(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023136502
(43)【公開日】2023-09-29
(54)【発明の名称】集電装置冷却構造、及び誘導電動機
(51)【国際特許分類】
H02K 9/28 20060101AFI20230922BHJP
H02K 13/00 20060101ALI20230922BHJP
H02K 5/14 20060101ALI20230922BHJP
【FI】
H02K9/28 Z
H02K13/00 K
H02K13/00 N
H02K5/14
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022042222
(22)【出願日】2022-03-17
(71)【出願人】
【識別番号】000006105
【氏名又は名称】株式会社明電舎
(74)【代理人】
【識別番号】100114775
【弁理士】
【氏名又は名称】高岡 亮一
(74)【代理人】
【識別番号】100121511
【弁理士】
【氏名又は名称】小田 直
(74)【代理人】
【識別番号】100116001
【弁理士】
【氏名又は名称】森 俊秀
(74)【代理人】
【識別番号】100208580
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 玲奈
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 美鈴
【テーマコード(参考)】
5H605
5H609
5H613
【Fターム(参考)】
5H605AA01
5H605BB05
5H605BB10
5H605CC07
5H605DD31
5H609BB02
5H609PP02
5H609PP14
5H609QQ02
5H609QQ11
5H609RR02
5H609RR27
5H609RR38
5H613BB05
5H613BB14
5H613GA09
(57)【要約】
【課題】ブラシ部分の冷却について改善した集電装置冷却構造を提供することである。
【解決手段】中心軸を回転軸にして回転可能なスリップリングと、前記スリップリングと接するブラシと、前記スリップリング及び前記ブラシを径方向外側から覆い、前記ブラシよりも軸方向一方側で径方向外側に開口する吸気口を有するフレームと、前記吸気口から前記フレーム内に流入した冷媒の流れる周方向範囲を、前記ブラシが配置された周方向範囲に規制する第1遮断部と、を備える。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
中心軸を回転軸にして回転可能なスリップリングと、
前記スリップリングと接するブラシと、
前記スリップリング及び前記ブラシを径方向外側から覆い、前記ブラシよりも軸方向一方側で径方向外側に開口する吸気口を有するフレームと、
前記吸気口から前記フレーム内に流入した冷媒の流れる周方向範囲を、前記ブラシが配置された周方向範囲に規制する第1遮断部と、
を備える、
集電装置冷却構造。
【請求項2】
前記スリップリング及び前記ブラシを軸方向一方側から覆う天部を備え、
前記天部は、前記吸気口から前記フレーム内に流入した冷媒の流れる範囲を、前記ブラシの軸方向一方側で前記ブラシよりも径方向外側に規制する第2遮断部を有する、
請求項1に記載の集電装置冷却構造。
【請求項3】
前記吸気口から前記フレーム内に流入した冷媒の流れる範囲を、前記ブラシの軸方向他方側で前記ブラシよりも軸方向一方側に規制する第3遮断部を有する、
請求項1又は2に記載の集電装置冷却構造。
【請求項4】
前記スリップリング及び前記ブラシを軸方向他方側から覆う底部を備え、
前記底部は、前記ブラシよりも径方向内側で軸方向に貫通し、前記ブラシを通過した冷媒を排気する貫通孔を有する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の集電装置冷却構造。
【請求項5】
前記底部は、前記貫通孔の軸方向一方側から流入した冷媒を径方向外側に排気する排気口を有する、
請求項4に記載の集電装置冷却構造。
【請求項6】
請求項1に記載の集電装置冷却構造を有する集電装置を備えた誘導電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、集電装置冷却構造に関し、例えば誘導電動機の集電装置を冷却する構造、及び集電装置を備えた誘導電動機に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば誘導電動機においては、回転子と共に回転する回転部分に設けられた回路と、回転しない固定部分に設けられた回路とが電気的に接続されたり、遮断されたりする。回転部分と固定部分との電気的な接続、遮断を行うためには、ブラシとスリップリングを用いた集電装置が用いられる。ブラシのスリップリングへの接触部分は動作に伴い発熱するため、その冷却が必要である。特許文献1に記載の発明では、軸に沿って送風することで、ブラシ部分を冷却しようとしている
