JP5746115B2 - 回転電機 - Google Patents
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Description
さらに、外周面の周方向で隣り合う第一開口部は互いに、回転シャフトの軸方向での位置が異なっていてもよい。
また、電気接続部は、回転シャフトの軸方向に向かって面する側面に第二開口部を有し、第二開口部は、第一開口部に連通してもよい。
さらに、第二開口部は、電気接続部を回転シャフトの軸方向に貫通する穴を形成してもよい。
また、第一開口部は、外周面の周方向に沿って複数設けられると共に回転シャフトの軸方向に沿って複数設けられ、接触領域には、回転シャフトの軸方向に沿って並ぶ第一開口部による複数の列が近接して配置された少なくとも1つの開口部群が形成されてもよい。
第一開口部は、外周面に対するブラシの接触面積よりも小さい面積で開口すると共に、外周面から回転シャフト側に向かって延在する穴であってもよい。
さらに、溝は、回転シャフト側に向かって窪んでいると共に、外周面における周方向での開口幅が、外周面に対するブラシの接触面の周方向の幅よりも狭くなっていてもよい。
また、突起は、外周面の周方向に沿って複数設けられてもよい。
実施の形態1.
まず、図1〜図3を用いて、この発明の実施の形態1に係る回転電機1の構成を説明する。
回転シャフト10は、その両端でハウジング2を貫通して外部に延び、ベアリングを介してハウジング2によって回転自在に支持されている。回転シャフト10の一方の端部は、図示しない動力に機械的に連結され、他方の端部には、回転電機1の外部と電力の需給を行うためのスリップリング機構100が取り付けられている。スリップリング機構100は、回転シャフト10と一体に回転するように構成されている。
第二ロータ12は、第一ロータ11の径方向外側周囲を囲むようにして設けられ、略円筒状の第二ロータブラケット12aによって支持されている。第二ロータ12及び第二ロータブラケット12aは一体となって、回転シャフト10の外周面10aによって相対回転可能に支持される。第二ロータ12は、その内部に、周方向に沿って配置された永久磁石12bを有している。
ステータ13は、第二ロータ12の径方向外側周囲を囲むようにして設けられ、ハウジング2に固定されている。ステータ13は、その内部に、周方向に沿って配置された図示しないコイルを有している。
各バスバー21は、回転シャフト10の外周面10aの3つの端子穴10dに挿入され且つ回転シャフト10に対して電気的に絶縁された導電性のある接続端子22の1つ、及びこの接続端子22に接続されたリード23を介して第一ロータ11のコイルと電気的に接続されている。さらに、各バスバー21は、回転シャフト10の凹部10c内に充填された絶縁材料である樹脂24によって、他のバスバー21及び回転シャフト10と電気的に絶縁されている。
このとき、絶縁板101、102及び103、スリップリング110、120及び130、並びに端部絶縁板104は、それぞれの中心軸を回転シャフト10の回転中心軸である中心軸C(図2参照)と同一にしている。
カバー3の円筒状の内周面3aには、スリップリング機構100のスリップリング110、120及び130それぞれの周面に対向する位置に、ブラシ装置105、106及び107が設けられ固定されている。ブラシ装置105、106及び107はそれぞれ、そのブラシをスリップリング110、120及び130に接触させている。また、図2に示されるブラシ装置105のように、ブラシ装置105、106及び107はそれぞれ、内周面3aの周方向に沿って等間隔に3つずつ設けられ、いずれも同じ構造である。
また、カバー3の内部は、中心軸C(図2参照)方向でブラシ装置105、106又は107に対向するようにカバー3に形成されたカバー貫通穴3bを介して、外部に連通し、中心軸C方向でブラシ装置105、106又は107に対向するようにハウジング2に形成されたハウジング貫通穴2aを介して、ハウジング2の内部に連通する。
第一、第二及び第三ブラシ装置105a、105b及び105cはそれぞれ、カバー3に固定され且つ挿入穴105ac、105bc及び105ccを有するブラシ保持部105ab、105bb及び105cbと、ブラシ保持部の挿入穴にスライド可能に挿入されたブラシ105aa、105ba及び105caとによって構成されている。ブラシ105aa、105ba及び105caはそれぞれ、スリップリング110の径方向にスライド可能であり、図示しない付勢部材によってスリップリング110の周面に押し付けられている。さらに、ブラシ105aa、105ba及び105caはそれぞれ、図示しないリードによって外部のインバータ、バッテリ等の電気機器と電気的に接続されている。
また、第一ブラシ装置105a、第二ブラシ装置105b及び第三ブラシ装置105cは、回転シャフト10の周方向に等間隔に配置され、中心軸Cを中心とした中心角120°の回転対称の関係となっている。
