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公開番号2020145901
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200910
出願番号2019042854
出願日20190308
発明の名称同期機
出願人株式会社明電舎
代理人個人
主分類H02K 13/00 20060101AFI20200814BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ブラシの交換頻度を減らして、保守点検にかかる手間及びコストの低減を図ることができる静止形励磁方式の同期機を提供する。
【解決手段】スリップリング105A,105Bに対してブラシ112A,112Bの先端側を当接離反できるようにブラシ112A,112Bを移動可能に保持するブラシガイド111A,111Bと、ブラシ112A,112Bの基端側に設けられた永久磁石114A,114Bと、ブラシ112A,112Bの基端側と対向するようにブラシガイド111A,111Bに保持された鉄心115A,115Bと、鉄心115A,115Bに巻き付けられたコイル116と、コイル116へ直流を給電すると共にブラシ112A,112B及びスリップリング105A,105Bを介してロータ104のコイル104bへ直流を給電する直流電源装置121とを備える静止形励磁方式のモータ100とした。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
ロータに設けられた界磁巻線にブラシ及びスリップリングを介して直流を給電する静止形励磁方式の同期機において、
前記スリップリングに対して前記ブラシの先端側を当接離反できるように当該ブラシを移動可能に保持するブラシガイドと、
前記ブラシの基端側に設けられた永久磁石と、
前記ブラシの基端側と対向するように前記ブラシガイドに保持された鉄心と、
前記鉄心に巻き付けられたコイルと、
前記コイルへ直流を給電すると共に前記ブラシ及び前記スリップリングを介して前記ロータの前記界磁巻線へ直流を給電する直流給電手段と
を備えていることを特徴とする同期機。
続きを表示(約 480 文字)【請求項2】
請求項1に記載の同期機において、
前記直流給電手段が、
前記ブラシと前記コイルとを並列又は直列に接続される単一の直流電源装置である
ことを特徴とする同期機。
【請求項3】
請求項1に記載の同期機において、
前記直流給電手段が、
前記ブラシへ接続する第一の直流電源装置と、
前記コイルへ接続する第二の直流電源装置と、
前記第一の直流電源装置から前記ブラシへの給電と前記第二の直流電源装置からの前記コイルへの給電とを連動させる連動手段と
を備えてなることを特徴とする同期機。
【請求項4】
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の同期機において、
ロータのロータコアの外周に永久磁石を有する永久磁石アシスト型である
ことを特徴とする同期機。
【請求項5】
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の同期機において、
ハイブリッド自動車又は電気自動車の走行用のモータである
ことを特徴とする同期機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、ロータに設けられた界磁巻線にブラシ及びスリップリングを介して直流を給電する静止形励磁方式の同期機に関する。
続きを表示(約 8,900 文字)【背景技術】
【0002】
ロータに設けられた界磁巻線に電気を流すことにより励磁させる同期機(WFSM)は、動作領域に対応して界磁電流を調整できることから、ロータに永久磁石を設けた同期機(PMSM)よりも、低トルク域での効率の向上や、高速域での出力や効率の向上を図ることができる。
【0003】
そして、ロータの界磁巻線に対してスリップリング及びブラシを介して直流を給電する静止形励磁方式の同期機は、回転軸に交流励磁機及び回転整流器を設けてロータの界磁巻線に直流を給電するようにしたブラシレスの同期機よりも制御応答性がよいことから、ハイブリッド自動車や電気自動車の走行用のモータ等に適用されている。
【0004】
このような静止形励磁方式の同期機は、銅等の金属からなるスリップリングを回転軸に設け、摩擦抵抗を低減したカーボン等からなるブラシをばね等でスリップリングに押し付けることにより、回転する回転軸に対して外部から給電することができるようにしている(例えば、下記特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開平5−191952号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