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に記載のように送風する場合、送風は周方向でブラシがない位置を通りやすく、送風が分散してブラシ部分を集中的に冷却することができず、ブラシ部分の冷却について改善の余地があった。
【0005】
本発明は、ブラシ部分の冷却について改善した集電装置冷却構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様に係る集電装置冷却構造は、中心軸を回転軸にして回転可能なスリップリングと、前記スリップリングと接するブラシと、前記スリップリング及び前記ブラシを径方向外側から覆い、前記ブラシよりも軸方向一方側で径方向外側に開口する吸気口を有するフレームと、前記吸気口から前記フレーム内に流入した冷媒の流れる周方向範囲を、前記ブラシが配置された周方向範囲に規制する第1遮断部と、を備える。
【0007】
上記の一態様の集電装置冷却構造において、前記スリップリング及び前記ブラシを軸方向一方側から覆う天部を備え、前記天部は、前記吸気口から前記フレーム内に流入した冷媒の流れる範囲を、前記ブラシの軸方向一方側で前記ブラシよりも径方向外側に規制する第2遮断部を有する。
【0008】
上記の一態様の集電装置冷却構造において、前記吸気口から前記フレーム内に流入した冷媒の流れる範囲を、前記ブラシの軸方向他方側で前記ブラシよりも軸方向一方側に規制する第3遮断部を有する。
【0009】
上記の一態様の集電装置冷却構造において、前記スリップリング及び前記ブラシを軸方向他方側から覆う底部を備え、前記底部は、前記ブラシよりも径方向内側で軸方向に貫通し、前記ブラシを通過した冷媒を排気する貫通孔を有する。
【0010】
上記の一態様の集電装置冷却構造において、前記底部は、前記貫通孔の軸方向一方側から流入した冷媒を径方向外側に排気する排気口を有する。
【0011】
本発明の一態様に係る誘導電動機は、上記の一態様の集電装置冷却構造を有する集電装置を備えた。
【発明の効果】
【0012】
本発明の一態様によれば、ブラシ部分の冷却について改善した集電装置冷却構造を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】本発明の第1実施形態に係る集電装置の斜視図である。
【
図2】
図1の集電装置100から天部110及びフレーム120を除いて示す斜視図である。
【
図3】
図1の集電装置100からフレーム120、端子141、端子142及び端子143を除いて示す斜視図である。
【
図5】
図1の集電装置100から天部110及びリード接続部124を除いて+Z側から見た平面図である。
【
図6】実施例1における空気の流れを示す模式図であり、(A)は平面図であり、(B)は側面図である。
【
図7】実施例2における空気の流れを示す模式図であり、(A)は平面図であり、(B)は側面図である。
【
図8】実施例3における空気の流れを示す模式図であり、(A)は平面図であり、(B)は側面図である。
【
図9】実施例4における空気の流れを示す模式図であり、(A)は平面図であり、(B)は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る集電装置冷却構造について説明する。本実施の形態の集電装置冷却構造は、例えば誘導電動機のシャフトに取り付けられる集電装置に適用可能である。なお、以下の図面においては、各構成をわかり易くするために、実際の構造と各構造における縮尺及び数等を異ならせる場合がある。
【0015】
また、図面においては、適宜3次元直交座標系としてXYZ座標系を示す。XYZ座標系において、Z軸方向は、
図1に示す中心軸Jの軸方向と平行な方向とする。X軸方向は、中心軸Jに対する径方向のうち
図1の左右方向とする。Y軸方向は、Z軸方向及びX軸方向の両方と直交する方向とする。X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向のいずれにおいても、図中に示す矢印が指す側を+側、反対側を-側とする。
【0016】
また、以下の説明においては、Z軸方向の正の側(+Z側)を「一方側」と呼び、Z軸方向の負の側(-Z側)を「他方側」と呼ぶ。なお、一方側及び他方側とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係及び方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Jに平行な方向(Z軸方向)を単に「軸方向」と呼び、中心軸Jを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Jを中心とする周方向、すなわち、中心軸Jの軸周りを単に「周方向」と呼ぶ。径方向において中心軸Jに近づく側を「径方向内側」と呼び、中心軸Jから遠ざかる側を「径方向外側」と呼ぶ。
【0017】
