JP2010041884A

JP2010041884A - 車両用回転電機

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Publication number: JP2010041884A
Application number: JP2008204543A
Authority: JP
Inventors: Harumi Murakami; 晴美村上
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-08-07
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2028-08-07
Also published as: JP4941428B2

Abstract

【課題】回転位置の検出精度の向上とコストダウンを図ることができる車両用回転電機を提供すること。
【解決手段】車両用交流発電機１００は、界磁巻線４１と電気的に接続される一対のスリップリング４７、４８を有する回転軸４４を含む回転子４と、スリップリング４７、４８に摺接する一対のブラシ６１、６２とこれら一対のブラシ６１、６２を収納する収納部が形成されたブラシホルダ２００とブラシホルダ２００とともにスリップリング４７、４８を覆うカバー部材２５０とを有するブラシ装置６と、回転軸４４の一端に配置された被検出部７１と、被検出部７１の回転位置を検出する検出部７２とを備える。被検出部７１は、永久磁石７１ａと被検出部側金属部７１ｂが樹脂７１ｃにより一体成形されており、回転軸側金属部４４ａに被検出部側金属部７１ｂを圧入することにより固定されている。
【選択図】図１

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や発電電動機等の車両用回転電機に関する。

従来から、回転軸の端部に回転位置検出部を固定するようにした回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この回転位置検出部の固定は、円環板に４個の丸孔を設け、これらの丸孔にねじ等の締結具を貫通させて回転軸に締め付けることにより行われる。
特開平９−６５６２０号公報（第３−５頁、図１−３）

ところで、特許文献１に開示された回転位置検出部の取り付け構造では、締結具を取り付けるための丸孔の公差の関係で取り付け位置（軸方向位置および周方向位置）にばらつきがあり、回転位置の検出精度が低下するという問題があった。また、ねじ等の締結具が必要であり、部品点数や取り付けのための工数が増加し、これらに伴ってコストが増加するとともに、目標の位置に回転位置検出部が取り付けられるように位置調整を行う場合にはさらに工数がかかり、さらなるコスト増加は避けられない。

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、回転位置の検出精度の向上とコストダウンを図ることができる車両用回転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、本発明の車両用回転電機は、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一対のブラシとこれら一対のブラシを収納する収納部が形成されたブラシホルダとブラシホルダとともにスリップリングを覆うカバー部材とを有するブラシ装置と、回転軸の一端に配置された回転位置被検出部と、回転位置被検出部の回転位置を検出する回転位置検出部とを備えており、回転位置被検出部は、永久磁石と被検出部側金属部が樹脂により一体成形されており、回転軸の一端を形成する回転軸側金属部に被検出部側金属部を圧入することにより固定されている。

被検出部側金属部を回転軸側金属部に圧入することにより、ねじ等の部品を追加することなく回転位置被検出部の固定を確実に行うことができる。また、圧入により固定する際に回転位置被検出部の軸方向位置や周方向位置を同時に調整することができるため、回転位置検出精度を向上させることができ、しかも、調整のための工程が不要になってコストダウンを図ることができる。さらに、永久磁石と被検出部側金属部とを樹脂により一体成形することにより、別々に用意して組み付ける場合に比べて部品点数の削減によるコストダウンが可能になるとともに、高速回転時にも確実に永久磁石を保持して耐久保持力を増すことができる。

また、上述した被検出部側金属部は凸形状を有し、回転軸側金属部は凸形状に嵌合する凹形状を有することが望ましい。これにより、被検出部側金属部と回転軸側金属部の嵌合部分を回転軸内に設定することができるため、回転位置被検出部を固定した際の軸長を短くすることができる。

また、上述した被検出部側金属部は、永久磁石の端面よりも突出していることが望ましい。回転位置被検出部を回転軸に圧入する際に、被検出部側金属部の端部を押圧して回転位置被検出部の固定を行うことができるため、永久磁石および樹脂へ加わるストレスを低減することができる。

また、上述した被検出部側金属部と回転軸側金属部は、線膨張係数が同等であることが望ましい。これにより、温度上昇時に膨張の程度が異なることによる緩みや過度の締め付けによる応力集中を防止することができる。

また、上述した被検出部側金属部と回転軸側金属部は、イオン化傾向が近い金属を用いて形成されていることが望ましい。これにより、イオン化の違いによる腐食の発生および進行を防止することができる。

