CN107005132B - 旋转电机的转子及旋转电机 - Google Patents

Abstract

以防止转子中的轴的带电为目的，包括集电环装置，该集电环装置由一对集电环(51a、51b)、一对连接导体(52a、52b)及绝缘成型体(53)构成，其中，一对所述连接导体将各集电环与转子线圈(42)电连接，所述绝缘成型体将集电环及连接导体保持，绝缘成型体使一对集电环的电刷滑动面、一对连接导体的引出线连接端部朝外周方向露出地分别对集电环及连接导体进行埋设并保持，在埋设保持于绝缘成型体的负极侧的集电环和负极侧的连接导体中的至少一方设置有突出部(55)，该突出部朝向轴延长，并与轴电连接。

Description

旋转电机的转子及旋转电机

技术领域

本发明涉及一种在轴中压入有集电环装置的旋转电机的转子，特别地涉及车辆所使用的车用交流发电机等旋转电机的转子。

背景技术

作为现有的车用交流发电机的转子，已知有将集电环装置安装于轴并通过集电环装置向转子的线圈供给电力的转子。

作为上述集电环装置，由一对集电环、连接端子以及树脂成型部构成，其中，上述连接端子将集电环与转子线圈电连接，上述树脂成型部通过树脂将集电环及连接端子模塑成型并一体地保持。另一方面，轴经由一对轴承能旋转地支承于外壳。上述轴安装有经由皮带而与发动机连接的带轮。因而，发动机的驱动力被传递至带轮，从而使转子旋转。

在这种现有的车用交流发电机的转子中，已知伴随着发动机的驱动力的传递，因皮带与带轮的摩擦而产生的静电会使带轮和轴带电，而引起不希望的静电放电。此外，在与轴直接接触的轴承上也会带电。在这种情况下，通常均为金属制的轴承的外圈、滚动体及内圈会因润滑油的存在而相互绝缘，但当不断带电，而使轴承相对于作为接地件的外壳的电压达到润滑油的绝缘破坏电压时，在轴承自身会流过电流(轴承电流)，而存在容易发生轴承的电蚀这样的问题。

为了消除因使用由新材料制成的驱动皮带，从而发生电荷分离而引起不希望的静电放电这样的不良情况，在专利文献1中，公开了使集电环的负极侧与轴直接接触以避免带电的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：德国专利公开第102004040590(A1)号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，在专利文献1所公开的车用交流发电机的转子中，存在许多技术问题。

首先，在专利文献1的图2～图4中，示出了与轴的小径部端部中的树脂保持件的轴向侧面(轴末端面)相邻地通过按压嵌合来安装负极侧集电环的技术，但作为一般要求能够耐受最高20000rpm的旋转的车用交流发电机的转子，存在集电环飞出等可靠性上的问题。通常来说，轴是以铁为材料制造的，集电环是以铜为材料制造的，可足以想到因上述金属的差异，使得集电环相对于轴转动，而损害转子的功能。因而，为了获得“使集电环不转动”这样的结构，需要使负极侧集电环的内径及轴小径部的外径具有很高的尺寸精度、正圆度及同心度，且需要两者的固定装置等，导致生产工时数增加，其结果是，使得转子的成本增加。

此外，虽然示出了能够将对在轴向上延伸的连接导体进行收容的轴槽在轴周围从两个部位减少到一个部位，而使加工成本减少等优点，但作为上述旋转体来说，不平衡状态增大，从而会产生因波动而对轴承造成影响、或是产生伴随转子铁心的外周与环状的定子铁心内周的间隙(径向距离)的变动而引起的噪声加剧等。

此外，在专利文献1的图5、图5a中，示出了通过钎焊、焊接等将圆筒状的保持盘连接到负极侧集电环的内侧，并将保持盘和负极侧集电环插入到注塑成型模具中，注塑树脂以获得树脂保持件的技术，但在这种情况下，需要利用模具对集电环的外周进行保持，并且以仅使保持盘的内周面露出的方式进行保持，因而成型机的调节非常困难，量产性差。此外，无法保证能以高同心度来制造圆筒状的集电环和圆筒状的保持盘，如果在树脂成型后，为了确保轴插入的接触精度而需要对内周面进行加工，则会导致生产工序增加，成本增加。而且，为了避免在向轴压入时树脂件的树脂部产生破裂、缺口等且为了确保所埋入的保持盘内周面与轴的导电接触的状态而进行制造存在许多困难。

