專利名稱：旋轉(zhuǎn)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種例如裝設(shè)于汽車等的發(fā)電電動機(jī)等旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
背景技術(shù)：
例如，發(fā)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括:具有電樞繞組的定子；具有勵磁繞組的轉(zhuǎn)子；以及能在設(shè)于勵磁繞組的端部的集電環(huán)上滑動地壓接配置并用于將來自電池的勵磁電流供給至勵磁繞組的電刷。當(dāng)電刷被磨損而將電刷與集電環(huán)的通電切斷時，停止從電池朝勵磁繞組的供電，旋轉(zhuǎn)電機(jī)不能運(yùn)轉(zhuǎn)。在該情況下，為了使旋轉(zhuǎn)電機(jī)再開始運(yùn)轉(zhuǎn)，必須更換電刷。當(dāng)裝設(shè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時，若旋轉(zhuǎn)電機(jī)不能運(yùn)轉(zhuǎn)，則裝置自身可能會發(fā)生故障。特別地，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)裝設(shè)于車輛的情況下，當(dāng)因電刷的磨損而使旋轉(zhuǎn)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時，有時也會對車輛造成嚴(yán)重的損傷。因此，將根據(jù)與預(yù)想的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的使用時間相對應(yīng)的電刷的磨損量而導(dǎo)出的電刷的壽命相對于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的性能保證期間設(shè)定得足夠長，以避免產(chǎn)生因電刷磨損而引起的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的異常運(yùn)轉(zhuǎn)停止。然而,為了延長電刷的壽命，需增大電刷的長度，但若使電刷的長度增大，則會使旋轉(zhuǎn)電機(jī)大型化而導(dǎo)致成本增加。鑒于上述問題，提出了包括推算出電刷的磨損量來通知電刷的更換時期到來的裝置的各種旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

現(xiàn)有的車用發(fā)電機(jī)的電刷磨損檢測裝置包括:對經(jīng)由發(fā)電機(jī)的電刷而流至發(fā)電機(jī)的勵磁繞組的電流值進(jìn)行檢測的電流檢測電路；對發(fā)電機(jī)的輸出電壓值進(jìn)行檢測的輸出電壓檢測電路；以及根據(jù)電流檢測電路檢測出的電流值或輸出電壓檢測電路檢測出的輸出電壓值來判斷電刷的磨損狀態(tài)的電刷磨損判斷電路(例如參照專利文獻(xiàn)I)。電刷包括成對的電刷(+ )和電刷(一)，一對電刷分別被螺旋彈簧施力而被按壓于集電環(huán)?，F(xiàn)有的車用發(fā)電機(jī)的電刷磨損檢測裝置在發(fā)動機(jī)開始旋轉(zhuǎn)時對流至勵磁繞組的初始勵磁電流進(jìn)行檢測，并根據(jù)該初始勵磁電流來判斷電刷的磨損狀態(tài)。在現(xiàn)有的車用發(fā)電機(jī)的電刷磨損檢測裝置中，能根據(jù)電刷磨損判斷電路的判斷結(jié)果警示電刷已達(dá)到磨損極限，因此，能在電刷與集電環(huán)的通電被切斷之前更換電刷，從而避免了因電刷磨損而引起的現(xiàn)有的車用發(fā)電機(jī)的異常運(yùn)轉(zhuǎn)停止。另外，現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的電刷監(jiān)視裝置包括:電流對應(yīng)磨損量運(yùn)算元件，該電流對應(yīng)磨損量運(yùn)算元件根據(jù)電流對磨損量的特性，求出與電樞電流檢測值或和電樞電流相關(guān)的物理檢測值相對應(yīng)的電刷磨損量；以及轉(zhuǎn)速對應(yīng)磨損量運(yùn)算元件，該轉(zhuǎn)速對應(yīng)磨損量運(yùn)算元件根據(jù)轉(zhuǎn)速對磨損量的特性，求出與電樞轉(zhuǎn)速檢測值或和電樞轉(zhuǎn)速相關(guān)的物理檢測量相對應(yīng)的電刷磨損量，當(dāng)將由上述運(yùn)算元件運(yùn)算出的電刷磨損量累積相加后獲得的累積磨損量超過磨損極限時，發(fā)出警告(例如參照專利文獻(xiàn)2)。
在現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的電刷監(jiān)視裝置中，當(dāng)累積磨損量超過磨損極限時，發(fā)出警告，因此，能在電刷與集電環(huán)的通電被切斷之前更換電刷，從而避免了因電刷磨損而引起的現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的異常運(yùn)轉(zhuǎn)停止。另外，現(xiàn)有的伺服電動機(jī)的電刷磨損管理裝置包括:對帶電刷伺服電動機(jī)的啟動次數(shù)進(jìn)行計數(shù)的啟動次數(shù)計數(shù)器；以及對帶電刷伺服電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時間進(jìn)行計數(shù)的運(yùn)轉(zhuǎn)時間計數(shù)器，不僅只考慮啟動次數(shù)計數(shù)器及運(yùn)轉(zhuǎn)時間計數(shù)器中的一方，也考慮另一方來算出電刷的磨損量，當(dāng)由算出的電刷的磨損量判斷出電刷已達(dá)到壽命時，發(fā)出警告(例如專利文獻(xiàn)3)。在現(xiàn)有的伺服電動機(jī)的電刷磨損管理裝置中，當(dāng)判斷為電刷已達(dá)到壽命時，發(fā)出警告，因此，能在電刷與集電環(huán)的通電被切斷之前更換電刷，從而避免了因電刷磨損而引起的現(xiàn)有的伺服電動機(jī)的異常運(yùn)轉(zhuǎn)停止?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日 本專利特開2005 - 168214號公報專利文獻(xiàn)2:日本專利特開平6 - 141513號公報專利文獻(xiàn)3:日本專利特開昭62 - 155744號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題電刷的磨損進(jìn)度因電刷的溫度而不同，主要是電刷的溫度越高，則因集電環(huán)與電刷的摩擦而使電刷越容易磨損，這點(diǎn)是眾所周知的。專利文獻(xiàn)I所記載的現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的電刷監(jiān)視裝置根據(jù)電流檢測電路檢測出的電流值或輸出電壓檢測電路檢測出的輸出電壓值來判斷電刷的磨損狀態(tài)，因此，當(dāng)算出電刷的磨損量時，不能完全反映出因電刷的溫度變動而引起的電刷的磨損進(jìn)度的變動，因而不能求出準(zhǔn)確的電刷的磨損量。另外，由于是在每次啟動發(fā)動機(jī)時判斷電刷的磨損量，因此，在發(fā)動機(jī)啟動之后，不能在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中判斷電刷的磨損量，因此，在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中即便電刷達(dá)到了磨損極限，也不警告，在現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)電機(jī)連續(xù)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)較長時間的情況下，可能會因電刷的故障而使運(yùn)轉(zhuǎn)停止。在專利文獻(xiàn)2所記載的現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的電刷監(jiān)視裝置中，分別求出基于電樞電流的電刷磨損量和基于電樞轉(zhuǎn)速的電刷磨損量并將它們加在一起。如上所述，電刷的磨損進(jìn)度被電刷的溫度左右。即，電刷相對于集電環(huán)的單位滑動距離的磨損量為電刷溫度的函數(shù)。此外，將基于電刷溫度的電刷的單位滑動距離的磨損量和電刷相對于集電環(huán)的滑動距離的積進(jìn)行積分后獲得的值為電刷的總磨損量。此時，基于電樞轉(zhuǎn)速的電刷的溫度變化和基于電樞電流的電刷的溫度變化彼此相關(guān)。因此，在分別求出基于電樞電流的電刷磨損量和基于電樞轉(zhuǎn)速的電刷磨損量并將它們加在一起來運(yùn)算出電刷的總磨損量的現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的電刷監(jiān)視裝置中，無法準(zhǔn)確地反映出伴隨著電刷的溫度變化而產(chǎn)生的電刷的磨損量的變化量，因而不能準(zhǔn)確地求出電刷的磨損量。
