JP2021093848A - 回転機の軸接地装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】回転機に応力がかかった場合や、加工誤差、組付け誤差が発生しても、軸接地ブラシの、回転軸に対する接触量を確保し、除電効果を得る。【解決手段】回転機の回転軸である延長シャフト41と、延長シャフト41を挟んで、延長シャフト41の径方向に対向配設されて、各々の先端が延長シャフト41の外周面に接触する第1の軸接地ブラシ71Xおよび第2の軸接地ブラシ71Yとを備え、延長シャフト41の非回転時に延長シャフト41の外周面に設定した点と延長シャフト41の中心とを結び、且つ前記設定した点を貫通する線を基準線とし、該基準線から延長シャフト41の径方向一方側、および径方向他方側に各々所定距離平行移動させて設定した第1、第2のブラシ設置用仮想線に沿って、前記第1の軸接地ブラシ71X、第2の軸接地ブラシ71Yを配設した。【選択図】 図2

Description

本発明は、回転電機の軸系に発生する軸電圧を除電するための軸接地装置を備えた回転機に関する。
回転機においては、磁気不平衡によって生ずる電磁誘導電圧や回転摩擦に起因する静電気電圧によって、軸系に軸電圧が発生する。この軸電圧を有効にアース(接地)して、十分に低い値に保つために、軸接地ブラシを軸系に当接させて軸系に発生する軸電圧を除電する軸接地装置が用いられる。
従来、軸接地装置を備えた回転機は例えば特許文献1に記載のものが提案されていた。
図9は、特許文献1に記載された、軸接地装置を備えた回転機の構造を示す縦断面図である。図9において、回転機1には、略円筒形状のステータ10と、このステータ10の内周側において回転自在に設けられるロータ20とが備えられており、ステータ10で作られる回転磁界によってロータ20が回転動作するようになっている。ステータ10は、当該ステータ10を覆うケーシング30に固定されており、ロータ20は、ケーシング30に回転自在に設けられたシャフト40(回転軸)に固定されている。
ケーシング30は、ステータ10の外周側を覆う略円筒形状のフレーム31と、フレーム31の開口側、すなわち軸方向両端側(図9における右方側および左方側)を覆う略円盤形状のブラケット32,33とを有して成り、このケーシング30におけるフレーム31とブラケット32,33とによって形成される空間S1に、ステータ10およびロータ20が収納されている。
ブラケット32,33は、その軸方向内側(ブラケット32とブラケット33との間)に収納されるステータ10およびロータ20の軸方向両端部の形状に沿って、径方向外周側(図9における上方側および下方側)の部分に対して径方向内周側(図9における上下方向の中央側)の部分が軸方向内側へ窪むように、凹部32a,33aが形成されて成る。
凹部32a,33aには、その径方向中心部を軸方向(図9における左右方向)に貫通する挿通穴32b、33bが形成されており、この挿通穴32b、33bにはシャフト40の端部が挿通されている。また、挿通穴32b、33bには、ベアリング50が取り付けられており、このベアリング50によって、シャフト40が円滑に回転動作されるようになっている。
図示省略の駆動部と連結される直結側(図9における右方側)とは反対の反直結側(図9における左方側)に設置されるブラケット32には、凹部32aの外周側を囲んで軸方向へ突出する円環部34が一体的に形成されると共に、この円環部34の先端側(図9における左方側)を塞ぐ第一リッド(端板、蓋部材)35が設けられている。
これらケーシング30における凹部32aと円環部34と第一リッド35とによって形成される空間(電気室)S2には、回転機1(シャフト40)の回転位相を検出するレゾルバやエンコーダ等の位置検出器(電気部品)60および当該位置検出器60と電気的に接続されるハーネス部材(電気部品)61が収納されている。