另外，在专利文献1的图6、图6a中，示出了以下两种集电环装置，第一种集电环装置是将轴销部按压到树脂保持件的轴端面以将保持盘单体与轴嵌合且使保持盘外周面与负极侧集电环的内侧接触，第二种集电环装置是将包括轴销的保持盘与树脂保持件一体成型。

在将树脂保持件插入到轴之后使具有轴销的保持盘单体嵌合这样的结构的情况下，如果不使轴的限位孔、保持盘部与负极侧集电环处于同心状态，则无法同时确保嵌合的机械强度和电接触状态。

因而，不仅要求嵌合尺寸具有很高的精度，而且由于与和轴嵌合的负极侧集电环相比，保持盘部的重量质量更大，因此容易产生轴销的转动及飞出，还需要防止转动的结构及附加的工序。

此外，在将作为成型体的露出轴销部与轴限位孔嵌合的情况下，由于与在轴向上延伸的连接导体部一体地构成，因此，无法采用由螺钉实现的固定结构，在此也要求圆筒彼此的嵌合精度。

另外，在专利文献1的图7中，为了使板状的连接导体的端部与轴接触，需要以使连接导体的端部露出的方式保持在注塑成型模具内，但露出面仅是周向的面，连接导体的保持变得困难，无法期待可靠的露出。即，模具内的连接导体的另一端部被用于注塑的树脂压力所推动，而无法保持稳定的位置，因此，如果不预先追加形成保持部，在树脂成型体成型之后对轴压入面进行加工，则无法确保连接导体与轴的电接触，作为量产的产品来说是不现实的。

本发明为解决上述这样的技术问题而作，其目的在于提供一种旋转电机的转子，该旋转电机的转子在不使作为旋转体的可靠性及生产率降低的情况下，避免对转子进行支承的轴承的电蚀，不使轴承甚至是转子的寿命降低。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的旋转电机的转子包括：轴，该轴能以轴线为中心旋转；转子主体，该转子主体具有转子线圈，且固定于上述轴；带轮，该带轮安装于上述轴的一端，且发动机的驱动力传递至该带轮；以及集电环装置，该集电环装置由一对集电环、一对连接导体及绝缘成型体构成，其中，一对上述连接导体将各上述集电环与上述转子线圈电连接，上述绝缘成型体安装于上述轴的另一端，并将上述集电环及上述连接导体保持，上述绝缘成型体使一对上述集电环的电刷滑动面、一对连接导体的引出线连接端部朝外周方向露出地分别对上述集电环及上述连接导体进行埋设并保持，在埋设保持于上述绝缘成型体的负极侧的集电环和负极侧的连接导体中的至少一方设置有突出部，该突出部朝向上述轴延长，并与上述轴电连接。

此外，本发明的旋转电机的转子通过绝缘成型体使一对集电环的电刷滑动面、一对连接导体的引出线连接端部朝外周方向露出地分别对上述集电环及上述连接导体进行埋设并保持，并且在上述绝缘成型体的轴末端部形成凹部，在上述凹部中将负极侧的上述集电环和负极侧的上述连接导体中的至少一方与轴钎焊连接。

发明效果

根据本发明的旋转电机的转子，由于能将负极侧的集电环或负极侧的连接导体的内周侧突出部与轴电连接，因此，不会发生因旋转而导致的部件的飞出等不良情况，能以廉价的结构可靠地避免轴承电蚀的不良情况。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的旋转电机的转子的整体结构的剖视图。