なお、本明細書において、「軸方向に延びる」とは、厳密に軸方向(Z軸方向)に延びる場合に加えて、軸方向に対して、45°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また、本明細書において、「径方向に延びる」とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向(Z軸方向)に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、45°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また「平行」とは、厳密に平行な場合に加えて、互いに成す角が45°未満の範囲で傾いた場合も含む。
【0018】
また、本明細書において、上下、天底などは、各構成についての説明上の位置を示すに過ぎず、実際の設置位置などを限定するものではない。
【実施例0019】
図1は、本発明の実施例1に係る集電装置の斜視図である。集電装置100は、天部110と、フレーム120と、底部150と、を有する。この天部110、フレーム120及び底部150は、後述するスリップリング128a、スリップリング128b及びスリップリング128cを収容するケースを構成する。スリップリング128a、スリップリング128b及びスリップリング128cのそれぞれは、3相のそれぞれに対応する。集電装置100は、3相のそれぞれに対応する端子141、端子142及び端子143を有する。端子141、端子142及び端子143は、フレーム120の外部に露出する。
【0020】
フレーム120は、円筒状部材であって、軸方向一方側及び軸方向他方側の両側が開口する。天部110は、フレーム120の軸方向一方側の開口を塞ぐ。底部150は、フレーム120の軸方向他方側の開口を塞ぐ。
【0021】
フレーム120は、軸方向一方側に吸気口121、吸気口122及び吸気口123を有する。フレーム120は、吸気口121、吸気口122及び吸気口123において、径方向外側に開口する。天部110は、軸方向と直交する円形状の面を有する部材である。底部150は、円筒状の側板151を有する。
【0022】
図2は、
図1の集電装置100から天部110及びフレーム120を除いて示す斜視図である。集電装置100は、スリップリング128a、スリップリング128b及びスリップリング128cよりも軸方向一方側に、リード接続部124及び端子129を有する。端子129は、3相のそれぞれに対応して3個設けられている。
【0023】
集電装置100は、板部材125を有する。板部材125は、平板形状である。板部材125は、平板の軸方向一方側の面を軸方向と平行且つ径方向と直交する向きに配置して、平板の軸方向他方側を径方向外側に屈曲させることで、脚部125a及び遮断部125bを形成する。脚部125a、軸方向と直交する方向に拡がる板面を有する。遮断部125bは、軸方向と平行且つ径方向と直交する方向に拡がる板面を有する。
【0024】
集電装置100は、板部材126及び板部材127を有する。板部材126は、平板形状である。板部材126は、平板の周方向中央の面を軸方向と直交する向きに配置して、平板の周方向両端を軸方向一方側に屈曲させることで、遮断部126a、遮断部126b及び遮断部126cを形成する。遮断部126aは、軸方向と直交する方向に拡がる板面を有する。遮断部126bは、軸方向と平行且つ周方向と直交する方向に拡がる板面を有する。遮断部126cは、軸方向と平行且つ周方向と直交する方向に拡がる板面を有する。遮断部126a及び遮断部126bは、第1遮断部の一例である。遮断部126cは、第3遮断部の一例である。
【0025】
板部材127は、平板形状である。板部材127は、平板の周方向中央の面を軸方向と直交する向きに配置して、平板の周方向両端を軸方向一方側に屈曲させることで、遮断部127a、遮断部127b及び遮断部127cを形成する。遮断部127aは、軸方向と直交する方向に拡がる板面を有する。遮断部127bは、軸方向と平行且つ周方向と直交する方向に拡がる板面を有する。遮断部127cは、軸方向と平行且つ周方向と直交する方向に拡がる板面を有する。
【0026】
図3は、
図1の集電装置100からフレーム120、端子141、端子142及び端子143を除いて示す斜視図である。
図4は、
図3を+Y側から見た側面図である。天部110は、軸方向と直交する円形状の平板部材である天板部110aを有する。天部110は、天板部110aの軸方向他方側の面から軸方向他方側に延びる遮断部110b、遮断部110c及び遮断部110dを有する。遮断部110b、遮断部110c及び遮断部110dは、板部材126に対応した位置に配置される。遮断部110bは、第2遮断部の一例である。天部110は、板部材127に対応した位置に配置される遮断部も有するが、遮断部110b、遮断部110c及び遮断部110dと同様であるので説明を省略する。
【0027】
