JP2008259346A - 車両用交流発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシ周辺の風量を増加させることにより、ブラシの冷却性を向上させることができる車両用交流発電機を提供すること。
【解決手段】界磁巻線と電気的に接続される一対のスリップリング２１、２２を有する回転軸１４を含む回転子と、スリップリング２１、２２に摺接するブラシ５１、５２とブラシ５１、５２およびスリップリング２１、２２の周囲を包囲する包囲部材としてのブラシホルダ６０およびスリップリングカバー７０とを有するブラシ装置２６が備わっている。回転軸１４には、一対のスリップリング２１、２２の間に、軸方向に沿って延在する凸部８０Ａが形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用交流発電機に関する。

従来の車両用交流発電機では、レギュレータや整流装置等の電気部品が、プーリから最も離れた後方に配置されている。これらの電気部品はリアカバーによって覆われており、リアカバー内への異物の侵入等を防止する構造となっている。また、回転軸に設けられたスリップリングに摺接するブラシを冷却するとともに、ブラシの摺動に伴って生じるブラシ摩耗粉の排出を図るために、ブラシホルダの下方向に大きな開口を設けたブラシ装置周辺の構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−３５９９５１号公報（第３−６頁、図１−１２）

ところで、特許文献１に開示された従来構造では、ブラシ周辺の空気の流れは、円筒形状のスリップリングの回転のみによって発生するため風量が少なく、冷却性が悪いという問題があった。冷却性の不足によるブラシの温度が上昇すると、ブラシが異常摩耗するおそれがある。ブラシの異常摩耗が発生すると、ブラシ摩耗粉の排出が間に合わなくなるため、スリップリング間のショートによる発電停止の可能性もあり、何らかの有効な対策が望まれる。

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、ブラシ周辺の風量を増加させることにより、ブラシの冷却性を向上させることができる車両用交流発電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用交流発電機は、界磁巻線と電気的に接続される一対のスリップリングを有する回転軸を含む回転子と、スリップリングに摺接するブラシとブラシおよびスリップリングの周囲を包囲する包囲部材とを有するブラシ装置とを備えており、回転軸は、一対のスリップリングの間に、軸方向に沿って延在する凸部を有する。回転子の回転に伴って回転軸に設けられた凸部が回転するため、スリップリング周辺の風量を増加させることができ、ブラシの冷却性を向上させることができる。特に、凸部を軸方向に沿って延在させることにより、回転軸周辺に停滞していた空気を効率よく回転方向に流すことができる。これにより、冷却性の不足によるブラシの温度上昇を防止し、ブラシの異常摩耗やスリップリング間のショートによる発電停止を未然に防ぐことが可能となる。

また、上述した回転軸の周りに等間隔に複数の凸部が設けられていることが望ましい。これにより、回転軸の周りに効率よく空気の流れを生じさせることができる。

また、上述した凸部の内部には、界磁巻線とこの界磁巻線から隔たった側の一方のスリップリングとを電気的に接続する配線部材の少なくとも一部が内蔵されていることが望ましい。凸部の内部を利用することにより、配線部材の配置の自由度を増すことができる。

また、上述した包囲部材は、車両組み付け時にスリップリングよりも下側に開口部を有することが望ましい。これにより、スリップリングとブラシとの摺動面や凸部の近傍にブラシ装置外部からの空気を導入することが容易になるとともに、摺動面において発生したブラシ摩耗粉を効率よく排出することができる。

また、上述した開口部と一対のスリップリングとの間に設けられた仕切り板を備えることが望ましい。これにより、スリップリングと仕切り板との間に形成された空間に、凸部の回転方向に沿って上流側から下流側に向かう空気の流れをつくることができ、効率よく冷却とブラシ摩耗粉の排出を行うことができる。

また、上述した仕切り板は、スリップリングの外周面と同心状の内周面を有していることが望ましい。特に、上述した回転軸の回転方向に沿った仕切り板の上流側には仕切り板と包囲部材とで区画される吸入側開口部が形成され、下流側には仕切り板と包囲部材とで区画される排出側開口部が形成されており、吸入側開口部と排出側開口部の面積を同じにすることが望ましい。これにより、部分的に通風抵抗が増すことを防止することができる。

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成を示す図である。図１に示す車両用交流発電機１００は、フロント側フレーム１、リア側フレーム２、固定子４、回転子１０、整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６、リアカバー２７等を含んで構成されている。

フロント側フレーム１およびリア側フレーム２は、共に椀形状を有しており、これらの開口部同士を対向させて固定子４を挟み込んだ状態で、複数本のボルト３によって相互に固定されている。フロント側フレーム１には円筒状のベアリングボックス７が一体に形成されており、リア側フレーム２には鉄製のベアリングボックス８がローレットを有するボルト９によって取り付けられている。

