JP7458339B2 - 回転電機及びそれを用いたダンプトラック用回転電機システム - Google Patents

Description

本発明は回転電機及びそれを用いたダンプトラック用回転電機システムに係り、特に、フレーム内に励磁電流が異なる励磁形回転電機が複数台配置され、それぞれの励磁形回転電機への給電装置としてブラシ方式を適用したものに好適な回転電機及びそれを用いたダンプトラック用回転電機システムに関する。

近年、温室効果ガスを削減するために、鉄道車両や建設車両等では、従来のディーゼルエンジンを動力源として駆動する方式から電動駆動による方式が採用されている。電動駆動式の場合、電力を供給する電源はディーゼル発電機となり、ディーゼルエンジンそのもので駆動するよりも、低燃費でシステム効率も向上する。

電動駆動式のエンジン発電機には、励磁形回転電機が多く採用されており、励磁形回転電機の場合、回転子に直接励磁電流を通電して制御できるため、力率１．０の運転が可能であり、誘導回転電機よりも高効率である。

しかしながら、励磁形回転電機の場合、回転子を励磁するための給電装置が必要になる。給電装置の方式としては２種類あり、ブラシ、スリップリングを用いたブラシ方式と、固定子側に直流通電し、回転子に三相巻線を施すことで、無接触で励磁電流を通電できるＡＣエキサイター方式が挙げられる。メンテンナス性の観点では、無接触のＡＣエキサイター方式が有効であるが、単純構造で低コストなブラシ方式も採用されている。

ところで、鉄道車両や建設車両等の電源供給用に適用される励磁形回転電機は、車体を駆動させための電源（トラクション用）と、その他のアクセサリー用の補助電源の２系統を有することになる。この２系統は、用途が全く異なるため、双方の容量、電気特性は全く異なる仕様となる。

このため、励磁形回転電機のフレーム内に容量、電気特性が異なる励磁形回転電機が２台配置され、回転する同軸上に回転子が２台連なる構成となり、上述したブラシ方式を適用している場合には、回転子２台分に励磁電流を供給する必要があるため、通常の１台構成よりもブラシの数も２倍となる。

また、ブラシ方式の欠点は、ブラシ自体に摩耗や変形が生じやすく、ブラシに起因する故障も発生するため、定期点検やブラシの交換作業が必要となり、メンテナンス性が悪いことであり、更に、励磁形回転電機が２台構成の場合、励磁電流も異なることからブラシの摩耗量等も励磁形回転電機の運転パターン等で差が生じるため、故障リスクにも差が生じることになる。

よって、励磁形回転電機が２台構成でのブラシ方式におけるブラシの摩耗量、変形、故障リスクを低減することが必要となる。

このようなことから、２台構成の励磁形回転電機の給電装置としてブラシ方式を用いた場合の上記欠点を解消する構成が検討されており、その先行技術文献として、例えば、特許文献１が挙げられる。

上記特許文献１は、発電機の構成が２台で、それぞれの給電装置がブラシ方式あり、一方の発電機はバッテリー供給に用いられ、もう一方の発電機は駆動用電動機に供給するために用いられている。バッテリー供給の発電機の励磁電流は、電動機に供給する発電機の励磁電流より小さくなるように電流制御している。

特開２００９－２７４６２９号公報

上述した特許文献１には、システムの他に、発電機内部の構造が示されている。特に、特許文献１の図２には、フレーム内に２台の発電機が配置され、回転軸上に２台の発電機が連なっており、回転子の給電装置であるブラシは、回転軸を回転支持する軸受直近と、回転子の軸方向中心付近の２ヶ所に配置されている構成が記載されている。

一般に、ブラシの摩耗や変形する要因は、電気的要因と機械的要因が挙げられるが、上述した特許文献１の構成の場合、回転子の軸方向の中央に配置されたブラシの摩耗、変形が機械的要因によって生じる可能性が高いと考えられる。

これは、後述するが、回転子の撓みが最も大きくなる箇所は、軸受での回転支持から最も離れた位置であるからと考えられる。

特許文献１の図２では、ブラシの位置が回転子の軸方向中心付近に配置されていることから、回転子の撓みによる機械的要因の影響が大きくなる。また、特許文献１の構成は、２つの回転子を励磁する電流に差を設けた構成であるが、どの位置に配置されたブラシに通電するか不明であるため、通電による電気的要因と機械的要因の影響が最も低減される構成とは言えない。

