JP5862542B2 - スリップリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸を含む回転電機に適用されるスリップリング装置に関する。

回転電機の回転軸に装着されたリングに対するブラシの押し付け力を、通電時に比べて非通電時に小さくなるように変更可能なスリップリング装置が知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開２０１１−５５６６１号公報 特開２００５−２２８５２２号公報

特許文献１のスリップリング装置は、非通電時にブラシの押し付け力が低下するので、押し付け力が常時一定の場合と比べてブラシの摩耗を低減できる。しかし、この装置は通電時におけるブラシの摩耗の低減には寄与しない。したがって、非通電時のみならず通電時においてもブラシの摩耗を抑制することが望ましい。

そこで、本発明は、ブラシの摩耗を抑制できるスリップリング装置を提供することを目的とする。

本発明の第１のスリップリング装置は、回転軸を含む回転電機に適用されるスリップリング装置であって、前記回転電機の前記回転軸とともに回転するリング部材と、前記リング部材と接触するブラシと、を備え、前記リング部材は前記ブラシと接触する表面を有し、前記表面には複数のディンプルが形成され、前記複数のディンプルのそれぞれが、同一の開口面積を持ちかつ前記表面において円形状に開口する開口部を有すると見なし、前記開口部の直径をディンプル径と定義した場合において、前記リング部材と前記ブラシとをそれぞれ含んだ第１ユニット、第２ユニット及び第３ユニットが構成され、かつこれらのユニットが、前記回転軸の回転軸線方向に関して、前記第１ユニット、前記第２ユニット及び前記第３ユニットの順番で並べられており、前記第２ユニットに含まれる前記リング部材の前記ディンプル径は、前記第１ユニットに含まれる前記リング部材の前記ディンプル径よりも大きく、かつ前記第３ユニットに含まれる前記リング部材の前記ディンプル径よりも大きいものである（請求項１）。

リング部材が回転しながらブラシと接触するため、リング部材とブラシとの摩擦によってブラシの摩耗粉が生成される。ブラシとリング部材との間にブラシの摩擦粉が存在すると、摩耗粉同士が集まって摩耗粉が成長し、その成長によってブラシの摩耗を促進することがある。第１のスリップリング装置によれば、リング部材の表面に形成された複数のディンプルのいずれかにブラシの摩耗粉が収まることによって上記のような摩耗粉の成長を抑えることができる。これにより、ブラシの摩耗の促進が妨げられるため、ブラシの摩耗を抑制できる。

第２ユニットは第１ユニットと第３ユニットとの間に挟まれて配置されているため、第１ユニット又は第３ユニットに比べて放熱しにくい。したがって、第２ユニットのブラシの表面温度が最も高くなる。ブラシの摩耗粉の大きさはリング部材及びブラシの表面温度に比例することが知られている。したがって、第２ユニットに含まれるブラシの摩耗粉の大きさが他のユニットのブラシの摩耗粉に比べて大きくなる。第１のスリップリング装置によれば、第２ユニットに含まれるリング部材のディンプル径が他のユニットに含まれるリング部材よりも大きいため、各ユニットのディンプル径が同じ場合と比べて第２ユニットで生じる摩耗粉をディンプルで捕捉する可能性が高まる。したがって、３つのユニット間でブラシ摩耗の進行の差が小さくなる。これにより、３つのユニットのブラシ摩耗の偏りが緩和されるのでブラシの摩耗管理が容易となる。

第１のスリップリング装置の一態様において、前記第１ユニット、前記第２ユニット及び前記第３ユニットのそれぞれに含まれる前記リング部材の前記ディンプル径は、前記リング部材と前記ブラシとの摩擦により生成される摩耗粉の平均粒径の１０倍から１００倍の範囲内に設定されてもよい（請求項２）。ディンプル径が摩耗粉の平均粒径の１０倍から１００倍の範囲内に設定されているので、摩耗粉をディンプルで捕捉する可能性がより一層高まる。したがって、リング部材にディンプルを形成することによるブラシの摩耗抑制効果が向上する。