前述したような従来の静止形励磁方式の同期機においては、回転するスリップリングに対してブラシを押し付けていることから、運転するにしたがって、ブラシが摩耗してしまい、規定の運転時間ごとにブラシを交換しなければならないため、保守点検にかかる手間及びコストの増加を招いてしまっていた。
【0007】
このようなことから、本発明は、ブラシの交換頻度を減らして、保守点検にかかる手間及びコストの低減を図ることができる静止形励磁方式の同期機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】
【0008】
前述した課題を解決するための、本発明に係る同期機は、ロータに設けられた界磁巻線にブラシ及びスリップリングを介して直流を給電する静止形励磁方式の同期機において、前記スリップリングに対して前記ブラシの先端側を当接離反できるように当該ブラシを移動可能に保持するブラシガイドと、前記ブラシの基端側に設けられた永久磁石と、前記ブラシの基端側と対向するように前記ブラシガイドに保持された鉄心と、前記鉄心に巻き付けられたコイルと、前記コイルへ直流を給電すると共に前記ブラシ及び前記スリップリングを介して前記ロータの前記界磁巻線へ直流を給電する直流給電手段とを備えていることを特徴とする。
【0009】
また、本発明に係る同期機は、上述した同期機において、前記直流給電手段が、前記ブラシと前記コイルとを並列又は直列に接続される単一の直流電源装置であることを特徴とする。
【0010】
また、本発明に係る同期機は、上述した同期機において、前記直流給電手段が、前記ブラシへ接続する第一の直流電源装置と、前記コイルへ接続する第二の直流電源装置と、前記第一の直流電源装置から前記ブラシへの給電と前記第二の直流電源装置からの前記コイルへの給電とを連動させる連動手段とを備えてなることを特徴とする。
【0011】
また、本発明に係る同期機は、上述した同期機において、ロータのロータコアの外周に永久磁石を有する永久磁石アシスト型であることを特徴とする。
【0012】
また、本発明に係る同期機は、上述した同期機において、ハイブリッド自動車又は電気自動車の走行用のモータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係る同期機においては、ロータの界磁巻線へ給電するように直流給電手段を作動させると、コイルに電気が流れて鉄心に磁力が発生し、鉄心に対して永久磁石が反発することにより、ブラシがブラシガイド内を移動してスリップリングに当接する一方、ロータの界磁巻線への給電を停止するように直流給電手段の作動を停止させると、コイルへの給電が停止して鉄心の磁力が消滅し、永久磁石が鉄心に引き寄せられることにより、ブラシがブラシガイド内を移動してスリップリングから離反する。
【0014】
このため、本発明に係る同期機によれば、ブラシの無用な摩耗を防ぐことができるので、ブラシの寿命を延ばして、ブラシの交換頻度を減らすことができ、保守点検にかかる手間及びコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
本発明に係る同期機の第一番目の実施形態のステータ及びロータの径方向断面図である。
図1の矢線II部の抽出拡大図である。
図1のモータの要部の概略構成図である。
図3のモータの作動説明図である。
本発明に係る同期機の第二番目の実施形態の要部の概略構成図である。
図5のモータの作動説明図である。
本発明に係る同期機の他の実施形態のロータの要部の径方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明に係る同期機の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【0017】
〈第一番目の実施形態〉
本発明に係る同期機の第一番目の実施形態を図1〜4に基づいて説明する。
【0018】
図1に示すように、筒状をなすステータ103のステータコア103aのティース部103aaには、コイル103bが巻き付けられている。ステータコア103aの内側には、筒状をなす突極型のロータ104のロータコア104aが同軸をなして配設されている。図1,2に示すように、ロータコア104aの突極部104aaには、界磁巻線であるコイル104bが巻き付けられている。
【0019】