このようなことから、特許文献１に記載されている構成では、ブラシの長期健全性を確保するには問題があると言わざるを得ない。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、ブラシ方式での給電による励磁形回転電機のブラシの機械的要因による摩耗、変形を低減し、ブラシの長期健全性を確保できる回転電機及びそれを用いたダンプトラック用回転電機システムを提供することにある。

本発明の回転電機は、上記目的を達成するために、フレームと、該フレーム内に設置された励磁電流が異なる複数の励磁形回転電機と、励磁電流が異なるそれぞれの前記励磁形回転電機に電流を供給する少なくともブラシを有する給電装置と、励磁電流が異なるそれぞれの前記励磁形回転電機の回転子と締結し、前記回転子と共に回転するシャフトと、該シャフトを回転支持する軸受とを備えた回転電機であって、励磁電流が異なるそれぞれの前記励磁形回転電機に電流を供給する複数の前記ブラシを、励磁電流が高い順に前記軸受側から順次軸方向中心に向かって配置したことを特徴とするか、
或いは、フレームと、該フレーム内に設置された励磁電流が異なる第１及び第２の励磁形回転電機と、前記第１及び第２の励磁形回転電機のそれぞれに電流を供給する第１及び第２のブラシとスリップリングと、前記第１及び第２の励磁形回転電機の回転子と締結し、前記回転子と共に回転するシャフトと、該シャフトを回転支持する軸受とを備えた回転電機であって、前記第１及び第２のブラシは、前記軸受と前記第１の励磁形回転電機との間に配置され、かつ、前記第１及び第２のブラシのうち励磁電流の高い方のブラシが前記軸受側に配置されていることを特徴とする。

また、本発明のダンプトラック用回転電機システムは、上記目的を達成するために、第１の励磁形回転電機、第２の励磁形回転電機、エンジン、変換器及び駆動用回転電機を冷却するためのブロアを備え、前記エンジンが駆動することで前記第１及び第２の励磁形回転電機で発電し、前記変換器を介して電力を供給するダンプトラック用回転電機システムであって、前記第１及び第２の励磁形回転電機は、上記構成の回転電機であることを特徴とする。

本発明によれば、ブラシ方式での給電による励磁形回転電機のブラシの機械的要因による摩耗、変形を低減し、ブラシの長期健全性を確保することができる。

本発明の回転電機の実施例１を示す全体構成図である。 図１のＡ－Ａ´線に沿った断面を示し、極数８極のうちの１極を示す断面図である。 図１のＢ－Ｂ´線に沿った断面を示し、極数１０極のうちの１極を示す断面図である。 図１における給電装置近傍を拡大して示す図である。 機械的要因となる回転子における支点と撓みの関係を説明するための図である。 電気的要因となる電流密度とブラシ摩耗量の関係を説明するための特性図である。 本発明の回転電機の実施例２を示し、給電装置近傍を拡大して示す図である。 本発明の回転電機の実施例３を示し、給電装置近傍を拡大して示す図である。 図７の実施例２におけるロッドと零相ブラシとの絶縁関係を説明するための図である。 図８の実施例３におけるロッドと零相ブラシとの絶縁関係を説明するための図である。 本発明の回転電機の実施例４を示す全体構成図である。 図１０のＣ－Ｃ´線に沿った断面を示し、極数１０極のうちの１極を示す断面図である。 本発明の回転電機の実施例５示し、給電装置近傍を拡大して示す図である。 本発明の回転電機の実施例６を示し、スリップリングとブラシとの軸方向幅の寸法関係を説明するための図である。 本発明の回転電機の実施例７を示し、給電装置を軸方向から見た図である。 本発明の回転電機の実施例８を示し、給電装置の拡大図である。 本発明の実施例９であり、ダンプトラック用回転電機システムを示す構成図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の回転電機及びそれを用いたダンプトラック用回転電機システムを説明する。なお、各図において、同一構成部品は同符号を使用する。

図１に、本発明の回転電機１００の実施例１の全体構成を示し、主にエンジンと接続して使用する回転電機１００である。本実施例の回転電機１００の回転速度は、数千ｍｉｎ－１クラスの回転電機であり、大型ダンプトラック用の電源として適用される。

図１に示すように、フレーム１内には、第１の励磁形回転電機２、第２の励磁形回転電機３、第１の励磁形回転電機２の回転子４、第２の励磁形回転電機３の回転子６、第１の励磁形回転電機２の固定子５、第２の励磁形回転電機３の固定子７、第１の励磁形回転電機２の回転子４と第２の励磁形回転電機３の回転子６に励磁電流を通電するための給電装置８が配置されている。