また、上述した被検出部側金属部には溝が形成されていることが望ましい。これにより、圧入時に回転軸に加わる荷重を低減することができる。

以下、本発明の車両用回転電機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３、回転子４、制御機器５、ブラシ装置６、回転位置センサ７、リアカバー８、プーリ９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３を挟み込んだ状態で、複数本のボルト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１１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２１が取り付けられている。固定子３は、固定子鉄心３１および固定子巻線３２を備えている。

回転子４は、界磁巻線４１、ポールコア４２、４３、回転軸４４等を備えており、ベアリングボックス１１、２１に収納される一対のベアリング１３、１４により回転自在に保持されている。ポールコア４２、４３の軸方向端面には冷却ファン４５、４６が取り付けられている。また、回転軸４４の前端にはプーリ９がナット１０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４４の後端には、界磁巻線４１の両端のそれぞれに接続された一対のスリップリング４７、４８が設けられている。

回転位置センサ７は、回転子４の回転位置を検出するものであり、回転軸４４の一端に配置されて回転子４とともに回転する円盤状の被検出部（回転位置被検出部）７１と、被検出部７１の回転位置を検出する検出部（回転位置検出部）７２とを含んで構成されている。

制御機器５やブラシ装置６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等の固定手段によって固定されている。制御機器５は、固定子巻線３２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とともに、界磁巻線４１に流れる励磁電流の通電の向きや大きさを制御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６は、制御機器５から回転子４の界磁巻線４１に励磁電流を流すためのものであり、回転子４の回転軸４４に形成されたスリップリング４７、４８のそれぞれに押圧するブラシ６１、６２が備わっている。これらの電気部品は、リアカバー８によって覆われている。

図２は、車両用交流発電機１００をリア側から見た図であり、リアカバー８、制御機器５、回転位置センサ７を取り除いてブラシ装置６が露出した状態が示されている。固定子巻線３２は、２組の三相巻線３２Ａ、３２Ｂからなり、一方の三相巻線３２Ａの各相コイルＸ、Ｙ、Ｚと他方の三相巻線３２Ｂの各相コイルＵ、Ｖ、Ｗのそれぞれの端部がリア側フレーム２に設けられた貫通孔を通してリア側に延びている。これらの端部は、制御機器５に接続されている。

次に、ブラシ装置６と被検出部７１の詳細構造について説明する。図３は、ブラシ装置６および回転位置センサ７の断面図である。ブラシ装置６は、ブラシホルダ２００、ブラシ６１、６２、カバー部材２５０を含んで構成されている。

ブラシホルダ２００は、箱型形状を有し、内部に正極側と負極側の２本のブラシ６１、６２を収納する直方体形状の収納部２１１、２１２と、ブラシ６１、６２のそれぞれから延びた柔軟性を有するリード部としてのピグテール６３と電気的に接続されて外部に突出する一対のターミナル２２１、２２２とを備えている。ターミナル２２１、２２２は、絶縁樹脂製のブラシホルダ２００にインサート成形されている。

また、カバー部材２５０は、スリップリング４７、４８に対して径方向外側および回転軸４４の一端（スリップリング４７、４８側の端部）側に配置されており、ブラシホルダ２００とともにスリップリング４７、４８を覆っている。また、カバー部材２５０は、回転軸４４の一端に対応する位置に、被検出部７１の最外径部分よりも小さい直径を有する開口部としての開放部２６２を有している。

ブラシ６１、６２は、天然黒鉛に銅粉を含有し、フェノール樹脂などを結合材とした金属黒鉛である。例えば、図４に示す製造工程により製造される。すなわち、原料（天然黒鉛）と結合材（フェノール樹脂）を混合する粉体処理（ステップ１００）、銅粉の混合（ステップ１０１）、ピグテール６３の配置（ステップ１０２）、成形（ステップ１０３）、焼成（ステップ１０４）の各工程を経てブラシ６１、６２が製造される。なお、ブラシ６１、６２は同一形状であり、同じ形状のものを互いにピグテール６３側が向かい合うように配置し、スプリング６４を介在させた状態で収納部２１１、２１２に収納される。これらのブラシ６１、６２は、スプリング６４によってスリップリング４７、４８に向けて押圧されて収納部２１１、２１２内で摺動接触している。

被検出部７１は、回転軸４４の一端（スリップリング４７、４８側の端部）に圧入固定されている。また、検出部７２は、制御機器５の一部に固定されるとともに被検出部７１に対向して配置されており、円盤状の被検出部７１の外周近傍領域の回転方向の位置を検出する。具体的な検出方法としては種々の方法が考えられる。例えば、被検出部７１の外周近傍に磁性体を配置し、検出部７２に設けられた検出コイルでこの磁性体の回転位置を検出したり、被検出部７１の外周近傍に磁石を配置し、検出部７２に設けられたホール素子でこの磁石の回転位置を検出する場合などが考えられる。なお、上記以外の方法、例えば光センサ等の光学式の検出方法などを用いてもよい。

