JP2020127257A - 回転電機、および、これを備えたダンプトラック - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、汚損環境下においても安定したアース効果を得ることができる回転電機を提供することを目的とする。【解決手段】回転軸と接触するアース構造を備えた回転電機であって、アース構造は、一対の固定部を備えた取付部材と、回転軸の回転方向に対して上流側の固定部に設置された清掃装置と、回転軸の回転方向に対して下流側の固定部に設置されたアース装置と、を有し、清掃装置は、矩形断面の長手方向が回転軸の軸方向と略一致するように設置されたほうき状ブラシを有するとともに、アース装置は、矩形断面の長手方向が回転軸の軸方向と略一致するように設置されたほうき状導電性繊維を有しており、清掃装置とアース装置は、回転軸の回転時に、ほうき状ブラシの先端部が接触しながら通過した回転軸の外周面の領域内を、ほうき状導電性繊維の先端部が接触しながら通過するように設置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸に電食対策を施した回転電機、および、これを備えたダンプトラックに関する。

一般に、発電機でインバータ運転を行なう際には、インバータのキャリア周波数を高く設定すると、高周波誘導により発生する電圧（軸電圧）が発電機の回転軸に印加され、回転軸を支持する軸受（ベアリング）の内輪と外輪との間の電位差が大きくなり、軸受に電流が流れる現象が起こる。

軸受に電流が流れると、軸受けの内輪と外輪の両軌道、並びに、軸受の転動体の転動面に電食と呼ばれる腐食が発生し、軸受の耐久性が悪化するという問題があった。

そこで、特許文献１では、回転電機のベアリングの電食対策として、「複雑な構造でなく、製作が容易で、確実に軸電流を緩和できる構造の回転電機用アースブラシを得る」ために、導電性繊維を円環状の板金部材の複数箇所に形成し、これを回転軸と接触させることで電食を抑制している。

特開２０１８−７８７０４号公報

しかしながら、特許文献１では、回転電機が汚損環境で使用されることは考慮されておらず、回転電機の回転軸に泥や塵埃が付着した場合の対処方法も検討されていない。

例えば、ダンプトラックで用いられる発電機は、泥や塵埃等が付着しうる汚損環境下で使用されており、特許文献１のアースブラシでは、付着した泥や塵埃が原因となってアース効果を安定的に得られないという問題がある。

そこで、本発明は、汚損環境下においても安定したアース効果を得ることができる回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の回転電機は、回転軸と接触するアース構造を備えたものであって、該アース構造は、一対の固定部を備えた取付部材と、前記回転軸の回転方向に対して上流側の固定部に設置された清掃装置と、前記回転軸の回転方向に対して下流側の固定部に設置されたアース装置と、を有し、前記清掃装置は、矩形断面の長手方向が前記回転軸の軸方向と略一致するように設置されたほうき状ブラシを有するとともに、前記アース装置は、矩形断面の長手方向が前記回転軸の軸方向と略一致するように設置されたほうき状導電性繊維を有しており、前記清掃装置と前記アース装置は、前記回転軸の回転時に、前記ほうき状ブラシの先端部が接触しながら通過した前記回転軸の外周面の領域内を、前記ほうき状導電性繊維の先端部が接触しながら通過するように設置されたものとした。

本発明の回転電機によれば、汚損環境下においても安定的なアース効果を得ることができる。

実施例１の回転電機のアース構造を示す斜視図である。 実施例２の回転電機のアース構造を示す斜視図である。 実施例３の回転電機のアース構造を示す斜視図である。 実施例４の回転電機のアース構造を示す斜視図である。 発電機を備えたダンプトラックの概略図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施例に係る回転電機を説明する。

本発明の実施例１に係る回転電機と、これを備えたダンプトラックについて、図１と図５を用いて説明する。

図５は、本実施例の回転電機を備えたダンプトラック１００の概略図である。なお、以下では、回転電機の一例として発電機１０を例示するが、回転電機は電動機（モータ）であっても良い。

ダンプトラック１００は、荷台１００ａの前方が高く後方が低くなるように傾斜させることで土砂などの積荷１００ｂを一度に下ろすことができるトラックであり、発電機１０、エンジン２０、油圧ポンプ３０などを備えている。そして、エンジン２０で発生した駆動力を発電機１０と油圧ポンプ３０に伝達できるように、発電機１０とエンジン２０の回転軸同士、発電機１０と油圧ポンプ３０の回転軸同士を連結している。この構成により、エンジン２０の駆動力を、発電機１０で電力に変換するとともに、油圧ポンプ３０で荷台１００ａを持ち上げるための動力に変換することができる。