第１の励磁形回転電機２の回転子４と固定子５の軸方向端部には、回転子コイルエンド３９ａ、固定子コイルエンド３９ｂが突出し、第２の励磁形回転電機３の回転子６と固定子７の軸方向端部には、回転子コイルエンド４０ａ、固定子コイルエンド４０ｂが突出し、フレーム１には、第１の励磁形回転電機２の回転子４と第２の励磁形回転電機３の回転子６が回転するための軸受９が、回転子４と回転子６が篏合されたシャフト１０を回転可能に支持するように設けてある。

図１では、上述したように、エンジンと接続するため軸受９が無い方は、エンジン側（図１の右側）の軸受（図示せず）で支えることとなる。無論、回転電機１００の両側に軸受９を設けて、シャフト１０を回転可能に支持しても問題は無い。

図１のフレーム１には、冷媒が流入する流入口１１が形成されており、後述するが、流入口１１に入る冷媒１２は、回転電機１００とは別に配置するブロア３０１（図１６参照）により送り込まれる。冷媒１２は、流入口１１から図１の右方向に流れ、矢印で示すように大気（開放）へ流出される。

図２は、図１のＡ－Ａ´線に沿った断面を示し、極数８極のうちの１極を示す断面図である。

図２に示すように、第１の励磁形回転電機２の回転子４及び固定子５を構成する主な部品として、回転子鉄心１３と、この回転子鉄心１３と径方向に所定のギャップ１７をもって対向配置された固定子鉄心１４と、回転子鉄心１３に巻回された界磁コイル１５と、固定子鉄心１４のスロットに巻回された固定子コイル１６と、回転子鉄心１３の頭部に配置されたポールシュー１８と、固定子鉄心１４のスロットに巻回された固定子コイル１６を固定する固定子楔１９とで概略構成されている。

第１の励磁形回転電機２の回転子鉄心１３とポールシュー１８は、ボルト或いはダブテイル構造により接続され、固定子５とフレーム１の固定部は、周方向に所定の間隔をもって位置しており、その固定部の間のフレーム１には、軸方向に冷媒１２を流すための第１の励磁形回転電機２の背面ダクト２０が設けられている。

図３は、図１のＢ－Ｂ´線に沿った断面を示し、極数１０極のうちの１極を示す断面図である。

図３に示すように、第２の励磁形回転電機３の回転子６、固定子７を構成する主な部品として、回転子鉄心２１と、この回転子鉄心２１と径方向に所定のギャップ２５をもって対向配置された固定子鉄心２２と、回転子鉄心２１のスロットに巻回された界磁コイル２３と、固定子鉄心２２のスロットに巻回された固定子コイル２４と、回転子鉄心２１の界磁コイル２３の周方向間の頭部に設けられたダンパーバー２６と、回転子鉄心２１のスロットに巻回された界磁コイル２３を固定する回転子楔２７と、固定子鉄心２２のスロットに巻回された固定子コイル２４を固定する固定子楔２８とで概略構成されている。

第２の励磁形回転電機３の回転子鉄心２１の内径側には、軸方向に冷媒１２を流すためのアキシャルダクト２９が設けられており、固定子７とフレーム１の固定部は、周方向に所定の間隔をもって位置しており、その固定部の間には軸方向に冷媒１２を流すための第２の励磁形回転電機３の背面ダクト３０が設けられている。

従って、フッレーム１に形成された流入口から流入した冷媒１２が流れる順序は、給電装置８、第１の励磁形回転電機２の通風路（ギャップ１７、背面ダクト２０)を流れ、第２の励磁形回転電機３の通風路（ギャップ２５、アキシャルダクト２９、背面ダクト３０）を経由して大気に放出される。

背景技術で説明したように、本実施例の回転電機１００は、補助電源用と駆動用電源（以下、主電源という）の励磁形回転電機２台の構成となる。電源容量としては、補助電源＜主電源の関係となり、補助電源が数百ｋＶＡ、主電源が数千ｋＶＡとなる。両者の励磁形回転電機は、同軸上で同じ回転速度で回転するため、容量の大きい方が励磁形回転電機の体格も大きくなり、同様に回転子の励磁電流も容量が大きい方が大きくなる。

このことを踏まえると、図１からも明らかなように、第１の励磁形回転電機２が補助電源となり、第２の励磁形回転電機３が主電源となる。励磁電流の大きさも、第１の励磁形回転電機２の回転子４＜第２の励磁形回転電機３の回転子６の関係となる。

