JP5465114B2 - ブラシ押圧力測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転子の外周面に配置されるブラシの接触圧力を測定するブラシ押圧力測定装置に関する。

回転電機は、回転子の表面にブラシが配置されるものがある。回転子の外周表面には、回転力等を同じ向きにさせるための整流子が形成される。ブラシは、当該整流子に接触するように配置されて、回転子巻線と外部電気回路とを接続する機能を有する。

このブラシは、回転子表面に所定の圧力を作用させながら配置される。この接触圧力（押圧力）は、ブラシを設置するときに所定の範囲内に調整するために測定される。ブラシの押圧力を測定する方法は、ひずみゲージ等で荷重を測定する方法が知られている（特許文献１）。

実開昭６０−１８１６３８号公報

上記のような測定方法は、測定者がブラシを半径方向外側に引っ張って、このときに生じる力を測定している。この場合、引っ張る方向が一定でないことが多く、測定結果にばらつきが生じる。このため、測定結果の信頼性を高めるために当該測定を複数回行う必要がある。これはブラシ装置の設置作業の効率を低下させる。

また、当該測定方法は、ブラシが回転子の外周表面を実際に押し付けている方向と、押圧力測定時にブラシを引っ張る方向とを、一致させることは困難なことが多い。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転子にブラシが接触するときの押圧力を正確に測定できるようにすることである。

上記目的を達成するための本発明に係るブラシ押圧力測定装置は、回転軸周りを回転する回転子の外周表面に接触するように配置されたブラシと、回転電機フレームに間接または直接的に連結されて、前記ブラシを半径方向で且つ回転軸に垂直な方向に直線的に移動可能に支持するように構成されたブラシホルダと、前記ブラシホルダに取り付けられて、前記ブラシを半径方向外側から内側に向けて押し付けるための押圧力を発生するように構成された押圧用弾性部材と、を有する回転電機ブラシ装置に係る前記押圧力を測定するためのブラシ押圧力測定装置において、前記ブラシに直接的または間接的に取付け可能で、前記ブラシに取り付けられているときで半径方向外側に移動させる引張力が作用するときに、回転軸方向に沿って湾曲するように構成されて、前記湾曲により発生する第１ひずみを検出する第１ひずみ検出部が形成された第１板ばねと、前記第１板ばねの半径方向外側に連結されて、前記引張力が作用するときに、周方向に沿って湾曲するように構成されて、当該湾曲により発生する第２ひずみを検出する第２ひずみ検出部が形成された第２板ばねと、前記第１板ばねおよび第２板ばねのうち少なくとも一方に取り付けられて、前記引張力により前記ブラシおよび前記外周表面の接触が解除されたときに、前記第１板ばねおよび第２板ばねのうち少なくとも一方に生じるひずみに基づいて前記引張力を計測可能な荷重計測部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、回転子にブラシが接触するときの押圧力を正確に測定することが可能になる。

本発明に係るブラシ押圧力測定装置等を模式的に示す概略正面図である。 図１のII−II矢視の一部断面を示す概略側断面図である。

以下、本発明に係るブラシ押圧力測定装置１の一実施形態について、図１および図２を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係るブラシ押圧力測定装置１等を模式的に示す概略正面図である。図２は、図１のII−II矢視の一部断面を示す概略側断面図である。なお、図２では、押圧用ばね１８の図示は省略している。

先ず、本実施形態のブラシ押圧力測定装置１の構成、およびこのブラシ押圧力測定装置１を用いて押圧力を測定する回転電機の部分構成について説明する。ブラシ押圧力測定装置１は、回転電機を組み立てるときに用いるものである。

回転電機は、水平に延びる回転軸周りを回転する回転子５０と、この回転子５０の表面に配置されるブラシ装置１０と、回転子５０を半径方向外側から取り囲むように配置される固定子（図示せず）と、この固定子を外側から覆う固定子フレーム（図示せず）と、を有する。

