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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロータコアに巻装されたロータコイル、このロータコイルを給電する2個の集電環、およびこれらの集電環の外周を摺動する2個の固定側刷子を備えた発電機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、車両用交流発電機100は、図9に示したように、三相整流装置101と、発電電圧を調整する電圧調整装置102と、ハウジング103内に回転自在に支持されたシャフト104と、ハウジング103の内面に固定されたステータ105と、このステータ105と相対回転するロータ106と、シャフト104の端部外周に固定された集電装置107と、この集電装置107の外周を摺動する刷子装置108とを備えている。
【0003】
ここで、三相整流装置101は、発電した交流電流を正極側ダイオード111および負極側ダイオード112で整流し、直流に変える三相整流回路を備えている。シャフト104は、その先端外周にポリVベルト用プーリ113が組み付けられている。ステータ105は、ステータコア114および三相のステータコイル115等からなる。ロータ106は、ランデル型のポールコア116およびロータコイル117等からなる。
【0004】
そして、集電装置107は、2個のスリップリング121および2個のコネクションバー122等から構成されている。なお、これらのスリップリング121は、銅合金やステンレス鋼等の金属質部材で環状に作られており、樹脂により成形固定されてロータ106のシャフト104の端部外周に圧入または直接成形され、シャフト104と一体的に回転する構造を持つ。
【0005】
一方、刷子装置108は、2個のブラシ123、これらのブラシ123を収容するブラシホルダ124、および2個のブラシ123を2個のスリップリング121の外周に押圧して電気的に接続させるコイルスプリング125等から構成されている。なお、2個のブラシ123は、炭素質部材により作られている。また、2個のブラシ123は、外部接続端子(図示せず)と銅線よりなるピグテール126により結線されている。また、ブラシホルダ124は、外部接続端子を電気絶縁性樹脂質部材によりインサート成形し、ゴムパッキン127と共に2個のスリップリング121を保護するスリップリングカバー128を一体成形した構造を持つ。
【0006】
近年、車両のエンジンルームの小型化に伴う補機類の取付スペースの狭小化と燃料消費の規制による小型、軽量化、および車両寿命の保証期間の延長化による長寿命化を図った車両用交流発電機が望まれている。なお、車両用交流発電機の小型、軽量化の一手段としては、一般に車両用交流発電機の体格の縮径および車両用交流発電機の軸方向寸法の短縮が要求されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の車両用交流発電機100においては、ロータコイル117に励磁電流を供給する励磁回路の電圧ドロップを小さくして発電出力の低下を防止するために、図9に示したように、ロータコイル117への励磁電流を制御する電圧調整装置102に近接してブラシホルダ124を設置している。このため、2個のブラシ123の長寿命化のために、ブラシホルダ124の軸方向に直交する径方向寸法を大きく、長く設定できなかった。したがって、ブラシホルダ124と2個のスリップリング121の軸方向寸法が車両用交流発電機100の全軸長に対して大きな割合を占めることになり、車両用交流発電機100の小型化の大きな妨げになっているという問題が生じている。
【0008】
また、ブラシ123が炭素質部材で作られていることから、ブラシ123においてスリップリング121の外周に接触する接触部分の電気抵抗を小さくするため、適度の接触面積(大きさ)とコイルスプリング125の押圧力(バネ荷重、接触圧)とが必要であり、小型化のために、ブラシ123の接触面積を小さくすると、電流密度が大きくなり、ブラシ123の温度が上昇して耐久寿命が短くなるという問題が生じてしまう。
【0009】
さらに、ブラシ123の材質として炭素質部材を使用した場合には、接触電気抵抗を小さくするために、カーボン粉末中に銅粉等の金属粉末を混合して接触電気抵抗とブラシ123の摩耗寿命によりその配合比を決めていた。そして、銅粉等の金属粉末をカーボン粉末に配合することにより、ブラシ123の重量が重たくなるため、スリップリング121とブラシ123とが片磨耗等の異常磨耗を発生する等の振動による不具合を考慮しなければならなかった。
【0010】
ここで、小型直流回転電機(例えばモーター類)においては、ブラシを金属質部材(薄い金属板を重ねたものまたは銅線)で作り、回転側コンミテータを銅合金で作った例があるが、回転側コンミテータの段差によりブラシがジャンピングするので、ブラシとコンミテータとの接触面積が少なくなって接触部分に電流の集中が発生したり、ブラシとコンミテータとが離れてその間にアークが発生したりする。これにより、コンミテータの表面が荒れたり、ブラシが片磨耗したりするので、このような振動による不具合を生じないようにすると、低電圧で定速回転の場合しか使用できず、車両用交流発電機のような低速回転から高速回転までの幅広い範囲で使用されるものには上記の構造は採用されなかった。
【0011】
【発明の目的】
この発明の目的は、小型、軽量化を図りながらも、集電環に摺動するブラシに適度の接触面積と接触圧を与えることによりブラシの振動による異常磨耗を抑えてブラシと集電環との摺動部分の長寿命化を達成することのできる交流発電機を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明によれば、ブラシを金属で作ることにより、磨耗し難くなるので、従来技術のように磨耗部材で作ったブラシのように予め磨耗を予測した大きさと長さに設定する必要はない。それによって、ブラシを薄くすることができるので、刷子装置を大幅に軽量化することができ、且つ刷子装置の径方向寸法および軸方向寸法を短縮できる。そして、刷子装置の軸方向寸法を短縮できるので、集電環の軸方向寸法を短縮できる。したがって、交流発電機の径方向寸法を縮径化でき、且つ交流発電機の全軸長を短縮化できるので、交流発電機を軽量、小型化することができるという効果が得られる。
【0013】
また、ブラシの少なくとも先端部をコイルスプリングによって集電環の外周面に押圧することにより、集電環の外周面を摺動するブラシに適度の接触面積と接触圧を与えることができる。このため、保持部材に保持されたブラシとロータと一体的に回転する集電環とが摺動する際に、ブラシの振動による異常磨耗を抑えることができるので、ブラシと集電環との摺動部分の長寿命化を達成することができる。また、ロータコイルに安定した電力を供給できるので、ロータの回転に伴ってステータコイルに安定した交流出力を得ることができ、ステータコイルの出力効率の低下を防止することができるという効果が得られる。
【0014】
そして、ブラシが金属で作られていることにより、ブラシにおいて集電環の外周面に接触する先端部の電気抵抗を小さくするために、ブラシの先端部の表面積を小さくしても電流密度が変化しないので、ブラシの温度上昇が抑えられてブラシの耐久寿命が延びるという効果が得られる。
さらに、ブラシを集電環の外周面に押圧する押圧部材としてコイルスプリングを利用することにより、バネ荷重を最適なものに設定した圧縮コイルスプリングを利用することができる。したがって、集電環の外周面を摺動するブラシに適度の接触面積と適度の接触圧を与えることができるので、ロータコイルへの安定した給電状態を確保することができるという効果が得られる。
【0015】
また、保持部材によりブラシおよびコイルスプリングを保持し、且つブラシと電圧調整装置の外部接続端子とを溶接等の接合手段を用いて電気的に接続することにより、ブラシと電圧調整装置の外部接続端子との接続強度を向上できるという効果が得られる。
【0016】
請求項2に記載の発明によれば、ブラシの先端部をコの字状の断面形状となるように形成することにより、先端部材の先端部の強度を向上できる。それによって、集電環より振動を受けるブラシの先端部の耐久寿命を長期化することができるという効果が得られる。
【0017】
請求項3に記載の発明によれば、ブラシを金属で作ることにより、磨耗し難くなるので、従来技術のように磨耗部材で作ったブラシのように予め磨耗を予測した大きさと長さに設定する必要はない。それによって、ブラシを薄くすることができるので、刷子装置を大幅に軽量化することができ、且つ刷子装置の径方向寸法および軸方向寸法を短縮できる。そして、刷子装置の軸方向寸法を短縮できるので、集電環の軸方向寸法を短縮できる。したがって、交流発電機の径方向寸法を縮径化でき、且つ交流発電機の全軸長を短縮化できるので、交流発電機を軽量、小型化することができるという効果が得られる。
また、ブラシの少なくとも先端部をコイルスプリングによって集電環の外周面に押圧することにより、集電環の外周面を摺動するブラシに適度の接触面積と接触圧を与えることができる。このため、保持部材に保持されたブラシとロータと一体的に回転する集電環とが摺動する際に、ブラシの振動による異常磨耗を抑えることができるので、ブラシと集電環との摺動部分の長寿命化を達成することができる。また、ロータコイルに安定した電力を供給できるので、ロータの回転に伴ってステータコイルに安定した交流出力を得ることができ、ステータコイルの出力効率の低下を防止することができるという効果が得られる。
そして、ブラシが金属で作られていることにより、ブラシにおいて集電環の外周面に接触する先端部の電気抵抗を小さくするために、ブラシの先端部の表面積を小さくしても電流密度が変化しないので、ブラシの温度上昇が抑えられてブラシの耐久寿命が延びるという効果が得られる。
さらに、ブラシを集電環の外周面に押圧する押圧部材としてコイルスプリングを利用することにより、バネ荷重を最適なものに設定した圧縮コイルスプリングを利用することができる。したがって、集電環の外周面を摺動するブラシに適度の接触面積と適度の接触圧を与えることができるので、ロータコイルへの安定した給電状態を確保することができるという効果が得られる。
また、保持部材によりブラシおよびコイルスプリングを保持している。そして、刷子固定部は、ブラシの材質として銅合金のバネ鋼を使用していることから、つまりバネ鋼の特徴であるバネ特性を利用した方法で、電圧調整装置の外部接続端子と電気的、機械的に固定されている。すなわち、刷子固定部は、ブラシの略円弧形状の刷子本体より軸方向の保持部材側に突出した突出片、およびこの突出片の両側を折り曲げた弾性変形可能な2個の係止片を有している。そして、刷子固定部は、突出片と2個の係止片との間に電圧調整装置の外部接続端子が挿入されることで、突出片と2個の係止片との弾性力で、電圧調整装置の外部接続端子を挟持することにより、ブラシの刷子本体より保持部材側に突出した刷子固定部と電圧調整装置の外部接続端子との接続強度を向上できるという効果が得られる。
【0018】
請求項4に記載の発明によれば、ブラシを保持する保持部材、電圧調整装置の外部接続端子を保持するケーシング、および軸受部材を保持する軸受保持部を電気絶縁性の樹脂質部材により一体成形することにより、成形型の型数を低減できるので、交流発電機の製品コストを低減することができるという効果が得られる。
【0019】
また、保持部材と軸受保持部とを一体化することにより、ハウジングと軸受保持部との隙間をなくして、ハウジング内に侵入する水や埃等の異物をシールすることができ、且つ軸受部材と軸受保持部との組付誤差、および保持部材と軸受保持部との組付誤差によるシャフトの軸芯ずれをなくすことができるという効果が得られる。さらに、刷子装置と電圧調整装置の小型化を図ることができるので、交流発電機の径方向寸法を縮径化でき、交流発電機を軽量、小型化することができるという効果が得られる。
【0020】