遮断部110bは、軸方向と平行且つ周方向に沿った面を有する。遮断部110cは、軸方向と平行且つ周方向と直交する面を有する。遮断部110dは、軸方向と平行且つ周方向と直交する面を有する。遮断部110bは、遮断部110c及び遮断部110dと同一の板部材である。
【0028】
遮断部110cの周方向位置は、遮断部126bの周方向位置と一致する。遮断部110cの径方向内側端及び径方向外側端は、遮断部126bの径方向内側端及び径方向外側端と一致する。遮断部110dの周方向位置は、遮断部126cの周方向位置と一致する。遮断部110dの径方向内側端及び径方向外側端は、遮断部126cの径方向内側端及び径方向外側端と一致する。遮断部110cの周方向一端は、遮断部110cの径方向内側端と一致する。遮断部110cの周方向他端は、遮断部110dの径方向内側端と一致する。
【0029】
遮断部110cの軸方向他方側端は、遮断部126bの軸方向一方側端と一致する。遮断部110dの軸方向他方側端は、遮断部126cの軸方向一方側端と一致する。遮断部110bの軸方向他方側端は、遮断部110c及び遮断部110dの軸方向他方側端と一致する。
【0030】
底部150は、円筒状の側板151と、上板152と、下板153とを有する、円筒状の側板151は、径方向外側に開口する排気口151aを有する。排気口151aは、周方向に複数配置される。上板152は、軸方向に貫通する貫通孔152aを有する。下板153は、軸方向に貫通する不図示の貫通孔を有する。不図示のシャフトは、下板153の貫通孔、側板151の円筒部及び上板152の貫通孔152aを貫通する。シャフトは中心軸Jに沿って延びる。シャフトは、中心軸Jと同軸である。
【0031】
スリップリング128a、スリップリング128b及びスリップリング128cは、シャフトに嵌まり、シャフトと共に回転する。スリップリング128a、スリップリング128b及びスリップリング128cは、シャフトと同軸である。フレーム120は、シャフトと同軸である。スリップリング128aは、スリップリング128bよりも軸方向一方側に位置する。スリップリング128bは、スリップリング128cよりも軸方向一方側に位置する。
【0032】
遮断部125bは、端子141、端子142及び端子143が貫通する貫通孔125cを有する。脚部125aは、上板152の軸方向一方側の面に固定される。遮断部126aは、上板152の軸方向一方側の面よりも軸方向一方側に位置する。遮断部127aは、上板152の軸方向一方側の面よりも軸方向一方側に位置する。遮断部125bの軸方向一方側端は、スリップリング128aよりも軸方向一方側に位置する。遮断部125bの軸方向一方側端は、リード接続部124よりも軸方向他方側に位置する。
【0033】
図5は、
図1の集電装置100から天部110及びリード接続部124を除いて+Z側から見た平面図である。スリップリング128a、スリップリング128b及びスリップリング128cそれぞれの外周面には、ブラシが接する。
図5では、スリップリング128bの外周面に接するブラシ131、ブラシ132、ブラシ133及びブラシ134を図示している。スリップリング128b及びスリップリング128cに接するブラシの周方向位置は、ブラシ131、ブラシ132、ブラシ133及びブラシ134と同じである。本実施例では、ブラシ131及びブラシ132を周方向で120°の範囲に入る位置に配置し、ブラシ133及びブラシ134を周方向で別の120°の範囲に入る位置に配置している。また、ブラシ131、ブラシ132、ブラシ133及びブラシ134のすべてが周方向で180°の範囲に入る位置に配置している。
【0034】
フレーム120は、ブラシ131、ブラシ132、ブラシ133及びブラシ134、並びにスリップリング128b及びスリップリング128cに接するブラシを径方向外側から覆う。ブラシ131、ブラシ132、ブラシ133及びブラシ134は、スリップリング128b及びスリップリング128cに接するブラシよりも軸方向一方側に位置する。
【0035】
フレーム120は、ブラシ131、ブラシ132、ブラシ133及びブラシ134、並びにスリップリング128b及びスリップリング128cに接するブラシよりも軸方向一方側に、吸気口121、吸気口122及び吸気口123を有する。フレーム120内を冷却する場合には、吸気口121、吸気口122及び吸気口123からフレーム120内に送風し、空気を流入させる。この場合の空気は、フレーム120内を冷却する冷媒の一例である。
【0036】
吸気口121からフレーム120内に空気を流入させると、その空気は、遮断部125bによって遮断部125bの軸方向一方側端よりも軸方向他方側への流れを遮断され、リード接続部124及び端子129に向けて流れ、リード接続部124及び端子129を冷却する。
【0037】
