JP6330893B2

JP6330893B2 - 回転機

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Publication number: JP6330893B2
Application number: JP2016235569A
Authority: JP
Inventors: 有酒井; 智和有上; 浩晃松野; 哲岡野
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2016-12-05
Filing date: 2016-12-05
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2035-05-01
Also published as: JP2017060401A

Description

本発明は、回転機の軸系に発生する軸電圧を除電するための軸接地装置を備えた回転機に関する。

回転機においては、磁気不平衡によって生ずる電磁誘導電圧や回転摩擦に起因する静電気電圧によって、軸系に軸電圧が発生する。この軸電圧によって、軸系に電流が流れると共に、その軸受部において放電が発生し、電食を生じる虞がある。

回転機の安全性を確保するためには、軸電圧に起因する軸受部での電食を防止する必要がある。そこで、軸電圧を有効にアース（接地）して、十分に低い値に保つ技術として、軸接地ブラシを軸系に当接させて軸系に発生する軸電圧を除電する軸接地装置（例えば、特許文献１参照）が開発されている。

このような軸接地装置においては、回転機の軸系に当接される軸接地ブラシが摩耗するため、当該軸接地ブラシの摩耗がロータ等へ影響しないように、軸接地装置をロータ等と切り離すようにして回転機の端部側に取り付けている。

特開２０１５−１９４８７号公報

しかし、軸接地装置をロータ等と切り離すようにして回転機の端部側に取り付けるためには、回転機におけるケーシングの外側に軸接地装置を取り付けるための空間を確保しなければならず、回転機の大型化を招いてしまう。また、既設の回転機に軸接地装置を追設する場合においては、軸接地装置を取り付けるための空間を確保することができず、軸接地装置を追設することができない虞がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、回転機の大型化を抑制しつつ、回転機の軸系に発生する軸電圧を除電することを目的とする。

上記課題を解決する第一の発明に係る回転機は、ケーシングに回転自在に設けられる回転軸を備えた回転機であって、前記ケーシングの軸方向一端側に設けられ、前記回転軸の反直結側に位置する端板と、前記端板に形成され、前記ケーシングの内側へ窪む凹部と、前記凹部に形成され、前記回転軸の一端部を挿通する挿通穴と、前記凹部内に収納され、前記挿通穴を挿通した前記回転軸の一端部と接して当該回転軸に発生する軸電圧を除去する軸接地装置とを備えたことを特徴とする。

上記課題を解決する第二の発明に係る回転機は、第一の発明に係る回転機において、前記軸接地装置が、前記回転軸に接するブラシ部材と、前記ブラシ部材を前記凹部に固定する固定部材とを備えたものであり、前記ブラシ部材が、前記回転軸に直交する向きの多数のフィラメント材の束を前記回転軸の軸方向に並べて成るものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第三の発明に係る回転機は、第二の発明に係る回転機において、前記凹部が、前記固定部材を設置するための台座を備えたものであり、前記台座が、前記固定部材の一端面と当接する当接面と、前記固定部材をピン部材によって位置決めするピン穴と、前記固定部材をボルトによって固定するねじ穴とを有するものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第四の発明に係る回転機は、第二または第三の発明に係る回転機において、前記フィラメント材が、炭素を主原料とするものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第五の発明に係る回転機は、第一から第四のいずれか一つの発明に係る回転機において、前記端板が、電気部品を収納する電気室を形成する蓋部材であることを特徴とする。

上記課題を解決する第六の発明に係る回転機は、第五の発明に係る回転機において、前記電気室が、前記回転軸の回転位相を検出する位置検出器を収納するものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第七の発明に係る回転機は、第一から第六のいずれか一つの発明に係る回転機において、前記挿通穴と前記回転軸との間にシール部材を備えたことを特徴とする。
上記課題を解決する第八の発明に係る回転機は、第一から第七のいずれか一つの発明に係る回転機において、前記軸接地装置は、前記回転軸の一端部における周面に接するものであることを特徴とする。

第一の発明に係る回転機によれば、ケーシングの軸方向一端側に設けられ、前記回転軸の反直結側に位置する端板に凹部を設け、当該凹部内に軸接地装置を収納することにより、回転機の大型化を抑制しつつ、回転軸に発生する軸電圧を除電することができる。