在專利文獻(xiàn)3所記載的現(xiàn)有的伺服電動機(jī)的電刷磨損管理裝置中，根據(jù)現(xiàn)有的伺服電動機(jī)的啟動次數(shù)和運(yùn)轉(zhuǎn)時間求出電刷的磨損量。例如，現(xiàn)有的伺服電動機(jī)能進(jìn)行加工臺等的定位控制、直線方向或圓弧的修正控制。若現(xiàn)有的伺服電動機(jī)設(shè)置于穩(wěn)定的溫度條件下，則能大致準(zhǔn)確地求出電刷的磨損量。然而，若現(xiàn)有的伺服電動機(jī)設(shè)置于不穩(wěn)定的溫度條件下，則在算出電刷的磨損量時，無法完全地反映出伴隨著電刷的溫度變化而產(chǎn)生的電刷磨損的進(jìn)行速度的變動，從而不能求出準(zhǔn)確的電刷的磨損量。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而作，其目的在于獲得一種無論在與轉(zhuǎn)軸之間傳遞轉(zhuǎn)矩的內(nèi)燃機(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn)都能運(yùn)算出電刷的磨損量、且能準(zhǔn)確地反映電刷的溫度變化而高精度地運(yùn)算出電刷的磨損量的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括:外殼；轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有勵磁繞組并同軸地固定于轉(zhuǎn)軸，該轉(zhuǎn)軸以能旋轉(zhuǎn)的方式支承于外殼；定子，該定子具有電樞繞組，并以圍繞轉(zhuǎn)子的方式固定于外殼；集電環(huán)，該集電環(huán)固定于轉(zhuǎn)軸7 ;電刷，該電刷配置于與集電環(huán)接觸的位置；施力元件，該施力元件將電刷朝集電環(huán)施力；溫度信息獲取元件，該溫度信息獲取元件獲取與電刷的溫度相關(guān)的信息；旋轉(zhuǎn)信息獲取元件，該旋轉(zhuǎn)信息獲取元件獲取與轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度相關(guān)的信息；以及磨損量運(yùn)算部，該磨損量運(yùn)算部根據(jù)包含溫度信息獲取元件的輸出信息在內(nèi)的溫度信息獲取電刷的溫度，并將磨損量函數(shù)的基于電刷的溫度確定的值與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的積，在從剛開始使用電刷之后起到當(dāng)前為止的時間中進(jìn)行積分，基于該積分后獲得的值運(yùn)算出電刷的總磨損量，其中，上述磨損量函數(shù)將電刷的溫度作為變量，并被定義為電刷的單位滑動距離的磨損量。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明 的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，磨損量運(yùn)算部根據(jù)包含溫度信息獲取元件的輸出信息在內(nèi)的溫度信息獲取電刷的溫度，根據(jù)將基于電刷的溫度確定的磨損量函數(shù)的值與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的積在從剛開始使用電刷之后起至當(dāng)前為止的時間中進(jìn)行積分后獲得的值，來運(yùn)算出電刷的總磨損量，因此，盡管處于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，也能實(shí)時運(yùn)算出電刷的磨損，且能準(zhǔn)確地反映電刷的溫度變化，從而能準(zhǔn)確地運(yùn)算出電刷的磨損量。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方式一的發(fā)電電動機(jī)的剖視圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施方式一的發(fā)電電動機(jī)的電刷及溫度計的主要部分剖視圖。圖3是表不本發(fā)明實(shí)施方式一的發(fā)電電動機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖4是說明本發(fā)明實(shí)施方式一的發(fā)電電動機(jī)的電刷磨損量計算的流程圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施方式三的發(fā)電電動機(jī)的剖視圖。圖6是表不本發(fā)明實(shí)施方式五的發(fā)電電動機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖7是表不本發(fā)明實(shí)施方式六的發(fā)電電動機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖，對用于實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式進(jìn)行說明。
實(shí)施方式一圖1是本發(fā)明實(shí)施方式一的發(fā)電電動機(jī)的剖視圖，圖2是本發(fā)明實(shí)施方式一的發(fā)電電動機(jī)的電刷及溫度計的主要部分剖視圖。
在圖1中，作為旋轉(zhuǎn)電機(jī)的發(fā)電電動機(jī)IA具有旋轉(zhuǎn)電機(jī)主體2和一體安裝于旋轉(zhuǎn)電機(jī)主體2的控制單元40。旋轉(zhuǎn)電機(jī)主體2包括:外殼3,該外殼3由使用螺栓9而一體化的支架4A、4B構(gòu)成；轉(zhuǎn)軸7，該轉(zhuǎn)軸7的兩端從外殼3延伸出并被支承于外殼3的軸承5、6支承成能繞軸自由旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子10，該轉(zhuǎn)子10在外殼3內(nèi)同軸地固定于轉(zhuǎn)軸7，并與轉(zhuǎn)軸7 —起旋轉(zhuǎn)；定子15，該定子15以圍繞轉(zhuǎn)子10的外周側(cè)的方式固定于外殼3的內(nèi)周面；旋轉(zhuǎn)傳感器28，該旋轉(zhuǎn)傳感器28安裝于轉(zhuǎn)軸7的一端，并作為獲取與轉(zhuǎn)軸7 (轉(zhuǎn)子10)的旋轉(zhuǎn)角度相關(guān)的信息的旋轉(zhuǎn)信息獲取元件；以及帶輪8，該帶輪8固定于轉(zhuǎn)軸7的另一端并經(jīng)由未圖示的皮帶與發(fā)動機(jī)等內(nèi)燃機(jī)連接，上述帶輪8用于將轉(zhuǎn)軸7的轉(zhuǎn)矩傳遞至內(nèi)燃機(jī)或?qū)?nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞至轉(zhuǎn)軸7。旋轉(zhuǎn)傳感器28例如能使用分解器等。另外，旋轉(zhuǎn)電機(jī)主體2包括:風(fēng)扇18a、18b，該風(fēng)扇18a、18b安裝于轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)軸7的軸向上的兩側(cè)面；以及集電環(huán)21，該集電環(huán)21在轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)軸7的軸向上的一側(cè)固定于轉(zhuǎn)軸7，并朝轉(zhuǎn)子10供電。