また、前記第１ユニットから前記第２ユニットを経由して前記第３ユニットに向かう方向に空気を流して前記第１ユニット、前記第２ユニット及び前記第３ユニットを冷却する冷却手段を更に備え、前記第１ユニットに含まれる前記リング部材の前記ディンプル径は、前記第３ユニットに含まれる前記リング部材の前記ディンプル径よりも小さくてもよい（請求項３）。

冷却手段が流す空気が第１ユニットから第２ユニットを経由して第３ユニットに向かうため、第１ユニットのブラシの表面温度が第３ユニットのブラシの表面温度に比べて低くなる。したがって、各ユニットのブラシの表面温度は、第１ユニット、第３ユニット及び第２ユニットの順で高くなる。第１ユニットに含まれるリング部材のディンプル径が第３ユニットに含まれるリング部材のディンプル径よりも小さいから、各ユニットのブラシの表面温度の高低とディンプル径の大小とが一致する。したがって、第１ユニットのリング部材のディンプル径と第３ユニットのリング部材のディンプル径とが同一の場合に比べて、３つのユニット間でブラシ摩耗の進行の差がさらに小さくなる。これにより、３つのユニットのブラシ摩耗の偏りがさらに緩和される。

また、冷却手段が流す空気により第１ユニットで生じた摩耗粉が排出され、その摩耗粉が第２ユニット及び第３ユニットに進入する可能性がある。しかし、第１ユニットで生じる摩耗粉は他のユニットで生じる摩耗粉よりも小さく、かつ第１ユニットのディンプル径よりも第２ユニットのディンプル径及び第３ユニットのディンプル径が大きいので、第１ユニットから排出され、第２ユニット又は第３ユニットに進入した摩耗粉はこれらのユニットのディンプルで捕捉することが可能となる。したがって、他のユニットで生じた摩耗粉の影響を受けにくい。

本発明の第２のスリップリング装置は、回転軸を含む回転電機に適用されるスリップリング装置であって、前記回転電機の前記回転軸とともに回転するリング部材と、前記リング部材と接触するブラシと、前記回転軸の回転軸線方向に空気を流して前記リング部材及び前記ブラシを冷却する冷却手段と、を備え、前記リング部材は前記ブラシと接触する表面を有し、前記表面には複数のディンプルが形成され、前記複数のディンプルの少なくとも一つは、開口部から底部に至る曲面状の内壁を有し、かつ、前記開口部から前記底部までの前記内壁の曲率が、前記冷却手段が流す空気の流れ方向の下流側に比べて上流側が小さくなるように形成されているものである（請求項４）。第２のスリップリング装置によれば、リング部材の表面を流れる空気がディンプルに進入する際にディンプルの内壁の曲率が小さいため、ディンプルに向かって流れる空気がディンプルの開口部の縁で剥離しにくく、底部まで入り込みやすい。これにより、ディンプルに捕捉された摩耗粉を空気の流れで外部に排出し易くなる。したがって、ディンプルの底部に摩耗粉が沢山溜まる前に排出できる。

なお、本発明及び本明細書で用いた「ディンプル」とは窪みのことであり、その形状は問わない。

以上説明したように、本発明のスリップリング装置によれば、リング部材の表面に形成された複数のディンプルのいずれかにブラシの摩耗粉が収まることによって上記のような摩耗粉の成長を抑えることができる。これにより、ブラシの摩耗の促進が妨げられるため、ブラシの摩耗を抑制できる。

