JP2023163418A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】スリップリングとブラシとの導通が不安定になることを抑制できる回転電機を提供すること。【解決手段】本発明の回転電機は、界磁巻線がロータコアに巻装されたロータと、ロータコアを貫通して設けられた回転軸と、回転軸の外周に配置されて界磁巻線に電気的に接続された正極スリップリング及び負極スリップリングと、正極スリップリング及び負極スリップリングのそれぞれの外周を摺動する複数の正極ブラシ及び複数の負極ブラシと、複数の正極ブラシ及び複数の負極ブラシのそれぞれを正極スリップリング及び負極スリップリングに所定の押圧力で当接させる複数の正極ばね及び複数の負極ばねと、を備え、正極側の複数のブラシ―ばね系毎で固有振動数を異ならせて設定し、負極側の複数のブラシ―ばね系毎で固有振動数を異ならせて設定した。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に関する。

従来、界磁巻線がロータコアに巻装されたロータを備える回転電機では、ロータコアを貫通して設けられた回転軸の外周に配置され、前記界磁巻線に電気的に接続されたスリップリングに対して、電源装置と電気的に接続されたブラシをばねによって所定の押圧力で当接させることが知られている（例えば、特許文献１など）。

特開２００７－１１０７８５号公報

しかしながら、ブラシとばねとによって形成されるブラシ―ばね系で共振周波数の振動により、スリップリングからブラシが離間して導通が不安定になるおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、スリップリングとブラシとの導通が不安定になることを抑制できる回転電機を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に回転電機は、界磁巻線がロータコアに巻装されたロータと、前記ロータコアを貫通して設けられた回転軸と、前記回転軸の外周に配置されて前記界磁巻線に電気的に接続された正極スリップリングと、前記回転軸の外周に配置されて前記界磁巻線に電気的に接続された負極スリップリングと、前記正極スリップリングの外周を摺動する複数の正極ブラシと、前記負極スリップリングの外周を摺動する複数の負極ブラシと、前記複数の正極ブラシのそれぞれを前記正極スリップリングに所定の押圧力で当接させる複数の正極ばねと、前記複数の負極ブラシのそれぞれを前記負極スリップリングに所定の押圧力で当接させる複数の負極ばねと、を備え、前記複数の正極ブラシと前記複数の正極ばねとによってそれぞれ形成される正極側の複数のブラシ―ばね系毎で固有振動数を異ならせて設定し、前記複数の負極ブラシと前記複数の負極ばねとによってそれぞれ形成される負極側の複数のブラシ―ばね系毎で固有振動数を異ならせて設定したことを特徴とするものである。

本発明に係る回転電機は、スリップリングとブラシとの導通が不安定になることを抑制できるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る回転電機を回転軸を含む平面で切断した断面図である。 図２は、正極側のブラシ―ばね系を示した図である。 図３は、負極側のブラシ―ばね系を示した図である。

以下に、本発明に係る回転電機の実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る回転電機１を回転軸４を含む平面で切断した断面図である。実施形態に係る回転電機１は、ステータ２と、ステータ２に対して相対回転可能なロータ３とを有する同期モータである。ステータ２は、ロータ３よりも径方向外側の位置にロータ３と間隔をあけて配置されている。

ステータ２は、ステータコア２１と、ステータコア２１にその周方向に沿って配設された複数相（例えば３相）のステータ巻線（固定子巻線）２２と、を有している。ステータコア２１には、径方向内側へ突出した複数のティースがステータ周方向に沿って間隔をあけて配列されており、各ステータ巻線２２がこれらのティースに巻き回されていることによって磁極が構成される。そして、電源装置からの電力供給により、複数相のステータ巻線２２に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることによって、ステータ巻線２２は、ステータ周方向にロータ３が回転するための回転磁界を発生することができる。

ロータ３は、回転軸４が貫通して設けられたロータコア３１と、ロータコア３１にその周方向に沿って配設された界磁巻線であるロータ巻線（回転子巻線）３２と、を有している。ロータコア３１には、径方向外側へ突出した複数のティースがロータ周方向に沿って間隔をあけて配列されており、ロータ巻線３２がこれらのティースに巻き回されていることによって磁極が構成される。そして、電源装置からの電力供給により、ロータ巻線３２に電流が流れることによって、ロータ巻線３２は、ロータ周方向に回転するための回転磁界を発生することができる。

正極スリップリング５１及び負極スリップリング５２は、回転軸４の軸線ＡＸ方向に所定間隔をあけて並んで回転軸４の外周に配置され、回転軸４と機械的に連結されている。さらに、正極スリップリング５１及び負極スリップリング５２は、ロータ巻線３２の両端に配線１０を介してそれぞれ電気的に接続されている。

