JP2013038866A

JP2013038866A - ブラシレス交流発電機

Info

Publication number: JP2013038866A
Application number: JP2011171500A
Authority: JP
Inventors: Manabu Seta; 学瀬田
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2031-08-05
Also published as: JP5849506B2

Abstract

【課題】整流器の故障を防止すると共に、整流器の端子とこの端子を挟持する突起部との接触不良による発熱を防止することができるブラシレス交流発電機を提供すること。
【解決手段】このブラシレス交流発電機は、回転軸１１の外周側に配置されると共に、前記回転軸１１の軸方向に向けて突出した端子１４２を有する整流器１４と、前記回転軸１１の外周面に沿って配置されると共に、互いに対向する面で前記端子１４２を挟持する突起部２１２を有する複数の短絡サポート部材２１と、前記端子１４２を挟持する一対の突起部２１２をこれらの両表面より挟締するためのリテーナ２６とを具備する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ブラシレス交流発電機に関する。

航空機などの電源に使われるブラシレス交流発電機は、小型軽量であること、信頼性が高いことなどが要求される。特許文献１記載のブラシレス交流発電機では（以下、括弧内の符号は特許文献１における各要素の符号を示す。）、回転軸（７）の円周を囲むように励磁ロ−タ（１）が配置され、励磁ロ−タ（１）の内側に整流器（２）が配置されている。整流器（２）の端子（２ｂ）を端子サポ−ト（１０）で保持するように構成することで、コイルボビン（６）は端子（２ｂ）を保持する役目から解放される。これにより、回転軸（７）の回転により３個の端子（２ｂ）に加わる遠心力は円周方向に等分角に配置された端子サポ−ト（１０）で相殺されて釣合い、コイルボビン（６）が破壊される懸念がなくなる。

実用新案登録第２５８９５０９号公報（段落[０００９]、[００１０]、図１及び図２など）

特許文献１記載のブラシレス交流発電機によれば、コイルボビンが破壊される懸念がなくなり、確かに信頼性は非常に高いものとなった。しかしながら、本発明者らの知見によれば、次のような新たな課題が案出された。

ブラシレス交流発電機では、一般的な産業用に使われる場合には、回転軸の回転数が２０００〜４０００ｒｐｍ程度であるが、航空機などの電源に使われる場合には、小型化による出力不足を補うために、回転軸の回転数が１２０００ｒｐｍ程度の高速回転となる。このため、航空機などの電源に使われるブラシレス交流発電機では、端子サポ−ト（１０）における整流器（２）の端子（２ｂ）を挟持する突起部（１３ａ〜１３ｅ）が遠心力により外周方向に膨らむ。特に、端子サポ−ト（１０）自体が導電性を有する短絡部材として機能することから、端子サポ−ト（１０）の材質として比較的柔らかな銅が選ばれる。このため、突起部（１３ａ〜１３ｅ）の膨らみは大きく、端子（２ｂ）に曲げモーメントが加わり、整流器（２）における端子（２ｂ）の基部付近に亀裂が生じるおそれがある。整流器（２）にこのような亀裂が生じると、その周囲の潤滑油が亀裂を介して整流器（２）内に侵入し、整流器（２）の故障の原因となる。なお、特許文献１の図３では、符号（１５ａ）の絶縁性のひもが端子（２ｂ）を挟持する一対の突起部（１３ａ〜１３ｅ）の周囲を巻締めていることから、結果的に突起部（１３ａ〜１３ｅ）が遠心力により外周方向に膨らむことをある程度抑制し得るとも考えられる。しかし、突起部（１３ａ〜１３ｅ）が外周方向に少しでも膨らむことで、ひも（１５ａ）と突起部（１３ａ〜１３ｅ）とが擦れてひも（１５ａ）が切れてしまう。絶縁性のひも（１５ａ）が切れると、整流器（２）の故障の原因となるばかりか、端子サポ−ト（１０）の短絡不良の原因ともなる。