図3に示すように、前記ステータ103は、前記ステータコア103aの外周がハウジング101の内面に固定支持されている。前記ロータ104は、前記ロータコア104aの内周が回転軸102に同軸をなして固定支持されている。前記回転軸102は、その両端側がハウジング101にそれぞれ回転可能に支持されている。
【0020】
前記回転軸102の軸方向一方側(図3中、左側)には、銅等の金属からなるスリップリング105A,105Bが軸方向で対をなすように同軸をなして取り付けられている。前記回転軸102の内部には、基端側(図3中、左端側)が前記スリップリング105A,105Bに接続し、先端側(図3中、右端側)が前記ロータ104のコイルエンド104bbの近傍で当該回転軸102の外周から露出する銅等の金属からなる帯状の導体106A,106Bが設けられている。前記導体106A,106Bの先端側(図3中、右端側)は、前記ロータ104の前記コイルエンド104bbに導線107A,107Bで接続されている。
【0021】
前記スリップリング105A,105Bの上方には、当該スリップリング105A,105Bへ先端(図3中、下端)を向けた角筒形のブラシガイド111A,111Bがそれぞれ配設されており、当該ブラシガイド111A,111Bは、図示しないブラケットに固定支持されている。
【0022】
前記ブラシガイド111A,111Bの内部には、摩擦抵抗を低減したカーボン等からなる角柱形のブラシ112A,112Bが当該ブラシガイド111A,111Bの軸方向に沿って摺動移動可能にそれぞれ差し込まれており、当該ブラシ112A,112Bは、前記スリップリング105A,105Bに対して先端側を当接離反できるように当該ブラシガイド111A,111Bにそれぞれ保持されている。
【0023】
前記ブラシ112A,112Bの基端側(図3中、上端側)には、銅等の金属からなる角柱形のブラシホルダ113A,113Bの先端側(図3中、下端側)がそれぞれ着脱可能に取り付けられている。前記ブラシホルダ113A,113Bの基端側(図3中、上端側)には、永久磁石114A,114Bがそれぞれ取り付けられている。
【0024】
前記ブラシガイド111A,111Bの基端側(図3中、上端側)には、角柱形の鉄心115A,115Bの一端側(図3中、下端側)が前記永久磁石114A,114Bと対向するようにそれぞれ嵌合しており、当該鉄心115A,115Bは、当該ブラシガイド111A,111Bを介して前記ブラケットに固定保持されている。
【0025】
前記ブラシホルダ113Aは、直流給電手段である直流電源装置121の一方の極に導線117Aを介して接続している。前記ブラシホルダ113Bは、直流電源装置121の他方の極に導線117Bを介して接続している。前記鉄心115A,115Bには、コイル116が直列に巻き付けられている。前記コイル116は、一端が、前記直流電源装置121の一方の極に接続し、他端が、前記直流電源装置121の他方の極に接続している。
【0026】
つまり、前記直流電源装置121は、前記ブラシ112A,112Bと前記コイル116とが並列に接続されているのである。
【0027】
このような本実施形態に係る同期機である静止形励磁方式のモータ100においては、前記直流電源装置121を作動させると、前記コイル116へ直流が給電されることにより、前記鉄心115A,115Bが電磁石となり、前記永久磁石114A,114Bが反発して、前記ブラシホルダ113A,113Bを介して前記ブラシ112A,112Bが前記ブラシガイド111A,111B内を摺動移動し、当該ブラシガイド111A,111Bの先端が前記スリップリング105A,105Bに押し付けられて当接する(図3参照)。
【0028】
これにより、前記直流電源装置121からの電気は、前記導体106A,106B及び前記導線107A,107Bを介して前記ロータ104の前記コイル104bを流れ、これに併せて、前記ステータ103の前記コイル103bに電気が流れると、回転軸102が回転する。
【0029】
他方、前記直流電源装置121の作動を停止させると、前記コイル116への給電が停止し、前記鉄心115A,115Bの磁力が消滅して、当該鉄心115A,115Bに前記永久磁石114A,114Bが引き寄せられ、前記ブラシホルダ113A,113Bを介して前記ブラシ112A,112Bが前記ブラシガイド111A,111B内を摺動移動し、当該ブラシガイド111A,111Bの先端が前記スリップリング105A,105Bから引き離される(図4参照)。
【0030】
これにより、前記直流電源装置121からの電気を前記ステータ103の前記コイル103bに流さないときには、前記ブラシ112A,112Bを前記スリップリング105A,105Bから離反させて前記ブラシガイド111A,111B内に退避させることができる。