図４に、第１の励磁形回転電機２の回転子４と第２の励磁形回転電機３の回転子６に励磁電流を通電するための給電装置８を拡大して示す。

図４に示すように、給電装置８は、スリップリング３１、ブラシ３２、ブラシホルダー３３及びロッド３４で構成されている。

図示してないが、励磁用電源とブラシ３２が接続されており、励磁電流は、ブラシ３２とスリップリング３１が摺動接触して第１の励磁形回転電機２の回転子４と第２の励磁形回転電機３の回転子６へ供給されている。ブラシ３２は、ブラシホルダー３３に格納され、ロッド３４によりフレーム１にブラシホルダー３３を固定している。ロッド３４は、ブラシ同士の短絡を防止するため、通常は絶縁処理を施している。

図４に示すように、励磁電流を供給する接点は、第１のブラシ３５ａ、第２のブラシ３５ｂの電流の正負を一対とする２組が配置されており、第１のブラシ３５ａと第２のブラシ３５ｂブラシは、寸法、形状、材質は全て同一である。励磁電流は、第２のブラシ３５ｂから第２の励磁形回転電機３の回転子６へ、第１のブラシ３５ａからは第１の励磁形回転電機２の回転子４へ供給されている。

即ち、励磁電流が大きい方の第２のブラシ３５ｂ（ブラシの電流密度が高い）を軸受９の直近に配置し、励磁電流が小さい方の第１のブラシ３５ａを軸方向の中心側に配置している。

このようなブラシ３２の配置は、ブラシ３２に対する電気的要因と機械的要因の関係から、本実施例の配置が最良と言える。

図５に、機械的要因となる回転子における支点と撓みの関係を示す。

図５に示すように、回転子は回転することで撓むことになるが、励磁形回転電機の定性的な構成から、回転部材は軸方向の中心付近に集中する。

つまり、回転する自重が軸方向中心付近に集中することになるため、撓み量も多くなる。仮に、回転径が均一な回転子と考えた場合でも、回転支持（軸受）から最も離れた位置の撓み量が多くなる。よって、図５に示すように、軸方向中心の撓みが最大となり、回転支持（軸受）に向かって撓み量は小さくなっていくことになる。

これを踏まえ、図４に示した軸方向中心側に配置された第２のブラシ３５ｂが最も回転子の撓みによる影響が大きくなると言える。回転子の撓みにより、第２のブラシ３５ｂは、スリップリング３１により叩かれる作用が生じる。この作用により、軸方向中心側に配置された第１のブラシ３５ａは摩耗と変形が生じやすくなる。逆に軸受９の直近に配置された第２のブラシ３５ｂは影響が小さいくなる。

このことから、ブラシ３２の配置順により機械的要因の影響が異なるため、ブラシ３２の摩耗量、変形による不具合リスクに差が生じることとなる。

図６に、電気的要因となる電流密度とブラシの摩耗量の関係を示す。

図６に示すように、電流密度が高くなると、ブラシの摩耗量は図中Ａで示すように非線形的に増加していく。上述した機械的要因を無視した場合の機械的要因による摩耗は、ブラシ３２とスリップリング３１の摺動による摩耗のみとなり、図中Ｂで示した点線となる。この機械的要因と電気的要因に対する摩耗量への影響は、電気的要因による摩耗量が支配的であることが知られている。

上記の機械的要因と電気的要因の関係から、励磁電流が大きい第２のブラシ３５ｂを軸受９の直近に配置することで、ブラシ３２の異常摩耗、変形するリスクを低減できるため、ブラシ３２の長期健全性を確保することができる。

なお、上述した本実施例では、励磁形回転電機が２台の構成だが、励磁形回転電機が複数台の構成で励磁電流に差が生じる場合は、ブラシ３２を励磁電流が大きい順に軸受９の直近から順次、軸方向中心側に向かって配置すれば良い。

このような本実施例の構成とすることにより、ブラシ方式での給電による励磁形回転電機のブラシの機械的要因による摩耗、変形を低減し、ブラシの長期健全性を確保することができる。

図７に、本発明の回転電機１００の実施例２を示す。

図７に示す本実施例の回転電機１００は、図４に示した給電装置８に零相ブラシ３６を追加した例である。

即ち、図７に示すように、零相ブラシ３６を給電装置８より軸方向中心側、つまり、第１のブラシ３５ａと第２のブラシ３５ｂより軸方向中心側に配置している。

零相ブラシ３６の目的は軸電圧を放電するために設けており、軸電圧による電流が発生しにくく、或いは励磁電流に対して微小な場合、ブラシ３２の摩耗する要因は機械要因が支配的となるため、零相ブラシ３６は軸方向中心側に配置されることになる。

