CN1628407A - 车辆用旋转电机 - Google Patents
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Abstract
本发明的车辆用旋转电机，具有：在电刷磨损达到规定长度时与对电刷施力的螺旋弹簧接触、对电刷磨损界限进行检测的检测端子；以及将从检测端子的输出与界限值进行比较、当该输出一旦超过界限值时呈ON状态(电刷磨损界限检测状态)、其后保持ON状态的判定电路。由此，即使因振动及噪音等使检测端子的输出有变动，由于能保持判定电路的ON状态，故能防止因检测端子的输出变动引起的电刷磨损界限的误检测。故能提高电刷磨损界限的检测可靠性，并能进行稳定的电刷磨损界限的检测显示。
Description
技术领域
本发明，涉及搭载在轿车、卡车、电车等的车辆上的旋转电机，尤其涉及对安装在旋转电机上的电刷的磨损界限进行检测用的控制装置。
背景技术
图11是例如在日本专利特开昭57-101549号公报中记载的对搭载了以往的车辆用交流发电机的电气电路进行说明的电路图，图12是表示以往的车辆用交流发电机的供电机构部的结构的剖视图。
在以往的车辆用交流发电机中，当闭合按键开关105时，电流从蓄电池104通过按键开关105、正极电刷109、磁场线圈(转子线圈)102和负极电刷110流向发电控制装置108。并且，磁场线圈102被该电流进行直流励磁。
在该状态下，当转子跟随发动机的旋转被旋转驱动时，将旋转磁场赋予电枢线圈(定子线圈)101，在电枢线圈101中发生电动势。该交流的电动势通过3相全波整流器103被整流成直流，供给蓄电池104进行充电。又，该交流的电动势通过辅助整流器107被整流成直流，供给磁场线圈102。并且，当转子的旋转速度上升时，发电控制装置108对磁场线圈102中流动的电流进行控制，使蓄电池104的电压处于一定的状态。
这里，正极电刷109如图12所示，被收容在电刷支架125内，利用螺旋弹簧126的施力被向外部推出。另外，虽未图示，但负极电刷110也同样地被收容在刷握125内。由此，正极电刷109和负极电刷110，利用螺旋弹簧126的施力与滑环(未图示)进行滑接，该滑环作为被供电部与转子的旋转连动地进行旋转，其前端部逐渐地磨损。并且，电流通过正极电刷109、滑环、磁场线圈102和滑环流向负极电刷110。
又，投光器113和受光器114，夹有正极电刷109并相对地被配设在刷握125上。投光器113和受光器114，例如由发光二极管和光敏晶体管构成，与正极电刷109的容许推出界限位置对应，与刷握125相对地配设着。
因此，在通常状态下，正极电刷109存在于投光器113和受光器114之间，受光器114不接受来自投光器113的光。并且，当正极电刷109磨损至磨损界限时，受光器114接受来自投光器113的光，电流进行流动。该电流通过晶体管115被放大，在稳压二极管118中能获得恒定电压。该恒定电压被施加在无稳定多谐振荡器112上，无稳定多谐振荡器112进行低频振荡动作。并且，无稳定多谐振荡器112的输出状态在处于低电平时，由于从中性点111通过二极管119和电阻124使晶体管116呈ON状态的电流，通过电阻123向无稳定多谐振荡器112流入，故晶体管116与无稳定多谐振荡器112的低电平和高电平的输出状态相应地被置为ON/OFF的状态。并且，在晶体管116为ON时，晶体管117处于OFF，在晶体管116为OFF时，晶体管117处于ON。另外，晶体管117在被置于ON的状态时，显示灯106亮灯。