此外，旋轉(zhuǎn)電機(jī)主體2包括:電刷單元23，該電刷單元23具有配置于與集電環(huán)21的外周面接觸的位置的一對電刷24及將一對電刷24朝集電環(huán)21進(jìn)行施力的作為施力元件的一對彈簧26 ;溫度計29a，該溫度計29a如圖2所示埋設(shè)于電刷24，以作為獲取與電刷24的溫度相關(guān)的信息的溫度信息獲取元件；以及電流檢測元件(未圖示)，該電流檢測元件作為對在電刷24中流動的電流進(jìn)行測定、換言之對勵磁電流進(jìn)行測定的電流信息獲取元件?？刂茊卧?0包括:三個電源電路模塊50A ;勵磁電路模塊50B ;散熱器30，該散熱器30安裝有電源電路模塊50A及勵磁電路模塊50B，并支承于外殼3 ；以及控制基板60，該控制基板60具有由后述電路控制部及磨損量運(yùn)算部構(gòu)成的控制部。另外，控制部由CPU、RAM及存儲有各種控制程序的ROM等構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)電路控制部及磨損量運(yùn)算部的各種功能。各電源電路模塊50A具有將供給至定子15的電流導(dǎo)通或斷開的開關(guān)元件(未圖示)O另外，勵磁電路模塊50B具有將供給至轉(zhuǎn)子10的電流導(dǎo)通或斷開的開關(guān)元件(未圖示)。電路控制部輸出電源電路模塊50A及勵磁電路模塊50B的開關(guān)元件的控制信號，以控制電源電路模塊50A及勵磁電路模塊50B。外殼3呈在軸向兩端的中央部形成有使內(nèi)外連通的孔的大致中空的圓柱狀。此夕卜，軸承5、6同軸地安裝于外殼3內(nèi)，以支承轉(zhuǎn)軸7。轉(zhuǎn)子10包括:勵磁繞組11，該勵磁繞組11通電以產(chǎn)生磁通；以及一對磁極鐵心體(pole core body) 12,這一對磁極鐵心體12被設(shè)成將勵磁繞組11覆蓋,并利用勵磁繞組11中產(chǎn)生的磁通形成磁極。一對磁極鐵心體12例如是鐵制的，在各磁極鐵心體12中，例如八個爪狀磁極在周向上等角間距地沿軸向突設(shè)于外周緣，這一對磁極鐵心體12以爪狀磁極哨合的方式相對地固定于轉(zhuǎn)軸7。定子15包括:定子鐵心16 ;以及卷繞安裝于定子鐵心16的電樞繞組17。電樞繞組17由三相交流繞組構(gòu)成,該三相交流繞組通過Y形連接構(gòu)成。散熱器30包括平板環(huán)狀的基座板31及從基座板31的背面延伸出的多個冷卻翅片32。從基座板31的周向的局部范圍延伸出的冷卻翅片32的長度比其它冷卻翅片32的長度短。此外，散熱器30在使冷卻翅片32朝向轉(zhuǎn)子10的軸向一側(cè)的風(fēng)扇18a、并使基座板31的軸心與轉(zhuǎn)軸7的軸心一致以供轉(zhuǎn)軸7的一端側(cè)插通的狀態(tài)下固定于外殼3內(nèi)。此外，電源電路模塊50A及勵磁電路模塊50B安裝于基座板31的表面。另外，控制基板60和電源電路模塊50A及勵磁電路模塊50B經(jīng)由中轉(zhuǎn)基板65及連接器67而連接在一起。藉此，控制基板60的電路控制部能將控制信號輸出至電源電路模塊50A及勵磁電路模塊50B。另外，構(gòu)成電樞繞組17的各三相交流繞組的引出線92的端部經(jīng)由中轉(zhuǎn)基座91及連接端子90與電源電路模塊50A電連接。另外，電刷24和勵磁電路模塊50B經(jīng)由未圖示的連接端子而電連接。 電刷單元23包括:箱狀的刷握25，該刷握25的一面開口，并在與該開口面正交的方向上具有規(guī)定的 縱深；電刷24，該電刷24分別以使一端部從刷握25的開口延伸出并朝縱深方向延伸的方式彼此平行地收納于刷握25 ;以及彈簧26，該彈簧26作為將電刷24的另一端部朝從刷握25延伸出的方向進(jìn)行施力的施力元件。電刷24是以石墨和銅為主要材料而被制作出的。另外，彈簧26壓縮設(shè)置于刷握25的底部和電刷24之間。電刷單元23利用通過將冷卻翅片32從基座板31延伸出的延伸部縮短而確保的空間進(jìn)行配置。此時，電刷單元23配置成使刷握25的開口部朝向集電環(huán)21、并以使從刷握25的開口部延伸出的電刷24的端部與集電環(huán)21接觸的方式將刷握25固定于外殼3。藉此，電刷24因彈簧26的施力而按壓于集電環(huán)21，電刷24的一端部在加壓狀態(tài)下與集電環(huán)21抵接。另外，通風(fēng)口 3a形成于外殼3的外周部的大致位于散熱器30、電刷單元23及一個風(fēng)扇18a的外側(cè)的規(guī)定部位。通風(fēng)口 3a中的遠(yuǎn)離風(fēng)扇18a的一側(cè)為吸氣部，距風(fēng)扇18a較近的一側(cè)為排氣部。從吸氣部吸入的空氣在奪取散熱器30的熱量并流過冷卻翅片31之后，被引導(dǎo)至風(fēng)扇18a的中心側(cè),接著,沿著風(fēng)扇18a的表面被引導(dǎo)至風(fēng)扇18a的外周部并被從排氣部排出。另外，在控制單元40中，設(shè)有用于與未圖示的外部控制裝置進(jìn)行通信的連接器79。外部控制裝置具有輸送電源電路模塊50A及勵磁電路模塊50B的控制指令的功能。此夕卜，在外部控制裝置的信號輸出電纜的端部設(shè)有未圖示的連接器，該連接器與連接器79嵌合，從而能在外部控制裝置與控制基板60之間進(jìn)行信號的發(fā)送與接收。接著，參照附圖來說明發(fā)電電動機(jī)IA的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖3是表不本發(fā)明實(shí)施方式一的發(fā)電電動機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。在圖3中，發(fā)電電動機(jī)IA的系統(tǒng)包括:電樞繞組17，該電樞繞組17由被Y形連接的三相交流繞組構(gòu)成；勵磁繞組11 ；以及控制部61，該控制部61包括電路控制部62和磨損量運(yùn)算部63，并組裝于控制基板60，其中上述電路控制部62輸出用于控制電樞繞組17和勵磁繞組11的電流的控制信號，上述磨損量運(yùn)算部63運(yùn)算出電刷24的磨損量。另外，發(fā)電電動機(jī)IA的系統(tǒng)包括:逆變器單元100，該逆變器單元100與電樞繞組17連接，并根據(jù)從電路控制部62輸出的控制信號朝電樞繞組17供電或?qū)㈦姌欣@組17的輸出電流整流；勵磁電路部110，該勵磁電路部110根據(jù)來自電路控制部62的控制信號朝勵磁繞組11供電；以及電池120，該電池120被經(jīng)由逆變器單元100從電樞繞組17供給來的電力充電。此外，發(fā)電電動機(jī)IA的系統(tǒng)包括對在未圖示的電刷中流動的電流進(jìn)行檢測、換言之對流動至勵磁繞組11的電流進(jìn)行檢測的電流檢測元件13。逆變器單元100構(gòu)成為將三個電源電路部101并聯(lián)連接，該電源電路部101具有構(gòu)成電源電路模塊50A的開關(guān)元件103及二極管104。各電源電路部101由上橋臂102a及下橋臂102b構(gòu)成。此外，上橋臂102a及下橋臂102b各自是通過將構(gòu)成電源電路模塊50A的開關(guān)元件103及二極管104并聯(lián)連接而構(gòu)成的。上橋臂103a和下橋臂103b 以開關(guān)元件103串聯(lián)的方式連接。此時，上橋臂103a與電池120的高電位側(cè)連接，下橋臂103b與電池120的低電位側(cè)連接。各電源電路部101的上橋臂103a及下橋臂103b的連接部(中間電位端子)與電樞繞組17的各相繞組的線圈端部經(jīng)由配線而連接。另外，用于控制開關(guān)的導(dǎo)通/斷開的開關(guān)元件103的端子與電路控制部62電連接。另外，勵磁電路部110是通過將構(gòu)成勵磁電路模塊50B的開關(guān)元件103與二極管104串聯(lián)連接而構(gòu)成的。此外，開關(guān)元件103與電池120的高電位側(cè)連接，二極管104與電池120的低電位側(cè)連接。另外，串聯(lián)連接的電流檢測元件13及勵磁繞組11與二極管104并聯(lián)連接。用于控制開關(guān)的導(dǎo)通/斷開的開關(guān)元件103的端子與電路控制部62電連接。根據(jù)電源電路部101及勵磁電路部110的開關(guān)元件103的導(dǎo)通/斷開來切換從定子15及轉(zhuǎn)子10朝電池120的電力供給或從電池120朝定子15及轉(zhuǎn)子10的電力供給的導(dǎo)通/斷開。