図５は、図３のＶ−Ｖ線断面図である。例えば、図３および図５に示すように、被検出部７１は、永久磁石７１ａと被検出部側金属部７１ｂが樹脂７１ｃにより一体成形されている。この被検出部７１は、回転軸４４の一端を形成する回転軸側金属部４４ａに被検出部側金属部７１ｂを圧入することにより固定されている。永久磁石７１ａは、表面に沿って一方向に着磁されたＮＳ磁極を有する。また、検出部７２は、この永久磁石７１ａの外周近傍であって互いに９０°隔たった位置に配置された２つのホール素子７２ａ、７２ｂを含んで構成されている。これら２つのホール素子７２ａ、７２ｂの出力に基づいて永久磁石７１ａの回転位置、すなわち、永久磁石７１ａが樹脂７１ｃや被検出部側金属部７１ｂを介して固定された回転子４の回転位置の検出が可能になる。

本実施形態では、被検出部側金属部７１ｂは回転軸４４側に側に凸形状（具体的には円柱形状）を有しており、回転軸側金属部４４ａはこの凸形状に嵌合する、すなわち凸形状の外径よりも若干小さい内径の凹形状を有している。また、被検出部側金属部７１ｂは、永久磁石７１ａの端面よりもわずかに突出している。

さらに、被検出部側金属部７１ｂと回転軸側金属部４４ａは、線膨張係数が同等（望ましくは同じ）であり、温度上昇時に膨張の程度が異なることによる緩みや過度の締め付けによる応力集中を防止している。また、被検出部側金属部７１ｂと回転軸側金属部４４ａは、イオン化傾向が近い金属（望ましくはイオン化傾向が同じ金属）を用いて形成されており、イオン化の違いによる腐食の発生および進行を防止している。

また、回転軸側金属部４４ａと嵌合する被検出部側金属部７１ｂの外周面には、溝が形成されている。例えば、外周面全体に軸方向に沿って溝（凹凸）を形成してローレットとする場合や、軸方向と垂直な複数の円形溝を形成する場合や、１本あるいは複数本の螺旋状の溝を形成する場合などが考えられる。これにより、圧入時に被検出部側金属部７１ｂの外周面（特に溝間の頂部）が変形しやすくなるため、圧入時に回転軸４４に加わる荷重を低減することができる。

また、検出部７２とカバー部材２５０は、天方向からの水やその他の異物の侵入を防止するための迷路構造を形成している。一方、空気は、水やその他の異物に比べて質量が小さいため、検出部７２とカバー部材２５０で形成される迷路構造を通って被検出部７１近傍まで到達し、開放部２６２を経由してスリップリング４７、４８近傍に導かれる。なお、迷路構造を通って水やその他の異物が被検出部７１近傍に到達しても、地方向に設けられた検出部７２間の隙間を通して地方向に排出される。

上述した回転位置センサ７の被検出部７１は、ブラシ装置６を組み付けた後、すなわち、スリップリング４７、４８の周囲をカバー部材２５０で覆った状態で、回転軸４４の一端に取り付け固定される。これにより、開放部２６２よりも大きな被検出部７１の取り付けが容易となる。

また、本実施形態では、カバー部材２５０と検出部７２は、回転軸４４の径方向に沿った向きに迷路構造を形成している。具体的には、図３に示すように、カバー部材２５０と検出部７２のそれぞれの軸方向位置を部分的に重ねることにより、径方向に沿った迷路構造が形成されている。なお、図３に示す構造では、被検出部７１とカバー部材２５０のそれぞれの軸方向位置および径方向位置を部分的に重ねることにより、これらの間で径方向および軸方向に沿った迷路構造が形成されている。これにより、カバー部材２５０と検出部７２の間の隙間を通して冷却風を導入しつつ（図１では省略したが、リアカバー８には冷却風導入用の貫通孔が形成されており、この貫通孔を通してリアカバー８の外部から内部に冷却風が導入され、その一部がカバー部材２５０と検出部７２の間の隙間に導かれる）、この隙間を通して外部から水の浸入を抑制して耐水性を確保することができる。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１００では、被検出部側金属部７１ｂを回転軸側金属部４４ａに圧入することにより、ねじ等の部品を追加することなく被検出部７１の固定を確実に行うことができる。また、圧入により固定する際に被検出部７１の軸方向位置や周方向位置を同時に調整することができるため、回転位置検出精度を向上させることができ、しかも、調整のための工程が不要になってコストダウンを図ることができる。さらに、永久磁石７１ａと被検出部側金属部７１ｂとを樹脂７１ｃにより一体成形することにより、別々に用意して組み付ける場合に比べて部品点数の削減によるコストダウンが可能になるとともに、高速回転時にも確実に永久磁石７１ａを保持して耐久保持力を増すことができる。