スリップリング110の断面を示す図2と、図2においてスリップリング110を円筒の側方からみた平面図を示す図3とをあわせて参照すると、スリップリング110は、回転シャフト10の外周面10aに固定された金属製で円筒状の本体111を有している。本体111は、回転シャフト10と共に、方向P(図2の紙面上では反時計回りの方向)に回転する。そして、本体111の円筒状の外周面111aには、ブラシ装置105のブラシ105aa〜105caが接触している。
このため、本体111と共に回転する外周面111aには、回転時にブラシ105aa〜105caと接触する接触領域111aaと、回転時及び非回転時に関わらずブラシ105aa〜105caと接触しない非接触領域111abとに区画される。
外周面111aの接触領域111aaには、周方向に沿って一定の間隔をあけて複数の穴113が形成されている。穴113は、中心軸Cに沿う方向には1つずつ形成されている。さらに、穴113は、円形断面を有して回転シャフト10に向かって延び、外周面111aに対するブラシ105aa〜105caの接触面よりも小さい面積で外周面111aに開口している。ここで、穴113は、第一開口部を構成している。
なお、本実施の形態1のように金属製の本体111の場合、突起112は、外周面111aに対して回転方向Pに向かって切り込みをいれ、切り込み部を外周面111aから離れる方向に引き起こすことによって、形成されることが可能である。また、突起112は、成形時に本体111と共に形成されてもよい。
図1を参照すると、スリップリング120の貫通穴124及びスリップリング130の貫通穴134はそれぞれ、回転シャフト10の中心軸C(図2参照)に沿う方向で見たとき、スリップリング110の貫通穴114と同一の位置及び断面形状となるように形成されている。
さらに、絶縁板101、102及び103並びに端部絶縁板104にもそれぞれ、回転シャフト10の中心軸C(図2参照)に沿う方向にこれらを貫通する複数の貫通穴101a、102a、103a及び104aが形成されている。貫通穴101a〜104aもそれぞれ、回転シャフト10の中心軸Cに沿う方向で見たとき、スリップリング110の貫通穴114と同一の位置及び断面形状となるように形成されている。よって、スリップリング110〜130の貫通穴114〜134、絶縁板101〜103の貫通穴101a〜103a、及び端部絶縁板104の貫通穴104aは、中心軸Cに沿う方向に一列に並んでいる。
図1を参照すると、ブラシ装置105〜107の各ブラシに三相交流電流が供給されると、供給された電流は、スリップリング機構100のスリップリング110、120及び130、各バスバー21、各接続端子22、並びに各リード23を介して、回転電機1の第一ロータ11のコイルに供給される。第一ロータ11のコイルを流れる電流は、回転磁界を発生し、この回転磁界が第二ロータ12の永久磁石12bに生じさせる電動トルクによって、第二ロータ12が回転される。
ハウジング2内に供給された外部の空気は、ハウジング貫通穴2aを通ってカバー3の内部に流入し、さらに、カバー3の内部を流通した後、カバー貫通穴3bを通って外部に排出される。
また、カバー3内の空気の一部は、絶縁板101の貫通穴101aに流入する。流入した空気は、中心軸C(図2参照)方向に連続する貫通穴101a、スリップリング110の貫通穴114、絶縁板102の貫通穴102a、スリップリング120の貫通穴124、絶縁板103の貫通穴103a、スリップリング130の貫通穴134、端部絶縁板104の貫通穴104aを順次通過し、その後、カバー貫通穴3bに向かって流れる。
各ブラシ105aa〜105caが接触する外周面111a上で突起112が発生する空気流によって、各ブラシ105aa〜105ca及びスリップリング110の本体111の空気による冷却効率が向上する。さらに、本体111は、突起112によって周囲の空気との接触面積を増加させ、放熱性を向上させているため、突起112が発生する空気流によって、より効率的に冷却される。これらの作用によって、各ブラシ105aa〜105caの温度上昇が抑えられる。さらにまた、各ブラシ105aa〜105caは、外周面111a上を摺動することによって接触面を摩耗させて摩耗粉を発生するが、外周面111aとの接触面から周囲に漏れ出す摩耗粉は、突起112が発生する空気流によって吹き飛ばされる。
さらに、スリップリング110の本体111は、穴113及び貫通穴114が形成されることによって、周囲の空気との接触面積を増加させ、放熱性を向上させる。そして、本体111は、周囲の空気のほか、貫通穴114内を流れる空気によっても冷却される。よって、本体111の冷却効率が向上し、この冷却効率の向上によっても、各ブラシ105aa〜105caの温度上昇が抑えられる。