また、特許文献１記載のブラシレス交流発電機では、一対の突起部（１３ａ〜１３ｅ）間に整流器（２）の端子（２ｂ）を挟持し、この挟持した部分をねじ（１１）とナット（１２）より締め付けている構成であるが、回転軸の回転により端子（２ｂ）を挟持する一対の突起部（１３ａ〜１３ｅ）が離間しようとして突起部（１３ａ〜１３ｅ）と整流器（２）の端子（２ｂ）との接触が不十分となって接触抵抗が大きくなり、発熱の原因となるおそれがある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、整流器の故障を防止すると共に、整流器の端子とこの端子を挟持する突起部との接触不良による発熱を防止することができるブラシレス交流発電機を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るブラシレス交流発電機は、回転軸の外周側に配置されると共に、前記回転軸の軸方向と平行するように突出した端子を有する整流器と、前記回転軸の外周面に沿って配置されると共に、互いに対向する面で前記端子を挟持する突起部を端部に有する複数の短絡サポート部材と、前記端子を挟持する一対の短絡サポート部材の突起部を、当該一対の短絡サポート部材の突起部の両表面より前記端子と共に挟締するためのリテーナとを具備する。
本発明では、回転軸が回転したときに短絡サポート部材に遠心力が加わり、一対の短絡サポート部材の突起部が離間して短絡サポート部材が外周に膨らみ、突起部は外周方向に動こうとするが、リテーナが一対の短絡サポート部材の突起部をこれらの両表面より挟締するので、一対の短絡サポート部材の突起部どうしが離間することはなく、短絡サポート部材の外周への膨らみや突起部の外周方向への動きが規制される。これにより、一対の短絡サポート部材の突起部によって挟持された端子に曲げモーメントが加わることもなくなり、整流器の故障が防止される。
また、回転軸が回転したときに、上記のように一対の短絡サポート部材の突起部どうしが離間することはなくなるので、突起部と整流器の端子との接触が不十分となることはなくなる。これにより、突起部と整流器の端子との間で接触不良によって電気抵抗が大きくなることはなく、これを原因とする発熱は防止される。

本発明に係るブラシレス交流発電機は、前記端子、前記一対の短絡サポート部材の突起部及び前記リテーナには、それぞれ、前記端子、前記一対の短絡サポート部材の突起部及び前記リテーナを貫通するように貫通孔が設けられ、前記貫通孔を介して前記リテーナの両表面より前記端子、前記一対の短絡サポート部材の突起部及び前記リテーナを挟締する挟締部材をさらに具備するように構成してもよい。
本発明では、挟締部材が貫通孔を介してリテーナの両表面より端子、一対の短絡サポート部材の突起部及びリテーナを挟締するように構成しているので、端子及び一対の短絡サポート部材の突起部との挟締ばかりでなく、リテーナによる挟締も一つの挟締部材によって構成でき、部品点数を削減すること及びこれらの組み立てを少ない工程で行うことが可能となる。

本発明によれば、整流器の端子の破壊を防止すると共に、整流器の端子とこの端子を挟持する突起部との接触不良による発熱を防止することができる。

本発明の一実施形態に係るブラシレス交流発電機の概略的な回路構成図である。図１に示した整流器の斜視図である。本発明の一実施形態に係るブラシレス交流発電機の構成を示す断面図である。図３の部分分解斜視図である。図４の組立状態を示す斜視図である。図４の断面図である。図３の部分断面図である。本発明の作用効果を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図１に示すブラシレス交流発電機１は、例えば３相交流電源として航空機に実装される。航空機のエンジンの軸に連結された回転軸１１には、回転軸１１の軸方向に沿って、永久磁石からなるロータ１２、巻線からなるエキサイタロータ１３、全波整流用の整流器１４、巻線からなるメインロータ１５などが回転軸１１と一体的に回転するように配置されている。
回転軸１１の外周には、ロータ１２と対応する位置に巻線からなるステータ１６、エキサイタロータ１３と対応する位置に巻線からなるエキサイタステータ１７、メインロータ１５と対応する位置に巻線からなるメインステータ１８が配置されている。
ＧＣＵ（ＧｅｎｅｒａｔｏｒＣｏｎｔｒｏｌｌＵｎｉｔ）１９は、負荷２０側に供給される電源の電圧とステータ１６に供給される電源の周波数（回転軸１１の回転数）とを比較し、エキサイタステータ１７に供給する電流を制御し、負荷２０側に供給される電源の電圧を一定にする。
エキサイタロータ１３に供給された電流は、整流器１４により整流されてメインロータ１５に供給され、メインステータ１８より負荷２０側に電源が供給される。