本発明の一形態に係るスリップリング装置が組み込まれた複合モータを模式的に示した図。 スリップリング装置及びその周辺を示した断面図。 スリップリング装置に含まれるリング部材を模式的に示した図。 図３のリング部材の表面を模式的に示した図。 リング部材の表面の状態を拡大して模式的に示した断面図。 リング部材の表面の画像が二値化処理された後の画像を示した図。 ブラシの摩耗とブラシの面圧との関係を示した図。 空気の流れを説明する説明図。 空気の流れを説明する断面図。 摩耗粉の成長過程を示した図。 第２の形態に係るスリップリング装置のリング部材及びその表面を模式的に示した図。 第３の形態に係るスリップリング装置のリング部材を示した図。 図１２のXIII部の断面を拡大して模式的に示した断面図。 図１３のディンプルの加工方法を説明する説明図。 第１の形態又は第２の形態に係るディンプルの周辺を流れる空気の状態を示した説明図。 第３の形態に係るディンプルの周辺を流れる空気の状態を示した説明図。

（第１の形態）
図１に示したように、回転電機としての複合モータ１は自動車等の車両の駆動装置に組み込まれて使用される。複合モータ１は互いに相対回転可能で同軸に配置された巻線ロータ２ａ及び磁石ロータ２ｂを有している。これらのロータ２ａ、２ｂの外周にはステータ２ｃが配置されている。複合モータ１は駆動装置に設けられた図示しないエンジンと自動変速機との間に搭載される。複合モータ１は巻線ロータ２ａに入力されたエンジンのトルクを増幅して自動変速機に伝達する機能を有する。スリップリング装置５は三相交流式のスリップリング装置であり、巻線ロータ２ａと不図示のインバータとを通電させるために使用される。スリップリング装置５は巻線ロータ２ａと一体回転する回転軸としての入力軸４の外周に装着されている。入力軸４には、エンジンの出力軸ＯＳ及びダンパＤを介してエンジンのトルクが入力される。複合モータ１から出力されたトルクは自動変速機の入力軸ＩＳに伝達される。

図１〜図３に示したように、スリップリング装置５は、入力軸４の回転軸線Ａｘ方向に関して３層に重ねられ、巻線ロータ２ａの３相に対応する３つのユニットＵ１〜Ｕ３を含む。第１ユニットＵ１は、入力軸４の外周に装着されたリング部材１０ａ、リング部材１０ａの表面１１ａと接触するブラシ１２ａ、及びブラシ１２ａを保持するブラシホルダ１３ａを含んでいる。同様に、第２ユニットＵ２は、リング部材１０ｂ、ブラシ１２ｂ、及びブラシホルダ１３ｂを含み、第３ユニットＵ３はリング部材１０ｃ、ブラシ１２ｃ、及びブラシホルダ１３ｃを含む。リング部材１０ａ〜１０ｃは砲金にて構成されている。ブラシ１２ａ〜１２ｃはＣｕ−Ｃ合金にて構成されている。そのため、リング部材１０ａ〜１０ｃとブラシ１２ａ〜１２ｃとが接触して摺動することにより、ブラシ１２ａ〜１２ｃの摩耗が一方的に進行する。

図４に示すように、リング部材１０ａの表面１１ａ、リング部材１０ｂの表面１１ｂ、及びリング部材１０ｃの表面１１ｃのそれぞれには、複数のディンプル１５が形成されている。図５に示すように、各ディンプル１５は表面１１ａ〜１１ｃに形成された小さな窪みである。なお、視覚的に理解し易くするため、図４及び図５に示された複数のディンプル１５は実際よりも拡大され、かつ模式的に描かれている。各ディンプル１５は周知のショットピーニング法によって形成されている。各ディンプル１５の大きさは、ショットピーニング法で使用する粒子の投射速度、投射時間及び粒径を調整することにより制御される。なお、ショットピーニング法の代わりにレーザ加工法によって各ディンプル１５を形成することも可能である。レーザ加工法を使用する場合は、レーザ光の強度、照射角度及びスポット径を調整することにより、各ディンプル１５の大きさを調整できる。本形態においては、複数のディンプル１５の少なくとも一つがブラシ１２ａ〜１２ｃの摩耗粉を収めることが可能な大きさに形成されている。摩耗粉は、ブラシ１２ａとリング部材１０ａの表面１１ａとの摩擦により、ブラシ１２ｂとリング部材１０ｂの表面１１ｂとの摩擦により、ブラシ１２ｃとリング部材１０ｃの表面１１ｃとの摩擦により、それぞれ生成される。