【0031】
このため、例えば、ハイブリッド自動車の走行用に上記モータ100を利用した場合には、当該モータ100による動力を使用せずにエンジンの動力や慣性力だけで走行しているときに(回転軸102が連れ回り状態のときに)、前記ブラシ112A,112Bを前記スリップリング105A,105Bから離反させて当該ブラシ112A,112Bの無用な摩耗を防ぐことができる。
【0032】
また、例えば、電気自動車の走行用に上記モータ100を利用した場合には、定速時や減速時等の略ゼロトルクの状態で走行しているときに、前記ブラシ112A,112Bを前記スリップリング105A,105Bから離反させて当該ブラシ112A,112Bの無用な摩耗を防ぐことができる。
【0033】
したがって、本実施形態に係るモータ100によれば、前記ブラシ112A,112Bの寿命を延ばすことができるので、当該ブラシ112A,112Bの交換頻度を減らして、保守点検にかかる手間及びコストの低減を図ることができる。
【0034】
なお、本実施形態においては、前記直流電源装置121に前記ブラシ112A,112Bと前記コイル116とを並列に接続したが、前記直流電源装置121に前記ブラシ112A,112Bと前記コイル116とを直列に接続するようにしてもよい。
【0035】
〈第二番目の実施形態〉
本発明に係る同期機の第二番目の実施形態を図5,6に基づいて説明する。ただし、前述した実施形態の場合と同様な部分については、前述した実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【0036】
図5に示すように、ブラシホルダ113Aは、第一の直流電源装置221の一方の極に、接続や切断を行う第一のスイッチ218Aを有する導線217Aを介して接続している。ブラシホルダ113Bは、第一の直流電源装置221の他方の極に導線217Bを介して接続している。コイル116は、一端が、第二の直流電源装置222の一方の極に、接続や切断を行う第二のスイッチ218Bを介して接続し、他端が、第二の直流電源装置222の他方の極に接続している。
【0037】
第一のスイッチ218Aと第二のスイッチ218Bとは、第一のスイッチ218Aが接続状態になると、第二のスイッチ218Bも接続状態となり、第一のスイッチ218Aが切断状態になると、第二のスイッチ218Bも切断状態となるように連動する連動手段である二連スイッチ218となっている。
【0038】
つまり、二連スイッチ218は、第一の直流電源装置221からブラシ112A,112Bへの給電と第二の直流電源装置222からコイル116への給電とを連動させることができるようになっているのである。
【0039】
なお、本実施形態においては、前記第一の直流電源装置221、前記第二の直流電源装置222、前記二連スイッチ218等により、直流給電手段を構成している。
【0040】
このような本実施形態に係る同期機である静止形励磁方式のモータ200においては、前記直流電源装置221,222を作動させて、前記二連スイッチ218を接続状態(ON)にすると、前述した実施形態の場合と同様に、前記コイル116へ直流が給電されることにより、前記鉄心115A,115Bが電磁石となり、前記永久磁石114A,114Bが反発して、前記ブラシホルダ113A,113Bを介して前記ブラシ112A,112Bが前記ブラシガイド111A,111B内を摺動移動し、当該ブラシガイド111A,111Bの先端が前記スリップリング105A,105Bに押し付けられて当接する(図5参照)。
【0041】
これにより、前記直流電源装置221からの電気は、前述した実施形態の場合と同様に、前記導体106A,106B及び前記導線107A,107Bを介して前記ロータ104の前記コイル104bを流れる。
【0042】
他方、前記二連スイッチ218を切断状態(OFF)にすると、前述した実施形態の場合と同様に、前記コイル116への給電が停止し、前記鉄心115A,115Bの磁力が消滅して、当該鉄心115A,115Bに前記永久磁石114A,114Bが引き寄せられ、前記ブラシホルダ113A,113Bを介して前記ブラシ112A,112Bが前記ブラシガイド111A,111B内を摺動移動し、当該ブラシガイド111A,111Bの先端が前記スリップリング105A,105Bから引き離される(図6参照)。
【0043】
これにより、前記直流電源装置221からの電気を前記ステータ103の前記コイル103bに流さないときには、前述した実施形態の場合と同様に、前記ブラシ112A,112Bを前記スリップリング105A,105Bから離反させて前記ブラシガイド111A,111B内に退避させることができる。