請求項5に記載の発明によれば、送風装置と分割された第1、第2保持部材との間にラビリンスシールを形成することにより、ブラシと集電環との摺動部分への水や埃等の異物の侵入を防止することができるという効果が得られる。また、ゴム製のパッキンを廃止することにより、シール不良を防止することができるという効果が得られる。さらに、第1保持部材と第2保持部材との接合面がラビリンスシール内に設けられているので、第1保持部材と第2保持部材との接合面をシールするために新たにシール部材を設ける必要はなく、部品点数を軽減できるので、交流発電機の製品コストを低減することができるという効果が得られる。
【0021】
請求項6に記載の発明によれば、ブラシとして従来のスプリングとピグテールおよび黒鉛質刷子を兼ねたバネ鋼よりなる金属質ブラシを利用することにより、ブラシを大幅に軽量化できるので、ブラシのバネ荷重を軽減することができる。これにより、集電環およびブラシの磨耗量が大幅に少なくなり、且つブラシの振動による異常磨耗を抑えてブラシと集電環との摺動部分の長寿命化を達成することができるという効果が得られる。
【0022】
請求項7に記載の発明によれば、集電環として炭素粉末を円環状の型に入れて焼成した炭素質部材を使用した炭素質集電環を利用することにより、集電環自身が自己潤滑性を備えるため、集電環自身の摩擦係数を軽減できる。そして、集電環が炭素質部材で作られているので、金属により作られたブラシを集電環の外周に高速で摺動させても安定した磨耗とロータコイルへの安定した給電状態を確保することができるという効果が得られる。
【0023】
請求項8に記載の発明によれば、ブラシの先端部に面取り形状の飛び出し部を設けることにより、ブラシの先端部が集電環の外周面をシャフトの軸方向に滑らかに移動させることができるので、交流発電機の分解作業時または組付作業時の引っ掛かりを防止でき、分解作業または組付作業をスムーズに行うことができる。したがって、分解作業性および組付作業性(生産性)を向上できるので、作業コストを低減できるという効果が得られる。
【0024】
【発明の実施の形態】
〔第1実施例の構成〕
図1ないし図3はこの発明の交流発電機を車両用交流発電機に適用した第1実施例を示したもので、図1は車両用交流発電機の主要部構造を示した図であり、図2は車両用交流発電機の全体構造を示した図で、図3はリヤハウジングに三相整流装置、電圧調整装置および刷子装置を組み付けた状態を示した図である。
【0025】
車両用交流発電機1は、ポリVベルト(図示せず)を介してエンジンで駆動され、発電した交流電流を三相整流装置9で整流し、直流に変換して、車両に搭載されたバッテリ(図示せず)の充電と電気負荷へ必要な電力の供給とを行うオルタネータである。この車両用交流発電機1は、ハウジング2、ステータ3、ロータ4、シャフト5、集電装置6、送風装置7、刷子装置8、三相整流装置9および電圧調整装置10等から構成されている。
【0026】
〔ハウジングの説明〕
次に、ハウジング2について図1ないし図3に基づいて説明する。このハウジング2は、2個のアルミニウムダイカスト製のフロントハウジング(ドライブフレーム)11およびリヤハウジング(リヤフレーム)12からなり、複数のスタッドボルト13およびナット14によって締結されている。
【0027】
そして、フロントハウジング11には、シャフト5のフロント側(先端側)を回転自在に支持するフロントベアリング(前側軸受部材)15が円筒形状の軸受保持部16に圧入およびかしめによって固定されている。また、リヤハウジング12にはシャフト5のリヤ側(後端側)を回転自在に支持する軸受部材としてのリヤベアリング(後側軸受部材)17が円筒形状の軸受保持部18に圧入によって固定されている。
【0028】
そして、ハウジング2内に冷却風を吸い込むべく、フロントハウジング11には多数の通風口19が、リヤハウジング12には多数の通風口20および多数の排気口21が、略円環状に周設されている。さらに、フロントハウジング11の上部にはエンジンの上側ブラケット(図示せず)に締結固定されるステー部22が、下部にはエンジンの下側ブラケット(図示せず)に締結固定されるステー部23が一体成形されている。また、リヤハウジング12には、エンジンの下側ブラケットに締結固定されるステー部24が一体成形されている。これらのステー部22〜24には、ボルトが挿通するボルト穴25〜27が貫通している。
【0029】
〔ステータの説明〕
次に、ステータ3について図2に基づいて説明する。このステータ3は、ハウジング2の内面に固定されたステータコア31、およびこのステータコア31に巻装された三相のステータコイル32により構成された固定子である。
【0030】
ステータコア31は、電機子鉄心を構成するもので、磁性材料製の薄鋼板を複数積層してなる積層コアよりなり、フロントハウジング11の内周面に圧入固定されて一体化されている。ステータコア31の内周側には、多数のスロット(図示せず)が等間隔で形成されている。
【0031】
三相のステータコイル32は、Y結線またはΔ結線により接続され、ロータ4の回転に伴って三相交流出力が誘起する三相の電機子巻線である。これらのステータコイル32の巻線端は、三相整流装置9の三相整流回路に半田付け等を用いて電気的に接続されている。
【0032】
〔ロータの説明〕
次に、ロータ4について図1および図2に基づいて説明する。このロータ4は、界磁として働く部分で、シャフト5と一体的に回転する回転子である。ロータ4は、シャフト5、このシャフト5に固定されたランデル型のポールコア33、このポールコア33に巻装された界磁コイル34、この界磁コイル34に励磁電流を供給するための集電装置6、および冷却風を発生させる送風装置7等から構成されている。
【0033】
ポールコア33は、本発明のロータコア(界磁極、界磁鉄心または回転子鉄心)であって、中央に界磁コイル34が巻かれ、強磁性材料により作られている。このポールコア33は、界磁コイル34に励磁電流が流れると一方の爪状磁極部が全てN極になり、他方の爪状磁極部が全てS極になる。そして、他方の爪状磁極部のリヤ側壁面には、ハウジング2内に冷却風を吸い込む送風装置7が溶接等の手段を用いて取り付けられている。
【0034】
界磁コイル34は、本発明のロータコイルであって、ポールコア33の中央部にコイルボビン35を介して巻回され、励磁電流が流れるとポールコア33を磁化する励磁巻線(回転子巻線)である。この界磁コイル34は、両端の端末線がコネクションバー(図示せず)に半田付け等を用いて電気的に接続されている。なお、コイルボビン35は、界磁コイル34とポールコア33とを電気的に絶縁する電気絶縁性の樹脂質部材で作られている。
【0035】
〔シャフトの説明〕
次に、シャフト5について図1および図2に基づいて説明する。このシャフト5は、ハウジング2の軸受保持部16、18にフロント、リヤベアリング15、17を介して回転自在に支持されている。このシャフト5の一端部(先端部、フロント側端部)には、エンジンの回転動力をシャフト5に伝達するためのVリブドプーリ(ポリVベルト用プーリ)36が座付きナット37とフロントベアリング15との間に締結固定されている。
【0036】
このVリブドプーリ36は、ポリVベルト等の伝動手段(図示せず)を介してエンジンの出力軸(クランク軸)に装着されたポリVベルト用プーリ(図示せず)に駆動連結されている。なお、シャフト5とVリブドプーリ36との間に電磁クラッチ等のクラッチ手段を配しても良い。
【0037】
〔集電装置の説明〕
次に、集電装置6について図1、図2および図4に基づいて説明する。この集電装置6は、バッテリおよび電圧調整装置10と界磁コイル34とを刷子装置8を通して接続するために使われる2個の炭素質集電環(以下スリップリングと呼ぶ)41、42、およびこれらのスリップリング41、42の各々に接続される2個のコネクションバー(スリップリング端子)43、44等から構成されている。
【0038】
2個のスリップリング41、42は、シャフト5の他端部(後端部、リヤ側端部)の外周に設けられている。これらのスリップリング41、42の材質として、銅とカーボンとを混合した炭素粉末を円環状の型に入れて焼成した炭素(カーボン)質部材が使用されている。
【0039】
なお、スリップリング41は正極側炭素質集電環であり、スリップリング42は負極側炭素質集電環である。また、2個のコネクションバー43、44の他端部には、図2に示したように、界磁コイル34の端末線38、39が半田付け等の手段により電気的に接合されている。そして、2個のスリップリング41、42の材質として、例えば銅合金の発泡骨格金属を金属母体とした炭素粉末、天然黒鉛、電気黒鉛または金属黒鉛等を用いても良い。
【0040】
〔送風装置の説明〕
次に、送風装置7について図1および図2に基づいて説明する。この送風装置7は、電気絶縁性の樹脂質部材で一体成形され、2個のスリップリング41、42と2個のコネクションバー43、44を樹脂質部材にてインサート成形している。この送風装置7は、2個のスリップリング41、42の配線部と2個のコネクションバー43、44との接続箇所を保護する端子保護部材でもある。
【0041】
送風装置7は、遠心式ファンを構成する複数の翼部(ブレード)45、これらの翼部45を支持する円環板状の翼固定部46、およびスリップリング41、42をインサート成形した円筒状の集電環固定部47等から構成されている。翼固定部46は、ポールコア33の後端側の側面に固定され、刷子装置8と対向する対向面(後端面)に嵌合部としての凹状部48を設けている。
【0042】
集電環固定部47は、2個のスリップリング41、42および2個のコネクションバー43、44と一体化されてシャフト5の他端部外周に圧入固定されている。なお、樹脂質部材としては、例えば電気絶縁性および耐熱性に優れ、高強度で寸法安定性に優れる、例えばポリフェニレンスルフィド樹脂(PPS樹脂)を使用することが望ましい。
【0043】
〔刷子装置の説明〕
次に、刷子装置8について図1ないし図3に基づいて説明する。この刷子装置8は、2個のスリップリング41、42の各々の外周を摺動して各々と電気的に接続する2個の金属質刷子(以下ブラシと呼ぶ)51、52、これらのブラシ51、52を支持固定する刷子保持器53、2個のブラシ51、52に所定の接触圧を与えるコイルスプリング54、55、および刷子保持器53にインサート成形された2個の接続ターミナル56、57等から構成されている。
【0044】
2個のブラシ51、52は、板厚が例えば0.5〜2.0mmの金属板をプレス加工のみにより折り曲げることにより一体成形され、2個のスリップリング41、42を介して界磁コイル34に励磁電流を供給する固定側刷子である。これらのブラシ51、52の材質としては、金属質部材(例えば銅合金等の薄板導電材、あるいは銅合金等の導電性の薄板弾性材)が使用されている。なお、ブラシ51は正極側固定刷子であり、ブラシ52は負極側固定刷子である。
【0045】
2個のブラシ51、52の先端部は、2個のスリップリング41、42の外周面を接触する接点部(刷子本体)であって、コの字状の断面を有するようにプレス成形されている。また、2個のブラシ51、52の後端部は、接続ターミナル56、57に2個のピグテール(正極側ピグテールは図示せず)58を介して電気的に接続される接続部(突出片)であって、一文字状の断面を有するようにプレス成形されている。
【0046】
2個のピグテール58は、銅線等の導電性金属線の搓り線であり、外側を電気絶縁性部材により覆われている。これらのピグテール58は、一端部が2個のブラシ51、52の後端部にろう付け等の接合手段を用いて接合され、他端部が2個の接続ターミナル56、57の先端部にろう付け等の接合手段を用いて接合されている。
【0047】
刷子保持器53は、本発明の保持部材であって、2個のブラシ51、52を保持固定する刷子(ブラシ)ホルダーのことで、電気絶縁性の樹脂質部材(例えばPPS樹脂等)よりなる。この刷子保持器53は、第1刷子保持部材61と第2刷子保持部材62に2分割されている。第1刷子保持部材61は、本発明の第1保持部材であって、刷子保持部(ブラシホルダー部、ブラシホルダー本体)63、刷子保持部63の前端側より軸方向へ延長された円筒状の集電環被覆部(スリップリングカバー部)65、および後記する電圧調整装置10のケーシング66を一体成形している。
【0048】
刷子保持部63は、接続ターミナル56、57をインサート成形しており、接続ターミナル56、57の各々の先端部を突出した状態で接続ターミナル56、57を保持している。刷子保持部63の内周面の一部には、ブラシ51、52、コイルスプリング54、55およびピグテール58を格納するための角筒形状のボックス(刷子収納部)67a、67bが一体成形されている。集電環被覆部65は、送風装置7と共に、2個のスリップリング41、42と2個のブラシ51、52との摺動部分の周囲を略L字状に覆っている。
