JP2007129890A - 車両用回転電機のブラシ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半田の浸透量を減らしてブラシ接触不良や発電不良を防止することができる車両用回転電機のブラシ装置を提供すること。
【解決手段】ブラシ装置５は、回転子３のスリップリング３７、３８に押圧されるブラシ本体５１、５２と、これらのブラシ本体に接続されて柔軟性を有するピグテール６３と、ブラシ本体５１、５２をスリップリング３７、３８に押圧するスプリング６４、６５と、ブラシ本体５１、５２、ピグテール６３およびスプリング６４、６５が収容されてピグテール６３の端部が半田付けされる接続端子６１、６２を有するブラシホルダ６０とを備える。接続端子６１、６２はピグテール６３を通す取付穴を有し、この取付穴の内径がピグテール６３の外径の１．３倍以上１．５倍未満に設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用交流発電機等の車両用回転電機に組み付けられるブラシ装置に関する。

車両用交流発電機に用いられるブラシ装置は、金属製の端子を内蔵する樹脂製のブラシホルダに、ブラシ本体と、ブラシ本体にかしめ等で固定されたブラシ銅線と、ブラシ本体を回転子のスリップリングに押圧するバネとを収納するとともに、ブラシ銅線と端子とを接合した構造を有している。一般には、ブラシ銅線と端子との接合は、端子側に設けられた穴にブラシ銅線を通した後に半田付け等によって行われる（例えば、特許文献１参照。）。ブラシ銅線を端子の穴に通す際の作業性を確保するために、従来は、端子の穴径をブラシ銅線の外径の１．５倍以上に設定している。
特公平７−３２５７１号公報（第３−５頁、図１−１３）

ところで、特許文献１に開示されたブラシ装置では、端子の穴径をブラシ銅線の外径の１．５倍以上に設定しているため、ブラシ銅線の外径部と端子穴の内径部との間の隙間が大きく、ブラシ銅線を端子に半田付けする際にブラシ銅線に半田が浸透する量が多くなってしまう。ブラシ銅線に浸透した半田がブラシ銅線の曲げ部に達すると、ブラシ銅線の弾性がなくなるため、ブラシ摩耗時にブラシ本体をスリップリングへ押圧する荷重が低くなることで、早期にブラシ接触不良や発電不良が生じるおそれがあるという問題があった。また、半田付け量自体を減らしてブラシ銅線への半田の浸透量を減らそうとすると、ブラシ銅線と端子との間で半田剥がれやこれに伴う発電不良が生じるおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、半田の浸透量を減らしてブラシ接触不良や発電不良を防止することができる車両用回転電機のブラシ装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機のブラシ装置は、回転子のスリップリングに押圧されるブラシ本体と、ブラシ本体に接続されて柔軟性を有するブラシ銅線と、ブラシ本体をスリップリングに押圧するスプリングと、ブラシ本体、ブラシ銅線およびスプリングが収容されており、ブラシ銅線の端部が半田付けされる端子を有するブラシホルダとを備え、端子はブラシ銅線を通す取付穴を有し、この取付穴の内径をブラシ銅線の外径の１．３倍以上１．５倍未満に設定している。端子の取付穴の内径をブラシ銅線の外径の１．３倍以上１．５倍未満に設定することにより、１．５倍以上としていた従来品に比べて取付穴とブラシ銅線との間の隙間を減らすことができるため、この隙間を通ってブラシ銅線に浸透する半田の浸透量を減らすことができ、ブラシ銅線の適度な弾性（柔軟性）を維持することが可能となる。このため、ブラシ摩耗時にブラシ本体をスリップリングへ押圧する荷重が低くなることがなく、早期にブラシ接触不良や発電不良が生じることを防止することができる。

また、上述した取付穴は、ブラシ銅線挿入側に面取り部を有することが望ましい。これにより、端子の取付穴の内径を小さくした場合であっても、この取付穴にブラシ銅線を挿入することが容易となり、ブラシ装置の組み付け作業を行う際の良好な作業性を確保することができる。

