JP2009189156A - 回転電機及び回転電機のシール方法 - Google Patents

回転電機及び回転電機のシール方法 Download PDF

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Yukihiro Shimoda
幸弘 下田
Junichi Takase
淳一 高瀬
Masakazu Kawagishi
雅和 川岸
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Abstract

【課題】絶縁性被覆部材と結合部との間のシール性を向上させることができる回転電機及び回転電機のシール方法を提供する。
【解決手段】コイル線材25の導電部25bと発電出力用リード線19の結線部19bとが電気的に接続された結合部21を備え、この結合部21には絶縁チューブ22が装着され、絶縁チューブ22の他端の開口部22bには、シール部材35が封入されていることを特徴とする。
【選択図】図3

Description

本発明は、例えば、自動二輪車に用いられる回転電機及び回転電機のシール方法に関するものである。
一般に、自動二輪車に搭載される発電機として、磁石発電機(回転電機)が多く用いられている。
この発電機は、自動二輪車のエンジンのクランクシャフトに連係される有底筒状のロータと、エンジンのケースの内側に固定されたステータとを備えている。ロータの内周面側には永久磁石が設けられ、一方、ステータには複数の電機子コイルが巻装されたティースが永久磁石に対応するように設けられている。そして、ロータが回転することによりティースに流れる磁束が変化し、これが起電力となって電機子コイルに電流が流れるようになっている(例えば、特許文献1参照)。
上述した電機子コイルに流れる電流は、電機子コイルと発電出力用リード線とのそれぞれの端末部を結合することにより、その発電出力用リード線を介してバッテリに蓄電されたり、付属電機機器に電力供給を行ったりする用途に用いられる。
電機子コイルと発電出力用リード線との結合は、例えばそれぞれの一端の端末部を重ね合わせて半田付けしたり、圧着スリーブを用いて加締めたりすることで行われる。そして、各結合部には、それぞれの絶縁性を確保するために絶縁チューブ(絶縁性被覆部材)が被覆されている。
特開2005−261101号公報
ところで、上述した発電機は、エンジンのケース内においてエンジンオイルに浸漬されている。この時、エンジンの内部と外部との圧力差により、絶縁チューブ内が負圧になり、絶縁チューブ内にエンジンオイルが流入する虞がある。絶縁チューブ内に流入したエンジンオイルは、発電出力用リード線を伝ってエンジン外部に引き出された発電出力用リード線の他端側の端末部とバッテリや付属電機機器との接続部まで達することがある。この接続部にオイルが付着すると、接続部の抵抗が上昇するため、接続部が発熱を伴って所定の電力を出力できない場合がある。
また、自動二輪車のエンジンの内部は気密性を確保しなければならず、通常、エンジン組み付け後に行う完成品検査において、エンジンの内部の気密性を確認する気密性試験を行うものである。この時、上述した絶縁チューブ内において、絶縁チューブと結合部との間に隙間が存在して、この隙間からエア漏れが発生するという虞がある。気密性試験を行う上で、発電機の気密性を確保していないと、エンジンからのエア漏れが確認できたとしても、そのエア漏れが発電機からのエア漏れか、それ以外の部品からのエア漏れかが判断することが難しく、エア漏れの対象部品を特定し難いという問題がある。
そこで、本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであって、絶縁性被覆部材と結合部との間のシール性を向上させることができる回転電機及び回転電機のシール方法を提供するものである。
上記の課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、電機子コイルが巻装されたステータと、前記ステータに対して回転自在に設けられたロータとを備えた回転電機において、前記電機子コイルの端末部と発電出力用リード線の端末部とが電気的に接続された結合部を備え、この結合部は絶縁性被覆部材で覆われ、前記絶縁性被覆部材における少なくとも前記結合部の先端側の端部には、シール部材が封止されていることを特徴とする。
