JP5179892B2 - Energizing device for rotating electrical machines - Google Patents
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Description
この発明は、回転電機の通電装置に関するものであり、例えばロータの一端部に複数のスリップリング部及び整流子片を設けた直流モータの通電装置に関するものである。 The present invention relates to a current-carrying device for a rotating electrical machine, for example, a current-carrying device for a DC motor in which a plurality of slip ring portions and commutator pieces are provided at one end of a rotor.
従来、ロータと一体に回転する円盤形状の給電部において同一平面上に複数のスリップリング部および整流子片を同心円状に配置されるよう構成し、ロータに対して空隙を介して設けられたステータ側に板バネの一端を固定するとともに、板バネのもう一方の端に取り付けられたブラシをスリップリング部に押付けることにより、整流子片により整流された直流をステータに巻回されたコイルに供給する直流モータの通電装置があった(特許文献1参照)。 Conventionally, a plurality of slip ring parts and commutator pieces are concentrically arranged on the same plane in a disk-shaped power feeding part that rotates integrally with a rotor, and a stator provided via a gap with respect to the rotor One end of the leaf spring is fixed to the side, and a brush attached to the other end of the leaf spring is pressed against the slip ring portion, so that the direct current rectified by the commutator piece is applied to the coil wound around the stator. There was a DC motor energization device to supply (see Patent Document 1).
従来の回転電機の通電装置は以上のように構成されていたので、複数のスリップリング部および整流子片が同一平面上にあるため、ブラシが摩耗して高さが低くなるにしたがい、板バネがその固定部に近い側の隣に位置する他相に係るスリップリング部(あるいは整流子片)に接近してしまい、板バネと他相に係るスリップリング部との絶縁を確保できないという問題点があった。 Since the conventional rotating electrical machine is configured as described above, the plurality of slip ring portions and the commutator pieces are on the same plane, so that as the brush wears down and the height decreases, the leaf spring Is close to the slip ring part (or commutator piece) related to the other phase located next to the side close to the fixed part, and insulation between the leaf spring and the slip ring part related to the other phase cannot be secured. was there.
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ブラシが摩耗しても板バネと他相に係るスリップリング部との絶縁を確保することにより、寿命の長い回転電機の通電装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems. Even if the brush is worn, the insulation can be ensured between the leaf spring and the slip ring portion related to the other phase, so that rotation with a long life can be achieved. It is an object of the present invention to provide an electric current supply device.
この発明に係る回転電機の通電装置は、ロータに対し空隙を介して配置されるステータと、ロータの軸方向一端部に形成されるとともに、同心円上に絶縁部材を介して配置された複数のリング状の導体路と、固定部において一端が固定されるとともに、リング状の導体路に対して径方向にまたがるようにして設置され、更にその他端がリング状の導体路に押し付けられる板バネとを有し、リング状の導体路と板バネとの間で通電を行うものであつて、リング状の導体路と固定部との軸方向距離が、固定部から離れるに従って順次小さくなるようリング状の導体路が階段状に位置するように配置されるとともに、リング状の導体路における径方向側面が絶縁部材に覆われずに露出するように、即ちリング状の導体路における径方向側面が階段の段部を形成するように構成したものである。 A current-carrying device for a rotating electrical machine according to the present invention includes a stator disposed through a gap with respect to a rotor, and a plurality of rings formed at one end in the axial direction of the rotor and disposed concentrically via insulating members. And a leaf spring that is fixed so that one end is fixed at the fixing portion and that it is installed so as to straddle the ring-shaped conductor path in the radial direction, and the other end is pressed against the ring-shaped conductor path. The ring-shaped conductor path and the leaf spring are energized, and the axial distance between the ring-shaped conductor path and the fixed part is gradually decreased as the distance from the fixed part increases. conductor tracks are arranged so as to be positioned stepwise Rutotomoni, as radial side of the ring-shaped conductor is exposed without being covered with the insulating member, i.e. radial side of the ring-shaped conductor path stairs Parts are those configured to form.