ブラシ装置１０は、ブラシ１２と、このブラシ１２を支持するブラシホルダ１４と、このブラシ１２を押圧するための弾性部材（押圧用ばね１８）と、を有する。

ブラシ１２は、略直方体状で、長手方向が回転子５０の半径方向になるように、回転子５０の外周表面５１に接触する。図示は省略するが、回転子５０の表面には整流子等が設けられて、ブラシ１２は当該整流子等に電気的に接続される。

ブラシホルダ１４は、ブラシ収容部１６と、ホルダ取付け部１６ａと、を有する。ブラシ収容部１６は、ブラシ１２の長手方向（図１および図２の上下方向）の周囲を取り囲むように構成されて、長手方向両側が開口する矩形筒である。ホルダ取付け部１６ａは、ブラシ収容部１６に連結されると共に、回転電機フレーム（図示せず）に間接または直接的に連結される。

ブラシ１２は、ブラシ収容部１６の内部にあるときに直線的に移動可能（摺動可能）に支持される。また、ブラシ収容部１６の一方の開口部（半径方向内側開口部１６ｂ）は、回転子５０の外周表面５１に互いに半径方向間隔をあけて配置され、ブラシ１２は当該半径方向内側開口部１６ｂから突出して当該外周表面５１に接触する。

ブラシ１２を半径方向に押し付ける押圧用ばね１８は、例えばねじりコイルばねで、ブラシホルダ１４のブラシ収容部１６の外側に取り付けられる。この押圧用ばね１８は、半径方向内側開口部１６ｂの反対側の開口部（半径方向外側開口部１６ｃ）から半径方向外側（図１および図２の上方）に突出したブラシ１２の上方端部を半径方向外側から内側に向けて押し付けるための押圧力を発生する。この押圧用ばね１８は、押圧力を調整可能に構成されている。

ブラシ押圧力測定装置１は、ブラシ収容部１６の半径方向外側（図１のブラシ収容部１６の上方）に着脱可能に取り付けられた支持部２０と、この支持部２０に取り付けられてブラシ１２を押付け可能な押付け部２１と、を有する。さらに、このブラシ押圧力測定装置１は、第１板ばね２２と、第２板ばね２４と、第１板ばね取付け部２３と、板ばね連結部２５と、引張り部２７と、ガイド部４０と、有する。

支持部２０は、ブラシ収容部１６の半径方向外側に着脱可能に取り付けられる。この支持部２０は、梁板材２０ａと、２つの棒材２０ｂと、を有する。各棒材２０ｂは、ブラシ収容部１６の外側から半径方向に延びて互いにブラシ１２を挟みながら対向するように、ブラシ収容部１６の外側面に着脱可能に取り付けられる。梁板材２０ａは、これらの棒材２０ｂの半径方向外側端部を連結するように、着脱可能に取り付けられている。

梁板材２０ａおよび２つの棒材２０ｂは、軸方向から見たときに門型を構成する（図２）。梁板材２０ａは、ブラシ収容部１６の半径方向外側開口部１６ｃの少なくとも一部を半径方向外側から覆う。

押付け部２１は、支持部２０の各棒材２０ｂに取り付けられている。各押付け部２１は、ブラシ１２の長手方向に垂直な方向（図２の左右方向）から、ブラシ１２を押し付けるように弾性的に支持する。各棒材２０ｂは、ブラシ１２の摺動と共に移動可能である。すなわち、支持部２０は、ブラシ１２と共に半径方向に沿って移動可能である。

第１板ばね２２は、梁板材２０ａの半径方向外側（図２の上方）に、第１板ばね取付け部２３を介して、取り付けられている。第１板ばね取付け部２３は、ボルト等で梁板材２０ａに固定される。第１板ばね２２は、第１板ばね取付け部２３にボルト等で固定される。

第１板ばね２２は、表面が回転子５０の軸方向に垂直になるように取り付けられている。第１ばね２２の表裏面それぞれには、第１ひずみ検出部２２ａが取り付けられている。各第１ひずみ検出部２２ａそれぞれは、長方形状のひずみゲージが貼付されて構成される。各ひずみゲージは、長手方向が第１板ばね２２の長手方向に沿うように貼付される。これらのひずみゲージは、第１板ばね２２の表面が周方向に向かって湾曲したときに生じるひずみを検出する。