このように構成することで、絶縁性被覆部材における結合部の先端側の端部がシール部材により閉塞される。これにより、絶縁性被覆部材と結合部との間のシール性を向上させることができる。
請求項2に記載した発明は、電機子コイルが巻装されたステータと、前記ステータに対して回転自在に設けられたロータとを備えた回転電機において、前記電機子コイルの端末部と発電出力用リード線の端末部とが電気的に接続された結合部を備え、この結合部は絶縁性被覆部材で覆われ、前記絶縁性被覆部材と前記結合部の先端側の端部との間に油性ゲル状物質が充填されていることを特徴とする。
このように構成することで、絶縁性被覆部材と結合部の先端側の端部との間に油性ゲル状物質が充填されているため、絶縁性被覆部材と結合部との間のシール性を向上させることができる。
請求項3に記載した発明は、電機子コイルが巻装されたステータと、前記ステータに対して回転自在に設けられたロータとを備えた回転電機において、前記電機子コイルの端末部と発電出力用リード線の端末部とが電気的に接続された結合部を備え、この結合部は絶縁性被覆部材で覆われ、前記絶縁性被覆部材における少なくとも前記結合部の先端側の端部には、シール部材が封止されているとともに、前記絶縁性被覆部材と前記結合部の先端側の端部との間に油性ゲル状物質が充填されていることを特徴とする。
このように構成することで、絶縁性被覆部材における結合部の先端側の端部がシール部材により閉塞されるとともに、油性ゲル状物質により結合部の端部が覆われる。これにより、絶縁性被覆部材のシール性をより向上させることができる。
請求項4に記載した発明は、前記電機子コイルの一部が、流体中に浸漬されていることを特徴とする。
このように構成することで、電機子コイルを油中に浸漬配置することで、電機子コイルの冷却を行いつつ、ロータを回転させることができる。
請求項5に記載した発明は、電機子コイルが巻装されたステータと、前記ステータに対して回転自在に設けられたロータとを備えた回転電機のシール方法であって、前記電機子コイルの端末部と発電出力用リード線の端末部とを電気的に結合させる工程と、前記結合部を被覆する絶縁性被覆部材の一端側から前記絶縁性被覆部材内に油性ゲル状物質を注入する工程と、前記絶縁性被覆部材の他端側から前記結合部を挿入する工程とを有することを特徴とする。
このように構成することで、結合部を絶縁性被覆部材に挿入する前に、絶縁性被覆部材内に予め油性ゲル状物質を注入しておくことで、結合部の挿入時に、絶縁性被覆部材内における油性ゲル状物質の充填領域を結合部が通過すると、結合部の周囲に油性ゲル状物質が付着した状態となる。そして、絶縁性被覆部材の端部まで結合部を挿入することで、絶縁性被覆部材の端部が閉塞される。つまり、絶縁性被覆部材が閉塞されるとともに、各端末部に至るまで油性ゲル状物質が塗布される。よって、製造容易性及び製造効率を向上させることができるとともに、より確実にシール性を向上させることができる。
本発明によれば、絶縁性被覆部材と結合部との間のシール性を向上させることができるため、絶縁性被覆部材内へのエンジンオイル等の流入を防ぐことができる。したがって、結合部から発電出力用リード線を伝って発電出力用リード線の他端側の接続部までエンジンオイルが達する虞がなく、接続部にエンジンオイル等が付着することがないため、付属電機機器等に所定の電力を出力することができる。
また、絶縁性被覆部材と結合部との間のシール性を向上させることができるため、絶縁性被覆部材からのエア漏れを防いで、エンジンの内部の気密性を向上させることができる。さらに、気密性の高い部品をエンジンに搭載することで、完成品検査の気密性試験において他の部品からエア漏れがあった場合に、エア漏れ対象部品を判断しやすくなる。
次に、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
図1,2に示すように、発電機(回転電機)1は、例えば自動二輪車に用いられるアウターロータ型の発電機であって、エンジンのクランクシャフト2の先端に固定されたロータ3と、エンジンのケース30に固定されたステータ4とを備えている。エンジンのケース30内には、発電機1の後述する電機子コイル18や他の構成部材の冷却等を行うためにエンジンオイルが収容されており、発電機1は、その一部が浸漬された状態で配置されている。
