JP5987113B2 - 巻線型回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、ブラシおよびコレクタリングを備えた巻線型回転電機に関し、特に、全閉型の巻線型回転電機に関する。

巻線型回転電機においては、回転子巻線に電流を供給または回転子巻線から電流を取り出すために、回転子とともに回転するコレクタリングが配置され、このコレクタリングと摺動するブラシが、固定子側に固定して取り付けられている（特許文献１参照）。コレクタリングとブラシとの間では、機械的に摺動しながら電流が流れるので、発熱する。そのため、コレクタリングおよびブラシを冷却する必要がある。

全閉型の巻線型回転電機においては、コレクタリングとブラシはコレクタ部ハウジング内に密封されている。コレクタ部ハウジングの外側に冷却フィンが形成されていて、コレクタ部ハウジング内の熱がこの冷却フィンを通じて外気に放出されるようになっている。

また、ブラシは、この巻線型回転電機の運転によって徐々に磨耗するので、時々新品と交換することが必要であり、その交換作業や検査作業をできるようにするために、コレクタ部ハウジングには、開閉可能な点検カバー（コレクタ部ハウジング開閉蓋）が設けられている。

なお、通常の全閉型の巻線型回転電機では、回転軸のフレーム外側部に外扇が固定され、この外扇によって冷却空気が、フレームの外表面に沿って流れ、固定子外側のフレームが冷却されるようになっている。

特開２０１２−１３０１６８号公報

前述のように、従来の全閉型の巻線型回転電機においては、コレクタ部ハウジングの外側に冷却フィンが形成されていて、コレクタ部ハウジング内の熱がこの冷却フィンを通じて外気に放出されるようになっている。しかし、この冷却フィンの外側は外気による自然放熱となっており、必ずしも充分な冷却がなされているとは言えなかった。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、全閉型の巻線型回転電機のコレクタ部ハウジングの外側の冷却を促進して、ブラシとコレクタリングとの接触部の過熱を防ぐことを目的としている。

本発明に係る巻線型回転電機は、上記目的を達成するために、密閉された本体ハウジングと、前記本体ハウジング内に固定された固定子と、前記本体ハウジングに固定された軸受と、前記軸受によって回転可能に支持されて前記本体ハウジングを貫通して延びる回転シャフトと、前記回転シャフトに固定されて前記固定子内側で回転可能で回転子巻線を備えた回転子と、前記本体ハウジングの軸方向外側で前記回転シャフトに固定された外扇と、前記外扇の半径方向外側に配置されて前記外扇の回転によって生じる風を前記本体ハウジングの外側表面に導く外扇カバーと、前記回転シャフトに固定されて前記回転子巻線と電気的に接続されたコレクタリングと、前記コレクタリングと摺動するブラシと、前記コレクタリングおよび前記ブラシを覆って密閉可能で、開閉可能なコレクタ部ハウジング開閉蓋を備えたコレクタ部ハウジングと、前記コレクタ部ハウジングの半径方向外側に通風路を形成して前記コレクタ部ハウジングの半径方向外周を覆い前記外扇カバーに接続される開閉可能なコレクタ部ハウジングカバーと、を有することを特徴とする。

この発明によれば、全閉型の巻線型回転電機のコレクタ部ハウジングの外側に強制的に外気が流れるので、その冷却が促進され、ブラシとコレクタリングとの接触部の過熱を防ぐことができる。

本発明に係る巻線型回転電機の第１の実施形態の正面図であって、上半部を断面で示し、下半部を外観で示す図である。 図１の巻線型回転電機を反負荷側から見た側面図である。 図１の巻線型回転電機において、コレクタ部ハウジングカバーの上部カバーおよびコレクタ部ハウジング開閉蓋を開いた状態を反負荷側から見た側面図である。 図２の巻線型回転電機における、コレクタ部ハウジングカバーの側面図である。 図４のコレクタ部ハウジングカバーの正面図である。 本発明に係る巻線型回転電機の第２の実施形態のコレクタ部ハウジングカバーの側面図である。 図６のコレクタ部ハウジングカバーの正面図である。 図６のコレクタ部ハウジングカバーの上部カバーを開いた状態を示す側面図である。 本発明に係る巻線型回転電機の第３の実施形態のコレクタ部ハウジングカバーの側面図である。 図９のコレクタ部ハウジングカバーの正面図である。 図９のコレクタ部ハウジングカバーの上部カバーを開いた状態を示す側面図である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。ここで、互いに共通または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。