また、被検出部側金属部７１ｂは凸形状を有し、回転軸側金属部４４ａは凹形状を有しているため、被検出部側金属部７１ｂと回転軸側金属部４４ａの嵌合部分を回転軸４４内に設定することができ、被検出部７１を固定した際の軸長を短くすることができる。

また、被検出部側金属部７１ｂを永久磁石７１ａの端面よりも突出させているため、被検出部７１を回転軸４４に圧入する際に、被検出部側金属部７１ｂの端部を押圧して被検出部７１の固定を行うことができるため、永久磁石７１ａおよび樹脂７１ｃへ加わるストレスを低減することができる。

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、被検出部側金属部７１ｂを凸形状に、回転軸側金属部４４ａを凹形状に形成して、これらを嵌合させたが、凹凸の関係を互いに反対にしてもよい。

図６は、被検出部の変形例を示す図である。図６に示す被検出部１７１は、永久磁石１７１ａと被検出部側金属部１７１ｂが樹脂１７１ｃにより一体成型されている基本構造は被検出部７１と同じであるが、以下の点が異なっている。すなわち、図６に示す構造では、被検出部側金属部１７１ｂは凹形状を有しており、回転軸４４の金属部分を突出させることで形成された凸形状の回転軸金属部１４４ａと嵌合するようになっている。図６に示す構造では、被検出部側金属部１７１ｂは永久磁石１７１ａの端面側に突出していないが、被検出部７１と同様に、被検出部側金属部１７１ｂの一部を凸形状に形成して永久磁石１７１ａの端面よりも突出させるようにしてもよい。また、回転軸側金属部１４４ａの外周面に、ローレットや円形溝、螺旋溝などの溝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、発電動作を行う車両用交流発電機１００について説明したが、固定子に回転磁界を発生させて回転子を駆動する発電電動機に本発明を適用することもできる。

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。車両用交流発電機をリア側から見た図である。ブラシ装置および回転位置センサの断面図である。ブラシの製造工程を示す図である。図３のＶ−Ｖ線断面図である。被検出部の変形例を示す図である。

符号の説明

１フロント側フレーム
２リア側フレーム
３固定子
４回転子
５制御機器
６ブラシ装置
７回転位置センサ
８リアカバー
９プーリ
４４回転軸
４４ａ、１４４ａ回転軸側金属部
４７、４８スリップリング
６１、６２ブラシ
６３ピグテール
６４スプリング
７１、１７１被検出部
７１ａ、１７１ａ永久磁石
７１ｂ、１７１ｂ被検出部側金属部
７１ｃ、１７１ｃ樹脂
７２検出部
１００車両用交流発電機
２００ブラシホルダ

Claims

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一対のブラシとこれら一対のブラシを収納する収納部が形成されたブラシホルダと前記ブラシホルダとともに前記スリップリングを覆うカバー部材とを有するブラシ装置と、前記回転軸の一端に配置された回転位置被検出部と、前記回転位置被検出部の回転位置を検出する回転位置検出部とを備える車両用回転電機において、
前記回転位置被検出部は、永久磁石と被検出部側金属部が樹脂により一体成形されており、前記回転軸の一端を形成する回転軸側金属部に前記被検出部側金属部を圧入することにより固定されていることを特徴とする車両用回転電機。
請求項１において、
前記被検出部側金属部は凸形状を有し、前記回転軸側金属部は前記凸形状に嵌合する凹形状を有することを特徴とする車両用回転電機。
請求項１または２において、
前記被検出部側金属部は、前記永久磁石の端面よりも突出していることを特徴とする車両用回転電機。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記被検出部側金属部と前記回転軸側金属部は、線膨張係数が同等であることを特徴とする車両用回転電機。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記被検出部側金属部と前記回転軸側金属部は、イオン化傾向が近い金属を用いて形成されていることを特徴とする車両用回転電機。
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記被検出部側金属部には溝が形成されていることを特徴とする車両用回転電機。