JP2010063250A - Rotating electric machine for vehicle - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a vehicular rotating electrical machine such as a vehicular AC generator or a generator motor mounted on a passenger car, a truck, or the like.
従来から、スリップリングの周囲を被覆部材で覆うとともに、回転軸の一端に固定された位置検出装置を被覆部材に設けられた開口を通して被覆部材の外側に配置した車両用回転電機が知られている(例えば、特許文献1参照。)。この位置検出装置は、被覆部材に近接して被覆部材に対向するように、回転軸の貫通部位に固定された磁石ホルダと、磁石ホルダに保持された磁石と、磁石から出される磁束に感応してそれに応じた信号を出力する磁気感応素子とを備えており、被覆部材と磁石ホルダとの間はラビリンス構造になっている。この構造により、回転時に発生するブラシ摩耗粉が飛散しにくくなっている。
ところで、特許文献1に開示された構造はブラシ摩耗粉の飛散を防止するためにラビリンス構造を採用しているため、ブラシホルダ内への風の流れが制限されて風量が低下し、ブラシ摩耗粉の排出が充分に行われずにブラシホルダ内に蓄積してしまうという問題があった。そのため、ブラシ摩耗粉がブラシとスリップリングの摺動面に介在し、ブラシおよびスリップリングの異常摩耗を引き起こすおそれがある。また、ブラシ摩耗粉が海水や雨水などの水分と混ざることにより、固まりとなったブラシ摩耗粉がブラシホルダとブラシの間に介在し、ブラシがブラシホルダに固着して適切なスリップリングへの押圧が行われなくなり、ブラシとスリップリングの間に接触不良をおこすおそれもある。 By the way, since the structure disclosed in Patent Document 1 employs a labyrinth structure in order to prevent scattering of brush wear powder, the flow of air into the brush holder is restricted and the air volume is reduced. There is a problem that the ink is not sufficiently discharged and accumulates in the brush holder. Therefore, brush wear powder may be present on the sliding surfaces of the brush and slip ring, causing abnormal wear of the brush and slip ring. Also, the brush wear powder mixes with water such as seawater and rainwater, so that the brush wear powder that has become solid is interposed between the brush holder and the brush, and the brush adheres to the brush holder and presses against the appropriate slip ring. May not be performed, and there is a risk of poor contact between the brush and the slip ring.
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、ブラシホルダ内に空気の流れを起こしてブラシ摩耗粉のブラシホルダ内での蓄積を抑制することができる車両用回転電機を提供することにある。 The present invention was created in view of the above points, and an object of the present invention is for a vehicle capable of suppressing the accumulation of brush wear powder in the brush holder by causing an air flow in the brush holder. It is to provide a rotating electrical machine.
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とスリップリング側の軸方向端面に固定された第1の冷却ファンとを含む回転子と、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、回転位置被検出部とスリップリングとの間に第2の冷却ファンを有する。 In order to solve the above-described problems, a rotating electrical machine for a vehicle according to the present invention includes a rotary shaft having a pair of slip rings electrically connected to a field winding and a first fixed to an axial end surface on the slip ring side. A brush device comprising: a rotor including one cooling fan; a pair of brushes slidably in contact with the slip ring; a brush holder in which a storage portion for storing the pair of brushes is formed; and a cover member that covers the slip ring together with the brush holder And a rotational position detected portion disposed at one end of the rotational shaft, and a rotational position detecting portion that detects the rotational position of the rotational position detected portion, and between the rotational position detected portion and the slip ring. A second cooling fan is included.
第2の冷却ファンによりブラシホルダ内あるいはその周辺の空気を拡散することによりブラシホルダ内の空気の流れを促し、ブラシ摩耗粉がブラシホルダ内に蓄積することを抑制することができる。また、回転子のスリップリング側の軸方向端面に第1の冷却ファンを備えるため、拡散されたブラシ摩耗粉を効果的に排出することができ、ブラシ摩耗粉の蓄積に伴うブラシやスリップリングの異常摩耗やこれらの間の接触不良を防止することができる。 By diffusing the air in or around the brush holder by the second cooling fan, the flow of air in the brush holder is promoted, and accumulation of brush wear powder in the brush holder can be suppressed. Further, since the first cooling fan is provided on the axial end surface of the rotor on the slip ring side, the diffused brush wear powder can be effectively discharged, and the brush and slip ring associated with the accumulation of the brush wear powder can be discharged. Abnormal wear and poor contact between them can be prevented.