この発明の実施の形態2に係る回転電機は、実施の形態1に係る回転電機1におけるスリップリング機構100のスリップリング110、120及び130において、本体の外周面に穴を形成し、形成した穴を本体の側面の貫通穴に連通させていたものを、本体の外周面に中心軸C方向に延びる複数の溝を形成するようにしたものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
回転シャフト10の外周面10aに固定されたスリップリング210の金属製で円筒状の本体211では、その外周面211aが、実施の形態1のスリップリング110と同様に、回転時にブラシ105aa〜105caと接触する接触領域211aaと、回転時及び非回転時ともブラシ105aa〜105caと接触しない非接触領域211abとに区画される。そして、外周面211aにおいて、接触領域211aaが中心軸Cに沿う方向の中央に、周方向に沿って帯状に形成され、非接触領域211abが接触領域211aaの両側にそれぞれ、周方向に沿って帯状に形成される。
そして、スリップリング210の溝213、及び他の2つのスリップリングの溝はそれぞれ、中心軸Cに沿う方向で見たとき、同一の位置及び断面形状となるように形成されている。
さらに、絶縁板101、102及び103並びに端部絶縁板104の貫通穴101a、102a、103a及び104aもそれぞれ、回転シャフト10の中心軸Cに沿う方向で見たとき、各スリップリングの溝と同一の位置となるように配置されている。(図1参照)
そして、スリップリング210において、各ブラシ105aa〜105caにおける本体211の外周面211aとの接触面に発生する摩耗粉の多くは、接触面と対向する溝213によって掻き取られるようにして回収され、溝213内を流れる空気流によってスリップリング機構100(図1参照)の外部に排出される。
さらに、溝213の形成によって放熱面積を増加させた本体211は、周囲の空気のほか、溝213を流れる空気によっても冷却される。またさらに、溝213を流れる空気が、各ブラシ105aa〜105caと直接接触し冷却する。この結果、各ブラシ105aa〜105caの温度上昇が抑えられる。
また、この発明の実施の形態2に係る回転電機のその他の構成及び動作は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
また、実施の形態2の回転電機において、スリップリング210の本体211の外周面211aには、回転シャフト10の軸方向に延び且つ外周面211aで開口する溝213が形成されている。これにより、溝213による外周面211aの周方向の開口幅を中心軸C方向に沿って均一にすることができるため、外周面211aの溝213上を摺動するブラシ105aa〜105caの接触面の摩耗を均等にすることができる。さらに、溝213を接触領域211aaの中心軸C方向全体に延在させることによって、ブラシ105aa〜105caの接触面全体にわたり、摩耗を均等にすることができる。また、溝213内に空気が流れるようにすると、流通する空気がブラシ105aa〜105caと直接接触しこれらを冷却することができる。
この発明の実施の形態3に係る回転電機は、実施の形態1に係る回転電機1におけるスリップリング機構100のスリップリング110、120及び130において、本体の外周面の周方向に沿って一定の間隔をあけて複数配置され且つ中心軸Cに沿う方向には1つだけが配置された穴が形成されていたものを、中心軸Cに沿う方向に穴を複数形成し、中心軸Cに沿って並ぶ穴の列を複数集めた領域を、外周面の周方向に沿って複数形成するようにしたものである
回転シャフト10の外周面10aに固定されたスリップリング310の金属製で円筒状の本体311では、その外周面311aが、実施の形態1のスリップリング110と同様に、ブラシ105aa〜105caとの接触領域311aaと非接触領域311abとに区画される。そして、外周面311aにおいて、接触領域311aaが中心軸Cに沿う方向の中央に、周方向に沿って帯状に形成され、非接触領域311abが接触領域311aaの両側にそれぞれ、周方向に沿って帯状に形成される。
各孔群313は、本実施の形態3では、中心軸Cに沿う方向に3つの穴313cが並ぶ第一孔列313aと、中心軸Cに沿う方向に2つの穴313cが並ぶ第二孔列313bとが、交互に等間隔で近接して3つずつ配置されて形成されている。
さらに、第一孔列313aの各穴313cと第二孔列313bの各穴313cとが中心軸C方向に占める幅領域同士は、互いにラップしている。そして、第一孔列313aの各穴313cと第二孔列313bの各穴313cとの中心軸C方向に占める幅領域の全体は、中心軸C方向の接触領域311aaの幅全体にわたる。
よって、本体311を方向Pに回転させたとき、ブラシ105aa〜105caそれぞれでは、外周面311aとの接触面が、その全領域にわたって穴313cと略均等に接触する。
そして、スリップリング310の貫通穴314、及び他の2つのスリップリングの貫通穴はそれぞれ、中心軸Cに沿う方向で見たとき、同一の位置及び断面形状となるように形成されている。