複数のディンプル１５の全てを同一の形状及び大きさに形成し、摩耗粉を収めることができるように調整することが理想的である。しかし、ショットピーニング法等の既存の加工方法の加工精度には限界がある。そこで、複数のディンプル１５のそれぞれが、同一の開口面積を持ちかつ表面１１ａ〜１１ｃにおいて円形状に開口する開口部を有すると見なし、その開口部の直径をディンプル径と定義する。そして、このディンプル径が摩耗粉の平均粒径の１０倍から１００倍の範囲内となるように設定している。本形態では、以下の試験結果を根拠として、ディンプル径が０．１μｍから１５.０μｍの範囲内に設定されている。

スリップリング装置５を組み込んだ複合モータ１の運転試験を下記試験条件で行い、生成された摩耗粉を既存の粒度分布測定機にて測定した。その結果、摩耗粉の粒径が０．０１μｍから０．１５μｍの範囲内に分布していた。ディンプル径が小さすぎると、摩耗粉がディンプルに詰まりやすい一方で、ディンプル径が大きすぎるとブラシとリング部材との接触面積が減少して通電の妨げとなる。そこで、摩耗粉の粒径の測定数値範囲の１０倍から１００倍にディンプル径を設定することが、通電の妨げとならずに摩耗粉をディンプル１５で捕捉する可能性を高めると考え、ディンプル径を０．１μｍから１５.０μｍの範囲内に設定した。

（試験条件）
（１）リング部材の回転数（＝エンジンの出力軸ＯＳの回転数）が０〜４０００ｒｐｍの範囲内で試験し、その常用域を２〜３０００ｒｐｍとした。
（２）試験時にスリップリング装置に印加する電流は、０〜３０Ａの範囲内に設定した。
（３）試験時に使用するブラシの材質をＣｕ−Ｃ合金とし、リング部材の材質を砲金とした。

上記のようにディンプル径の大きさを設定することによって、多くのディンプル１５が摩耗粉を収めることが可能な大きさに形成される。本形態において、ディンプル径はユニットＵ１〜Ｕ３間で同一の値に設定されている。なお、摩耗粉の平均粒径とは、生成された摩耗粉のサンプルを適量取得し、このサンプルの粒度分布を既存の粒度分布測定機にて測定し、測定された粒度分布の最大値に対応する粒径のことを意味する。

具体的なディンプル径の定め方は次の通りである。まず、リング部材１０ａ〜１０ｃの表面１１ａ〜１１ｃの任意の領域を光学顕微鏡等の撮像手段で撮像する。そして、図６で示すように、撮像された画像を、ディンプル１５の形成部分が白に、それ以外の部分が黒になるように二値化処理する。つぎに、二値化処理を行った画像に基づいて、その画像内に存在するディンプル１５の個数ｎ及びディンプル１５の開口面積の総和Ｓをそれぞれ算出する。図６の場合、ｎ＝１１である。ここで、複数のディンプル１５が表面１１ａ〜１１ｃに偏りなく分布すると仮定し、かつ複数のディンプル１５の全てが同一面積の円形状の開口部を有していると見なす。これにより、ディンプル１５の１個当たりの開口面積ｓは、ｓ＝Ｓ／ｎにて算出できる。この開口面積ｓと同一面積を持つ円の直径が上述したディンプル径である。このように定義されたディンプル径をディンプル１５の大きさを決める指標としている。なお、ディンプル１５の深さについては、複数のディンプル１５の全ての内周面が半球面であると仮定して、ディンプル径の１／２をディンプル深さと定義する。

