JPS6039339A - 回転集電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は回転電機などに採用されている回転集電装置の
改良に係り、特に回転環状集電体の改良に関するもので
ある。

〔発明の背景〕

一般罠静止側から回転する電気負荷に電力を供給する手
段として、第１図に示すように、回転軸１の一部に電気
絶縁体２を介在させ導電性の環状集電体３を装着・固定
し、その外周面に導電性の摺動片４を接触摺動させ、両
者の摺動面を介して電流を授受するものが知られている
。なお、５は静止側の電源と摺動片４を電気接続する電
流ＩＪ　−ド線、６は前記環状集電体４と図示しない電
気負荷間を電気接続する電流リード線であり、両者は接
続点Ｐ部で接続部品７によって電気接続される。

そして図示の構成を有する正・負一対の装置を用い静止
側から回転側の電気負荷に電力を供給する。

この様な装置は一般に集電装置と呼ばれ、回転′α機の
回転子巻線への電力供給装置等に多く用いられている。

上記構成の従来の集電装置では、環状集電体３として電
気的良導体である銅、鉄、鋼等の金属で一体的に製作さ
れるため、摺動片４との摺動部３ａとＰ点間の電気抵抗
はわずかであり図中に点線で示す経路で電流工が流れる
ことによって集電体内部に発生するジュール損は非常に
小さく、摺動部３８部に発生する機械的な摩擦による摺
動損失及び摺動面の接触電気抵抗による発生損失に比較
すれば通常は無視できる程度である。この結果、回転軸
ｌの軸中心を０点とした環状集電体３の半径方向位置ｒ
なる位置における単位体積当りの発生損失Ｗ、及び同じ
位置における温度Ｔの分布は、図の右側の線図の様にな
るのが普通である。すなわち、発生損失が摺動部となる
環状集電体に集中する結果、リング内の熱伝導及び内径
側になるに従かい電流通路が減少し電気抵抗したがって
抵抗損が若干増加することだけでは、リング内温度の均
一化を達成出来ず、摺動部（外周側）を最大とする半径
方向のかなり顕著な温度勾配が生ずる。

これは、この温度勾配により環状集電体内部に熱応力が
生じ集電体が変形し、通電々流の変化を繰返えす装置で
はこれによる繰返し疲労により寿命が低下し、極端な場
合には回転軸の変形にまで発展し軸振動の増加をもたら
すなど、好ましくない現象であった。

特に最近高温雰囲気中でも使用できる集電体材料として
注目されつつある導電性セラミックスを使用する場合に
は、金属に較べ靭性が小さいため、上記したような熱応
力の発生による破壊事故が発生し易く、実用化上の大き
な障害の一つになっている。

〔発明の目的〕

本発明は以上に述べた従来技術の欠点を解消し、集電体
内部の温度分布を極力均一化し、集電体内部に生ずる熱
応力による変形や破損が生じにくい信頼性の高いこの種
回転集電装置を提供することを目的としている。

〔発明の概要〕

本発明は、環状集電体の半径方向の温度分布の均一化を
図るには、集電体内各部の温度上昇が各部に放ける発生
損失とその部分から周囲冷却媒体と到る合成熱抵抗の積
に比例すると言う伝熱工学上の知見に基づき、両者の積
を径方向各位前で極カ一定になるような集電体構成とな
し所期の目的を達成するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例について第２図〜第４図により説
明する。各図において第１図と同一符号は同一物または
相当部分を示す。

第２図は、環状集体３を導電性セラミックスで形成した
実施例を示し、その他の構成は第１図の実施例と同一で
ある。導電性セラミックスとしては種々のものがあるが
、本実施例のものでは炭化ケイ素（ＳｉＣ）とほう化ジ
ルコニューム（ＺｒＢ２］の混合粒末の成形体を高温・
高圧下で焼成した焼結体で形成し、環状集電体３の外周
部程ＺｒＢｚ３ａの体積混合比が多くなるように半径方
向に体積混合比を変化させた例を示している。一般にＳ
ｉＣとＺｒＢ２から成るセラミックではＺ　ｒ　Ｂ２の
体積比が多い程固有抵抗が低く良好な導電性を示し、し
たがって実施例のものでは外径側程固有抵抗が小さく内
径側になる程大きくなる構成としたものである。