图2是表示图1的转子的主要部分结构的立体图。

图3是表示将图2中的轴承拆卸后的状态的转子的立体图。

图4是表示图3中的集电环装置的从轴向观察到的状态的主视图。

图5是沿图4中的A－A线的剖视图。

图6是表示实施方式1的电刷侧轴部的主要部分的侧视图及主视图。

图7是沿轴向将实施方式1的集电环装置剖切并示出的立体图。

图8是表示集电环装置的另一例的主视图。

图9是表示实施方式2的集电环装置的主要部分结构的主视图。

图10是沿图9中的B－B线的剖视图。

图11是表示图10中的集电环装置单体的剖视图及主视图。

图12是表示实施方式2的集电环装置的主要部分的局部剖视图。

图13是表示图10中的电刷侧轴部的侧视图。

图14是表示实施方式3的集电环装置的主视图。

图15是沿图14中的C－C线的剖视图。

图16是表示实施方式3的集电环装置的另一例的主视图。

图17是沿图16中的D－D线的剖视图。

图18是表示实施方式4的集电环装置的主要部分的主视图。

图19是沿图18中的E－E线的剖视图。

具体实施方式

以下，基于表示实施方式的图1至图7，对本发明进行说明。

实施方式1

图1是表示本发明实施方式1的旋转电机的转子的整体结构的剖视图，图2和图3是表示图1中的主要部分结构的立体图，图4是表示图3中的集电环装置的从轴向观察到的状态的主视图，图5是沿图4中的A-A线的剖视图。此外，图6是表示插入实施方式1的集电环装置中的电刷侧轴部的主要部分的侧视图及主视图，图7是将实施方式1的集电环装置沿轴向剖切并示出的立体图。

在各图中，旋转电机1具有环状的定子(未图示)和转子2，其中，上述转子2配置于定子的内侧，并能相对于定子旋转。定子及转子2被未图示的外壳支承。定子具有：环状的定子铁心，该定子铁心固定于外壳；以及多个定子线圈，多个上述定子线圈设置于定子铁心(均未图示)。在此，作为旋转电机1，例示了装载于车辆的车用交流发电机。

转子2具有：轴3，该轴3安装成能以轴线为中心旋转；转子主体4，该转子主体4固定于轴3的中间部；集电环装置5，该集电环装置5安装于从转子主体4突出的轴3的部分；以及一对风扇6，一对上述风扇6分别设置于转子主体4的轴线方向两端部。这种转子2被驱动而以轴3的轴线为中心与定子相对地旋转。

轴3经由一对轴承7能旋转地支承于外壳的轴承支承部70。此外，轴3具有：轴主体部31，该轴主体部31固定有转子主体4；带轮侧轴部32，该带轮侧轴部32从轴主体部31的一端部突出；以及电刷侧轴部33，该电刷侧轴部33从轴主体部31的另一端部突出。集电环装置5安装于电刷侧轴部33。

带轮侧轴部32安装有带轮8，该带轮8经由皮带而与发动机(均未图示)连接，因发动机的驱动力被传递至带轮8，使得轴3被驱动而旋转。

电刷侧轴部33具有：第一轴部(槽形成轴部)331，该第一轴部331从轴主体部31的端面沿轴向突出；以及第二轴部332，该第二轴部332从第一轴部331的端面进一步突出。第二轴部332的外径形成为比第一轴部331的外径小。藉此，在第一轴部331与第二轴部332间的边界处，沿着轴3的周向形成台阶部333。

在第一轴部331的外周面，一对轴槽34沿着轴3的轴向在轴3的周向上彼此分开地设置。此外，各轴槽34从轴主体部31的端面的位置到达第一轴部331与第二轴部332间的边界(台阶部333)处，并在第一轴部331的端面处敞开(参照图6)。

转子主体4具有：转子铁心(励磁铁心)41，该转子铁心41固定于轴主体部31；转子线圈(励磁线圈)42，该转子线圈42设于转子铁心41；以及树脂制的绕线管43，该绕线管43夹设在转子铁心41与转子线圈42之间，并使转子线圈42与转子铁心41电绝缘。