位置検出器60は、シャフト40にける一端側(反直結側)の端部に設けられる回転部60aと、この回転部60aと対向してケーシング30における一端側(反直結側)のブラケット32に設けられる固定部60bとから成り、シャフト40(回転機1)の回転位相を検出することができるものである。
シャフト40の一端側(図9における左方向端部)には、円筒形状の延長シャフト41が図示省略のボルトによって組付けられており、位置検出器60の回転部60aは、シャフト40と延長シャフト41とで挟持されるようにしてシャフト40と一体に固定されている。一方、位置検出器60の固定部60bは、ケーシング30の凹部32aに、図示省略の機械的締結手段によって固定されている。
第一リッド35は、ケーシング30のブラケット32と同様に、径方向外周側(図9における上方側および下方側)の部分に対して径方向内周側(図9における上下方向の中央側)の部分が軸方向内側(図9における右方側)へ窪むように、凹部35aが形成されて成る。
第一リッド35の凹部35aには、その径方向中心部を軸方向(図9における左右方向)に貫通する挿通穴35bが形成されており、この挿通穴35bには、シャフト40の一端部(延長シャフト41)が挿通されている。
ケーシング30には、第一リッド35の凹部35aを塞ぐ第二リッド36が設けられている。これら第一リッド35の凹部35aと第二リッド36とによって形成される空間S3には、シャフト40の端部(延長シャフト41)が位置すると共に、先端が延長シャフト41の外周面に接触される軸接地ブラシを有し、シャフト40(延長シャフト41)に発生する軸電圧を除電するための軸接地装置70が収納されている。
この軸接地装置70は、図示省略の軸接地ブラケットを介して第一リッド35に固定して取付けられている。
また、第一リッド35の挿通穴35bには、シール80が取り付けられており、このシール80によって、軸接地装置70が収納される空間S3は、ステータ10およびロータ20が収納される空間S1ならびに位置検出器60が収納される空間S2と隔たれている。よって、軸接地装置70における軸接地ブラシ(図示省略の軸接地ブラシ71)の磨耗が、ステータ10、ロータ20および位置検出器60等に影響することはない。
上記のように構成された回転機1が駆動されると、すなわち、ステータ10で作られる回転磁界によってロータ20が回転動作されると、シャフト40がロータ20と共に回転動作され、シャフト40の直結側に連結される図示省略の駆動部が駆動される。ここで、回転機1における磁気不平衡によって生ずる電磁誘導電圧や回転摩擦に起因する静電気電圧によって、シャフト40の軸電圧が発生する。
このとき、軸接地装置70における軸接地ブラシ(71)は、シャフト40に連結された延長シャフト41の外周面と接しているので、シャフト40に生じた軸電圧は、延長シャフト41および軸接地装置70を介して除電される。よって、回転機1においては、軸電圧に起因する軸受部(ベアリング50)での放電は起こらず、電食を生じることはない。
特許第6127308号公報
図9の回転機においては、除電のための軸接地装置70が一箇所にのみ設置されているため、回転機1に応力がかかった場合や、加工誤差、組付け誤差によりシャフト40および延長シャフト41の配設位置が変わると、軸接地装置70の軸接地ブラシ(71)の延長シャフト41に対する接触量が変化してしまう。これによって除電効果がばらついてしまう。
例えば図9を図示IIの矢印方向に見た場合の延長シャフト41と軸接地ブラシ71の配置関係を示す図5(a)において、軸接地ブラシ71の先端が、実線で示す延長シャフト41に接触していても、延長シャフト41が図示破線の位置(下方向位置、右方向位置等)に変化すると、軸接地ブラシ71の接触量が変化してしまう(接触量が減少したり、非接触状態となる)。
尚、図5のL0は、延長シャフト41の外周面に設定したある点と軸中心Pを結び、且つ前記設定した点を貫通する基準線を示しており、図5(a)の軸接地ブラシ71は基準線L0に沿って(基準線L0上に)配設されている。