本実施例では、発電機１０から油圧ポンプ３０に向けて突出する回転軸１０ａには、電食対策のためにアース構造１を設けている。この回転軸１０ａは、メンテナンス性を高めるなどの理由により露出状態となっており、ダンプトラック１００が使用される工事現場などの汚損環境下では、地面から舞い上がった泥や塵埃が回転軸１０ａに付着することもある。このため、本実施例のアース構造１は、泥や塵埃の付着に対処できるような構成となっている。

図１は、本実施例のアース構造１を示す斜視図である。ここに示す回転軸１０ａは、図示しない軸受（ベアリング）に支持されたものであり、また、アース構造１は、主に、清掃装置２、アース装置３、取付部材４から構成されている。これらのうち、取付部材４は、発電機１０の筐体等に固定された金属板等であり、回転軸１０ａに対し垂直な基部には一対の固定部４ａが溶接等により取り付けられている。また、清掃装置２は、回転軸１０ａの回転方向に対して上流側の固定部４ａと挟み板２ｂにより、ほうき状ブラシ２ａを矩形断面の長手方向が回転軸１０ａの軸方向と一致するように挟んで保持したものであり、アース装置３は、回転軸１０ａの回転方向に対して下流側の固定部４ａと挟み板３ｂにより、ほうき状導電性繊維３ａを矩形断面の長手方向が回転軸１０ａの軸方向と一致するように挟んで保持したものである。

また、ほうき状ブラシ２ａとほうき状導電性繊維３ａは、回転軸１０ａの中心軸から見て略放射状となるように径方向に配置されており、かつ、それらの先端部は回転軸１０ａの外周面に押圧され撓んでいる。この撓みにより、ほうき状ブラシ２ａやほうき状導電性繊維３ａと回転軸１０ａの接触面積は、ほうき状ブラシ２ａやほうき状導電性繊維３ａの先端部と回転軸１０ａを単に接触させた場合よりも大きくなっている。

さらに、清掃装置２とアース装置３はどちらも回転軸１０ａに対し垂直な同一面に取り付けられているため、回転軸１０ａの回転時には、ほうき状ブラシ２ａの先端部が接触しながら通過した回転軸１０ａの外周面の領域内を、ほうき状導電性繊維３ａの先端部が接触しながら通過する。

なお、清掃装置２とアース装置３の周方向設置間隔は３０°から９０°程度となるよう比較的近接して設置することが好ましい。また、図１では、アース構造１の設置数を１つとしているが、複数設置しても良い。

以上で説明した構成のアース構造１により次の作用効果を奏する。

すなわち、本実施例のアース構造１では、清掃装置２のほうき状ブラシ２ａとアース装置３のほうき状導電性繊維３ａの双方を、矩形断面の長手方向が回転軸１０ａの軸方向と一致するように配置しただけではなく、双方の先端部を回転軸１０ａに押圧して撓ませることでも回転軸１０ａとの接触面積を大きくしているため、清掃装置２による清掃能力と、アース装置３によるアース能力をともに向上させることができる。

また、回転軸１０ａの回転時には、上流側に配置された清掃装置２のほうき状ブラシ２ａが泥や塵埃を清掃しながら通過した回転軸１０ａの外周面領域を、下流側に配置されたアース装置３のほうき状導電性繊維３ａが追従する構成であるため、ダンプトラック１００が使用される汚損環境下においても、アース装置３と回転軸１０ａの間に泥や塵埃が介在する可能性が低くなり、アース構造１全体としてのアース性能を安定させ、回転軸１０ａを支持する軸受（ベアリング）の電食を抑制することができる。

さらに、本実施例のアース構造１は構成要素の少ない簡易な構造であるため、製造時点では当該のアース構造１を適用していない発電機へ事後的に追加設置することも容易である。加えて、ほうき状ブラシ２ａとほうき状導電性繊維３ａは何れも、回転軸１０ａの径方向に対する設置位置を調整可能であるため、運転に伴う摩耗等により接触面積が減少しても、その設置位置を再調整することで清掃装置２とアース装置３の押圧状態を適切に維持することができるため、清掃装置２とアース装置３の交換サイクルをより長くすることができる。

なお、上記では、上流側に清掃装置２を配置し、下流側にアース装置３を配置した発電機１０を例示したが、上流側の清掃装置２のほうき状ブラシ２ａをほうき状導電性繊維３ａに置換しても良い。これにより、上流側の清掃装置２にもアース機能を担わせることができるため、より信頼性の高いアース構造１を実現することができる。

次に、本発明の実施例２について、図２を用いて説明する。なお、実施例１との共通点は重複説明を省略する。

図２は実施例２のアース構造１を示す斜視図である。実施例１では、直径が一様の回転軸１０ａの外周面に清掃装置２とアース装置３を接触させる構成であったが、本実施例では、回転軸１０ａの軸端部に直径がより大きく、ほうき状ブラシ２ａよりも幅の狭いフランジ部１０ｂを形成し、このフランジ部１０ｂの外周面に清掃装置２とアース装置３を接触させる構成とした。