即，当正极电刷109磨损至磨损界限时，无稳定多谐振荡器112进行低频振荡动作，显示灯106成为周期闪烁状态(磨损界限检测显示状态)。因此，搭乘者通过确认显示灯106的周期闪烁，就能辨认正极电刷109已磨损至磨损界限，可进行电刷的调换。另外，投光器113和受光器114只要夹有负极电刷110并相对地配设在刷握125上，就能对负极电刷110的磨损界限进行检测。另外，当正极电刷109和负极电刷110的任1个到达磨损界限而不能向磁场线圈102供电时，发电就停止。
但是，在以往的车辆用交流发电机中，在车辆运行时，滑环进行旋转，正极电刷109和负极电刷110始终持续地受到振动·变动。并且，当滑环的正圆度恶化时，正极电刷109和负极电刷110的振动·变动就进一步增大。又，有噪音等的影响而使受光器114的检测输出发生变动。因此，会发生在电刷109、110到达磨损界限以前成为磨损界限检测显示状态、或者即使在电刷109、110到达磨损界限时也不呈现磨损界限检测显示状态的误动作，存在电刷的磨损界限检测的可靠性降低的不良情况。
又，在以往的车辆用交流发电机中，由稳压二极管118产生的恒定电压用于无稳定多谐振荡器112的动作电源。并且，存在受光器114中流动的电流因电刷的振动等的影响而显著降低的情况。即，从受光器114向无稳定多谐振荡器112的供电可靠性差。由于该无稳定多谐振荡器112的脉冲波形的振幅依赖于动作电源，故若在受光器114中流动的电流降低，则该脉冲波形的振幅也降低，就导致对晶体管116、117的动作和显示灯106的亮灯产生障碍。因此，即使对电刷的磨损界限正常地进行检测，也会存在显示灯106的驱动电力不足、难以确认显示灯106的周期闪烁的不良情况。
另外，在以往的车辆用交流发电机中，电刷的磨损界限的检测·显示电路，由于作成了与发电控制装置108分开的独立结构，故还存在零件个数增多和成本增高的不良情况。
发明内容
本发明的目的在于，可获得如下结构的车辆用旋转电机：能对电刷的磨损界限进行检测的检测部的输出进行监视，一旦该输出超过界限值时检测电刷磨损界限，构成对该电刷磨损界限的检测状态保持同步的判定电路，消除因电刷的振动·变动及噪音的影响引起的误动作，在提高电刷磨损界限的检测可靠性的同时消除显示的驱动电力不足，能进行稳定的电刷磨损界限的检测显示。
本发明的车辆用旋转电机，包括：具有施加励磁电流而发生磁通的磁场线圈、利用该磁通被磁化的多个磁极和与该磁场线圈进行电气连接的被供电部的转子；具有电刷和朝该电刷与上述被供电部抵接的方向施加力的螺旋弹簧的供电机构部；对上述电刷磨损至规定长度的情况进行检测的磨损界限检测部；以及对来自上述电刷磨损界限检测部的输出进行监视、并在该输出超过设定值的时刻成为电刷磨损界限检测状态、其后与该输出与该设定值的大小无关地保持上述电刷磨损界限检测状态的电刷磨损界限检测装置。
附图说明
图1是表示本发明实施形态的车辆用交流发电机的纵剖视图。
图2是表示本发明实施形态的车辆用交流发电机的电刷周围的立体图。
图3是说明搭载了本发明实施形态的车辆用交流发电机的电气电路的电路图。
图4是表示搭载了本发明实施形态的车辆用交流发电机的发电控制装置的控制部方框图。
图5是表示搭载了本发明实施形态的车辆用交流发电机的电刷磨损界限检测电路的电路图。
图6是表示搭载了本发明实施形态的车辆用交流发电机的电刷磨损界限检测电路中的电刷磨损界限以前的电压比较器的输出波形的图。
图7是表示本发明实施形态的车辆用交流发电机的电刷磨损界限以前的显示灯亮灯用的晶体管的开关特性的图。
图8是表示搭载了本发明实施形态的车辆用交流发电机的电刷磨损界限检测电路中的电刷磨损界限时的输入波形的图。
图9是表示搭载了本发明实施形态的车辆用交流发电机的电刷磨损界限检测电路中的电刷磨损界限时的电压比较器的输出波形的图。
图10是表示本发明实施形态的车辆用交流发电机的电刷磨损界限时的显示灯亮灯用的晶体管的开关特性的图。
图11是说明搭载了以往的车辆用交流发电机的车辆电气电路的电路图。