第二の発明に係る回転機によれば、軸接地装置を簡易な構成とすると共に、回転軸における軸電圧を確実に除電することができる。

第三の発明に係る回転機によれば、軸接地装置を簡易な構成で設置することができると共に、軸接地装置を設置する凹部を小さくすることができる。

第四の発明に係る回転機によれば、軸接地装置におけるブラシ部材と固定部材との組み付けを容易に行うことができる。

第五の発明に係る回転機によれば、電気室の蓋部材に凹部を設けることにより、電気部品が備えられた回転機においても、軸接地装置を設けることができる。よって、当該回転機において、回転機の大型化を抑制しつつ、回転軸に発生する軸電圧を除電することができる。

第六の発明に係る回転機によれば、位置検出器が備えられた回転機においても、軸接地装置を設けることができる。よって、当該回転機において、回転機の大型化を抑制しつつ、回転軸に発生する軸電圧を除電することができる。

第七の発明に係る回転機によれば、軸接地装置を回転機の内部と隔離することができるので、軸接地装置における回転軸と接する部分（例えば、ブラシ部材のフィラメント材）が摩耗した場合に、当該摩耗によって生じた紛体が回転機の内部に混入することを防ぐことができる。また、端板が電気室を形成する蓋部材である場合には、摩耗によって生じた紛体が電気室の内部に混入することも防ぐことができる。
第八の発明に係る回転機によれば、軸接地装置が前記回転軸の一端部における周面に接することにより、当該回転軸に発生する軸電圧を確実に除去することができる。

実施例１に係る回転機の構造を示す縦断面図である。実施例１に係る回転機の構造を示す横断面図（図１におけるII−II矢視断面図）である。実施例１に係る回転機の構造を示す拡大断面図（図２におけるIII−III矢視断面）である。実施例１に係る回転機の構造を示す拡大断面図（図２におけるIV−IV矢視断面）である。

以下に、本発明に係る回転機の実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。

本発明の実施例１に係る回転機の構造について、図１から図４を参照して説明する。

図１に示すように、回転機１には、略円筒形状のステータ１０と、このステータ１０の内周側において回転自在に設けられるロータ２０とが備えられており、ステータ１０で作られる回転磁界によってロータ２０が回転動作するようになっている。ステータ１０は、当該ステータ１０を覆うケーシング３０に固定されており、ロータ２０は、ケーシング３０に回転自在に設けられたシャフト４０に固定されている。

ケーシング３０は、ステータ１０の外周側を覆う略円筒形状のフレーム３１と、フレーム３１の開口側すなわち軸方向両端側（図１における右方側および左方側）を覆う略円盤形状のブラケット３２，３３とを有して成り、このケーシング３０におけるフレーム３１とブラケット３２，３３とによって形成される空間Ｓ₁に、ステータ１０およびロータ２０が収納されるようになっている。

ブラケット３２，３３は、その軸方向内側（ブラケット３２とブラケット３３との間）に収納されるステータ１０およびロータ２０の軸方向両端部の形状に沿って、径方向外周側（図１における上方側および下方側）の部分に対して径方向内周側（図１における上下方向の中央側）の部分が軸方向内側へ窪むように、凹部３２ａ,３３ａが形成されて成る。

このように、ブラケット３２，３３がロータ２０に対応する径方向内周側の部分よりもステータ１０に対応する径方向外周側の部分が軸方向外側へ突出した形状であることにより、ロータ２０の端部よりも軸方向外側へ突出するステータ１０の端部（コイルエンド１１）がケーシング３０と干渉することなく、空間Ｓ₁に収納されるようになっている。

凹部３２ａ,３３ａには、その径方向中心部を軸方向（図１における左右方向）に貫通する挿通穴３２ｂ，３３ｂが形成されており、この挿通穴３２ｂ，３３ｂには、シャフト４０の端部が挿通されるようになっている。また、挿通穴３２ｂ，３３ｂには、ベアリング５０が取り付けられており、このベアリング５０によって、シャフト４０が円滑に回転動作されるようになっている。