また、上述したブラシホルダは、ブラシ本体を収納するブラシ収納部と、ブラシ銅線を収納するブラシ銅線収納部とを有しており、ブラシ銅線収納部は、端子を底面部に配置し、底面部と反対側の開口部からブラシ銅線が挿入される筒型形状を有しており、開口部から底面部に向かうにしたがって横断面の幅が狭くなることが望ましい。これにより、ブラシ銅線収納部に開口部側からブラシ銅線の先端部を挿入したときに、この先端部を端子の取付穴に向かって案内することができ、さらに良好な作業性を確保することができる。

また、上述したブラシ銅線収納部の横断面の幅は、底面部において取付穴の内径あるいは面取り部の最外径とほぼ等しいことが望ましい。これにより、ブラシ銅線収納部に挿入したブラシ銅線の先端部を円滑かつ確実に端子の取付穴内部に導入することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用回転電機としての車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。図１に示す車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、フレーム４、ブラシ装置５、整流装置６、リヤカバー７等を含んで構成されている。

固定子２は、固定子鉄心２２と、３相の固定子巻線２３と、固定子鉄心２２と固定子巻線２３との間を電気絶縁するインシュレータ２４とを備えている。回転子３は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線３１を、それぞれが６個の爪部を有するポールコア３２によって、回転軸３３を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側のポールコア３２の端面には、フロント側から吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すための冷却ファン３５が溶接等によって取り付けられている。同様に、リヤ側のポールコア３２の端面には、リヤ側から吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すための冷却ファン３６が溶接等によって取り付けられている。また、回転軸３３のリヤ側端部近傍には、界磁巻線３１の両端に電気的に接続された２つのスリップリング３７、３８が形成されており、これらのスリップリング３７、３８を介してブラシ装置５から界磁巻線３１に対して給電が行われる。

フレーム４は、固定子２および回転子３を収容しており、回転子３が回転軸３３を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子３のポールコア３２の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子２が固定されている。また、フレーム４は、固定子鉄心２２の軸方向端面から突出した固定子巻線２３に対向した部分に冷却風の吐出窓４１を有し、軸方向端面に吸入窓４２を有している。

ブラシ装置５は、整流装置６から回転子３の界磁巻線３１に励磁電流を流すためのものであり、回転子３の回転軸３３に形成されたスリップリング３７、３８のそれぞれに押圧するブラシ本体５１、５２を有する。ブラシ装置５の詳細については後述する。

整流装置６は、三相の固定子巻線２３の出力電圧である三相交流電圧を整流して直流の出力電力を得るためのものである。リヤカバー７は、リヤ側のフレーム４の外側に取り付けられるブラシ装置５、整流装置６、ＩＣレギュレータ９等の電気部品を覆って、これらを保護するためのものである。このリヤカバー７は、金属ナット７１によってリヤ側のフレーム４から延びるボルト４３に、整流装置６を挟み込んだ状態で締め付け固定されている。

次に、ブラシ装置５の詳細構造について説明する。図２は、ブラシ装置５の拡大断面図であり、車両用交流発電機１に組み付けられた状態が示されている。図３は、ブラシ装置５に含まれるブラシホルダを径方向から見た平面図である。

ブラシ装置５は、接続端子６１、６２が埋設される樹脂製のブラシホルダ６０と、一対のブラシ本体５１、５２と接続端子６１、６２を電気的につなぐブラシ銅線としてのピグテール６３と、樹脂製のスリップリングカバー７０と、スプリング６４、６５とを含んで構成されている。

ブラシホルダ６０は、ほぼ箱形形状を有しており、スリップリング３７、３８に対向する側面には、ブラシ本体５１、５２を収納するブラシ収納部６６、６７と、ピグテール６３を収納するピグテール収納部６８、６９と、スリップリングカバー７０の蓋部７２の延伸部７３が挿入される径方向溝８０とが開口している。また、ブラシホルダ６０には、回転軸３３の後端（反プーリ側端部）に位置する軸方向端部を塞ぐ蓋部８１が形成されている。

ピグテール６３は、細い銅線を編み込んで形成されており、柔軟性を有している。このピグテール６３は、銅粉かしめによりブラシ本体５１、５２に接続固定されており、ピグテール６３の先端部を、ブラシホルダ６０に埋設される接続端子６１、６２の取付穴６１Ａ、６２Ａに通した状態で半田付けすることで、接続端子６１、６２に接続される他部品（整流装置６およびＩＣレギュレータ９）との電気的接続を図っている。ブラシ本体５１、５２は、その後端（反スリップリング側）に配設されるスプリング６４、６５によってスリップリング３７、３８に押し当てられる。