［第１の実施形態］
図１〜図５を参照して第１の実施形態について説明する。

図１は、本発明に係る巻線型回転電機の第１の実施形態の正面図であって、上半部を断面で示し、下半部を外観で示す図である。ただし、図１で、コレクタ部ハウジングカバーの下半部は外径のみを実線で示し、コレクタ部ハウジングカバーは透明なものとして、その内側のコレクタ部ハウジングの外観を示している。図２は、図１の巻線型回転電機を反負荷側から見た側面図である。図３は、図１の巻線型回転電機において、コレクタ部ハウジングカバーの上部カバーおよびコレクタ部ハウジング開閉蓋を開いた状態を反負荷側から見た側面図である。ただし、図３では外扇カバー等の図示を省略している。図４は、図２の巻線型回転電機における、コレクタ部ハウジングカバーの側面図である。図５は、図４のコレクタ部ハウジングカバーの正面図である。

この実施形態の巻線型回転電機で、水平方向に延びる回転シャフト１０が２個の軸受１１によって支持されている。２個の軸受１１にはさまれた位置で、回転シャフト１０には、回転子巻線１３を備えた回転子１２が取り付けられている。回転子１２の半径方向外側を取り囲むように、固定子巻線１４を備えた固定子１５が配置されている。固定子１５は、その外側に配置された本体ハウジング１６に固定されている。本体ハウジング１６は、固定子１５およびその内側の回転子１２を密閉している。

本体ハウジング１６の外表面にはフィン２５が形成されている。

回転シャフト１０の両端は本体ハウジング１６から突出している。回転シャフト１０の一方の端部は負荷に接続されるもので、負荷側端部１７になっている。以下、負荷側端部１７に近い側を負荷側と称し、その反対側を反負荷側と称する。

本体ハウジング１６の軸方向外側の反負荷側で、回転シャフト１０に外扇１８が取り付けられている。この外扇１８の半径方向外側を覆うように外扇カバー１９が、本体ハウジング１６に対して固定されて取り付けられている。

外扇１８よりもさらに反負荷側で回転シャフト１０に、コレクタリング２０が取り付けられている。図示の例ではコレクタリング２０は３個あって、これらが回転軸方向に並んで配置されている。各コレクタリング２０は、回転シャフト１０に沿って軸方向に延びるリード部（図示せず）を通じて回転子巻線１３と電気的に接続されている。

ブラシ２１が、各コレクタリング２０の上半部と摺動するように配置されている。ブラシ２１はコレクタ部ハウジング２２に固定されている。コレクタ部ハウジング２２は、外扇カバー１９に固定され、コレクタリング２０およびブラシ２１を覆って密閉している。ブラシ２１には、外部と電気的に接続するリード部（図示せず）が接続されている。

コレクタ部ハウジング２２の半径方向外側を覆うようにコレクタ部ハウジングカバー２３が取り付けられている。コレクタ部ハウジング２２の外表面上には、軸方向に延びるフィン２４が形成され、コレクタ部ハウジングカバー２３はフィン２４の半径方向外側を覆っている。コレクタ部ハウジングカバー２３の負荷側は外扇カバー１９に接続され、コレクタ部ハウジングカバー２３の反負荷側端部は開放している。

冷却風は、コレクタ部ハウジングカバー２３の反負荷側端部から流入し、コレクタ部ハウジング２２の外表面を冷却した後に外扇カバー１９内に入り、外扇１８を通って、本体ハウジング１６の外側のフィン２５の付近に向けて排出され、本体ハウジング１６の外側を冷却する。

コレクタ部ハウジング２２内で回転シャフト１０にコレクタ部内扇５０が取り付けられている。

ブラシ２１は摩耗するため、適時に点検をしたり新品に交換したりする必要がある。そのため、コレクタ部ハウジング２２およびコレクタ部ハウジングカバー２３の上半部分を開閉できるように構成されている。

コレクタ部ハウジング２２の上半の一部に開口部（図示せず）が形成され、この開口部を開閉可能なコレクタ部ハウジング開閉蓋３０が配置されている。図３に示すように、コレクタ部ハウジング開閉蓋３０は、ヒンジ３１ａ、３１ｂによってコレクタ部ハウジング２２に開閉可能に支持された第１開閉蓋３０ａと第２開閉蓋３０ｂとを備えている。コレクタ部ハウジング開閉蓋３０を閉じたときに、コレクタリング２０およびブラシ２１を含む空間がコレクタ部ハウジング２２内に密閉される。なお、図３に示す例では、コレクタ部ハウジング開閉蓋３０の外表面にはフィンが形成されていないが、コレクタ部ハウジング２２の他の部分の外表面と同様にコレクタ部ハウジング開閉蓋３０の外表面にフィンを設けてもよい。