また、図5(b)のように延長シャフト41を挟んで、基準線L0上に2つの軸接地ブラシ71を対向配設することが考えられるが、この場合、延長シャフト41の位置が破線に示す右方向(左方向も同様)にずれると、軸接地ブラシ71の接触量が変化してしまう。
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、回転機に応力がかかった場合や、加工誤差、組付け誤差が発生しても、軸接地ブラシの、回転軸に対する接触量を確保し、除電効果に影響を与えることの無い回転機の軸接地装置を提供することにある。
上記課題を解決するための請求項1に記載の回転機の軸接地装置は、
ケーシングに回転自在に設けられた回転機の回転軸と、
ケーシングに固設されたブラシであって、前記回転軸を挟んで、回転軸の径方向に対向配設されて、各々の先端が回転軸の外周面に接触する第1の軸接地ブラシおよび第2の軸接地ブラシとを備え、
前記第1の軸接地ブラシは、前記回転軸の非回転時に回転軸の外周面に設定した点と回転軸の中心とを結び、且つ前記設定した点を貫通する線を基準線とし、該基準線から回転軸の径方向一方側に平行移動させて設定した第1のブラシ設置用仮想線に沿って配設され、
前記第2の軸接地ブラシは、前記基準線から回転軸の径方向他方側に平行移動させて設定した第2のブラシ設置用仮想線に沿って配設されていることを特徴とする。
請求項2に記載の回転機の軸接地装置は、請求項1において、
前記第1の軸接地ブラシは前記第1のブラシ設置用仮想線上に配設され、前記第2の軸接地ブラシは前記第2のブラシ設置用仮想線上に配設されていることを特徴とする。
請求項3に記載の回転機の軸接地装置は、請求項1又は2において、
前記第1のブラシ設置用仮想線および第2のブラシ設置用仮想線は、前記基準線から、前記回転軸の回転下流側に各々平行移動させて設定されていることを特徴とする。
請求項4に記載の回転機の軸接地装置は、請求項1ないし3のいずれか1項において、
前記第1の軸接地ブラシおよび第2の軸接地ブラシは、各軸接地ブラシと回転軸の外周面の接触点から見て回転軸の回転上流側の外周面と、各軸接地ブラシとのなす角が各々鋭角となるように配設されていることを特徴とする。
請求項5に記載の回転機の軸接地装置は、請求項1ないし4のいずれか1項において、
前記第1の軸接地ブラシおよび第2の軸接地ブラシから成る一組の軸接地ブラシを、複数組設けたことを特徴とする。
(1)請求項1〜5に記載の発明によれば、回転機に応力がかかった場合や、加工誤差、組付け誤差により、回転機の回転軸の配設位置が変化しても、回転軸の中心を通る基準線から回転軸の径方向両側にずらして配設した第1および第2の軸接地ブラシによって、軸接地ブラシの回転軸に対する接触量を確保することができ、これによって除電効果に影響を与えることがない。
例えば、回転機の回転軸の配設位置が、基準線に沿う方向にずれた場合でも基準線に直交する方向にずれた場合でも、第1および第2の軸接地ブラシのうちいずれか一方の軸接地ブラシにより回転軸に対する接触量を補うことが可能となる。
また、第1および第2の軸接地ブラシを、回転軸の中心を通る基準線から回転軸の径方向両側にずらして配設しているので、軸接地ブラシの許容ずれ量を増やすことができる。
(2)請求項3、4に記載の発明によれば、第1および第2の軸接地ブラシの磨耗量を低減させることができる。
(3)請求項5に記載の発明によれば、軸接地ブラシの回転軸に対する接触量をより多く確保することができる。
本発明の一実施例に係る回転機の構造を示す縦断面図。 本発明の一実施例に係る回転機の構造を示す横断面図(図1におけるII−II矢視断面図)。 本発明の一実施例に係る回転機の構造を示す拡大断面図(図2におけるIII−III矢視断面図)。 本発明の一実施例に係る回転機の構造を示す拡大断面図(図2におけるIV−IV矢視断面図)。 回転機における延長シャフトと軸接地ブラシの配置関係を表し、(a)は従来装置による配置の説明図、(b)は従来装置の変形による配置の説明図、(c)は本発明の一実施例による配置の説明図。 