ブラシホルダ６０とスリップリングカバー７０は、ブラシホルダ６０の軸方向端部を塞ぐ蓋部８１に設けられた穴と、スリップリングカバー７０の軸方向端部の蓋部７２に設けられた凸部とを嵌合させることにより、互いが結合されている。これらの穴と凸部によって係合部が形成されており、このような係合部を用いることにより、ブラシホルダ６０とスリップリングカバー７０の組み付けと固定が容易になるため、作業性と気密性の向上が可能になる。

一方のピグテール収納部６８は、接続端子６１の一部が底面部に配置されており、この底面部と反対側の開口部からピグテール６３が挿入される筒型形状を有している。ピグテール収納部６８の底面部に配置された接続端子６１には、ピグテール６３を通すための取付穴６１Ａが形成されている。この取付穴６１Ａの内径は、ピグテール６３の外径の１．３倍以上１．５倍未満に設定されている。また、取付穴６１Ａには、ピグテール６３の挿入側（ピグテール収納部６８の開口部側）に面取り部６１Ｂが形成されている。

同様に、他方のピグテール収納部６９は、接続端子６２の一部が底面部に配置されており、この底面部と反対側の開口部からピグテール６３が挿入される筒型形状を有している。ピグテール収納部６９の底面部に配置された接続端子６２には、ピグテール６３を通すための取付穴６２Ａが形成されている。この取付穴６２Ａの内径は、ピグテール６３の外径の１．３倍以上１．５倍未満に設定されている。また、取付穴６２Ａには、ピグテール６３の挿入側（ピグテール収納部６９の開口部側）に面取り部６２Ｂが形成されている。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１に備わったブラシ装置５では、接続端子６１、６２の取付穴６１Ａ、６２Ａの内径をブラシ銅線としてのピグテール６３の外径の１．３倍以上１．５倍未満に設定している。これにより、１．５倍以上としていた従来品に比べて取付穴６１Ａ、６２Ａとピグテール６３との間の隙間を減らすことができるため、この隙間を通ってピグテール６３に浸透する半田の浸透量を減らすことができ、ピグテール６３本来の適度な弾性（柔軟性）を維持することが可能となる。このため、ブラシ摩耗時にブラシ本体５１、５２をスリップリング３７、３８へ押圧する荷重が低くなることがなく、早期にブラシ接触不良や発電不良が生じることを防止することができる。

また、ピグテール収納部６８、６９の底面部に露出した接続端子６１、６２の取付穴６１Ａ、６２Ａの一方側（ピグテール６３挿入側）には面取り部６１Ｂ、６２Ｂが形成されているため、接続端子６１、６２の取付穴６１Ａ、６２Ａの内径を小さくした場合であっても、これらの取付穴６１Ａ、６２Ａにピグテール６３を挿入することが容易となり、ブラシ装置５の組み付け作業を行う際の良好な作業性を確保することができる。

図４は、取付穴６１Ａ、６２Ａの内径と不良率、半田浸透量、ブラシ押付け力との関係を測定した結果を示す図である。図４の右半分には、取付穴６１Ａ、６２Ａの内径とピグテール６３の外径との比（内径／外径）と、ピグテール６３を取付穴６１Ａ等に挿入する銅線通し作業の不良率（塗りつぶされた四角印）と、ピグテール６３への半田浸透量（丸印が平均値、その上下の線がばらつきの範囲）との関係が示されている。また、図４の左半分には、ピグテール６３への半田浸透量と、ブラシ押付け力（ブラシ本体５１、５２をスリップリング３７、３８へ押圧する荷重）との関係が示されている。