第１ユニットＵ１のブラシ１２ａがリング部材１０ａに、第２ユニットＵ２のブラシ１２ｂがリング部材１０ｂに、第３ユニットＵ３のブラシ１２ｃがリング部材１０ｃにそれぞれ押し付けられる際のブラシ面圧は複数のディンプル１５の存在を考慮して決定されている。図７に示したように、ブラシ面圧とブラシ摩耗量との関係は下に凸の二次関数的曲線で示される。そのため、ブラシ摩耗量が最小となるブラシ面圧が存在する。ブラシ摩耗量は、ブラシ面圧が低くなるほど電気的摩耗が支配的となって増加する一方、ブラシ面圧が高くなるほど機械的摩耗が支配的となって増加する。そこで、各ユニットＵ１〜Ｕ３のブラシ面圧は、ブラシ摩耗量の最小値を与えるブラシ面圧を含む範囲ＡＲ内に収まるように設定されている。

ブラシ１２ａ〜１２ｃを押し付ける力をＦ、ブラシ１２ａ〜１２ｃとリング部材１０ａ〜１０ｃとが摺動する摺動面積をＡｒとした場合、ブラシ面圧はＦ／Ａｒで定義される。摺動面積ＡｒはＡｒ＝（１−α）・Ａで定義される。ここで、Ａはディンプル１５を考慮しない場合、つまり表面１１ａ〜１１ｃにディンプル１５が形成されていないと仮定した場合の摺動面積である。αはディンプル面積率である。

ディンプル面積率αは、摺動面積Ａに対してディンプル１５の開口面積の総和が占める割合を意味する。ディンプル面積率αは、上述したディンプル径を算出する場合と同様に、複数のディンプル１５が表面１１ａ〜１１ｃに偏りなく分布すると仮定することを前提として、二値化処理した画像（図６参照）から得られる情報に基づいて算出される。すなわち、図６の画像内に存在するディンプル１５の開口面積の総和をＳ、図６の画像全体の面積をＳｗとした場合、ディンプル面積率αは、α＝Ｓ／Ｓｗで算出される。

ブラシ面圧はディンプル面積率αの関数で、ディンプル面積率αはディンプル１５の大きさ及び個数の関数である。したがって、ディンプル１５の個数の上限及びディンプル径の上限は、ブラシ面圧が上述した図７の範囲ＡＲ内に収まることを基準として設定される。このように、ディンプル１５の個数の上限及びディンプル径の上限を設定することによって、ディンプル１５の形成に伴うブラシ摩耗量の増加を抑制できる。

図２に示したように、各ユニットＵ１〜Ｕ３は樹脂製のカバー２０にて覆われており互いに絶縁されている。各ユニットＵ１〜Ｕ３とカバー２０との間には冷却通路２１が形成されている。この冷却通路２１は、図８及び図９の矢印で示すように、第１ユニットＵ１から第２ユニットＵ２を経由して第３ユニットＵ３に向かう方向に空気を流すことによって各ユニットＵ１〜Ｕ３を冷却する。図示を略したが、冷却通路２１には外部と通じる供給路を介して空気が供給される。図９に示したように、冷却通路２１の下流側には入力軸４と一体に回転するファン２２が設けられている。入力軸４が回転するとファン２２が回転して冷却通路２１の下流側（図９の右側）を低圧にする。これにより、外気は上述した供給路を介して冷却通路２１へ強制的に送り込まれる。冷却通路２１、ファン２２及び供給路によって本発明に係る冷却手段が構成される。

各ユニットＵ１〜Ｕ３で生成された摩耗粉は、その一部が冷却通路２１を流れる空気によってユニット外部に排出される。残りの摩耗粉は各ユニットＵ１〜Ｕ３のリング部材１０ａ〜１０ｃに形成されたディンプル１５にて捕捉される。一般に、リング部材とブラシとの摺動面に存在する摩耗粉を微視的に観察すると、図１０に示すような過程を経て摩耗粉が成長することが知られている。図１０の過程１で、ブラシＢとリング部材Ｒとの摺動により摩耗粉ａが生成されると、次の過程２で、摩耗粉ａが潰されて偏平状に広がる。次の過程３で、潰された摩耗粉ａに他の摩耗粉が凝着して成長する。過程４では、凝着によって大きくなった摩耗粉ａがブラシＢを削りながら自身に取り込んでさらに成長する。成長した摩耗粉ａは同じ過程を経て成長を続ける。したがって、摩耗粉の成長によりブラシＢの摩耗が促進する。