図示しない駆動部と連結される直結側（図１における右方側）と反対の反直結側（図１における左方側）に設置されるブラケット３２には、凹部３２ａの外周側を囲んで軸方向へ突出する円環部３４が一体的に形成されると共に、この円環部３４の先端側（図１における左方側）を塞ぐ第一リッド（端板、蓋部材）３５が設けられている。これらケーシング３０における凹部３２ａと円環部３４と第一リッド３５とによって形成される空間（電気室）Ｓ₂には、回転機１（シャフト４０）の回転位相を検出するレゾルバやエンコーダ等の位置検出器（電気部品）６０および当該位置検出器６０と電気的に接続されるハーネス部材（電気部品）６１が収納されるようになっている。

位置検出器６０は、シャフト４０における一端側（反直結側）の端部に設けられる回転部６０ａと、この回転部６０ａと対向してケーシング３０における一端側（反直結側）のブラケット３２に設けられる固定部６０ｂとから成り、シャフト４０（回転機１）の回転位相を検出することができるものである。図３に示すように、シャフト４０の一端側（図３における上方側）には、円筒形状の延長シャフト４１がボルト４２によって組み付けられており、位置検出器６０の回転部６０ａは、シャフト４０と延長シャフト４１とで挟持されるようにしてシャフト４０と一体に固定されている。一方、位置検出器６０の固定部６０ｂは、ケーシング３０の凹部３２ａに図示しない機械的締結手段によって固定されている。

第一リッド３５は、ケーシング３０のブラケット３２，３３と同様に、径方向外周側（図３における右方側および左方側）の部分に対して径方向内周側（図３における左右方向の中央側）の部分が軸方向内側（図３における下方側）へ窪むように、凹部３５ａが形成されて成る。このように、第一リッド３５が径方向内周側の部分よりも径方向外周側の部分が軸方向外側へ突出した形状であることにより、ハーネス部材６１が第一リッド３５と干渉することなく、空間Ｓ₂に収納されるようになっている。

第一リッド３５の凹部３５ａには、その径方向中心部を軸方向（図３における上下方向）に貫通する挿通穴３５ｂが形成されており、この挿通穴３５ｂには、シャフト４０の一端部（延長シャフト４１）が挿通されるようになっている。

ケーシング３０には、第一リッド３５の凹部３５ａを塞ぐ第二リッド３６が設けられている。これら第一リッド３５の凹部３５ａと第二リッド３６とによって形成される空間Ｓ₃には、シャフト４０の端部（延長シャフト４１）が位置すると共に、シャフト４０に発生する軸電圧を除電するための軸接地装置７０が収納されるようになっている。

図２および図４に示すように、軸接地装置７０は、シャフト４０に接触する軸接地ブラシ７１と、この軸接地ブラシ７１を保持する軸接地ブラケット７２とを備えている。軸接地ブラケット７２は、第一リッド３５に図示しない機械的締結手段（ボルト等）によって固定するための取り付け部７２ａと、取り付け部７２ａからシャフト４０（延長シャフト４１）近傍まで延びる延材部７２ｂと、延材部７２ｂから略直角にロータ２０側（図４における下方側）へ折り曲げられてシャフト４０（延長シャフト４１）と略平行に延びるブラシ取り付け部７２ｃと、ブラシ取り付け部７２ｃの下端（図４における下方側端部）から折り返される折り返し部７２ｄとを有する。軸接地ブラシ７１は、炭素を主原料とする炭素フィラメント（フィラメント材）の束であり、多数の炭素フィラメントが軸接地ブラケット７２のブラシ取り付け部７２ｃと折り返し部７２ｄとによって挟持されて成る。

第一リッド３５の凹部３５ａには、軸接地装置７０の取り付け部７２ａを取り付けるための台座部（台座）３５ｃが設けられており、この台座部３５ｃには、機械加工された取り付け座面３５ｄおよび当て付け面（当接面）３５ｅが形成されている。また、台座部３５ｃには、図示しない位置決めピン（ピン部材）を挿入するためのピン穴３５ｆが形成されており、軸接地ブラケット７２の取り付け部７２ａには、ピン穴３５ｆに対応するように、図示しない位置決めピンを挿入するためのピン穴７２ｆが形成されている。