このような本実施例の構成であっても、実施例１と同様な効果が得られる。

図８に、本発明の回転電機１００の実施例３を示す。

図８に示す本実施例の回転電機１００は、図７に示した実施例２とは逆に零相ブラシ３６を軸受９の直近に配置している例である。

即ち、図８に示すように、零相ブラシ３６を給電装置８より軸受９側、つまり、第１のブラシ３５ａと第２のブラシ３５ｂより軸受９側に配置している。軸電圧による電流が過大であり励磁電流よりも高くなる場合、軸受９の直近に零相ブラシ３６が配置されることになる。

このような本実施例の構成であっても、実施例１と同様な効果が得られる。

また、図７及び図８に示すように、本実施例の回転電機には、スリップリング３１と第１の励磁形回転電機２の界磁コイル１５及び第２の励磁形回転電機３の界磁コイル２３を、リード線４２により接続するために励磁線接続部４１が設けられているが、励磁線接続部４１は、零相ブラシ３６に対しては高電圧となるため、絶縁距離を確保する必要がある。

図７に示した実施例２の構成で適切な絶縁距離を確保できない場合は、図８に示した構成にすることで、零相ブラシ３６と励磁線接続部４１の距離を長くすることができるため、絶縁距離を確保することが可能となる。

よって、スリップリング３１の軸方向端部に励磁線接続部４１を設け、その反対側端部に零相ブラシ３６を配置することが絶縁距離を確保するには最良である。

更に、零相ブラシ３６を設ける場合、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、ロッド３４は、零相ブラシ３６が配置される部位は絶縁しなくてよい。これにより、零相ブラシ３６が収納されるブラシホルダー３３とロッド３４が、直接接触するため零相ブラシ３６用の配線が不要になる。

図１０及び図１１に、本発明の回転電機１００の実施例４を示す。

図１０及び図１１に示す本実施例の回転電機１００は、第２の励磁形回転電機３に通風ダクト３７ａ、３７ｂを追加した例である。

該図に示すように、第２の励磁形回転電機３には、複数の通風ダクト３７ａ、３７ｂが、周方向に所定間隔を持ち、かつ、径方向に延びて放射状に配置されており、このように配置された複数の通風ダクト３７ａ、３７ｂの間を、アキシャルダクト２９から流れてきた冷媒１２が径方向へと流れるようになっている。

上記したように通風ダクト３７ａ、３７ｂを設けることで、第２の励磁形回転電機３の回転子６及び固定子７の冷却性能の向上と同時に、通風ダクト３７ａ、３７ｂ部分の第２の励磁形回転電機３の回転子鉄心２１が無くなるため（アキシャルダクト２９が形成された分、通風ダクト３７ａ、３７ｂ部分の回転子鉄心２１が無くなること）、上述した軸方向中心付近の自重が減り、撓み量も小さくなることから、ブラシ３２の健全性も高くする効果がある。

なお、本実施例では、第２の励磁形回転電機３に通風ダクト３７ａ、３７ｂを設けているが、第１の励磁形回転電機２にも同様に通風ダクト３７ａ、３７ｂを設けても同じ効果が得られる。

更に、本実施例では、紙面左から給電装置８、第１の励磁形回転電機２、第２の励磁形回転電機３の順に配置されている。上述したように、容量の関係から体格は第２の励磁形回転電機３が最も大きく、次に第１の励磁形回転電機２、給電装置８の順となり、冷媒１２の流入口１１は、各図の左上のフレーム１に形成されている。

冷却の観点からは、冷媒１２の流れやすさを考慮すると、流入口１１を基準に体格の小さい部品から順次配置することで、冷媒１２は流れやすくなる。これはフレーム１の中に第１の励磁形回転電機２と第２の励磁形回転電機３及び給電装置８の３部品を配置するため、部品の体格が大きくなれば通風路の面積が小さくなっていくためである。また、流入口１１を左上のフレーム１に配置することで、直接、給電装置８のスリップリング３１に冷媒１２を流すことが可能になる。