正極ブラシ６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃは、例えば、電源装置の正極端子と電気的に接続されており、負極ブラシ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃは、電源装置の負極端子と電気的に接続されている。正極ブラシ６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃは、例えば、直方体形状であって、一端部が正極スリップリング５１の外周に当接しており、回転軸４の回転と共に回転する正極スリップリング５１の回転に伴って正極スリップリング５１の外周を摺動する。正極ブラシ６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃの正極スリップリング５１に当接する側とは反対側の端部（他端部）には、正極ばね７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃの一端が接続されている。正極ばね７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃの他端は、それぞれ固定部材９Ａ，９Ｂ，９Ｃに接続されており、正極ばね７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃによって正極ブラシ６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃが正極スリップリング５１に所定の押圧力で当接されている。

また、負極ブラシ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃは、例えば、直方体形状であって、一端部が負極スリップリング５２の外周に当接しており、回転軸４の回転と共に回転する負極スリップリング５２の回転に伴って負極スリップリング５２の外周を摺動する。負極ブラシ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃの負極スリップリング５２に当接する側とは反対側の端部（他端部）には、負極ばね７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃの一端が接続されている。負極ばね７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃの他端は、それぞれ固定部材９Ａ，９Ｂ，９Ｃに接続されており、負極ばね７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃによって負極ブラシ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃが負極スリップリング５２に所定の押圧力で当接されている。

実施形態に係る回転電機１においては、正極スリップリング５１及び負極スリップリング５２に対して、それぞれ複数の正極ブラシ６１及び複数の負極ブラシ６２、具体的には、３つの正極ブラシ６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ、及び、３つの負極ブラシ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃを設けている。なお、複数の正極ブラシ６１及び複数の負極ブラシ６２の数としては、３つに限定されるものではなく、２つ以上設ければよい。また、以下の説明において、正極ブラシ６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃを特に区別しないときには、単に正極ブラシ６１とも記す。また、以下の説明において、負極ブラシ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃを特に区別しないときには、単に負極ブラシ６２とも記す。

そして、実施形態に係る回転電機１では、電源装置からの電力が、正極ブラシ６１及び負極ブラシ６２とそれぞれ当接する正極スリップリング５１及び負極スリップリング５２と、配線１０とを介してロータ巻線３２に供給される。

実施形態に係る回転電機１においては、図２に示すように、正極側の振動系として、正極ブラシ６１Ａと正極ばね７１Ａとによってブラシ―ばね系８１Ａが形成されており、正極ブラシ６１Ｂと正極ばね７１Ｂとによってブラシ―ばね系８１Ｂが形成されており、正極ブラシ６１Ｃと正極ばね７１Ｃとによってブラシ―ばね系８１Ｃが形成されている。そして、ブラシ―ばね系８１Ａの固有振動数をｆ１１とし、ブラシ―ばね系８１Ｂの固有振動数をｆ１２とし、ブラシ―ばね系８１Ｃの固有振動数をｆ１３としたとき、正極側のブラシ―ばね系８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ毎で固有振動数ｆ１１，ｆ１２，ｆ１３を異ならせて（ｆ１１≠ｆ１２≠ｆ１３）設定している。

また、実施形態に係る回転電機１においては、図３に示すように、負極側の振動系として、負極ブラシ６２Ａと負極ばね７２Ａとによってブラシ―ばね系８２Ａが形成されており、負極ブラシ６２Ｂと負極ばね７２Ｂとによってブラシ―ばね系８２Ｂが形成されており、負極ブラシ６２Ｃと負極ばね７２Ｃとによってブラシ―ばね系８２Ｃが形成されている。そして、ブラシ―ばね系８２Ａの固有振動数をｆ２１とし、ブラシ―ばね系８２Ｂの固有振動数をｆ２２とし、ブラシ―ばね系８２Ｃの固有振動数をｆ２３としたとき、負極側のブラシ―ばね系８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ毎で固有振動数ｆ２１，ｆ２２，ｆ２３を異ならせて（ｆ２１≠ｆ２２≠ｆ２３）設定している。