【0049】
第2刷子保持部材62は、本発明の第2保持部材であって、第1刷子保持部材61と同一の樹脂質部材により略円筒形状に一体成形され、第1刷子保持部材61の外周面に溶着等の接合手段を用いて接合されている。第2刷子保持部材62は、送風装置7の翼固定部46と対向する先端部(前端部)に、翼固定部46の凹状部48に嵌め合わされる被嵌合部としての凸状部68を有している。この凸状部68は、第1刷子保持部材61の集電環被覆部65の前端部よりも前方側に突出している部分である。
【0050】
このため、第1刷子保持部材61の集電環被覆部65および第2刷子保持部材62の凸状部68は、翼固定部46の凹状部48との間に断面形状が略U字形状のラビリンスシール60が形成される。このラビリンスシール60は、全周切れ目なく円環状に形成されている。また、第2刷子保持部材62は、第1刷子保持部材61の集電環被覆部65との接合部がラビリンスシール60内に設けられている。
【0051】
また、第1刷子保持部材61の刷子保持部63の後端部および第2刷子保持部材62の後端部とは、リヤベアリング17を保持する軸受保持部18の前端部に圧入固定され、刷子保持器53とリヤハウジング12の軸受保持部18との間に形成される隙間をシールしている。したがって、2個のスリップリング41、42と2個のブラシ51、52との摺動部分が存する円筒状空隙Sは、送風装置7および刷子保持器53により気密的にシールされることになる。
【0052】
2個のコイルスプリング54、55は、2個のブラシ51、52を2個のスリップリング41、42の外周面にそれぞれ押圧させる圧縮コイルスプリングである。2個のコイルスプリング54、55は、先端部が2個のブラシ51、52の先端部の背面に保持され、他端部が第1刷子保持部材61のボックス67a、67bの底面に保持されている。
【0053】
接続ターミナル56、57は、アルミニウム合金や銅合金等の金属質部材により製作されている。接続ターミナル56は、断面形状が略逆L字状に形成され、三相整流装置9の直流出力ターミナル71に固定ねじ72により締結固定されて電気的に接続された正極側給電端子である。接続ターミナル57は、刷子装置8の外部接続端子であって、本発明の電圧調整装置の外部接続端子であって、接続ターミナル56に対して逆側に延びるように断面形状が略L字状に形成され、電圧調整装置10の励磁電流出力端子(図示せず)と一体的に設けられた負極側給電端子である。
【0054】
〔三相整流装置の説明〕
次に、三相整流装置9について図2および図3に基づいて説明する。この三相整流装置9は、所謂レクティファイヤであって、直流出力ターミナル71、正極側冷却フィン73、負極側冷却フィン74、3個の正極側ダイオード75、3個の負極側ダイオード76および端子台77等から構成されている。
【0055】
直流出力ターミナル71は、三相整流装置9の外部接続端子であって、一端部に図示しない導電線を介してバッテリの正極に電気的に接続され、他端部が刷子装置8の接続ターミナル56および正極側冷却フィン73に固定ねじ72を締め付けることにより電気的に接続されている。この直流出力ターミナル71は、バッテリに充電電流を供給するターミナル(直流出力正極側ターミナル)で、車両用交流発電機1のB端子を構成する。
【0056】
正極側冷却フィン73は、負極側冷却フィン74と共に刷子保持器53を囲むように所定の形状に一体成形され、リヤハウジング12の側面に沿うように配されている。正極側冷却フィン73は、図示しない絶縁部材を介してリヤハウジング12の内側面に固定されている。負極側冷却フィン74は、リヤハウジング12を介してボディアース(接地)されている。すなわち、正極側冷却フィン73はバッテリの正極(+)側に電気的に接続され、負極側冷却フィン74はバッテリの負極(−)側に電気的に接続されている。そして、正極側、負極側冷却フィン73、74は、それぞれ熱伝導性に優れる導電性金属板(例えばアルミニウム板)で作られており、3個の正極側、負極側ダイオード75、76の発熱を放熱する放熱フィンであると共に、3個の正極側、負極側ダイオード75、76を保持固定する整流素子保持手段でもある。
【0057】
3個の正極側、負極側ダイオード75、76は、三相のステータコイル32の交流出力を整流して直流出力に変換(整流)する正極側、負極側整流素子である。3個の正極側、負極側ダイオード75、76は、一端側(リード線)がそれぞれ3個の交流入力端子78に半田付けにより電気的に接続され、他端側がそれぞれ正極側、負極側冷却フィン73、74に半田付けにより電気的に接続されている。なお、直流出力ターミナル71、正極側、負極側冷却フィン73、74、3個の正極側、3個の負極側ダイオード75、76および3個の交流入力端子78等から三相整流回路が構成される。
【0058】
端子台77は、電気絶縁性の樹脂質部材(例えばPPS樹脂等)で所定の形状に作られ、3個の交流入力端子78をインサート成形して保持すると共に、正極側冷却フィン73と負極側冷却フィン74とを電気的に絶縁する。この端子台77は、固定ねじ79により正極側、負極側冷却フィン73、74を固定している。
【0059】
〔電圧調整装置の説明〕
次に、電圧調整装置10について図2および図3に基づいて説明する。この電圧調整装置10は、本発明の通電制御回路であって、励磁電流出力端子等の各種外部接続端子(図示せず)、集積回路(図示せず)およびケーシング66等から構成されたICレギュレータである。励磁電流出力端子は、電圧調整装置10の外部接続端子であって、前述したように銅合金等の金属質部材により接続ターミナル57と一体成形され、リヤハウジング12に固定されるケーシング66に保持され、且つ2個のブラシ51、52に機械的に接続されている。
【0060】
集積回路は、界磁コイル34に供給する励磁電流を制御して三相のステータコイル32の発電電圧を調整する電圧調整手段である。この集積回路には、界磁コイル34の通電および通電停止を制御するスイッチング素子としてのパワートランジスタや、界磁コイル34に流れる励磁電流を減衰させる逆起電力吸収用ダイオード等が組み込まれている。
【0061】
ケーシング66は、電気絶縁性の樹脂質部材(例えばPPS樹脂等)により刷子保持器53と一体成形され、リヤハウジング12に固定ねじ80により締結固定される複数のブラケット81を有している。これにより、ケーシング66は、刷子保持器53および2個のブラシ51、52をリヤハウジング12に固定する刷子固定手段として働く。また、ケーシング66の内部には、集積回路等の電子部品がエポキシ樹脂系の樹脂質部材によりモールド成形されている。
【0062】
〔第1実施例の作用〕
次に、この実施例の車両用交流発電機1の作用を図1ないし図4に基づいて簡単に説明する。
【0063】
車両に搭載されたエンジンが始動すると、エンジンの回転動力がポリVベルト等の伝動手段を介してVリブドプーリ36に伝達され、ハウジング2にフロント、リヤベアリング15、17を介して回転自在に支持されているシャフト5が回転することによりロータ4が回転する。このとき、シャフト5と一体的にポールコア33、界磁コイル34および2個のスリップリング41、42が回転する。
【0064】
そして、電圧調整装置10が界磁コイル34の給電を開始すると、バッテリ→直流出力ターミナル71→接続ターミナル56→ピグテール(図示せず)→スリップリング41→コネクションバー43→界磁コイル34→コネクションバー44→スリップリング42→ブラシ52→ピグテール58→接続ターミナル57(励磁電流出力端子)→電圧調整装置10→リヤハウジング12→ボディのように励磁電流が流れる。
【0065】
したがって、界磁コイル34にバッテリより電圧が印加されて界磁コイル34に励磁電流が流れることによりポールコア33の2個の爪状磁極部が磁化する。これにより、一方の爪状磁極部が全てN極になり、他方の爪状磁極部が全てS極になる。
【0066】
そして、ロータ4と相対回転するステータ3のステータコア31に巻装された三相のステータコイル32に順次交流電流が誘起し、発電電圧が急速に立ち上がる。この三相の交流電流は、3個の交流入力端子78を経て三相整流回路に入力される。すなわち、3個の正極側ダイオード75および3個の負極側ダイオード76に入力されることにより、三相の交流電流が整流され直流電流に変換される。
【0067】
そして、三相のステータコイル32の発電電圧(直流出力ターミナル71の電圧、B端子電圧)がバッテリ電圧を越えると、整流された直流電流、すなわち、充電電流は、3個の正極側ダイオード75→正極側冷却フィン73→直流出力ターミナル71→導電線を経てバッテリに供給される。これにより、バッテリに充電電流が流れることによってバッテリが充電されると共に、車両に搭載された電気負荷に電力が供給される。
【0068】
ここで、車両用交流発電機1の三相のステータコイル32、界磁コイル34、三相整流装置9および電圧調整装置10の各電気部品が通電されることにより発熱する。この熱は、ロータ4が回転することにより、ポールコア33に固定された複数の翼部45が回転することにより、ハウジング2内に冷却風が吸い込まれることにより冷却される。
【0069】
具体的には、ステータ3の三相のステータコイル32およびロータ4の界磁コイル34は、図2に示したように、フロントハウジング11およびリヤハウジング12に形成された多数の通風口19および多数の通風口20を通って送り込まれる複数の翼部45の冷却風によって直接冷却される。
【0070】
また、3個の正極側、負極側ダイオード75、76で発生した熱は、正極側、負極側冷却フィン73、74にリヤハウジング12の通風口20を通って送り込まれた冷却風が当たることで正極側、負極側冷却フィン73、74が冷やされることにより、正極側、負極側冷却フィン73、74を介して放熱する。
【0071】
なお、ハウジング2内に冷却風が吸い込まれる際に、水や埃等の異物もハウジング2内に侵入する。特に、リヤハウジング12の通風口20を通って異物が侵入すると、スリップリング41、42とブラシ51、52との摺動部分に入り込む可能性がある。しかし、この実施例では、刷子保持器53の軸受保持部64によってスリップリング41、42とブラシ51、52との摺動部分が存する円筒状空隙Sのリヤハウジング12側がシールされている。
【0072】
さらに、刷子保持部63および集電環被覆部65によって円筒状空隙Sの外周側がシールされ、翼固定部46の凹状部48と刷子保持器53の凸状部68との間のラビリンスシール60によって円筒状空隙Sのポールコア33側がシールされている。これによって、スリップリング41、42とブラシ51、52との摺動部分で発生する磨耗粉がハウジング2内に飛散することを防止できる。
【0073】
また、水や埃等の異物がハウジング2内に侵入しても、送風装置7と刷子保持器53とで囲まれた空間内、すなわち、スリップリング41、42とブラシ51、52との摺動部分が存する円筒状空隙S内に水や埃等の異物が侵入することを防ぐこともできる。
【0074】
そして、車両用交流発電機1を長期間運転することにより、シャフト5の外周に一体的に設けられた2個のスリップリング41、42と刷子保持器53に保持された接続ターミナル56、57に機械的に固定された2個のブラシ51、52とが高速回転で摺動して摩耗する。
【0075】
しかるに、2個のスリップリング41、42が炭素質部材で作られているので、自己潤滑性を備えている。すなわち、スリップリング41、42自身の摩擦係数を軽減することにより、従来の銅合金製のスリップリング121と比較してスリップリング41、42の摩耗量が大幅に軽減される。
【0076】
また、2個のブラシ51、52が金属質部材で作られているので、軽量化されバネ荷重が軽減することにより2個のブラシ51、52の摩耗量が大幅に軽減される。したがって、2個のスリップリング41、42および2個のブラシ51、52の耐久寿命を長期化することができる。
【0077】
〔第1実施例の効果〕