【0044】
つまり、前述した実施形態に係るモータ100では、前記ロータ104の前記コイル104bへ電気を流す前記直流電源装置121から前記コイル116にも電気を流すようにしたが、本実施形態に係るモータ200では、前記直流電源源装置221から前記二連スイッチ218の前記スイッチ218Aを介して前記ロータ104の前記コイル104bへ電気を流すと共に、当該直流電源装置221と個別の前記直流電源装置222から前記二連スイッチ218の前記スイッチ218Bを介して前記コイル116に電気を流すようにしたのである。
【0045】
このため、本実施形態に係るモータ200においては、界磁電流の大きさに関係なく前記鉄心115A,115Bによる磁力を調整することができる。
【0046】
したがって、本実施形態に係るモータ200によれば、前述した実施形態に係るモータ100と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前記スリップリング105A,105Bに対する前記ブラシ112A,112Bの押圧力(付勢力)を運転出力に関係なく常に一定値にすることができるので、エネルギ損失を大きく抑制することができると共に、運転に伴って前記ブラシ112A,112Bが摩耗して次第に短くなっても、界磁電流を変化させることなく前記鉄心115A,115Bによる磁力のみを増強して、前記スリップリング105A,105Bに対する前記ブラシ112A,112Bの押圧力(付勢力)を一定値にすることができるので、当該ブラシ112A,112Bの利用可能範囲を増やすことができ、保守点検にかかる手間及びコストの更なる低減を図ることができる。
【0047】
〈他の実施形態〉
なお、例えば、電気自動車の走行用に、前述した実施形態のような静止形励磁方式のモータ100,200を利用すると、定速時や減速時等の略ゼロトルクの状態で走行しているときにおいて、界磁電流を供給する必要がなくなり、前記ブラシ112A,112Bを前記スリップリング105A,105Bから離反させて当該ブラシ112A,112Bの無用な摩耗を防止できるようになるが、例えば、図7に示すように、ロータコア104aの外周にアシスト用の永久磁石308を周方向に沿って複数設けた磁石アシスト型とした静止形励磁方式のモータを利用すると、略ゼロトルクの状態だけでなく、低トルクから中トルクの領域で走行しているときにおいても、界磁電流を供給する必要がなくなり、前記ブラシ112A,112Bを前記スリップリング105A,105Bから離反させて当該ブラシ112A,112Bの無用な摩耗を防止できるようになるので、上述した効果をさらに顕著に得ることができて非常に好ましい。
【0048】
また、前述した実施形態においては、ハイブリッド自動車や電気自動車の走行用のモータに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ロータに設けられた界磁巻線にブラシ及びスリップリングを介して直流を給電する静止形励磁方式の同期機であれば、前述した実施形態の場合と同様に適用して、前述した実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【0049】
本発明に係る同期機は、ブラシの無用な摩耗を防ぐことができることから、ブラシの寿命を延ばして、ブラシの交換頻度を減らすことができ、保守点検にかかる手間及びコストの低減を図ることができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。
【符号の説明】
【0050】
100 モータ
101 ハウジング
102 回転軸
103 ステータ
103a ステータコア
103aa ティース部
103b コイル
103bb コイルエンド
104 ロータ
104a ロータコア
104aa 突極部
104b コイル
104bb コイルエンド
105A,105B スリップリング
106A,106B 導体
107A,107B 導線
111A,111B ブラシガイド
112A,112B ブラシ
113A,113B ブラシホルダ
114A,114B 永久磁石
115A,115B 鉄心
116 コイル
117A,117B 導線
121 直流電源装置
200 モータ
217A,217B 導線
218 二連スイッチ
218A 第一のスイッチ
218B 第二のスイッチ
221 第一の直流電源装置
222 第二の直流電源装置
308 永久磁石

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