この発明に係る回転電機の通電装置によれば、ロータに対し空隙を介して配置されるステータと、ロータの軸方向一端部に形成されるとともに、同心円上に絶縁部材を介して配置された複数のリング状の導体路と、固定部において一端が固定されるとともに、リング状の導体路に対して径方向にまたがるようにして設置され、更にその他端がリング状の導体路に押し付けられる板バネとを有し、リング状の導体路と板バネとの間で通電を行うものであつて、リング状の導体路と固定部との軸方向距離が、固定部から離れるに従って順次小さくなるようリング状の導体路が階段状に位置するように配置されたので、板バネの端部に取り付けられたブラシの高さが摩耗によって低くなった状態でも、板バネと他相に係るリング状の導体路との絶縁に必要な空間距離が確保されるようになるため、ブラシがすり減って無くなるまで回転電機を動かし続けることができる。更にリング状の導体路における径方向側面が絶縁部材に覆われずに露出するように、即ちリング状の導体路における径方向側面が階段の段部を形成するように構成したので、直流モータの寿命を長くするためにコイル給電用モータブラシの初期高さを高く設定した場合に、コイル給電用モータブラシの摩耗が進んで、コイル給電用モータブラシがリング状の導体路の外側にはみ出ても、コイル給電用モータブラシが絶縁部材の上に乗り上げることはないので、電気導通が無くなることがないという効果がある。 According to the current-carrying device for a rotating electrical machine according to the present invention, a plurality of stators that are formed on one end of the rotor in the axial direction and arranged concentrically with an insulating member interposed between the rotor and the rotor. A leaf spring that is fixed to one end of the ring-shaped conductor path and fixed to the ring-shaped conductor path, is installed so as to straddle the ring-shaped conductor path in the radial direction, and the other end is pressed against the ring-shaped conductor path The ring is configured such that energization is performed between the ring-shaped conductor path and the leaf spring, and the axial distance between the ring-shaped conductor path and the fixed portion is gradually decreased as the distance from the fixed portion increases. Ring-shaped conductors related to leaf springs and other phases even when the height of the brush attached to the end of the leaf springs is reduced due to wear. Isolation from the road Since the spatial distance required is to be ensured, Ru can until no worn out brush keep moving rotary electric machine. Further, since the radial side surface of the ring-shaped conductor path is exposed without being covered with the insulating member, that is, the radial side surface of the ring-shaped conductor path forms a stepped portion of the staircase. If the initial height of the coil power supply motor brush is set high to extend the life, the coil power supply motor brush will be worn out, and the coil power supply motor brush may protrude beyond the ring-shaped conductor path. Since the coil feeding motor brush does not run on the insulating member, there is an effect that the electrical continuity is not lost.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による直流モータの通電装置を示す断面図、図2は図1におけるA方向から見た平面図、図3,図4は給電部を示す拡大断面図である。図において、ロータ1は軸受2および軸受3によって、ハウジング6に対して回転自在に支持されている。
1 is a cross-sectional view showing a DC motor energization device according to
ロータ1の中央部外周面には8極からなる永久磁石4が固定されており、ロータ1の軸方向一端部には円盤形状の給電部8が固定されている。ハウジング6に固定されたプレート15には板バネ16の一端が固定部16aにおいて固定されており、板バネ16のもう一方の端にはコイル給電用モータブラシ17が取り付けられている。
A permanent magnet 4 composed of eight poles is fixed to the outer peripheral surface of the central portion of the