以上により、この実施例の車両用交流発電機1は、ブラシ51、52の先端部をコイルスプリング54、55によってスリップリング41、42の外周面に押圧することにより、スリップリング41、42の外周面を摺動するブラシ51、52に適度の接触面積と接触圧を与えることができる。このため、保持部材に保持されたブラシ51、52とシャフト5と一体的に回転するスリップリング41、42とが摺動する際に、ブラシ51、52の振動による異常磨耗を抑えることができるので、ブラシ51、52とスリップリング41、42との摺動部分の長寿命化を達成することができる。
【0078】
また、界磁コイル34に安定した電力を供給できるので、ロータ4のポールコア33の回転に伴って三相のステータコイル32に安定した交流出力を発生させることができることにより、車両用交流発電機1の出力効率の低下を防止することができる。なお、この実施例では、金属製のブラシ51、52をコイルスプリング54、55の付勢力を利用してスリップリング41、42に押圧している。コイルスプリング54、55を利用した理由は、板バネ単体と比較してバネ荷重に対するバネ変形量を大きくとれる点、バネ定数の異なるコイルスプリングに変更することにより接触圧の変更がし易いという点などが挙げられる。
【0079】
次に、スリップリング41、42を炭素質部材により製作し、ブラシ51、52を金属質部材により製作した場合の効果について説明する。
従来の構造の場合は、ブラシの材質が摩耗部材(炭素質部材)であるために予め摩耗を予測した大きさと長さを設定する必要があり、さらに電圧調整装置の励磁回路のドロップ電圧を小さくするために電圧調整装置を刷子装置の近傍に配置している。このため、図9に示したように、車両用交流発電機100の体格の縮小化ができず車両用交流発電機100のコンパクト化の妨げとなっている。
【0080】
しかし、この実施例のようにブラシ51、52を金属質部材で製作することにより、ブラシ51、52が摩耗し難くなるので、従来の摩耗部材で製作したブラシのように予め摩耗を予測した大きさと長さに設定する必要はない。これにより、ブラシ51、52を極めて薄くすることができる。すなわち、ブラシ51、52を薄板導電材または薄板弾性材により製作できるので、ブラシ51、52および刷子保持器53等から構成される刷子装置8を大幅に軽量、小型化することができる。したがって、ブラシ51、52の近傍に電圧調整装置10を設置した場合でも、車両用交流発電機1の体格を縮径でき、且つ軸方向寸法も縮小化できるので、車両用交流発電機1を軽量、小型化することができる。
【0081】
また、本発明のように、スリップリング41、42を炭素質部材で製作して、スリップリング41、42自身の自己潤滑性(摩擦係数の軽減)、およびブラシ51、52との接触確率が大幅に少なくなることにより、従来の金属質集電環(図9のスリップリング121)と比較して摩耗量を大幅に低減することができる。また、ブラシ51、52の軽量化のためにブラシ51、52のバネ荷重が低減することによりスリップリング41、42の摩耗量を更に低減することができるので、スリップリング41、42の長寿命化を達成できる。したがって、車両用交流発電機1の長寿命化を達成することができる。
【0082】
そして、ブラシ51、52が金属質部材で製作されていることにより、ブラシ51、52においてスリップリング41、42の外周に接触する接触部分の電気抵抗を小さくするために、ブラシ51、52の接触部分の表面積を小さくしても電流密度が変化しないので、ブラシ51、52の温度上昇が抑えられてブラシ51、52の耐久寿命が延びる。一方、スリップリング41、42を炭素質部材で製作しているが、円環状のスリップリング41、42のうちブラシ51、52に接触する部分は円周方向寸法の一部であるため、スリップリング41、42の温度上昇も抑えられてスリップリング41、42の耐久寿命が延びる。したがって、車両用交流発電機1の長寿命化を達成することができる。
【0083】
そして、スリップリング41、42が炭素質部材で製作されていることにより、ブラシ51、52を金属質部材で製作して、そのブラシ51、52をスリップリング41、42の外周に高速運転(例えば10000rpm以上)で摺動させても安定した摩耗と界磁コイル34への通電を確保することができるので、ロータ4のポールコア33の回転に伴って三相のステータコイル32に安定した交流出力を発生させることができることにより、車両用交流発電機1の出力効率の低下を防止することができる。
【0084】
次に、送風装置7および刷子保持器53によるシール性能について説明する。上記のように、ロータ4がステータ3内を回転すると、2個のスリップリング41、42および2個のブラシ51、52からは、両者の摺動による摩耗粉が発生して、ハウジング2内の電気部品(例えば三相整流装置9の電気部品、電圧調整装置10の電子部品、三相のステータコイル32および界磁コイル34等)に付着して、絶縁劣化やアース不良等の不具合をもたらす可能性がある。一方、車両の走行時に車両用交流発電機1が被水した時、ハウジング2内に浸入した水が、2個のスリップリング41、42および2個のブラシ51、52に触れると、これらのスリップリング41、42およびブラシ51、52を異常摩耗させて、車両用交流発電機1の寿命を縮める可能性がある。
【0085】
しかるに、この実施例の車両用交流発電機1は、ロータ4のスリップリング41、42を送風装置7に樹脂質部材によりインサート成形し、送風装置7の翼固定部46と刷子保持器53の集電環被覆部65との互いの対向面に形成した凹状部48と凸状部68との間に円環状のラビリンスシール60を設けている。
【0086】
したがって、2個のスリップリング41、42と2個のブラシ51、52との摺動部分が存する円筒状空隙Sは、前端側(ポールコア33の後端壁側)がラビリンスシール60により気密化(シール)され、外周側が刷子保持器53の集電環被覆部65により気密化(シール)され、後端側(リヤハウジング12の側壁側)が刷子保持器53の刷子保持部63および軸受保持部18により気密化(シール)されることになる。この結果、2個のスリップリング41、42と2個のブラシ51、52との摺動により発生する摩耗粉が円筒状空隙Sより外部に飛散しないため、ハウジング2内の電気部品(例えば三相整流装置9の電気部品、電圧調整装置10の電子部品、三相のステータコイル32および界磁コイル34等)に付着して絶縁劣化やアース不良等の不具合を回避することができる。
【0087】
また、ハウジング2内に侵入した水や埃等の異物が、2個のスリップリング41、42と2個のブラシ51、52との摺動部分が存する円筒状空隙S内に侵入することを妨げることができるため、2個のスリップリング41、42および2個のブラシ51、52の異常摩耗を抑えることができる。すなわち、2個のスリップリング41、42および2個のブラシ51、52を外部から侵入する水や埃等の異物から保護することができるので、2個のスリップリング41、42および2個のブラシ51、52を長寿命化できる。これにより、車両用交流発電機1を長寿命化できる。
【0088】
次に、刷子保持器53の刷子保持部63と電圧調整装置10のケーシング66とを一体化した場合の効果について説明する。
刷子保持部63とケーシング66とは、従来より樹脂質部材よりなる樹脂成形品であり、両者を一体成形することにより、成形型の型数を低減することができる。
【0089】
また、刷子保持部63とケーシング66とを別体で製作すると、刷子装置8の接続ターミナル56と電圧調整装置10の励磁電流出力端子とを電気的に結合するためにねじ締めや溶接等のスペースが必要となり、刷子装置8および電圧調整装置10が大型化してしまう。しかし、この実施例の車両用交流発電機1では、ねじ締めや溶接等のスペースが必要がないので、刷子装置8および電圧調整装置10の小型化を図ることができる。したがって、車両用交流発電機1の小型化を図ることができる。
【0090】
次に、送風装置7の複数の翼部45および翼固定部46と集電環固定部47とを一体化した場合の効果について説明する。
送風装置7の複数の翼部45および翼固定部46と集電環固定部47とを電気絶縁性の樹脂質部材により一体成形することにより、1個の成形型で送風装置7と集電環固定部47とを作り出すことができるので、成形型の型数を低減できる。また、送風装置7および集電環固定部47をポールコア33の後端面およびシャフト5の後端部外周に圧入固定する際に、同時にスリップリング41、42とコネクションバー43、44のシャフト5への組付作業も行うことができる。したがって、これらをロータ4およびシャフト5に組み付ける際の作業工数を減少できるので、作業時間が短縮する。これにより、車両用交流発電機1の生産性を向上できるので、車両用交流発電機1の製品コストを低減することができる。
【0091】
〔第2実施例の構成〕
図4ないし図8はこの発明の交流発電機を車両用交流発電機に適用した第2実施例を示したもので、図4はその車両用交流発電機の全体構造を示した図で、図5は刷子装置、三相整流装置および電圧調整装置を示した図である。
【0092】
この実施例の刷子装置8は、2個のスリップリング41、42の各々の外周を摺動して各々と電気的に接続する2個のブラシ51、52、これらのブラシ51、52を支持固定する刷子保持器53、2個のブラシ51、52に所定の接触圧を与えるコイルスプリング54、55、および刷子保持器53にインサート成形された2個の接続ターミナル56、57等から構成されている。
【0093】
2個のブラシ51、52は、材質として金属質部材(例えば銅合金のバネ鋼である燐青銅またはベリリウム銅等の導電性の薄板弾性材)が使用されており、板厚が例えば0.5〜2.0mmの金属板をプレス加工のみにより折り曲げることにより一体成形されている。これらのブラシ51、52は、図6および図7に示したように、2個のスリップリング41、42の各々を1/4円弧状に囲むように設けられた略円弧形状の刷子本体(アーム部、腕状部)90、およびこの刷子本体90より刷子保持器53側に突出した刷子固定部91がそれぞれ形成されている。この刷子本体90の先端部には、スリップリング41、42の外周面とそれぞれ接触する接点部92が一体成形されている。
【0094】
接点部92は、各スリップリング41、42の外周面を摺動する摺動部分で、刷子本体90自身のバネ特性により各スリップリング41、42との接触圧を確保している。これらの接点部92の3辺からは、3個の延長片(飛び出し部)93が突き出している。3個の延長片93は、各スリップリング41、42の軸方向両端よりそれぞれ軸方向の両側に向けて延長され、あるいは各スリップリング41、42の周方向先端よりそれぞれ周方向の外側に向けて延長され、且つ各接点部92の軸方向または周方向に対して外側に反った形状(面取り形状)に形成されている。
【0095】
刷子固定部91は、ブラシ51、52の材質として銅合金のバネ鋼を使用していることから、つまりバネ鋼の特徴であるバネ特性を利用した方法で接続ターミナル56、57と電気的、機械的に固定されている。このため、この実施例の刷子固定部91は、性能上および製造上の最小スペースとなるファストン形状に形成されている。すなわち、刷子固定部91は、図6に示したように、刷子本体90の後端部(頂端部)より軸方向に突出した突出片94、およびこの突出片94の両側を断面形状が略長円形状の円周を描くように折り曲げた弾性変形可能な2個の係止片95を有している。そして、刷子固定部91は、接続ターミナル56、57の先端部が突出片94と2個の係止片95との間に挿入されることにより、突出片94と係止片95との弾性力で接続ターミナル56、57の先端部を挟持する。
【0096】
刷子保持器53は、本発明の保持部材であって、図6および図8に示したように、第1刷子保持部材61と第2刷子保持部材62に2分割されている。第1刷子保持部材61は、刷子保持部63、この刷子保持部63の内周側に設けられた円筒形状の軸受保持部(ベアリングホルダー部)64、刷子保持部63の前端側より軸方向へ延長された円筒状の集電環被覆部65、および電圧調整装置10のケーシング66を一体成形している。軸受保持部64は、リヤハウジング12の軸受保持部18内に圧入され、内周側にリヤベアリング17が圧入によって固定されている。
【0097】