さらに、絶縁板101、102及び103並びに端部絶縁板104の貫通穴101a、102a、103a及び104aもそれぞれ、回転シャフト10の中心軸Cに沿う方向で見たとき、各スリップリングの貫通穴と同一の位置及び形状となるように形成されている。(図1参照)
さらに、穴313c及び貫通穴314の形成によって放熱面積を増加させた本体311は、周囲の空気のほか、貫通穴314を流れる空気によって冷却され、それにより各ブラシ105aa〜105caの温度上昇が抑えられる。
また、この発明の実施の形態3に係る回転電機のその他の構成及び動作は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
また、実施の形態3の回転電機では、穴313cが、外周面311aの周方向に沿って複数設けられると共に回転シャフト10の軸方向に沿って複数設けられ、接触領域311aaには、回転シャフト10の軸方向に沿って並ぶ穴313cによる複数の孔列313a及び313bが近接して配置された少なくとも1つの孔群313が形成されている。このとき、孔群313内に複数の孔列313a及び313bからなる複数の穴313cを配置することによって、各穴313cの径を小さくすることができると共に、孔群313内における穴313cによる開口を均等に配置することができる。これにより、スリップリング310の外周面311aに摺動しつつ接触するブラシ105aa〜105caでは、孔群313内に径が小さい穴313cが多数配置されることによって各穴313cへのブラシ105aa〜105caの面圧が小さくなるため、穴313cによって削られて生じる摩耗が低減し、さらに、各穴313cの開口が均等に配置されることによって各穴313cとの摺動による接触面の摩耗が略均等になる。
また、実施の形態1〜3では、スリップリング機構100において3つのスリップリングが設けられていたが、これに限定されるものでなく、スリップリングは、2つ以下であっても、4つ以上であってもよい。さらに、各スリップリングに接触するブラシも3つに限定されるものでなく、2つ以下であっても、4つ以上であってもよい。
また、実施の形態1〜3では、回転電機はダブルロータ型の回転電機であったが、これに限定されるものでなく、少なくとも1つのロータがあればよい。
Claims (10)
- 回転可能な回転シャフトと、
前記回転シャフトと共に回転し且つ回転しつつブラシと接触する外周面を有する電気接続部と
を備え、
前記外周面は、前記電気接続部の回転中心軸の周りで周方向に延在し、
前記外周面は、前記電気接続部の回転時に前記ブラシと接触する接触領域と、前記電気接続部の回転時及び非回転時に関わらず前記ブラシと接触しない非接触領域とを含み、
前記電気接続部は、
前記接触領域で開口すると共に、前記電気接続部と前記ブラシとの接触によって発生する摩耗粉を回収する第一開口部と、
前記非接触領域に設けられた突起と
を有し、
前記突起は、前記電気接続部の回転方向と反対の方向に向かって前記外周面から突出する回転電機。 - 前記第一開口部は、前記外周面の周方向に沿って複数設けられ、
前記複数の第一開口部は、前記回転シャフトの軸方向での位置が異なる前記第一開口部を含む請求項1に記載の回転電機。 - 前記外周面の周方向で隣り合う前記第一開口部は互いに、前記回転シャフトの軸方向での位置が異なる請求項2に記載の回転電機。
- 前記電気接続部は、前記回転シャフトの軸方向に向かって面する側面に第二開口部を有し、
前記第二開口部は、前記第一開口部に連通する請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転電機。 - 前記第二開口部は、前記電気接続部を前記回転シャフトの軸方向に貫通する穴を形成する請求項4に記載の回転電機。
- 前記第一開口部は、前記外周面の周方向に沿って複数設けられると共に前記回転シャフトの軸方向に沿って複数設けられ、
前記接触領域には、前記回転シャフトの軸方向に沿って並ぶ前記第一開口部による複数の列が近接して配置された少なくとも1つの開口部群が形成される請求項1〜5のいずれか一項に記載の回転電機。 - 前記第一開口部は、前記外周面に対する前記ブラシの接触面積よりも小さい面積で開口すると共に、前記外周面から前記回転シャフト側に向かって延在する穴である請求項1〜6のいずれか一項に記載の回転電機。
- 前記第一開口部及び前記第二開口部は、一体となって前記回転シャフトの軸方向に延び且つ前記外周面で開口する溝を形成する請求項4または5に記載の回転電機。
- 前記溝は、前記回転シャフト側に向かって窪んでいると共に、前記外周面における周方向での開口幅が、前記外周面に対する前記ブラシの接触面の周方向の幅よりも狭くなっている請求項8に記載の回転電機。
- 前記突起は、前記外周面の周方向に沿って複数設けられる請求項1〜9のいずれか一項に記載の回転電機。
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