转子铁心41具有：第一铁心部411，该第一铁心部411具有多个第一爪状磁极部411a；以及第二铁心部412，该第二铁心部412具有多个第二爪状磁极部412a，第一铁心部411及第二铁心部412以使第一爪状磁极部411a及第二爪状磁极部412a交替地在转子铁心41的周向上啮合的状态分别固定于轴主体部31。因而，转子2成为所谓的爪极型转子。

转子线圈42配置于形成在转子铁心41内的空间。转子线圈42的两根引出线42e从彼此相邻的第一爪状磁极部411a间的空间向转子铁心41外引出。在转子线圈42中浸渍有树脂(例如环氧树脂等)，上述树脂覆盖转子线圈42的最外周部，并且被填充在构成转子线圈42的裸线间的间隙以及转子线圈42与绕线管43间的间隙，藉此来提高转子线圈42相对于转子铁心41的电绝缘性及机械强度。

集电环装置5由一对金属制(在本例中为铜制)的集电环51a、51b、一对连接导体52a、52b以及绝缘成型体53构成，其中，一对上述连接导体52a、52b用于将各集电环51a、51b与转子线圈42电连接，上述绝缘成型体53安装于电刷侧轴部33，并对各集电环51a、51b及各连接导体52a、52b进行支承。

对轴3进行支承的一对轴承7中的一方的轴承7被从电刷侧轴部33的端部的外侧压入而嵌入至第一轴部331的外周面。

上述绝缘成型体53由具有电绝缘性的树脂形成。此外，在将各集电环51a、51b及各连接导体52a、52b配置于成型模具之后，通过使树脂流入并硬化，来成型出绝缘成型体53。另外，绝缘成型体53具有：筒状的成型体主体部531，该成型体主体部531嵌入到第二轴部332；相对部532，该相对部532配置在比成型体主体部531更靠近转子主体4的位置处；以及一对连接部533，一对上述连接部533分别将成型体主体部531与相对部532连接，并单独地收容在各轴槽34中。

各集电环51a、51b围绕成型体主体部531配置在成型体主体部531的外周部，并以将环外周面露出到外部的状态埋设于成型体主体部531。此外，各集电环51a、51b在轴3的轴线方向上彼此分开地设置于成型体主体部531。各连接导体52a、52b从各集电环51a、51b依次经过成型体主体部531内、连接部533内、相对部532内，而从相对部532的外周面向外部引出，形成露出端部54。上述露出端部54与转子线圈42的两根引出线42e单独地连接，藉此，转子线圈42与各集电环51a、51b电连接。

成型体主体部531的相对部532形成为围绕轴3的圆环状，并构成为对露出端部54进行支承。此外，相对部532配置在与第一轴部331嵌合的轴承7与转子主体4之间。

连接部533从成型体主体部531的端面经由轴槽34内，而连接到相对部532的内周面。藉此，能在嵌入第一轴部331的外周面的轴承7的内侧使各连接导体52a、52b穿过，从而能缩小集电环装置5的径向尺寸。

接着，参照表示电刷侧轴部33的图6和表示集电环装置5的图5、图7，进行详细说明。

在一对集电环中的负极侧集电环51a形成有突出部55，该突出部55从成型体主体部531的内周面朝轴中心方向延长，并从成型体主体部531露出。与上述突出部55对应地在第二轴部332设置有凹部35。突出部55的露出面、凹部35的底面及侧面分别设置成平坦面，通过使集电环装置5与电刷侧轴部33嵌合，来使突出部55与电刷侧轴部33接触，藉此，能使轴3与集电环装置5电连接。

在此，如图7所示，突出部55从成型体主体部531的内周面以具有高低差的方式露出，因此，能可靠地保持在注塑成型树脂的成型模具内，并能确保产品精度。此外，在突出部55的轴末端部，相邻设置有同样地从成型体主体部531延伸的突出部534，能保护突出部55免受嵌合时部件彼此的轻微碰撞的影响。