回転機における延長シャフトと軸接地ブラシの配置関係を表し、(a)は本発明の第2の実施例による配置の説明図、(b)は本発明の第2の実施例を適用しない場合の配置の説明図。 本発明の第3の実施例を適用した場合の、回転機における延長シャフトと軸接地ブラシの配置関係を表す説明図。 本発明の第4の実施例を適用した場合の、回転機における延長シャフトと軸接地ブラシの配置関係を表す説明図。 従来の回転機の構造の一例を示す縦断面図。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。図1〜図4および図5(c)は本発明を特許文献1に記載の回転機に適用した実施形態例を示し、図1は回転機の縦断面図、図2は図1におけるII−II矢視断面図、図3は図2におけるIII−III矢視断面図、図4は図2におけるIV−IV矢視断面図、図5(c)は延長シャフトと軸接地ブラシの配置関係を表す説明図である。
図1において図9と同一部分は同一符号をもって示している。図1において、図9と異なる点は、1個の軸接地装置70に代えて、空間S3内に延長シャフト41を挟んで延長シャフト41の径方向に2個の軸接地装置70X,70Yを対向配設したことにあり、その他の部分は図9と同様に構成されている。
尚、図1では図示省略しているが、円筒形状の延長シャフト41は図3に示すように、ボルト42によってシャフト40の一端側(図3における上方側)に組付けられている。
図2〜図4において、軸接地装置70Yは、延長シャフト41の外周面に接触する軸接地ブラシ71Yと、この軸接地ブラシ71Yを保持する軸接地ブラケット72Yとを備えている。軸接地ブラケット72Yは、第一リッド35に図示省略の機械的締結手段(ボルト等)によって固定するための取り付け部72aと、取り付け部72aからシャフト40(延長シャフト41)近傍まで延びる延材部72bと、延材部72bから略直角にロータ20側(図4における下方側)へ折り曲げられてシャフト40(延長シャフト41)と略平行に延びるブラシ取り付け部72cと、ブラシ取り付け部72cの下端(図4における下方側端部)から折り返される折り返し部72dとを有する。
軸接地ブラシ71Yは、例えば炭素を主原料とする炭素フィラメント(フィラメント材)の束から成り、多数の炭素フィラメントが軸接地ブラケット72Yのブラシ取り付け部72cと折り返し部72dとによって挟持されている。
第一リッド35の凹部35aには、軸接地装置70Yの取り付け部72aを取り付けるための台座部(台座)35cが設けられており、この台座部35cには、図2、図4に示すように機械加工された取り付け座面35dおよび当て付け面(当接面)35eが形成されている。
また、台座部35cには、図示省略の位置決めピン(ピン部材)を挿入するためのピン穴35fが形成されており、軸接地ブラケット72Yの取り付け部72aには、ピン穴35fに対応するように、図示省略の位置決めピンを挿入するためのピン穴72fが形成されている。
よって、軸接地装置70Yは、取り付け部72aを台座部35cの取り付け座面35dに設置する際に、取り付け部72aの一端面72eを台座部35cの当て付け面35eに当て付けると共に、図示省略の位置決めピンを取り付け部72aのピン穴72fおよび台座部35cのピン穴35fに挿入することにより、回転機1における軸接地装置70Yの位置決め、すなわち、シャフト40(延長シャフト41)に対する軸接地ブラシ71Yの位置決めがなされるようになっている。
また、台座部35cには、図示省略のボルトをねじ込むためのねじ穴35gが形成されており、軸接地ブラケット72Yの取り付け部72aには、台座部35cのねじ穴35gに対応するように、図示省略のボルトを挿通するための挿通穴72gが形成されている。
よって、軸接地装置70Yは、取り付け部72aを台座部35cの取り付け座面35dに設置する際に、上述の位置決めと共に、図示省略のボルトを取り付け部72aの挿通穴72gに挿通して台座部35cのねじ穴35gにねじ込むことにより、第一リッド35に固定されるようになっている。