图12是表示以往的车辆用交流发电机的供电机构部的结构的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的较佳实施形态进行说明。
[实施形态]
图1是表示本发明实施形态的车辆用交流发电机的纵剖视图，图2是表示本发明实施形态的车辆用交流发电机的电刷周围的立体图，图3是说明搭载了本发明实施形态的车辆用交流发电机的电气电路的电路图，图4是表示搭载了本发明实施形态的车辆用交流发电机的发电控制装置的控制部方框图，图5是表示搭载了本发明实施形态的车辆用交流发电机的电刷磨损界限检测电路的电路图，图6是表示搭载了本发明实施形态的车辆用交流发电机的电刷磨损界限检测电路中的电刷磨损界限以前的电压比较器的输出波形的图，图7是表示本发明实施形态的车辆用交流发电机的电刷磨损界限以前的显示灯亮灯用的晶体管的开关特性的图，图8是表示搭载了本发明实施形态的车辆用交流发电机的电刷磨损界限检测电路中的电刷磨损界限时的输入波形的图，图9是表示搭载了本发明实施形态的车辆用交流发电机的电刷磨损界限检测电路中的电刷磨损界限时的电压比较器的输出波形的图，图10是表示本发明实施形态的车辆用交流发电机的电刷磨损界限时的显示灯亮灯用的晶体管的开关特性的图。
该车辆用交流发电机，如图1所示，兰德勒型的转子7在由铝制的前托架1和后托架2构成的外壳3内，通过轴6被旋转自如地安装着，定子8以覆盖转子7的外周侧的状态被固定在外壳3的内壁面上。
轴6可转动地被支承在前托架1和后托架2上。在该轴6的一端上固定着皮带轮4，并通过皮带(未图示)可将发动机的旋转力矩传递至轴6。又，作为向转子7供给电流的被供电部的一对滑环9与轴6的另一端部在轴心方向上分开，并与轴6一起可旋转地被配设着。
转子7，由流过电流而发生磁通的磁场线圈13、以及设置成覆盖该磁场线圈13状的、利用在磁场线圈13中发生的磁通形成磁极的第1和第2磁极铁心20、21构成。第1磁极铁心20是铁制的，前端细形状的第1爪状磁极22，其各自的前端细的方向与轴心方向一致，以等角级距被形成在外周缘部的周向上。同样，第2磁极铁心21是铁制的，前端细形状的第2爪状磁极23，其各自的前端细的方向与轴心方向一致，以等角级距被形成在外周缘部的周向上。并且，第1和第2的磁极铁心20、21，与第1和第2的爪状磁极22、23啮合状相对，被固定在轴6上。另外，风扇5被分别固定在第1和第2的磁极铁心20、21的端面上。又，一对滑环9通过磁场线圈13电气串联地连接着。
定子8，具有圆筒状的定子铁心15和卷装在定子铁心15上的3相的定子线圈16。
整流器12，是将定子8产生的交流整流成直流用的构件，如图3所示，将正侧二极管d1和负侧二极管d2串联地连接构成的二极管对并联地连接成4对，并被安装在外壳3内。
发电控制装置18，是对定子8中产生的交流电压的大小进行调整的装置，被固定在散热片17上。
供电机构部19，利用螺旋弹簧11对一对电刷10向滑环9侧施力并被收容在刷握24中，导线14与各电刷10的头部连接而构成。并且，作为电刷磨损界限检测部的检测端子25，如图2所示，以电刷10磨损至磨损界限时与螺旋弹簧11电气接触的状态被安装在刷握24上。另外，图2中，为了说明的方便，表示了长度不同的电刷10、即初始状态的电刷10和磨损界限状态的电刷10，而在原来的使用状态中，一对电刷10是同等地磨损的。
下面，根据图3对本车辆用交流发电机的动作进行说明。
首先，将按键开关35向键内插入，通过转动按键开关35，对起动器(未图示)进行驱动，以驱动发动机。