固定子４は、固定子鉄心５および固定子巻線６を備えている。回転子１０は、界磁巻線１１、ポールコア１２、１３、回転軸１４等を備えており、ベアリングボックス７、８に固定される一対のベアリング１５、１６により回転自在に保持されている。ポールコア１２、１３の軸方向端面には、遠心型の冷却ファン１７、１８が取り付けられている。フロント側の冷却ファン１７は、界磁巻線１１への冷却風を生成するために、ブレードが回転子１０の回転方向に対して前傾させた斜流式になっている。また、回転軸１４の前端にはプーリ１９がナット２０により結合されており、図示しない車両エンジンにより回転駆動される。さらに、リア側フレーム２の外側に位置する回転軸１４の後端には、一対のスリップリング２１、２２が設けられており、界磁巻線１１に電気的に接続されている。

整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６等のいわゆる電気部品は、リア側フレーム２の外側の軸方向端面に、ボルト９等の固定手段によって固定されている。整流装置２４は、例えば三相の固定子巻線６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圧に変換する。電圧制御装置２５は、界磁巻線１１に流れる励磁電流を調整することにより、車両用交流発電機１００の出力電圧を制御する。ブラシ装置２６は、整流装置２４から回転子１０の界磁巻線１１に励磁電流を流すためのものであり、回転子１０の回転軸１４に形成されたスリップリング２１、２２のそれぞれに押圧するブラシが備わっている。

リアカバー２７は、樹脂製（例えばナイロン製）の外殻部としての保護カバーであって、リア側フレーム２の外側に取り付けられる整流装置２４、電圧制御装置２５、ブラシ装置２６等の電気部品を覆って、これらを保護する。このリアカバー２７は、ナット２８によってリア側フレーム２から延びるボルト９に、整流装置２４を挟み込んだ状態で締め付け固定されている。

上述した構造を有する車両用交流発電機１００は、ベルト等を介してプーリ１９に車両エンジンからの回転力が伝えられると回転子１０が所定方向に回転する。この状態で回転子１０の界磁巻線１１に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア１２、１３のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線６に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置２４に設けられた出力端子からは所定の直流電流が取り出される。

次に、ブラシ装置２６と回転軸１４の詳細構造について説明する。図２は、ブラシ装置２６と回転軸１４の拡大断面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図４は、ブラシ装置２６に含まれるブラシホルダを径方向から見た平面図であり、ブラシを収納する前の状態が示されている。図５は、ブラシホルダの斜視図である。図６は、ブラシホルダと組み合わされるスリップリングカバーの斜視図である。

ブラシ装置２６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、スリップリング２１、２２に摺接する一対のブラシ５１、５２と、これらのブラシ５１、５２と接続端子６１、６２と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とスリップリングカバー７０によって、ブラシ５１、５２とスリップリング２１、２２の周囲を包囲する包囲部材が形成されている。

ブラシホルダ６０は、スリップリング２１、２２に対向する側面には、ブラシ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７６の延伸部７７が挿入される径方向溝９０とが開口している。また、ブラシホルダ６０には、回転軸１４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９１が形成されている。

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９１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７６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。

ブラシ５１、５２は、ブラシホルダ６０に設けられたブラシ収納部６６、６７に挿入され、スプリング６４、６５により、回転軸１４に設けられた一対のスリップリング２１、２２に押し付けられており、整流装置２４からブラシ５１、５２およびスリップリング２１、２２を介して界磁巻線１１に励磁電流を流すことにより車両用交流発電機１００による発電が行われる。

図２および図３に示すように、一対のスリップリング２１、２２の間には、絶縁樹脂からなる絶縁部８０が設けられている。この絶縁部８０は、スリップリング２１、２２の外径よりも小さな外径を有しており、周方向に沿った所定位置に軸方向に沿って延在する凸部８０Ａが形成されている。本実施形態では、等間隔（９０°間隔）で４箇所に凸部８０Ａが形成されている。また、これら４つの凸部８０Ａの一つには、界磁巻線１１とこの界磁巻線１１から隔たった側の一方のスリップリング２２とを電気的に接続する配線部材としてのコネクションバー８１が内蔵されている。なお、図３に示す例では、コネクションバー８１の全体が凸部８０Ａに内蔵されている場合を示したが、コネクションバー８１の外周側の一部を凸部８０Ａに内蔵するようにしてもよい。

また、スリップリングカバー７０は、車両用交流発電機１００を車両に組み付けた状態でスリップリング２１、２２の下側に開口部７１を有し、この開口部７１とスリップリング２１、２２との間に設けられた仕切り板７２を備えている。この仕切り板７２は、スリップリング２１、２２の外周面と同心状の内周面を有している。また、回転軸１４の回転方向に沿った仕切り板７２の上流側には仕切り板７２とスリップリングカバー７０とで区画される吸入側開口部７３が形成され、下流側には仕切り板７２とスリップリングカバー７０とで区画される排出側開口部７４が形成されている、これらの吸入側開口部７３と排出側開口部７４の面積は同じに設定されている。