ここで、振動系であるブラシ―ばね系（マス―ばね系）の固有振動数ｆは、ばねのばね定数をｋとし、ブラシの質量をｍとしたとき、下記数式（１）で算出することができる。

そのため、実施形態に係る回転電機１では、正極側の振動系において、正極ばね７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃのばね定数を異ならせたり、正極ブラシ６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃの質量を異ならせたりすることによって、正極側のブラシ―ばね系８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ毎で固有振動数ｆ１１，ｆ１２，ｆ１３を異ならせている。同様に、実施形態に係る回転電機１では、負極側の振動系において、負極ばね７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃのばね定数を異ならせたり、負極ブラシ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃの質量を異ならせたりすることによって、負極側のブラシ―ばね系８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ毎で固有振動数ｆ２１，ｆ２２，ｆ２３を異ならせている。

実施形態に係る回転電機１においては、正極側の振動系において、ブラシ―ばね系８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃの固有振動数ｆ１１，ｆ１２，ｆ１３が異なっているため、個々のブラシ―ばね系８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃが同時に（同じ周波数で）共振しない。そのため、ブラシ―ばね系８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃをそれぞれ形成する正極ブラシ６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃのうちの少なくとも１つ以上が、正極スリップリング５１と接触した状態を維持させることができる。これにより、実施形態に係る回転電機１では、正極スリップリング５１と正極ブラシ６１との導通が不安定になることを抑制して、正極スリップリング５１と正極ブラシ６１とを確実に導通させることができる。

同様に、実施形態に係る回転電機１においては、負極側の振動系において、ブラシ―ばね系８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃの固有振動数ｆ２１，ｆ２２，ｆ２３が異なっているため、個々のブラシ―ばね系８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃが同時に（同じ周波数で）共振しない。そのため、ブラシ―ばね系８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃをそれぞれ形成する負極ブラシ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃのうちの少なくとも１つ以上が、負極スリップリング５２と接触した状態を維持させることができる。これにより、実施形態に係る回転電機１では、負極スリップリング５２と負極ブラシ６２との導通が不安定になることを抑制して、負極スリップリング５２と負極ブラシ６２とを確実に導通させることができる。

よって、実施形態に係る回転電機１では、正極スリップリング５１と正極ブラシ６１、及び、負極スリップリング５２と負極ブラシ６２を、確実に導通させてロータ巻線３２に電力供給を行うことができ、回転電機１の出力を安定させることができる。

また、実施形態に係る回転電機１においては、正極側の振動系において、個々のブラシ―ばね系８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃが同時に（同じ周波数で）共振しないことにより、正極スリップリング５１に対する正極ブラシ６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃのそれぞれの設置面積が小さくなって、正極ブラシ６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃの異常摩耗や焼き付きが発生するのを抑制することができる。これにより、正極ブラシ６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃの耐久性を向上させることができる。

同様に、実施形態に係る回転電機１においては、負極側の振動系において、個々のブラシ―ばね系８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃが同時に（同じ周波数で）共振しないことにより、負極スリップリング５２に対する負極ブラシ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃのそれぞれの設置面積が小さくなって、負極ブラシ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃの異常摩耗や焼き付きが発生するのを抑制することができる。これにより、負極ブラシ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃの耐久性を向上させることができる。

１ 回転電機
２ ステータ
３ ロータ
４ 回転軸
２１ ステータコア
２２ ステータ巻線
３１ ロータコア
３２ ロータ巻線
５１ 正極スリップリング
５２ 負極スリップリング
６１，６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ 正極ブラシ
６２，６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ 負極ブラシ
７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ 正極ばね
７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ 負極ばね
８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ，８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ ブラシ―ばね系
９Ａ，９Ｂ，９Ｃ 固定部材
１０ 配線

Claims (1)

1. 界磁巻線がロータコアに巻装されたロータと、
   前記ロータコアを貫通して設けられた回転軸と、
   前記回転軸の外周に配置されて前記界磁巻線に電気的に接続された正極スリップリングと、
   前記回転軸の外周に配置されて前記界磁巻線に電気的に接続された負極スリップリングと、
   前記正極スリップリングの外周を摺動する複数の正極ブラシと、
   前記負極スリップリングの外周を摺動する複数の負極ブラシと、
   前記複数の正極ブラシのそれぞれを前記正極スリップリングに所定の押圧力で当接させる複数の正極ばねと、
   前記複数の負極ブラシのそれぞれを前記負極スリップリングに所定の押圧力で当接させる複数の負極ばねと、
   を備え、
   前記複数の正極ブラシと前記複数の正極ばねとによってそれぞれ形成される正極側の複数のブラシ―ばね系毎で固有振動数を異ならせて設定し、
   前記複数の負極ブラシと前記複数の負極ばねとによってそれぞれ形成される負極側の複数のブラシ―ばね系毎で固有振動数を異ならせて設定したことを特徴とする回転電機。

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