軸接地装置70Yに対して、延長シャフト41を挟んで延長シャフト41の径方向に対向配設される軸接地装置70Xも、前記軸接地装置70Yと同様に構成されている。
2つの軸接地装置70X,70Yにおける、延長シャフト41の外周面に各々当接する軸接地ブラシ71X(第1の軸接地ブラシ),71Y(第2の軸接地ブラシ)は、例えば図1を図示IIの矢印方向に見た場合の延長シャフト41と軸接地ブラシ71X,71Yの配置関係を示す図5(c)のような配置に設けられている。
図5(c)において、軸接地ブラシ71Xは、延長シャフト41(回転軸)の非回転時に延長シャフト41の外周面に設定した点と延長シャフト41の軸中心Pとを結び、且つ前記設定した点を貫通する線を基準線L0とし、該基準線L0から延長シャフト41の径方向一方側(図示左側)に所定距離平行移動させて設定した第1のブラシ設置用仮想線L1上の図示下側に配設されている。
軸接地ブラシ71Yは、基準線L0から延長シャフト41の径方向他方側(図示右側)に所定距離平行移動させて設定した第2のブラシ設置用仮想線L2上の図示上側に配設されている。
これら軸接地装置70X,70Yの構成によって、延長シャフト41(シャフト40)に発生する軸電圧を確実にアース(接地)して除電することができる。
この際、回転機1に応力がかかった場合や、加工誤差、組付け誤差が発生して延長シャフト41の配設位置が変化しても、軸接地ブラシ71X,71Yを基準線L0からずらして(第1、第2のブラシ設置用仮想線L1、L2上に)各々配設しているので、軸接地ブラシの延長シャフト41に対する接触量が確保され、除電効果に影響を与えることはない。
例えば、延長シャフト41の配設位置が図5(c)の破線位置に変化した(実線位置よりも右側に移動した)場合、軸接地ブラシ71Xの先端は延長シャフト41の外周面から外れるが、軸接地ブラシ71Yは延長シャフト41の外周面に当接しており除電効果に影響は与えない。
また延長シャフト41の配設位置が図5(c)の実線位置から左側に移動した場合も前記同様に、除電効果に影響はない。
また、各軸接地ブラシ71X,71Yの許容ずれ量を増やすことができる。
また他の実施例として、軸接地ブラシ71X,71Yを、前記基準線L0から延長シャフト41の回転下流側に各々平行移動させて設定したブラシ設置用仮想線(L1,L2)上に配設して、軸接地ブラシ71X,71Yの磨耗量を減少させる。
すなわち、図6(a)に示すように、延長シャフト41が左回転する場合に、図示上側の軸接地ブラシ71Yを、基準線L0から左側(回転下流側)に設定したブラシ設置用仮想線L1上に配設し、図示下側の軸接地ブラシ71Xを、基準線L0から右側(回転下流側)に設定したブラシ設置用仮想線L2上に配設するものである。
図6(b)は、図6(a)と同じく左回転する延長シャフト41に対して図6(a)とは逆に回転上流側に設定したブラシ設置用仮想線(L1,L2)上に軸接地ブラシ71X,71Yを配設した図である。
図6(b)の場合、軸接地ブラシ71Yと延長シャフト41の外周面の接触点から見て、延長シャフト41の回転上流側の外周面と軸接地ブラシ71Yとのなす角が広いため、軸接地ブラシ71Yの磨耗が大きい。これは軸接地ブラシ71Xも同様である。
これに対し図6(a)の場合、軸接地ブラシ71Yと延長シャフト41の外周面の接触点から見て、延長シャフト41の回転上流側の外周面と軸接地ブラシ71Yとのなす角が狭いため、軸接地ブラシ71Yの磨耗が小さい。これは軸接地ブラシ71Xも同様である。
また他の実施例として、図7に示すように上側の軸接地ブラシ71Yを、延長シャフト41の外周面の接触点から見て、延長シャフト41の回転上流側の外周面と軸接地ブラシ71Yとのなす角が鋭角(例えば45°や、90°未満)となるように、ブラシ設置用仮想線L1に沿って配設し、下側の軸接地ブラシ71Xを、延長シャフト41の外周面の接触点から見て、延長シャフト41の回転上流側の外周面と軸接地ブラシ71Xとのなす角が鋭角(例えば45°や、90°未満)となるように、ブラシ設置用仮想線L2に沿って配設する。