第１板ばね２２が周方向に湾曲したときに、表裏に貼付された各ひずみゲージは、互いに圧縮および引張りの関係を満たす。このため、周方向に湾曲する方向を特定することができる。

第１板ばね２２の図２における上方には、第２板ばね２４が、板ばね連結部２５を介して取り付けられている。板ばね連結部２５には、第１および第２板ばね２２、２４がそれぞれボルト等で固定される。

この第２板ばね２４の表面は、第１板ばね２２の表面に垂直になるように配置される。また、第２板ばね２４は、第２板ばね２４の表面の延長平面が、回転中心軸を含むように配置される。第２板ばね２４の表裏面それぞれには、第２ひずみ検出部２４ａおよび荷重検出部２４ｂが取り付けられている。

各第２ひずみ検出部２４ａそれぞれは、第１ひずみ検出部２２ａと同様に、ひずみゲージが貼付されて構成される。各ひずみゲージは、長手方向が第２板ばね２４の長手方向に沿うように貼付される。これらのひずみゲージは、第２板ばね２４の表面が軸方向に向かって湾曲したときに生じるひずみを検出する。

第２板ばね２４が軸方向に湾曲したときに、表裏に貼付された各ひずみゲージは、互いに圧縮および引張りの関係を満たす。このため、軸方向に湾曲する方向を特定することができる。

第２板ばね２４の表裏面に取り付けられた各荷重検出部２４ｂそれぞれは、詳細な図示は省略するが、２つのひずみゲージが貼付されて構成される。一方の面に貼付された２つのひずみゲージは、互いに直交するように貼付される。すなわち、２つのひずみゲージの長手方向は、一方は図１における上下方向で、他方は左右方向になるように貼付される。反対側の面に貼付された２枚のひずみゲージも同様に貼付される。表裏に貼付された２枚のひずみゲージは、表裏ほぼ同じ位置に貼付される。

荷重検出部２４ｂは、上述した４つのひずみゲージによりブリッジ回路が形成されてなり、第２板ばね２４に作用する半径方向荷重を検出することができる。

引張り部２７は、第２板ばね２４の図２における上端に取り付けられて、上方に延びる長板状である。この引張り部２７は、組立て作業員等が半径方向外側（図２の上方）に引っ張れるように構成される。この引張り部２７は、ガイド部４０に摺動可能に支持されている。

ガイド部４０は、連結棒４１と、引張り方向調整部（図示せず）と、を有する。連結棒４１は、回転子５０の軸方向に延びる棒状の部材で、所定の部位、例えば固定子フレーム等に固定可能である。この連結棒４１には引張り部用貫通穴４１ａが形成されている。この引張り部用貫通穴４１ａは、連結棒４１の長手方向に対して垂直に直線的に貫通する。引張り部用貫通穴４１ａには、引張り部２７が挿入される。この引張り部用貫通穴４１ａは、引張り部２７の移動方向を規制するリニアガイドの機能を有している。

引張り方向調整部は、引張り部２７が引っ張る方向を１つの方向に定めるように連結棒４１の位置を調整する機能を有する。後述する引張り方向の調整作業が完了した後に、引張り部用貫通穴４１ａの貫通方向が固定される。これにより、引張り部２７が直線的に移動する方向が定まる。

引張り部２７が、半径方向外側（図２の上方）に引っ張られると、第１および第２板ばね２２、２４は、上方に引っ張られる。さらに引張り部２７が継続して引っ張られると、押圧用ばね１８の上端が梁板材２０ａの半径方向内側の面（図中の下面）に引っ掛る。引張り部２７を引っ張る作業については、後で説明する。