コイル給電用モータブラシ17は板バネ16で付勢されてスリップリング部9a、9b、9cに接触している。なお板バネ16とコイル給電用モータブラシ17はスリップリング部9a、9b、9cと同数個(この例では3個)設けられるが、図1においては、最内周のスリップリング部9aに接触している板バネ16及びコイル給電用モータブラシ17のみを示している。給電部8の表面には複数のスリップリング部9a、9b、9cと整流子片10が絶縁部材11を介して同心円状に、かつ階段状に位置するようにそれぞれ配置されている。
The coil
バネ12で付勢された+側の電力供給用モータブラシ13a、−側の電力供給用モータブラシ13bが整流子片10に接触しており、ロータ1の回転と共に整流子片10と接触しながら直流電流を供給する。ここで直流モータの使用に伴って減少する電力供給用モータブラシ13a、13bとコイル給電用モータブラシ17の長さ(磨耗量)を比較すると、電力供給用モータブラシ13a、13bの方がコイル給電用モータブラシ17よりもはるかに大きなものであることから、電力供給用モータブラシ13a、13bを付勢するためには板バネを使用せず、スプリング状のバネ12を使用している。
A positive-side power
永久磁石4の外側に空隙を介して配置されたステータ鉄心5は、絶縁材料から構成されるハウジング6に一体成型などの方法により固定されている。ステータ鉄心5の各ティース(図示しない)にはステータコイル7が巻回されており、ステータコイル7の所定の端末部が端子14と接続されている。
The stator iron core 5 disposed outside the permanent magnet 4 via a gap is fixed to a
給電部8の上方には、プレート15がハウジング6に固定されており、プレート15の一部に端子14が接続されている。そしてこれらステータ鉄心5、ステータコイル7、プレート15等によりステータが構成される。
A
整流子片10はロータ1の回転角度に応じて各スリップリング部9a、9b、9cに流す電流を切り換えるために周方向に多分割され、各分割片は対応する各相のスリップリング9a、9b、9cと給電部8の内部で接続されている。整流子片10により、ロータ1の回転角度に応じて切り換えられた電流は、スリップリング部9a、9b、9c、コイル給電用モータブラシ17、板バネ16、プレート15、端子14を介してステータコイル7に流れ、ステータ鉄心5の各ティース(図示せず)に巻回されたステータコイル7にロータ1の回転角度に応じた磁束を発生させる。
The
ステータコイル7により発生した磁束と永久磁石4との相互作用によりロータ1に回転トルクが発生する。図1及び図2においては、ロータ1には8極からなる永久磁石4が設けられるとともに、ステータ鉄心5には、9個のティースが設けられた場合を示している。この組み合わせの場合、ステータ鉄心5に設けられた9個のティースに巻かれたステータコイル7を、順にU相、U1相、U相、V相、V1相、V相、W相、W1相、W相となるようにY結線(U1はUと巻き方向が反対)し、ロータ1が永久磁石4の2極分(90°)回転する間に1周期分の交流電流をステータコイル7に供給すれば回転トルクが得られることとなる。
Rotational torque is generated in the
U相,V相,W相におけるそれぞれのステータコイル7のリード線を端子14に接続し、電力供給用モータブラシ13a、13bの相対的位置関係(角度)を45°(135°、225°、315°でも構わない)に設定しておけば、上記のような交流電流をステータコイル7に発生させることができる。なお、上記例に示したもの以外にも、回転トルクが得られる極数・ティース数・結線の組み合わせはいくつか存在する。
The lead wires of the
本発明においては、絶縁部材11の端面と板バネ16の固定部16aとの軸方向距離(図3における距離B)において、固定部16aに近い側が最も大きく、固定部16aから離れるに従って順次小さくなるよう絶縁部材11は階段状に形成されており、各階段には1個ずつスリップリング部9a、9b、9cおよび整流子片10が配置されているようになっている。
In the present invention, in the axial direction distance (distance B in FIG. 3) between the end face of the
このように各スリップリング部9a、9b、9cおよび整流子片10の端面と固定部16aとの軸方向距離は、板バネ16の固定部16aに近い側が最も大きく、板バネ16の固定部16aから離れるにしたがって順次小さくなるよう階段状に設置されている。
As described above, the axial distance between the end faces of the
図3はコイル給電用モータブラシ17が摩耗する前の状態を示すとともに、図4はコイル給電用モータブラシ17が摩耗した状態を示している。本発明においては、各スリップリング部9a、9b、9cおよび整流子片10の端面と固定部16aとの軸方向距離は、板バネ16の固定部16aに近い側が最も大きく、板バネ16の固定部16aから離れるにしたがって順次小さくなるよう階段状に配置されているので、図4に示すように、コイル給電用モータブラシ17が摩耗することによりすり減っても、板バネ16と当該板バネ16とは他相に係るスリップリング部9b、9c及び整流子片10との間に、階段の段差分以上の隙間が存在し、絶縁するために必要な空間距離が確保されるため、コイル給電用モータブラシ17がすり減るまで直流モータを動かし続けることができるようになる。
3 shows a state before the coil
図5は円盤形状の給電部8において、同一平面上に複数のスリップリング部及び整流子片を配置した構造を有する直流モータの通電装置を示す断面図である。即ち図5において、ロータ1に固定された円盤形状の給電部8において、その上端の同一平面上に複数のスリップリング部9a、9b、9cと整流子片10が絶縁部材11を介して同心円状に配置されている。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a DC motor energization device having a structure in which a plurality of slip ring portions and commutator pieces are arranged on the same plane in the disk-shaped power feeding portion 8. That is, in FIG. 5, in the disc-shaped power feeding portion 8 fixed to the