以上の様な構成としたものでは、環状集電体３を半径方
向に流れる電流■の通電経路の電気抵抗による発生損失
が内径側になる程固有抵抗の増加に見合って増加し、そ
の増加割合は、従来装置における通電断面積の減少によ
る抵抗増加による損失増加に加算される。その結果、半
径方向の損失分布としては図の右側との線図に示すよう
になり、一方温度分布としては内径側になる程大きくな
るこの内部損失による温度上昇が大きくなり同じ線図に
示すように半径方向に均一化する。これば単純に考える
と集電装置としての損失を増加させることになり好まし
くない様に思われるが、一般に集電装置に発生する損失
は集電の目的である回転負荷装置への供給電力と較らべ
ればわずかであり、温度分布の均一化効果の利点が大き
く、特に金属に較べ靭性の小さい導電性セラミックスを
用いる環状集電体においてはそうである。しかも、本実
施例の如く同一材料の混合比を変え゛Ｃ固有抵抗を変え
るものでは、固有抵抗の大きな混合比の大きい部分根熱
伝導は低下しその部分の熱伝導抵抗が増加し、固有抵抗
の小さな部分に較べ同−内部発熱による温度上昇が大き
くなるので、固有抵抗変化による発熱量としては考える
程増加させることなく温度分布の一様化を達成できる利
点がある。、また、この様な半径方向に同一材料の単な
る組成変化により固有抵抗を大幅に変えることは通常の
金属または異種金属の合金では不可能であり導電性セラ
ミックスを用いて始めて達成できるものである。

第３図は本発明の他の実施例を示しており、固有抵抗ρ
がρ０．ρ１．ρ２・・・・・・等と異なり、かつρ０
（ｒｌ〈ρ２〈・・・・・・に選んだ複数種の材料を用
い、環状集電体３を複数層の環状導電体で構成し各層間
を機械的・電気的及び熱的に一体的に結合した例を示す
。この様な構成でも第２図の実施例と同様に半径方向の
温度分布を均一化することが出来る。この様な実施例で
は、固有抵抗ρの選択、各層の半径【Ｏ＋　ｒｌ　＊　
ｒ２・・・・・・すなわち半径方向の厚み、及び軸方向
寸法りの選定等により発熱量および熱抵抗を比較的自由
に変えられる利点がある。

なお以上に述べた実施例の変形として、環状集体の側面
に環状の突出部あるいは溝を設けることによって半径方
向の断面積による電気抵抗を）くランス良く選択するこ
とによって半６方向の温度分布を均一化するととも可能
である。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、回転環状集電体
に於ける半径方向の温度分布の均一化７５；達成できる
ため、この温度分布に基づく内宮す熱応力による集電体
の変形あるいは破損７５玉防止でき、信頼性の高いこの
種回転集電装置を得ることｉ＝できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の回転集電装置まわりを示す縦断側面図
及びその特性説明線図、第２図、第３図は第１図に対応
する本発明の実施例を示す縦断＠ｕ面図でちる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回動自在に軸支された回転軸と、該回転軸上に装着
   固定された環状集電体と、該環状集電体の外表面に該環
   状集電体と摺動するように配された摺動１片と、前記環
   状集電体の一部から引出され、回転軸上の負荷と接続さ
   れたリード線とを備えた回転集電装置において、前記環
   状集電体の内部抵抗を、前記摺動片の摺動部から前記リ
   ード線の引出し部分にかけて次第に大きくなるように形
   成したことを特徴とする回転集電装置。 ２、前記環状集電体を導電性セラミックスで形成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の回転集電装
   置。