g卩，電源電路部101進(jìn)行電池120與定子15的電樞繞組17之間的通電的導(dǎo)通/斷開,勵磁電路部110進(jìn)行電池120與轉(zhuǎn)子10的勵磁繞組11之間的通電的導(dǎo)通/斷開。另外，雖未詳細(xì)圖示，但電流檢測元件13與控制部61連接，磨損量運(yùn)算部63能根據(jù)電流檢測元件13的輸出識別出勵磁電流的大小。另外，在電池120中內(nèi)置有用于檢測輸出電壓(輸入輸出端子間的電壓)的未圖示的輸出電壓獲取元件，電池120的輸出電壓信息輸出用的端子與控制部61連接。此外，磨損量運(yùn)算部63能識別出電池120的輸出電壓。另外，溫度計29a與磨損量運(yùn)算部63電連接，朝磨損量運(yùn)算部63輸入溫度計29a的信息。磨損量運(yùn)算部63將溫度計29a的輸出直接識別為電刷24的溫度。另外，旋轉(zhuǎn)傳感器28與磨損量運(yùn)算部63電連接，朝磨損量運(yùn)算部63輸入與轉(zhuǎn)軸7的旋轉(zhuǎn)角度相關(guān)的信息。此外，磨損量運(yùn)算部63能根據(jù)轉(zhuǎn)軸7的旋轉(zhuǎn)角度的時間變化運(yùn)算出轉(zhuǎn)軸7的轉(zhuǎn)速，換言之能運(yùn)算出轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)速。另外，外部控制裝置130與控制部61連接成能通信。在如上所述構(gòu)成的發(fā)電電動機(jī)IA中，兼具電動機(jī)和發(fā)電機(jī)這兩者的功能。
首先,對作為電動機(jī)的動作進(jìn)行說明。當(dāng)未圖示的發(fā)動機(jī)啟動時,直流電被從電池120供給至逆變器單元100。從外部控制裝置130接收到指令的電路控制部62控制各逆變器單元100的開關(guān)元件103導(dǎo)通/斷開，將從電池120輸入至逆變器單元100的直流電流轉(zhuǎn)換成三相交流電流并供給至電樞繞組17。另外，在供給有基于電路控制部62的控制信號的電流的勵磁繞組11的周圍會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，以使轉(zhuǎn)子10 (參照圖1)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子10的旋轉(zhuǎn)力從帶輪8 (參照圖1)經(jīng)由未圖示的皮帶而傳遞至發(fā)動機(jī)，以啟動發(fā)動機(jī)。接著，對作為發(fā)電機(jī)的動作進(jìn)行說明。電路控制部62根據(jù)來自外部控制裝置130的指令進(jìn)行構(gòu)成勵磁電路部110的開關(guān)元件103的開關(guān)控制，以使基于電池120的輸出的勵磁電流流動。當(dāng)啟動發(fā)動機(jī)時,發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)力經(jīng)由未圖示的曲柄軸、皮帶及帶輪8而傳遞至轉(zhuǎn)軸7。藉此，轉(zhuǎn)子10旋轉(zhuǎn)，在電樞繞組17中感應(yīng)出三相交流電壓。另外，電路控制部62讀取各相間電壓，例如，在超過電池120的額定電壓的情況下，進(jìn)行開關(guān)元件103的控制，以將電源電路部101的開關(guān)元件103切換成斷開。藉此，電樞繞組17中感應(yīng)出的三相交流電被轉(zhuǎn)換(整流)成直流電，利用該直流電對電池120進(jìn)行充電。如上所述，在發(fā)電電動機(jī)IA中，運(yùn)轉(zhuǎn)時需使勵磁電流流動以對轉(zhuǎn)子10進(jìn)行勵磁，因此，電池120始終經(jīng)由電刷24及集電環(huán)21朝勵磁繞組11供給勵磁電流。因此，電刷24的溫度因勵磁電流而升高。此時，電刷24的溫度越高，則構(gòu)成電刷24的石墨、銅的粒子越是容易剝離，因此，與集電環(huán)21接觸的電刷24的表面的石墨、銅的粒子的脫離量增多。發(fā)電電動機(jī)IA根據(jù)電刷24的溫度和轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)速來計算電刷24的磨損量。
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此處，電刷24相對于集電環(huán)21的單位滑動距離的磨損量因電刷24的溫度而變動，這已是眾所周知的。表示電刷24相對于集電環(huán)的單位滑動距離的磨損量(單位滑動磨損量)的函數(shù)(磨損量函數(shù))f(e)定義為電刷24的溫度Θ的函數(shù)并存儲于磨損量運(yùn)算部63。當(dāng)將集電環(huán)21的直徑設(shè)為D，并將時間t內(nèi)的轉(zhuǎn)速(r/min)設(shè)為N(t)時，電刷24相對于集電環(huán)21的合計滑動距離L由以下數(shù)學(xué)式I表示。(數(shù)學(xué)式I)L= Σ π DN ⑴數(shù)學(xué)式I相當(dāng)于將JiDN(t)在從O至當(dāng)前的時間為止的時間t中進(jìn)行積分獲得的值。另外，在將各時間的電刷24的溫度表示為Θ⑴時，電刷24的總磨損量F由以下的數(shù)學(xué)式2表不。(數(shù)學(xué)式2)F= Σ f ( Θ (t)) π DN (t)這樣，電刷24的總磨損量F是將包含磨損量函數(shù)的基于電刷24的溫度確定的值和認(rèn)定電刷24的溫度時的轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)速在內(nèi)的積，在從剛開始使用電刷24之后起到當(dāng)前為止的時間t中進(jìn)行積分而運(yùn)算出的。此外，磨損量運(yùn)算部63構(gòu)成為能根據(jù)數(shù)學(xué)式2運(yùn)算出電刷24的總磨損量F。
磨損量運(yùn)算部63把握實(shí)時測定出的電刷24的溫度，并采用基于電刷24的溫度的單位滑動磨損量，從而運(yùn)算出電刷24的總磨損量。因此，在運(yùn)算出的電刷24的總磨損量F中恰當(dāng)?shù)胤从吵隽穗娝?的溫度變化，由磨損量運(yùn)算部63運(yùn)算出的總磨損量F是相對于實(shí)際的電刷24的磨損量誤差較少的準(zhǔn)確值。接著，參照附圖，對磨損量運(yùn)算部63運(yùn)算電刷24的總磨損量F的運(yùn)算動作進(jìn)行說明。圖4是說明本發(fā)明實(shí)施方式一的發(fā)電電動機(jī)的磨損量運(yùn)算部對電刷的磨損量的運(yùn)算動作的流程圖。另外，在圖4中，為了便于說明，將步驟101 步驟106記載為SlOl S106。作為初始狀態(tài)，設(shè)定為發(fā)電電動機(jī)IA采用新的發(fā)電電動機(jī)。即，假設(shè)電刷24單元的電刷24未被磨損，在磨損量運(yùn)算部63內(nèi)的存儲區(qū)域中，總磨損量Fn的初始值被存儲為O0在圖4的步驟101中，磨損量運(yùn)算部63讀取所輸入的溫度計29a的輸出、旋轉(zhuǎn)傳感器28的輸出等各種輸出。在步驟102中，磨損量運(yùn)算部63朝磨損量函數(shù)f( Θ (t))輸入溫度計29a的輸出值，以計算出與溫度計29a的輸出相對應(yīng)的、換言之根據(jù)當(dāng)前的電刷24的溫度確定的磨損量函數(shù)的值(單位滑動磨損量)。此外，在步驟103中，磨損量運(yùn)算部63根據(jù)單位滑動磨損量f(0 (t))和轉(zhuǎn)軸7的當(dāng)前的轉(zhuǎn)速N(t) (r/min)計算出單位時間的電刷24的磨損量f ( Θ (t))X JiDN(t)。此外， 在步驟104中，磨損量運(yùn)算部63將計算出的單位時間的電刷24的磨損量加上當(dāng)前的Fn的值后獲得的結(jié)果作為新的Fn。即，進(jìn)行Fn = Fn + f ( Θ (t)) X JiDNU)的運(yùn)算。另外，該計算每經(jīng)過單位時間就連續(xù)地進(jìn)行。接著，在步驟105中，磨損量運(yùn)算部63對Fn的值是否比電刷24的極限磨損量Flim大進(jìn)行判斷。另外，電刷24的極限磨損量Flim并不是指失去電刷24的功能的意思，而是設(shè)定為電刷24更換時期到來的目標(biāo)值。在步驟105中，當(dāng)磨損量運(yùn)算部63判斷為Fn沒有比Flim大時，返回至步驟102，當(dāng)判斷為Fn比Flim大時，朝外部控制裝置130發(fā)出警告(步驟106)。詳細(xì)而言，雖未圖示，但在裝設(shè)有發(fā)電電動機(jī)IA的車輛等產(chǎn)品上設(shè)有用于通知電刷24的磨損達(dá)到磨損極限的通知元件。當(dāng)外部控制裝置130接收到Fn > Flim的警告時，控制通知元件，以發(fā)出電刷24達(dá)到磨損極限的警告。根據(jù)該實(shí)施方式一的發(fā)電電動機(jī)1A，磨損量運(yùn)算部63將包含被定義為電刷的單位滑動距離的磨損量的磨損量函數(shù)的基于電刷24的溫度確定出的值和轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)速在內(nèi)的積，在從剛開始使用電刷24之后起至當(dāng)前為止的時間中進(jìn)行積分，以運(yùn)算出電刷24的總