第2刷子保持部材62は、第1刷子保持部材61の刷子保持部63および集電環被覆部65との接合部分と共に、ブラシ51、52およびコイルスプリング54、55を格納するための角筒形状のボックス(刷子収納部)67a、67bを形成している。また、第2刷子保持部材62の後端側の環状部分には、接続ターミナル56、57が貫通する貫通孔62bが形成されている。第1、第2刷子保持部材61、62は、送風装置7の翼固定部46と対向する先端部(前端部)に、翼固定部46の凸状部49に嵌め合わされる被嵌合部としての凹状部69を有している。
【0098】
このため、第1、第2刷子保持部材61、62の凹状部69は、翼固定部46の凸状部49との間に断面形状が略U字形状のラビリンスシール60が形成される。このラビリンスシール60は、全周切れ目なく円環状に形成されている。また、第2刷子保持部材62は、第1刷子保持部材61の刷子保持部63および集電環被覆部65との接合部がラビリンスシール60内に設けられている。
【0099】
また、第1刷子保持部材61の軸受保持部64は、リヤベアリング17を保持する軸受保持部18の前端部の内周に圧入固定され、刷子保持器53とリヤハウジング12の軸受保持部18との間に形成される隙間をシールしている。したがって、2個のスリップリング41、42と2個のブラシ51、52との摺動部分が存する円筒状空隙Sは、送風装置7および刷子保持器53により気密的にシールされることになる。
【0100】
2個のコイルスプリング54、55は、本発明のコイルスプリングであって、2個のブラシ51、52の接点部92を2個のスリップリング41、42の外周面にそれぞれ押圧させる圧縮コイルスプリングである。2個のコイルスプリング54、55は、先端部が2個のブラシ51、52の接点部92の背面に保持され、他端部が第1、第2刷子保持部材61、62のボックス67a、67bの底面に保持されている。
接続ターミナル56、57の先端部は、各ブラシ51、52の刷子固定部91の突出片94と係止片95との間に挿入し易いようにテーパー形状に形成されている。
【0101】
〔第2実施例の効果〕
この実施例の車両用交流発電機1は、第1実施例と同様の効果を備え、さらに次の効果を備える。
先ず、車両用交流発電機1のブラシ51、52の材質として銅合金のバネ鋼を使用した場合の効果について説明する。
従来のようにブラシとして炭素質刷子を使用した場合には、接触電気抵抗を小さくするために、カーボン粉末中に銅粉等の金属粉末を混合して接触電気抵抗とブラシの摩耗寿命によりその配合比を決めていた。そして、銅粉等の金属粉末をカーボン粉末に配合することにより、ブラシの重量が重たくなるため振動による不具合(例えばブラシとスリップリングとの過剰な磨耗等)を考慮しなければならなかった。なお、ブラシの耐振動は、一般に機械設計書の文献によると下記の数1の式で表される。
【0102】
【数1】
耐振動∝{(k×バネ荷重)/(刷子重さ)}+{スプリング重さ}
上記の数1の式から、ブラシの重量を軽量化すると、ブラシのバネ荷重を小さくできることが分かる。
【0103】
この発明では、ブラシとしてスプリングおよびピグテールを兼ねたブラシ51、52を使用し、このブラシ51、52の材質として銅合金のバネ鋼(実施例では燐青銅またはベリリウム銅)を使用することにより、ブラシ51、52の重量、特に刷子本体90の重量を大幅に軽量化している。
【0104】
これにより、ブラシ51、52のバネ荷重を従来の炭素質刷子(図9のブラシ123)と比較して大幅に低減できるので、ブラシ51、52の摩耗量が大幅に低減でき、且つブラシ51、52の振動による不具合を抑制できることによりブラシ51、52の寿命を長期化できる。したがって、車両用交流発電機1の長寿命化を達成することができる。
【0105】
次に、刷子保持器53の刷子保持部63と軸受保持部64とを一体化した場合の効果について説明する。
上記のように、シール性の効果以外に、リヤベアリング17(シャフト5の後端部)を保持する軸受保持部64とブラシ51、52を接続ターミナル56、57を介して保持する刷子保持部63とを樹脂質部材により一体成形することにより、刷子保持部63と軸受保持部64との位置関係が一定となり、リヤベアリング17と軸受保持部64との組付け誤差および刷子保持部63と軸受保持部64との組付け誤差によるシャフト5の軸芯ずれをなくすことができる。
【0106】
したがって、2個のスリップリング41、42と2個のブラシ51、52との摺動部分が存する円筒状空隙Sは、前端側(ポールコア33の後端壁側)がラビリンスシール60により気密化(シール)され、外周側が刷子保持器53の集電環被覆部65により気密化(シール)され、後端側(リヤハウジング12の側壁側)が刷子保持器53の刷子保持部63および軸受保持部64により気密化(シール)されることになる。この結果、2個のスリップリング41、42と2個のブラシ51、52との摺動により発生する摩耗粉が円筒状空隙Sより外部に飛散しないため、ハウジング2内の電気部品(例えば三相整流装置9の電気部品、電圧調整装置10の電子部品、三相のステータコイル32および界磁コイル34等)に付着して絶縁劣化やアース不良等の不具合を回避することができる。
【0107】
また、図6に示したように、ブラシ51、52の刷子本体90の形状を1/4円弧形状に形成することにより、ブラシ51、52がスリップリング41、42の外周に接触する時の接触圧の合成ベクトルが小さくなるので、接続ターミナル56、57に機械的に固定される刷子固定部91にその接触圧の力が加わらない構造となる。
【0108】
そして、図6に示したように、ブラシ51、52の接点部92の軸方向の両側に面取り形状の延長片93を設けることにより、接点部92が軸方向に滑らかに移動することができるので、ブラシ51、52をスリップリング41、42の外周に組付けたり、ブラシ51、52をスリップリング41、42の外周から取り外して分解したりすることが非常に容易となる。これにより、車両用交流発電機1の生産性が向上するので、車両用交流発電機1の製品コストを低減できる。
【0109】
また、本発明のブラシ51、52は導電性の薄板弾性材(板金)でありプレス加工だけで図6の形状に成形加工できるので、ブラシ51、52の材料である金属質部材の摩耗寿命に影響する素材の硬さを十分に高くできる。これにより、ブラシ51、52の長寿命化を達成できる。
【0110】
次に、ブラシ51、52の固定方法(支持構造)による効果について説明する。
ブラシ51、52の刷子固定部91と接続ターミナル56、57は、コスト的に異種金属を設定することにより、車両用交流発電機1の製造コストを低減できる。また、接続ターミナル56、57と一体で電気絶縁性の樹脂質部材にて刷子保持器53を一体成形する場合には、接続ターミナル56、57のインサート成形時の樹脂温度により金属特性が変質し、ブラシ51、52の耐摩耗性が低下する可能性があるので、インサート成形後に接続ターミナル56、57と刷子固定部91とを機械的に固定して両者の電気的な接続を行う必要がある。接続ターミナル56、57と刷子固定部91の固定方法としては、溶接、かしめ等のような固定方法を用いることができるが、ブラシ51、52の材質が銅合金のバネ鋼であることから性能上および製造上の最小スペースとなるファストン形状(図6参照)による固定方法が最適である。
【0111】
〔変形例〕
この実施例では、本発明を車両用交流発電機(所謂オルタネータ)1に適用したが、本発明を建物内の電力供給を行う定置式の交流発電機に適用しても良い。また、本発明を発電電動機に適用しても良い。そして、シャフト5をエンジンの出力軸に直接連結しても良い。この場合には、プーリは不要となる。また、シャフト5とエンジンの出力軸との間に一段以上の歯車変速機やVベルト式無断変速機等の伝動手段を連結しても良い。さらに、シャフト5を、本発明を車両搭載用エンジンを除く内燃機関、電動モータ、水車または風車等の駆動源により回転駆動しても良い。
【0112】
この実施例では、スリップリング41、42の材質として炭素質部材を使用したが、スリップリング41、42の材質としてカーボン単体よりも高強度で且つ導電率(導電性)が高い金属粉末を使用しても良い。なお、この場合でも、ブラシ51、52の材質として金属質部材(例えば銅合金のバネ鋼である燐青銅またはベリリウム銅等)を使用する。
【0113】
この実施例では、集電環(スリップリング)としてスリップリング41、42を利用したが、集電環として銅合金やステンレス鋼等の金属質集電環を利用しても良い。また、この実施例では、金属製のブラシとして金属質部材よりなるブラシ51、52を利用したが、2個のブラシのうち一方のブラシとして炭素粉末、天然黒鉛、電気黒鉛または金属黒鉛等よりなる炭素質刷子を利用しても良い。さらに、ブラシ51、52にピグテールをそれぞれ一体成形しても良い。
【0114】
この実施例では、複数の翼部45、これらの支持する翼固定部46およびスリップリング41、42をインサート成形した集電環固定部47を樹脂質部材により一体成形したが、これらを別体で製作しても良い。また、複数の翼部45または翼固定部46を金属質部材で製作して集電環と共に樹脂質部材によりインサート成形しても良い。
【0115】
この実施例では、刷子保持器(ブラシホルダー)53と電圧調整装置(レギュレータ)10のケーシング66と軸受保持部64を樹脂質部材により一体成形したが、これらを別体で製作しても良い。また、刷子保持器53および電圧調整装置10のみ一体成形しても良い。
【0116】
この実施例では、送風装置7の複数の翼部45および翼固定部46で遠心式ファンを構成したが、送風装置の複数の翼部および翼固定部で軸流式ファンを構成しても良い。なお、フロントハウジング11内、すなわち、ハウジング2内のポールコア33の前端側に集電装置6、送風装置7および刷子装置8を設けても良い。
この実施例では、コイルスプリングとしてコイルスプリング54、55を利用したが、コイルスプリングとして板バネ、エアクッションまたはゴム等を利用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の車両用交流発電機の主要部構造を拡大した断面図である(第1実施例)。
【図2】本発明の車両用交流発電機の全体構造を示した断面図である(第1実施例)。
【図3】本発明の刷子装置、三相整流装置および電圧調整装置を示した側面図である(第1実施例)。
【図4】本発明の車両用交流発電機の全体構造を示した断面図である(第2実施例)。
【図5】本発明の刷子装置、三相整流装置および電圧調整装置を示した側面図である(第2実施例)。
【図6】本発明の集電装置と刷子装置を示した斜視図である(第2実施例)。
【図7】本発明の刷子装置を示した側面図である(第2実施例)。
【図8】本発明の刷子保持器を示した断面図である(第2実施例)。
【図9】従来の車両用交流発電機の全体構造を示した断面図である(従来例)。
【符号の説明】
1 車両用交流発電機
2 ハウジング
3 ステータ
4 ロータ
5 シャフト
6 集電装置
7 送風装置
8 刷子装置
10 電圧調整装置
17 リヤベアリング(軸受部材)
31 ステータコア
32 ステータコイル
33 ポールコア(ロータコア)
34 界磁コイル(ロータコイル)
41 スリップリング(集電環)
42 スリップリング(集電環)
51 ブラシ
52 ブラシ
53 刷子保持器(保持部材)
54 コイルスプリング
55 コイルスプリング
56 接続ターミナル(外部接続端子)
57 接続ターミナル(外部接続端子)
58 ピグテール
60 ラビリンスシール
61 第1刷子保持部材(第1保持部材)
62 第2刷子保持部材(第2保持部材)
63 刷子保持部
64 軸受保持部
65 集電環被覆部
66 ケーシング
90 刷子本体
91 刷子固定部
92 接点部
93 延長片(飛び出し部)
94 突出片
95 係止片 [0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a generator including a rotor coil wound around a rotor core, two current collecting rings for supplying power to the rotor coil, and two fixed brushes sliding on the outer periphery of the current collecting ring. Things.