また、通常、スリップリング３１及びブラシ３２は、通電されるため発熱する。ブラシ３２の成分は黒鉛と銅の合金であり、一方、スリップリング３１は銅であるため、熱伝導率の差からもスリップリング３１に直接、冷媒１２を当てたほうが効果的に冷却することができる。言い換えれば、ブラシ３２及びブラシホルダー３３を配置した位置と対抗する位置のフレーム１に流入口１１を設けることが有効である。

なお、本実施例で示した第１の励磁形回転電機２は極数８極、固定子５のスロット数は４８、第２の励磁形回転電機３の極数１０極、固定子７のスロット数は９０であるが、他の極数、スロット数としても本実施例と同様な効果は得られる。

また、回転子形状も第１も励磁形回転電機２は突極形であり、第２の励磁形回転電機３は円筒形としているが、逆或いは双方が同一でも問題ない。更に、励磁電流を直流電流（正負一対）で説明したが、交流励磁を複数通電する方式でも本実施例の効果は得られる。

図１２に、本発明の回転電機１００の実施例５を示す。

図１２に示す本実施例の回転電機１００は、給電装置８における第１ブラシ３５ａ及び第２のブラシ３５ｂとスリップリング３１又はブラシホルダー３３の軸方向の間隔が不等となるように配置されている。

即ち、本実施例の給電装置８においては、第１のブラシ３５ａ及び第２のブラシ３５ｂは、第２のブラシ３５ｂのスリップリング３１（ブラシホルダー３３でも良い）の軸方向の間隔をＷ１、第１のブラシ３５ａのスリップリング３１（ブラシホルダー３３でも良い）の軸方向の間隔をＷ２、第１のブラシ３５ａと第２のブラシ３５ｂのスリップリング３１（ブラシホルダー３３でも良い）の軸方向間隔をＷ３とすると、Ｗ１＞Ｗ２、Ｗ３≧Ｗ１の関係となるように配置されている。

通常、第２のブラシ３５ｂは、実施例１で説明したように、励磁電流が第１のブラシ３５ａよりも大きいため、温度も高くなる。そのため、冷却性能を高くする必要がある。

本実施例のように、励磁電流が大きい方のブラシ３２とスリップリング３１又はブラシホルダー３３の軸方向の間隔を大きくすることで、冷媒１２が隙間を流れやすくなり冷却性能が向上することができる。また、第２のブラシ３５ｂが摩耗したことにより発生するダストの固着、付着も冷媒１２により排出しやすくなる。

図１３に、本発明の回転電機１００の実施例６を示す。

図１３に示す本実施例の回転電機１００は、ブラシ３２の軸方向幅（Ｌ２）よりも、スリップリング３１の軸方向幅（Ｌ１）を大きくしている。

スリップリング３１の軸方向幅（Ｌ１）をブラシ３２の軸方向幅（Ｌ２）よりも大きくすることで、ブラシ３２の軸方向の振動等によるズレや組み立てのばらつきに対しても、スリップリング３１とブラシ３２の接触を確保することができる（スリップリング３１の軸方向幅（Ｌ１）がブラシ３２の軸方向幅（Ｌ２）よりもが大きい分、ブラシ３２との接触が確保される）。

また、スリップリング３１自体の表面積が大きくなることから、冷媒１２の伝熱面積も大きくなるため、冷却性能を向上させることができる。

図１４に、本発明の回転電機１００の実施例７を示す。

上述した実施例１～３までは、給電装置８のロッド３４に対して、第１及び第２のブラシ３５ａ及び３５ｂ、ブラシホルダー３３を周方向で同じ位置で配置しており、図１４から見た方向（軸方向）では一列となる（第１及び第２のブラシ３５ａ及び３５ｂ、ブラシホルダー３３が軸方向に重なっている）が、図１４に示す本実施例では、第１のブラシ３５ａと第２のブラシ３５ｂを分離して、周方向に異なる位置に配置している。

これにより、一本のロッド３４に加わる自重が分離されるため、ロッド３４自体の振動が抑えられ、信頼性を向上することができる。

また、本実施例では大地側は下となり、ブラシ３２、ブラシホルダー３３の配置は、第２のブラシ３５ｂが３時～６時方向の間で、第１のブラシ３５ａが６時～９時方向の間に配置している。

定期点検やブラシ交換用の窓を図１４の３時、９時の位置にフレーム１へ設けた場合、上記した第１のブラシ３５ａ及び第２のブラシ３５ｂの配置とすることで、メンテンナス時にブラシ３２、ブラシホルダー３３の全体が目視で確認しやすくなり、ブラシ３２の交換の作業性も向上する。