磨損量。因此，根據(jù)發(fā)電電動機(jī)1A，能在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中實(shí)時地運(yùn)算出電刷24的磨損，且為了運(yùn)算出電刷24的磨損量，可準(zhǔn)確地反映出電刷24的溫度變化。藉此，可準(zhǔn)確地運(yùn)算出電刷24的總磨損量，并能在恰當(dāng)?shù)臅r期警示電刷24的總磨損量已達(dá)到極限磨損量。即，能避免使發(fā)電電動機(jī)不必要地?fù)p傷。
實(shí)施方式二該實(shí)施方式二的發(fā)電電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式一相同。對磨損量運(yùn)算部63運(yùn)算電刷24的總磨損量的運(yùn)算動作進(jìn)行說明。為了計算出電刷24的總磨損量，除了溫度計29a測定出的溫度τ (t)、轉(zhuǎn)速N(t)之外，磨損量運(yùn)算部63還根據(jù)勵磁電流If(t)來進(jìn)行計算。此處，利用溫度計29a測定出溫度的電刷24的部位遠(yuǎn)離電刷24相對于集電環(huán)21的滑動面。因此，溫度計29a測定出的溫度并不能實(shí)時反映出磨損的電刷24的滑動面的實(shí)際溫度，在磨損的電刷24的滑動面的實(shí)際溫度與溫度計29a測定出的溫度之間會產(chǎn)生溫度差。能根據(jù)勵磁電流的大小將溫度計29a測定的溫度與電刷24的滑動面的實(shí)際溫度之間的溫度差朝變小的方向進(jìn)行修正，與僅使用溫度計29a進(jìn)行測定的情況相比，能進(jìn)一步準(zhǔn)確地推算出電刷24的 滑動面的溫度。磨損量運(yùn)算部63根據(jù)由溫度計29a測定出的溫度τ⑴和勵磁電流If(t)來運(yùn)算出電刷24的滑動面在時間t的溫度Θ (t)。即，將磨損量函數(shù)f(0 (t))定義為由溫度計29a測定出的溫度τ⑴和勵磁電流If(t)的函數(shù)，通過由以下的數(shù)學(xué)式3算出電刷24的總磨損量F，能進(jìn)一步準(zhǔn)確地進(jìn)行電刷24的總磨損量的計算。(數(shù)學(xué)式3)F= Σ f ( Θ ( τ (t), If (t)) π DN (t)這相當(dāng)于將包含基于溫度計29a的輸出及旋轉(zhuǎn)傳感器28的輸出確定的磨損量函數(shù)的值和轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)速在內(nèi)的值的積，在從電刷開始運(yùn)轉(zhuǎn)起到當(dāng)前為止的時間中進(jìn)行積分,來運(yùn)算出電刷24的總磨損量。根據(jù)該實(shí)施方式二，磨損量運(yùn)算部63還根據(jù)勵磁電流If的大小，將溫度計29a測定出的溫度τ與電刷24的滑動面的實(shí)際溫度之間的溫度差朝變小的方向進(jìn)行修正。因此，在實(shí)施方式二的發(fā)電電動機(jī)中，與將溫度計29a的溫度看作為電刷24的滑動面的溫度的情況相比，能進(jìn)一步準(zhǔn)確地推算出電刷24的總磨損量。因此，根據(jù)該實(shí)施方式二的發(fā)電電動機(jī)，能在更進(jìn)一步恰當(dāng)?shù)臅r刻警示電刷24的總磨損量已達(dá)到極限磨損量，從而能避免使發(fā)電電動機(jī)不必要地?fù)p傷。另外，在以上的說明中，對使用由作為電流信息獲取元件的電流檢測元件13直接檢測出的勵磁電流If來計算出電刷24的總磨損量的情況進(jìn)行了說明，但也可不利用電流檢測元件13檢測出勵磁電流If，而是由磨損量運(yùn)算部63通過運(yùn)算來求出勵磁電流。即，磨損量運(yùn)算部63也可兼作電流信息獲取元件。磨損量運(yùn)算部63根據(jù)電池120的輸出電壓和以下說明的勵磁電路部110的占空比來進(jìn)行計算。電路控制部62使勵磁電路部110內(nèi)的開關(guān)元件103周期性地導(dǎo)通/斷開，以將勵磁電流控制成規(guī)定的電流。勵磁電路部110的占空比定義為開關(guān)元件103處于導(dǎo)通的時間相對于將開關(guān)元件103導(dǎo)通/斷開的周期的比例。藉此，能根據(jù)電池120的輸出電壓和勵磁電路部110的占空比運(yùn)算出施加于電刷24的電壓。能根據(jù)電刷24的長度和溫度運(yùn)算出電刷24的電阻值。能根據(jù)至此為止的電刷2的總磨損量運(yùn)算出電刷24的長度，因此，磨損量運(yùn)算部63能運(yùn)算出電刷24的電阻值，以運(yùn)算出勵磁電流。與上述相同地，磨損量運(yùn)算部63根據(jù)將這樣導(dǎo)出的勵磁電流代入作為磨損量函數(shù)f的變量的勵磁電流的值后的單位滑動磨損量，運(yùn)算出電刷24的總磨損量，從而能準(zhǔn)確地推算電刷24的總磨損量。實(shí)施方式三圖5是表不本發(fā)明實(shí)施方式三的發(fā)電電動機(jī)的剖視圖。另外,在圖5中，對于與上述實(shí)施方式一相同的部分標(biāo)注相同的符號并省略其說明。在圖5中，除了省略溫度計29a，并將溫度計29b安裝于刷握25的外表面之外，發(fā)電電動機(jī)IB采用與發(fā)電電動機(jī)IA相同的結(jié)構(gòu)。首先，電刷24的磨損量如上所述與電刷24的溫度有較深的關(guān)系。若勵磁電流、轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，則由于發(fā)電電動機(jī)IB的結(jié)構(gòu)是眾所周知的，因此，能推算出安裝于刷握25的溫度計29b測定出的溫度與電刷24的滑動面的實(shí)際溫度之間的相關(guān)關(guān)系。另一方面，溫度計29b配置于與電刷24不同的部位，因此，溫度計29b測定出的溫度并不能實(shí)時反映電刷24的滑動面的實(shí)際溫度，在磨損的電刷24的滑動面的實(shí)際溫度與溫度計29b測定出的溫度之間會產(chǎn)生溫度差。以上述為基礎(chǔ)，對磨損量運(yùn)算部63進(jìn)行的電刷24的磨損量的運(yùn)算動作進(jìn)行說明。不僅考慮溫度計29b測定出的溫度與電刷24的滑動面的實(shí)際溫度之間的相關(guān)關(guān)系，通過考慮勵磁電流和轉(zhuǎn)速，能實(shí)時推算出電刷24的溫度。當(dāng)將由溫度計29b測定出的溫度設(shè)為τ (t)，并將勵磁電流設(shè)為If(t)時，能將電刷24的溫度Θ表示為Θ ( τ⑴、勵磁電流If (t)、N(t))，以作為溫度τ、勵磁電流If、轉(zhuǎn)速N的函數(shù)。即，磨損量函數(shù)(Θ (t))是將溫度τ (t)、勵磁電流If (t)及轉(zhuǎn)速N(t)設(shè)為變量的函數(shù)。另外，對于電刷24的溫度Θ，加入對溫度計29b測定出的溫度與電刷24的滑動面的溫度之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償?shù)南禂?shù)。磨損量運(yùn)算部63能運(yùn)算出被根據(jù)依次輸入的溫度τ (t)、勵磁電流If (t)、轉(zhuǎn)速N(t)的信息實(shí)時預(yù)測的電刷24的溫度Θ (t)，并根據(jù)基于電刷24的溫度Θ⑴的磨損量函數(shù)f ( Θ (t))和轉(zhuǎn)速N(t)，基于以下的數(shù)學(xué)式4運(yùn)算出電刷24的總磨損量F。