其次，电流从蓄电池36通过电刷10和滑环9向磁场线圈13供给而发生磁通。利用该磁通，第1磁极铁心20的第1爪状磁极22被磁化成N极，第2磁极铁心21的第2爪状磁极23被磁化成S极。另一方面，发动机的旋转力矩通过皮带(未图示)和皮带轮4传递至轴6，使转子7旋转。因此，将旋转磁场赋予定子线圈16，在转子线圈16中产生电动势。该交流的电动势通过整流器12被整流成直流，对蓄电池36充电，向电气负荷38供给。
这里，发电控制装置18，如图4所示，具有由第1～第4的控制部31～34构成的集成电路30。
并且，第1控制部31是检测无发电状态的装置，通过P端子对定子线圈16的相电压进行监视，在相电压为0V时，将晶体管29置于ON，使显示灯37亮灯。由此，搭乘者能确认发电机处于无发电状态、即发动机停止的状态。
又，第2控制部32是检测过电压状态的装置，通过B端子对整流器12的输出电压进行监视，对该输出电压是否超过第2设定电压进行判断，在该输出电压超过第2设定电压时，将晶体管29置于ON，使显示灯37亮灯。由此，搭乘者能确认运行的车辆有异常(过电压)。
又，第3控制部33是电刷磨损界限检测装置，通过Q端子对检测端子25的电压进行监视，对该电压是否超过界限值进行判断，在该电压超过界限值时，对晶体管29进行ON/OFF，显示灯37进行闪烁。由此，搭乘者能确认电刷10的磨损界限。
又，第4控制部34是将定子8的输出电压控制成一定的控制装置，通过B端子对整流器12的输出电压进行监视，在该输出电压小于第1设定电压时，将晶体管28置于ON，在成为第1设定电压以上时，将晶体管28置于OFF，以控制向磁场线圈13的通电。由此，能将整流器12的输出电压控制成一定。
接着，参照图5～图11，对第3控制部33产生的电刷磨损界限的检测动作进行说明。
第3控制部33，如图5所示，具有：根据检测部41的电压对电刷的磨损界限进行判定的判定电路42；以及在判定电路42对电刷的磨损界限进行判定时使显示灯37进行闪烁显示的振荡电路43。对于该判定电路42，使用单电源的电压比较器COM1。并且，检测部41通过Q端子与检测端子25进行连接，输出部44与晶体管29的基极连接。另外，在图5中，Q1～Q23是晶体管；r1～r19、R4是电阻；C1是电容器；51～58是恒定电源 COM1、COM2是电压比较器。
在电刷10的磨损界限以前，检测端子25与螺旋弹簧11呈非接触状态。并且，在电刷10的磨损界限时，检测端子25与螺旋弹簧11呈接触状态。这时，检测端子25的电压如图8所示，根据车辆的振动及滑环9的正圆度的恶化的影响而进行变动。
该检测端子25的电压通过Q端子向检测部41输入。当向检测部41的输入电压小于规定的电压值(界限值：E0)时，晶体管Q1成为OFF。由此，COM1的正侧输入(A1的电位)比负侧输入(A2的电位)小，COM1成为OFF状态。即，晶体管Q3、Q5成为OFF，晶体管Q4、Q6成为ON。因此，晶体管Q8、Q7成为ON，COM1的输出(A3的电位)如图6所示成为LOW。由此，晶体管Q9成为OFF，判定电路42的输出(A4的电位)成为HIGH。其结果，晶体管Q19成为ON。
并且，当向检测部41的输入电压超过规定的电压值(界限值：E0)时，晶体管Q1成为ON。由此，COM1的正侧输入(A1的电位)比负侧输入(A2的电位)大，COM1进行ON动作。即，晶体管Q3、Q5成为ON，晶体管Q4、Q6成为OFF。因此，晶体管Q8、Q7成为OFF，COM1的输出(A3的电位)如图9所示成为HIGH。由此，晶体管Q9成为ON，判定电路42的输出(A4的电位)成为LOW。其结果，晶体管Q19成为OFF。这时，晶体管Q2成为ON，不管晶体管Q1的是否ON/OFF、即不管向检测部41的输入电压的大小如何，晶体管Q3、Q5都成为ON，并保持COM1的ON状态。即，保持对电刷磨损界限进行检测状态。