ブラシ131及びブラシ132は、周方向で、遮断部110c及び遮断部126bと遮断部110d及び遮断部126cとの間に位置する。吸気口122からフレーム120内に空気を流入させると、その空気が流れる周方向範囲は、遮断部110c、遮断部110d、遮断部126b及び遮断部126cによって規制される。遮断部110c及び遮断部126bと遮断部110d及び遮断部126cとの間が広すぎると、ブラシ131及びブラシ132を集中して冷却することができないので、遮断部110c及び遮断部126bと遮断部110d及び遮断部126cとで規制される範囲の両端は、ブラシ131及びブラシ132の周方向両端と一致する程度であることが望ましい。遮断部110c、遮断部110d、遮断部126b及び遮断部126cは、吸気口122からフレーム120内に流入した空気の流れる周方向範囲を、ブラシ131及びブラシ132が配置された周方向範囲に規制する第1遮断部の一例である。
【0038】
遮断部110bの軸方向他方側端は、ブラシ131及びブラシ132よりも軸方向一方側に位置する。遮断部110bの軸方向他方側端は、リード接続部124よりも軸方向他方側に位置する。遮断部110bは、吸気口122からフレーム120内に流入した空気の流れる範囲を、ブラシ131及びブラシ132の軸方向一方側で、ブラシ131及びブラシ132よりも径方向外側に規制する第2遮断部の一例である。これにより、スリップリング128a、スリップリング128b及びスリップリング128cに接するブラシを集中的に冷却することができる。
【0039】
遮断部126aの軸方向一方側を向いた面は、スリップリング128cに接するブラシよりも軸方向他方側に位置する。遮断部126aの軸方向位置がスリップリング128cに接するブラシよりも軸方向他方側過ぎると、スリップリング128a、スリップリング128b及びスリップリング128cに接するブラシを集中して冷却することができないので、遮断部126aの軸方向一方側を向いた面の軸方向位置は、スリップリング128cに接するブラシの他方側端と一致する程度であることが望ましい。遮断部126aは、吸気口122からフレーム120内に流入した空気の流れる範囲を、スリップリング128cに接するブラシの軸方向他方側でスリップリング128cに接するブラシよりも軸方向一方側に規制する第3遮断部の一例である。これにより、スリップリング128a、スリップリング128b及びスリップリング128cに接するブラシを集中的に冷却することができる。
【0040】
吸気口122からフレーム120内に流入した空気は、スリップリング128a、スリップリング128b及びスリップリング128cに接するブラシを冷却し、軸方向一方側は天板部110aによって塞がれているため、軸方向他方側に流れる。スリップリング128a、スリップリング128b及びスリップリング128cに接するブラシを冷却した空気は、スリップリング128cの軸方向他方側に位置する上板152の貫通孔152aから軸方向他方側に抜ける。貫通孔152aは、スリップリング128a、スリップリング128b及びスリップリング128cに接するブラシよりも径方向内側で軸方向に貫通する。これにより、ブラシを冷却する空気がブラシよりも径方向外側を通ってしまい、ブラシを冷却できない状態を改善することができる。
【0041】
貫通孔152aを軸方向他方側に抜けた空気は、側板151の排気口151aから径方向外側に排気される。排気口151aは径方向外側を向いており、これにより、軸方向に沿った排気がシャフト等により阻害される場合であってもスムーズな排気を行うことができる。
【0042】
これまで、ブラシ131及びブラシ132側について説明したが、ブラシ133及びブラシ134側の構成、動作も同様であるので、ブラシ133及びブラシ134側についての説明は省略する。
【0043】
図6(A)及び
図6(B)は、実施例1における空気の流れを示す模式図であり、
図6(A)は平面図であり、
図6(B)は側面図である。図中、実線の矢印160は吸気の流れを示し、破線の矢印170は排気の流れを示す。
【0044】
実施例1では、4×3相のブラシを周方向180°内に配置する。2×3相を複数の遮断部によって遮断された一つの遮断エリアに配置する。吸気は周方向を遮断部126b及び遮断部126cによって規制され、軸方向を遮断部110b及び遮断部126aによって規制されることで、スリップリング128a、スリップリング128b及びスリップリング128cに接するブラシを集中的に冷却し、冷却効率を向上することができる。
ブラシ231、ブラシ232、ブラシ233及びブラシ234のうち、ブラシ231及びブラシ232を一つの遮断エリア281に配置し、ブラシ233及びブラシ234を別の一つの遮断エリアに配置する。遮断エリア同士は周方向で対向する。また2つの遮断エリアそれぞれの外側に、ブラシよりも径方向内側に延びる遮断部を設けて遮断エリア282とし、排気路を形成する。
すなわち実施例2では、4×3相のブラシのうち、2×3相と2×3相とを周方向対向位置に配置する。また、2×3相を一つの遮断エリアに配置する。また、遮断エリアの外側に、2つの遮断エリアを形成した遮断部よりも径方向内側まで延びる遮蔽部を設け、空気の排気路を形成する。