(數(shù)學(xué)式4)F= Σ f ( Θ ( τ (t), If (t),N(t)) JiDN(t)另外，磨損量運(yùn)算部63與上述使用圖4的流程圖進(jìn)行說明的情況相同地求出電刷24的總磨損量Fn，判斷電刷24的總磨損量是否達(dá)到了極限磨損量，并根據(jù)判斷結(jié)果判斷是否發(fā)出警報。因此，磨損量運(yùn)算部63將求出的電刷24的總磨損量Fn和極限磨損量Flim進(jìn)行比較，當(dāng)判斷為Fn比Flim大時，朝外部控制裝置130發(fā)出警告。根據(jù)該實(shí)施方式三，根據(jù)設(shè)于處于電刷24外部的發(fā)電電動機(jī)IB的規(guī)定部位的溫度計29b測定出的溫度、勵磁電流、轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)速推算出電刷24的溫度，并將包含基于推算出的電刷24的溫度的定義電刷24的單位滑動距離的磨損量的磨損量函數(shù)和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在內(nèi)的值的積，在從上述電刷24開始運(yùn) 轉(zhuǎn)起至當(dāng)前為止的時間中進(jìn)行積分，以運(yùn)算出電刷24的總磨損量。磨損量運(yùn)算部63能準(zhǔn)確地反映由溫度計29b的輸出、勵磁電流、轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)速預(yù)測出的電刷24的溫度并運(yùn)算出電刷24的磨損量，因此，能準(zhǔn)確地運(yùn)算出電刷24的磨損量。藉此，能在恰當(dāng)?shù)臅r刻警示電刷24的磨損量已達(dá)到極限磨損量。另外，在如發(fā)電電動機(jī)IA那樣，用溫度計29a直接測定電刷24的溫度的情況下，需將溫度計29b埋設(shè)于電刷24等。在發(fā)電電動機(jī)IA的動作過程中，始終有勵磁電路流至電刷24，因此，電刷24的溫度非常高。需使用在測定范圍中具有非常高的溫度的溫度計29a，因此，需要使用價格高的溫度計。另外，溫度計29a安裝于電刷24的內(nèi)部，因此，在尺寸上限制較多，將溫度計組裝到電刷24的制造工序變得復(fù)雜。另一方面，在發(fā)電電動機(jī)IB中，采用了將溫度計29b設(shè)于處于電刷24外部的刷握25的結(jié)構(gòu)，因此，與將溫度計直接安裝于電刷24的結(jié)構(gòu)相比，對溫度計29b所要求的測定溫度降低，因此，能用價格便宜的溫度計29b進(jìn)行應(yīng)對，從而能削減制造成本。另外，因溫度計29b安裝于刷握25，由溫度計29b測定出的溫度相對于電刷29b的溫度變化不會延遲太多，能實(shí)時反映，因此，能減小根據(jù)溫度計29b的輸出求出電刷24的溫度時的誤差。另外，在該實(shí)施方式三中，對溫度計29b設(shè)于刷握25的外表面的情況進(jìn)行了說明，但即便溫度計29b設(shè)于電刷24以外的發(fā)電電動機(jī)IB的構(gòu)成零件的任一規(guī)定部位，也能獲得與上述相同的效果。例如，溫度計也可安裝于容易熱損傷且需熱保護(hù)的零件。在該情況下，能用一個溫度計進(jìn)行用于零件的過熱保護(hù)的溫度測定和用于推算電刷24的磨損量的溫度測定，從而能削減發(fā)電電動機(jī)IB整體的成本。

另外，也可將溫度計29b安裝于外殼3，以能檢測從通風(fēng)口 3a的吸氣部側(cè)吸入的空氣的溫度。吸入的空氣的溫度大多與發(fā)電電動機(jī)的各零件的溫度關(guān)聯(lián)較大，溫度計29b不僅能用于運(yùn)算電刷24的磨損量，也能用于各種零件的過熱保護(hù)等。因此，能將一個溫度計29b用于使發(fā)電電動機(jī)具有多種功能，從而能抑制成本，并能實(shí)現(xiàn)發(fā)電電動機(jī)的功能性的提聞。另外，在該實(shí)施方式三中，對利用將溫度計29a的測定溫度、勵磁電流及轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)速設(shè)為變量的函數(shù)來定義磨損量函數(shù)的情況進(jìn)行了說明，但例如也可將溫度計29a的測定溫度和轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)速這兩個參數(shù)設(shè)為變量。在該情況下，磨損量運(yùn)算部63只要將包含基于溫度計29a的輸出及旋轉(zhuǎn)傳感器28的輸出確定的磨損量函數(shù)的值和轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)速在內(nèi)的值的積，在從剛開始使用電刷24之后起到當(dāng)前為止的時間中進(jìn)行積分，來運(yùn)算出電刷24的總磨損量即可。不過，通過在磨損量函數(shù)的變量中增加勵磁電流，能進(jìn)一步高精度地運(yùn)算出電刷24的總磨損量。實(shí)施方式四本發(fā)明實(shí)施方式四的發(fā)電電動機(jī)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成為與發(fā)電電動機(jī)IA相同。接著，對發(fā)電電動機(jī)的磨損量運(yùn)算部63進(jìn)行的電刷24的磨損量的運(yùn)算進(jìn)行說明。此處，各電刷24與集電環(huán)21之間的電阻因電刷24與集電環(huán)21的接觸面間的壓力而變化，電刷24與集電環(huán)21的接觸面間的壓力較高，會使電刷24與集電環(huán)21之間的電阻變小。因此，電刷24越短，則彈簧26越伸長，彈簧26的施力越降低，因此，電刷24與集電環(huán)21的接觸面間的壓力降低，從而使電刷24與集電環(huán)21之間的電阻變大。磨損量運(yùn)算部63采用以下結(jié)構(gòu):使用電池120的輸出電壓和勵磁電路的占空比來運(yùn)算出施加于電刷24的電壓，并由算出的電壓和電流檢測元件13檢測出的勵磁電流運(yùn)算出電刷24的電阻值。以下，在該方法中，將由磨損量運(yùn)算部63運(yùn)算出的電刷24的電阻值設(shè)為電量換算電阻值。另外，在磨損量運(yùn)算部63中存儲有電刷24在制造時(使用前)的規(guī)定溫度下的電阻值。電刷24的電阻值根據(jù)電刷24的溫度而變動。即便在電刷24被磨損的情況下，也可由電刷24的總磨損量獲知磨損后的電刷24的長度，因此，磨損量運(yùn)算部63也能由使用前測定出的電刷24的電阻值運(yùn)算出現(xiàn)狀的電刷24放置在規(guī)定溫度的環(huán)境時的電阻值。以下，將由電刷24的總磨損量和磨損前的電刷24的電阻值運(yùn)算出的電阻值設(shè)為磨損量換算電阻值。當(dāng)磨損量運(yùn)算部63計算電刷24的單位滑動距離的磨損量時，使磨損量函數(shù)反映電量換算電阻值與磨損量換算電阻值的比較結(jié)果，并運(yùn)算出電刷24的總磨損量，從而能進(jìn)一步準(zhǔn)確地進(jìn)行電刷24的單位滑動距離的磨損量的計算。另外，磨損量運(yùn)算部63與上述使用圖4的流程圖進(jìn)行說明的情況相同地求出電刷24的總磨損量Fn，判斷電刷24的總磨損量是否達(dá)到了極限磨損量，并根據(jù)判斷結(jié)果判斷是否發(fā)出警報。如上所述，根據(jù)該實(shí)施方式四的發(fā)電電動機(jī)，磨損量運(yùn)算部63將根據(jù)至此為止的總磨損量和磨損前的規(guī)定溫度下的電刷24的電阻值的信息運(yùn)算出的磨損量換算電阻值與由電池120的輸出電壓和勵磁電路部110的占空比運(yùn)算出的電量換算電阻值進(jìn)行比較，能高精度地推算出現(xiàn)狀的電刷24的溫度。