另一方面，在振荡电路43中，在COM2的正侧输入(B1的电位)比负侧输入(B2的电位)大的场合，COM2进行ON动作。即，晶体管Q11、Q13成为OFF，晶体管Q12、Q14成为ON，COM2的输出(B3的电位)成为HIGH。因此，晶体管Q18成为ON。这时，晶体管Q10也成为ON，电容器C1通过电阻R4进行放电。并且，电容器C1的电位逐渐地下降，COM2的正侧输入(B1的电位)降低。并且，在COM2的正侧输入(B1的电位)比负侧输入(B2的电位)小的场合，COM2成为OFF。即，晶体管Q11、Q1 3成为ON，晶体管Q12、Q14成为OFF。因此，晶体管Q15、Q16成为ON，COM2的输出(B3的电位)成为LOW。这时，晶体管Q18成为OFF。同时，晶体管Q10成为OFF，电容器C1开始充电。并且，电容器C1的电位上升，当COM2的正侧输入(B1的电位)比负侧输入(B2的电位)大时，COM2进行ON动作。
这样，晶体管Q18，在用电阻R4和电容器C1的时间常数所设定的周期中，就进行ON/OFF动作。
因此，在晶体管Q19为OFF状态时，通过使晶体管Q18进行ON/OFF动作，晶体管Q23就进行ON/OFF动作。由此，从输出部44输出ON/OFF信号，晶体管29就如图10所示进行ON/OFF动作，使显示灯37进行闪烁显示。
另一方面，在晶体管Q19处于ON状态时，即使晶体管Q18进行ON/OFF动作，也能保持晶体管Q23的OFF状态。由此，从输出部44输出OFF信号，晶体管29就如图7所示呈OFF状态而使显示灯37灭灯。
该显示灯37的闪烁显示，持续至电路内的电源为OFF、即按键开关35为OFF状态为止。因此，在按键开关35为OFF时，不进行显示灯37的闪烁显示，若按键开关35再次置于ON，则再次进行显示灯37的闪烁显示。并且，搭乘者通过目视确认显示灯37的闪烁显示，能辨认电刷10的磨损界限。因此，将按键开关35置于OFF，使发动机停止旋转，取下电池36的负侧的配线，进行电刷10的调换。并且，在电刷10的调换后，当将按键开关35置于ON时，由于螺旋弹簧11与检测端子25呈非接触状态，故能解除显示灯37的闪烁显示。
这样，在本发明中，在检测部41的输入电压超过界限值(E0)的时刻，使电压比较器COM1成为ON状态，同时，将判定电路42构成为对电压比较器COM1的ON状态进行保持。即，判定电路42，一旦判定为电刷10达到磨损界限时，则构成为保持该判定结果的状态。因此，在电刷10的磨损界限时、即在检测端子25与螺旋弹簧11接触时，即使因车辆的振动及滑环9的正圆度的恶化的影响而使检测端子25的电位变动，电刷的磨损界限检测的判定也不变更，能提高检测可靠性。同样，对来自的外部的噪音的耐受性增强，能提高检测可靠性。
又，对于判定电路42，由于根据正侧输入与负侧输入的大小关系来使用ON动作的电压比较器COM1，故对来自的外部的噪音的耐受性增强，能提高检测可靠性。
又，由于用于对显示灯37进行亮灯或闪烁的晶体管29，利用直接来自发电控制装置18的输出进行动作，故使晶体管29进行动作用的电路被设置在集成电路内，能减少元件个数，具有降低成本的效果。另外，由于集成电路20具有显示灯37的闪烁机构，故同样能减少元件个数，具有降低成本的效果。
在以往装置中，由于将来自电刷磨损界限的检测部(受光部114)的输入作为显示灯106的显示电路(无稳定多谐振荡器112)的电源电压，故来自检测部的输入根据振动等的影响进行变动，显示灯106的驱动电力变得不足，发生难以确认显示灯106的周期闪烁的不良情况。但是，在本申请中，显示灯37闪烁用的振荡电路43的电源电压，由于从蓄电池36通过恒定电压电路被供给，故其振荡动作不依赖于来自电刷磨损界限的检测部的输入，成为稳定的状态，不会发生上述不良情况。