コレクタ部ハウジングカバー２３は、図３〜図５に示すように、上部カバー３２と、下部カバー３３とを備えている。上部カバー３２と下部カバー３３は、それぞれがほぼ半円筒状であって、これらがヒンジ３４で連結されている。また、上部カバー３２と下部カバー３３のヒンジ３４の反対側位置に係合・解放が可能な係合具３５が取り付けられていて、上部カバー３２と下部カバー３３とが閉じた状態で上部カバー３２と下部カバー３３とを互いに係合または解放できるようになっている。下部カバー３３の端部は、下部カバー取付具５１によって外扇カバー１９（図１参照）に固定されている。

上部カバー３２が閉じた状態では、上部カバー３２と下部カバー３３とが合わさって、コレクタ部ハウジング２２の半径方向外側を覆う円筒状になる。また、上部カバー３２が開いているときに、コレクタ部ハウジング開閉蓋３０を開閉することができる。

なお、図１および図５に示すように、上部カバー３２および下部カバー３３に、端子台ダクト３６（図２および図３参照）を貫通させるための端子台ダクト部開口３７が形成されている。

以上説明したように、第１の実施形態の密閉型の巻線型回転電機によれば、当該回転電機の通常運転時において、外扇１８の回転によって、冷却風が、コレクタ部ハウジングカバー２３の反負荷側端部から流入し、コレクタ部ハウジング２２の外表面を冷却した後に外扇カバー１９内に入り、外扇１８を通って、本体ハウジング１６の外側のフィン２５の付近に向けて排出され、本体ハウジング１６の外側を冷却する。

これにより、コレクタ部が外気によって強制的に冷却される。コレクタ部ハウジング２２内で回転シャフト１０にコレクタ部内扇５０が取り付けられている。これにより、コレクタ部ハウジング２２内空気が強制的に循環されて冷却される。これにより、コレクタ部の過熱を防ぐことができる。

ブラシ２１の交換や点検のときには、係合具３５の係合を解放して、上部カバー３２を押し上げて開き、コレクタ部ハウジング開閉蓋３０を開くことができる。

なお、この実施形態では、コレクタ部ハウジングカバー２３およびコレクタ部ハウジング開閉蓋３０の開閉に当たり、ねじ回しなどの工具を必要としないので、迅速な作業を行うことができる。

［第２の実施形態］
図６〜図８を参照して第２の実施形態について説明する。この実施形態は、コレクタ部ハウジングカバー２３の構造が第１の実施形態と異なるが、その他の部分の構造は第１の実施形態と同様である。以下、第１の実施形態と異なる部分のみを説明する。

図６は、本発明に係る巻線型回転電機の第２の実施形態のコレクタ部ハウジングカバーの側面図である。図７は図６のコレクタ部ハウジングカバーの正面図である。図８は図６のコレクタ部ハウジングカバーの上部カバーを開いた状態を示す側面図である。

この実施形態では、コレクタ部ハウジングカバーの上部カバー３２と下部カバー３３とがヒンジ３４（図３〜図５）で連結されておらず、係合・解放が可能な係合具３５により４箇所で、分離可能に結合されている。

この実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができるほか、上部カバー３２を下部カバー３３から完全に取り外すことができる。これにより、コレクタ部ハウジング開閉蓋３０を開くときに上部カバー３２の干渉を避けることができる。

［第３の実施形態］
図９〜図１１を参照して第３の実施形態について説明する。この実施形態は、第２の実施形態の変形であって、コレクタ部ハウジングカバー２３の構造が第２の実施形態と異なるが、その他の部分の構造は第２の実施形態と同様である。以下、第２の実施形態と異なる部分のみを説明する。

図９は、本発明に係る巻線型回転電機の第３の実施形態のコレクタ部ハウジングカバーの側面図である。図１０は図９のコレクタ部ハウジングカバーの正面図である。図１１は図９のコレクタ部ハウジングカバーの上部カバーを開いた状態を示す側面図である。