因此，該實(shí)施方式四的發(fā)電電動機(jī)與實(shí)施方式一的發(fā)電電動機(jī)相比，能進(jìn)一步準(zhǔn)確地進(jìn)行電刷24的總磨損量的計算。藉此，能在進(jìn)一步更恰當(dāng)?shù)臅r刻警示電刷24的磨損量已達(dá)到極限磨損量，從而能避免使發(fā)電電動機(jī)不必要地?fù)p傷。實(shí)施方式五圖6是本發(fā)明實(shí)施方式五的發(fā)電電動機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。在圖6中，對于與上述實(shí)施方式一相同或相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同符號并省略其說明。在圖6中，發(fā)電電動機(jī)IC具有用于對彈簧26的施力進(jìn)行測定的作為施力檢測元件的壓力傳感器35。雖未詳細(xì)圖不，但壓力傳感器35例如安裝于一端和電刷24抵接的彈簧26的另一端與刷握25之間，并對彈簧26的另一端按壓刷握25的壓力進(jìn)行檢測。彈簧26的另一端對刷握25的施力相當(dāng)于彈簧26的一端對電刷24的施力。此外，壓力傳感器35與磨損量運(yùn)算部63連接，磨損量運(yùn)算部63能讀取壓力傳感器35的輸出。接著，對發(fā)電電動機(jī)IC的磨損量運(yùn)算部63進(jìn)行的電刷24的磨損量的運(yùn)算進(jìn)行說明。此處，將電刷24按壓至集電環(huán)21的彈簧26的施力越大，則電刷24的磨損的進(jìn)行速度越快。隨著電刷24的磨損加劇，壓縮設(shè)置的彈簧26伸長，因此，彈簧26的施力降低，電刷24的磨損的進(jìn)行速度變慢。因此，在磨損量運(yùn)算部63中，將彈簧26的施力P(t)反映在電刷24的磨損量的計算中，以求出電刷24的總磨損量。即，將磨損量函數(shù)f作為由溫度計29a測定出的溫度τ (t)和彈簧26的作用力P (t)的函數(shù)來計算出電刷24的磨損量。例如，預(yù)先定義表示因彈簧26的施力P(t)降低而產(chǎn)生的電刷24的磨損速度的緩慢化程度的系數(shù)p(t)。此時，能設(shè)定為磨損量函數(shù)f(0 (t)，P(t)) =f(0 (t))Xp(t)。此外，電刷24的總磨損量F由以下的數(shù)學(xué)式5表示。(數(shù)學(xué)式5)F= Σ f ( Θ (t), P(t)) π DN(t)= Σ f ( Θ (t) , P (t)) n DN (t)S卩，磨損量運(yùn)算部63將包含根據(jù)包含壓力傳感器35的輸出和溫度計29a的輸出在內(nèi)的信息確定的磨損量函數(shù)的值與轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)速在內(nèi)的值的積，在從剛開始使用電刷24之后起到當(dāng)前為止的時間中進(jìn)行積分，以運(yùn)算出電刷24的總磨損量。另外，磨損量運(yùn)算部63與上述使用圖4的流程圖進(jìn)行說明的情況相同地求出電刷24的總磨損量Fn，判斷電刷24的總磨損量是否達(dá)到了極限磨損量，并根據(jù)判斷結(jié)果判斷是否發(fā)出警報。如上所述，為了運(yùn)算出電刷24的總磨損量F，磨損量運(yùn)算部63不僅考慮電刷24的溫度，還考慮彈簧26的施力 來進(jìn)行運(yùn)算，因此，運(yùn)算出的電刷24的磨損量相對于實(shí)際的電刷24的磨損量誤差較小。因此，磨損量運(yùn)算部63能在更恰當(dāng)?shù)臅r刻發(fā)出電刷24的磨損量已達(dá)到極限磨損量的警報，因此，能避免使發(fā)電電動機(jī)不必要地?fù)p傷。另外，對施力檢測元件是壓力傳感器35的情況進(jìn)行了說明，但磨損量運(yùn)算部63也可兼作施力檢測元件。即，在磨損量運(yùn)算部63的ROM中存儲有彈簧26的彈簧常數(shù)和初始狀態(tài)的彈簧26的壓縮量。能由彈簧常數(shù)和彈簧26的壓縮量運(yùn)算出彈簧26的施力。彈簧26的壓縮量根據(jù)電刷24的總磨損量而變化，但可由電刷24的總磨損量獲知電刷24的長度的縮短量，因此，磨損量運(yùn)算部63能運(yùn)算出與電刷24的總磨損量相對應(yīng)的彈簧26的壓縮量。即，磨損量運(yùn)算部63能實(shí)時地運(yùn)算出彈簧26的施力。如上所述，使用磨損量運(yùn)算部63的通過計算運(yùn)算出彈簧26的施力P(t)的功能作為施力檢測元件，能獲得與利用壓力傳感器35運(yùn)算出彈簧26的施力P(t)相同的效果。實(shí)施方式六圖7是本發(fā)明實(shí)施方式六的發(fā)電電動機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。在圖7中，對于與上述實(shí)施方式一相同或相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同符號并省略其說明。在圖7中，發(fā)電電動機(jī)ID具有對在與彈簧21周圍的大氣相同環(huán)境下的大氣的濕度進(jìn)行測定的濕度計38。其它結(jié)構(gòu)與發(fā)電電動機(jī)IA相同。
根據(jù)大氣中的水蒸氣在集電環(huán)的表面及電刷24的滑動面上產(chǎn)生的水膜的狀態(tài)，會使電刷24與集電環(huán)21之間的摩擦的大小發(fā)生變動。當(dāng)濕度變高時，水膜變厚，因此，電刷24與集電環(huán)21之間的摩擦變小，電刷24容易滑動，當(dāng)濕度降低時，水膜變薄，因此，電刷24與集電環(huán)21之間的摩擦變大，電刷24不易滑動。例如，在夏季與冬季之間濕度變化較大的日本，若使用發(fā)電電動機(jī)，則電刷24的磨損量在夏季與冬季會顯著不同。因此，在磨損量運(yùn)算部63中，使?jié)穸扔?8測定出的濕度H (t)反映在電刷24的磨損量的計算中，以求出電刷24的總磨損量。即，磨損量函數(shù)f設(shè)定為溫度計29a輸出的溫度τ (t)和濕度計38輸出的濕度H(t)為變量的函數(shù)。例如，預(yù)先定義表示對應(yīng)于濕度變化的電刷24的磨損速度的變化程度的系數(shù)h(t)。此時，能設(shè)定為磨損量函數(shù)f(0 (t)，H(t)) = f(9 (t))Xh(t)。此外，電刷24的總磨損量F由以下的數(shù)學(xué)式6表示。(數(shù)學(xué)式6)F= Σ f ( Θ (t), H(t)) 31 DN(t)= Σ f ( Θ (t))h(t) 3i DN (t)S卩，磨損量運(yùn)算部63將包含根據(jù)包含濕度計38的輸出和溫度計29a的輸出在內(nèi)的信息確定的磨損量函 數(shù)的值與轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)速在內(nèi)的值的積，在從剛開始使用電刷24之后到當(dāng)前為止的時間中進(jìn)行積分，以運(yùn)算出電刷24的總磨損量F。另外，磨損量運(yùn)算部63與上述使用圖4的流程圖進(jìn)行說明的情況相同地求出電刷24的總磨損量Fn，判斷電刷24的總磨損量是否達(dá)到了極限磨損量，并根據(jù)判斷結(jié)果判斷是否發(fā)出警報。如上所述，為了運(yùn)算出電刷24的總磨損量F，磨損量運(yùn)算部63不僅考慮電刷24的溫度，還考慮濕度來進(jìn)行運(yùn)算，因此，運(yùn)算出的電刷24的總磨損量相對于實(shí)際的電刷24的總磨損量誤差較小。因此，磨損量運(yùn)算部63能在進(jìn)一步更恰當(dāng)?shù)臅r刻發(fā)出電刷24的磨損量已達(dá)到極限磨損量的警報，藉此，能避免使發(fā)電電動機(jī)不必要地?fù)p傷。另外，在實(shí)施方式六中，對將磨損量函數(shù)f設(shè)定為變量中具有溫度計29a測定出的溫度τ及濕度計38測定出的濕度H(t)的函數(shù)進(jìn)行了說明，但并不限于此，除了上述變量之外，也可與實(shí)施方式四相同地，使用變量中具有壓力傳感器35的測定壓力P(t)的磨損量函數(shù)f和變量中具有轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)速N(t)的磨損量函數(shù)。另外，在各實(shí)施方式中，對旋轉(zhuǎn)電機(jī)是發(fā)電電動機(jī)的情況進(jìn)行了說明，但旋轉(zhuǎn)電機(jī)也可以是具有與發(fā)電電動機(jī)相同結(jié)構(gòu)的電動機(jī)或發(fā)電機(jī)。符號說明
