特許 7137427 巻線形回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-06

(45)【発行日】2022-09-14

(54)【発明の名称】巻線形回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 13/00 20060101AFI20220907BHJP

   H02K 9/06 20060101ALI20220907BHJP

【ＦＩ】

H02K13/00 R

H02K9/06 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018188184

(22)【出願日】2018-10-03

(65)【公開番号】P2020058163

(43)【公開日】2020-04-09

【審査請求日】2020-11-10

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山下 敬太

【審査官】服部 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０３３５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５１－０６６４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５３－０６６６１３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭４９－０３８９１０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭６０－１１９８６１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１６９１７６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １３／００

Ｈ０２Ｋ ９／０６

Ｈ０２Ｋ １７／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に取り付けられた回転子鉄心と、前記回転子鉄心を貫通する複数の回転子巻線と、前記ロータシャフトに取り付けられて前記複数の回転子巻線とそれぞれ電気的に結合する複数のスリップリングとを有する回転子と、
前記回転子鉄心の径方向外側に設けられた固定子鉄心と、前記固定子鉄心を貫通する固定子巻線とを有する固定子と、
前記複数のスリップリングのそれぞれと摺動するブラシを保持し外部ケーブルと結合する複数のブラシホルダーと、前記複数のブラシホルダーのそれぞれを軸方向に挟むように静止支持され、軸方向に投影した範囲内に前記複数のブラシホルダーを投影した範囲を含むように形成された絶縁材からなる複数の相間短絡防止板と、を有する静止側伝送部と、
を備え、
前記複数の相間短絡防止板のそれぞれには、前記ブラシホルダーと軸方向に対向しない複数の通風孔と、前記ブラシホルダーと軸方向に対向する通風孔と、が形成され、
前記ブラシホルダーと軸方向に対向しない前記複数の通風孔のうちの一部は、前記ブラシにおいて前記ブラシホルダーから前記ロータシャフトの径方向外側に突出した部分と軸方向に対向し、
前記複数のブラシホルダーおよび前記複数の相間短絡防止板は、前記回転子から離間した、
ことを特徴とする巻線形回転電機。

【請求項2】

前記複数のブラシホルダー、および前記複数の相間短絡防止板を収納する回転接続部カバーと、
前記回転接続部カバー内で、前記ロータシャフトに取り付けられた冷却ファンと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の巻線形回転電機。

【請求項3】

前記複数のブラシホルダーを軸方向に貫通し、前記複数のブラシホルダーを静止支持し、周方向に互いに間隔をおいて配された複数の連結支持ロッドをさらに備え、
前記複数の相間短絡防止板のそれぞれは、２本の前記連結支持ロッドにより支持されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の巻線形回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、巻線形回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

同期機、あるいは巻線形誘導電動機などの巻線形回転電機においては、通常、回転子巻線に３相の交流を流すために、静止側から回転子巻線側に、各相の電力を供給する。各相の回転子巻線は、それぞれ、ロータシャフトの軸方向の一方に設けられたそれぞれに対応するスリップリングに接続されている。一方、静止側の配線はそれぞれの相において、スリップリングの径方向外側に設けられたブラシに接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第４３３９７６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

たとえば、３相の回転電機では、前記のように各相の巻線に接続されている３つのスリップリングが、ロータシャフトの端部付近に、軸方向に互いに間隔をおいて取り付けられている。それぞれのスリップリングと接触して電気的に導通する静止側の各相のブラシは、それぞれブラシホルダーにより支持されているので、各相のブラシおよびブラシホルダーも、軸方向に互いに間隔をおいて配されている。この結果、ある相のブラシおよびブラシホルダーと、その軸方向に隣接する相のブラシおよびブラシホルダーとの間には、相間電圧が印加される。

【0005】

図４は、従来の巻線形回転電機の回転子端部近傍における回転側と静止側の構成例を示す縦断面図である。また、図５は、ある一つの相についての回転側と静止側の構成例を示す横断面図である。図５が示すのがたとえばＵ相であるとする。Ｕ相のスリップリング１５は、回転子巻線のうちのＵ相のみと電気的に接続している。Ｕ相のスリップリング１５の径方向外側には、静止側のＵ相のブラシ６１およびブラシホルダー６２が配されている。

【0006】

Ｕ相とＶ相の間、Ｖ相とＷ相との間、およびＵ相の外側、Ｗ相の外側には、それぞれ、絶縁板７０が設けられている。しかしながら、定期的な清掃時の不備や、ブラシリードが隣接する相に近接した場合など、相間短絡を惹き起こす可能性がある。