对转子2进行支承的外壳安装有电刷装置9(图1)。上述电刷装置9具有：一对电刷91，一对上述电刷91与各集电环51a、51b单独地接触；刷握92，该刷握92对各电刷91进行保持；以及弹簧(未图示)，该弹簧将各电刷91单独地向与各集电环51a、51b接触的方向施力。当转子2被驱动而旋转时，各集电环51a、51b相对于电刷91滑动。与负极侧的集电环51a接触的一方的电刷91与外壳电连接，而维持接地状态。

在上述这样的旋转电机1中，从蓄电池(未图示)经由电刷91、集电环装置5而向转子2的转子线圈42供给电流，在第一爪状磁极部411a及第二爪状磁极部412a形成磁极(N极及S极)。此外，转子2因经由带轮8受到发动机的驱动力而以轴3为中心旋转。藉此，从转子2对定子铁心施加旋转磁场，从而使定子线圈产生电动势。

在此，与现有装置同样地，伴随着转子2的旋转，在未图示的皮带与带轮8之间会产生静电，而使轴3及一对轴承7带电。但是，根据本实施方式1，由于负极侧的集电环51a与轴3电接触，因此，能在带有经由轴承7向轴承支承部70放电这样的电荷量之前，经由负极侧的集电环51a、电刷91而使能量释放。即，能避免在构成轴承7的内圈73、滚动体72、外圈71、轴承支承部70中流过电流，能防止发生电蚀这样的不良情况。

另外，嵌入到第二轴部332的凹部35中的突出部55从负极侧的集电环51a连续地构成，并与负极侧的集电环51a一体地埋设并保持于绝缘成型体53，因此，即便转子2处于连续的旋转状态，也能使保持转子2与轴3接触的状态得到维持。

而且，由于负极侧的集电环51a的突出部55与轴3的接触面分别形成为平坦，因此，与使圆周面彼此接触的情况相比，具有容易提高精度，还容易确保接触状态这样的优点。

此外，作为旋转体，如图4所示，由于将两个部位的突出部55与两个部位的连接导体露出端部54在周向上分开配置，因此，平衡好，能避免因重心的偏重而引起的不良情况。此外，虽然连接导体在电路结构上设置在两个部位处，但就突出部55而言，若对能获得所希望的避免带电效果的形状及大小进行研究，也可以不设置在两个部位。当然，根据情况不同，也可以设置三个部位以上。

另外，在将突出部55和连接导体露出端部54保持重心平衡地配置的情况下，配置的顺序不受限定，如图8所示，可想到例如将突出部55和两个连接导体露出端部54各自分开120°地在周向上配置等。由于这种情况下的重量平衡还根据形状而定，因此，不局限于相等间距的配置。

即，只要能获得所希望的效果、或是作为旋转体的优异平衡性，则部位、周向上的位置可以是上面以外的各种各样的情况。另外，在上述例中，将突出部55形成为长方形，但能适当选择与嵌合相适的其它形状。

此外，作为车用交流发电机的集电环装置5的周边一般形成有迷宫结构或垫圈、O形环(均未图示)等实现的防水结构，防止装载于车辆时因沾水、沾咸水等而引起的不良情况。对于利用上述防水结构来避免上述带电的结构，也能免除使电气路径部的腐蚀深化的担忧。

实施方式2

图9是表示将本发明实施方式2的集电环装置5安装于电刷侧轴部的状态的主视图，图10是表示沿图9中的B－B线的截面的图，图11是表示图10中的仅集电环装置5的剖视图以及表示突出端子部153的主视图。此外，图12是表示集电环装置5的主要部分的剖视图，图13是表示电刷侧轴部33的侧视图。

在本实施方式2中，使连接到负极侧的集电环51a的连接导体152a的前端朝轴心方向突出，形成图12所示这样的圆环状的端子部153。上述突出端子部153在制造板状的连接导体152a时一体形成。

在将这样的集电环装置5安装于电刷侧轴部33之后，将螺钉10从轴末端部插入电刷侧轴部33的螺钉孔36并旋紧，来将集电环装置5与电刷侧轴部33紧固。其它结构与实施方式1相同。