よって、軸接地装置７０は、取り付け部７２ａを台座部３５ｃの取り付け座面３５ｄに設置する際に、取り付け部７２ａの一端面７２ｅを台座部３５ｃの当て付け面３５ｅに当て付けると共に、図示しない位置決めピンを取り付け部７２ａのピン穴７２ｆおよび台座部３５ｃのピン穴３５ｆに挿入することにより、回転機１における軸接地装置７０の位置決め、すなわち、シャフト４０（延長シャフト４１）に対する軸接地ブラシ７１の位置決めがなされるようになっている。

また、台座部３５ｃには、図示しないボルトをねじ込むためのねじ穴３５ｇが形成されており、軸接地ブラケット７２の取り付け部７２ａには、台座部３５ｃのねじ穴３５ｇに対応するように、図示しないボルトを挿通するための挿通穴７２ｇが形成されている。

よって、軸接地装置７０は、取り付け部７２ａを台座部３５ｃの取り付け座面３５ｄに設置する際に、上述の位置決めと共に、図示しないボルトを取り付け部７２ａの挿通穴７２ｇに挿通して台座部３５ｃのねじ穴３５ｇにねじ込むことにより、第一リッド３５に固定されるようになっている。

このとき、軸接地装置７０は、軸接地ブラシ７１（炭素フィラメント）がシャフト４０に略直交する方向（延長シャフト４１の軸中心）を向くと共に、その先端部が延長シャフト４１に当接するようになっている。先端部が延長シャフト４１に略直交して当接するように軸接地ブラシ７１を設けることにより、延長シャフト４１すなわちロータ２０の回転方向（図２における右回転および左回転）によらずシャフト４０に発生する軸電圧を確実にアース（接地）することができる。

このように、取り付け部７２ａの一端面７２ｅを台座部３５ｃの当て付け面３５ｅに当て付けると共に図示しない位置決めピンによって軸接地装置７０の位置決めを行うことにより、軸接地装置７０を容易かつ小さなスペースで第一リッド３５に取り付けることができる。つまり、軸接地装置７０を設置するためのスペース（空間Ｓ₃）を小さくすることができる。

また、第一リッド３５の挿通穴３５ｂには、シール８０が取り付けられており、このシール８０によって、軸接地装置７０が収納される空間Ｓ₃は、ステータ１０およびロータ２０が収納される空間Ｓ₁ならびに位置検出器６０が収納される空間Ｓ₂と隔たれている。よって、軸接地装置７０における軸接地ブラシ７１の摩耗が、ステータ１０、ロータ２０および位置検出器６０等に影響することはない。

本実施例に係る回転機の動作について、図１から図４を参照して説明する。

回転機１が駆動される、すなわち、ステータ１０で作られる回転磁界によってロータ２０が回転動作されると、シャフト４０がロータ２０と共に回転動作され、シャフト４０の直結側に連結される図示しない駆動部が駆動される（図１参照）。ここで、回転機１における磁気不平衡によって生ずる電磁誘導電圧や回転摩擦に起因する静電気電圧によって、シャフト４０に軸電圧が発生する。

このとき、軸接地装置７０における軸接地ブラシ７１は、シャフト４０と連結された延長シャフト４１と接しているので、シャフト４０に生じた軸電圧は、延長シャフト４１および軸接地装置７０を介して除電される（図２から図４参照）。よって、回転機１においては、軸電圧に起因する軸受部（ベアリング５０）での放電は起こらず、電食を生じることはない。

軸接地ブラシ７１と延長シャフト４１との接触状態は、軸接地装置７０の台座部３５ｃへの設置（位置決め）、および、軸接地ブラシ７１と軸接地ブラケット７２との組み付け位置によって決められる。よって、軸接地ブラシ７１を軸接地ブラケット７２に組み付けた後に、軸接地ブラケット７２から突出する軸接地ブラシ７１を所定の長さに切断すると共に、軸接地装置７０を台座部３５ｃにおける当て付け面３５ｅとの当接および位置決めピンによって位置決めすることにより、軸接地ブラシ７１と延長シャフト４１との接触を所望の状態とすることができる。

本実施例によれば、位置検出器６０等を収容する空間Ｓ₂を形成する第一リッド３５に凹部３５ａを設けることにより、回転機１の大型化、すなわち、回転機１の軸方向への長尺化を伴うことなく、軸接地装置７０を収容する空間Ｓ₃を形成することができ、軸接地装置７０によってシャフト４０（延長シャフト４１）における軸電圧を除電することができる。