また、上述した第2の冷却ファンは、回転位置被検出部と一体形成されていることが望ましい。これにより、ブラシ摩耗粉の蓄積抑制の効果に加え、回転位置被検出部自体の冷却を効率よく行うことが可能となる。また、部品点数低減によるコストダウンが可能となる。 In addition, it is desirable that the second cooling fan described above is integrally formed with the rotational position detected portion. Thereby, in addition to the effect of suppressing the accumulation of brush wear powder, the rotational position detected part itself can be efficiently cooled. Further, the cost can be reduced by reducing the number of parts.
また、上述した第2の冷却ファンは、回転位置被検出部とは別部材で形成されていることが望ましい。これにより、第2の冷却ファンに適した材料を用いることができるとともに、回転位置被検出部の形状を簡素化することができる。 Moreover, it is desirable that the second cooling fan described above is formed as a separate member from the rotational position detected portion. Thereby, while being able to use the material suitable for the 2nd cooling fan, the shape of a rotation position detected part can be simplified.
また、上述した第2の冷却ファンは、回転位置被検出部の外周に形成されていることが望ましい。これにより、回転位置被検出部の軸方向の長さを短くすることができ、車両用回転電機の小型化を図ること可能となる。 The second cooling fan described above is preferably formed on the outer periphery of the rotational position detected portion. As a result, the axial length of the rotational position detected portion can be shortened, and the size of the vehicular rotating electrical machine can be reduced.
また、上述した第2の冷却ファンは、金属材料によって形成されていることが望ましい。これにより、回転位置被検出部の冷却性を向上させることができる。 The second cooling fan described above is preferably made of a metal material. Thereby, the cooling property of a rotation position detected part can be improved.
また、上述した第2の冷却ファンは、金属あるいはセラミックスが配合された樹脂材料によって形成されていることが望ましい。これにより、第2の冷却ファンと回転位置検出部の全体を軽量化して振動を抑制し、第2の冷却ファンを追加したことによって位置検出精度が低下することを防止することができる。 The second cooling fan described above is preferably formed of a resin material containing metal or ceramics. This makes it possible to reduce the weight of the entire second cooling fan and the rotational position detection unit to suppress vibrations, and to prevent the position detection accuracy from being lowered due to the addition of the second cooling fan.
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。 Hereinafter, an automotive alternator according to an embodiment to which a rotating electrical machine for a vehicle of the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
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。
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a vehicle AC generator according to an embodiment. 1 includes a front frame 1, a
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。
Both the front side frame 1 and the
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。スリップリング47、47側のポールコア43の軸方向端面に固定された冷却ファン46が第1の冷却ファンに対応する。
The rotor 4 includes a field winding 41,
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、被検出部71と後方のスリップリング48との間に設けられた冷却ファン73とを含んで構成されている。冷却ファン73が第2の冷却ファンに対応する。
The
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。
So-called electrical components such as the
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の検出部72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。
FIG. 2 is a view of the
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。
Next, the detailed structure of the
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。
The
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開放部262を有している。
Further, the
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。
The
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)に冷却ファン73とともに、例えばネジ止めや圧入などによって固定されている。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。
The detected
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、周方向に沿って90°おきに着磁されたNS磁極を有する永久磁石71aと、これを保持するホルダ71bを含んで構成されており、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がホルダ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。
5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. For example, as shown in FIGS. 3 and 5, the detected
図6は、検出部72に取り付けられる冷却ファン73の斜視図である。図3および図6に示すように、冷却ファン73は、2枚のブレードを有し、被検出部71の回転軸の周囲に取り付けられ、被検出部71の回転軸とともに回転する。この冷却ファン73は、金属材料によって、あるいは、金属あるいはセラミックスが配合された樹脂材料によって形成されている。金属材料によって形成した場合には、被検出部71の冷却性を向上させることができる。また、金属あるいはセラミックスが配合された樹脂材料によって形成した場合には、金属材料で形成する場合に比べて、被検出部71全体を軽量化して振動を抑制することができ、冷却ファン73を追加したことによって位置検出精度が低下することを防止することができる。なお、冷却ファン73のブレードの枚数は2枚に限定されず、3間以上であってもよい。