スリップリング装置５は、摩耗粉を収めることが可能な複数のディンプル１５がリング部材１０ａ〜１０ｃに形成されている。そのため、生成された摩耗粉が上記のように潰れされる前に、少なくともその一部がディンプル１５にて捕捉される。ディンプル１５にて捕捉された摩耗粉はブラシ１２ａ〜１２ｃと干渉しない。したがって、ディンプル１５に捕捉された摩耗粉は図１０の過程１の状態で成長が止まる。つまり、スリップリング装置５は、ディンプル１５が形成されていない場合に比べて摩耗粉の成長が抑制される。これにより、ブラシ１２ａ〜１２ｃの摩耗の促進が妨げられるため、ブラシ１２ａ〜１２ｃの摩耗を抑制できる。さらに、ディンプル１５にて捕捉された摩耗粉は冷却通路２１を流れる空気によってディンプル１５の外部に吹き飛ばされるから、ディンプル１５が摩耗粉で満たされることを防止できる。

（第２の形態）
次に、図１１を参照しながら第２の形態を説明する。第２の形態はディンプル径の大きさを除いて第１の形態と同じである。以下、第１の形態との相違点を説明する。第１の形態はディンプル径がユニットＵ１〜Ｕ３間で同一であったが、第２の形態は、第１ユニットＵ１のディンプル径をＤ１、第２ユニットＵ２のディンプル径をＤ２、第３ユニットＵ３のディンプル径をＤ３とした場合に、Ｄ１＜Ｄ３＜Ｄ２の関係が成立する。

複合モータ１の運転によって入力軸４が回転すると、各リング部材１０ａ〜１０ｃと各ブラシ１２ａ〜１２ｃ（図１参照）との摩擦により発熱する。各ユニットＵ１〜Ｕ３の周辺環境は均一ではないので、各ユニットＵ１〜Ｕ３の温度が完全に一致することはない。したがって、各ユニットＵ１〜Ｕ３間で温度差が生じる。第２ユニットＵ２は第１ユニットＵ１及び第３ユニットＵ３の間に挟まれて熱がこもりやすい。第１ユニットＵ１及び第３ユニットＵ３のそれぞれで発生した熱は図１１の矢印Ｆ１に示すように周辺部材に伝達する。また、冷却通路２１（図８等参照）に導かれる空気が図１１の矢印Ｆ２の方向に流れるため、第１ユニットＵ１と熱交換が行われた後の暖かい空気が第２ユニットＵ２に導かれる。そして、第１ユニットＵ１は第３ユニットＵ３を冷却する空気よりも低温な空気にて冷却されるため、第３ユニットＵ３は第１ユニットＵ１に比べて高温になりやすい。したがって、第１ユニットＵ１の温度をＴ１、第２ユニットＵ２の温度をＴ２、第３ユニットＵ３の温度をＴ３とした場合、Ｔ１＜Ｔ３＜Ｔ２という関係が成立する。

一般に、摩耗粉の大きさはブラシの表面温度の大きさに比例することが知られている。したがって、第２ユニットＵ２で生成される摩耗粉の大きさが最も大きく、かつ第３ユニットＵ３で生成される摩耗粉の大きさが第１ユニットＵ１で生成される摩耗粉の大きさよりも大きくなる。第２の形態は、各ユニットＵ１〜Ｕ３のディンプル径の大小関係と、摩耗粉の大きさの大小関係とが対応している。そのため、各ユニットＵ１〜Ｕ３のディンプル１５で捕捉できる摩耗粉の量（個数）の偏りが緩和される。したがって、ユニットＵ１〜Ｕ３間でブラシ摩耗の進行のばらつきが低減する。これにより、各ユニットＵ１〜Ｕ３のブラシ摩耗の管理が容易になる。冷却通路２１に導かれる空気により、第１ユニットＵ１で生じた摩耗粉が排出され、その摩耗粉が第２ユニットＵ２及び第３ユニットＵ３に進入する可能性がある。しかし、第１ユニットＵ１で生じる摩耗粉は他のユニットで生じる摩耗粉よりも小さく、かつ第１ユニットＵ１のディンプル径よりも第２ユニットＵ２のディンプル径及び第３ユニットＵ３のディンプル径が大きい。そのため、第１ユニットＵ１から排出され、第２ユニットＵ２又は第３ユニットＵ３に進入した摩耗粉は、第２ユニットＵ２又は第３ユニットＵ３のディンプル１５で捕捉されることが可能である。したがって、第２の形態は、あるユニットのブラシ摩耗に関して他のユニットで生じた摩耗粉の影響を受けにくい。