ロータ3は、有底筒状に形成されたものであって、中央にロータボス5が設けられている。ロータボス5の中央には貫通孔6が形成されている。貫通孔6は、クランクシャフト2の先端形状に対応するように基端側に向かって径方向に広がるテーパ状に形成されており、ここにクランクシャフト2が挿入されるようになっている。そして、ロータ3とクランクシャフト2とは、ナット10によって締結固定され、軸線回りに共回りするようになっている。
ロータ3の底壁11には、複数のネジ孔12が周方向に等間隔に形成されている。このネジ孔12には、ロータ3とワンウェイクラッチ機構13とを締結固定するためのボルト14が挿入されている。
ロータ3の周壁7には、内周面側に複数の永久磁石8(図1参照)が周方向に磁極が交互となるように設けられている。また、外周面側には、複数の突起9が周方向に等間隔に設けられている。これら突起9は、クランクシャフト2やロータ3の回転位置を検出するためのものである。
ステータ4は、円環状のステータコア17を有している。ステータコア17は、磁性材料の板材を軸線方向に積層して形成したものであって、中央にロータボス5が挿通可能なボス孔15が形成されている。また、ステータコア17には、周方向に沿って等間隔に複数(例えば、3箇所)のネジ孔20が形成されている。そして、このネジ孔20には、ステータ4をエンジンのケース30に締結固定するためのボルト31が挿入されている。さらに、ステータコア17には、放射状に径方向外側に向かって延出する複数のティース16が周方向に等間隔に設けられている。これらティース16には、それぞれインシュレータ24が装着され、そのインシュレータ24を介して電機子コイル18が巻装されている。
図1〜3に示すように、電機子コイル18は、U相、V相、W相の3相備え、これら各相の電機子コイル18は、コイル線材25がそれぞれティース16間に巻装されて構成されている。コイル線材25は、銅線に絶縁材であるエナメルが被膜された、いわゆるエナメル線である。各コイル線材25の端末部25aは、各々所定のティース16に巻装された後、その巻き始め端、及び巻き終わり端が相毎に纏まった状態でティース16,16間から引き出し位置付近Cまで導き出されている。端末部25aの先端部分における外表面は、エナメル被膜が剥離された導電部25bが形成されている。
一方、引き出し位置付近Cには、エンジンのケース30の外方から3本の発電出力用リード線19の端末部19aがケース30の内部に挿入されている。端末部19aの先端部分は、銅線が露出した結線部19bとして形成されている。各発電出力用リード線19は、1本の被覆チューブ26aによって纏まった状態で被覆されたハーネス26として構成されている。ハーネス26は、エンジンのケース30に形成された貫通孔32からグロメット33を介してケース30の外方に引き出されている。ハーネス26の他端には、カプラ34が取り付けられており、このカプラ34を介して発電機1が図示しないバッテリや付属電子機器に接続される。
図3に示すように、コイル線材25の各導電部25bと発電出力用リード線19の各結線部19bとは、それぞれ同じ向きになるように重ね合わされており、この重ね合わせた部分を半田付けして結合部21を形成している。なお、結合部は半田付けする他に、圧着スリーブを用いて加締めたりする構成等を用いることも可能である。
各結合部21には、それぞれ管状の絶縁チューブ(絶縁性被覆部材)22が装着されている。絶縁チューブ22は、各結合部21の絶縁を確保するためのものである。絶縁チューブ22は、その一端の開口部22aから各結合部21の先端を挿入するようにして装着されており、コイル線材25及び発電出力用リード線19のそれぞれの端末部25a,19aを覆うようになっている。各絶縁チューブ22は、断面矩形状の固定具23に束ねられ、この固定具23を介してステータコア17にボルト27によって締結固定されている。
ここで、各絶縁チューブ22における結合部21の先端側の端部、つまり各絶縁チューブ22の他端の開口部22bには、結合部21の手前側に至る部位にシール部材35が封入されている。したがって、結合部21の先端とシール部材35との間には間隙を有している。シール部材35は、シリコーン樹脂等の樹脂材料から構成された円柱形状のものであり、その外径が絶縁チューブ22の内径と同径若しくは、それ以上に形成されることが好ましい。そして、シール部材35は、絶縁チューブ22の他端の開口部22bから押し込まれるように挿入されている。これにより、絶縁チューブ22の他端の開口部22bは、隙間なく閉塞されている。
次に、発電機のシール方法として、絶縁チューブ22及びシール部材35の装着手順について説明する。