[0002]
[Prior art]
Generally, as shown in FIG. 9, the
[0003]
Here, the three-
[0004]
The
[0005]
On the other hand, the
[0006]
In recent years, vehicle ACs have been reduced in size and weight by restricting the mounting space for auxiliary equipment and fuel consumption due to the downsizing of the engine room of vehicles, and longer life by extending the warranty period of vehicle life. A generator is desired. As means for reducing the size and weight of the vehicle alternator, it is generally required to reduce the size of the vehicle alternator and reduce the axial size of the vehicle alternator.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional
[0008]
Further, since the
[0009]
Further, when a carbonaceous member is used as the material of the
[0010]
Here, in a small DC rotating electric machine (for example, motors), there is an example in which a brush is made of a metal member (a thin metal plate or copper wire) and a rotating commutator is made of a copper alloy. Since the brush jumps due to the step of the side commutator, the contact area between the brush and the commutator is reduced and current concentration occurs at the contact portion, or the brush and the commutator are separated and an arc is generated therebetween. As a result, the commutator surface becomes rough and the brushes are partially worn, so if such problems caused by vibration do not occur, they can only be used at low voltage and constant speed rotation. The above-mentioned structure was not adopted for such a device that is used in a wide range from low-speed rotation to high-speed rotation.
[0011]
[Object of the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to reduce the size and weight of a brush and a brush and a collector ring by applying an appropriate contact area and contact pressure to a brush that slides on the collector ring to suppress abnormal wear caused by vibration of the brush. It is an object of the present invention to provide an AC generator capable of achieving a longer life of the sliding portion.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, since the brush is hardly worn by being made of metal, it is set to a size and a length in which the wear is predicted in advance like a brush made of a worn member as in the prior art. do not have to. Accordingly, the brush can be made thinner, so that the brush device can be significantly reduced in weight, and the radial size and the axial size of the brush device can be reduced. And since the axial dimension of a brush apparatus can be shortened, the axial dimension of a collector ring can be shortened. Therefore, the diameter of the AC generator in the radial direction can be reduced, and the total axial length of the AC generator can be reduced, so that the effect of reducing the weight and size of the AC generator can be obtained.
[0013]
Further, by pressing at least the tip of the brush against the outer peripheral surface of the current collecting ring by the coil spring, an appropriate contact area and contact pressure can be given to the brush sliding on the outer peripheral surface of the current collecting ring. Therefore, when the brush held by the holding member and the current collecting ring that rotates integrally with the rotor slide, abnormal wear due to the vibration of the brush can be suppressed, and the sliding between the brush and the current collecting ring can be suppressed. The life of the moving part can be prolonged. Further, since stable electric power can be supplied to the rotor coil, a stable AC output can be obtained to the stator coil with the rotation of the rotor, and the effect that the output efficiency of the stator coil can be prevented from lowering can be obtained. .
[0014]
And because the brush is made of metal, the current density changes even if the surface area of the tip of the brush is reduced in order to reduce the electrical resistance of the tip that contacts the outer peripheral surface of the current collector ring in the brush. Therefore, the effect that the temperature rise of the brush is suppressed and the durability life of the brush is extended can be obtained.
Furthermore, by using a coil spring as a pressing member that presses the brush against the outer peripheral surface of the current collecting ring, it is possible to use a compression coil spring with an optimal spring load. Therefore, an appropriate contact area and an appropriate contact pressure can be applied to the brush that slides on the outer peripheral surface of the current collecting ring, so that a stable power supply state to the rotor coil can be secured.
[0015]
AlsoBy holding the brush and the coil spring by the holding member, and electrically connecting the brush and the external connection terminal of the voltage adjustment device by using a joining means such as welding, the brush and the external connection terminal of the voltage adjustment device are connected to each other. The effect that the connection strength can be improved is obtained.
[0016]
Claim2According to the invention described in (1), by forming the tip of the brush so as to have a U-shaped cross-sectional shape, the strength of the tip of the tip member can be improved. As a result, there is obtained an effect that the durable life of the tip end portion of the brush which receives vibration from the current collecting ring can be extended.