【0007】

そこで、本発明は、巻線形回転電機の回転子端部近傍における相間短絡の可能性を低減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述の目的を達成するため、本発明に係る巻線形回転電機は、ロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に取り付けられた回転子鉄心と、前記回転子鉄心を貫通する複数の回転子巻線と、前記ロータシャフトに取り付けられて前記複数の回転子巻線とそれぞれ電気的に結合する複数のスリップリングとを有する回転子と、前記回転子鉄心の径方向外側に設けられた固定子鉄心と、前記固定子鉄心を貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記複数のスリップリングのそれぞれと摺動するブラシを保持し外部ケーブルと結合する複数のブラシホルダーと、前記複数のブラシホルダーのそれぞれを軸方向に挟むように静止支持され、軸方向に投影した範囲内に前記複数のブラシホルダーを投影した範囲を含むように形成された絶縁材からなる複数の相間短絡防止板と、を有する静止側伝送部と、を備え、前記複数の相間短絡防止板のそれぞれには、前記ブラシホルダーと軸方向に対向しない複数の通風孔と、前記ブラシホルダーと軸方向に対向する通風孔と、が形成され、前記ブラシホルダーと軸方向に対向しない前記複数の通風孔のうちの一部は、前記ブラシにおいて前記ブラシホルダーから前記ロータシャフトの径方向外側に突出した部分と軸方向に対向し、前記複数のブラシホルダーおよび前記複数の相間短絡防止板は、前記回転子から離間した、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、巻線形回転電機の回転子端部近傍における相間短絡の可能性を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係る巻線形回転電機の構成を示す縦断面図である。

【図2】実施形態に係る巻線形回転電機の回転子端部近傍における回転側と静止側の構成を示す縦断面図である。

【図3】実施形態に係る巻線形回転電機の回転子端部近傍におけるある一つの相についての回転側と静止側の構成例を示す横断面図である。

【図4】従来の巻線形回転電機の回転子端部近傍における回転側と静止側の構成例を示す縦断面図である。

【図5】従来の巻線形回転電機の回転子端部近傍におけるある一つの相についての回転側と静止側の構成例を示す横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る巻線型回転電機について説明する。ここで、互いに同一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。

【0012】

図１は、実施形態に係る巻線形回転電機の構成を示す縦断面図である。巻線形回転電機２００は、回転子１０、固定子２０、２つの軸受３０、フレーム４０、２つの軸受ブラケット４５、静止側伝送部６０を有する。

【0013】

回転子１０は、水平方向に延びるロータシャフト１１、ロータシャフト１１の径方向外側に取り付けられた回転子鉄心１２、および回転子鉄心１２を貫通する複数の回転子巻線１３を有する。ロータシャフト１１は、回転子鉄心１２の両外側のそれぞれで軸受３０に支持されている。回転子巻線１３は、回転子鉄心１２の外周近傍に周方向に互いに間隔をおいて形成された複数の回転子スロット（図示せず）内を貫通し、回転子鉄心１２の軸方向の両外側において互いに接続され、あるいは静止側伝送部６０を介して、外部と電気的に結合される。

【0014】

固定子２０は、回転子鉄心１２の径方向の外側に配された円筒状の固定子鉄心２１、および固定子鉄心２１を貫通する固定子巻線２２を有する。

【0015】

回転子鉄心１２および固定子２０は、固定子２０の径方向外側に配されたフレーム４０に収納されている。フレーム４０の軸方向の両側の端部には、それぞれ軸受ブラケット４５が取り付けられている。それぞれの軸受ブラケット４５は、それぞれの軸受３０を静止支持している。

【0016】

図２は、実施形態に係る巻線形回転電機の回転子端部近傍における回転側と静止側の構成を示す縦断面図である。また、図３は、実施形態に係る巻線形回転電機の回転子端部近傍におけるある一つの相についての回転側と静止側の構成例を示す横断面図である。

【0017】

ロータシャフト１１の端部には、冷却ファン５０が取り付けられている。冷却ファン５０は、ロータシャフト１１の端部近傍を収納する回転接続部カバー５１内において、空気などの冷却用気体を循環駆動する。