又，由于检测电刷磨损界限的第3控制部33，与对发电机的无发电状态进行检测的第1控制部31、对发电机的过电压的状态进行检测的第2控制部32和将发电机的输出电压控制成一定的第4控制部34一起构成1个集成电路30，故能减少元件个数，能降低成本。
又，由于用显示灯37的闪烁显示，对电刷磨损界限进行报知，用显示灯37的亮灯显示，对无发电和过电压的状态进行报知，故搭乘者能容易地对电刷磨损界限、无发电和过电压的状态进行辨认。
另外，在上述实施形态中，作成了使判定电路42与振荡电路43独立地进行动作的结构，但即使作成使判定电路42的COM1的输出与振荡电路43串联地进行连接的结构，也能获得同样的效果。
又，在上述实施形态中，若将电容器插入于检测部41与晶体管Q1的基极之间，能提高对噪音的耐受性。
又，在上述实施形态中，对具有发电控制功能(第4控制部34)和诊断功能(第1和第2的控制部31、32)的发电控制装置18附加有电刷磨损界限的警报功能(第3控制部33)作了说明，当然也可以对只具有发电控制功能的发电控制装置附加电刷磨损界限的警报功能。
又，在上述实施形态中虽未谈到，但最好是，以对磨损界限留有规定的余量尺寸的形态来报知电刷10的磨损界限。由此，在开始进行显示灯37的闪烁显示之后，能行驶通常规定的距离，能预防在电刷的调换前发电机成为无发电状态的情况。
又，在上述实施形态中，判定电路42根据检测端子25的电压对电刷磨损界限进行判定，但也可以是判定电路42根据检测端子25中流动的电流对电刷磨损界限进行判定。
又，在上述实施形态中，对电刷磨损界限检测部利用检测端子25与螺旋弹簧11的接触来对电刷10的磨损界限进行检测的结构作了说明，但电刷磨损界限检测部不限于该结构，例如，也可以作成使用投光器和受光器、通过受光器接受来自投光器的光来对电刷10的磨损界限进行检测的结构。
又，在上述实施形态中，对适用于车辆用交流发电机的例子作了说明，但本发明不限于交流发电机，当然也能适用于交流电动机、交流发电电动机等的旋转电机。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的旋转电机，由于高可靠性且低成本地实现电刷的磨损界限的检测，故作为在汽车等车辆中所搭载的旋转电机是适用的。
Claims (4)
1、一种车辆用旋转电机，其特征在于，包括：具有施加励磁电流而发生磁通的磁场线圈、利用该磁通被磁化的多个磁极和与该磁场线圈进行电气连接的被供电部的转子；具有电刷和朝该电刷与上述被供电部抵接的方向施加力的螺旋弹簧的供电机构部；对上述电刷磨损至规定长度的情况进行检测的磨损界限检测部；以及对来自上述电刷磨损界限检测部的输出进行监视、并在该输出超过设定值的时刻成为电刷磨损界限检测状态、其后与该输出与该设定值的大小无关地保持上述电刷磨损界限检测状态的电刷磨损界限检测装置。
2、如权利要求1所述的车辆用旋转电机，其特征在于，包括：具有随着上述转子的旋转而发生施加于旋转磁场的电动势的定子线圈的定子；以及将上述定子的输出电压控制成一定的控制装置，将上述电刷磨损界限检测装置与上述控制装置构成在同一个集成电路中。
3、如权利要求2所述的车辆用旋转电机，其特征在于，具有对上述定子的输出电压进行监视、并对无发电和过电压的状态的至少一方的状态进行检测的装置，将对上述无发电和过电压的状态的至少一方的状态进行检测的装置，构成在上述集成电路中。
4、如权利要求3所述的车辆用旋转电机，其特征在于，具有显示灯，上述显示灯，在上述电刷磨损界限检测装置检测出电刷磨损界限时执行闪烁显示，在由上述无发电和过电压的至少一方状态的检测装置对无发电和过电压的至少一的状态进行检测时执行亮灯显示。
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