[0017]
Claim3According to the invention described in the above,Since the brush is hardly worn by being made of metal, it is not necessary to set the size and the length of the brush in which the wear is predicted in advance unlike the brush made of the wear member as in the prior art. Accordingly, the brush can be made thinner, so that the brush device can be significantly reduced in weight, and the radial size and the axial size of the brush device can be reduced. And since the axial dimension of a brush apparatus can be shortened, the axial dimension of a collector ring can be shortened. Therefore, the diameter of the AC generator in the radial direction can be reduced, and the total axial length of the AC generator can be reduced, so that the effect of reducing the weight and size of the AC generator can be obtained.
Further, by pressing at least the tip of the brush against the outer peripheral surface of the current collecting ring by the coil spring, an appropriate contact area and contact pressure can be given to the brush sliding on the outer peripheral surface of the current collecting ring. Therefore, when the brush held by the holding member and the current collecting ring that rotates integrally with the rotor slide, abnormal wear due to the vibration of the brush can be suppressed, and the sliding between the brush and the current collecting ring can be suppressed. The life of the moving part can be prolonged. Further, since stable electric power can be supplied to the rotor coil, a stable AC output can be obtained to the stator coil with the rotation of the rotor, and the effect that the output efficiency of the stator coil can be prevented from lowering can be obtained. .
And because the brush is made of metal, the current density changes even if the surface area of the tip of the brush is reduced in order to reduce the electrical resistance of the tip that contacts the outer peripheral surface of the current collector ring in the brush. Therefore, the effect that the temperature rise of the brush is suppressed and the durability life of the brush is extended can be obtained.
Furthermore, by using a coil spring as a pressing member that presses the brush against the outer peripheral surface of the current collecting ring, it is possible to use a compression coil spring with an optimal spring load. Therefore, an appropriate contact area and an appropriate contact pressure can be applied to the brush that slides on the outer peripheral surface of the current collecting ring, so that a stable power supply state to the rotor coil can be secured.
The brush and the coil spring are held by the holding member. The brush fixing portion uses copper alloy spring steel as a material of the brush, that is, in a method using a spring characteristic which is a feature of the spring steel, and electrically and electrically connects the external connection terminal of the voltage adjusting device. Mechanically fixed. That is, the brush fixing portion has a protruding piece protruding toward the holding member in the axial direction from the substantially arc-shaped brush body of the brush, and two elastically deformable locking pieces having both sides of the protruding piece bent. ing. The brush fixing portion is configured such that the external connection terminal of the voltage adjusting device is inserted between the protruding piece and the two locking pieces, so that the elastic force between the protruding piece and the two locking pieces causes the voltage to be increased. By sandwiching the external connection terminal of the adjustment device, an effect is obtained that the connection strength between the brush fixing portion protruding from the brush main body toward the holding member and the external connection terminal of the voltage adjustment device can be improved.
[0018]
Claim4According to the invention described in the above,The number of molding dies is reduced by integrally molding the holding member for holding the brush, the casing for holding the external connection terminals of the voltage regulator, and the bearing holding portion for holding the bearing member with an electrically insulating resinous material. Therefore, the effect that the product cost of the AC generator can be reduced can be obtained.
[0019]
Further, by integrating the holding member and the bearing holding portion, it is possible to eliminate a gap between the housing and the bearing holding portion, to seal foreign matter such as water and dust entering the housing, and An advantage is obtained in that an error in assembling the shaft with respect to the shaft due to an assembly error with the bearing holding portion and an assembly error with the holding member and the bearing holding portion can be eliminated. Furthermore, since the brush device and the voltage regulator can be reduced in size, the radial size of the AC generator can be reduced, and the effect of reducing the weight and size of the AC generator can be obtained.
[0020]
Claim5According to the invention described in the above,By forming a labyrinth seal between the blower and the divided first and second holding members, it is possible to prevent foreign matter such as water and dust from entering the sliding portion between the brush and the current collecting ring. The effect that can be obtained is obtained. Further, by abolishing the rubber packing, it is possible to obtain an effect that a sealing failure can be prevented. Furthermore, since the joining surface between the first holding member and the second holding member is provided in the labyrinth seal, a new sealing member is provided to seal the joining surface between the first holding member and the second holding member. There is no necessity and the number of parts can be reduced, so that the effect of reducing the product cost of the AC generator can be obtained.
[0021]
Claim6According to the invention described in the above,By using a metal brush made of spring steel that also serves as a conventional spring, a pigtail and a graphite brush as a brush, the brush can be significantly reduced in weight, so that the spring load of the brush can be reduced. As a result, the amount of wear on the current collecting ring and the brush is significantly reduced, and abnormal wear due to the vibration of the brush is suppressed, and the life of the sliding portion between the brush and the current collecting ring can be prolonged. can get.
[0022]
According to the invention as set forth in
[0023]
Claim8According to the invention described in the above,By providing the protruding portion having a chamfered shape at the tip of the brush, the tip of the brush can smoothly move the outer peripheral surface of the current collector ring in the axial direction of the shaft. It is possible to prevent the attachment work from being caught and to perform the disassembling work or the assembling work smoothly. Therefore, the disassembly workability and the assembling workability (productivity) can be improved, and the effect of reducing the work cost can be obtained.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[Configuration of First Embodiment]
FIGS. 1 to 3 show a first embodiment in which the AC generator of the present invention is applied to an AC generator for a vehicle, and FIG. 1 is a diagram showing a main structure of the AC generator for a vehicle. FIG. 2 is a view showing the overall structure of the vehicle alternator, and FIG. 3 is a view showing a state in which a three-phase rectifier, a voltage regulator, and a brush device are mounted on a rear housing.
[0025]
The
[0026]
[Description of housing]
Next, the
[0027]
A front bearing (front bearing member) 15 that rotatably supports the front side (tip side) of the
[0028]
In order to suck cooling air into the
[0029]
[Description of stator]
Next, the
[0030]
The
[0031]
The three-
[0032]
[Description of rotor]
Next, the
[0033]
The
[0034]
The
[0035]
[Description of shaft]
Next, the
[0036]
The V-ribbed
[0037]
[Description of current collector]
Next, the
[0038]
The two
[0039]
Note that the
[0040]
[Explanation of blower]
Next, the
[0041]
The
[0042]
The collector
[0043]
[Description of brush device]
Next, the
[0044]
The two brushes 51 and 52 are integrally formed by bending a metal plate having a plate thickness of, for example, 0.5 to 2.0 mm only by pressing, and the
[0045]
The tips of the two
[0046]
The two
[0047]
The
[0048]
The
[0049]
The second
[0050]
For this reason, the current collecting
[0051]
The rear end of the
[0052]
The two
[0053]
The
[0054]
[Description of three-phase rectifier]
Next, the three-phase rectifier 9 will be described with reference to FIGS. The three-phase rectifier 9 is a so-called rectifier, and includes a
[0055]
The
[0056]
The positive-electrode-
[0057]
The three positive-side and negative-
[0058]
The
[0059]
[Description of voltage regulator]
Next, the
[0060]
The integrated circuit is a voltage adjusting unit that controls the exciting current supplied to the
[0061]
The
[0062]
[Operation of the first embodiment]
Next, the operation of the
[0063]
When the engine mounted on the vehicle starts, the rotational power of the engine is transmitted to the V-ribbed
[0064]
When the
[0065]
Therefore, when a voltage is applied from the battery to the
[0066]
Then, alternating current is sequentially induced in the three-
[0067]
When the generated voltage of the three-phase stator coil 32 (the voltage of the
[0068]
Here, heat is generated when the electric components of the three-
[0069]
Specifically, as shown in FIG. 2, the three-
[0070]
The heat generated by the three positive-side and negative-
[0071]
When the cooling air is sucked into the
[0072]
Further, the outer peripheral side of the cylindrical gap S is sealed by the
[0073]
Even if foreign matter such as water or dust enters the
[0074]
By operating the
[0075]
However, since the two
[0076]
In addition, since the two
[0077]
[Effect of the first embodiment]
As described above, in the
[0078]
In addition, since stable electric power can be supplied to the
[0079]
Next, the effect when the slip rings 41 and 42 are manufactured from a carbonaceous material and the
In the case of the conventional structure, since the material of the brush is a wear member (carbonaceous member), it is necessary to set the size and length of which the wear is predicted in advance, and further, the drop voltage of the excitation circuit of the voltage regulator is reduced. For this purpose, a voltage adjusting device is arranged near the brush device. Therefore, as shown in FIG. 9, the physique of the
[0080]
However, when the
[0081]
Further, as in the present invention, the slip rings 41 and 42 are made of a carbonaceous material, and the self-lubricating properties (reduction of friction coefficient) of the slip rings 41 and 42 and the contact probability with the
[0082]
Since the
[0083]
Since the slip rings 41 and 42 are made of a carbonaceous material, the
[0084]
Next, the sealing performance of the
[0085]
However, in the
[0086]
Therefore, the cylindrical gap S in which the sliding portions of the two
[0087]
In addition, foreign matters such as water and dust that have entered the
[0088]
Next, the effect when the
The
[0089]
When the
[0090]
Next, an effect when the plurality of
The plurality of
[0091]
[Configuration of Second Embodiment]
4 to 8 show a second embodiment in which the AC generator of the present invention is applied to a vehicle AC generator. FIG. 4 is a diagram showing the entire structure of the vehicle AC generator. 5 is a diagram showing a brush device, a three-phase rectifier, and a voltage regulator.
[0092]
The
[0093]
The two brushes 51 and 52 are made of a metal material (for example, a conductive thin plate elastic material such as phosphor bronze or beryllium copper, which is a spring steel of a copper alloy), and have a plate thickness of, for example, 0.5. It is integrally formed by bending a metal plate of ~ 2.0 mm only by pressing. As shown in FIGS. 6 and 7, these
[0094]
The
[0095]
Since the
[0096]
The
[0097]
The second
[0098]
Therefore, a
[0099]
Further, the
[0100]
The two
The distal ends of the
[0101]
[Effect of Second Embodiment]
The
First, the effect when the copper alloy spring steel is used as the material of the
When a carbonaceous brush is used as a brush as in the past, metal powder such as copper powder is mixed with carbon powder in order to reduce the contact electric resistance, and it is blended according to the contact electric resistance and the wear life of the brush. Had decided the ratio. By blending metal powder such as copper powder with carbon powder, the weight of the brush becomes heavy, so that problems due to vibration (for example, excessive wear between the brush and the slip ring) must be considered. In addition, the vibration resistance of the brush is generally represented by the following equation (1) according to the literature of the mechanical design document.