FIG. 6 is a perspective view of the cooling
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、開口部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。
The
上述した回転位置センサ7の被検出部71および絶縁部73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。
The detected
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。
In the present embodiment, the
このように、本実施形態の車両用交流発電機100では、回転位置センサ7の被検出部71に冷却ファン73が備わっている。このため、冷却ファン73によりブラシホルダ200内あるいはその周辺の空気を拡散することによりブラシホルダ200内の空気の流れを促し、ブラシ摩耗粉がブラシホルダ200内に蓄積することを抑制することができる。また、回転子4のスリップリング47、48側の軸方向端面に冷却ファン46を備えるため、拡散されたブラシ摩耗粉を効果的に排出することができ、ブラシ摩耗粉の蓄積に伴うブラシ61、62やスリップリング47、48の異常摩耗やこれらの間の接触不良を防止することができる。
Thus, in the
また、冷却ファン73を被検出部71と別部材で形成することにより、冷却ファン73に適した材料を用いることができるとともに、被検出部71の形状を簡素化することができる。
In addition, by forming the cooling
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、冷却ファン73を被検出部71と別部材で形成したが、これらを一体形成するようにしてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention. In the embodiment described above, the cooling
図7は、冷却ファン73を一体化した被検出部71の変形例を示す図である。図7(A)にはブラシ装置6から被検出部71が露出した状態が、図7(B)にはブラシ装置6と被検出部71とを含む断面構造がそれぞれ示されている。これらの図に示す例では、冷却ファン73は、被検出部71のホルダ71bと一体形成されている。これらの一体形成されたホルダ71bおよび冷却ファン73は、金属材料によって、あるいは、金属あるいはセラミックスが配合された樹脂材料によって形成されている。
FIG. 7 is a view showing a modified example of the detected
図8は、冷却ファン73を被検出部71の外周に形成した変形例を示す図である。図8(A)にはブラシ装置6から被検出部71が露出した状態が、図8(B)にはブラシ装置6と被検出部71とを含む断面構造がそれぞれ示されている。これらの図に示す例では、冷却ファン73は、被検出部71のホルダ71bの外周部分に一体形成されている。被検出部71の回転軸の周囲に冷却ファン73を設ける場合に比べて、被検出部71の回転軸周りを簡素化してその軸長を短くすることができるため、車両用交流発電機100全体のの小型化を図ること可能となる。
FIG. 8 is a view showing a modified example in which the cooling
図9は、冷却ファン73を被検出部71の下面に形成した変形例を示す図である。図9(A)にはブラシ装置6から被検出部71が露出した状態が、図9(B)にはブラシ装置6と被検出部71とを含む断面構造がそれぞれ示されている。これらの図に示す例では、冷却ファン73は、径方向に沿って放射状に延在する複数(例えば4枚)のブレードを有する遠心ファンであり、被検出部71のホルダ71bの下面に一体形成されている。
FIG. 9 is a view showing a modified example in which the cooling
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。
In the above-described embodiment, the
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
45、46 冷却ファン
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 被検出部
72 検出部
73 冷却ファン
100 車両用交流発電機
200 ブラシホルダ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記回転位置被検出部と前記スリップリングとの間に第2の冷却ファンを有することを特徴とする車両用回転電機。 A rotor including a rotating shaft having a pair of slip rings electrically connected to a field winding and a first cooling fan fixed to an axial end surface on the slip ring side, and slidably contact the slip ring A brush device having a pair of brushes, a brush holder in which a storage portion for storing the pair of brushes is formed, and a cover member that covers the slip ring together with the brush holder; and a rotational position cover disposed at one end of the rotating shaft. In a vehicular rotating electrical machine including a detection unit and a rotation position detection unit that detects a rotation position of the rotation position detected unit,
A vehicular rotating electrical machine comprising a second cooling fan between the rotational position detected portion and the slip ring.
前記第2の冷却ファンは、前記回転位置被検出部と一体形成されていることを特徴とする車両用回転電機。 In claim 1,
The rotary electric machine for vehicles, wherein the second cooling fan is formed integrally with the rotational position detected portion.
前記第2の冷却ファンは、前記回転位置被検出部とは別部材で形成されていることを特徴とする車両用回転電機。 In claim 1,
The rotary electric machine for vehicles, wherein the second cooling fan is formed as a member different from the rotational position detected portion.
前記第2の冷却ファンは、前記回転位置被検出部の外周に形成されていることを特徴とする車両用回転電機。 In claim 2 or 3,
The vehicular rotating electrical machine, wherein the second cooling fan is formed on an outer periphery of the rotational position detected portion.
前記第2の冷却ファンは、金属材料によって形成されていることを特徴とする車両用回転電機。 In any one of Claims 1-4,
The vehicular rotating electrical machine, wherein the second cooling fan is made of a metal material.
前記第2の冷却ファンは、金属あるいはセラミックスが配合された樹脂材料によって形成されていることを特徴とする車両用回転電機。 In any one of Claims 1-4,
The vehicular rotating electrical machine, wherein the second cooling fan is made of a resin material mixed with metal or ceramics.
Priority Applications (2)
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