実施例１の構成では、清掃装置２により、清掃装置２の通過領域外に泥や塵埃を除去しても、その一部は回転軸１０ａの外周面に残ったままであるため、一旦除去した泥等が、アース装置３等の通過領域に再度付着する可能性があった。

これに対し、本実施例の構成では、フランジ部１０ｂの外周面に付着した泥や塵埃は、清掃装置２により当該外周面の外に除去されるため、一旦除去した泥等が、アース装置３等の通過領域に再度付着する可能性が大幅に抑制されるため、実施例１の構成に比べ、より信頼性の高いアース構造１を実現することができる。

なお、フランジ部１０ｂを回転軸１０ａと一体に成形してもよいが、フランジ部１０ｂを別部品とすれば、清掃装置２やアース装置３との接触による摩耗等によりフランジ部１０ｂが経年劣化した場合であっても、一般的に交換が困難な回転軸１０ａを残したまま、フランジ部１０ｂだけを取り換えることができるため、メンテナンス性を向上させることが可能である。

次に、本発明の実施例３について、図３を用いて説明する。なお、上記の実施例との共通点は重複説明を省略する。

図３は実施例３のアース構造１を示す斜視図である。実施例１や実施例２では、回転軸１０ａやフランジ部１０ｂの外周面にのみ清掃装置２やアース装置３を接触させたが、本実施例では、ほうき状ブラシ２ａやほうき状導電性繊維３ａの幅をより広げ、あるいは、フランジ部１０ｂの幅をより狭めることで、回転軸１０ａあるいはフランジ部１０ｂの軸端部にも清掃装置２やアース装置３の一部を接触させる構成とした。この構成により、本実施例では、清掃装置２やアース装置３と回転軸１０ａの接触領域がより拡大するので、より高い塵埃除去効果とアース効果を実現することができる。

本発明の実施例４について、図４を用いて説明する。なお、上記の実施例との共通点は重複説明を省略する。

図４は実施例５のアース構造１を示す斜視図である。実施例１から実施例３では、清掃装置２のほうき状ブラシ２ａの長さと、アース装置３のほうき状導電性繊維３ａの長さを略同等としているが、本実施例では、ほうき状導電性繊維３ａの長さを大幅に延長した。

この構成により、本実施例の構成では、アース装置３と回転軸１０ａの接触領域を大幅に拡大できるため、より高いアース効果を実現できるだけではなく、実施例１から実施例３の構成では観察しづらかったアース装置３の接触面の摩耗状態を、ほうき状導電性繊維３ａを持ち上げることで容易に観察することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

１…アース構造、
２…清掃装置、
２ａ…ほうき状ブラシ、
２ｂ…挟み板、
３…アース装置、
３ａ…ほうき状導電性繊維、
３ｂ…挟み板、
４…取付部材、
４ａ…固定部、
１００…ダンプトラック、
１００ａ…荷台、
１００ｂ…積荷、
１０…回転電機、
１０ａ…回転軸、
１０ｂ…フランジ部、
２０…エンジン、
３０…油圧ポンプ

Claims (7)

1. 回転軸と接触するアース構造を備えた回転電機であって、
   該アース構造は、一対の固定部を備えた取付部材と、前記回転軸の回転方向に対して上流側の固定部に設置された清掃装置と、前記回転軸の回転方向に対して下流側の固定部に設置されたアース装置と、を有し、
   前記清掃装置は、矩形断面の長手方向が前記回転軸の軸方向と略一致するように設置されたほうき状ブラシを有するとともに、
   前記アース装置は、矩形断面の長手方向が前記回転軸の軸方向と略一致するように設置されたほうき状導電性繊維を有しており、
   前記清掃装置と前記アース装置は、前記回転軸の回転時に、前記ほうき状ブラシの先端部が接触しながら通過した前記回転軸の外周面の領域内を、前記ほうき状導電性繊維の先端部が接触しながら通過するように設置されていることを特徴とする回転電機。
2. 前記ほうき状導電性繊維と前記ほうき状ブラシの先端部は、前記回転軸に押圧され撓んでおり、
   前記ほうき状導電性繊維と前記ほうき状ブラシの前記回転軸の軸方向に対する設置位置は調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記清掃装置の前記ほうき状ブラシを前記ほうき状導電性繊維に置換したことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
4. 前記回転軸の軸端部にフランジ部を形成し、
   前記ほうき状導電性繊維と前記ほうき状ブラシを前記フランジ部と接触させたことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
5. 前記回転軸の軸端部と、前記ほうき状導電性繊維と前記ほうき状ブラシの先端部を接触させたことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
6. 前記ほうき状導電性繊維の長さを、前記ほうき状ブラシの長さよりも長くしたことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の回転電機を搭載したことを特徴とするダンプトラック。

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