このような構成では、複数のスリップリング部9a、9b、9cおよび整流子片10が同一平面上にあるため、コイル給電用モータブラシ17が摩耗して高さが低くなるにしたがい、板バネ16がその固定部16aに近い側の隣に位置する他相に係るスリップリング部9bに接近してしまい、板バネ16とスリップリング部9bとの絶縁を確保できなくなる。
In such a configuration, since the plurality of
図6、図7は給電部8を示す拡大断面図であり、図7はコイル給電用モータブラシ17が摩耗した状態を示している。板バネ16と当該板バネ16とは他相に係るスリップリング9b、9cあるいは整流子片10とは、絶縁のために一定の空間距離を確保しなければならず、コイル給電用モータブラシ17の高さを所定以上に設定する必要がある。
6 and 7 are enlarged cross-sectional views showing the power feeding unit 8, and FIG. 7 shows a state where the coil
その結果図7に示すように、コイル給電用モータブラシ17が所定の高さまで摩耗した時点で当該直流モータを使用することができなくなり、直流モータの寿命が短くなってしまう。ここで通常コイル給電用モータブラシ17は板バネ16にあけた穴に圧入されたり、あるいは導電性接着剤を用いて固着されているため、コイル給電用モータブラシ17のみを交換することは非常に困難である。
As a result, as shown in FIG. 7, when the coil
これに対して本発明においては、前述したように、絶縁部材11の端面と板バネ16の固定部16aとの軸方向距離において、固定部16aに近い側が最も大きく、固定部16aから離れるに従って順次小さくなるよう絶縁部材11は階段状に形成されており、各階段には1個ずつスリップリング部9a、9b、9cおよび整流子片10が配置されているようになっているので、コイル給電用モータブラシ17が摩耗することによりすり減っても、板バネ16と当該板バネ16とは他相に係るスリップリング部9b、9c及び整流子片10との間に、階段の段差分以上の隙間が存在し、絶縁するために必要な空間距離が確保されるため、コイル給電用モータブラシ17がすり減るまで直流モータを動かし続けることができるようになる。
On the other hand, in the present invention, as described above, in the axial distance between the end face of the insulating
実施の形態2.
図8はこの発明の実施の形態2による直流モータの通電装置を示す断面図、図9,図10は給電部8を示す拡大断面図である。本実施形態においては、スリップリング部9a、9b、9cおよび整流子片10の間において、スリップリング部9a、9b、9cにおける径方向外方側面9a1、9b1、9c1が絶縁材11に覆われずに露出するように、即ち径方向外方側面9a1、9b1、9c1自体が階段の段部を形成するように構成したものである。この場合絶縁部材11が段部を構成しなくなる。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a DC motor energization device according to Embodiment 2 of the present invention, and FIGS. 9 and 10 are enlarged cross-sectional views showing a power feeding section 8. In the present embodiment, the radially outer side surfaces 9a1, 9b1, 9c1 of the
図9はコイル給電用モータブラシ17が摩耗する前の状態を示す拡大断面図、図10はコイル給電用モータブラシ17が摩耗した状態を示す拡大断面図である。上記のように構成することにより、直流モータの寿命を長くするためにコイル給電用モータブラシ17の初期高さを高く設定した場合に、コイル給電用モータブラシ17の摩耗が進んで、図10に示すようにコイル給電用モータブラシ17がスリップリング部9aの外側にはみ出ても、コイル給電用モータブラシ17が絶縁部材11の上に乗り上げることはないので、電気導通が無くなることがないという効果がある。
FIG. 9 is an enlarged sectional view showing a state before the coil feeding
図11は円盤形状の給電部8において、同一平面上に複数のスリップリング部及び整流子片を配置し、コイル給電用モータブラシ17の高さを図6の場合よりも高く構成した場合を示す拡大断面図、図12はコイル給電用モータブラシ17が摩耗した状態を示す拡大断面図である。図12に示すように、コイル給電用モータブラシ17が摩耗していくに従い、板バネ16の先端はその固定部16aを中心に略円弧状に位置を変えるので、コイル給電用モータブラシ17とスリップリング部9aの接触位置は板バネ16の固定部16a側に移っていく。
FIG. 11 shows a case where a plurality of slip ring portions and commutator pieces are arranged on the same plane in the disk-shaped power feeding portion 8 and the height of the coil feeding
直流モータの寿命を長くするために、図11に示すようにコイル給電用モータブラシ17の初期高さをより高く設定しておいた場合、コイル給電用モータブラシ17とスリップリング部9aとの接触位置の移動量は図6,図7に示した場合と比べてより大きくなる。
In order to extend the life of the DC motor, when the initial height of the coil feeding
図12に示すように、コイル給電用モータブラシ17が摩耗するに従って、コイル給電用モータブラシ17がスリップリング部9aの外側にはみ出ることにより、絶縁材11の上に乗り上げ、電気導通が無くなる場合がある。従って直流モータの寿命を長くするために、図11に示すようにコイル給電用モータブラシ17の初期高さを高く設定しておいても、スリップリング部9a、9b、9cの径方向の幅を長く設定しなければならなくなる。