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，包括: 夕卜殼; 轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有勵磁繞組并同軸地固定于轉(zhuǎn)軸，該轉(zhuǎn)軸以能旋轉(zhuǎn)的方式支承于所述夕卜殼; 定子，該定子具有電樞繞組，并以圍繞所述轉(zhuǎn)子的方式固定于所述外殼； 集電環(huán)，該集電環(huán)固定于所述轉(zhuǎn)軸； 電刷，該電刷配置于與所述集電環(huán)接觸的位置； 施力元件，該施力元件將所述電刷朝所述集電環(huán)施力； 溫度信息獲取元件，該溫度信息獲取元件獲取與所述電刷的溫度相關(guān)的信息； 旋轉(zhuǎn)信息獲取元件，該旋轉(zhuǎn)信息獲取元件獲取與所述轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度相關(guān)的信息；以及 磨損量運(yùn)算部，該磨損量運(yùn)算部根據(jù)包含所述溫度信息獲取元件的輸出信息在內(nèi)的溫度信息獲取所述電刷的溫度，并將包含磨損量函數(shù)的基于所述電刷的溫度確定的值與所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在內(nèi)的值的積，在從剛開始使用所述電刷之后起到當(dāng)前為止的時間中進(jìn)行積分，以運(yùn)算出所述電刷的總磨損量，其中，所述磨損量函數(shù)將所述電刷的溫度作為變量，并被定義為所述電刷的單位滑動距離的磨損量。
2.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 所述磨損量函數(shù)被定義為變量中含有所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的函數(shù)， 所述磨損量運(yùn)算部將包含基于所述溫度信息獲取元件和所述旋轉(zhuǎn)信息獲取元件的輸出確定的所述磨損量函數(shù)的值與所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在內(nèi)的值的積，在從剛開始使用所述電刷之后起至當(dāng)前為止的時間中進(jìn)行積分，以運(yùn)算出所述電刷的總磨損量。
3.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括獲取流至所述勵磁繞組的勵磁電流的信息的電流信息獲取元件， 所述磨損量函數(shù)被定義為變量中含有所述勵磁電流的函數(shù)， 所述磨損量運(yùn)算部將包含基于所述溫度信息獲取元件和所述電流信息獲取元件的輸出確定的所述磨損量函數(shù)的值與所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在內(nèi)的值的積，在從剛開始使用所述電刷之后起至當(dāng)前為止的時間中進(jìn)行積分，以運(yùn)算出所述電刷的總磨損量。
4.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括獲取流至所述勵磁繞組的勵磁電流的信息的電流信息獲取元件， 所述磨損量函數(shù)被定義為將所述勵磁電流及所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速作為變量的函數(shù)， 所述磨損量運(yùn)算部將包含基于所述溫度信息獲取元件、所述電流信息獲取元件及所述旋轉(zhuǎn)信息獲取元件的輸出確定的所述磨損量函數(shù)的值與所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在內(nèi)的值的積，在從剛開始使用所述電刷之后起至當(dāng)前為止的時間中進(jìn)行積分，以運(yùn)算出所述電刷的總磨損量。
5.如權(quán)利要求3或4所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，包括: 電池； 勵磁電路部，該勵磁電路部進(jìn)行所述電池與所述勵磁繞組之間的通電的導(dǎo)通/斷開； 電源電路部，該電源電路部進(jìn)行所述電池與所述電樞繞組之間的通電的導(dǎo)通/斷開；以及電路控制部，該電路控制部控制所述電源電路部及勵磁電路部， 所述磨損量運(yùn)算部兼用作所述電流信息獲取元件，并根據(jù)所述電池的輸出電壓和勵磁電路部的占空比獲取所述勵磁電流的大小信息。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī),其特征在于， 所述溫度信息獲取元件對所述電刷的外部的規(guī)定部位的溫度進(jìn)行測定。
7.如權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括對所述電刷進(jìn)行支承的刷握， 所述溫度信息獲取元件對所述刷握的溫度進(jìn)行測定。
8.如權(quán)利要求3、4、6及7中任一項所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 所述磨損量運(yùn)算部根據(jù)所述電池的輸出電壓和勵磁電路部的占空比運(yùn)算出施加于所述電刷的電壓，由運(yùn)算出的所述電壓和利用所述電流信息獲取元件測定出的勵磁電流運(yùn)算出所述電刷的電阻值，以作為電量換算電阻值，并由所述電刷的總磨損量運(yùn)算出所述電刷的當(dāng)前的長度，根據(jù)磨損之前測定出的所述電刷的電阻值的信息運(yùn)算出當(dāng)前的所述電刷的電阻值，以作為磨損量換算電阻值，將所述電量換算電阻值與磨損量換算電阻值的比較結(jié)果反映在所述電刷的 磨損量的計算中，以計算出所述電刷的總磨損量。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有用于獲取所述施力元件的施力的施力檢測元件， 所述磨損量函數(shù)被定義為變量中含有所述施力檢測元件獲取的施力的函數(shù)， 所述磨損量運(yùn)算部將包括基于包含所述施力檢測元件的輸出在內(nèi)的信息確定的所述磨損量函數(shù)的值與所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在內(nèi)的值的積，在從剛開始使用所述電刷之后起至當(dāng)前為止的時間中進(jìn)行積分，以運(yùn)算出所述電刷的總磨損量。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括對與所述集電環(huán)周圍的大氣處于相同環(huán)境下的大氣的濕度進(jìn)行測定的濕度計， 所述磨損量函數(shù)被定義為變量中含有與所述集電環(huán)周圍的大氣處于相同環(huán)境下的大氣的濕度的函數(shù)， 所述磨損量運(yùn)算部將包括基于包含所述濕度計的輸出信息在內(nèi)的信息確定的所述磨損量函數(shù)的值與所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在內(nèi)的值的積，在從剛開始使用所述電刷之后起至當(dāng)前為止的時間中進(jìn)行積分，以運(yùn)算出所述電刷的總磨損量。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，包括外殼；同軸地固定在以能旋轉(zhuǎn)的方式支承于外殼的轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子；以圍繞轉(zhuǎn)子的方式固定于外殼的定子；固定于轉(zhuǎn)軸的集電環(huán)；電刷；將電刷朝集電環(huán)施力的施力元件；獲取與電刷的溫度相關(guān)的信息的溫度信息獲取元件；獲取與轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度相關(guān)的信息的旋轉(zhuǎn)信息獲取元件；以及磨損量運(yùn)算部，該磨損量運(yùn)算部根據(jù)包含溫度信息獲取元件的輸出信息在內(nèi)的溫度信息獲取所述電刷的溫度，并將包含磨損量函數(shù)的基于電刷的溫度確定的值與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在內(nèi)的值的積，在從剛開始使用電刷之后起到當(dāng)前為止的時間中進(jìn)行積分，以運(yùn)算出電刷的總磨損量，其中，所述磨損量函數(shù)將電刷的溫度作為變量，并被定義為電刷的單位滑動距離的磨損量。
文檔編號H02K13/00GK103229398SQ20108007038
公開日2013年7月31日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者前田直秀, 藤田暢彥 申請人:三菱電機(jī)株式會社