図3に示すように、まずコイル線材25の導電部25bと発電出力用リード線19の結線部19bとを、それぞれ同じ向きになるように重ね合わせて半田付けした後、絶縁チューブ22の一端側の開口部22a側を結合部21の先端に向けた状態で結合部21を挿入する。この時、絶縁チューブ22の他端の開口部22b側まで、結合部21を挿入する。
次に、各絶縁チューブ22にシール部材35を装着する。具体的には、結合部21の先端側の端部、つまり絶縁チューブ22の他端の開口部22b側からシール部材35を押し込むように挿入していく。この時、シール部材35の内面と上述した結合部21の先端との間に間隙を有しつつ、互いに近接する位置までシール部材35を挿入する。これにより、絶縁チューブ22及びシール部材35が結合部21に装着される。なお、シール部材35を装着した後に、結合部21に絶縁チューブ22を装着させてもよい。
そして、各結合部21に装着された各絶縁チューブ22をまとめて固定具23を取り付ける。その後、絶縁チューブ22に取り付けられた固定具23をステータコア17にボルト27によって締結固定する。
このようにして、結合部21に装着された絶縁チューブ22がステータコア17に固定された発電機1においては、エンジンを始動するときには、スタータのモータの回転がワンウェイクラッチ機構13を介してロータ3に伝達され、このロータ3がロータ3に固定されたクランクシャフト2を回転させる。このようにしてクランクシャフト2を回転させることでエンジンが始動する。その後、クランクシャフト2の回転数が所定数を越えると、クランクシャフト2と共に回転するワンウェイクラッチ機構13によってスタータモータとエンジンとが切り離される。
また、クランクシャフト2と共にロータ3が回転すると、永久磁石8がステータ4の周りを回転するので、電機子コイル18に誘導起電力が発生し、この起電力が発電出力用リード線19を介して不図示のバッテリに蓄電されたり、付属電気機器に電力供給されたりする。
したがって、上述の第1実施形態によれば、絶縁チューブ22の他端側の開口部22bがシール部材35により閉塞されているため、絶縁チューブ22と結合部21との間のシール性を向上させることができる。これにより、絶縁チューブ22内へのエンジンオイルの流入を防ぐことができる。したがって、結合部21から発電出力用リード線19を伝ってカプラ34側までエンジンオイルが達する虞がなく、カプラ34にエンジンオイルが付着することがないため、発電機1から付属電機機器等に所定の電力を出力することができる。
次に、図1,2,4に基づいて、本発明の第2実施形態について説明する。なお、以下の説明では、上述の第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明は省略する。
図4に示すように、結合部21の周囲には、絶縁チューブ22の内壁との間にグリス(油性ゲル状物質)40が充填されている。このグリス40は、結合部21の先端面からコイル線材25の端末部25a及び発電出力用リード線19の端末部19aに至る部位まで塗布されている。これにより、絶縁チューブ22の他端の開口部22bは隙間なく閉塞されている。なお、グリス40の構成材料としては、比較的流動性が低く、かつ耐熱性の高い材料が好ましく、従来よりエンジンの構成部品の組み付けに用いられる公知のものを使用することが可能である。これにより、グリス40が溶けてエンジン内部に流出する虞もない。万が一エンジン内にグリス40が流出しても、エンジンの構成部品の組み付けに用いられるものを用いているため、エンジンに対して何ら悪影響を与えるものではない。
次に、本実施形態における発電機のシール方法について説明する。
図4に示すように、まず絶縁チューブ22内にグリス40を予め充填しておく。具体的には、絶縁チューブ22の他端の開口部22b側から、絶縁チューブ22内に向けてグリス40を注入していく。この時、絶縁チューブ22の他端側において、絶縁チューブ22の径方向に隙間なく行渡らせるようにグリス40を注入することが好ましい。
次に、電機子コイル18と発電出力用リード線19との結合部21を絶縁チューブ22内に挿入する。具体的には、絶縁チューブ22の一端側の開口部22a側を結合部21の先端に向けた状態で結合部21をそれぞれ挿入する。この時、絶縁チューブ22の他端側の開口部22bに近接する位置まで、結合部21を挿入する。