図３に示す実線の矢印は、回転軸１４とともに凸部８０Ａが回転したときに生じる空気の流れを示している。また、点線の矢印は、回転軸１４の回転方向を示している。凸部８０Ａの回転に伴って回転軸１４の回転方向に沿った空気の流れが発生する。このため、吸入側開口部７３から導入された空気はスリップリング２１、２２に沿って排出側開口部７４近傍に導かれた後スリップリングカバー７０の外部に排出される。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１００では、回転子１０の回転に伴って回転軸１４に設けられた凸部８０Ａが回転するため、スリップリング２１、２２周辺の風量を増加させることができ、ブラシ５１、５２の冷却性を向上させることができる。特に、凸部８０Ａを軸方向に沿って延在させることにより、回転軸１４周辺に停滞していた空気を効率よく回転方向に流すことができる。これにより、冷却性の不足によるブラシ５１、５２の温度上昇を防止し、ブラシ５１、５２の異常摩耗やスリップリング２１、２２間のショートによる発電停止を未然に防ぐことが可能となる。

また、回転軸１４の周りに等間隔に複数の凸部８０Ａを設けることにより、回転軸１４の周りに効率よく空気の流れを生じさせることができる。

また、凸部８０Ａの内部に、界磁巻線１１とこの界磁巻線１１から隔たった側の一方のスリップリング２２とを電気的に接続するコネクションバー８１を内蔵させて凸部８０Ａの内部を利用することにより、コネクションバー８１の配置の自由度を増すことができる。

また、スリップリングカバー７０は、車両組み付け時にスリップリング２１、２２よりも下側に開口部７１を有しており、これにより、スリップリング２１、２２とブラシ５１、５２との摺動面や凸部８０Ａの近傍にブラシ装置２６の外部からの空気を導入することが容易になるとともに、摺動面において発生したブラシ摩耗粉を効率よく排出することができる。

また、開口部７１と一対のスリップリング２１、２２との間に仕切り板７２を備えることにより、スリップリング２１、２２と仕切り板７２との間に形成された空間に、凸部８０Ａの回転方向に沿って上流側から下流側に向かう空気の流れをつくることができ、効率よく冷却とブラシ摩耗粉の排出を行うことができる。

また、仕切り板７２は、スリップリング２１、２２の外周面と同心状の内周面を有し、仕切り板７２に対して回転方向に沿った上流側に吸入側開口部７３が、下流側には吸入側開口部７３と同じ面積の排出側開口部７４が形成されているため、部分的に通風抵抗が増すことを防止することができる。

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。上述した実施形態では、スリップリング２１、２２の間に凸部８０を形成したが、これに加えてスリップリング２１よりもプーリ側あるいはスリップリング２２よりも反プーリ側にも凸部を形成するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、凸部８０Ａを完全に軸方向に沿った向きに形成したが、軸方向に対して傾斜した向きに形成するようにしてもよい。

一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。 ブラシ装置と回転軸の拡大断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 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。 ブラシホルダの斜視図である。 ブラシホルダと組み合わされるスリップリングカバーの斜視図である。

符号の説明

１ フロント側フレーム
２ リア側フレーム
４ 固定子
１０ 回転子
１４ 回転軸
２１、２２ スリップリングカバー
２４ 整流装置
２５ 電圧制御装置
２６ ブラシ装置
２７ リアカバー
５１、５２ ブラシ
６０ ブラシホルダ
７０ スリップリングカバー
７１ 開口部
７２ 仕切り板
７３ 吸入側開口部
７４ 排出側開口部
８０ 絶縁部
８０Ａ 凸部
８１ コネクションバー
１００ 車両用交流発電機

Claims (7)

1. 界磁巻線と電気的に接続される一対のスリップリングを有する回転軸を含む回転子と、前記スリップリングに摺接するブラシと前記ブラシおよび前記スリップリングの周囲を包囲する包囲部材とを有するブラシ装置とを備える車両用交流発電機において、
   前記回転軸は、前記一対のスリップリングの間に、軸方向に沿って延在する凸部を有することを特徴とする車両用交流発電機。
2. 請求項１において、
   前記回転軸の周りに等間隔に複数の前記凸部が設けられていることを特徴とする車両用交流発電機。
3. 請求項１において、
   前記凸部の内部には、前記界磁巻線とこの界磁巻線から隔たった側の一方の前記スリップリングとを電気的に接続する配線部材の少なくとも一部が内蔵されていることを特徴とする車両用交流発電機。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記包囲部材は、車両組み付け時に前記スリップリングよりも下側に開口部を有することを特徴とする車両用交流発電機。
5. 請求項４において、
   前記開口部と前記一対のスリップリングとの間に設けられた仕切り板を備えることを特徴とする車両用交流発電機。
6. 請求項５において、
   前記仕切り板は、前記スリップリングの外周面と同心状の内周面を有していることを特徴とする車両用交流発電機。
7. 請求項６において、
   前記回転軸の回転方向に沿った前記仕切り板の上流側には前記仕切り板と前記包囲部材とで区画される吸入側開口部が形成され、下流側には前記仕切り板と前記包囲部材とで区画される排出側開口部が形成されており、
   前記吸入側開口部と前記排出側開口部の面積を同じにすることを特徴とする車両用交流発電機。

Images