As shown in FIG. 12, as the coil power
これに対して本実施形態においては、図9に示すように、スリップリング部9a、9b、9cおよび整流子片10の間において、スリップリング部9a、9b、9cにおける径方向外方側面9a1、9b1、9c1が絶縁材11に覆われずに露出するように、即ち径方向外方側面9a1、9b1、9c1自体が階段の段部を形成するように構成したので、コイル給電用モータブラシ17の摩耗が進んで、コイル給電用モータブラシ17がスリップリング部9aの外側にはみ出ても、図10に示すように、コイル給電用モータブラシ17が絶縁部材11の上に乗り上げることはないので、電気導通が無くなることがない。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 9, between the
尚上記実施の形態1,2においては、整流子片10を最外周に配置した場合を示したが、最内周に設けるようにしても良い。又スリップリング部を3個設けた場合について説明したが、3個以外の複数個を設けるようにしても良い。
In the first and second embodiments, the case where the
又上記実施の形態1,2においては、直流モータについて説明したが、巻線形回転子を有する誘導電動機に上記構成を採用しても良い。即ち巻線形回転子を有する誘導電動機においては、巻線の端子はスリップリング部、ブラシを通して外部に出してあるので、このような誘導電動機においても上記構成を採用することできる。更には上記実施の形態1,2においては、直流モータとして使用する場合について説明したが、同じ構成で発電機としても使用することができ、ロータの一端に複数のスリップリング部が同心円上に配置された回転電機一般に上記構成を採用することができる。 In the first and second embodiments, the DC motor has been described. However, the above configuration may be adopted for an induction motor having a winding rotor. That is, in an induction motor having a winding rotor, the terminal of the winding is exposed to the outside through a slip ring part and a brush, so that the above configuration can also be adopted in such an induction motor. Further, in the first and second embodiments, the case of using as a DC motor has been described. However, it can also be used as a generator with the same configuration, and a plurality of slip ring portions are arranged concentrically at one end of the rotor. In general, the above-described configuration can be adopted.
又上記説明においては、板バネ16の固定部16aをロータ1の径方向外側であって、ステータを構成するプレート15に設けるようにしたが、ロータ1の径方向内側であって、回転電機を構成するフレームに固定部を設けて板バネ16がスリップリング部9a、9b、9cを径方向にまたがるようにしても良い。
In the above description, the fixed
以上要するに、ロータの一端部に形成されるとともに、同心円上に配置された複数のリング状の導体路と、固定部において一端が固定されるとともに、リング状の導体路に対して径方向にまたがるようにして設置され、更にその他端がリング状の導体路に押し付けられる板バネとを有し、リング状の導体路と板バネとの間で通電する回転電機の通電装置に上記構成を適用することができ、リング状の導体路と固定部との軸方向距離が、固定部から離れるに従って順次小さくなるようリング状の導体路が階段状に位置するように配置されることになるのである。 In short, a plurality of ring-shaped conductor paths formed on one end of the rotor and arranged concentrically with one end fixed at the fixing section and spanning the ring-shaped conductor path in the radial direction. The above configuration is applied to a current-carrying device for a rotating electrical machine that has a leaf spring that is installed in this manner and that has the other end pressed against the ring-shaped conductor path and energizes between the ring-shaped conductor path and the leaf spring. Thus, the ring-shaped conductor path is arranged in a stepped manner so that the axial distance between the ring-shaped conductor path and the fixed part gradually decreases as the distance from the fixed part increases.
1 ロータ、9a,9b,9c スリップリング部、10 整流子片、16 板バネ、16a 固定部。 1 rotor, 9a, 9b, 9c slip ring part, 10 commutator piece, 16 leaf spring, 16a fixing part.
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