ここで、結合部21を挿入していくと、結合部21は絶縁チューブ22内におけるグリス40の充填された領域を通過することになる。つまり、結合部21は、絶縁チューブ22内に注入されたグリス40を絶縁チューブ22の径方向や軸方向に押し退けて挿入されていく。これにより、結合部21の先端面や周囲からコイル線材25の端末部25a及び発電出力用リード線19の端末部19aを覆うようにグリス40が付着する。さらに、絶縁チューブ22と結合部21との間や、絶縁チューブ22の他端の開口部22bが隙間なく閉塞される。
したがって、本実施形態によれば、上述した第1実施形態と同様の効果を奏するとともに、絶縁チューブ22を閉塞するためにグリス40を用いているため、絶縁チューブ22を閉塞するために例えば接着剤等を用いる場合と異なり、乾燥させるための時間を必要としない。また、グリス40は拭き取りが可能な材料であるため、充填領域と異なる場所に付着してしまった場合等には即座に拭き取って除去することができる。また、結合部21を絶縁チューブ22に挿入する前に、絶縁チューブ22内に予めグリス40を注入しておくことで、結合部21の挿入に伴って、絶縁チューブ22が閉塞されるとともに、各端末部25a,19aに至るまでグリス40を塗布することができる。
よって、製造容易性及び製造効率を向上させることができるとともに、より確実にシール性を向上させることができる。
ところで、自動二輪車のエンジンの内部は気密性を確保しなければならず、通常、エンジン組み付け後に行う完成品検査において、エンジンの内部の気密性を確認する気密性試験を行うものである。この時、上述した絶縁チューブ内において、絶縁チューブと結合部との間に隙間が存在して、この隙間からエア漏れが発生するという虞がある。気密性試験を行う上で、発電機の気密性を確保していないと、エンジンからのエア漏れが確認できたとしても、そのエア漏れが発電機からのエア漏れか、それ以外の部品からのエア漏れかが判断することが難しく、エア漏れの対象部品を特定し難いという問題がある。
ここで、本願発明者は、本発明における発電機のシール性を確認する試験を行った。
まず、本試験に用いる試験装置を説明する。
図5に示すように、試験装置60は、水が収容された試験槽61内にエンジンのケース(例えば、図1中ケース30)に相当する治具62が浸漬配置されている。治具62は密閉された箱型形状のものであり、その内部に発電機1が収容されている。なお、本試験においては、上述した第2実施形態の発電機1を用いた場合について説明する。
治具62の上面には、エア供給管63が接続されている。このエア供給管63は、一端が治具62内に挿入され、他端が試験槽61の外方に引き出されており、試験槽61の外方から治具62内にエアを供給できるように構成されている。一方、治具62の側面からは、グロメット33を介してハーネス26が引き出されている。ハーネス26の一端には、結合部21を被覆する絶縁チューブ22が装着されている。被覆チューブ22内には、上述したグリス40が充填されており、被覆チューブ22の開口部は閉塞された状態で保持されている。ハーネス26の他端には、カプラ34が取り付けられている。カプラ34は、その上方から有底筒状の集気管64により囲まれている。この集気管64は、ハーネス26の他端から放出されるエアを集めるものである。
次に、本試験の試験方法について説明する。本試験は、エンジンの組み付け後の完成品検査において行われる気密性試験を模擬的に行ったものである。本試験では、まずエア供給管63から治具62内にエアを供給する(図5中矢印参照)。そして、治具62内に充填されたエアのうち、ハーネス26内を伝って、カプラ34側から放出されるエアが集気管64内に収容される。そして、所定時間経過後に集気管64内に収容されたエアの量を測定する。このエアの量を、絶縁チューブ22から漏れて流出してきたエアの漏れ量として算出した。
図6は、本試験の試験結果を示すグラフであり、経過時間(s)に対する漏れ量(cc)を示している。本試験では、対策前の発電機として絶縁チューブの開口部が開口した状態のものを用い、対策後の発電機として第2実施形態で用いた発電機1を用い、対策前の発電機と対策後の発電機とでエアの漏れ量の比較を行った。なお、図6では、直線Dを挟んで下側をOKゾーンとしており、エアの漏れが少なく気密性が確保できている範囲を示している。一方、直線Dを挟んで上側をNGゾーンとしており、エアの漏れが多く気密性が低い範囲を示している。