図１５に、本発明の回転電機１００の実施例８を示す。

図１５に示す本実施例の回転電機１００は、スリップリング３１の第１のブラシ３５ａ及び第２のブラシ３５ｂが接触する面（外周面）に、複数の溝３８を螺旋状に設けたものである。

本実施例のように、スリップリング３１の第１のブラシ３５ａ及び第２のブラシ３５ｂが接触する面（外周面）に、複数の溝３８を螺旋状に設けることで、ブラシ３２の接触面における電流の不平衡を均一化することができる。また、スリップリング３１の第１のブラシ３５ａ及び第２のブラシ３５ｂが接触する接触面に複数の螺旋状の溝３８を設けているため、接触部の冷却性能も向上する。

図１６に、本発明の実施例９として、上述した実施例の回転電機１００をダンプトラック用回転電機システムに適用した例を示す。

図１６に示すように、実施例のダンプトラック用回転電機システムは、実施例１から実施例８で説明した回転電機１００のいずれかが、カップリング５０を介してエンジン２００に直結される。エンジン２００が駆動することで、回転電機１００から電力変換器２０１ａ及び２０１ｂへ電力が供給される。電力変換器２０１ａは、ダンプトラックの駆動用回転電機３００に電力を供給する。一方、電力変換器２０１ｂは、回転電機１００を冷却するための冷媒１２を流すブロア３０１等の補機用の電力として供給する。

このような本実施例の構成とすることで、回転電機１００として、ブラシ方式での給電による第１及び第２の励磁形回転電機２及び３のブラシ３２の機械的要因による摩耗、変形を低減し、ブラシの長期健全性を確保することができるので、ダンプトラック用回転電機システムには有効である。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれている。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…フレーム、２…第１の励磁形回転電機、３…第２の励磁形回転電機、４…第１の励磁形回転電機の回転子、５…第１の励磁形回転電機の固定子、６…第２の励磁形回転電機の回転子、７…第２の励磁形回転電機の固定子、８…給電装置、９…軸受、１０…シャフト、１１…流入口、１２…冷媒、１３…第１の励磁形回転電機の回転子鉄心、１４…第１の励磁形回転電機の固定子鉄心、１５…第１の励磁形回転電機の界磁コイル、１６…第１の励磁形回転電機の固定子コイル、１７…第１の励磁形回転電機のギャップ、１８…ポールシュー、１９…第１の励磁形回転電機の固定子楔、２０…第１の励磁形回転電機の背面ダクト、２１…第２の励磁形回転電機の回転子鉄心、２２…第２の励磁形回転電機の固定子鉄心、２３…第２の励磁形回転電機の界磁コイル、２４…第２の励磁形回転電機の固定子コイル、２５…第２の励磁形回転電機のギャップ、２６…ダンパーバー、２７…第２の励磁形回転電機の回転子楔、２８…第２の励磁形回転電機の固定子楔、２９…アキシャルダクト、３０…第２の励磁形回転電機の背面ダクト、３１…スリップリング、３２…ブラシ、３３…ブラシホルダー、３４…ロッド、３５ａ…第１のブラシ、３５ｂ…第２のブラシ、３６…零相ブラシ、３７ａ、３７ｂ…通風ダクト、３８…螺旋状の溝、３９ａ…第１の励磁形回転電機の回転子の回転子コイルエンド、３９ｂ…第１の励磁形回転電機の固定子の固定子コイルエンド、４０ａ…第２の励磁形回転電機の回転子の回転子コイルエンド、４０ｂ…第２の励磁形回転電機の固定子の固定子コイルエンド、４１…励磁線接続部、４２…リード線、５０…カップリング、１００…回転電機、２００…エンジン、２０１ａ、２０１ｂ…電力変換器、３００…ダンプトラックの駆動用回転電機、３０１…ブロア。

Claims (14)