続いて本実施形態のブラシ押圧力測定装置１を用いて、ブラシ１２の押圧力を測定する手順について説明する。

先ず、ブラシホルダ１４のブラシ収容部１６にブラシ１２を挿入する。このとき、ブラシ１２は半径方向に沿って移動可能な状態である。

次に、支持部２０を構成する２つの棒材２０ｂそれぞれに押付け部２１を取り付ける。押付け部２１が取り付けられた各棒材２０ｂを、ブラシ収容部１６の外側に取り付ける。このとき、押付け部２１は、ブラシ１２の側面を弾性的に支持している。

次に、各棒材２０ｂの上端に梁板材２０ａを取り付ける。この梁板材２０ａの上部に、第１板ばね取付け部２３を取り付ける。この第１板ばね取付け部２３に、第１板ばね２２を固定する。このとき、第１板ばね２２には、第１ひずみ検出部２２ａが取り付けられている。

次に、第１板ばね２２に板ばね連結部２５を取り付けて、当該板ばね連結部２５に第２板ばね２４を取り付ける。このとき、第２板ばね２４には、第２ひずみ検出部２４ａおよび荷重検出部２４ｂが取り付けられている。

この後に、第２板ばね２４に引張り部２７を取り付ける。さらに、この引張り部２７を連結棒４１の引張り部用貫通穴４１ａに貫通するように配置する。このとき、引張り部２７は、引張り部用貫通穴４１ａの貫通方向に沿って移動可能な状態である。最後に、押圧用ばね１８を取り付ける。

以上で、ブラシ押圧力測定装置１の取付けが完了する。このとき、引張り部用貫通穴４１ａの貫通方向は固定されていない。

続いて、引張り部２７を引っ張る方向を調整する手順について説明する。

先ず、引張り部２７を半径方向外側に引っ張る。このとき引張り部２７は、引張り部用貫通穴４１ａの貫通方向に沿って移動する。このとき、ブラシ１２も上方に引き上げられる。押圧用ばね１８の上端が梁板材２０ａの下面に引っ掛る状態まで、引張り部２７を引っ張る。この状態で、第１および第２ひずみ検出部２２ａ、２４ａにひずみが発生しているか否かを確認する。

ここで、第１ひずみ検出部２２ａでひずみが検出されたときは、ブラシ１２が押圧される方向に対して、引張り部２７を引っ張る方向が、周方向に傾いている。また、第２ひずみ検出部２４ａでひずみが検出されたときは、ブラシ１２が押圧される方向に対して、引張り部２７を引っ張る方向が、軸方向に傾いている。

第１および第２ひずみ検出部２２ａ、２４ａそれぞれでひずみが検出されないように、連結棒４１を移動させて引張り部用貫通穴４１ａの貫通方向を調整する。

第１および第２ひずみ検出部２２ａ、２４ａそれぞれでひずみが検出されないときの貫通方向を確認できた後に、連結棒４１を固定子フレーム等に固定して、引張り部用貫通穴４１ａの貫通方向を確定させる。

このとき、第１および第２ひずみ検出部２２ａ、２４ａそれぞれでひずみが検出されない状態で、引張り部２７を直線的に移動させることが可能になる。すなわち、ブラシ１２が回転子５０を押圧する方向に沿って、引張り部２７を直線移動させることが可能になる。

以上で、引張り部２７を引っ張る方向を調整する作業が完了する。

続いて、押圧力を測定する手順について説明する。

引張り部２７を引っ張る方向が確定したときには、ブラシ１２は回転子５０の外周表面５１を押圧している。ここでの押圧力は、暫定的なものである。

先ず、上述した手順で確定した引張り部用貫通穴４１ａの貫通方向に沿って、引張り部２７を引っ張る。ここで、ブラシ１２が回転子５０の外周表面５１から離れるまで、引張り部２７を半径方向外側に引っ張る。

ブラシ１２が回転子５０の外周表面５１から離れたときに、引っ張っている力を、荷重検出部２４ｂで読み取る。ブラシ１２が回転子５０から離れたときの引張り力は、引張り部２７が引っ張られていないときに、ブラシ１２が回転子５０を押圧するときの荷重に相当する。この押圧力は、ブラシ１２の自重および押圧用ばね１８の弾性力である。