図6に示すように、対策前の発電機は、経過時間が増加するにつれて漏れ量も増加する傾向にあり、結果的にNGゾーンを越える量のエア漏れが確認された。
これに対して、対策後の発電機にあっては、経過時間の初期段階では、エア漏れが確認されなかった。また、経過時間が経つにつれてエアの漏れが若干確認されたものの、その値は小さく、直線Dから大きく下回ってOKゾーン内に確実に収まるという良好な結果が得られた。
以上の結果より、絶縁チューブ22内をグリス40により閉塞することで、絶縁チューブ22のシール性を向上させることができる。そして、絶縁チューブ22のシール性を向上させることで、絶縁チューブ22からのエア漏れを防いで、エンジンの内部の気密性を向上させることができる。さらに、気密性の高い発電機1をエンジンに搭載することで、完成品検査の気密性試験において他の部品からエア漏れがあった場合に、エア漏れ対象部品を特定しやすくなる。
なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、第1実施形態と第2実施形態とを組み合わせるような構成を採用することも可能である。これにより、絶縁チューブのシール性をより向上させることができる。また、絶縁チューブの他端の開口部を外側から覆うようなシール部材を用いてもよい。さらに、上述の実施形態では、絶縁性被覆部材として管状の絶縁チューブを用いるような構成について説明したが、これに限られることなく、絶縁性を有するシートで結合部を包むような構成等、種々の形状を用いることが可能である。
本発明の実施形態における発電機の平面図である。 図1のA−A線に相当する断面図である。 本発明の第1実施形態における電機子コイルの結合部の詳細図である。 本発明の第1実施形態における電機子コイルの結合部の詳細図である。 本発明の実施形態における試験装置の概略構成図である。 経過時間(s)に対する漏れ量(cc)を示すグラフである。
符号の説明
1…発電機(回転電機) 3…ロータ 4…ステータ 18…電機子コイル 25…コイル線材 25a…端末部 19…発電出力用リード線 19a…端末部 21…結合部 22…絶縁チューブ 35…シール部材(絶縁性被覆部材) 40…グリス(油性ゲル状物質)

Claims (5)

  1. 電機子コイルが巻装されたステータと、前記ステータに対して回転自在に設けられたロータとを備えた回転電機において、
    前記電機子コイルの端末部と発電出力用リード線の端末部とが電気的に接続された結合部を備え、この結合部は絶縁性被覆部材で覆われ、
    前記絶縁性被覆部材における少なくとも前記結合部の先端側の端部には、シール部材が封止されていることを特徴とする回転電機。
  2. 電機子コイルが巻装されたステータと、前記ステータに対して回転自在に設けられたロータとを備えた回転電機において、
    前記電機子コイルの端末部と発電出力用リード線の端末部とが電気的に接続された結合部を備え、この結合部は絶縁性被覆部材で覆われ、
    前記絶縁性被覆部材と前記結合部の先端側の端部との間に油性ゲル状物質が充填されていることを特徴とする回転電機。
  3. 電機子コイルが巻装されたステータと、前記ステータに対して回転自在に設けられたロータとを備えた回転電機において、
    前記電機子コイルの端末部と発電出力用リード線の端末部とが電気的に接続された結合部を備え、この結合部は絶縁性被覆部材で覆われ、
    前記絶縁性被覆部材における少なくとも前記結合部の先端側の端部には、シール部材が封止されているとともに、前記絶縁性被覆部材と前記結合部の先端側の端部との間に油性ゲル状物質が充填されていることを特徴とする回転電機。
  4. 前記電機子コイルの一部が、流体中に浸漬されていることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の回転電機。
  5. 電機子コイルが巻装されたステータと、前記ステータに対して回転自在に設けられたロータとを備えた回転電機のシール方法であって、
    前記電機子コイルの端末部と発電出力用リード線の端末部とを電気的に結合させる工程と、
    前記結合部を被覆する絶縁性被覆部材の一端側から前記絶縁性被覆部材内に油性ゲル状物質を注入する工程と、
    前記絶縁性被覆部材の他端側から前記結合部を挿入する工程とを有することを特徴とする回転電機のシール方法。
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