[0102]
(Equation 1)
Vibration resistance∝ {(k × spring load) / (brush weight)} + {spring weight}
From the above equation (1), it is understood that when the weight of the brush is reduced, the spring load of the brush can be reduced.
[0103]
In the present invention, the
[0104]
Thereby, the spring load of the
[0105]
Next, the effect when the
As described above, in addition to the sealing effect, the
[0106]
Therefore, the cylindrical gap S in which the sliding portions of the two
[0107]
Also, as shown in FIG. 6, by forming the shape of the
[0108]
Then, as shown in FIG. 6, by providing chamfered extending
[0109]
Further, the
[0110]
Next, the effect of the fixing method (support structure) of the
The
[0111]
(Modification)
In this embodiment, the present invention is applied to the vehicle AC generator (so-called alternator) 1, but the present invention may be applied to a stationary AC generator that supplies power in a building. Further, the present invention may be applied to a generator motor. Then, the
[0112]
In this embodiment, a carbonaceous material is used as the material of the slip rings 41 and 42, but a metal powder having a higher strength and a higher conductivity (conductivity) than carbon alone is used as the material of the slip rings 41 and 42. May be. Also in this case, a metallic member (for example, phosphor bronze or beryllium copper, which is spring steel of a copper alloy) is used as a material of the
[0113]
In this embodiment, the slip rings 41 and 42 are used as the current collecting rings (slip rings). However, a metal current collecting ring such as a copper alloy or stainless steel may be used as the current collecting ring. In this embodiment, the
[0114]
In this embodiment, the plurality of
[0115]
In this embodiment, the brush holder (brush holder) 53, the
[0116]
In this embodiment, the centrifugal fan is constituted by the plurality of
In this embodiment, the coil springs 54 and 55 are used as the coil springs, but a leaf spring, an air cushion, rubber, or the like may be used as the coil spring.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged sectional view of a main part structure of an automotive alternator according to the present invention (first embodiment).
FIG. 2 is a sectional view showing the overall structure of the vehicle alternator according to the present invention (first embodiment).
FIG. 3 is a side view showing a brush device, a three-phase rectifier, and a voltage regulator according to the present invention (first embodiment).
FIG. 4 is a sectional view showing the overall structure of the automotive alternator according to the present invention (second embodiment).
FIG. 5 is a side view showing a brush device, a three-phase rectifier, and a voltage regulator according to the present invention (second embodiment).
FIG. 6 is a perspective view showing a current collector and a brush device of the present invention (second embodiment).
FIG. 7 is a side view showing a brush device of the present invention (second embodiment).
FIG. 8 is a sectional view showing a brush holder of the present invention (second embodiment).
FIG. 9 is a sectional view showing the entire structure of a conventional vehicle alternator (conventional example).
[Explanation of symbols]
1 AC generator for vehicles
2 Housing
3 Stator
4 Rotor
5 shaft
6 current collector
7 Blower
8 Brush device
10 Voltage regulator
17 Rear bearing (bearing member)
31 Stator core
32 Stator coil
33 pole core (rotor core)
34 Field coil (rotor coil)
41 Slip ring (collector ring)
42 Slip ring (collector ring)
51 brushes
52 brushes
53 Brush holder (holding member)
54 coil spring
55 coil spring
56 connection terminal (external connection terminal)
57 Connection terminal (external connection terminal)
58 Pigtail
60 Labyrinth Seal
61 First brush holding member (first holding member)
62 Second brush holding member (second holding member)
63 Brush holder
64 Bearing holder
65 collector ring cover
66 Casing
90 Brush body
91 Brush fixing part
92 contacts
93 Extension piece (projection part)
94 Projecting piece
95 Locking piece
Claims (8)
(b)このステータコアに巻装されたステータコイルと、
(c)前記ステータコアの内側において前記ステータコアと相対回転するロータコアと、
(d)前記ロータコアの中心部を貫通するシャフトと、
(e)このシャフトの外周に設けられ、ロータコイルに電気的に接続する集電環と、
(f)この集電環の外周面を摺動して、前記集電環を介して前記ロータコイルを給電する金属製のブラシ、このブラシの少なくとも先端部を前記集電環の外周面に押圧するコイルスプリングを有する刷子装置と、
(g)この刷子装置の近傍に、前記ブラシと接続する外部接続端子を有する電圧調整装置と
を備え、
前記刷子装置は、前記ブラシおよび前記コイルスプリングを保持する保持部材、および前記ブラシと前記電圧調整装置の外部接続端子とを溶接等の接合手段を用いて電気的に接続されるピグテールを有することを特徴とする交流発電機。(A) a stator core fixed to the inner surface of the housing;
(B) a stator coil wound around the stator core;
(C) a rotor core that rotates relative to the stator core inside the stator core;
(D) a shaft penetrating the center of the rotor core;
(E) a collector ring provided on the outer periphery of the shaft and electrically connected to the rotor coil ;
(F) a metal brush that slides on the outer peripheral surface of the current collecting ring to supply power to the rotor coil via the current collecting ring, and presses at least the tip of the brush against the outer peripheral surface of the current collecting ring. A brush device having a coil spring ,
(G) a voltage adjusting device having an external connection terminal connected to the brush near the brush device ;
The brush device has a holding member that holds the brush and the coil spring, and a pigtail that electrically connects the brush and an external connection terminal of the voltage regulator using welding means such as welding. Characterized alternator.
前記ブラシは、先端部がコの字状の断面を有することを特徴とする交流発電機。The alternator according to claim 1,
An alternator , wherein the brush has a U-shaped cross section at the tip .
(b)このステータコアに巻装されたステータコイルと、
(c)前記ステータコアの内側において前記ステータコアと相対回転するロータコアと、
(d)前記ロータコアの中心部を貫通するシャフトと、
(e)このシャフトの外周に設けられ、ロータコイルに電気的に接続する集電環と、
(f)この集電環の外周面を摺動して、前記集電環を介して前記ロータコイルを給電する金属製のブラシ、このブラシの少なくとも先端部を前記集電環の外周面に押圧するコイルスプリングを有する刷子装置と、
(g)この刷子装置の近傍に、前記ブラシと接続する外部接続端子を有する電圧調整装置と
を備え、
前記刷子装置は、前記ブラシおよび前記コイルスプリングを保持する保持部材を有し、 前記ブラシは、銅合金を主体とするバネ鋼を材料とする略円弧形状の刷子本体、およびこの刷子本体より前記保持部材側に突出した刷子固定部を有し、
前記刷子固定部は、前記刷子本体より軸方向に突出した突出片、およびこの突出片の両側を折り曲げた弾性変形可能な2個の係止片を有し、前記突出片と前記2個の係止片との間に前記電圧調整装置の外部接続端子が挿入されることで、前記突出片と前記2個の係止片との弾性力で、前記電圧調整装置の外部接続端子を挟持するように構成されていることを特徴とする交流発電機。 (A) a stator core fixed to the inner surface of the housing;
(B) a stator coil wound around the stator core;
(C) a rotor core that rotates relative to the stator core inside the stator core;
(D) a shaft penetrating the center of the rotor core;
(E) a collector ring provided on the outer periphery of the shaft and electrically connected to the rotor coil;
(F) a metal brush that slides on the outer peripheral surface of the current collecting ring to supply power to the rotor coil via the current collecting ring, and presses at least the tip of the brush against the outer peripheral surface of the current collecting ring. A brush device having a coil spring,
(G) a voltage adjusting device having an external connection terminal connected to the brush near the brush device;
With
The brush device includes a holding member that holds the brush and the coil spring. The brush has a substantially arc-shaped brush body made of spring steel mainly made of a copper alloy, and the brush body holds the brush. It has a brush fixing part protruding to the member side,
The brush fixing portion includes a protruding piece that protrudes in the axial direction from the brush main body, and two elastically deformable locking pieces that are bent on both sides of the protruding piece. The external connection terminal of the voltage regulator is inserted between the stop piece and the external connection terminal of the voltage regulator by the elastic force of the projecting piece and the two locking pieces. An alternator characterized in that it is configured as:
前記交流発電機は、前記シャフトの端部を回転自在に支持する軸受部材を備え、
前記保持部材は、材質として電気絶縁性の樹脂質部材が使用され、前記電圧調整装置の外部接続端子を保持するケーシング、および前記軸受部材を保持する軸受保持部を一体成形したことを特徴とする交流発電機。The alternator according to claim 3 ,
The alternator includes a bearing member that rotatably supports an end of the shaft,
An electric insulating resin material is used as the material of the holding member, and a casing for holding the external connection terminal of the voltage regulator and a bearing holding portion for holding the bearing member are integrally formed. Alternator.
前記交流発電機は、前記ハウジング内に前記ステータコイルや前記ロータコイルを冷却 するための冷却風を発生させる送風装置を備え、
前記保持部材は、前記送風装置との間に、前記集電環と前記ブラシとの摺動部分への異物の侵入を防止するラビリンスシールを形成する第1保持部材と第2保持部材とに分割され、
前記第1保持部材と前記第2保持部材との接合部は、前記ラビリンスシール内に設けられたことを特徴とする交流発電機。The alternator according to claim 3 or claim 4,
The AC generator includes a blower that generates cooling air for cooling the stator coil and the rotor coil in the housing ,
The holding member is divided into a first holding member and a second holding member that form a labyrinth seal between the blowing device and a foreign matter to prevent a foreign matter from entering a sliding portion between the current collecting ring and the brush. And
The alternator according to claim 1, wherein a joint between the first holding member and the second holding member is provided in the labyrinth seal .
前記集電環は、材質として銅とカーボンとを混合した炭素粉末を円環状の型に入れて焼成した炭素質部材を使用した炭素質集電環であることを特徴とする交流発電機。In the alternator according to any one of claims 1, 3 to 6,
The alternator according to claim 1, wherein the collector ring is a carbonaceous collector ring using a carbonaceous member obtained by putting carbon powder obtained by mixing copper and carbon into an annular mold and firing the material .
前記ブラシは、先端部に、前記集電環の軸方向に延長された面取り形状の飛び出し部を有することを特徴とする交流発電機。The alternator according to any one of claims 1, 3 to 7 ,
The alternator according to claim 1, wherein the brush has a protruding portion having a chamfered shape extending in an axial direction of the current collecting ring at a tip end portion .
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JP04266496A JP3543889B2 (en) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | Alternator |
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