bに開口するとともに回転軸4の内表面4aに開口する貫通孔21を設けることにより、ブラシ12とスリップリング11との間の冷却媒体が貫通孔21を通って回転軸4の内部に流入し、それによりブラシ12がスリップリング11に吸い付けられるので、スリップリング11に対するブラシ12の浮きを防止することができる。
In this way, the
この実施の形態では、スリップリング11は3つ設けられていたが、3つに限定するものではない。1つのみ設けられてもいいし、2つあるいは4つ以上設けられていてもよい。ただし、スリップリング11の数がいくつであっても、各スリップリングにはブラシが接するように設けられる。
In this embodiment, three
この実施の形態では、スリップリング11の一部が内表面4aから露出して回転軸4の内表面4aの一部を構成していた、すなわちスリップリング11の一部が軸内通路10に露出し軸内通路10の一部を構成していたが、この形態に限定するものではない。スリップリング11の内表面11aすべてが内表面4aから露出していてもよい。この場合には、土台部分14bの内表面に形成されたフィン14aは、隣り合うスリップリング11,11間にのみ設けられる。ただし、スリップリング11が1つのみ設けられている場合には、スリップリング11以外の部分にフィン14aが設けられる。これにより、スリップリング11の冷却がさらに促進される。また、スリップリング11の冷却効率は低下するものの、スリップリング11が内表面4aから露出していなくてもよい。ただし、この場合には、貫通孔21を流入した冷却媒体が軸内通路10内へ流入できるように、貫通孔21は、スリップリング11の内表面11aの開口からさらに、回転軸4の内表面4aに向かって延びて内表面4aにおいて開口する構成を有する必要がある。
In this embodiment, a part of the
この実施の形態では、フィン14a及び土台部分14bは樹脂製であったが、スリップリング11間の絶縁を確保できるのであれば、金属製であってもよい。また、フィン14a及び土台部分14bの強度を補強するために、図3に示されるように、土台部分14b内に埋め込まれるように、金属製の補強部材30を設けてもよい。補強部材30は、一端が構造体3に固定され、他端が土台部分14bの端部から突出するように設けられている。ただし、他端は、土台部分14bの端部で終端していてもよし、土台部分14bの端部よりも構造体3側で終端していてもよい。また、補強部材30は、土台部分14b内に埋め込まれる形態に限定するものではなく、フィン14aと土台部分14bとの間に設けられてもよく、スリップリング11間の絶縁を確保できるのであれば、土台部分14bと内表面4aとの間に設けられてもよい。すなわち、補強部材30は、フィン14aと回転軸4との間に設けてもよい。
In this embodiment, the
この実施の形態では、フィン14aは螺旋状に設けられていたが、この形態に限定するものではない。フィン14aが排出口4cに向かって傾いて設けられていれば、冷却媒体は、回転軸4の回転にともないフィン14aに沿って排出口4cに向かって移動することができる。
In this embodiment, the
この実施の形態では、スリップリング11の外表面11b上に冷却媒体が供給されているが、この形態に限定するものではない。特許文献1に記載された発明と同様に、スリップリング11及びブラシ12が冷却媒体内に位置していてもよい。
In this embodiment, the cooling medium is supplied onto the
1 スリップリング機構、4 回転軸、4a (回転軸の)内表面、4b (回転軸の)外表面、4c 排出口、10 軸内通路、11 スリップリング、11a (スリップリングの)内表面、11b (スリップリングの)外表面、12 ブラシ、14a フィン、21 貫通孔、22 第2貫通孔、30 補強部材。 1 Slip ring mechanism, 4 Rotating shaft, 4a (Rotating shaft) inner surface, 4b (Rotating shaft) outer surface, 4c Discharge port, 10 Shaft passage, 11 Slip ring, 11a (Slip ring) inner surface, 11b Outer surface (of slip ring), 12 brush, 14a fin, 21 through hole, 22 second through hole, 30 reinforcing member.
Claims (5)
該スリップリングに対して摺動するブラシと
を備え、
前記回転軸は中空構造に形成され、
前記回転軸の内部には、軸内通路が設けられ、
前記スリップリングには、前記ブラシが接する前記スリップリングの外表面に開口するとともに前記回転軸の内表面に開口して、前記軸内通路に連通する貫通孔が設けられ、
前記回転軸の端部には、前記貫通孔を介して前記軸内通路に導入される冷却媒体を前記回転軸の外部に排出する排出口が設けられ、
前記軸内通路には、前記回転軸が回転することにより、前記貫通孔を介して前記軸内通路に冷却媒体を導入するとともに前記排出口に向かって冷却媒体を排出するフィンが設けられているスリップリング機構。 At least one slip ring that rotates integrally with the rotating shaft;
A brush that slides against the slip ring,
The rotating shaft is formed in a hollow structure,
An in-shaft passage is provided inside the rotating shaft,
The slip ring is provided with a through-hole that opens to the outer surface of the slip ring that contacts the brush and opens to the inner surface of the rotating shaft and communicates with the in-axis passage.
A discharge port for discharging the cooling medium introduced into the in-shaft passage through the through hole to the outside of the rotation shaft is provided at the end of the rotation shaft,
The shaft passage is provided with a fin for introducing the cooling medium into the shaft passage through the through hole and discharging the cooling medium toward the discharge port as the rotating shaft rotates. Slip ring mechanism.
前記軸内通路のうち、前記スリップリングが構成する前記軸内通路以外の部分に前記フィンが設けられる、請求項2に記載のスリップリング機構。 The slip ring is entirely exposed in the in-axis passage and constitutes a part of the in-axis passage,
The slip ring mechanism according to claim 2, wherein the fin is provided in a portion of the in-axis passage other than the in-axis passage formed by the slip ring.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109638589A (en) * | 2018-10-23 | 2019-04-16 | 襄阳奇竞特机电制造有限责任公司 | A kind of brush |
CN114709982A (en) * | 2022-04-27 | 2022-07-05 | 中国航发沈阳发动机研究所 | High-speed slip ring cooling structure |
DE102021122065B3 (en) | 2021-08-26 | 2022-11-17 | Audi Aktiengesellschaft | Brush holder for holding at least two brushes for a sliding contact arrangement, electrical machine and motor vehicle |
-
2015
- 2015-07-06 JP JP2015135039A patent/JP2017017940A/en active Pending
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CN114709982A (en) * | 2022-04-27 | 2022-07-05 | 中国航发沈阳发动机研究所 | High-speed slip ring cooling structure |
CN114709982B (en) * | 2022-04-27 | 2023-09-22 | 中国航发沈阳发动机研究所 | High-speed slide ring cooling structure |
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