図２に示すように、整流器１４は、整流器本体１４１と、整流器本体１４１の一方の面より突き出た端子１４２とを有する。端子１４２に先端には平板状の挟持面１４３が設けられており、この挟持面１４３には１個の貫通孔１４４が設けられている。

図３に示すように、回転軸１１の外周側にはこのような整流器１４が６個配置されている。回転軸１１の外周に沿って固定された３本の短絡サポート部材２１によって３個の整流器１４の端子１４２（挟持面１４３）が挟持されている。各短絡サポート部材２１は、長さが等しく、これら３本の短絡サポート部材２１によって回転軸１１の一周を取り囲んでいる。これら短絡サポート部材２１より外側で回転軸１１の外周に沿って固定された３個の短絡サポート部材２２によって残りの３個の整流器１４の端子１４２（挟持面１４３）が挟持されている。各短絡サポート部材２２も、長さが等しく、これら３本の短絡サポート部材２２によって回転軸１１の一周を取り囲んでいる。

短絡サポート部材２１及び２２は、例えば銅やアルミニウムなどの電気抵抗の小さな金属からなり、短絡サポート部材２１は、絶縁スリーブ２３を介して回転軸１１に固定され、短絡サポート部材２２は、固定用の支柱２４を介して絶縁スリーブ２３に固定されている。短絡サポート部材２２の外周は、コイルボビン２５が配置されている。
図４〜図６に示すように、各短絡サポート部材２１は、両端部に外周に向けて突起する突起部２１２を有する。突起部２１２は、例えば短絡サポート部材２１を折り曲げて構成される。隣接する突起部２１２は、互いに対向する面で端子１４２を挟持する。各突起部２１２における、端子１４２の貫通孔１４４に対応する位置には、貫通孔２１３が設けられている。
同様に、各短絡サポート部材２２は、図７に示すように、両端部に内周に向けて突起する突起部２２２を有する。隣接する突起部２２２は、互いに対向する面で端子１４２を挟持し、また各突起部２２２にも同様の貫通孔２２３が設けられている。

リテーナ２６は、端子１４２を挟持する一対の突起部２１２（２２２）をこれらの両表面より挟締するための、すなわち挟んで締めるための部材である。リテーナ２６は、短絡サポート部材２１、２２を構成する金属よりも硬い金属、例えばステンレスや鉄といった鉄鋼などからなり、例えば平板のステンレスをＵ字形状となるように折り曲げて構成される。
リテーナ２６における、端子１４２の貫通孔１４４、突起部２１２、２２２の貫通孔２１３、２２３に対応する位置には、貫通孔２６１が設けられている。すなわち、端子１４２、一対の突起部２１２（２２２）及びリテーナ２６には、それぞれ、これらを貫通するように貫通孔１４４、２１３、２２３、２６１が設けられている。
挟締部材としてのボルト２７１及びナット２７２は、貫通孔１４４、２１３、２２３、２６１を介してリテーナ２６の両表面より端子１４２、一対の突起部２１２（２２２）及びリテーナ２６を挟締する。これにより、端子１４２、一対の突起部２１２（２２２）及びリテーナ２６が一体的に固定される。
なお、挟締部材としては、端子、一対の突起部及びリテーナを挟締可能であれば、リベットなど他の締結手段であっても良い。