1. フレームと、該フレーム内に設置された励磁電流が異なる複数の励磁形回転電機と、励磁電流が異なるそれぞれの前記励磁形回転電機に電流を供給する少なくともブラシを有する給電装置と、励磁電流が異なるそれぞれの前記励磁形回転電機の回転子と締結し、前記回転子と共に回転するシャフトと、該シャフトを回転支持する軸受とを備えた回転電機であって、
   励磁電流が異なるそれぞれの前記励磁形回転電機に電流を供給する複数の前記ブラシを、励磁電流が高い順に前記軸受側から順次軸方向中心に向かって配置したことを特徴とする回転電機。
2. フレームと、該フレーム内に設置された励磁電流が異なる第１及び第２の励磁形回転電機と、前記第１及び第２の励磁形回転電機のそれぞれに電流を供給する第１及び第２のブラシとスリップリングと、前記第１及び第２の励磁形回転電機の回転子と締結し、前記回転子と共に回転するシャフトと、該シャフトを回転支持する軸受とを備えた回転電機であって、
   前記第１及び第２のブラシは、前記軸受と前記第１の励磁形回転電機との間に配置され、かつ、前記第１及び第２のブラシのうち励磁電流の高い方のブラシが前記軸受側に配置されていることを特徴とする回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機であって、
   前記第１の励磁形回転電機を補助励磁形回転電機とし、前記第２の励磁形回転電機を主励磁形回転電機とすると共に、前記第１のブラシを前記補助励磁形回転電機用とし、前記第２のブラシを前記主励磁形回転電機用としたことを特徴とする回転電機。
4. 請求項３に記載の回転電機であって、
   前記補助励磁形回転電機と前記主励磁形回転電機及び前記第１のブラシと前記第２のブラシは、前記シャフト上に、前記軸受側から前記第２のブラシ、第１のブラシ、前記補助励磁形回転電機及び前記主励磁形回転電機の順に配置されていることを特徴とする回転電機。
5. 請求項２乃至４のいずれか１項に記載の回転電機であって、
   前記第１及び第２のブラシは、同じ形状、同じ寸法、同じ材質であることを特徴とする回転電機。
6. 請求項４に記載の回転電機であって、
   前記第１及び第２のブラシより軸方向中心側又は前記軸受側の前記シャフト上に、軸電圧を放電する零相ブラシが設置されていることを特徴とする回転電機。
7. 請求項２乃至６のいずれか１項に記載の回転電機であって、
   前記第１及び第２の励磁形回転電機には、回転子鉄心の内径側に軸方向に冷媒を流すためのアキシャフダクトが設けられていると共に、複数の通風ダクトが、周方向に所定間隔を持ち、かつ、径方向に延びて放射状に配置されており、前記アキシャフダクトから流れてきた前記冷媒が、複数の前記通風ダクトの間を径方向へと流れるように構成されていることを特徴とする回転電機。
8. 請求項２乃至７のいずれか１項に記載の回転電機であって、
   前記フレームには冷媒を内部に導く流入口が設けられており、前記流入口は、前記第１及び第２のブラシと、この第１及び第２のブラシを保持するブラシホルダーが配置されている位置と対向する位置に設けられていることを特徴とする回転電機。
9. 請求項８に記載の回転電機であって、
   前記第１及び第２のブラシと前記スリップリング又は前記ブラシホルダーの軸方向の間隔が不等となるように配置されていることを特徴とする回転電機。
10. 請求項９に記載の回転電機であって、
    前記第１及び第２のブラシは、前記第２のブラシの前記スリップリング又は前記ブラシホルダーの軸方向の間隔をＷ１、前記第１のブラシの前記スリップリング又は前記ブラシホルダーの軸方向の間隔をＷ２、前記第１のブラシと前記第２のブラシの前記スリップリング又は前記ブラシホルダーの軸方向間隔をＷ３とすると、Ｗ１＞Ｗ２、Ｗ３≧Ｗ１の関係となるように配置されていることを特徴とする回転電機。
11. 請求項２乃至１０のいずれか１項に記載の回転電機であって、
    前記第１及び第２のブラシの軸方向幅よりも、前記スリップリングの軸方向幅を大きくしたことを特徴とする回転電機。
12. 請求項２乃至１１のいずれか１項に記載の回転電機であって、
    前記第１のブラシと前記第２のブラシを、周方向に異なる位置となるように配置していることを特徴とする回転電機。
13. 請求項２乃至１２のいずれか１項に記載の回転電機であって、
    前記スリップリングの前記第１及び第２のブラシが接触する面に、複数の螺旋状の溝を設けたことを特徴とする回転電機。
14. 第１の励磁形回転電機、第２の励磁形回転電機、エンジン、変換器及び駆動用回転電機を冷却するためのブロアを備え、前記エンジンが駆動することで前記第１及び第２の励磁形回転電機で発電し、前記変換器を介して電力を供給するダンプトラック用回転電機システムであって、
    前記第１及び第２の励磁形回転電機は、請求項２乃至１３のいずれか１項に記載の回転電機であることを特徴とするダンプトラック用回転電機システム。

Images