这样，通过将一体形成于连接导体152a的突出端子部153旋紧到轴末端部并使两者紧密接触，从而能将与连接导体152a连接的负极侧的集电环51a与轴3电连接，并能在轴3及一对轴承7中将带电的电荷经由电刷侧轴部33、负极侧的集电环51a、电刷装置9释放到外壳。因而，能防止轴承7等的电蚀。

另外，突出端子部153只要能确保与轴3电连接，则不受形状等限制。此外，由于与连接导体152a一体地埋设于绝缘成型体53并保持，因此，与实施方式1同样地，即便转子2处于连续的旋转状态，也能使保持转子2与轴3接触的状态得到维持。

实施方式3

在实施方式2中，构成为通过螺钉10的紧固来使突出端子部153与轴3的末端部紧密接触，但如图14、图15所示，也能够构成为将突出端子部153铆接到轴3的末端端面来形成铆接部154，藉此将突出端子部153与电刷侧轴部33机械结合且电连接。在这种情况下，与实施方式2相比，不仅能够减少螺钉部件，而且能不需要进行轴的螺钉孔加工，从而能获得廉价的产品。

此外，如图16、图17所示，也能通过焊接形成焊接部155以使突出端子部153与轴3的末端部紧密接触。在这种情况下，不需要铆接工具，便能实现牢固的固定。

实施方式4

图18是表示将本发明实施方式4的集电环装置安装于电刷侧轴部的状态的主视图，图19是沿图18中的E－E线的剖视图。

在本实施方式4中，构成为在供负极侧的集电环51a埋设的绝缘成型体53的前端部设置凹部，该凹部是将绝缘成型体53外周的一部分切除而形成的，利用上述凹部，使负极侧的集电环51a的轴向前端部露出地形成，在将集电环装置5嵌合到轴3之后，对上述凹部施加焊料11。其它结构与上述实施方式相同。

通过这样使连接导体152a的一部分露出地钎焊到轴3上，从而能使负极侧的集电环51a与轴3电连接。

而且，与上述实施方式相比，还具有不需要重新设计集电环51a的突出部55、连接导体152a的突出端子部153、154、155，能原样使用现有的集电环51a、连接导体152a这样的效果。

此外，绝缘成型体53的凹部的形状、焊料11的配置等不局限于图示的例子，能够适当进行选择，这是自不待言的。

另外，在上述各实施方式中，以车用交流发电机的转子为例进行了说明，但本发明能适用于例如船外机用交流发电机的转子、交流发电电动机的转子等各种旋转电机。

另外，本发明能在本发明的范围内对各实施方式进行适当变形、省略。

Claims (4)

1.一种旋转电机的转子，其特征在于，包括：

轴，该轴能以轴线为中心旋转；

转子主体，该转子主体具有转子线圈，且固定于所述轴；

带轮，该带轮安装于所述轴的一端，且发动机的驱动力传递至该带轮；以及

集电环装置，该集电环装置由一对集电环、一对连接导体及绝缘成型体构成，其中，一对所述连接导体将各所述集电环与所述转子线圈电连接，所述绝缘成型体安装于所述轴的另一端，并将所述集电环及所述连接导体保持，

所述绝缘成型体使一对所述集电环的电刷滑动面、一对连接导体的引出线连接端部朝外周方向露出地分别对所述集电环及所述连接导体进行埋设并保持，

所述旋转电机的转子设置有突出部，该突出部是使埋设保持于所述绝缘成型体的负极侧的所述集电环的一部分朝向所述轴延长而形成的，该突出部与所述轴电连接。

2.如权利要求1所述的旋转电机的转子，其特征在于，

在所述轴上与轴线平行地设置有凹部，该凹部对设置于所述负极侧的集电环的所述突出部进行收容，所述突出部及所述凹部的嵌合面以平面构成。

3.如权利要求1或2所述的旋转电机的转子，其特征在于，

设于所述负极侧的集电环的所述突出部设置于与一对所述连接导体的引出线连接端部组合的整体在轴中心获得重心平衡的周向位置处。

4.一种旋转电机，其特征在于，包括权利要求1至3中任一项所述的旋转电机的转子，设置有防水结构，该防水结构形成在所述转子的集电环装置周边。

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