よって、例えば、回転機１が新規に製作するものではなく、既設のものであった場合においても、回転機１周辺における取り付けスペースの有無に係わらず、軸接地装置７０を追設することができる。つまり、位置検出器６０等を収容する空間Ｓ₂を形成するもの（蓋部材）を、凹部３５ａを有する第一リッド３５に交換するだけで、回転機１の大型化、すなわち、回転機１の軸方向への長尺化を伴うことなく、軸接地装置７０を収容する空間Ｓ₃を形成することができる。

もちろん、本発明における端板は、本実施例のように位置検出器６０等を収容する空間Ｓ₂を形成する第一リッド３５に限定されない。本発明における端板として、例えば、位置検出器６０以外の電気部品等を収納する空間を形成するリッド部材であっても良く、また、ケーシング３０のブラケット３２であっても良い。このように、本発明における端板を、ケーシング３０のブラケット３２とした場合には、ブラケット３２に形成される凹部３２ａが、軸接地装置７０を収納する空間となり、当該凹部３２ａに軸接地装置７０を設置することとなる。

１回転機
１０ステータ
１１コイルエンド
２０ロータ
３０ケーシング
３１フレーム
３２反直結側のブラケット（端板）
３２ａ凹部
３２ｂ挿通穴
３３直結側のブラケット（端板）
３３ａ凹部
３３ｂ挿通穴
３４円環部
３５第一リッド（端板、蓋部材）
３５ａ凹部
３５ｂ挿通穴
３５ｃ台座部（台座）
３５ｄ取り付け座面
３５ｅ当て付け面（当接面）
３５ｆピン穴
３５ｇねじ穴
３６第二リッド
４０シャフト（回転軸）
４１延長シャフト（回転軸）
４２ボルト
５０ベアリング
６０位置検出器（電気部品）
６０ａ回転部
６０ｂ固定部
６１ハーネス部材（電気部品）
７０軸接地装置
７１軸接地ブラシ（ブラシ部材）
７２軸接地ブラケット（固定部材）
７２ａ取り付け部
７２ｂ延材部
７２ｃブラシ取り付け部
７２ｄ折り返し部
７２ｅ一端面
７２ｆピン穴
７２ｇ挿通穴
８０シール
Ｓ₁ 回転機内の空間
Ｓ₂ 位置検出器を収容する空間（電気室）
Ｓ₃ 軸接地装置を収容する空間

Claims

ケーシングに回転自在に設けられる回転軸を備えた回転機であって、
前記ケーシングの軸方向一端側に設けられ、前記回転軸の反直結側に位置する端板と、
前記端板に形成され、前記ケーシングの内側へ窪む凹部と、
前記凹部に形成され、前記回転軸の一端部を挿通する挿通穴と、
前記凹部内に収納され、前記挿通穴を挿通した前記回転軸の一端部と接して当該回転軸に発生する軸電圧を除去する軸接地装置と
を備えたことを特徴とする回転機。
前記軸接地装置が、前記回転軸に接するブラシ部材と、前記ブラシ部材を前記凹部に固定する固定部材とを備えたものであり、
前記ブラシ部材が、前記回転軸に直交する向きの多数のフィラメント材の束を前記回転軸の軸方向に並べて成るものである
ことを特徴とする請求項１に記載の回転機。
前記凹部が、前記固定部材を設置するための台座を備えたものであり、
前記台座が、前記固定部材の一端面と当接する当接面と、前記固定部材をピン部材によって位置決めするピン穴と、前記固定部材をボルトによって固定するねじ穴とを有するものである
ことを特徴とする請求項２に記載の回転機。
前記フィラメント材が、炭素を主原料とするものである
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の回転機。
前記端板が、電気部品を収納する電気室を形成する蓋部材である
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転機。
前記電気室が、前記回転軸の回転位相を検出する位置検出器を収納するものである
ことを特徴とする請求項５に記載の回転機。
前記挿通穴と前記回転軸との間にシール部材を備えた
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の回転機。
前記軸接地装置は、前記回転軸の一端部における周面に接するものである
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の回転機。