当該引張り力が所定の範囲にないときは、押圧力のばね力を調整して、再度、上記の手順で引張り力を測定する。当該引張り力が所定の範囲内にあることが確認できたときに、ブラシ１２の押圧力を測定する作業が完了する。

上述したように引張り部２７を引っ張る方向が調整されているため、ブラシ１２が押圧される方向に沿って引張り部２７を引っ張ることができる。このため、押圧力に相当する力をより正確に測定することが可能になる。

以上の説明からわかるように本実施形態によれば、より正確にブラシ１２の押圧力を測定できるため、当該測定を繰り返して行うことが抑制される。このため、ブラシ装置１０の組立て作業を効率よく行うことが可能になる。

本実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は本実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、図１および図２の上下方向は、鉛直方向に限られない。

１…ブラシ押圧力測定装置、１０…ブラシ装置、１２…ブラシ、１４…ブラシホルダ、１６…ブラシ収容部、１６ａ…ホルダ取付け部、１６ｂ…半径方向内側開口部、１６ｃ…半径方向外側開口部、１８…押圧用ばね、２０…支持部、２０ａ…梁板材、２０ｂ…棒材、２１…押付け部、２２…第１板ばね、２２ａ…第１ひずみ検出部、２３…第１板ばね取付け部、２４…第２板ばね、２４ａ…第２ひずみ検出部、２４ｂ…荷重検出部、２５…板ばね連結部、２７…引張り部、４０…ガイド部、４１…連結棒、４１ａ…引張り部用貫通穴、５０…回転子、５１…外周表面

Claims (4)

1. 回転軸周りを回転する回転子の外周表面に接触するように配置されたブラシと、
   回転電機フレームに間接または直接的に連結されて、前記ブラシを半径方向で且つ回転軸に垂直な方向に直線的に移動可能に支持するように構成されたブラシホルダと、
   前記ブラシホルダに取り付けられて、前記ブラシを半径方向外側から内側に向けて押し付けるための押圧力を発生するように構成された押圧用弾性部材と、
   を有する回転電機ブラシ装置に係る前記押圧力を測定するためのブラシ押圧力測定装置において、
   前記ブラシに直接的または間接的に取付け可能で、前記ブラシに取り付けられているときで半径方向外側に移動させる引張力が作用するときに、回転軸方向に沿って湾曲可能に構成されて、前記湾曲により発生する第１ひずみを検出する第１ひずみ検出部が形成された第１板ばねと、
   前記第１板ばねの半径方向外側に連結されて、前記引張力が作用するときに、周方向に沿って湾曲可能に構成されて、当該湾曲により発生する第２ひずみを検出する第２ひずみ検出部が形成された第２板ばねと、
   前記第１板ばねおよび第２板ばねのうち少なくとも一方に取り付けられて、前記引張力により前記ブラシおよび前記外周表面の接触が解除されたときに、前記第１板ばねおよび第２板ばねのうち少なくとも一方に生じるひずみに基づいて前記引張力を計測可能な荷重計測部と、
   を有することを特徴とするブラシ押圧力測定装置。
2. 前記第１ひずみ部は、前記第１板ばねの表裏に貼付されたひずみゲージを有し、
   前記第２ひずみ部は、前記第２板ばねの表裏に貼付されたひずみゲージを有すること、
   を特徴とする請求項１に記載のブラシ押圧力測定装置。
3. 前記荷重計測部は、少なくとも４つのひずみゲージによりブリッジ回路が形成されていること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載のブラシ押圧力測定装置。
4. 前記第１板ばねは、前記ブラシを押圧する方向を通り、表面が前記回転軸方向に垂直になるように配置されて、
   前記第２板ばねは、前記ブラシを押圧する方向を通り、表面が前記回転軸を含む面上に配置されていること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のブラシ押圧力測定装置。

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