（第３の形態）
次に、図１２〜図１６を参照しながら第３の形態を説明する。第３の形態はディンプルの形状に関するものであり、第３の形態のディンプルの形状を第１の形態又は第２の形態に適用できる。図１３に示したディンプル３０は開口部３１及び底部３２を有するとともに、開口部３１から底部３２に至る曲面状の内壁３３を有している。この内壁３３は、その曲率が回転軸線Ａｘ方向に関して不均一となっている。より具体的には、内壁３３は、図１３の矢印で示した空気の流れ方向の上流側（図１３の左側）の曲率が、下流側（図１３の右側）の曲率に比べて小さくなるように形成されている。換言すれば、内壁３３は、空気の流れ方向の上流側の曲率半径Ｒｕが、下流側の曲率半径Ｒｄよりも大きくなるように形成されている。

ディンプル３０は、ショットピーニング法で使用する粒子Ｐを図１４に示すようにリング部材１０ａ〜１０ｃの表面１１ａ〜１１ｃに向かって衝突させることによって形成される。すなわち、粒子Ｐの投射方向を軸線Ａｘ方向に対して斜め方向に設定する。これによって、図１３に示した特徴的な形状を持つディンプル３０を形成できる。なお、ディンプル３０はレーザ加工法で形成することもできる。この場合は、図１４の方法と同様に、レーザの照射方向を軸線Ａｘ方向に対して斜め方向に設定すればよい。

図１５に示すように、第１又は第２の形態に係るディンプル１５は、その内壁１８の曲率が矢印で示した空気の流れ方向の上流側と下流側との間で同一であるため、リング部材１０ａ〜１０ｃの表面１１ａ〜１１ｃと内壁１８とで形成される角度θが上流側及び下流側で同一でかつ直角に近い。そのため、ディンプル１５に向かって流れる空気がディンプル１５の開口部１６に達したときに開口部１６の縁で剥離して底部１７まで入り込みにくい。したがって、ディンプル１５に捕捉された摩耗粉ｘを空気で排出しにくくなり、摩耗粉ｘがディンプル１５に沢山溜まる可能性がある。そのため、特定の運転条件によってディンプル１５から多くの摩耗粉ｘが短時間で排出され、排出された摩耗粉ｘがブラシとリング部材との摺動部位に入り込んで成長する可能性がある。

本形態のディンプル３０は、上述したように内壁３３の曲率が、空気の流れ方向の下流側に比べて上流側で小さいため、リング部材１０ａ〜１０ｃの表面１１ａ〜１１ｃと内壁３３とで形成される角度θが下流側に比べて上流側で大きく、かつ直角よりも大きくなる。そのため、図１６に示すように、ディンプル３０に向かって流れる空気が開口部３１の縁で剥離しにくく底部３２まで入り込みやすい。したがって、ディンプル３０に捕捉されて底部３２に溜まった摩耗粉ｘを空気で容易に排出できる。これにより、ディンプル３０に摩耗粉ｘが沢山溜まる前に空気にて排出されるので、多くの摩耗粉ｘが短時間に排出される事態を回避できる。