この実施形態では、コレクタ部ハウジングカバーの上部カバー３２と下部カバー３３とを係合・解放する係合具３５（図６〜図８）を用いず、ボルト４０などを用いる。

すなわち、上部カバー３２と下部カバー３３との係合部で、上部カバー３２には複数のボルト孔（図示せず）が形成され、これらのボルト孔に対応する位置の下部カバー３３にねじ孔が形成されている。上部カバー３２のボルト孔の外側に平座金４１を配して、外側からボルト４０を、平座金４１および上部カバー３２のボルト孔に通して、さらにその内側にある下部カバー３３ねじ孔にねじ込む。これにより、上部カバー３２を下部カバー３３に対して確実に取り付けることができる。また、ボルト４０を外すことにより、上部カバー３２を開くこともできる。

この実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果を得ることができるほか、ボルト４０等を用いることにより、安価な構造で、確実に、上部カバー３２を下部カバー３３に対して取り付けたり、取り外したりすることができる。

［他の実施形態］
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０・・・回転シャフト
１１・・・軸受
１２・・・回転子
１３・・・回転子巻線
１４・・・固定子巻線
１５・・・固定子
１６・・・本体ハウジング
１７・・・負荷側端部
１８・・・外扇
１９・・・外扇カバー
２０・・・コレクタリング
２１・・・ブラシ
２２・・・コレクタ部ハウジング
２３・・・コレクタ部ハウジングカバー
２４・・・フィン（冷却フィン）
２５・・・フィン（冷却フィン）
３０・・・コレクタ部ハウジング開閉蓋
３０ａ・・・第１開閉蓋
３０ｂ・・・第２開閉蓋
３１ａ、３１ｂ・・・ヒンジ
３２・・・上部カバー
３３・・・下部カバー
３４・・・ヒンジ
３５・・・係合具
３６・・・端子台ダクト
３７・・・端子台ダクト部開口
４０・・・ボルト
４１・・・平座金
５０・・・コレクタ部内扇
５１・・・下部カバー取付具

Claims (8)

1. 密閉された本体ハウジングと、
   前記本体ハウジング内に固定された固定子と、
   前記本体ハウジングに固定された軸受と、
   前記軸受によって回転可能に支持されて前記本体ハウジングを貫通して延びる回転シャフトと、
   前記回転シャフトに固定されて前記固定子内側で回転可能で回転子巻線を備えた回転子と、
   前記本体ハウジングの軸方向外側で前記回転シャフトに固定された外扇と、
   前記外扇の半径方向外側に配置されて前記外扇の回転によって生じる風を前記本体ハウジングの外側表面に導く外扇カバーと、
   前記回転シャフトに固定されて前記回転子巻線と電気的に接続されたコレクタリングと、
   前記コレクタリングと摺動するブラシと、
   前記コレクタリングおよび前記ブラシを覆って密閉可能で、開閉可能なコレクタ部ハウジング開閉蓋を備えたコレクタ部ハウジングと、
   前記コレクタ部ハウジングの半径方向外側に通風路を形成して前記コレクタ部ハウジングの半径方向外周を覆い前記外扇カバーに接続される開閉可能なコレクタ部ハウジングカバーと、
   を有することを特徴とする巻線型回転電機。
2. 前記コレクタ部ハウジングカバーの内側で、前記コレクタ部ハウジングの外表面に冷却フィンが形成されていること、を特徴とする請求項１に記載の巻線型回転電機。
3. 前記コレクタ部ハウジングカバーは、前記コレクタ部ハウジングの半径方向外周全体を覆うこと、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の巻線型回転電機。
4. 前記回転シャフトは水平方向に延び、
   前記ブラシは前記コレクタリングの上半部に半径方向外側から押し付けられるように構成され、
   前記コレクタ部ハウジング開閉蓋は前記コレクタ部ハウジングの上半に設けられており、
   前記コレクタ部ハウジングカバーは、前記コレクタ部ハウジング開閉蓋の半径方向外側を覆って開閉可能な上部カバーと、前記上部カバーと接合可能な下部カバーとを備えること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の巻線型回転電機。
5. 前記上部カバーと前記下部カバーとを接続するヒンジと、前記上部カバーと前記下部カバーとを開閉可能に締結する係合具とを有すること、を特徴とする請求項４に記載の巻線型回転電機。
6. 前記上部カバーと前記下部カバーとは、係合・解放が可能な係合具により着脱可能であること、を特徴とする請求項４に記載の巻線型回転電機。
7. 前記上部カバーと前記下部カバーとを接合する複数のボルトをさらに有すること、を特徴とする請求項４に記載の巻線型回転電機。
8. 前記コレクタ部ハウジング内で前記回転シャフトに固定されたコレクタ部内扇をさらに有すること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の巻線型回転電機。

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