【0018】

冷却ファン５０の軸方向の内側のロータシャフト１１の部分には、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３つの相に対応するそれぞれのスリップリング１５が、軸方向に互いに間隙を空けて、取り付けられている。それぞれのスリップリング１５間の間隙には、絶縁管１６が設けられている。それぞれのスリップリング１５は、回転子巻線１３の各相とそれぞれ接続されている。たとえば、Ｕ相については、回転子巻線１３のＵ相と接続する引き出し線１３ａがロータシャフト１１内を経由してロータシャフト１１の端部の外側まで引き回されている。引き出し線１３ａは、さらに他と電気的に絶縁された状態で延びてＵ相のスリップリング１５に接続されている。Ｖ相およびＷ相についても同様に、回転子巻線１３からそれぞれのスリップリング１５までの電気配線部分は、それぞれ、他の相および周囲とは電気的に絶縁されている。

【0019】

回転側の回路、すなわち回転子巻線１３、引き出し部１３ａおよびスリップリング１５は、スリップリング１５と静止側伝送部６０のブラシ６１とが接触することにより、静止側の回路と電気的に接続している。静止側伝送部６０は、３つの相別静止側伝送部６０ａを有し、それぞれの相に対応する相別静止側伝送部６０ａは、ブラシ６１、ブラシホルダー６２、連結線６３、連結支持ロッド６８、および相間短絡防止板１００を有する。

【0020】

ブラシ６１のスリップリング１５との接触面は、スリップリング１５の表面に対応するような曲面に形成さている。この結果、ブラシ６１は、できるだけ広い面積でスリップリング１５と摺動可能に形成されている。

【0021】

このため、図３に示すように、それぞれの相においては、４つのブラシ６１が、スリップリング１５の径方向外側から、それぞれ、スリップリング１５に向かって押し付けられている。４つブラシ６１は、２つずつ同一のブラシホルダー６２により保持されている。それぞれのブラシホルダー６２は、その両端近傍を貫通する２つの連結支持ロッド６８によって、支持されている。なお、連結支持ロッド６８により３つの相のブラシホルダー６２が機械的には結合しているが、電気的には絶縁されるように、連結支持ロッド６８の全体あるいはブラシホルダー６２との結合部分は、絶縁体で形成されている。

【0022】

ブラシホルダー６２の両端には端子板６２ａが設けられており、一方の端子板６２ａは、端子６４ａにより外部ケーブル６４と接続可能に形成されている。また、他方の端子板６２ａは、別のブラシホルダー６２に設けられた端子板６２ａとの間で、端子６３ａで接続された連結線６３により電気的に結合されている。

【0023】

ブラシホルダー６２の周方向位置は、たとえば、上半部にあるとメンテナンス時に取り扱いやすい等で設定すればよい。

【0024】

各相のそれぞれのブラシホルダー６２の間の軸方向位置、軸方向の最も外側のブラシホルダー６２のさらに軸方向の外側位置、および軸方向の最も内側のブラシホルダー６２のさらに軸方向の内側位置には、相間短絡防止板１００がそれぞれ設けられている。相間短絡防止板１００は、同一のブラシホルダー６２を支持する２本の連結支持ロッド６８により、同様に支持されている。

【0025】

軸方向に投影すると、ブラシホルダー６２は、相間短絡防止板１００の範囲内に収まるような大きさに相間短絡防止板１００が形成されている。また、ブラシ６１のスリップリング１５との密着部近傍を除いて、ブラシ６１も、相間短絡防止板１００の範囲内に収まるような大きさに、相間短絡防止板１００が形成されている。

【0026】

相間短絡防止板１００には、複数の通風孔１０１が形成されている。回転接続部カバー５１内のロータシャフト１１の端部に取り付けられている冷却ファン５０から、冷却風が回転接続部カバー５１内に送られる。相間短絡防止板１００に複数の通風孔１０１が形成されていることにより、回転接続部カバー５１内の冷却風の循環が確保される。

【0027】

したがって、相間短絡防止板１００の設置によって、回転接続部カバー５１内の冷却風の循環の低下を最小限に留めながら、巻線形回転電機の回転子端部近傍における相間短絡の可能性を低減することができる。

【0028】

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、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。

【0029】

さらに、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。

【0030】

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。

【符号の説明】

【0031】

１０…回転子、１１…ロータシャフト、１２…回転子鉄心、１３…回転子巻線、１３ａ…引き出し部、１５…スリップリング、１６…絶縁管、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２２…固定子巻線、３０…軸受、４０…フレーム、４５…軸受ブラケット、５０…冷却ファン、５１…回転接続部カバー、６０…静止側伝送部、６０ａ…相別静止側伝送部、６１…ブラシ、６２…ブラシホルダー、６２ａ…端子板、６３…連結線、６３ａ…端子、６４…外部ケーブル、６４ａ…端子、６８…連結支持ロッド、７０…絶縁板、１００…相間短絡防止板、１０１…通風孔、２００…巻線形回転電機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】