図7の実施例も、図6(a)の実施例と同様に、軸接地ブラシ71Yと延長シャフト41の外周面の接触点から見て、延長シャフト41の回転上流側の外周面と軸接地ブラシ71Yとのなす角が鋭角であるため、軸接地ブラシ71Yの磨耗が小さい。これは軸接地ブラシ71Xも同様である。
また他の実施例として、図8に示すように軸接地ブラシ71X,71Yから成る一組の軸接地ブラシを複数組、例えば2組(軸接地ブラシ71X1,71Y1,71X2,71Y2)、図5(c)、図6(a)と同様にして配設する。
図8の実施例によれば、軸接地ブラシの回転軸に対する接触量をより多く確保することができる。また、各軸接地ブラシ71X1,71Y1,71X2,71Y2の許容ずれ量を増やすことができる。
尚、本発明は特許文献1に記載の回転機に適用するに限らず、他の回転機に適用することができ、その場合も前記と同様の作用、効果が得られる。
1…回転機
10…ステータ
11…コイルエンド
20…ロータ
30…ケーシング
31…フレーム
32…反直結側のブラケット
32a,33a,35a…凹部
32b,33b,35b…挿通穴
33…直結側のブラケット
34…円環部
35…第一リッド
35c…台座部
35d…取り付け座面
35e…当て付け面
35f…ピン穴
35g…ねじ穴
36…第二リッド
40…シャフト
41…延長シャフト
42…ボルト
50…ベアリング
60…位置検出器
60a…回転部
60b…固定部
61…ハーネス部材
70X,70Y…軸接地装置
71X,71Y,71X1,71Y1,71X2,71Y2…軸接地ブラシ
72a…取り付け部
72b…延材部
72c…ブラシ取り付け部
72d…折り返し部
72e…一端面
72f…ピン穴
72g…挿通穴
72X,72Y…軸接地ブラケット
80…シール
1…回転機内の空間
2…位置検出器を収容する空間
3…軸接地装置を収容する空間
L0…基準線
L1,L2…ブラシ設置用仮想線

Claims (5)

  1. ケーシングに回転自在に設けられた回転機の回転軸と、
    ケーシングに固設されたブラシであって、前記回転軸を挟んで、回転軸の径方向に対向配設されて、各々の先端が回転軸の外周面に接触する第1の軸接地ブラシおよび第2の軸接地ブラシとを備え、
    前記第1の軸接地ブラシは、前記回転軸の非回転時に回転軸の外周面に設定した点と回転軸の中心とを結び、且つ前記設定した点を貫通する線を基準線とし、該基準線から回転軸の径方向一方側に平行移動させて設定した第1のブラシ設置用仮想線に沿って配設され、
    前記第2の軸接地ブラシは、前記基準線から回転軸の径方向他方側に平行移動させて設定した第2のブラシ設置用仮想線に沿って配設されていることを特徴とする回転機の軸接地装置。
  2. 前記第1の軸接地ブラシは前記第1のブラシ設置用仮想線上に配設され、前記第2の軸接地ブラシは前記第2のブラシ設置用仮想線上に配設されていることを特徴とする請求項1に記載の回転機の軸接地装置。
  3. 前記第1のブラシ設置用仮想線および第2のブラシ設置用仮想線は、前記基準線から、前記回転軸の回転下流側に各々平行移動させて設定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の回転機の軸接地装置。
  4. 前記第1の軸接地ブラシおよび第2の軸接地ブラシは、各軸接地ブラシと回転軸の外周面の接触点から見て回転軸の回転上流側の外周面と、各軸接地ブラシとのなす角が各々鋭角となるように配設されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の回転機の軸接地装置。
  5. 前記第1の軸接地ブラシおよび第2の軸接地ブラシから成る一組の軸接地ブラシを、複数組設けたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の回転機の軸接地装置。
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