本発明は、上記各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。本発明のスリップリング装置の適用対象は複合モータに限らない。したがって、回転軸に設けられたロータとの間で通電を必要とする各種電動機、発電機、モータ・ジェネレータ等の回転電機に本発明のスリップリング装置を適用することができる。

本発明のスリップリング装置は、複数のユニットで構成される形態に限らず、少なくともリング部材とブラシとを一つずつ含む一つのユニットで構成される形態で実施することも可能である。また、空気の流れによってリング部材及びブラシを冷却する冷却手段を設けることは必須ではなく、本発明はこのような冷却手段を持たない形態で実施することもできる。

ディンプルによって摩耗粉を収めることができれば十分であるので、ディンプルの形状に制限はない。また、全てのディンプルが同一形状でなくてもよい。ディンプルの形成は上述したショットピーニング法やレーザ加工法だけでなく他の方法で行ってもよい。例えば、ディンプルに対応する形状を持つ複数の突起を有する金型を準備し、その金型をリング部材の表面に押し当てることによってディンプルを形成することができる。

１ 複合モータ（回転電機）
４ 入力軸（回転軸）
５ スリップリング装置
１０ａ〜１０ｃ リング部材
１１ａ〜１１ｃ 表面
１２ａ〜１２ｃ ブラシ
１５、３０ ディンプル
１６、３１ 開口部
１７、３２ 底部
１８、３３ 内壁
Ａｘ 軸線
Ｕ１ 第１ユニット
Ｕ２ 第２ユニット
Ｕ３ 第３ユニット

Claims (4)

1. 回転軸を含む回転電機に適用されるスリップリング装置であって、
   前記回転電機の前記回転軸とともに回転するリング部材と、前記リング部材と接触するブラシと、を備え、
   前記リング部材は前記ブラシと接触する表面を有し、前記表面には複数のディンプルが形成され、
   前記複数のディンプルのそれぞれが、同一の開口面積を持ちかつ前記表面において円形状に開口する開口部を有すると見なし、前記開口部の直径をディンプル径と定義した場合において、
   前記リング部材と前記ブラシとをそれぞれ含んだ第１ユニット、第２ユニット及び第３ユニットが構成され、かつこれらのユニットが、前記回転軸の回転軸線方向に関して、前記第１ユニット、前記第２ユニット及び前記第３ユニットの順番で並べられており、
   前記第２ユニットに含まれる前記リング部材の前記ディンプル径は、前記第１ユニットに含まれる前記リング部材の前記ディンプル径よりも大きく、かつ前記第３ユニットに含まれる前記リング部材の前記ディンプル径よりも大きいスリップリング装置。
2. 前記第１ユニット、前記第２ユニット及び前記第３ユニットのそれぞれに含まれる前記リング部材の前記ディンプル径は、前記リング部材と前記ブラシとの摩擦により生成される摩耗粉の平均粒径の１０倍から１００倍の範囲内に設定されている、請求項１に記載のスリップリング装置。
3. 前記第１ユニットから前記第２ユニットを経由して前記第３ユニットに向かう方向に空気を流して前記第１ユニット、前記第２ユニット及び前記第３ユニットを冷却する冷却手段を更に備え、
   前記第１ユニットに含まれる前記リング部材の前記ディンプル径は、前記第３ユニットに含まれる前記リング部材の前記ディンプル径よりも小さい、請求項１又は２に記載のスリップリング装置。
4. 回転軸を含む回転電機に適用されるスリップリング装置であって、
   前記回転電機の前記回転軸とともに回転するリング部材と、前記リング部材と接触するブラシと、前記回転軸の回転軸線方向に空気を流して前記リング部材及び前記ブラシを冷却する冷却手段と、を備え、
   前記リング部材は前記ブラシと接触する表面を有し、前記表面には複数のディンプルが形成され、
   前記複数のディンプルの少なくとも一つは、開口部から底部に至る曲面状の内壁を有し、かつ、前記開口部から前記底部までの前記内壁の曲率が、前記冷却手段が流す空気の流れ方向の下流側に比べて上流側が小さくなるように形成されているスリップリング装置。

Images