図４に示す測定結果から明らかなように、取付穴６１Ａ、６２Ａの内径とピグテール６３の外径との比（内径／外径）を１．５以下にすることにより、ピグテール６３への半田浸透量を低減することができるとともに、ブラシ摩耗後の摺動接触に必要な最小押付け力（必要最小押付け力）を確保することが可能になる。なお、上記の比（内径／外径）が１．３よりも小さくなると、ピグテール挿入時にピグテール６３を構成している細い銅線が取付穴６１Ａ、６２Ａと干渉して各銅線がばらばらになる可能性が急激に高まる。その状態で半田付けを行うと、半田によるピグテール６３と接続端子６１、６２との間の電気接続が不十分になって発電不良を生じたり、ばらばらになった各銅線間が半田で埋まらずに空孔ができると外部からの被水によってこの空孔から水がブラシホルダ６０内へ浸入して早期にブラシ摩耗が促進されて発電停止に至るなどの不良が発生する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、図２に示すようにブラシホルダ６０のピグテール収納部６８、６９の横断面形状を開口部側の幅と底面部側の幅がほぼ等しいほぼ均一な筒型形状にしたが、図５に示すように開口部側から底面部側に向かうにしたがって横断面の幅が狭くなるようにしてもよい。これにより、ピグテール収納部６８、６９に開口部側からピグテール６３の先端部を挿入したときに、この先端部を接続端子６１、６２の取付穴６１Ａ、６２Ａに向かって案内することができ、さらに良好な作業性を確保することができる。

特に、ピグテール収納部６８、６９の横断面の幅を底面部において取付穴６１Ａ、６２Ａの内径あるいは面取り部６１Ｂ、６２Ｂの最外径とほぼ等しくすることにより（図５に示す例では、ピグテール収納部６８、６９の横断面の幅が面取り部６１Ｂ、６２Ｂの最外径とほぼ等しく設定されている）、ピグテール収納部６８、６９に挿入したピグテール６３の先端部をさらに円滑かつ確実に取付穴６１Ａ、６２Ａ内部に導入することが可能になる。

一実施形態の車両用交流発電機の全体構造を示す断面図である。 ブラシ装置の拡大断面図である。 ブラシ装置に含まれるブラシホルダを径方向から見た平面図である。 取付穴の内径と不良率、半田浸透量、ブラシ押付け力との関係を測定した結果を示す図である。 開口部側から底面部側に向かうにしたがって横断面の幅が狭くなるようにしたブラシ装置の拡大断面図である。

符号の説明

１ 車両用交流発電機
２ 固定子
３ 回転子
４ フレーム
５ ブラシ装置
６ 整流装置
７ リヤカバー
９ ＩＣレギュレータ
５１、５２ ブラシ本体
６０ ブラシホルダ
６１、６２ 接続端子
６１Ａ、６２Ａ 取付穴
６１Ｂ、６２Ｂ 面取り部
６３ ピグテール
６４、６５ スプリング
７０ スリップリングカバー

Claims (4)

1. 回転子のスリップリングに押圧されるブラシ本体と、
   前記ブラシ本体に接続されて柔軟性を有するブラシ銅線と、
   前記ブラシ本体を前記スリップリングに押圧するスプリングと、
   前記ブラシ本体、前記ブラシ銅線および前記スプリングが収容されており、前記ブラシ銅線の端部が半田付けされる端子を有するブラシホルダと、
   を備え、前記端子は前記ブラシ銅線を通す取付穴を有し、この取付穴の内径を前記ブラシ銅線の外径の１．３倍以上１．５倍未満に設定することを特徴とする車両用回転電機のブラシ装置。
2. 請求項１において、
   前記取付穴は、前記ブラシ銅線挿入側に面取り部を有することを特徴とする車両用回転電機のブラシ装置。
3. 請求項１または２において、
   前記ブラシホルダは、前記ブラシ本体を収納するブラシ収納部と、前記ブラシ銅線を収納するブラシ銅線収納部とを有しており、
   前記ブラシ銅線収納部は、前記端子を底面部に配置し、前記底面部と反対側の開口部から前記ブラシ銅線が挿入される筒型形状を有しており、前記開口部から前記底面部に向かうにしたがって横断面の幅が狭くなることを特徴とする車両用回転電機のブラシ装置。
4. 請求項３において、
   前記ブラシ銅線収納部の横断面の幅は、前記底面部において前記取付穴の内径あるいは前記面取り部の最外径とほぼ等しいことを特徴とする車両用回転電機のブラシ装置。
   

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