以上のように構成されたブラシレス交流発電機１では、図８に示すように、仮にリテーナ２６がないとすると回転軸１１が回転したときに短絡サポート部材２１に遠心力が加わり、一対の突起部２１２が離間して短絡サポート部材２１が外周に膨らみ、突起部２１２は外周方向に動こうとする。突起部２１２が外周方向に動くと、一体の突起部２１２により挟持された整流器１４の端子１４２に対して外周方向に曲げモーメントＭが加わり、例えば整流器１４における端子１４２の基部付近に亀裂を生じ、整流器１４の故障の原因となる。
しかし、図４〜図６に示したように、リテーナ２６が一対の突起部２１２をこれらの両表面より挟締するので、一対の突起部２１２どうしが離間することはなく、短絡サポート部材２１の外周への膨らみや突起部２１２の外周方向への動きが規制されることになる。これにより、一対の突起部２１２によって挟持された端子１４２に曲げモーメントが加わることもなくなり、整流器１４の故障が防止される。
また、一対の突起部２１２どうしが離間すると、突起部２１２と整流器１４の端子１４２との接触部分が離れてこの部分における電気抵抗が大きくなり発熱を生じる。この発熱はエネルギー損となるばかりか整流器１４の故障の原因ともなる。したがって、リテーナ２６が一対の突起部２１２をこれらの両表面より挟締し、一対の突起部２１２どうしが離間することがなくことで、突起部２１２と整流器１４の端子１４２との接触部分の電気的接続が確実に維持され、この部分における発熱は防止される。
短絡サポート部材２２における一対の突起部２２２についてもリテーナ２６によって挟締していることで、同様の作用効果を奏する。

ここで、リテーナ２６のうち、折り曲げた部分を折り曲げ領域、一対の突起部２１２の一方の表面を覆う部分を第１の表面被覆領域、一対の突起部２１２の他方の表面を覆う部分を第２の表面被覆領域とする。
第１及び第２の表面被覆領域は、それぞれ同一の大きさであることが好ましく、それぞれの突起部２１２の表面の全面を覆うことが好ましいが、突起部２１２の表面の全面を覆うものではなく、一部を覆う構成であってもよい。第１及び第２の表面被覆領域は、突起部２１２の表面よりはみ出るような構成であってももちろん構わない。
折り曲げ領域並びに第１及び第２の表面被覆領域の下端（短絡サポート部材本体に近い側の端）は、短絡サポート部材２１における突起部２１２の折り曲げ部分（短絡サポート部材本体に近い位置）にできる限り近い方が好ましく、折り曲げ部分に接触乃至接触に近い状態がより好ましい。これにより、回転軸１１の回転時に短絡サポート部材２１の膨らみをより効果的に抑制できる。つまり、この下端が突起部２１２の折り曲げ部分より高くなるに従い、突起部２１２においてリテーナ２６により挟締されない領域が生じ、その領域は回転軸１１の回転による短絡サポート部材２１の膨らみの原因となるからである。

Ｕ字形状のリテーナ２６は、一対の突起部２１２の、整流器１４が配置された側とは反対側より着脱可能となるように、一対の突起部１４３を挟締することが好ましい。一対の突起部１４３に対するリテーナ２６の着脱が整流器１４が配置された側よりも容易に行うことができ、メンテナンスの作業をより簡単に行うことができる。
また、既に説明した特許文献１の図３では、絶縁性のひも（１５ａ）が切れたときには、それを交換するには全体を分解する必要があり、非常に手間のかかる作業となるが、上記構成のリテーナ２６によれば作業性が遥かに良いことが分かる。

リテーナ２６の材質や形状などについては、上記の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲で様々な形態があり、それらはこの発明の技術的範囲に含まれる。

１…ブラシレス交流発電機、１１…回転軸、１４…整流器、１４２…端子、２１…短絡サポート部材、２１２…突起部、２６…リテーナ、１４４、２１３、２２３、２６１…貫通孔、２７１…ボルト、２７２…ナット。

Claims

回転軸の外周側に配置されると共に、前記回転軸の軸方向と平行するように突出した端子を有する整流器と、
前記回転軸の外周面に沿って配置されると共に、互いに対向する面で前記端子を挟持する突起部を端部に有する複数の短絡サポート部材と、
前記端子を挟持する一対の短絡サポート部材の突起部を、当該一対の短絡サポート部材の突起部の両表面より前記端子と共に挟締するためのリテーナと
を具備するブラシレス交流発電機。
請求項１に記載のブラシレス交流発電機であって、
前記端子、前記一対の短絡サポート部材の突起部及び前記リテーナには、それぞれ、前記端子、前記一対の短絡サポート部材の突起部及び前記リテーナを貫通するように貫通孔が設けられ、
前記貫通孔を介して前記リテーナの両表面より前記端子、前記一対の短絡サポート部材の突起部及び前記リテーナを挟締する挟締部材
を具備するブラシレス交流発電機。